4.7.2. Керування впускними, випускними каналами і газорозподілом

Заслонки чи клапани в керованих впускних і випускних каналах газообміну можуть пересуватися безпосередньо електромагнітами або електропневматичними виконавчими механізмами. Для релейного керування достатньо розімкненої системи з програмною адаптацією. Неперервне керування можливе з допомогою пропорційних достатньо лінійних виконавчих механізмів. Для вказаних видів керування процесами у впускних і випускних каналах контроль за отриманими параметрами повітряного заряду або робочого процесу утруднений або взагалі неможливий. Тому для забезпечення необхідної точності, включаючи ідентичність керованих параметрів газообміну всіх циліндрів двигуна, в загальному випадку необхідні замкнуті локальні системи регулювання із зворотними зв’язками за положенням виконавчих механізмів. Для цього виконавчі механізми повинні бути оснащені давачами положення. За умови достатньої стабільності характеристик цих механізмів можна використовувати зворотні зв’язки без спеціальних давачів, наприклад, безпосередньо в мікроконтролері за струмом (при імпульсній модуляції – середньому значенню) в електромагнітах або за кількістю імпульсів (при використанні крокового двигуна).

Програмне адаптивне керування впускними і випускними каналами ведеться мікроконтролером за вибраним із умов оптимізації робочого процесу залежностямиположень виконавчих механізмів від положення педалі керування двигуна, його стану і умов роботи. Зокрема, проводиться автоматичне відключення системирециркуляції залежно від температури охолоджувача при пуску двигуна і в деяких інших режимах.

МПСК клапанами газорозподілу за складом, структурою і алгоритмами керування аналогічні системам керування тривалістю і випередженням вприскування палива, напрклад, в акумуляторних системах. Тобто вони не вимагають встановлення на двигун спеціальних давачів для організації зворотніх зв’язків. Переважно для них достатня програмна адаптація. Проте в стедовому мікроконтролеріф потрібна також пошукова адаптація.

4.8. Мпск кількістю працюючих циліндрів

Одним з недоліків існуючих двигунів є неможливість змінювати форму камери згорання і її параметрів при зміні режимів роботи двигуна. Камери згорання вибирають з умов оптимізації робочого процесу при роботі в найважчих режимах роботи двигуна. Тому під час вільного ходу і малих навантаженнях досягнення оптимальності робочих процесів практично виключено.

В двигунах з іскровим запалюванням і зовнішнім сумішеутворенням зменшення навантаження принципово веде до зниження паливної економічності. Це пов’язано не тільки із зниженням механічного ККД двигуна, але й із ростом втрат при дроселюванні заряду на впуску і зі зниженням індикаторного ККД внаслідок погіршення процесу згорання.

Одним з дієвих заходів подолання вказаних недоліків є відключення частини циліндрів в цих режимах. В граничному найефективнішому варіанті виключається подання палива і повітря. Для збереження температур деталей циліндропоршневої групи доцільно чергування відключень циліндрів. Практично доводиться періодично відключати декілька послідовних циклів в чережних цидіндрах. Навантаження працюючих циліндрів зростає, і процеси в них наближаються до оптимальних.

Відключення циліндрів, інколи застосовуване в гідромеханічних системах керування, не завжди виконується повною мірою автоматично. Гідромеханічні виконавчі механізми індивідуального керування роботою кожного циліндра конструктивно складні і мало надійні. Електронні системи паливоподачі і газообміну розширюють можливості регулювання кількості працюючих циліндрів.

Експериментальні дослідження двигунів дозволяють встановити оптимальне, з точки зору прийнятого критерію якості роботи двигуна, кількість працюючих цилірдрів на кожному режимі його роботи. Тому програмне керування кількістю працюючих у функції частоти обертання і навантаження двигуна достатньо ефективне.

За наявності давача навантаження (або крутного моменту) реалізація програмного регулювання кількості працюючих циліндрів не створює няких труднощей. Проте регулювання кількості працюючих циліндрів замкнутими МПСК ефективніше. Регульованим параметром в таких системах є вихідний сигнал регулятора частоти обертання двигуна. Цей сигнал визначає величину циклової подачі палива в працюючі циліндрри. Задача системи – стабілізація подання палива шляхом зміни кількості працюючих циліндрів.

На ри. 4.17 подано схему МПСК дизеля, яка в в якості основної ведучої частини має систему автоматичного регулювання кількості обертів двигуна – САРЧ і систему автоматичного регулювання кількості працюючих циліндрів – САРКЦ.

Рис. 4.17. МПСК кількістю працюючих циліндрів

ЗР –задавач режиму роботи двигуна; система автоматичного регулювання частоти обертання двигуна САРЧ: ЗЧ задавач частоти; РЧ – регулятор частоти обертання ; ФРІФ – формувач–розподілювач імпульсі форсунок; ЕКФ –електроннокеровані форсунки; система автоматичного регулювання кількості працюючих циліндрів (САРКЦ): ЗКЦ –задавач кількості працюючих циліндрів; РКЦ –регулятор кількості працюючих циліндрів; БЧВ –блдок чергування відключенн циліндрів; ФРІК –формувач–розподілювач командних імпульсів клапанів газороозподілу; ЕСГР – електронна система газорозподілу; І_кд – положення педалі керування двигуном; І_зч – положення механізму зчеплення; N_пд – номер увімкненої передачі; N_е –навантаження на двигун; p_н – тиск наддуву; t_м – температура масла; u_вик – уставка вимкнення циліндра; u_вкл – уставка увімкнення циліндра; і –кількість працюючих циліндрів

Замість електрокерованих форсунок можуть бути також використані насоси високого тиску або насос–форсунки. Задавач режиму роботи двигуна на підставі інформації про положення педалі керування двигуном, положення механізму зчеплення, увімкненій передачі, навантаженні на двигун, тиску наддуву, температурі, частоті обертання двигуна, а також про вихідний сигнал регулятора частоти олбертання, виробляє завдання локальним МПСК, включно з САРЧ і САРКЦ.

На рис. 4.18 представлена діаграма–пояснення регулювання кількості працюючих циліндрів.

У нижній частині діаграми показано залежності витрати палива двигуном від навантаження для різних значень кількості працюючих циліндрів; у середній – залежність вихідного сигналу регулятора частоти від навантаження; у верхній – встановлена регулятором кількість працюючих циліндрів.

Задавач кількості працюючих циліндрів виробляє два значення вихідного сигналу регулятора частоти u_вик і u_вкл, при яких повинні здійснюватися виключення і включення циліндрів. Інтервал від u_вик до u_вкл, вибрано з необхідності подачі такої кількості палива, яка забезпечила б в працюючих циліндрах робочий процес достатньо близький до оптимального за витратою палива.

Уставки (задані значення сигналів, досягши яких необхідно перемикати кількість циліндрів) u_вик і u_вкл подаються на вхід регулятора кількості працюючих циліндрів, де з ними порівнюється поточне значення сигналу u_ч. Якщо при роботі всіх циліндрів навантаження двигуна знижується до рівня, позначеного 1, u_ч стає рівним u_вик і регулятор кількості працюючих циліндрів подає команду на відключення одного з циліндрів. Ця команда через блок чергування відключень поступає на формувач–розподільник управляючих імпульсів форсунок і на формувач–розподільник керуючих імпульсів клапанів газорозподілу, внаслідок чого у вибраний циліндр не здійснюється подача палива і повітря. Тим самим робота двигуна перекладається з характеристики і=n на характеристику і=n–1, при роботі на якій необхідна потужність двигуна забезпечується з меншою витратою палива.

При подальшому зниженні навантаження до рівня 2 поточне значення сигналу u_ч, знову стає рівним u_вик і регулятор кількості працюючих циліндрів подає команду на відключення ще одного циліндра. Двигун починає працювати по характеристиках і= n– 2 з ще меншою витратою палива.

При більшому зниженні навантаження аналогічно виробляються переходи на режими і= n– 3, і= n – 4 тощо.

4 4' 3 3' 2 2' 1 1'

Рис.4.18. Діаграма регулювання кількості працюючих циліндрів

N_e – навантаження на двигун; і – кількість працюючих циліндрів; n – загальна кількість циліндрів двигуна; u_ч – вихідний сигнал регулятора частоти; u_вик – уставка виключення циліндра; u_вкл – уставка включення циліндра; G– витрата палива

Якщо ж навантаження двигуна, наприклад, з позиції 2, починає збільшуватися, то сигнал u_ч, що змінюється за характеристикою і= п–2 при навантаженні двигуна позначеному 2', стає рівним u_вкл. При цьому регулятор кількості працюючих циліндрів включає в роботу один з вимкнених циліндрів. Двигун починає працювати за характеристикою і= n–1, де збільшена потужність забезпечується з меншою витратою палива. Включення в роботу циліндра, що залишився не вимкненим здійснюється аналогічно при збільшенні навантаження двигуна до рівня 1'.

Різниця уставок u_вик і u_вкл вибирається з умови виключення автоколивань в системі регулювання кількості працюючих циліндрів. Для цього необхідно, щоб режими навантажень двигуна в точках 1 і 1', 2 і 2', 3 і 3', 4 і 4' тощо, що визначаються різницею u_вик і u_вкл були не менші за розмах коливань навантаження двигуна в усталених режимах поблизу відповідних точок перемикання.

МПСК кількістю працюючих циліндрів є релейною системою автоматичної стабілізації вихідного сигналу регулятора частоти. Але в результаті її дії знижується витрата палива. Для повнішого підвищення ефективності роботи двигуна величини u_вик і u_вкл, можуть програмно–адаптивно змінюватися у функції числа працюючих циліндрів, частоти обертання двигуна, параметрів наддувного повітря, станів інших агрегатів енергетичної установки і температурного стану двигуна. При цьому залежності u_вик і u_вкл у функції N_е нелінійні і неоднозначні.

Чергування відключення циліндрів, здійснюване блоком чергування відключень, доцільне для вирівнювання умов роботи всіх циліндрів. При цьому МПСК числом працюючих циліндрів стає близькою до системи керування частотою обертання двигуна, діючої шляхом відключення циклів. З другого боку, розділення функцій регулювання частоти обертання і кількості працюючих циліндрів забезпечує збереження високої якості регулювання частоти обертання в перехідних процесах і на сталих режимах і досягнення вищого рівня оптимізації робочого процесу в працюючих циліндрах.