Оптимальное управление двигателем в поле эксплуатационных режимов

Характерной особенностью использования двигателей на автомобильной технике является чрезвычайно широкий диапазон условий их работы. В зависимости от рельефа местности, качества дорожного покрытия и необходимой скорости движения значительно изменяются скоростные и нагрузочные режимы, а также тепловое состояние двигателей, причем преобладающими являются частичные режимы.

Большую часть времени автомобильные двигатели работают на неустановившихся резко переменных во времени частотах вращения коленчатого вала и нагрузках. Подвержены колебаниям и внешние атмосферные условия: давление, температура и влажность окружающей среды.

В связи с этим уровень эффективности энергопреобразования, достигнутый на каком-либо одном расчетном режиме работы, чрезвычайно сложно сохранить во всем поле эксплуатационных режимов. Двигатели, доведенные и настроенные по всем регулировкам на режиме номинальной мощности или максимального крутящего момента, в случае отклонения от этих расчетных условий существенно изменяют свои показатели. Поэтому, чтобы не допускать чрезмерного ухудшения мощностных и экономических характеристик силовых установок, при изменении режимов их работы необходима автоматическая перенастройка регулировочных параметров.

В той или иной степени перенастройка регулировок применялась на всех двигателях прошлых лет, причем от поколения к поколению число регулируемых параметров непрерывно повышалось, а допуск на разброс их значений ужесточался.

Для улучшения топливной экономичности на нерасчетных режимах осуществляется изменение состава смеси, регулирование угла опережения зажигания и стабилизация теплового режима. Такая перенастройка выполняется по программам, полученным на основе экспериментального исследования регулировочных характеристик двигателей. Реализация этих программ обычно осуществляется за счет подбора и оптимизации дозирующих характеристик карбюратора, а также характеристик центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания. Тепловой режим стабилизируется термостатами и автоматическими муфтами привода вентилятора.

Однако, как было показано в предыдущих разделах, эффективность энергопреобразования зависит от значительно большего числа факторов, чем это учитывается в обычных конструкциях. Кроме того, традиционными способами и средствами не всегда удается реализовать сложные программы управления при необходимом ужесточении допусков на разброс регулировок.

Чтобы обеспечить в любой точке поля эксплуатационных режимов работы двигателя получение необходимой мощности при минимальном расходе топлива, отсутствии детонационного сгорания и допустимом выбросе вредных веществ, необходимо более точно воздействовать на всю совокупность регулировочных параметров. Такое оптимальное управление двигателем может строиться с использованием одного из двух принципов:

• управление комплексом регулировочных параметров на основе заложенных в систему программ;

• самонастраивающееся или адаптивное управление.

Первый принцип продолжает тенденции традиционного управления бензиновыми двигателями, но реагирует на значительно большее число параметров, характеризующих условия и режимы их работы.

Обычно такие системы (рис. 1.2.1, а) включают в себя совокупность первичных преобразователей 7, измеряющих основные параметры, в зависимости от значений которых строится управление. Сигналы, поступающие от преобразователей, обрабатываются в электронном блоке управления 2 с использованием как аналоговых, так и цифровых принципов преобразования информации. Цифровые системы выполняются на основе микропроцессоров, собранных на базе больших интегральных схем.

Микропроцессор осуществляет сравнение полученной информации о режиме и условиях работы двигателя, по заданной программе определяет оптимальные для этих условий значения регулировочных параметров, сравнивает их с реальными и при необходимости вырабатывает команду на корректирование регулировок, которая направляется к исполнительным механизмам.