Система привода включает цилиндр активатора, заполненный маслом под высоким давлением из гидроаккумулятора через регулирующий клапан, активируемый электрическим сигналом от электронного блока (рис. 1).
Рис. 1 Сервопривод для ТНВД и выпускного клапана
Перечисленные элементы практически выполняют функции традиционной механической системы привода клапанов, которая состояла из распределительного вала с кулачком, толкателя и коромысла. В рассматриваемой системе гидропривода управляющий клапан при получении сигнала электронной почты от электронного блока в требуемый момент открывает доступ гидравлического масла высокого давления к сервопоршню, который при движении вниз открывает клапан. Закрытие клапана происходит после перемещения регулирующего клапана в положение, при котором полость активатора сбрасывается из-под давления масла.
Следовательно, полость гидроусилителя также разгружается, и пневматическая пружина поднимает клапан в закрытое положение. В конструкции сервоприводов предусмотрены демпферы, гасящие толчки при открытии и закрытии клапана. Движения клапана контролируются установленным на корпусе датчиком, реагирующим на изменение расстояния между ним и измерительным конусом, напрессованным на шток клапана.
Рис. 2 Влияние характера впрыска на изменение давления в цилиндре
Важно отметить, что предоставляемая электроникой возможность изменять фазы открытия и закрытия клапанов позволяет оптимизировать их в соответствии с режимом работы двигателя.
Электронное управление лубрикатором
Использование микропроцессоров в системе управления двигателем позволило решить давнюю проблему организации смазки цилиндров. В традиционной системе, в которой используется механическое действие лубрикаторов, ряд компаний для уменьшения подачи масла на смазку цилиндров с уменьшением нагрузочного режима связывают механизм подачи с положением рейки топливного насоса.
Но к сожалению не удалось добиться синхронизации подачи с движением поршня рабочего цилиндра, и это привело к тому, что часть масла, поступающего из штуцеров, попадала в цилиндр над поршнем, а по мере его движения вверх поршневые кольца двинулся в сторону камеры сгорания, где и сгорел. Часть масла выходила из штуцеров цилиндра под поршень и по мере движения вниз выбрасывалась в промывочное и выпускное окна в кольцах. Идеальной подачей считается момент выхода масла из штуцера в зазоре между первым и вторым поршневыми кольцами. Тогда масло хорошо распределяется по поверхности цилиндра и устраняются отмеченные ранее потери.
В современной системе эта проблема успешно решена и экономия расхода цилиндрового масла в двигателях ME составляет более 0,3 г/кВт-час. Концепция новой системы смазки цилиндров с электронным управлением показана на рис. 3. Масло из маслобака цилиндра поступает в насосную станцию, где давление повышается до 4,5 МПа и направляется в индивидуальные аккумуляторы для каждого цилиндра и далее в лубрикаторы. Станция имеет два рабочих насоса и один автоматически включается в резервный режим. Количество масленок (1 или 2) на каждом цилиндре зависит от размеров цилиндра (количества фитингов).
Рис. 3 Электронная система смазки цилиндров
Лубрикатор (см рис. 4) снабжен поршнем гидроусилителя, подача масла к которому осуществляется через быстродействующий двухпозиционный клапан, управляемый микропроцессором. Поршень приводит в движение поршни насоса высокого давления, расположенные по окружности, обеспечивая подачу одинакового количества масла ко всем точкам смазки и практически одновременно. Количество поршней соответствует количеству точек смазки. Лубрикатор подает масло через каждые 4-5 и более оборотов коленчатого вала в зависимости от требуемой скорости потока, выраженной в мкг/кВт-час. Увеличение подачи достигается за счет увеличения частоты подачи, уменьшение — наоборот.
Время впрыска (момент подачи) задается микропроцессором с большой точностью, так что масло поступает в цилиндр в тот период, когда поршень с комплектом колец находится в плоскости штуцера. Продолжительность кормления находится в пределах ≈0,1 градуса пкв. Величина давления, создаваемого поршнями в нормальных условиях, составляет 4,5 МПа; при закоксовывании отверстий она может значительно увеличиваться, обеспечивая гарантированную подачу.
Рис. 4 Электронный лубрикатор
Система электронного управления фирмы Зульцер
В 1998 году начались стендовые испытания полноразмерного двигателя с электронным управлением. В январе 2001 года был испытан и позже установлен на корабле первый промышленный двигатель 6RT-flex 58T-B. Электронная система управления Sulzer во многом похожа на систему MAN-B&W. Системы подачи топлива, выпускные и пусковые клапаны управляются электронным блоком управления, который получает сигналы от ряда датчиков и, прежде всего, от датчика положения коленчатого вала (см рис. 5).
Существенным отличием от системы MAN является отсутствие гидравлического ТНВД. Использование аккумуляторной системы подачи топлива. Назначение, классификация и схемы работы систем подачи топлива в судовых дизелях устранили необходимость в сервоприводе ТНВД, использующем масло, сжатое до высокого давления, что в некоторой степени упрощает систему. Для сжатия топлива до давления 100 МПа используются топливные насосы золотникового типа, давно доказавшие свою высокую надежность. Они приводятся в движение дисками, профиль которых включает несколько кулачков, обеспечивающих необходимую производительность.
Сжатое до 100 МПа топливо поступает в аккумулятор, представляющий собой толстостенную трубку, проходящую по длине двигателя чуть ниже крышек цилиндров. Для устранения динамического действия волн давления, которые могут возникнуть в гидроаккумуляторе, в нем размещено устройство для их гашения. Подачей топлива управляет блок управления, установленный на каждом цилиндре, который получает командные сигналы от микропроцессора WEGS 9500. Под действием этих сигналов быстродействующие регулирующие клапаны открывают или закрывают доступ топлива к штатным форсункам.
Функция блока заключается в контроле фазы начала подачи, количества впрыскиваемого топлива и формы кривой подачи (практически говоря закон подачи). Интересно, что распределение топлива, включая моменты и форму кривой подачи, выполняется для каждой из трех форсунок независимо, и работа каждой может быть запрограммирована индивидуально или идентично.
Также следует отметить, что компания Sulzer первой применила аккумуляторную систему подачи топлива для работы на тяжелом топливе. Для исключения воздействия горячего тяжелого топлива на быстроходные регулирующие клапаны, расположенные в блоке управления, используют сервопривод. Масло для него под давлением 20 МПа поступает из гидроаккумулятора, который также используется для сервопривода выпускного клапана. Масло в гидроаккумулятор поступает от гидравлических насосов, которые работают от того же привода (зубчатый привод от коленчатого вала), что и топливные насосы.
Рис. 5 Схема электронной системы управления двигателей Sulzer
фазы открытия и закрытия выпускных клапанов управляются микропроцессором через отдельные блоки управления, которые имеют быстродействующие клапаны, аналогичные тем, которые используются для управления подачей топлива. Устройство сервопривода выпускного клапана такое же, как ранее использовавшееся в двигателях RTA.
Используемая ранее система контроля и диагностики технического состояния, разработанная на основе экспертного анализа, включена в состав новой электронной системы управления двигателем. Сегодня это позволяет автоматизировать процесс управления двигателем и оптимизировать работу без участия человека.
Для обеспечения устойчивых оборотов при малейшем ходе в системе управления предусмотрена возможность последовательного включения каждой из трех форсунок внутри каждого цилиндра, либо работа на две и даже на одну форсунку (см рис. 6). Уменьшение количества работающих форсунок приводит к увеличению продолжительности и стабильности подачи. В результате фирма обеспечила возможность стабильной работы двигателя на оборотах 10-12% от номинала.
Рис. 6 Неисправность топливной аппаратуры
