Главная › Новости

Управление моментом впрыска ТНВД VР44

Опубликовано: 30.09.2018

Управление моментом впрыска ТНВД V Р44

    Механизм управления впрыском представляет собой комплексное устройство, включаю­щее датчик угла поворота ротора (угловых импульсов), механизм разворота кулачкового кольца (автомат опережения впрыска) и электромагнитный клапан управления впрыском. Механизм управляется модулем ТНВД и обеспечивает впрыск топлива в моменты, опти­мальные для данных условий эксплуатации двигателя, рассчитываемые по сигналам дат­чиков частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и датчиков, регистрирующих состоя­ние двигателя. Расчет оптимального момента впрыска осуществляется электронным бло­ком управления двигателем, который обрабатывает полученную информацию и сообщает электронному модулю управления насосом расчётные данные топливоподачи- количест­во (дозу) топлива и момент впрыска.

  Электронный модуль определяет действительное положение поршней, для которых был рассчитан момент впрыска и обеспечивает начало впрыска топлива в соответствии с рас­чётными значениями. Для определения положения поршней модулем используются сигна­лы угловых импульсов с датчика положения ротора.

    Точное значение угла опережения впрыска устанавливается с помощью рассчитанной модели согласно значениям частоты вращения приводного вала ТНВД и действи­тельного значения угла опережения.

  Устройства ТНВД, при помощи которых обеспечивается изменение момента впрыска, изображены на рисунке, для лучшего отображения некоторые из них показаны в разверну­том положении относительно оси ТНВД.

    Для обеспечения управления моментом впрыска топлива в заданные моменты времени используется информация о нагрузке, частоте вращения коленчатого вала, положении ротора ТНВД и температуре двигателя.

   Электронный блок двигателя собирает и анализирует информацию о состоянии двигателя согласно сигналам, поступающим с датчиков, и сообщает модулю  ТНВД установочные данные по величине угла опережения впрыска топлива. Задачей модуля является обеспечение впры­ска топлива соответственно установочным значениям. Модуль рассчитывает угловое по­ложение ротора на основании угловых импульсов, поступающих с датчика положения ро­тора, и вырабатывает команду в форме импульсного тока переменной скважности для приведения в действие электромагнитного клапана.

Функции управления ТНВД V Р44

При постоянном начале момента впрыскивания топлива и возрастающей частоте враще­ния двигателя увеличивается угловое значение между началом впрыскивания и началом сгорания топлива, выраженное по углу поворота коленчатого вала, благодаря чему начало сгорания начинает не соответствовать оптимальным моментам относительно положения поршней в цилиндрах.

    Наилучшее сгорание и высокая производительность дизельного двигателя на любой час­тоте вращения и нагрузках достигаются только при определенном положении коленчатого вала и соответственно поршней. При отклонении момента впрыска от оптимальных значе­ний работа двигателя может характеризоваться следующим:

>               если впрыск и сгорание происходят раньше прихода поршня в ВМТ и начало сго­рания начинает опережать оптимальные значения, то давление сгорания резко возрастает, тормозя движение поршней и приводя к «жесткой» работе двигателя. Как следствие раннего впрыска является повышение температуры в камере сгора­ния. Конечным результатом раннего впрыска является снижение мощности двига­теля и увеличение вредных выбросов.

>               если впрыск и сгорание начинают происходить в более поздние моменты относи­тельно оптимальных значений, то топливо не успевает полностью сгореть до от­крытия выпускных клапанов, благодаря чему мощность двигателя также понижа­ется, при этом наблюдается увеличение выброса несгоревших углеводородов.

    Мгновенное положение поршня влияет на движение воздушной массы в камере сгорания, ее плотность и температуру, что сказывается на качестве и скорости смешивания топлива с воздухом.

   На момент воспламенения горючей смеси оказывает значение температура в камере сгора­ния, которая зависит от оборотов двигателя. При повышении частоты вращения увеличи­вается время от начала впрыска топлива до начала его воспламенения. Все перечисленные факторы должны учитываться устройством изменения моментом впрыска и программным обеспечением электронного контура управления. Изменение угла опережения впрыска топлива, заключается в переносе на более ранние или поздние сроки момента впрыскивания топлива при изменении частоты вращения коленчатого вала, авто­матически обеспечиваемое устройством опережения впрыска топлива. При повышении частоты вращения коленчатого вала впрыск должен производиться в более ранние момен­ты времени, при снижении частоты вращения и увеличении нагрузки — в более поздние. Момент впрыска выражается в угловых единицах измерения и оценивается по углу пово­рота коленвала.

Характеристика процесса впрыска

     Впрыск топлива обеспечивается в моменты, обеспечивающие достижение максимального значения давление в цилиндрах в результате сгорания топлива непосредственно после прохождения поршнем ВМТ. Согласно характеристике давление компрессии возрастает равномерно соответственно угловому положению коленвала или положению поршня относительно ВМТ. Максималь­ное значение давления сжатия достигается при положении поршня в ВМТ Давление сго­рания  образующееся в результате увеличения объема газовой смеси при сгорании, резко возрастает после начала сгорания. Пик давления сгорания при оптимальном воспламене­нии находится в непосредственной близости от ВМТ, но после ее прохождения. Впрыск топлива обеспечивается за счет открытия топливных форсунок высоким давлением. Нача­ло нарастания давления топлива НД начинается в момент времени, выраженный в граду­сах поворота коленвала, в момент которого электромагнитный клапан наполнения запирает топливоподающий канал, и камера высокого давления становится герметичной. В результате рабочего хода плунжеров и нарастания давления топлива происходит открытие топливных форсунок высоким давлением. Топливо начинает впрыскиваться через распылитель­ные сопла.

      Момент времени, при котором открываются топливные форсунки, отмечен точкой НВ — нача­ло впрыска . Начала возрастания давления НД и начало давления   НВ.

     Время между началом нарастания давле­ния и началом впрыскивания топлива на­зывается временем задержки впрыска ЗВ. Насос высокого давления V Р44 обеспе­чивает продолжение нагнетания давления на форсунках после их открытия. Давление открытия составляет около 600 бар после чего давление на­гнетания продолжает нарастать, достигая максимального значения при подходе поршня к ВМТ.

Момент опережения впрыска топлива на максимальных оборотах по углу поворота коленвала составляет  16°, у некоторых двигателей максимальное опережение впры­ска может достигать 21°.

Характеристика изменения давления

     Распыленное форсунками топливо попадает в камеру сгорания с высоким давлением и температурой. Для обеспечения воспламе­нения топливо, поступающее в камеру сгорания при низкой температуре, должно быть нагрето до температуры воспламене­ния. Нагрев топлива до температуры вос­пламенения происходит естественным пу­тем в результате контакта с раскаленным воздухом и стенками камеры сгорания, на что затрачивается дополнительное время. При достижении температуры воспламе­нения происходит давление открытия возгорание топлива. Момент начала сгорания обозначен на рис. точкой НГ — начало сгорания . Промежуток времени между началом впрыскивания НВ и началом сгорания НГ является временем запаздывания восстановления (сгорания) .

     При вращении коленчатого вала, электронным модулем распознается его угловое положение по сигналам датчика угловых импульсов.

В расчетный момент «Электронный модуль» дает команду на прекращение впрыска. Команда заключатся в подаче импульса тока на электромагнитный клапан управления наполнением, в результате чего клапан снова открывается. Благодаря закрытию клапана и нагнетательного канала топливо начинает сливаться обратно во внутреннюю полость ТНВД . Высокое давление топ­лива резко сбрасывается до уровня низкого давления, вследствие чего топливные форсунки закрываются, и прекращается впрыск топлива.

Момент прекращения впрыска топлива обозначен точкой КВ — завершение (оконча­ние) впрыска . После завершения впрыска происходит сгорание остатков чистого топлива, рост давления в цилиндрах достигает максимума в момент завершения сгорания, что соот­ветствует точке ОС — окончание (завершение) сгорания .

В процессе впрыска топлива под высоким давлением через сопла топливных форсунок возникает ударная волна, которая распространяется со скоростью звука в топливопроводе высокого давления. Время распространения ударной волны зависит от длины топливо­провода высокого давления и скорости распространения звука в дизельном топливе, со­ставляющей около 1500 м/с.

Время распространения волны является временем между началом роста давления НД на­чалом впрыска НВ, поэтому указывается также как время задержки впрыска ЗВ. Запазды­вание впрыска является по существу не зависящим от частоты вращения, тем не менее, угол поворота коленчатого вала между началом возрастания давления и началом впры­ска реально увеличивается совместно с частотой вращения коленчатого вала. Вследствие этого открытие сопел (распылителей) топливных форсунок должно запаздывать относи­тельно положения поршней цилиндров.

Управление  моментом впрыска

    Исполнительным устройством, обеспечивающим впрыск топлива в расчетные моменты времени, задаваемые углом опережения впрыска и выраженные в градусах поворота коленвала до прихода поршня в ВМТ, является электромагнитный клапан автомата опереже­ния впрыска. Электромагнитный клапан управляет перемещением исполни­тельного поршня автомата опережения, изменяющего угловое положение кулачкового кольца, от которого зависит начало или момент впрыска топлива. Регулирование момента впрыска топлива производится в зависимости от частоты вращения двигателя и количест­ва впрыскиваемого топлива как меры нагрузки на двигатель. Момент впрыска устанавли­вается по угловому положению коленчатого вала и выполняется до прихода поршня в ВМТ. Поэтому расчет момента производится в градусах поворота коленвала. Действитель­ное начало впрыска топлива, выраженное в градусах угла поворота коленвала до прихода поршня в ВМГ и называется углом опережения впрыска.

    Базовый угол опережения впрыска топлива рассчитывается контроллером в зависимости от частоты вращения коленвала и расчетной массы топлива. Параметры впрыска топлива имеют сложную функциональную  зависимость, их оптимальные значения записаны в программируемую память в форме матрицы данных.

   Чем больше поступает топлива в камеру сгорания, тем длительнее происходит процесс впрыска топлива. Так как временное окно между началом НВ и окончанием КВ впрыска топлива не может быть достаточны: в диапазоне высокой частоты вращения коленвала, то начало впрыска должно быть перенесено на более ранние моменты.    Таким образом, в диапазоне высоких оборотов впрыск топлива производится с опережением, и угол опережения впрыска достигает максимальных значений. Если в цилиндры впрыски­вается увеличенное количество топлива, а вращение коленвала происходит на малых обо­ротах, то угол опережения впрыска также смешается в сторону увеличения. Это объясня­ется необходимостью увеличения времени для сгорания увеличенного количества топлива и обеспечения максимального давления сгорания в момент преодоления поршнем ВМТ. Более ранние моменты впрыска также необходимы для предупреждения удара струй топ­лива о днище поршня, что может происходить при впрыске топлива в момент нахождения поршня вблизи ВМТ. Сгорание топлива на поверхности днища поршня приводит к значи­тельному повышению температуры поршня и выгоранию металла перегородок поршня. При превышении средних оборотов, а также при переходе диапазона средних нагрузок системой управления отменяется действие вспомогательных систем, рециркуляции вы­хлопных газов, торможения выхлопом. В эти моменты возможно кратковременное повы­шение оборотов коленвала. Учитывая это явление, в характеристике моментов впрыска имеется узкая область, в которой отмечаются увеличенные значения углов опережения впрыска.

   При старте дизеля угол опережения впрыска составляет минимальную величину 0 -5°, не­посредственно после выполнения успешного пуска момент впрыска зависит от оборотов и условии работы двигателя, для которых рассчитывается необходимая доза топлива. Необ­ходимо учитывать, что для обеспечения успешного пуска горючая смесь обогащается, а после достижения дизелем оборотов устойчивого воспламенения 600 об/мин подача топ­лива резко снижается.  При движении на малых нагрузках и малых оборотах коленвала, когда скорость поршня низкая, впрыск топлива происходит на такте рабочий ход, и момент впрыска происходит с запаздыванием в диапазоне углов  0 — 2,5°. При движении с частично нажатой педалью акселератора (средние нагрузки) и в случае возрастания скорости вращения коленвала, угол опережения впрыска должен возрастать от 5° до 15°. Если, наоборот, скорость дви­гателя сохраняется постоянной, например, составляет среднее число оборотов 2500 об/мин, а нагрузка постоянно увеличивается, то момент впрыска топлива изменяется сложным образом. Для преодоления возрастающей нагрузки водитель должен постоянно увеличивать угол открытия педали акселератора, вследствие чего контролер увеличивает расчетное количество впрыскиваемого топлива кратно увеличению сигнала с датчика по­ложения педали. При увеличении угла открытия педали акселератора подача топлива в цилиндры возрастает.      Во время работы двигателя в диапазоне частичных нагрузок при увеличении подачи топлива угол опереже­ния впрыска уменьшается примерно от 4,3° до 1.4°, обеспечивая низкую токсичность и чистоту выхлопа. В диапазоне нагрузок, близких к полным, возрастает масса впрыскивае­мого топлива, которому при постоянной скорости поршня требуется больше времени для полного сгорания, вследствие чего угол опережения впрыска топлива начинает увеличи­ваться. Благодаря увеличению количества впрыскиваемого топлива угол опережения впрыска возрастает, примерно, в диапазоне от 2,2° до 7,4°.

В память электронного модуля управления насосом записаны массивы базовых значении углов опережения впрыска в зависимости от частоты вращения и количества впрыскивае­мого топлива. Фактическое количество впрыскиваемого топлива является расчетной вели­чиной и определяется в результате умножения базового количества на поправочные коэффициенты. В память модуля записываются массивы поправочных коэффициентов, кото­рые в зависимости от состояния двигателя и внешних факторов извлекаются микропро­цессором из памяти для расчета скорректированного фактического количества топлива. Исходя из фактического количества топлива, устанавливается окончательное значение мо­мента впрыска.

Поправочные коэффициенты записаны для изменяемых диапазонов температуры двигателя, температуры воздуха на впуске, внешнего давления. При эксплуатации автомобиля в гористой местности при высоте над уровнем моря свыше

1500м величина давления вносит существенные поправки на количество впрыскиваемого топлива. Основными датчиками для определения момента впрыска являются датчик положения ротора, определяющий угловое положение ротора, и

датчик ВМТ, предназначенный для расчета частоты вращения коленвала и положения поршня в каждом цилиндре относительно ВМТ.

Наличие совместных сигналов с этих датчиков позволяет идентифицировать положение поршня цилиндра №1 (или №3) относительно ВМТ в окончании такта сжатия. Положение прочих цилиндров относительно     ВМТ   рассчитывается  микропроцессором согласно порядку работы двигателя и импульсам с ВМТ- датчика.          Количество импульсов, поступающих на ЭБУ двигателя с ВМТ- датчика в течении одного оборота коленвала соответствует числу цилиндров.

Доступ к датчику положения ротора ограничен и возможен только после разборки ТНВД, поэтому проверка работоспособности датчика может быть выполнена с использованием косвенных приемов. Расположение датчика изображено на рисунке.       Микропроцессор использует сигналы с обоих датчиков для расчета точной позиции рото­ра, в которой должно происходить начало впрыскивания топлива и обеспечивать при по­мощи исполнительного поршня автомата опережения впрыска поворот кулачкового коль­ца в расчетную позицию.

В целях повышения точности и контроля действительного начала момента впрыска в цифровой системе управления может использоваться датчик начала впрыска, устанавли­ваемый в одной из форсунок, обычно первого цилиндра. Датчик вырабатывает электриче­ский сигнал в момент подъема иглы форсунки, что соответствует началу впрыска. Сигнал с датчика поступает на электронный модуль и сравнивается с расчетным значением. Сиг­нал с датчика подъема иглы форсунки начинает учитываться в расчете момента впрыска, если его величина отличается от расчетной. Это означает, что действительное начало впрыска топлива происходит в моменты, отличающиеся от расчетных. В этом случае сиг­нал с датчика используется для корректировки положенодного прямо­угольного импульса, следующего с перио­дом 3°.

ия поршня автомата с тем, чтобы действительное начало впрыска топлива привести в точное соответствие расчетному зна­чению. Основным параметром, используемым для определения момента впрыска, являет­ся, таким образом, расчетное значение.  Прохождение каждого зу­ба означает формирование одного прямо­угольного импульса, следующего с перио­дом 3°.