发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法
阅读说明：本技术 发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法 (Speed regulation characteristic curve design method of electric control engine for power generation ) 是由 陈瑞 许云峰 秦飞 杨晓 李吉 匡鹏 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法,包括调速特性油量MAP的设计方法和外特性油量限制曲线的设计方法,发动机通过调速特性油量MAP和外特性油量限制曲线的共同作用进行油量输出来控制发动机转速；所述调速特性油量MAP的设计方法,包括：调速特性油量MAP,由多条调速曲线构成,调速曲线及调速率根据油门开度、发动机转速设置,各调速曲线按照油门开度自小到大分布,所有调速曲线均无交叉；任一油门开度对应的调速曲线,喷油量均是随发动机转速升高而逐渐减小至零,斜率则均是随着转速的升高而逐渐变陡；任一发动机转速下,随着油门开度的增大,其对应的调速曲线斜率均逐渐变缓。本发明能满足各种不同发电用发动机的调速要求。(The invention provides a speed regulation characteristic curve design method of an electric control engine for power generation, which comprises a speed regulation characteristic oil mass MAP design method and an external characteristic oil mass limiting curve design method, wherein the engine carries out oil mass output to control the rotating speed of the engine through the combined action of the speed regulation characteristic oil mass MAP and the external characteristic oil mass limiting curve; the design method of the speed regulation characteristic oil quantity MAP comprises the following steps: the speed regulation characteristic oil mass MAP is composed of a plurality of speed regulation curves, the speed regulation curves and the speed regulation rate are set according to the opening degree of an accelerator and the rotating speed of an engine, the speed regulation curves are distributed from small to large according to the opening degree of the accelerator, and all the speed regulation curves are not crossed; the oil injection quantity of a speed regulation curve corresponding to any accelerator opening is gradually reduced to zero along with the increase of the rotating speed of the engine, and the slope is gradually steep along with the increase of the rotating speed; at any engine speed, the slope of the corresponding speed regulation curve gradually becomes gentle along with the increase of the opening degree of the accelerator. The invention can meet the speed regulation requirements of various engines for power generation.)
技术领域
本发明涉及内燃机
技术领域
，具体涉及一种发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法。背景技术
长久以来，应用于发电领域的发动机主要为机械调速发动机和电子调速发动机；前者采用机械式调速系统，形式结构简单，但是调速精度低、稳定性和瞬态调速性能差且操作性不好；后者虽然调速精度较高，但其需要多种电路组合，结构复杂、成本较高且油耗较差。
现阶段，上述两种调速模式的发电用发动机已经不能满足用户更高的使用要求和排放法规要求，电控发动机应用于发电领域是大势所趋，但现有的电控发动机主要是针对车用，需通过机械的油门踏板来控制发动机转速，无法进行自动调速，因此不能直接用于发电领域，必须进行二次开发。
为解决上述问题，亟待设计适用于发电用电控发动机的调速控制策略及调速特性曲线。
发明内容
本发明旨在针对现有发电用发动机调速系统的不足，提供一种适用于发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法，具有结构简单，发动机稳定性和瞬态调速性能良好的特点，能满足各种不同发电用发动机的调速要求。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：
本发明实施例提供了一种发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法，包括调速特性油量MAP的设计方法和外特性油量限制曲线的设计方法，发动机通过调速特性油量MAP和外特性油量限制曲线的共同作用进行油量输出来控制发动机转速；
所述调速特性油量MAP的设计方法，包括：
调速特性油量MAP，由多条调速曲线构成，调速曲线及调速率根据油门开度、发动机转速设置，各调速曲线按照油门开度自小到大分布，所有调速曲线均无交叉；任一油门开度对应的调速曲线，喷油量均是随发动机转速升高而逐渐减小至零，斜率则均是随着转速的升高而逐渐变陡；任一发动机转速下，随着油门开度的增大，其对应的调速曲线斜率均逐渐变缓；
调速特性油量MAP，根据发动机转速由低到高定义了低怠速n0、油量支撑转速n1、额定转速n2、油量维持转速n3、外特性油量限制曲线停油点转速n4、超负荷油量点对应全油门调速曲线转速n5、额定工况调速曲线停油转速n6、全油门（100%油门）调速曲线停油转速nmax；
调速特性油量MAP，根据喷油量由小到大定义了低怠速限制油量q0、额定工况油量q1、超负荷油量q2、额定转速外特性限制油量q3、额定转速全油门设定油量q4；
调速特性油量MAP，全油门调速曲线各发动机转速下的油量均高于发动机外特性工作时的喷油量；
所述外特性油量限制曲线的设计方法，包括：
外特性油量限制曲线上各发动机转速下的喷油量均高于发动机在外特性工作时的喷油量，但要低于所述调速特性油量MAP中全油门开度对应的调速曲线上的喷油量。
进一步地，对于调速特性油量MAP，
全油门调速曲线停油转速nmax为额定转速n2的115%～130%；
发动机喷油量坐标轴最小值点的喷油量为0mg/cyc，最大值点即低怠速全油门最大油量qmax为超负荷油量q2的110%～115%；
额定转速全油门设定油量q4为超负荷油量q2的107%～115%；
超负荷油量点对应全油门调速曲线转速n5为额定转速n2的104%～106%。
进一步地，对于调速特性油量MAP中的全油门调速曲线，其喷油量随发动机转速升高而逐渐减小至零，其斜率则是随着转速的升高而逐渐变陡，整个全油门调速曲线平滑过渡；其他油门开度下的调速曲线也按照全油门调速曲线设定规律进行设计，但需保证随着油门开度的减小，相应调速曲线的停油转速整体是逐渐减小的，调速曲线上发动机转速对应的喷油量也是逐渐减小的。
更进一步地，在进行其他油门开度的调速曲线设定时，不同油门开度下的调速曲线可以采用不同的调速率，且在任一发动机转速下，随着油门开度的增大，其对应的调速曲线斜率均逐渐变缓。
进一步地，对于调速特性油量MAP，发动机额定工况调速曲线停油转速n6在发动机额定转速n2的110%～125%之间；且需高于所述的超负荷油量点对应全油门调速曲线转速n5；
在进行调速特性油量MAP设定时，需保证发动机在热机状态下的低怠速且无负载工作时，其对应的油门开度大于等于3%。
进一步地，外特性油量限制曲线上，低怠速n0对应的低怠速限制油量q0为发动机额定工况油量q1的30%～70%；
外特性油量限制曲线上，额定转速外特性限制油量q3要大于或等于超负荷油量q2；
外特性油量限制曲线上，额定转速外特性限制油量q3对应的低于发动机额定转速n2的油量支撑转速n1，其至少低于发动机额定转速n2的95%，且油量支撑转速n1和额定转速n2之间的外特性油量限制曲线上的油量均不低于发动机超负荷油量q2；
外特性油量限制曲线上，额定工况油量q1对应的高于发动机额定转速n2的油量维持转速n3，其至少比发动机额定转速n2高出30r/min；
更进一步地，外特性油量限制曲线上，额定转速外特性限制油量q3为超负荷油量q2的103%。
更进一步地，外特性油量限制曲线上，额定工况油量q1对应的高于发动机额定转速n2的油量维持转速n3比发动机额定转速n2高出30～50r/min。
进一步地，所述调速特性油量MAP中的各调速曲线和所述发动机外特性油量限制曲线均是平滑过渡的曲线。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1）可在不同的发动机工况采用最合适的调速率进行转速控制，因此能使发动机兼具良好的稳定性和瞬态调速性能，能改善发动机的经济性和排放水平并提高发动机寿命。
2）可满足不同发电机组控制模式（恒转速控制模式和并机转速微调控制模式）对发动机喷油量的调整要求，因此能适用于各种不同的发电设备。
3）可满足发电的最高等级G3要求。
附图说明
图1为本发明实施例中的调速特性油量MAP和外特性油量限制曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出的一种发电用电控发动机的调速特性曲线设计方法，包括调速特性油量MAP的设计方法和外特性油量限制曲线的设计方法，发动机通过调速特性油量MAP和外特性油量限制曲线的共同作用进行油量输出来控制发动机转速；
（一）所述调速特性油量MAP的设计方法，包括：
调速特性油量MAP，由多条调速曲线构成，调速曲线及调速率根据油门开度、发动机转速设置，各调速曲线按照油门开度自小到大分布，所有调速曲线均无交叉；任一油门开度对应的调速曲线，喷油量均是随发动机转速升高而逐渐减小至零，斜率则均是随着转速的升高而逐渐变陡；任一发动机转速下，随着油门开度的增大，其对应的调速曲线斜率均逐渐变缓；因此当发动机转速过高时可迅速减小喷油量来抑制发动机转速上升，而当发动机转速下降时可维持较大喷油量来防止发动机转速下降过低，以此保证发动机转速的稳定，同时由于发动机在中大负荷时喷油量变化速度较慢，能有效降低发动机油耗和改善排放；
调速特性油量MAP，根据发动机转速由低到高定义了低怠速n0、油量支撑转速n1、额定转速n2、油量维持转速n3、外特性油量限制曲线停油点转速n4、超负荷油量点对应全油门调速曲线转速n5、额定工况调速曲线停油转速n6、全油门（100%油门）调速曲线停油转速nmax；
调速特性油量MAP，根据喷油量由小到大定义了低怠速限制油量q0、额定工况油量q1、超负荷油量q2、额定转速外特性限制油量q3、额定转速全油门设定油量q4；
调速特性油量MAP，全油门调速曲线各发动机转速下的喷油量均高于发动机外特性工作（即各发动机转速下全负荷工作）时的喷油量；
低怠速n0、等于发动机工作的低怠速；全油门（100%油门）调速曲线停油转速nmax优选为额定转速n2的115%～130%；
发动机喷油量坐标轴最小值点的喷油量为0mg/cyc，最大值点即低怠速全油门最大油量qmax优选为超负荷油量q2的110%～115%；
额定转速全油门设定油量q4优选为超负荷油量q2的105%～110%；
超负荷油量点对应全油门调速曲线转速n5略高于发动机额定转速n2，优选为额定转速n2的107%～115%，例如110%；
调速特性油量MAP中的全油门调速曲线，其喷油量随发动机转速升高而逐渐减小至零，其斜率则是随着转速的升高而逐渐变陡，整个全油门调速曲线平滑过渡；其他油门开度下的调速曲线也按照全油门调速曲线设定规律进行设计，但需保证随着油门开度的减小，相应调速曲线的停油转速整体是逐渐减小的，调速曲线上发动机转速对应的喷油量也是逐渐减小的；
在进行其他油门开度的调速曲线设定时，不同油门开度下的调速曲线可以采用不同的调速率，且在任一发动机转速下，随着油门开度的增大，其对应的调速曲线斜率均逐渐变缓，即保证发动机中大负荷时油量变化速度不会太快，可降低发动机油耗和改善排放；
对于调速特性油量MAP，发动机额定工况调速曲线停油转速n6至少比发动机额定转速n2大5%且需高于所述的超负荷油量点对应全油门调速曲线转速n5，优选值在发动机额定转速n2的110%～125%之间；
在进行调速特性油量MAP设定时，需保证发动机在热机状态下的低怠速且无负载工作时，其对应的油门开度大于等于3%，这样可以防止因喷油器生产误差而造成的发动机低怠速始终高于目标低怠速；
（二）所述外特性油量限制曲线的设计方法，包括：
外特性油量限制曲线上各发动机转速下的喷油量均高于发动机在外特性工作时的喷油量，但要低于所述调速特性油量MAP中全油门开度对应的调速曲线上的喷油量；
外特性油量限制曲线上，低怠速n0对应的低怠速限制油量q0的优选值为发动机额定工况油量q1的30%～70%；
外特性油量限制曲线上，额定转速外特性限制油量q3要大于或等于超负荷油量q2，以保证发动机能达到要求的超负荷功率，优选值为超负荷油量q2的103%；
外特性油量限制曲线上，额定转速外特性限制油量q3对应的低于发动机额定转速n2的油量支撑转速n1，其至少低于发动机额定转速n2的95%，且油量支撑转速n1和额定转速n2之间的外特性油量限制曲线上的油量均不低于发动机超负荷油量q2，目的是保证发动机突加负载时能维持足够的油量来抑制发动机转速降低；
外特性油量限制曲线上，额定工况油量q1对应的高于发动机额定转速n2的油量维持转速n3，其至少比发动机额定转速n2高出30r/min，优选值为比发动机额定转速n2高出30～50r/min，这样可同时满足发电机组恒转速运行模式和并机运行模式时在不同发动机转速下的最大油量需求；
外特性油量限制曲线停油转速n4的优选值为发动机额定转速n2的105%～107%，这样可保证发动机在突卸负载时其瞬态调速率不超过10%；
进一步地，所述调速特性油量MAP中的各调速曲线和所述发动机外特性油量限制曲线均是平滑过渡的曲线。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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