Регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства

 

Изобретение относится к области машиностроения , в частности к автоматическому регулированию двигателей внутреннего сгорания транспортного средства. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулирования частоты вращения двигателя при работе его в качестве привода электрогенератора . Устройство снабжено датчиком 27 и задатчиком 28 частоты тока, блоком сравнения 29, формирователем алгоритма управления 30, импульсным усилителем 31 с двумя входами и исполнительным электромагнитом 23 с датчиком тока 36. Выходы датчика и задатчика частоты тока связаны с входами блока сравнения, выход которого через формирователь алгоритма управления связан с первым входом импульсного усилителя, к выходу которого подключена обмотка исполнительного электромагнита, а датчик тока последнего подсоединен к второму входу импульсного усилителя. Исполнительный электромагнит связан через управляющий рычаг с сервомотором. Усилие от последнего через рычаги передается на пружину регулятора частоты вращения двигателя. 2 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

02 D 29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ Yi ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4459798/06 (22) 14.07.88 (46) 30.12.91. Бюл. N 48 (71) Киевский автомобильно-дорожный институт им. 60-летия Великой Октябрьской социалистической революции, Украинская сельскохозяйственная академия и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.А.Ковалев, К.Е.Долганов, С.М.Пересада, И.В.Грицук и А.А.Лисовал (53) 621.436-545(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1113579, кл, F 02 О 1/04, 1983. (54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к области машиностроения, в частности к автоматическому регулированию двигателей внутреннего сгорания транспортного средства. Цель

>SU<„> 170196Î А1

2 изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулирования частоты вращения двигателя при работе его в качестве привода электрогенератора. Устройство снабжено датчиком 27 и задатчиком 28 частоты тока, блоком сравнения 29, формирователем алгоритма управления 30, импульсным усилителем 31 с двумя входами и исполнительным электромагнитом 23 с датчиком тока 36. Выходы датчика и задатчика частоты тока связаны с входами блока сравнения, выход которого через формирователь алгоритма управления связан с первым входом импульсного усилителя, к выходу которого подключена обмотка исполнительного электромагнита, а датчик тока последнего подсоединен к второму входу импульсного усилителя. Исполнительный электромагнит связан через управляющий рычаг с сервомотором. Усилие от последнего через рычаги передается на пружину регулятора частоты вращения двигателя. 2 ил.

170 1960

Изобретение относится к машина-.Троению, в частности к автоматл:ескому pelулированию ДВС транспортного средства.

Известны передви>кные сварочные агрегаты, смонтированные нэ шасси а Го;:обиля или трактсоа,,Двигатель тэког агрегата исг1ользуется как силс,вэя у:".:; В,-ковка при движении автомодиля Ll!I! тазктора, а при нег одвижном агрег;-"-;е (В Г,роцесс<-, сВарки} для приВода злектООГенераторэ переменного тока.

К регулятору таких агрегатов предьявляются следующие «ребавания. При непадви>кном. агре ате и работе двигателя на привод электрогенератора регулятор должен обеспечивать точное по,ддержание заданной часTоты вpàщвHIëf-., грл:-:ем стэтичес.<ая ошибка pel улирования,.-ля обеспеченля высокого каче:-ства свара-Гных работ должна бь.ть равна "=, L lp!: движен и агрегата регулятор должен обеспечивать

Всере>кимное реГулировани8 частоты Bp

LLE8Hv,EI при низких требования, к точност: поддержания скоростного режима {ошибка регулирования 5 — 1 0%}.

Однако серийно вь эускаемые промьилленностью одноимпульсные регуляторы и pal Mof О действия, уст анаВливаемы8 на а! В" тотракторные дизели, эти требования I!8 обеспечивают, Эти требования можно сбеспечи-гь., улу шив статические и динамические показатели механического регулятора при псмощи подсоед1лняемых к рычагу управления регулятором приставн.-,ix электрогидравллческих >стройств, Эти устройства позволлк>т ввод. Гь Вог олнительн,ie и:п1 льсы по нагрузке и прс> лзводным о- - агрузки и, ..; От частоты вращения в закон рег,ллрования, улучшая качественные показатели системы регулирования в целом, при работе дви э;еля в режиме привода электрогенератора, При движении агрегата приставные устройства отключа отся и ре. улятор работает как обычный всережимный.

Известен регулятор частоты ьращения

ДВ С, содержащий чувствител ы-I hi é элем 8,-!т, связанный с органам дозированля топлива через силовои рычаг, сервомотор, снабженный порш I8M с двумя штоками, и золстг ик сервомоторэ, связанный через pep -oe и l8чо двуплечего рычага с первым штоком поршня, ВторОИ шток кс. торога чеоез рыч 3! пружины и пру>кину связан с силовым рь:ча"

Гам.

При снижени нагоузкл частота врэ зения двигателя увеличивается, Эта привод гг к увеличению центробежной силы, и как слалствие к перемещению силового p,I÷àãà регуля-,opR и связанного с -им органа дозирс 35ния топлива в сторону уменьшения подачи топлива и растяжению пружины регулятора, При этом золотник., связанный рычагом обратной связи с органом дозирования топлива, гадает рабочую жидкос.гь к поршню сервоматора, вызывая ега перемещение, которое -:6,;ee промежуточный рычаг уменьшает предварительное натяжение пру>кины. Одновременна с этим перемещение поршня вызывает обратное перемещение золотника и поршень останавливается в нек.тарам HGBOM пслажении, соответствующем величлне нагрузки.

Недостаткам такоГО реГулятора является то, что его динамические показатели {в частности, заброс частоты вращения} не улучшаются, что, в свою очередь, сказывается на качестве сварного шва, Это объясняется тем, что корректирование предварительного натяжения пружины происходит с запаздыванием, Кроме того, в процессе эксплуатации, вследствие износа деталей, изменяются -.àðàìåòðû настройки регулятора на заданный наклон регуляторной характеристики, что влияет на стабилизацию частоты вращения и требует периодической перенастройки регулятора.

Известен регулятор частоты вращения

ДВС, содержащий чувствительный элемент, сзязаннь;й с органом дозирования топлива через силовой рычаг, сервомотар, снабженный ",îëîòíèêîì, который связан с помощью двуплечего рычага с первым штоком поршня сервомо-,ора, Второй шток которого чеp6= рычаг пружины и пружину связан с силовым рычагом, а также измеритель нагруз .:и, рычаг переключения режимов регулирования, кэчающ!ЛЙся рычэГ и промежуточную тягу, г оичем измеритель нагрузки соеди; сн вторым плечом двуплечего рычага, а качэюшийся рычаг при помощи шарниров вязан первым концом с рычагом переключен.ля режимов, средней

-:встык — с Вторым шоком поршня и через

ВтopoA кон6ц с рег лируемь! м палзуном, При рабате двигателя в режиме вращенля генератора, регулятор настроен На однаргжимное регулирование. Пои уменьшении нагрузки частота вращения двигателя и поддерживающая сила чувствительного элемента увеличиваются, в результате .его силовой рычаг и орган дозирования топлива перемещаются э сторону уменьшения пода л топлива. Одновременно с этим измеритель нагрузки, воздействуя HB золотник, лравляет перемещением поршня сервомотора, передаваемым через двуплечий рычаг и промежуточнуа тягу на рычаг пружины, уменьшая ее предварительное натяжение, 701о60 о д 0

При этом повышается точность поддер -.-:ения скоростного режима.

Недостатком такого регулятора является то, что он не приспособлен для работы в системах автоматического регулирования частоты вращения дизель-генераторов, nl тающих сварочные машины, так как при работе дизель-генератора в качестве источника питания сварочной машины, нагрузка по фазам распределена существенно несимметрично. Это связано с тем, что к двум фазам генератора в процессе сварки подключается сварочный трансформатор, потребляющий до 80 — 90;4 мощности генератора, а к третьей фазе подключаются цепи управления сварочной машиной, потребляющие 10 — 20 мощности генератора. Поэтому генератор работает с большим перекосом фаз. В связи с этим оказывается невозможным получить качественный сигнал по нагрузке, который можно было 5b! использовать для управления регулятором.

Кроме того, изменение в процессе эксплуатации, вследствие износа деталей регулятора, параметров настройки регулятора влияет на ошибку стабилизации частоты вращения при однорежимном регулировании.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулирования частоты вращения двигателя при работе его в качестве привода электрогенератора.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор частоты вращения ДВС, содержащий центробежный датчик с подвижной муфтой, орган дозирования топлива, силовой рычаг, сервомотор с управляющим золотником и поршнем, качающийся рычаг, промежуточную тягу, управляющий рычаг, рычаг переключения режимов работ, измеритель, рычаг связи и пружину, причем подвижная муфта центробежного датчика через силовой рычаг связана с органом дозирования, поршень сервомотора связан с качающимся рычагом, один конец которого через промежуточную тягу связан с рычагом переключения режимов, а другой конец через рычаг связи и пружину — с силовым рычагом, при этом измеритель связан с золотником и сервомотором, снабжен датчиком и задатчиком частоты тока, блоком сравнения, формирователем алгоритма управления, импульсным усилителем с двумя входами и исполнительным электромагнитом с датчиком тока, при этом выходы датчика и задатчика частоты тока связаны с входами блока сравнения, выход которого через формирователь алгоритма управления связан с первым входом импульсного усилителя, к выходу которого подключена обмотка исполнительного электромагнита, а датчик тока последнего — к второму входу импульсного усилителя.

Благодаря этому при изменении несимметричной нагрузки на электрогенератор, приводящей к изменению частоты тока и частоты вращения коленчатого вала двигателя посредством датчика и задатчика частоты тока, блока сравнения, а также формирователя алгоритма управления и импульсного усилителя формируется пропорционально-интегрально-дифферен циал ьн—

ый закон управления исполнительным электромагнитом, связанным с золотником, уг равляющим перемещением поршня, передаваемым через качающийся ры«ar связи и поужину регулятора, вызывая уменьшение или увеличение (в зависимости от изменения нагрузки) ее предварительного натяжения, что позволяет обеспечить нулевую статическую ошибку регулирования и повысить динамические качества регулятора при однорежимном регулировании.

В результате вОзможности переключения режимов работы регулятор может работать как однорежимный при работе двигателя на привод генератора, а также как всережимный при транспортной работе.

На фиг. " показана принципиальная схема регулятора; на фиг, 2 — функциональная схема реализации измерителя и исполнительного электромэгнитэ, Регулятор содержит центробежный датчик с подвижной муфтой 1, связанный с органом 2 дозировэния топлива и пружиной 3 через силовой рычаг 4, рычаг связи 5, ссадиненный с одним концом качающегося рычаг Г 6, шарнирно закрепленного на промежуточной тяге 7, связанной с двуплечим рычагом 8 поршня 9 сервомоторэ 10.

Другой конец качающегося рычага 6 соединен с- рычагом 11 переключения режимов работ промежуточной тягой 12, На рычаге i1 установлен подвижный стакан 13, стопорный штифт 14 и пружина 15. Фиксатор

13 входит в вырезы на неподвижном секторе 16.

Для питания рабочей жидкостью регулятор снабжен насосом 17, перепускным клапаном 18, масляным баком 19 и фильтром 20, установленным в соединительной магистрали 21.

Регулятор снабжен измерителем 22 и исполнительным электромагнитом (ИЭМ)

23, шарнирно соединенным посредством управляющего рычага 24 с золотником 25, установленным в хвостовике поршня 9 соосно с последним. Между поршнем 9 и корпу10

1 Г сом сервомотора 10 установлена пружина

26.

Измеритель 22 содержит датчлк чагтоты тока (ДЧ) 27 и задатчик частогы тока (ЗЧ)

28, блок сравнения (БС) 29, формирователь алгоритма управления (ФАУ) 30 и имгульс,ный усилитель (ИУ) 31, Датчик частоты тока 27 электрогенера. тора (фиг. 2) представляет собой преобразователь частоты периодического сигнала в напряжение постоянного тока. Задатчик частоты тока (ЗЧ) 28 представляет собой источник эталонного напряжения.

Блок сравнения (БС} 29 выполнен на основе суммирующего операционного усилителя и имеет два входа, один из которых подключен к выходу датчика частоты тока (ДЧ} 27, а другой к задатчику частоты тока (ЗЧ} 28, Формирователь алгоритма управленля (ФАУ) 30, связанный с блоком сравнения (БС) 29, реализован на базе линейного корректирующего фильтра, включающего бперационный усилитель 32, входную цепь

33 и цепь обратной связи 34.

Формирователь алгоритма управления

30 обеспечивает реализацию алгоритма управления, позволяющего получить нулевую статическук> ошибку стабилизации частоты вращения (при работе дизеля на привод электрогенератора), минимальный заброс частоты вращения и длительность переходного процесса. Применение показанной на фиг. 2 цепи обратной связи 34 позволяет реализовать пропорционально-интегрально-дифференциальный закон управления, по которому выходное напряжение формлрователя алгоритма управления 30 изменяется по закону

13зо = Кл (Вз — Ю} — Ки „ ((gq — Ы) «1 t +

+ Кд — (в, — в), cI (j+ (1) где Et и а) — заданное и реальное значение частоты;

Кл, Ки, К вЂ” коэффициенты усиления соответственно по пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющим закона управления, При необходимости изменени"; алгоритма на другой изменяется цепь обратной сйязи 34. Для реализации пропорционального закона управления цепь обратной связи 34 выполняется в виде резистора, для реализации пропорционально-интегрального закона цепь обратной связи представляет собой последовательное соединение емкости и резистора.

Выход формирователя алгоритма управления 30 связан с входом импульсного

Г, 5 усилителя 31, содержащего широтно-импульсный усилитель 35 (ШИУ), датчик тока

36 обмотки управления исполнительного электромагнита 23 в виде шунта, суммируюший усилитель 37, определяющий разницу между выходным напряжением газо формирователя алгоритма 30 и напряжением, пропорциональным току в обмотке управления исполнительного электромагнита 23. Такое выполнение импульсного усилителя 31 позволяет обеспечить непосредственное управление током обмотки управления исполнительного электромагнита, а следовательно, непосредственно управлять его усилием, исключив при этом запаздывание, обусловленное злектромагитной инерционностью исполнительного электромагнита

23.

Регулятор работает следующим образом.

При работе двигателя в режиме привода электрогенератора регулятор настраивают на однорежимное регулирование, Для этого рычаг 11 при помощи подвижного стакана

13, штифта 14 и пружины 15 фиксируется относительно сектора 16 в положении, обеспечивающем предварительное натяжение пружины 3 на величину, необходимую для работы двигателя на холостом ходу при требуемой частоте вращения, При уменьшении нагрузки частота вращения двигателя (частота тока) и центробежная сила датчика 1 возрастают. Под действием центробежной силы силовой рычаг 4 и связанный с ним орган 2 дозирования топлива перемещаются вправо, растягивая пружлну 3 регулятора и уменьшая подачу топлива. При увеличении частоты вращения двигателя (либо увеличении частоты вращения приводимого от двигателя электрогенератора) увеличивается выходное напряжение датчика частоты тока

27, На входе блока сравнения 29 сравнива тся сигнал, пропорциональный заданному значению частоты, поступающий с выхода задатчика частоты 28, и сигнал, пропорциональный реальному значению частоты с выхода датчика частоты тока 27, Поскольку выходное напряжение блока сравнения 29 пропорционально разнице между реальным и заданным значениями частот тока электрогенератора, то повышение выходного напряжения датчика частоты 27 приведет к появлению отрицательного напряжения на выходе блока сравнения 29, которое поступает на формирователь алгоритма управления 30.

Вь.ходное напряжение U3Q формирователя алгоритма управления 30 измеряется по закону, описанному уравнением (1) и по170",960

30

50 ступает на вход импульсного усилителя 31, под действием которого в обмотке исполнительного электромагнита 23 формируется ток, равный I=Ki Uao (где К вЂ” коэффициент усиления), KGTopbl A обеспечивае умен вше" ние усилия, развиваемого исполнительным электромагнитом 23 и перемещение связанного с ним управляющегo рычага 24 влево.

В результате управляющий золотник 25 сервомотора 10 перемещается влево и каналы

38 открываются. Поддействием пружины 26 поршень сервомотора 10 начинает переме" щаться влево, вытесняя рабочую жидкость через каналы 38 на слив. При этом перемещение влево поршня 9 через двуплечий рычаг 8, промежуточный рычаг 7 и качающийся рычаг 6 передается на рычаг связи, уменьшая предварительное натяжение пружины 3.

Уменьшение подачи топлива приводит к снижению частоты вращения двигателя (снижению частоты вращения, приводимого от двигателя электрогенератора), и, как следствие, к снижению выходного напряжения датчика частоты тока 27, Процесс регулирования будет продолжаться, пока напряжение на выходе блока сравнения 29 не станет равным нулю, а поскольку алгоритм управления содержит интегральную составляющую, то до тех пор, пока не выполнится условие.и= иЬ. При этом поршень

9 закрывает каналы 38 и останавливается в новом положении, соответствующем величине нагрузки.

При увеличении нагрузки регулятор работает аналогично, но орган 2 дозирования топлива, управляющий золотник 25, поршень 9 и рычаги 24,8, 7, 6 и 5 перемещаются в противоположных направлениях.

При работе двигателя в качестве силовой установки автомобиля регулятор переключают на всережимное регулирование.

Переходу от однорежимного регулирования к всережимному предшествует сброс нагрузки генератора до режима холостого хода. Поршень 9, управляющий золотник 25 и якорь исполнительного электромагнита 23 останавливаются в положении, соответствующем сбросу нагрузки. Электрогенератор отсоединяют от двигателя. Переключатель режимов работ устанавливают в положение, при котором рычаг 11 свободно перемещается относительно сектора 16. При этом качающийся рычаг 6 свободно поворачивается относительно шарнира 39, рычагом

11можно задавать необходимый скоростной режим работы двигателя.

Центробежная сила датчика 1 уравновешивается силой пружины 3, При уменьшении нагрузки частота вращения двигателя увеличивается, что приводит к увеличению центробежной силы датчика 1, в результате чего орган 2 дозирования подачи топлива перемешается в сторону уменьшения подачи оплива, растягивая пружину 3 регулятора. Новый равновесный режим

;станавли",ается при большей частоте вра,цения. Изменяя натяжение пружины 3 регулятора с помощью рычагов 11, 12, 6 и 5, можно варьировать скоростными режимами работы двигателя в широких пределах.

Испсльзование предлагаемого регулятора частоты вращения позволяет получить нулевуа статическую ошибку стабилизации частоты вращения и улучшить динамические качества системы автоматического ре. улирования при однорежимном регулировании, при существенно несимметричной нагоузке на генератор, а также обеспечить всережимность работы регулятора при транспортном режиме работы.

Формула изобретения

Регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащий центробежный датчик с подвижной муфтой, орган дозирования топлива, силовой рычаг, сервомотор с управляющим золотником и поршнем, качающийся рычаг, промежуточную тягу, управляющий рычаг, рычаг переключения режимов работы, измеритель, рычаг связи и пружину, причем подвижная муфта центробежного датчика через силовой рыча- связана с органом дозирования, поршень сервомотора связан с качающимся рычагом, один конец которого Через промежуточную тягу связан с рычагом переключения режимов, а другой конец через рычаг связи и пружину — с силовым рычагом, при этом измеритель связан с золотником сервомотора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулирования частоты вращения двигателя при работе его в качестве привода электрогенератора, регулято- снабжен датчиком и задатчиком частоты тока, блоком сравнения, формирователем алгоритма управления, импульсным усилителем с двумя входами и исполнительным электромагнитом с датчиком тока, при этом выходы датчика и задатчика частоты тока связаны с входами блока сравнения, выход которого через формирователь алгоритма управления связан с первым входом импульсного усилителя, к выходу которого подключена обмотка исполнительного электромагнита, а датчик тока последнего подсоединен к второму входу импульсного усилителя.

1701960

Составитель С.Ковалев

Техред М.Моргентал Корректор M.Кучерявая

Редактор M.Òîâòèí

Заказ 4523 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101