Комплексная система управления силовой передачи фирмы CATERPILLAR для автосамосвалов

Комплексная система управления работой автосамосвалов

Фирма CATERPILLAR усовершенствовала электронную систему управления работой двигателя, успешно применявшуюся в течение прошедшего десятилетия для тяжелых условий эксплуатации карьерных автосамосвалов. Новая разработка получила название комплексной электронной системы управления силовой передачей автосамосвала, т.к. объединяет несколько взаимодействующих между собой электронных систем. Комплексная система включает узел электронного управления впрыском топлива EUI (Electronic Unit Injection), блок электронного модуля ЕСМ (Electronic Control Module), программируемый электронный блок управления трансмиссией ЕРТС II (Electronically Programmable Transmission Control), а также разработанный фирмой CATERPILLAR  интерфейс обмена данных, который обеспечивает взаимосвязь и взаимодействие между системами.

Комплексная система управления силовой передачей


Электронная система управления впрыском топлива

По сравнению с механическим узлом впрыска топлива MUI (Mechanic Unit Injection)электронный узел EUI обеспечивает более эффективное функционирование двигателя при гораздо меньшем количестве движущихся деталей.

Точная дозировка впрыска топлива и его временные параметры определяются с помощью электронной системы на основе данных, получаемых от датчиков, расположенных на двигателе, машине и дроссельной педале. Скорость вращения коленчатого вала двигателя регулируется за счет корректировки времени впрыска топлива. От специального вращающегося датчика импульсов информация о положении поршня поступает в блок электронного модуля ЕСМ.

На двигателях с MUI впрыск механически определяется, исходя из параметров скорости вращения и положения педали акселератора. В структуре электронного узла впрыска топлива двигателя нет механического регулятора — начало и конец впрыска контролируется с помощью электрического соленоида инжектора, включение и выключение которого производит блок ЕСМ подачей управляющих сигналов, регулируя подачу топлива, скорость вращения и крутящий момент двигателя. Поэтому износ деталей не влияет на дозировку подаваемого топлива. Контроль за параметрами дозировки с использованием электрических сигналов повышает надежность, быстроту и эффективность работы двигателя.

Временные параметры впрыска у двигателя с EUI тонко регулируются на основе точного контроля времени зажигания смеси, обеспечивая оптимизацию расхода топлива и качества выхлопа в отличие от двигателя с MUI, в котором жесткая фиксация временных установок ограничивает адаптацию двигателя к изменениям условий эксплуатации.

Диагностика и техническое обслуживание двигателей, оснащенных системой EUI, заметно упрощены по сравнению с двигателями с механическим узлом впрыска топлива благодаря применению электронного анализатора-программатора и отсутствию изнашивающейся и требующей регулировки механики. На дисплее ЕСАР (Electronic Control Analyzer Programmer) могут высвечиваться параметры температуры, давления, дозировки топлива, информация диагностического характера, данные допущенных ранее превышений скорости, температур, аварийного падения давления или сбоев в работе воздушных фильтров.

Для двигателя с MUI требуется проведение сложных наладок топливной рейки и механических обвязок, а также производство плановых ремонтов.

В двигателях с EUI электроника взяла на себя функцию по контролю скорости, механике акселератора, увеличению крутящего момента, а также управлению дозировкой и подачей топлива.

Эксплуатационные преимущества применения EUI

Достижение высоких эксплуатационных качеств обеспечивается за счет следующих преимуществ:

  • !повышенной надежности из-за использования меньшего количества движущихся деталей, требующих незначительных настроечных работ;
  • !пониженному уровню выхлопа благодаря электронному контролю подачи топлива при холостой работе двигателя, при включении его в работу и при нажатии педали акселератора, а также установке в более высокое положение верхнего кольца на поршне, состоящего из двух составных частей;
  • !автоматической коррекции режима работы в зависимости от высоты над уровнем моря.

Блок электронного модуля производит автоматическое регулирование расхода топлива в зависимости от уровня атмосферного давления, измеряемого барометрическим датчиком системы управления. Автокорректировка режима работы двигателя начинает осуществляться на автосамосвалах 777С, 785В, 789В с высоты 2287.5 метров над уровнем моря, а на автосамосвале 793В — с высоты 3660 метров, причем степень ее влияния зависит от величины атмосферного давления. Автокорректировка предотвращает возникновение чрезмерных температур при сгорании топлива.

!сигнализации отказов воздушных фильтров с помощью лампочки на панели предупредительной сигнализации, загорающейся в тех случаях, когда степень загрязненности фильтра превышает допустимый уровень, определяемый по размерам давления в трубопроводе трубонаддува. Если предупреждение оставлено без внимания, то с момента превышения допустимого уровня разряженности давления произойдет максимально возможное снижение подачи топлива, что предотвратит чрезмерное повышение температур выхлопных газов и обеспечит, тем самым, защиту двигателя.

!экономии топлива до 5 процентов за счет электронной регулировки временных параметров впрыска для различных эксплуатационных условий, осуществляемой с помощью датчиков двигателя, которые отслеживают соответствие временных параметров впрыска дозировке топлива, следят за скоростью вращения и температурным режимом двигателя.

!автоматической защите двигателя при «холодном» запуске и предохранении его от переохлаждения в случае продолжительной работы на оборотах холостого хода в холодную погоду с помощью переключателя режимов холостого хода. При температуре охлаждающей жидкости ниже 64o С происходит увеличение оборотов холостого хода до 1300 об/мин. После включения переключателя режимов холостого хода происходит наращивание скорости вращения коленчатого вала двигателя с нижнего уровня оборотов холостого хода (700 об/мин), при темпе наращивания оборотов — 33 об/сек.


Электронное управление трансмиссией

На самосвалах САТ оно осуществляется с помощью программируемой электронной системы ЕРТС II. Эта система связана с блоком электронного модуля двигателя через интерфейс обмена данных, разработанный фирмой CATERPILLAR. Улучшение эксплуатационных качеств трансмиссии и увеличение срока службы ее элементов достигнуто благодаря следующим факторам:

!применению электронной системы управления скоростью вращения коленчатого вала двигателя при переключении передач CTS (Controlled Throttle Shifting);

  • !применению электронной системы плавного переключения передач на повышенных оборотах;
  • !применению электронной системы переключения трансмиссии на оптимальную передачу в автоматическом режиме при движении под уклон;
  • !применению электронной системы замедления скорости движения автосамосвала с поднятым кузовом;
  • !программированию предельной передачи переключения;
  • !возможности диагностики трансмиссии на основе базы данных об отказах в системе трансмиссии.

Система управления скоростью вращения и крутящим моментом двигателя при переключении передач (CTS) делает процесс переключения передач более плавным, уменьшает износ муфт трансмиссии и снижает усталость оператора. Во время переключения передач система управления трансмиссией передает информацию на блок электронного модуля. Во время последовательного переключения передач вверх происходит снижение оборотов двигателя, осуществляемое системой управления в считанные доли секунды. При этом снижается и уровень крутящего момента, обеспечивая плавное включение муфт. При обратном последовательном переключении передач — обороты и крутящий момент увеличиваются в доли секунды.

Если на высоких оборотах двигателя пытаются произвести переключение передач в любом направлении или произвести переключение с нейтрали, то применение системы плавного переключения на повышенных оборотах способствует снижению величины крутящих моментов и количества срабатываний муфт трансмиссии, что помогает предотвратить преждевременный износ трансмиссии и увеличить срок эксплуатации привода на ведущие колеса.

Система замедления скорости движения автосамосвала накатом позволяет оператору при спуске под уклон переключать рычаг переключения передач на нейтраль для того, чтобы трансмиссия последовательно автоматически начала переключаться на соответствующую этой скорости вращения пониженную передачу до тех пор, пока эта скорость не сравняется со скоростью вращения вала гидротрансформатора переменной мощности (при маршевой скорости 8.1 км в час). Маршевая скорость определяется в блоке электронного модуля по сигналам электронного датчика, установленного на выходном валу трансмиссии.

Система замедления скорости движения автосамосвала с поднятым кузовом не позволит трансмиссии переключаться на какую-либо передачу выше первой, если машина движется с поднятым кузовом. На автосамосвалах 785В, 789В, 793В номер предельной передачи может быть запрограммирован.

ЕРТС II c помощью средств электроники позволяет программировать предельную передачу переключения без использования дополнительных инструментов или механического ограничителя на валу трансмиссии.

ЕРТС II обнаруживает и запоминает отказы в системе трансмиссии, которые в виде системы цифровых кодов могут быть вызваны на дисплей для механиков, обслуживающих машину.

Регистрируются следующие данные:

  • !периодические отклонения;
  • !ошибочные действия оператора;
  • !полная последовательность операций переключения.

Электронная диагностика при помощи электронного анализатора-программатора ЕСАР

Особую роль в электронной системе управления по сбору и обработке информации и выполнению диагностических функций играет интерфейс обмена данных, разработанный фирмой CATERPILLAR. Интерфейс обмена данных обеспечивает взаимосвязь разных электронных систем контроля и управления не только между собой, но и с перепрограммируемым анализатором — программатором ЕСАР.

С помощью ЕСАР оператор имеет возможность вызвать на дисплей из блока электронного модуля информацию о конкретном техническом состоянии машины и данных по отказам, поступающих от датчиков электронного узла управления впрыском топлива EUI и программируемого блока управления трансмиссией EPTC II. Информация включает:

  • превышение скорости;
  • забивание воздушного фильтра;
  • попытки неправильного переключения передач;
  • данные о понижениях давления;
  • сбои датчиков;
  • разрыв электрических цепей.

Эта информация способствует ускорению поисков дефектов и проведению необходимых ремонтов.

Перепрограммируемый анализатор-программатор используется также для фиксации временных и дозировочных параметров подачи топлива и для выполнения других функций двигателя и трансмиссии. Это позволяет избежать использования множества механических средств дозировки топлива, снижает время проведения диагностики отказов двигателя и обеспечивает последовательную их регистрацию.

С помощью ЕСАР оператор может ввести параметры автосамосвала (серийный номер двигателя, модель машины, параметры подаваемой топливной смеси) в память блока электронного модуля ЕСM для программирования системы.

Это позволяет адаптировать работу блока ЕСM применительно к двигателю и машине, на которой он установлен.

Журнал "Горная Промышленность" №3 1995, стр.16