СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2001 года по МПК F02D17/04 G05D13/04 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля и аварийной защиты двигателя, в частности, судовой дизельной установки.

Известны устройства для регулирования скорости двигателя [Авторское свидетельство СССР N 624215, МКИ G 05 D 13/04, опубл. 1978 и авторское свидетельство СССР N 1462262, МКИ G 05 D 13/04, опубл. 1989], содержащие преобразователь числа оборотов двигателя в частоту, усилитель-формирователь, преобразователь частоты в напряжение и компаратор.

Указанные известные устройства обеспечивают аварийную защиту дизеля при работе на режимах, близких к критическим оборотам, однако они не могут обеспечить автоматическое прохождение зоны критических оборотов при резких изменениях режима работы дизеля и не защищают его от статической работы в запретной зоне критических оборотов.

От этого недостатка свободно известное устройство для автоматического регулирования числа оборотов судового двигателя [Авторское свидетельство СССР N 498405, МКИ F 02 D 35/00, опубл. 1976], содержащее датчик числа оборотов, регулятор и командный механизм. Это устройство исключает возможность статической работы двигателя в зоне критических оборотов, однако его недостатком служит низкая надежность защиты двигателя от аварии в режиме пуска, когда вследствие неизбежной инерционности устройства оно не успевает выйти на устойчивый режим автоматического регулирования скорости вращения двигателя при резком изменении режима работы, например, при резком изменении нагрузки в результате случайного оголения гребного винта, и не защищает судовой двигатель от ухода в разнос с большими ускорениями.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению и принятой за прототип является система контроля и защиты дизельной установки, осуществляющая известный способ защиты дизельной установки [Авторское свидетельство СССР N 1665055, МКИ F 02 D 25/00, опубл. 1991]. Система, осуществляющая этот способ, содержит устройство отключения топлива, представляющее собой управляемый топливный вентиль, элемент сравнения с двумя входами: первым входом для приема дискретной информации о фиксированном значении контролируемого параметра двигателя и вторым входом для приема непрерывной информации о текущем значении контролируемого параметра двигателя, измеритель непрерывно контролируемого параметра двигателя, в качестве которого применен измеритель температуры отработавших газов, а также задатчик дискретных параметров контроля, в качестве которого использован задатчик температуры отработавших газов при холостом ходе двигателя.

Эта система обладает высоким быстродействием и обеспечивает контроль и защиту дизеля от аварии при выходе из установившегося режима работы при резком изменении нагрузки на основе косвенного определения скорости вращения дизеля по измеренной температуре отработавших газов.

Однако и она не создает надежной защиты в пусковом режиме, когда возможен быстрый уход двигателя в разнос с большими ускорениями, не сопровождаемый существенным изменением температуры отработавших газов.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения надежности контроля и защиты дизельной установки от разноса в пусковом режиме.

Поставленная задача достигается тем, что в системе контроля и защиты дизельной установки, содержащей управляемый топливный вентиль, измеритель непрерывного параметра контроля, задатчик дискретных параметров контроля, элемент сравнения с первым входом, подключенным к выходу задатчика дискретных параметров контроля, вторым входом, подключенным к первому выходу измерителя непрерывного параметра контроля, причем выход элемента сравнения подключен к запрещающему входу управляемого топливного вентиля, новым согласно изобретению является то, что в качестве измерителя непрерывного параметра контроля применен измеритель скорости вращения, снабженный вторым выходом, в качестве задатчика дискретных параметров контроля применен задатчик контрольной скорости вращения и контрольного времени с дополнительным выходом, в систему дополнительно введены таймер контрольного времени и блок фиксации наличия экстремума скорости вращения, а второй выход измерителя скорости вращения подсоединен к первому входу блока фиксации наличия экстремума скорости вращения, второй вход которого подключен к выходу таймера контрольного времени, а выход - к разрешающему входу управляемого топливного вентиля, при этом вход таймера контрольного времени присоединен к дополнительному выходу задатчика контрольной скорости вращения и контрольного времени.

Функциональная схема предлагаемого устройства показана на фиг. 1, а его работа поясняется графиками режимов разгона двигателя, представленными на фиг. 2.

Устройство содержит установленный на двигателе 1 измеритель непрерывного параметра контроля, а именно измеритель 2 скорости вращения, блок 3 фиксации наличия экстремума скорости вращения, элемент 4 сравнения, таймер 5 контрольного времени, управляемый топливный вентиль 6, установленный в топливной магистрали двигателя 1, задатчик дискретных параметров контроля, а именно задатчик 7 контрольной скорости вращения и контрольного времени, а также кнопку 8 "Пуск".

Выход элемента 4 сравнения соединен с запрещающим входом управляемого топливного вентиля 6, первый вход элемента 4 подключен к выходу задатчика 7, а второй вход - к первому выходу измерителя 2 скорости вращения. Второй выход измерителя 2 соединен с первым входом блока 3 фиксации наличия экстремума скорости вращения, второй вход которого подключен к выходу таймера 5 контрольного времени, а выход - к разрешающему входу управляемого топливного вентиля 6. Дополнительный выход задатчика 7 соединен со входом таймера 5 контрольного времени, а кнопка "Пуск" подключена к разрешающему входу вентиля 6 и таймеру 5 контрольного времени.

Устройство работает следующим образом.

До начала работы двигателя 1 в память задатчика 7 вводятся два дискретных параметра контроля (контрольные уставки): контрольная скорость вращения n₁ и контрольное время t_контр, характерные для данного типа дизеля.

Пуск двигателя 1 производится с помощью кнопки 8 "Пуск". При нажатии кнопки 8 в момент времени t₀ на таймер 5 и разрешающий вход вентиля 6 поступает пусковой сигнал, в результате чего таймер 5 начинает отсчет времени t от момента t₀, а вентиль 6 открывает подачу топлива в двигатель 1, и двигатель 1 начинает разгоняться.

Разгон двигателя 1, в зависимости от условий работы, может происходить в одном из двух режимов (см. фиг.2): в штатном режиме А или во внештатном режиме В.

Штатный режим А отвечает случаю, когда разгон двигателя, содержащего встроенный регулятор скорости, завершается выходом на номинальную скорость вращения n_ном до истечения контрольного времени t_контр.

Нештатный режим В отвечает случаю, когда разгон двигателя не сопровождается автоматическим регулированием скорости, например, вследствие инерционности встроенного регулятора скорости, при резком уменьшении нагрузки или задержки регулирования. Такой режим встречается весьма редко, но является чрезвычайно опасным, т. к. приводит к быстрому набору критической скорости n_кр и уходу двигателя в разнос с большими ускорениями.

В процессе разгона двигателя на второй вход элемента 4 сравнения с выхода измерителя 2 скорости вращения поступает сигнал о текущем значении скорости вращения n двигателя, а на первый вход элемента 4 с выхода задатчика 7 поступает сигнал о заданном значении n₁ контрольной скорости вращения двигателя 1. При достижении равенства этих сигналов n = n₁ элемент 4 сравнения формирует команду отключения, поступающую на запрещающий вход вентиля 6, который прерывает подачу топлива в двигатель 1 в момент отключения t₁.

Однако после момента отключения t₁ двигатель 1 еще продолжает работать в течение некоторого времени на остатке топлива, содержащегося в топливной магистрали.

Начиная от момента отключения t₁ и до истечения контрольного времени t_контр предлагаемое устройство выполняет диагностический контроль графика n(t) разгона двигателя с целью определения режима разгона. Если режим разгона оказывается штатным, то его график А обязательно содержит экстремум n_max скорости вращения, причем время t_max достижения экстремума лежит в пределах контрольного времени t_контр
t₁ < t_max < t_контр.

Если режим разгона оказывается нештатным, то его график В не содержит экстремума в пределах контрольного времени t_контр.

Для определения наличия или отсутствия эктремума на первый вход блока 3 фиксации наличия экстремума скорости вращения поступает сигнал о текущем значении скорости вращения n(t) от измерителя 2, а на второй вход - сигнал о заданном значении контрольного времени t_контр. В блоке 3 производится алгоритмический контроль сигнала n(t) и при наличии экстремума n_max(max) в течение контрольного времени t_(контр), блок 3 формирует команду включения с его выхода на разрешающий вход вентиля 6, который открывает подачу топлива, и двигатель 1 продолжает работу в режиме автоматического регулирования скорости при номинальных оборотах n_ном.

При отсутствии экстремума в течение контрольного времени t_контр блок 3 не формирует команды включения и в момент времени t_контр подача топлива в двигатель 1 не возобновляется. В этом случае через некоторое время t > t_контр после расходования остатка топлива, содержащегося в топливной магистрали, двигатель 1 замедляет обороты и останавливается, что исключает возможность его аварии в результате нештатного режима разгона В.

Таким образом, поставленная в предлагаемом изобретении задача решена путем контролируемого профилактического прерывания подачи топлива на основе информации о наличии или отсутствии экстремума кривой разгона, полученной путем анализа непосредственно измеренной скорости вращения двигателя.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля и аварийной защиты двигателя, в частности, судовой дизельной установки. Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение надежности контроля и защиты дизельной установки от разноса в пусковом режиме. Устройство содержит установленный на двигателе измеритель скорости вращения, блок фиксации наличия экстремума скорости вращения, элемент сравнения, таймер контрольного времени, управляемый топливный вентиль, установленный в топливной магистрали двигателя, задатчик контрольной скорости вращения и контрольного времени, а также кнопку "Пуск". Выход элемента сравнения соединен с запрещающим входом управляемого топливного вентиля, первый вход элемента подключен к выходу задатчика, а второй вход - к первому выходу измерителя скорости вращения. Второй выход измерителя соединен с первым входом блока фиксации наличия экстремума скорости вращения, второй вход которого подключен к выходу таймера контрольного времени, а выход - к разрешающему входу управляемого топливного вентиля. Дополнительный выход задатчика соединен со входом таймера контрольного времени, а кнопка "Пуск" подключена к разрешающему входу вентиля и таймеру контрольного времени. 2 ил.

Система контроля и защиты дизельной установки, содержащая управляемый топливный вентиль, измеритель непрерывного параметра контроля, задатчик дискретных параметров контроля, элемент сравнения с первым входом, подключенным к выходу задатчика дискретных параметров контроля, вторым входом, подключенным к первому выходу измерителя непрерывного параметра контроля, причем выход элемента сравнения подключен к запрещающему входу управляемого топливного вентиля, отличающаяся тем, что в качестве измерителя непрерывного параметра контроля применен измеритель скорости вращения, снабженный вторым выходом, в качестве задатчика дискретных параметров контроля применен задатчик контрольной скорости вращения и контрольного времени с дополнительным выходом, в систему дополнительно введены таймер контрольного времени и блок фиксации наличия экстремума скорости вращения, а второй выход измерителя скорости вращения подсоединен к первому входу блока фиксации наличия экстремума скорости вращения, второй вход которого подключен к выходу таймера контрольного времени, а выход - к разрешающему входу управляемого топливного вентиля, при этом вход таймера контрольного времени присоединен к дополнительному выходу задатчика контрольной скорости вращения и контрольного времени.