Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК G01M15/00 

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для испытания и контроля надежности и качества двигателей внутреннего сгорания, и дает возможность имитировать в стационарных условнях эксплуатационные режимы, характерной особенностью которых является воспроизведение нагрузочного момента и частоты вращения двигателя.

Известны стенды для испытания двигателя внутреннего сгорания, преимущественно на неустановившихся режимах, содержащие нагрузочное устройство, связанное с двигателем, блоки 15 управления скоростью, вращения и нагрузочным моментом, исполнительные устройства управления положением топливодозирующего органа и положением органа управления нагрузочньм 20 моментом, связанные с двигателем и нагрузочным устройством соответственно, датчики нагрузочного момента и скорости вращения, а также каналы задания нагрузочного момента и об- 25 ратной связи по нему, задания скорости вргидения и обратной связи по ней, причем нагрузочное устройство выполнено в виде электродвигателя-генератора постоянного тока, имеющего уси- 30

литель напряжения возбуждения злектродвигателя в качестве исполнительного устройства управления положением органа управления нагрузочным моментом, датчик момента выполнен в виде датчика тока якоря генератора, ко входам блока управления моментом подключен канал задания скорости и канал обратной связи по моменту, соединенный с датчиком момента, а к выходу - исполнительное устройство управления положением органа управления моментом, ко входам блока управления скоростью подключен канал задания момента и канал обратной связи по скорости, соединенный с датчиком скорости, а к выходу - исполнительное устройство управления положением топливодозирующего органа 1.

Известные стенды имеют сравнительно узкий диапазон воспроизведения динамических нагрузок из-за инерционности системы управления.

Цель изобретения - .расширение диапазона воспроизводимых на стенде динамических нагрузок,

Указанная цель достигается тем, что стенд дополнительно содержит датчик положения топливодозирующего органа и датчик тока возбуждения

генератора, причем датчик положения связан каналом обратной связи по положению толливодозирующего органа с блоком управления скоростью, а датчик тока возбуждения связан каналом обратной связи по току возбуждения с блоком управления моментом, при этом к блоку управления скорость дополнительно подключен канал задания момента, а к блоку управления моментом - канал задания скорости.

Блок управления скоростью,выполнен в виде последовательно соединенных устройства сравнения сигналов задания скорости (LIJJ) и обратной связи по скорости, пропорциональноинтегрально -дифференциального регу лятора, устройства сравнения выходного сигнала указанного регулятора, сигнала задания момента (М) и сигнала обратной связи по положению топливодозирующего органа, и пропорционального регулятора, а блок управления моментом - в виде последовательно соединенных устройства сравнения сигнала задания момента и обратной связи по моменту, пропорционально-интегрального регулятора тока якоря (15( устройства сравнения выходного сигнала указанного регулятора, сигнала задания скорости и сигнала обратной связи по току возбуждения (ig,) , а также пропорциональноИнтегрального регулятора тока возбудадения электродвигателя,

На чертеже приведена блок-схема стенда.

Стенд содержит блок 1 управления за-р-узочным моментам, в который входят связанные последовательно устройство 2 сравнения сигнала задания и обратной связи по нагрузочному моменту, пропорционально-интегральный регулятор 3 тока якоря, устройство 4 сравнения выходного сигнала регулятора 3, сигнала задания по скорости ,еиия и сигнала обратной связи по току возбуждения, и пропорционально-интегральный регулятор тока воэ 6уждеки г 5 электродвигателя генератора (Г-Д), Блок 1 связан с усилителем 6 напряжения возбуждения электродвигателя, соединенным с обмоткой 7 возбуждения. Нагрузочное устройство выполнено в виде электродвигателягенератора, содержащего электродвигатель 8 постоянного тока, св занного с асинхронным генератором 9 трехфазно1-о тока, и нагрузочный генерато 10, связанный с валом двигателя внутреннего сгорания 11 и электрически соединенный по общей якорной цепи с электродвигателем 8, вращающим генератор 9. В качестве исполнительного устройства управления положением органа управления загрузочным моментом служит усилитель б, к которому подключен датчик 12 тока возбуждения. В качестве датчика момента

загрузки применен датчик и тока якоря, включенный в цепь между электродвигателем 8 и генератором 10. Блок 14 управления скоростью вращени выполнен в виде последовательно соединенных устройств 15 сравнения сигналов задания скорости, и обратной связи по скорости, пропорциональноинтегрально-дифференциального регулятора 16, устройства 17 сравнения выходного сигнала указанного регулятора, сигнала задания момента и сигнала обратной связи по положению топливодозирующего органа, и пропорционального регулятора 18, Выход регулятора 18 подключен через исполнительное устройство 19 управления положением топливодозирующего органа двигателя к штатному регулятору 20 двигателя 11. К устройству 15 сравнения подключен датчик 21 скорости вращения, а к устройству 17 сравнения - датчик 22 положенУ1Я топливодозирующего органа.

Постоянная величина времени пропорционально-интегрального регулятора 3 тока якоря выбирается равной постоянной времени цепи якоря. Постоянная времени пропорциональноинтегрального регулятора тока возбуждения 5 выбирается равной постоянной времени контура регулирования скорости вращения.. Постоянная времени интегрирования пропорционально-интегрально -дифференциального регулятора 15 выбирается равной постоянной времени штатного регулятора 20, а постоянная времени форсирующего звена равна постоянной времени контура управления положением топливодозиоующего органа.

Стенд для испытания работает следующим образом.

Сигнал задания М по моменту поступает на вход блока 1 управление где в устройстве 2 сравнивается с действительным значением загрузочного момента, пропорционального току якоря Г-Д. Сигнал рассогласования Е J. подается на вход регулятора 3, изменяя его по пропорционально-интегральному закону, что. позволяет компенсировать постоянную времени контура регулирования тока обмотки возбуждения двигателя Г-Д и выбрать оптимальную частоту среза контура, равной частоте среза контура положения топливодозирующего органа.

Выходной сигнал регулятора 3, являясь задающим по отношению контура управления током возбуждения электродвигателем, сравнивается в устройстве 4 с сигналом обратной связи, пропорциональны - току возбуждения. От датчика 12 на это же устройство подается сигнал задания скорости вращения шп, , что обеспечивает условие инвариантности управления момент нагрузки по отношению к скорост.и вращения. В результате сравнения си нал рассогласования Б|( подается на вход пропорционально-интегрального регулятора 5, что позволяет компенсировать постоянную времени цепи об (мотки возбуждения и выбрать частоту среза этого контура .-равной частоте среза контура регулирования скорост вращения. Выходной сигнал регулятор 5 подается на усилитель 6 напряжени возбуждения электродвигателя Г-Д, что влечет за собой изменение якорного тока или загрузочного момента. Контур управления скоростью вращения работает следующим образом. Сигнал задания по скорости вращения (jL(f сравнивается в устройстве 15 с действительной от датчика 21 и .результат подается, на регулятор 16, изменяющий его по пропорционально-интегрально-дифференциальному за кону. Это позволяет компенсировать постоянную времени контура управления перемещения топливодозирующего органа и инерционность дизеля с нагрузочным генератором, а также выбрать оптимальной частоту среза этого контура. Далее выходной сигнал регулятора 16 сравнивает.ся в устройстве 17 с сигналом отрицательной обратной связи по положению топливодозирующего органа (от датчика 22). На зто же устройство подается сигнал задания по нагрузочному моменту Mj, .что позволяет обеспечить инвариантность управления скорости вращения по отношению к моменту нагрузки. После этого выходной сигнал Е,„ усиливается в регуляторе 18 и подается на исполнительное устройство 19, изменяющее подачу топлива и управляющее скоростью Вращения двигателя внутреннего сгорания. Регулятор 18 настраивается с таким расчетом, чтоб частота среза контура положения топливодозирующего органа была равна частоте среза контура регулирования момента. Правильная настройка всех регуляторов позволяет оптимизировать процессы регулирования нагрузочньми режимами, обеспечивая минимум времени переходного процесса по каждому парбилетру регулирования. Экономический эффект от использования стенда предлагаемой конструк ции складьшается из сокращения сроков испытаия двигателей внутреннего сгорания и от качественного эффекта (более высокие динамические характеристики нагрузочных режимов) расширения возможности исследования, получаемой на предлагаемой конструкции. Формула изобретения 1. Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, преимущественно на неустановившихся режимах,, содержащий нагрузочное устройство, связанное с двигателем, блоки управлен21я скоростью вращения и нагрузочным моментом, исполнительные устройства управления положением топливодозирующего органа и положением органа управления нагрузочным моментом, связанные с двигателем и нагрузочный устройством соответственно, датчики нагрузочного момента и скорости вращения, а также канал задания нагрузочного момента и канал обратной связи по моменту, кангш задания скорости вращения и канал обратной связи по скорости, причем нагрузочное устройство вьшолнено в виде электродвигателя-генератора постоянного тока, имеющего усилитель напряжения возбуждения электродвигателя в качестве исполнительного устройства управления положением органа упрашления нагрузочным моментом, датчик; момента выполнен в виде датчика тока якоря генератора, ко входам блока управления моментом подключен канал задания скорости и канал обратной связи по моменту, соединенный .с датчиком момента, а к выходу - исполнительное устройство управления положением органа управления моментом, ко входс1М блока управления скоростью подключен канал задания момента и канал обратной связи по скорости, соединенный с датчиком скорости, а к выходу - исполнительное устройство управления положением топливодозирующего органа, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона воспроизводимых на стенде динамических нагрузок, стенд дополнительно содержит датчик положения тотшиводозируюи его органа и датчик тока возбуждения генератора, причем датчик положения связан каналом обратной связи по положению топливодозирующего органа с блоком управления скоростью, а датчик тока возбуждения связан кангшом обратной связи по току возбу.ждения с блоком управления моментом, при этом к блоку управления скоростью дополнительно подключен канал задания момента, а к блоку управления моментом канал задания скорости. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок управления скоростью выполнен в виде последовательно соединенных устройства сравнения сигналов задания скорости и обратной связи по скорости, пропорционально-интегрально-дифференциашьного регулятора, устройства сравнения выходного сигнала указанного регулятора, сигнала задания момента и сигнала обратной связи по положению топливодозирующего органа, и пропорционального регулятора, а блок управления моментом - в виде последовательно соединенных устройства сравпения сигнала задания момента и обратной связи по моменту, пропорционально-интегрального регулятора токаякоря, устройства сравнения выходного сигнала указанного регулятора, сигнала задания скорости и сигнала, обратной связи по току возбуждения, а также пропорционально-интегрального регулятора тока возбуждения электродвигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Стенды для испытания дизелей. Сборник НИИПНФОРМТЯЖМЛШ, М., 4-74-4, 1974, с. 34-36.