Система управления двигателем при питании сжиженным газом

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: М100G и М100B.

Назначение проектов

Проект М100G 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 М100B 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 1. Система управления двигателем при питании сжиженным газом: 1 – датчик положения коленчатого вала (ДПКВ, датчик оборотов); 2 – датчик фаз (ДФ); 3 – электромагнитные форсунки (ЭМФ); 4 – датчик кислорода (ДК, λ-зонд); 5 – датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ); 6 –подключение к аккумуляторной батарее; 7 – переключатель режима «газ-бензин»; 8 – линия связи с ПК; 9 – датчик абсолютного давления (ДАД, MAP-sensor); 10 – датчик температуры редуктора; 11 – редуктор-испаритель; 12 – датчик температуры газа; 13 – датчик давления газа; 14 – блок газовых дозаторов (форсунок);

15 – 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

^^^^^^^^™ Бензин

— Д — Коррекция УОЗ

М100G

Положение дросселя, %

Рисунок 2. Нагрузочные характеристики ВАЗ-2111 при 2000 об/мин

M100G

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

^^^^^^^^е Бензин

— д — Коррекция УОЗ М100G

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 пропанбутановую 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: bef@front.ru ;

• ²    Рок Дмитрий Маратович – ведущий инженер ООО «АБИТ», тел. +7 (911)1894051 , e-mail rokkk@mail.ru .