Электронный регулятор двигателя Cummins

 

Рассмотрим также работу электронного регулятора используемого в двигателях Cummins, который используется для главных и вспомогательных двигателей [8].

Электронный регулятор (Electric Fuel Control Governor – EFC Governor) состоит из магнитного датчика частоты вращения (Magnetic pickup), электронного блока (Governor Control) и исполнительного механизма – актюатора (Actuator).

Электронный блок сравнивает полученный от датчика частоты вращения электрический сигнал с установленным напряжением, которое соответствует заданной частоте вращения. При рассогласовании этих сигналов на исполнительное устройство подается соответствующее напряжение.

Изменение величины тока, подаваемого на актюатор (Actuator), приводит к повороту его вала. При этом изменяется проходное сечение электромагнитного клапана управления топливным потоком.

Топливо под постоянным давлением подводится к актюатору от насоса и после него идет в насос-форсунки двигателя Cummins, которые имеют механический привод.

Индуктивный датчик частоты вращения, изображенный на рисунке 14, устанавливается непосредственно напротив ферромагнитного зубчатого диска – задатчика угловых импульсов 8, от которого его отделяет воздушный зазор. Датчик имеет сердечник из магнито-мягкого железа 4, который заключен в электромагнитную обмотку 5. Сердечник соединен также с постоянным магнитом 1 и магнитное поле проходит через сердечник и зубчатый диск – задатчик импульсов 8.

 Интенсивность магнитного потока, проходящего через обмотку, зависит от того, находится ли датчик напротив зуба на диске или напротив промежутка.

 

 

Рис. 13. Схема электронного регулятора фирмы Cummins

Рис. 14. Индуктивный датчик частоты вращения

1 – постоянный магнит; 2 – корпус датчика; 3 – блок цилиндров двигателя;

4 – магнитный сердечник; 5 – электромагнитная обмотка; 6 – воздушный зазор;

7 –магнитное поле; 8 – задатчик угловых импульсов (зубчатый диск)

с отметчиком – пропуском зубьев

 

Поскольку магнитный поток концентрируется зубьями диска, что приводит к увеличению магнитного потока через обмотку, то при подходе пропуска зубьев он ослабевает. Следовательно, при вращении зубчатого диска возникают колебания магнитного потока, которые, в свою очередь, генерируют синусоидальные колебания напряжения в электромагнитной обмотке, пропорциональные скорости изменения магнитного потока (рис. 15).

 Амплитуда колебаний переменного напряжения увеличивается строго пропорционально увеличению скорости вращения зубчатого диска.

Специальная электронная схема в электронном блоке управления преобразует синусоидальное напряжение, которое характеризуется четко меняющимися амплитудами в среднеквадратичный сигнал с постоянной амплитудой для оценки его в микропроцессоре в блоке управления.

Рис. 15. Сигнал от индуктивного датчика частоты:

1 – выступ (зуб); 2 – промежуток между выступами; 3 – установочная отметка

На блоке управления есть специальная панель для присоединения проводов от индуктивного датчика, актюатора, батарей и датчиков, обеспечивающих защиту при превышении частоты вращения, падении давления масла, отсутствия должного охлаждения двигателя.

 Индикация защит выводится на приборную панель. Сигналы от соответствующих датчиков защит поступают в соответствующие электронные схемы защит, которые вырабатывают сигнал останова двигателя и включают аварийную индикацию. Заданные предельные значения при необходимости можно откорректировать или перенастроить с помощью включенных в схемы потенциометров.

 Актюаторы бывают нормально открытые и нормально закрытые. После актюатора устанавливается клапан для перекрытия подачи топлива при срабатывании защиты.

Регулятор имеет автономное электропитание от аккумуляторных батарей, которые заряжаются от своего специального генератора.

Регулирование гибкой обратной связи (ГОС) осуществляется поворотом ручки потенциометра GAIN. В иностранной англоязычной технической литературе категория ГОС не употребляется. Тот же смысл вкладывается в понятие «чувствительность» к изменению нагрузки (gain – чувс твительность). При вращении ручки GAIN по часовой стрелке система управления будет быстрее реагировать на изменение нагрузки на двигатель, будет уменьшаться время ответа на изменение нагрузки.

 Динамические качества двигателя при этом будут характеризоваться уменьшением времени переходного процесса и увеличением амплитуды колебаний частоты вращения. Установившийся режим при этом наступит быстрее.

 

Рис 16. Настройка гибкой обратной связи и степени

неравномерности EFC-регулятора:

1 – ручка настройки ГОС; 2 – ручка настройки степени неравномерности;

3 – ручка настройки оборотов холостого хода;

4 – ручка задания частоты вращения

Изменение настройки степени неравномерности регулятора осуществляется в пределах одного поворота ручки DROOP CONTROL потенциометра. Настройка степени неравномерности может быть осуществлена в пределах от 0 до 6%.

При вращении ручки потенциометра DROOP CONTROL против часовой стрелки будет уменьшаться величина изменения частоты вращения дизеля, обусловленная изменением нагрузки, вплоть до нулевой, когда n=const.

Настройка оборотов холостого хода осуществляется 20-оборотным потенциометром (ручка IDLE SPD). При вращении по часовой стрелке винта 3 происходит увеличение частоты холостого хода.

Задание рабочей частоты вращения осуществляется вращением ручки 4 (рисунок 16) RUN SPD (по часовой стрелке – увеличение; против часовой стрелки – уменьшение). Ручка настройки 4 одновременно является ручкой 20-ти оборотного потенциометра.

Прежде, чем нагружать дизель необходимо осуществить переключение соответствующего тумблера на панели регулятора.

Тонкая точная регулировка осуществляется ручкой Speed Adjust (регулировка скорости) после настроек ручками RUN SPD, DROOP и GAIN.

10.  Динамические характеристики, ограничения и настройка регуляторов

10.1. Настройка динамических характеристик

 

Изменение нагрузки приводит к изменению частоты вращения двигателя. При отсутствии обратных связей топливная рейка будет передвигаться до упора и обратно, что неблагоприятно отразится на техническом состоянии двигателя за счет резкого изменения температурных и скоростных режимов. Динамические качества регуляторов улучшают, используя изодромную связь.

Изодромная обратная связь (она же гибкая обратная связь) плавно изменяет обороты и снижает амплитуду колебаний частоты вращения, но увеличивает время переходного процесса. При быстром изменении частоты вращения возрастает амплитуда колебаний частоты.

Регулировка времени переходного процесса (времени изодрома) осуществляется путем изменения сечения дроссельного клапана 12 (рис. 10). Если уменьшить сечение клапана, время изодрома увеличится, и наоборот при увеличении сечения уменьшится.

Допустим, при какой-то конкретной величине открытие клапана изменения нагрузки приводит к работе по динамической характеристике 2, тогда при большем открытии клапана переходный процесс будет описываться динамически быстро затухающей характеристикой 1 (T_C1<T_C2). Забросы по частоте вращения при этом будет больше. При меньшем открытии клапана переходный процесс будет более длительным (T_C3>T_C2), но с меньшими отклонениями по частоте вращения (характеристика 3).

 

 

Рис. 17. Характеристики регулятора непрямого действия с гибкой

обратной связью

 

При полностью закрытом дроссельном клапане регулятор будет работать как регулятор с жесткой обратной связью.

При полностью открытой игле изодрома влияние гибкой (изодромной) связи на работу регулятора отсутствует.

Если степень открытия иглы изодрома слишком мала, то при резком сбросе нагрузки возможно срабатывание защиты по предельной частоте вращения. При сбросе нагрузки частота резко возрастает, необходимо быстро уменьшить подачу топлива, а почти закрытый игольчатый клапан препятствует перетеканию достаточного количества масла и сдерживает перемещение топливной рейки.

Гибкая обратная изодромная связь 10 регулируется иглой 12 изодрома и указателем 3 (рисунок 10).

Время действия изодромной связи определяется затяжкой иглы 12 изодрома, а коэффициент усиления – указателем 3. Различное положение указателя на шкале определяет точку опоры рычага 4 гибкой обратной связи. Это позволяет получить различную скорость задающего поршня 9 изодрома при одинаковых ходах силового поршня 17 сервомотора.

Настройка изодромной обратной связи заключается в регулировке предварительного натяжения компенсирующих пружин, величиной открытия игольчатого клапана и регулировкой коэффициента усиления изодромной связи.

Отличительная особенность изодромной связи гидропневматических регуляторов заключается в том, что она имеет два элемента настройки: игольчатый клапан 12 и перемещаемую опору 14 рычага связи 15.