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Motormanagement und Emissionskontrollen (Teil 2)

2006-04-25 5
   
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FortsetzenIn Teil 1 dieser Serie haben wir bei Blick auf das Motorsteuergerät (ECM), das "Gehirn" eines Motormanagement und Emissionskontrolle modernen Fahrzeugsystemen. Als nächstes werden wir ein wenig tiefer und untersuchen die verschiedenen Sensoren z
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Motormanagement und Emissionskontrollen (Teil 2)


In Teil 1 dieser Serie haben wir bei Blick auf das Motorsteuergerät (ECM), das "Gehirn" eines Motormanagement und Emissionskontrolle modernen Fahrzeugsystemen. Als nächstes werden wir ein wenig tiefer und untersuchen die verschiedenen Sensoren zu graben, die an das ECM Informationen über die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs versorgen.

Da die Drosselklappenöffnung und Motordrehzahlen variiert, so, um die Menge des Luftstroms durch den Motor gezogen tut. Dies kann direkt über eine Luftmassenströmung (MAF) gemessen werden, (wie in grün oben eingekreist gezeigt). Diese besondere Art von Sensor verwendet ein Paar von Heizdrähten, von denen eine in den Luftstrom angeordnet ist, und man ist verhüllt. Die Elektronik des Sensors versucht beide Drähte auf die gleiche Temperatur zu erwärmen; die eine im Luftstrom gelegt wird mehr Leistung erfordern, dass die Temperatur und die Stromdifferenz, die zur Erhaltung kann zu der Masse des eintretenden Luftstrom in Beziehung gesetzt werden. MAF-Daten werden nun in der Regel über einen 5V digitalen Impuls übertragen, die die Luftströmung aus Änderungen in der Frequenz variiert. Dabei liefert so ein Signal, das gegenüber Störungen als das vorherige Verfahren zum Codieren des Sensorausgangssignals als ein analoges Signal weniger anfällig ist.

Der MAF-Sensor bietet eine sehr genaue Messung, insbesondere bei niedrigeren Betriebsgeschwindigkeiten, was bedeutet, dass es zu größeren Motoren gut geeignet ist (Bundesemissionsstandards unterscheiden nicht nach Hubraum). Der Kompromiss kommt in Form von erhöhten Kosten und potenziell verringerte Zuverlässigkeit, obwohl erhebliche Fortschritte haben bei der Verbesserung des Sensors Robustheit gemacht worden.

Airflow kann auch indirekt gemessen werden, indem der Krümmerabsolutdruck Bestimmung (MAP). Moderne MAP-Sensoren (eingekreist oben in rot) ein MEMS (microelectromechanical system) Element die Auslenkung eines federbelasteten Membran zu bestimmen, und einige zusätzliche Signalverarbeitung, diese Bewegung auf ein Signal (in der Regel analog) proportional zu den Krümmerdruck zu konvertieren. Die Beziehung zwischen MAP, Motordrehzahl, die Einlasslufttemperatur und Luftstrom kann durch Experimente oder Modellierung (in der Regel eine Kombination von beiden) bestimmt werden; Diese Technik der Messluftstrom wird als "Speed-Density" (SD) bezeichnet. Ältere ECMs speichern diese Daten in Form von Lookup-Tabellen, in denen moderne Vorteil einer erhöhten Rechenleistung nehmen ECMs und Algorithmus-basierte Berechnungen nutzen.

Speed-Density-Systeme sind weniger teuer, da keine MAF-Sensor erforderlich ist. Die Trade-off ist eine mögliche Abnahme der Luftstrom Messgenauigkeit bei niedrigen Drehzahlen, obwohl die Bedeutung dieser Tatsache diskutiert werden kann, wie SD hat sich auf Hunderte von Millionen von Rein laufenden Motoren verwendet. SD kann auch eine bessere Messgenauigkeit bei großen Raten von Luftstrom bereitzustellen, wie MAF-Sensoren in der Regel eine gewisse Auflösung am oberen Ende um eine bessere Genauigkeit bei niedrigen Raten der Luftstrom zu liefern aufgeben.

MAF-Systeme verwenden eine MAP Sensordiagnose bereitzustellen, und eine Sicherungseinrichtung der Luftstrommessung sowie eine Anzeige der Motorlast bereitzustellen Schaltpunkte und den Zündzeitpunkt zu bestimmen.

Ein Ansauglufttemperatur (IAT) Sensor (oben in grün eingekreist) wird verwendet, um die Temperatur des einströmenden Luftstrom zu messen. Kühlere Luft ist dichter und weniger anfällig für Detonation, und deshalb erfordert zusätzlichen Kraftstoff und können mehr Vorzündung ermöglichen. Mit extrem hoher Ansauglufttemperaturen können zusätzliche Kraftstoff zugesetzt werden, um eine Kühlwirkung zu schaffen, und die Chancen für eine vorzeitige Zündung zu verringern.

IAT-Sensoren sind in der Regel mit einem einfachen Thermistor (eine Vorrichtung, die einen veränderlichen Widerstand mit der Temperatur zur Verfügung stellt). Die Geräte sind nicht sehr genau, aber dies ist nicht eine Messung, die extreme Genauigkeit erfordert.

Das Gerät eingekreist gelb oben ist der Drosselklappensensor oder TPS. Wie der Name schon sagt, gibt es einen Ausgang, der mit dem Winkel der Drosselklappe Klingen variiert. Während es einen Hinweis auf Luftstrom über einen Berechnungsprozess bezeichnet als zur Verfügung stellen kann "alpha-n", dies in der Regel nicht auf Serienfahrzeugen verwendet wird, aufgrund seiner geringen Genauigkeit bei niedrigen Drehzahlen (Rennmotoren und einigen Motorrädern verwenden alpha-n an niedrigen Motordrehzahlen, wenn eine genaue MAP-Signal kann aufgrund von wilden Nockenwellensteuerung) gehalten werden. Die Informationen aus dem TPS können die Luftstrommessungen über MAF oder SD Techniken erhalten validieren verwendet werden, und der TPS wird auch bestimmen, wann die Drosselklappen an oder nahe der Leerlaufposition befinden. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe kann die Drosselklappenstellung auch zu bestimmen, Schaltpunkte verwendet werden. Eine Fehlfunktion des TPS normalerweise manifestiert sich in Form von inkonsistenten Leerlaufdrehzahl und schlecht getimten Verschiebungen.

Das Objekt in rot eingekreist ist die IAC-Motor, die wir in Teil drei dieser Serie behandeln werde.

Der Kühlmitteltemperatursensor (CTS) bestimmt die Temperatur des Verbrennungsmotors, um Kaltstartanreicherung des Luft / Kraftstoff-Gemisch zu liefern. Viele Motoren werden auch den Zündzeitpunkt bei niedrigen Temperaturen, um zu verzögern den Motor zu erwärmen schneller zu ermöglichen. Bei extrem hohen Kühlmitteltemperaturen können zusätzliche Kraftstoff in einem Versuch werden hinzugefügt, um die Verbrennungsladung zu kühlen, und einige Motoren wird so weit gehen, zu Zylinder stillgelegt, den Zustand zu lindern. Wie der IAT-Sensor nutzt der CTS-Sensor einen Thermistor.

Diese besondere Engine nutzt GM kurzlebig Optispark Verteiler, der an der Vorderseite des Motors und angetrieben direkt an der Vorderseite der Nockenwelle montiert. Zwei optische Erfassungssysteme eingesetzt, um die genaue Position der Nockenwelle zu bestimmen, wobei die Niedrigauflösungssystem bereitgestellt acht Impulse unterschiedlicher Breite bei jeder Umdrehung, um anzuzeigen, welcher Zylinder im Kompressionstakt ist, und eine hochauflösende Kanal Bereitstellung insgesamt 720 Impulsen pro Umdrehung für die genaue Position des Nockens ermitteln. Durch die Erfassungsgenauigkeit verbessert wird, kann die Vorzündung ausgeführt werden, näher an der Grenze der Detonation, eine erhöhte Leistung erzielt und Emissionen verringert. Das System war wohl die anspruchsvollste Verteiler auf einem Serienfahrzeug angeboten, wurde aber bald überholt durch die weit überlegene Einzelspulen-Systeme, die verwendet werden heute fast überall gemacht.

An der Vorderseite des Motors, in dem Steuergehäuse angebracht ist, ist ein Kurbelwellenpositionssensor (CKP). Hall-Effekt-Vorrichtungen mit Rückenvorspannmagneten verwendet, um einen gezahnten Metall Rads zu erfassen, die an der Kurbelwelle angebracht ist. In diesem speziellen Fall wird der Kurbelwellen-Positionssensors einfach zu erfassen Fehlzündungen bei idles verwendet, und als solche nur vier Zähne (eine für jedes Paar Kolben) (da diese als eine wesentliche Ursache für erhöhten Emissionen identifiziert worden ist). Moderne Zündsysteme verwenden, um die Kurbelwellen-Positionssensors genau zu Funken Ereignisse verweisen und verwenden in der Regel eine weitaus größere Anzahl von Zähnen Messgenauigkeit zu erhöhen.

Erfassen der Kurbelposition für die Zwecke der Zündzeitpunkt Festlegung bietet viel größere Genauigkeit als die Erfassung der Nockenstellung, wie die Peitsche in einem abgenutzten Nockenantriebssystem mehrere Grad an Unsicherheit zu einer Mess hinzufügen.

Ein Paar von Sauerstoffsensoren sind vor den Katalysatoren (AKA "Katzen" oder "cat-cons") verwendet, um die Qualität des Abgases zu messen. Eine Spannung unter 0,55 V zeigt einen mageren Zustand (nicht genügend Kraftstoff), während eine Spannung über 0,55V Reichtum an (möglicherweise zu viel Kraftstoff). Das ECM kann diese Informationen verwenden, um das Luft / Kraftstoff-Verhältnis einzustellen (dies wird als "closed-loop" -Betrieb bezeichnet wird), mit dem Ausgang des Sensors "Dithering" über die erwartete durchschnittliche Spannung, wenn alle richtig arbeitet. Während des fetten Teils des variierenden Zyklus kann die cat Stickstoffoxide zu reduzieren, und der magere Teil des Zyklus wird verwendet, um Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe zu oxidieren.

Diese besondere Art von Sensor kann nur messen, ob der Abgasstrom fett oder mager ist; es keine genaue Angabe, wie reich liefern oder lehnen die Maschine arbeitet. Bei großen Drosselöffnungen muss der Motor laufen reichen optimale Leistung bereitzustellen und Detonation zu verhindern, so wird zusätzlicher Kraftstoff zugesetzt und der Motor arbeitet in einem "open-loop" Weise und ignoriert die Sauerstoffsensoren. So aktivieren Sie Closed-Loop-Betrieb unter allen Bedingungen, beschäftigen mehrere moderne Motoren einen Breitband-O2-Sensor. Solche Sensoren providesan Ausgang, der etwa über einen weiten Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnis linear ist, jedoch mit einer stark erhöhten Kosten und die Komplexität.

Diese Art von Sensor erfordert Betriebstemperaturen über 600 Grad Fahrenheit die richtige Ausgabe zu liefern, so wird eine Heizung verwendet, um das Aufwärmen des Sensors zu beschleunigen. Somit sind solche Sensoren richtig beheizten Abgas-Sauerstoff (HEGO) Sensoren oder HO2S genannt.

Hinter jeder Katze ist eine zusätzliche HO2S, die die "Gesundheit" der einzelnen Geräte zu überwachen dient. Idealerweise sollte die Post-Katze Abgasstrom weder reich noch mager sein. Wenn die Post-Katze-Sensor eine andere Antwort bereitstellt, ist es wahrscheinlich, dass der Katalysator verschlissen oder beschädigt ist und muss Ersatz, und die Diagnosefunktionen des ECM wird entsprechend reagieren.

Im letzten Teil dieser Serie werden wir einen Blick auf einige der anderen Geräte zu nehmen, die zu einem Fahrzeugmotormanagement und Emissionskontrollen Funktionalität beitragen.

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