Устройство и техническое обслуживание электронных систем автомобилей

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Устройство и техническое обслуживание электронных систем автомобилей

 

 

Омск, 2009

 

Составитель: Болштянский А.П.

 

В методических указаниях приведено описание практических занятий по дисциплине «Устройство и техническое обслуживание электронных систем автомобилей».

Для студентов очной формы обучения по направлению 190500.62 «Эксплуатация транспортных машин».

 

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ СИСТЕМЫ ВПРЫСКА «MONO-JETRONIC»

 

Это система впрыска, управляемая электронным блоком (рис. ниже).

		Схема системы впрыска «Mono-Jetronic»: 1. Топливный бак. 2. Топливоподкачивающий насос. 3. Топливный насос. 4. Топливный фильтр. 5. Узел центральной форсунки. 6. Регулятор холостого хода с приводом от шагового электродвигателя. 7. Потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки. 8. Лямбда-зонд. 9. Электронный блок управления. 10. Датчик температуры. 11. Коммутатор сигналов частоты вращения двигателя. 12. Выключатель зажигания. 13. Аккумулятор. 14. Датчик- распределитель. 15. Впускной патрубок. 16. Дроссельная заслонка. 17. Выпускной патрубок. 18. Головка блока цилиндров. 19. Свеча зажигания. 20. Сливная магистраль

 

В этой системе топливная форсунка 5 установлена непосредственно перед дроссельной заслонкой 16, и поэтому давление подачи топлива, развиваемое топливным насосом 3, невелико, около 1 бар. Регулятор давления топлива 1 установлен непосредственно в узле центральной форсунки 5.

Система «Mono-Jetronic» не имеет расходомера воздуха, и поэтому соотношение масс топлива и воздуха определяется только положением дроссельной заслонки 16, температурой всасываемого воздуха (датчик температуры - поз. 2) и частотой вращения коленчатого вала (датчик 14).

Положение дроссельной заслонки не контролируется в крайних положениях выключателем, а постоянно определяется потенциометрическим датчиком, сигнал с которого поступает в электронный блок управления 9.

Корректирование топливной смеси при холодном пуске осуществляется электронным блоком 9 по положению дроссельной заслонки 16, температуре всасываемого воздуха и частоте вращения двигателя. Сигналы датчика 14 также позволяют корректировать топливную смесь при полной нагрузке двигателя. Корректировка по токсичности отработанных газов осуществляется по сигналам лямбда-зонда 8.

Изменение дозирования топлива происходит за счет увеличения или уменьшения продолжительности впрыска при постоянном давлении топлива.

		Узел центральной форсунки: 1. Регулятор давления топлива. 2. Датчик температуры всасываемого воздуха. 3. Электромагнитная форсунка. 4. Корпус. 5. Дроссельная заслонка

 

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

ИЗМЕРИТЕЛИ РАСХОДА ТОПЛИВА

 

Информация о текущем расходе топлива необходима в системе управления двигателем, как для бортовых систем контроля, так и для адаптивных (с обратной связью) систем управления двигателем.

В электронно-механических измерителях расхода турбинного типа считывающим элементом является оптоэлектронная пара – светодиод инфракрасного излучения 6 и фоторезистор 5.

 

Чем быстрее движется бензин по бензопроводу 1 (чем больше его расход), тем быстрее вращается турбинное колесо 2, на одной оси с которым закреплен диск 3 со сквозными пазами.

Фоторезистор 5 и светодиод 6 установлены напротив друг друга и разделены диском 3 таким образом, что при вращении диска 3 поток излучения от светодиода 6 попадает на фоторезистор 5, когда сквозной паз оказывается между ними. В этом случае сопротивление фоторезистора скачком изменяется, и в электрической цепи, в которую он включен, появляется импульс напряжения.

В дальнейшем эти импульсы складываются микропроцессором в течение одной секунды, а их сумма делится на количество сквозных пазов на диске 3. Таким образом высчитывается частота вращения турбинного колеса 2, пропорциональная расходу топлива.

В устройстве расходомера этого типа предусматривают гашение пульсации потока, удаление воздушных пробок и термокомпенсацию электронной схемы.

В одном из вариантов теплового измерителя расхода топлива измерительный преобразователь (датчик) представляет собой четыре терморезистора (сопротивления), соединенные в мостовую схему (измерительный мост) для повышения чувствительности и размещенные по периферии топливопровода на тонкой квадратной подложке.

Поток топлива омывает терморезисторы и в большей степени охлаждает те из них, которые установлены перпендикулярно потоку.

		Конструктивная (а) и электрическая принципиальная (б) схемы резистивного расходомера топлива: 1. Топливопровод. 2. Изолятор. 3. Тонкая керамическая пластина. 4. Резистивный слой. 5. Электрические выводы. R1 - R4 – резисторы. U – питающее напряжение. IP – ток рассогласования. МП – микропроцессор блока управления системой управления двигателем.

 

В том случае, если R₁=R₃=R₂=R₄ , ток рассогласования I_P = 0.

При охлаждении потоком топлива сопротивление терморезисторов изменяется, и чем выше скорость потока, тем больше разность в изменении сопротивлений терморезисторов, установленных вдоль (R₁, R₃) и поперек (R₂, R₄) потока. В этом случае измерительный мост оказывается разбалансированным, и в его диагонали возникает ток разбалансировки I_P, который тем больше, чем выше скорость потока.

Этот ток является сигналом датчика и поступает на обработку в микропроцессор МП, управляющий работой двигателя.

 

Лабораторная работа № 5

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ

 

Датчики давления в системах впрыска топлива используются для измерения давления топлива и давления воздуха в окружающей среде или в воздушных магистралях.

В основном это датчики мембранного типа или тензодатчики. В первом случае используется существенное (до десятков миллиметров) перемещение различным образом нагруженного перепадом давления мембранного элемента в электрический сигнал. Во втором случае перемещение чувствительного элемента, который также может быть выполнен в виде мембраны, незначительно (сотые доли миллиметра и менее), преобразуется в электрический сигнал с помощью так называемых тензорезисторов.

Мембранный датчик потенциометрического типа состоит из потенциометра 1, подвижный ползун 4 которого приводится в движение мембраной 7, находящейся под перепадом давления между, например, давлением атмосферы Р₀ и измеряемым давлением Р_И.

 

	Схема мембранного датчика потенциометрического типа: 1. Полость атмосферного давления Р0. 2. Ось вращения ползунка. 3. Пружина растяжения. 4. Ползунок потенциометра. 5. Проволочный резистор. 6. Электрические выводы. 7. Мембрана. 8. Полость с измеряемым давлением РИ. 9. Пружина сжатия. 10. Шток

 

 

При одинаковых давлениях Р₀ и Р_И под действием пружин 3 и 9 ползунок 4 переходит в крайнее левое положение, устанавливая некоторое начальное сопротивление потенциометра. При уменьшении измеряемого, например, во впускном трубопроводе, давления Р_И, давление в полости 8 снижается. На мембране 7 появляется перепад давления, под действием которого мембрана 7, преодолевая суммарное усилие пружин 3 и 9, перемещается вправо на величину, пропорциональную разности давлений Р₀ и Р_И. Соответственно, пропорционально этой разности изменяется и сопротивление потенциометра, которое фиксируется микропроцессором блока управления системой впрыска.

Ниже показана схема датчика, в котором перепад давления преобразуется в изменение длины мембранной камеры (сильфона).

 

 

При изменении перепада между атмосферным Р₀ и измеряемым давлением Р_И длина мембранной камеры L также изменяется, что приводит к изменению положения стального сердечника 3 во вторичной обмотке 6 и, соответственно, к изменению индуктивности катушки 6. Катушка 6 включена в схему измерительного моста, и изменение ее индуктивности приводит к его разбалансировке. Появляющийся при этом электрический сигнал подается в электронный блок управления.

Камера 7 и поршень 8, выполненный заодно со стальным сердечником 3, образуют пневматический амортизатор, гасящий колебания измерительной системы, которые могут возникнуть при резких скачках измеряемого давления Р_И.

Недостатком датчиков мембранного типа является наличие подвижных частей, совершающих значительные перемещения, и явление трения, приводящее к неизбежному износу и, в конце концов, – к отказу датчика.

Этого недостатка лишены датчики тензометрического типа, в которых для генерации сигнала служат тензорезисторы, изменяющие свое сопротивление при чрезвычайно малых (сотые доли миллиметра и менее) деформациях активного элемента, на которых они закреплены.

 

При появлении перепада давления между полостями 2 и 4 упругий элемент 5, на который наклеен тензорезистор 3, изгибается в пределах упругих деформаций (это сотые и даже тысячные доли миллиметра). При этом тензорезистор 3 удлиняется, его сопротивление меняется. Тензорезистор 3 вместе с компенсационным резистором 6 включены в мостовую измерительную схему (сопротивление резисторов 3 и 6 в исходном состоянии равны). При изменении сопротивления резистора 3 происходит разбалансировка моста, и сигнал разбалансировки, пропорциональный перепаду давления на элементе 5, подается в блок управления системой впрыска.

В последнее время в качестве материала для тензорезисторов широко используются высокочувствительные полупроводники.

 

 

Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 7

Лабораторная работа № 8

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФОРСУНКИ

 

Электромагнитные форсунки осуществляют впрыск топлива во всасывающий тракт двигателя и являются наиболее ответственными узлами системы впрыска, а их работа связана с одновременно протекающими гидромеханическими и электромагнитными процессами.

Форсунки открываются по сигналу системы управления двигателем и осуществляют дозированное распыливание топлива. Обычно, форсунки имеют оригинальную конструкция для каждой модели двигателя, в который они установлены, в связи с чем их конструктивные исполнения отличаются большим разнообразием.

Работа форсунки осуществляется в импульсном режиме при частоте срабатывания от 10 до 200 Гц в условиях повышенных температур и вибрации. При этом к ним предъявляются достаточно высокие требования по точности дозирования – не хуже 2‑5 % на протяжении всего срока службы. Т.е. форсунка в среднем должна за все время работы произвести около 600 млн. срабатываний. Это очень большое число для электромеханического устройства.

Сигнал на начало впрыскивания топлива подается на катушку индуктивности (обмотку) 5 электромагнита.

		Конструктивная схема электромагнитной топливной форсунки: 1. Запорный элемент. 2. Упор. 3. Якорь электромагнита. 4. Корпус форсунки. 5. Обмотка электромагнита. 6. Пружина возврата. 7. Электрические контакты. 8. Топливный штуцер. 9. Топливо. 10. Седло

 

 

В корпусе 4 размещен также запорный элемент 1, образующий вместе с седлом 10 клапан. Запорный элемент 1 прижат к седлу 10 пружиной возврата.

Когда на обмотку 5 через контакты 7 подается электрический сигнал в виде прямоугольного импульса определенной продолжительности, в обмотке 5 образуется электромагнитное поле, преодолевающее усилие пружины 6 и втягивающее якорь 3, а вместе с ним и закрепленный на якоре 3 запорный элемент 1. При этом последний отодвигается от седла 10, между ними образуется зазор, через который топливо под давлением впрыскивается во впускной тракт двигателя. После прекращения действия электрического сигнала, электромагнитное поле, создаваемое обмоткой 5, исчезает, и пружина 6 возвращает запорный элемент 1 в закрытое состояние (прижимает его к седлу 0).

Таким образом, количество впрыснутого через форсунку топлива зависит от длительности электрического импульса, давления топлива, расходной характеристики форсунки (ее гидравлического сопротивления) и инерционной массы подвижных частей, а также от инерционности электромагнитной системы.

В связи с этим в реальной системе начало и окончание впрыска не соответствует началу и окончанию действия управляющего электрического импульса. После его подачи к обмотке 5, в последней возникает ток самоиндукции, препятствующий нарастанию тока в электрической обмотке, и, соответственно, к нарастанию магнитного потока, действующего на якорь 3. Из-за этого нарастание усилия, действующего на якорь 3, происходит с запозданием. Кроме того, сам якорь 3 вместе с пружиной 6 обладают определенной массой, и поэтому их перемещение запаздывает относительно действующих на них электромагнитных сил. В связи с изложенным, открытие клапана для впрыска топлива происходит с некоторым запозданием. При практически мгновенном прекращении подачи электрического импульса на обмотку 5, явление самоиндукции не дает столь же мгновенно исчезнуть магнитному потоку, действующему на якорь 3. Это обстоятельство с учетом действия инерционных сил препятствует своевременному запиранию форсунки.

Быстродействие форсунки можно увеличить за счет уменьшения индуктивности обмотки 5, уменьшив количество ее витков. Однако, при этом возрастает сила тока и энергопотребление. Для устранения этого явления последовательно виткам обмотки 5 включают резистор, ограничивающий силу тока.

В электромагнитных форсунках используют различные формы запорных элементов 1: плоские (дисковые), конусные (штифтовые) и сферические (шариковые). При этом наибольшее распространение получили конусные конструкции. Обычно, ход запорного элемента составляет около 0,15 мм.

 

 

Лабораторная работа № 9

Лабораторная работа № 10

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Устройство и техническое обслуживание электронных систем автомобилей

 

 

Омск, 2009

 

Составитель: Болштянский А.П.

 

В методических указаниях приведено описание практических занятий по дисциплине «Устройство и техническое обслуживание электронных систем автомобилей».

Для студентов очной формы обучения по направлению 190500.62 «Эксплуатация транспортных машин».

 

Лабораторная работа № 1