Категории сайта

Системы Variable injection timing (VIT) судовых двигателей

При переходе двигателей на режимы с нагрузкой 75-85 % отмечается падение максимального давления в цилиндрах, что приводит к увеличению удельного расхода топлива.

Чтобы сохранить на этих режимах Pz на уровне номинального режима двигателестроители прибегают к системам VIT (Variable injection timing — изменяемый угол опережения), которые позволяют автоматически менять угол опережения. В ТНВД золотникового типа с регулированием по концу подачи топливазолотниковых ТНВД со смешанным регулированием эта задача была решена путем придания верхней и нижней отсечным кромкам ступенчатой формы (см. рис. 1). Это решение было применено в малооборотных двигателях фирмой Бурмейстер и Вайн6L45GFCA и фирмой MAN в KZ70/120E, KSZ75/125B.

Плунжер ТНВД
Рис. 1 Ступенчатая форма верхней кромки плунжера ТНВД

Позднее это решение было перенесено на современные двигатели 35 и 42 LMC, и среднеоборотные двигатели L32,40, 48 и 58. На рисунке приведена развертка верхней части плунжера с модернизированной формой отсечных кромок. Конфигурация верхней кромки A-B-C-D-E определяет φнп, а нижняя кромка F-G-H управляет φкп.

Предлагается к прочтению: Система электронного управления топливоподачей

Расстояние между кромками по вертикали определяет величину активного хода плунжера hа. При работе двигателя на режиме полного хода величина угла опережения определяется горизонтальным участком кромки A-В. При переходе на режим пониженной нагрузки ~ 85 % плунжер относительно впускного отверстия разворачивается на меньшее hа и подходит под отверстие поднимающимся участком В-С, благодаря этому отверстие во втулке перекрывается плунжером раньше.

Угол опережения увеличивается, позволяя сохранить максимальное давление в цилиндре на прежнем уровне. На протяжении участка С-D этот увеличенный угол опережения впрыска не меняется, что позволяет сохранять максимальное давление цикла (см. кривые Pмакс). Лишь при дальнейшем снижении нагрузки двигателя опережение уменьшается. Внизу рисунка дано сопоставление кривых удельного расхода топлива и для традиционного плунжера и варианта со ступенчатым изменением угла опережения. Выигрыш в расходе топлива на нагрузке 80 % превышает 2,5 %.

Система VIT двигателей MAN-B&W L-MC

Фирма MAN-B&W в мощных малооборотных двигателях LM-C с диаметрами цилиндров больше 42 мм в насосах золотникового типаТопливные насосы золотникового типа с регулированием по концу подачи (рис. 2) проблему изменения угла опережения решила путем аксиального смещения плунжерной втулки.

ТНВД двигателя MAN-B&W
Рис. 2 ТНВД двигателей MAN-B&W

Начало подачи (угол опережения) изменяется путем аксиального перемещения втулки 2 относительно плунжера 1 с использованием приведенного ниже механизма VIT, либо — разворотом топливного кулачка. Для изменения величины подачи топлива меняется момент открытия плунжером отсечного отверстия путем разворота плунжера.

Для реализации отмеченных регулировок используются две рейки, верхняя приводится в действие механизмом VIT и управляет перемещением втулки плунжера, а нижняя управляет разворотом плунжера (рис. 3).

На рисунке показаны впускное и отсечное отверстия 3, впускной клапан 5 и клапан 4 останова — прекращения подачи топлива в форсунки. Над клапаном находится пневмо-цилиндр, связанный с пневматической системой управления двигателем. При команде «стоп» сжатый воздух поступает в пневмо-цилиндр, его поршень опускается и прекращает подачу топлива. Последнее вместо форсунок направляется обратно в корпус ТНВД. Клапан 4 также активируется при поступлении аварийного сигнала о переполнении цистерны при появлении утечек в ТНВД. При опускании втулки (рис. 3) плунжер 2 раньше перекрывает впускные отверстия, а это приводит к увеличению угла опережения и на оборот.

Перемещение втулки обеспечивается имеющейся на ее наружной поверхности винтовой резьбой, входящей в зацепление с поворотной втулкой 3 и рейкой 4, совмещенной с датчиком положения. В систему управления рейкой 4 входят три элемента: вал 10, связанный с управляющим валиком регулятора частоты вращения, клапан управления 12 и перемещающий рейку 4 пневматический исполнительный сервоцилиндр 14. Рабочий воздух поступает в клапан по трубопроводу под давлением Pкл ≈ 5,102 КПа направляется к сервоцилиндру 14.

Входное воздействие на изменение цикловой подачи и угла опережения осуществляется от управляющего валика регулятора частоты вращения 10, который через рычаг 9 воздействует на рейку 6 и поворотную зубчатую втулку 5, осуществляющую поворот плунжера при изменении цикловой подачи. Входное воздействие на положение управляющего клапана (VIT) 12 осуществляется через рычаг 11 и шарнирную тягу 13. Таким образом, активный ход плунжера (цикловая подача) и угол опережения впрыска в этой системе взаимосвязаны программой, заложенной в регулятор оборотов двигателя. Изменение нагрузки (цикловой подачи) в соответствии с программой сопровождается соответствующим изменением угла опережения впрыска. Эксплуатационная настройка системы VITСистемы VIT осуществляется на основе данных, заложенных в графические зависимости положений рейки 4 и штока клапана управления 12 от давлений воздуха в клапане — Pкл и в сервомоторе Pсм.

Двигатель MAN-B&W LM-C
Рис. 3 Механизм VIT в двигателях MAN-B&W LM-C

Для индивидуальной подрегулировки параметров φнпн и hакт, необходимость в которой возникает при изменении показателей воспламеняемости топлива прибегают к изменению положения штока управляющего клапана 12.

Преимущество системы VIT, заключающееся в снижении расходов топлива на частичных нагрузках на 2,5-4 г/кВт·час, является несомненным, но нельзя не признать и отрицательного воздействия VIT на надежность двигателя. Осуществляемое VIT увеличение угла опережения впрыска топлива на нагрузках менее 80 % вызывает жесткое сгорание топлива, отношение Pмакс к Pc увеличивается и это не может не оказывать отрицательного влияния на работоспособность подшипников. Поэтому в ряде случаев, когда отмечается увеличение жесткости работы двигателя, есть смысл пожертвовать выигрышем в экономичности и VIT отключать.

Проверка и регулировка начала подачи топлива

Подготовительные операции

  1. Установить топливную рейку в положение максимальной подачи, демонтировать размещенный на насосе клапан останова двигателя 4 и установить мерительное устройство (см. рис. 4).
  2. Повернуть вал двигателя в положение ВМТ проверяемого цилиндра.
  3. Опустить измерительный стержень до соприкосновения с плунжером, при этом опорные боковые ноги устройства должны упереться в верхний торец втулки.
  4. Зафиксировать по шкале измерительной рейки цифру, которая и определит значение «a» в мм (с учетом знака). Оно представляет собой расстояние от положения, при котором плунжер перекрывает отсечные отверстия до положения, соответствующего нахождению поршня цилиндра в ВМТ.

Одновременно записывается индекс топливной рейки.

Ход плунжера двигателя
Рис. 4 Измерения хода плунжера

Размер «c» определяется как расстояние в мм от крайнего нижнего положения плунжера до прихода его в верхнее положение, соответствующее приходу поршня цилиндра в ВМТ. Для определения «c» нужно зафиксировать положение плунжера в ВМТ поршня рабочего цилиндра и проворачивать вал двигателя до момента прихода плунжера в НМТ (ролик толкателя плунжера выходит на цилиндрическую часть топливного кулака). Пройденное плунжером расстояние и определит величину «c».

Расстояние «b» определяется как ход плунжера от его НМТ до перекрытия плунжером отсечного отверстия.

В общем случае:

c = a  b.

Пример: при измерении получено

a = +12;

b = 5

c = a  b = + 12  (5) = 17 мм.

Величина «с» задается как установочная в заводских протоколах, с ней и следует сравнивать полученный результат. Расхождение измеренных значений с установочными свидетельствует о допущенном в процессе эксплуатации смещениях втулки плунжера по высоте или топливного кулачка. В случае расхождения нужно разворачивать топливный кулачек или изменять положение втулки плунжера по высоте, используя талреп 8 на рейке управления углом опережения (см. рис. 3). Для увеличения «а» и «b» и, соответственно, — опережения и Pмакс, поверните кулак вперед.

Для уменьшения «a и b» (опережения) поверните кулак назад (против вращения). К осевому смещению втулки плунжера прибегают при необходимости регулирования максимального давления сгорания в одном цилиндре. Это достигается осевым смещением втулки плунжера путем изменения индекса рейки, управляющей углом опережения (см. рис. 3, талреп 8). Для увеличения максимального давления газов в цилиндре Pмакс увеличивайте «а» путем увеличения индекса рейки. Снижение Pмакс. достигается уменьшением «а» путем уменьшения индекса рейки.

Изменение индекса на 1 меняет «а» на 1 мм и Pмакс на 0,3-0,4 МПА.

Система VIT двигателей Зульцер RTA

Система VIT, используемая в двигателях Зульцер RTA (рис. 5), функционально аналогична ранее рассмотренной системы VIT двигателей L-MC. В ней величина подачи топлива, контролируемая регулятором Вудворд, механически связана с углом опережения.

Двигатель RTA 62
Рис. 5 Система VIT DENIS-1 двигателя RTA 62

Изменение последнего происходит при изменении подачи топлива и достигается вращением эксцентрика 11 (см. рис. 5 “Топливный насос двигателей Зульцер — RTA”ТНВД Зульцер – RTA), управляющего рычагом 9 впускного клапана. Программа связи в целях сохранения высокой экономичности при переходе на нагрузки менее 100 % предусматривает увеличение угла опережения, обеспечивающего поддержание максимального давления сгорания на допустимом для двигателя уровне.

При уменьшении нагрузки ниже 75 % сохранение угла опережения может привести к росту отношения Pмакс/Pс что, в свою очередь, влечет за собой увеличение ударности нагрузок в подшипниках. Поэтому на этих режимах предусмотрено уменьшение угла опережения — см. рис. 6.

Подача топлива в двигателе RTA
Рис. 6 Фазы подачи топлива при использовании VIT в двигателях RTA

В системе VIT предусмотрено также ручное воздействие на угол опережения, необходимость в котором возникает при изменении характеристик воспламенения и сгорания топлива.

Опыт эксплуатации показывает, что узлы сочленения рычагов и реек быстро изнашиваются и это приводит к рассогласованию механизма VIT. При больших зазорах в подшипниковых узлах сочленений наблюдается перегрузка двигателя — фактическая подача топлива оказывается больше, чем на это указывает индикатор нагрузки. Происходит увеличение задержки впрыска (уменьшение φнп), что сказывается на увеличении температуры выпускных газов и увеличении расхода топлива. Длительная тепловая перегрузка двигателя приводит к выходу из строя компонентов камеры сгорания, к числу которых относятся крышки цилиндров, распылители, поршни, поршневые кольца и втулки цилиндров.

При слишком больших износах возникают затруднения в остановке двигателя посредством сервомотора остановки или гидроусилителя регулятора. Поэтому особенно важно следить за состоянием сочленений системы VIT, рекомендуется еженедельно их смазывать смазкой MOLICOTE-G.

Проверку состояния рекомендуется проводить до проверки фаз топливоподачи ТНВД и в следующей последовательности (рис. 5):

Повторите перечисленные операции при положении индикатора нагрузки в позиции 5, a φнп в позициях 0. Тогда все рычаги должны занимать горизонтальное или вертикальное положения.

Если отмеченные условия не соблюдаются, то необходимо заменить изношенные сочленения.

В двигателях RTA-T в целях улучшения условий для сгорания топлива и повышения экономичности при переходе на нагрузки менее 50 % увеличивается степень сжатия в цилиндрах. Это достигается более ранним закрытием выхлопного клапанаЭлектронное управление и гидропривод выхлопного клапана и, соответственно, более ранним началом сжатия воздуха. Посадка клапана осуществляется путем разгрузки полости над гидропоршнем от давления масла и тогда пружина сажает его на седло.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Ноябрь, 19, 2016 7923 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ