УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА В РЕЖИМАХ ХОЛОСТОГО ХОДА И МАЛЫХ НАГРУЗОК
DEVICE FOR CONTROL OF DIESEL GENERATOR OPERATION IN IDLE AND LOW LOAD MODES

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано для управления работой дизель-генераторных энергетических установок в режимах холостого хода и малых нагрузок.
При эксплуатации дизель-генераторных энергетических установок не рекомендуется их длительная работа (более 10…30 мин) в режимах холостого хода и малых нагрузок в связи с негативным влиянием данных нагрузочных режимов на показатели безотказности и долговечности, а также на экологические характеристики дизельных двигателей. Для повышения эффективности эксплуатации дизель-генераторов необходимо периодически создавать искусственную нагрузку в размере не менее 30…70% от номинальной мощности.
Известно устройство для управления работой транспортного двигателя внутреннего сгорания на режиме динамического холостого хода, содержащее транспортный двигатель внутреннего сгорания, задатчик скоростного режима, исполнительный механизм, блок управления режимом динамического холостого хода, датчик положения задатчика скоростного режима, включатель, и контактные датчики положения педали муфты сцепления и рычага переключения коробки передач, электрически соединенные между собой и с датчиком положения задатчика скоростного режима последовательно, и включенные в цепь питания блока управления (см. патент РФ №2204730, МПК F02D 41/16, F02D 17/04, G01M 15/00).
Данное устройство обеспечивает динамическое нагружение дизеля тактами выбега и разгона путем автоматического воздействия на орган топливоподачи в области пониженных частот вращения коленчатого вала.
Недостатками данного устройства являются сложность системы управления режимами выбега и разгона; необходимость наличия исполнительного механизма управления подачей топлива; снижение эффективности рабочих процессов двигателя и повышение износа критериальных деталей из-за ухудшения условий смазывания и ударной выборки зазоров с усилением износных процессов в условиях постоянного воздействия динамических переходных нагрузочных режимов; отсутствие реакции устройства при работе дизеля в режимах малых нагрузок; предназначенность для ограниченного перечня двигателей наземных транспортных средств и неприспособленность для использования на судовых, стационарных, тепловозных двигателях и дизель-генераторных установках.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для осуществления управления работой дизеля на режимах малых подач и минимально устойчивых оборотов под нагрузкой и холостого хода (см. патент РФ 2513529, МПК F02D 1/08, F02D 17/04, F02D 41/06), содержащее автоматический регулятор скорости, орган топливоподачи, блок управления, исполнительный механизм, датчик угла поворота коленчатого вала и датчик положения органа топливоподачи.
Устройство для управления работой двигателя на режимах малых подач и минимально устойчивых оборотов под нагрузкой и холостого хода, содержащее двигатель (дизель), автоматический регулятор скорости, орган топливоподачи, блок управления, исполнительный механизм, датчик угла поворота коленчатого вала с двумя отметчиками угла поворота, установленными через 180° п. к.в. (половина оборота) для 2-тактного двигателя и одним отметчиком для четырехтактного, датчик положения органа топливоподачи, блок управления с формирователем частоты, генератор синусоидальных колебаний электрического тока, исполнительный механизм в виде электрического соленоида, бесконтактно установленный на органе топливоподачи, при этом блок управления с формирователем частоты и генератор синусоидальных колебаний электрического тока электрически соединены между собой и включены в цепь источника питания, причем сигналы от датчиков положения органа топливоподачи и угла поворота коленчатого вала поступают на вход блока управления с формирователем частоты, выход которого связан с входом генератора синусоидальных колебаний электрического тока, а выход последнего электрически связан с исполнительным механизмом в виде электрического соленоида.
Недостатками данного устройства являются сложность системы управления режимами выбега и разгона; необходимость наличия исполнительного механизма управления подачей топлива и внесения изменений в конструкцию дизельного двигателя; негативное воздействие на рабочие процессы двигателя динамических переходных нагрузочных режимов и практического отключения части цилиндров; неприспособленность для использования в специфических условиях эксплуатации дизель-генераторных установок.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности эксплуатации дизель-генераторов в режимах холостого хода и малых нагрузок без использования динамических режимов выбега-разгона или отключения части цилиндров и без внесения изменений в конструкцию двигателя.
Для решения поставленной задачи устройство для управления работой дизель-генератора в режимах холостого хода и малых нагрузок, содержащее автоматический регулятор скорости, датчик положения органа топливоподачи и блок управления, снабжено датчиком частоты вращения коленчатого вала, датчиком величины внешней нагрузки, счетчиком времени, реле подключения аккумуляторных батарей, реле подключения внешней нагрузки, блоком аккумуляторных батарей и инвертором, причем датчики частоты вращения коленчатого вала и датчик положения органом топливоподачи соединены с автоматическим регулятором скорости, счетчиком времени, при этом блок управления соединен с датчиками устройства, счетчиком времени, блоком аккумуляторных батарей и реле, а инвертор подсоединен к реле подключения нагрузки и блоку аккумуляторных батарей.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где приведена блок-схема устройства для управления работой дизель-генератора в режимах холостого хода и малых нагрузок.
Устройство состоит из автоматического регулятора скорости двигателя 1, датчика положения органа топливоподачи 2, блока управления 3, датчика частоты вращения коленчатого вала 4, счетчика времени 5, датчика величины нагрузки 6, реле подключения аккумуляторных батарей 7, блока аккумуляторных батарей 8, реле подключения нагрузки 9 и инвертора 10. Выходы автоматического регулятора скорости 1 соединены с дизель-генератором и входом датчика положения органа топливоподачи 2, а вход автоматического регулятора скорости 1 - с выходом датчика частоты вращения 4, второй выход датчика частоты вращения 4 соединен с входом счетчика времени 5, входы блока управления 3 соединены с выходами датчика положения органа топливоподачи 2, датчика частоты вращения 4, счетчика времени 5 и датчика величины нагрузки 6, а выходы блока управления 3 связаны с входами датчика величины нагрузки 6. реле подключения аккумуляторных батарей 7 и реле подключения нагрузки 9, в свою очередь, выходы реле подключения аккумуляторных батарей 7 и реле подключения нагрузки 9 связаны соответственно с входами блока аккумуляторных батарей 8 и инвертора 10, выход инвертора 10 связан с сетью питания внешней нагрузки дизель-генератора.
Датчик частоты вращения 1, например, инкрементальный энкодер, закрепляется на шкиве коленчатого вала дизельного двигателя дизель-генератора. Датчик положения органа топливоподачи 2 закрепляется на приводе рейки топливного насоса высокого давления дизеля либо получает аналоговый или модулированный сигнал о перемещениях органа управления в случае электронного управления топливоподачей. Датчик величины нагрузки 6, определяемой по величине силы тока на выходе генератора, работающий, к примеру, на основе эффекта Холла, присоединяется к одной из фаз генератора.
После монтажа и подключения питания устройство готово к работе. Устройство работает следующим образом.
При запуске двигателя сигнал от дизель-генератора поступает на датчик частоты вращения 4, передающий информацию о запуске и текущих значениях угловой скорости коленчатого вала автоматическому регулятору скорости 1. Датчик положения органа топливоподачи 2 получает сведения о положении рейки топливного насоса от автоматического регулятора скорости 1. Одновременно информация о запуске двигателя дизель-генератора поступает на счетчик времени 5, который после включения отсчитывает начальный интервал времени от 5 до 20 мин, необходимый для прогрева двигателя до рабочей температуры, настройка величины начального интервала производится в ручном режиме в зависимости от температуры окружающего воздуха. По истечении данного интервала времени информация о выходе двигателя на рабочий режим со счетчика 5 поступает на блок управления 3, тем самым запуская его в работу. Датчик величины нагрузки 6 путем измерения величины силы тока на выходе генератора фиксирует отсутствие либо низкий уровень внешней нагрузки дизель-генератора. Если с момента включения прошло заданное количество времени, например, 10 мин, и при этом от датчиков положения органа топливоподачи 2, частоты вращения 4 и величины нагрузки 6 поступает информация о нахождении дизель-генератора в режиме холостого хода или малой (менее 20% от номинальной величины) нагрузки, то блок управления 3 посредством реле подключения аккумуляторных батарей 7 подключает внешнюю нагрузку, в качестве которой используется токовая нагрузка зарядки аккумуляторных батарей, объединенных в блок 8. Величина данной нагрузки зависит от размера блока 8. Если же в электрической сети на выходе дизель-генератора появляется внешняя нагрузка, превышающая установленный минимальный уровень, блок управления 3 отключает с помощью реле 7 зарядку аккумуляторных батарей 8. При значительном увеличении внешней нагрузки, например, до уровня 70% от номинала, блок управления 3 включает реле подключения нагрузки 9 и подачу во внешнюю сеть потребителей электрической энергии переменного тока через инвертор 10 от блока аккумуляторных батарей 8, обеспечивая снижение расхода топлива дизель-генератора.
Заявленное устройство в сравнении с прототипом позволяет повысить эффективность эксплуатации дизель-генераторов в режимах холостого хода и малых нагрузок без использования динамических режимов выбега-разгона или отключения части цилиндров.
Использование датчика частоты вращения, датчика величины внешней нагрузки, счетчика времени, реле подключения аккумуляторных батарей, реле подключения внешней нагрузки, блока аккумуляторных батарей и инвертора позволяет без внесения изменений в конструкцию двигателя уменьшить время работы дизель-генераторной установки в режимах холостого хода и малых нагрузок и, тем самым, повысить показатели надежности, экологичности и экономичности дизель-генераторов.