Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания

 

1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий нагрузочную электрическую машину постоянного тока, измеритель тока якоря электрической машины, датчик ч.астоты вращения, регулятор тока возбуждения , измеритель тока возбуждения, программный блок, вычислитель механических потерь и сумматор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключатель связан с сумматором, выход которого соединен с программным блоком, подключенным к регулятору тока возбуждения , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения крутящего момента путем учета влияния помех, поступающих из цепей измерения тока якоря, и тока возбуждения , он дополнительно содержит фильтр, устройство сравнения и делитель , причем выход измерителя тока якоря через устройство сравнения и фильтр связан параллельно с сумматором и делителем, соединенным с выходом измерителя тока возбуждения и входом устройства сравненияJ 2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что устройство сравнения , делитель и фильтр вьшолнены на операционных усилителях. 3.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что устройство сравнения , делитель и фильтр выполнены на элементах задержки.

(19) (11) СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3()) С 01 М 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3594793/25-06 (22) 20.05.83 (46) 07.09.84. Бюл. Ф 33 (72) В.С.Жабреев, Л.Л. Михальский, С.П.Гладьппев, Ф.В.Кальянов и В.Л.Федяев (71) Научно-производственное объеди)(ение по тракторостроению "НАТИ" и Челябинский политехнический институт (53) 621.43(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 759894, кл. С 01 М 15/00, 1978. (54)(57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий нагрузочную электрическую машину постоянного тока, измеритель тока якоря электрической машины, датчик частоты вращения, регулятор тока возбуждения, измеритель тока возбуждения, программный блок, вычислитель механических потерь и сумматор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключатель связан с сумматором, выход которого соединен с. программным блоком, подключенным к регулятору тока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения крутящего момента путем учета влияния помех, поступающих из цепей измерения тока якоря, и тока возбуждения, он дополнительно содержит фильтр, устройство сравнения и делитель, причем выход измерителя тока якоря через устройство сравнения и фильтр связан параллельно с сумматором н делителем, соединенным с выходом измерителя тока возбуждения и I входом устройства сравнения.

2. Стенд по п. 1, о. т л и ч а ю— шийся тем, что устройство сравнения, делитель и фильтр выполнены на операционных усилителях °

И

3. Стенд по п. 1, о т л и ч а ю - шийся тем, что устройство сравнения, делитель и фильтр выполнены на элементах задержки.

11122 4

Изобретение относится к области испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преимущественно к автоматизированным системам для стендовых испытаний. 5

Известны стенды для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащие нагрузочную электрическую машину постоянного тока, измеритель тока якоря электрической машины, 10 датчик частоты вращения, регулятор тока возбуждения, измеритель тока возбуждения, программный блок, вычислитель механических потерь, пере- ключатель и сумматор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключатель связан с сумматором, выход которого соединен с программным блокам, подключенным к регулятору тока возбуждения Г1/ .

Однако при известном выполнении стендов точность измерения крутящего момента является недостаточной, так как здесь не учитывается влияние по25 мех, поступающих с выходов измерителей тока якоря и тока возбуждения-, например помехи при использовании в качестве датчика тока якоря шунта достигают 20-40Х от полезного сигнала. 0

Кроме того, при использовании блока умножения на его выходе имеем мультипликативную помеху, которая дает постоянную составляющую на вход сумматора.. 35

Целью изобретения является повышение точности измерения крутящего момента путем учета влияния помех, moступающих из цепей измерения тока якоря и тока возбуждения.

Укаэанная цель достигается тем, что стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий на- грузочную электрическую машину постоянного тока, измеритель тока якоря электрической машины,.датчик час- . тоты вращения, регулятор тока возбуж-. дения, измеритель тока возбуждения, программный блок, вычислитель механических потерь, переключатель и сумматор, причем датчик частоты вращения через вычислитель механических потерь и переключатель связан с сумматором, выход которого соединен с программным блоком, подключенным к регулятору тока возбуждения, дополнительно содержит фильтр, устройство сравнения и делитель, причем выход измерителя тока якоря через устройство сравнения и фильтр связан параллельно с сумматором и делителем, соединенным с выходом измерителя тока,возбуждения и входом устройства сравнения.

При этом устройство сравнения, делитель и фильтр могут быть выполнены на операционных усилителях или на элементах задержки.

На чертеже приведена функциональная схема стенда для испытания двигателя внутреннего сгорания.

Стенд содержит нагрузочное устройство, выполненное в виде соединенной с валом испытываемого двигателя 1 электрической машины 2 постоянного тока. В цепь якоря электрической маши-! ны 2 включен измеритель 3 тока якоря, а в цепь возбуждения — измеритель 4 отклонения тока возбуждения и регулятор 5 тока возбуждения. Выход измерителя 3 подключен к устройству б сравнения, а вход измерителя 4 к делителю 7, вход которог соединен с выходом фильтра 8. Второй вход устройства 6 сравнения соединен с выходом делителя ?, а выход устройства б сравнения — с входом фильтра 8, причем устройство сравнения, делитель и фильтр реализованы в интегральном исполнении.

С валом электрической машины 2 связан датчик 9 частоты вращения, подсоединенный к входу сумматора 10 через переключатель 11 и вычислитель 12 механических потерь. Второй вход сумматора 10 соединен с выходом фильтра 8. Регулятор 5 имеет один вход управления, который подключен к программному блоку 13. Один из входов программного блока 13 соединен с выходом, сумматора 10.

Стенд работает следующим образом.

При измерении крутящего момента

ДВС электрическая машина служит его нагрузкой и работает в генераторном режиме.

Крутящий момент при этом определяется как суммарный момент

«Р ам. м (1) где Мз — электромагнитный момент в машине постоянного тока;

М р — момент механических потерь.

Величина момента механических потерь может быть получена, исходя из мощности механических потерь

Рм =B„. п+В n,, (2) 2254 4 с максимальное значение измеряемого момента, членами высших порядков малости можно пренебречь и формула (8} имеет вид м* л

rg(<) = — — = 1+ n (Ч+ r (t) (9) в < где и (В- приведейная помеха nz(t).

В результате на вход фильтра 8 поступает сигнал

M* К

Е &1=г„ж -1 (t) =(K>. I- — -Ф )+ к, т, +ия(+) (пв®+пс () ° (10)

Связь между входом и выходом фильтра 8 характеризуется следующим выражением: т„м* =-м* +к„, z(t), (11) где Ку — коэффициент усиления фильтра 8;

Т„ — постоянная фильтра.

При прохождении через фильтр 8 аддитивная помеха отсеивается и с учетом (10) выражение (11) имеет вид.

M* =-М*(,+К„, — +- +K .К- .I (12) В статике можно записать выражение для электромагнитного момента

КЧ Кя I»à Ке ь

M* (13)

K8 в+К Kq

Принимая во внимание, что коэффициент усиления фильтра К, выбран достаточЧ но большой, имеем

Kg Кв

M* =--- — . I к, Если выбрать Д- =к, (15)

К) имеем полную аналогию формул (14) и (6), т.е. на выходе фильтра 8 снимаем величину пропорционально электромагнитному моменту.

Напряжение, пропорциональное второй составляющей формулы (1) и соответствующее моменту механических потерь М<, поступает на сумматор 10 с выхода измерителя момента механических потерь, преобразующего сигнал с датчика 9 частоты вращение по форм;ле (3) . (14) где M* — оценочное значение электромагнитного момента;

Кв — коэффициент передачи измерителя тока возбуждения; пВ®- помехи, возникающие на выходе измерителя тока возбуждения; 50

К вЂ” коэффициент передачи делителя относительно M

nq(g) — помехи, возникающие на выходе делителя.

При разложении в ряд Тейлора отно- 55 сительно и К)и учитывая, ччто знаменатель Кв I изменяется незначительно и соизмеРим с К M- ., гДе М д„вПри определении крутящего момента

ДВС (электрическая машина работает в генераторном режиме) напряжения с измерителей 3 и.4, а также с блоков 8 и 12 поступают на сумматор 10 в одинаковой полярности и в ней сум- мируются. Выходное напряжение сумма-, 3 где В„ Вц — коэффициенты пропорциональности и — частота вращения вала.

Р в

М„,=- - В +В .. (3) и и ъ

Электромагнитный момет определяется по формуле

Ма =Се Ф Я, (4) где С вЂ” постоянный коэффициент;

Ф вЂ” магнитный поток; 10

Хя — ток якоря.

При использовании регулятора тока возбуждения, обеспечивающего изменение тока в пределах не более +10X, с, достаточной степенью точности можноl5 принять

Ф=К,Т„ (5) где К„ - постоянный коэффициент; — ток возбуждения.

С учетом выражений (4) и (5) имеем20

Ма К в Тя (6) где К„- постоянный коэффициент.

Измерение на стенде первой составляющей формулы (1) и соответствующей электромагнитному моменту 25 происходит следующим образом. Напряжение, пропорциональное току якоря, с измерителя 3 поступает на вход устройства 6 сравнения. Данный сигнал можно представить с учетом помех в виде

r, Ю = g I +nяЮ H) где Кр - коэффициент передачи измери.— теля тока якоря;

И (И- помехи B03HHKGIol4He HB Bblxo-35 де измерителя, в случае если датчик тока якоря — шунт, они могут достигать 20-407. от полезного сигнала.

С делителя 7 на устройство 6 срав-40 нения поступает сигнал вида м"" ° к

r ® =- — -5 - +и (ь) (8)

Кв ТЬМ

1112254 тора пропорционально крутящему моменту ДВС.

При определении момента проворачивания коленчатого вала ДВС (электрическая машина работает в двигатель- 5 ном режиме). полярность выходного напряжения с вычислителя 12 с помощью переключателя 11 изменяется на противоположную.

1О

В сумматоре происходит вычитание иэ выходного напряжения фильтра 8 выходного напряжения измерителя 12.

Выходное н апряжение сумматора 10 пропорционально моменту проворачива" )5 ния коленчатого вала ДВС. Вькод сумматора 10 заводят на программный блок и предлагаемый стенд использует. ся для снятия скоростных характерис-, тик ДВС. 20

Таким образом, уменьшение влияния помех эа счет введения нелинейного фильтра на основе делителя и линейного фильтра позволяет повысить точность измерения крутящего момента.

Программный регулятор, нелинейный фильтр, измеритель механических потерь и сумматор могут быть также реализованы на ЗВИ. Предлагаемый стенд реализован в виде макетного образца.

Экономический эффект от внедрения изобретения обусловлен более точным определением характеристики двигателя, что позволяет более достоверно проводить испытания, îïðåделять ресурс объекта испытания и в конечном итоге сократить сроки поставки на производство доведенных конструкций двигателей.

1112254

ВНИИХИ Заказ 6448/28 Тирах 822 Подписное

Филиал ППП "Патент" ° г,Ухгород, ул.Проектная, 4