CN102817722A - 柴油机减缸控制负荷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油机减缸控制负荷方法。本发明方法是在柴油机自由端安装测速光电编码器，在柴油机负载端安装一对扭振光电编码器，在柴油机机身的气缸爆压产生点附近安装双向加速度传感器。按次序逐个停缸，记录扭振及振动数据，按照扭振比值与振动比值的和为最小的原则，确定在部分负载下的停缸号，作为柴油机在运行时减缸控制负荷的依据。本发明采用减缸法控制柴油机功率输出，工作缸可以保持最佳燃烧状态，柴油机整机油耗接近最低油耗，从而提高了中低负荷下的运行经济性。
Description
技术领域
本发明属于机电一体化技术领域，涉及一种利用柴油机停缸方法减少功率输出，以适应工作机械负荷的方法。
背景技术
降低燃油消耗率是低速柴油机设计研究的重要任务之一。虽然低速柴油机最低油耗率达到160～170g/kWh,热效率已接近50%，但随着转速和负荷改变，其效率迅速下降，油耗上升。因此，将柴油机保持在最低油耗区域工作可以有效提高燃油经济性。
为使低速柴油机在中低负荷下仍然保持在最低油耗点工作，采用“减缸”法控制柴油机输出功率，以适应工作机械的负荷匹配。当柴油机需要在中低负荷工作时，将其中一缸或几缸断油，排气门保持常开，柴油机由另外几缸工作驱动，转速保持在最低油耗点不变。采用“减缸”法控制柴油机功率输出，工作缸可以保持最佳燃烧状态，柴油机整机油耗接近最低油耗，从而提高了中低负荷下的运行经济性。减缸控制负荷方法的关键是如何确定哪几缸断油。断油缸选择不对，反而使柴油机受力平衡破坏，振动增大，而且还会影响工作缸的燃烧情况。本发明从柴油机动态测试出发，结合柴油机动力学模型，确定哪几缸断油。这样，不仅提高了中低负荷下柴油机运行的经济性，而且不影响柴油机的受力和振动状态。
发明内容
本发明提供的柴油机减缸控制负荷方法，是从柴油机动态测试出发，结合柴油机动力学模型，确定哪几缸断油；是利用柴油机停缸方法减少功率输出，以适应工作机械负荷的技术。
本发明所采取的技术方案为：
在柴油机自由端安装测速光电编码器，在柴油机负载端安装一对扭振光电编码器，在柴油机机身的气缸爆压产生点附近安装双向加速度传感器。
所述的测速光电编码器用于检测柴油机的转速；所述的一对扭振光电编码器用来检测转角差，根据转角差就可以求出柴油机轴系的扭振；所述的双向加速度传感器用来检测柴油机机身在垂直方向和侧向的振动。
按次序逐个停缸，记录扭振及振动数据，按照扭振比值与振动比值的和为最小的原则，确定在部分负载下的停缸号，作为柴油机在运行时减缸控制负荷的依据。
所述的扭振比值是光电编码器检测得到的扭振与额定扭振的比值；所述的振动比值是双向加速度传感器测得的振动与额定振动的比值；双向加速度传感器测得的振动为垂直方向振动与侧向的振动平方和开根。
本发明的有益效果：采用“减缸”法控制柴油机功率输出，工作缸可以保持最佳燃烧状态，柴油机整机油耗接近最低油耗，从而提高了中低负荷下的运行经济性。本发明提供的柴油机减缸控制负荷方法，既能提高柴油机在中低负荷下的运行经济性，又能控制柴油机的振动。因此，具有明显的经济、社会和环境效益。
附图说明
图1为本发明减缸控制负荷试验系统结构图。
图2为本发明减缸控制负荷试验流程图。
图3为本发明减缸控制负荷实际操作系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1所示，减缸控制负荷系统由柴油机1、工作机械2、测速光电编码器3、扭矩光电编码器4、5、加速度传感器6、配气机构7、喷射机构8、控制系统9组成。测速光电编码器3安装在柴油机的自由端，编码盘的圆周方向不均匀布置了714个孔，其中在下止点左右每隔1°打孔，其余每隔0.5°打孔。下止点附近的7个孔用于确定下止点位置。同时，该光电编码器用来检测柴油机的转速。扭矩光电编码器4、5用于检测柴油机的扭矩。其工作原理是，根据扭矩光电编码器4和5之间的轴径和间距，当检测出光电编码器4和5之间的转角差时，就可以计算出柴油机的扭矩。在柴油机机身的气缸爆发压力产生处安装加速度传感器6，每一缸安装一个，用来检测柴油机的振动信号。配气机构7的气门开启与关闭由液压油缸控制。喷射机构8的油量调节通过步进电机直接驱动齿轮与喷油泵柱塞上的齿条副、转动柱塞而实现的。控制系统9用于下止点位置、柴油机转速和扭矩、机身振动、轴系扭振等信号的采集与处理，控制配气机构7和喷射机构8实施逐缸“停缸”操作，通过CAN总线电路与主控系统通信。
图2是减缸控制负荷试验流程。首先设定N（柴油机缸数），本实施例例中柴油机缸数为4，将柴油机调整在额定工况下运行，检测转速n额、各缸机身振动值 
、轴系扭振值
。接着分三种情况“减缸”，①每次停一缸、②每次停二缸、③每次停三缸。对每种“减缸”情况，先控制停缸的气门开启、油量调为0，然后检测转速n、各缸机身振动值
、轴系扭振值
，再按下式计算综合振动量：
在停一缸的情况可以得到四个综合振动量
，在停二缸的情况可以得到六个综合振动量
，在停三缸的情况可以得到四个综合振动量。
比较所有综合振动量
，在满足负荷要求的前提下，选择最小
所对应的停缸号。控制该缸的气门开启、油量调为0后运行，实现柴油机减缸控制负荷功能。
如图3所示，减缸控制负荷实际操作系统由机身测振加速度传感器、测速光电编码器、扭振光电编码器、配气机构、喷射机构、计算机控制系统组成。机身测振加速度传感器信号，经模数电路处理后，传送给CPU电路。测速光电编码器信号，经脉冲变换与调理电路处理后，传送给CPU电路。扭振光电编码器信号，经扭矩测量电路处理后，传送给CPU电路。当某缸需要“停缸”运行时，CPU电路发出控制指令，通过驱动电路，使二位四通电磁阀得电，液压缸上口进油、下口回油，这时气门打开；同时，CPU电路通过驱动电路，发出步进脉冲给步进电机，步进电机直接驱动齿轮与喷油泵柱塞上的齿条副，使喷油泵柱塞转动到油量为0的位置。CPU电路通过CAN总线电路，与主控系统通信。
Claims (3)
1. 柴油机减缸控制负荷方法，其特征在于：
在柴油机自由端安装测速光电编码器，在柴油机负载端安装一对扭振光电编码器，在柴油机机身的气缸爆压产生点附近安装双向加速度传感器；
所述的测速光电编码器用于检测柴油机的转速；
所述的一对扭振光电编码器用来检测转角差，根据转角差就可以求出柴油机轴系的扭振；
所述的双向加速度传感器用来检测柴油机机身在垂直方向和侧向的振动；
按次序逐个停缸，记录扭振及振动数据，按照扭振比值与振动比值的和为最小的原则，确定在部分负载下的停缸号，作为柴油机在运行时减缸控制负荷的依据；
所述的扭振比值是光电编码器检测得到的扭振与额定扭振的比值；
所述的振动比值是双向加速度传感器测得的振动与额定振动的比值；双向加速度传感器测得的振动为垂直方向振动与侧向的振动平方和开根。
2.根据权利要求1所述的柴油机减缸控制负荷方法，其特征在于：
为实现各缸单独控制，在低速柴油机气门控制液压管路和高压供油管路中加装控制阀，通过液压系统的旁通完成缸内停油和排气门常开操作，实现柴油机减缸控制负荷功能。
3.根据权利要求1所述的柴油机减缸控制负荷方法，其特征在于：测速编码盘的圆周方向不均匀布置714个孔，其中在下止点左右每隔1°打孔，其余每隔0.5°打孔。
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