Экономичность и долговечность дизеля являются одними из наиболее важных причин, по которым он устанавливается на грузовые автомобили. Сегодня для этого класса транспортных средств разрабатываются только дизели с системой непосредственного впрыска топлива.

 

Цели оптимизации

 

Крутящий момент двигателя грузового автомобиля

 

Целью оптимизации крутящего момента является достижение по возможности более высокой его величины на всех рабочих диапазонах, чтобы обеспечить высокий КПД даже в условиях больших нагрузок на двигатель (например, при движении на крутых подъемах или включении привода дополнительных агрегатов). При этом должны учитываться ограничения со стороны двигателя (например, максимально допустимые давление в цилиндре и температура отработавших газов) и предельный уровень дымления.

 

Расход топлива грузового автомобиля

 

Одним из главных параметров грузового автомобиля является его экономичность. Поэтому при оптимизации большое значение имеет снижение расхода топлива (соответственно уровню эмиссии СО₂).

 

Долговечность двигателей грузовых автомобилей

 

Для грузовых автомобилей требование к долговечности составляет более 1 млн. км, для чего необходимо обеспечить и соответствующую работоспособность дизеля.

 

Эмиссия вредных веществ в грузовых автомобилях

 

Новые грузовые автомобили, допущенные к производству, в Европейском союзе с октября 2000 г. должны выполнять нормы Евро 3 по составу отработавших газов.

Адаптация должна проходить таким образом, чтобы ограничить уровень предельного содержания NO_x, СН, СО, твердых частиц, а также непрозрачности отработавших газов.

 

Комфорт

 

К параметрам комфорта относятся: ходовые качества, характеристики пуска, уровень шума и плавность работы дизеля.

 

Области адаптации

 

Цель адаптации состоит в том, чтобы вышеупомянутые задачи решались по возможности оптимальным образом, т.е. обеспечивался компромисс между частично противоположными требованиями.

Как и у легковых автомобилей, у грузовиков могут существовать различия между областями адаптации программного обеспечения, агрегатов и самого транспортного средства (рис. «Алгоритм адаптации двигателя»).

 

 

Адаптация узлов и агрегатов двигателя

 

Оптимизируется взаимодействие всех важных конструктивных элементов двигателя и системы впрыска. Очень важно учитывать воздействие таких факторов, как форма камеры сгорания, способ создания в ней воздушного вихря и его форма, наличие или отсутствие систем наддува воздуха, рециркуляции отработавших газов. Адаптация узлов и агрегатов проводится на моторном испытательном стенде.

 

Адаптация программного обеспечения грузового автомобиля

 

Программное обеспечение, согласованное с установленными на дизеле агрегатами, вводится в блок управления. В память заложены зависимости многочисленных параметров двигателя и системы впрыска (рис. «Блочная диаграмма определения момента начала основного впрыскивания»). Эти работы проводятся на моторном испытательном стенде.

 

 

В рамках адаптации программного обеспечения проводятся следующие работы:

• Адаптация основных полей характеристик на стационарных режимах;
• Адаптация регулятора частоты вращения коленчатого вала;
• Адаптация полей коррекций характеристик;
• Оптимизация поля характеристики на динамических режимах.

 

На моторном испытательном стенде такие специфические для системы впрыска величины, как момент начала и давление впрыскивания топлива, давление воздуха во впускном трубопроводе, степень рециркуляции отработавших газов, а также, при необходимости, параметры предварительного и дополнительного впрыскивания сначала, определяются на установившихся режимах. Результаты испытаний оцениваются относительно задаваемых величин (уровня эмиссии отработавших газов, расхода топлива и т. д.). На их основе устанавливаются и программируются соответствующие параметры, характеристики и поля характеристик (рис. «Поле характеристик для угла опережения впрыскивания и ограничения по дымности»). Из-за растущего количества параметров приходится все более автоматизировать их изменение.

 

 

После подгонки основных полей характеристик учитывается, например, влияние температуры окружающей среды, атмосферного давления, температур охлаждающей жидкости и топлива на основные параметры в так называемых полях коррекций характеристик. Затем приспосабливаются имеющиеся регуляторы (например, давления в топливном аккумуляторе системы Common Rail или давления во впускном трубопроводе). В заключение стационарно установленный набор данных оптимизируется на динамических режимах.

 

Адаптация двигателя грузового автомобиля

 

При адаптации двигателя грузового автомобиля базовые параметры дизеля, определенные на моторном испытательном стенде, приспосабливаются к характеристикам автомобиля. Проверяется также совмещение всех встречающихся на практике граничных условий.

Адаптация или проверка основных функций, таких как регулирование частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, плавность движения автомобиля и легкость пуска дизеля, происходит так же, как и на легковом автомобиле, хотя критерии оценок могут отличаться в зависимости от применения.

При адаптации двигателя автобуса придается значение прежде всего комфорту движения и низкому уровню шума, в то время как грузовые автомобили, особенно для дальних перевозок, рассчитываются на надежную и экономичную транспортировку тяжелых грузов.

 

Примеры адаптации

 

Регулирование холостого хода

 

При адаптации регулятора частоты холостого хода для грузовых автомобилей уделяют особое внимание способности дизеля «принимать» нагрузку и незначительному ее изменению. Этим гарантируется плавное трогание с места, а также маневрирование с тяжелым грузом.

При наличии ременного привода вспомогательных агрегатов поведение дизеля сильно зависит от температуры окружающей среды и передаточного отношения, поэтому в блоке управления работой дизеля имеется несколько наборов параметров для регулятора холостого хода. При их загрузке в блок необходимо учитывать тот факт, что поведение ременного привода изменяется в течение срока эксплуатации из-за износа приводных ремней.

 

Привод вспомогательного оборудования

 

Многие грузовые автомобили снабжены приводом вспомогательного оборудования, который приводит в действие, например, подъемный кран, самосвальный кузов или пожарный насос. Такой привод часто требует повышенной, по возможности более постоянной и независимой от нагрузки на дизель рабочей частоты вращения коленчатого вала. Эта частота вращения может регулироваться электроникой с помощью всережимного регулятора частоты вращения. В подобном случае параметры регулятора часто подгоняют к требованиям приводимого рабочего механизма.

 

Ходовые качества

 

Ходовые качества, т.е. преобразование положения педали газа в величину цикловой подачи топлива или крутящий момент, могут свободно устанавливаться в широком диапазоне при адаптации с помощью блока управления работой дизеля. От цели применения зависит, использовать ли ходовые качества с «характеристикой RQ» (двухрежимный регулятор или регулятор максимальной частоты вращения коленчатого вала), с «зависимостью RQV» (всережимный или ступенчатый регулятор) или с объединением этих разновидностей регуляторов.

 

Коммуникации

 

Блок электронного управления работой дизеля на грузовом автомобиле, как правило, соединен с другими электронными блоками, которые управляют, например, тормозами или коробкой передач. Обмен данными между ними происходит в большинстве случаев через шину CAN.

Правильное взаимодействие отдельных блоков может проверяться или оптимизироваться только во время испытаний на автомобиле, так как при определении параметров на моторном испытательном стенде в большинстве случаев используется лишь блок управления работой дизеля.

Типичный пример согласованности двух блоков управления на автомобиле — это последовательность процессов управления автоматической коробкой передач. Блок управления работой коробки передач требует через центральный процессор сократить величину подачи топлива для оптимального переключения передач. Получив соответствующий сигнал, блок управления работой дизеля без участия водителя снижает величину цикловой подачи и дает возможность исполнительному механизму коробки передач совершить требуемое переключение. Для установления необходимой для переключения частоты вращения коленчатого вала блок управления работой коробки передач может затребовать «перегазовку» и затем включить новую передачу в нужный момент. Затем управление подачей топлива вновь предоставляется водителю.

 

Электромагнитная совместимость

 

Широкое распространение разнообразных средств коммуникации и связи — радиотелефонов, радиостанций, глобальной системы навигации (CPS) — делают необходимым оптимизировать на грузовом автомобиле совместимость блока управления работой дизеля (вместе с кабельной разводкой) и наводок электромагнитного излучения от вышеупомянутой аппаратуры. Большая часть этой работы выполняется уже при разработке отдельных блоков и датчиков. Тем не менее, поскольку размещение электропроводки, ее длина и экранирование сильно влияют на защиту от наводок со стороны электроники связи, проверка и, в необходимых случаях, оптимизация всех перечисленных систем должны проводиться в специальном помещении.

 

Диагностика

 

У грузового автомобиля требования к диагностике очень высоки, поскольку надежная диагностика позволяет достигать наибольшей эффективности эксплуатации.

Блок управления работой дизеля постоянно проверяет сигналы всех соединенных с ним датчиков и исполнительных механизмов по таким параметрам, как выход за границы рабочей области, нарушение контакта, короткие замыкания на «массу» или устойчивость по отношению к другим сигналам. Границы рабочей области должны устанавливаться при адаптации. Как и у легкового автомобиля, они выбираются таким образом, чтобы даже при экстремальных условиях эксплуатации (жаркое лето, холодная зима. большая высота над уровнем моря) диагностика проводилась правильно и в то же время сохранялась чувствительность к настоящим неисправностям.

Кроме того, необходимо установить, какова способность дизеля продолжать работу при наличии выявленной неисправности. Наконец, наличие неисправности должно фиксироваться в соответствующей базе данных, чтобы персонал технической станции обслуживания мог быстрее найти и устранить этот дефект.

 

Моторный стенд для испытания двигателей грузовых автомобилей

 

Система впрыска еще на стадии разработки испытывается на моторных стендах, которые сконструированы таким образом, чтобы можно было легко моделировать любые режимы работы двигателя.

Воспроизводимые результаты получают с помощью изменения характеристик рабочих тел, таких, как подаваемый воздух, топливо и охлаждающая жидкость в зависимости от различных климатических условий (воспроизводимых, например, по температуре и давлению).

 

 

Наряду со стационарными все больше проводятся динамические испытания с быстрым изменением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Для этого используются испытательные стенды с электрическим динамометрическим тормозом 18. Они могут также имитировать различные режимы (например, режим принудительного холостого хода при движении под уклон). Испытания на соответствие установленным нормам токсичности отработавших газов, вместо испытаний легкового автомобиля на беговых барабанах, также могут проводиться на моторных испытательных стендах с соответствующим имитационным программным обеспечением.

Компьютер 20 испытательного стенда управляет работой дизеля и контролирует как двигатель, так и измерительные приборы, а также собирает и сохраняет данные. С помощью автоматизированного программного обеспечения работы по адаптации (например, измерения поля характеристик) могут проводиться очень эффективно.

При наличии системы 8 быстрого подключения к стенду испытываемые двигатели могут меняться на стенде в течение 20 мин. И тогда повышается время использования испытательных стендов.