FR2683858A1

FR2683858A1 - Device for controlling an injection-limiting thrust cylinder of an internal combustion engine

Info

Publication number: FR2683858A1
Application number: FR9114225A
Authority: FR
Inventors: Givaudan Bernard
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1993-05-21
Anticipated expiration: 2011-11-19
Also published as: FR2683858B1

Abstract

The device according to the invention makes it possible automatically, without a control circuit, to limit the injection of a diesel engine when it is being started up using compressed air. It mainly comprises a bypass (15) of the sources (3A, 3B) for the starting aid compressed air, which is fed as soon as the solenoid valves for starting up the engine (4A, 4B) are opened, and which acts directly on the injection-limiting thrust cylinder (5). The limitation may be extended and adjusted beyond the time for which the start-up solenoid valves (4A, 4B) are open by virtue of the presence of valves (14A, 14B) and of the calibrated leak-off (17) installed on the bypass (15). Full injection is available even before the engine has reached nominal speed. Application to the starting-up of diesel engines of electric generator sets of nuclear power stations in any situation: start-up for tests, and in an emergency.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE DU VERIN LIMITEUR D'INJECTION
D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
DESCRIPTION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le démarrage des moteurs à combustion interne de grosses dimensions, par exemple les moteurs Diesel à seize ou vingt cylindres, tels que ceux utilisés pour entraîner les groupes électrogènes de secours dans certaines centrales nucleaires. De tels moteurs sont généralement démarres à l'aide d'une source d'air comprimé. L'invention concerne plus particulièrement la limitation de l'injection du carburant au moment de ce démarrage.INJECTION LIMITER CONTROL DEVICE
OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
DESCRIPTION
FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to the starting of large internal combustion engines, for example diesel engines with sixteen or twenty cylinders, such as those used to drive emergency generator sets in certain nuclear power plants. Such engines are generally started using a source of compressed air. The invention relates more particularly to the limitation of fuel injection at the time of this start-up.

ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE
Dans l'industrie, on utilise de nombreux moteurs Diesel de grosses cylindrees, notamment comme sources motrices des locomotives Diesel de chemin de fer. On utilise ce type de moteurs également pour entraîner des groupes electrogènes de secours destinés à fournir de l'énergie électrique pendant une durée determinee. Ainsi, sont équipées certaines centrales nucléaires françaises fonctionnant avec un réacteur à eau pressurisée. En effet, la centrale nucléaire et en particulier le réacteur doivent pouvoir utiliser constamment des équipements permettant l'arrêt immédiat du réacteur ou une intervention immédiate d'un dispositif de securite de l'installation.Or, en cas de perte de l'alimentation électrique externe de la centrale et de ses installations annexes, il est nécessaire de pouvoir disposer d'une source d'électricité indépendante, propre à la centrale.PRIOR ART AND PROBLEM POSED
In the industry, many large cylinder diesel engines are used, in particular as driving sources for railway diesel locomotives. This type of engine is also used to drive emergency generator sets intended to supply electrical energy for a determined period. Thus, certain French nuclear power plants are equipped with a pressurized water reactor. Indeed, the nuclear power station and in particular the reactor must be able to constantly use equipment allowing the immediate shutdown of the reactor or an immediate intervention of a safety device of the installation. external to the power plant and its ancillary facilities, it is necessary to have an independent source of electricity, specific to the power plant.

Ainsi, on équipe ce type de centrales de groupes électrogènes de secours. On comprend facilement que ce type de groupes électrogènes Diesel doit pouvoir démarrer à la seconde près pour des raisons de rapidité d'intervention sur le réacteur ou ses dispositifs annexes. Les études d'accidents ont démontré que le démarrage doit avoir lieu en moins de 10 secondes.Thus, this type of power plant is equipped with emergency generator sets. It is easy to understand that this type of diesel generator set must be able to start to the nearest second for reasons of speed of intervention on the reactor or its associated devices. Accident studies have shown that start-up must take place in less than 10 seconds.

I1 n'est donc pas acceptable de supporter des "ratés" lors du démarrage du groupe électrogène de secours ainsi équipé. Dans le but d'éviter une telle éventualité, on utilise en particulier une source d'air comprimé pour mettre en route le moteur Diesel, par injection ordonnée d'air comprimé dans les cylindres. Afin de contrôler leur bonne disponibilité, de tels groupes électrogènes Diesel doivent être démarrés pour essai périodiquement. Or, par conception, les démarrages ont lieu sous plein débit de gazole et leur grande fréquence fatigue les segments des pistons et l'embiellage du moteur.En effet, au début du démarrage, l'inertie de ces derniers ne permet pas à la chambre de combustion de s'agrandir rapidement alors que l'explosion a lieu. I1 s'ensuit dans la chambre de combustion des pressions très importantes qui ont tendance à forcer sur certains organes du moteur, tels que les segments. On éprouve donc le besoin de réduire le débit de gazole pendant la durée du démarrage. Or, cette réduction du débit s'accompagne d'un allongement du temps de démarrage, au delà des 10 secondes réglementaires. Par conséquent, le débit d'injection n'est réduit que lors des démarrages pour essais périodiques. Bien entendu, lors d'un démarrage de secours, le plein débit de gazole est rétabli. Certains moteurs sont ainsi équipés d'un limiteur d'injection utilise lors du démarrage en essai de ce moteur. It is therefore not acceptable to endure "misfires" when starting the emergency generator set thus equipped. In order to avoid such a possibility, a source of compressed air is used in particular to start the diesel engine, by orderly injection of compressed air into the cylinders. In order to check their good availability, such Diesel generator sets must be started for testing periodically. However, by design, starts take place under full flow of diesel fuel and their high frequency tires the piston rings and the crankshaft of the engine. Indeed, at the start of starting, the inertia of the latter does not allow the chamber combustion to quickly expand as the explosion takes place. I1 follows in the combustion chamber very high pressures which tend to force on certain engine components, such as the segments. There is therefore a need to reduce the flow of diesel during the start-up period. However, this reduction in throughput is accompanied by an extension of the start-up time, beyond the statutory 10 seconds. Consequently, the injection rate is reduced only during starts for periodic tests. Of course, during an emergency start, full diesel flow is restored. Certain engines are thus fitted with an injection limiter used when starting this engine under test.

La figure 1 représente un moteur Diesel 1 ainsi équipé d'un dispositif limiteur d'injection. FIG. 1 represents a Diesel engine 1 thus equipped with an injection limiter device.

On a également schématisé les deux rangées de cylindres du moteur par leurs pompes d'injection de gazole 2. Chacune des deux rangées de cylindres est reliée à une source d'air comprimé 3A ou 3B. Lorsque les cylindres sont installés en vé, il est plus commode de disposer de deux sources d'air comprimé comprenant chacune une électrovanne d'alimentation 4. Cette redondance des sources permet en outre d'augmenter les chances de démarrage du moteur. Pour limiter le débit des pompes à injection pendant le démarrage du moteur, on utilise un vérin 5 dont la tige 6 agit, par l'intermédiaire d'un levier 7, sur une barre de commande 8. Cette dernière agit directement sur la crémaillère 9 de chacune des pompes 2.The two rows of engine cylinders have also been shown diagrammatically by their diesel injection pumps 2. Each of the two rows of cylinders is connected to a source of compressed air 3A or 3B. When the cylinders are installed in vee, it is more convenient to have two sources of compressed air each comprising a supply solenoid valve 4. This redundancy of the sources also makes it possible to increase the chances of starting the engine. To limit the flow rate of the injection pumps during engine starting, a jack 5 is used, the rod 6 of which acts, by means of a lever 7, on a control bar 8. The latter acts directly on the rack 9 of each of the pumps 2.

Pour actionner la tige 6 du vérin 5, on utilise une source d'air comprimé pilotée par un circuit de contrôle de commande 10 agissant sur une électrovanne spécifique 11. La source d'air comprimé peut être la même que celle utilisée pour le lancement du moteur. Dans ce cas, une dérivation 12 est reliée aux sources d'air comprimé 3A et 3B en amont des électrovannes de lancement et en aval du vérin limiteur d'injection 5. Les barres de commande 8 disposées pour chacune des deux rangées de cylindres étant accouplées mécaniquement, un seul limiteur d'injection est installé par moteur. Le temps de limitation d'injection est donc réglé par le circuit de contrôle de commande 10. To actuate the rod 6 of the actuator 5, a compressed air source controlled by a command control circuit 10 acting on a specific solenoid valve 11 is used. The compressed air source can be the same as that used for launching the engine. In this case, a bypass 12 is connected to the compressed air sources 3A and 3B upstream of the launching solenoid valves and downstream of the injection limiting cylinder 5. The control bars 8 arranged for each of the two rows of cylinders being coupled mechanically, only one injection limiter is installed per engine. The injection limitation time is therefore set by the command control circuit 10.

Ainsi, l'action du vérin limiteur 5 est contrôlée, d'une part, dans le temps afin qu'elle soit inhibe lors des démarrages en secours et, d'autre part, dans sa durée afin qu'elle soit effectuée pendant tout le démarrage du moteur. En effet, le circuit de contrôle et de commande 10 relié aux différents automatismes de la tranche nucléaire maintient l'éîectrovanne 11 fermée lors des démarrages en secours et l'ouvre durant un laps de temps supérieur à celui du démarrage lors des démarrages en essais. Thus, the action of the limiting cylinder 5 is controlled, on the one hand, over time so that it is inhibited during emergency starts and, on the other hand, over its duration so that it is carried out during the whole engine start. In fact, the control and command circuit 10 connected to the various automations of the nuclear unit keeps the solenoid valve 11 closed during emergency starts and opens it for a period of time greater than that of starting during test starts.

Le but de l'invention est de simplifier le système de commande du vérin limiteur d'injection. The object of the invention is to simplify the control system of the injection limiting cylinder.

RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'objet principal de l'invention est un dispositif de commande du vérin limiteur d'injection d'un moteur à combustion interne démarré au moyen d'au moins une source d'air comprimé, la tige du vérin agissant sur la rotation d'une barre de commande de la crémaillère de chacune des pompes à injection du moteur et comprenant des moyens de commande du vérin.SUMMARY OF THE INVENTION
To this end, the main object of the invention is a device for controlling the injection limiting cylinder of an internal combustion engine started by means of at least one source of compressed air, the rod of the cylinder acting on the rotation of a rack control bar of each of the engine injection pumps and comprising actuator control means.

L'invention s'appuie sur les constatations que les pressions maximales de combustion dans les cylindres n'apparaissent que pendant les 5 à 6 premières secondes du démarrage. Par conséquent, l'action du limiteur n' est pas nécessaire pendant toute la durée du démarrage, mais seulement pendant les 5 à 6 premières secondes. The invention is based on the observations that the maximum combustion pressures in the cylinders only appear during the first 5 to 6 seconds of starting. Consequently, the action of the limiter is not necessary during the entire start-up period, but only during the first 5 to 6 seconds.

Cette durée est peu supérieure à celle de 1 t ouverture des électrovannes de lancement (3 à 4 secondes). This duration is little longer than that of 1 t opening of the launching solenoid valves (3 to 4 seconds).

En conséquence, selon l'invention, les moyens de commande comprennent principalement une dérivation directe de la source d'air comprimé reliée au vérin et agissant sur celui-ci pour actionner le vérin pendant une durée supérieure ou égale à celle du démarrage du moteur assisté de l'air comprimé, le circuit de commande et de contrôle et la vanne qui lui est associée sont ainsi supprimés, et limiter l'injection de carburant dans le moteur uniquement pendant la première moitié du démarrage durant laquelle les pressions de combustion sont maximales. Consequently, according to the invention, the control means mainly comprise a direct bypass of the source of compressed air connected to the cylinder and acting on the latter to actuate the cylinder for a duration greater than or equal to that of the starting of the assisted motor. compressed air, the command and control circuit and the valve associated with it are thus eliminated, and limit the injection of fuel into the engine only during the first half of starting during which the combustion pressures are maximum.

I1 s'avère préférable d'équiper le dispositif d'au moins un clapet pour maintenir la pression d'air sur le vérin du limiteur d'injection après la refermeture des électrovannes de lancement du moteur. I1 proves preferable to equip the device with at least one valve to maintain the air pressure on the cylinder of the injection limiter after reclosing of the engine launch solenoid valves.

La dérivation possède un orifice d'échappement réglable pour produire une fuite calibrée et constituer ainsi une temporisation réglable de l'ouverture du vérin, afin de prolonger la limitation de l'injection du carburant dans le moteur de quelques secondes au-delà du temps d'ouverture des électrovannes de lancement. The bypass has an adjustable exhaust port to produce a calibrated leak and thus constitute an adjustable time delay for opening the cylinder, in order to extend the limitation of the injection of fuel into the engine by a few seconds beyond the time d launching solenoid valves.

Grâce à la réduction du temps de limitation (et en réduisant aussi légèrement, si nécessaire, l'amplitude de la limitation), le temps de démarrage du moteur est abaissé en-deçà des 10 secondes réglementaires. Le limiteur d'injection peut donc rester en service quel que soit le type de démarrage en secours et en essai périodique. Thanks to the reduction of the limitation time (and by reducing the amplitude of the limitation as slightly as necessary), the engine start-up time is reduced below the statutory 10 seconds. The injection limiter can therefore remain in service regardless of the type of emergency start and periodic test.

LISTE DES FIGURES
L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante accompagnée des deux figures représentant respectivement
- figure 1, le dispositif de commande du vérin selon l'art antérieur
- figure 2, le dispositif de commande du vérin selon l'invention. LIST OF FIGURES
The invention and its various technical characteristics will be better understood on reading the following description accompanied by the two figures representing respectively
- Figure 1, the actuator of the actuator according to the prior art
- Figure 2, the actuator of the actuator according to the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE
REALISATION DE L'INVENTION
On retrouve sur la figure 2 le moteur 1 et deux séries de pompes à injection 2A et 2B alimentant respectivement les deux séries de cylindres du moteur 1. Les crémaillères de chaque série de pompes à injection 2A et 2B sont commandes par les barres de commande 8A et 8B. Ces barres étant accouplées mécaniquement, le moteur possède un seul vérin limiteur d'injection 5 monté indépendamment sur l'une ou l'autre rangée de cylindres. Le vérin agit sur le levier 7 de la barre de commande 8A sur les figures 1 et 2.DETAILED DESCRIPTION OF A MODE OF
REALIZATION OF THE INVENTION
FIG. 2 shows the engine 1 and two series of injection pumps 2A and 2B respectively supplying the two series of cylinders of the engine 1. The racks of each series of injection pumps 2A and 2B are controlled by the control bars 8A and 8B. These bars being mechanically coupled, the engine has a single injection limiting cylinder 5 mounted independently on one or the other row of cylinders. The jack acts on the lever 7 of the control bar 8A in FIGS. 1 and 2.

La commande de ce vérin limiteur d'injection 5 se fait par une dérivation 15 des sources d'air comprimé 3A et 3B. Dans le cas de l'exemple de la figure 2, il y a deux sources d'air comprimé ; en conséquence, on utilise une double prise de dérivation 13A et 13B pour constituer la dérivation principale 15. Chaque prise de dérivation 13A et 13B possède un clapet 14A ou 14B dont on étudiera le fonctionnement ultérieurement. The control of this injection limiting cylinder 5 is done by a bypass 15 of the compressed air sources 3A and 3B. In the case of the example in Figure 2, there are two sources of compressed air; consequently, a double branch socket 13A and 13B is used to constitute the main branch 15. Each branch socket 13A and 13B has a valve 14A or 14B, the operation of which will be studied later.

Cette dérivation s'effectue en aval des électrovannes d'alimentation 4A et 4B du moteur 1. This bypass takes place downstream of the supply solenoid valves 4A and 4B of the motor 1.

En conséquence, la dérivation est alimentée en air comprimé lorsque le moteur 1 l'est également. L'air est alors envoyé directement dans le vérin limiteur d'injection 5.Consequently, the bypass is supplied with compressed air when the motor 1 is also supplied. The air is then sent directly to the injection limiting cylinder 5.

On comprend aisément que, si le moteur 1 est alimenté au démarrage par l'air comprimé issu des sources 3A et 3B, commandées par les électrovannes d'alimentation 4A et 4B, l'air comprimé sera également envoyé dans la dérivation 15 et dans le vérin limiteur d'injection 5. En conséquence, tant que le moteur 1 sera alimenté en air comprimé pendant sa période de lancement, par l'ouverture des électrovannes du lancement 4A et 4B, le vérin limiteur d'injection 5 limitera l'injection dans les pompes 2A et 2B. It is easily understood that, if the motor 1 is supplied at start-up with compressed air from the sources 3A and 3B, controlled by the supply solenoid valves 4A and 4B, the compressed air will also be sent to the bypass 15 and to the injection limiting cylinder 5. Consequently, as long as the engine 1 is supplied with compressed air during its launching period, by opening the launching solenoid valves 4A and 4B, the injection limiting cylinder 5 will limit the injection into pumps 2A and 2B.

Afin de prolonger la limitation d'injection de quelques secondes au-delà de la refermeture des électrovannes de lancement, on installe sur la dérivation les clapets 14A et 14B. Leur but est d'empêcher le retour de l'air comprimé vers les sources d'air comprimé 3A et 3B afin de le garder enfermé dans la dérivation 15 et le vérin limiteur d'injection 5. In order to extend the injection limitation by a few seconds beyond the reclosing of the launching solenoid valves, the valves 14A and 14B are installed on the bypass. Their purpose is to prevent the return of the compressed air to the sources of compressed air 3A and 3B in order to keep it enclosed in the bypass 15 and the injection limiting cylinder 5.

En disposant d'un orifice d'échappement réglable, constitué d'une vanne à fuite calibrée 17 sur la dérivation 15, il est possible de régler le temps d'échappement de l'air comprimé enfermé et ainsi de régler également la chute de la pression dans le vérin limiteur d'injection 5. Par ce dispositif, on règle donc la durée d'action du limiteur d'injection. By having an adjustable exhaust orifice, consisting of a calibrated leak valve 17 on the bypass 15, it is possible to adjust the escape time of the enclosed compressed air and thus also to regulate the fall of the pressure in the injection limiter jack 5. By this device, the duration of action of the injection limiter is therefore adjusted.

En réglant cette durée d'action à une valeur de l'ordre de 5 à 6 secondes, le temps de démarrage du moteur peut être raccourci en-deçà des 10 secondes réglementaires. By setting this duration of action to a value of the order of 5 to 6 seconds, the engine start-up time can be shortened below the statutory 10 seconds.

Le limiteur d'injection peut ainsi être utilise à chaque démarrage, aussi bien en secours qu'en essai périodique. The injection limiter can thus be used at each start-up, both in standby and in periodic test.

I1 en résulte que le dispositif selon la présente invention permet de supprimer l'électrovanne spécifique et son circuit de contrôle et de commande associé, référencés respectivement 11 et 10 sur la figure 1. As a result, the device according to the present invention makes it possible to eliminate the specific solenoid valve and its associated control and command circuit, referenced 11 and 10 respectively in FIG. 1.

Le système devient donc entièrement mécanique, ce qui permet de gagner en coût et en fiabilité. The system therefore becomes entirely mechanical, which saves cost and reliability.

La chute des pressions maximales de combustion et des gradients de pression obtenue à l'aide de la présente invention est du même ordre de grandeur que dans l'art antérieur : respectivement de 150 à 100 bars (1,5.107 à 107 Pascals) et de 200 à 60 bars/microseconde (20.106 à 6.106 Pa/ms). The drop in maximum combustion pressures and pressure gradients obtained using the present invention is of the same order of magnitude as in the prior art: from 150 to 100 bars (1.5.107 to 107 Pascals) and from 200 to 60 bars / microsecond (20.106 to 6.106 Pa / ms).

A titre d'information, les sources d'air comprimé utilisées pour le lancement des moteurs
Diesel des groupes électrogènes des centrales nucléaires à eau pressurisée ont une pression de 40 bars (4.106 Pascals).For your information, the compressed air sources used to launch the engines
Diesel generator sets in pressurized water nuclear power plants have a pressure of 40 bars (4.106 Pascals).

On peut noter que l'orifice d'échappement réglable 17 peut être confondu avec celui qui est déjà installé sur l'alimentation en air comprimé du "booster" du régulateur de vitesse. It can be noted that the adjustable exhaust orifice 17 can be confused with that which is already installed on the compressed air supply of the speed regulator "booster".

Claims

1. Device for controlling the injection limiting cylinder (5) of an internal combustion engine (1) starts by means of at least one source of compressed air (3A, 3B), the rod (6) of the cylinder (5) acting on the rotation of a control bar (8) of the rack (9) of each of the injection pumps (2A, 2B) of the engine (1) and comprising actuator control means (5), characterized in that the control means mainly comprise a direct bypass (15) from the compressed air source (3A, 3B) connected to the injection limiting cylinder (5) to directly actuate this cylinder for a duration greater than or equal to that of the opening time of the launch solenoid valves (4A, 4B) of the engine (1) by means of compressed air and limit the injection of fuel into the engine (1) only during the first half of start-up during which the combustion pressures are maximum.

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises at least one valve (14A, 14B) for maintaining the air pressure on the injection limiting cylinder (5) after the closing of the launching solenoid valves (4A , 4B) of the engine (1).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the bypass (15) has an adjustable exhaust orifice (17) to produce a calibrated leak and thus constitute an adjustable time delay for the opening of the jack (5) and extend as much as necessary the limitation of fuel injection beyond the opening time of the launching solenoid valves (4A, 4B).