СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИМИТАЦИЕЙ ЕЗДОВОГО ЦИКЛА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПО ЗАДАННОМУ АЛГОРИТМУ

Техническое решение относится к автомобилестроению, в частности, к стендам для проведения комплексных испытаний двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с имитацией ездового цикла транспортного средства по заданному алгоритму (далее в описании стенд для комплексных испытаний ДВС) для получения данных о мощностных, экономических и экологических параметрах ДВС.
2
x
Техническое и измерительное оснащение стенда для комплексных испытаний ДВС позволяет проводить испытания ДВС по циклам с переменной регулируемой нагрузкой, а также контролировать и управлять следующими параметрами испытуемого ДВС: частотой вращения коленчатого вала, крутящим моментом, положением дроссельной заслонки, положением коленчатого вала, массовым расходом воздуха, температурой ДВС и концентрацией выбросов СО, СO, СН, NO в отработавших газах ДВС.
Из уровня техники известны различные варианты исполнения стендов для проведения комплексных испытаний ДВС, в том числе с имитацией ездового цикла транспортного средства по заданному алгоритму.
Изобретение, предложенное в патенте US 4466294 (G01L 3/18, опубл. 21.08.1984), относится к испытательным стендам ДВС и, в частности к испытательным стендам, которые позволяют имитировать ездовой цикл движения транспортного средства. В качестве инерционной нагрузки в стенде используется маховик, моделирующий ускорение и замедление моделируемого транспортного средства. Гидравлический динамометр, имитируя нагрузку со стороны дороги, позволяет определить необходимую мощность ДВС. Маховик и гидравлический динамометр жестко связаны с испытуемым ДВС. Два дисковых тормоза, входящих в состав стенда, обеспечивают принудительное замедление согласно требованиям ездового цикла.
Недостатком представленного стенда является механическая составляющая нагрузочной системы стенда (маховик, гидравлический динамометр и дисковые тормоза), обладающая увеличенной инерционностью, которая может препятствовать имитации циклов с высокими знакопеременными ускорениями.
Изобретение, представленное в патенте RU 2055339 (G01M 15/00, опубл. 27.02.1996) относится к устройствам для испытания двигателей внутреннего сгорания. Рассмотренный стенд может быть рассчитан для нагружения ДВС с номинальными оборотами 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500, 375 об/мин. Если испытываемый ДВС имеет отличное число номинальных оборотов от выше перечисленных, то между ДВС и валом одноякорного преобразователя устанавливается редуктор.
К недостаткам рассмотренного стенда можно отнести большой шаг изменения оборотов нагружения ДВС и необходимость применения редуктора в случае необходимости исследования на иных частотах вращения. Основным недостатком представленного стенда является невозможность имитации ездовых циклов транспортного средства.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является оборудование для стендовых испытаний ДВС, рассмотренное в патенте US 6634218 (G01L 3/26, опубл. 21.10.2003). Испытательное оборудование включает в себя динамометрический стенд, который с помощью изменения нагрузки позволяет имитировать инерционные параметры трансмиссии и колес в условиях различных ездовых циклах. Испытуемый ДВС соединен с электрической нагрузкой динамометрического стенда через муфту, способную отключать электрическую нагрузку на определенных участках ездового цикла. Для определения крутящего момента, развиваемого ДВС, в состав динамометрического стенда включен датчик крутящего момента, который через усилитель и преобразователь сигнала передает информацию в управляющий компьютер.
К недостатку рассмотренного выше стенда можно отнести усложнение механической части, которое проявляется в виде присутствия механической муфты сцепления, оснащенной актюатором, связанным на сигнальном уровне с преобразователем сигнала и управляющим компьютером.
Задача, поставленная в полезной модели, состоит в упрощении механической составляющей стенда для комплексных испытаний ДВС без снижения функциональных характеристик.
Технический результат полезной модели заключается в возможности имитации широкого диапазона ездовых циклов транспортного средства по заданному алгоритму. Система управления стенда позволяет имитировать работу механической муфты сцепления. Обратимая электрическая машина при определенном алгоритме управления во время ездового цикла обеспечивает моделирование физико-механических процессов, происходящих в системе «ДВС - трансмиссия - дорога», при работе механической муфты сцепления: включено/выключено.
Сущность полезной модели состоит в том, что стенд для комплексных испытаний ДВС, содержащий динамометрический стенд, датчик измерения крутящего момента, развиваемого ДВС во время испытаний, и управляющий компьютер, дополнительно снабжен AC-DC преобразователем с рабочим входным напряжением 380 В, инвертором для обеспечения передачи электроэнергии к нагрузке в цепь, резистивной нагрузкой, обеспечивающей работу электрической машины в режиме генератора, и контроллером, обеспечивающим контроль и управление энергопотоками в электрических цепях стенда для комплексных испытаний ДВС и вывод информации на монитор управляющего компьютера.
Кроме того, еще отличия состоят в том, что:
- в составе динамометрического стенда применена обратимая электрическая машина и соответствующий алгоритм управления, позволяющие совместными действиями имитировать разъединение испытуемого ДВС и электрической машины, который, при этом, жестко соединены между собой;
- в состав контроллера 5 входят контроллер реального времени, контроллер ППВМ cRIO-9113, модули цифровых входных и выходных каналов, а также модули аналоговых входных и выходных каналов.
При таком исполнении стенд для комплексных испытаний ДВС обеспечивается возможность имитации широкого диапазона ездовых циклов транспортного средства по заданному алгоритму.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена структурная электрическая схема стенда для комплексных испытаний ДВС.
Стенд для комплексных испытаний ДВС состоит из динамометрического стенда 1, AC-DC преобразователя 2 с рабочим входным напряжением 380 В, инвертора 3 для обеспечения передачи электроэнергии к нагрузке в цепь, резистивной нагрузки 4, обеспечивающей работу электрической машины в режиме генератора, контроллера 5 и управляющего компьютера 6, выводящего всю необходимую информацию с контроллера 5. Также в состав стенда для комплексных испытаний ДВС входит газоаналитический комплекс (на структурной электрической схеме не показан), предназначенный для контроля концентрации вредных выбросов в отработавших газах ДВС.
Стенд для комплексных испытаний ДВС работает следующим образом. Испытуемый ДВС устанавливается на динамометрический стенд 1 и с помощью муфты с датчиком измерения крутящего момента, необходимым для контроля и управления режимами нагружения ДВС, жестко соединяется с электрической машиной. Управление режимами нагружения ДВС позволяет имитировать ездовой цикл транспортного средства.
В динамометрическом стенде 1 применена обратимая электрическая машина, способная работать в режиме электродвигателя или электрогенератора.
Для осуществления пуска ДВС перед началом испытаний электрическая машина работает в режиме электродвигателя, при этом электроэнергия поступает к нему от общепромышленной трехфазной сети напряжением 380 В через AC-DC преобразователь 2 и преобразователь динамометрического стенда 1. Во время испытаний в работу включается инвертор 3, необходимый для передачи электроэнергии от динамометрического стенда к резистивной нагрузке 4.
Для обеспечения работы электрической машины в режиме генератора при нагружении испытуемого ДВС применена резистивная нагрузка 4, предназначенная для потребления электрической энергии торможения генератора и ее последующего рассеивания в в атмосферу.
Контроль и управление энергопотоками в электрических цепях стенда для комплексных испытаний ДВС выполняет контроллер 5. Значения контролируемых параметров через контроллер 5 выводятся на монитор управляющего компьютера 6. Управление режимами нагружения ДВС осуществляется с помощью управляющего компьютера 6.
Диапазон измерения стенда для комплексных испытаний ДВС позволяет проводить испытания бензиновых двигателей с искровым зажиганием со следующими параметрами:
- номинальная мощность: до 180 кВт;
- максимальный крутящий момент: до 1000 Нм;
-1
- максимальная рабочая частота вращения коленчатого вала: не более 9000 мин;
- определять уровень выбросов вредных веществ экологического стандарта Евро-5.