УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПРИВОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам стабилизации температурных режимов в холодное время года приводных двигателей дизель-генераторных установок путем повторяющихся прогревов двигателя на холостом ходу, используемых в режимах горячего резервирования дизель-генераторных установок, то есть готовых к быстрому приему электрической нагрузки.
Известно устройство стабилизации температурного режима двигателя внутреннего сгорания мобильного агрегата в зимний период во время стоянки, в котором автоматический пуск двигателя, его работа с целью прогрева на холостом ходу и выключение осуществляются при помощи стартера, аккумулятора, устройства останова двигателя и программно-временного блока, имеющего три реле времени, определяющих продолжительность работы стартера, продолжительность прогрева двигателя и продолжительность перерывов между прогревами (патент США, №3740564, опубл. 19.06.73, кл. 290-38, H02p 9/04).
Продолжительность прогрева двигателя на холостом ходу в устройстве осуществляется без учета внешней температуры и рассчитана на наименьшую окружающую температуру, то есть на максимально необходимую продолжительность. Однако длительная работа двигателя на холостом ходу без нагрузки приводит к увеличенному образованию лаковых и нагарных образований в деталях цилиндро-поршневой группы, вследствие их невысокой температуры.
Известно устройство стабилизации температурного режима двигателя внутреннего сгорания ограничивающее продолжительность прогрева двигателя в зависимости от его температуры (авторское свидетельство СССР №658309, опубл. 29.04.1979, БИ №15, Мкл. F02N 11/08).
Устройство стабилизации температурного режима двигателя содержит первый термовыключатель, соединенный через первое реле времени и стартер с аккумулятором и двигателем, второй термовыключатель, соединенный через второе реле времени с устройством останова двигателя.
Однако при значительных внешних отрицательных температурах работа двигателя на холостом ходу без нагрузки также остается длительной, то есть сохраняется высокая вероятность образованию значительных лаконагарных образований в деталях цилиндро-поршневой группы двигателя.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в минимизации количества лаконагарных образований в деталях цилиндро-поршневой группы приводного двигателя открытой дизель-генераторной установки, обеспечивающего в холодное время года режим горячего резервирования установки путем повторяющихся прогревов двигателя на холостом ходу.
Предлагаемое устройство стабилизации температурного режима приводного двигателя дизель-генераторной установки содержит два термовыключателя, один из которых соединен с двигателем через первое реле времени и стартер, а другой соединен с двигателем через второе реле времени и устройство останова двигателя. Стартер также соединен с аккумулятором. Кроме того, устройство содержит датчик частоты вращения, соединенный с входами двух пороговых элементов. Выходы указанных пороговых элементов подключаются соответственно к двум входам триггера, причем один из выходов подключаются к входу триггера через инвертор. Выход триггера соединяется с двигателем через клапан ограничения подачи топлива.
Решение указанной задачи достигается тем, что в двигателе установки при прогревах на холостом ходу формируется повторяющаяся динамическая нагрузка, возникающая при увеличении оборотов вала двигателя (разгоне) от минимально возможных до максимальных. Нагрузки возникают при резком увеличении частоты вращения деталей двигателя и силового генератора установки из-за наличия значительного общего динамического момента инерции вращающихся деталей двигателя и генератора (маховика и коленчатого вала двигателя, ротора генератора, а также всех приводных деталей установки вращающихся от двигателя).
Наличие нагрузки на двигатель ведет к интенсивному прогреву деталей цилиндро-поршневой группы, что приводит к выгоранию лаконагарных компонентов топливной смеси, которые в случае работы двигателя без нагрузки оседают на его деталях.
Изменения частоты вращения - разгон вала и выбег вала двигателя осуществляются за счет изменения подачи топлива в двигатель с помощью электромагнитного клапана.
Техническая сущность полезной модели поясняется структурной схемой установки, показанной на фиг.
Устройство содержит приводной двигатель 1 дизель-генераторной установки, первый термовыключатель 2, первое реле 3 времени, стартер 4 двигателя, аккумулятор 5, второй термовыключатель 6, второе реле 7 времени, устройство останова 8 двигателя, датчик 9 частоты вращения вала двигателя, первый пороговый элемент 10, второй пороговый элемент 11, инвертор 12, триггер 13, клапан 14 ограничения подачи топлива в двигатель.
В качестве приводного двигателя 1 дизель-генераторной установки могут использоваться дизельные и карбюраторные двигатели внутреннего сгорания с электростартерной системой пуска.
Термовыключатели 2 и 6 выполняются в виде электрических реле, температуры срабатывания которых определяются деформацией расположенных внутри реле биметаллических пластин, то есть их изгибом, который зависит от величины внешней температуры. Данный тип термовыключателей реле широко используется в автомобильной промышленности.
Реле 3 и 7 времени, пороговые элементы 10 и 11, инвертор 12 (схема HE), триггер 13 выполняются либо по известным электрическим схемам из общепромышленных электронных компонентов, либо используются специализированные интегральные микросхемы с требуемыми функциональными характеристиками.
Стартер 4 выполняется, как правило, в виде электрического двигателя постоянного тока с электромагнитным возбуждением и механическим приводом подключения к валу двигателя.
Аккумулятор 5 наиболее часто выполняется в виде батареи из нескольких соединенных последовательно свинцово-кислотных гальванических элементов.
Устройство останова 8 двигателя может выполняться в различных видах - это может быть электромагнитное реле, отключающее цепи зажигания в карбюраторных двигателях, электромеханический привод, перекрывающий подачу топлива в двигатель, воздушные заслонки с электромеханическим приводом, перекрывающие каналы подачи воздуха в двигатель.
Датчик 9 частоты вращения выполняется в виде малогабаритного тахогенератора постоянного тока, ротор которого кинематически жестко соединен с валом двигателя установки. При вращении ротора на выходе тахогенератора формируется электрическое напряжение, величина которого пропорциональна частоте вращения вала двигателя.
Клапан 14 ограничения подачи топлива в двигатель выполняется в виде гидравлической заслонки с электромагнитным приводом.
Устройство работает следующим образом.
При нахождении дизель-генераторной установки в холодное время с выключенным двигателем 1 в режиме горячего резервирования его температура постепенно снижается. При достижении минимально допустимой температуры остывания срабатывает первый термовыключатель 2, который с помощью первого реле времени 3 подключает на определенный период стартер 4 к двигателю 1 и к аккумулятору 5. Двигатель 1 запускается и начинает работать на холостом ходу.
При работе двигателя датчик 9 частоты вращения формирует сигнал, соответствующий частоте вращения вала двигателя 1. Сигнал датчика 9 частоты поступает на входы первого и второго пороговых элементов 10 и 11. Первый пороговый элемент 10 настроен на срабатывание при частоте вращения вала двигателя 1 близкой к максимальной, а второй пороговый элемент 11 на срабатывание при частоте вращения вала двигателя 1 близкой к минимально допустимой.
После запуска двигателя 1 датчик 9 частоты вращения формирует сигнал близкий к максимальной частоте, и поэтому срабатывают первый и второй пороговые элементы 10 и 11. Сигнал срабатывания первого порогового элемента 10 поступает на вход триггера 13 и переводит последний в состояние, которое включает клапан 14 в режим ограничения подачи топлива в двигатель 1. Сигнал срабатывания второго порогового элемента 11 поступает на инвертор 12 и на выходе последнего сигнал управления триггером 13 будет отсутствовать.
Триггер 13 выполнен по схеме со статическим алгоритмом, в котором включение триггера 13 в состояние логической единицы происходит только при наличии на первом входе триггера 13 сигнала с высоким уровнем (логическая единица), а на втором входе триггера 13 сигнала с минимальным уровнем (логический ноль). Переключение триггера 13 в состояние логического нуля происходит только при наличии на втором входе триггера 13 сигнала с высоким уровнем (логическая единица), а на первом входе сигнала с минимальным уровнем (логический ноль). Все остальные сочетания входных сигналов триггера 13 его состояние не изменяют.
Полная подача топлива в двигатель 1 осуществляется при отсутствии сигнала на входе клапана 14 ограничения подачи топлива, при включении клапана 14 осуществляется ограничение подачи топлива в двигатель 1 на уровне обеспечения минимальной частоты вращения вала двигателя 1.
При включении триггером 13 клапана 14 ограничения подачи топлива двигатель 1 начинает останавливаться. Сигнал датчика 9 частоты вращения уменьшается и происходит выключение первого порогового элемента 10. Сигнал управления триггером исчезает, но триггер 13 в соответствии с его алгоритмом не переключается, то есть клапан 14 остается в состоянии ограничения подачи топлива. Двигатель 1 продолжает останавливаться и сигнал датчика 9 частоты вращения продолжает уменьшаться. При частоте вращения вала двигателя 1 близкой к минимальной происходит выключение второго порогового элемента 11, выходной сигнал элемента 11, поступающий на инвертор 12 исчезает, при этом на выходе инвертора 12 возникает сигнал, переключающий триггер 13 в состояние логического нуля, что выключает клапан 14. При этом подача топлива в двигатель 1 полностью восстанавливается и начинает происходить интенсивное увеличение частоты вращения.
При увеличении оборотов вала двигателя 1 (разгоне) от минимальных до максимальных величин на валу двигателя 1 возникает динамическая нагрузка, обусловленная наличием суммарного динамического момента инерции вращающихся деталей двигателя и генератора (маховик и коленчатый вал двигателя, ротор генератора, а также все приводные детали установки, вращающиеся от двигателя). Наличие нагрузки на двигатель 1 ведет к интенсивному прогреву деталей цилиндро-поршневой группы, что приводит к выгоранию лаконагарных компонентов топливной смеси, которые в случае работы двигателя 1 без нагрузки оседают на его деталях.
При увеличении оборотов вала двигателя 1 (разгоне) от минимальных до максимальных величин сигнал датчика 9 частоты вращения увеличивается и происходит последовательное включение второго и первого пороговых элементов 11 и 10. Включение второго порогового элемента 11 приводит к формированию на его выходе сигнала, который через инвертор 12 разрешает переключение триггера 13 в состояние логической единицы.
Включение первого порогового элемента 10 приводит к формированию на его выходе сигнала, который включает триггер 13 и клапан 14 ограничения подачи топлива. Двигатель 1 начинает останавливаться, сигнал датчика 9 частоты вращения уменьшается, первый пороговый элемент 10 выключается, однако состояния триггера 13 и клапана 14 не изменяются. Частота вращения вала двигателя 1 и сигнал датчика 9 частоты далее уменьшаются, и выключается второй пороговый элемент 11. Через инвертор 12 и триггер 13 клапан 14 выключается, обеспечивая полную подачу топлива в двигатель 1. Вал двигателя 1 начинает интенсивно разгонятся, преодолевая динамическую нагрузку, которая обеспечивает интенсивный прогрев деталей цилиндро-поршневой группы. Далее процессы работы устройства повторяются.
Таким образом, наличие датчика частоты вращения, первого и второго пороговых элементов, инвертора, триггера и клапана ограничения подачи топлива позволяют уменьшать при стабилизации температурного режима приводного двигателя дизель-генераторной установки количество лаков и нагаров, оседающих на деталях цилиндро-поршневой группы, по сравнению со стабилизацией температурного режима двигателя прогревающегося на холостом ходу без нагрузки, что в целом увеличивает межремонтные продолжительности работы двигателя.