Электронное управление топливоподачей в дизель

В последние годы достигнута очень высокая степень надёжности электронных схем управления, и они во многих установках заменили механические устройства, выполняющие функции подачи топлива в цилиндры дизелей. Одной из первых стала применять электронное управление впрыскиванием топлива фирма MAN:

В этой системе несколько секций топливного насоса высокого давления (НВД) используют для перекачивания топлива из расходной цистерны (РЦ) в специальный бак-аккумулятор (БА). Давление в баке-аккумуляторе регулируется путем воздействия на золотники НВД, а также с помощью быстродействующего разгрузочного клапана (К), который при чрезмерном повышении давления сбрасывает часть топлива обратно в цистерну (РЦ).

Форсунки дизеля оборудованы специальной системой гидрозапора, в которой насосами поддерживается постоянным давление масла 20 МПа. Подача топлива к распылителям форсунок происходит по командам, вырабатываемым блоком управления (БУ), на вход которого поступают сигналы от датчиков давления впрыска, давления газов в цилиндре, давления наддувочного воздуха, частоты вращения вала и других измерительных приборов.

Блок управления сравнивает эти сигналы с заданны­ми из рулевой рубки режимом и соответственно изменяет подачу топлива и давление наддувочного воздуха, т.е регулирует частоту вращения, обеспечивая одновременно оптимальное соотношение расхода топлива и надувочного воздуха.

Команды на впрыск топлива подаются при определенных положениях коленчатого вала. Время подачи ко­мандных сигналов определяет как момент начала впрыскивания, так и его продолжительность и количество подаваемого топлива.

Блок управления системы выполнен с широким применением цифровых интегральных микросхем. Основой блока является микропроцессор, к которому подключены датчики давления впрыскивания, давления воздуха, давления газа в цилиндрах, давления воздуха, датчик частоты вращения вала двигателя.. Микропроцессор выполняет оценку всех поступающих сигналов, проводит соответствующие расчеты по заданным программам, вырабатывает необходимые команды, управляющие впрыскиванием топлива, процессами пуска, реверса дизеля, а также работой различных устройств отображения информации. На экране дисплея при этом может фиксироваться информация о показателях функционирования двигателя (мощность, расход топлива, распределение нагрузок по цилиндрам, угол опережения, максимальное давление впрыска топлива, продолжительность подачи топлива, давление надувочного воздуха, частота вращения вала.

В обычной системе управления с регулятором механического типа подача топлива в цилиндры осуществляется топливными насосами высокого давления (по одному на каждый цилиндр) и форсунками, управление которыми выполняется кулачками распределительного вала, приводимого во вращение через передачу от вала двигателя. В такой жёсткой системе во время работы двигателя есть только одна степень свободы: изменение подачи топлива регулятором, сравнивающим команду из рулевой рубки с фактической частотой вращения вала двигателя. Для изменения других параметров (угла опережения, продолжительности и формы импульса впрыска и т.д.) необходимо останавливать двигатель и выполнять его перенастройку.

Электронная схема управления позволяет автоматически подстраивать режимы топливоподачи и оптимизировать работу двигателя в соответствии с заданными критериями. В качестве критериев оптимизации могут быть заданы или максимальная экономичность дизеля (т.е. минимальный расход топлива на данном режиме движения судна) или высокие экологические качества (т.е. минимальные выбросы в атмосферу вредных продуктов сгорания - закиси углерода, окиси азота).

Так как функции таймирования и дозировки подачи топлива и воздуха в таких системах выполняется электронным блоком, отпадает необходимость в обычных ТНВД и распределительных меха­низмах, управляющих их работой. Правда, распределительный вал выполняет ещё одну функцию: его кулачки воздействуют на толкатели впускных и выпускных клапанов дизеля. Для малооборотных дизелей можно и эти механические управляющие воздействия исключить, если для открытия и закрытия клапанов применить быстродействующие электромагнитные приводы, получающие в нужные моменты времени электрические сигналы из электронного блока управления. В этом случае можно вообще отказаться от применения в составе дизеля распределительного вала и довольно громоздкой передачи вращения от главного вала двигателя на распределительный вал. За счёт этого может быть уменьшена длина двигателя и его масса.

Следующий раздел курса: «Особенности комплексной автоматизации основных типов судовых энергетических установок (ЯЭУ, ГТУ и СДУ)».

При его самостоятельном изучении может пригодиться литература, указанная в 1-й части конспекта, а также приведённая ниже:

1. Агафонов Н.II. и др. Судовые микропроцессорные управляющие системы. М.: Транспорт, 1994. 136с.

2. Камкин С.В., Вознесенский И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. М.: Транспорт, 1990.344с.

3. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания М : Машиностроение, 1989.416с.

4. Криневский И.И. Судовая автоматика. М.: Пищевая промышленность, 1978.440 с.

5. Ланчуковский В.И., Козьминых А.В. Автоматизированные системы управления су­довыми дизельными и газотурбинными установками/Учебник. М.: Транспорт. 1990. 335с.

6. Автоматизация судовых энергетических установок/Под ред. Р.А.Нелепина. Л.: Су­достроение, 1975. 536с.

7. Овсянников М.К., Петухов В. А. Судовые автоматизированные энергетические ус­тановки. М.: Транспорт, 1989.255 стр.

8. Пинский Г.Ф. Адаптивные системы управления дизелей. М.; Изд. МГОУ, 1995.

9. Автоматизация производственных процессов на водном транспорте/Под ред. С.А.Попова. М.: Транспорт, 1983.239с.

10. Сизых В. А. Судовая автоматика и аппаратура контроля. М.: Транспорт, 1986., 280 с. Самсонов А.Б., Боричев А.Б. Основы автоматики. Конспект лекций. СПб, 2002. Т. 2. Объекты и регуляторы. 48с.