Начало работ по системам электронного управления двухтактных малооборотных двигателей относится к 1991 году, в 2003 году были построены и установлены на танкерах первые двигатели 7SC50ME-C и 6SC70ME-C с электронным управлением. Фирмой было прежде всего разработано и заложено в основу электронной системы программное обеспечение.
На рис. 1 представлена блок-схема программ, включающих решение задач по анализу состояния двигателя и управлением топливоподачей, движением выхлопных клапанов, смазкой цилиндров и турбонаддувом.
Конфигурация системы управления, приведенная на рис. 2 включает панель управления на мостике, главную панель управления в посту управления, два микропроцессора (основной А и резервный В), в которые заложены программы управления, панель местного управления также с двумя электронными блоками А и В и модулями на каждом цилиндре. Перевод мощных двигателей на электронное управление потребовал не только поиска и разработки программ управления, высоко надежных средств электроники, но и радикального решения по замене мощных механических приводов.
Достаточно сказать, что привод топливного насоса в стандартном варианте испытывает весьма большие нагрузки, если учесть, что в мощной машине в цилиндр за цикл подается около 200 г топлива, сжатого до 80-90 МПа. Высокие нагрузки приходятся и на привод выхлопных клапанов. Поэтому единственно верным решением было применить в качестве силовых передач гидропривод (MAN-B&W), либо аккумуляторную систему топливоподачи, как это сделала фирма Зульцер.
Схема системы топливо подачи с гидроприводом представлена на рис. 3. В число основных компонентов системы входят:
- Самоочищающийся 10 микронный фильтр тонкой очистки масла, необходимость в котором определяется более высокими требованиями к маслу, используемому в гидроприводе.
- Гидронасосы, использующие масло из общей системы смазки двигателя и поднимающие его давление до 17,5 МПа (электроприводные и применяемые при пуске двигателя) и до 25 МПа с приводом от двигателя, берущие на себя снабжение двигателя маслом во время его работы.
Масло направляется в аккумулятор (рис. 3), давление в котором поддерживается путем изменения производительности гидронасосов, находящейся под управлением электронных блоков.
Из аккумулятора масло направляется к установленным на каждом рабочем цилиндре гидроцилиндрам-усилителям привода ТНВД и выхлопного клапана, включающим блок распределения с гидравлическими аккумуляторами и электронно – управляемыми, пропорциональными, быстродействующими клапанами положения (NC) – см. рис. 4.
В задачу последних входит управление фазами и давлениями топливоподачиПроцесс топливоподачи, фазами движения выхлопного клапана.
Электронное управление и гидропривод топливных насосов
Топливный насос высокого давления в сравнении с традиционными конструкциями механически значительно проще. В нем отсутствуют механический привод плунжера, (заменен на гидропривод), механизм управления фазами подачи топлива, Системы VITмеханизм VIT. Плунжер представляет собой гладкий поршень без косых кромок, что существенно упрощает технологию его изготовления и повышает ресурс. Масло из аккумулятора через управляющий клапан, активизация которого осуществляется электронным блоком, попадает в полость над гидропоршнем. Воспринимаемое им усилие, будучи усиленным в 4,47 раза (отношение площадей Fгп / Fпл = 4,47), передается поршню-плунжеру топливного насоса, осуществляющему сжатие топлива до заданных процессором давлений в 50-100 МПа и подачу его к форсункам.
Как уже отмечалось, моменты поступления масла в цилиндр гидроусилителя, а, следовательно, фазы и количественная характеристика подачи, задаются микропроцессором, в свою очередь воздействующим на управляющий клапан. В микропроцессор заложены программы, позволяющие изменять давление масла по ходу процесса впрыска, тем самым менять характер кривой давлений впрыска и подбирать необходимый для данного режима закон подачи топлива возможные варианты приведены на рис. 6.
Рис. 7 иллюстрирует влияние характера впрыска на развитие давлений в рабочем цилиндре. Здесь мы видим впрыск с резким ростом давлений в начальной стадии и последующим спадом давления и, сопровождаемым уменьшением скорости впрыска топлива (поз. А).
Такой вариант, равно как и последующий (поз. В), приведет к резкому росту тепловыделения в цилиндре в начальной стадии сгорания и большим Pмакс. В итоге — будет достигнута высокая экономичность, но и большие тепловые и механические нагрузки на ЦПГ. Более мягкая организация подачи в ее начале и резкое окончание в конце (поз. С) позволяет уменьшить нагрузки, но- в ущерб экономичности двигателя.
Рекомендуется к прочтению: Система электронного управления топливоподачей
В то же время, улучшается распыливание топлива в конце подачи, а, следовательно, достигается меньшее догорание на линии расширения. Мягкое сгорание в начальной стадии и меньшие температуры рабочего цикла достигаются при двухфазном впрыске (поз. D). К этому варианту прибегают, когда стоит задача уменьшения содержания в выхлопных газах NOх.
