CC BY
79
УДК 621.433.2
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИ ПИТАНИИ СЖИЖЕННЫМ
ГАЗОМ
Б.Д. Ефремов1, Д.М. Рок2
1 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7, лит. А 2ООО «Абит» 196211, Санкт-Петербург, пр. Юрия Гагарина,2
Рассмотрена схема управления двигателем при питании его сжиженным газом, позволяющая не только сохранить и использовать штатную схему управления, но и вводить необходимые корректировки программы.
Ключевые слова: схема управления двигателем, питание сжиженным газом, корректировка программы топливодозирования.
CONTROL SYSTEM FOR AN LPG-POWERED ENGINE
B.D. Efremov, D.M.Rok
St. -Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 A. Abit Ltd. 196211, St. Petersburg, avenue Yuriya Gagarina, 7 An additional engine control circuit module which keeps the fuel-powered engine control circuit yet allowing using LPG as a fuel by adjusting certain signals of the circuit, is reviewed.
Keywords: engine control circuit; natural gas powered engine; adjusting engine control algorithm.
Системы управления двигателями (СУД) современных бензиновых автомобилей отличаются повышенной сложностью алгоритмов. Блок управления двигателем (БУД) осуществляет постоянный обмен информацией, как правило, по CAN, с другими системами автомобиля, например, АКП, ABS, JB, климатической установкой. Поэтому вмешательство в работу штатного БУД с целью тюнинга (индивидуальной настройки) или перевода питания двигателя на газовое топливо, может привести к фиксации «ошибок» и переходу в «аварийный режим». Разработанная фирмой ООО «АБИТ» система управления альтернативной топливо-подачей и углами опережения зажигания позволяет избежать подобных проблем, поскольку не нарушает структуры и алгоритма управления двигателем.
Система поддерживает 2 проекта: M100G и М100В.
Назначение проектов
Проект M100G предназначен для управления исполнительными механизмами (ИМ) газобаллонного оборудования (ГБО) 4-го поколения, коррекции углов опережения зажигания (УОЗ) штатной бензиновой СУД при ее
переводе на альтернативный вид топлива (например, метан или пропан-бутановую смесь). Управление основано на обработке информации, поступающей от датчиков ГБО и штатной СУД. Количество цилиндров двигателя - до 6.
Проект М100В предназначен для изменения топливоподачи и коррекции УОЗ бензиновых СУД. Управление основано на обработке информации от штатных или дополнительно (опционально) установленных датчиков и исполнительных устройств. Количество цилиндров двигателя - до 8.
БУД М100 работает по принципу «проставки», специального модуля, расположенного между датчиками и штатным БУ бензинового двигателя. «Проставка» перехватывает необходимые сигналы датчиков штатной СУД и формирует скорректированные сигналы управления. Алгоритм работы выполнен таким образом, что штатный БУ «не подозревает» о вмешательстве «проставки» и продолжает работать в обычном режиме, обрабатывая поступающие сигналы с «проставки».
Блок управления М100G («проставка») подключается по следующей схеме. Сигналы, поступающие на штатный ЭБУ от ДПКВ (1) и ДФ (2) рвутся и заводятся на «проставку». Та-
ким образом, М100G получает информацию о частоте вращения двигателя и фазе работы. «Проставка» формирует сигнал, аналогичный перехваченному и возвращает его на штатный ЭБУ в неизменном или скорректированном виде. Коррекция фазы сигнала используется для управления УОЗ.
Сигнал, вырабатываемый штатным ЭБУ для бензиновых ЭМФ (3) рвется и заводится на «проставку». Таким образом, М100G получает информацию о длительности импульса. В зависимости от выбранного режима («бензин» или «газ») «проставка» либо транслирует в неизменном виде сигнал для ЭМФ, либо корректирует сигнал по заложенным калибровкам и подает его через штатный блок управления на газовые дозаторы (14). Обычно газовые дозаторы
(ГД) выпускаются с низкоомной обмоткой катушки, поэтому сигнал для них формируется с форсировкой тока в начальной стадии сигнала и последующим током удержания меньшей амплитуды.
Подключение системы
Проставка подключается к бортовой сети автомобиля (6), на неё заводятся сигналы обязательных датчиков абсолютного давления в коллекторе (9), давления газа (13), температуры газа (12), температуры редуктора (10), переключателя режима (7) и дополнительных (опциональных) датчиков кислорода (4), положения дросселя (5). Сигналы дополнительных датчиков не влияют на работу «проставки», а выводятся для информации.
Рисунок І. Система управления двигателем при питании сжиженным газом: І - датчик положения коленчатого вала (ДПКВ, датчик оборотов); 2 - датчик фаз (ДФ); 3 - электромагнитные форсунки (ЭМФ); 4 -датчик кислорода (ДК, Х-зонд); 5 - датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ); б -подключение к аккумуляторной батарее; 7 - переключатель режима «газ-бензин»; 8 - линия связи с ПК; 9 - датчик абсолютного давления (ДАД, MAP-sensor); І0 - датчик температуры редуктора; ІІ - редуктор-испаритель; І2 - датчик температуры газа; ІЗ - датчик давления газа; І4 - блок газовых дозаторов (форсунок);
І5 - электромагнитный клапан редуктора.
Работа системы
Подвод пропана. Независимо от положения переключателя 7 двигатель запускается всегда на бензине. Пропан в жидкой фазе через
газовую трубку подается к электромагнитному клапану 15 редуктора испарителя 11. Редуктор подключен к системе охлаждения двигателя и прогревается вместе с ним. «Проставка» по
сигналу датчика 10 оценивает температуру редуктора и по достижении порогового значения (обычно +25...+35°С) открывает клапан 15. Пропан, попадая в испаритель, переходит в паровую фазу, редуктор снижает давление до рабочего ( в нашем случае до 1 атм, но бывают системы и до 9 атм), и пропан через фильтр подается к рампе ГД.
Испытания системы проводилось на двигателе в сравнении с двигателем, оборудованным ГБО итальянской фирмы «Ловато» и в сравнении с двигателем при питании его бензином по штатной схеме автомобиля ВАЗ-2111. Результаты сравнительных испытаний представлены в виде нагрузочных характеристик двигателя при трех значениях частоты вращения: 2000 об/мин, 3000 об/мин и 4000 об/мин. Выбранные значения практически перекрывают весь диапазон нагрузочных характеристик двигателя при эксплуатации автомобиля ВАЗ-2111. Анализ результатов испытаний автомобиля с двигателем 1,5 л, показывает, что по нагрузочным характеристикам для различных частот вращения имеется явно выраженное увеличе-
ние крутящего момента по сравнению с показателями двигателя, оборудованного ГБО фирмы «Ловато». На всех частотах вращения, где проводилась коррекция УОЗ, увеличение крутящего момента составляла 10-15%. Там, где коррекция УОЗ не производилась, наблюдается достаточно близкое расположение нагрузочных характеристик. Следует отметить, что по сравнению с характеристиками, снятыми на бензине, значения крутящего момента практически совпадают, что свидетельствует об оптимальном регулировании состава смеси и УОЗ с аппаратурой «Абит», применительно к питанию газом.
С ростом частоты вращения двигателя, тенденция сохраняется и только при частоте более 3000 об/мин становится очевидным преимущество при питании двигателя бензином, что связано с вытеснением газом части воздуха на режимах, близких к полной мощности и соответствующим снижением наполнения цилиндров, приводящем к падению крутящего момента.
♦ Ловато
M100G
Бензин
— л— Коррекция УОЗ М100G
м
О
к
а>
о.
о.
о
Положение дросселя, %
Рисунок 2. Нагрузочные характеристики ВАЗ-2111 при 2000 об/мин
Анализ нагрузочных характеристик при частоте вращения 2000 об/мин ( рис.2 ), показывает, что значения крутящего момента двигателя с системой «Абит» имеет прирост в по сравнению с показателями крутящего момента
двигателя с системой «Ловато» порядка 10% при малых открытиях дросселя и более 15% при открытии дросселя более 50%. Такое увеличение крутящего момента обеспечивается применением коррекции угла опережения за-
жигания (УОЗ), величины которой показаны на том де графике.
Анализ нагрузочных характеристик показывает, что при частоте вращения 3000 об/мин, значения крутящего момента с системой Абит имеет прирост по сравнению с показателями с системой Ловато порядка 7% при открытии дроссельной заслонки более 40%, то есть на больших нагрузках. Это также связано с
введение коррекции УОЗ. По сравнению с питанием двигателя бензином имеется незначительное снижение крутящего момента на 2-3%, что связано со снижением наполнения цилиндра воздухом в связи с вытеснением его части подаваемым газом. Для питания двигателя бензином такого эффекта не имеется, поэтому значения крутящего момента при питании двигателя бензином имеют более высокие значения.
♦ Ловато
M100G
Бензин
■ д — Коррекция УОЗ M100G
м
О
к
<и
Q.
Q.
О
Положение дросселя, %
Рисунок 3. Нагрузочные характеристики ВАЗ-2111 при 3000 об/мин
При частоте вращения двигателя 4000 об/мин соотношение показателей крутящего момента имеет ту же тенденцию, что и при частоте 3000 об/мин, но менее ярко выраженную.
Поскольку значения частоты вращения двигателя при эксплуатации автомобиля в смешанном цикле в среднем находится между 2000 об/мин и 3000 об/мин, показатели автомобиля могут иметь наилучшие эксплуатационные значения при использовании блоков управления «Абит».
Дорожные испытания при скоростях движения от 90 до 120 км/час с системой Абит показали, что средний расход газа находится в
пределах 8,5 + 0,05 л/100 км. Средний расход бензина на тех же скоростях составляет 6,75 л/100 км.
При средних значениях цен на бензин и пропан - бутановую смесь, стоимость километра пробега автомобиля составляет: для бензина - 1,9 руб., а для газа - 1,06 руб.
Таким образом, снижение расходов на топливо при переходе с бензина на пропан-бутановую смесь в среднем составляет около 40%. Таким образом, переоборудование автомобиля на питание газовым топливом окупается в зависимости от интенсивности эксплуатации автомобиля в течение срока от нескольких месяцев, до 1^2 лет.
1 Ефремов Борис Дмитриевич - доктор технических наук, профессор кафедры "Автосервис" СПбГУСЭ, тел. +7 (921) 9048772, e-mail: [email protected];
2 Рок Дмитрий Маратович - ведущий инженер ООО «АБИТ», тел. +7 (911)1894051, e-mail [email protected].
