Теория прошивки Subaru — Активное управление опережением зажигания

Необходимость активного управления опережением зажигания

Задачей системы управления опережением зажигания является нахождение компромисса между целым рядом зачастую противоречивых требований уменьшением токсичности ОГ, увеличением развиваемой двигателем мощности, уменьшением расхода топлива и замедлением износа двигателя. Активная система управления опережением зажигания обеспечивает непрерывную адаптацию момента зажигания к постоянно меняющимся условиям эксплуатации с учётом всех соответствующих требований. Активной система называется потому, что она при помощи установленного на блоке цилиндров датчика детонации регистрирует фактически возникающую в цилиндрах детонацию.

Характеристики («карты») опережения зажигания

Данные характеристики являются основой для работы реализованной в блоке управления двигателем функции управления опережением зажигания.

Базовая характеристика опережения зажигания
Характеристика вносимых в опережение зажигания поправок, позволяющих учитывать фактическую интенсивность детонации

В данной характеристике содержатся «базовые» значения угла опережения зажигания, т.е. значения, используемые при работе двигателя на топливе с наименьшим допустимым для данного двигателя октановым числом. Предполагается, что зажигание, осуществляемое в соответствии с данной характеристикой, является наиболее поздним для данного двигателя при его эксплуатации в нормальных условиях.

В трёхмерном графическом представлении различные характеристики опережения зажигания обычно имеют схожую между собой и напоминающую рельеф местности форму. Так, с увеличением частоты (RPM) вращения вала двигателя зажигание смещается в сторону более раннего, соответственно угол опережения зажигания увеличивается. С увеличением нагрузки двигателя зажигание смещается в сторону более позднего, соответственно угол опережения зажигания уменьшается. В результате наибольшее опережение зажигания характерно для работы двигателя с высокой частотой вращения вала и малой нагрузкой, в то время как наименьшее опережение зажигания характерно для работы двигателя с низкой частотой вращения вала и высокой нагрузкой.

В трёхмерном графическом представлении верхняя часть характеристики, соответственно та её часть, которая соответствует работе двигателя с близкой к максимальной частотой вращения вала, является плоской. Это объясняется тем, что при превышении частоты вращения вала двигателя, составляющей 6000 об./мин., блок управления двигателем перестаёт учитывать сигналы датчика детонации. Причина прекращения активного противодетонационного регулирования на высоких оборотах заключается в том, что при работе двигателя с высокой частотой вращения вала и высокой нагрузкой становится проблематичным выделить собственно детонацию из сопровождающего работу двигателя общего шумового фона. После отключения детонационного датчика для регулирования работы двигателя используются «безопасные» (т.е. предположительно не способные вызвать детонацию при соответствии фактического октанового числа топлива минимально допустимому) табличные значения опережения зажигания.
Характеристика поправок, вносимых в опережение зажигания в зависимости от фактической интенсивности детонации

Данная характеристика содержит значения, которые могут прибавляться к «базовым» значениям параметра опережения зажигания в случае, если блок управления двигателем сочтёт такое прибавление желательным. Содержащиеся в данной характеристике максимальные значения выбраны таким образом, чтобы в результате их сложения с базовым значением параметра опережения зажигания получалось значение угла опережения зажигания, соответствующее работе двигателя на топливе, имеющем максимально допустимое для данного двигателя октановое число.

При низкой нагрузке двигателя никаких поправок не предусматривается в трёхмерном графическом представлении в нижней части характеристики имеется плоское «плато». Таким образом, в при работе двигателя в соответствующем режиме, независимо от фактической детонационной стойкости топлива, блок управления не будет вносить в базовые значения опережения зажигания никаких поправок. Это объясняется тем, что в данном режиме поправки не способны принести положительного эффекта, поскольку зажигание в двигателе уже осуществляется в оптимальный для данного режима момент (MBT, Minimum Best Timing). Любые поправки лишь увеличили бы как вероятность возникновения детонации, так и токсичность выхлопа.

MBT, Minimum Best Timing = оптимальный момент зажигания для конкретного режима работы двигателя, т.е. наименьшая величина угла опережения зажигания, позволяющая двигателю развить максимальную для соответствующих условий эксплуатации мощность.

С увеличением нагрузки двигателя максимальная величина допустимых поправок возрастает. Это означает, что с увеличением нагрузки диапазон регулирования угла опережения зажигания расширяется. Этот диапазон прежде всего зависит от октанового числа, соответственно от детонационной стойкости применяемого топлива. В двигателях с турбонаддувом осуществить зажигание именно в оптимальный момент MBT не всегда представляется возможным. С увеличением опережения зажигания, соответственно с приближением момента зажигания к оптимальному, развиваемая двигателем мощность увеличивается, однако часто топливо начинает детонировать раньше, чем момент зажигания сдвигается до оптимального. Именно в данных условиях наиболее полно проявляются преимущества активной системы управления опережением зажигания, которая позволяет блоку управления эксплуатировать двигатель в режимах с максимальным приближением момента зажигания к фактической границе детонации. Данная система позволяет увеличить мощность двигателя без критического увеличения расхода топлива и с поддержанием температуры выхлопных газов на приемлемом уровне. Поскольку тестирование автомобилей на соответствие их ОГ экологическим требованиям законодательства производится под сравнительно небольшой нагрузкой, законодательство фактически никак не регламентирует степень токсичности выхлопа, выпускаемого турбированными двигателями под большой нагрузкой.

Автоматическая адаптация блока управления к фактической детонационной стойкости топлива (Ignition Learning)

Приведённые выше характеристики в совокупности определяют допустимый диапазон регулирования угла опережения зажигания, который может использоваться блоком управления двигателя. Однако, выбор оптимального для конкретных условий значения угла опережения зажигания из названного диапазона является функцией самого блока управления двигателем. Данный процесс также называют процессом (автоматической) адаптации блока управления к фактической детонационной стойкости топлива. При запуске двигателя (или переинициализации блока управления) этот блок должен оценить детонационную стойкость содержащегося в топливном баке топлива, причём анализ топлива производится без прерывания нормальной эксплуатации автомобиля.

Процесс общей («грубой») адаптации блока управления к детонационной стойкости топлива (Coarse Ignition Learning)

В случае, когда фактическое октановое число топлива неизвестно, при запуске двигателя блок управления использует значения параметров зажигания, относящиеся к середине диапазона допустимой для данного двигателя детонационной стойкости топлива. То есть используется соответствующее значение из базовой характеристики опережения зажигания плюс половина максимально допустимой поправки, определяемой по характеристике поправок. При этом блок управления постоянно опрашивает датчик детонации. В зависимости от регистрируемой интенсивности процессов детонационного сгорания топлива в цилиндрах блок управления плавно уменьшает или увеличивает применяемое значение поправки до тех пор, пока эта интенсивность не окажется в допустимых пределах. Целью описанного регулирования является по возможности приблизить применяемое значение поправки к её указанному в соответствующей характеристике максимально применимому для конкретного режима работы двигателя значению. В «Delta Dash» предусмотрена возможность индикации соотношения между применяемым и максимальным значениями поправки в реальном времени в том числе и в процессе общей адаптации блока управления к фактической детонационной стойкости топлива. Соответствующий параметр называется «коэффициентом адаптации» («Advance Multiplier»), причём диапазон изменения значений данного параметра составляет от 0 до 16. Число, выводимое в качестве значения данного параметра, выражает применяемое блоком управления значение поправки через соответствующее количество шестнадцатых долей от максимально допустимого значения этой поправки. При этом вывод числа 16 означает, что применяемое значение поправки равно максимальному (т.е. составляет 16/16 от него, что наиболее желательно), 8 означает, что применяемое значение поправки равно половине от максимального (т.е. 8/16, что является допустимым значением), а 0 означает, что поправка не применяется (что свидетельствует о минимальном или недопустимом фактическом октановом числе применяемого топлива).

Процесс общей адаптации происходит в двигателе не постоянно, а лишь при наличии определённых предпосылок. Для запуска данного процесса блок управления должен зарегистрировать определённую допускающую осуществление адаптации комбинацию температуры ОЖ, частоты вращения вала и нагрузки двигателя. Наличие в памяти блока управления определённых кодов ошибок или неисправностей также делает невозможным осуществление процесса адаптации, и по этой причине перед попытками внесения изменений в работу двигателя, в частности перед попытками увеличения развиваемой им мощности, рекомендуется опросить и сбросить накопившиеся в памяти блока управления коды ошибок, а главное устранить причины, вызвавшие появление этих кодов.

Значение коэффициента адаптации практически характеризует величину поправок, вносимых в угол опережения зажигания во всём диапазоне допустимых нагрузок и частот вращения вала двигателя. Очевидно, что внесение однообразных поправок по всему диапазону не всегда желательно, поскольку в некоторых поддиапазонах более целесообразным является увеличение относительной величины поправок, а в других уменьшение последней. По названной причине в блоке управления предусмотрена функция тонкой настройки поправок, вносимых в угол опережения зажигания.
Тонкая настройка поправок, вносимых в угол опережения зажигания

После завершения процесса общей адаптации блока управления к фактической детонационной стойкости топлива, соответственно после определения коэффициента адаптации, начинается процесс тонкой настройки поправок, вносимых в угол опережения зажигания. Принцип работы данной функции более сложен, чем простое умножение максимально возможной поправки на заданный коэффициент, и поэтому параметры, необходимые для работы этой функции, сохраняются в памяти блока управления в виде двумерной матрицы 8*8, всего содержащей 64 значения искомого параметра. Иными словами, на основе этой таблицы блок управления может осуществлять раздельную тонкую настройку поправок, вносимых в угол опережения зажигания при 64х различных комбинациях восьми поддиапазонов нагрузки нагрузки и восьми поддиапазонов частоты вращения вала двигателя.

Таблица тонкой настройки поправок, вносимых в угол опережения зажигания

«Заполнение» ячеек таблицы, соответствующих отдельным поддиапазонам, осуществляется блоком управления двигателем автоматически, с учётом зарегистрированной при работе двигателя в соответствующих режимах интенсивности детонационных процессов. На первой из приведённых выше иллюстраций показана таблица тонкой настройки поправок, вносимых в угол опережения зажигания, после переинициализации блока управления двигателем и до начала эксплуатации автомобиля. На второй из этих иллюстраций показана та же таблица, «заполненная» блоком управления по результатам нескольких минут эксплуатации автомобиля, заправленного топливом с чрезвычайно низким октановым числом. В процессе дальнейшей эксплуатации, в ходе которой блок управления получит возможность проанализировать интенсивность детонации и в других режимах работы, соответственно при других сочетаниях нагрузки и частоты вращения вала двигателя, будут заполнены и пока оставшиеся незаполненными ячейки таблицы.

Таким образом, фактическая применяемая при работе двигателя величина угла опережения зажигания определяется суммированием трёх величин:

1.базового значения угла опережения зажигания, взятого из базовой таблицы или характеристики опережения зажигания;
2.общей адаптивной поправки, определяемой на основе соответствующей характеристики поправок с учётом значения коэффициента адаптации;
3.значения «тонкой» поправки, взятого из приведённой выше таблицы. Таблица тонкой настройки поправок включает в себя 64 различных значения «тонких» поправок, определённых для 64х различных комбинаций восьми поддиапазонов частот вращения вала двигателя (строки таблицы) и восьми поддиапазонов нагрузки двигателя (колонки таблицы). Пределы соответствующих поддиапазонов определены таким образом, чтобы обеспечить наибольшую точность регулирования в наиболее критических частях общего диапазона.

основной раздел

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.