Абетка ЕСУД
Минулої статті ми розібралися, як працює ДВС загалом. Сьогодні ми поговоримо про те, як зароджувалися перші електронні системи керування двигуна (далі – ЕСУД).
На зорі автомобілебудування електродинаміка та магнетизм були настільки не вивчені ще, що сучасникові навіть складно це уявити. Напівпровідникові елементи були шматочки породи, роль резисторів виконували відкриті ділянки дроту, а конденсатори були ще повітряні. Що й казати: радіоприймач та ДВС практично ровесники. У ті часи ще й не виникало думки, що електроніка здатна керувати механізмом, що обертається кілька обертів на секунду, та й принципи роботи ДВЗ були ще в процесі розвитку.
Перші системи живлення двигунами були вакуумними та називалися карбюраторами. Їхнє завдання було змішувати паливо та повітря у певних пропорціях. Єдине завдання, яке вирішувалося за допомогою електрики, - це утворення іскрового заряду, і то не відразу. Якийсь час слід було розігрівати перед запуском автомобіля паяльною лампою спеціальну гартальну голівку, яка потім працювала від температури горіння палива. Згодом, нарешті, з'явилися магнето, яке можна і сьогодні ще зустріти на бензинових генераторах змінного струму, мопедах тощо, а пізніше управління моментом іскроутворення стало можливим за допомогою двообмотувальної котушки (автотрансформатор) та механічного пристрою керування та подачі іскри на свічку. , що називається трамблером.
Електроніки та навіть електрики у перших автомобілях практично не було. Сьогодні складно уявити собі автомобіль без електричних ламп головного світла, світлової індикації поворотів та гальмування, не кажучи вже про таку розкіш,як індикатори на панелі приладів і тим більше електрорегулювання сидінь, але більше ста років тому звичайний стартер був межею мрій. Для запуску двигунів використовувався принцип ручного розкручування маховика. Багато автомобілів мали певну подобу генератора — магнето, про яке я писав раніше, і його вистачало лише на те, щоб подавати іскру. Згодом генератор зайняв міцну позицію на борту автомобіля, це дозволило виробляти підзарядку акумуляторів у русі, і з того часу, можна сказати, з'явилися можливості для впровадження електричних пристроїв. У ті часи дует генератор і акумулятор було схоже на автономну електростанцію на борту автомобіля і дозволяв надалі не залежати від побутової мережі. Сьогодні цим нікого не здивуєш, але тоді то була революція!
У автомобілях з'явилися зовнішнє освітлення, електроклаксон, перші індикатори на панелі приладів і радіоприймач. Більше не доводилося розкручувати маховик вручну, тепер достатньо було замкнути два дроти при повороті ключа запалювання. Але двигун так і продовжував керуватися законами газодинаміки і лише іскра, що виникає на свічках запалювання від вторинної обмотки автотрансформатора, якою керував механічний переривник, що періодично згоряє, була єдиним електричним елементом системи управління ДВС.
Не скажеш, що розвитку систем управління ДВС був взагалі. Це було б нетактовно і неповажно до наших дідів та прадідів. Розподіл згодом перестав гриміти на вулиці і сховався в блоці ДВС, що дозволило продовжити йому життя, а згодом він перекочував у голівку. Також моменти відкриття/закриття клапанів, як і форма кулачка розподільного валу, отримували все більш цікаві значення, підвищуючи ККД силової установки. Карбюраторні системи подачі палива пережили кількаРеволюційних модернізацій, іноді виникали системи механічного впорскування палива під тиском, особливо на спортивних і навколоспортивних автомобілях.
Проте лише іскра довгі роки залишалася результатом електрики. До речі, тромблери теж сильно змінилися за 20-е століття і отримали вакуумне та відцентрове регулювання кутів випередження запалювання, що значно знизило витрату та підвищило динаміку автомобілів.
Електроніка не стояла дома весь цей час, особливо активно вона почала розвиватися після Другої світової війни. Десятиліття електронні пристрої працювали на електронних лампах, які, думаю, ще чудово пам'ятають ті, кому за 30, і їх застосування в системах управління ДВС було просто неможливо, тому що вони вкрай не любили вібрацій, хоча радіоприймачі все ж таки працювали, але з перебоями. Революцією в електроніці стала розробка та поява на ринку транзисторів. І в 70-ті роки почався бурхливий розвиток транзисторної електроніки: ЕОМ, радіоапаратура, побутова електроніка і, звичайно ж, автовиробники не могли пройти повз.
До кінця 70-х років почали з'являтися перші безконтактні системи запалювання, які дозволили позбавитися механічного контактного переривника, замінивши його на транзисторний комутатор. До карбюраторів почали підходити дроти. Перші електричні системи на карбюраторах виконували завдання холодного запуску, який раніше здійснювався вручну так званою ручкою підсмоктування або на більш просунутих карбюраторах — біметалевою пластиною, яка відкривала повітряну заслінку в міру прогрівання автомобіля. Потім з'явився електромагнітний клапан холостого ходу, який зміг знизити витрату карбюраторного ДВЗ.
Далі використання електроніки всистеми управління ДВС пішло двома шляхами: багато виробників карбюраторів, такі як Pierburg, Solex і багато японських компаній, все більше додавали електронних клапанів на карбюратор, підвищуючи їх ефективність і економічність, а в той час Bosch вирішив удосконалити системи механічного впорскування, які, як я вже говорив раніше, застосовувалися на деяких німецьких автомобілях, найпопулярнішою з яких була K-Jetronic.
Перший шлях прийшов у нікуди, хоч вітчизняні виробники, та й деякі закордонні, такі як Ford, продовжували оснащувати ДВС карбюраторними системами до кінця 20-го століття. А ось другий шлях здійснив революцію наприкінці 70-х — на початку 80-х років. На автомобілях почали з'являтися електричні форсунки та електричний насос високого тиску (2,5-3 бари)! Системи мали або одну форсунку на двигун (моновприск) або по одній форсунці на циліндр (точковий упорскування).
Дуже простою і справді корисною для пізнання основ принципу системою я вважаю систему Bocsh L-Jetronic. Простота цієї системи в тому, що керування запаленням продовжувало залишатися автономним, тоді як Електронний блок управління (ЕБУ) керував тривалістю відкриття форсунок. Унікальність цієї системи сьогодні полягає в тому, що це ЕСУД без мікропроцесорного управління. Тобто. немає жодної прошивки, є лише чітка елементна логіка. Застосовувалася дана система на багатьох німецьких автомобілях у той час, коли в Японії та США все ще грали з карбюраторами.
Схема ЕСУД L-Jetronc проста:
Ця система не має датчика положення колінчастого валу. Тактуючим сигналом є імпульсний сигнал керування мінусом котушки запалювання трамблера. Ці імпульси є сигналом для показань тахометра автомобіля. Два імпульси за оборот начотирициліндровий двигун, три імпульси — на шестициндровому.
На кожен оборот двигуна (на кожен другий імпульс на чотирициліндровому двигуні, на кожен третій - на шестициліндровому) подається імпульс керування на всі форсунки одночасно. Тобто. упорскування не розподілене і вже тим більше не фазоване. Тривалість цього імпульсу залежить від показань об'ємного витратоміру повітря (VAF), температурного датчика охолоджувальної рідини (ТОЖ) та триконтактного датчика положення дросельної заслінки (ДПДЗ).
Показання з VAF і аналогові, тобто. вони змінюють опір. ДПДЗ має всередині два кінцеві вимикачі, один з яких замикається на плюс при повністю закритій заслінці, а другий - при повністю відкритій.
Для керування оборотами холостого ходу використовується двоконтактний регулятор холостого ходу (РХХ). Це різновид моментного РХХ, який має два положення: відкритий та закритий. Регулювання числа обертів холостого ходу здійснюється гвинтом перед клапаном.
Для холодного запуску ДВС системою передбачений термочасовий вимикач та додаткова (пускова) форсунка на впускному колекторі.
Паливна рейка має регулятор тиску палива з вакуумним керуванням, таким чином тиск у рампі залежить від розрядження в колекторі.
Ну і як я вже казав, система запалення автономна. Використовується безконтактне запалення в трамблері у вакуумному та відцентровому регулюванні кута випередження запалення (УОЗ). Початкове значення УОЗ виставляється в ручну по стробоскопу поворотом корпусу щодо осі бігунка.
На окрему увагу заслуговує об'ємний витратомір повітря VAF).
Він являє собою заслінку зі зворотною пружиною, яка відхиляється під дією тиску проходитьповітряного потоку. Чим більший цей тиск, тим більше відхилення заслінки. Для роботи при різних атмосферних тисках є оцінна камера, в якій одночасно зі зміщенням основної заслінки стискається повітря другою заслінкою, встановленою перпендикулярно основний, тим самим створюючи необхідний підпір. На одній осі із заслінкою розташований бігунок, який переміщається графітною доріжкою, змінюючи опір на вихідних клемах. Паралельно з основним повітряним каналом є вузький обвідний канал з гвинтом регулювання складу суміші для регулювання у вихлопних газах. Ну, так як залежно від температури повітря змінюється його щільність, то у витратомірі встановлено датчик температури повітря.
Після появи перших систем електронного упорскування почався бурхливий розвиток цього напряму. Сучасні системи зробили крок далеко вперед, сьогодні керують не тільки форсунками (хоча і принцип управління форсунками ступив далеко вперед), але і кутами випередження запалення, системами зміни фаз газорозподілу (Vanos, VVT) і підйомів кулачків розподільних валів (VTEC, Valvetronic), системами рециркуляції. , вихлопних газів (EGR) та паливних парів, електронними дросельними заслінками, геометрією ресивера, тиском наддуву тощо. Але основи були покладені 40 років тому в системах, аналогічних L-Jetronic, коли свічка запалення перестала бути єдиною електрично керованою частиною ДВЗ.