Система автоматичного регулювання паливоподачі дизель-генераторної установки транспортних засобів

Система автоматичного регулювання паливоподачі дизель-генераторної установки транспортних засобів, що включає до свого складу дизель, мікроконтролерний блок керування (МБК), виконавчий механізм управління положенням рейок паливних насосів з датчиком ходу рейок паливних насосів, датчик частоти обертання колінчастого вала дизеля, датчик температури дизеля, датчик тиску наддуву повітря, контролер задания частоти обертання вала дизеля, виходи яких з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами МБК, при цьому мікроконтролерний блок керування обробляє сигнали з датчиків і контролера задания частоти обертання і видає у ВІДПОВІДНОСТІ з запрограмованими в ньому алгоритмами всережимного регулювання частоти обертання колінчастого вала дизеля сигнал на вихід, з'єднаний з входом виконавчого механізму управління положенням рейок паливних насосів, яка відрізняється тим, що до її складу додатково введено генератор, ротор якого механічно з єднаний з колінчастим валом дизеля, вузол управління потужністю навантаження генератора, вихід якого з'єднано з входом генератора, мікроконтролерний логічний блок з одним входом і одним виходом, а в мікроконтролерний блок керування - програмний модуль і один вихід, з'єднаний з входом мікроконтролерного логічного блока, вихід якого з'єднаний з входом вузла управління потужністю навантаження генератора, при цьому програмний модуль виконано з можливістю обробки сигналів з датчиків і контролера задания частоти обертання, обчислення на основі цих сигналів ознак умов руху у вигляді середніх за заданий відрізок часу відхилень частоти обертання і потужності навантаження на дизель-генератор і видачі цих умов на вихід мікроконтролерного блока керування, з'єднаний з входом мікроконтролерного логічного блока, який виконано з можливістю здійснення порівняння ознак умов руху з запрограмованими в ньому значеннями, формування на цій основі сигналу вибору необхідного алгоритму регулювання потужності навантаження із наявних в мікроконтролерному логічному блоці оптимальних характеристик для різних умов руху, обчислення на основі обраної оптимальної характеристики сигналу управління потужністю навантаження і видачі його на вихід мікропроцесорного логічного блока, з'єднаний з входом вузла управління потужністю навантаження дизель-генераторної транспортної установки Винахід відноситься до регулювання паливоподачі в системах автоматичного регулювання частоти обертання вала дизельного двигуна і потужності дизель-генераторних установок транспортних засобів (переважно тепловозів з електричною тягою та великовантажних кар'єрних самоскидів з електричною тягою) Зниження експлуатаційних витрат дизельного пального при використанні потужних транспортних засобів з дизель-генераторними енергетичними установками надає можливість економити десятки та сотні тон пального на рік ( в залежності від КІЛЬКОСТІ одиниць рухомого складу) Відома система регулювання дизельгенераторів, переважно тепловозів[1] До складу системи входять контролер задания частоти обертання колінчатого вала дизеля, виконавчий механізм регулятора паливоподачі, вузол управління потужністю навантаження, до складу якого входять регулятор потужності, коректор навантаження та селективний вузол, датчик частоти обертання колінчатого вала дизеля Виконавчий механізм 1 ю о (О 62057 паливоподачі діє на регулятор потужності, який, використовуючи також сигнал від контролера задания частоти обертання, формує закон навантаження дизель-генераторної установки В цій системі регулювання сталий режим роботи дизельгенератора характеризується ВІДПОВІДНІСТЮ потужності генератора, що витрачається на тягу, і положення рейок паливних насосів дизеля Однак ця система регулювання не може забезпечити задания та підтримку оптимальної з точки зору витрат палива потужності навантаження у всьому діапазоні частот обертання колінчатого вала дизеля дизель-генераторної установки, що є и недоліком Найбільш близькою за технічною суттю до системи що заявляється є система регулювання паливоподачі двигуна внутрішнього згорання транспортної енергетичної установки [2] До складу системи, крім дизеля, входять мікроконтролерний блок керування (МБК), датчики (частоти обертання колінчатого вала дизеля , температури, тиску наддуву повітря, положення рейок паливних насосів), механічний пристрій задания положення рейок паливних насосів - еквівалент контролера із системи [1], виконавчі механізми переміщення рейок паливних насосів та зміни випередження подачі палива Сигнали з датчиків надходять на ВІДПОВІДНІ входи МБК, виходи якого з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ входами виконавчих механізмів - переміщеня рейок паливних насосів та зміни випередження подачі палива В МБК у вигляді графіків знаходяться різні залежності випередження подачі палива від режиму роботи дизеля, які коректуються другими залежностями та параметрами (співвідношення повітря/паливо, тиск навколишнього середовища над рівнем моря і т д ) В порівнянні з попередньою системою система-прототип має більш широкі можливості регулювання дизеля транспортної енергетичної установки У системи - прототипа більша КІЛЬКІСТЬ датчиків, ніж у попередньої, та безсумнівні переваги за рахунок наявності інтелектуального блоку МБК Основна ціль цієї системи це задания і коректування величини випередження подачі палива В той же час ця система не має зворотного зв'язку по такому ключовому параметру, як величина випередження подачі палива, що знижує точність його задания ВІДПОВІДНИМ виконавчим механізмом і ВІДПОВІДНО ефективність процесу регулювання в цілому Крім того в системі [2] регулювання паливоподачі зосереджене на дизелі транспортної енергетичної установки Генератор та вузол керування потужністю навантаження не наведені в описі винаходу, хоча є складовими частинами потужних енергетичних установок транспортних засобів (тепловозів та великовантажних кар'єрних самоскидів з електричною тягою) В блоці МБК серед різних залежностей відсутній графік залежності оптимальної з точки зору витрат пального потужності навантаження дизеля від умов руху (розгон/гальмування, сталий режим з включенням/відключенням допоміжних агрегатів транспортної енергетичної установки) Таким чином недолік системи-прототипу - неможливість задавати і підтримувати оптимальну з точки зору витрат палива потужність навантаження дизельгенераторної установки для конкретних умов руху В основу винаходу поставлено задачу удосконалення системи регулювання паливоподачі дизеля транспортної дизель-генераторної енергетичної установки шляхом забезпечення оптимальної потужності навантаження у всьому діапазоні частот обертання колінчатого валу дизеля дизельгенератора з урахуванням конкретних умов руху і отримання економії дизельного палива Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у ВІДОМІЙ системі регулювання паливоподачі дизеля транспортної дизель-генераторної енергетичної установки, що включає до свого складу окрім дизеля мікроконтролерний блок керування (МБК), виконавчий механізм (ВМ) управління положенням рейок паливних насосів, датчик ходу рейок паливних насосів, датчик температури дизеля, датчик тиску наддуву повітря, датчик частоти обертання колінчатого валу дизеля, контролер задания частоти обертання колінчатого валу дизеля, сигнали з яких надходять на ВІДПОВІДНІ ВХОДИ МБК, при цьому МБК обробляє сигнали з датчиків та контролера задания частоти обертання і видає у ВІДПОВІДНОСТІ з запрограмованими в ньому алгоритмами всережимного регулювання частоти обертання колінчатого валу дизеля ДГУ ТЗ сигнал на вхід ВМ управління положенням рейок паливних насосів, згідно винаходу додатково введені генератор, ротор якого механічно з'єднано з колінчатим валом дизеля, вузол управління потужністю навантаження генератора дизель-генераторної установки (ДГУ) транспортних засобів (ТЗ), мікроконтролерний логічний блок (МЛБ) з одним входом і одним виходом, а в МБК системи регулювання програмний модуль і один вихід, з'єднаний зі входом МЛБ, вихід якого з'єднано зі входом вузла управління потужністю навантаження генератора ДГУ ТЗ, при цьому на вхід програмного модуля надходять оброблені в МБК сигнали з датчиків і контролера задания частоти обертання, а сам програмний модуль на основі цих сигналів обчислює ознаки умов руху у вигляді середніх за заданий відрізок часу відхилень частоти обертання та потужності навантаження на ДГУ ТЗ, значення цих умов надходять в МЛБ, який порівнює їх з запрограмованими в ньому і формує на цій основі логічний сигнал вибору необхідного алгоритму регулювання потужності навантаження з наявних в пам'яті МЛБ оптимальних (отриманих емпірично) характеристик потужності навантаження для різних умов руху, після чого на основі вибраної відповідної характеристики МЛБ формує сигнал управління потужністю, який поступає на вихід МЛБ, з'єднаний з входом вузла управління потужністю навантаження ДГУ ТЗ Система регулювання на кожній частоті обертання колінчатого валу дизеля підтримує оптимальний з точки зору витрат палива рівень потужності навантаження генератора з урахуванням умов руху ТЗ як в перехідному, так і в сталому режимах Система регулювання показана на блок-схемі Система автоматичного регулювання паливоподачі дизеля З ДГУ ТЗ 1 включає датчики частоти обертання 6 валу дизеля 3, температури дизеля 7, тиску наддуву повітря 8, ходу рейок паливних насосів 5 і контролер задания частоти обертання 11 валу дизеля, виконавчий механізм 4 управління 62057 положенням рейок паливних насосів, мікроконтролернии блок керування (МБК) 10 з програмним модулем 12, мікроконтролернии логічний блок (МЛБ) 13, вузол управління потужністю навантаження 9 генератора 2 ДГУ ТЗ 1 Сигнали з датчиків 5,6,7,8 і контролера 11 подаються на ВІДПОВІДНІ входи блоку МБК 10 з програмним модулем 12, який обробляє їх і видає сигнал на вихід, з'єднаний з входом виконавчого механізму 4 управління положенням рейок паливних насосів, регулюючи таким чином паливоподачу дизеля 3 Оброблені в МБК 10 сигнали з датчиків і контролера надходять до програмного модуля 12, де обчислюються ознаки умов руху Інформація про ознаки умов руху видається на вихід блоку МБК 10, який з'єднано з входом мікроконтролерного логічного блоку 13, вихід якого з'єднано з входом вузла управління потужністю навантаження 9, вихід вузла 9 з'єднано з входом генератора 2 ДГУ Т3 1 Система регулювання паливоподачі працює таким чином Параметром, який визначає потужність навантаження дизеля 3, а ВІДПОВІДНО і дизельгенераторної установки 1, є положення рейок паливних насосів, що вимірюється з допомогою датчика 5 До програмного модуля 12 занесена залежність оптимальних з точки зору витрат палива положень рейок паливних насосів h опт від частоти обертання колінчатого валу дизеля u зад (від позиції контролеру задания частоти 11), яка коректується в залежності від температури Т в і тиску наддуву повітря Р в (ВІДПОВІДНО датчики 7 та 8 ) в вигляді Попт = f (и ЗЭ д) + Кі(Т в - Т в з а д) + К 2 (Р В - Рв зад), ДЄ Т в зад І Рв зад - ЗЭДЭН! ЗНЗЧЄННЯ При переключенні позицій контролеру 11 змінюється значення задания частоти обертання u зад і ВІДПОВІДНО оптимального значення положення рейок паливних насосів п0Пт При цьому програмний модуль 12 обчислює середні за обраний час Т відхилення частоти обертання від изад і середні відхилення положення рейок паливних насосів від Попт У ВИГЛЯДІ t (1/Т)|(и з а д -п т е к )сК о Ah c p =(1/T)J(h a n T -h T e K )dt, О де ДПср - середнє відхилення частоти обертання, Птек - поточне значення частоти обертання, ДпСр - середнє відхилення положення рейок паливних насосів, Птек - поточне значення положення рейок паливних насосів Значення hom, Птек, ДПср и Ahcp у вигляді команд надходять в мікроконтролернии логічний блок МЛБ 13 Середні відхилення Дп ср і Дп ср блок 13 порівнює з ВІДПОВІДНИМИ заданими граничними значеннями R, і F, і формує логічний сигнал ЛгС по слідуючому закону 1, при n r n > R. ср ' "" " [0, npHn c p