СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02D19/08 F02M43/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам регулирования газожидкостных двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ регулирования газожидкостного двигателя внутреннего сгорания фирмы "Зульцер" (Васильев Ю.Н. Золотаревский Л.С. Ксенофонтов С.И. Газовые и газодизельные двигатели. М. ВНИИЭгазпром, 1992, с.75 77) путем изменения подачи жидкого и газообразного топлива, причем частоту вращения регулируют изменением подачи газа, а желаемую запальную дозу топлива изменяют при помощи регулирующего устройства положения упора запального топлива при падении давления газа или недостатке мощности вследствие изменения химического состава газа.

Указанный способ позволяет осуществлять запуск двигателя только на жидком топливе, и в случае недостатка мощности или уменьшения давления газа полностью переходить на работу на жидком топливе, а также работать на газе с содержанием азота до 40%
Однако данный способ применяется преимущественно в судовых условиях работы. В случаях работы двигателя в условиях, связанных с большим количеством переходных процессов и высокими требованиями к качеству регулирования частоты вращения, например, в составе электростанции, регулирование частоты вращения изменением подачи газа приводит к возможной детонационной работе во время переходного процесса, провалам или забросам частоты вращения из-за нелинейностей и высокой инерционности систем газовоздухоснабжения с выходом из допустимых границ коэффициента избытка воздуха.

Известен способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком и газообразном топливах (авт. св. СССР N 1784737 А1, кл. F 02 D 19/08, F 02 M 43/00, заявка 4824121/06, заявл. 14.05.90, опубл. 30.12.92 бюл. N 48), заключающийся в том, что регулирование мощности двигателя осуществляют изменением подачи газа в зонах больших и малых нагрузок, в области средних нагрузок изменение мощности осуществляют изменением количества газовоздушной смеси, при этом в зоне больших и средних нагрузок доза запального топлива постоянна, а при малых нагрузках дозу запального топлива увеличивают с помощью подвижного упора-ограничителя, который выполнен в виде поворотного рычага, имеющего привод от электродвигателя постоянного тока.

Этот способ позволяет оптимизировать состав топливовоздушной смеси для широкого диапазона режимов работы автомобильного двигателя, как правило безнаддувного, и, соответственно, улучшить топливную экономичность и уменьшить токсичность отработанных газов. Однако при работе двигателя с наддувом в условиях, связанных с высокими требованиями к качеству регулирования, например в составе электростанции, указанный способ приводит к недопустимой жесткости и даже к детонационной работе двигателя, к недопустимым забросам и провалам частоты вращения из-за нелинейностей и инерционности в работе системы газовоздухоснабжения из-за недопустимых значений коэффициента избытка воздуха.

Высокая сложность управляющих систем для реализации вышеупомянутых способов приводит к высокой стоимости конвертации дизельного двигателя в газожидкостный, а также к уменьшению надежности работы двигателя в целом и ухудшению ремонтопригодности.

Задачей изобретения является обеспечение высоких показателей качества регулирования работы газожидкостного двигателя внутреннего сгорания, улучшение приемистости, обеспечение относительной независимости показателей качества регулирования полезной мощности от изменений давления газа и химического состава газа, облегчение и удешевление конвертации дизелей на газожидкостный процесс, повышение надежности.

Задача достигается тем, что согласно предлагаемому способу регулирования газожидкостного двигателя внутреннего сгорания путем изменения подачи запального жидкого топлива и газообразного топлива, частоту вращения регулируют изменением подачи запального топлива, при этом желаемую запальную дозу топлива фиксируют изменением подачи газообразного топлива, исходя из отсутствия рассогласования между фактической запальной дозой топлива и желаемой.

Кроме того, регулирование изменения подачи газообразного топлива обеспечивают не менее, чем в два раза медленнее, чем регулирование подачи запального топлива при положительном рассогласовании и с максимально-достижимым быстродействием при отрицательном рассогласовании между фактической дозой запального топлива и желаемой. При этом рассогласование считается положительным при превышении фактической дозы запального топлива над желаемой, а отрицательным при фактической дозе запального топлива меньшей, чем желаемая.

Высокое качество регулирования работы газожидкостного двигателя внутреннего сгорания, улучшение приемистости достигается тем, что при работе двигателя поддержание заданной частоты вращения обеспечивается быстрым изменением подачи запального топлива, как более приспособленного к сгоранию в двигателях внутреннего сгорания и удовлетворительно сгорающего в гораздо большем диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха, чем газообразное топливо, причем процесс сгорания жидкого топлива не сопровождается детонацией.

При этом величина подачи запального топлива по окончании переходного процесса установится в соответствии с балансом мощности и вводимого с жидким и газообразным топливом энергии. Добавка в цилиндры двигателя газа этот баланс нарушает, обороты двигателя увеличиваются и контур регулирования частоты вращения уменьшит подачу жидкого топлива до восстановления нарушенного баланса. Увеличение подачи газа в случае положительного рассогласования между фактической дозой запального топлива и желаемой производят до тех пор, пока рассогласование не станет нулевым. Регулирование изменения подачи газа с быстродействием не менее, чем в 2 раза медленнее, чем регулирование подачи запального топлива, при положительном рассогласовании, позволяет избежать неустойчивой работы контура регулирования частоты вращения, дает время на разгон турбокомпрессора и, соответственно, на увеличение коэффициента избытка воздуха. В случае отрицательного рассогласования между фактической подачей запального топлива и желаемой во избежание неустойчивой работы двигателя из-за малости подачи запального топлива, подачу газа уменьшают с максимально достигаемым быстродействием.

При падении давления газа или ухудшении состава газа по теплоте сгорания при полностью открытом органе подачи газа величина подачи запального топлива установится в соответствии с балансом мощности и подводимой с газом и запальным топливом энергии. Качество регулирования двигателя и отдаваемая полезная мощность при этом не изменяются.

Ввиду относительной простоты способа он может быть реализован более простыми, дешевыми и надежными средствами, что значительно удешевляет конвертацию дизелей на газожидкостный процесс.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы изменения, соответственно "а" - нагрузки М_e, "б" положения органа дозирования жидкого запального топлива Н_р, "в" открытия дозирующего органа подачи газообразного топлива б_п.г., "г" частоты вращения n_дв, "д" давления и теплоты сгорания газообразного топлива Р_г и Q_нг при работе двигателя согласно описываемому способу регулирования; на фиг. 2 общая схема системы управления, с помощью которой реализуется предлагаемый способ.

Система управления (фиг. 2), с помощью которой реализуют предлагаемый способ регулирования газожидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержит регулятор частоты вращения 1, соединенный с органом изменения подачи запального жидкого топлива 2, датчик положения органа подачи запального топлива 3, регулятор подачи газа 4, устройство изменения подачи газообразного топлива 5, осуществляющее подачу газа в двигатель 6, с которым соединена нагрузка 7.

Система работает следующим образом.

Двигатель 6 работает на заданной частоте вращения. При набросе нагрузки М_e, превышающей минимальную, при которой возможна работа на газожидкостном цикле (фиг. 1, "а"), и появлении положительного рассогласования между фактической дозой запального топлива и желаемой регулятор подачи газа 4, выполненный, например, в виде микропроцессорного многофункционального программируемого устройства, вырабатывает сигнал на открытие дозирующего органа подачи газообразного топлива 5 по закону изменения с большой постоянной времени, в результате чего быстродействие контура управления по подаче газа 1/Δτ_р.г.+, (фиг.1, "в") не менее чем в 2 раза медленнее быстродействия контура регулирования подачи жидкого запального топлива 1/Δτ_рж.т, (фиг.1, "б"). В результате попадания газообразного топлива в цилиндры двигателя газ воспламеняется, при этом баланс мощности нарушается, частота вращения несколько увеличивается и регулятор частоты вращения уменьшает подачу жидкого запального топлива. Увеличение подачи газообразного топлива происходит до тех пор, пока рассогласование между фактической дозой запального топлива и желаемой не станет нулевым. Таким образом фиксируют желаемую запальную дозу топлива согласно предлагаемому способу.

При сбросе нагрузки (фиг.1, "а") регулятор частоты вращения 1 уменьшает подачу запального топлива, в результате чего появляется отрицательное рассогласование между фактической и желаемой запальной дозой жидкого топлива. Регулятор подачи газообразного топлива 4 вырабатывает сигнал на уменьшение подачи газа дозирующему органу подачи газообразного топлива 5 по закону с минимально возможной постоянной времени, в результате чего подача газообразного топлива уменьшается с максимально возможным быстродействием 1/Δτ_р.г. (фиг. 1, "в"). Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится новый режим. В случае, если давление Р_г или теплота сгорания Q_нг газообразного топлива падают (фиг.1, "д"), частота вращения двигателя 6 несколько уменьшается, регулятор частоты вращения 1 увеличивает подачу запального топлива, появляется положительное рассогласование между фактической и желаемой подачей запального топлива, регулятор подачи газа 4 увеличивает открытие дозирующего органа подачи газообразного топлива 5. Подача газа увеличивается до тех пор, пока не установится желаемая запальная доза топлива. При открытии органа подачи газообразного топлива 5 на 100% и недостатке давления Р_г или теплоты сгорания Q_нг газообразного топлива запальная доза жидкого топлива установится в соответствии с балансом теплот от газообразного и жидкого топлива без существенного уменьшения мощности и частоты вращения двигателя.

Система управления по предлагаемого способу строится на применении известных устройств, обладающих высокой надежностью и относительно низкой стоимостью, серийно выпускаемых отечественной промышленностью.

Применение предлагаемого способа позволяет с минимальным количеством переделок по двигателю производить конвертацию дизелей, находящихся в эксплуатации, на газожидкостный рабочий процесс, не предъявляя высоких требований к качеству газообразного топлива, с получением высокой экономической эффективности.

Использование: машиностроение, регулирование газожидкостных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: частоту вращения регулируют изменением подачи запального топлива, при этом желаемую запальную дозу топлива фиксируют изменением подачи газа, исходя из условия отсутствия рассогласования между фактической запальной дозой топлива и желаемой. Регулирование изменения подачи газа обеспечивают не менее чем в 2 раза медленнее, чем регулирование подачи запального топлива при положительном рассогласовании, и с максимально достижимым быстродействием при отрицательном рассогласовании между фактической дозой запального топлива и желаемой. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования газожидкостного двигателя внутреннего сгорания путем изменения подачи запального жидкого и газообразного топлива, отличающийся тем, что частоту вращения регулируют изменением подачи запального топлива, при этом желаемую запальную дозу топлива фиксируют изменением подачи газа, исходя из условия отсутствия рассогласования между фактической запальной дозой топлива и желаемой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование изменения подачи газа обеспечивают не менее чем в 2 раза медленнее, чем регулирование подачи запального топлива при положительном рассогласовании, и с максимально достижимым быстродействием при отрицательном рассогласовании между фактической дозой запального топлива и желаемой.