Способ управления дизеля с турбонаддувом и устройство его осуществления
METHOD OF CONTROLLING TURBO DIESEL ENGINE AND DEVICE FOR ITS APPLICATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области автоматического управления ДВС, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ управления дизеля с турбонаддувом (Крутов В.И., Леонов И.В., Шатров В.И. и др. Авторское свидетельство №891992 "Регулятор дизеля с турбонаддувом" зарегистрировано 23 апреля 1980, опубликовано 23.12.1981. Бюллетень №47 [1]), в котором регулятор и дизель с турбонаддувом образуют двухимпульсную систему автоматического регулирования скорости с отрицательной обратной связью по скорости вращения дизеля, в которую введена положительная обратная связь по давлению наддувочного воздуха путем кинематического суммирования двух импульсов центробежного и пневматического чувствительных элементов при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=2.
Известен способ управления дизеля с турбонаддувом [1], включающий изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения вала дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи давления наддувочного воздуха путем суммирования двух импульсов при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=2.
Подача топлива топливным насосом высокого давления (ТНВД) с центробежным чувствительным элементом по регуляторной характеристике дизеля определяется скоростью вращения центробежных грузов и усилием затяжки главной пружины рычагом управления скорости. Но при разгоне дизеля перемещением рычага управления работа дизеля происходит по внешней, а не по регуляторной или экономической характеристике, что снижает качество рабочего процесса и увеличивает расход топлива. При разгоне перемещением рычага управления центробежный чувствительный элемент выключается из работы и находится в крайнем положении максимальной подачи топлива. Положительная обратная связь по давлению наддувочного воздуха позволяет управлять подачей топлива по внешней характеристике дизеля, не допуская значительного снижения воздушно-топливного соотношения и неполного сгорания топлива. Однако, работа по известному способу [1] при разгоне по внешней характеристике дизеля не является экономичной. Максимальная экономичность дизеля наблюдается на экономической характеристике, работу по которой известный способ не обеспечивает. Известный способ управления дизеля с турбонаддувом имеет недостаток в том, что при разгоне подача топлива не определяется скоростью дизеля, так как центробежный чувствительный элемент оказывается выключенным, делая невозможной работу по экономической характеристике.
Известен регулятор дизеля с турбонаддувом (Авторское свидетельство №1038512 "Регулятор дизеля с турбонаддувом" зарегистрировано 3 мая 1983 г., опубликовано 30.07.1983, Бюллетень №32 [2]), содержащий пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимся шарниром с ползушкой и с суммирующим двуплечим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к концу главного рычага центробежного чувствительного элемента, а средняя точка двуплечего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем суммирующий двуплечий рычаг и орган дозирования топливоподачи, соединяющиеся шарнирами и ползушкой, образуют суммирующий механизм с числом степеней свободы w=2, а перемещение концов суммирующего двуплечего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами, а главный рычаг соединен главной пружиной с рычагом управления скорости.
Известный регулятор дизеля с турбонаддувом осуществляет поддержание скорости вращения вала дизеля на заданном уровне только на регуляторной характеристике. Но при разгоне дизеля перемещением рычага управления работа дизеля происходит по внешней, а не по регуляторной или экономической характеристике, что снижает качество рабочего процесса и увеличивает расход топлива. При разгоне перемещением рычага управления центробежный чувствительный элемент выключается из работы и находится в крайнем положении максимальной подачи топлива. Поэтому работа при разгоне по внешней характеристике дизеля не является экономичной. Максимальная экономичность дизеля наблюдается на экономической характеристике с меньшей подачей топлива, работу по которой известный регулятор дизеля с турбонаддувом не обеспечивает. Недостаток известного регулятора дизеля с турбонаддувом заключается в том, что на переходных режимах работы подача топлива не зависит от скорости дизеля, так как не определяется центробежным чувствительным элементом, делая невозможной работу по экономической характеристике.
Таким образом, известный регулятор дизеля с турбонаддувом [2] принципиально не может обеспечить работу дизеля на переходных режимах по экономической характеристике. Причиной этого является невозможность осуществить изменение подачи топлива на переходном режиме в соответствии со скоростью вращения дизеля из-за того, что главный рычаг центробежного чувствительного элемента при резком изменении положения рычага управления скорости выходит на упор максимальной топливоподачи [3, 4].
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения - обеспечение работы дизеля на переходных режимах по экономической характеристике, повышение точности управления, улучшение качества рабочего процесса и снижение расхода топлива.
в
Для достижения поставленной цели в известную двухимпульсную систему управления скорости дизеля с турбонаддувом вводится дополнительно отрицательная обратная связь по давлению наддувочного воздуха р со знаком минус, как показано на структурной схеме фиг. 1. Введение дополнительной отрицательной обратной связи по давлению наддувочного воздуха в центробежный чувствительный элемент позволяет при разгоне управлять подачей топлива по характеристике близкой к экономической характеристике дизеля в зависимости от скорости вращения вала дизеля и подачи топлива и воздуха в цилиндр. Предлагаемый способ работы дизеля с турбонаддувом отличается тем, что дополнительно обеспечивает изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от положения точки минимального удельного расхода топлива с помощью импульса давления наддувочного воздуха при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=1.
Общим признаком известного и предлагаемого способа управления дизеля с турбонаддувом является зависимость подачи топлива в цилиндр дизеля от положения органа дозирования топливоподачи, но эта зависимость наблюдается у всех дизелей и без турбонаддува.
Существенное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что импульс давления наддувочного воздуха вводится в центробежный чувствительный элемент скорости дизеля с помощью отрицательной обратной связи.
Предлагается способ управления дизеля с турбонаддувом, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивается изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от положения точки минимального удельного расхода топлива с помощью импульса давления наддувочного воздуха при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=1.
Лучшее решение заключается в том, что импульс давления наддувочного воздуха вводится в центробежный чувствительный элемент скорости дизеля с помощью отрицательной обратной связи.
1. Способ управления дизеля с турбонаддувом, включающий изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от заданной рычагом управления скорости вращения вала дизеля с помощью отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи давления наддувочного воздуха путем суммирования двух импульсов при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=2, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивается изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от положения точки минимального удельного расхода топлива с помощью импульса давления наддувочного воздуха при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=1.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульс давления наддувочного воздуха вводится в центробежный чувствительный элемент скорости дизеля с помощью отрицательной обратной связи.
Для достижения поставленной цели известный регулятор дизеля с турбонаддувом [2], содержащий пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимся шарниром с ползушкой и с суммирующим двуплечим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к концу главного рычага центробежного чувствительного элемента, а средняя точка двуплечего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем, перемещение концов суммирующего двуплечего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами, а главный рычаг соединен главной пружиной с рычагом управления скорости, снабжен дополнительным пневматическим чувствительным элементом давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимся шарниром с ползушкой с главным рычагом центробежного чувствительного элемента таким образом, что для осуществления отрицательной и положительной обратной связи по давлению наддувочного воздуха направления перемещений штоков двух пневматических чувствительных элементов направлены в разные стороны как показано на фиг. 1.
Лучшее решение заключается в том, что импульс давления наддувочного воздуха вводится в центробежный чувствительный элемент скорости дизеля с помощью отрицательной обратной связи, что обеспечивает изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от положения точки минимального удельного расхода топлива с помощью импульса давления наддувочного воздуха при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=1.
в
Введение дополнительного пневматического чувствительного элемента позволяет в режиме разгона компенсировать усилие затяжки главной пружины, вызываемое перемещением рычага управления дизеля и позволяет управлять подачей топлива по экономической характеристике дизеля, определяемой как скоростью вращения дизеля со, так и давлением наддувочного воздуха во впускном патрубке Р.
Существенные совпадающие признаки известного и предлагаемого устройств автоматического управления дизеля с турбонаддувом заключаются в наличии центробежного чувствительного элемента, однако эти признаки присущи большинству систем автоматического регулирования скорости.
Управление дизелем в эксплуатации по экономической характеристике может служить значительным резервом повышения экономичности на переходных и стационарных режимах [5]. Принцип работы по предлагаемому способу управления дизеля с турбонаддувом и регулятора дизеля с турбонаддувом как устройства осуществления способа поясняется параметрической характеристикой фиг. 2, которая представляет собой связь между крутящим моментом дизеля и скоростью вращения М(ω) при постоянном значении других параметров. Построение параметрической характеристики дизеля осуществляется в координатах - крутящий момент дизеля и скорость вращения М(ω) по данным экспериментальных исследований.
Анализ характеристик известного и предлагаемого регулятора дизеля с турбонаддувом, получивших экспериментальное подтверждение и представленных на фиг. 2, показывает, что при запаздывании импульса давления наддувочного воздуха регуляторная характеристика предлагаемого регулятора дизеля с турбонаддувом отклоняется от статической в сторону области пониженных значений удельного расхода топлива.
Для вывода алгоритма управления работы дизеля по критерию экономичности расхода энергии может быть использован принцип минимизации отклонения переходного режима от наиболее экономичного режима работы [5]. Управление дизелей в эксплуатации по экономической характеристике осуществляется по предлагаемому способу и на стационарных режимах [5].
Таким образом, для достижения поставленной цели и обеспечения возможности работы дизеля на переходных режимах по экономической характеристике к главному рычагу центробежного чувствительного элемента подсоединяется дополнительный пневматический чувствительный элемент, соединенный трубопроводом с впускным патрубком дизеля и компенсирующий резкое изменение усилия затяжки пружины от рычага управления, делая возможной работу дизеля по экономической характеристике с учетом запаздывания изменения давления наддувочного воздуха от соответствующих изменений подачи топлива и скорости вращения вала дизеля за счет инерции ротора турбокомпрессора.
Дополнительным отличием предлагаемого регулятора дизеля с турбонаддувом является то, что пружина дополнительного пневматического чувствительного элемента давления одним концом упирается в мембрану, а другим концом опирается в регулируемый в корпусе резьбой упор.
Существенным отличием предлагаемого регулятора дизеля с турбонаддувом является то, что суммирующий двуплечий рычаг и орган дозирования топливоподачи, соединяющиеся шарнирами и ползушкой, образуют суммирующий механизм с числом степеней свободы w=2, а главный рычаг, соединяющийся шарнирами и ползушкой со штоком дополнительного пневматического чувствительного элемента давления, образует механизм с числом степеней свободы w=1. Суммирующий двуплечий рычаг и орган дозирования топливоподачи, соединяющиеся шарнирами и ползушкой со штоком пневматического чувствительного элемента, образуют суммирующий механизм (фиг. 3) с числом степеней свободы w=2, который организует кинематическое суммирование только двух импульсов: импульс от центробежного чувствительного элемента скорости дизеля и импульса давления наддувочного воздуха. На главном рычаге суммируются три импульса: импульс от центробежного чувствительного элемента скорости дизеля, импульс давления наддувочного воздуха и импульс от рычага управления в виде затяжки главной пружины.
Поскольку механизм с числом степеней свободы w=2 допускает организацию суммирования только двух импульсов, то силовое суммирование трех импульсов организовано с помощью механизма с числом степеней свободы w=1, соединяющего шарнирами и ползушкой шток дополнительного пневматического чувствительного элемента давления и тарелку центробежного чувствительного элемента скорости дизеля с главным рычагом (фиг. 3).
Лучшее решение заключается в том, что импульс давления наддувочного воздуха вводится в центробежный чувствительный элемент скорости дизеля с помощью отрицательной обратной связи, что обеспечивает изменение подачи топлива в цилиндр дизеля по отклонению от положения точки минимального удельного расхода топлива с помощью импульса давления наддувочного воздуха при помощи суммирующего механизма с числом степеней свободы w=1.
Предлагается регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимся шарниром с ползушкой и с суммирующим двуплечим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к концу главного рычага центробежного чувствительного элемента, а средняя точка двуплечего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем перемещение концов суммирующего двуплечего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами, а главный рычаг соединен главной пружиной с рычагом управления скорости, отличающийся тем, что снабжен дополнительным пневматическим чувствительным элементом давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимся шарниром с ползушкой с главным рычагом центробежного чувствительного элемента таким образом, что для осуществления отрицательной и положительной обратной связи по давлению наддувочного воздуха направления перемещений штоков двух пневматических чувствительных элементов направлены в разные стороны, пружина дополнительного пневматического чувствительного элемента давления одним концом упирается в мембрану, а другим концом опирается в регулируемый в корпусе резьбой упор, суммирующий двуплечий рычаг и орган дозирования топливоподачи, соединяющиеся шарнирами и ползушкой, образуют суммирующий механизм с числом степеней свободы w=2, а главный рычаг, соединяющийся шарнирами и ползушкой со штоком дополнительного пневматического чувствительного элемента давления, образует механизм с числом степеней свободы w=1.
Существенным отличием известного и предлагаемого устройств управления дизеля с турбонаддувом является наличие дополнительного пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны с впускным трубопроводом двигателя, а с другой стороны с пружиной и с главным рычагом центробежного чувствительного элемента.
Основная совокупность существенных признаков заявляемого устройства, позволяющая реализовать достижение заявленного технического результата, заключается в наличии дополнительного пневматического чувствительного элемента давления наддувочного воздуха с мембраной, связанной с одной стороны с впускным трубопроводом двигателя, а с другой стороны с пружиной и с главным рычагом механического центробежного чувствительного элемента. Сравнение свойств заявляемого и известного решений показывает, что у заявляемого решения появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.
На фиг. 2 представлена параметрическая характеристика дизеля, которая иллюстрирует связь между крутящим моментом дизеля М и скоростью вращения ω при постоянном значении других параметров, где: а - внешняя характеристика; б - предельная регуляторная характеристика, в - зависимости при постоянном удельном расходе топлива, г - зависимости при постоянном давлении наддувочного воздуха, д - экономическая характеристика, е - точка минимального удельного расхода топлива; н - точка номинального режима работы; ж - характеристика при разгоне дизеля с минимальным давлением наддувочного воздуха за счет инерции ротора турбокомпрессора.
т
в
xx
min
т
Например, концентрические кривые, отмеченные буквой в с центром в точке е минимального значения удельного расхода топлива на фиг. 2 представляют зависимости крутящего момента дизеля от скорости вращения М(ω) при постоянном значении удельного расхода топлива g. Зависимости М(ω), отмеченные точкой г, показанные пунктиром, соответствуют постоянному давлению наддувочнго воздуха на стационарных режимах работы. Причем нижняя из зависимостей г соответствует нулевому значению избыточного давления Р=0 наддувочного воздуха в области холостого хода дизеля без нагрузки с минимальной скоростью вращения в точке (ω). Статическая характеристика дизеля представлена кривой а, так называемой внешней характеристикой, формируется при отключенном центробежном чувствительном элементе скорости 12 (фиг. 3). Кривая, отмеченная точкой б, представляет регуляторную характеристику [4, 5] заявляемого регулятора дизеля с турбонаддувом при работающих центробежном чувствительном элементе скорости 12 и дополнительном пневматическом чувствительном элементе 25 (фиг. 3). На пересечении внешней а и регуляторной б характеристик дизеля лежит точка номинального режима работы, отмеченная буквой н. Через точки н номинального режима и точки е режима максимальной экономичности проходит экономическая характеристика, отмеченная точкой д, под которой понимается соотношение между нагрузкой (крутящим моментом М) и скоростью вращения вала ω при минимизации удельного расхода топлива g. Кривая, отмеченная точкой ж, иллюстрирует зависимость крутящего момента дизеля от скорости вращения дизеля М(ω) при разгоне дизеля, который вызывает смещение характеристики ж влево от предельной регуляторной характеристики в область более низких удельных расходов топлива при снижении давления наддувочного воздуха за счет инерции ротора турбокомпрессора дизеля с турбонаддувом.
в
т
xx
min
Таким образом отключение импульса по давлению наддувочного воздуха Р вызывает смещение статических характеристик дизеля с турбонаддувом в область более низких удельных расходов топлива g. При разгоне дизеля перемещением рукоятки управления с минимальной скорости холостого хода (ω) на номинальный режим, отмеченный точкой н, давление наддувочного воздуха близко к нулевому значению, работа дизеля происходит по экономической характеристике д вблизи точки пересечения ее с разгонной кривой, отмеченной точкой ж. Работа дизеля при разгоне происходит по экономической характеристике, отмеченной точкой д, до тех пор пока давление наддувочного воздуха не принимает установившегося значения на пересечении ее с внешней характеристикой дизеля, отмеченной буквой а.
Проведенные экспериментальные и расчетные исследования дизеля с турбонаддувом показали, что введение корректирующего импульса по давлению наддувочного воздуха в центробежный чувствительный элемент положительной обратной связью вызывает смещение характеристики ж при разгоне дизеля [4, 5] вправо от предельной регуляторной характеристики, отмеченной буквой б, в область более высоких удельных расходов топлива. Поэтому в предлагаемом способе управления дизеля с турбонаддувом и устройстве его осуществления введении корректирующего импульса по давлению наддувочного воздуха в центробежный чувствительный элемент производится отрицательной обратной связью.
В предлагаемой схеме регулятора дизеля с турбонаддувом настройка на экономическую характеристику обеспечивается регулировкой упоров 15, 16, 30 (фиг. 3). В качестве критерия экономичности в предлагаемом способе управления дизеля с турбонаддувом и устройство его осуществления может быть принято отклонение параметров переходного режима М(ω) от точки минимального расхода топлива (точка е на фиг. 2), которое должно минимизироваться системой управления [4, 5].
Анализ характеристик известного и предлагаемого регулятора дизеля с турбонаддувом, получивших экспериментальное подтверждение и представленных на фиг. 2, показывает, что при запаздывании импульса давления наддувочного воздуха регуляторная характеристика предлагаемого регулятора дизеля с турбонаддувом отклоняется от статической в сторону области пониженных значений удельного расхода топлива.
Для вывода алгоритма управления работы дизеля по критерию экономичности расхода энергии может быть использован принцип минимизации отклонения переходного режима от наиболее экономичного режима работы [5]. Управление дизелей в эксплуатации по экономической характеристике осуществляется по предлагаемому способу и на стационарных режимах [5].
Таким образом, для достижения поставленной цели и обеспечения возможности работы дизеля на переходных режимах по экономической характеристике к главному рычагу центробежного чувствительного элемента подсоединяется дополнительный пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха.
Перемещение концов суммирующего двуплечего рычага 10 ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами 15 и 16 (фиг. 3). Для осуществления отрицательной и положительной обратной связи по давлению наддувочного воздуха направления перемещений штоков 8 и 28 при изменении давления наддувочного воздуха двух пневматических чувствительных элементов 3 и 25 (фиг. 3) направлены в разные стороны (фиг. 1).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 3 представлена схема предлагаемого регулятора дизеля 1 с турбонаддувом, содержащего турбокомпрессор 2 и пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха 3 с мембраной 4, связанной с одной стороны с впускным патрубком 5 трубопроводом 6, а с другой стороны с пружиной 7 и штоком 8, который соединен ползушкой с шарниром 9 с верхним концом в точке G суммирующего двуплечего рычага 10, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком 8 к подпружиненной мембране 4 пневматического чувствительного элемента 3, а второе плечо суммирующего двуплечего рычага 10 подсоединено шарниром в точке D к концу главного рычага 11 центробежного чувствительного элемента 12. Средняя точка Е суммирующего двуплечего рычага 10 подсоединена к органу дозирования топливоподачи 13 топливного насоса 14 высокого давления (ТНВД). Перемещение концов суммирующего двуплечего рычага 10 ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами 15 и 16. Главный рычаг 11 соединен главной пружиной 17 с рычагом управления скорости 18 дизеля, перемещение которого ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами 19 и 20.
Центробежный чувствительный элемент 12, соединенный зубчатой передачей 21 с дизелем 1, он содержит грузы 22, заключенные между подвижной тарелкой 23 и корпусом 24. Подвижная тарелка 23 центробежного чувствительного элемента 12 упирается в главный рычаг 11.
Пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха 25 с мембраной 26 связан с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком 5 дизеля 1, а с другой стороны с пружиной 27 и штоком 28, который соединен ползушкой с шарниром 29 с главным рычагом 11. Пружина 27, соединенная с мембраной 26, упирается на регулируемый в корпусе резьбой упор 30.
Перемещение концов суммирующего двуплечего рычага 10 ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами 15 и 16.
Для осуществления отрицательной и положительной обратной связи по давлению наддувочного воздуха направления перемещений штоков 8 и 28 при изменении давления наддувочного воздуха двух пневматических чувствительных элементов 3 и 25 направлены в разные стороны.
Работа регулятора дизеля с турбонаддувом
Переходный режим дизеля с турбонаддувом - например, разгон, наступает при перемещении вправо рычага 18 управления скорости (вращения вала) дизеля, вызывающего увеличение затяжки главной пружины 17. При этом главный рычаг 11 перемещается вправо и перемещает двуплечий рычаг 10 и орган дозирования топливоподачи 13 в сторону увеличения подачи топлива (вправо на фиг. 3).
в
Увеличение подачи топлива вызывает рост скорости вращения валов дизеля 1 и турбокомпрессора 12. Последнее происходит с некоторой задержкой из-за инерции ротора турбокомпрессора 2. Оба этих явления приводят к росту давления наддувочного воздуха во впускном патрубке 5, которое по трубопроводу 6 передается на мембраны 4 и 26 пневматических чувствительных элементов 3 и 25. Некоторая задержка роста давления наддувочного воздуха, которая связана с инерцией ротора турбокомпрессора 2, позволяет ограничить подачу топлива в начальный период переходного режима разгона дизеля 1 турбонаддувом. Таким образом, увеличение подачи топлива увязывается с ростом давления наддувочного воздуха Р и подачей воздуха в цилиндр дизеля, что позволяет повысить качество рабочего процесса в цилиндре дизеля [4].
в
Максимальная подача топлива в цилиндр дизеля, определяющая крутящий момент на номинальном режиме работы дизеля, отмеченного точкой н на фиг. 2, регулируется при нахождении двуплечего рычага 10 на обоих регулируемых упорах 15 и 16 на внешней характеристике (кривая а на фиг. 2). На переходных режимах дизеля с турбонаддувом с задержкой роста давления наддувочного воздуха Р подача топлива ограничивается непосредственно пневматическим чувствительным элементом 3, сдвигающим внешнюю характеристику, отмеченную буквой а, вниз. Регулируемые упоры 15 и 16 настраивается на подачу топлива, определяющую крутящий момент на наиболее экономичном режиме работы дизеля в точке е на характеристике д (фиг. 2). Согласование подач топлива и воздуха идет положительной обратной связью, поскольку увеличение давления наддувочного воздуха вызывает увеличение подачи топлива, которое автоматически способствует росту давления наддувочного воздуха до значения на номинальном режиме работы на характеристиках, отмеченных буквами а и б.
xx
min
xx
max
Подача топлива органом дозирования топливоподачи 13 согласуется с действием центробежного чувствительного элемента 12, упирающегося в главный рычаг 11 и соединенного им с главной пружиной 17 и с рычагом управления 18 скорости вращения вала дизеля. Это согласованное действие центробежного чувствительного элемента 12 и пневматического чувствительного элемента 25 зависит от соотношения плеч ОВ и ОС в местах подсоединения муфты 23 центробежного чувствительного элемента 12 и штока 28 пневматического чувствительного элемента 25 к главному рычагу 11. Таким образом, соотношения жесткости пружин 27 с жесткостью главной пружины 17 и настройкой регулируемых упоров 19 и 20, которые определяют скорости вращения вала дизеля 1 на режимах работы холостого хода (ω), (ω)) и номинальном режимах работы (фиг. 2).
Согласованное действие центробежного чувствительного элемента 12 и пневматического чувствительного элемента 25 в начале разгона дизеля сдвигает регуляторную характеристику б влево до положения вблизи точки е наиболее экономичного режима работы дизеля (фиг. 2). Таким образом положение экономической характеристики дизеля д определяется настройкой регулятора дизеля с турбонаддувом.
Поскольку увеличение подачи топлива органом дозирования 13 топливного насоса высокого давления 14 при разгоне перемещением рычага управления 18 вызывает рост скорости вращения дизеля 1, то вступает в действие отрицательная обратная связь [3, 4] через действие центробежного чувствительного элемента 12 (фиг. 3) в сторону перемещения органа дозирования топливоподачи 13 для снижения подачи топлива в цилиндр дизеля 1. Корректировка подачи топлива органом дозирования 13 топливного насоса высокого давления 14 при разгоне перемещением рычага управления 18 вызывает рост давления наддува, тогда вступает в действие отрицательная обратная связь [3, 4] через действие пневматического чувствительного элемента 25 в сторону перемещения органа дозирования топливоподачи 13 для снижения подачи топлива в цилиндр дизеля 1. Изменение подачи топлива по экономической характеристике обеспечивается измерением скорости вращения вала дизеля и давления наддувочного воздуха, пропорционального нагрузке дизеля с турбонаддувом. Переходные процессы в цепях положительной и отрицательной обратной связи регулятора дизеля с турбонаддувом идут одновременно, обеспечивая работу по экономической характеристике дизеля, отмеченной буквой д на фиг. 2, и к окончанию переходного процесса работа дизеля. Работа дизеля с турбонаддувом переходит с разгонной характеристики ж на статические характеристика а и б (фиг. 2), определяемые положением ψ рычага управления 18 дизеля (фиг. 1 и фиг. 3).
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемые способ работы и устройство его реализации позволяют повысить эффективность транспортных машин с приводом от дизеля с турбонаддувом и снизить расход энергии по сравнению с известными устройствами. Применение его позволяет снизить потери энергии и повысить экономичность машин на неустановившихся режимах работы разгона путем работы дизеля по экономической характеристике. Управление в эксплуатации по экономической характеристике может служить значительным резервом повышения экономичности на переходных режимах. Экспериментальные исследования показали [4, 5], что заявленное изобретение может оно быть реализовано с обеспеченϕием безопасности работы.
Литература
1. Крутов В.И., Леонов И.В., Шатров В.И. и др. Авторское свидетельство №891992 "Регулятор дизеля с турбонаддувом" зарегистрировано 23 апреля 1980, опубликовано 23.12.1981. Бюллетень №47.
2. Крутов В.И., Леонов И.В., Шатров В.И. и др. Авторское свидетельство на устройство №896246 "Двухимпульсный регулятор дизеля с турбонаддувом" зарегистрировано 23 апреля 1980, опубликовано 07.01.1982. Бюллетень №1.
3. Крутов В.И. Автоматическое регулирование ДВС. - М.: Машгиз, 1963. - 600 с.
4. Крутов В.И., Леонов И.В., Шатров В.И. Формирование равновесной характеристики двухимпульсного регулятора по скорости и давлению наддувочного воздуха комбинированного ДВС. «Известия Вузов. Машиностроение» №7, 1987. с. 81-85.
5. И.В. Леонов. Управление машинного агрегата с ДВС по экономической характеристике. «Известия ВУЗов». «Машиностроение». №4 - 2015. с. 81-85.
Подписи под рисунками
Фиг. 1. Структурная схема двухимпульсной системы управления дизеля с турбонаддувом: 1 - дизель, 3 - пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха, 10 - двуплечий суммирующий рычаг, 11 - главный рычаг центробежного чувствительного элемента скорости дизеля, 12 - центробежный чувствительный элемент скорости дизеля, 14 - топливный насос высокого давления (ТНВД), 25 - дополнительный пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха.
кр
Фиг. 2. Схематизированная параметрическая зависимость дизеля (ω и М - текущие скорость вращения дизеля и крутящий момент): а - внешняя характеристика; б - предельная регуляторная характеристика, в - зависимости при постоянном удельном расходе топлива, г - зависимости при постоянном давлении наддувочного воздуха, д - экономическая характеристика, ж - предельная регуляторная характеристика при разгоне дизеля с минимальным давлением наддувочного воздуха.
Фиг. 3. Схема регулятора дизеля с турбонаддувом: 1 - дизель; 2 - турбокомпрессор; 3 - пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха; 4 - мембрана; 5 - впускной патрубок дизеля; 6 - трубопровод; 7 - пружина; 8 - шток; 9 - ползушка; 10 - двуплечий суммирующий рычаг; 11 - главный рычаг; 6 - регулируемый упор; 9 - главный рычаг; 11 - главная пружина; 12 - центробежный чувствительный элемент скорости дизеля; 13 - орган дозирования топливоподачи; 14 - топливный насос высокого давления (ТНВД); 15, 16 - регулируемые упоры двуплечего суммирующего рычага; 17 - главная пружина; 18 - рычаг управления скорости дизеля; 19, 20 - регулируемые упоры рычага управления дизеля; 21 - зубчатая передача, 22 - центробежные грузы; 23 - тарелка; 24 - корпус; 25 - дополнительный пневматический чувствительный элемент давления наддувочного воздуха; 26 - мембрана; 27 - пружина; 28 - шток; 29 - ползушка; 30 - регулируемый упор дополнительного пневматического чувствительного элемента 25 давления наддувочного воздуха.