Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее последовательно соединенные датчик температуры масла, :первый сумматор, блок сравнения, выпрямительный элемент, интегратор и первый блок нелинейности, выход интегратора соединен с другим входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй блок нелинейности и усилитель соединен с другим входом первого блока нелинейности, вторые входы первого и второго сумматоров соединены соответственно с источником постоянного напряжения и выходом датчика напряжения угла поворота педали подачи топлива, а выход блока задания внешнего момента соединен с вторым входом интегратора, о тличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем моделирования пусковых характеристик двигателя и тяговых характеристик электростартера, оно дополнительно содержит первый и второй коммутаторы, элемент задержки , инвертор, последовательно со.е диненные кнопку запуска и третий блок нелинейности, выход которого соединен с третьим входом интегратора , выход которого через инвертор подключен к второму входу третьего i блока нелинейности, третий вход которого соединен с выходом датчика (Л температуры масла, информационный вход и выход первого коммутатора подключены соответственно к выходу первого блока нелинейности и к четвер- . тому входу интегратора, а управляющий вход первого коммутатора соединен с выходом блока сравнения и через элемент задержки - с управляющим входом второго коммутатора, со | вход и выход которого соответственно соединены с источником опорного напряжения и третьим входом первого сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) цр С 06 G 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3570743/18-24 (22) 01. 04.83 (46). 23.08.84. Бюл. N - 31 (72) А.А. Бельке и В.В. Бодугин ,(53) 681.3(088.8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР

У 640326, кл. G 06 G 7/62, 1976.

2, Авторское свидетельство СССР

N - 920774, кл. G 06 G 7/62, 1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее последовательно соединенные датчик температуры масла, :первый сумматор, блок сравнения, выпрямительный элемент, интегратор и первый блок нелинейности, выход интегратора соединен с другим входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй блок нелинейности и усилитель

l соединен с другим входом первого блока нелинейности, вторые входы первого и второго сумматоров соединены соответственно с источником постоянного напряжения и выходом датчика напряжения угла поворота педали подачи топлива, а выход блока задания внешнего момента соединен с вторым входом интегратора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем моделирования пусковых характеристик двигателя и тяговых характеристик электростартера, оно дополнительно содержит первый и второй коммутаторы, элемент задержки, инвертор, последовательно сое диненные кнопку .запуска и третий блок нелинейности, выход которого соединен с третьим входом интегратора, выход которого через инвертор подключен к второму входу третьего блока нелинейности, третий вход которого соединен с выходом датчика температуры масла, информационный вход и выход первого коммутатора под. ключены соответственно к выходу первого блока нелинейности и к четвертому входу интегратора, а управляющий вход первого коммутатора соединен с выходом блока сравнения и через элемент задержки — с управляю-щим входом второго коммутатора, вход и выход которого соответственно соединены с источником опорного напряжения и третьим входом первого сумматора.

1109770

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в тренажерах транспортных средств.

Известно устройство для моделиро- 5 вания механической передачи, содержащее последовательно соединенные первый интегратор, второй интегратор, инвертирующий усилитель и третий интегратор, последовательно соединенные четвертый интегратор,,блок нелинейности типа сухое трение и пятый интегратор, а также два мостовых выпрямителя и три инвертора (11. ,Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее,последовательно соединенные датчик температуры масла, первый сумматор, блок сравнения, выпрямитель- 20 ный элемент, интегратор и первый блок нелинейности, выход которого соединен с вторым входом интегратора, выход интегратора одновременно соединен с вторым входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй блок нелинейности и усилитель соединен с вто. рым входом первого блока нелинейнос- 30 ти, вторые входы первого и второго сумматоров соответственно соединены с источником постоянного напряжения и датчиком угла поворота педали подачи топлива, а блок задания внешне;го момента соединен с третьим входом интегратора (21.

Недостатком известного устройства является то, что с его помощью не модулируются пусковые характеристики 40 двигателя и тяговые характеристики электростартера, что не позволяет правильно смоделировать процесс запуска двигателя электростартером.

Это приводит к тому, что при исполь- 45 зовании известного устройства, например,в тренажерах, обучаемому нельзя привить правильные навыки по запуску двигателя электростартером.

Цель изобретения — расширение >0 функциональных возможностей устройства путем моделирования пусковых характеристик двигателя и тяговых характеристик электростартера.

Поставленная цель достигается 55 тем, что устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные датчик температуры масла, пср вый сумматор, блок сравнения, ныпрямительный элемент, интегратор

I и первый блок нелинейности, ныход интегратора соединен с другим входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй блок нелинейности и усилитель соединен с другим входом первого блока нелинейности, вторые входы первого и второго сумматоров соединены соответственно с источником постоянного напряжения и выходом датчика напряжения угла поворота педали подачи топлива, а выход блока задания внешнего момента соединен с вторым. входом интегратора, дополнительно содержит первый и второй коммутаторы, элемент;.задержки, инвертор, последовательно соединенные кнопку запуска и третий блок нелинейности, выход которого соединен с третьим входом интегратора, выход которого через инвертор подключен к второму входу третьего блока нелинейности, третий вход которого соединен с выходом датчика температуры масла, информационный вход и выход первого коммутатора подключены соответственно к выходу первого блока нелинейности и к четвертому входу интегратора, а управляющий вход первого коммутатора соединен с выходом блока сравнения и через элемент задержки — с управляющим входом второго коммутатора, вход и выход которого соответственно соединены с источником опорного напряжения и третьим входом первого сумматора.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 поле рабочих характеристик двигателя; на фиг. 3-5 — возможные реализации схем блоков нелинейности.

Устройство содержит датчик 1 напряжения угла поворота педали подачи топлива, кнопку 2 запуска, второй сумматор 3, инвертор 4, третий блок 5 нелинейности, блок 6 за-. дания внешнего момента„ датчик 7 температуры масла, второй блок 8 нелинейности, первый коммутатор 9, иптегратор 10 выпрямительный элемент

11, первый сумматор 12, элемент 13 задержки, второй коммутатор 14, усилитель 15, первый блок 16 нелинейности, блок 17 сравнения, í >Ix(!fl, ко горокg>

1109770

Основное уравнение, на котором 45 основана работа устройства, имеет с ш)

ЗЫБИ -Мю.М -Мп-ММ1 — момент инерции, приведенный к валу двигателя — угловая скорость вращения вала двигателя, М,®-8 1- крутящий момент двигателя зависящий от угловой ско- 55 рости вращения иО и от количества подающего топлива (g); где

1 одновременно соединен с управляющим входом первого коммутатора 9, через элемент 13. задержки с управляющим входом второго коммутатора

14 и через выпрямительный элемент 11 5 с первым входом интегратора .10, выход последнего одновременна соединен с первым входом первого блока 16 нелинейности, с .вторым входом блока

17 сравнения, через инвертор 4 — с вторым входом третьего блока 5.нелинейности и через последовательно соединенные второй сумматор 3, второй блок 8 нелинейности и усилитель 15с вторым входом первого блока 16 нелинейности, выход которого через первый коммутатор 9 соединен с четвертым входом интегратора 10, третий вход которого соединен с выходом блока 6 задания внешних моментов, а четвертый вход — с выходом третьего блока 5 нелинейности, первый вход которого через кнопку 2 соединен с источником опорного напряжения, выход датчика 7 температуры масла 7 одновременно соединен с третьим входом третьего блока 5 нелинейности и с первым входом первого сумматора 12, второй и третий входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и с выходом второго коммутатора 14, информационный вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход первого сумматора 12 35 соединен с.первым входом блока 17 сравнения, первый вход второго сумматора 3 соединен с выходом датчика

1 напряжения угла поворота педали подачи топлива, который соединен 40 с источником опорного напряжения.

Блоки нелинейности включают усилители 18, резисторы 19 и диоды 20.

М г=У(М, )-крутящий момент стартера; приложенный к валу двига-! теля,.

И„У(Ы) — момент сопротивления прокрутки двигателя при частотах вращения его вала, при которых не происходит воспламенение топливной смеси и Мдь = О;

М вЂ” момент сопротивления внешних. сил, приведенный к валу двигателя.

Это уравнение решается с помощью интегратора 10, на первый, второй, третий и четвертый входы которого поступают соответственно напряжения

Ljw, Им,, "м, Ом „, пропорциональные соответствующим моментам.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства, соответствующем заглушенному двигателю, когда кнопка отпущена (кнопка

2 разомкнута) и педаль подачи топлива отпущена (напряжение с датчика 1 равно О), интегратор 10 разряжен положительным напряжением,с выхода блока 17 сравнения, которое поступает на его первый вход через выпрямительный элемент 11 и пропорционально. Этим же напряжением по управляющим входам разомкнуты первый 9 и второй 14 коммутаторы. На выходе датчика 7 температуры масла формируется напряжение, соответствующее температуре масла двигателя, это напряжение поступает на первый вход сумматора 12, на второй вход котоцого поступает постоянное напряжение. На выходе сумматора 12 формируется напряже" ние,пропорциональное минимальной частоте вращения двигателя, .при которой происходит запуск двигателя при указанной температуре 40 >< =9 (т„, При замкнутом коммутаторе 14 (коммутатор замыкается после запуска двигателя) на третий вход сумматора

12 поступает постоянное напряжение, а на его выходе в этом случае формируется напряжение, пропорциональное минимальной частоте вращения двигателя на холостом ходу, также зависящее от температуры масла щн „ (1и Фмиць У мик »

Для запуска двигателя необходимо выжать на некоторый угол педаль подачи топлива и нажать кнопку 2. При

1109770

45 этом на выходе датчика 1 появляется напряжение, которое, пройдя через сумматор 3, блок 8 нелинейности и усилитель 15, преобразуется в напряжение, пропорциональное величине 5 подачи топлива (в данном случае максимальная подача), а с датчика кнопки 2 на первый вход блока 5 нелинейности поступает постоянное напряжение, пропорциональное максимальному

Моменту стартера (при Ыд =, О). На третий вход блока 5 нелинейности поступает напряжение с выхода датчика

7 температуры масла, которое при заглушенном двигателе соответствует температуре окружающей среды. В результате на выходе блока 5 нелинейности появляется напряжение, пропорциональное Мс и зависящее от температуры окружающей среды (чем больше температура, тем больше момент)

1 которое поступает на четвертый вход интегратора 10. На первый вход интегратора 10 поступает напряжение, пропорциональное Мц, с блока .17 сравнения через выпрямительный элемент 11, а на третий вход интегратора поступает напряжение, пропорциональное М д с блока задания внешних моментов. 30

Если lU, 1 )(Омц +0м „, то на выходе интегратора 10 появляется растущее напряжение U „ пропорциональное частоте вращения вала двигателя. Напряжение U через инвертор 4, необходимый для согласования напряжения по знаку, поступает на второй вход блока 5 нелинейности, уменьшая при этом напряжение UM (фиг. 5), что, в свою очередь, влечет за собой 4р уменьшение скорости нарастания напряжения U на выходе интегратора

10ф и,при условии lU mj lUgg+Ом заряд интегратора прекращается. Запуск двигателя осуществляется лишь в том случае, если напряжение 0 . с выхода интегратора 10 становится больше напряжения на выходе сумматора 12, пропорционального минимальной частоте запуска двигателя М)цд, SO

При этом на выходе блока 17 сравнения напряжение изменяет свою полярность и выпрямительный элемент

11 не пропускает его на вход интегратора 10, что эквивалентно уменьшению М„ до нуля. Одновременно напряжением с выхода блока 17 замыкается первый коммутатор 9, на второй вход интегратора 10 поступает напряжение

Ц,пропорциональное крутящему моменту двигателя при работе его на внешней характеристике, формируемое на выходе блока lá. В дальнейшем кнопка 2 может быть отпущена, дальнейший заряд интегратора 10 осуществляется за счет наличия на его втором входе напряжения Up . Через время, определяемое временем задерж ки элемента 13 задержки, замыкается коммутатор 14, на третий вход сумматора 12 поступает постоянное напряжение и на его выходе появляется напряжение, пропорциональное 60М „ которое поступает на первый вход блока 17 сравнения. Время задержки элемента 13 выбрано из такого расчета, что напряжение на выходе интегратора 10 успевает вырасти до значения UQ9 ) 0ц) qgq y

В этом случае напряжение на выходе блока 17. сравнения не изменяется, и коммутаторы 9 и 14 остаются замкнутыми, что соответствует запущенному двигателю. Изменяя напряжение на выходе датчика 7 температуры масла, который может представлять собой, например, потенциометр, возможно изменение крутящего момента стартера

M q и минимальной частоты запуска

Ымдцд, Причем при уменьшении температуры М уменьшается, а Ым„ увеличивается, что приводит к увеличению времени запуска или даже к невозможности его.

После окончания процесса запуска разгон двигателя продолжает осуществляться за счет крутящего момента

Maa =ECCH ) . Указанная зависимость формируется с помощью первого блока

16 нелинейности, на первый вход которого подается напряжение с интегратора 10, а на другой — напряжение, пропорциональное величине подачи топлива. Причем разгон в этом случае осуществляется по внешней характеристике.

Работа на внешней характеристике определяется тем, что на второй вход блока 16 нелинейности подается максимальное положительное напряжение, определяемое напряжением с второго блока 8 нелинейности. Когда напряжение с выхода интегратора 10 становится больше напряжения с выхода датчика I угла поворота педали подачи топлива, напряжение на выхо1109770 де второго сумматора 3 меняет знак.

При этом напряжение на выходе второго блока 8 нелинейности, начинает резко уменьшаться, что приводит к ,снижению напряжения Омдп на выходе 5 первого блока 16 нелинейности, т.е. формируется регуляторная характеристика двигателя. Положение регуляторных характеристик двигателя определяется напряжением с датчика 1.

При отсутствии напряжения Омпер пропорционального моменту сопротивления

Яп с блока 6 задания внешнего момента, значение напряжения ОМ равно нулю. Рабочая точка, определяемая 15 координатами крутящего момента Мдп и оборотов Ю, находится на оси оборотов, например в точке А. При увеличении U> „ рабочая точка находится на регуляторной характеристике, т.е. 20 напряжение 0,,1 уменьшается. При дальнейшем увеличении U> „ рабочая точка выходит на внешнюю характеристику. В этом случае U становится меньше напряжения, снимаемого с датчи 25 ка 1.

При дальнейшем увеличении Ом@, рабочая точка перемещается по внешней характеристике в сторону уменьшения оборотов. Еслй Омпер > gq, то 30 происходит "заглохание" по первой части внешней характеристики.

Рассмотрим случай формирования тормозных характеристик. Допустим, рабочая точка находится на регулятор-З5 ной характеристике (точка В). В этом случае напряжение Ц =U и U >=сопф, что соответствует установившемуся режиму работы двигателя.

При изменении напряжения с выхода 40 э датчика 1 угла поворота педали по-. дачи топлива в сторону уменьшения подачи топлива напряжение с выхода датчика 1 становится меньше LI д

При этом меняется знак на выходе второго сумматора 3, что, в свою очередь, приводит к смене знака и резкому увеличению напряжения на выходе блока 8. Последнее через усилитель 15 действует на второй вход первого блока 16 нелинейности и изменяет полярность его выходного напряжения, т.е. рабочая точка переходит по регуляторной характеристике в область тормозных моментов, например в точку С. В этом случае напряжение разряжает интегратор 10, что приводит к снижению U . Это снижение происходит до тех пор, пока 0<„ не сравняется с напряжением с выхода датчика 1 угла поворота педали подаБи топлива, т.е ° рабочая точка выходит на новую регуляторную характеристику (точка Р ).

Таким образом, устройство позволяет моделировать,.кроме рабочих режимов, режим запуска двигателя электростартером, причем, в зависимости от желания инструктора можно менять условия запуска, например запуск в летних или зимних условиях.

Применение предлагаемого устройства в тренажере для обучения водителей транспортных средств позволяет обучаемому отрабатывать правильные приемы запуска двигателя электростартером в разных климатических условиях, что повьппает качество обучения водителей транспортных средств.

1109770

11r)9770

Внешняя характеристика

H0/Ð истили

Выход

1109770

Вы|ход

Составитель В.Фукалов

Техред Т,Маточка

Корректор С.Шекмар

Редактор Н.Бобкова

Подписное

Тираж 699

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6086/35

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

ЯМс ДЦ7Я у" а Аио, -й &од фи8 5