Способ регулирования нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистических

Республик и 985731 (Sl ) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 02.03.81 (21) 3297330/25-06

G 01 M 15/00

G 05 0 17/02 с присоединением заявки И

3Ьсударстваниый комитет

СССР ао делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.82. Бюллетень № 48

ll,àòà опубликования описания 30.12.82 (53) УДК 621.317:

:537.7 (088.8) Н. Н. Простотнн (72) Автор изобретения

> .

Центральный научно-исследовательский дизельныйттнсцфе (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ

Изобретение относится к автоматизирован- ным способам испьггания ДВС на неустано-. вившихся режимах.

Известны способы регулирования нагрузки ДВС на испытательном стенде путем соединения вала двигателя с электрогенератором, а обмотки генератора с неизменным активным сопротивлением, измерения напря. жения на зажимах активного сопротивления, измерения частоты вращения вала двигателя, формирования и подачи сигнала отрицательной обратной связи в обмотку электрогенератора 11).

В качестве электрогенератора при этом используется генератор постоянного тока (ЭПТ) общепромышленного исполнения и в контур регулирования оказываются включенными маховые массы вращающихся узлов

ЭПТ в совокупности с элементами цепи связи ее якоря с коленчатым валом испытуемого двигателя. Вследствие этого удовлетворительное быстродействие при высоком качестве регулирования может быть достигнуто лишь при якорном регулирующем воздействии (цепь якоря практически безынерционна), например с использованием широтно-импульсной модуляции. Улучшение указанного показателя в этом случае связано с недопустимым увеличением колебательности регулирования, т.е. со снижением его качества. Кроме того, осуществление якорного регулирующего воздействия нельзя признать рациональным, так тО как уже при средних мощностях испытуемых двигателей токи якорей соответствующих

ЭПТ измеряются сотнями и тысячами ампер, что усложняет регулирующе- преобразующее оборудование. При полюсном же регулирующем воздействии (током возбуждения) и при отсутствии специальных мер быстродействие системы, как правило, совершенно недостаточно для реализации неустановившихся режимов работы транспортных и некоторых других двигателей, поскольку шунтовые или независимые обмотки возбуждения ЭПТ общепромышленного исполнения вьпюлняются значительным числом витков проводника относительно малого сечения (слаботочных), 985731

50 т.е. быстродействие известного способа и качество регулирования нагрузки недостаточны..

Цель изобретения — повышение быстродействия и качества регулирования нагрузки ДВС.

Для достижения указанной цели в способе 5 регулирования нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде путем соединения вала двигателя с электрогенератором, а обмотки генератора — с неизменным активным сопротивлением, измерения напряжения на зажимах активного сопротивления, измерения частоты вращения вала двигателя, фор мирования и подачи сигнала отрицательной обратной связи в обмотку электрогенератора, сигнал отрицательной обратной связи формируют посредством нелинейного преобразования результатов измерения частоты вращения и напряжения.

На фиг. 1 приведена схема системы, реализующей предлагаемый способ регулирования 20 нагрузки дизеля на испытательном стенде; на фиг. 2 — фрагмент процесса обработки реальной системы регулирования случайного программного сигнала.

В системе (фиг. 1), реализующей предлагае- 25 мый способ, контур регулирования состоит из следующих элементов и устройств: ЭПТ 1 общепромышленного исполнения (регулируемый объект), активного сопротивления 2 нагрузки; специализированного вычислителя 3, демо- З0 дулятора 4, датчика 5 частоты вращения, элемента 6 сравнения, исполнительного устройстI ва 7, обмотки 8 возбуждения. Датчик 5 подключен к валу испытываемого двигателя 9.

Система работает следующим образом.

Двигатель 9 сочленен с электрогенератором

1 постоянного тока (ЭПТ), цепь якоря которого соединена с неизменным активным сопротивлением 2. Специализированный вычислитель

3 (аналоговый или достаточно быстродействующий цифровой) на основании информации о текущем значении напряжения Ч на зажимах активного сопротивления 2, а также о частоте и вращения коленчатого вала испытуемого двигателя, поступающего через демодулятор 4 с магнитоимпульсного или иного датчика 5 частоты вращения, формирует сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный текущему значению электромагнитного момента Мэ сопротивлению ЭПТ или поглощаемой цепью якоря мощности йэ (второй режим необходим при испытаниях транспортных двигателей). При этом осущест. вляется коррекция указанного сигнала с целью компенсации влияния маховых масс

ЭПТ, а также учета механических потерь, имеющих место в ее подвижных узлах. Сигнал с выхода вычислителя 3 поступает на один иэ входов элемента 6 сравнения, в то время на другой его вход подается программный сигнал (Мп или йп). Полученный таким образом сигнал рассогласования (ДМ или Ьй) поступает на вход исполнительного устройства 7, которое воздействует на обмотку 8 возбуждения ЭПТ так, чтобы вызвать форсированное изменение величины Ч в направлении, обеспечивающем ликвидацию рассогласования.

Предлагаемый способ регулирования позволяет учесть потери холостого хода ЭПТ. Эти потери слагаются из магнитных потерь, а также механических потерь, обусловленных наличием трения в узлах машины. Как магнитные, так и механические потери зависят от скорости вращения якоря. Кроме того, магнитные потери зависят еще от величины магнитного потока возбуждения, который при полюсном регулирующем воздействии является переменной величиной. В современных

ЭПТ зти потери незначительны и их влиянием представляется возможным пренебречь.

Таким образом, потери холостого хода ЭПТ определяются главным образом механическим трением в ее подвижных узлах.

Если закон изменения мощности трения имеет нелинейный характер, т.е. если Мт Кп или соответственно Й - В„, то в цепи отрицательной обратной связи необходимо реализовать следующие функции: ,г

А КИ и. A,V„+ В„, г где К,  — константы коррекции соответственно величины электромагнитного момента сопротивления ЭПТ и поглощаемой цепью якоря мощности, А и A> — постоянные, и — частоты вращения.

Следуе1 отметить, что при необходимости коррекция сигнала обратной связи по потерям холостого хода может осуществляться и в соответствии co значительно более сложными законами. Кроме того, в данном случае необходимо осуществлять еще одну дополнительную частотную коррекцию этого сигнала с целью компенсации влияния момента инерции вращающихся масс ЭПТ, Экспериментальное исследование этой системы показало, что в диапазоне частот программного сигнала Π— 1,0 Гц при предусмотренной степени интенсификации переходных процессов в цепи возбуждения ЭПТ системы регулирования полностью инвариантна относительно частотного возмущения со стороны испытуемого двигателя и представляет собой практически безынерционный канал проводимости.

5 9857

Процесс отработки проиллюстрирован на фиг. 2, где кривая А представляет собой фрагмент отработки описываемой системой, показанного в виде кривой Б случайного программного сигнала (кривые А и Б искусственно раздвинуты). Здесь изменение частоты вращения (кривая В) испытуемого двигателя вызвано случайным воздействием на регулятор скорости последнего, которые осуществлялось в диапазоне частот 0 — 0,7 Гц. с помощью to с соответствующей следящей системы, а также функционированием собственно регулятора скорости.

Предлагаемый способ, как показывает оцьп, обеспечивает весьма высокие показатели качества процесса регулирования, так как позволяют установить практически однозначную связь между напряжением на зажимах нагрузочного сопротивления (зажимах внутренней цепи ЭПТ) и поглощаемой цепью якоря мощ- ностью, а при соответствующем использовании информации о текущей частоте вращения коленчатого .вала двигателя и электромагнитным моментом сопротивления ЭПТ; кроме того, избавиться от перерегулирования, т.е. 2з радикально повысить качество . регулирования при высоком быстродействии и абсолютной устойчивости системы регулирования, так как ее свойства практически полностью опЗ1 4 ределяются динамическимй показателями цена возбуждения ЭПТ (цепь якоря и прочие элементы и устройства регулирующего контура практически беэынерционны) .

1 формула изобретения

Способ регулирования нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде путем соединения вала двигателя с электрогенератором, а обмотки электрогенератора с неизменным активным сойротивлением, измерения напряжения на зажимах активного сопротивления, измерения частоты вращения вала двигателя, формирования и подачи сигнала отрицательной обратной связи в обмотку электрогенератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения быстродействия и качества регулирования, сигнал отрицательной обратной связи формируют посредством нелинейного - преобразования результатов измерений частоты вращения и напряжения.

Исто пппси информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Стефановский Б. С. и др. Испытание двигателей внутреннего сгорания. М., "Машиностроение", 1972, с. Зб8.

985731

Рфг 1/

Редактор В. Пилипенко

Заказ 10160/66 Тираж 887

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

JYg

Й/ю/

Составитель С. Березин

Техред К.Мьщьо Корректор А. Гриценко

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4