CC BY
23
УДК 621.436. 001
ФОРМИРОВАНИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЬ - ГЕНЕРАТОРА ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ ОТКЛЮЧЕНИЕМ РАБОЧИХ ЦИКЛОВ
М.В. Эммиль
Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
Рассматривается метод формирования предельной регуляторной характеристики дизель-генератора путем отключения рабочих циклов. Приводятся соответствующие соотношения теории ДВС.
Отключение части цилиндров автомобильных и тракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как метод регулирования мощности на режимах частичных нагрузок и холостого хода (XX) находит довольно частое применение. В качестве примеров можно привести отключение группы цилиндров у шестицилиндровых бензиновых ДВС, оснащенных системой распределенного впрыскивания топлива, и отключение двух цилиндров тракторного дизеля Д-160 при переходе на режим минимального XX. Однако примеров промышленного применения методов регулирования частоты вращения и, соответственно, формирования регуляторных характеристик дизелей отключением части цилиндров или циклов авторам неизвестно, в то время как применение этого метода позволило бы отказаться от механического регулятора частоты вращения. Метод отключения (пропуска) рабочих циклов выглядит перспективным для дизель-генераторных установок, поскольку в этом случае формируется только регуляторная характеристика номинального режима. В многоцилиндровом дизеле при таком способе регулирования обеспечивается «скользящее» отключение рабочих циклов по цилиндрам при сбросе нагрузки, а в одноцилиндровом дизель-генераторе программа регулирования вообще упрощается.
В современных автомобильных дизелях с электронным управлением, например, Common Rail, программа регулирования заложена в микропроцессоре электронного блока управления (ЭБУ) и обеспечивает всю гамму рабочих режимов двигателя. Переоснащение системы автоматического регулирования (САР) дизеля с традиционной топливной аппаратурой для управления пропуском рабочих циклов технически возможно путем установки на линии высокого давления (ЛВД) клапана - отключателя, выполненного на базе клапана-регулятора начального давления (РНД). Испытания клапана показали его хорошую работоспособность и быстродействие, обеспечивающее пропуск одного рабочего цикла. Трудность создания такой САР в большей степени заключается в необходимости создания системы электронного управления отключением циклов в зависимости от величины нагрузки.
Принципиальная схема работы такой системы проста. Рейка ТНВД устанавливается в максимальное положение и фиксируется. При сбросе нагрузки по сигналу от силовой электрической линии дизель-генератора или от датчика частоты вращения, ЭБУ определяет число рабочих циклов, обеспечивающих режим частичной нагрузки или режим XX (полный сброс нагрузки), а также наклон регуляторной характеристики.
Задачей регулирования двигателей является поддержание соответствия между нагрузкой и развиваемой двигателем мощностью. Рассмотрим задачу регулирования ДВС при постоянной частоте вращения. На номинальном режиме двигатель развивает расчетную мощность, и число рабочих циклов соответствует номинальной частоте вращения. Поскольку при полном сбросе нагрузки индикаторная мощность двигателя (NJ полностью расходуется на преодоление механических потерь (Nm), то для определения числа рабочих циклов нужно рассматривать отношение индикаторных мощностей, которое с учетом известных классических формул теории ДВС может быть представлено в виде:
Эммилъ М. В. Формирование регуляторных .
57
^ (1)
’
где Л^ном, Мхх - индикаторные мощности на номинальном режиме и при некотором сбросе нагрузки, соответственно;
1- индикаторный КПД;
аном и - коэффициенты избытка воздуха на номинальном режиме и при данном сбросе нагрузки, соответственно.
В выражении (1) принято допущение, что индикаторный КПД в пределах реализуемой регуляторной характеристики является постоянным. Поскольку при отключении рабочих циклов изменяется (увеличивается) коэффициент избытка воздуха, то выражение (1) можно представить в следующем виде:
^том ^хх ^ном
1хх а„ом хх
где Ъти, Ъхх - число рабочих циклов на номинальном режиме и при данном сбросе нагрузки, соответственно.
Используя известные соотношения теории ДВС, для режима полного сброса нагрузки применительно к астатической регуляторной характеристике можно показать, что при качественном регулировании мощности имеем следующее соотношение:
-"--^■ = 1 (3)
N... Z
нам
где Z„„„ — число рабочих циклов при полном сбросе нагрузки;
Г]т - механический КПД.
Поскольку число рабочих циклов на номинальном режиме определяется номинальной частотой вращения, то при рассмотрении астатической регуляторной характеристики число рабочих циклов при полном сбросе нагрузки будет определяться величиной механического КПД, т.е. в этом случае будем иметь следующую закономерность:
ч
. (4)
Возьмем в качестве примера одноцилиндровый дизель - генератор, имеющий номинальную частоту вращения «ном = 3000 мин1, и примем значение механического КПД Т]т = 0,8.
Тогда число циклов на номинальном режиме будет равно 1500, а число рабочих циклов при полном сбросе нагрузки будет равно 1200. При таком подходе остается неясным, как вычислять количество рабочих циклов при частичном сбросе нагрузки. Здесь может быть принят в качестве допущения некоторый закон изменения механического КПД в зависимости от сброса нагрузки, который будет заложен в память микропроцессора.
Для случая задания статических регуляторных характеристик в соотношение (3) нужно ввести выражение для степени неравномерности регулятора, хорошо известное из теории автоматического регулирования ДВС:
Тогда для рассматриваемой системы получаем:
|^ =—(1-7„). («
ном Пно,
п
_ ном,.
Введение в (3) отношения -------- предполагает, что при данной степени неравно-
п
нам
мерности число рабочих циклов на режиме холостого хода должно быть больше, чем при <5 = 0, чтобы допустить увеличение частоты вращения холостого хода, и обеспечить таким образом некоторый наклон регуляторной характеристики.
Поскольку величина степени неравномерности определяет наклон регуляторной характеристики, задача определения количества рабочих циклов при частичном сбросе нагрузки приобретает определенность. Задаваясь отношением индикаторной мощности к мощности сопротивления (мощность потребителя плюс мощность механических потерь), можем определить потребное число рабочих циклов на любом режиме для данной регуляторной характеристики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крутов В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект. - М.: Машиностроение, 1978. - 470 с.
2. Патрахалъцев Н.Н. Влияние переходных процессов в топливной аппаратуре на динамические свойства дизеля // Известия ВУЗов. Машиностроение, 1987. - № 4. - С. 65 - 70.
UDC 621.436.001
DIESEL - GENERATOR GOVERNING CHARACTERISTICS FORMING BY WORKING CYCLES CUTTING OFF REGULATION
M.V.Emmil
Department of Combined Internal Combustion Engines Peoples' Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya str., 6, 117198 Moscow, Russia
Diesel - Generator governing characteristics forming method by cutting off working cycles regulation is considered. ICE theory corresponding formulas are given.
