Постоянно растущие ограничения уров­ня эмиссии отработавших газов и требования по сниже­нию расхода топлива обусловливают раз­витие систем впрыска и особенно конст­рукции регуляторов. В соответствии с различными задачами используются ре­гуляторы перечисленных ниже видов.

• Регулятор максимальной частоты вращения коленчатого вала. В его задачу входит ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала.

• Двухрежимный регулятор. Кроме максимальной частоты вра­щения, он поддерживает также ча­стоту холостого хода. Внутри диа­пазона частот вращения коленча­того вала изменение цикловой по­дачи происходит непосредственно с помощью педали газа. Этот тип регуляторов используется преиму­щественно на автомобилях.

• Всережимный регулятор. Ранее назывался установочным ре­гулятором. Наряду с частотой хо­лостого хода и максимальной час­тотой вращения осуществляет ре­гулирование во всем диапазоне ме­жду ними.

• Ступенчатый регулятор — является комбинацией двух пре­дыдущих.
• Регулятор агрегатов -используется для двигателей гене­раторных установок.

 

Механический регулятор

 

Из-за использования центробежных сил называется также центробежным регулятором. Он связан через рейку и установочный рычаг с педалью газа (рис. «Блок-схема контура механического регулирования работы дизеля»).

 

 

Регулирование впрыскивания

 

Для регулирования момента начала впрыскивания и компенсации времени, за которое волна давления топлива от ТНБД достигнет форсунки, служит меха­низм (муфта) опережения впрыскива­ния. Благодаря ему по мере увеличения частоты вращения коленчатого вала ТНВД обеспечивает все более раннее на­чало нагнетания топлива.

 

Электронное регулирование работы дизеля

 

Электронное регулирование, используя методы электрических измерений и гиб­кую обработку данных, обеспечивает уп­равление такими параметрами, которые не могли контролироваться механиче­скими регуляторами. Кроме того, оно по­зволяет сочетать параметры регулирова­ния с необходимыми данными из других электронных систем и делает возмож­ным осуществление электронной диаг­ностики.

На рис. «Блок-схема контура механического регулирования работы дизеля» и «Блок-схема контура электронного регулирования работы дизеля» показаны принципиаль­ные схемы регулирования с механиче­ским и электронным управлением. Де­тальное описание схем регулирования представлено далее.

 

 

Система впрыска с электронным ре­гулированием позволяет получить следу­ющие преимущества:

• Благодаря многообразным функ­циям и набору данных в каждой точке поля режимов работы двига­теля достигается оптимальный ра­бочий процесс:
• Четкое разделение отдельных функций: характеристика регуля­тора и закон подачи топлива боль­ше не зависят друг от друга поэто­му возможны различные сочета­ния требуемых функций регуля­тора;
• Расширенная обработка дополни­тельных параметров, которая при механическом регулировании не могла быть реализована (напри­мер, коррекция влияния темпера­туры топлива или независимое от нагрузки регулирование частоты холостого хода);
• Высокая точность и постоянство регулирования за все время эксплу­атации двигателя;
• Управление по большому числу па­раметров;
• Расширенный круг функций: на­пример, изменение скорости авто­мобиля и всережимное регулирова­ние работы двигателя реализуются без дополнительных сложностей;
• В сочетании с другими системами автомобиля открывается возмож­ность в будущем сделать автомо­биль еще более комфортабельным, экономичным, надежным и эколо­гически чистым;
• Явное уменьшение габаритов ТНВД, поскольку на нем отсутству­ют механические узлы переключе­ния и коррекции;
• Базы данных и параметров про­граммируются индивидуально, что позволяет выбрать оптимальный тип блока управления.

 

Концепция безопасности

 

Для защиты от критических режимов работы двигателя («разноса») возвратная пружина фиксирует рейку ТНВД в поло­жении нулевой подачи при нулевом сиг­нале напряжения в исполнительном ме­ханизме.

Электронное регулирование работы дизеля включает самодиагностику датчи­ков, исполнительных механизмов и мик­роконтроллеров в блоке управления. Тре­буемая безопасность обеспечивается из­быточностью получаемой информации. Система диагностики делает возможным считывание идентифицированных оши­бок тестером, а в более старых систе­мах оповещением контрольной лампой.

Система имеет большое число дубли­рующих функций. Например, если отка­зывает датчик частоты вращения колен­чатого вала, для ее оценки служит сигнал клеммы W генератора. При выходе из строя важнейших датчиков на панели приборов появляются сигналы предупре­ждения.

Дополнительно к блокирующему дей­ствию рейки ТНВД в положении «Стоп» запирается, при обесточивании, электро­магнитный клапан на линии подачи топ­лива. Этот клапан отключает подачу топ­лива и останавливает двигатель, даже ес­ли выходит из строя исполнительный ме­ханизм регулирования цикловой подачи.

 

Контур регулирования

 

Большинство параметров работы дизеля определяется величиной цикловой пода­чи топлива. Соответственно этому в бло­ке управления программируются поля характеристик для пуска, холостого хода, полной нагрузки, а также параметры ТНВД, положения педали газа и ограни­чения по дымности.

В качестве показателя цикловой пода­чи используется ход рейки ТНВД. Во время движения автомобиля могут быть задействованы характеристики механи­ческих регуляторов частоты вращения коленчатого вала серии RQ или RQV.

Через датчик положения педали газа водитель влияет на крутящий момент двигателя или частоту вращения колен­чатого вала (рис. «Электронное управление впрыском топлива»). Блок управления с учетом заложенных в него данных и ис­тинных показаний датчиков определяет требуемую величину цикловой подачи или параметр, соответствующий опреде­ленной позиции рейки ТНВД. Этот пара­метр является главной функцией регули­рования. Регулятор положения рейки ТНВД, который находится в блоке управ­ления и учитывает как реальную пози­цию рейки, так и необходимое регулиру­ющее воздействие, обеспечивает кор­ректный и быстрый сдвиг рейки на тре­буемую величину.

 

 

При этом могут быть выбраны подле­жащие регулированию режимы: частота холостого хода, жесткое всережимное ре­гулирование в выбранном диапазоне час­тот вращения коленчатого вала (напри­мер, для обеспечения работы вспомога­тельных агрегатов) и определенная час­тота вращения для регулирования скоро­сти автомобиля.

 

Контур регулирования цикловой подачи

 

В соответствии с определенным положе­нием рейки ТНВД блок управления выда­ет электрический сигнал на исполнитель­ный механизм управления рейкой. Опре­деленная компьютером необходимая ве­личина цикловой подачи устанавливает­ся с помощью контура регулирования: блок управления выдает предварительный сигнал необходимого положения рейки и с помощью обратной связи опре­деляет ее истинное значение.

Чтобы замкнуть цепь регулирования, блок управления определяет эффектив­ную силу тока, которая необходима для этого действия, снова проводит коррек­тировку и согласовывает, таким образом, динамически требуемое и истинное поло­жения рейки.

 

Цепь регулирования начала впрыскивания

 

Рядные ТНВД с дополнительной втулкой оснащаются, кроме исполнительного механизма цикловой подачи, еще и сис­темой изменения момента начала впры­скивания (рис. «Блок-схема регулирования начала впрыскивания топлива в рядном ТНВД с дополнительной втулкой»), который также устана­вливается по замкнутой цепи регулиро­вания.

 

 

Датчик подъема иглы форсунки по­сылает сигнал о действительном моменте начала впрыскивания. В соответствии с этим сигналом, а также с учетом заложен­ных данных и положения коленчатого ва­ла блок управления определяет расчетное значение истинного момента начала впрыскивания. Регулируя силу тока, блок согласует текущее и заданное значения параметров, воздействуя на исполнитель­ный механизм установки момента начала впрыскивания.

Так как исполнительный механизм действует по стабильной структурной схеме, имеется возможность отказать­ся от специальных датчиков возврата рейки.

Структурная стабильность означает, что на графике линий действия сил элек­тромагнита и возвратной пружины все­гда есть единственная точка равновесия, в которой величина подъема иглы под действием электромагнита пропорцио­нальна проходящему через форсунку по­току горючего. Таким образом замыкает­ся вся цепь регулирования.

 

Обзор регуляторов

 

Пример обозначения регуляторов пред­ставлен на типовой схеме (рис. «Электронное управление впрыском топлива»). Она ха­рактеризует существенные параметры механизма и расшифровывает отдельные элементы этих обозначений.

 

Регулятор максимальной частоты вращения (однорежимный регулятор)

 

Регулятор максимальной частоты враще­ния ограничивает только частоту враще­ния коленчатого вала, соответствующую номинальной мощности дизеля. При пре­вышении величины (максимальной ча­стоты вращения коленчатого вала при полной нагрузке) регулятор сдвигает репку ТНВД в сторону положения «Стоп», т. е. вылет рейки становится меньшим и цик­ловая подача падает (рис. «Поле характеристик регулятора максимальной частоты вращения»). Повышение частоты вращения коленчатого вала и уменьшение хода рейки происходят по ли­нии А — В (рис. «Поле характеристик регулятора максимальной частоты вращения»). Максимальная частота вращения при нулевой нагрузке n_no дости­гается тогда, когда двигатель оказывается полностью разгруженным. Разница частот n_no, и n_vo определяется величиной наклона характеристики регулятора (рис. 1).

 

Двухрежимный регулятор

 

В диапазоне между режимами холостого хода и полной нагрузки водитель сам с помощью педали газа устанавливает рейку ТНВД в необходимое положение, поз­воляя дизелю развивать требуемый кру­тящий момент. Двухрежимный регуля­тор обеспечивает работу дизеля в режиме холостого хода, чтобы двигатель не оста­навливался из-за предельного снижения частоты вращения коленчатого вала; кро­ме того, регулятор ограничивает макси­мальную частоту вращения. На поле ха­рактеристик регулятора (рис. «Поле характеристик двухрежимного регулятора с коррекцией») видно, что холодный двигатель стартует с пуско­вой подачей (точка А). Водитель при этом нажимает на педаль газа до упора.

 

 

Если педаль газа отпущена, рейка ТНВД возвращается обратно в положе­ние холостого хода (точка В). Частота вращения коленчатого вала в режиме хо­лостого хода за время прогрева меняется вдоль линии регулирования холостого хода до точки L. По окончании прогрева в случае повторного пуска большая вели­чина цикловой подачи уже не требуется; некоторые двигатели также могут пус­каться, если педаль газа, приводящая ры­чаг управления регулятором, отпущена.

Дополнительное устройство — пуско­вой ограничитель хода рейки ТНВД, зави­симый от температуры охлаждающей жид­кости, — может ограничивать величину пусковой подачи топлива на прогретом мо­торе, несмотря на нажатую педаль газа. Ес­ли водитель нажимает на педаль до конца, рейка выдвигается до положения макси­мальной цикловой подачи. При этом уве­личивается частота вращения коленчатого вала и по достижении значения n₁ (рис. «Поле характеристик двухрежимного регулятора с коррекцией») происходит коррекция величины цикло­вой подачи, точнее, ее уменьшение. Коррек­ция завершается при дальнейшем повы­шении частоты вращения до значения n₂. Максимальная величина цикловой подачи при нажатой педали газа сохраняется до достижения максимальной частоты вра­щения коленчатого вала соответствую­щей полной нагрузке на двигатель. Начи­ная с этого момента, регулятор, в соответ­ствии со своей характеристикой, начинает сдвигать рейку ТНВД назад, снижая вели­чину цикловой подачи. Максимальная час­тота вращения коленчатого вала при нуле­вой нагрузке n_no достигается в тот момент, когда дизель полностью разгружен. При торможении двигателем (например, при движении под уклон) частота вращения может увеличиваться и далее, при этом рейка доходит до положения, соответству­ющею перекрытию подачи топлива.

 

Всережимный регулятор

 

Всережимными регуляторами комплекту­ются дизели в специальных транспортных средствах, которые должны длительное вре­мя двигаться с постоянной скоростью или имеют дополнительный привод отбора мощности, требующий работы двигателя в установившемся режиме.

Всережимный регулятор способен ре­гулировать частоту вращения коленчатого вала на всем диапазоне работы двигателя, независимо от его нагрузки Желаемая час­тота вращения выбирается сменой положе­ния установочного рычага. Исходя из хара­ктеристик регулятора (рис.»Поле характеристик всережимного регулятора модели RQV»),следует зара­нее установить следующие параметры: ци­кловую подачу при пуске двигателя, регули­рование полной нагрузки вдоль ее характе­ристики с коррекцией между значениями частоты вращения коленчатого вала n₁ и n₂, вплоть до коррекции вдоль линий n_no-n_vo, при максимальной частоте вращения в ре­жиме полной нагрузки двигателя.

 

 

Диаграмма (рис. «Поле характеристик всережимного регулятора модели RQV») демонстрирует сни­жение величины цикловой подачи топлива в рабочем диапазоне частот вращения. При этом предусматривается увеличение на­клона характеристики (т. е. более пологое ее протекание) при падении частоты враще­нии коленчатого вала. Пунктирные линии относятся к автомобилям, привод отбора мощности которых работает в нижнем ди­апазоне частот вращения. При наличии всережимного регулятора с повышением нагрузки на двигатель частота вращения падает меньше, чем в случае с более про­стыми регуляторами (исходные кривые). Это происходит благодаря большему пере­даточному отношению, реализуемому в конструкции установочною рычага.

 

Ступенчатый регулятор

 

В случае если в пределах верхних или ниж­них частот вращения, устанавливаемых всережимными регуляторами моделей RQV или RQUV, обычный наклон характе­ристики регулятора слишком велик для конкретных условий, а регулирование в среднем диапазоне не требуется, использу­ется механизм ступенчатого регулирова­ния. В нерегулируемом диапазоне при этом невозможна никакая коррекция максимального значения частоты вращения. При таком поле характеристик регулятора (рис. «Поле характеристик ступенчатого регулятора без регулирования на малых частотах») нерегулируемая ступень находится в диапазоне нижних, а регулируемая — в диапазоне верхних частот. Другой тип ре­гулятора работает в нижнем диапазоне ча­стот как всережимный, тогда как нерегу­лируемый диапазон простирается до мак­симальных частот вращения (горизон­тальные участки характеристик).

 

 

В обоих случаях горизонтальные уча­стки характеристик отображают движе­ние рейки при различных положениях ус­тановочного рычага в режиме частичных нагрузок. Линии, лежащие ниже соответ­ствующих полной нагрузке, указывают на снижение величины цикловой подачи на установленных промежуточных час­тотах вращения. Конструктивно ступен­чатый регулятор отличается от всере­жимного только применением пружин другой жесткости.

 

Регулятор агрегатов

 

Для генераторных установок предписыва­ется регулирование по D1N 6280 (см. табл. «Типы регуляторов», «Эксплуатационные параметры для различных классов исполнения», «Границы частот вращения»). С центробежными регуля­торами могут эксплуатиро­ваться агрегаты, созданные по классам 1,2 и 3. Механизмы класса 4, к которым отно­сятся также агрегаты с нулевым наклоном характеристики, как правило, управляют­ся электронными регуляторами. Поле ха­рактеристик регулятора для генераторных установок показано на рис. «Поле характеристик агрегатного регулятора для электрогенератора DIN 6280». Пока не тре­буется параллельная эксплуатация агрега­тов, допустима жесткая установка частоты вращения, т. е. возможно применение про­стого регулятора максимальной частоты вращения коленчатого вала.