Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ОГУиКТСА

.docx
Скачиваний:
7
Добавлен:
06.02.2016
Размер:
95.87 Кб
Скачать

Содержание.

  1. Диагностирование систем смесеобразования двигателей транспортных средств. ……………………………………… 2

  2. Диагностирование систем зажигания двигателей транспортных средств. ……………………………………... 16

  3. Список литературы

Диагностирование систем смесеобразования двигателей транспортных средств.

Современные автомобили, как правило, оснащены электронными системами, обеспечивающими оптимальное управление двигателем, коробкой передач, тормозной системой и так далее. В основной массе случаев каждой из них управляет собственный электронный блок управления, работающий по конкретной программе в автоматическом режиме. Это исключает надобность в устройствах ввода и вывода информации для постоянного вмешательства извне в процесс работы (монитор, клавиатура и т. д.). Потребность в взаимосвязи с электронным блоком управления и доступе к показаниям системы самодиагностики появляется лишь на этапе обслуживания либо починки автомобиля и осуществляется особыми способами.

Требования, предъявляемые к безопасности, комфортабельности, экономичности и экологичности автомобиля постоянно повышаются. Для их удовлетворения необходимо непрерывное усовершенствование применяемых конструкций и технологий. Первые системы управления двигателем были механическими, как, например, карбюратор или распределитель зажигания. Но с помощью подобных систем невозможно одновременно обеспечить и высокий КПД двигателя, и соответствие строгим нормам токсичности отработавших газов. Поэтому следующим этапом развития систем стало появление механических систем впрыска топлива, например, так называемой K Jetronic Bosch, а затем их сменили системы с электронным управлением, в том числе L Jetronic Bosch. В некоторых системах устанавливалась только одна форсунка (одноточечная система впрыска), но большинство современных систем имеет несколько форсунок, по одной на каждый цилиндр, которые управляются индивидуально (многоточечная система). Системы управления обеспечивают оптимальное соотношение между воздухом и топливом в смеси и эффективные значения угла опережения зажигания, что позволяет получить высокие мощность и крутящий момент при низком уровне выбросов вредных веществ ОГ. В настоящее время системы управления двигателем EMS состоят из датчиков, необходимых для получения данных о режимах работы двигателя, исполнительных механизмов, осуществляющих корректирование работы двигателя, и управляющего всей системой ЭБУ двигателя. ЭБУ обрабатывает данные от датчиков, рассчитывает оптимальные условия работы двигателя и реализует их, управляя исполнительными механизмами. Чтобы понимать принципы управления, необходимо знать, как работает двигатель. Бензиновый двигатель является двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Он оснащен устройством для приготовления рабочей смеси. Смесеобразование осуществляется вне камеры сгорания. Форсунки установлены во впускном коллекторе и подают топливо перед впускным клапаном (непрямой впрыск), где происходит его смешивание с воздухом. При движении поршня вниз топливовоздушная смесь заполняет камеру сгорания. Затем она сжимается движущимся вверх поршнем. Происходит воспламенение смеси свечой зажигания, и начинается процесс сгорания. Высвобождающаяся тепловая энергия увеличивает давление в цилиндре, которое толкает поршень вниз, заставляя его совершать работу. Двигатель получает мощность. Поршень поднимается вверх и вытесняет из цилиндра горячие газы, затем рабочий цикл снова повторяется. Давайте более внимательно рассмотрим процесс сгорания в цилиндре: при полном сгорании в результате взаимодействия углеводородов с кислородом воздуха, содержащимся в топливовоздушной смеси, образуется водяной пар (Н2О) и углекислый газ (СО2). К сожалению, сгорание в двигателе не является идеальным, поэтому выхлопные газы содержат загрязняющие вредные вещества, например, НС и СО. Кроме того: при определенных режимах работы двигателя азот, содержащийся в воздухе, взаимодействует с кислородом с образованием ядовитых окислов азота (NOX). Поэтому необходимо снижать содержание NOX и других вредных веществ в отработавших газах. Для этого применяются различные меры по снижению выброса вредных веществ. основным методом очистки ОГ является установка трехкомпонентного катализатора. Он называется так потому, что снижает содержание HC, NOX и CО в отработавших газах. Для эффективной работы катализатора необходимо поддерживать определенное соотношение воздуха и топлива в смеси. Это соотношение обеспечивает полное сгорание топлива и называется стехиометрической смесью. В современных системах впрыска имеется замкнутый контур лямбда-управления, с помощью которого блок управления контролирует состав рабочей смеси и непрерывно его регулирует, обеспечивая требуемое стехиометрическое соотношение. Такой вид управления называется управлением с обратной связью. Для работы бензинового двигателя требуется кислород и топливо. Кислород берется из атмосферного воздуха, который содержит примерно 21% кислорода О2 и 78% азота N2. Также в состав воздуха входят различные газы. Топливо, которое преимущественно состоит из углеводородов, находится в топливном баке автомобиля. Углеводороды представляют собой атомы водорода, химически связанные с атомами углерода. При сгорании топлива энергия, образующаяся в результате химической реакции, преобразуется в механическую работу. Для полного сгорания рабочей смеси воздух и топливо должны находиться в пропорции 14,7:1, которую называют стехиометрической. Так как расход топлива в двигателе с искровым зажиганием зависит от состава смеси, то избыток воздуха (обедненная смесь) обеспечивает сгорание всего топлива, содержащегося в смеси, а значит его максимальную экономию. Степень обеднения смеси ограничена способностью ее воспламенения и временем сгорания. То есть, слишком бедная смесь не способна воспламеняться. На современных двигателях, максимальная топливная экономичность достигается при отношении массы воздуха к массе топлива, равном 15-18:1, то есть на 15-18 кг воздуха приходится 1 кг топлива. В этом случае примерно 10 000 л воздуха потребуется для сгорания 1 л топлива. Для обеспечения устойчивого холостого хода и максимальной мощности при полностью открытой дроссельной заслонке необходим обогащенный состав топливовоздушной смеси. Система, осуществляющая подготовку топливовоздушной смеси, должна учитывать эти условия. Коэффициент избытка воздуха (лямбда) указывает, насколько фактическое соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси отличается от теоретически необходимого 14,7:1. Стехиометрическому составу смеси соответствует коэффициент лямбда, равный единице. Для этого необходимо точно измерять количество поступающего в двигатель воздуха и, соответственно, правильно дозировать топливо. Высокие температура и давление в цилиндре могут привести к активизации процесса окисления азота с образованием ядовитых окислов NOX. Несмотря на то, что существуют различные формы азотсодержащих выбросов, основным загрязняющим веществом является оксид азота NO, на который приходится около 98% всех производимых двигателем выбросов NOX. Основная часть NOX образуется в условиях средних и высоких нагрузок на двигатель, но в небольшом количестве они образуются и на малых нагрузках и при установившемся режиме движения. Высокий уровень выброса NOX возникает при небольшом обеднении смеси. С другой стороны, как показано на диаграмме, уровни HC и CO достигают минимума при стехиометрическом составе смеси 14,7:1. Именно поэтому необходимо очень точное управление составом топливовоздушной смеси. Разная направленность в изменениях выбросов HC/CO и NOX в зависимости от состава смеси создает определенные трудности для управления процессами снижения токсичности ОГ. Довольно сложно в этих условиях сокращать выбросы одновременно трех видов загрязняющих веществ. Основными причинами роста выбросов NOX являются неисправности в системе рециркуляции отработавших газов (EGR), обедненная топливовоздушная смесь и высокая температура воздуха на впуске. Но даже уровень выбросов безвредных веществ, содержащихся в отработавших газах, например CO2, необходимо уменьшать, так как CO2 способствует усилению глобального потепления. Уровень CO2 может быть снижен путем уменьшения расхода топлива. Только 20% тепловой энергии от сгорания топлива в двигателе преобразуется в механическую работу и движение автомобиля; остальные 80% неизбежно теряются на трение движущихся частей в двигателе, аэродинамическое сопротивление движению автомобиля, привод дополнительных устройств и разогрев. Поэтому еще одной важной задачей является повышение КПД двигателя для снижения расхода топлива.

Неисправности смесеобразования двигателей с системами впрыска бензина возможны следующие: изменение газового состава отработанных газов, наличие течи или засорения во впускном коллекторе, топливопроводах и фильтрах, неисправность топливного насоса, неисправность форсунок, регулятора давления, распределителя топлива, неисправность воздушного клапана, регулятора холостого хода, адсорбера, загрязнение воздушного фильтра, несоответствующее качество топлива, неисправности системы выпуска и другие неисправности.

Неисправности смесеобразования дизельных двигателей возможны следующие: неисправность турбокомпрессора или приводного компрессора, изменение газового состава отработанных газов, несоответствующее давление топлива питающего насоса, неисправность перепускного клапана, неправильная регулировка или неисправность нагнетательных насосов, нагнетательных клапанов, отсечной муфты, приводов, ограничителя дымности, всережимного регулятора, неисправность форсунок, наличие течи или засорения во впускном коллекторе, топливопроводах и фильтрах, неисправность привода ТНВД, загрязнение воздушного фильтра, несоответствующее качество топлива, неисправность системы выпуска и другие неисправности.

Неисправности смесеобразования карбюраторных двигателей возможны следующие: изменение газового состава отработанных газов, несоответствующая регулировка или неисправность карбюратора, неисправность системы вентиляции картера, загрязнение воздушного фильтра, неисправность бензинового насоса, несоответствующее качество топлива, наличие течи или засорения во впускном коллекторе, топливопроводах и фильтрах, неисправность системы выпуска и другие неисправности.

Способ диагностики каталитического нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания, прежде всего транспортного средства, блок управления и двигатель внутреннего сгорания

При осуществлении способа диагностики каталитического нейтрализатора ДВС, предназначенного для установки на транспортном средстве, топливо впрыскивают непосредственно в камеру сгорания в первом режиме работы на такте впуска и во втором режиме работы на такте сжатия и воспламеняют, а образующиеся при сгорании топлива отработавшие газы (ОГ) подают в каталитический нейтрализатор, во втором режиме работы непосредственно после сгорания дополнительно впрыскивают топливо, измеряют температуру ОГ в каталитическом нейтрализаторе или за ним и измеренную температуру сравнивают с пороговым значением. Представлена конструкция ДВС, в котором реализуется указанный способ диагностики, и блок управления для диагностики каталитического нейтрализатора.

Настоящее изобретение относится к способу управления работой двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего ДВС транспортного средства, при осуществлении которого топливо непосредственно впрыскивают в камеру сгорания в первом режиме работы на такте впуска и во втором режиме работы на такте сжатия и воспламеняют, а образующиеся при таком сгорании отработавшие газы (ОГ) подают в каталитический нейтрализатор. Изобретение относится далее к блоку управления для ДВС, прежде всего ДВС транспортного средства, а также к двигателю внутреннего сгорания, прежде всего транспортного средства.

Подобный способ, блок управления и ДВС известны по применению, например, так называемых систем с непосредственным впрыскиванием бензина.

В таких системах топливо впрыскивается в камеру сгорания ДВС на такте впуска в режиме с гомогенным смесеобразованием или такте сжатия в режиме с послойным смесеобразованием. Режим с гомогенным смесеобразованием предусмотрен преимущественно для работы ДВС при полной нагрузке, тогда как режим с послойным смесеобразованием используется при работе ДВС на холостом ходу и в диапазоне частичных нагрузок. Переключение с одного из указанных режимов на другой происходит в подобном ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива, например, в зависимости от требуемого крутящего момента.

Для работы прежде всего в режиме с послойным смесеобразованием необходимо наличие каталитического нейтрализатора, способного промежуточно накапливать в катализаторе-накопителе образующиеся оксиды азота с целью их восстановления при последующей работе ДВС в режиме с гомогенным смесеобразованием. Подобный катализатор-накопитель аккумулирует оксиды азота при работе ДВС в режиме с послойным смесеобразованием и снова высвобождает их при работе ДВС в режиме с гомогенным смесеобразованием. Такой процесс накопления и высвобождения оксидов азота, а также связанное с таким процессом превращение этих оксидов азота в азот и кислород приводит к старению каталитического нейтрализатора.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать такой способ управления работой катализатора-накопителя для ДВС, который позволял бы определять степень старения такого катализатора-накопителя, а также создать пригодные для этой цели блок управления для диагностики каталитического нейтрализатора ДВС и собственно ДВС.

Эта задача в отношении указанного в начале описания типа способа решается согласно изобретению благодаря тому, что во втором режиме работы ДВС непосредственно после сгорания дополнительно впрыскивают топливо, измеряют температуру ОГ в каталитическом нейтрализаторе или за ним и измеренную температуру сравнивают с пороговым значением.

Образующиеся при работе ДВС отработавшие газы содержат токсичные компоненты, которые подвергаются каталитическому превращению в каталитическом нейтрализаторе в безвредные вещества. При этом речь идет прежде всего о таких токсичных компонентах, как несгоревшие углеводороды и моноксид углерода. При таком каталитическом превращении этих токсичных компонентов происходит повышение температуры образующихся ОГ. Однако по мере старения каталитического нейтрализатора и, как следствие, снижения его каталитической активности уровень, до которого повышается температура, постепенно снижается. Поэтому существует принципиальная возможность использовать подобное повышение температуры в качестве критерия оценки степени старения каталитического нейтрализатора.

Указанное повышение температуры в принципе происходит и без дополнительного впрыскивания топлива. Однако в этом случае и прежде всего при значительной степени старения каталитического нейтрализатора подобное повышение температуры столь незначительно, что на его основании уже становится невозможным определять с высокой достоверностью степень старения каталитического нейтрализатора.

Впрыскивание же дополнительного количества топлива приводит к дополнительному каталитическому превращению ОГ и тем самым к дополнительному повышению их температуры. В результате появляется возможность с более высокой достоверностью и надежностью определять степень старения каталитического нейтрализатора.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предлагается измерять повышение температуры и сравнивать его с повышением температуры, измеренным на новом или неисправном каталитическом нейтрализаторе, и затем сравнивать полученную при таком сравнении разность с верхним, соответственно нижним пороговым значением. Подобный подход позволяет простым путем определять тот момент, в который старение каталитического нейтрализатора достигло предельно допустимой степени.

Согласно еще одному предпочтительному варианту предлагается аналогичным образом измерять повышение температуры и сравнивать его со смоделированным повышением температуры, а затем сравнивать полученную при таком сравнении разность с верхним пороговым значением.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается измерять максимальную температуру и сравнивать ее с нижним пороговым значением. При подобном подходе обеспечивается наиболее простое и быстрое осуществление предлагаемого в изобретении способа.

Дополнительно впрыскиваемое топливо наиболее предпочтительно не подвергать воспламенению. В результате несгоревшее топливо попадает в виде несгоревших углеводородов, соответственно моноксида углерода непосредственно в выпускной трубопровод и в каталитический нейтрализатор, что приводит к повышению в нем температуры.

Особое значение имеет реализация предлагаемого в изобретении способа на базе элемента управления, предназначенного для блока управления ДВС, прежде всего ДВС транспортного средства. При этом в памяти такого элемента управления хранится программа, ориентированная на выполнение в вычислительном устройстве, прежде всего в микропроцессоре, и пригодная для осуществления предлагаемого в изобретении способа.

Задача изобретения решается также с помощью предлагаемого в изобретении блока управления для диагностики каталитического нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего ДВС транспортного средства, при этом в указанном ДВС предусмотрена возможность впрыскивания топлива непосредственно в его камеру сгорания в первом режиме работы на такте впуска и во втором режиме работы на такте сжатия и воспламенения этого топлива, а также предусмотрена возможность подачи образующихся при сгорании отработавших газов (ОГ) в каталитический нейтрализатор. Согласно изобретению он выполнен с возможностью обеспечивать во втором режиме работы дополнительное впрыскивание топлива непосредственно после сгорания, измерять температуру ОГ в каталитическом нейтрализаторе или за ним и сравнивать эту температуру с пороговым значением.

Поставленная в изобретении задача решается также с помощью предлагаемого двигателя внутреннего сгорания, прежде всего транспортного средства, в котором предусмотрена возможность впрыскивания топлива непосредственно в камеру сгорания в первом режиме работы на такте впуска и во втором режиме работы на такте сжатия и воспламенения этого топлива, а также предусмотрена возможность подачи образующихся при сгорании отработавших газов (ОГ) в каталитический нейтрализатор и который оснащен блоком управления для диагностики каталитического нейтрализатора. Согласно изобретению указанный блок управления выполнен с возможностью обеспечивать во втором режиме работы дополнительное впрыскивание топлива непосредственно после сгорания, измерять температуру ОГ в каталитическом нейтрализаторе или за ним и сравнивать эту температуру с пороговым значением.

Другие отличительные особенности, возможности применения и преимущества изобретения рассмотрены ниже на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. При этом все рассмотренные в описании или представленные на чертежах отличительные признаки индивидуально и в любых сочетаниях характеризуют объект изобретения независимо от их компоновки в пунктах формулы изобретения или ссылки на них, а также независимо от их формулировки, соответственно представления в описании и на чертежах.

На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - схематичное изображение одного из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении двигателя внутреннего сгорания и

на фиг.2 - график, отражающий повышение температуры при работе ДВС, показанного на фиг.1.

На фиг.1 схематично показан устанавливаемый на транспортном средстве двигатель 1 внутреннего сгорания (ДВС), в цилиндре 3 которого с возможностью возвратно-поступательного движения установлен поршень 2. В цилиндре 3 имеется камера 4 сгорания, которая ограничена, в частности, поршнем 2, впускным клапаном 5 и выпускным клапаном 6. Впускной клапан 5 управляет соединением цилиндра с впускным трубопроводом 7, а выпускной клапан 6 управляет его соединением с выпускным трубопроводом 8. В зоне впускного клапана 5 и выпускного клапана 6 в камеру 4 сгорания выступают клапанная форсунка 9 и свеча 10 зажигания. Клапанная форсунка 9 служит для впрыскивания топлива в камеру 4 сгорания. Свеча 10 зажигания предназначена для воспламенения топлива в камере 4 сгорания.

Во впускном трубопроводе 7 расположена поворотная дроссельная заслонка 11, регулирующая поступление воздуха в этот впускной трубопровод 7. Количество поступающего воздуха зависит от углового положения дроссельной заслонки 11. В выпускном трубопроводе 8 расположен каталитический нейтрализатор 12, служащий для нейтрализации отработавших газов (ОГ), образующихся при сгорании топлива.

В рассматриваемом варианте каталитический нейтрализатор 12 представляет собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 12’, объединенный с катализатором-накопителем 12’’. Очевидно, однако, что возможно также применение каталитических нейтрализаторов иных типов и/или различных их сочетаний. Так, например, в системе выпуска ОГ могут быть предусмотрены дополнительный каталитический нейтрализатор, используемый в режиме пуска и прогрева двигателя, и основной каталитический нейтрализатор и иные их комбинации. Существенное значение при этом имеет лишь тот факт, что каталитический нейтрализатор 12 должен обеспечивать обработку и прежде всего каталитическое превращение токсичных компонентов ОГ, образующихся при работе ДВС 1, в безвредные вещества.

В каталитическом нейтрализаторе 12 предусмотрен датчик 13 температуры. Альтернативно или дополнительно к этому может быть предусмотрен датчик 14 температуры, располагаемый в выпускном трубопроводе непосредственно за каталитическим нейтрализатором 12.

На вход блока 18 управления поступают сигналы 19, характеризующие измеренные различными датчиками рабочие параметры ДВС 1. Блок 18 управления формирует выходные сигналы 20, которые в виде управляющих воздействий, подаваемых на приводные и/или исполнительные механизмы, позволяют влиять на режим работы ДВС 1. Блок 18 управления предназначен, в частности, для управления рабочими параметрами ДВС 1 и/или для их регулирования. Для этой цели в блоке 18 управления предусмотрен микропроцессор, в памяти которого, выполненной, в частности, в виде флэш-памяти, хранится программа, на основании которой осуществляются указанные процессы управления и/или регулирования.

В первом режиме работы ДВС 1, так называемом режиме с гомогенным смесеобразованием, происходит частичное открытие, соответственно закрытие дроссельной заслонки 11 в зависимости от требуемой величины крутящего момента. Топливо впрыскивается клапанной форсункой 9 в камеру 4 сгорания при совершении поршнем 2 хода впуска. Воздух, одновременно впускаемый дроссельной заслонкой 11, завихряет впрыскиваемое топливо, которое в результате практически равномерно распределяется по камере 4 сгорания. После этого на такте сжатия происходит сжатие топливовоздушной смеси, которая в последующем воспламеняется свечой 10 зажигания. Расширяющиеся газы, которые образуются в результате воспламенения топлива, создают давление, под действием которого поршень 2 приводится в движение. Создаваемый при этом крутящий момент зависит в режиме с гомогенным смесеобразованием, в частности, от углового положения дроссельной заслонки 11. С целью снижения количества образующихся при сгорании топлива вредных веществ коэффициент избытка воздуха (λ) горючей смеси по возможности устанавливают равным единице.

Во втором режиме работы ДВС 1, так называемом режиме работы с послойным смесеобразованием, дроссельная заслонка 11 открыта на достаточно большую величину. При этом топливо впрыскивается клапанной форсункой 9 в камеру 4 сгорания при совершении поршнем 2 хода сжатия в определенное место непосредственно вблизи от свечи 10 зажигания, а также в некоторый заданный момент времени, предшествующий моменту зажигания. Затем топливо воспламеняется свечой 10 зажигания с образованием газов, которые, расширяясь, на следующем такте приводят поршень 2 в движение. В режиме с послойным смесеобразованием создаваемый крутящий момент в значительной степени зависит от количества впрыснутого топлива. Режим с послойным смесеобразованием предназначен в основном для работы ДВС 1 на холостом ходу и в диапазоне частичных нагрузок.

При работе двигателя в режиме с послойным смесеобразованием катализатор-накопитель 12’’ каталитического нейтрализатора 12 накапливает оксиды азота. В последующем режиме с гомогенным смесеобразованием оксиды азота вновь высвобождаются из катализатора-накопителя 12’’ и восстанавливаются в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе 12’.

В процессе подобного непрерывного накопления и высвобождения оксидов азота в катализаторе-накопителе 12’’ с течением времени накапливается и поглощаемая им сера. В результате способность катализатора-накопителя 12’’ аккумулировать оксиды азота снижается, что в последующем называется "старением" этого катализатора-накопителя. Продолжительное превращение определенных компонентов ОГ в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе 12’, в частности, в азот и кислород приводит к снижению его каталитической активности, т.е. способности катализировать указанное превращение, и тем самым к его старению.

Реакция каталитического превращения ОГ в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе 12’ носит экзотермический характер, и поэтому при ее протекании выделяется тепло. В результате повышается и температура ОГ, протекающих через каталитический нейтрализатор 12. Подобное повышение температуры регистрируется датчиком 13 температуры и/или датчиком 14 температуры. Одновременно из-за экзотермического характера указанной реакции повышается и температура самого каталитического нейтрализатора 12, что альтернативно или дополнительно регистрируется датчиком 13 температуры, а также - при его наличии - датчиком 14 температуры.

Однако обусловленное экзотермической реакцией повышение температуры не настолько велико, чтобы его можно было обнаружить с достаточно высокой степенью достоверности.

По этой причине при работе ДВС 1 в режиме с послойным смесеобразованием блок 18 управления непосредственно после сгорания горючей смеси инициирует дополнительное впрыскивание топлива в камеру 4 сгорания. Однако это топливо не воспламеняется. В результате это топливо поступает несгоревшим в выпускной трубопровод 8 и в каталитический нейтрализатор 12. Такое топливо из-за наличия в системе выпуска ОГ определенного количества кислорода и из-за преобладания в ней повышенной температуры реагирует в выпускном трубопроводе 8 и каталитическом нейтрализаторе 12 с этим кислородом. В результате температура ОГ в выпускном трубопроводе и в каталитическом нейтрализаторе 12 повышается.