2 Стр. - Продолжение...

САУХХ

Если в качестве задающего устройства взять микроконтроллер МК, сравнивающего устройства – электронную схему сравнения СС, регулятора – регулятор холостого хода РХХ, объекта управления – бензиновый двигатель внутреннего сгорания ДВС, добавить в цепи некоторые промежуточные элементы, а требуемой выходной величиной задать обороты холостого хода n_o = n_xx, то получится система автоматического управления оборотами холостого хода двигателя n (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Упрощённая функциональная схема системы автоматического управления холостым ходом:

К – контроллер системы впрыска; МК – микроконтроллер; СС – схема сравнения; КМ – каскад мощности; РХХ – регулятор холостого хода; ДВС – двигатель внутреннего сгорания; Д_Д – датчик положения дроссельной заслонки; Д_к – датчик включения кондиционера; Д_Т – датчик температуры охлаждающей жидкости; Д_п – датчик пуска; Д_ЧВ – датчик частоты вращения; n_хх – требуемое значение оборотов холостого хода;  n – действительное значение оборотов холостого хода; ε – сигнал отклонения действительного значения оборотов от требуемого; ε_м – сигнал отклонения, усиленный по мощности; u – управляющее воздействие – проходное сечение байпасного канала; f_д, f_к, f_т, f_п, f_г, f_н – возмущающие воздействия дроссельной заслонки, кондиционера, температуры, пуска, горения смеси, нагрузки соответственно; j_д, j_к, j_т, j_п – сигналы датчиков о возмущающих воздействиях; n-n – цепь обратной связи

 

В микроконтроллер МК зашита программа управления холостым ходом и требуемое значение оборотов n_хх.

На двигатель действуют различные возмущающие воздействия f, как заложенные в конструкцию, так и возникающие в процессе эксплуатации. Обозначим конструкторские возмущающие воздействия так: f_д – воздействие полного закрытия дроссельной заслонки, f_к – воздействие включения кондиционера, f_т – воздействие температур ниже рабочей температуры прогретого двигателя, f_п – воздействие пуска двигателя. Эксплуатационные воздействия: f_г – изменение характера горения смеси в цилиндрах, а f_н – изменение нагрузки на двигатель. Кроме этих возмущающих воздействий, могут быть и другие возмущения, например, нагрузка, вызванная давлением жидкости в гидроусилителе руля и фиксируемая соответствующим концевым датчиком, или нагрузка перехода с положений P или N в автоматической коробке переключения передач и т.п.

Управляющим воздействием u является величина проходного сечения байпасного канала, регулируемая регулятором холостого хода РХХ.

 

Регулирование

Автоматическое регулирование холостым ходом происходит следующим образом.

Дроссельная заслонка закрыта, т.е. имеет место возмущающее воздействие f_д  0 (рис. 4). Чтобы микроконтроллер МК это «знал» и работал по программе регулирования х.х., ему посредством датчика положения дроссельной заслонки Д_д передаётся сигнал j_д о закрытии дроссельной заслонки.

Допустим, кондиционер выключен (f_к = 0), а двигатель прогрет (f_т = 0) и запущен (f_п = 0), тогда от датчиков включения кондиционера Д_к, температуры охлаждающей жидкости Д_т и пуска Д_п сигналы возмущения на входы МК не поступают, т.е. j_к = 0,  j_т = 0 и j_п = 0.

Если двигатель работает на холостом ходу, и до некоторого момента времени t_f действительные обороты равны требуемым, то n = n_xx. (рис. 5). Тогда отклонение ε = n_xx – n = 0,  сигнал на РХХ не подаётся (ε_м = 0), и управляющее воздействие отсутствует (u = 0)¸ т.е. проходное сечение байпасного канала остаётся неизменным.

 

 

Рис. 5. Временная диаграмма регулирования оборотов холостого хода прогретого двигателя:

n_хх – требуемое значение оборотов холостого хода; Δ – номинальное отклонение диапазона регулирования; 2Δ – номинальный диапазон регулирования;  n – действительное значение оборотов холостого хода; ε – сигнал отклонения действительного значения оборотов от требуемого; t_г – момент возникновения возмущающего воздействия f_г

 

При возникновении в момент t_г возмущающего воздействия f_г, например, неравномерной подачи смеси в цилиндры или перебоев в зажигании и т.п., обороты n снижаются. Новое значение оборотов датчиком частоты вращения Д_чв передаётся в контроллер на схему сравнения СС, на выходе которой появляется сигнал отклонения ε = n_xx – n. Этот сигнал усиливается каскадом мощности до величины ε_м и заставляет регулятор холостого хода РХХ изменить управляющее воздействие u, т.е. увеличить проходное сечение байпасного канала. Это увеличивает обороты n до тех пор, пока не наступит равенство n = n_xx, что приведёт к ε = 0 и u = 0.

Аналогично работает САУХХ при заметном увеличении нагрузки f_н на двигатель, например, при включении фар. Снижение при этом оборотов n также будет компенсировано увеличением проходного сечения байпасного канала.

И наоборот, произвольное увеличение оборотов от воздействия f_г или от снижения нагрузки f_н будет компенсировано уменьшением проходного сечения байпасного канала. В этом случае сигнал отклонения ε изменит знак, благодаря чему изменится и направление управляющего воздействия u.

В силу инерционности системы и, прежде всего, больших вращающихся масс двигателя определённые колебания оборотов неизбежны. САУ создаётся так, чтобы они оставались в пределах требуемого номинального диапазона 2Δ. Обычно Δ  0,05n_xx  30…50 об/мин.

 

Управление

Процесс автоматического управления заключается в изменении оборотов холостого хода n (рис. 4) по заданному закону. Для этого по заданному закону изменяется величина требуемых оборотов n_xx, и система устремляет значение n к новому значению n_xx, пока они не сравняются.

Управление холостым ходом прогретого двигателя при работе кондиционера. Исходное состояние: дроссельная заслонка закрыта (f_д  0), кондиционер выключен (f_к = 0), двигатель прогрет (f_т = 0) и запущен (f_п = 0), сигналы на входах МК: j_д  0, j_к = j_т = j_п = 0. Двигатель работает на оборотах холостого хода: n = n_xx. (рис. 6).

 

 

Рис. 6. Временная диаграмма управления оборотами холостого хода некоторых двигателей при работе кондиционера:

n_хх – требуемое значение оборотов холостого хода; 2Δ – номинальный диапазон регулирования; n_хх.к – требуемое значение оборотов холостого хода при работе кондиционера; 2Δ_к – номинальный диапазон регулирования при работе кондиционера; n – действительное значение оборотов холостого хода; ε – сигнал отклонения действительного значения оборотов от требуемого; t_к – момент возникновения возмущающего воздействия f_к; t_э – время срабатывания электронной части САУ; t_д – время выхода двигателя на обороты n_хх.к; t_и – время инерции двигателя

 

В момент времени t_к включаем кондиционер, получаем f_к  0, и на соответствующем входе микроконтроллера появляется сигнал j_к  0. Кондиционер является мощным энергопотребителем, существенно нагружающим двигатель, поэтому для устойчивой работы некоторых двигателей на холостом ходу требуется повышенное (на 100…200 об/мин) значение оборотов n_хх.к > n_xx. К моменту t_э электроника системы увеличивает проходное сечения байпасного канала и переходит на другую программу автоматического регулирования, в которой сигнал отклонения исчисляется как ε = n_xx.к – n. Обороты n растут до тех пор, пока не наступит равенство n = n_xx.к, что приводит к ε = 0 и u = 0. В связи с инерцией двигателя его временная задержка составляет t_д - t_к. Однако инерционный процесс на этом может не закончиться, в связи с чем нужное значение оборотов может «проскочить» выше (точка t_и). Дальше процесс регулирования осуществляется так же, как и при выключенном кондиционере, но уже удерживая значение оборотов в диапазоне 2Δ_к.

Управление холостым ходом при прогреве двигателя осуществляется по иному алгоритму. Исходное состояние: дроссельная заслонка закрыта (f_д  0), кондиционер выключен (f_к = 0), двигатель холодный (f_т 0) и запущен (f_п = 0), сигналы на входах МК: j_д  0, j_к = 0. j_т  0, j_п = 0. МК вырабатывает требуемое значение повышенных оборотов не постоянное, а в функции от температуры n_xx(Т) – чем ниже температура, тем выше значение требуемых оборотов и, соответственно, тем больше проходное сечение байпасного канала (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Временная диаграмма управления оборотами холостого хода при холодном пуске и прогреве:

n_п – обороты при работе стартера; n_н – начальные обороты; n_хх – требуемое значение оборотов холостого хода; n_maх  - максимальные обороты; n_хх(Т) – требуемый температурный закон изменения оборотов при прогреве; 2Δ_Т – номинальный диапазон регулирования при прогреве; n – действительное значение оборотов холостого хода; 2Δ – номинальный диапазон регулирования; ε – сигнал отклонения действительного значения оборотов от требуемого; t_g – момент возникновения возмущающего воздействия пуска – начало работы стартера; t_н – начало работы двигателя; t_р1 – начало температурного регулирования оборотов холостого хода; t_р2 – начало обычного регулирования; t_р2 - t_р1 – время прогрева

 

Сигнал отклонения при прогреве (с момента t_р1) исчисляется как ε = n_xx(Т) – n. Обороты n изменяются по заданному закону так, чтобы достигалось равенство n = n_xx(Т), что приводит к ε = 0 и u = 0. Максимальные обороты n_max = (2…2,5)n_xx. По мере прогрева и непрерывного снижения величины n_xx.т(Т) значение n также непрерывно уменьшается и постоянно стремится к n_xx.т(Т), колеблясь в допустимом диапазоне 2Δ_Т. По достижении двигателем рабочей температуры (момент t_р2) значение требуемых оборотов становится постоянным n_xx(Т) = n_xx. Дальше процесс регулирования заключается в удержании оборотов в пределах 2Δ. Обычно время прогрева t_р2 - t_р1 = 3…5 минут.

Временная диаграмма управления холостым ходом при пуске прогретого двигателя похожа на рис. 7. Отличие заключается в том, что МК вырабатывает требуемое значение повышенных оборотов не в функции температуры, а в функции послепускового времени (постстарта) n_xx(t). Начальное проходное сечение байпасного канала менее повышенное. Сигнал отклонения исчисляется как ε = n_xx(t) – n. Максимальные обороты n_max = (1,2…1,5)n_xx. По истечении времени постстарта t_р2 - t_р1 = 3…5 секунд значение требуемых оборотов становится постоянным n_xx(t) = n_xx. Дальше процесс регулирования заключается в удержании оборотов на значении n_xx.

Строго говоря, датчика пуска как отдельного элемента не существует. Его роль играют клемма бортовой сети 15 (зажигание включено), клемма 50 (стартер работает) и датчик Д_чв (если обороты ниже пусковых).

На принудительном холостом ходу сигнал полного закрытия дроссельной заслонки j_д используется для прекращения подачи (отсечки) топлива в цилиндры при условии n > n_отс, где n_отс – значение оборотов отсечки.

Алгоритмы автоматического управления холостым ходом проектируются так, что возмущающие воздействия учитывается не только по отдельности, но и в любом сочетании. Например, при пуске холодного двигателя требуемое значение холостых оборотов изменяется в функции от двух переменных: температуры и времени постстарта – n_xx(Т, t).

 

Читать далее 3стр. тут >>