Моменто море

В программы многих современных контроллеров (электронных блоков управления) заложена «моментная» структура управления двигателем. В зависимости от тех или иных особенностей работы на заданном режиме контроллер подбирает параметры расхода воздуха, впрыска топлива, зажигания, оптимальные для получения необходимого крутящего момента. Но сказанное не означает, что заботливый блок исправляет любые грубые ошибки водителя: пытаясь тронуться на высшей передаче или без разгона взять крутой подъем, да еще с прицепом, на «оптимизацию» не надейтесь. Если крутящий момент, развиваемый двигателем, даже при идеальных настройках меньше требуемого для движения, то никакой контроллер преодолеть препятствие не поможет. А вот умелому водителю современный контроллер – надежный союзник.

Как блок управления двигателем оперирует крутящим моментом на коленчатом валу, покажем на режиме холостого хода. Опираясь на показания датчиков системы впрыска, блок управления вычисляет угол опережения зажигания и одновременно командует регулятором холостого хода, задавая расход воздуха через байпасный канал. Данные для оптимизации работы любого двигателя – такие, как значения крутящего момента при разных нагрузках, углах опережения зажигания, температурах, а также механические потери – определены при заводских испытаниях и записаны в энергонезависимую память контроллера. Как регулируется режим работы двигателя, поясним рисунками.

Зачем понадобились коэффициенты DМжел1 и DМжел2 – нельзя ли обеспечить быстрое и точное реагирование за счет какого-нибудь одного?

Увы, нельзя. С математической точки зрения коэффициенты можно представить в виде своеобразных «регуляторов». Их задача – обеспечить минимальное отклонение реальных оборотов от желаемых. Специалистам известны пропорциональные, интегральные, дифференциальные и другие регуляторы; их устройство – отдельная тема. Скажем лишь, что если упростить механизм и оставить только пропорциональный регулятор DМжел1, то колебания оборотов будут совершаться в довольно широких пределах – такова его специфика. Современной системе управления этого мало, поэтому она дополнена интегральным регулятором. Совместно с пропорциональным он обеспечивает достаточно высокую точность поддержания оборотов – ± 40 об/мин.

На исправном двигателе значения корректирующих параметров должны быть близкими к нулю. Если они упрямо устремляются в плюс или минус, значит, системе управления приходится «напрягаться», поддерживая обороты в заданном диапазоне. Допустим, они выше желаемых – значит, результирующий момент избыточен и для его снижения коэффициенты DМжел1 и DМжел2 примут отрицательные значения.

Для примера сымитируем неисправность – снимем резиновую заглушку с ресивера двигателя. За счет подсоса воздуха обороты коленвала вырастут – но уже через несколько секунд диагностический прибор покажет, что параметры DМжел1 и DМжел2 на это отреагировали и приняли значения около -10% …-15%. В результате УОЗ снизится, байпасный канал РХХ прикроется, компенсируя излишки воздуха. Возросший было крутящий момент уменьшится – число оборотов вернется к норме.

Подсос воздуха, снижение механических потерь в двигателе, подклинивание клапана РХХ в открытом положении отклоняют параметры коррекции в минус. Повышенные механические потери или клапан РХХ, заклинивший прикрытым, отклоняют их в плюс. Зная это, уже по знаку отклонения параметра специалист может наметить пути поиска неисправности. Если двигатель исправен и прогрет до рабочей температуры, то при минимальных оборотах холостого хода значения коэффициентов обычно лежат в интервале от -3% до +3%. Предельными же считаются значения от -5% до +5%.

За параметром DМжел2 постоянно следит бортовая диагностика. Если, несмотря на все усилия контроллера, отклонения оборотов все же выйдут за пределы ±100 об/мин, бортовая диагностика зафиксирует неисправность и запишет в память блока управления код ошибки Р0506 («обороты коленвала ниже ожидаемых») либо Р0507 («...выше ожидаемых»).

Пропорциональный DМжел1 и интегральный DМжел2 коэффициенты не хранятся в памяти контроллера и перед очередным пуском двигателя равны нулю. А вот коэффициент DМжел3 хранится в энергозависимой памяти – обнулить его показания можно, сняв клемму с батареи либо с помощью диагностического прибора.

ПЕРЕЧЕНЬ ПАРАМЕТРОВ

УОЗ – угол опережения зажигания по коленчатому валу. Измеряется в градусах относительно ВМТ.

nжел – желаемые обороты холостого хода (оптимальная величина, рассчитанная контроллером для данных условий работы).

nреал – фактические обороты коленчатого вала с дискретностью 40 об/мин.

РХХ – регулятор холостого хода. Текущее положение клапана РХХ измеряется в условных единицах (0–255).

DМжел1 – желаемое изменение крутящего момента двигателя для поддержания оборотов холостого хода – пропорциональная часть. Измеряется в процентах.

DМжел2 – желаемое изменение крутящего момента двигателя для поддержания оборотов холостого хода – интегральная составляющая. Измеряется в процентах.

DМжел3 – параметр адаптации регулировки холостого хода, учитывающий долговременные изменения в двигателе. Измеряется в процентах.

Dn – изменение оборотов.

Желаемое минимальное число оборотов на холостом ходу nжел контроллер выбирает в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Для очень многих двигателей, если они прогреты до рабочей температуры, величина nжел = 820–840 об/мин. Контроллер помнит, что это – оптимальное значение оборотов, полученное экспериментально при испытаниях двигателя. Этому состоянию соответствует некий расчетный (базовый) крутящий момент на валу – Мбаз. Для поддержания такого момента требуются определенный угол опережения зажигания УОЗ и положение клапана регулятора холостого хода. Но реальное число оборотов nреал не всегда соответствует желаемому. Заметив расхождение в оборотах, контроллер рассчитает коррекцию базового момента: УОЗ и положение клапана РХХ изменятся, но и теперь обороты коленчатого вала не совпадут точно с желаемыми! Новое расхождение тоже будет учтено – однако контроллер приблизит обороты к желаемым опять-таки за счет некоторого изменения момента. Цикл повторяется – тем самым контроллер, хотя и с небольшими колебаниями параметров, поддерживает осредненные значения оборотов и момента близкими к желаемым.

Базовый момент, как и поправочные коэффициенты, «оценивается» контроллером в процентах. Таких коэффициентов три. Первый – DМжел1 (желаемое изменение крутящего момента для поддержания оборотов холостого хода – пропорциональная часть составляющей). Это «быстродействующий» коэффициент, меняющийся скачком, как и его действие. Второй коэффициент – DМжел2 (желаемое изменение крутящего момента для поддержания оборотов холостого хода – интегральная составляющая). Этот коэффициент изменяет параметры плавно, по экспоненте. Третий коэффициент – DМжел3. Это коэффициент адаптации регулировки холостого хода. Первые два коэффициента показаны на графике. Их роль – оперативно корректировать случайные изменения оборотов коленчатого вала; третий же реагирует на факторы, долговременно сказывающиеся на работе двигателя. Например, на изменение механических потерь в двигателе в связи с его постепенным износом в ходе длительной эксплуатации. Карбюраторные двигатели из-за этого требуют периодической регулировки холостого хода. А блок управления справляется с такой задачей ничуть не хуже, причем «озабочен» ею постоянно.

Когда двигатель проработает после холодного пуска не менее 10 минут, прогреется до температуры выше 85°С и начнется лямбда-регулирование, контроллер включит режим адаптации. Теперь в работу вступает коэффициент DМжел3. До момента времени t1 компенсация отклонений оборотов происходила за счет текущих параметров коррекции DМжел1 и DМжел2 – например, к моменту включения адаптации плавно меняющийся коэффициент DМжел2 достиг -5%. На это отреагирует коэффициент DМжел3 – начнет снижаться, пока не примет значение -5%, а «оперативный» DМжел2 вернется к нулю. Схема взаимодействия этих коэффициентов та же, что и при коррекции топливоподачи (см. ЗР, 2007, № 5, 6).