Аккумуляторные системы позволяют получить на всех режимах максимально короткий, Побразный закон подачи. Ни по форме закона, ни по уровню давлений он не отвечает оптимальным условиям организации рабочего процесса. Так, возникает задача регулирования давления впрыскивания. СУ на всех режимах должна оптимизировать и другие параметры ТП, влияющие на рабочий процесс и эмиссию ВВ: УОВТ, закон подачи.
С учетом большого числа действующих факторов, дороговизны, трудоемкости физического эксперимента представляется чрезвычайно заманчивым формирование законов управления с использованием математического моделирования. Здесь, конечно, ключевым вопросом является достоверность, доступность и приспособленность к таким задачам самих моделей. На рис. 1.120 представлены законы управления однофазным впрыскиванием топлива, полученные с помощью ПК Дизель-РК по критериям расхода топлива и ограничениям по выбросу ВВ при реализации 13-ступенчатого испытательного цикла в дизель ЗМЗ-514 [18].
Рис. 1.120. Законы управления давлением впрыскивания (а) и УОВТ (б), полученные методом расчетной оптимизации рабочего процесса.
Однако, этот метод по ряду причин (некорректный учет некоторых факторов, методическая непроработанность и некорректность постановки задачи поиска оптимумов для условий испытательных циклов, в том числе с переходными режимами) пока только развивается и может применяться только для сужения областей поиска. Пока же основным методом
остается экспериментальный (так называемые калибровки СУ). С учетом слишком большого количества необходимых опытов наиболее актуальной задачей при этом является создание эффективных методов организации испытаний и обработки их результатов.
Управление характеристикой впрыскивания Qф=f(t) представляет собой задачу более сложную в отношении отыскания оптимальной характеристики и неоднозначную по способам реализации, чем управление давлением впрыскивания. В процессе разработки систем CR были реализовывались следующие способы.
● Электроимпульсное управление представляет собой подачу СУ сигнала определенной формы, обычно модулированного пакета импульсов заданной скважности (интервалов между импульсами и/или их продолжительности). Пакет высокочастотных импульсов электромагнит и механическая часть ЭГФ сглаживают, а клапан отрабатывает нужный закон движения. Лучшими ЭГФ для этого способа является быстродействующий следящий привод, в котором игла отрабатывает движение клапана. Проблема состоит не только в формировании нужного пакета импульсов, но в неидентичности работы форсунок. Пока метод широко не используется.
● Многоканальное управление характеристикой требует специальной оптимизации ТА и изменения ее структуры. Так, например, с помощью двухканального управления ЭГФ с двумя электроуправляемыми клапанами в КУ и на входе в форсунку и тремя жиклерами. Этот метод имеет расширенные возможности, но усложняет и удорожает систему, снижает ее надежность.
● Использование волнового процесса наиболее просто в реализации, поскольку не требует введения новых элементов, а лишь целенаправленной параметрической оптимизации ЭГФ. Пологий передний фронт или ступенчатая подача в рамках одной фазы впрыскивания достигается кратковременным снижением давления у форсунки в начале подачи врезультате расходования топлива через сопла и на управление (рис. 1.121). Образованная волна разрежения, отражаясь от аккумулятора волной сжатия, приходит к форсунке, обеспечивая окончание впрыскивания при повышенном давлении, в том числе при Рвпр>Рак. Условие Рвпр>Рак в основной подаче может быть обеспечено предварительной подачей при использовании двухфазного впрыскивания.
Его недостаток – жесткая настроенность – сглаживается общим благоприятным характером Qф=f(t) для всех режимов. А именно, пологий передний фронт характеристики и возрастание в конце позволяет снижать выбросы NOx и шумность работы, легче обеспечивать минимальные подачи и гладкую монотонную характеристику gц=f(tко
откр), впрыскивание с максимальными давлениями, превышающими давление в аккумуляторе. Пока сформировалась практика организации подачи без активного использования волновых процессов, хотя в ослабленной форме этот эффект присутствует всегда.
● Организация многофазной подачи пока видится западными производителями основным способом формирования заданной характеристики впрыскивания Qф=f(t). Принципиальное отличие метода от электроимпульсного управления заключается в его дискретности.Каждое впрыскивание из множества управляются индивидуально и заканчивается посадкой иглы. Это позволяет сформировать единую универсальную программу управления каждым впрыскиванием, повысить стабильность осуществления задаваемой характеристики подачи.
Для автомобилей Fiat в начале 2000-х годов готовилась система CR Multijet, изменяющую в зависимости от режима дизеля количество впрысков от 10 до 15. Однако, стало ясно, что такая задача не только трудно реализуема, но и нецелесообразна из-за увеличения общей продолжительности подачи. Современные серийные системы имеют до 4-5 характерных впрыскивания. В этом случае не ставится задача формирования непрерывной характеристики из многочисленных отдельных подобно гистограмме. Преследуется другая задача: каждый из 1-4 впрыскиваний имеет свое назначение и в соответствии с этим оптимизируется в составе всей характеристики. Упрощенно это иллюстрируется рис. 1.122.
В соответствии с такими функциями оптимизируется структура многофазного впрыскивания на каждом режиме работы двигателя (рис. 1.123).
● Организация двухфазного впрыскивания – частный случай многофазного – появился раньше и только начинает применяться ныне в дизелях грузовиков и тракторов по мере внедрения на них ТА с электронным управлением. Отметим также, что только им ограничиваются при использовании в ТА клапанного управления (п. 1.3.3, 1.3.4, 1.3.6).Сгорание запальной порции топлива увеличивает давление и температуру воздуха в цилиндре, уменьшая задержку воспламенения и жесткость сгорания основной подачи топлива. Эффективность двухфазного впрыскивания тем больше, чем ниже тепловое состояние заряда, т.е. чем ниже нагрузка и частота вращения коленчатого вала (рис. 1.124).
Двухфазное впрыскивание становится нежелательным не только при высоких частотах и нагрузках, но и при неоптимальных сочетаниях характеристики впрыскивания, например больших запальных (пилотных) подачах. Достигнутый сегодня уровень – 0,7...3 мм3. Помимо форсирования командного импульса (рис. 1.128) эффективным средством достижения минимально устойчивых подач является использование пьезопривода клапана форсунки (табл. 1.6).Управление двухфазным впрыскиванием полезно и на специальных режимах, например, при холодного пуска, на холостом ходу (рис. 1.125), снижается шумность работы дизеля не только на установившихся режимах, но и на переходных.
Характеристики подачи в функции времени открытия управляющего клапана представляет интерес ввиду того, что дозирование топлива форсунки. Установление зависимости gц= f(кл. откр, Рак) важно при различных Рак, для оценки устойчивости и пригодности выбранных параметров ТА для различных способов подачи.Сопоставление характеристик различных систем убеждает в их неуниверсальности. На рис. 1.126 представлена зависимость gц= f(кл. откр, Рак) CR тракторного дизеля, полученная для ЭГФ с шариковым клапаном.
Зависимость gц= f(кл. откр) при средних и больших подачах обычно монотонная, о возможности существования и непригодности для работы участков с отрицательной производной dgц /кл. откр<0. С точки зрения работы ЭГФ в реальном многоцилиндровом двигателе важно обеспечение идентичности подач по цилиндрам. К сожалению, в CR, как и в традиционной ТА, в этом есть трудности. В системах CR никаких средств предварительной механической регулировки равномерности подач не предусматривается. Однако, имеются принципиальные возможности решения этой задачи. Так, если характеристики gц= f(кл. откр) эквидистантны (рис. 1.127,а), то путем настройки СУ (корректировки продолжительности управляющего сигнала на конкретную форсунку относительно осредненной величины, задаваемой СУ в соответствии с конкретными параметрами работы) можно добиться совпадения подач не только для одного режима (например, номинального), но для всего диапазона кл откр (рис. 1.127,б).
Если же характеристики gц= f(кл откр) неэквидистантны (рис. 1.127,в), то путем корректировки продолжительности
Рис. 1.124. Изменение параметров двухфазного впрыскивания в поле нагрузок (среднего эффективного давления ре) и частот вращения вала дизеля JTD Alfa Romeo 156:
а. - оптимальное давление в аккумуляторе, МПа;
б. - УОВ основной подачи, град; в - величина запальной порции, мм3 ; г - УОВ запальной подачи, град.
Рис. 1.125. Время запуска дизеля JTD при температуре воздуха -150С при различных характеристиках впрыскивания топлива.
Рис. 1.126. Характеристики подачи в функции времени открытия управляющего клапана при давлении в аккумуляторе: слева направо Ракк=160, 145, 130, 115, 100, 85, 70, 55,
40 МПа. 93 управляющего сигнала на одном режиме не удается обеспечить совпадения подач для любого иного режима с другим кл откр подачи в функции времени открытия управляющего клапана.
Практический вывод из рассмотренного заключается в том, что простая замена форсунки на дизеле обеспечивает его работоспособность, но, в общем случае, не обеспечивает идентичной работы цилиндров, а, следовательно, может приводить к увеличению расхода топлива и выбросов ВВ с ОГ. Необходима адаптация форсунки в двигатель с корректировкой работы СУ. Более того, при отклонении характеристик ЭГФ от других, в полной мере эта работа может не привести к желаемым результатам. Если существует такая возможность, следует устанавливать ЭГФ одной партии одного изготовителя (завода, а не фирмы) и не пользоваться смешиванием аналогов.
Формирование управляющего импульса для исполнительных механизмов. В любом случае сигнал управления форсункой, как показывает практика конструирования CR, должен иметь определенную форму. Начальный ток страгивания клапана обеспечивается разрядом импульсного конденсатора
с токами до 20А, затем поддерживается нормальныйток удержания (рис. 1.128). Ускорению закрытия клапана способствует небольшой размагничивающий отрицательный импульс. Без него, например, вместо двухфазного впрыскивания получаем однофазное. Все амплитудные и фазовые параметры сигнала оптимизируются.
Требования к системам управления многоплановы и многочисленны. Они замыкают на себе требования ко всей ТПА.
Электронные САУ ныне изготавливаются только на базе микропроцессорной техники и быстро совершенствуются в аппаратной части. Однако, наибольшие проблемы в создании ДВС с электронным управлением заключаются в создании программ оптимального управления.
Контрольные вопросы
1. Как изменяют давление подачи по частоте вращения вала дизеля и его нагрузке?
2. Охарактеризуйте возможности различных способов формирования характеристики впрыскивания.
3. Зачем применяют двухфазное впрыскивание и почему оно не используется при больших нагрузках и частотах?
4. Нарисуйте график управляющего напряжения на электромагните привода клапана и объясните назначение каждого участка.
5. Какие возможности идентификации подачи по цилиндрам существуют при несовпадении характеристик подачи ЭГФ по продолжительности управляющего сигнала?