Ефективність роботи тепловозів з електронною системою керування упорскуванням палива

Аналізуючи досвід як вітчизняних, так і зарубіжних розробників у даній галузі, керівництвом ТОВ «ППП Дизель-автоматика» було прийнято рішення про розробку мікропроцесорної системи регулювання з імпульсним індивідуальним управлінням у магістралях високого тиску кожної форсунки та механічним приводом ТНВД. Така система управління найбільш проста у виробництві та експлуатації, має високий рівень уніфікації під будь-який типорозмір дизелів, не вимагає великих змін у паливних системах дизелів, що знаходяться в експлуатації. Крім того, такими системами можна обладнати тепловози в умовах ремонтних депо та локомотиворемонтних заводів.

Розроблена система регулювання паливоподачі зберігає перевагу електронних регуляторів і дозволяє додати низку нових можливостей. Насамперед це оптимізація паливоподачі в залежності від зовнішніх факторів, вирівнювання тиску згоряння палива та температури вихлопних газів по циліндрах, зниження мінімально стійкої частоти обертання холостого ходу, можливість відключення ряду циліндрів.

Характерною особливістю експлуатації маневрових тепловозів є тривала робота їх дизельних двигунів на режимах з малими навантаженнями та режимі холостого ходу, тривалість якого може досягати 50%. Витрата палива на режимах холостого ходу дизеля становить 30-50% загальної витрати палива в експлуатації. Якщо врахувати, що 40÷50% усіх експлуатаційних витрат у ВАТ «РЗ» складають витрати локомотивного господарства на паливо та олію, то економії дизельного палива є важливим резервом підвищення енергоефективності роботи тепловозної тяги.

Враховуючи вимоги ВАТ «РЖД», подібна система була виготовлена для дизеля 1-ПДГ4Д, також підібрали оптимальні кутивипередження упорскування палива. Були проведені порівняльні випробування під час роботи дизеля зі штатною системою паливоподачі та дослідною системою електронного управління подачею палива.

У ході порівняльних випробувань електронна система управління упорскування палива (ЕСУВТ) показала найкращі результати, що виражаються такими цифрами:

економія палива від 4 до 17%;

зниження стійкої мінімальної частоти обертання колінчастого валу на холостому ході до 220 об/хв. Економія витрати палива при 300об/хв становила 6,23 кг/год, що відповідає-16,9 %, при 250 об/хв склала 5,2 кг/год, що відповідає-30,7 %, при 220 об/хв 4 27 кг/год, що відповідає-37,1%;

підвищення рівномірності максимального тиску згоряння палива у циліндрах дизеля;
зниження шуму в межах 1÷11 дБ;
зниження шкідливих викидів відпрацьованих газів

На підставі результатів випробувань ЕСУВТ, за погодженням з Дирекцією тяги, було ухвалено рішення про встановлення такої системи на тепловозі ТЕМ2 з метою оцінки її працездатності. В результаті експлуатаційних випробувань, які проводилися понад дев'ять місяців, показали, що річна економія палива склала 9,2 тонни і дозволили зробити такі висновки:

електронна система управління упорскуванням палива - надійний пристрій. Відмови та несправності системи в період майже річної експлуатації не зафіксовано;
витрата палива на холостому ході при частоті обертання валу дизеля 240об/хв становив 5,63 кг/год, а при 300 об/хв витрата палива становив 6,9 кг/ч;
витрата палива на холостому ходу зі штатною системою паливоподачі при частоті обертання валу дизеля 300 об/хв становив 8,66 кг/год;
електронна система управління упорскуванням палива дозволяє автоматичновідключати половину циліндрів шляхом відключення подачі палива в потрібні циліндри при роботі на зниженій частоті обертання холостого ходу, при цьому збільшуючи циклову подачу палива в циліндри, що залишилися;
для запобігання надмірному охолодженню камери згоряння циліндрів, що не працюють, здійснюється автоматичне чергування робочих циліндрів з неробочими за заданим алгоритмом.

Виміри витрати палива на тепловозі ТЕМ18ДМ підтвердили ефективність зниження мінімальної частоти обертання. Середня економія палива при роботі на зниженій частоті обертання холостого ходу склала 20%. Дана паливна система забезпечує регулювання кута випередження упорскування палива та значне зниження витрати палива. Разом з тим вона має суттєву нестачу у вигляді додаткової складної системи високого тиску палива.

Основними елементами ЕСУВТ є:

ТНВД з плунжерними парами, що працюють постійно в режимі максимальної подачі;
електромагнітні клапани, встановлені на ТНВС;
форсунки дизеля у штатній комплектації;
блок керування (БО);
блок живлення (ШП);
вихідні підсилювачі;
набір датчиків частоти обертання та температури води, олії та тиску олії;
Програматор (ПР).

Діє система в такий спосіб. Паливо з паливного бака забирається допоміжним паливним насосом через фільтр і магістраллю низького тиску подається до кожного з насосів. Якщо, наприклад, по обмотці електромагніту клапана струм не протікає, цей клапан знаходиться в такому положенні, що при робочому ході плунжера паливного насоса високого тиску паливо надходить не в форсунку, а по магістралі низького тиску зливається в бак.потрібної величини, то клапан займе таке положення, що при робочому ході плунжера паливо надходитиме у форсунку і, зрештою, відбуватиметься процес його впорскування в циліндр. Причому, упорскування буде продовжуватися доти, доки по обмотці електромагніту протекаетток.В результаті тривалість упорскування визначається лише тривалістю протікання струму по обмотці електромагніту. Імпульси струму, що управляють електромагнітними клапанами, формуються блоком управління. ЕСУВТ забезпечує роботу дизеля шляхом подачі на електрокеровані клапани ТНВД сигналів, пропорційно яким змінюється подача палива. За сигналом від перетворювача частоти обертання блок управління оцінює поточну частоту обертання колінчастого валу дизеля і за закладеною програмою здійснює коригування сигналу керуючого у бік його зменшення або збільшення в залежності від неузгодженості поточної і заданої частот обертання.

По сигналах від перетворювача фазової позначки блок управління визначає положення у верхній мертвій точці поршня першого циліндра на такті стиснення і відповідно змінює момент подачі керуючого імпульсу, що призводить до зміни кута випередження упорскування палива за заданою програмою. Оптимальне значення кута випередження упорскування палива зазвичай встановлюють для частот обертання колінчастого валу, близьких до номінальної. При використанні ЕСУВТ питома витрата палива, починаючи з четвертої позиції контролера, помітно знижується. Необхідно відзначити, що створена в ТОВ «ППП Дизель-автоматика» система електронного управління подачею палива може реалізувати так зване «пілотне» упорскування палива. При такому впорскуванні порція палива, яка має бути подана в циліндр, поділяється на дві нерівні частини. Спочатку впорскується менша частина, а потімчерез деякий час - решта. Власне, «пілотним» уприскуванням називають попередній упорскування невеликої частини палива. При «пілотному» уприскуванні паливо займається швидше, а швидкість збільшення тиску і температури газу в циліндрі знижується. В результаті покращується використання теплоти, отриманої при згорянні палива (тобто зменшується питома витрата палива), а, крім того, знижується жорсткість роботи двигуна і його шум. Таким чином, ЕСУВТ володіє певним резервом щодо подальшої модернізації.

Кір'янов О.М. Ефективність роботи тепловозів з електронною системою керування упорскуванням палива [Текст]: / О.М. Кір'янов // Локомотив. - 2014. - №1. - З 31-37
Кузьмич В.Д., Руднєв В.С., Просвір Ю.Є. Локомотиви [Текст]: загальний курс: підручник для студентів вузів залізничного транспорту/В. Д. Кузьмич, В. С. Руднєв, Ю. Є. Просвіров. – М.: ФГОУ “Навчально-методичний центр з освіти на залізничному транспорті”, 2011. – 582 с. - (Вища професійна освіта). - 3600 екз. - ISBN 978-5-9994-0057-4
Мольдерф С.В. Влаштування, експлуатація та ремонт тепловозів серії ТЕМ18 (ДМ, Д, Г, В) [Текст]: підручник для студентів вузів залізничного транспорту / С.В. Мольдерф// ВАТ РЖД.- 2014.- 276 с. -ISBN: 978-5-89035-745-8