Повышение эффективных показателей тракторных дизелей электронным управлением топливоподачи (06.07.2009)

Автор: Галиуллин Рустам Рифович

Модернизация дизелей СМД-62 тракторов Т-150К предложенными электронно- управляемыми топливоподающими системами и впускными клапанами ГРМ позволит в условиях Республики Башкортостан сэкономить на одном тракторе до 2,08 т топлива в год.

На сегодня в Республике Башкортостан имеется 2031 трактор Т-150К. В целом на весь этот парк экономия составит 4,2 тыс. т топлива в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Наибольший эффект от обеспечения оптимальных для каждого режима работы двигателя параметров топливоподачи при электронном регулировании достигается при взаимном приспособлении аппаратуры топливоподачи (и в целом двигателя) к регулятору топливоподачи, в частности усиливая ее аккумулирующие свойства и впрыскивая увеличенную подачу топлива и на режимах малых оборотов и нагрузок, и электронного регулятора к аппаратуре топливоподачи – выбором принципа регулирования и исполнительного механизма и разработкой электронного блока управления с соответствующими датчиками и программой управления.

2. Степень аккумулирующих свойств систем непосредственного действия предлагается оценивать коэффициентом аккумулируемости, представляющим отношение объема аккумулированного в ЛВД топлива к величине цикловой подачи топливоподающей системы, и определяемым по предложенному выражению.

Аккумулирующие свойства этих систем возрастают увеличением объема их ЛВД, давления топлива в ней и гибкости привода плунжера.

6 см3), давлениях впрыска топлива (60…130 МПа), цикловой подаче топлива (60…120 мм3/цикл) и жесткости привода плунжера (2,0? 10 4 Н/мм) коэффициент их аккумулируемости доходит до 3,2…4,8.

Предложена электронно- управляемая топливоподающая система с гидрозапорной форсункой и с повышенными аккумулирующими свойствами (до 4,12…5,64). Она позволяет в широких пределах относительно просто регулировать цикловую подачу (от 16 до 150 мм3/цикл) и изменять опережение впрыскивания (на 10 град.п.к.в.). При этом, как и следует желать, с уменьшением опережения давление начала впрыскивания возрастала (от 17,5 до 24,1МПа). Система отличается высокой стабильностью топливоподачи.

Она позволила снизить у дизеля 1Ч12,5/14 на номинальном режиме работы удельный эффективный расход топлива на 2,48% (на 7,2 г/(кВт?ч)) и уменьшить (за счет повышения стабильности топливоподачи) минимально- устойчивую частоту вращения холостого хода двигателя на 6,6% (63 мин).

3. При малых оборотах и нагрузках увеличенную подачу топлива можно впрыскивать при регулировании режимов работы двигателя последовательным отключением цилиндров. Недостаток такого регулирования – скачкообразное изменение показателей работы двигателя, увеличение неравномерности по цилиндрам термических напряжений основных деталей и повышение степени неравномерности вращения коленчатого вала двигателя.

Более перспективным является регулирование отключением рабочих ходов поршней, лучше приспособленное для внедрения электронного регулирования топливоподачи. При нем не только автоматически решается проблема повышения идентичности термических напряжений, но и представляются широкие возможности для повышения равномерности вращения коленчатого вала дизеля, в частности корректированием цикловых подач в продолжающие работать цилиндры. Так, при работе тракторного дизеля Д-21А1 на скоростном режиме 1950 мин-1 на стенде DS-926v (без загрузки) этим методом удалось снизить степень неравномерности вращения коленчатого вала с 2,1% до 1,0%.

4. Положительный эффект регулирования отключением рабочих ходов поршней наиболее полно проявляется в случаях уменьшения механических потерь энергии и теплоотвода в систему охлаждения, соответствующих отключенному цилиндру двигателя. Наиболее просто это достигается уменьшением фактической степени сжатия в цилиндре к моменту начала пропуска рабочего хода поршня, в частности использованием электронно- управляемых клапанов ГРМ. Это позволяет в дизеле, например, Д-21А1 на режиме 33% нагрузки (Ne=6 кВт и п=1800 мин-1) снизить удельный расход топлива на 27% (с 520 до 380 г/(кВт?ч)).

5. Применительно к тракторным дизелям перспективным является дискретное регулирование топливоподачи клапанными исполнительными механизмами, позволяющими воздействовать на топливоподачу каждой секции насоса высокого давления отдельно и, в результате, свести к минимуму межсекционную и межцикловую неравномерности топливоподачи и сравнительно просто регулировать режимы работы двигателя пропуском подач топлива. При этом непрерывное регулирование параметров топливоподачи могут использоваться для повышения точности регулирования топливоподачи.

Качество работы клапанных исполнительных механизмов может оцениваться предложенным коэффициентом управляемости, представляющим отношение длительности подачи управляющего электрического импульса к общей продолжительности нахождения клапанов в положении, приподнятом от отверстия управляемого канала.

Повышению управляемости клапанов и, как следствие, снижению мощности электромагнитов способствует использование гидроусилителей, регулирование подводимого к электромагниту тока (форсирующего на участке перемещения их к электромагниту и обратного импульса на участке его обратного хода), снижение массы подвижных деталей и сил трения между подвижными элементами др.

Наиболее полно эти мероприятия могут реализоваться при использовании непрецизионных разрезных кольцевых клапанов, приближающихся по принципу работы к клапанам с гидравлическими усилителями, отличающихся низкой себестоимостью и малой (в 4...5 раз меньшей, чем у золотниковых клапанов) массой подвижных деталей.

Управляемость их может быть повышена устранением «залипания» кольца к электромагниту путем обеспечения гарантированного зазора между кольцом и электромагнитом в притянутом положении. Достаточным является зазор порядка 0,2 мм, обеспечиваемой использованием штифт- шпонки, ограничивающей ход свободного конца кольца. При этом коэффициент его управляемости доходит до 0,63.

При необходимости увеличения используемого для регулирования хода разрезного конца кольца могут использоваться многовитковые (2...3) кольцевые клапаны.

При регулировании режимов работы двигателя пропуском подач один электронно- управляемый клапан может обслуживать 2…4 цилиндра двигателя при системах непосредственного действия и 5…10 – аккумуляторного типа. С учетом этого обстоятельства можно сократить число используемых в системе электронно- управляемых клапанов (например, выполняя НВД по распределительной схеме) и этим серьезно упростить конструкцию системы топливоподачи в целом.

6. Электронный блок управления целесообразно разрабатывать на базе микроконтроллеров, в частности AVR или ARM с быстродействием в 16 млн. операций в секунду и выше. При этом он позволяет, как показали эксперименты, управлять цикловой подачей топлива непрерывно, дискретно или даже комбинированно.

Необходимое быстродействие обеспечивается тем, что время с момента на-

чала обработки полученной со всех датчиков информации до поступления команд к исполнительным механизмам не превышает 65 мкс (т.е., при частотах вращения коленчатого вала двигателя 1800 мин-1 составляет 0,7 град.п.к.в.).

Этот блок управления одновременно может использоваться и для управления фазами газораспределения (через электронно- управляемые клапаны ГРМ).

7. Предложены и экспериментально проверены и доведены до работоспособного состояния алгоритмы и программы для ряда электронно- управляемых топливных систем тракторных дизелей, обеспечивающие:

– всережимность регулирования;

– «желаемые» скоростные характеристики тракторных дизелей, предложенных В.Н. Болтинским;

– допускающие непрерывное, дискретное и комбинированное регулирования цикловой подачи топлива.

8. Переход на регулирование режимов работы двигателя пропуском подачи топлива не требует существенного изменения конструкции двигателя – снимается механический регулятор, а вместо штуцера НВД устанавливается штуцер с установленным в нем электронно- управляемым перепускным клапаном. Ток к клапану подводится от электронного блока управления.

Перевод двигателей на такое регулирование может производиться в условиях

обычных ремонтных мастерских. При этом для модернизации одного дизеля, например, СМД-62 (трактора Т-150К) требуются затраты в сумме 35,4 тыс. руб., по одному трактору за год будет сэкономлено 2,08 т топлива на сумму 53,5 тыс. руб.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

Ведущие рецензируемые научные журналы и издания

1. Галиуллин, Р.Р. Регулирование режимов работы дизелей пропуском подач топлива [Текст] / Р.Р. Галиуллин, Э.М. Гайсин // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2005. – №11. – С.30-31.

2. Галиуллин, Р.Р. Топливоподающая система с электронным регулятором для тракторного дизеля [Текст] / Р.Р. Галиуллин, В.Н. Хусаинов // Тракторы и

с.х. машины, 2007. – №9. – С. 10-12.

3. Галиуллин, Р.Р. Топливный насос высокого давления с электронным управлением для тракторных дизелей [Текст] / Р.Р. Галиуллин // Сельский механизатор, 2007. – №9. – С. 44-45.

4. Галиуллин, Р.Р. Электронный регулятор для тракторных дизелей с насосами высокого давления типа НД [Текст] / Р.Р. Галиуллин // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2007. – №10. – С. 43-44.

5. Галиуллин, Р.Р. Регулирование двигателя отключением цилиндров – как фактор повышения экономичности его работы [Текст] / Р.Р. Галиуллин // Трак-

торы и с.х. машины, 2007. – №10. – С. 11-13.

6. Гайсин, Э.М. Математическая модель перепускного устройства топливного насоса дизеля с регулированием пропуском подач топлива [Текст] / Э.М. Гайсин, Р.Р. Галиуллин // Механизация и электрификация сельского хозяй-


загрузка...