Регулирование частоты вращения ДВС Регулирование частоты вращения

Регулирование частоты вращения ДВС

Регулирование частоты вращения ДВС ЦЕЛЬ – поддержание заданной частоты вращения вала двигателя в условиях переменной нагрузки Способность ДВС поддерживать заданную частоту вращения вала рассматривают при установившемся режиме его работы. Установившимся называется режим, при котором частота вращения, нагрузка и тепловое состояние двигателя в течение рассматриваемого отрезка времени постоянны. Такой режим возможен только в том случае, когда мощности двигателя и потребителя равны между собой. ДВС должен устойчиво держать установившейся режим работы. Устойчивостью называется способность двигателя без воздействий на орган регулирования восстанавливать установившийся режим. В дизеле органом регулирования подачи топлива является рейка топливного насоса. В бензиновом ДВС органом регулирования является дроссельная заслонка.

Согласование характеристик бензинового ДВС и нагрузки Ме 1, Ме 2, Ме 3 …характеристики ДВС при различных положениях дросселя; Мс1, Мс2, Мс3 характеристики различной нагрузки потребителя (сопротивления)

Согласование характеристик дизеля и нагрузки Ме 1, Ме 2, Ме 3 …характеристики ДВС при различных положениях дросселя; Мс1, Мс2, Мс3 характеристики различной нагрузки потребителя (сопротивления)

Равновесный режим Ме = Мс

Устойчивый режим работы двигателя При увеличении n до n” в результате случайного отклонения имеем Мc > Mе и частота вращения будет снижаться до n’ = nравн. При снижении n до n”’ ниже nравн Mc < Мкр и частота вращения будет повышаться до nравн. Следовательно система находится в устойчивом равновесии и при случайном отклонении частоты от nравн, она возвращается к nравн

Неустойчивый режим работы двигателя При увеличении n до n” в результате случайного отклонения имеем Мc < Mе и частота вращения будет возрастать, пока Мс=Мкр (разнос nразн ). При снижении n до n”’ ниже n’=nравн Mc < Мкр и частота вращения будет снижатся далее пока Мс=Мкр или пока он не остановится. Следовательно система находится в неустойчивом равновесии и при случайном отклонении частоты от n’ , она не возвращается к n’, ДВС или идет в разнос или глохнет.

Фактор устойчивости Для обеспечения устойчивого равновесия режима двигателя в точке npавн необходимо обеспечить d. Mc/dn>d. Mкр/dn. Чем больше неравенство, тем устойчивее режим. Оценка устойчивости ведется по фактору устойчивости F= d. Mc/dω - d. Mкр/dω. Если F>0 , то режим устойчивой работы и чем F больше тем устойчивость выше. Если F<0 , то режим неустойчивой работы.

Управление дизеля механическим регулятором Количество и момент подачи топлива Давление воздуха Водитель Нагрузка Регулятор Перемещение рейки на Dh ТНВД ДИЗЕЛЬ Частота вращения Муфта Угловое смещение вала на Dj Недостаток – сложность оптимизации процесса управления во всей области рабочих режимов с учетом изменения условий эксплуатации Результат – плохие экономические и экологические характеристики, невысокий ресурс при форсировке

Автоматические регуляторы частоты вращения Назначение – обеспечение автоматического поддержания заданной частоты вращения вне зависимости от внешней нагрузки. Классификация 1) По количеству регулируемых режимов: • Однорежимные (ограничение nmax) • Двухрежимные (ограничение nmax о поддержание nmin) • Всережимные (поддержание заданной частоты в диапазоне nmin - nmax) 2) По типу чувствительного элемента (Чувствительный элемент - элемент измеряющий отклонение какого-либо параметра двигателя от заданного значения при изменении частоты вращения) механические частота вращения оценивается по центробежной силе грузов пневматически гидравлически электрически е е е частота вращения оценивается по разряжению, создаваемому воздушным потоком частота вращения оценивается по давлению, создаваемому потоком жидкости частота вращения оценивается по электрическому сигналу от датчика вращения

Механический регулятор частоты вращения 6 5 2 9 8 4 1 3 Pв P 1 7 Устройство: Чувствительный элемент грузы регулятора 1 (сила от чувствительного элемента) Задающий элемент - пружина регулятора 2 (сила затяжки пружины) Исполнительный элемент муфта 3 и рычаг регулятора 4 (передаточной звено на рейку ТНВД) Рукоятка управления мощностью - 5, рейка ТНВД 6, вал привода грузов регулятора - 7, упор максимальной подачи - 8, упор минимальной подачи - 9.

Статический расчет регулятора Сила от чувствительного элемента - это центробежная сила грузов приведенная к муфте регулятора Р 1=Кч · mг· r · ω2= К 1 · ω2 где Кч - коэфф. передачи чувствительного элемента mг - масса грузов r - радиус расположения грузов ω - частота вращения грузов К 1 - коэфф. учитывающий конструкцию чувствительного элемента. Сила восстанавливающая - это сила противодействующая силе чувствительного элемента и приведенная к точке действия силы Р 1. Рв = Рпр · ОВ/ОА= Кв · Рпр Кв - коэфф. передачи восстанавливающей силы Пока Р 1<Рв рычаг находится на упоре 8 и Vц=Vmax При увеличении ω до ωр (равновесная частота вращения) Р 1=Рв и рычаг перестает прижиматься к упору 8. При увеличении ω от ω8 до ω9 рычаг переходит на упор 9 (ω8 < ω9 )

Регуляторная ветвь характеристики ДВС При постоянном положении рычага управления регулятором Максимальная нагрузка Холостой ход wcp

Частичные регуляторные характеристики ТНВД Снимаются при постоянных положениях рычага управления регулятором

Степень неравномерности регулятора С изменением нагрузки равновесная частота вращения меняется. Это изменение оценивают степенью неравномерности регулятора: δр= (ω9 - ω8)/ωср или δр= (ωхх- ωн)/ωср На номинальном режиме: - для тракторных и комбайновых дизелей δр=0, 05 -0, 08 (5 -8%) - для автомобильных дизелей δр=0, 07 -0, 10 (7 -10%)

Ограничение пределов регулирования • В процессе управления двигателем регулируемые показатели не должны выходить за допускаемые пределы регулирования. • Допускаемые пределы регулирования зависят от режима работы и условий эксплуатации двигателя • Механические системы регулирования не позволяют обеспечить управление в допускаемых пределах регулирования, что приводит к ухудшению экологических характеристик, снижению ресурса и повышенным эксплуатационным расходам

Электронное управление рядным ТНВД Машина ЭБУ Дизель ТНВД 1 – сигналы датчиков машины (скорость, трансмиссия и др. ); 2 – сигналы датчиков дизеля (частота, температура, положение валов и др. ); 3 – сигналы датчиков ТНВД (рейка, момент впрыскивания, температура и др. ); 4 – сигналы управления от электрон. блока управления (ЭБУ); 5 – диагностика элементов системы; 6 – сигналы управления оператора (педаль газа, использование моторного тормоза и т. п. ); 7 – сигналы датчиков внешних условий и условий работы (температура и давление, пуск, дверь

Электронное управление рядным ТНВД 1 – топливный бак; 2 – топливный фильтр; 3 – электромагн. клапан; 4 – ТНВД; 5 – топливоподкач. насос; 6 – датчик температуры; 7 – устройство изменен. начала подачи; 8 – устройство изменен. величины подачи; 9 – форсунка; 10 – свеча накаливания; 11 – датчик температ. охл. жидкости; 12 – датчик частоты вращения; 13 – дизель; 14 – реле времени свечей накаливания; 15 – электронный блок управления (ЭБУ); 16 – датчик температуры воздуха на впуске; 17 – датчик давления воздуха на впуске; 18 – турбокомпрессор; 19 – педаль газа; 20 – разъём соединения с другими системами управления; 21 – датчик скорости движения; 22 – датчики педалей сцепления и тормоза; 23 – аккумуляторная батарея; 24 – монитор диагностики; 25 – ключ запуска дизеля.