Схема Управления Дизеля и Топливная Система|АвтоЦентр

menu
person

Схема Управления Дизеля и Топливная Система

Рабочий процесс дизеля предусматривает впрыск тяжёлого топлива в цилиндры на такте сжатия, когда поршень немного не доходит до верхней мёртвой точки и когда температура сжимаемого в цилиндре воздуха достигает 500-600 °C. При такой температуре впрыскиваемое мелкораспылённое топливо самовоспламеняется и после прохождения цилиндром верхней мёртвой точки в процессе горения давит на поршень на такте рабочего хода. Для обеспечения хорошего распыления топлива и его полного сгорания впрыск топлива форсункой осуществляется при давлении 20-24 МПа. Степень сжатия в цилиндрах дизеля обычно находится в пределах 16-23. Повышение степени сжатия повышает мощность, но при этом возрастает жёсткость работы двигателя.

Основными элементами топливной системы дизеля являются топливный бак, трубопроводы, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, форсунки.

В качестве топлива для дизеля используется традиционное дизельное топливо нефтяного происхождения с цетановым числом в пределах 55-65 либо альтернативные источники энергии с аналогичными показателями.

Схема взаимодействия приборов системы питания дизеля

Рисунок 2.16 — Схема взаимодействия приборов системы питания дизеля:

1 — заливная горловина топливного бака; 2 — обратный топливопровод; 3 — топливный фильтр тонкой очистки топлива; 4 — топливопровод от фильтра к насосу высокого давления; 5 — обратный топливопровод; 6 — топливный насос высокого давления; 7 — топливопровод высокого давления; 8 — топливопровод обратного слива топлива от форсунок; 9 — воздушный фильтр; 10 — камера сгорания; 11 — форсунка; 12 — топливопровод от топливоподкачивающего насоса к фильтру; 13 — топливоподкачивающий насос; 14 — ручной насос; 15 — топливопровод от бака к фильтру грубой очистки; 16 — фильтр грубой очистки топлива; 17 — топливопровод от фильтра грубой очистки к топливоподкачивающему насосу; 18 — топливный бак; 19 — сетчатый фильтр

Рабочий процесс системы питания дизеля осуществляется следующим образом. Жидкое тяжёлое топливо заливается в бак через горловину 1 (рис. 2.16). При работе двигателя приводится в действие топливоподкачивающий насос 13, который создаёт разряжение во входном контуре и давление в выходном контуре. Под действием такого разряжения топливо из бака 18 проходит через сетчатый фильтр 19 и по топливопроводу 15 поступает к фильтру 16 грубой очистки топлива. В этом фильтре топливо очищается от наиболее крупных примесей и по топливопроводу 17 поступает к топливоподкачивающему насосу 13. На выходе из этого насоса по топливопроводу 12 топливо под давлением- 0,3-0,45 МПа поступает к фильтру тонкой очистки 3, где проходит наиболее высокую степень очистки. После прохождения фильтра по топливопроводу 4 топливо поступает к топливному насосу высокого давления 6. Насос высокого давления 6 содержит число секций, равное числу цилиндров. В этом насосе формируются порции топлива и моменты его впрыска в цилиндры. От секций топливного насоса топливо подаётся к форсункам 11 по трубопроводам высокого давления 7. Впрыск топлива в цилиндры 10 осуществляется форсунками 11 под давлением 20-23 МПа.

Топливо от бака 18 до форсунок 11 должно поступать по системе непрерывным потоком, в связи с чем является недопустимым наличие в нём пузырьков воздуха. Для удаления воздуха из системы применяется ручной насос 14, посредством которого осуществляется прокачка топлива по системе с целью удаления пузырьков воздуха.

С этой же целью производительность топливоподкачивающего насоса 13 должна превышать потребность двигателя в топливе в 5-6 раз. Исходя из этого, топливный насос высокого давления 6 подаёт в цилиндры двигателя столько топлива, сколько требуется для обеспечения его скоростного и нагрузочного режимов. При этом излишек топлива, присутствующий в каналах топливного насоса высокого давления, отводится по обратным трубопроводам 5 и 2 в топливный бак 18. При работе форсунок 11 также появляется небольшой излишек топлива, который отводится по топливопроводу 8 обратно в бак 18.

Схема взаимодействия секций топливного насоса высокого давления и форсунок показана на рис. 2.17. При вращении кулачка 1 осуществляется возвратно-поступательное движение плунжера 6. Пружина 4 всегда стремится отвести плунжер 6 в нижнее положение. Плунжер 6 перемещается внутри гильзы 5. Размеры плунжера 6 и гильзы 5 сопряжены по высокому классу точности с целью достижения наименее возможной вероятности утечек топлива между трущимися поверхностями этих деталей. Гильза 5 имеет два канала поступления топлива: входной 8 и выходной 10. Полость над плунжером всегда заполнена топливом. При перемещении плунжера 5 вверх, когда перекрыты оба канала 8 и 10, в полости над плунжером создаётся высокое давление топлива. При достижении определённого давления пружина нагнетательного клапана 12 сжимается и топливо проходит по топливопроводу 13 в нагнетательную полость форсунки 17. Сила от давления топлива в полости 17 поднимает иглу 15, преодолевая сопротивление пружины 14, в результате чего при поднятии иглы 15 через распылитель 18 осуществляется впрыск топлива в цилиндр двигателя с последующим его воспламенением. В результате впрыска давление в полости 17 уменьшается, сила, поднимающая иглу 15, падает, и игла под действием пружины 14 опускается, отсекая впрыск топлива. Давление начала впрыска топлива регулируется путём изменения силы поджатия пружины 14. При увеличении силы поджатия пружины давление начала впрыска повышается, при ослаблении силы пружины 14 давление начала впрыска снижается.

Снижение давления впрыска вызывает ухудшение распыла топлива, сопровождаемое неполным его сгоранием. Для улучшения распыла топлива необходимо обеспечение резкого роста давления в момент начала впрыска и резкое падение давление в полости 17 форсунки в момент окончания впрыска или отсечки топлива. Для создания резкого роста давления в начале впрыска топлива применяется нагнетательный клапан 12, обеспечивающий поступление топлива в топливопровод 13 только после преодоления силы сопротивления пружины этого клапана. В конце впрыска этот клапан действует как поршень и резко снижает давление топлива в топливопроводе 13.

Схема взаимодействия секции топливного насоса высокого давления и форсункисекции топливного насоса

Рисунок 2.17 — Схема взаимодействия секции топливного насоса высокого давления и форсунки:

1 — кулачок приводного вала; 2 — зубчатое колесо плунжера; 3 — зубчатая рейка; 4 — возвратная пружина плунжера; 5 — гильза; 6 — плунжер; 7 — кольцевая проточка плунжера; 8 — подводной топливный канал; 9 — вертикальный паз плунжера; 10 — отводной топливный канал; 11— отсечная кромка плунжера; 12 — нагнетательный клапан; 13 — топливопровод высокого давления; 14 — пружина форсунки; 15 — игла форсунки; 16 — корпус форсунки; 17 — нагнетательная полость; 18 — распылитель

Плунжер 6 имеет две степени свободы: продольное перемещение и поворот внутри гильзы относительно продольной оси. При продольном перемещении плунжера момент начала впрыска определяется моментом прохождения верхней частью плунжера подводного канала 8. Момент начала отсечки топлива зависит от момента прохождения отводного канала 10 отсечной кромкой 11 плунжера. Поворот плунжера осуществляется линейным перемещением зубчатой рейки 3. В зависимости от перемещения этой рейки плунжер поворачивается, и тем самым изменяется момент наступления отсечки топлива. После начала отсечки топливо из надплунжерного пространства перетекает через вертикальный паз плунжера в отводной канал 10, несмотря на то, что плунжер может продолжать движение вверх. Рейка 3 осуществляет синхронный поворот всех плунжеров топливного насоса высокого давления, в результате чего изменяются порции впрыскиваемого в цилиндры топлива, а следовательно, и мощность двигателя. Педаль управления подачей топлива связана с рейкой не непосредственно, а посредством центробежного регулятора, работающего по схеме, показанной на рис. 2.18.

Схема управления топливоподачей

Рисунок 2.18 — Схема управления топливоподачей в дизеле посредством центробежного регулятора:

1 — рычаг управления топливоподачей; 2 — рейка; 3 — пружина; 4 и 5 — ограничители хода педали; 6 — педаль управления подачей топлива; 7 — подпятник; 8 — грузы; 9 — вал топливного насоса высокого давления

Центробежный регулятор предназначен для стабилизации частоты вращения коленчатого вала двигателя независимо от нагрузки соответственно положению педали управления подачей топлива. Кроме этого центробежный регулятор устанавливает минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала на режиме холостого хода и ограничивает максимальную его частоту вращения, предохраняя двигатель от возможного разрушения.

Как видно из рис. 2.18, педаль управления подачей топлива 6 связана с рейкой 2 топливного насоса высокого давления через рычаг 1 и пружину 3. Сила пружины С||р вызывает перемещение рейки 2 и, соответственно, изменение подачи топлива в цилиндры двигателя. Однако при возрастании частоты вращения вала топливного насоса высокого давления 9 грузы 8 под действием центробежной силы расходятся и создают осевую силу Qrp, действующую через подпятник 7 на рычаг 1 и направленную против силы /7р- В результате действия таких сил при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя рейка отводится в сторону уменьшения подачи топлива. И наоборот, при уменьшении частоты вращения коленчатого вала, например, из-за повышения нагрузки, рейка переводится в сторону увеличения подачи топлива, отчего частота вращения коленчатого вала увеличивается настолько, насколько её определяет сила /7Р- назначаемая усилием водителя нажатием на педаль 6 управления подачи топлива.

Форсунка (рис. 2.19) осуществляет распыление впрыскиваемого в цилиндр топлива под определённым давлением.

Форсунка двигателя

Рисунок 2.19 — Форсунка двигателя ЯМЗ:

1 — нажимной шток; 2 — пружина; 3 — регулировочный болт; 4 — стакан; 5 — контргайка; 6 — отверстие отвода топлива;

7 — колпак; 8 — сетчатый фильтр; 9 — топливный канал;

10 — корпус; 11 — гайка; 12 — разгрузочный поясок иглы; 13 — гильза;

14 — запорная игла; 15 — распылитель

Топливо поступает к форсунке под давлением порядка 18-22 МПа. Проходя через канал 9 (рис. 2.19), топливо поступает в полость под разгрузочным пояском 12 запорной иглы 14. Под действием такого давления на разгрузочный поясок 12 по оси запорной иглы 14 возникает подъёмная сила QHra, стремящаяся поднять запорную иглу.

где р — давление топлива в полости под разгрузочным пояском;

Fpn — площадь разгрузочного пояска запорной иглы.

Эта сила, стремящаяся поднять запорную иглу, противодействует силе пружины 2, стремящейся прижать запорную иглу 14 к распылителю 15. При определённом повышении давления топлива р сила Q[ll;l возрастает настолько, что превышает силу пружины 2. При этом запорная игла 14 поднимается, и через распылитель 15 начинается впрыск топлива в цилиндр. В конце впрыска давление р снижается, соответственно уменьшается сила Q[ll;l. и под действием силы пружины 2 запорная игла 14 прижимается к распылителю 15.

Давление начала впрыска регулируется путём изменения силы поджатия пружины 2 посредством регулировочного болта 3, поджимаемого контргайкой 5.

Запорная игла 14 сопрягается с гильзой 13 по высокому классу точности с минимальной вероятностью утечек топлива. Однако, несмотря на это, небольшие утечки топлива считаются нормальным явлением и через отверстие 6 по отводному топливопроводу 8 (рис. 2.16) сливаются обратно в топливный бак.

Использование в дизелях электронной системы автоматического управления позволяет улучшить работу двигателя на режиме холостого хода и повысить его экологическую безопасность. Данная система осуществляет управление моментом начала впрыска топлива и моментом его отсечки, частотой вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, режимом работы подсистемы подогрева впускаемого воздуха.

Микропроцессорная система управления дизелем (рис. 2.20) содержит блок управления, включающий микропроцессор (МП), который выполняет все вычислительные операции, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), запоминающее промежуточные результаты вычислений, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы управления всей системой. Сбор информации о работе двигателя осуществляется подсистемой трёх типов датчиков: режимных параметров, коррекции текущих параметров и защиты от аварийных режимов. Подсистема датчиков режимных параметров содержит датчик частоты вращения коленчатого вала ДКВ, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) ДПР, датчик положения педали управления подачей топлива ДПУ.

По информации от этих датчиков рассчитывается предварительная величина перемещения рейки топливного насоса. Для определения более точной величины её перемещения необходима коррекция управляющего воздействия по показателям режима работы двигателя. Выдачу таких корректирующих показателей осуществляют датчики: температуры топлива ДТТ; температуры всасываемого воздуха ДТВ; атмосферного давления ДАД. Информация от таких датчиков позволяет уточнять моменты начала и окончания впрыска топлива. Подсистема датчиков защиты от аварийных режимов содержит датчики: температуры масла в системе смазки ДТМ; температуры охлаждающей жидкости ДТОЖ и давления масла в системе смазки двигателя ДДМ. Рабочие процессы перечисленных датчиков протекают таким же образом, как и в рассмотренной ранее системе автоматического управления топливоподачей двигателей на лёгком топ-ливе.

системы управления топливоподачей дизеля

Рисунок 2.20 — Функциональная схема системы управления топливоподачей дизеля:

ДКВ — датчик частоты вращения коленчатого вала; ДПР — датчик положения рейки топливного насоса; ДПУ — датчик педали управления топливоподачей; ДТТ — датчик температуры топлива; Д’ГВ — датчик температуры всасываемого воздуха; ДАД — датчик атмосферного давления; ДТМ — датчик температуры масла в системе смазки; ДТОЖ — датчик температуры охлаждающей жидкости; ДДМ — датчик давления масла; БУ — блок управления; АЦП — амплитудно-цифровой преобразователь; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ПЗУ — постоянное запоминающее устройство; ППЗУ — постоянное программируемое запоминающее устройство; ИУ — исполнительное устройство;

ТНВД — топливный насос высокого давления; Вк — центральный включатель; Б — аккумуляторная батарея; СН — сигнализатор неисправностей

Действие таких датчиков основано на возникновении аналогового электрического сигнала, и для связи датчиков с микропроцессором в блок управления вводится аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и коммутатор, осуществляющий последовательное подключение к АЦП каждого датчика. Это связано с тем, что в определённый момент времени АЦП может получать информацию только от одного датчика. Такое решение позволяет за короткий промежуток времени осуществлять последовательный «опрос» каждого датчика и на основе полученной информации вычислять величину перемещения рейки топливного насоса.

Для обеспечения качественного выполнения переходных процессов двигателя необходима соответствующая коррекция топливоподачи. Для её осуществления требуется управление топливоподачей по интегрально-дифференциальной зависимости с возможностью устранения статистических ошибок регулирования с помощью топливоподачи. Интегральная составляющая такой зависимости определяется в виде суммы цифровых показателей управляющих команд, полученных в результате предыдущего расчёта. Дифференциальная составляющая такой зависимости определяется по расчёту прироста регулируемого параметра за установленный промежуток времени. Промежутки временных циклов расчёта параметров определяет таймер, выдающий контроллеру прерываний сигналы временных промежутков, в результате чего выполнение основной программы приостанавливается, и в границах таких промежутков рассчитываются величины прироста регулируемых параметров.

К контроллеру прерываний также подключаются датчики защиты двигателя от аварийных режимов. При выходе контролируемого параметра за установленные границы выполнение основной программы приостанавливается и включается аварийная программа защиты двигателя. При превышении температуры охлаждающей жидкости рейка топливного насоса автоматически переводится в положение холостого хода с одновременным включением светового сигнализатора на панели приборов. При входе температуры охлаждающей жидкости в заданные пределы вновь включается выполнение основной программы, и работа двигателя на нагрузочных режимах возобновляется. В случае падения давления масла в системе смазки также включается аварийная световая сигнализация на панели приборов и перекрывается поступление топлива с последующей остановкой двигателя.

Угол опережения впрыска топлива изменяется по оптимальной зависимости по показаниям датчиков частоты вращения коленчатого вала и в зависимости от нагрузки на двигатель. Управляющим механизмом системы управления впрыском топлива является встроенный в топливный насос высокого давления электромагнит, который по командам блока управления управляет положением рейки. При этом рейка жёстко связана с якорем электромагнита. Блок управления изменяет силу тока в обмотке электромагнита и тем самым определяет перемещение рейки топливного насоса. Магнитодвижущая сила электромагнита уравновешивается действием возвратной пружины. По каналу обратной связи блок управления получает соответствующий сигнал от датчика перемещения рейки и при необходимости корректирует величину её перемещения.

В системах управления топливоподачей в дизелях обычно предусматривается пульт управления скоростью автомобиля, или круиз-контроль, и частотой вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода.

Для остановки двигателя в системе предусматривается электромагнитный клапан, перекрывающий поступление топлива в топливоподкачивающей магистрали с управлением от центрального включателя, являющегося аналогом включателя зажигания.

В качестве основных параметров, принимаемых блоком управления для расчёта положения рейки топливного насоса, используются показания датчиков нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. При расчёте положения рейки используются содержащиеся в постоянном запоминающем устройстве блока управления табличные карты данных для различных режимов работы двигателя. Исходные данные о характеристиках конкретного типа двигателя содержатся в модуле программируемой памяти, выполняемой в виде съёмной микросхемы. Такое решение позволяет выполнять конструкцию блока управления универсальной с возможностью работы на различных типах дизельных двигателей. Так же как и в системе управления топливоподачей бензиновых двигателей, в рассматриваемой системе применяется принцип самодиагностики и усеченного режима работы, когда при отказе одного из датчиков для расчёта положения рейки используется сигнал от другого датчика с занесением в оперативную память кода неисправности и включением светового сигнализатора. Такое решение позволяет продолжить работу двигателя в усечённом режиме для возможности движения к месту ремонта.

В некоторых случаях предусматривается подсистема обеспечения равномерности работы двигателя, когда в качестве управляющих параметров используются колебания крутящего момента на маховике при тактах рабочего хода в каждом цилиндре. Для замера таких колебаний используется датчик ускорений маховика. При этом блок управления на основе датчика ускорений корректирует порции впрыскиваемого топлива в каждый цилиндр.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 78 | Теги: топливо, двигатель, насос, управление, впрыск, плунжер, датчик, давление, система дизеля, Рейка, топливный | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar