Електронні системи керування

Застосування електронних систем управління, забезпечує поліпшення експлуатаційної паливної економічності на 5 - 7% (у деяких випадках до 10-15%), зниження до 50% викидів газоподібних шкідливих речовин і твердих частинок завдяки більш точної реалізації законів керування, оптимізації кута випередження впорскування палива, дозуванню повітроподача в функції частоти обертання колінчастого валу і навантаження з урахуванням параметрів навколишнього середовища, а також полегшенню пуску дизеля за сет оптимізації пусковий подачі. Основні вимоги до електронних систем управління рівнем токсичності сформульовані в роботі: • для конкретної моделі експлуатації в умовах усталених режимів повинне забезпечуватися дозування циклової подачі палива при управлінні кутом випередження впорскування, тривалістю і формою характеристики впорскування, що обумовлюють мінімум токсичних викидів при заданій потужності дизеля;

• при перехідних процесах повинна забезпечуватися циклічність впливу на дозатор палива для зменшення тривалості таких процесів; Очевидно, що ці вимоги повинні одночасно відповідати і отриманню мінімальної витрати палива дизелів вантажних автомобілів. Сучасні електронні системи управління включають в себе датчики, виконавчі пристрої і електронні засоби формування командних імпульсів і зворотних зв'язків між дизелем і системою управління. Необхідно відзначити, що електронні системи управління знаходять все більше застосування в двигунобудування. Поступово усуваються перешкоди з їх практичного застосування, пов'язані з вартістю. виготовлення та технічного обслуговування, надійністю роботи в експлуатації. Перспективні вимоги до паливної економічності, починаючи з 2005 року, орієнтовані на застосування електронних систем управління. Ще одним з вагомих фактором є узгодження взаємного розташування камери згоряння в поршні й паливних факелів.

Рух заряду поблизу ВМТ у камері згоряння близько відповідає законуобертання твердого тіла по радіусі камери згоряння r_кс,мм:

(6.8)

а серцевина струменя палива досягає стінки камери або наближається до неї по напрямку розпилюючого отвору. Якщо кутова швидкість повітряного заряду в камері згоряння буде більше оптимальної, то пари палива й дрібні краплі за час упорскування будуть перенесені вихром із зони одного факела в зону сусіднього, що погіршить умови рівномірного розподілу палива по обсязі камери згоряння. При цьому вужеві в самому процесі згоряння порушуються умови відводу продуктів згоряння із зон горіння й підведення кисню до часток палива, які не прореагували. Це явище одержало назву «перезавіхрення, і воно приводить до помітного порушення протікання процесу згоряння й, внаслідок цього до погіршення витрати палива, підвищенню газів, що відробили, і їх димності.

У випадку. якщо кутова швидкість повітряного заряду буде нижче оптимального значення, не вдасться досягти високих показників робочого процесу через погане використання повітряного заряду в зонах між струменями. при зменшенні діаметра розпилюючих отворів збільшується схильність паливних струменів до деформації, тому необхідно зменшувати швидкість повітряного вихру. Важливо також, щоб до початку запалення струменя палива досягли пристінного простору й далі, розтікаючись по стінці, утворили б плівку в зоні найбільш високих температур і швидкостей, а далекобійність струменя й тонкість їхнього розпилювання задовольнили б вимогам процесам пуску до самих навантажених режимів. При цьому, природно, чим рівномірніше розподіляється паливо в обсязі й по периметрі стінки камери, тим для більшої частини палива будуть створені умови для погодженої взаємодії з повітряним зарядом.

Це досягається при рівномірному розподілі палива по отворах і рівновіддаленому його розташуванні від зон контакту струменів зі стінкою згоряння. У рядних дизелях СМД форсунка розташована похило до вертикальної осі камери згоряння й зміщена від її на відстань, що становить значну частку радіуса камери. Таке взаємне розташування камери згоряння й форсунки обмежує можливість подальшого зниження витрати палива й токсичності газів, що відробили, тому що довжини паливних струменів, обмірювані від носка розпилювача до бічної стінки камери згоряння, мають різні значення й не забезпечують рівні умови для сумішоутворення й згоряння палива. У цьому випадку при упорскуванні палива на стінці камери згоряння накопичується значна кількість палива, подана паливними струменями, що мають меншу довжину, що погіршує умови сумішоутворення й згоряння. Прагнення до вирівнювання довжин паливних струменів шляхом наближення форсунки до вертикальної осі циліндра при незмінному розташуванні впускного й випускного клапанів приводить до ослаблення міжклапанної перемички й, відповідно, до зниження надійності головки циліндрів. Якщо одночасно зміщати вісь клапанів від поздовжньої осі циліндра, то необхідно зменшувати й діаметри клапанів, що погіршує наповнення циліндра свіжим зарядом і збільшує насосні втрати. При зсуві камери згоряння від вертикальної осі циліндрів до форсунки погіршуються умови рівномірного розподілу швидкості повітряного заряду в обсязі камери й температури верхньої частини поршня.

Для поліпшення сумішоутворення в місцях скупчення палива поблизу стінок камери згоряння раціонально використати локальну турбулізацію повітряного заряду. Локальна турбулізація дозволяє збільшити повноту згоряння суміші за рахунок прискорення підведення кисню повітря до палива. У дизелях зі значним зсувом форсунки щодо центра камери згоряння застосування в зоні дії більше коротких струменів виточень у поршні, що генерують турбулентність, дозволяє додатково збільшити довжини цих струменів.

На рисунку. показана камера згоряння в поршні з турбулізуючими виїмками для дизеля СМД-31.

Рисунок 7.3 - Особливості конструкції камери згоряння дизеля СМД-31 генераторами турбулентності а) камера згоряння дизеля із протилежним напрямком руху
повітряного заряду в різних циліндрах (вид зверху);

б) виточення під клапан на днище поршня. I - зсув осі форсунки від вертикальної осі циліндра; 1_Ь и 1_ДО - довжини осей струменів палива від носика розпилювача до стінки камери згоряння; R - радіус камери згоряння; м - радіус виїмки в бічній стінці камери згоряння. Компенсація зниження тангенціальної швидкості заряду у зв'язку введенням турбулізаторів забезпечується зменшенням до 62 мм діаметра циліндрічній камери згоряння (у розрахунковому варіанті діаметр дорівнює 62 мм) і підклапанними виточеннями, які виконані з фаскою під кутом 30 град.

За рахунок зменшення обсягу камери згоряння була збільшена ступінь стиску дизеля з 15,5 до 16. При цьому враховувалося, що зменшення кута випередження упорскування палива не дозволить привести до росту максимального тиску згоряння циклу. Результати досліджень дизеля СМД-31 з камерою згоряння, у якій виконані генератори турбулентності у вигляді виїмок у бічній стінці камери в місцях контакту паливних струменів, що мають найменшу довжину в порівнянні із серійною камерою, наведені в таблиці.

Таблиця 7.1 - Результати досліджень дизеля СМД-31 з різними камерами згоряння

Дані досліджень показують, що при незмінному куті випередження упорскування палива застосування розробленої для дизеля СМД-31 камери згоряння впливає на паливну економічність, димність і токсичність відпрацьованих газів на всіх швидкісних режимах. Таким чином, застосування камери згоряння з генераторами турбулентності, дозволяє помітно поліпшити паливну економічність дизеля СМД-31. Як й у випадку підвищення інтенсифікації обертання повітряного заряду зменшується питома ефективна витрата палива [1].