Электронное управление давлением наддува

Электронное управление давлением наддува

На данный момент лучшим методом управления наддувом является электронное управление. Первой в этом ряду была система APC компании SAAB, представленная в 1981 году. На линии сигнала компания SAAB установила электромагнитный клапан, который контролировался системой управления двигателя. Импульсы этого клапана определяли часть сигнала, которая будет отводиться. Если датчик детонации не обнаруживал детонацию, отношение времени в закрытом/открытом состоянии для клапана изменялось, чтобы отводить большую часть сигнала давления наддува, чтобы увеличить разрежение в коллекторе. Однако, как только начинала происходить детонация, рабочий цикл закрытия/открытия клапана регулировался, сокращалась часть отводившегося сигнала давления, следовательно, понижалось давление наддува (см. рис. 7.5). Для некоторых гоночных автомобилей компания Porsche использовала пару топливных форсунок, которые были синхронизированы с импульсами клапана отвода сигнала давления наддува. Смещение момента зажигания в сторону отставания могло использоваться для защиты двигателя от детонации, но, как уже говорилось в главе 5, этот вариант всегда должен использоваться в качестве крайней меры. Двигатели с наддувом демонстрируют лучшие технические характеристики при сокращении давления наддува, а не смещении угла опережения зажигания в сторону отставания, чтобы предотвратить детонацию.

Рис. 7.5. Электронная система управления давлением наддува APC компании SAAB.

В наши дни при использовании более мощных электронных систем управления двигателем подобный электромагнитный клапан (который я предпочитаю называть модулятором давления наддува) может иметь более широкий диапазон функций, чем просто предотвращение детонации. Например, если проблемой является тяговое усилие, электронику можно перепрограммировать на снижение части отводящегося сигнала на модуляторе давления наддува, таким образом сократив давление наддува при определенной частоте вращения двигателя на каждой передаче, азатем постепенно восстанавливая давление наддува при более высокой частоте вращения двигателя, когда крутящий момент двигателя начинает снижаться. В качестве альтернативы можно использовать «активную систему», которая использует датчики скорости вращения колес, чтобы обеспечить обратную связь. На первый взгляд, эта система может показаться эффективнее, к тому же программирование займет намного меньше времени. Однако на практике часто оказывается, что полное устранение пробуксовки колес замедляет автомобиль. Например, незначительная пробуксовка на старте улучшает ускорение и снижает нагрузки на трансмиссию. На гравийных поверхностях пробуксовка 15%(некоторые водителю любят пробуксовку посильнее) помогает шинам зарываться в более плотный слой покрытия.

Электронный модулятор давления наддува может оптимизировать уровни мощности двигателя, «перехитрив» перепускной клапан и обеспечив более высокое давление наддува в верхней части диапазона частоты вращения двигателя. Обычно, когда частота вращения двигателя приближается к максимальному значению, коэффициент наполнения цилиндров начинает резко падать. Это означает, что плотность впускного заряда также снижается, поэтому, если турбокомпрессор и промежуточный охладитель работают эффективно, давление наддува можно увеличить при высокой частоте вращения двигателя, избежав детонации (рис. 7.6). Подобная программа также будет использоваться, если один из компонентов коробки передач/трансмиссии находится в состоянии, близком к повреждению, вследствие предельно высокого крутящего момента. По мере того как крутящий момент начинает снижаться после достижения максимального значения, давление наддува постепенно увеличивается, чтобы снова увеличить крутящий момент до предельного безопасного значения.

Рис. 7.6. Без использования электронного модулятора давления наддува, возможно, придется поддерживать низкое давление наддува, чтобы избежать детонации или повреждения коробки передач при низкой частоте вращения двигателя, таким образом ограничивая мощность в верхнем диапазоне.

Функция «овербуст» также стала возможной благодаря использованию модулятора давления наддува. Компания Porsche в модели 944Т впервые применила эту идею на практике, что позволило увеличивать давление наддува на 10% в течение нескольких секунд, чтобы улучшить технические характеристики ускорения. Другие производители последовали их примеру, а некоторые организаторы гонок, где правилами соревнований воздушный поток в двигателях ограничен, разрешили несколько периодов овербуста (обычно 5-6) в течение 15секунд в каждой гонке, чтобы сделать гонки более интересными, увеличить количество обгонов и стимулировать гонщиков к разработке стратегии гонки.

Другим преимуществом использования электронного модулятора давления наддува является более точная работа перепускного клапана. Вместо того чтобы позволять перепускному клапану начинать медленно открываться, когда давление наддува будет составлять примерно 50% от максимально допустимого значения, мы можем запрограммировать систему управления двигателем таким образом, чтобы модулятор отводил практически весь сигнал давления и закрывался непосредственно перед достижением максимально допустимого давления наддува. Благодаря этому перепускной клапан будет закрыт до тех пор, пока давление не поднимется до максимального значения, что обеспечит отличное ускорение при выборе более высоких передач.

В этом случае существуют некоторые подводные камни. Всегда есть соблазн отложить момент срабатывания перепускного клапана как можно больше. В этом случае можно столкнуться с проблемой, подобной той, когда вы используете практически квадратные кулачки распредвала для впускного или выпускного клапана. Вместо того чтобы открываться постепенно, клапан открывается резко, происходит выброс, а затем клапан резко опускается в седло. Он будет продолжать работать в таком режиме, пока давление линии сигнала и преднагрузка пружины не сбалансируют неконтролируемые колебания. Не менее важна и постепенно возрастающая чувствительность, когда срабатывает отвод сигнала давления наддува на 25–30%, как только давление наддува достигает значения 70–75% от максимально допустимого. Затем на 90–95% от максимального значения давления надува к перепускному клапану должен поступать сигнал полной силы. Поэтому, если максимальное давление наддува составляет 0,8бар, при давлении наддува 0,58–0,62 бар отвод сигнала давления наддува должен быть включен, чтобы позволить пройти сигналу 0,4–0,46бар, а при давлении наддува около 0,76 бар пропускной сигнал должен соответствовать значению полной силы.

Устройства, предохраняющие от чрезмерного давления наддува

Стоит учитывать, что многие производители не доверяют нашему здравому смыслу. Поэтому, чтобы помешать нам повредить двигатель, они постоянно устанавливают что-то вроде предохранительного устройства, чтобы предотвратить слишком высокое давление наддува. Суть состоит втом, что перепускной клапан может заклинить в закрытом положении, и, если наш автомобиль не оснащен указателем давления наддува, это может привести к повреждению двигателя.

Как уже упоминалось в начале данной главы, некоторые производители автомобилей в прошлом устанавливали что-то вроде хитроумной крышки радиатора, которая должна была открываться и удалять избыточное давление наддува. Со временем перешли на электронные предохранительные устройства, которые прерывали подачу топлива или зажигание. Это создает проблему для механиков, занимающихся модификациями, так как использование подобных устройств может препятствовать увеличению давления наддува. В продаже имеются предохранительные устройства, которые могут блокировать электронное отключение, другим вариантом является перепрограммирование электронного блока управления с целью устранения или модификации блокировки.

Стоит предупредить тех, кто решил использовать блокировку подачи топлива. Как только данное устройство начинает работать, прислушайтесь кподсказке, которая вам дается, и уберите ногу с педали акселератора. Некоторые не делают этого, за что потом расплачиваются, так как это приводит ксерьезным повреждениям двигателя. При блокировке подачи топлива в течение длительного промежутка времени в двигатель подается обедненная топливовоздушная смесь, поршни и клапаны перегреваются.

Проблемы с пропускной способностью внутреннего перепускного клапана

Управление перепускным клапаном не ограничивается заботой о его технических характеристиках. Определяющим фактором технических характеристик турбированного двигателя является увеличение энергии потока выхлопных газов, которые раскручивают турбинное колесо до необходимой частоты вращения как можно быстрее. Перепускной клапан всегда ограничивает поток выхлопных газов, поэтому нам необходимо найти способ уменьшения этого препятствия. Обычно встроенные перепускные клапаны в этом отношении намного хуже, чем внешние перепускные клапаны, но, как вы увидите в главе 16, несоответствующая прокладка трубопроводов внешнего перепускного клапана также может снизить интенсивность потока выхлопных газов на входе и выходе из турбины. Но на данный момент нас интересуют только внутренние перепускные клапаны, чтобы вы смогли оценить все потенциальные проблемы, с которыми столкнетесь, после чего, возможно, остановите свой выбор на внешнем перепускном клапане.

Эти два турбокомпрессора оснащены корпусами, конструкции которых во многом различны. Турбокомпрессор с левой стороны оснащен двумя параллельными каналами от турбинного колеса иперепускного клапана. Во втором турбокомпрессоре из-за особенностей расположения перепускного клапана и зигзагообразного расположения каналов возникает большая турбулентность потока при выходе газов из турбинного колеса.

Обычно мы мало что можем сделать, чтобы улучшить интенсивность потока выхлопных газов в турбокомпрессор. В зависимости от конструкции иногда мы можем придать обтекаемую форму перегородкам, разделяющим канал турбокомпрессора и канал перепускного клапана. Также мы можем придать впускному отверстию перепускного клапана форму раструба. В таком случае мы получим сразу два преимущества: во-первых, уменьшение турбулентности при прохождении через перепускной клапан, который может вернуться к впускному отверстию турбокомпрессора ипрервать поток внутри, а во-вторых, увеличение реальной пропускной способности клапана. Если интенсивность потока недостаточная, перепускной клапан не сможет контролировать давление наддува, и, следовательно, двигатель получит более высокое давление наддува, чем хотелось бы.

Со стороны выпуска на турбокомпрессоре внимательно посмотрите на каналы турбинного колеса и перепускного клапана. Некоторые конструкции далеки от совершенства на данном участке. Проблема одних состоит в том, что поток к перепускному клапану пересекает поток входного спрямляющего канала (рис. 7.7). В идеале два канала должны проходить параллельно. В других случаях поток спрямляющего канала выглядит так, как полоса препятствий. В некоторых турбокомпрессорах путь потока смещается в сторону примерно на ?ширины потока спрямляющего канала, заставляя газ перемещаться по Z-образной схеме. Иногда препятствиями могут стать валы или шарнир заслонки перепускного клапана.

Рис. 7.7. Поток перепускного клапана, пересекающийся с потоком из турбинного колеса, будет мешать потоку выхлопных газов, что приведет к снижению технических характеристик турбокомпрессора.

Опять же вы мало что можете сделать, чтобы легко устранить подобные проблемы со стороны выпуска. Производители автомобилей часто устанавливают корпус турбинного колеса специальной конструкции, просто чтобы ускорить работы на линии сборки или облегчить операции технического обслуживания. Поэтому при соответствующих модификациях системы выпуска отработанных газов, которые вы все равно захотите сделать, скорее всего, вы сможете использовать заводской корпус турбинного колеса после выполнения нескольких регулировок.