К&М
Меню сайта
Форма входа
Категории раздела
Мои статьи [1]
Двигатели внутреннего сгорания [9]
Электроуправляемые приводы [1]
Элекроуправляемый привод СНВТ для ДВС [5]
Цикл статей
Поиск
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 82
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz

  • Сайты Поволжья
    Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0





    Rambler's Top100




    Понедельник, 18.12.2017, 09:59
    Приветствую Вас Гость | RSS
    Главная | Регистрация | Вход
    Каталог статей
    Главная » Статьи » Элекроуправляемый привод СНВТ для ДВС

    ЧАСТЬ 1. Топливные системы с кулачковым приводом впрыскивающих плунжеров
    Эти системы, в отличие от аккумуляторных, называемые по принятой классификации также системами непосредственного впрыска, базируются на использовании апробированных технических решениях и технологии произ­водства ТПА. Использование электроники в дизелях V12 военных машин Rolls Royce началось с 1978 г., а для гражданской продукции фирмы R.Bosch, Lucas CAV, Stanadyne, Detroit Diesel Allison, Zexel  освоили ТПА с электрон­ным управлением с середины 80-х годов. В простейшем случае от традици­онной ТПА она может отличаться только заменой механического регулятора на электронный. В этом случае конструкция насосной секции может не иметь новых элементов. Такая ТПА на сегодня наиболее подготовлена к широкому использованию, но ввиду множества ограничений имеет меньшие возможно­сти, чем, например, аккумуляторная. Среди подобных решений находим как наиболее простые (насос-форсунки дизелей ГАЗ-560, Volkswagen), так и наи­более сложные (распределительные ТНВД VP-44 R.Bosch, EPIC Lucas).

    Рядные топливные насосы высокого давления

    Они наиболее традиционны  и распространены. В отличие, например, от распределительных ТНВД, гибкое регулирование УОВ в них затруднено. Решение этой проблемы фирма Caterpillar нашла в применении гидромуфты со спиральными шлицами, управляемой электрон­ной СУ. Регулирование УОВ с помощью самой насосной секции было реализовано в ТНВД фирмы Zexel (японской фирмой, ранее называемой Diesel Kiki), в опытном ТНВД МГТУ. На Рис. 4 представлено аналогичное решение фирмы R.Bosch для ТНВД типов MW и Р. "Двух реечный" ТНВД имеет независимое управление цикловой подачей (нижней "рейкой") и УОВ (верхним поворотным валом). Кроме того насос имеет характерный набор современных решений для интенсивного впрыска: жесткий кулачковый вал на двухрядных сферических подшипниках, глухой корпус, моновтулку плунжера, комбинированный нагнетательный клапан двойного действия, смазка топливом и др.

    В ТНВД серии Р реализованы как электромагнитный привод рейки с усилием 75 Н, Так и - электрогидравли­ческий привод с усилием 90 Н для  дизелей с числом цилиндров 6...12. Гидроусилитель питается от двух ТПН с дав­лением 0,3 МПа
     
    Описанный способ регулирования УОВ имеет особые качества, кото­рые могут быть положительными или негативными в зависимости от воз­можностей реализации. В автотракторной ТПА традиционно использовались кулачки с треугольным законом скорости. Но даже при осуществ­лении трапециевидного закона с учетом широкого изменения фазы процесса невозможно обеспечить нагнетание топлива только с использованием "полочки" на вершине диаграммы скорости. Тогда при изменении УОВ из­меняется средняя скорость плунжера в период нагнетания и закон ее измене­ния по времени. Как следствие - изменение давления и характеристики впрыска в весьма широком поле допуска при изменения УОВ. Обеспечить оптимальное изменение опережения, давления и характеристики впрыска по режимам работы дизеля при их жесткой взаимосвязи принципи­ально невозможно, но возможно нахождение некоторых компромиссов.

    В системе электронного управления топливоподачей R.Bosch для дизеля гру­зового автомобиля типа Mercedes-Benz ОМ442LA насос управляется по цикловой подаче и УОВ. Электронный блок управления осуществляет оптимальное, в рамках возможностей данной ТПА, управление рабочим процессом дизеля с использованием сигналов ТНВД, автомобиля, дизеля, коробки перемены передач (КПП) и механизма отбора мощности на внешние агрегаты. Датчик подъема иглы форсунки мо­жет отсутствовать. С использованием сигналов датчиков температуры и дав­ления воздуха рассчитывается расход и коэффициент избытка воздуха. Это позволяет предотвратить дымление на рабочих режимах дизеля, включая ра­боту на высоте до 4000 м над уровнем моря при минимальной потери мощ­ности. Отключение подачи на режиме принудительного холостого хода обеспечивает тор­можение автомобиля двигателем. Для особых условий движения, например обгона, СУ допускает кратковременное нарушение ограничений по частоте и цикловой подаче. Она снабжена функциями самодиагностики, сигналы о не­исправностях подаются на приборный щиток и запоминаются.

    Рис. 4. Рядный ТНВД PR 39 фирмы R.Bosch с электронным регулированием подачи и УОВ: 1- муфта регулирования УОВ, 2- рейка цикловой подачи, 3- электромагнит регулирования УОВ, 4- электромагнит регулирования цикловой подачи, 5- датчик рейки цикловой подачи, 6- датчик.

    Известны и другие технические решения, реализованные в опытной ТПА. Так, управление рейкой цикловой подачи с помощью быстродейст­вующего электропривода АО "Рыбинские моторы" для 4-секционного ТНВД АО "ЯЗТА", позволяет подавать в каждый цилиндр свою цикловую подачу в соответствии с особенностями его работы. Единая рейка переставляется за цикл работы дизеля 4 раза. Нидерландская фирма Ship-und Industrial Engineering разработала, а английской фирмой Bryce, входящей в группу Lucas Industries, выпускается ТПА с номинальными цикловыми подачами 3,3...17 мм3 Такие ТНВД для главных судовых дизелей сохранили рейку управление подачей, но снабжены электроклапаном слива топлива из надыгольной полости в начале и конце подачи для регулирования УОВ. Этот принцип регу­лирования подробно рассмотрен ниже для насос-форсунок.
     
    Насос-форсунки и безреечные тнвд с электроуправлением.

    Повышение интереса к насос-форсункам в последние годы было обу­словлено наиболее полным соответствием, при максимальной простоте кон­струкции, двум важнейшим тенденциям совершенствования ТПА: интенси­фикации впрыска и введению электронного управления. Давно известны достоинства насос-форсунок - повышение давления впрыска за счет миними­зации объемов сжимаемого топлива, отсутствие подвпрыска, уменьшение номенклатуры деталей, резкая отсечка подачи, меньшее закоксовывание и больший ресурс распылителя, меньшие затраты мощности, отсутствие необ­ходимости в нагнетательном клапане, снижение запаздывания впрыска отно­сительно нагнетания плунжера, что уменьшает разброс УОВ по частотам вращения и уменьшает потребный диапазон его регулирования Насос-форсунки обеспечивают относительно более пологий передний фронт пода­чи, что соответствует экологическим требованиям.

    Отмеченные особенности иллюстрируются Рис. 5 - насос-форсунка обеспечивает более пологий передний фронт и более резкий задний. Это способствует снижению жесткости сгорания, шумности, выбросов NOХ, по­лучению крупных капель в конце впрыска, снижению сажеобразования. На­лицо интенсификация подачи.

    Сегодня насос-форсунки используются в дизелях с диаметром цилинд­ра 67...300 мм. В дизелях FOCS Lombardini они представляют Г-образную конструкцию с перпендикулярными осями насосной секции и распылителя. Электроуправляемыми насос-форсунками снабжены дизели DSC 12 Scania (1 - 6, Ne=309 кВт), шестицилиндровые дизели 3176 Caterpillar, дизели серии 60 Detroit Diesel, дизели Volkswagen, MAN и другие.

    Ограничивали применение насос-форсунок недостатки: усложненные условия компоновки головки, увеличенный диаметр форсуночной части, большее снижение давления впрыска на частичных режимах работы, услож­ненные и менее точные условия регулировки равномерности подачи по цилиндрам, усложнение привода реек и специального

    В связи с использованием электронного управления число дос­тоинств выросло, а недостатков - уменьшилось. Так, плунжерная пара мак­симально упростилась, исчез механизм поворота плунжера, реечные тяги и автоматический индивидуальный регулятор, отпала необходимость выравнивания подачи по цилиндрам при регулировке, возникла возможность, обеспечения двухфазной подачи, регулирования УОВ, а поэтому, повысились экономичность, надежность пуска, снизилась эмиссия ВВ. Снижение давления впрыска компенсируется общей интенсификацией подачи.

    Рис. 5.  Давление впрыска при подаче gц=40 мг, nкул=2100 мин-1, насосная секция dпл=7 мм, hпл,=9 мм, распылитель 6x0,18 мм; а - насос-форсунка, б - ТПА с трубопроводом и каналом форсунки 580 мм

    Насос-форсунки фирмы Detroit Diesel Allison (отделения General Motors).

    Американская промышленность (General Motors, Cummins) не пре­кращала использования насос-форсунок даже в 60-70-е годы - годы пони­женного к ним интереса. Система DDEC-II (Detroit Diesel Electronic Control) (Рис. 6) для тяжелых грузовых автомобилей начала производиться с 1985 г, а работы по созданию этой ТПА велись еще с 1978 г. Ныне свыше 4 миллионов таких насос-форсунок служит на транспортных дизелях, в том числе военного назначения.

    В начале и конце движения плунжера 3 клапан 2 открыт, обеспечивая слив топлива из плунжерной полости 4. Закрытие его на короткое время обусловливает активный ход плунжера, т.е. цикловую подачу. Момент его включения позволяет в широких пределах изменять УОВ, снижая эмиссию ВВ, улучшая пуск, улучшая характеристики дизеля, в частности обеспечив снижение эксплуатационного расхода топлива на 5...8%. Наполнение плун­жерной полости осуществляется также через клапан. Отсутствие разрежений при наполнении и короткие нагнетательные каналы позволяют обойтись без нагнетательного клапана. Управляющий клапан является частично гидравлически разгруженным. Его собственная частота 10 кГц. Этого оказывается достаточно для организация двухфазного впрыска. Он позволяет снизить шумность работы и сделать надежнее пуск. Одна или несколько насос-форсунок с управляющими клапанами могут быть выключены из работы. Метод электрического отключения насос-форсунок при диагностике дизеля быстро выявляет неисправную.

    СУ получает информацию от датчиков температур масла, топлива, ох­лаждающей жидкости, воздуха на впуске; давлений наддува, масла; положе­ния коленчатого вала; положения дросселя. В зависимости от типа энергоус­тановки применяются другие датчики. При нормальной работе СУ на датчи­ки посылается модулированный сигнал 5 В. Нормальный отклик каждого датчика 0,5...4,5 В. В противном случае, в отличие от случая неразрешенного значения измеряемого параметра, диагностируется неисправность датчика.

    Для исключения влияния внешних электромагнитных помех сигнал, управляющий электромагнитом по команде микропроцессора, является час­тотно-модулированным. Электронный блок использует однокристальный микропроцессор Motorola, работоспособный при 125°С.

    На каждом рабочем режиме СУ функционирует по заложенным алго­ритмам и логическим условиям. Например, если оператор включает стартер, то СУ препятствует впрыску, если частота вращения вала недостаточна. Это предотвращает белый дым и переохлаждение цилиндров топливом. СУ из­меняет УОВ относительно нормального уровня. После запуска частота вра­щения холостого хода увеличивается для ускорения прогрева, постепенно приближаясь к нормальной. Более быстрый прогрев осуществляется за счет работы только половины цилиндров, в дальнейшем включаются остальные цилиндры.

    По результатам самоконтроля СУ на панели приборов перед операто­ром могут зажигаться две диагностические лампы: желтая и красная. Первая сигнализирует о незначительных неисправностях и необходимости проведе­ния диагностики. Красная лампа требует остановки дизеля. Это возможно в трех режимах: ручном, автоматическом со снижением нагрузки до устране­ния аварийного сигнала, автоматическом останове через 30 секунд после за­горания лампы.

    Рис. 6.  Насос-форсунка системы DDEC-II фирмы Detroit Diesel Allison:
    1- электромагнит; 2- тарельчатый управляющий клапан; 3- плунжер; 4- плунжерная полость; 5- канал управления; 6- носик распылителя


    Насос-форсунки фирмы Lucas - EUI (Electronic Unit Injectors)

    предназначены для малотоксичных дизелей с открытой камерой сгорания легко­вых автомобилей, автобусов, внедорожников и грузовиков. Первоначально типоразмерный ряд насос-форсунок обеспечивал максимальные подачи 50, 100, 150 и 200 мм3/цикл. Сейчас возможности такой ТПА выше (табл.2). Она применяется, в частности, на дизелях Volvo, Jon Deer, Detroit Diesel.

    Таблица 1 Параметры насос-форсунок Lucas Varity [18]

    Размерность

    50/100

    150

    200

    250

    Частота вращения вала дизеля, мин'1

    5000

    3000

    2400

    2000

    Рабочий объем одного цилиндра, л

    0,5/1,0

    1,0/1,5

    1,5/2,0

    2,0/2,5

    Диаметр плунжера, мм

    8

    9

    10

    11

    Ход плунжера, мм

    9

    11/13

    15

    18

    Цикловая подача, мм3

    120

    160

    240

    300

    Максимальное давление подачи, МПа

    200

    200

    200

    200

    Такая ТПА может приводиться от верхнего или нижнего распредели­тельных валов, может устанавливаться в головке с 2 или 4 клапанами.

    Конструкция насос-форсунки Lucas несколько сложнее, чем предыду­щая: топливо поступает и сливается через фильтр 7 (Рис. 7) и опоясываю­щие корпус полости. Каналы высокого давления В и С сообщают клапан 14, распылитель 10 с плунжерной полостью, канал А используется для слива че­рез клапан. Наполнение плунжерной полости осуществляется через клапан и впускное окно 6.

    Уже в образцах 1983 г. обеспечивалась запальная доза двухфазного впрыска продолжительностью до 8% от общей, что соответствовало 0,5 мс. Система обеспечивает с помощью быстродействующего клапана гибкое управление подачей и УОВ, в том числе на переходных режимах. Обеспечивается совершенное смесеобразование на холостом ходу и низких нагрузках дизеля. СУ снабжена датчиками частоты и положения вала, температуры и давления воздуха, температуры охлаждающей жидко­сти, связана с другими системами автомобиля, обеспечивает возможность всесторонней диагностики. Дизели с такими насос-форсунками отличаются низкой эмиссией ВВ и шумностью работы.

    Таблица 2 Параметры ТНВД с электронным управлением Lucas-Bryce [18]

    Марка ТНВД

    CVAB

    FEEAB

    Диаметр плунжера, мм

    22

    36

    Ход плунжера, мм

    22

    35

    Цикловая подача, мм3

    3345

    17000

    Насос-форсунки Lucas-Bryce в состоянии обслуживать дизели с чис­лом цилиндров 6-16, частотой 1000 мин-1, мощностью 1250...3300 кВт. Для ТП в форсированных среднеоборотных дизелях это отделение фирмы пред­лагает типоразмерный ряд индивидуальных ТНВД с электроуправляемым клапаном (Таблица 2). Они не имеют реек, управляющих кромок на плунжере, механизмов его поворота.


    Рис. 7.  Насос-форсунка EUI фирмы Lucas:
     
    1 -головка толкателя; 2-подушка толкателя, 3-пружинная шайба; 4-возвратная пружина. 5-плунжер, 6-впускное окно, Т - кольцевые фильтры. 8-проставка; 9-и1ла; 10-Распылитель; 11-канал С; 12-канал В; 13-канал А; 14-к
     


    Насос-форсунки фирмы R.Bosch

    Фирма R.Bosch выпускает насос-форсунки с электроуправлением двух типов для грузовиков и легковых автомобилей. Последние на дизелях Volkswagen 4ЧН79,5/95,5 с n=4000 мин-1, мощностью 85 кВт обеспечивают максимальное давление подачи до 205 МПа. При этом отмечается, что запальная порция двухфазного впрыска может достигать 1,5 мм3, причем с большей точностью, чем это удается сделать в ТПА типа CR. На Рис. 9 и Рис. 8 представлены насос-форсунка, индивидуальный ТНВД для дизелей грузовых автомобилей и схема топливной системы фирмы R.Bosch.



    Рис. 9.  Насос-форсунка (а) и индивидуальный ТНВД (б) с электроуправлением фирмы R.Bosch: 1-толкатель,   2-плунжер, 3-полости подкачки и слива, 4-распылитель, 5-каналы высокого давления, 6-каналы низкого давления, 7-клапан управления сливом, 8- электромагнитный



    Рис. 8.  Схема топливной системы R.Bosch с насос-форсунками:

    1-бак; 2-холодильник; 3-ТПН с регулирующими давление клапанами; 4-насос-форсунки; 5-дренажный клапан; 6-блок управления; 7-13-датчики частоты и положения вала, педали акселератора, давления заряда и воздуха, температуры воздуха и охлаждающей жидкости

    ТНВД с клапаном управления сливом, как и рассмотренные насос-форсунки, обеспечивает все упомянутые возможности электронного управ­ления цикловой подачей и УОВ. Такая ТПА комплектуется обычной фор­сункой, остаются привычные компоновочные решения и приемы обслужи­вания и регулировки ТПА. ТПА с подобными ТНВД выгодно отличается от двухреечных насосов, рассмотренных выше, т.к обеспечивают более бы­строе, точное управление в более широких пределах изменения параметров, включая и характеристику впрыска, а также более просты и дешевы. В отличие от ранее используемых ТНВД с дросселированием топлива на линии нарастания, здесь нет потерь топлива во время впрыска, таким образом впрыск начинается энергично, имеется четкая отсечка, а способ регулирования не снижает давления впрыска.

    Единственным сложным и нетрадиционным элементом таких ТНВД является клапан управления. К его быстродействию предъявляются повы­шенные требования - он должен срабатывать в обе стороны в высокооборот­ном дизеле за время не более 0,1…0,2 мс.

    Рис. 10. Типы клапанов управления сливом в насос-форсунках и ТНВД с электронным управлением (а-г) и общий вид электроуправляемого клапана

    Это оказывается возможным не только при малых массах и усилиях электромагнита более 250 Н, но и при гидравлической разгруженности клапана. На Рис. 10 представлены различные виды используемых клапанов Все они в значительной степени используют принцип разгрузки клапана от сил от высокого давления в центральной камере, сообщенной с плунжерной полостью.

    Напрямую этот золотниковый эффект использован по Рис. 10,г. Несмотря на кажущуюся непригодность та­кого затвора, он не так плох: в отличие от ТПА CR, где некоторое время ис­пользовались золотники, в данной ТПА прогрессирующий износ золотника и потеря им гидроплотности не приводит к нарушению работоспособности ТПА и недопустимым потерям топлива. Действительно, утечки через золот­ник могут стать ощутимыми лишь при минимальных цикловых подачах. При этом их влияние ограничивается лишь некоторым снижением давления впрыска. Сами по себе потери топлива на слив в отличие от CR значения не имеют Тонкость, однако, заключается в том, что даже классический золот­ник по Рис. 10,г не вполне гидравлически разгружен ввиду сложного распре­деления давленая на его торце. Клапаны по Рис. 10,а предполагает использование толкающего элек­тромагнита или пьезопривода. Клапаны по Рис. 10,а-в обеспечивают герме­тичное запирание и отсутствие утечек при впрыске, но проблема обеспече­ния гидравлической разгруженности стоит очень остро.

    С одной стороны при конструировании клапанов принципиален подбор разницы углов клапа­на и седла и соответствие между диаметром верхней (золотниковой) части клапана и диаметра линии контакта. В этой связи также чрезвычайно важен прогноз смятия области контакта и изменения ввиду этого среднего диамет­ра поиска контакта. С другой стороны равенство диаметров не гарантирует гидравлическую разгруженность. Для прогнозирования распределения ста­тических давлений в донной (торцевой) области за клапанной щелью требу­ются уточненные методы двумерного течения с отрывом пограничного слоя. Обрабатываться такие клапаны также могут экспериментально, в том числе методом статической проливки, с использованием физического моделирова­ния (например, на увеличенных моделях). Наиболее критичный момент сра­батывания клапана - отрыв от седла при высоком давлении в полости.



    Категория: Элекроуправляемый привод СНВТ для ДВС | Добавил: masterkraya (04.07.2009)
    Просмотров: 6918 | Рейтинг: 0.0/0 |
    Всего комментариев: 0
    Кирилюк © 2017