Система управления двигателем Мотроник

Общие сведения

Мотроник — название системы управления двигателем, объединяющей функции разомкнутого и замкнутого контуров управления бензиновым двигателем в одном электронном блоке управления. Первая система Мотроник была запущена в серию фирмой Бош в 1979 г. Она в основном выполняла функции электронного впрыскивания топлива и электронного зажигания. С развитием микроэлектроники эффективность системы Мотроник все больше возрастала. Шаг за шагом объем функций адаптировался к актуальным требованиям развития двигателей и за счет этого повышалась сложность системы Мотроник.

Основу первых систем Мотроник составляли электронные системы многоточечного впрыска L-Джетроник с дискретным впрыскиванием топлива, а также электронная система зажигания с программным управлением, с распределителем высокого напряжения с вращающимся ротором (ROV). Позднее все еще необходимый для ROV механический распределитель зажигания был заменен электронным зажиганием с так называемым неподвижным распределением зажигания (RUV).

Вначале система Мотроник, из-за высокой стоимости, использовалась только в автомобилях высшего класса. Но в связи с требованиями норм по снижению токсичности отработавших газов эта система получила большое распространение.

В системе используются сенсорные датчики и датчики заданных значений Посредством этих датчиков в системе Мотроник осуществляется сбор рабочих данных для разомкнутого и замкнутого контуров управления двигателем (рис. 135). Датчики заданных значений (например, выключатели) регистрируют выбранные водителем командные сигналы, например:

·        положение ключа зажигания в замке зажигания (клемма 15);

·        положение выключателя системы кондиционирования воздуха;

·        положение выключателя рычага регулировки скорости движения.

Сенсорные датчики определяют физические и химические параметры и на их базе делают вывод о текущем режиме работы двигателя. Примерами таких параметров являются:

·        температура двигателя;

·        масса всасываемого воздуха;

·        давление во впускном трубопроводе;

·        угол поворота дроссельной заслонки;

·        коэффициент избытка воздуха a;

·        частота вращения коленчатого вала;

·        положение распределительного вала;

·        скорость движения автомобиля.

Рисунок 135 – Компоненты электронного управления работой двигателя в системе Мотроник

Различные датчики выдают сигналы в цифровой, импульсной или аналоговой формах.

Входные сигналы в блоке управления или все чаще в самих датчиках обеспечивают адаптацию сигналов для их последующей обработки. Эти схемы служат для трансформации напряжений в такие сигналы, которые могут быть аналитически обработаны в микропроцессоре блока управления.

Цифровые входные сигналы непосредственно поступают в микроконтроллер и хранятся в его памяти в цифровой форме. Аналоговые сигналы преобразуются аналого-цифровым преобразователем в цифровые данные.

По входным сигналам, поступающим на блок управления двигателем, и показаниям мониторов (определяют командные сигналы от водителя и вспомогательных устройств) идентифицируется текущий режим работы двигателя и на основе этого осуществляется процесс расчета управляющих сигналов (в блоке управления) для исполнительных устройств системы.

Задачи блока управления двигателем структурированы на несколько функций. Соответствующие алгоритмы заложены в виде программы в память блока управления.

Система Мотроник выполняет две основные функции. Во-первых, это дозирование точного количества топлива в соответствии с поступившей массой воздуха и, во-вторых, создание искрового разряда в самый оптимальный момент зажигания. С интеграцией этих функций в одну систему появилась возможность максимально адаптировать относительно друг друга зажигание и впрыскивание топлива.

Постоянно растущая расчетная мощность имеющихся микроконтроллеров позволяет включать в процессы разомкнутого и замкнутого контуров Мотроник все больше дополнительных функций. Кроме того, ужесточающиеся нормы в отношении токсичности отработавших газов требуют введения функций, улучшающих очистку отработавших газов от токсичных компонентов. Функциями, которые потенциально могут обеспечить эти требования, являются:

·        регулировка частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;

·        замкнутый контур управления концентрацией кислорода в отработавших газах (лямбда-регулировка);

·        управление системой контроля за эмиссией паров топлива (вентиляция топливного бака);

·        управление детонацией;

·        рециркуляция отработавших газов с целью снижения эмиссии NО_Х;

·        управление системой впуска дополнительных порций воздуха для ускорения срабатывания каталитического нейтрализатора.

В соответствии с повышенными требованиями к работе трансмиссии система может дополнительно выполнять следующие функции:

·        управление работой турбонагнетателя (замкнутый контур);

·        управление изменением геометрии впускного трубопровода для увеличения мощности и крутящего момента двигателя;

·        управление распределительным валом, позволяющее изменять фазы газораспределения для снижения токсичности отработавших газов с одновременным улучшением топливной экономичности и увеличением мощности двигателя;

·        ограничение частоты вращения коленчатого вала и скорости для защиты двигателя и автомобиля.

При проектировании автомобилей все большее значение приобретает создание комфорта и удобств для водителя, что также влияет на характеристики управления двигателем. Примерами типичных функций по обеспечению комфорта и удобств для водителя являются:

·        регулировка скорости движения (так называемый круиз-контроль или Tempomat);

·        автоматический контроль за движением или адаптивный круиз-контроль (АСС);

·        адаптация крутящего момента при переходе на высшие передачи в автоматических трансмиссиях;

·        демпфирование ударных нагрузок (в соответствии с требованиями водителя).

Посредством каналов связи, например, бортового контроллера связи (САN), система Мотроник может обеспечивать связь между блоком управления этой системы и другими электронными системами автомобиля. На рис. 136 показаны некоторые примеры такой связи. Блоки управления могут интегрировать у себя данные от других систем в виде вспомогательных входных сигналов для использования в создании своих алгоритмов контуров управления с обратной и без обратной связи. Например, для получения более плавного переключения передач система Мотроник уменьшает крутящий момент в ответ на получение сигнала об изменении передаточного числа в трансмиссии.

Рисунок 136 – Компоненты передачи данных в систему Мотроник:

1 – блок управления двигателем; 2 – блок управления динамикой автомобиля ESP (системы ABS и ASR); 3 – блок управления трансмиссией; 4 – блок управления системой кондиционирования воздуха (климат-контроль); 5 - приборный модуль с бортовым компьютером; 6 – блок управления иммобилайзером; 7 – стартер; 8 – генератор; 9 - компрессор системы кондиционирования воздуха

Система Мотроник вследствие повышающихся требований к системам автомобиля постоянно совершенствуется. В настоящее время существуют следующие варианты системы Мотроник:

·        М-Мотроник с описанными ранее основными и дополнительными функциями;

·        МЕ-Мотроник — на базе М-Мотроник с дополнительно интегрированной в нее системой EGAS (электронно-управляемая педаль газа);

·        МED-Мотроник - дальнейшее развитие системы МЕ-Мотроник за счет введения контура управления непосредственным впрыскиванием топлива (с обратной связью).

Существуют также системы Мотроник с интегрированным управлением трансмиссией (например, МЕG-Мотроник). Но они не очень распространены из-за высоких требований к их аппаратной части.