И. О. Кирилюк
Топливные системы с электронным управлением позволяют более полно оптимизировать рабочий процесс дизелей на всех характерных режимах работы и за счет этого добиться снижения выбросов ВВ с ОГ, шумности, расхода топлива, улучшения пусковых свойств, динамичности транспортного средства и др. Средства достижения этих показателей противоречивы и только электронное управление, в сочетании с рекордно высокими давлениями впрыска - до 135...200 МПа, позволяют разрешить эти противоречия и достигнуть не компромиссных, а наиболее высоких показателей дизеля.
В менее совершенных топливных системах электронное управление лишь заменяет механические регуляторы. Более многочисленную группу современных систем, созданных на базе традиционных ТНВД, составляет аппаратура с независимым электронным управлением подачей и опережением впрыска. Внедрены в массовое производство аккумуляторные системы Common-Rail (CR), расширившие возможности управления рабочими процессами дизеля, например за счет управления давлением и характеристикой впрыска.
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ. Особенности функционирования топливных систем с электронным управлением.
ЧАСТЬ 1. Топливные системы с кулачковым приводом впрыскивающих плунжеров.
- Рядные топливные насосы высокого давления.
- Насос-форсунки и безреечные тнвд с электроуправлением.
- Насос-форсунки фирмы Detroit Diesel Allison (отделения General Motors).
- Насос-форсунки фирмы R.Bosch.
ЧАСТЬ 2. Топливные системы с силовым электроприводом и аккумуляторные системы.
- ТС с электрическим разрядом в камере форсунки.
- Системы с силовым пьезоприводом.
- ТПА с электродинамическим двигателем.
- Гидроударная ТПА.
- Аккумуляторная ТПА с мультипликатором давления.
ЧАСТЬ 3. Аккумуляторные топливные системы с электроуправлением типа Common Rail.
- Состав аккумуляторной топливной системы.
- ТНВД для аккумуляторной топливной системы.
- Электрогидравлические форсунки Common Rail.
- Конструкции электрогидравлических форсунок.
ОБЩИЕ ПО ТЕКСТУ СОКРАЩЕНИЯ:
ВВ -вредные вещества;
ТПА -топливоподающая аппаратура;
ТПН -топливоподкачивающий насос;
УОВ -угол опережения впрыска;
ТП -топливоподача;
КС - камера сгорания;
ОГ -отработавшие газы;
СУ -система управления;
ТНВД -топливный насос высокого давления;
CR - Common Rail.
Особенности функционирования топливных систем с электронным управлением.
Критериями совершенства топливоподачи являются показатели экономичности, мощности и шумности работы, величины выбросов ВВ с ОГ, динамичности транспортного средства, надежности пуска, коэффициента приспособляемости, соблюдение ограничений по давлению в цилиндре, жесткости сгорания, тепловым нагрузкам, температуры газов перед турбиной. Ниже перечислены особенности функций ТПА с электронным управлением, которые можно понимать и как новые функции этих ТС, и как их достоинства по сравнению с ТПА традиционного типа.
- обеспечение гибкого регулирования цикловой подачей в соответствии с заданным скоростным режимом двигателя и обеспечение внешней скоростной характеристики (не обязательно жестко заданной);
- обеспечение минимальной неравномерности подачи по цилиндрам или оптимальная неравномерность подачи и УОВ для каждого цилиндра в соответствии с его особенностями конструкции, изготовления и текущего технического состояния;
- оптимальное регулирование УОВ в соответствии с режимом работы;
- автоматизация пуска, необходимое обогащение при пуске, выключение подачи на принудительном холостом ходу, регулирование на переходных режимах;
- отключение цилиндров и циклов на частичных режимах;
- СУ обеспечивает диагностирование датчиков и исполнительных устройств, компенсацию выбывших из строя с помощью резервных программ. Эти функции могут сочетаться с управлением двигателем или транспортным средством;
Для систем Common Rail кроме того характерно:
- оптимальное регулирование давления и характеристики впрыска;
- осуществление двухфазного впрыска, в т.ч. с минимальной устойчивой запальной порцией, с регулируемым интервалом между впрыскивания ми;
- осуществление регулируемого дополнительного впрыска (после основного) для разогрева DENOХ нейтрализатора на частичных режимах.
Перспективность различной ТПА следует оценивать с учетом степени обеспечения перечисленных функций.
Рис. 1. Нормы выбросов с ОГ для легковых автомобилей
| Характерно, что ужесточающиеся нормы выбросов ВВ ограничивают их содержание в ОГ пропорционально для частиц и NOХ (Рис. 1). Они не могут быть выполнены регулировками или изменением большинства конструкторских или режимных параметров дизеля, т.к. представляют противоречивую задачу. Например, при уменьшении УОВ (Рис. 2) достигается снижение NOХ (также жесткости сгорания, шумности, нагруженности кривошипного механизма), но неизбежно растет выброс частиц (также расхода топлива, тепловой нагруженности выпускной системы и др.). Лишь ТПА с увеличенным давлением впрыска позволяют разрешить это противоречие (Рис. 2), поэтому современные ТПА отличаются интенсивным впрыском.
Другим отличительным признаком современной ТПА становится использование гибкого, а следовательно, электронного управления. Даже в рассмотренном примере удается снизить удельные выбросы ВВ - при высоких нагрузках регулирование УОВ обеспечивает минимум NOХ, а на малых нагрузках, УОВ может быть увеличен. Противоречивую задачу снижения расхода топлива и выбросов частиц с одной стороны и шумности, NОХ с другой, может решить промежуточное охлаждение наддувочного воздуха, но и оно требует гибкого регулирования по режимам работы дизеля. Это относится и к регулированию давления наддува, рециркуляции ОГ (Рис. 3). С учетом того, что СУ подачей все чаще становится оставляющей СУ всего дизеля или автомобиля, ее функции значительно расширяются - управлению подлежат также свечи накаливания, фазы газораспределения, климатическая установка, антиблокировочная система и многое другое. Целесообразность объединение СУ усматривается, в частности, в оптимальности сопряженных процессов в зависимости от тех же параметров, что и ТП.
Таким образом, в современных ТПА используется электронное управление. При этом обеспечивается повышенные давления впрыска - с роторными ТНВД до 160...180 МПа, в насос-форсунках и индивидуальных ТНВД до 200 МПа, в Common Rail первого поколения до 135, а второго поколения - 160 МПа. Если долгое время последние не могли найти применения, то ныне можно услышать мнения об их без альтернативности. В действительности, CR имеет ряд неустранимых недостатков (постоянное высокое давление в распылителе и арматуре, низкий КПД). Каждая из упомянутых систем имеет достоинства и недостатки и пока нет оснований, чтобы считать какую-либо из них бесперспективной. Наряду с расширением возможностей электронного управления ставится вопрос и о целесообразности повышения давления впрыска вплоть до 1800 МПа.
|  
Рис. 2. Эмиссия ВВ при различных УОВ и давлениях впрыска [2,3]: а- дизеля Mercedes OM611 при п=2000 мин"1, Pe=0,4 МПа; б- дизеля Audi V6 TDI при n=1500 мин"1, ре=0,3 МПа
| 
Рис. 3. Оптимальный подъем клапана рециркуляции в функции частоты вращения (п), цикловой подачи (qц)и температуры охлаждающей жидкости (1ОХЛ)
|
Далее:
ЧАСТЬ 1. Топливные системы с кулачковым приводом впрыскивающих плунжеров.
ЧАСТЬ 2. Топливные системы с силовым электроприводом и аккумуляторные системы.
ЧАСТЬ 3. Аккумуляторные топливные системы с электроуправлением типа Common Rail.
|
