Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ развития приводов нового поколения для транспортных двигателей внутреннего сгорания . 36
1.1. Развитие силового привода общего назначения 36
1.2. Перспективные электромеханические преобразователи для локомотивных ДВС 40
1.3. Перспективные направления развития регулируемых приводов оборудования локомотивов 43
ГЛАВА 2. Анализ особенностей применения механического привода клапанов и регулирование фаз газораспределения 51
2.1. Варианты регуляторов фаз газораспределения при механическом приводе клапанов 51
2.2. Анализ существующих схем механизмов с регулированием фаз газораспределения 59
2.3. Оптимизация фаз газораспределения основных типов транспортных двигателей 70
2.4. Оптимизация фаз газораспределения по параметрам технико-экономических показателей транспортных ДВС 75
ГЛАВА 3. Альтернативные немеханические схемы привода клапанов и регулирование фаз газораспределения 89
3.1. Особенности гидравлического привода клапанов газораспределения 96
3.2. Особенности электромагнитного привода клапанов газораспределения 102
3.3. Особенности электрогидравлического привода клапанов газораспределения 114
ГЛАВА 4. Теоретические основы альтернативного при вода клапанов газораспределения 117
4.1. Расчет электромагнитного привода клапанов газораспределения 117
4.2. Расчет электрогидравлического привода клапанов газораспределения 131
4.3. Разработка методики оценки влияния изменения ФГР, «времени-сечения» и закона движения клапанов на показатели работы ЛДВС 148
ГЛАВА 5. Стендовые и эксплуатационные испытания экспериментальных и опытных образцов альтерна тивных механизмов газораспределения 170
5.1. Исследование электромагнитного привода клапанов газорас пределения 170
5.2. Исследование электрогидравлического привода клапанов газораспределения 194
5.3. Выбор параметров электрогидравлического привода клапанов перспективных локомотивных ДВС нового поколения 232
5.4. Анализ применяемых схем электронных блоков управления.. 242
5.5. Предварительная оценка надежности электрогидравлического привода клапанов 245
ГЛАВА 6. Анализ концептуальных вопросов повыше ния эффективности эксплуатации локомотивных двигателей внутреннего сгорания 251
6.1. Перспективы развития локомотивных двигателей внутреннего сгорания нового поколения 251
6.2. Модульный принцип конструирования ЛДВС нового поколения 262
Заключение 266
Литература
- Перспективные электромеханические преобразователи для локомотивных ДВС
- Анализ существующих схем механизмов с регулированием фаз газораспределения
- Особенности электромагнитного привода клапанов газораспределения
- Разработка методики оценки влияния изменения ФГР, «времени-сечения» и закона движения клапанов на показатели работы ЛДВС
Введение к работе
Актуальность проблемы заключается в использовании новых видов привода клапанов газораспределения локомотивных двигателей внутреннего сгорания (ЛДВС) с целью совершенствования их эксплуатационных характеристик.
Решение проблем, связанных с повышением топливной экономичности и улучшением экологических факторов, потребовало новых подходов, основанных на улучшении характеристик ЛДВС.
Новые технические решения по вспомогательным установкам локомотивов, повышение экологической безопасности, и топливной экономичности, потребовало развития микропроцессорных систем управления ЛДВС, в том числе регулирование приводов органов газораспределения и систем топливоподачи.
В практике отечественного двигателестроения стало активно развиваться новое направление: микропроцессорное управление системами приводов ЛДВС.
Цель диссертационной работы -создание и исследование регулируемых приводов газораспределения локомотивных двигателей внутреннего сгорания нового поколения
Задачи исследований, которые поставлены и решены в работе по достижению цели:
выполнен анализ перспектив развития приводов нового поколения для транспортных средств и энергетических установок, применительно к автономным локомотивам;
сформулированы и научно обоснованы принципы адаптивности ЛДВС (прежде всего механизмов газораспределения) к эксплуатационным тяговым режимам тепловозов, путем замены традиционного привода клапанов газораспределения на альтернативный, немеханический привод;
определены факторы взаимной корреляции и ковариации основных технико-экономических параметров ЛДВС и их влияние на выбор фаз газораспределения (ФГР);
разработаны основные технические и конструктивные положения концепции перехода от традиционного механического на прогрессивные электромагнитный и электрогидравлический виды приводов газораспределения перспективных ЛДВС нового поколения;
проведен комплекс стендовых и моторных испытаний электромагнитного и электрогидравлического проводов газораспределения транспортных ДВС;
обоснование понятие концепции ЛДВС нового поколения и основные направления их развития;
выполнена оценка технико-экономической эффективности от внедрения предложенных в работе технических решений.
Направления исследований, вытекающие из сформулированной цели и решаемые в процессе выполнения работы:
-
Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования с использованием моделирования процессов в приводе механизма газораспределения и выбор оптимальных значений конструкционных параметров при проектировании альтернативных видов привода.
-
Теоретическая и экспериментальная проработка альтернативных, немеханических видов привода клапанов и систем управления процессами газообмена ЛДВС.
-
Анализ влияния выбранных параметров газораспределения на достигнутые технико-экономические показатели основных серий транспортных дизелей. Определение конвергентности, взаимной корреляции и ковариации влияния основных технико-экономических параметров двигателей на выбор ФГР при механическом и альтернативных типах приводов.
-
Разработка технических решений по совершенствованию существующих приводов механизмов газораспределения ЛДВС с целью повышения топливной экономичности и надежности в эксплуатационных условиях.
-
Создание прогрессивных систем электрогидравлического (ЭГПК) и электромагнитного (ЭМПК) приводов клапанов газораспределения ЛДВС. Разработка конструктивных и эксплуатационных параметров ЭГПК и ЭМПК для ЛДВС нового поколения различных мощностных и скоростных градаций.
-
Анализ эксплуатационных режимов локомотивов и рассмотрение концептуальных вопросов повышения эффективности работы ЛДВС.
Методы исследований. В диссертационной работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на данных некоторых известных теоретических положениях технологии машиностроения, термодинамики и математического моделирования. Использованы методы теорий линейных и нелинейных систем, теории оптимального управления, гидромеханики и теории сплошных сред, методы теории поля, проектирования систем управления и методы компьютерного моделирования. Применены пакеты Mathcad и Excel. Применены современные информационные технологии и интернет-ресурсы, электронные журналы и различные виды электронных публикаций.
При обработке экспериментальных данных, применялись методы наименьших квадратов.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью разработанных математических моделей, сходимостью полученных теоретических результатов с данными экспериментов на стендовых установках, а также согласованностью с некоторыми результатами исследований, выполненных в разные годы ведущими научными и производственными коллективами.
Достоверность новизны технических решений подтверждается получением 23 патентов и авторских свидетельств на изобретения.
Научная новизна заключается в создании новых видов привода газораспределения, оптимизирующих эксплуатацию локомотивных ДВС. Впервые для перспективного тягового подвижного состава предложены варианты совершенствования локомотивных ДВС, связанные с введением новых объектов регулирования газообмена.
Практические рекомендации заключены в использование адаптивности ЛДВС к эксплуатационным режимам локомотива, прежде всего процессов газообмена при использовании новых видов привода механизма газораспределения. Это позволит повысить эффективный КПД, снизить удельный эффективный расход топлива на основных эксплуатационных режимах: частичных нагрузках, переходных режимах и холостом ходу.
Практическая значимость результатов исследований состоит в выборе конструктивных параметров альтернативных приводов механизмов газораспределения (ПМГР). Результаты исследования ориентированы на создание новых альтернативных типов привода органов газораспределения и систем управления, а также послужили основой для создания:
метода оценки влияния основных технико-экономических параметров ЛДВС на выбор ФГР и закона движения клапанов ПМГР при адаптивности к изменяющимся эксплуатационным условиям;
моделей альтернативных немеханических систем ПМГР перспективных ЛДВС;
способов плавного и дискретного регулирования ФГР при немеханических системах ПМГР, позволяющих снизить удельный расход топлива и улучшить эксплуатационные показатели ЛДВС;
Результаты могут представлять значительный интерес для задач экологического характера, поскольку именно процессы газообмена ЛДВС являются доминирующими в улучшении этих параметров.
Практические разработки предназначены для использования в перспективных конструкция ЛДВС. Методики, алгоритмы и схемные решения могут применяться в научных, производственных и учебных целях.
Практический эффект заключается в снижении удельного эффективного расхода дизельного топлива на эксплуатационных режимах ЛДВС в среднем на 4…8%.
Реализация результатов выполнена в разное время на НПО «Тепловозпутьмаш» (ВНИКТИ), НИИ двигателей (Москва), Барнаульском заводе транспортного машиностроения, Камбарском машиностроительном заводе. Отдельные положения исследований использованы ОАО «Коломенский завод».
Предложены направления оптимизации конструктивных параметров привода механизма газораспределения с точки зрения улучшения качества переходных процессов в силовых энергетических установках локомотивов, заключающихся в сокращении длительности переходных процессов при изменении скоростных и нагрузочных режимов.
Разработаны рекомендации по использованию регулирования ФГР и закона движения клапанов для конкретных ЛДВС.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и получили положительную оценку на конференциях и научных форумах:
конференции «Основные направления развития силовых энергетических установок тепловозов», проводимая руководством Латвийской железной дорогой (Латвия, Рига, 10-14 марта 2003 г.);
Международном конгрессе «Mech-2003»: «Механика и трибология транспортных систем-2003» (Выставочный комплекс на Красной пресне);
научно-практической конференции-выставки «Триботех 2003» с международным участием» (Выставочный комплекс на Красной пресне);
научно-практической конференции «Инновации в эксплуатации и развитии инфраструктуры железнодорожного транспорта» (Москва, ВНИИЖТ, 24-25 июня 2004 г.);
международной научно-технической конференции «Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», (Москва, ГОСНИТИ, 8-9 декабря 2004 г.);
международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», (Челябинск, ЮУрГУ 26-28 апреля 2006 г.);
VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», Гомель, Белоруссия, 2006 г.;
IV Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на транспорте», Гомель, Белоруссия, 2007 г.;
VIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», МИИТ, 2007, V-4.
III Международной научно-технической конференции: «Эффективность, надежность и безопасность энергетических установок (Энергоустановки – 2008)», Украина, Севастополь-Батилиман.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 44 научных работах, в том числе в 23 патентах и авторских свидетельствах на изобретения.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Локомотивы» Московского государственного университета путей сообщения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка использованной литературы из 180 наименований. Содержание диссертации изложено на 292 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 74 рисунка, 1 приложение.
Перспективные электромеханические преобразователи для локомотивных ДВС
Электромеханические преобразователи непрерывного действия чаще всего представляют собой пропорциональные электромагниты, либо электродвигатели. Силовой электромагнитный привод достаточно компактен и легко вписывается в любую конструкцию двигателя внутреннего сгорания.
Возможные электромеханические импульсные преобразователи для электронных систем двигателя весьма разнообразны, но практическое применение нашли преобразователи релейного действия. Релейная характеристика имеет либо два устойчивых положения преобразователя: «включено» и «выключено», либо три: «включено в одну сторону», «выключено» и «включено в другую сторону».
Силовой электромагнитный привод представляет собой обычные соленоиды, состоящие из обмотки, а также неподвижного магнитопровода и подвижного якоря, выполненных из ферромагнетиков.
Основной недостаток традиционных электромагнитов-соленоидов - невозможность увеличения электромагнитной силы без увеличения габаритов и инерции из-за эффекта насыщения ферромагнитных материалов магнитопро-водов.
Чаще всего конструктивные средства повышения эффективности силовых электромагнитов по величинам развиваемой электромагнитной силе и быстродействию представляют собой попытки увеличения площади рабочих воздушных зазоров при максимальном снижении размеров частей магнитов, подводящих магнитный поток к рабочему воздушному зазору [90].
Противоположное направление тока в соседних витках обмоток приводит к тому, что в каждом гребне нарезки сердечника магнитные потоки, создаваемые токами в соседних частях обмотки, суммируются. Для увеличения электромагнитной силы общая площадь рабочего воздушного зазора может быть увеличена его удлинением при сохранении радиальных размеров, что очень удобно для встраивания в наиболее компактные агрегаты, включая форсунки с электрогидравлическим приводом.
Немаловажно, что секционная конструкция позволяет создавать необходимую электромагнитную силу при ограниченном наружном диаметре нара 42 щиванием числа одинаковых оптимизированных по габаритам и энергопотреблению секций.
Сила, возвращающая якорь в исходное положение, создается в электромагнитных приводах пружиной. В некоторых конструкциях электромагнитов возможно создание возвращающей силы упругостью магнитопровода якоря. В большинстве электромагнитов электромагнитная сила с уменьшением зазора растет быстрее, чем сила пружины. При нулевом зазоре, когда якорь вплотную прилегает к полюсу сердечника, коэрцитивная сила, создаваемая даже оставшимся после выключения тока магнитным потоком, может удерживать якорь в притянутом состоянии - возникает, так называемый, эффект «залипання». В устройстве силового электромагнитного привода этот эффект необходимо устранять.
Для повышения эффективности в конструкции могут использоваться сдвоенные электромагниты двойного действия. Электромагнитная сила второго электромагнита для первого служит возвращающей, заменяя или дополняя силу пружины. В данном случае пружина нужна только для удержания якоря в исходном положении. Отсутствие или значительное ослабление пружины приводит к ускорению срабатывания электромагнита. Возврат (отпадание) также может быть ускорен, так как сила возвращающего электромагнита может быть сделана не меньше, чем у основного, то есть заведомо большей, чем у возвращающей пружины электромагнита одностороннего действия. Ускорение отпадания может быть достигнуто и путем включения возвращающего электромагнита, опережающего момент выключения основного.
К конструктивным средствам повышения эффективности привода можно отнести использование в электромагнитах новых ферромагнитных материалов с повышенными магнитной проницаемостью, индукцией насыщения, электрическим сопротивлением для вихревых токов, уменьшенными коэрцитивной силой и гистерезисом. Необходимо сказать, что даже при использовании перечисленных выше конструктивных средств совершенствования электромагнитов привода быстродействие, необходимое для управления некоторыми характеристиками привода трудно достижимо. В этом случае целесообразно повышение эффективности привода алгоритмическими средствами. Они выражаются в микропроцессорном управлении параметрами электрических импульсов, подаваемых на силовые электромагниты. Этот путь считается наиболее экономичным.
Анализ существующих схем механизмов с регулированием фаз газораспределения
Система «VTEC» ранее имела более длинную аббревиатуру VVTLEC или Variable valve Timing and lift Electronic Control, что в переводе означает «Изменение продолжительности открытия и хода клапана с электронным управлением» [190, 192].
Впервые эту систему компания Honda стала устанавливать на мотоциклах, что позволило резко улучшить параметры двигателя, затем на некоторых двигателях гражданского назначения (Civic, CRX и NS-X). Позже применила в двигателях болидов «Формулы-1». Дебют серийного автомобиля Honda Integra, оснащаемого двигателем с механизмом VTEC, состоялся в 1989 году. Этот двигатель реализовывал даже в безнаддувном исполнении большую литровую мощность в 75 кВт/л, что было недоступно всему остальному автомобильному миру, при этом он характеризовался отличной приемистостью, хорошей тягой на низких частотах, имел высокие показатели топливной экономичности и допустимые показатели токсичности выхлопных газов [165].
VTEC предусматривает две отдельные регулировки ФГР и хода клапанов по общему алгоритму. Два соседних кулачка на распределительном вале, взаимодействуют через рокеры с двумя впускными клапанами одного цилиндра, имеют разный профиль и размеры. Специалисты называют один из этих кулачков «агрессивным», а второй — «мягким». В обычном режиме рокеры работают независимо друг от друга, и «мягкий» кулачок приоткрывает свой клапан на меньшее время и с меньшей высотой подъема, чем «агрессивный».
Как только частота вращения двигателя достигает определенной величины (около 72,) =5000 мин"1), поршень гидравлического цилиндра жестко соединяет оба рокера, и теперь они работают параллельно. При этом «мягкий» кулачок подчинен «агрессивному». Соответственно, возрастает время открытия и высота подъема второго клапана, увеличивается воздушный заряд в цилиндре и растет мощность двигателя. При снижении частоты вращения (ниже
Пд =5000 мин"1) все происходит в обратном порядке, рокеры освобождаются друг от друга, и «агрессивный» кулачок не влияет на работу клапана. Время переключения с одного режима на другой не превышает 0,1 с и никак не отражается на работе самого транспортного средства.
Система VTEC трижды модернизировалась. Отличительная особенность последней - оптимальное время и величина открытия впускных клапанов подбирается электроникой не для двух, а для трех режимов работы двигателя: на низких, средних и высоких частотах [188]
В зоне низких частот VTEC обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливно-воздушной смеси. На средних частотах ФГР изменяются так, чтобы получить максимальный крутящий момент. На высоких частотах для реализации максимальной мощности двигателя обеспечиваются максимальные ФГР и подъем клапанов [182, 151].
На сегодняшний день существует несколько разновидностей системы VTEC. Самая первая появившаяся на HONDA Integra называлась «DOHC VTEC» [182], затем были созданы: «SOHC VTEC» - имеет один распределительный вал и использу ется только для впускных клапанов [184]. Эффективность работы такой кон струкции несколько ниже, чем у DOHC VTEC, однако, она конструктивно проще и обеспечивает двигателю меньшие габариты и массу. Эта система де бютировала в 1991 г. на двигателе D15B «Honda Civic» мощностью в 95 кВт, рабочим объемом - 1.5 л; «SOHC VTEC-E» - создана для максимального снижения расхода топлива и улучшения экологических показатели работы двигателя. На малых частотах двигатель работает на обедненной топливо-воздушной смеси, которая поступает в его цилиндры только через один впускной клапан. При увеличении частоты срабатывает основная система VTEC и начинают работать оба клапана. «3-stage SOHC VTEC» - появилась в 1995 году на двигателе D15B «Honda Civic» Эта система представлена на рис.2.4. Рис.2.4. Симбиоз SOHC VTEC и SOHC VTEC-E имеет не два, а три режима работы. В зоне низких частот система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливо-воздушной смеси. В этом случае используется только один из впускных клапанов. На средних частотах в работу включается второй клапан, но ФГР и высота подъема клапанов не изменяются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. На режиме высоких частот оба клапана управляются «агрессивным» кулачком и реализуется высокая мощность [192].
«Hyper VTEC» - была разработана для 4-тактных двигателей мото циклов. Основной ее особенностью является наличие гидравлического звена в механизме включения клапанов, что позволяет избавиться от необходимости установки дополнительного ряда коромысел (рокеров) и обеспечить непосредственное взаимодействие кулачков распределительного вала с толкателями клапанов.
Особенности электромагнитного привода клапанов газораспределения
Известно, что на существующих транспортных двигателях, подача топлива и управление газообменом осуществляется устройствами, кинематически связанными с коленчатым валом дизеля. Современные системы газообмена обеспечивают оптимальное протекание рабочего процесса, как правило, только на номинальном или близких к нему режимах при нормальных атмосферных условиях. Переменный характер работы ухудшает протекание рабочего процесса, т.к. возникает рассогласование подачи топлива и величины заряда воздуха в цилиндре дизеля. Кроме того, при снижении частоты вращения коленчатого вала резко ухудшается качество смесеобразования, так как не обеспечиваются оптимальные ФГР и нарушается газообмен.
Опыт работ МИИТа, ЦНИДИ, НИИДа и других ведущих организаций в России показал, что одним из перспективных направлений исследований является разработка электрических систем управления приводом органов газообмена. При этом целью работ различных коллективов является оценка работоспособности макетных и опытных образцов, а также выбор рациональных конструктивных параметров новых устройств.
Применительно к ЛДВС аккумуляторные системы привода клапанов газораспределения были созданы в МИИТе еще в 70-е годы прошлого столетия [25,40,41].
При достаточно практичном клапанном газораспределении кулачковый привод имеет много недостатков, и главный из них - невозможность регулирования ФГР на ходу, в процессе изменения мощностного и скоростного режимов. Традиционные механические системы привода инерционны, причем нагрузки возрастают пропорционально квадрату частоты срабатывания. Особенно это актуально для высокооборотных ЛДВС, имеющих, как правило, верхнее расположение кулачковых валов. На сегодняшний день известны следующие виды альтернативного привода клапанов газораспределения: гидравлический привод (ГПК), состоящий из объемного (ОГПК) и дроссельного (ДГПК) приводов; электромагнитный привод (ЭМПК); электрогидравлический привод (ЭГПК). Кроме этого существуют небольшие группы МПК с гидро- и электромагнитными элементами.
Современные системы микропроцессорного управления дизелей позволяют получить точное и гибкое определение параметров впрыска топлива. Система микропроцессорного управления подразделяется на три системных блока: «Датчики и генераторы импульсов», «Электронный блок управления» и «Исполнительные устройства и приводы» [114, 135].
Возрастающие требования, предъявляемые к системам регулирования ЛДВС, привели к тому, что электронные системы управления прошли путь от простых систем с электромагнитным приводом, к сложным, способным обрабатывать множество сигналов в ходе реального времени. В последние годы значительное увеличение вычислительных возможностей микропроцессоров, представленных на компьютерном рынке, сделало возможным осуществление электронного управления ЛДВС.
Электромагнитные исполнительные приводы преобразуют электрические выходные сигналы блока управления в механические величины (например, для электромагнитного клапана управления топливоподачей или аналогичного электромагнитного привода). Устройство управления связано с силовым исполнительным приводом (в рядных блочных ТНВД это электромагнитный привод, а в ТНВД распределительного типа - электромагнитный клапан автомата опережения впрыска).
Из-за лучших характеристик электромагнитной совместимости электромагнитные клапаны высокого давления управляются аналоговыми сигналами. Процесс подачи управляющих сигналов должен обеспечивать минимальные потери мощности в блоке управления и в электромагнитном приводе.
Электромагнитный привод управления углом опережения впрыска, используемый в ТНВД распределительного типа, управляется широтно-импульсными модулированными сигналами.
Форсунки также претерпели существенные изменения. Они оснащены электромагнитным (у некоторых типов двигателей — пьезоэлектрическим) приводом и управляются по гибкому алгоритму в соответствии с конкретными условиями работы дизеля.
Анализ многочисленных патентных и литературных материалов показал, что одним из перспективных направлений исследований является разработка альтернативных, немеханических систем привода клапанами газораспределения [17, 97].
Формированием микропроцессорного и программного обеспечения для решения многочисленных вопросов, связанных с регулированием топливо-подачи и газообмена сегодня занимаются порядка 15 групп и фирм, такие как: Society of Automotive Engineers, Ricardo Group pic, CAD-FEM GmbH, Association of International Automobile Manufacturers, Inc., American Society of Mechanical Engineers (ASME), European Automotive Initiative Group (EAIG), International Society for Measurement & Control (ISA), MIT International Motor Vehicle Program и другие.
Распределение ведущих мировых фирм, работающих над созданием альтернативных систем привода КГР, предлагается на диаграмме рис.3.1.
Кстати, если направления развития альтернативного привода клапанов достаточно хорошо известны по патентным источникам, то другие информационные каналы, как правило, дают частичные сведения, в основном рекламного характера.
Разработка методики оценки влияния изменения ФГР, «времени-сечения» и закона движения клапанов на показатели работы ЛДВС
Для анализа работы элементов системы, согласования параметров гидравлических и электрических устройств разработана математическая модель взаимодействия основных элементов ЭГПК.
В основу построения математической модели системы ЭГПК положены следующие положения [3, 4, 47, 122].
Каждая система ЭГПК (рис.4.16) должна включать: источник рабочей жидкости высокого давления, аккумулятор высокого давления, уменьшающий до требуемых пределов колебания давления рабочей жидкости перед входом в систему привода клапана, сервопривод КГР двигателя, исполнительный орган и элемент, управляющий работой сервопривода - ЭГК, связанный с электронной системой регулирования, входящей в БФИ.
Так как клапаны открываются и закрываются многократно, т.е. работают периодически, то заполнение и опорожнение СГЦ должно происходить также периодически. Если учесть, что время действия клапана измеряется тысячными долями секунды, то становится очевидным, что обеспечение возвратно-поступательного движения клапана будет приводить к пульсацион-ному характеру движения жидкости в гидравлической системе. Однако схема привода должна быть такой, чтобы не допустить гидравлических ударов и кавитационного разрушения поверхностей рабочих устройств.
Малое время действия клапанов газораспределения определяет высокие скорости движения жидкости в каналах гидравлической системы, обеспечение которых возможно лишь за счет перепадов давления.
ЗО должен быть рассчитан так, чтобы переключение происходило за время, по крайней мере, на порядок меньше времени хода клапана двигателя, иначе не будет обеспечиваться достаточно высокая степень использования располагаемого «времени-сечения».
Для уменьшения пульсаций давления в аккумуляторе может находиться воздушный (газовый) демпфер из эластичного газонепроницаемого материала.
Газовый демпфер без разделительной оболочки (диафрагмы) не целесообразен, так как при растворении газа в рабочей жидкости или же выделении газа из жидкости объем его будет изменяться. Значительная сжимаемость жидкости при высоких давлениях и при наличии в жидкости растворенного воздуха обеспечивает демпфирующие свойства рабочей жидкости в аккумуляторе. Поэтому при значительном объеме аккумулятора газовый демпфер может не потребоваться.
Расчетная схема гидравлического привода клапана двигателя, которая представлена на рис.4.17,а, соответствует реальной конструкции рис.4.17,6, по одному из первых патентов известной фирмы Роберта Боша.
Данная схема работает при минимальном расходе рабочей жидкости. Открытие ЗО происходит под действием электромагнита, закрытие — под действием пружины. Расчетными сечениями в схеме будут fi и Уз Сечение f\ будет определять лишь потерю давления при выпуске рабочей жидкости из СГЦ сервомотора. Если принять f\ значительно больше У 2 и /з. то влиянием его на работу гидравлического привода можно пренебречь.
Основным недостатком схемы рис.4.19,а является неизбежность появления гидравлических ударов при переключении ЗО, перекрывающим основ 134 ной рабочий канал, что может приводить к повторным открытиям канала при недостаточном усилии пружины. Значительное увеличение жесткости пружины С2 нежелательно, т.к., чем больше сила пружины F2, тем мощнее нужен электромагнит, открывающий ЗО с проходным сечением Jo .
По схеме клапан двигателя открывается под действием рабочей жидкости на плунжер СГЦ. Закрытие клапана двигателя происходит под действием пружины клапана с усилием Fx. При этом сила Fx должна обеспечивать требуемую скорость удаления рабочей жидкости из СГЦ через проходное сечение второго ЗО с проходным сечением Уз и выбираться с учетом других действующих сил.
Расчетная схема гидропривода, представленная на рис.4.18,а, соответствует конструкции, показанной на рис.4.18,6, и применявшейся на испытаниях в лаборатории МИИТа на безмоторном отсеке дизеля. Система имеет один ЗО и в ней исключено появление гидравлических ударов. Основным недостатком схемы является больший расход рабочей жидкости, которая в момент открытия ЗО частично теряется на сливе. Чтобы уменьшить непроизводительный расход жидкости и резкие изменения давления в аккумуляторе, между аккумулятором и управляющим ЗО с проходным сечением у 2 установлен дроссель с калиброванным отверстием /ф.
Дроссель замедляет процесс заполнения цилиндра сервомотора жидкостью и, следовательно, процесс открытия клапана двигателя. Но он также уменьшает потери жидкости в процессе закрытия клапана и при полностью закрытом клапане.
Выбором жесткости пружины клапана и проходного сечения дросселя fdP можно обеспечить плавное завершение процессов открытия и закрытия КГР. В начальный момент закрытия 30 будет значительный перепад давления на дросселе и жидкость быстро перетекает в СГЦ привода клапана. По мере сжатия пружины клапана с усилием F{ давление жидкости в СГЦ будет по 135 вышаться, а, следовательно, будет повышаться давление за дросселем, и скорость перетекания рабочей жидкости через дроссель будет уменьшаться.
