Начало работ по системам электронного управления двухтак­тных малооборотных двигателей относится к 1991 году, в 2003 году были построены и установлены на танкерах первые двигатели 7S-50МЕ-С и 6S70ME-C с электронным управлением. Фирмой было прежде всего разработано и заложено в основу электронной систе­мы программное обеспечение.

На Рис. 4 представлена блок-схема программ, включающих решение задач по анализу состояния двигателя и управлением топливоподачей, движением выхлопных клапанов, смазкой цилиндров и турбонаддувом.

Конфигурация системы управления, приведенная на Рис.5 включает панель управления на мостике, главную панель управле­ния в посту управления, два микропроцессора (основной А и резерв­ный В), в которые заложены программы управления, панель местного управления также с двумя электронными блоками А и В и модулями на каждом цилиндре.

Перевод мощных двигателей на электронное управление потребовал не только поиска и разработки программ уп­равления, высоконадежных средств электроники, но и радикально­го решения по замене мощных механических 

приводов. Достаточно сказать, что привод топливного насоса в стандартном варианте ис­пытывает весьма большие нагрузки, если учесть, что в мощной ма­шине в цилиндр за цикл подается около 200 г. топлива, сжатого до 80-90 МПа. Высокие нагрузки приходятся и на привод выхлопных клапанов. Поэтому единственно верным решением было применить в качестве силовых передач гидропривод (МАН Дизель и Турбо), либо аккуму­ляторную систему топливоподачи, как это сделала фирма Зульцер. Схема системы топливоподачи с гидроприводом представлена на Рис.6. В число основных компонентов системы входят:

Самоочищающийся 10 микронный фильтр тонкой очистки маcла, необходимость в котором определяется более высокими требованиями к маслу, используемому в гидроприводе.

• Гидронасосы, использующие масло из общей системы смазки двигателя и поднимающие его давление до 17,5 МПа (электроприводные и применяемые при пуске двигателя) и до 25 МПа с приводом от двигателя, берущие на себя снабжение гидросис­темы маслом во время его работы. Масло направляется в акку­мулятор (Рис. 6), давление в котором поддерживается путем изменения производительности гидронасосов, находящейся под управлением электронных блоков. Из аккумулятора масло направляется к установленным на каждом рабочем цилинд­ре гидроцилиндрам-усилителям привода ТНВД и выхлопного клапана, включающим блок распределения с гидравлическими аккумуляторами и электронно  управляемыми, пропорцио­нальными, быстродействующими клапанами положения (NC) см. Рис.7. В задачу последних входит управление фазами и давлениями топливоподачи, фазами движения выхлопного клапана.

Электронное управление и гидропривод топливного насоса.

Топливный насос высокого давления в сравнении с традици­онными конструкциями механически значительно 

проще. В нем отсутствуют механический привод плунжера, (заменен на гидропри­вод), механизм управления фазами подачи топлива, механизм VIT.

Плунжер представляет собой гладкий поршень без косых кромок, что существенно упрощает технологию его изготовления и повыша­ет ресурс. Масло из аккумулятора через управляющий клапан, акти­визация которого осуществляется электронным блоком, попадает в полость над гидропоршнем. Воспринимаемое им усилие, будучи усиленным в 4,47 раза (отношение площадей F_гп / F_пл = 4,47), пе­редается поршню-плунжеру топливного насоса, осуществляющему сжатие топлива до заданных процессором давлений в 50 - 100МПа и подачу его к форсункам.

Как уже отмечалось, моменты поступления масла в цилиндр гидроусилителя, а, следовательно, фазы и количественная харак­теристика подачи, задаются микропроцессором, в свою очередь воздействующим на управляющий клапан. В микропроцессор заложены программы, позволяющие изменять давление масла по ходу процесса впрыска, тем самым менять характер кривой давлений впрыска и подбирать необходимый для данного режима закон пода­чи топлива. Возможные варианты приведены на Рис. 9. Рис. 10 иллюстрирует влияние характера 

впрыска на развитие давлений в рабочем цилиндре. Здесь мы видим впрыск с резким ростом давле­ний в начальной стадии и последующим спадом давления и, сопро­вождаемым уменьшением скорости впрыска топлива (поз.А). Такой вариант, равно как и последующий (поз.В), приведет к резкому росту тепловыделения в цилиндре в начальной стадии сгорания и боль­шим Р_макс. В итоге - будет достигнута высокая экономичность, но и большие тепловые и механические нагрузки на ЦПГ. Более мягкая организация подачи в ее начале и резкое окончание в конце (поз. С) позволяет уменьшить нагрузки, но в ущерб экономичности дви­гателя. В то же время, улучшается распыливание топлива в конце подачи, а, следовательно, достигается меньшее догорание на ли­нии расширения. Мягкое сгорание в начальной стадии и меньшие температуры рабочего цикла достигаются при двухфазном впрыске (поз.D). К этому варианту прибегают, когда стоит задача уменьше­ния содержания в выхлопных газах NO_x.

Электронное управление и гидропривод выхлопного клапана

Система привода включает цилиндр-актюатор, заполняемый маслом высокого давления из аккумулятора через управляющий клапан, активируемый электрическим сигналом, поступающим из электронного блока (Рис. 7).

Перечисленные элементы практически выполняют функции традиционной системы механического привода клапана, состояв­шей из распределительного вала с кулачком, толкателя и коромыс­ла. В рассматриваемой системе гидропривода управляющий кла­пан по получении эл. сигнала от электронного блока в необходимый момент открывает доступ гидромасла высокого давления к порш­ню сервопривода (см. Рис. 11), который, двигаясь вниз, открывает клапан. Закрытие клапана происходит после перемещения управ­ляющего клапана в положение, при котором полость актюатора раз­гружается от давления масла. Соответственно полость гидроусили­теля также разгружается и воздушная пружина поднимает клапан в положение “закрыто”. В конструкции сервоприводов предусмотрены демпферы, смягчающие удары при открытии и закрытии клапана. Контроль за перемещениями клапана осуществляет установленный на корпусе датчик, реагирующий на изменение расстояния между ним и напрессованным на шток клапана измерительным конусом.

Важно отметить, что предоставленная электроникой воз­можность изменения фаз открытия и закрытия клапана поз­воляет их оптимизировать в соответствии с режимом рабо­ты двигателя.

Электронное управление лубрикатором.

Использование в системе управления двигателем микропро­цессоров позволило решить давно назревшую проблему организа­ции смазки цилиндров. В традиционной системе, где используется механический привод лубрикаторов, ряд фирм для уменьшения подачи масла на смазку цилиндров при снижении нагрузочного ре­жима связывали механизм подачи с положением рейки топливных насосов. Но, к сожалению, не могли достигнуть синхронизации подачи с движением поршня рабочего цилиндра, а это приводило к тому, что часть поступающего из штуцеров масла попадала в цилиндр над поршнем, и при его движении вверх поршневыми кольцами переме­щалось в направлении камеры сгорания, где выгорало. Часть масла выходила из штуцеров цилиндра под поршень и при его движении вниз кольцами забрасывалось в продувочные и выхлопные окна. Идеальной считается подача в момент, когда масло выходит из шту­цера в промежуток между первым и вторым поршневыми кольцами. Тогда масло хорошо разносится по поверхности цилиндра и ранее отмеченные потери исключаются. В современной системе эта за­дача успешно решается и экономия в расходе цилиндрового масла в двигателях ME составляет свыше 0,3 г/кВт·час. Концепция новой системы смазки цилиндров с электронным управлением представ­лена на Рис. 12. Масло из цистерны цилиндрового масла поступа­ет в насосную станцию, где его давление поднимается до 4,5 МПа и направляется в индивидуальные для каждого цилиндра аккумулято­ры и далее в лубрикаторы. В станции находятся два рабочих насоса и один, автоматически включаемый в режиме stand-by. Количество лубрикаторов (1 или 2) на каждом цилиндре зависит от размеров цилиндра (количества штуцеров).

Лубрикатор (см. Рис. 13) снабжен поршнем гидроусилителя, подача масла на который осуществляется через быстродействую­щий двухпозиционный клапан, управляемый микропроцессором. Поршень приводит в движение размещенные по окружности плун­жеры насосов высокого давления, обеспечивающие подачу оди­наковых количеств масла по всем точкам смазки и, практически, в один момент времени. Количество плунжеров соответствует числу точек смазки. Лубрикатор подает масло через каждые в 4-5 или более оборотов коленчатого вала в зависимости от требуемой величи­ны подачи, выраженной в г\кВт·час. Увеличение подачи достигается увеличением частоты подач, уменьшение - наоборот. Время впрыс­ка (момент подачи) задается микропроцессором с большой точнос­тью с тем, чтобы поступление масла в цилиндр происходило в пе­риод, когда поршень своим комплектом колец находится в плоскос­ти штуцера. Продолжительность подачи укладывается в ~0,1°п.к.в. Величина создаваемого плунжерами давления в нормальных условиях составляет 4,5 МПа, при закоксовывании отверстий может существенно увеличиваться, что обеспечивает гарантированную подачу.