Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1980 года по МПК G01M15/00 

1 Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания двигателя внутреннего сгорания. Известен стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержа щий нагрузочную машину, выполненную в виде электрогенератора переменного тока, связанную с валом двигателя и соединенную электрической цепью с нагрузочным устройством flj . Однако на известных с ендах систе мы привода с водяными и проволочными реостатами не позволяют имитировать высокодинамичные режимы нагруже ния, соответствующие эксплуатационным. Известны стенды, содержащие блок программного управления, по меньшей мере две нагрузочные машины, одна и которых выполнена в виде электрогенератора переменного тока. Машины связаны с валом двигателя, генерато соединен электрической цепью с нагрузочным устройством. Стенд содержит также редуктор, включенный межд двигателем и нагрузочной машиной C2j Однако в таких стендах наличие больших инерционных масс, последова тельно присоединенных к двигателю. не позволяет получить переменные моменты сопротивления с высокой динамичностью. Известны также стенды, содержащие блок программного управления и по меньшей мере две нагрузочные машины, выполненные в виде генераторов переменного тока, связанных с валом двигателя и соед11ненных параллельно электрической цепью между собой и с общим нагрузочным устройством 3. Такие стенды могут содержать порошковые муфты. Однако испытание двигателей на стендах с порошковыми и индукторными тормозами показывают, что амплитуда задаваемой переменной нагрузки существенно зависит от частоты управляющего сигнала и уже на частотах около 2Гц становится близкой к нулю, что обусловлено инерционностью электромагнитной системы тормозов этого типа. В результате на стенде затруднено создание высокодинамичных переменных моментов сопротивления. Целью изобретения является обеспечение высокодинамичных режимов нагружения путем использования несинхронного по частоте тока режима Указанная цель достигается тем, что валы электрогенераторов связаны с вешом двигателя последовательно, причем один непосредственно, а другой через последовательно включенны между генератором редуктор и вариатор, и редуктор выполнен с передато нмм отношением 0,85-1,15, а вариато с передаточным отношением в диапазоне 0,5-1,15, и кроме того, в цепь возбуждения по меньшей мере одного генератора включено устройство регу рования напряжения возбуждения пере менного тока, имеющее диапазон регу лирования по частоте до 100%, а по величине до 160%. На фиг. 1 показана схема стенда для испытания двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - схема програм много управления работой стенда. Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания содержит испытуемый двигатель 1 внутреннего сгорания, соединенный с двумя нагрузоч ными машинами 2 и 3, выполненными в виде электрогенераторов переменно го тока. Электрические цепи электро генераторов 2 и 3 соединены на пара лельную работу в общую электрическую цепь 4, которая в свою очередь подключена к общему нагрузочному ус ройству 5, Электрогенераторы 2 и 3 имеют соответственно системы б и 7 управления, и устройства 8 и 9 для регулирования напряжения возбуждени электрогенераторов по частоте и величине. Электрогенератор 3 соединен с электрогенератором 2 через редукт 10 и вариатор 11. Схема программного управления работой стенда включа блок 12 программного управления, ус ройство 13 контроля и автоматическо го поддержания режима работы двигателя внутреннего сгорания, блок 14 контроля и автоматического управления вариатором 11, тахогенераторы 15 и 16 для контроля скорости вращения валов электрогенераторов 2 и 3, блоки 17 и 18 для контроля выходных электрических параметров электрогенераторов 2 и 3, блоки 17 и 18 связан{л с устройствами 8 и 9 для регули рования напряжения возбуждения, которые в свою очередь присоединены с системами 6 и 7 управления электрогенераторами 2 и 3, блок 19 контроля параметров общей электрической цепи блок 20 контроля и автоматического управления нагрузочным устройством 5 Стенд работает следующим образом Испытуемый двигатель 1 передает крутящий момент нагрузочному устройству - двум электрогенераторам 2 и 3 соединенным между собой и с испытуемым двигателем последовательно в тан дем. Редуктор 10 обеспечивает валу электрогенератора 3 скорость вращения, отличную от скорости вращения вала электрогенератора 2. При этом частота вращения вала ротора электрогенератора 2 номинальная и постоянная, а частота вращения вала ротора электрогенератора 3, благодаря редуктору 10, несколько ниже. В общую электрическую цепь 4 электрогенератор 2 отдает мощность с частотой , пэременного тока равной номинальной |м , а электрогенератор 3 - ниже номинальной , т.е. -/, f ц . Тем самым в общей электрической цепи созданы условия несинхронной работы генераторов. При нарушении условий параллельной работы по частоте тока двух и больше электрогенераторов переменного тока возникает явление биения напряжения. Это биение напряжения вызывает соответствующее биение тока, в результате чего возникают сильные механические толчки на валах генераторов. Они тем сильнее, чем больше разница частот токов генераторов. Механические толчки, переданные с валов генераторов 2 и 3 на испытываемый двигатель 1 образуют на его валу высокодинамичный переменный момент сопротивления, имитирующий реальную нагрузку, соответствующую эксплуатационным условиям. Высокодинамичный переменный момент сопротивления на валу испытуемого двигателя задается на определенный этап испытания на неработакидем стенде с помощью редуктора 10, в котором для изменения передаточного отношения шестерня, связанная с валом электрогенератора 3, устанавливается с соответствующим количеством зубьев (с передаточным отношением в диапазоне 0,85-1,15) . Изменение момента сопротивления на валу двигателя 1 в процессе его испытания без остановки стенда может быть осуществлено путем изменения передаточного отношения от электрогенератора 3 к электрогенератору 2 с помощью вариатора 11. Последний может быть различного принципа действия, например, в виде гидропередачи, электромуфты и др. Лучшее обеспечение передачи переменного высокодинамичного момента осуществляет варьирующее устройство, выполненное в виде жесткой механической передачи, ступенчатой или бесступенчатой. Вариатором желательно изменить передаточное отношение в диапазоне от |0,5 до 1,15. Нагрузочное устройство 5, выполненное, например, жидкостным или проволочным и снабжает электрической мощностью все электрогенераторы. Оно может быть как постоянным, так и переменным, позволяющим регулировать нагрузку от нуля до 110%. Это позволяет расширить диапазон регулирования момента нагружения на двигатель. Возбуждая генераторы током переменно, можно получить широкие возможности регулирования чпстоты тока в общей электрической цепи 4, а следовательно, широкие возможности по созданию и регулированию, как периодического, так и непериодического переменного выдокодинамичного момента на валу двигателя. Этого достигают путем изменения напряжения возбуждения по величине и по частоте с помощью устройств 8 и 9 для регулирования напряжения возбуждения. Напряжение возбуждения допустимо изменять по величине до 160%, а по частоте - от нуля до 100%. Для получения при испытаниях двигателя внутреннего сгорания различных высокодинамичных режимов нагруженйя, как периодических, так и непериодических, варьируют в общей электрической цепи разностью частот тока электрогенераторов, величиной напряжения и величиной нагрузки электрогенераторо Устанавливают и поддерживают эти величины в оптимальном быстротечном режиме только автоматически. Величина напряжения в общей электрической цепи 4 регулируется устройствами 8 и 9 регулирования напряжения возбуждения. Частота тока в общей электрической цепи 4 регулируется устройствами 8 и 9 регулирования напряжения возбуждения электрогенераторов 2 и 3, сменной шес,терней в редукторе 10 привода к электрогенератору 3 и вари тором 11. Автоматически частота тока в общей электрической цепи 4 может изменяться только с помощью устройств 8 и 9 и вариатором 11. Величина нагрузки электрогенераторов устанавливается и поддерживается переменным нагрузочным устройством 5. С помощью блока программного управления, соединенного с устройством 13 контроля и поддержания режима работы двигателя 1 внутреннего сгорания , с устройствами 8 и 9 регулирования напряжения возбуждения с системами б и 7 управления электрогенераторов 2 и 3, блоком 20 контроля и автоматического управления нагрузочным устройством 5, блоком 14 контроля и автоматического управления вариатором 11, тахогенераторами 15 и 16 для контроля скорости вращения валов электрогенераторов 2 и 3 блоком 19 контроля параметров общей электрической цепи 4, задаются,подоб но эксплуатационньом, любые режимы испытания двигателя внутреннего сгорания. При работе электрогенераторов переменного тока в несинхронном по частоте тока режиме, на их валы и корпуса полностью передаются пульсац онные высокодинамичные моменты, а ро торные и статорные обмотки при этом воспринимают от электродинамических сил значительные механические нагруз ки. Во избежание разрушения от элект родинамических сил, валы и крепления корпусов электрогенераторов необходимо выполнять на предельную величину кратности момента короткого замыкания, а роторные и статорные обмотки усиливать специальными креплениями. Использование предлагаемого стенда для испытания двигателей внутреннего сгорания обеспечивает,получение высокодинамичных переменных моментов сопротивления, подобно эксплуатационным; стабильность заданного нагрузочного режима по частоте и амплитуде при испытании двигателя в течение длительного времени J упрощение, схемы управления нагрузочными машинами стенда; полную автоматизацию режима нагруженйя двигателя внутреннего сгорания в процессе его испытания. Предлагаемый стенд может быть использован для ускоренных испытаний любых двигателей, а также других силовых агрегатов, узлов и отдельных элементов машин. Предлагаемый стенд прост, реализуется на агрегатах серийно-выпускаемых промышленностью, легко автоматизируется и может применяться для испытания любых двигателей, узлов и отдельных элементов машин других отраслей народного хозяйства. Стенд опробован на макетной установке и показывает эффективную и надежную работу. Результат проведенного эксперимента показывает, что амплитуда задаваемой переменной нагрузки остается практически постоянной даже при частотах 4 Гц и более. Формула изобретения 1.Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий блок программного управления, и по меньшей мере две нагрузочные машины, выполненные в виде электрогенераторов переменного тока, связанных с валом двигателя и соединенных параллельно между собой и с общим нагрузочным устройством электрической цепью, отличающийся тем, что, с целью создания высокодинамичных режимов нагруженйя,путем использования несинхронного по частоте тока режима, валы электрогенераторов связаны с валом двигателя последовательно, причем, один непосредственно, а другой через последовательно включенные между генераторами редуктор и вариатор. 2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что редуктор выполнен с передаточным отношением 0,85-1,15. 3.Стенд по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что вариатор выполнен с передаточным отношением в диапазоне 0,5-1,15.

4.Стгенд плп. 1, отличающийся тем, что в цепь возбуждения по меньшей мере одного электрогенератора включено устройство регулирования напряжения возбуждения переменного тока,

5.Стенд по п. 4, отличающийся тем, что устройство регулирования напряжения возбуждения имеет диапазон регулирования по частоте

до 100%, а по величине - до 160%.

6.Стенд по пп. 1-5, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания, электрогенераторы.

вариатор и устройство регулирования напряжения возбуждения связаны каждый с блоком программного управления

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Погорелый И.П. Обкатка и испытания тракторных и автомобильных двигателей. М., Колос, 1973,

с. 89.

2,Патент США № 3456498, кл. 73-116, опублик. 1969.

3.Авторское свидетельство СССР № 472275, кл. G 01 М 15/00, 1972.