Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

Глава 14

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ

Следующим новым направлением в совершенствовании дизелей, позволяющим автоматизировать процессы управления и контроля ра­ боты двигателей, повысить их экономичность и надежность и добить­ ся более чистого выхлопа, явился перевод двигателей на электронное управление. Современная система электронного управления (рис. 14.1) помимо давно уже существующих систем ДАУ, СЦК (мониторинга параметров основных систем двигателя) включает микропроцессор с программным обеспечением, осуществляющий решение широкого спектра задач по управлению двигателем.

§ 14*1• Система электронного управления фирмы «Катерпиллар»

Первой, освоившей промышленный выпуск дизелей с электрон­ ным управлением, была фирма «Катерпиллар». В области судового двигателестроения первые шаги сделали фирмы MAN&BW (Intelligent engine) - 2-тактные, и «Вяртсиля»: 4-тактные двигатели и двигатели 2- тактные - «Зульцер» (RTA-flex).

Следует особо отметить, что фирмой «Катерпиллар» большая часть двигателей сегодня выпускается с электронным управлением, причем стоимость их остается близкой стоимости аналогичных двигателей с механическими системами управления и регулирования.

Устанавливаемый на двигатели микропроцессор выполняет функции:

►электронного регулятора скорости, поддерживающего задан­ ный скоростной и нагрузочный режим;

В соответствии с величинами перечисленных сигналов програм­ ма вычисляет оптимальные для данного режима значения начала и конца подачи топлива и подает ток на соленоиды насос-форсунок, переме­ щающие управляющие клапаны в положения - подача или отсечка (см. рис. 14.2).

Когда управляющий клапан (рис. 14.3) находится в нижнем поло­ жении, он сообщает полость под плунжером через канал 2 с отсечкой (канал 1) и даже при движении плунжера вниз (ход нагнетания), давле­ ние под ним не будет расти. Последнее начнет подниматься лишь пос­ ле того, как включение соленоида потянет клапан вверх и посадит его на седло, полость под плунжером будет разобщена с отсечкой. Когда давление под плунжером, а, следовательно, и под иглой достигнет 350 бар, начнется впрыск топлива в цилиндр. Конец подачи происхо­ дит в момент прекращения подачи тока на соленоид, клапан под дей­ ствием пружины опускается вниз и сообщает полость нагнетания с отсечкой.

С помощью подключаемого к микропроцессору компьютера и за­ ложенной в него программы по известным кодам осуществляется ди­ агностика двигателя. В качестве компьютера обычно используется Note­ book, для него разработана программа, позволяющая при подключе­ нии не только собирать информацию о работе двигателя за предыду-

~1Inoi р.1мчм

Упр. давл. сж. отд. цил.

Рис. 14.4. Блок-схема программ управления

6SC70ME-C с электронным управлением. Фирмой было прежде всего разработано и заложено в основу электронной системы программное обеспечение.

На рис. 14.4 представлена блок-схема программ, включающих решение задач по анализу состояния двигателя и управления топливо­ подачей, движением выхлопных клапанов, смазкой цилиндров и тур­ бонаддувом.

Конфигурация системы управления, приведенная на рис. 14.5, включает панель управления на мостике, главную панель управления в посту управления, два микропроцессора (основной А и резервный В), в которые заложены программы управления, панель местного управле­ ния также с двумя электронными блоками А я В и модулями на каждом цилиндре. Перевод мощных двигателей на электронное управление потребовал не только поиска и разработки программ управления, вы­ соконадежных средств электроники, но и радикального решения по замене мощных механических приводов. Достаточно сказать, что при­ вод топливного насоса в стандартном варианте испытывает весьма большие нагрузки, если учесть, что в мощной машине в цилиндр за цикл подается около 200 г топлива, сжатого до 80-90 МПа. Высокие нагрузки приходятся и на привод выхлопных клапанов. Поэтому един­ ственно верным решением было применить в качестве силовых пере­ дач гидропривод (МАН-БВ) либо аккумуляторную систему топливо-

гидроусилителя, а, следовательно, фазы и количественная характерис­ тика подачи, задаются микропроцессором, в свою очередь воздействую­ щим на управляющий клапан. В микропроцессор заложены програм­ мы, позволяющие изменять давление масла по ходу процесса впрыска, тем самым менять характер кривой давлений впрыска и подбирать не­ обходимый для данного режима закон подачи топлива. Возможные ва­ рианты приведены на рис. 14.9. Рис. 14.10 иллюстрирует влияние ха­ рактера впрыска на развитие давлений в рабочем цилиндре. Здесь мы видим впрыск с резким ростом давлений в начальной стадии и после­ дующим спадом давления и сопровождаемым уменьшением скорости впрыска топлива (поз. А). Такой вариант, равно как и последующий (поз. В), приведет к резкому росту тепловыделения в цилиндре в на­ чальной стадии сгорания и большим p z. В итоге будет достигнута вы­ сокая экономичность, но и большие тепловые и механические нагруз­ ки на ЦПГ. Более мягкая организация подачи в ее начале и резкое окон-

1300

1200

1100-

1000

900

800

§, 700

О 600

^500

400

300

Рис. 14.10. Влияние характера впрыска на изменение давлений в цилиндре

чание в конце (поз. С) позволяет уменьшить нагрузки, но - в ущерб экономичности двигателя. В то же время улучшается распыливание топлива в конце подачи, а, следовательно, достигается меньшее дого­ рание на линии расширения. Мягкое сгорание в начальной стадии и меньшие температуры рабочего цикла достигаются при двухфазном впрыске (поз. D). К этому варианту прибегают, когда стоит задача умень­ шения содержания в выхлопных газах NOx.

§ 14.2.1. Электронное управление и гидропривод выжлопного клапана

Система привода включает цилиндр-актюатор, заполняемый мас­

равляющий клапан по получении эл. сигнала от электронного блока в необходимый момент открывает доступ гидромасла высокого давле­ ния к поршню сервопривода (см. рис. 14.11), который, двигаясь вниз, открывает клапан. Закрытие клапана происходит после перемещения управляющего клапана в положение, при котором полость актюатора разгружается от давления масла. Соответственно полость гидроусили­ теля также разгружается, и воздушная пружина поднимает клапан в положение «закрыто». В конструкции сервоприводов предусмотрены демпферы, смягчающие удары при открытии и закрытии клапана. Кон­ троль за перемещениями клапана осуществляет установленный на кор­ пусе датчик, реагирующий на изменение расстояния между ним и на­ прессованным на шток клапана измерительным конусом.

Важно отметить, что предоставленная электроникой возможность изменения фаз открытия и закрытия клапана позволяет их оптимизи­ ровать в соответствии с режимом работы двигателя.

§ 14*2.2. Электронное управление лубрикатором

Использование в системе управления двигателем микропроцессо­ ров позволило решить давно назревшую проблему организации смаз­ ки цилиндров. В традиционной системе, где используется механичес­ кий привод лубрикаторов, ряд фирм для уменьшения подачи масла на смазку цилиндров при снижении нагрузочного режима связывали ме­ ханизм подачи с положением рейки топливных насосов.

Но, к сожалению, не могли достигнуть синхро­ низации подачи с движе­ нием порш ня рабочего цилиндра, а это приводи­ ло к тому, что часть посту­ пающ его из ш туцеров масла попадала в цилиндр над поршнем, и при его движении вверх поршне­ выми кольцами перемеща­ лось в направлении каме­ ры сгорания, где выгора­ ло. Часть масла выходила из штуцеров цилиндра под