Автомобильные двигатели, эффективно охватывают аспекты мехатронных систем с использованием электроники, датчиков, исполнительных механизмов и микропроцессорных систем управления для повышения топливной экономичности, производительности и сокращения выбросов. Классический метод управления двигателем, является механическим, но в настоящее время он заменяется электронными системами управления.
В таких системах, эксплуатационные характеристики двигателя, такие как мощность, вращающий процесс, потребление топлива и выхлопы, существенно влияют методы контроля, используемые в системе управления двигателем.
Современные двигатели с автоматическим зажиганием, обычно оснащаются этой системой, которая предназначена для управления такими операциями, как зажигание, соотношение воздуха и топлива, холостой ход, управление подачей газа, изменение фазы клапана и т.д., для сокращения выбросов и повышения средней топливной экономичности.
В двигателе SI, процесс изменения впуска воздуха в цилиндр двигателя, осуществляется с помощью дроссельного клапанного механизма во впускной системе. В зависимости от точного управления дроссельной заслонкой, процесс приводит к изменению расхода воздуха в двигателе и, следовательно, расхода воздуха в цилиндре, что определяет мощность двигателя и крутящий момент на выходе.
Положение заслонки, можно изменить двумя способами: механическим или электронным. В традиционном механическом процессе активации дроссельной заслонки (корпус дроссельной заслонки с шаговым двигателем в качестве "холостого хода") дроссельный клапан, напрямую подключается к педали акселератора через кабель.
В такой системе, вход водителя напрямую регулирует угол дросселирования путем механического соединения с требуемым потоком воздуха в двигатель. Поэтому, каждое изменение, требуемое водителем, производится в прямом направлении. В то время как двигатели с искровым зажиганием имеют лишь ограниченные возможности воздействия на поток воздуха в двигатель, они управляют только глухим клапаном управления подачей воздуха с помощью шаговых двигателей.
Поэтому при механическом дросселировании, при открытии заслонки не учитываются внутренние и внешние требования к системе, такие как экономия топлива, дорожные условия, погодные условия и т.д.
В последние годы электронный корпус широко используется в двигателях SI, для удовлетворения требований по производительности и выбросам вредных веществ. Однако это простое мехатронное устройство становится сложной системой из-за таких сложностей, как определение угла открытия дроссельной заслонки и точное позиционирование клапана.
Для решения проблем, связанных со сложностью и нелинейностью конструкции корпуса электронного дросселя, исследователи предложили различные схемы системы управления.
Целью данной статьи является детальный анализ оценки угла открытия дроссельной заслонки и разработка системы управления положением дроссельной заслонки.
Типичная система управления двигателем SI состоит из различных датчиков для контроля и управления, такими функциями двигателя, как поток воздуха, впрыск топлива, зажигание и т.д. Среди различных приводов в двигателе SI, корпус электронного дросселя, является важным приводом, управляющим подачей воздуха к двигателю, который изменяет крутящий момент на выходе двигателя. Внутренняя конструкция корпуса электронного дросселя, расположенного во впускном коллекторе двигателя SI.
Двигатель 12 вольт постоянного тока, с управлением обмотки и постоянным магнитом постоянного тока, обеспечивает необходимый крутящий момент через редуктор для открытия и закрытия задвижки. Для работы двигателя в обоих направлениях, а также для усиления тока требуется приводная цепь в виде Н-образного моста. Для снижения энергопотребления, а также для сглаживания пиков тока управляющий сигнал микроконтроллера подается внутри микроконтроллера в виде сигнала широтно-импульсной модуляции в цепь H-bridge. Для получения этой информации о широтно-импульсной модуляции H-bridge, генерирует мощность моторного привода и регулирует частоту вращения двигателя в зависимости от рабочего цикла.
Редуктор в корпусе заслонки, соединяет двигатель с клапаном. Эти передачи увеличивают крутящий момент двигателя при установке заслонки на вал. Благодаря улучшенному крутящему моменту, размер двигателя может быть уменьшен, и в то же время система коробки передач позволяет расположить двигатель параллельно валу для компактной конструкции.
Редуктор состоит из шестерни (np), мотора (nm), промежуточной (ni) и арматурной (nv) передач. Такое расположение редукторов в системе приводит к нелинейности из-за зазора между ними и трения между ними.