Принципы работы САУ ЭПХХ
При движении в городских условиях 18—25% времени двигатель работает на режиме принудительного холостого хода.
Двигатель работает в режиме принудительного холостого хода при торможении двигателем, переключении передач, движении автомобиля накатом и т.д. В этих случаях дроссельная заслонка карбюратора закрыта (педаль управления дроссельной заслонкой полностью отпущена), частота вращения коленчатого вала двигателя превышает частоту вращения коленчатого вала на холостом ходу.
На принудительном холостом ходу коленчатый вал двигателя вращается за счет кинетической энергии автомобиля. Автомобиль движется с включенной передачей и отпущенной педалью управления дроссельной заслонкой, поэтому двигатель расходует топливо, не выполняя полезной работы. В режиме принудительного холостого хода от двигателя не требуется отдача мощности, а сгорание топливовоздушной смеси приводит только к загрязнению окружающей среды. В результате быстрого закрытия дроссельной заслонки топливовоздушная смесь переобогащается и токсичность отработавших газов увеличивается.
Для снижения расхода топлива, уменьшения токсичности отработавших газов на автомобилях применяют электронные САУ ЭПХХ, которые в режиме принудительного холостого хода прекращают подачу топлива.
В состав САУ ЭПХХ входит электронный блок управления, электромагнитные клапаны и концевой выключатель карбюратора. В качестве датчиков положения дроссельной заслонки используется микровыключатель или датчик-винт (рис. 3).
Рис. 3. Размещение датчиков положения дроссельной заслонки на карбюраторе: 1 - ограничитель хода рычага дроссельных заслонок; 2 - рычаг привода дроссельных заслонок; 3 - рычаг микровыключателя; 4 - микровыключатель; 5 - винт крепления
САУ ЭПХХ работает следующим образом (рис. 4). Для определения режима принудительного холостого хода служат датчики частоты вращения коленчатого вала двигателя и положения дроссельной заслонки. Информация о частоте вращения коленчатого вала поступает в блок управления ЭПХХ с катушки зажигания (с первичной обмотки). Если дроссельная заслонка открыта, контакты микровыключателя замкнуты. При закрытой дроссельной заслонке его контакты разомкнуты.
Рис. 4. Схема САУ ЭПХХ
При режиме принудительного холостого хода электронный блок дает управляющий сигнал на закрытие электромагнитного клапана. При этом подача топлива через систему холостого хода прерывается. После окончания режима принудительного холостого хода открывается дроссельная заслонка и частота вращения коленчатого вала увеличивается за счет работы главной дозирующей системы карбюратора. При достижении определенной частоты вращения коленчатого вала электронный блок подает управляющий сигнал на электромагнитный клапан. Начинается подача топлива через систему холостого хода карбюратора.
САУ ЭПХХ грузовых и легковых автомобилей несколько отличаются по алгоритму управления, схеме и конструктивному исполнению. Принципиальные схемы электронных блоков управления ЭПХХ легковых и грузовых автомобилей зависят от закона управления электромагнитным клапаном карбюратора.
САУ ЭПХХ легковых автомобилей
САУ ЭПХХ автомобилей ВАЗ моделей 2105 и 2107 содержит блок управления 25.3761, электромагнитный клапан 1902.3741 и микровыключатель 421.3709.
Структурно блок управления 25.3761 (рис. 5) состоит из компараторов и цепей обратной связи. Блок управления обеспечивает прекращение подачи топлива при закрытой дроссельной заслонке и частоте вращения коленчатого вала двигателя выше 1500 мин-1. Подача топлива в режиме принудительного холостого хода прерывается иглой ЭПХХ, перемещение которой осуществляется пневматической системой, управляемой электромагнитным клапаном.
Рис. 5. Блок управления 25.3761 САУ ЭПХХ легковых автомобилей ВАЗ моделей 2105 и 2107: DA1-DA3 - микросхемы
При работающем двигателе импульсы напряжения от системы зажигания (от прерывателя или катушки зажигания), пропорциональные частоте вращения коленчатого вала, подаются на вход Х4 блока управления и далее на входной делитель напряжения R1 и R2, диод VD1, конденсатор С2 и базу транзистора VT1. Проходящий через конденсатор С2 ток заряда открывает транзистор VT1, который переводит в открытое состояние транзистор VT2. Транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в открытом состоянии до тех пор, пока не произойдет полный разряд конденсатора С3. После закрытия транзисторов VT1 и VT2 начинает работать схема преобразования частоты.
В интервале между входными импульсами конденсатор С3 заряжается через резисторы R4 и R5 до напряжения, значения которого тем больше, чем больше временной интервал между импульсами зажигания. Напряжение конденсатора С3 подается на вход компаратора, собранного на транзисторах VT3 и VT4. Опорное напряжение с делителя напряжения R9, R10 подается на другой вход компаратора, которым является вывод базы транзистора VT3. Опорное напряжение составляет только часть напряжения питания блока управления, стабилизированного стабилитроном VD2.
К выходу компаратора через резистор R11 подключена база транзистора VT6. Если частота вращения коленчатого вала двигателя станет меньше заданного порогового значения, напряжение на конденсаторе С3 превысит опорное напряжение, транзисторы VT3 и VT4 переходят в открытое состояние, на резисторе R12 появится выходное напряжение компаратора, которое переведет в открытое состояние транзисторы VT6, VT7 и VT8. При этом конденсатор С7 начинает заряжаться, на короткий промежуток времени откроется транзистор VT9. Через коллектор-эмиттерные переходы транзисторов VT8 и VT9 пройдет ток базы транзистора VT10, который переведет составной транзистор VT10 и VT11 в открытое состояние.
При переходе транзистора VT11 в открытое состояние открывается и транзистор VT5. Параллельно резистору R10 подключаются резисторы R15, R16, поэтому опорное напряжение снижается, чем обеспечивается гистерезис в работе блока управления: напряжение на его выходе вновь появляется при уменьшении частоты вращения коленчатого вала до 1100 мин-1. Наличие гистерезиса способствует более четкому срабатыванию блока управления. Возобновление подачи топлива при более низкой частоте вращения коленчатого вала в сравнении с пороговым значением (1500 мин-1) повышает устойчивость работы двигателя. Резисторы R15, R16 совместно с транзистором VT5 образуют жесткую обратную связь.
Таким образом, если частота вращения коленчатого вала двигателя меньше порогового значения, на выводе XI штекерного разъема создается напряжение, приблизительно равное напряжению бортовой сети, и электромагнитный клапан YA при любом положении дроссельной заслонки находится во включенном состоянии. Под действием разрежения во впускном трубопроводе, подводимого к игле ЭПХХ через включенный электромагнитный клапан, игла отжимается и открывает доступ топлива в канал системы холостого хода.
Когда частота вращения коленчатого вала двигателя равна или выше порогового значения, напряжение на выходе блока управления снижается до нуля. Если при этом дроссельная заслонка полностью закрыта, обмотка электромагнитного клапана через цепь микровыключателя S1 обесточивается. Разрежение на иглу ЭПХХ не действует, и она перекрывает подачу топлива. Открытие дроссельной заслонки и снижение частоты вращения коленчатого вала ниже заданного порогового значения вновь приводят к включению электромагнитного клапана и возобновлению подачи топлива.
При наличии в цепи электромагнитного клапана YA короткого замыкания (вывод XI штекерного разъема замкнут на массу) после заряда конденсатора С7 составной транзистор VT10, VT11 перейдет в состояние отсечки, что предохранит его от перегрузки. При отсутствии короткого замыкания в цепи клапана YA составной транзистор через переход эмиттер-коллектор транзистора VT11 и через резистор R21 подает на базу транзистора VT9 напряжение бортовой сети, чем обеспечивается самоблокирование схемы. Находящийся в открытом состоянии составной транзистор VT10, VT11 соединяет вывод XI штекерного разъема с выводом "+" (вывод Х2) блока управления, обеспечивая срабатывание электромагнитного клапана.
Схема блока управления ЭПХХ 25.3761 и соединения САУ ЭПХХ, собранного на микросхемах К425НК2 и К425НК1, приведена на рис. 6.
Рис. 6. Схема блока управления ЭПХХ 25.3761 и соединения САУ ЭПХХ: DA1 - микросхема К425НК2; DA2 - микросхема К425НК1; С1 - К73-9-100Б-0Д5 мкФ; С2 - К22-5-М470 пФ; R1 - С2-29В-0Д25 Ом; R2 - МЛТ-0,125-3,3 кОм; R3 - МЛТ-0,125-1,6 кОм; R4 - МЛТ-0,125-8,2 кОм; R5 - МЛТ-0,125-100 кОм; R6 - МЛТ-0,5-560 Ом; VD1 - Д814Г1; VD2-VD6 - КД-522 В; VT1, ИТ5-КТ315Г; VT2, VT3 - КТ203БМ; VT4 - КТ3102Б; VT6 - КТ814Г; S1 - микровыключатель (датчик положения дроссельной заслонки); 1 - катушка зажигания; 2 - электропневмоклапан; X1, Х2, Х3, Х4-выводы блока управления ЭПХХ
В блок управления 50.3761 (рис. 7), применяемый на автомобилях ВАЗ-2108, входной сигнал с первичной обмотки катушки зажигания подается на вывод 4 микросхемы DA1. На выводе 3 микросхемы DA1 формируются импульсы постоянной длительности, частота повторения которых соответствует частоте входных сигналов от катушки зажигания. На транзисторах VT1 и VT2 построен ключ, который во время действия импульса на входе микросхемы DA1 разряжает времязадающий конденсатор C1. В паузе между импульсами конденсатор С1 заряжается через резисторы R1 и R2. Максимальное напряжение, до которого заряжается конденсатор С1, увеличивается с уменьшением частоты сигнала.
Рис. 7. Схема блока управления ЭПХХ 50.3761: DA1 - микросхема К425НК2; DA2 - микросхема К425НК1; С1 - К73-9-100В-0,15 мкФ; R1 - С2-29В-0Д25 Ом; R2 - МЛТ-0,125-3,3 кОм; R3 - МЛТ-0,125-1,6 кОм; R4 - МЛТ-0,125-8,2 кОм; R5, R10 - МЛТ-0,125-100 кОм; R6 - МЛТ-0,5-560 Ом; R7, R8 - МЛТ-0,125-3,3 кОм; R9 - МЛТ-0,5-560 Ом; VD1, VD6 - Д814Г1; VD2-VD5 - КД522Б; VD7-VD9 - КД522Б; VT1, VT5, VT6, VT7 - КТ315Г; VT2, VT3 - КТ203БМ, VT4 - КТ3102Б; VT8 - КТ814Г; S1 - микровыключатель; 1 - катушка зажигания; 2 - электропневмоклапан; X1, Х2, Х4, Х5, Х6 - выводы блока управления ЭПХХ
На транзисторах VT3 и VT4 построен пороговый элемент (компаратор). Когда напряжение на конденсаторе С1 превысит опорное напряжение, равное примерно 8 В, эти транзисторы открываются.
Таким образом, при уменьшении частоты входного сигнала ниже порогового значения конденсатор С1 успевает зарядиться до напряжения, превышающего опорное напряжение порогового элемента. При этом транзисторы VT3 и VT4 открываются и через микросхему DA2 на базу транзистора VT6 подается сигнал, который его открывает. На электромагнитный клапан через транзистор VT8 подается напряжение питания.
При закрытой дроссельной заслонке штекер Х5 соединен с массой через контакты S1 датчика положения дроссельной заслонки. Входное напряжение на электромагнитном клапане зависит от частоты импульсов на входе блока управления. При отключении штекера Х5 от массы (дроссельная заслонка открыта) закрывается транзистор VT7, а транзистор VT5 открывается. Соответственно открывается выходной транзистор VT8. При этом вывод "+" от источника электроснабжения будет постоянно подключен к электромагнитному клапану независимо от частоты входного сигнала.
Блок управления отключает электромагнитный клапан от бортовой сети и прерывает подачу топлива при частоте вращения коленчатого вала выше 2100 мин-1 и замыкании на массу вывода Х5 штекерного разъема через микровыключатель S1. Напряжение на клапане появляется при уменьшении частоты вращения коленчатого вала ниже 1900 мин-1.
Формирование сигналов управления электромагнитным клапаном в блоках управления 1402.3733, 1422.3733, 1432.3733 происходит следующим образом (рис. 8). Если дроссельная заслонка закрыта, с первичной обмотки катушки зажигания 1 на вход транзисторного ключа, собранного на транзисторе VT1, поступают импульсы напряжения с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала. При наличии импульса транзисторный ключ открывается и конденсатор С2 разряжается. В интервале между входными импульсами конденсатор С2 заряжается. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала время заряда и напряжение на выводах конденсатора С2 увеличиваются. Когда частота вращения коленчатого вала больше порогового значения, напряжение на выводах конденсатора С2 мало, транзисторы VT2, VT4, VT5, VT6 закрыты и напряжение на электромагнитный клапан 2 не подается. Клапан закрывается. Подача топлива в двигатель прекращается.
Рис. 8. Схема блоков управления ЭПХХ 1402.3733, 1412.3733, 1422.3733, 1432.3733 и схема соединений САУ ЭПХХ: R1 - МЛТ-0,5-10 кОм; R2 - МЛТ-0,125-2 кОм; R3, R4, R6 - МЛТ-0,125-4,2 кОм; R5 - МЛТ-0,125-510 кОм; R7 - МЛТ-0,125-62 кОм; R8, R9 - МЛТ-0,125-2 кОм; R10 - С2-36-0Д25-3,01 кОм; R11 - СПЗ-16а-1,0 кОм; R12 - С2-36-0,125-4,32 кОм; R13 - МЛТ-0,125-2 кОм; R14 - МЛТ-0,125-4,3 кОм; R15 - МЛТ-0,125-200 кОм; R16 - МЛТ-0,5-200 Ом; R17 - МЛТ-0,125-200 Ом; R18 - МЛТ-0,125-4,3 кОм; R19 - МЛТ-0,125-10 кОм; R20 - МЛТ-0,125-100 кОм; R21 - МЛТ-0,125-200 Ом; R22 - МЛТ-1-330 Ом; R23 - МЛТ-0,125-10 кОм; С1 - КМ-56-Н90-0,068 мкФ; С2 - К73-11-250В-0,47 мкФ; С3 - КМ-56-Н90-0,068 мкФ; С4 - К53-14-10В-15 мкФ; С5 - КМ-56-Н90-0,068 мкФ; VD1 - КС162А; VD2, VD3, ИТМ-КД103А; VD5 - Д814Б; VD6, VD7 - КД103А; VD8 - КС533А; VD9 - КД103А; VD10 - КД105Б; VT1-VT3 - КТ3102Б; VT4 - КТ3107Б; VT5 - КТ3102Б; VT6 - КТ814В
Когда частота вращения коленчатого вала меньше порогового значения, конденсатор С2 в интервале между импульсами успевает зарядиться до напряжения, превышающего опорное напряжение компаратора, собранного на транзисторах VT2, VT4. Транзисторы VT2, VT4 переходят в открытое состояние и открывают транзисторы VT5 и VT6. Через переход эмиттер-коллектор транзистора VT6 напряжение бортовой сети подводится к электромагнитному клапану. Клапан срабатывает и обеспечивает подачу топлива.
При нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой контакты микровыключателя S1 замыкаются и электромагнитный клапан будет постоянно подключен к бортовой сети независимо от сигналов блока управления, т.е. независимо от частоты вращения коленчатого вала.