Электроавтоматика настройки редуктора эжекторной газотопливной системы на основе шагового регулятора холостого хода РХХ2112

Home Карта сайта

Электроавтоматика настройки редуктора эжекторной газотопливной системы на основе регулятора холостого хода РХХ2112

Минск, 20.07.2003

1. Введение

1.1. Регулирование качества газотопливной смеси. Основным регулирующим органом газового редуктора является его последняя ступень.

Подробнее о работе последней ступени.

Качество смеси в эжекторных газотопливных системах традиционно регулируется с помощью механических или электромеханических дозаторов газа.

Подробнее о дозаторах.

Дозаторы монтируются на шланге, соединяющем редуктор со смесителем, на корпусе смесителя или на корпусе редуктора.

1.2. Электромеханические дозаторы.
Электромеханические дозаторы газа автоматически поддерживают оптимальный (стехиометрический) состав газотопливной смеси. При этом, как и в "бензиновых" топливных системах, используется принцип отрицательной обратной связи по сигналу датчика наличия кислорода в отработавших газа двигателя (лямбда-зонда). Теоретически основные источники нестабильности качества смеси полностью компенсируются даже простейшими электродозаторами, управляемыми простейшими электронными контроллерами и позволяющими изменять объемное соотношение "газ/воздух" в топливной смеси примерно в 2 раза.

Подробнее об источниках нестабильности качества смеси.

1.3. Дополнительные источники нестабильности качества смеси.
На практике существует большое разнообразие редукторов и смесителей с самыми разными характеристиками. Поэтому основной причиной погрешности при приготовлении смеси становится нелинейность редукторов и смесителей. В таких случаях для поддержания стехиометрического состава смеси может потребоваться более широкий диапазон регулирования соотношения "газ/воздух", чем требуется при использовании редукторов и смесителей с хорошей линейностью.

Подробнее.

Расширение диапазона, в свою очередь, требует обеспечения зависимости скорости регулирования от расхода газа, от текущего положения плунжера электродозатора и от других факторов, зависящих от конструкции конкретной газотопливной системы. Стандартным решением здесь является использование контроллеров с функцией самообучения.

2. Принцип автоматизации настройки редуктора

Ниже схематично изображена последняя (вторая) ступень редуктора НЗГА.

Расход газа из редуктора в мотор для одного и того же "вакуумного сигнала" смесителя при одном и том же положении механического дозатора определяется давлением в подмембранном пространстве.

Подробнее:
o работе последней ступени редуктора;
о смесителе;
о механическом дозаторе.

Давление в подмембранном пространстве, в свою очередь, задается усилием пружины, которое регулируется винтом. Нужно отметить, что такие регулировочные винты есть во многих редукторах. Нет таких винтов в редукторах, изготовители которых в состоянии гарантировать стабильность параметров редуктора за счет технологии производства и качества материалов. Основной функцией винта является настройка качества смеси в режиме холостого хода и малых нагрузок. Очевидно, однако, что, при наличии в редукторе системы холостого хода, этим винтом можно регулировать качество смеси и в остальных режимах (другими словами, регулировать чувствительность редуктора). "Уход" настройки холостого хода при этом можно компенсировать настройкой системы холостого хода. Ясно, что диапазон регулировки чувствительности будет определяться диапазоном регулировки системы холостого хода.

Ниже преведена схема второй ступени редуктора НЗГА, в которой регулировочный винт заменен шаговым регулятором РХХ2112

Подробнее об РХХ2112.

Вторая ступень редуктора НЗГА
с шаговым регулятором

Эскизы фланца для установки РХХ2112 на редуктор НЗГА.

Шаг резьбы регулировочного винта, как правило, составляет 0.5-1.0мм (в редукторе НЗГА - 1.0мм). Шаг перемещения плунжера регулятора РХХ2112 равен примерно 0.04мм. Так что, например, для редуктора НЗГА шаг перемещения плунжера эквивалентен повороту винта примерно на 15градусов, а переход плунжера между крайними положениями эквивалентен 10-ти полным оборотам винта. Таким образом, характеристики РХХ2112 позволяют ему полноценно заменять регулировочный винт второй ступени.

Следует заметить, что шаговые регуляторы с параметрами, аналогичными параметрам РХХ2112, используются на редукторах для управлением чувствительностью достаточно широко. Например, в системе DGC фирмы AG Autogas Systems или в системе EFS600 фирмы Technocarb.

3. Управление шаговым регулятором

3.1. Шаговым регулятором должен управлять контроллер. Управление должно заключаться в отрицательной обратной связи по сигналу датчика избыточного кислорода в отработавших газах. Говоря проще - в выдвижении штока (обеднении газотопливной смеси) при отсутствии кислорода и втягивании штока (обогащении смеси) при наличии кислорода. При этом шток изменяет состояние пружины, как показано ниже на рисунке.

Рассмотрим некоторые проблемы.

3.1.1. Скорость перемещения штока.
В случае узкого диапазона регулирования расхода газа (в пределах минус50% от наибольшей подачи), как, например, в дозаторах, описанных здесь: , в большинстве случаев подходит аккуратно подобранная постоянная скорость регулирования.

При более широком диапазоне регулирования скорость перемещения штока шагового регулятора должна зависеть от расхода газа, поскольку от расхода зависит время, за которое отработавшие газы доходят до датчика. Если зависимость от расхода отсутствует, возможны либо недопустимо медленная реакция на изменение качества смеси, либо возникновение автоколебаний в режиме холостого хода и малых нагрузок.

3.1.2. Диапазон регулирования и режим холостого хода.
На практике настройка холостого хода винтом второй ступени производится в пределах двух-трех оборотов винта. Допустим, используется весь диапазон положений штока шагового регулятора, составляющий, как упоминалось в конце п.2, порядка 10 оборотов винта. Тогда в момент резкого перехода от работы под нагрузкой в режим холостого хода плунжер может находиться далеко от положения, соответствующего холостому ходу. Значит, при таких переходах возможны перебои в работе мотора вплоть до его остановки.

3.1.3. Режим холостого хода.
В режиме холостого хода скорость регулирования качества смеси должна быть как можно меньшей. Иначе шаговый регулятор, задающий качество смеси, может конфликтовать со штатной системой стабилизации оборотов холостого хода.

Нестабильность работы редуктора может выражаться, в частности, в уходе настроек холостого хода. В некоторых случаях этот уход может составлять несколько оборотов регулирующего винта последней ступени.

3.2. Распространенным решением перечисленных в пп. 3.1.2..3.1.3 проблем является реализация в контроллере шагового регулятора функции самообучения. При этом контроллер принимает и обрабатывает значительное количество сигналов, позволяющих оценить текущий расход газа. Также в контроллере присутствует энергонезависимая оперативная память, достаточно емкая для ведения в ней таблицы зависимости положения штока от рассчитанного значения расхода.

3.3. В нашем случае рассмотренные в п. 3.1 проблемы решаются так:
- использован контроллер электродозатора, описанный здесь: ;
- расход газа оценивается путем анализа поведения выходного сигнала датчика избыточного кислорода;
- в начале работы шток шагового регулятора устанавливается в фиксированное начальное положение, для которого мотор устойчиво пускается на газе и устойчиво работает на холостом ходе в течение времени прогрева датчика избыточного кислорода (лямбда-зонда);
- режим холостого хода контроллер распознает по сигналу датчика - концевого выключателя штатной дроссельной заслонки;
- диапазон регулирования в режиме холостого хода составляет примерно 30% от полного диапазона регулирования при нагруженном моторе;
- контроллер запоминает последнее положение штока при переходе от режима холостого хода к работе под нагрузкой и с наибольшей возможной скоростью возвращает шток в это запомненное положение по возвращении в режим холостого хода.

Подключение контроллера к бортовой сети автомобиля показано ниже.

Подключение контроллера

3.4. Попытка обобщения результата.
Таким образом, сохранив простоту конструкции контроллера и подключения его к бортовой сети автомобиля, удалось реализовать широкий диапазон и адаптивную скорость регулирования, а также ввести элемент самообучения при работе в режиме холостого хода.

4. Настройка редуктора с шаговым регулятором

Целью настройки является определение положения фланца шагового регулятора в корпусе редуктора, при котором начальное (послестартовое) положение штока регулятора обеспечивает надежный пуск мотора на газе и устойчивую работу мотора в течение времени прогрева датчика избыточного кислорода (лямбда-зонда).

Настройка упрощается тем, что обесточенный или заблокированный шаговый регулятор автоматически превращается в регулировочный винт второй ступени. Поэтому настройка редуктора может выполняться по методике завода-изготовителя, которая обычно есть в документации на газотопливную систему. Здесь приведена другая, тоже подходящая и проверенная на практике методика настройки.

Настройка должна выполняться после установки редуктора на автомобиль в составе газотопливной системы, смонтированной и отрегулированной по методике завода-изготовителя.

Газотопливная система должна быть проверена на герметичность.

Контроллер шагового регулятора должен быть подключен к бортовой сети автомобиля в соответствии со схемой подключения.

4.1. Убедиться, что к редуктору не подведен газ.
Для этого завести автомобиль на бензине и, получив стабильную работу двигателя на холостом ходе и на повышенных оборотах, заглушить.

4.2. Установить шаговый регулятор в начальное положение, для чего:
- подключить шаговый регулятор к контроллеру;
- установить переключатель топлива в положение "Бензин";
- включить зажигание;
- дождаться окончания выполнения контроллером начальной установки шагового регулятора (не более 4с);
- выключить зажигание;
- отключить шаговый регулятор от контроллера.
4.3. Вывернуть из корпуса редуктора гайку регулировочного винта второй ступени вместе с винтом и пружиной клапана второй ступени.
4.4. Пружину клапана второй ступени поместить обратно в установочное отверстие, убедившись предварительно, что на пружине с нет опорного подшипника.
4.5. Навернуть до предела контргайку на корпус фланца шагового регулятора. Завернуть до предела шаговый регулятор в установочное отверстие вместо гайки регулировочного винта.
4.6. Завернуть до предела регулировочный винт системы холостого хода.
4.7. Отсоединить питающий провод клапана газового от переключателя топлива и надежно соединить этот провод с питающим проводом клапана бензинового.
4.8. Не нажимая педаль акселератора, пустить мотор на бензине и прогреть на холостом ходе до рабочей температуры. С момента пуска мотора и в течение времени прогрева на педаль акселератора не нажимать.
4.9. Отворачивать регулировочный винт системы ХХ до тех пор, пока работа мотора на не сделается неустойчивой. Заглушить мотор.
4.10. Восстановить правильное подключение питающего провода клапана газового: отсоединить его от питающего провода клапана бензинового и подсоединить к переключателю топлива.
4.11. Если переключатель топлива имеет нейтральное положение, установить переключатель топлива в нейтральное положение, пустить мотор и дождаться его заглохания.
4.12. Не нажимая педаль акселератора, пустить мотор на газе.
4.13. Если мотор не пускается с трех-четырех попыток - вывернуть регулировочный винт системы холостого хода на 1/4 оборота и перейти к п.4.12.
4.14. Выбором положения регулировочного винта системы холостого хода добиться устойчивой работы мотора.
4.15. Выворачивать шаговый регулятор из редуктора до получения неустойчивой работы мотора.
4.16. Выбором положения регулировочного винта системы холостого хода добиться максимальных оборотов мотора и устойчиво красного свечения индикатора контроллера.
4.17. Плавными, но быстрыми полными ("до пола") нажатиями педали акселератора, не превышая максимальных оборотов, проверить разгон мотора на холостом ходе. При наличии "провала" или "вялого" разгона вывернуть шаговый регулятор на полоборота, удерживая, если нужно, обороты мотора одновременным заворачиванием регулировочного винта системы холостого хода. иначе - перейти к п. 4.19.
4.18. Если винт системы холостого хода завернут не до предела, перейти к п. 4.17. Иначе - заглушить мотор, завернуть винт механического дозатора на 0.5 оборота, вывернуть шаговый регулятор из редуктора, установить на место штатные детали и перейти к п. 4.1.
4.19. Контргайкой зафиксировать положение шагового регулятора в установочном отверстии.
4.20. Проверить машину "на ходу". При наличии "провалов" при старте или неудовлетворительной динамики в движении - отпустить контргайку фланца шагового регулятора и перейти к п. 4.17.
4.21. Заглушить мотор. Подключить шаговый регулятор к контроллеру.
4.22. Пустить мотор на газе. Через 2 минуты работы на холостом ходе убедиться в том, что контроллер регулирует подачу газа: имеют место частые изменения цвета индикатора (с периодом примерно 0.5с), прерываемые более продолжительным (1-2с) постоянным свечением.
4.23. Проверить машину "на ходу" на затяжном подъеме в стационарном режиме на разных постоянных скоростях и на разных передачах.

Во всех случаях должно иметь место регулирование смеси, отображаемое индикатором контроллера, как описано в п. 4.22. Допускается устойчивое зеленое свечение индикатора без сопутствующего снижения тяги и ухудшения динамики.
4.24. При наличии описанного в п.23 поведения индикатора - завершить настройку.
4.25. В случае продолжительного красного свечения индикатора - завернуть винт механического дозатора на 0.5 оборота, вывернуть шаговый регулятор из редуктора, установить на место штатные детали и, если винт завернут не до предела - перейти к п. 4.1.
4.26. В случае продолжительного зеленого свечения индикатора, сопровождаемого падением тяги, отвернуть винт механического дозатора на 0.5 оборота, вывернуть шаговый регулятор из редуктора, установить на место штатные детали и, если винт вывернут не до предела, перейти к п. 4.1.
4.27. Настройка считается неудавшейся, если до ее завершения винты механического дозатора оказались вывернутыми или завернутыми до предела. В этом случае следует проверить состояние и правильность установки смесителя.