Электронные системы управления газовыми топливными системами

Рассмотрим распространенную электронную систему управления ГТС.

Эта электронная система управления предназначена для ДВС как легковых, так и грузовых автомобилей и автобусов. Она может обеспечивать работу ДВС на бензине, на сжиженном газе и на сжатом газе.

Использование системы возможно на автомобилях иностранного и отечественного производства, оборудованных любыми системами впрыска бензина, как распределенного фазированного впрыска бензина, так и попарно группового впрыска бензина.

Система обеспечивает значительное увеличение пробега АТС без необходимости подстройки газовой топливной системы за счет соответствующего программного обеспечения (с функцией самообучения) контроллера системы.

Входные и выходные сигналы и основные функции электронной системы управления ДВС с ГТС.

Электронный блок управления представляет собой микропроцессорную систему сбора и обработки данных на основе однокристальной микроЭВМ (контроллера 16-разрядного с тактовой частотой 40 МГц).

Входными сигналами для этого блока являются:

—    импульсы первичной цепи катушки зажигания;

—    сигналы, несушие информацию о конфигурации двигателя;

—    сигнал о положении дроссельной заслонки (нулевой уровень соответстгует закрытой дроссельной заслонке);

—    сигнал о количестве газа в газовом баллоне — напряжение в диапазоне 0...+5В отдатчика количества газа;

—    сигнал с переключателя выбора вида топлива (клавиша режима).

Выходными сигналами этого блока являются сигналы управления ЭМК, дозатором, форсунками, регулирующие подачу газа и бензина. При этом контроллер, являющийся совокупностью аппаратных и программных средств, выполняет следующие функции:

—    отключение подачи газа при остановке двигателя;

—    индикацию уровня газа в газовом баллоне;

—    дополнительное обогащение смеси при 3000 об/мин, необходимое для приближения состава смеси к оптимальному, на данном режиме работы;

—    обеспечение плавного перехода от одного вида топлива к другому;

—    отключение подачи газа при превышении частоты оборотов 6000 об/мин;

—    пуск двигателя на газе. Возможен пуск ДВС на газе, но в большинстве конструкций ГТС двигатель запускается на бензине, а при достижении необходимой температуры ДВС он переходит на газ;

—    отключение подачи газа на принудительном холостом ходу (ПХХ) при частоте вращения коленвала выше 1500 об/мин и возобновление подачи газа при частоте вращения ниже 1200 об/мин. Отключение газа в режиме ПХХ необходимо как по соображениям экономии топлива, так и для снижения токсичности. Дело в том, что режим ПХХ имеет место, когда водитель снижает скорость автомобиля за счет так называемого торможения двигателем; в этот момент отсутствует необходимость подачи топлива в двигатель.

Обычно в ГТС имеются датчики для контроля отсутствия утечки газа, которые устанавливаются в салоне, багажнике, подкапотном пространстве АТС. Они обеспечивают необходимую безопасность автомобиля, оборудованного ГТС.

В большинстве ГТС производится отображение всех режимов работы и уровня топлива при помощи панели индикации.

Устройство электронной системы управления ДВС с ГТС.

Электронная система управления ДВС с ГТС, на базе 16-разрядного микропроцессора МС68НС912В32 фирмы MOTOROLA (США). Этот микропроцессор предназначен для применения в ЭСУД автотранспортных средств.

Микропроцессор МС68НС912В32 содержит:

—    16-разрядное CPU (центральное процессорное устройство) с 20-разрядным АЛУ (арифметически-логическим устройством);

—    32-Кбайт FLASH—памяти;

—    1-Кбайт RAM (оперативной памяти);

—    768 байт EPROM (перепрограммируемой памяти);

—    8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (ATD);

—    8-канальный 16-разрядный таймер (Т1М). Каждый канал этого таймера может быть отдельно запрограммирован на выполнение соответствующей функции;

—    16-разрядный порт (аккумулятор импульсов);

—    широтно-импульсный модулятор (PWM). Этот модуль может быть программно сконфигурирован как 8-разрядный 4-канальный, а также как 16-разрядный 2-канальный;

—    асинхронный последовательный интерфейс (SCI);

—    синхронный последовательный интерфейс (SPI);

—    J 1850 последовательный интерфейс в соответствии со стандартом OBD-II;

Через согласующие схемы к микропроцессору подключаются датчики. Согласующие схемы выполняют функции согласования уровней сигналов и защиту входов микропроцессора.

В этой электронной системе управления двигателем внутреннего сгорания (ЭСУД) предусмотрено подключение следующих датчиков, а также обработка следующих входных сигналов.

Во-первых, аналоговые входы для подключения:

—    MAF — датчика массового расхода воздуха;

—    MAP —датчика абсолютного давления;

—    TPS — датчика положения дроссельной заслонки;

—    ЕСТ — датчика температуры охлаждающей жидкости;

—    ACT — датчика температуры воздуха;

—    HEGO — датчика контроля концентрации кислорода в отработавших газах (лямбда-зонд);

—    KNOCK — широкополосного пьезоэлектрического датчика контроля детонации;

—    Ubatt — напряжения бортовой сети автомобиля.

Во-вторых, дискретные входы для подключения:

—    датчика положения распределительного вала (вход типа замыкание на корпус);

—    датчика скорости автомобиля (вход типа замыкание на корпус);

—    датчика положения коленчатого вала (ВМТ коленчатого вала);

—    датчика положения ключа зажигания (напряжение бортовой сети);

—    запроса на включение кондиционера.

В-третьих, входы для подключения диагностических линии.

Это диагностические линии K-line и L-line, которые через микросхему адаптера последовательного интерфейса ISO-9041 подключаются к порту микропроцессора.

Основные функции электронной системы управления ДВС с ГТС:

—    управление электромагнитными газовыми форсунками;

—    управление углом опережения зажигания;

—    управление регулятором дополнительного воздуха;

—    управление электровентилятором;

—    управление электромагнитной муфтой кондиционера;

—    адаптивная настройка управления топливоподачей по сигналу с лямбда-зонда;

—    адаптивная настройка угла опережения зажигания по сигналу с датчика детонации;

—    резервное управление ДВС, в случае отказа некоторых датчиков и исполнительных механизмов;

—    формирование и запоминание кодов неисправностей и включение лампы (сигнала «MIL» в случае обнаружения ЭСУД неисправностей, и возможность индикации кодов неисправностей в виде мигающих кодов, либо передачи их на сканер;

—    вывод параметров системы на сканер.

Следует также отметить, что эта ЭСУД имеет возможность посредством подключения ПК к ее последовательному СОМ порту (адаптеру ISO 9041) через соответствующий диагностический разъем, с использованием при этом соответствующей программы настройки, осуществления коррекции времени накопления энергии в катушках зажигания, коррекции топливоподачи, а также записи и просмотра других параметров управления.

Работа электронной системы управления ДВС с ГТС и используемые в ней микросхемы.

ЭБУ принимает информацию об объекте управления от датчиков и вырабатывает управляющие воздействия в соответствии с законом управления. Управляющие воздействия подаются ЭБУ на исполнительнее устройства. Это системы топливоснабжения и зажигания.

Микропроцессор под управлением программы обрабатывает входные сигналы и в соответствии с алгоритмом (законом управления системой) выдает управляющие воздействия на соответствующие драйверы.

В качестве драйвера форсунок в этой ЭСУД используется микросхема TLE6220GP фирмы Infineon (США). Микросхема TLE6220GP имеет четыре интеллектуальных ключа. Каждый ключ рассчитан на номинальный ток в 1А и имеет сопротивление 0,4 Ом. Для включения индуктивных нагрузок в ключе имеется специальный элемент (трансил), ограничивающий выходное напряжение на уровне 60 В. Ключ имеет защиту от перегрузки, как по току, так и по напряжению. Следует отметить, что в случае возникновения перегрузки во внутреннем регистре драйвера записывается код неисправности, а также формируется соответствующий сигнал «Fault» на выходе этой микросхемы. Драйвер имеет выводы для подключения к последовательной SPI шине. При этом управление ключами происходит через синхронный SPI порт. При работе системы ключи этого драйвера управляются от таймера ЭСУД.

Для управления моментным электродвигателем регулятора дополнительного воздуха используется еще одна микросхема TLE6220GP. ШИМ сигнал (импульсы, модулированные по их ширине), соответствующий степени открытия шторки регулятора дополнительного воздуха, подается с выхода PWM микропроцессора.

Для управления нагрузками до 500 мА в ЭСУД используется микросхема TLE6230GP фирмы Infineon (США). Микросхема TLE6230GP имеет восемь интеллектуальных ключей. Каждый ключ рассчитан на номинальный ток в I и имеет сопротивление 0,4 Ом. Функции защиты и диагностики аналогичны микросхеме TLE6220GP. В драйвере TLE6230GP восемь выходов управляются через последовательную SPI шину, и только четыре из них могут управляться через параллельные входы.

В качестве ключей для подключения обмоток катушек зажигания используются VB921 SGS фирмы Thompson (Великобритания). Ключи имеют функцию ограничения тока и напряжения.

Все входные и выходные цепи ЭСУД имеют встроенную защиту от обратной полярности и перенапряжения. Все выходные ключи имеют встроенную защиту от перенапряжения, короткого замыкания на массу и на источник напряжения (кроме ключей зажигания), а также встроенную диагностику.

Собственное потребление блока при работе ЭСУД не более 50 мА, а в выключенном состоянии (режим ожидания) потребление блока не более 1 мА.

Примечание.

При наличие ДВС с центральным или распределенным впрыском бензина, который дополнительно оснащен центральным или распределенным впрыском газа, управление работой ДВС на бензине может осуществлять штатный ЭБУ (аналогичный по конструкции описанному выше блоку). При переходе ДВС на работу на газовом топливе сигналы управления бензиновыми форсунками перехватывает дополнительный электронный блок (симулятор), который, выключает бензиновые форсунки, а также осуществляет пересчет длительности импульсов впрыска для газовых форсунок и подает соответствующие импульсы на газовые форсунки. Симулятором при пересчете учитываются калибровочные данные производительности бензиновых форсунок, а также сигналы с датчиков ЭСУД.