Лекція 8. Мпск випередженням уприскування палива і запалення

У електронній паливній системі (ЕПС) з керованими ПНВТ зміна випередження уприскування палива виконується аналогічно дозуванню виконавчими електромеханічними або електрогідравлічними перетворювачами безперервної дії. Таке керування по можливостях практично не відрізняється від здійснюваного традиційними механічними системами.

У імпульсних керованих ЕПС випередження уприскування на будь–якому режимі роботи двигуна встановлюється алгоритмічно і індивідуально для кожного циліндра. Для розподілу електричних імпульсів по форсунках або насос–форсунках в таких системах використовують електричні датчики положення колінчастого валу (ДКВ).

На рис. 4.9 представлена схема установки ДКВ і позначок його положення, а на рис. 4.10 тимчасова діаграма керування уприскуванням палива (на прикладі ЕПС з форсованим електромагнітом керуючого клапана).

Давач достатньо один загальний, а позначки положень валу повинні бути індивідуальні і не менше, ніж по одній для кожного циліндра. Для багатоциліндрових двигунів позначки можуть бути загальними у кожної групи синфазно працюючих циліндрів. У чотиритактних двигунах позначки можуть бути загальними у циліндрів, що працюють з однаковими фазами, але в різних обертах колінчастого валу. Для розрізнення обертів при цьому необхідний додатковий давач, наприклад, давач положення розподільного валу.

Положення позначок в моменти, які відповідають знаходженню поршнів у ВМТ, показано на рис. 4.9 штрихами поза контуром диска, на якому виконані позначки. Часто замість вказаних нечисленних позначок положення колінчастого валу на нього встановлюють диск, що має декілька десятків зубців, кожний з яких формує в датчику електричний імпульс.

Рис. 4.9. Схема установки давача (ДКВ) і позначок положення колінчастого валу двигуна

– кут випередження установки давача щодо ВМТ; к–ro циліндра; – кут затримки електричного керуючого імпульсу; – кут, відповідний запізнюванню електронної паливної системи; – кут випередження вприскування.

 

Рис. 4.10. Тимчасова діаграма формування вприскування палива.

Складові електричного керуючого імпульсу електромагніту: 1 – форсуюча, 2 – утримуюча, 3 – розмагнічуюча; u _дкв – напруга вихідного сигналу давача колінчастого валу.

u _кі – напруга керуючого імпульсу; р _в – тиск уприскування палива; Т _дкв – момент проходу давача положення колінчастого валу позначкою к–гo циліндра; t _дкв – час, відповідний куту випередження установки давача щодо ВМТ; к–гo циліндра; Т _вмт – момент проходу ВМТ поршнем того ж циліндра; t_з – час затримки електричного керуючого імпульсу; t _вмт – мінімально необхідний час затримки електричного керуючого імпульсу; t _к – тривалість електричного керуючого імпульсу; – запізнювання електронної паливної системи; t _в – тривалість уприскування палива; t _в – час випередження прискування.

Рис. 4.10. Часова діаграма формування вприскування палива

складові електричного керуючого імпульсу електромагніту: 1 – форсуюча; 2 – утримуюча; 3 – розмагнічуюча; u_дкв – напруга вихідного сигналу давача колінчастого валу; u _кі – напруга керуючого імпульсу; p _в – тиск вприскування палива; T _дкв – момент проходу давача положення колінчастого валу з позначкою k–го циліндра; T _вмт – момент проходу ВМТ поршнем того ж циліндру; t _з – час затримки електричного керуючого імпульсу; t _в.мін – мінімально необхідний час затримки електричного керуючого імпульсу; t _к – тривалість електричного керуючого імпульсу; – запізнювання електронної паливної системи; t _тв – тривалість вприскування; t _в – час випередження вприскуння

Для визначення початку відліку кута повороту валу виконують пропуск в чергуванні імпульсів видаленням декількох зубців на диску. Дійсний кут повороту валу визначається в мікроконтролері підрахунком числа імпульсів, що поступили з давача після проходу давача сектором диска без зубців. Досягши заданого кута починається формування випередження уприскування.

Втім, для роботи розподільника по циліндрах електричних керуючих імпульсів у будь–якому випадку необхідне визначення моменту початку підготовки уприскування палива в перший циліндр.

Для роботи регулятора випередження уприскування палива датчик і відмітки положень колінчастого валу повинні розташовуватися так, щоб момент проходу черговою позначкою давача положення випереджав момент бажаного початку подачі палива у відповідний циліндр.

Розташування давача і позначок звичайно орієнтоване щодо ВМТ. Кут випередження установки давача q _дкв дорівнює:

q _дкв = q _в + q _епс + q ₃.

Цьому куту випередження відповідає час випередження t _дкв сигналу давача положення колінчастого валу. Відлік цього часу починається з моменту проходження давача позначкою положення к–гo циліндра.

Кутам q _в, q _епс і q ₃ відповідають: t _в – час випередження уприскування; q _епс – час запізнювання електронної паливної системи (інтервал часу від моменту надходження електричного керуючого імпульсу мікроконтролера до початку подачі палива) і t ₃ – час затримки електричного керуючого імпульсу, регульований мікроконтролером (точніше регулятором випередження).

Напруга вихідного сигналу давача положення колінчастого валу керує роботою розподільника і починає в регуляторі випередження формування циклу регулювання випередження уприскування, яке виробляється шляхом зміни часу затримки електричного керуючого імпульсу – t ₃, з урахуванням часу запізнювання електронної паливної системи – q _епс і частоти обертання колінчастого валу. Розрахунок t ₃ виробляється по формулі:

t ₃ = q _дкв/ w – t _епс

Для забезпечення максимально можливого для конкретного двигуна значення випередження уприскування t _в.max необхідно, щоб досяжне мікроконтролером якнайменше значення затримки електричного імпульсу дорівнювало б:

t ₃._min > t _дкв – t _епс – t _в.max.

На кожному швидкісному і навантажувальному режимах роботи двигуна необхідна затримка електричного імпульсу t ₃ обчислюється в регуляторі випередження мікроконтролера за час t _рв, на підставі дійсної частоти обертання і тривалості керуючого імпульсу t _к. У свою чергу, t _к визначається в регуляторі частоти обертання за час t_рч.

Потрібно, щоб необхідне значення часу випередження обчислювалося не пізніше, ніж до моменту t _дкв – t ₃._min, тобто

t ₃._min > t _рв + t _рч.

З двох останніх виразів випливає, що мінімально необхідне значення часу випередження сигналу давача положення колінчастого валу t _min повинно визначатися таким чином:

t _дкв._min > t _в.max + t _епс + t _рв + t _рч.

Тому при встановленні на двигун давача і позначок положення колінчастого валу мінімально необхідний кут випередження їх установки щодо ВМТ – q _дкв._min повинен вибиратися з умови:

q_дкв._min ³ t _дкв.min/ w _р

За w _рш приймається кутова швидкість обертання колінчастого валу, на якій необхідно забезпечити максимальне відношення t _в.max/ w _р.max.

Для більшості двигунів з акумуляторною електронно паливною системою достатній кут q _дкв, рівний 40 градусам. Разом з тим, чим менше запас по цьому куту, тим менше запізнювання в регуляторах частоти обертання і випередження уприскування.

 

4.6.1. Програмно–пошукова адаптивна система регулювання випередження уприскування палива

Найхарактернішим прикладом комбінованої програмно–пошукової адаптації є адаптивна система регулювання випередження уприскування палива.

Вихідний сигнал регулятора випередження уприскування палива в паливних системах з електронним імпульсним керуванням визначає час затримки t ₃ керуючого імпульсу. У загальному випадку оптимальне значення вихідного сигналу регулятора випередження, відповідне оптимальному куту випередження уприскування, залежить від частоти обертання двигуна, тиску наддуву, тривалості, тиску і форми характеристики уприскування. Всі ці параметри, окрім частоти обертання і тривалості уприскування, повинні бути адаптивно керовані. При програмній адаптації, як показано на рис. 4.3, вони так само, як і випередження регулюються у функції частоти обертання, вихідного сигналу регулятора частоти і їх похідних.

Тому їх облік в алгоритмі програмно–адаптивного керування потрібен тільки в тих перехідних процесах двигуна, які протікають швидше, ніж перехідні процеси в інших локальних МПСК. Може йтися, наприклад, про облік в програмі тиску наддуву. Безумовно, також необхідна для оптимізації процесу пуску адаптація у функції теплового стану двигуна. За наявності в системі керування давачів таких параметрів двигуна програмна адаптація забезпечує досягнення необхідної швидкодії при задовільній точності регулювання випередження.

У схемі МПСК випередженням уприскування палива, представленої на рис. 4.11, програмну адаптацію по частоті обертання, вихідному сигналу регулятору частоти і їх похідним здійснює програматор, що входить в структуру задавача випередження (ЗВ).

Рис. 4.11. Схема адаптивно–пошукової МПСК випередженням уприскування палива.

У системі автоматичного регулювання частоти обертання (САРЧ): ЗВ – задавач частоти обертання; РЧ – регулятор частоти обертання; ФРІ – формувач–розподільник керуючих імпульсів; ЕКФ – електрокеровані форсунки; t _кд – положення педалі керування двигуном; n ₃ – задана частота обертання; n – дійсна частота обертання; u _ч – вихідний сигнал регулятора частоти; q _ц – циклова подача палива.

У системі автоматичного регулювання випередження уприскування (САРВ): ЗВ – задавач випередження; РВ – регулятор випередження; ГПС – генератор пошукових сигналів; БП – блок пам'яті; БКР – блок контролю режимів; БПР – блок порівняння; КВ – коректор випередження вприскування; – крок пошукового сигналу випередження уприскування.

Ведучою є система автоматичного регулювання частоти обертання – САРЧ. У її склад входить, окрім представлених на рисунку елементів, і власне двигун.

На рис. 4.12 показаний типовий вид залежностей питомої витрати палива g і вихідного сигналу регулятора частоти u від випередження уприскування при постійних режимі роботи двигуна і інших, окрім випередження уприскування, управляючих діях.

Координати кожної з кривих змінні, але їх мінімальні значення у будь–якому випадку доводяться на одне і теж значення кута випередження, оптимальне по витраті палива.

Відповідно до програми задатчик випередження визначає випередження уприскування в перехідних процесах і при виході на сталий режим. Покладемо, що програма адаптації встановила для деякого сталого режиму випередження 8со, якому відповідає крапка 0 на кривій вихідних сигналів.

Після стабілізації режиму роботи двигуна, що виявляється блоком контролю режимів, в блок пам'яті заноситься значення вихідного сигналу регулятора частоти, визначаючого тривалість уприскування при встановленому значенні випередження. Після чого дається команда на пошук екстремуму генератору пошукових сигналів. Він змінює завдання випередження на фіксовану величину (крок пошуку) Dq_в. Допустимо у бік зменшення, до q_в1, якому відповідає позиція 1 на кривій вихідних сигналів.

Після стабілізації режиму роботи двигуна з новим випередженням в блоці порівняння відбувається зіставлення нового значення вихідного сигналу регулятора частоти з попереднім, що зберігається в пам'яті. У даному прикладі нове значення виявилося вище початкового, що свідчить про збільшення витрати палива. Тому коректором випередження дається команда задавачу відмінити зроблений крок пошуку, а генератору пошукових сигналів змінити напрям нового кроку. Це виводить систему в позицію 2. Оскільки при цьому вихідний сигнал регулятора стає менше, наступний крок пошуку виробляється в тому ж напрямі. Система опиняється в позиції 3 із збільшеною витратою палива. Блок порівняння встановлює нераціональність цього кроку, і система повертається в позицію 2, в якій, як з'ясувалося, випередження оптимальне. Таким чином, здійснюється пошукова адаптація, що забезпечує мінімум тривалості вприскування і, відповідно, мінімальну витрату палива.

Рис. 4.12. Діаграма пошуку екстремуму в адаптивній МПСК випередженням уприскування палива: g – питома витрата палива; u_ч – вихідний сигнал регулятора частоти обертання; , , і – значення кутів випередження уприскування палива.

На рис. 4.13 подано приклад алгоритму матричного програмного керування уприскуванням, а на рис. 4.14 –алгоритм пошукового керування випередженням за мінімумом вихідного сигналу регулятора частоти.

Перехід з програмного на пошукове адаптивне керування здійснює блок контролю режимів, програмно реалізований в мікроконтролері (рис. 4.15)

 

Рис. 4.13. Алгоритм матричного програмного керування випередженням уприскування в функції вихідного сигналу регулятора частоти і дійсного періоду повторення циклів

Рис. 4.14. Алгоритм пошукового керування випередженням вприскування за мінімумом вихідного сигналу регулятора частоти

 

 

Рис. 4.15. Алгоритм контролю режимів

Блок контролю режимів є одним з програмних блоків диспетчера режимів. Він визначає величини відхилень від середнього значення вихідного сигналу регулятора частоти в декількох послідовних циклах. За відсутності відхилень, що виходять за межі, визначені допустимою нерівномірністю частоти обертання і чутливістю системи до зміни випередження, замість алгоритму програмного керування починає діяти алгоритм пошукового керування. При будь–якому виході відхилення вихідного сигналу регулятора частоти за встановлені межі вступає в дію програмний алгоритм.

Після закінчення процесу пошуку оптимального випередження, про що свідчить, наприклад, поява автоколивань в пошуковій системі поблизу екстремуму, оптимальне значення вихідного сигналу регулятора випередження, фіксується в пам'яті мікроконтролера. Керування випередженням повертається до програмного алгоритму, скоректованому за наслідками пошуку. Аналітична адаптація дозволяє за наслідками пошуку коректувати програми і для режимів, на яких пошук неможливий.

При збереженні або новій появі сигналу блоку контролю режимів про наявність усталеного режиму процедура переходу від програмної до пошукової адаптації виробляється в системі керування іншою керуючою дією двигуна. Таким чином, послідовно виконується цикл пошукової адаптації по всіх управляючих діях двигун Цикли можуть повторюватися безперервно або із заданої за умов роботи двигуна періодичністю.

 

 

Лекція 9. МПСК ГАЗООБМІНОМ

4.7.1. Керування наддувом

МПСК раціональна при будь–яких прийнятих варіантах системи наддуву двигуна. У системах з перепуском газів в турбіні часто використовується двопозиційне (релейне) керування – клапан повністю відкритий або повністю закритий. Але можна здійснювати і неперервне керування. Неперервне пропорційне керування положенням електропневматичного перепускного клапана досягається імпульсною модуляцією в електромагнітному клапані.

Але якнайповніше МПСК може бути використана у варіантах з електротурбокомпресором (рис. 3.23) для програмно–пошукового адаптивного керування тиском наддуву. Такі системи багато в чому аналогічні адаптивним системам керування випередженням вприскування палива. Одна з них подана на рис. 4.16.

Рис.4.16. Схема адаптивно–пошукової МПСК тиском надувного повітря

Система автоматичного регулювання частоти обертання двигуна (САРЧ): ФАРЧ – формувач алгоритму регулювання частоти обертання двигуна; ОПП обмежувач подання палива; ЕПС – електронна паливна система; ТМЧ – теплова і механічна частини двигуна; ЕСГО – електронна система газообміну; ДЧД – давач частоти обертання двигуна;

Система автоматичного регулювання тиску наддуву (САРТН): ЗРН – задавач регулятора тиску наддуву; ФАРН – формувач алгоритму регулювання наддуву; ОТН – обмежувач тиску наддуву; ДГ – воротний двигун–генератор; ТК – турбокомпресор; ДЧТК – давач частоти обертання турбокомпресора; ДТН – давач тиску надувного повітря; ПАС – пошукова адаптивна система.

Ведучою є система автоматичного регулювання частоти обертання двигуна – САРЧ. Вихідний сигнал u_н регулятора наддуву визначає режим роботи і навантаження двигун–генератора. У загальному випадку оптимальний за витратою палива тиск наддуву залежить від частоти обертання, навантаження двигуна і їх похідних. При програмній адаптації в процесах регулювання наддуву для оптимізації, наприклад, процесу пуску двигуна необхідна адаптація у функції теплового стану двигуна. За наявності в МПСК давачів температур в системах двигуна програмна адаптація забезпечує задовільну точність виходу значень тиску наддуву на величини близькі до оптимальних. Але впливи інших неконтрольованих параметрів двигуна, палива і навколишнього середовища на оптимальне значення тиску наддуву програмна адаптація не враховує. Тому доцільне її доповнення пошуковою адаптацією.

У системі автоматичного регулювання тиску наддуву – САРТН на рис. 4.16 програмну адаптацію за частотою обертання, вихідному сигналу регулятора частоти, який характеризує крутний момент двигуна, і його похідним здійснює програматор, що входить у структуру задавача регулятора тиску наддуву (ЗРН). Параметри, у функції яких здійснюється програмна адаптація, органічно присутні в мікроконтролері двигуна і не вимагають установки на двигун додаткових давачів.

Залежності питомої витрати палива і вихідного сигналу регулятора частоти від тиску наддуву при сталому режимі роботи двигуна схожі з їх залежностями від випередження вприскування, представлених на рис. 4.12. Мінімальні значення цих параметрів, також припадають на одну і ту ж величину тиску наддуву, оптимальну за витратою палива.

Відповідно до програми задавач тиску визначає близький до оптимального тиск наддуву в перехідних процесах і при виході на сталий режим. Після стабілізації режиму роботи двигуна, пошуковою адаптивною системою по незмінності частоти обертання і вихідного сигналу регулятора частоти обертання двигуна (знаходженні їх в допустимих межах), пошукова система подає на задавач регулятора тиску наддуву пробні дії, що змінюють задане значення тиску наддуву на фіксовану величину (крок пошуку) і, аналізуючи одержані зміни, вибирає тиск наддуву, оптимальний за витратою палива двигуном.

Пошук у бік збільшення тиску наддуву може бути припинений і при зниженні вихідного сигналу регулятора частоти обертання двигуна, викликаним черговим кроком пошуку, менш ніж на деяку задану величину, або при виявленні наближення до можливості появи помпажу, що знаходиться мікроконтролером за сигналами давачів частоти обертання турбокомпресора і тиску наддуву.

Обмеження в оптимальному керуванні електротурбокомпресором здійснюються у функції частоти його обертання, тиску наддуву, частоти обертання і навантаження двигуна, які характеризують рівні механічних напруг, віддаленість від помпажу тощо.

Оптимальне адаптивне керування електротурбокомпресором реалізується в мікроконтролері двигуна.

Регулятор, програмно реалізований в мікроконтролері, керує режимом і потужністю електротурбокомпресора. Регулятор одержує інформацію про частоту обертання двигуна і вихідний сигнал регулятора частоти обертання двигуна. Необхідно використовувати також інформацію про тиск наддуву, яка повинна бути в адаптивній системі керування двигуном, і про навантаження двигуна, безумовно, присутньою в системах керування електропередачею автомобіля. Для наближеної, достатньої за необхідної точності оцінки навантаження двигуна можна використовувати вихідний сигнал регулятора частоти обертання двигуна. При сталій потужності двигуна, підтримуваній автоматично системою керування електричної передачі, цей сигнал характеризує витрату палива, тобто ефективність робочого процесу.

У об'єднаній МПСК двигуном і електротурбокомпресором доцільна програмна і пошукова адаптація. Програмна забезпечує близьке до оптимального керування турбокомпресором в перехідних процесах у функції частоти обертання, навантаження двигуна і їх похідних. Також забезпечується прискорений вихід на оптимальні настройки на сталих режимах. На цих режимах періодично здійснюється точніший пошук оптимальних настройок з подальшою корекцією програм адаптації.

 

4.7.2. Керування впускними, випускними каналами і газорозподілом

Заслонки чи клапани в керованих впускних і випускних каналах газообміну можуть пересуватися безпосередньо електромагнітами або електропневматичними виконавчими механізмами. Для релейного керування достатньо розімкненої системи з програмною адаптацією. Неперервне керування можливе з допомогою пропорційних достатньо лінійних виконавчих механізмів. Для вказаних видів керування процесами у впускних і випускних каналах контроль за отриманими параметрами повітряного заряду або робочого процесу утруднений або взагалі неможливий. Тому для забезпечення необхідної точності, включаючи ідентичність керованих параметрів газообміну всіх циліндрів двигуна, в загальному випадку необхідні замкнуті локальні системи регулювання із зворотними зв’язками за положенням виконавчих механізмів. Для цього виконавчі механізми повинні бути оснащені давачами положення. За умови достатньої стабільності характеристик цих механізмів можна використовувати зворотні зв’язки без спеціальних давачів, наприклад, безпосередньо в мікроконтролері за струмом (при імпульсній модуляції – середньому значенню) в електромагнітах або за кількістю імпульсів (при використанні крокового двигуна).

Програмне адаптивне керування впускними і випускними каналами ведеться мікроконтролером за вибраним із умов оптимізації робочого процесу залежностямиположень виконавчих механізмів від положення педалі керування двигуна, його стану і умов роботи. Зокрема, проводиться автоматичне відключення системирециркуляції залежно від температури охолоджувача при пуску двигуна і в деяких інших режимах.

МПСК клапанами газорозподілу за складом, структурою і алгоритмами керування аналогічні системам керування тривалістю і випередженням вприскування палива, напрклад, в акумуляторних системах. Тобто вони не вимагають встановлення на двигун спеціальних давачів для організації зворотніх зв’язків. Переважно для них достатня програмна адаптація. Проте в стедовому мікроконтролеріф потрібна також пошукова адаптація.

 

4.8. МПСК кількістю працюючих циліндрів

 

Одним з недоліків існуючих двигунів є неможливість змінювати форму камери згорання і її параметрів при зміні режимів роботи двигуна. Камери згорання вибирають з умов оптимізації робочого процесу при роботі в найважчих режимах роботи двигуна. Тому під час вільного ходу і малих навантаженнях досягнення оптимальності робочих процесів практично виключено.

В двигунах з іскровим запалюванням і зовнішнім сумішеутворенням зменшення навантаження принципово веде до зниження паливної економічності. Це пов’язано не тільки із зниженням механічного ККД двигуна, але й із ростом втрат при дроселюванні заряду на впуску і зі зниженням індикаторного ККД внаслідок погіршення процесу згорання.

Одним з дієвих заходів подолання вказаних недоліків є відключення частини циліндрів в цих режимах. В граничному найефективнішому варіанті виключається подання палива і повітря. Для збереження температур деталей циліндропоршневої групи доцільно чергування відключень циліндрів. Практично доводиться періодично відключати декілька послідовних циклів в чережних цидіндрах. Навантаження працюючих циліндрів зростає, і процеси в них наближаються до оптимальних.

Відключення циліндрів, інколи застосовуване в гідромеханічних системах керування, не завжди виконується повною мірою автоматично. Гідромеханічні виконавчі механізми індивідуального керування роботою кожного циліндра конструктивно складні і мало надійні. Електронні системи паливоподачі і газообміну розширюють можливості регулювання кількості працюючих циліндрів.

Експериментальні дослідження двигунів дозволяють встановити оптимальне, з точки зору прийнятого критерію якості роботи двигуна, кількість працюючих цилірдрів на кожному режимі його роботи. Тому програмне керування кількістю працюючих у функції частоти обертання і навантаження двигуна достатньо ефективне.

За наявності давача навантаження (або крутного моменту) реалізація програмного регулювання кількості працюючих циліндрів не створює няких труднощей. Проте регулювання кількості працюючих циліндрів замкнутими МПСК ефективніше. Регульованим параметром в таких системах є вихідний сигнал регулятора частоти обертання двигуна. Цей сигнал визначає величину циклової подачі палива в працюючі циліндрри. Задача системи – стабілізація подання палива шляхом зміни кількості працюючих циліндрів.

На ри. 4.17 подано схему МПСК дизеля, яка в в якості основної ведучої частини має систему автоматичного регулювання кількості обертів двигуна – САРЧ і систему автоматичного регулювання кількості працюючих циліндрів – САРКЦ.

Рис. 4.17. МПСК кількістю працюючих циліндрів

ЗР –задавач режиму роботи двигуна; система автоматичного регулювання частоти обертання двигуна САРЧ: ЗЧ задавач частоти; РЧ – регулятор частоти обертання; ФРІФ – формувач–розподілювач імпульсі форсунок; ЕКФ –електроннокеровані форсунки; система автоматичного регулювання кількості працюючих циліндрів (САРКЦ): ЗКЦ –задавач кількості працюючих циліндрів; РКЦ –регулятор кількості працюючих циліндрів; БЧВ –блдок чергування відключенн циліндрів; ФРІК –формувач–розподілювач командних імпульсів клапанів газороозподілу; ЕСГР – електронна система газорозподілу; І_кд – положення педалі керування двигуном; І_зч – положення механізму зчеплення; N_пд – номер увімкненої передачі; N_е –навантаження на двигун; p_н – тиск наддуву; t_м – температура масла; u_вик – уставка вимкнення циліндра; u_вкл – уставка увімкнення циліндра; і –кількість працюючих циліндрів

Замість електрокерованих форсунок можуть бути також використані насоси високого тиску або насос–форсунки. Задавач режиму роботи двигуна на підставі інформації про положення педалі керування двигуном, положення механізму зчеплення, увімкненій передачі, навантаженні на двигун, тиску наддуву, температурі, частоті обертання двигуна, а також про вихідний сигнал регулятора частоти олбертання, виробляє завдання локальним МПСК, включно з САРЧ і САРКЦ.

На рис. 4.18 представлена діаграма–пояснення регулювання кількості працюючих циліндрів.

У нижній частині діаграми показано залежності витрати палива двигуном від навантаження для різних значень кількості працюючих циліндрів; у середній – залежність вихідного сигналу регулятора частоти від навантаження; у верхній – встановлена регулятором кількість працюючих циліндрів.

Задавач кількості працюючих циліндрів виробляє два значення вихідного сигналу регулятора частоти u_вик і u_вкл, при яких повинні здійснюватися виключення і включення циліндрів. Інтервал від u_вик до u_вкл, вибрано з необхідності подачі такої кількості палива, яка забезпечила б в працюючих циліндрах робочий процес достатньо близький до оптимального за витратою палива.

Уставки (задані значення сигналів, досягши яких необхідно перемикати кількість циліндрів) u_вик і u_вкл подаються на вхід регулятора кількості працюючих циліндрів, де з ними порівнюється поточне значення сигналу u_ч. Якщо при роботі всіх циліндрів навантаження двигуна знижується до рівня, позначеного 1, u_ч стає рівним u_вик і регулятор кількості працюючих циліндрів подає команду на відключення одного з циліндрів. Ця команда через блок чергування відключень поступає на формувач–розподільник управляючих імпульсів форсунок і на формувач–розподільник керуючих імпульсів клапанів газорозподілу, внаслідок чого у вибраний циліндр не здійснюється подача палива і повітря. Тим самим робота двигуна перекладається з характеристики і=n на характеристику і=n–1, при роботі на якій необхідна потужність двигуна забезпечується з меншою витратою палива.

При подальшому зниженні навантаження до рівня 2 поточне значення сигналу u_ч, знову стає рівним u_вик і регулятор кількості працюючих циліндрів подає команду на відключення ще одного циліндра. Двигун починає працювати по характеристиках і= n– 2 з ще меншою витратою палива.

При більшому зниженні навантаження аналогічно виробляються переходи на режими і= n– 3, і= n – 4 тощо.

4 4' 3 3' 2 2' 1 1'

Рис.4.18. Діаграма регулювання кількості працюючих циліндрів

N_e – навантаження на двигун; і – кількість працюючих циліндрів; n – загальна кількість циліндрів двигуна; u_ч – вихідний сигнал регулятора частоти; u_вик – уставка виключення циліндра; u_вкл – уставка включення циліндра; G– витрата палива

Якщо ж навантаження двигуна, наприклад, з позиції 2, починає збільшуватися, то сигнал u_ч, що змінюється за характеристикою і= п–2 при навантаженні двигуна позначеному 2', стає рівним u_вкл. При цьому регулятор кількості працюючих циліндрів включає в роботу один з вимкнених циліндрів. Двигун починає працювати за характеристикою і= n–1, де збільшена потужність забезпечується з меншою витратою палива. Включення в роботу циліндра, що залишився не вимкненим здійснюється аналогічно при збільшенні навантаження двигуна до рівня 1'.

Різниця уставок u_вик і u_вкл вибирається з умови виключення автоколивань в системі регулювання кількості працюючих циліндрів. Для цього необхідно, щоб режими навантажень двигуна в точках 1 і 1', 2 і 2', 3 і 3', 4 і 4' тощо, що визначаються різницею u_вик і u_вкл були не менші за розмах коливань навантаження двигуна в усталених режимах поблизу відповідних точок перемикання.

МПСК кількістю працюючих циліндрів є релейною системою автоматичної стабілізації вихідного сигналу регулятора частоти. Але в результаті її дії знижується витрата палива. Для повнішого підвищення ефективності роботи двигуна величини u_вик і u_вкл, можуть програмно–адаптивно змінюватися у функції числа працюючих циліндрів, частоти обертання двигуна, параметрів наддувного повітря, станів інших агрегатів енергетичної установки і температурного стану двигуна. При цьому залежності u_вик і u_вкл у функції N_е нелінійні і неоднозначні.

Чергування відключення циліндрів, здійснюване блоком чергування відключень, доцільне для вирівнювання умов роботи всіх циліндрів. При цьому МПСК числом працюючих циліндрів стає близькою до системи керування частотою обертання двигуна, діючої шляхом відключення циклів. З другого боку, розділення функцій регулювання частоти обертання і кількості працюючих циліндрів забезпечує збереження високої якості регулювання частоти обертання в перехідних процесах і на сталих режимах і досягнення вищого рівня оптимізації робочого процесу в працюючих циліндрах.