147834 (730580), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

ТПА с распределительными насосами.

Одноплунжерные ТНВД с приводом от торцевой кулачковой шайбы типа VE начали производиться фирмой R.Bosch с 1976 г.

ТНВД VE служат для обслуживания дизелей с числом цилиндров 2,4,6 цилиндровой мощностью до 25 кВт, частотой до 5000 мин ^{– 1}, цикловой подачей до 100 мм³, давлением нагнетания до 100 МПа. Возможная комплектация: диаметр плунжера 8…12 мм, ход — 1,5…4 мм .В отличие от механического управления такими ТНВД электронное управление в ТНВД VE осуществляется более просто ввиду наличия встроенного автомата УОВ и меньших перестановочных усилий (рис. 3).

Электронная СУ ТПА с насосом VE изображена на рис. 4. Педаль акселератора водителя является лишь одним из датчиков СУ. Она, по существу является уже СУ двигателя, регулируя давление наддува, рециркуляцию ОГ (заслонкой перепуска), ускоритель пуска и прогрева, также уменьшающего шум на малых нагрузках (заслонкой на впуске). В более современных системах появились датчики температуры и давления атмосферного и наддувочного воздуха, скорости автомобиля, органов управления сцеплением и тормозами. Некоторые датчики перемещены в ТНВД. Электронное управление используется в ТНВД VE фирмы Isuzu, Zexel, Nippon Denso.

К недостаткам данного ТНВД можно отнести ограниченность его применения ввиду их ограниченности по напряжениям в сложном кулачковом приводе в условиях постоянно растущих давлений впрыска. Согласно схеме рис. 4, форсунка первого цилиндра имеет датчик подъема иглы для образования обратной связи по УОВ. Такой контроль УОВ более точен, чем с помощью датчика положения сервопоршня системы регулирования УОВ. Для дизелей конца 90-х годов с открытой камерой сгорания и частотой вращения 4000…4500 мин^–1 фирма R. Boschm выпускает двухпружинные форсунки. Они призваны обеспечить ступенчатость переднего фронта характеристики впрыска. Однако попытки обеспечить ступенчатость характеристики впрыска в целях снижения выбросов NO_x, как показывают результаты расчетов подачи, не удаётся: ступенчатость исчезает при больших нагрузках и при n>3000 мин^–1, т.е. тогда, когда существенны выбросы NO_x, см., например рис.5. При значительном повышении давления усиливаются негативные качества форсунки, а эффект ступенчатости всё равно неустойчив, поэтому такие задачи сейчас не ставят. К негативным свойствам форсунки относятся потери напора в запорном конусе и усиление зависимости режимов работы дизеля от давления впрыска.

Реальным достоинством работы форсунки является значительное снижение шумности работы дизеля на холостом ходу и малых нагрузках.

Наиболее современным вариантом распределительных насосов фирмы R. Bosch является модель VP– 44. Она использована на последних моделях дизелей Opel–Ecotec и Audi V6­– TDI. При n=4200 мин^–1 давление нагнетания в ТНВД достигает 100 МПа, а давление в форсунках — 130…150 МПа и даже 180 МПа. При n=1000 мин^–1обе величины давления близки к 50 МПа. Схема ТС с этим ТНВД представлена на рис.6. Особенностью ТПА является схема её управления, включенная в СУ дизелем. Электронный блок состоит из двух блоков, в частности оконечные каскады питания электромагнитов располагаются на корпусе ТНВД. Форсунка в отличие от рис.6 в обоих дизелях располагается соосно цилиндру дизеля, а в первом цилиндре снабжена датчиком подъёма иглы.

Появление роторного распределительного ТНВД обусловлено тенденцией повышения давления впрыска и ограниченности нагрузок в приводе ТНВД VE.

Фирмой Lucas CAV выпускаются ТС EPIC-70 и EPIC-80 (Eltctronical Proqrammed Injection Control) с роторными ТНВД. Цифры 70 и 80 указывают диаметр кулачной шайбы в мм. ТНВД EPIC-80 обеспечивает давление впрыска до 95 МПа [9, 10].

На рис.7 представлены датчики и исполнительные устройства системы (положения клапана рециркуляции, встроенные в ТНВД датчики положения регулирующих элементов подачи и УОВ, температуры топлива, частоты вала ТНВД, датчик скорости автомобиля (коробки передач), может использоваться датчик хода иглы. Датчики температур — типа NTC, их сопротивление уменьшается примерно вдвое при повышении температуры на каждые 20º.

Насосы EPIC имеют запатентованный фирмой Lucas способ регулирования q_ц изменением холостого хода плунжеров. Здесь сам ротор является поршневым сервомотором, а давление рабочей жидкости в сервомоторе зависит от длитель-

ности импульсов ЭБУ на открытие клапана подачи и клапана стравливания рабочей жидкости (топлива). Сигналы на перемещение ротора ЭБУ подает только между впрысками.

ТС EPIC осуществляет корректирование величины q_ц в зависимости от температуры топлива по сигналам датчика, через ЭБУ.

Механизм регулирования величины φ_{опер.впр.} аналогичен установленному в насосе Bosch, но дополнительно имеется датчик Холла положения сервопоршня исполнительного устройства.

Достоинства системы EPIC: при выходе из строя датчика частоты вала его сигнал замещается сигналом хода иглы, обеспечивает уже при пусковой частоте коленвала 180 мин^–1 давление подкачки 0,3 МПа, а при высоких частотах — 0,8…0,9 МПа, оригинальное решение механизма регулирования цикловой подачи (принципом изменения полного хода плунжеров). На холостом ходу система EPIC обеспечивает индивидуальную подачу по всем цилиндрам. В то же время переход от минимальной подачи к максимальной искусственно демпфируется не период до 0,1 с. Датчик положения коленвала позволяет оперативно диагностировать вырабатываемую каждым цилиндром мощность и корректировать цикловую подачу, добиваясь баланса мощности по цилиндрам.

Особенности: обслуживание ТПА EPIC без специальных приборов и информации невозможно; индивидуальные данные каждой системы регистрируются при изготовлении и заносятся в ЭБУ.

К числу наиболее частых неисправностей относят повышенные утечки в изношенных форсунках, эрозия нагнетательных клапанов, попадание воздуха на всасывание в ТНВД, не герметичность, засорение линии низкого давления.

Заметим, что быстродействие СУ рассмотренными роторными ТНВД позволяет индивидуально, по цилиндрам, изменять подачу топлива на холостом ходу, что обеспечивает низкое значение n_дв без опасности его самопроизвольной остановки из­–за большой неравномерности подач по цилиндрам и низкий уровень шума холостого хода. Самодиагностика ТС с электронным управлением топливной аппаратурой выполняется центральным ЭБУ путем посылки импульса электропитания на компоненты электромагнитного типа и датчики индукционного типа приемом импульса-отклика (импульса ЭДС самоиндукции), либо по омическому сопротивлению электрических и электронных компонентов системы.

ТС с силовым электроприводом и аккумуляторные системы.

Системы с силовым пьезоприводом. Пьезопривод все шире внедряется в технических устройствах, а характеристики пьезоэлектриков резко повышены. Применительно к ТПА он обладает рядом несомненных достоинств: высокие КПД, усилия, малый нагрев, реверсивность, отсутствие тока удержания. Важнейший его недостаток — малые перемещения, устраняется применением современных материалов и механическими мультипликаторами перемещения.

Малость перемещений пьезопривода вынуждает увеличивать диаметр плунжера или мембраны. В связи с этим, а также по ряду других параметров подобная ТПА выглядит наиболее перспективной для впрыска бензина
, чем для дизельных ДВС.

ТПА с электродинамическим двигателем ориентирована на впрыск с помощью плунжерной насосной секции с высокими давлениями. В электродинамическом двигателе при пропускании через катушку импульса тока отталкивающее усилие на немагнитном электропроводном якоре обязано возникающему магнитному полю от вихревых токов, противоположного полю катушки. ТПА наилучшим образом реализуется в виде насос-форсунки или с трубопроводом менее 150…250 мм.

Трудности в создании такой ТПА: кратковременность силового импульса, малый КПД двигателя, неуравновешенность. Первая решается оптимизацией параметров ТПА, вторая — электронными системами с рекуперацией энергии, третья — оппозитной схемой агрегата. Необходим жесткий неэлектропроводный корпус с заливкой диэлектрическими компаундами. Наиболее простой способ регулирования ТНВД — напряжением питания конденсаторов.

Аккумуляторная ТПА с мультипликатором давления (насос-форсунки с гидроприводом плунжера) до середины 90-х годов считались наиболее перспективной аккумуляторной системой с электронным управлением. В этом направлении работали МАДИ [6], ЦНИТА, Воронежский ЛТИ, зарубежные фирмы [1]. Родоначальником таких систем были системы с механическим распределителем.

Предложено много схем мультипликаторов давления с электроуправлением, однако, все они конструктивно сложны, относительно дороги, т.к. содержат дополнительные прецизионные детали, имеют значительные неуравновешенные массы, требующие демпфирования в конечных положениях и имеют определенные ограничения по быстродействию. Можно предположить, что именно из-за этих причин такие аккумуляторные системы не нашли широкого применения. Такие сложные системы оказались еще менее перспективными для автомобильной техники, особенно для дизелей с n >4000 мин ^{– 1}.

Тем не менее фирмы Caterpillar и Perkins разработали аккумуляторную систему с электроуправлением и мультипликацией давления для дизелей автотракторного класса, названную HEUI(Hydraulic Electronic Unit Injection) (рис. 8). С 1992 г. Фирмой Caterpillar она была успешно испытана на ряде дизелей.

Прямое управление иглой электромагнитом, по подобию бензиновых форсунок, для современных дизелей невозможно ввиду значительных давлений топлива и требуемых усилий, предела магнитного насыщения материалов и ограниченности допустимых токов. По этой причине долгое время разрабатывались так называемые электродинамические форсунки [5]. Они имели массивный магнитопровод, подмагничиваемый катушкой возбуждения и подвижную легкую катушку иглы форсунки. Однако имелись трудности обеспечения надежности подвижных электроконтактов, повышенная масса иглы при все же недостаточном силовом воздействии. В результате — невысокое быстродействие и ненадежное запирание иглы при отсутствии подачи. Тем не менее, для непосредственного впрыска бензина более простое прямое управление форсунки применяется.

Аккумуляторные топливные системы с электроуправлением типа CR.

Распространенным типом аккумуляторной ТС с электронным управлением является ТС Бош типа Common Rail ( дословный перевод — общий рельс).

Место системы управления в CR иллюстрируется рис. 9 и рис. 10. На рис. 11 представлены блок-схема систем управления CR фирмы R.Bosch [4]. Состав, структура и функционирование системы управления определяются в соответствии с полученным для данного двигателя законом оптимального управления и другими требованиями. Оптимальный закон управления для каждого режима работы дизеля формулируется в процессе тщательного многофакторного исследования рабочего процесса дизеля. Далее обсуждаются задачи создания системы управления, способы управления характеристиками подачи и разработанные технические решения.

Ранее высказывались мнения, что аккумуляторные системы позволяют получать на всех режимах короткий, почти П-образный закон подачи. Такой впрыск ни по форме закона, ни по уровню давлений не отвечает оптимальным условиям организации рабочего процесса: например, с уменьшением частоты и нагрузки давление впрыска должно существенно снижаться. Между тем, сегодня в дизелях на номинальном режиме, как правило, еще не достигнут оптимальный уровень давления впрыска, при превышении которого показатели рабочего процесса ухудшаются.

Поскольку дозирование топлива осуществляется временем открытия форсунки и изменением Р_акк, для оценки устойчивости и пригодности выбранных параметров ТПА представляет интерес установление зависимости g_ц= f (τ_откр., Р_акк). Сопоставление таковых для различных систем убеждает в их неуниверсальности. Даже, если в CR отсутствует влияние на закон подачи волновых процессов в нагнетательном трубопроводе и зависимость g_ц = f (τ_откр) при средних и больших подачах приближается к линейной, то в области малых подач она существенно нелинейная, даже с кривизной разных знаков. На рис.12 представлена зависимость g_ц = f(τ_откр, Р_акк) CR для дизеля ЗМЗ-514, полученная с помощью программного комплекса «Впрыск» для форсунки с шариковым клапаном с параметрами, предполагающими интенсивные волновые процессы в нагнетательном трубопроводе.

В любом случае сигнал управления форсункой, как показывает практика конструирования CR [3], должен иметь определенную форму. Начальный ток страгивания в CR Bosch обеспечивается разрядом конденсатора с токами до 20 А, [3]затем поддерживается нормальный ток удержания. Опыт КФ ВЗПИ показывает, что повышению закрытия клапана способствует небольшой размагничивающий отрицательный импульс.

Регулирование впрыском с помощью насос-форсунок рассмотрено ниже.

Помимо описанных выше способов регулирования топливоподачи существуют методы регулирования работы ДВС путем изменения фаз газораспределительного механизма (применяются на двигателях автомобилей BMW и Fiat) и управления работой турбокомпрессоров.

Насос форсунки и безреечные ТНВД с электромагнитным управлением

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 сжигаемого топлива, отсутствие подвпрыска, уменьшение номенклатуры деталей, резкая отсечка подачи, меньшее закоксовывание и большой ресурс распылителя, меньшие затраты мощности, отсутствие необходимости в нагнетательном клапане, снижение запаздывания впрыска относительно нагнетания плунжера, что уменьшает 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.13: насос-форсунка обеспечивает более пологий передний фронт и более резкий задний. Это способствует снижению жесткости сгорания, шумности, выбросов NO_х, 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 (i=6, Ne=309 кВт), шестицилиндровые дизели 3176 Caterpillar, дизели серии 60 Dеtroit Diesel, дизели Volkswagen, MAN и другие.

Характеристики

Список файлов реферата