Марченко А.П., Рязанцев М.К., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників у 6 томах. Том 3. Комп’ютерні системи керування ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

250

плунжеру здійснюється під час відкриття диференційного клапана 3. Еле-

ктромагнітний клапан 2 служить для злива палива із порожнини над ди-

ференційним клапаном для його відкриття. Великий прохідний переріз у

диференційного клапана та його швидке відкриття сприяють надходженню

відносно значної кількості палива при високій

швидкості руху східчастого плунжера й, отже,

підвищенню тиску вприскування. Під час руху

східчастого плунжера палива під високим тис-

ком надходить у підголкову порожнину 5, відкі-

ля через соплові отвори вприскується у камеру

згоряння дизеля. Електромагнітний клапан 1 від-

кривається після закриття клапана 2, тобто пра-

цює з ним у протифазі. В період поміж вприску-

ваннями електромагнітний клапан 1 відкрито, що

сприяє стабілізації тиску палива у підголковий

простір 5 для запобігання підтікання палива че-

рез соплові отвори у камеру згоряння дизеля.

Керування рухом електромагнітних клапанів 1 і

2 здійснюється за допомогою мікро-ЕОМ КПСК

паливоподачі.

Розглянута форсунка призначена для

швидкохідних автотракторних дизелів.

На рис.3.111 показаний мікропроцесорний

головний виконавчий пристрій паливоподачі у

дизелях, розроблений фірмою ВКМ (США) у ви-

гляді насос-форсунки з посилювачем тиску. Ця

насос-форсунка забезпечує керування цикловою

подачею, КВВ й тиском вприскування. Її функції

реалізовані таким чином.

Особливістю конструкції є застосування вбудованого акумулятора,

до порожнини якого з початку вприскування паливо нагнітається плунже-

ром. Плунжер приводиться до руху від гідропоршня 3 мультиплікатора

(посилювача). У сполученні з соленоїдним клапаном 4 створюється своєрі-

дний електронний регулятор тиску, який застосовується для регулювання

тиску вприскування залежно від n та N

. За сигналами датчиків, що реєст-

Рисунок 3.110 –

Електрогідравлічна

насос-форсунка з

гідропосилювачем тиску

вприскування палива

А – злив; Б – від

акумулятора

251

рують ці параметри, формується командний імпульс, що діє на електронну

схему соленоїда клапана.

Принцип роботи насос-

форсунки такий. Для ініціювання

вприскування модуль КПСК за сиг-

налом про положення (кутове) колі-

нчастого вала подає живлення на со-

леноїдний клапан 4, який, відкрива-

ючись, забезпечує діяння тиску в

акумуляторі 6 на поршень 3, безпо-

середньо поєднаний з плунжером 5

при співвідношенні площин 15:1.

Плунжер переміщує потрібний об’єм

палива, що вприскується до акуму-

лятора, а його залишок стискує від

тиску в акумуляторі до потрібного

тиску вприскування; таким чином,

реалізується мультиплікаторний

ефект у розпилювачі.

Голчастий клапан упродовж

цього часу не піднімається завдяки

посиленому вхідному тиску, що до-

кладається до верхньої частини при-

строю. Такий тиск зростає до потрі-

бного рівня, поки живиться струмом

соленоїдний клапан. Акумуляторна

камера поєднана з порожниною гід-

ропосилювача зворотним клапаном

2. Вприскування починається, коли

зупиняється живлення соленоїда, до-

зволяючи тим самим поршню і плу-

нжеру зайняти вихідне положення

під діянням пружини. Циклова пода-

ча палива регулюється шляхом змі-

ни тиску в акумуляторі, яке прямо пропорційне тиску в магістралі.

Рисунок 3.111 – Насос-форсунка з

гідроприводом та електромагнітно-

керованим клапаном:

1 – голковий клапан; 2 – зворотний

клапан; 3,5 – поршень та плунжер

мультиплікатора; 4 – соленоїдний

клапанний вузол; 6 – акумулятор; 7 –

надпоршнева порожнина; 8 – пружина

мультиплікатора; 9 – розпилювач; 10 –

пружина голчастого клапана; 11 –

порожнина підсилювача; 12 – шток

голчастого клапана; 13 – клапан зливу

(зворотний)

252

Особливість цієї КПСК в тому, що може бути змінена і циклова по-

дача палива для окремого циліндра шляхом регулювання тривалості жив-

лення соленоїдного вузла 4, що впливає на величину тиску, який досяга-

ється у гідромультиплікаторі. Тривалість вприскування залежить тільки від

моменту його початку, оскільки кінець вприскування визначається харак-

теристикою форсунки.

Переваги цієї КПСК зрозумілі з рис.3.112, де зіставлені характерис-

тики вприскування підсистеми з насос-форсункою фірми ВКМ й традицій-

ною КПСК (ПНВТ-трубопровід-форсунка) автомобільного дизеля при

n = 2300 хв

–1

До недоліків цієї підсистеми слід віднести не досить чітку відсічку

палива в кінці подачі й падіння тиску при вприскуванні з зменшуваними

ц.

На кінець наведемо сучасні, найбільш вдалі й розповсюджені насос-

форсунки серійного виробництва[25].

На рис. 3.113 наведена насос-форсунка, призначена для дизелів ван-

тажних автомобілів. Зараз вже понад 4 млн таких насос-форсунок працю-

ють на транспортних дизелях, в тому числі військового призначення.

На початку та в кінці руху плунжера 3 клапан 2 відкритий, що забез-

печує злив палива із плунжерної порожнини 4. Закриття його на короткий

час обумовлює активний хід плунжера, тобто циклову подачу. Момент йо-

го включення дозволяє в широких межах змінювати КВВ, зменшуючи емі-

сію викидів, поліпшуючи пуск, покращуючи характеристики дизеля, в то-

му числі забезпечуючи зниження експлуатаційної витрати палива на 5-8 %.

3,3

р,

МПа

47,5

150

1,2

час, мс

Рисунок 3.112 –Характеристики

вприскування КПСК фірми ВКМ

(а) й традиційної підсистеми

паливоподачею (б):

А,В – відповідно початок і кі

нець

вприскування

253

Наповнення плунжерної порож-

нини здійснюється також через

клапан. Відсутність розріджувань

при наповненні й короткі нагніта-

льні канали дозволяють обійтися

без нагнітательного клапана. Керу-

вальний клапан є частково гідрав-

лічно розвантаженим. Його власна

частота 10 кГц. Цього досить для

організації двофазного вприску-

вання (тобто зміни закону паливо-

подачі). Останній знижує шумність

процесу згоряння в дизелі і робить

надійнішим впуск, про що вище

вже йшлося.

Насос-форсунки фірми Lucas

(рис.3.114) призначені для малото-

ксичних дизелів з відкритою КС

легкових автомобілів, вантажівок,

позашляховиків. Такі насос-

форсунки застосовуються на дизе-

лях Volvo, John Deer, Detroit Diesel

[25].

Конструкція насос-форсунки

дещо складніша, ніж попередня:

паливо надходить та зливається через фільтри 7 й порожнини, що опері-

зують корпус.

Канали високого тиску В і С поєднують клапан 14, розпилювач 10 з

плунжерною порожниною, а канал А використовується для злива палива

через клапан.

Наповнення плунжерної порожнини здійснюється через клапан та

впускне вікно 6.

Забезпечена запальна доза двофазного вприскування тривалістю до

8 % від загальної, що відповідало 0,5 мс.

Рисунок 3.113 – Насос-

форсунка з

КПСУ фірми Detroit Diesel Allison:

1 – електромагніт; 2 – тарельчастий

управляючий клапан; 3 – плунжер;

4 – плунжерна порожнина; 5 – канал

керування; 6 – носик розпилювача

254

Насос-форсунка разом з КПСК паливоподачі забезпечує за допомо-

гою швидкохідного клапана гнучке керування подачею й КВВ, в тому чис-

лі на неусталених режимах перехідних процесів. Забезпечено досконале

сумішоутворення на холостому ході й при низьких навантаженнях дизеля.

Розгляд сучасних насос-форсунок показує, що при їх розробках ви-

користані останні досягнення моторобудування й перспективні спряму-

вання.

Рисунок 3.114 – Насос-

форсунка

з КПСК фірми Lucas:

1 – головка штовхача;

2 – подушка штовхача;

3 – пружинна шайба;

4 – воротня пружина;

5 – плунжер;

6 – впускне вікно;

7 – кільцеві фільтри;

8 – проставка;

9 – голка;

10 – розпилювач;

11 – канал С;

12 – канал В;

13 – канал А;

14 – канал керування зливом;

15 – напрямна пружина;

16 – воротня пружина;

17 – магнітопровід

255

Виконавчі пристрої подачі палива до форсунок

До них відносяться, наприклад, виконавчі пристрої КПСК, які обслу-

говують ЕР з традиційними ПНВТ. Командні імпульси КПСК паливопода-

чі за допомогою виконавчих пристроїв перетворюються в механічне пере-

міщення рейки паливного насоса.

Як виконавчі механізми, що безпосередньо переміщують рейки

ПНВТ, застосовуються пропорційні електромагніти, моментні, лінійні або

шагові електродвигуни. Вони звичайно служать за безпосередній привід

для дозатора палива у насосах з невеликими переставним зусиллями, на-

приклад, у малорозмірних рядних ПНВТ та насосах розподільного типу

фірм Bosch (рис. 3.115), Lucas та інш.

При підвищених пересувних зусиллях дозуючого органу у рядних

багатоплунжерних насосах великих розмірів застосовуються гідромеханіч-

ні виконавчі механізми, керовані золотником, який має привід від електри-

чних пристроїв (рис.3.116). Поршень 2 електромотора пересувається під

дією робочої рідини, тиск якої у робочих порожнинах серводвигуна керу-

ється електрогідравлічним клапаном, що складається із золотникової пари

та електромагніта.

Рисунок 3.115 –

Електромагнітний

виконав

чий механізм прямої

дії (при

від дозатора) насоса

розподі

льного типу фірми

Bosch:

1 – датчик дозатора;

2 – виконуючий пристрій

пересування дозатора;

3 – дозатор;

4 –

корпус клапана зміни КВВ з

електромагнітним приводом

256

На сьогодні розроблено багато різноманітних виконавчих пристроїв

для обслуговування органів, що керують подачею палива в ПНВТ, при їх

використанні в КПСК.

Загальними їх ознаками є надійність і стабільність при тривалій екс-

плуатації, потрібна швидкодія, допустимі габарити і маса тощо. Цим і ви-

значаються конструктивні характеристики означених виконавчих пристро-

їв.

В КПСК вприскуванням палива з акумулятором високого тиску, в

тому числі з гідропосилювачем, для створення постійного тиску в акуму-

ляторі використовуються ПНВТ традиційного виконання. Їх особливості

вивчаються при розгляді конструкцій дизелів різних типів.

У схемах КПСК використовуються паливопідкачувальні насоси, фі-

льтри, паливні охолоджувачі тощо. Роль стабілізаторів тиску в акумулято-

рах КПСК паливоподачі в дизелях відіграють зворотні клапани (рис.3.111).

Конструкції цих елементів КПСК загальновідомі.

Електронні виконавчі пристрої. Розглянемо виконавчі пристрої мік-

ропроцесорної частини КПСК паливоподачі в дизелях.

При розробці таких пристроїв широко використовується багатющий

Рисунок 3.116 – Електро-

магнітний виконавчий

механізм непрямої дії з

гідроприводом паливного

насоса Bosch:

1 – датчик положення (ходу)

рейки;

2 – поршень;

3 – керуючий золотник;

4 – штепсельний

роз’єднувач;

5 – датчик частоти циклів.

257

досвід створення КПСК подачею палива у бензинових двигунах, оскільки

у принципі КПСК паливоподачі (вприскування) слабо залежить від спосо-

бу спалахування.

При будь-якому способі спалахування горючої (робочої) суміші еле-

ктронні виконуючі пристрої повинні включати пристрої розподілу – фор-

мувач й розподілювач командних імпульсів по циліндрах у відповідності з

порядком їхньої роботи на двигуні.

Природно, що до їх складу входять, окрім мікро-ЕОМ, також при-

строї сполучення, ОЗП, ПЗП, генератор тактових імпульсів і стабілізатор

електроживлення, вихідні каскади.

Безконтактні пристрої розподілу командних пристроїв, що застосо-

вуються в КПСК дизелів, потрібні тим, що описані вище у розділі 3.1.5 .

Там же розглянуті і біполярні формувачі командних імпульсів, що дозво-

ляють забезпечувати високу швидкодію клапанів керування форсунок з

електронним керуванням.

Як і для бензинових ДВЗ, інші пристрої, що обслуговують мікропро-

цесорну схему (пристрої сполучення, ОЗП, стабілізатори електричного жи-

влення, посилювачі потужності та ін.), відбираються з ряду уніфікованих

електронних пристроїв, описаних у відповідній літературі.

Зупинимося на специфіці побудови електронних виконавчих при-

строїв КПСК паливоподачею у дизелях. Мова йдеться про необхідність

подолати труднощі керування паливоподачею при тисках до 200 МПа й

вище. Такий височенний рівень тиску вприскування не може й зіставляти-

ся з низьким тиском паливоподачі у бензинових ДВЗ, що звичайно не пе-

ревищує 0,3 МПа.

Електронні виконавчі пристрої КПСК спроможні подолати такі тру-

днощі. В першу чергу – забезпечити надійність й експлуатаційну стабіль-

ність дозувальних пристроїв. Прикладом є використання спеціального еле-

ктромагнітного клапана, який забезпечує зняття функцій відсічки й органі-

зації початку вприскування з плунжера насос-форсунки (форсунки) за ра-

хунок пропускання палива із зони високого тиску. В результаті підвищу-

ється ресурс роботи плунжера при можливості подальшого збільшення ти-

ску вприскування.

Стабілізації характеристик вприскування у період експлуатації спри-

яє введення додаткового каналу адаптації паливоподачі залежно від зносу

258

прецизійних пар паливної апаратури. Цей канал вбудовується в схему

КПСК вприскуванням. У розробці, наприклад, фірми Bosch подібна адап-

тація здійснюється застосуванням датчика зворотного зв’язку по КВВ.

Контрольні запитання та завдання

1. Сформулюйте резерви поліпшення експлуатаційної паливної

економічності й інших показників технічного рівня й конкурентноздатнос-

ті ДВЗ. Яке місце в них належить КПСК?

2. Які вимоги ставляться до КПСК паливоподачею у бензинових

двигунах та в дизелях?

3. Які форми реалізації КПСК у сучасних бензинових двигунах та

дизелях?

4. Які особливості КПСК паливоподачею й запаленням у бензи-

нових двигунах?

5. Які особливості КПСК паливоподачею й запаленням у дизелів?

6. Назвіть та поясніть датчики КПСК паливоподачею й запален-

ням двигунів з іскровим запаленням.

7. Назвіть та поясніть датчики КПСК паливоподачею й запален-

ням дизелів.

8. Проаналізуйте виконавчі пристрої КПСК паливоподачею й за-

паленням двигунів з іскровим запаленням.

9. Проаналізуйте виконавчі пристрої КПСК паливоподачею й за-

паленням дизелів.

10. Які типи вприскувальних форсунок використовуються у КПСК

паливоподачею ДВЗ з іскровим запаленням?

11. Які типи вприскувальних форсунок використовуються у КПСК

паливоподачею дизелів.

12. Охарактеризуйте насос-форсунки сучасних дизелів з

комп’ютерним керуванням.

13. Проаналізуйте виконавчі пристрої подачі бензину до вприску-

вальних форсунок.

14. Проаналізуйте виконавчі пристрої подачі дизельного палива до

вприскувальних форсунок.

259

15. Які виконавчі пристрої застосовуються у мікропроцесорній ча-

стині КПСК паливоподачею та запаленням бензинових двигунів?

16. Які виконавчі пристрої застосовуються у мікропроцесорній ча-

стині КПСК паливоподачею та запаленням дизелів.

17. Які заходи вживаються для підвищення швидкодії електроке-

рованих форсунок ДВЗ з іскровим запаленням?

18. Які заходи вживаються для підвищення швидкодії електроке-

рованих форсунок дизелів.

19. Яку роль відіграють КПСК у адаптації двигуна з іскровим за-

паленням до моделі експлуатації, зовнішніх (кліматичних) умов тощо?

20. Яку роль грають КПСК у адаптації дизелів до моделі експлуа-

тації, зовнішніх (кліматичних) умов тощо?

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Шеховцов А.Ф. Компьютерные системы управления ДВС: Уч.

пособие. – Харків: ХДПУ, 1995. – 256с.

2. Газетин С., Васильев М.. Впрыск. // Автопилот, 1995. – №10. –

С.71–75.

3. Будем непосредственнее (новый двигатель Mitsubishi). // Рефе-

рат. – М.: Авторевю, 1996. – №2. – С.22–23.

4. Эфрос В.В. и др. Системы центрального впрыска топлива. – М.:

Автомобильная промышленность, 1996. №9. – С.20–21.

5. Двигатели автомобилей ВМВ 316/318i. // Реферат. – М.: Мото-

ростроение за рубежом, 1999. – №8. – С.18–24.

6. Автомобильный справочник (Bosch): Пер. с англ. Первое рус-

ское издание. – М.: Изд-во «За рулем», 2000. – 896с.

7. Покровский Г.П.. Потенциальные возможности применения

биосистем и искусственного интеллекта для управления рабочими цикла-

ми автомобильных двигателей.. – С. – П.: Двигателестроение, 2002. – №2.

– С. 6–7.

8. Реферативный журнал «Двигатели внутреннего сгорания», – М.:

ВИНИТИ, 2001, №5.