МАКСИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ ПРЯМОЙ ОПТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ

ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДОВ ПРЯМОГО ОПТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА РЕГУЛИРОВКА МОМЕНТА ЗАЖИГАНИЯ Каждый градус запаздывания зажигания связан приблизительно с двумя процентами (2%) потерь топлива. Система DOT (пряного оптического регулирования) обеспечивает эксплуатационников точной информацией для максимизации экономим топлива в каждом цилиндре. Единая установка может контролировать как главные двигатели, так и двигатели дизель-генераторных установок.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ Электронные регуляторы обеспечивают автоматический впрыск большего количества топлива в цилиндры при падении выходной мощности. Таким образом, сжигается больше топлива, чем это необходимо для обеспечения желаемой вы­ ходной мощности. Система DOT обеспечивает эксплуатационника необходимой информацией для определения действительной неисправности и её устранения, и таким образом, номинальная мощность может быть получена без потерь топлива. НИЗКОСОРТНЫЕ ТОПЛИВА Эксплуатационники могут использовать топлива пониженных сортов, причём они могут знать об этом или не знать, что связано с особенностями рынка. Топлива с пониженной теплотворной способностью, то есть топлива более низкого сорта, сжигаются медленнее или позднее более высокосортных топлив. Поэтому они автоматически приводят к запаздыванию зажигания.

Система DOT обеспечивает возможность оптимальной установки опережения зажигания для любого используемого вами топлива, и она также даёт вам информацию относительно влияния такого топлива на вал двигатель. Могут быть проанализированы характеристики при работе на действительной используемой смеси топлив, а также может быть определена наиболее приемлемая смесь. СОКРАЩЕНИЕ ОБСЛУЖИВАНИЯ БАЛАНСИРОВКА ПО МОЩНОСТИ Только приборы Megasystems обеспечивают балансировку выходной мощности от цилиндра к цилиндру независимо от изменений нагрузки двигателя или частоты вращения. Правильная балансировка средних индикаторных давлений умень­шает вибрации и тепловые напряжения.

УМЕНЬШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ВЫХЛОПА Непосредственное преимущество правильной регулировки момента зажигания состоит в уменьшении температуры выхлопных газов. Каждому градусу запаздывания зажигания соответствует повышение температуры выхлопных газов на 8- 10°С. Повышенные температуры получаются в результате того, что топливо сжигается позднее в течение периода цикла, и это сжигание происходит ближе к периоду открытия выпускных клапанов или же в самый этот период. Это приводит к преждевременному выходу из строя или подгоранию выпускных клапанов. ОБСЛУЖИВАНИЕ, ОПРЕДЕЛЯЕМОЕ СОСТОЯНИЕМ Система DOT обеспечивает эксплуатационника точными данными относительно того, что происходит внутри цилиндра. Эксплуатационник может наблюдать в течение длительного периода времени действительные характеристики каждого индивидуального цилиндра.

Предупредительное обслуживание на этой основе может быть запланировано с учётом действительной необходимости, а не по произвольно составленной программе обслуживания в заданные периоды. В результате этого исключаются не вызываемые необходимостью замены деталей. СОКРАЩЕНИЕ АВАРИЙНОСТИ Система DOT обеспечивает получение предупреждений относительно ухудшения характеристик цилиндров. Раннее обнаружение неполадок, связанных с утечками через поршневые кольца, утечками в выпускных клапанах, неправильной работой инжекционных насосов и впускных клапанов, - всё это позволяет эксплуатационнику выполнять ремонт, когда он необходим, а не после серьёзной аварии. УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ДВИГАТЕЛЯ Система DOT позволит увеличить срок службы двигателя путём предоставления вам необходимой информации относительно снижения вибраций и тепловых напряжений.

ГЛАВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА Существуют две главных области, в которых можно получить большие преимущества при регулярном применении систем анализа процесса сгорания DOT фирмы Megasystems. Этими группами преимуществ являются преимущества, связанные с экономией топлива и с сокращением обслуживания. ПРЕИМУЩЕСТВА, СВЯЗАННЫЕ С ЭКОНОМИЕЙ ТОПЛИВА Эксплуатационники имеют возможность оптимизировать установку момента зажигания или впрыска топлива для своих двигателей на основе точной информации, обеспечиваемой блоками анализа процесса сгорания. Информация о синхронизации воспламенения обеспечивается для каждого цилиндра непосредственно в соответствующие периоды времени.

Каждому одному градусу запаздывания момента зажигания соответствует приблизительно 2% потери топлива. После ввода двигателя в эксплуатацию начинается процесс самопроизвольного разрегулирования момента зажигания вследствие множества различных причин. Обычно малооборотные двигатели оказываются разрегулированными с запаздыванием момента зажигания на 1-3°. Это соответствует потерям топлива 2-6%. Среднеоборотные и высокооборотные дизели обычно работают при запаздывании момента зажигания на 3-8°. Это означает, что в среднем теряется 6-16% топлива. Эксплуатационники имеют возможность отрегулировать отдельные цилиндры в отношении правильного момента зажигания и тем самым уменьшить количество топлива, требуемого для обеспечения номинальных отдаваемых мощностей. Данная система позволяет эксплуатационнику оптимизировать потребление топлива для любых уровней нагрузки, изменений частот вращения или изменений качества топлива. Возьмём для примера двигатель с годовой наработкой 6000 часов. Средняя мощность л.с. Расход топлива составляет 140 г/л.с.-ч для двигателя в хорошем состоянии и 145 г/л.с.-ч для двигателей с неудовлетворительной системой инжекции или неправильно установленным моментом зажигания. Цена топлива составляет 177 ам. долларов за тонну. Подсчёт даёт экономию ам. долларов в год, что более, чем в два раза превышает стоимость полной системы DOT.

Система может окупиться менее чем за шесть месяцев, только за счёт экономии топлива. Анализ процесса сгорания позволяет эксплуатационникам оптимизировать изменения регулировки момента сжигания в результате различий в качестве топлива, как известных заранее, так и неизвестных, во время закупки топлива. Низкое качество топлива приводит к запаздыванию момента зажигания, что, в свою очередь, обуславливает потерю мощности или требует сжигания большего количества топлива для обеспечения той же самой мощности. Поскольку приборы фирмы Megasystems показывают действительные характеристики зажигания в каждый данный момент в цилиндре, эксплуатационники могут выполнить простые регулировки для обеспечения оптимального сжигания потребляемого топлива. Желаемые отдаваемые мощности могут поддерживаться на нужном уровне без потерь топлива. Наш опыт показывает, что на судах, где отсутствует такая информация, в случаях снижения оборотов или мощности, в двигатель подаётся большее количество топлива для компенсации потерь мощности. Это приводит не только к потерям топлива, но также поднимает температуру выхлопных газов.

ПРЕИМУЩЕСТВА, СВЯЗАННЫЕ С ОБСЛУЖИВАНИЕМ: Системы анализа процессов сгорания фирмы Megasystems уникальны в том отношении, что они обеспечивают для эксплуатационников возможность балансировки отдаваемых мощностей от каждого цилиндра независимо от нагрузки или изменений оборотов. Блоки системы DOT могут выполнять это точно, поскольку они рассчитаны на одновременный анализ более чем одного цилиндра и на сравнение результатов. Системы, которые не могут анализировать и не дают данных одновременного анализа мощностей, не могут быть использованы для правильной балансировки цилиндров. Небольшие изменения оборотов и нагрузок, которые всегда могут случаться, будут вызывать изменения отдаваемых мощностей цилиндров. Поэтому системы, которые анализируют каждый цилиндр поочерёдно, не обладают очень большой точностью вследствие изменений оборотов или нагрузок, происходящих между моментом времени измерения характеристик в первом цилиндре и в следующем цилиндре.

Главное преимущество, связанное с балансировкой отдаваемых мощностей каждого цилиндра в двигателе, состоит в уменьшении трения и вибраций. Прямой результат правильной мощностной балансировки двигателя состоит в обеспечении равномерного распределения тепла по длине двига­теля. Поскольку тепловое распределение сбалансировано, исключаются тепловые напряжения. Тепловые напряжения приводят к повреждениям, связанным с теплом, таким как появление трещин в головках блока цилиндров, гильзах и поршнях. Важным фактором в увеличении полезного срока службы двигателей является уменьшение этих тепловых напряжений и связанных с вибрацией повреждений. Уменьшение вибрации обеспечивается тем, что ни один из цилиндров не работает в направлении, противоположном направлению работы другого цилиндра. При правильной настройке момента зажигания можно получить значительное уменьшение температур выхлопных газов. Каждому одному градусу запаздывания момента зажигания соответствует увеличение температуры приблизительно на 8- 10°С. Таким образом, если двигатель обычно работает с запаздыванием зажигания на 2-3°, это означает, что температуры выхлопных газов на 16-30°С выше, чем они должны быть. Уменьшение рабочих температур будет благоприятно влиять на состояние лопаток турбонагнетателя и на состояние выхлопных клапанов отдельных цилиндров.

Уменьшение объёма работ по обслуживанию обуславливается тем, что рабочие температуры поддерживаются в правильных расчётных пределах. Хорошо известно, что повышенные температуры увеличивают термическую усталость и связанные с этим разрушения под напряжением. Правильная установка зажигания уменьшает скорость и интенсивность образования нагара. Более полное сгорание топлива в камере цилиндра сводит к минимуму образование отложений нагара. Эти отложения вызывают повреждения вследствие увеличения износа гильз цилиндров и поршневых колец, а также влияют на состояние сёдел впускных и выпускных клапанов. Уменьшение количества нагара в системе продувки цилиндров в свою очередь обеспечивает, что двигатель работает при достаточной подаче кислорода, необходимого для хорошего сгорания. Используя анализ кривых впрыска, эксплуатационники могут определить на ранней стадии неполадки в системе впрыска. Это включает оценку состояния форсунок, регулировки форсунок, сопел форсунок, насосов впрыска, а также оценку утечек в топливных линиях и состояние пружин системы впрыска. Раннее обнаружение неполадок в этой системе помогает выполнять предупредительное обслуживание вместо ремонта после действительной поломки.

Это даёт также эксплуатационнику информацию относительно условий, существующих в соответствующей системе, и даёт ему возможность принять соответствующие меры для исправления возможных неполадок на наиболее ранней стадии.

ПРЕИМУЩЕСТВА АНАЛИЗА С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ DOT ПО СРАВНЕНИЮ С МЕТОДОМ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ Индикаторные диаграммы не могут быть получены для средне- и высокооборотных двигателей. Поэтому даже в случаях, когда в качестве главных двигателей силовой установки используются малооборотные дизели, ничего не может быть сделано для оптимизации характеристик и надёжности вспомогательных двигателей и двигателей дизель-генераторов. На типовом танкере вплоть до 45% действительных расходов на топливо могут быть связаны с вспомогательными двигателями, а не с двигателями главной силовой установки. Индикаторные диаграммы имеют невысокую точность. Они, при самых наилучших обстоятельствах, имеют неточность 7-10%. Индикаторные диаграммы не определяют верхней мёртвой точки цилиндра, и они не определяют момента зажигания или впрыска. Без этой информации невозможно точно установить зажигание для двигателей.

Каждому 1° запаздывания момента зажигания по сравнению с оптимальным соответствует 2% потерь топлива, точность установки зажигания в большой степени влияет на экономичность эксплуатации и на другие эксплуатационные характеристики. Индикаторные диаграммы показывают только результаты для одного цикла. Поскольку процесс сгорания изменяется при каждом цикле, полученная информация может представлять то, что действительно обычно происходит в цилиндре, а может и не представлять этого. Индикаторные диаграммы не указывают базовых углов или давлений. Индикаторные диаграммы не имеют возможности увеличения или расширения изображения. Отсутствует возможность выполнять детальный анализ на различных частях кривых. Диаграммы изменяются в зависимости от работника, который их снимает. Информация не может быть немедленно получена, несколько требуется приблизительно один час для подготовки каждой диаграммы. Это означает, что невозможно выполнить балансировку двигателя, поскольку до того, как будут записаны диаграммы для всех цилиндров, нагрузки на двигатель, нагрузки на винт и число оборотов будут изменяться.

Поэтому, даже если двигатель считается сбалансированным в соответствии с диаграммами, на самом деле он, вероятно, всё ещё не будет сбалансированным. Поскольку снятие индикаторных диаграмм для каждого цилиндра вручную занимает столько много времени, эти диаграммы снимаются недостаточно часто. СИСТЕМА DОТ ОБЕСПЕЧИВАЕТ СЛЕДУЮЩЕЕ: Полные волновые диаграммы процесса сгорания и впрыска. На этих диаграммах указывается положение верхней мёртвой точки, а также даётся вся информация по давлениям и моментам зажигания. Системы DOT могут выдавать изображения для индивидуальных циклов и для усреднённых циклов. Диаграммы, отпечатанные на бумаге, ведаются автоматически. Системы DOT способны контролировать и анализировать двигатели различных типов с использованием того же электронного оборудования. Это означает, что вы можете контролировать не только главные двигатели, но также и вспомогательные двигатели на том же судне с использованием одной системы приборов.

Устройства системы Megasystems могут контролировать малооборотные, среднеоборотные и высокооборотные двигатели. Возможно увеличение или расширение любой части волновых диаграмм. Система DOT является наиболее быстрым и наиболее точным средством получения нужных данных. Перед её использованием не требуется калибровка, выполняемая эксплуатационником.

РЕГУЛИРОВКА ЗАЖИГАНИЯ ПО ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ВМЕСТО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЗАВОДСКОЙ НАСТРОЙКИ Очевидно, что определённые преимущества можно получить, следуя рекомендуемым изготовителем двигателя нормальным процедурам установки зажигания. Следует отметить, однако, что руководства изготовителей двигателей указывают теоретические, приблизительные точки настройки момента зажигания. Эти точки могут быть установлены персоналом эксплуатирующей организации или заводскими механиками, и они могут быть (или могут не быть) действительными оптимальными регулировками для данного двигателя. Спецификации изготовителя двигателя не принимают во внимание изменения, которые могут возникнуть в каждом двигателе после начала его эксплуатации или различия в изменениях допусков при изготовлении, которые являются результатом нормального износа. Например, допуски на установку моментов зажигания изменяются вследствие появления люфтов в рычажных механизмах, связанных с коленчатым валом и кулачковым валом.

Каждый коленчатый вал слегка скручи­вается при эксплуатации. Это, в действительности, изменяет положение верхней мёртвой точки каждого цилиндра. Поскольку спецификации изготовителя двигателя и метки для установки моментов зажигания основываются на теоретических допусках и допусках при изготовлении, они не отражают действительных оптимальных настроечных точек для любого двигателя после начала его эксплуатации. Указания изготовителя двигателя относительно регулировки распределения не принимают во внимание этих изменений, поскольку они, естественно, различны в различных случаях и в различные периоды времени. Системы DOT обеспечивают информацию для цилиндров в реальном масштабе времени. Действительное измерение и определение того, что происходит в каждом цилиндре, обеспечивает эксплуатационника мощным инструментом для максимального сокращения эксплуатационных расходов. Спецификации изготовителя двигателя и техники по обслуживанию не могут учесть изменений качества топлива, которые могут происходить даже без ведома персонала, эксплуатирующего судно. Системы прямого оптического регулирования определяют действительные характеристики внутри цилиндра независимо от периода эксплуатации или состояния двигателя, а также от характеристик используемого топлива.

Некоторые регулировки системы распределения выполняются персоналом команды судна по плану обслуживания. Изменение моментов впрыска и зажигания на несколько градусов могут быть выполнены путём регулировки плунжеров впрыска топливных насосов. В случае необходимости выполнения больших изменений в настройке системы распределения, соответствующие регулировки могут быть выполнены обычным путём с помощью регулировки положения кулачкового вала.

СИСТЕМЫ DOT СОСТОЯТ ИЗ СЛЕДУЮЩЕГО: датчиков давления сгорания датчиков давления впрыска топлива (устанавливается по выбору заказчика) магнитных датчиков положения коленчатого вала одного блока обработки и отображения графического печатного устройства (устанавливается по выбору заказчика) селекторных панелей для нескольких двигателей (устанавливается по выбору заказчика) БЛОК ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ В этот блок включается электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) и устройство об­работки сигналов, смонтированные в прочном корпусе для установки на стойку размером 19 дюймов. Масса блока составляет 14 кг, и он может быть выполнен переносным.

Системы DOT могут быть представлены в двух вариантах: Стандартная система DOT с двумя датчиками давления сгорания CPQ 150, для одновременного анализа двух цилиндров. Многоканальный вариант системы обеспечивает отображение баланса среднего индикаторного давления. Второй вариант представляет система DOT S/C (одноканальная) для анализа поочерёдно по одному цилиндру в каждое данное время.

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ DOT На экран системы выводится одна волновая кривая для давления в процессе сгорания или давления впрыска топлива, или же комбинация любых двух волновых кривых одновременно для прямого сравнения. Ручка регулировки увеличения (ZOOM) позволяет производить увеличение до десяти раз по горизонтали и вертикали, что обеспечивает возможность ясного различения разностей углов +0,2 и изменений давления 0,5% в любой части волновой кривой. На волновой кривой имеются две "точки" - одна фиксированная, указывающая положение верхней мёртвой точки цилиндра двигателя (TDC), и одна подвижная, которую пользователь может перемещать вдоль волновой кривой. "Точка", соответствующая верхней мёртвой точке, позволяет пользователю непосредственно и визуально оценить точность систе­мы. Верхняя мёртвая точка должна быть правильно установлена для получения правильных данных.

Устанавливая перемещаемую точку (DOT) в любое положение вдоль волновой кривой и нажимая кнопки на передней панели с обозначением "DOT angle" или "DOT pressure", на цифровом индикаторе, можно получить соответственно уг­ловое положение коленчатого вала и давление, соответствующее данной точке. См. рис. 1. На передней панели располагаются кнопки числа оборотов (RPM), среднего индикаторного давления (MIP) и баланса индикаторных давлений (MIP Balance) При нажатии на эти кнопки на цифровом индикаторе будут выдаваться следующие данные: Обороты двигателя (от 30 до 2000 об/мин) Среднее индикаторное давление (MIP) Разность средних индикаторных давлений для любых двух выбранных цилиндров. Переключатель "A or В" Используется для вызова волновой кривой или данных для цилиндра "А" или "В"; для одновременного представления данных для двух цилиндров используется переключатель "А + В". На передней панели расположены также ручки настройки экрана ЭЛТ (фокус, яркость и т.д.). Важные условия в цилиндре анализируются с использованием следующих процедур:

Среднее индикаторное давление Момент воспламенения (TIGNI) Максимальное давление (РMАХ) Нажать кнопку "MIP" для представления данных на цифровом индикаторе. Переместить подвижную точку (DOT) в точку на волновой кривой, где наблюдается начальное по­ вышение давления при сгорании. Нажать кнопку "DOT angle", после чего величина TIGNI будет выводиться на цифровой индикатор. Функция увеличения (ZOOM) может использоваться для получения лучшей точности. Переместить движущуюся точку (DOT) в точку пикового давления на волновой кривой. Нажать кнопку "DOT pressure, после чего значение РМАХ будет выводиться на цифровой индикатор.

Момент максимального давления (ТМАХ) Давление расширения (ТЕХР) При точке DOT в положении РМАХ нажать кнопку "DOT angle" для получения соответствующего значения на цифровом индикаторе. Расположить переметаемую точку DOT в точку на волновой кривой после TDC, как это опре­деляется в руководстве по обслуживанию двигателя для определения открытия выпускных клапанов. Следует находить это положение в то время, когда нажата кнопка "DOT angle". После установления движущейся точки DOT в нужном положении просто нажать кнопку "DOT pressure" для получения значения давле­ния расширения.

Давление сжатия (РСОМР) Установить движущуюся точку DOT поверх точки TDC DOT. Нажать кнопку "DOT pressure" для вывода соответствующего значения на индикатор.

ДАВЛЕНИЕ ВПРЫСКА: Ключевые параметры впрыска получаются таким же образом, как и волновые кривые сгорания. Следует обратиться к диаграмме давления впрыска для получения соответствующей информации. Путём измерения угла от точки начального повышения давления до момента впрыска, можно получить сведения об ослаблении пружины форсунки, если угол (время) начинают увеличиваться.

ДАТЧИКИ ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА Угол поворота коленчатого вала получается на маховике двигателя с использованием двух магнитных датчиков. Один датчик регистрирует положение верхней мёртвой точки (TDC) поршня первого цилиндра, что соответствует нулю градусов. Другой датчик подсчитывает зубья венца вращающегося маховика и выдаёт данные о числе оборотов. Кодирующее устройство, независимо от числа зубцов венца маховика, посылает 720 импульсов за оборот к блоку обработки данных. ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ СГОРАНИЯ Стандартные системы DОТ включают два датчика давления сгорания в цилиндре CPQ-150 фирмы Megasystems. Эти датчики имеют надёжную и проверенную конструкцию и они генерируют выход с электрическим зарядом, пропорциональным изменениям давления в цилиндре. Встроенное внутреннее сопротивление обеспечивает калибровку чувствительности к зарядам до стандартного значения, что приводит к взаимозаменяемости блоков.

Датчик генерирует электрический сигнал, пропорциональный изменению давления, и он не генерирует сигнала, если давление постоянно. Датчики могут быть установлены на каждый цилиндр, если необходимо. С помощью клапанных переходников датчики подключаются к продувочным клапанам, и они могут сниматься для очистки. Датчики CPQ-150 не имеют движущихся частей или усилителей заряда, которые обусловливают эксплуатационные неисправности, характерные для датчиков давления сгорания другого типа. Датчики CPQ-150 спроектированы в расчёте на непрерывную длительную работу в двигателях.

Рис.1. Выходная информация системы DOT

РМАХ Maximum Combustion Pressure - Максимальное давление сгорания РСОМР Compression Pressure - Давление сжатия РЕХР Expansion Pressure - Давление расширения TDC Top Dead Centre - Верхняя мёртвая точка ATDC After Top Dead Centre - После верхней мёртвой точки BTDC Before Top Dead Centre - Перед верхней мёртвой точкой ТМАХ Time of Maximum Pressure - Момент максимального давления TIGNI Time of Fuel Ignition - Момент воспламенения топлива ТЕХP Time of Expansion - Момент начала расширения Указанную выше информацию легко получить с использованием подвижной точки и функциональных кнопок.

Рис.2. Волновая диаграмма Сплошная кривая является удовлетворительной волновой диаграммой. Пунктирная линия показывает потерю мощности вследствие неправильного момента воспламенения.

Пунктирная линия указывает на забитую или дефектную форсунку или насос впрыска. Рис.3.

Пунктирная линия показывает влияние плохого распыления при впрыске, а также задержки воспламенения. Рис.4.

Пунктирной кривой показан результат утечки через поршневое кольцо. Рис.5.

Примечание: сжатие ниже нормального. Небольшое падение сжатия означает, что утачка происходит через верхнее кольцо. Вольное падение сжатия озна­чает выбросы через нижние кольца и возможность повреждения картера, если неисправность не будет устранена. ВЫХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ СИСТЕМЫ DOT

Fpopen:Давление впрыска топлива при открытии FPmax:Максимальное давление топлива TINJ:Момент открытия топливной форсунки LINJ:Время периода впрыска топлива DX/ DY :Скорость возрастания давления