УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к устройствам управления двигателем внутреннего сгорания, преимущественно судовым.
D
I
P
D
Известно устройство управления двигателя внутреннего сгорания (пат. США 6591808, опубл. 15.07.2003), наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству, содержащее блок алгоритма адаптивного управления, регулятор, ПИД-регулятор, устройство дополнительного момента. Данное устройство позволяет уменьшить амплитуду колебания частоты вращения двигателя за счет изменения параметров К, К К ПИД-регулятора. В основном эффект уменьшения амплитуды колебаний наблюдается при изменении параметра К. Параметр и величина изменения параметра выбирается блоком алгоритма адаптивного управления.
Однако устройство, принятое за прототип, обладает недостатком, заключающийся в том, что используется источник дополнительного момента, а это в случаях с двигателем больших диаметров цилиндра ведет к утяжелению системы в целом.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, заключается в уменьшении амплитуды колебания частоты вращения двигателя при гармоническом изменении нагрузки двигателя.
Для достижения технического результата в устройстве для управления двигателем внутреннего сгорания, содержащем последовательно соединенные блок сравнения, блок алгоритма адаптивного управления, электронный регулятор частоты вращения, дополнительно введено устройство определения частоты изменения нагрузки двигателя,
подсоединенное своим выходом к второму входу блока адаптивного управления.
Отличительным признаком предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, является дополнительное введение устройство определения частоты изменения нагрузки двигателя.
Благодаря наличию этого признака в совокупности с остальными достигается заявляемый технический результат.
Предлагаемое в качестве полезной модели устройство управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС) иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-8.
1
1
1
1
1
1
e
e,.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 представлен график изменения частоты вращения коленчатого вала ДВС при регулярном волнении 3 балла, постоянная времени регулятора T=0,4 с, степень неравномерности частоты вращения регулятора δ=0,05(5%), на фиг.3 - то же при регулярном волнении 6 баллов, T=0,4 с, δ=0,05(5%), на фиг.4 - то же при регулярном волнении 6 баллов, T=1,2 с, δ=0,05(5%), на фиг.5 - то же при регулярном волнении 6 баллов, T=0,1 c, δ=0,05(5%), на фиг.6 - то же при регулярном волнении 6 баллов, T=0,1 с, δ=0,17(17%), на фиг.7 - график изменения постоянной времени регулятора T в зависимости от частоты колебаний нагрузки двигателя вала  Ω на фиг.8 - график изменения степени неравномерности частоты вращения регулятора δ в зависимости от частоты колебаний нагрузки двигателя  Ω
1
Устройство управления ДВС (фиг.1) содержит блок сравнения 1, который своим выходом соединен с первым входом блока 2 алгоритма адаптивного управления. Блок 2 алгоритма адаптивного управления своим выходом соединен с входом электронного регулятора 3 частоты вращения (далее просто электронный регулятор). Электронный регулятор 3 характеризуется изменяемыми управляющими параметрами T (постоянная времени регулятора) и δ (степень неравномерности частоты вращения). Электронный регулятор 3 соединен с топливной рейкой (не показана на
фиг.1) двигателя внутреннего сгорания 4. Дополнительно введено устройство 5 определения частоты изменения нагрузки двигателя 4. Это устройство 5 имеет только один выход, которым оно подсоединено к второму входу блока 2 алгоритма адаптивного управления.
3
р
е
Работа устройства управления ДВС осуществляется следующим образом. На первый вход блока 2 алгоритма адаптивного управления с блока сравнения 1 поступает информация о заданном значении частоты вращения ω и о реальном значении частоты вращения ω двигателя, а на второй вход блока 2 алгоритма адаптивного управления поступает информация о значении частоты изменения нагрузки  Ω двигателя от устройства 5 определения частоты изменения нагрузки двигателя 4. При этом регулятор 3 описывается дифференциальным уравнением первого порядка и в операторной форме имеет следующий вид:
1
1
1
1
e
e
е
1
e
e
где η=-х, φ - частота вращения двигателя, η - перемещение муфты регулятора, х - топливоподача двигателя, θ - коэффициент по настройке скоростного режима, α - изменение скоростного режима регулятора, T - постоянная времени регулятора, δ - степень неравномерности регулятора. В памяти блока 2 заложены зависимости T=f( Ω) и δ=f( Ω) (фиг.7 и фиг.8 соответственно). На основании информации о частоте изменения колебаний нагрузки  Ω двигателя 4 и графиков зависимостей T=f( Ω) и δ=f( Ω) блок 2 дает команду электронному регулятору 3. Электронный регулятор 3 через топливную рейку оказывает воздействие на частоту вращения ДВС 4.
1
Ниже представлены пояснения к управлению ДВС за счет изменения параметров электронного регулятора 3, а именно: постоянной времени T и степени неравномерности частоты вращения δ.
e
1
Если волнение моря составляет 3 балла, частота изменения нагрузки двигателя составляет  Ω=1,5 рад/с, при этом T=0,4 с, δ=0,05 (5%), что отражено на фиг.2. Допустим, спустя время происходит изменение волнения
e
e
1
1
моря до 6 баллов, как следствие, происходит изменение частоты изменений нагрузки двигателя внутреннего сгорания до  Ω=0,82 рад/с, что определяется устройством 5 определения частоты изменения нагрузки двигателя 4. Это значение  Ω=0,82 рад/с поступает на вход блока 2 алгоритма адаптивного управления. Так как постоянная времени T регулятора 3 не изменилась, (T=0,4 с), то происходит сдвиг фазы кривой изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя относительно кривой изменения нагрузки двигателя. Сдвиг фазы будет характеризоваться нестабильностью работы двигателя 4. При этом имеет место увеличение амплитуды колебаний частоты вращения коленчатого вала двигателя 4 от 2% до 5%
1
На фигуре 3 показано изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя 4 при регулярном волнении 6 баллов, T=0,4 с, степени неравномерности частоты вращения δ=0,05 (5%)
1
1
Для возврата двигателя в устойчивый режим работы необходимо устранить сдвиг фазы кривой изменения частоты вращения или иными словами добиться полного зеркального отображения кривых изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки двигателя, при этом необходимо, чтобы после изменения величины параметров амплитуда изменения частоты вращения не увеличилась. Для устранения сдвига фаз частоты вращения и нагрузки двигателя можно увеличить постоянную времени T регулятора 3 до значения T=1,2 с, а степень неравномерности δ частоты вращения оставить без изменения на уровне 0,05. При этой настройке имеет место увеличение амплитуды колебаний частоты вращения от 4,2% до 5,6%.
1
На фигуре 4 показано изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя при регулярном волнении 6 баллов, T=1,2 с, степень неравномерности частоты вращения δ=0,05 (5%).
1
Так как увеличение амплитуды частоты вращения коленчатого вала двигателя нас не устраивает, уменьшим значение времени регулятора T от
0,4 с. до 0,1 с., оставив без изменений значение степени неравномерности частоты вращения на уровне 0,05 (5%).
1
На фиг.5 показано изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя 4 при регулярном волнении 6 баллов, T=0,1 с, степень неравномерности частоты вращения δ=0,05 (5%), так как не удалось устранить сдвиг фаз кривой изменения частоты вращения и кривой изменения нагрузки двигателя, то далее изменяют степень неравномерности регулятора до 0,17 (17%)
1
На фиг.6 показано изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя при регулярном волнении 6 баллов, T=0,1 с, степени неравномерности частоты вращения регулятора δ=0,17 (17%)
При этом происходит уменьшение амплитуды колебаний частоты вращения и устранение сдвига фаз кривой изменения частоты вращения и кривой изменения нагрузки двигателя.
1
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществлять изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя за счет изменения параметров регулятора, т.е. за счет постоянной времени регулятора T и степени неравномерности частоты вращения δ, что в результате приводит к достижению заявляемого технического результата, уменьшению амплитуды колебаний частоты вращения двигателя при гармоническом изменении нагрузки.