Электроника

Применимость

Зачем нужна электронная система?

В наши дни, требования намного выше, чем несколько лет назад. Они включают как требования законодательства, так и пожелания клиента относительно.

• Как можно меньшего количества выбросов выхлопных газов.
• Низкого расхода топлива.
• Хороших рабочих характеристик.
• Долгих интервалов между проведением техобслуживания и высокой надежности. В некоторых странах, например, имеются требования законодательства, оговаривающие расстояния, которые автомобиль должен суметь пройти перед тем, как будут превышены ограничения выброса выхлопных газов. К тому же, это должно быть достигнуто без какого-либо техобслуживания автомобиля.
• Быстрого проведения диагностики в случае появления неисправностей.

Единственным способом удовлетворить такого рода требования, является использование электронных систем.Главным образом, благодаря электронным системам в наше время стало возможным строить автомобили, которые по сравнению с автомобилями ранних 1970-х годов, имеют:

• ⇒на 90% более чистые выхлопные газы
• ⇒на 50% больше мощности (при расчете на одинаковый объем двигателя)
• ⇒на 25% меньше расхода топлива
• ⇒троекратное увеличение интервала между проведением техобслуживания

Некоторые преимущества электронных систем, в сравнении с более ранними решениями

1. Могут быть более тщательно адаптированы к двигателю. Это потому, что их рабочая функция является цифровой, а не аналоговой.
2. Могут обеспечить более точное управление. Например, зажигание может управляться с точностью до долей градуса.
3. Может обеспечить управление, более подходящее к рабочим условиям. Это потому, что они имеют больше датчиков, которые влияют на управление.
4. Могут ускорить управление. Датчик частоты вращения коленчатого вала считывается примерно 50 раз за оборот двигателя. Иными словами, 5000 раз в секунду при 6000 rpm. Другие датчики обычно считывают частоту вращения коленчатого вала один раз за оборот двигателя. Иными словами, 100 раз в секунду при 6000 rpm.
5. Могут взаимодействовать между различными системами. Например, система зажигания может в некоторых случаях влиять на количество топлива.
6. Состоит из меньшего числа компонентов с возможностью механического износа. Это уменьшает необходимость обслуживания и увеличивает как надежность, так и срок эксплуатации.
7. Могут самоадаптироваться при износе двигателя и изменении условий. Большинство современных систем имеют так называемые адаптивные функции. Это снижает требования обслуживания.
8. Могут проводить самодиагностику и предупреждать в случае неисправностей, которые могут, например, привести к превышению определенных ограничений по выбросу выхлопных газов.

Аналоговые системы, по сравнению с цифровыми

Аналоговые

Более старые системы (как, например, карбюраторы и системы зажигания управляемые прерывателем контакта) функционируют аналоговым способом (аналог ≈ единообразный). Это означает, что системы могут управлять только в соответствии с определенными кривыми с довольно ограниченным диапазоном регулирования.

Цифровые

Электронные системы работают в цифровом режиме (цифра = число). Это означает, что в памяти модуля управления хранятся только цифровые значения. Количество цифр или значений черезвычайно велико. Иллюстрация показывает пример того, как это может выглядеть. Каждая точка пересечения между линиями соответствует хранимому значению.Модуль управления считывает условия работы двигателя, например частоту вращения коленчатого вала и поток воздуха. Затем он проверяет свою память на наличие правильного числового значения, например для количества топлива. Если не имеется значения, которое точно соответсвует условиям работы двигателя, модуль управления сам подсчитывает приемлимое значение.В принципе, количество возможных значений бесконечно и диапазон регулирования очень велик.

Как работает электронный модуль?

Регулятор напряжения

Модуль управления работает на низком внутреннем напряжении, обычно 5 В. Это необходимо для того, чтобы ограничить силу тока и соответственно тепловыделение в модуле управления. Слишком большое количество тепла может повредить электронные схемы. Это также является причиной того, что все функции требующие высокий ток, как например катушки зажигания, управляются наружными усилителями.Регулятор напряжения снижает напряжение системы до 5 В.Если напряжение системы поднимается выше 16 В, регулятор не сможет больше выполнять свои функции. Это приводит к неправильным сигналам и неправильному регулированию.

А. Аналого-цифровой преобразователь (преобразователь A/D)

Модуль управления работает в цифровом режиме (импульсы, единицы и нули), в то время как сигналы от сигналов - аналоговые.Преобразователь A/D преобразовывает аналоговые сигналы в цифровые (импульсы), с которыми потом может работать модуль управления. Цифровые сигналы затем передаются в центральный процессор (CPU).

В. Центральный процессор (CPU)

Центральный процессор является независимой схемой, его можно сравнить с калькулятором; он выполняет все математические вычисления. Он работает черезвычайно быстро, но может выполнять только по одной функции за один раз.Например, при подсчете количества топлива, центральный процессор выполняет следующие операции

• Он "считывает" входные сигналы частоты вращения коленчатого вала и потока воздуха (по одной операции за один раз)
• Ищет провильное значение количества топлива в памяти программы (С). Если нет правильного значения, центральный процессор сам подсчитывает приемлимое значение.
• Регистрирует значение количества топлива во внутренней памяти (D).
• Считывает следующее значение, например значение датчика температуры.
• Проверяет программу для того, чтобы установить, необходимо ли адаптировать количество топлива для холодного двигателя.
• Собирает указанные значения из внутренней памяти и высчитывает новое значение, в зависимости от того, на сколько нужно адаптировать значение.
• Замечает новое значение во внутренней памяти.
• Считывает, по одному, значения других датчиков и, если необходимо, высчитывает новые значения.
• Когда все операции закончены, центральный прцессор передает окончательное значение в преобразователь D/A (Е) для регулирования количества топлива.

С. Память программы (ROM = постоянное запоминающее устройство)

Центральный процессор может только считывать, но не может ничего изменить в ROM.В памяти ROM запрограммированы все числовые значения, например, количество топлива, частота оборотов холостого хода и правильное время зажигания.Существуют различные версии памяти ROM, в зависимости от того, как она изготовлена и от того, можно ли вносить изменения в программу.Память ROM -Разные значения запрограммированы во время изготовления.Память PROM -Буква P означает программируемая (programmable) Память изготавливается пустой и может быть запрограммирована позже.Память ЕPROM -Буква Е означает стираемая (Erasable) Память может быть стерта и перепрограммирована. Это обычно делается при помощи ультрафиолетового излучения.Память EEPROM - Буква Е означает электрическая (electrical). Память может быть стерта и перепрораммирована при помощи электрических импульсов.

D. Внутренняя память или память RAM (RAM = оперативная память)

Используется центральным процессором для временного хранения рассчитанных значений. Можно сравнить с блокнотом.

Е. Цифровой и аналоговый преобразователь (преобразователь D/A)

Значения, рассчитанные и переданные центральным прцессором в преобразователь D/A, являются цифровыми (импульсами).Преобразователь D/A преобразовывает сигналы в аналоговые сигналы, например, ток или напряжение определенной силы и временного интервала.Обычно сигналы проходят через усилитель в модуле управления, так как они довольно слабы. Они затем используются для управления функциями, управляемыми модулем управления, например, количеством топлива, частотой оборотов холостого хода и временем зажигания.

Что модуль управления не знает, но предполагает, что это правильно!

Не существует датчиков для всего. Поэтому, модуль управления рассматривает определенные параметры в качестве верных. Примерами являются:

• Двигатель в хорошем механическом состоянии, например, зазор клапанов, регулировка распределительного вала и сжатие и т.д. - правильны.
• Впуск воздуха, например, предварительный нагрев воздуха и воздушный фильтр (ACL) функционируют правильно и что диск дроссельной заслонки настроен правильно.
• Нет утечки воздуха со стороны впуска или выпуска.
• Значения давления и потока топлива - правильны. Иными словами, топливный насос (FP), топливный фильтр и форсунки - исправны.
• Система охлаждения функционирует нормально, например термостат открывается при правильной температуре.
• Компоненты в системе зажигания, например модуль разряда системы зажигания (IDM), кабели зажигания, колпачок распределителя, ротор и свечи зажигания не повреждены или сработавшиеся.
• Генератор (GEN) заряжает правильно, например напряжение зарядки не превышает 16 В или напряжение аккумулятора ниже 10,5 В.

Если вышеприведенные параметры не правильны, на процесс сгорания будет оказано отрицательное воздействие.При наличии неисправности, будет оказываться воздействие на функционирование двигателя, расход топлива и выброс выхлопных газов. Это, в свою очередь, может привести, например, к получению ненормальных сигналов от датчика кислорода. Очень часто, в этом обвиняют электронные системы, и делаются попытки, например, заменить те компоненты, которые не являются неисправными.В системах с адаптивной (самоучащейся) функцией, производится автоматическая регулировка. Однако, неисправность может быть такой крупной что адаптивная регулировка перегружена и не может полностью компенсировать всю неисправность.

При поиске неисправности, нужно иметь в виду, что

В современных автомобилях есть много электронных систем. Поэтому, легко возложить вину просто на "сложную" электроннику и упустить из виду основы функционирования двигателя. Эти основные принципы так же важны сегодня, как и при карбюраторных двигателях!Распространенной ошибкой при поиске неисправности является слишком поспешное ограничивание внимания на определенной области, без проверки, например, системы зажигания или должного механического состояния двигателя.Современные руководства по обслуживанию могут иметь пугающий вид, особенно когда более 350 страниц посвящаются системе управления двигателем. Однако, такое руководство является черезвычайно полезным при поиске неисправности, что почти что невозможно без него. Используя оглавление в начале, очень легко найти правильную методику обнаружения неисправности.Электронные компоненты в системах управления очень надежны и редко являются причиной каких-либо неисправностей!