Современные микропроцессорные системы управления зажиганием двигателей внутреннего сгорания /ДВС/ представляют собой модельные системы. Необходимый набор датчиков, как правило, состоит из датчика начала отсчета, датчика частоты вращения, датчика разрежения во впускном коллекторе, датчика температуры ДВС и датчика детонации. Датчики начала отсчета и датчик частоты вращения коленчатого вала /КВ/ устанавливается либо на коленчатом валу, либо на распределительном валу. Широко применяемые датчики частоты вращения вала имеют 60 импульсов за один оборот КВ и, следовательно, максимальное разрешение 3 угловых градуса. Датчик разрежения косвенно позволяет ввести информацию о нагрузке ДВС, хотя истинная информация о нагрузке ДВС заложена в изменении ускорения вращения коленчатого вала.

Датчик детонации по существу необходим для защиты ДВС от ошибок, возникающих в результате вычисления необходимого угла опережения зажигания и состава бензиново-воздушной смеси системы карбюрации двигателя. Кроме того, модельные системы предъявляют повышенные требования к точности изготовления двигателей и требуют коррекции программы по мере износа двигателя при его эксплуатации. То есть микропроцессорные системы управления ДВС требуют повышенного внимания и обслуживания при эксплуатации автомобиля.

Упростить систему зажигания и карбюрации ДВС, повысить качество управления двигателем, и существенно снизить массовые выбросы вредных веществ в отработанных газах, особенно, в городском цикле можно лишь в замкнутых адаптивных /самообучающихся / системах управления. Создать адаптивную систему управления можно, если удастся замерить изменение ускорения движения поршня /или коленчатого вала / при любом возмущающем воздействии : изменении состава топливно-воздушной смеси; реакции автомобиля от дорожного покрытия через колесо на коленчатый вал; изменении октанового числа топлива и т. д .

ДАПТИВНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДВС

Добавлено (13.12.2009, 19:19)
---------------------------------------------
Для каждого типа ДВС существует оптимальное ускорение движения поршня от верхней до нижней мертвой точки, при котором пульсации крутящего момента на коленчатом валу будут минимальны . За счет снижения пульсаций крутящего момента на коленчатом валу возрастает средний крутящий момент при том же расходе топлива. За счет улучшения процессов горения и более полного сгорания топлива существенно снижается количество вредных веществ в отработанных газах, особенно окиси азота NOx. Если замерить ускорение при движении КВ в любой момент времени и подать его, как сигнал рассогласования в систему обратной связи, то удается замкнуть систему по конечному параметру- коленчатому валу . То есть необходимо на коленчатый или распределительный вал ДВС установить датчик положения коленчатого вала, датчик скорости и датчик ускорения коленчатого вала. Датчики должны быть определенным образом жестко связаны между собой в пространстве и во времени. Эти датчики должны снимать непрерывную информацию о мгновенном состоянии коленчатого вала. Вычислитель на основе сигналов положения, скорости и ускорения определяет необходимый угол опережения зажигания / впрыска для дизеля /, исходя из заданных критериев оптимальности. Это может быть максимально возможный крутящий момент на валу во всех режимах работы ДВС, минимальные массовые выбросы окиси азота NOx, определенная температура выпускных газов и т. п. Сигнал рассогласования, представляющий собой изменение угла опережения зажигания, является следствием мгновенного изменения пространственного и временного состояния коленчатого вала, поступает, в виде изменения фазы управляющих импульсов, на свечи зажигания. Адаптивная система зажигания ДВС предназначена для управления двигателями в реальном времени. Применение принципиально нового датчика положения коленчатого вала /KB/, его скорости и ускорения и нового способа обработки информации о вращении КВ ДВС позволило реализовать работу ДВС с максимальным моментом на KB при оптимальном давлении в камере сгорания в любых режимах.

Датчик БЗМ-1 заменяет набор всех датчиков, необходимых для управления микропроцессорными системами зажигания, устанавливается на распределительном или коленчатом валу, работоспособен при температурах окружающей среды от минус 60 гр. С. до плюс 150 гр.С. и обеспечивает точность отработки угла опережения зажигания +/_3 угловых минуты. Датчик способен передавать информацию без искажений через герметизирующие двигатель магнитно-нейтральные конструкционные материалы толщиной до 3 мм. Датчик, устанавливаемый на вывод от распределительного вала, имеет наружный диаметр -55 мм, осевую длину-14 мм. Ротор датчика, устанавливаемый на вывод распределительного вала, имеет наружный диаметр -16 мм, осевую длину-10 мм, немагнитный односторонний зазор-3 мм. Ограничений на количество цилиндров и количество тактов ДВС для датчика нет. На данный момент разработаны серийные датчики для четырех и восьмицилиндровых ДВС, опытные- для шести и двенадцатицилиндровых ДВС.

Адаптивная система зажигания определяет изменение наполнения каждого из цилиндров бензиново-воздушной смесью, изменение октанового числа топлива, изменение состояния цилиндропоршневой пары по мере ее износа, температуры двигателя, а также любые возмущающие воздействия на KB со стороны трансмиссии при движении автомобиля. Результатом работы адаптивной системы является мгновенная коррекция угла опережения зажигания по каждому из цилиндров ДВС. Критерием оптимизации работы системы зажигания является поддержание максимального крутящего момента каждого из цилиндров ДВС во время рабочего хода его поршня. Для каждого цилиндра любого ДВС есть свой единственный угол поворота КВ, где крутящий момент ДВС максимален. Адаптивная система зажигания автоматически отслеживает этот угол поворота коленчатого вала, где крутящий момент от каждого поршня максимален, исключая жесткие режимы работы ДВС. Она практически, сводит к нулю все паразитные пульсации КВ. Ликвидация паразитных высокочастотных крутящих моментов при работе ДВС позволяет повысить средний крутящий момент на KB и, существенно снизить количество вредных веществ в отработанных газах /ОГ/. Мгновенная коррекция угла опережения зажигания по рабочему ходу каждого поршня повышает динамическую мощность всего ДВС. Быстродействие системы менее одной микросекунды. Предложенный адаптивный принцип управления ДВС сохраняет свои возможности в двигателях с малым объёмом камеры сгорания с числом цилиндров менее четырёх, где экономически нецелесообразно применение дорогих катализаторов и раздельного впрыска топлива в цилиндры (отечественные автомобили "ОКА").

Добавлено (13.12.2009, 19:23)
---------------------------------------------
Проведенные стендовые и ездовые испытания полностью подтвердили преимущества адаптивной системы управления ДВС. Анализ с помощью ПЭВМ непосредственных измерений работы ДВС при ездовых испытаниях на беговых барабанах и на грунте показал существенное отличие в устанавливаемых углах опережения зажигания адаптивной системой БЗМ-1 по отношению к системам с микропроцессорным управлением и системами зажигания с механическими автоматами регулирования угла опережения. Все приведенные ниже данные по испытаниям различных типов сертифицированных двигателей и автомобилей проведены только путём замены штатной системы зажигания на адаптивную БЗМ-1. При сравнительных испытаниях система карбюрации топливовоздушной смеси оставлена штатной. Регулированию подвергалась только частота холостого хода ДВС /частота холостого хода устанавливалась штатная/.

В 1994 году были проведены испытания БЗМ-1 на серийном двигателе ВАЗ 21081 с карбюратором ДААЗ 21081 со штатными регулировками в стендовых условиях в Центральном научно-исследовательском институте топливной аппаратуры ЦНИИТА (таблица 1). Сравнительная оценка мощностных, топливно-экономических и экологических показателей работы двигателя с системой БЗМ-1 относительно штатной, дала следующие результаты (техническая заключение от 28 ноября 1994 года):

<!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->устойчивая работа двигателя на режиме холостого хода до 600 об/мин , более стабильную на режиме 850 об/мин, при соответствующей токсичности ОСТ 17.2.2.03-87 ( N min: С0=0,28%; СН=320 1/млн; и Nпов: С0=0,43%; СН=240 1/млн );

<!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->повышение на 7-10 процентов запаса мощности и снижение удельного расхода топлива на режимах близких к холостому ходу и к внешней регулировочной характеристике: (частота вращения KB N=2000 об/мин);

<!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->обеспечение более "мягкой"(с точки зрения тепловой напряженности) работу двигателя при адаптации к низкосортным бензинам.

Система зажигания
Момент Нм
Разрежение в колекторе кг/см
Удельный расход г/квт* час
Мощность кВт
CO проценты объёмные
СН 1/млн
NOx 1/млн

штатная
7.36
0,67
831
1.53
0,36
220
460

БЗМ-1
8.04
0.67
768
1.68
0.4
265
805

Штатная
37,8
0,З5
335
7,91
0.27
240
2260

Б3М-1
38,3
0,35
339
8,02
0.32
250
2820

Штатная
70.7
0,025
325
14,8
3,8
195
2100

БЗМ-1
77,0
0,025
312.7
16,1
2,3
200
2016

Примечание: нагрузочная характеристика, представленная в таблице 1, снята для версии БЗМ-1 с датчиком разряжения, исключительно для стендовых испытаний. В дальнейшем, при ездовых испытаниях, а также при испытаниях на беговых барабанах по ЕЭК.ООН-84, приведённых ниже, датчик разряжения не применялся, так как реализовать режим работы на автомобиле аналогичный стендовой нагрузочной характеристеке с существующими балансирами не возможно. Если систему зажигания БЗМ-1 испытывать в режиме нагрузочной характеристеке на стендах, по принятой на сегодняшний день методике, то угол опережения либо не будет изменятся, либо будет изменятся в сторону уменьшения (определяется выбранной глубиной обратной связи по ускорению коленчатого вала), а не в сторону увеличения, как в случае регулирования угла опережения зажигания по усреднённым параметрам с помощью датчика разрежения.

Добавлено (13.12.2009, 19:24)
---------------------------------------------
Испытания, поведенные на ЗМЗ /Заволжский моторный завод/ в 1995 году на автомобиле ГАЗ-31029 с двигателем 402.10 на беговых барабанах по ЕЭК. ООН-84 дали следующие результаты (техническая справка от 24 ноября 1995 года).

Предельно допустимые нормы выброса токсичных веществ по правилам 84 ЕЭК. ООН ГОСТ17.2.2.0387

Примечание: ГЦ- горячий цикл; ХД- холодный цикл. Согласно результатам приведенным в "таблице 2", адаптивная система зажигания БЗМ-1снижает массовые выбросы СО и NOх на 30-50 процентов по сравнению с серийной бесконтактной системой зажигания. БЗМ-1 адаптируется к снижению октанового числа топлива до 76 единиц. При этом массовые выбросы СО и NOx падают на 50-60%, а СН на 30 процентов.

Сравнение динамики разгона автомобиля ГАЗ 31029 с 20 км/час до 90 км/час на третьей передаче показало уменьшение времени разгона на 3,5 секунды, с 18.5 сек. на штатной системе зажигания до 15 сек. на адаптивной системе БЗМ-1.

Испытания на токсичность, проведенные в УКЭР ГАЗ в 1995 году, на автомобиле "БУРЛАК" с двигателем ЗМЗ 402.10 по правилам №83 ЕЭК ООН (городской цикл) дали следующие результаты (техническая справка от 20.12.1995г.

Примечание; рециркуляция отработанных газов в данном двигателе не предусмотрена. Из "таблицы 3" следует, что адаптивная система зажигания БЗМ-1 на любом виде октанового числа топлива снижает массовые выбросы СО на 42%, СН на 20-22% и NOx на 80%. Изменения в расходе топлива укладываются в погрешность измерений.

Испытания, проведенные в УКЭР ГАЗ в 1995 году , на автомобиле ГАЗ 31029 с двигателем ЗМЗ 402.10, оснащенным газовой аппаратурой для сжатого газа "САГА-7" производства АО "ИНКАР" г. Пермь, на беговых барабанах, в соответствии с нормами ЕЭК. ООН-, дали следующие результаты (техническая справка от 23 октября 1995 года).

Концентрация токсичных веществ определялась газоанализатором SAE-8536 фирмы "ЯНАКО" (Япония).

Примечание: отключение подачи метана при принудительном торможении двигателем в данной системе не предусмотрено.

Из "таблицы 4" следует, что адаптивная система зажигания БЗM-1 снижает массовые выбросы NОх при работе двигателя па сжатом газе по ездовому циклу в 7-8 раз, по сравнению с серийной, при одновременном улучшении на 10-15% и остальных экологических показателей.

Результаты сравнительных испытаний адаптивной системы управления ДВС АСУД, проведенные 4 ноября 1998 года на беговых барабанах НАМИ (г. Москва) по городскому циклу с дополнительной 5-й фазой.

Примечание: Формула приведения к СО СО+3.14*СН+41.2*Nox (все в г/км)

Подписали соответствующие документы испытаний
от ЦНИТА директор Королев А.В.
д. т. н. Ложкин В.Н.
ст. н. с. Виноградов М. Н.
oт ЗМЗ директор Пичугин В.В
нач. Экспериментального цеха Ященин А.А.
нач. ИБСП Аскинадзе Ю.Л.
от АО ГАЗ нач. Бюро испытаний
Носенко Ю. П.

Адаптивная система зажигания ДВС защищена патентами РФ.

1. Способ управления моментом .зажигания и система зажигания с электронным регулированием угла опережения зажигания.

2. Датчик углового положения, и частоты вращения ротора.

Добавлено (13.12.2009, 19:35)
---------------------------------------------
www.bzm.ru