Материалы для студентов→ Курсовая работа /

Система впрыска топлива - Форд

Скачать файл
Добавил: fafnir
Размер: 3.62 MB
Добавлен: 29.04.2015
Просмотров: 1388
Закачек: 6
Формат: docx
Задание

Выполнить динамический расчет системы автоматического управления. Исходные данные для расчета приведены в разделе 2.

2. Исходные данные

2.1. Назначение

Система автоматического управления (далее по тексту САУ, или "система") предназначена для управления впрыском топлива.

2.2. Состав САУ

Блок-схема системы автоматического управления приведена на рис. 2.1, а комбинированная схема силовой части - на рис. 2.2. САУ построена как система подчиненного регулирования, выполненная по контуру положения

На рисунках приняты следующие обозначения:

РП - регулятор положения;

У,КЗ - усилитель и корректирующее звено в контуре положения;

ТП - транзисторный преобразователь;

ИУ – исполнительное устройство;

3. Основные этапы работы

Анализ исходных данных.Описание работы системы.Составление структурной схемы системы.Определение передаточных функций звеньев.Определение передаточных функций системы.Синтез корректирующих звеньев.

4. Содержание

4.1. Анализ исходных данных

При проектировании всех технических устройств и систем исходным документом является техническое задание (ТЗ). ТЗ при выполнении настоящей работы являются исходные данные, приведенные в разделе 4.

Исходные данные

1.1.Назначение:

1.3. Характеристики системы

1.3.1. Характеристики двигателя:

        - питающее напряжение, U, В……………….................…12

        - номинальный ток, I, А………………………...............…3,5

1.3.2. Параметры преобразователя:

        - частота питания преобразователя, f, Гц …….............…1000

        - питающее напряжение, U, В …………………................5

1.3.3. Динамические характеристики:

        - перерегулирование,

        - время переходного процесса, tпп, с…………............…..0,002

- добротность ………………………………..…………….80

1.3.4. Параметры схемы:

        - максимальное перемещение, Хмах, мм……...............…..0,8

4.2. Описание работы системы

Принцип действия электронной системы впрыска

Бензиновые двигатели с впрыском топлива — это достаточно мощные и в то же время экономичные двигатели. При одинаковом качестве топлива впрыск топлива позволяет незначительно увеличить сжатие, кроме того, электронное дозирование топлива осуществляется более точно, чем в двигателе с карбюратором. Все это уменьшает расход топлива, увеличивает мощность двигателя и снижает токсичность отработавших газов. Автомобили Fiesta не являются исключением: с 1996 года компания Ford устанавливает на свои двигатели исключительно электронно-управляемые системы впрыска с запрограммированной характеристикой впрыска, управлением зажиганием и регулировкой угла опережения зажигания, которые обеспечивают приготовление гомогенной топливовоздушной смеси во всасывающем тракте посредством распыления топлива из четырех форсунок. Такие системы, как впрыск топлива и зажигание, перестают быть независимыми и становятся компонентами интегральных систем управления работой двигателя.

Все данные системы определяют количество топлива для двигателя с помощью электронного блока управления (ЭБУ), следящего за интервалами времени, в течение которых топливные форсунки открыты. В отличие от непрерывных систем, где инжекторы открыты и топливо течет с момента запуска двигателя, электронные инжекторы открыты только на время подачи топлива в двигатель. Главные детали электронных систем – измеритель воздушного потока, электронное устройство управления и топливные форсунки. В системе электронного впрыска весь воздух, входящий в двигатель, сначала прокачивается через измеритель воздушного потока (ИВП). ИВП отмеряет количество воздуха, которое определяется по нагрузке двигателя, и преобразует это измерение в электрический сигнал, идущий к ЭБУ. Блок управления использует входные сигналы о воздушном потоке и частоте вращения двигателя, и по ним вычисляет количество топлива,

необходимое для образования оптимальной смеси, затем электрическим способом открывает инжекторы во впускном канале каждого цилиндра, чтобы впрыснуть соответствующее количество топлива в воздушный поток. Время впрыскивания определяется ЭБУ по частоте вращения коленчатого вала. Главный топливный насос обеспечивает систему топливом под давлением.

Электронные системы используют также много дополнительных датчиков, которые контролируют эксплуатационные условия двигателя. ЭБУ контролирует сигналы этих датчиков и увеличивает время открытия инжектора или уменьшает количество топлива, подводимого для создания лучшей смеси при различных состояниях.

Рис. 1. Впускной тракт двигателя Zetec-SE: 1 – распределительный вал впускных клапанов; 2 – форсунка; 3 – впускной канал; 4 – свеча зажигания

Рис. 2. Схема системы впрыска топлива двигателя Zetec-SE: 1 – аккумуляторная батарея; 2 – бачок с активированным углем; 3 – электромагнитный клапан системы улавливания паров топлива EAVAP; 4 – электронная катушка зажигания (EI); 5 – форсунка; 6 – датчик температуры поступающего в двигатель воздуха (IAT); 7 – датчик положения дроссельной заслонки (TP); 8 – топливный распределительный трубопровод; 9 – регулятор давления топлива; 10 – топливный насос; 11 – топливный фильтр; 12 – предохранительный выключатель аккумуляторной батареи (IFS); 13 – реле топливного насоса (FPR); 14 – клапан регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу (IAC); 15 – вакуумный регулятор системы рециркуляции отработавших газов EGR (EVR); 16 – к впускному коллектору; 17 – клапан системы рециркуляции отработавших газов EGR; 18 – место измерения перепада давлений; 19 – электронный преобразователь перепада давлений (датчик DPFE); 20 – измеритель расхода воздуха (MAP); 21 – корпус воздушного фильтра и звукопоглощающий патрубок; 22 – диагностический разъем (DLC); 23 – от сервисного разъема октан-корректора (OAI); 24 – сцепление компрессора кондиционера; 25 – блок управления VEEC; 26 – включатель вентилятора системы кондиционирования воздуха; 27 – блок блокировки пуска двигателя (PATS); 28 – выключатель усилителя рулевого управления (PSP); 29 – выключатель зажигания с противоугонным устройством; 30 – реле питания; 31 – датчик угла поворота коленчатого вала (CKP); 32 – датчик температуры охлаждающей жидкости (ECT); 33 – датчик кислорода (HO2S); 34 – датчик положения распределительного вала (CMP)

Блоки управления системами впрыска топлива абсолютно необслуживаемые; возможные сбои и неисправности можно устранить, только имея всесторонние специальные знания и оборудование. Поэтому ремонт и обслуживание системы впрыска автомобиля Fiesta необходимо проводить только на станции технического обслуживания. Далее рассматривается система впрыска Ford, устанавливаемая на двигатели Zetec-SE (рис. 2).

Основные системы и элементы впрыска топлива EEC-V

Система питания

– Последовательный впрыск топлива (SF1).

– 4 форсунки.

Система впуска воздуха

– Измеритель расхода воздуха (датчик MAF) с нагреваемым проволочным элементом.

Система зажигания с электронным цифровым управлением

– Интегрированная электронная система зажигания с электронным цифровым управлением (модуль EDIS интегрирован в блок управления EDIS в EEC-V-PCM).

Переключатель системы безопасности

– Механический переключатель установлен сбоку перед дверью водителя.

Регулировка состава отработавших газов

– Каталитический нейтрализатор (TWC), установленный в приемной выхлопной трубе.

– Подогреваемый датчик кислорода (HO2S), установленный в выпускном коллекторе.

– Система рециркуляции отработавших газов (EGR).

– Система улавливания паров топлива (EVAP).

Возможные диагностирования

– Центральный диагностический разъем (DLC) расположен за боковой обивкой левой передней стойки.

– Диагностирование процессора (CPU) прибором FDS 2000.

Основные элементы системы впрыска топлива EEC-V

Блок управления EEC-V-PCM

Рис. 3. Основные элементы системы впыска топлива EEC-V: 1 – измеритель расхода воздуха (MAP); 2 – датчик положения дроссельной заслонки (TP); 3 – датчик температуры поступающего в двигатель воздуха (IAT); 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости (ECT); 5 – сцепление компрессора кондиционера; 6 – датчик угла поворота коленчатого вала (CKP); 7 – датчик положения распределительного вала (CMP); 8 – датчик кислорода (HO2S); 9 – электронный преобразователь перепада давлений; 10 – выключатель усилителя рулевого управления (PSP); 11 – датчик скорости (VSS); 12 – реле; 13 – выключатель зажигания с противоугонным устройством; 14 – аккумуляторная батарея; 15 – диагностический разъем (DLC); 16 – реле топливного насоса (FPR); 17 – предохранительный выключатель аккумуляторной батарей (IFS); 18 – топливный насос (FP); 19 – форсунка; 20 – электромагнитный клапан системы улавливания паров топлива EAVAP; 21 – клапан регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу (IAC); 22 – вакуумный регулятор системы рециркуляции отработавших газов EGR (EVR); 23 – выключатель вентилятора системы кондиционирования воздуха; 24 блок блокировки пуска двигателя (PATS)

Электронный блок управления на основании информации от датчиков обеспечивает постоянный контроль условий работы двигателя (рис. 3). Аналогово-цифровой преобразователь преобразует отфильтрованные входные сигналы, такие как частота вращения коленчатого вала, абсолютное давление во впускном коллекторе, температура охлаждающей жидкости и т.д., в цифровую форму, что позволяет обработать всю информацию в микропроцессоре перед передачей ее на цепи выхода. Цепи выходных усилителей преобразуют сигналы низкой мощности в сигналы такой мощности, которая необходима в различных исполнительных устройствах системы. В зависимости от нагрузки и температуры блок управления подает выходной сигнал на впрыск определенного количества топлива. При этом блок управления варьирует время открытия электромагнитных топливных форсунок. В памяти блока управления хранятся программы и установочные данные. Блок управления EEC-V-PCM допускает перепрограммирование на более новые программы управления двигателем с использованием прибора FDS 2000.

Предохранительный выключатель аккумуляторной батареи системы впрыска топлива

На всех автомобилях Fiesta (кроме автомобилей с дизельными двигателями) переключатель расположен сбоку перед дверью водителя (рис. 4). Переключатель прерывает подачу топлива при аварии или сильных ударах.

Измеритель расхода воздуха (датчик MAF) – установлен перед дроссельным узлом, измеряет массу поступающего в двигатель воздуха. После прохождения воздушного фильтра поступающий в двигатель воздух проходит через измеритель расхода воздуха с нагреваемым проволочным элементом, образующим часть электромостовой схемы. Ток, проходящий через этот проволочный элемент, поддерживает его температуру на постоянном уровне, которая выше, чем температура всасываемого воздуха.

На холостом ходу при закрытой дроссельной заслонке только небольшое количество воздуха проходит мимо нагреваемого проволочного элемента, что вызывает незначительное его охлаждение. При нажатии на педаль акселератора и большем угле открытия дроссельной заслонки больше воздуха проходит мимо проволочного элемента и степень его охлаждения увеличивается.

Рис. 4. Расположение предохранительного выключателя аккумуляторной батареи системы впрыска топлива

Вследствие уменьшения температуры проволочный элемент изменяет электрическое сопротивление и протекающий через него электрический ток. Это изменение тока и сообщает блоку управления о количестве поступающего в двигатель воздуха. Таким образом, могут учитываться изменения давления и температуры воздуха. Измеритель расхода воздуха с проволочным элементом не имеет подвижных частей, и его аэродинамическое сопротивление внутри впускного тракта незначительно. Сигналы измерителя расхода воздуха MAF влияют на корректировку и работу следующих систем:

– количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя;

– угол опережения зажигания;

– положение клапана регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу (IAC);

– улавливание паров топлива (EVAP);

– рециркуляцию отработавших газов (EGR);

– кислородное регулирование.

Датчик положения дроссельной заслонки (TP) – установлен непосредственно в дроссельном узле, приводится в действие валом дроссельной заслонки и регистрирует положение дроссельной заслонки в данный момент.

Сигналы датчика влияют на корректировку и работу следующих систем:

– количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя;

– частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;

– угол опережения зажигания;

– рециркуляцию отработавших газов (EGR).

Датчик температуры поступающего в двигатель воздуха – установлен в пластмассовом корпусе воздушного фильтра. Сигналы датчика имеют значение для подстройки следующего:

– количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя;

– частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ЕСТ) – представляет собой термочувствительный элемент (термистор), установленный в головке цилиндров, на основании его сигнала блок управления корректирует следующее:

– частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;

– угол опережения зажигания;

– рециркуляцию отработавших газов (EGR);

– улавливание паров топлива (EVAP).

Рис. 5. Расположение датчика (1) угла поворота коленчатого вала и импульсного сектора на маховике (2)

Датчик угла поворота коленчатого вала (CKP) – установлен на всех двигателях автомобиля Fiesta на фланце картера коробки передач и регистрирует точное положение и частоту вращения коленчатого вала (рис. 5). Сигналы датчика имеют значение для подстройки следующих систем:

– количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя;

– угла опережения зажигания;

– частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;

– рециркуляции отработавших газов (EGR).

При выходе из строя индуктивного датчика угла поворота коленчатого вала (СКР) дальнейшая работа двигателя невозможна до замены датчика.

Датчик положения распределительного вала (СМР) – установлен в головке цилиндров перед первым кулачком распределительного вала выпускных клапанов. Датчик работает по индуктивному принципу и управляет последовательностью впрыска топлива.

Сигнал датчика позволяет блоку управления EEC-V-PCM определить на основании последовательности зажигания, в какой цилиндр и в какой последовательности подавать топливо.

Датчик кислорода (H02S) - установлен в выпускном коллекторе и передает информацию об остаточном содержании кислорода в отработавших газах. Для уменьшения времени реагирования до 3 с датчик обогревается после каждого пуска холодного двигателя. Сигнал датчика влияет на корректировку:

– количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя;

– улавливание паров топлива (EVAP).

Датчик кислорода имеет большое значения для функционирования и срока службы каталитического нейтрализатора.

Электронный датчик преобразователя перепада давлений (DPFE) –

установлен на кронштейне на передней стенке моторного отсека вместе с электромагнитным клапаном системы рециркуляции отработавших газов и электромагнитным клапаном системы улавливания паров топлива (EVAP). На основании сигнала датчика DPFE блок управления корректирует:

– массу направленных для повторного сжигания отработавших газов;

– положение электронного вакуумного регулятора (EVR).

Кнопочный выключатель усилителя рулевого управления (PSP) – установлен справа в моторном отсеке в нагнетательном трубопроводе гидравлической системы усилителя рулевого управления. В нейтральном положении выключатель выключен и активизируется только при увеличении давления в гидравлической системе. На основании сигнала от выключателя блок управления EEC-V-PCM увеличивает частоту вращения холостого хода. На основании сигнала датчика DPFE блок управления корректирует:

– положение клапана регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;

– количество топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя;

– угол опережения зажигания.

Датчик скорости (VSS) – установлен в картере коробки передач и передает блоку управления сигнал о скорости движения автомобиля. На основании сигнала датчика VSS блок управления корректирует:

– частоту вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля накатом;

– выключение сдвига на горных дорогах.

Переключатель нейтрального положения привода (NDS) – установлен в картере автоматической коробки передач СТХ. Сигналы переключателя NDS ограничивают:

– максимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя в нейтральном положении коробки передач на уровне 4000 мин-1.

Исполнительные элементы и устройства системы впрыска топлива EEC-V

Клапан регулировки частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу (IAC) – установлен во впускной воздушной трубе.

Рис. 6. Топливный распределительный трубопровод (2) с форсунками (1)

Вакуумный регулятор EGR (EVR) – установлен на кронштейне на передней стенке моторного отсека. Электромагнитный клапан EGR реагирует на тактовый сигнал блока управления EEC-V и деблокирует управляющее разряжение для клапана EGR.

Электромагнитный клапан системы улавливания паров топлива (EVAP) – установлен на кронштейне на передней стенке моторного отсека. Реализует зависимые от температуры и нагрузки сигналы блока управления EEC-V. При открытии клапана пары топлива из бачка с активированным углем попадают во всасывающий тракт.

Форсунки – установлены в общем топливном распределительном трубопроводе (рис. 6).

Система рециркуляции отработавших газов двигателей Zetec-SE

Рис. 7. Взаимосвязь элементов системы рециркуляции отработавших газов EGR: 1 - вакуумный регулятор EGR (EVR): 2 -электронный преобразователь перепада давлений (DPFE): 3 -регулятор давления топлива: 4 - секция перепада давлений: 5 - клапан EGR

Система рециркуляции отработавших газов EGR двигателей Zetec-SE работает в зависимости от температуры в диапазоне частичных нагрузок.

При пуске двигателя и во время его прогрева температура охлаждающей жидкости имеет решающее значение. Датчик DPFE определяет установленную разницу давления отработавших газов и исходя из этого определяет фактическое падение давления. Сигнал напряжения поступает в EEC-V-PCM и далее в модифицированной форме подается к вакуумному регулятору EGR (EVR). В конечном счете, EVR управляет клапаном EGR, который пропускает строго определенную массу отработавших газов во впускной коллектор за дроссельной заслонкой (рис. 7).

Элементы диагностики в системе впрыска топлива EEC-V

Рис. 8. Расположение диагностического разъема (1) в нижней части левой передней стойки

Диагностический разъем (DLC) – установлен за обивкой в нижней части левой передней стойки (рис. 8). Доступ к нему открывается после снятия защитной крышки.

Блок процессора (CPU)

Рис. 9. Внешний вид блока процессора (CPU)

Если компьютерная программа EEC-V-PCM несовместима с диагностическим оборудованием, блок CPU (рис. 9) заменяет ее на понятную оборудованием FDS 2000.

4.3. Структурная схема системы

Структурная схема системы приведена на рис. 4.2, на которой приняты следующие обозначения:

W3 (p) - передаточная функция усилителя мощности (ШИМ);

W4 (p) - передаточная функция исполнительного устройства.

4.4. Передаточные функции звеньев системы

4.4.1. Регулятор напряжения:

4.4.2. Усилитель с корректирующим звеном

Вводится в прямой тракт для получения заданных динамических характеристик САУ. В результате синтеза необходимо определить вид и параметры этого звена. На предварительном этапе синтеза принимаем:

W2 (p)=K2=1

4.4.3. Усилитель мощности

В качестве усилителя мощности используется тиристорный преобразователь (широтно-импульсный модулятор (ШИМ)).

Передаточная функция тиристорного преобразователя определяется в виде апериодического звена с чистым запаздыванием

Коэффициент передачи преобразователя определяется:

Постоянная времени преобразователя определяется:

.

Чистое запаздывание обусловлено физическими особенностями работы тиристорных преобразователей:

где: f - частота питания преобразователя.

Чистое запаздывание можно представить в виде дополнительной составляющей в постоянной времени этого звена. Тогда ПФ принимает вид:

где

4.4.4. Исполнительное устройство

В качестве исполнительного устройства используется электромагнит. Его передаточная функция записывается:

,

;

;

;

;

.

.

4.6. Синтез корректирующих звеньев

4.6.1. Методика синтеза системы по ЛЧХ

Синтез САУ состоит в следующем. Имеется исходная система с передаточной функцией

откуда получаем:

Переходим к ЛАЧХ:

По ЛАЧХ корректирующего звена определяется его передаточная функция.

Синтез предусматривает следующие процедуры и последовательность их выполнения:

1) определение передаточной функции исходной системы и построение соответствующей ЛАЧХ;

2) построение ЛАЧХ, при которой системы обеспечивает требуемые показатели качества (желаемая ЛАЧХ);

3) определение ЛАЧХ корректирующего звена, как правило последо-вательного, или эквивалентного ему при любом способе введения (параллельные, в цепях обратной связи) и составление передаточной функции;

4) выбор схемы корректирующего звена и определение номинальных значений элементов.

Рассмотрим основные положения этих процедур.

1. Построение ЛАЧХ исходной системы (контура). Выполняется по ее ПФ. При этом числитель и знаменатель ПФ системы должны бать представлены в виде простых сомножителей. Для разложения полиномов на простые сомножители может бать использованы известные процедура и основанные на них программные продукты. В приложении 1 дается порядок работы в одной из таких программ.

2. Построение желаемой ЛАЧХ. При построении желаемой ЛАЧХ  выделяют  три характерные области:

- низкочастотная;

- среднечастотная;

- высокочастотная.

Для каждой из областей установлены  свои правила построения.

Низкочастотная область определяет точность системы. Порядок ее построения следующий.

1. Определяется добротность системы (если не задано)

где:

Для статических и астатических систем 1-го порядка соответственно добротность по положению

2.  На частоте

3. Через точку

Среднечастотная область  определяет качество переходного процесса. Искомым параметром является частота среза

1. Частота среза

где r имеет конкретное числовое значение. Затем определяется частота среза

  Если величина перерегулирования не             задана, то принимают

2. На частоте среза

Сопряжение среднечастотной области с низкочастотной областью выполняют в зависимости от расположения низкочастотной асимптоты ЛВЧХ на сопрягающей частоте

Высокочастотная область определяет помехозащищенность системы. Среднечастотный участок ЛАЧХ с наклоном -20дБ/дек проводится до граничной частоты, которая определяется из условия

Далее наклоны ЖЛАХ берутся равными исходной системы.

3. Определение ЛАЧХ корректирующего звена

По полученной ЛАЧХ корректирующего звена

Частота среза определяется как:

где: Т3=0,009

где: ,

,

где:  - передаточная функция желаемой системы.

,

где:  - передаточная функция исходной системы.

,

где:  - передаточная функция замкнутой желаемой системы по управляющему воздействию.

,

где:  - передаточная функция замкнутой желаемой системы по ошибке от управляющего воздействия.

,

где:  - передаточная функция замкнутой исходной системы по управляющему воздействию.

,

где:  - передаточная функция замкнутой исходной системы по ошибке от управляющего воздействия.

,

где:  - передаточная функция корректирующего звена.

Если коэффициент передачи корректирующего звена

Ккз=80/2,4∙0,67=49,7;

Ккз>1.

4.7.  Определение показателей качества системы методом моделирования

Разомкнутая исходная САУ:

Разомкнутая желаемая САУ:

Замкнутая исходная САУ:

Замкнутая желаемая САУ:

Вывод: выполнен синтез системы автоматического управления впрыска топлива и определен алгоритм работы; определены управляющие для САУ воздействия; определены ПФ звеньев системы; составлена математическая модель.

Литература

1.Бесекерский В.А., Попов Е.П.: «Синтез систем автоматического регулирования». - М.: Наука, 1972.

2. Интернет-ресурсы.

3. Мультимедийная программа-справочник по конструкции, обслуживанию и ремонту автомобиля Ford Fiesta, Copyright ООО «Издательский Дом Третий Рим», 2005 г.

4. Методические указания к курсовой работе по теории автоматического управления / Владим. гос. ун-т; Сост: А.А.Кобзев , Ю.Е. Мишулин, Н.А. Новикова, В.А. Немонтов. Владимир. 2001 32 с.

Содержание