Лекція 2. Алгоритми керування двигуном.

Лекція 2. АЛГОРИТМИ КЕРУВАННЯ ДВИГУНОМ.

Лекція 3. ЕЛЕКТРОННО ПАЛИВНІ СИСТЕМИ (ЕПС) ДВИГУНІВ

Електронно керовані системи для спрощення часто називають просто електронними. Застосування електронних систем керування принципово змінює характеристики двигуна як об'єкту керування.

Такі електронні системи необхідно розглядати в сукупності їх властивостей, як елементів керування, так і конструкції самого двигуна. Характерно також наявність в кожній з них, як правило, декількох різнорідних електричних виконавчих пристроїв.

Склад вживаних в даний час електронних систем достатньо широкий і надалі розширюватиметься.

Електронними можуть бути системи: паливна, газообміну, наддуву, запалення, зміни ступеня стиснення, рециркуляції відпрацьованих газів, охолоджування, змащування тощо. Чим більше число електронних систем, застосованих в двигуні, тим краще забезпечуються великі можливості оптимізації керування.

Але для кожної конкретної модифікації автомобіля і кожного варіанту умов його експлуатації може бути вибраний перелік електронних систем, оптимальний за співвідношенням досягнутого екологічного та економічного ефекту і вартістю, а також витрат на обслуговування і надійністю мікроконтролера й двигуна. Очевидно, що численність електронних систем, використовуваних в двигуні, забезпечує оптимальність вказаного співвідношення тільки при узгодженому багатозв'язковому адаптивному мікропроцесорному керуванні.

Нижче детально описані електронні системи: паливна і газообміну, як найзначущіші в системах керування двигуном.

 

3.1. Електронні паливні системи – ЕПС

У МПСК двигуном в числі інших його електронних систем, неодмінно присутня електронна паливна система (ЕПС). Її використання дає найбільший внесок в ефективність електронного керування двигуном. У багатьох випадках застосування тільки ЕПС вже виправдовує створення МПСК двигуном.

Основне призначення ЕПС – керування потужністю двигуна і забезпечення можливості оптимізації його робочого процесу. Якнайповніше використання адаптивного керування можливе при індивідуальному керуванні подачею рідкого або газоподібного палива в кожному робочому циклі кожного циліндра двигуна.

ЕПС двигунів розрізняються, перш за все, рівнем тиску палива. ЕПС низького тиску (0,2 – 1,0 МПа) для подачі легких рідких палив або газів у впускні канали циліндрів, середнього (20 – 40 МПа) і, найбільш складні і різноманітні, ЕПС високого тиску (до 200 МПа) уприскування рідких палив безпосередньо в циліндри. У складі ЕПС високого тиску є вузли і магістралі низького тиску, що створюється паливно-підкачуючим насосом.

ЕПС в будь–якому варіанті є сукупністю електрогідравлічних пристроїв, що перетворюють електричні керуючі сигнали сформовані мікроконтролером, в гідравлічні імпульси тиску уприскування палива.

Керованими елементами ЕПС, в яких встановлюються електромеханічні перетворювачі або електричні клапани, можуть бути: насоси високого тиску (ПНВТ), магістралі високого, середнього і низького тиску, форсунки і паливно-підкачуючі насоси.

Є достатньо велике число варіантів ЕПС, що відрізняються використовуваними джерелами живлення форсунок паливом і способами керування параметрами його уприскування.

Стосовно ЕПС високого тиску можна виділити наступні основні їх класи з властивими їм головними ознаками:

1 Імпульсне живлення форсунок від ПНВТ з механічним приводом плунжерів з неперервним усередненим керуванням уприскуванням в ПНВТ – ЕПС з неперервно керованими ПНВТ, або скорочено – неперервно керовані ЕПС.

2. Імпульсне живлення форсунок від ПНВТ з механічним приводом плунжерів, з імпульсним індивідуальним керуванням тривалістю і випередженням уприскування в магістралях високого тиску або форсунках – механопривідні ЕПС.

3. Імпульсне живлення форсунок від ПНВТ з пневматичним приводом плунжерів і імпульсним індивідуальним керуванням тривалістю і випередженням уприскування в магістралях високого тиску або форсунках – пневмопривідні ЕПС.

4. Неперервне живлення форсунок від акумуляторів палива середнього тиску і імпульсною мультиплікацією в ПНВТ, з гідравлічним приводом плунжерів, імпульсним індивідуальним керуванням тривалістю і випередженням уприскування в ПНВТ або/і форсунках при неперервному керуванні тиском в магістралях середнього тиску – гідропривідні ЕПС.

5. Неперервне живлення форсунок від акумуляторів палива високого тиску та імпульсним індивідуальним керуванням тривалістю і випередженням уприскування у форсунках при неперервному керуванні тиском в магістралях високого тиску – акумуляторні ЕПС.

У всіх варіантах ЕПС найважливішими є ті функціональні можливості, які важко або взагалі не реалізуються в неелектронних паливних системах. До них належать:

– роздільна керованість величиною подачі, тиском, випередженням, числом фаз, формою характеристики уприскування, числом працюючих циліндрів (циклів), рівномірністю навантаження циліндрів, обмеженням подачі;

– незалежність тиску уприскування від тривалості і випередження уприскування, а також незалежність випередження уприскування від тривалості і тиску уприскування; можливість збереження працездатності двигуна при відмовах окремих елементів.

Складність адаптації ЕПС на двигуні визначається об'ємом і характером змін, що вводяться в інші агрегати двигуна, необхідних для розміщення і роботи ЕПС.

 

Неперервно керовані ЕПС

У цих системах імпульсним модулятором служить ПНВТ, в якому здійснюється формування гідравлічних імпульсів живлення форсунок паливом і неперервне усереднене керування параметрами цих імпульсів. При цьому в ПНВТ зосереджено все керування уприскуванням, яке може виражатися переміщенням рейок, що визначають величину, фазу і тиск подачі палива до звичайних форсунок, або переміщенням клапанів, що змінюють гідравлічний опір на вході, виході або в перепускних каналах насоса тощо.

В більшості випадків для цього використовуються електромеханічні перетворювачі неперервної дії, але застосовні і перетворювачі релейної дії, що здійснюють широтно–імпульсну модуляцію. Гідравлічна частина такої паливної системи в більшості випадків незначно відрізняється від систем з механічним або гідравлічним керуванням.

Керуючі дії на ПНВТ формуються і здійснюються мікроконтролером на основі інформації про задану (через задавач) і дійсну (через давач) частоту обертання, а також інформації про стан двигуна і пов'язаних з ним агрегатів і від інших систем керування через електромеханічні перетворювачі, встановлені в ПНВТ.

На рис. 3.1. подано ЕПС з одним з варіантів багатоплунжерного рядного ПНВТ фірми R. Bosch з неперервним керуванням пропорційним електромагнітом.

Гідромеханічна частина поданого на цьому рисунку шестисекційного ПНВТ не відрізняється від насосів, керованих відцентровими регуляторами частоти обертання двигуна.

Переміщення керуючої рейки здійснюється пропорційним електромагнітом з конічним якорем і пружиною. Повне виключення подачі, необхідне, наприклад, в аварійних ситуаціях, проводиться релейним електромагнітом. У ПНВТ вбудовані давачі частоти обертання кулачкового валу і переміщення рейки, інформація від яких поступає в мікроконтролер двигуна, який одержує також інформацію і про тиск наддуву, температури наддувного повітря, палива, охолоджуючої рідини, положення педалі керування, швидкості руху автомобіля, вмиканні зчеплення і гальм. Інформація з мікроконтролера подається в систему діагностування і на дисплей водія (про частоту обертання і витрату палива). Для керування випередженням уприскування такий ПНВТ може бути забезпечений другим пропорційним електромагнітом з давачем його положення. Кулачковий вал приводить в дію один плунжер, який подає паливо тільки до одного циліндра.

Рис. 3.1. Спрощена схема ЕПС з багатоплунжерним рядним ПНВТ з неперервним керуванням пропорційним електромагнітом: 1 – релейний електромагніт; 2 – пружина; 3 – пропорційний електромагніт; 4 – якір; 5 – керування рейкою; 6 – виключення подачі палива; 7 – тиск наддувного повітря; 8 – температури палива, повітря і охолоджуючої рідини; 9 – положення педалі керування; 10 – швидкість автомобіля; 11 – положення зчеплення, гальм; 12 – діагностування; 13 – витрата палива і частота обертання на дисплей; 14 – мікроконтролер; 15 – переміщення керуючої рейки; 16 – частота обертання; 17 –паливний бак; 18 – підкачуючий насос; 19 – паливний фільтр; 20 –перепускний клапан; 21 – форсунка; 22 – лінія повернення палива; 23 – лінія надлишкового потоку

Все більше двигунів обладнуються розподільними ПНВТ. Основними перевагами розподільних ПНВТ є в 1,5–2 рази менші маса і габаритні розміри, кількість деталей, включаючи прецизійні, вартість. Вони пристосованіші до електронного керування завдяки зручності вбудовування виконавчих механізмів керування величиною подачі і випередженням при суттєво менших перестановочних силах виконавчих механізмів.

Система нагнітання має тільки один плунжер-розподільник, який здійснює поступальний рух для нагнітання палива і обертання для розподілу палива по форсунках.

На рис. 3.2. подано пристрій розподільного ПНВТ типу VE фірми R. Bosch з неперервним керуванням пропорційним електромагнітом, а на рис. 3.3 – схема ЕПС з ПНВТ цього типу.

Рис. 3.2. Розподільний ПНВТ типу VE з неперервним керуванням пропорційним електромагнітом

1 – давач ходу дозатора; 2 – електромагніт з поворотним сердечником; 3 – електромагнітний клапан зупинки двигуна; 4 – плунжер; 5 – виконавчий механізм керування випередженням уприскування; 6 – дозатор.

Рис.3.3. Схема ЕПС з керованим ПНВТ розподільного типа: 1 – паливний насос низького тиску; 2 – електромагнітного клапана механізму керування випередженням уприскування; 3 – жиклер; 4 – гідродвигуна механізму керування випередженням уприскування; 5 – дозатор; 6 – електромагнітний виконавчий механізм керування подачею палива; 7 – мікроконтролер; 8 – давачі; 9 – педаль керування; 10 – повернення палива; 11 – лінія високого тиску палива

Виконавчий пропорційний електромагніт з поворотним сердечником через ексцентрик переміщає дозатор, що визначає величину подачі палива. Положення дозатора контролюється давачем. Плунжер–розподільник приводиться в обертання від вхідного валу. Електромагнітний клапан аварійної зупинки двигуна при виключенні перекриває канал всмоктування насоса. Керування випередженням уприскування проводиться електрогідравлічним виконавчим механізмом.

У інших типах розподільних ПНВТ використовується простіша схема керування величиною подачі палива. Замість муфти–дозатора і пропорційного електромагніту відсічення подачі здійснюється електромагнітним перепускним клапаном з нормально відкритим заслоном в каналі зливу з камери високого тиску. Перед нагнітальним ходом електромагнітний клапан включається, перекриваючи канал зливу. Для відсічення подачі цей клапан вимикається. Він же служить і для аварійного відключення подачі палива. Принципово можливе використання перепускного клапана для керування характеристикою уприскування, наприклад, для двофазного уприскування.

Виконавчий механізм керування випередженням уприскування ПНВТ типу VE представлений на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Виконавчий механізм керування випередженням уприскування ПНВТ: а – початкове положення; б– процес збільшення кута випередження уприскування; 1 –корпус; 2 – кільце; 3 – ролики; 4 – шток; 5– каналу в поршні гідродвигуна; 6 – кришка; 7 – поршень; 8 – шарнір; 9 – пружина; 10 – робоча камера.

Рис. 3.5. Схема форсунки з давачем підйому голки: 1 – регулювальний гвинт; 2 – обвитка давача; 3 – шток–осердя давача; 4 – з’єднувальний провід; 5 – штепсельный роз’єм

У робочу камеру через канал 5 з жиклером на вході, з внутрішньої порожнини насоса поступає паливо під низьким тиском. Пропорційно цьому тиску поршень, стискаючи пружину, переміщається вліво і через шарнір, і стрижень повертає кільце, що несе ролики. В результаті кулачки шайби, що обертається разом з плунжером, набігають на ролики раніше, забезпечуючи встановлюваний регулятором випередження фазовий зсув нагнітального руху плунжера.

Регулятор випередження контролює дійсне випередження уприскування за сигналами індукційного давача підйому голки форсунки, розташованого у форсунці (рис. 3.5).

Обвитка давача живиться постійним струмом. При русі голки разом з штоком з магнітного матеріалу в обвитці давача індукується електрична напруга, використовувана для визначення моменту початку руху штока, а отже і запірної голки форсунки.

 

Акумуляторні ЕПС

У акумуляторних паливних системах, з урахуванням необхідності імпульсного керування уприскуванням найефективніші електрокеровані форсунки (електромеханічні і електрогідравлічні). Відомі акумуляторні системи низького, середнього і високого тиску.

Акумуляторні паливні системи низького тиску з електромагнітними форсунками для уприскування бензину у впускні канали циліндрів двигуна. На рис. 3.14 представлено варіант акумуляторної паливної системи низького тиску фірми R. Bosch з електромагнітними форсунками для уприскування бензину у впускні канали циліндрів двигуна.

Рис. 3.14. Акумуляторна паливна система низького тиску з електромагнітними форсунками для уприскування бензину у впускні канали циліндрів двигуна: 1 – насос низького тиску; 2 – фільтр; 3 – акумулятор; 4 – електромагнітні форсунки; 5 – виконавчий механізм регулятора тиску

У двигунах з розподіленим уприскуванням палива застосовують як одночасне уприскування палива всіма форсунками, так і фазоване уприскування при якому кожна форсунка подає паливо до циліндра в певній фазі циклу. При одночасному уприскуванні спрощується керування форсунками, але не вдається забезпечити однакові умови сумішоутворення у всіх циліндрах. Фазоване уприскування забезпечує рівні умови сумішоутворення у всіх циліндрах. При цьому для забезпечення стабільності сумішоутворення подачу палива прагнуть закінчити до моменту початку відкриття впускного клапана, але це скорочує можливу тривалість відкриття форсунки. Така організація уприскування вимагає зміни початку подачі палива при зміні величини циклової подачі. Обчислення необхідного моменту початку подачі палива проводиться аналогічно визначенню моменту випередження початку уприскування палива в дизелях.

У системах з центральним уприскуванням палива в зону над дросельною заслонкою величина циклової подачі палива також визначається тривалістю відкриття клапана форсунки. Для забезпечення рівномірного розподілу палива по циліндрах в цьому випадку синхронізують уприскування палива з тактами всмоктування всіх циліндрів.

Акумуляторні паливні системи високого тиску для дизелів. Електронні акумуляторні системи високого тиску для дизелів розроблялися в Росії, починаючи з 1967 р., але серійне їх виробництво почалося за кордоном в 1998 р., де вони одержали англійську назву Common Rail (дослівний переклад – загальна магістраль). На рис. 3.15. представлено схему акумуляторної паливної системи високого тиску з електрокерованими форсунками для уприскування палива в циліндри дизеля.

Рис. 3.15. Схема акумуляторної паливної системи високого тиску з електрокерованими форсунками для уприскування палива в циліндри дизеля

Керування випередженням і тривалістю уприскування здійснюється зміною фази і тривалості електричного імпульсу, що подається мікроконтролером. Фаза керуючих імпульсів встановлюється відповідно до сигналів давачів положення колінчастого і розподільного валів. Один з них використовується звичайно і як давач частоти обертання. Давач положення розподільного валу або адекватний йому давач положення кулачкового валу ПНВТ, необхідний для визначення тактів в чергових циліндрах чотиритактних двигунів. Давач положення колінчастого валу взагалі потрібен тільки для підвищення точності керування випередженням уприскування палива. На визначення положення поршня в циліндрі по положенню розподільного і, тим більше, кулачкового валу ПНВТ впливають похибки передач від колінчастого валу. Тиск уприскування встановлюється безперервним регулюванням тиску в акумуляторі за сигналами давача тиску за рахунок зміни, наприклад, продуктивності ПНВТ. ПНВТ найскладніший і найдорожчий елемент ЕПС. Тому раціональніше використовувати в акумуляторних системах спрощені і надійні нерегyльовані ПНВТ. Фірма R. Bosch в цьому випадку для регулювання тиску використовує (рис. 3.16.) скидання частини палива з магістралі високого тиску.

Рис. 3.16. Схема акумуляторної паливної системи високого тиску фірми R. Bosch: 1 – паливний бак; 2 – попередній фільтр палива; 3 – електропривідний паливно-підкачуючий насос; 4 – фільтр додаткового очищення палива; 5 – паливопроводи низького тиску; 6 – ПНВТ; 7 – паливопроводи високого тиску; 8 – акумулятор; 9 – електрогідравлічна форсунка; 10 – зливні паливопроводи; 11 – мікроконтролер; 12 – виконавчий електромагнітний клапан регулятора тиску в акумуляторі; 13 – клапан обмежувач тиску в акумуляторі; 14 – обмежувачі подачі палива у форсунки; 15 – давач тиску палива в акумуляторі; 16 – давач температури палива на зливі з форсунок

Тиск в акумуляторі адаптивно підтримується оптимальним для кожного режиму роботи двигуна автоматичним регулятором, програмно реалізованим в мікропроцесорі. Регулятор за інформацією, отриманою від давача тиску, підтримуючи заданий тиск шляхом скидання частини палива з магістралі високого тиску через виконавчий електромагнітний клапан представлений на рис. 3.17.

За відсутності тиску в акумуляторі пружина 4 тримає кульковий клапан 1 в закритому стані. При певному тиску в акумуляторі пружина стискається і клапан відкривається. Сила увімкненого електромагніту закриває затвор.

Зміна скидання палива проводиться широтно–імпульсною модуляцією сигналу, що подається на електромагніт, яка може бути доповнена частотно-імпульсною (широко-імпульсна модуляція – зміна відносної тривалості, а частотно–імпульсна – частоти). Модуляція змінює середнє значення відносної тривалості відкритого положення затвора, а, отже, і витрати палива через клапан.

Скидання палива з магістралі високого тиску в бак викликає додаткові втрати енергії, зокрема із–за нагріву палива в баку. Це може привести до необхідності охолодження палива, збільшення ПНВТ і потужності його приводу.

Доцільно регулювання тиску в акумуляторі здійснювати виконавчими механізмами, що діють на всмоктуванні ПНВТ, тобто, в магістралі низького тиску. Оптимально, по співвідношенню складності виконання і якості керування тиском в акумуляторі, регулювання тиску на всмоктуванні ПНВТ зміною частоти обертання паливопідкачуючого насоса, особливо, якщо він має електричний привід. Наявність в акумуляторній ЕПС великої кількості деталей, що постійно знаходяться під високим тиском, об'єктивно створює загрозу аварій при виході їх з ладу. Значний об'єм палива в магістралі високого тиску викликає побоювання достатньо важких наслідків таких аварій. Тому дослідні зразки вітчизняних акумуляторних ЕПС забезпечувалися комплексом аварійних захистів. У його склад входили: електронна система аварійного спорожнений акумулятора при будь–яких нештатних ситуаціях, перш за все при рознесенні двигуна, механічний запобіжний клапан, автоматичне відключення частини магістралі високого тиску, що відноситься до окремої форсунки при зниженні герметичності будь–якого елементу так частини магістралі або відключення хоч би тільки форсунки, в якій надмірно збільшилася загальна витрата палива на уприскування і керування. Автоматичні відключення вийшли ладу елементів магістралі високого тиску підвищують відмовостійкість акумуляторних ЕПС, зберігаючи працездатність її не відключеної частини. Деякі елементи таких комплексів є і у складі акумуляторних ЕПС, призначених для серійних двигунів.

B представленому на рис.3.16 варіанті акумуляторної паливної системи фірми R. Bosch захист від надмірного підвищення тискупалива в магістралі високого тиску виконується обмежувальним (запобіжним) клапаном13. Конструкція такого клапана показана на рис. 3.18

.

Рис. 3.17. Виконавчий електромагнітний клапан регулятора тиску: 1 – кульковий клапан; 2 – штовхач тарельчастого якоря; 3 – обвитка електромагніту; 4 – пружина; 5 – штепсельний роз'єм.

Рис. 3.18. Пристрій клапана-обмежувача тиску в акумуляторі: 1 – корпус; 2 – регулювальна втулка; 3 – пружина; 4 – поршень.

 

Нижнім каналом він з’єднаний з акумулятором, а верхнім – із зливною магістраллю. Значення тиску, при якому клапан відкривається, визначається затягуванням пружини, залежної від положення регулювальної втулки. При відкритому клапані паливо з акумулятора зливатися в бак. При зниженні тиску нижче заданого клапан під впливом пружини закривається, і в акумуляторі може бути відновлено початковий тиск.

Для аварійного зниження тиску (запобіжний режим) такий клапан повинен забезпечуватися клямкою, що закріплює його у відкритому положенні. Подача палива в циліндри припиняється, двигун зупиняється і його пуск можливий тільки після розблокування клапана.

Захист від втрати герметичності в каналах подачі палива в циліндри і керування подачею форсунок із–за зависання голки, керуючого клапана, обриву трубопроводу, розкриття стиків тощо і обмеження витрати палива при затримках закриття голки і керуючого клапана, здійснюється обмежувачами 14 (рис. 3.16) витрати палива, встановленими на виходах з акумулятора. Пристрій одного з варіантів обмежувача витрати показаний на рис. 3.19.

Верхнім торцем він вкручений в корпус акумулятора, а до нижнього торця приєднаний паливопровід форсунки. Паливо до форсунки проходить через дроселюючі отвори в нижній частині поршня. На цих отворах створюється перепад тиску, який викликає рух поршня вниз. При надмірній витраті або великій тривалості витрати клапан в обмежувачі повністю закривається. У початкове положення клапан повертається тільки після стравлювання тиску в акумуляторі, тобто після зупинки двигуна.

Можливе виконання обмежувачів витрати, що автоматично повертаються в початкове положення після припинення тривалого уприскування форсунки. Наприклад, при ступінчастій характеристиці затвора.

Акумуляторні паливні системи середнього тиску для безпосереднього уприскування бензину. У бензинових двигунах з іскровим запаленням безпосереднє уприскування в циліндри бензину проводиться при тиску, на порядок меншому, ніж в дизелях. Тому акумуляторні ЕПС безпосереднього уприскування бензинових двигунів простіші, зокрема і по засобах аварійного захисту.

Рис. 3.19. Пристрій обмежувача витрати палива в циліндри і керування подачею: 1–пружина; 2 – регулювальна втулка; 3 – пружина; 4 – поршень

Керування характеристикою вприскування в акумуляторних системах. В більшості випадків в акумуляторних ЕПС використовуються електрогідравлічні форсунки. Керування тривалістю вприскування в цих ЕПС здійснюється алгоритмічно зміною тривалості t _в електричного керуючого імпульсу, що подається МК на електричний клапан форсунки.

На рис. 3.20. подано осцилограми залежності відносного тиску вприскування (p _в – тиск вприскування, p _в – тиск в акумуляторі) від t _в при p_а = const. Форма характеристик вприскування змінюється залежно від тривалості вприскування: близька до трикутної при малих тривалостях керуючого імпульсу; трапецевидна при більших тривалостях цього імпульсу. З ростом тиску в акумуляторі характеристика вприскування збільшується по висоті рис. 3.20, б. В працюючому з сталим навантаженням двигуні регулятор частоти обертання при зміні тиску в акумуляторі змінює тривалість керуючого імпульсу рис. 3.20, в Циклова подача палива залишається при цьому сталою.

Форма електричних керуючих імпульсів вприскування змінюється алгоритмічно модуляцією і представляє собою пакет з трьох типів імпульсів: форсуючі; утримуючі; розмагнічуючі.

Рис. 3.20. Характеристики тиску вприскування електрогідравлічних форсунок в акумуляторній ЕПС при зміні: а – тривалості керуючого імпульсу; б – тиску в акумулятора; в – спільного їх впливу

Імпульсне керування параметрами уприскування палива у вихідному елементі акумуляторної паливної системи – електрокерованих форсунках забезпечує найбільшу ефективність. Акумуляторні паливні системи володіють найбільшими функціональними можливостями.

За конструктивними ж характеристиках вони поступаються деяким іншим системам. Основний недолік акумуляторних паливних систем – можливість зниження гідрощільності стиків в магістралях високого тиску. Це утрудняє підвищення тиску уприскування. Необхідне підвищення тиску уприскування палива в перспективних моделях двигунів до 250 – 300 МПа. Поки ж в акумуляторних системах досягнуто тиску 180 МПа. Це стримує широке застосування акумуляторних паливних систем. Проте зарубіжні двигуновиробні фірми з 1998 р. мають в своїй номенклатурі моделі двигунів з акумуляторними ЕПС, оскільки вони відповідають екологічним вимогам не тільки EURO III, але і EURO IV і EURO V.

 

Порівняльна оцінка ЕПС

Всі ЕПС з імпульсним керуванням практично рівноцінні по:

Ø регулюванню тривалості, випередження уприскування, кількості працюючих циліндрів, рівномірності навантаження працюючих циліндрів, обмеження подачі палива у функції параметрів робочого процесу двигуна, шкідливих викидів і економності;

Ø збереженню працездатності двигуна при зміні марки палива;

Ø мінімізації стійкої частоти обертання вільного ходу двигуна;

Ø підвищенню якості регулювання частоти обертання.

Акумуляторні ЕПС мають вирішальні переваги по незалежному від тривалості і випередження керуванню тиском і характеристикою уприскування, тобто оптимізації робочого процесу двигуна.

В ЕПС з гідравлічним приводом нагнітальних плунжерів унаслідок великого запізнювання в керуванні і створенні високого тиску під нагнітальним плунжером тиск уприскування залежить від тривалості подачі, є також обмеження в керуванні числом фаз і формою фронтів характеристики уприскування.

В ЕПС з механічним і гідравлічним приводами тиск і форма характеристики уприскування залежать не тільки від тривалості, але і від випередження уприскування.

В ЕПС з пневматичним приводом і з безперервно керованими ПНВТ незалежне регулювання тиску палива вимагає істотного ускладнення агрегатів. Взагалі безперервне електронне керування ПНВТ не створює додаткових можливостей дії на робочий процес двигуна. Єдина його перевага – можливість реалізації без змін конструкції власне двигуна.

З ЕПС з імпульсним керуванням найпростіше адаптуються в автомобільних двигунах – акумуляторні. Їх встановлення на двигун не вимагає зміни інших його систем.

ЕПС з пневматичним приводом кращі за об'ємом системи високого тиску і повної автономності каналів уприскування окремих циліндрів двигуна (відсутності загальних для системи елементів), що робить їх найбільш надійними.

ЕПС з гідравлічним приводом поступаються всім іншим за кількістю прецизійних елементів. ЕПС з гідравлічним приводом мають нижчий робочий тиск на клапанах, що управляють, і мінімальну тривалість роботи при високому тиску.

Переваги ЕПС з імпульсним керуванням і механічним приводом – підготовленість виробництва, відпрацьованість конструкцій основних елементів і високий ступінь уніфікації для різних типорозмірів двигунів, що і зумовило їх широке впровадження в серійне виробництво. Важлива і можливість організації на їх основі резервної гідромеханічної системи регулювання частоти обертання, що зберігає працездатність двигуна при будь–яких відмовах електроніки. Вони найефективніші при реалізації їх у насос-форсунках або в стовпчикових ПНВТ.

Для вітчизняних автомобільних двигунів з МПСК за простотою адаптації, досягнутих екологічних показниках, і витраті палива переважають акумуляторні ЕПС.

Для реалізації принципово нових конструктивних схем двигунів, перш за все безвальних, (наприклад, для гібридних електромобілів) доцільно застосування ЕПС з пневматичним приводом.

Відмінності і порівняльні оцінки різних варіантів ЕПС подані в табл. 3.1.

 

 

Таблиця 3.1. Класифікаційні ознаки і основні відмінності ЕПС з безпосереднім уприскуванням палива

Електронні паливнісистеми двигунів з уприскуванням палива в циліндри
Назва ЕПС	Неперервного керування	Акумуляторні	Пневмо-привідні	Гідропривідні	Механо-привідні
Основні відмінності
Керовані елементи	ПНВТ	Форсунки і магістраль високого тиску	Форсунки	ПНВТ і магі- страль серед- нього тиску	Магістралі високого тиску
Характер керування	Неперервний	Імпульсний форсунками і неперервний тиском	Імпульсний	Неперервний тиском та імпульсний іншими параметрами	Імпульсний
Незалежно керовані:
Тиск	–	+	–	+	–
Випередження	+	+	+	+	+
Форма характеристики	–	+	+	_	_
Індивідуальність вирівнювання по циліндрах	–	+	+	+	+
Простота Конструкції	+	+	+	–	+
Простота адапта- ції на двигун	+	+	–	–	–
Відмовостійкість	_	_	+	–	+

Включені в таблицю оцінки властивостей варіантів ЕПС нерівноцінні. Їх значущість в кожному варіанті двигуна, автомобіля і умов їх експлуатації різна. Але з таблиці можна зробити висновок, що для акумуляторних ЕПС доцільно розвиватися у напрямі підвищення відмовостійкості, для механопривідних – керованості тиском і характеристикою уприскування, для гідропривідних – керованості характеристикою уприскування і для пневмопривідних – керованості тиском уприскування. Найефективнішим представляється вказаний розвиток акумуляторних ЕПС, електромеханічних, електрогідравлічних і електропневматичних насос-форсунок.

 

3.2. ЕЛЕКТРОННІ СИСТЕМИ ГАЗООБМІНУ – ЕСГО

Мікропроцесорне керування параметрами газообміну є також важливим для оптимізації показників двигуна як і керування параметрами паливоподачі й набуло широкого поширення. Впливаючи на процес газообміну можна:

Ø здійснити керування потужністю двигуна;

Ø підвищити граничні значення потужності двигуна;

Ø поліпшити економічні і екологічні показники двигуна;

Ø підвищити ефективність гальмування автомобіля.

Найчастіше для автоматизації керування потужністю в двигунах з іскровим запаленням використовують дросельні заслінки з електромеханічним або електропневматичним приводом. Управляти потужністю двигунів можна також, міняючи величину ходу впускних клапанів або відключаючи наповнення (і подачу палива) в окремих циліндрах. Останні два способи дозволяють одночасно поліпшити економічні, а іноді, і екологічні показники двигуна.

Ефективним способом підвищення потужності двигунів є використання наддуву. Підвищити граничні потужністні показники двигуна і впливати на формування його швидкісних характеристик можна керуючи фазами газорозподілу, законами підйому клапанів і газодинамічними процесами у впускних і випускних трубопроводах. Всі ці способи знаходять застосування в сучасних автомобілях.

У двигунах з іскровим запаленням для спрямованої дії на процес згорання керують інтенсивністю і напрямом вихрового руху заряду, який виникає в процесі впускання. Це керування здійснюють за допомогою поворотних заслінок, які розміщують в каналах перед впускними клапанами. Впливати на інтенсивність руху заряду в циліндрі можна і, керуючи підйомом впускних клапанів. Дроселювання свіжого заряду зміною підйому клапанів, крім того, дозволяє понизити втрати на газообмін і, отже, додатково підвищити паливну економічність двигуна. Для зменшення токсичних викидів, перш за все оксидів азоту, як в дизелях, так і в двигунах з іскровим запаленням використовують рециркуляцію відпрацьованих газів (ВГ), тобто добавку до свіжого заряду певної кількості відпрацьованих газів.

Поліпшити гальмівні якості автомобіля можна збільшуючи опір випуску відпрацьованих газів. Це можна зробити за допомогою дросельної заслінки, встановленій у випускній системі або змінюючи підйом випускного клапана.

Розглянемо детальніше деякі системи керування газообміном.

 

Електронні системи наддуву

Система турбонаддуву вирішальним чином впливає на характеристики двигунів, особливо високофорсованих. Поліпшення наповнення циліндрів при турбонаддуві обмежене інерційністю і низькою ефективністю турбокомпресорів на низьких частотах обертання двигунів. Підвищення ефективності турбокомпресора на низьких частотах обертання за рахунок зміни конструкції і поліпшення його параметрів неминуче приводить до зайвого тиску наддуву при повній потужності, з можливою появою помпажу. Тому для подолання недоліків некерованих систем наддуву останнім часом все ширше стали застосовуватися керовані системи.

У системах з приводними об'ємними нагнітачами типу Рут застосовують керування через муфту в приводі, що включається після досягнення частоти обертання, з якою ефективність нагнітача стає достатньо високою. Це релейне, в найраціональнішому варіанті – електронне керування.

Керування турбокомпресором поворотом лопаток турбіни на частотах її обертання близько 70 000 об/хв нікому ще не вдалося довести до широкого застосування.

Відомі декілька варіантів керування турбокомпресором:

Ø зміна геометрії нерухомого соплового апарату турбіни (або прохідного перетину на вході в турбіну), наприклад, за рахунок повороту лопаток, напрямних, або переміщення нерухомого кільця вздовж напрямних лопаток;

Ø передача надмірної потужності турбіни при великих навантаженнях двигуна на колінчастий вал (так звані комбіновані двигуни);

Ø наявність двох турбін, одна з яких приводить компресор, а інша – в необхідних випадках, може з'єднатися з колінчастим валом.Але всі ці системи керованого наддуву дуже складні і малонадійні.

Простіші системи керування за рахунок перепускання газів мимо турбіни, яка показана далі на схемі з комплексним використанням електронних систем на двигуні (рис. 3.24).