CC BY
13Электронная система управления двигателями
внутреннего сгорания, работающими в газодизельном режиме
И.М. Коростышевский,
директор - главный конструктор ООО «НТЦ «Авангард», Ю.А. Коцарь,
профессор Саратовского государственного аграрного университета (СГАУ) им. Н.И. Вавилова, д.т.н.
В период 2006-2008 гг. ООО «НТЦ «Авангард» по предложению ОАО «НПК «Уралвагонзавод» разработало электронную систему управления двигателем ЯМЗ-236Д, работающим в газодизельном режиме, установленным на выпускаемом «Уралвагонзаводом» тракторе РТМ-160 (рис. 1). Целью разработки было создание такой системы управления двигателем, которая обеспечивала бы оптимальную величину запальной дозы дизтоплива, регулировку подачи газа, устойчивую работу двигателя как в дизельном, так и в газодизельном режимах.
Рис. 1. Общий вид трактора РТМ-160 с установленным на нем газобаллонным оборудованием
Для отработки системы в НТЦ «Авангард» был передан заводом серийный трактор РТМ-160. Для проведения испытаний трактора в полевых условиях и объективной оценки его работы с электронной системой управления был привлечен Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова.
На испытуемом тракторе была установлена газотопливная аппарату-
ра, разработанная НТЦ «Авангард». Принципиальная схема размещения газобаллонного оборудования (ГБО) на тракторе представлена на рис. 2.
Разработанная структурная схема системы управления двигателем (ЭСУГД-160) представлена на рис. 3.
Электронная система управления состоит из следующих элементов:
■ электронного блока управления;
■ датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД), положения рычага управления ТНВД, температуры охлаждающей жидкости двигателя;
■ исполнительного механизма (ИМ) управления рейкой ТНВД;
■ электронного дозатора газа с отсечным клапаном, датчиками давления и температуры газа;
■ смесителя газа;
■ дроссельного патрубка с электронным управлением (в окончательном варианте системы);
■ переключателя режима работы;
■ сигнальных ламп;
■ низковольтных жгутов с диагностической колодкой.
Электронный блок БУ-160 (рис. 4) представляет собой вычислительное устройство, выполненное на многослойной печатной плате с электрорадиоэлементами поверхностного монтажа. Питание блока осуществляется напряжением +12В от бортовой системы трактора. Электронный блок обрабатывает сигналы с датчиков, формирует алгоритмы управления рейкой топливного насоса и дозирования расхода газа.
Электронная система управления имеет два режима работы:
■ дизельный;
■ газодизельный.
В дизельном режиме система работает следующим образом.
Электрический сигнал с датчика положения рычага управления ТНВД поступает в электронный блок управления. Одновременно в электронный блок управления поступает сигнал с датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя и с датчика положения рейки ТНВД.
В зависимости от положения рычага управления насосом (датчика частоты вращения коленчатого вала
Транспорт на КПГ
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 2. Принципиальная схема размещения ГБО на тракторе: 1 - смеситель; 2 - впускной трубопровод; 3 - дроссельный патрубок; 4 - дозатор газа; 5 - редуктор; 6 - вентиль; 7 - баллон; 8 - датчик температуры; 9 - исполнительный механизм; 10 - электронный блок управления (ЭБУ); 11 - датчик положения рычага управления; 12 - датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 13 - датчик положения рейки ТНВД; 14 - ТНВД
двигателя) электронный блок вырабатывает сигнал на перемещение рейки ТНВД. Тем самым рейка ТНВД устанавливается в положение, обеспечивающее подачу дизельного топлива, необ-
ходимого для поддержания заданной рычагом управления частоты вращения коленчатого вала двигателя.
В газодизельном режиме параллельно работе канала электронного
регулирования положением рейки ТНВД включается канал регулирования подачей газа, то есть происходит одновременная подача дизельного топлива и газа в двигатель трактора.
Рис. 3. Структурная схема электронной системы управления газодизельным двигателем
«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (8) март 2009 г. Т^е^^вь. Л ИИ ЧЩф № ЕВШ ЧИНИШЬ КЧ^
Рис. 4. Электронный блок управления (ЭБУ)
Двигатель трактора РТМ-160 запускается в дизельном режиме. После прогрева двигателя по сигналу с датчика температуры охлаждающей жидкости происходит автоматический переход системы в режим «газодизель». Электронный блок управления дает команду исполнительному механизму, который переводит рейку топливного насоса в положение ограничения дозы дизельного топлива и одновременно с этим дает команду на открытие электромагнитного клапана, установленного на редукторе высокого давления для подачи газа. Газ низкого давления после редуктора поступает в дозатор, который также приводится в рабочее состояние от электронного блока управления. Далее газ поступает по трубопроводу в смеситель, установленный в воздушном коллекторе, и смешивается с воздухом для подачи
его в рабочие камеры двигателя. Электронный блок управления формирует управляющий сигнал с учетом давления и температуры газа на изменение проходного отверстия дозатора, тем самым обеспечивая подачу необходимого объема газа в двигатель.
Таким образом, электронным блоком управления формируются одновременно два сигнала дозирования топлива - дизельного и газового в зависимости от положения рычага управления ТНВД. Соотношение между объемами дизтоплива и газа при совместной подаче на всех режимах работы двигателя определяется алгоритмом управления, заложенным в память электронного блока.
Алгоритмом управления электронного блока предусмотрено увеличение мощности двигателя за счет увеличения подачи газообразного топлива. Изменение расхода газа определяется требуемой мощностью двигателя, а запальная доза дизтоплива должна обеспечивать надежное воспламенение газовоздушной смеси на всех режимах работы и быть достаточной для охлаждения распылительной головки форсунки. При работе двигателя трактора на максимальных мощностях необходимый объем подаваемого дизтоплива находился в пределах 15-25% от общего объема расхода топлива.
Рис. 5. Панель кабины водителя трактора РТМ-160 с прибором управления режимами работы трактора: 1 - тумблер включения питания; 2 - ключ зажигания; 3 - панель управления режимами работы двигателя
Электронный блок управления настроен таким образом, что переход от дизельного режима в газодизельный происходит без детонаций, рывков, провалов и других нестабильных режимов работы двигателя.
При работе трактора в газодизельном режиме при прекращении подачи газа (газ израсходован) электронный блок автоматически переключает работу двигателя в дизельный режим. Для управления двигателем в кабине трактора на приборной панели дополнительно смонтирована панель управления режимами работы двигателя (рис. 5, 6).
Рис. 6. Прибор управления режимами
работы трактора: 1 - переключатель режимов работы двигателя; 2 - кнопка управления рейкой ТНВД; 3 - сигнальные лампы
В системе подачи газа был применен разработанный ранее двухступенчатый редуктор высокого давления РВД-200/2-45 с установленным на нем электромагнитным клапаном высокого давления (рис. 7).
Дозатор газа 4.003 (рис. 8) обладает высокой точностью дозирования (±0,5%) и имеет возможность перекрывать подачу газа в двигатель на режиме принудительного холостого хода, что позволяет не только экономить топливо, но и предотвращать хлопки и разрывы глушителя.
Для определения величины подаваемого газа на дозаторе установлен датчик температуры и давления.
Расположение газового редуктора и дозатора газа в подкапотном пространстве показано на рис. 9.
Датчики частоты вращения коленчатого вала двигателя, положения
Транспорт на КПГ
Рис. 7. Двухступенчатый редуктор высокого давления РВД-200/2-45 с установленным электромагнитным клапаном высокого давления
рейки ТНВД, положения рычага управления ТНВД и механизм управления рейкой ТНВД установлены на доработанном топливном насосе в районе снятого механического регулятора путем изготовления новых деталей и новой крышки. Примененный исполнительный механизм управления рейкой позволяет с высокой точностью регулировать запальную дозу дизельного топлива.
Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в рубашке охлаждения двигателя рядом со штатным датчиком температуры.
Датчики положения рейки ТНВД, положения рычага управления ТНВД, температуры охлаждающей жидкости, давления и температуры газа после редуктора выпускаются серийно промышленными предприятиями РФ.
Дроссельный патрубок ПДУ-90, разработанный ООО «НТЦ «Авангард», будет устанавливаться во впускной тракт двигателя между коллектором и воздушным фильтром при вариантном исполнении системы.
Переключатель режима работы, лампы режима работы и диагностическая лампа располагаются на приборной панели трактора.
Испытания электронной системы управления ДВС, работающего в газодизельном режиме, проводились на тракторе РТМ-160 в Саратовской области в пос. «Водник», в с. Топов-ка Лысогорского района и на полях НИИСХ (г. Саратов) по разработанной СГАУ методике в соответствии с требованиями ГОСТ 7057-2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний».
Трактор РТМ-160 был снабжен комплектом дополнительного оборудования, обеспечивающего возможность проверки его функций в соответствии с программой испытаний. Перед проведением испытаний трактор прошел техническое освидетельствование и ТО2.
На тракторе были установлены 8 металлопластиковых баллонов объемом по 80 л каждый.
В процессе экспериментальных испытаний определялись основные эксплуатационные характеристики трактора:
■ сила тяги на крюке;
■ рабочая скорость;
■ расход дизельного топлива;
■ расход природного газа.
Для измерения расхода дизтоп-лива применялась мерная емкость. Расход газа определялся путем измерения перепада давления на бал-
лоне до и после проведения эксперимента.
Испытания проводились на характерном участке поля, длина загона определялась из условия получения достоверных результатов. Время на повороты не превышало 5% от общего времени движения.
Дополнительно были проведены испытания при выполнении трактором транспортных работ. Для проведения испытаний в транспортном режиме была использована емкость для приготовления органических удобрений. Поскольку испытания проводились в зимний период, то были произведены замеры снежного покрова, глубина которого колебалась от 32 до 40 см.
По результатам испытаний была составлена графическая зависимость потребления дизельного и газообразного топлива от силы тяги на крюке трактора (рис. 10).
Из графика (рис. 10) видно, что суммарное значение расхода газообразного и дизельного топлива при работе в газодизельном режиме меньше, чем дизельного топлива при выполнении основных видов полевых работ.
При проведении экспериментальных работ установлено, что при увеличении сопротивления плуга зафиксировано уменьшение расхода дизтоплива.
Рис. 9. Газотопливная аппаратура в подкапотном пространстве трактора: 1 - газовый редуктор; 2 - газовый дозатор
Рис. 10. Зависимость потребления дизельного и газообразного топлива от силы тяги на крюке, создаваемой трактором, где I-III - скорости трактора; штриховая линия - расход дизтоплива в дизельном режиме работы; красная - расход дизтоплива в газодизельном режиме работы трактора; синяя - расход газового топлива
Были также проведены работы по определению вредных выбросов в отработавших газах при работе двигателя в дизельном и газодизельном режимах и на различных нагрузках на двигатель. Измерение производилось газоанализатором ДАГ-16.
Из сравнения полученных результатов было установлено уменьшение вредных выбросов при работе двигателя в газодизельном режиме в среднем: СО - на 21%, N0 - на 8,75%, N02 - на 14%, СО2 - на 0,23%, N0х - на 10,6%.
Таким образом, полученные данные позволяют сделать вывод, что при работе двигателя в газодизельном режиме с ЭСУГД-160 экологические показатели двигателя улучшаются.
Суммарное время эксплуатации трактора - 2,5 года (с июня 2006 г. по ноябрь 2008 г.). За этот период трактор проработал в газодизельном режиме 810 ч. При этом было зарегистрировано всего два отказа в работе системы. Один отказ - снижение мощности двигателя при давлении в баллоне меньше 10 МПа по причине засорения фильтра редуктора. Второй - отказ повторного запуска двигателя после длительной работы трактора в летнее время. После охлаждения трактор заводился. Причина - брак в микросхеме по линии запуска двигателя.
Работы по дальнейшей отладке системы, включая испытание на моторном стенде, предполагается провести в текущем году. После проведения указанных работ планируется промышленный выпуск тракторов РТМ-160, работающих на газомоторном топливе.
АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО
Г '¿ЗЩ -ернативное топливо
Международный профессиональный журнал
М> ufi
Шл
— Эксклюзивная аналитика и обзоры рынков биоэтанола, биодизеля, биогаза, пеллет и брекетов, солнечной и ветровой энергетики, а также эне pro эффект ивныхтехнологий и оборудования
*
** *. ......
важнейших ^jgij^&ж
fnTtiT WuS
ff?--vir«
- Анализ нормативной базы государств и ее изменения
- Конкретные примеры деятельности компаний
— Описание новых технологических решений и достижений
— Конъюктура рынков альтернативного топлива и энергии
- Котировки акций ____ компаний, работающих
-^»V.".•¿ÏÔ" '• .• t;• ; . • ч.' .
Переодичность: 1 pj3 ЙлвВВР lift . • . -
Объем: 60стр. . . • , ■ t'-'V ' • " ' •" • ' -, ' - ■
формат:A4Сггалнрцветный . v4r i,,-. . ^ ' ' '' ; ' . .*
География читателе^чнб^Ёрррс^;.;':.^'.^ ~ - » <
Версии журнала: печатньТ^-электронный' ... ' '■.■ " ' . . , „
F uel A/tern a five J ^ ^"Ч.. " ^ • Щ ' " :
"¿'.ft Д/Дч^^^ВДЕД i0.wn;;.n-.i. OOÔOTÎIIO.II.IX
Л - "'-ЧШ^^ШГ ^ сфере альтернативной
.MmГ-щПЩ^^^Й^Л энергетики
V I
¡25""«««
Тел лЛ
Ул. K.treerfÎE1Зб^крвина 'jp
¡nfo@fu^ä Bärrtafef^^uät wydrTuel Alternative .com.ua
'•MC '-^.i- ■ ч"?
/-\\ .
