Устройство для моделирования системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств. Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства за счет задания значений начальных условий, соответствующих различным температурам окружающей среды. Устройство содержит кнопку запуска, . элемент И, элемент НЕ, девять коммутаторов,датчик включения подогревателя, блок моделирования двигателя, шесть делителей напряжения, два разделительных диода , ограничительный диод, два ограничителя напряжения, схему сравнения , два интегратора, переключатель, датчик.положения жалюзи, сумматор, усилитель, ограничительный резистор. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 06 G 7/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1170470 (21) 3967433/24-24 (22) 22.07.85

{46) 30.01.87. Бюл. № 4 (72) А.А.Бельке и В.В.Баранов (53) 681,3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1170470, кл. G 06 G 7/57, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств. Цель иэобретения—

„„SU„„ I 287202 А 2 расширение функциональных возможностей устройства за счет задания значений начальных условий, соответствующих различным температурам окружающей среды. Устройство содержит кнопку запуска, . элемент И, элемент НЕ, девять коммутаторов, датчик включения подогревателя, блок моделирования двигателя, шесть делителей напряжения, два разделительных диода, ограничительный диод, два ограничителя напряжения, схему сравнения, два интегратора, переключатель датчик. положения жалюзи, сумматор, усилитель, ограничительный резистор.

1 ил.

1287202

f5

20 (5) дВ К1 А K2Mэ (3) 50 (4) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств и является дополнительным к основному авт.св.Р 1170470, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования фиксированных значений начальных условий, соответствующих различным температурам окружающей среды.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит кнопку 1 запуска, элемента И 2, элемента НЕ 3, первый коммутатор 4, датчик 5 включения подогревателя, блок 6 моделирования двигателя, первый делитель

7 напряжения, второй делитель 8 напряжения, второй разделительный диод

9, первый разделительный диод 10, чет вертый коммутатор 11, пятый коммутатор 12, первый ограничитель 13 напряжения, первый интегратор 14, схему 15 сравнения, третий делитель 16 напряжения, шестой коммутатор 17, четвертый делитель 18 напряжения, сумматор 19, седьмой коммутатор 20, ограничивающий резистор 21, второй коммутатор 22, пятый 23 и шестой 24 делитель напряжения, усилитель 25, восьмой 26 и девятый 27 коммутаторы, второй ограничитель напряжения 28, второй интегратор 29, переключатель

30, датчик 31 положения жалюзи и третий коммутатор 32.

В состав элементов устройства входят резисторы 33, диоды 34, конденсаторы 35, Ф

Устройство для моделирования системы охлаждения описывается системой уравнений о

0ж = (Кт + Хг г„) (Tæ Тж ), (2) q, = (К„+ Х,Ь„К„) Т„, где Т вЂ” температура охлаждающей жд жидкости на выходе из двигателя; с — приведенная теплоемкость ! охлаждающей жидкости, циркулирующей через двигатель и металла двигателя, („ — количество тепла, отдаваемого подогре --.телем охлаждающей жидкости, — логическая переменная

1 — подогреватель включен, 0 — подогреватель выключен, ()д — количество тепла, отдаваемого сгораемым в двигателе топливом охлаждающей жидкости, — количество тепла, забираемого от двигателя охлаждающей жидкостью, К ди К г — коэффициенты, характеризующие теплоотдачу от двигателя к охлаждающей жидкости, Х вЂ” логическая переменная, равная 1 при незапущенном дви25 гателе, С вЂ” приведенная теплоемкость радиатора, .

К,,Кр — коэффициенты, характеризующие теплопередачу между радиатором и окружающей средой, Т „ — температура охлаждающей жидкости на выходе в двигатель, — количество тепла, забирае35 мого радиатором у охлаждающей жидкости, h® — параметр, учитывающий поло-, жение жалюзи, 1 — жалюзи открыты, 40 (Π— жалюзи закрыты.

Величина Q s пропорциональная количеству топлива, сгораемому в двигателе, и зависит от оборотов и момента развиваемого двигателем, поэтому

45 в первом приближении, величина дд определяется следующим уравнением где <л д — угловая скорость выходного вала двигателя, М вЂ” крутящий момент, развиваемый выходным валом двига55 теля, К и К вЂ” коэффициенты пропорциональ2 ности..

Уравнения (1) и (5) решаются блоками 4, 5, 6 и 14, на выходе интегра1287202 тора 14 формируется напряжение, пропорциональное температуре охлаждающей жидкости Б на выходе из двигателя.

Количество тепла, отдаваемого 5 подогревателем охлаждающей жидкости величина постоянная и определяется уровнем постоянного напряжения, которое подается на соответствующий вход интегратора 14 через коммугатор

4 при включении датчика 5 подогревателя.

Количество тепла, отдаваемого охлаждающей жидкости сгораемым в дви- f5 гателе топливом 0, определяется уравнением (5). Напряжения, пропорциональные <Ъ и М, поступают из блока 6 на соответствующие входы интегратора 14, а входные резисторы 20 по этим входам соответствуют постоянным коэффициентам К> и К>.

Уравнения (2), (3), (4) решаются остальными блоками предлагаемого устройства. 25

В уравнении (2) выражение (K-f +

+ Х Кг ) — величина постоянная и определяется входными резисторами сумматора 19 и коэффициентом усиления усилителя 25. На входы сумматора 19 30 подаются напряжения, пропорциональные Т д и Т,„ соответственно с выходов интеграторов 14 и 29, а с выхода сумматора 19 снимается напряжение, пропорциональное (Т д — Т„, ). На выходе усилителя 25 формируется напряжение, пропорциональное Q

На начальном этапе, когда двигатель холодный и не запущен, температура двигателя и радиатора равна 40 температуре окружающей среды, т.е.

ТМА Тж р Токр

Установка начальной температуры 45

Т, производится с помощью блоков

13, 17, 20 и 28.

Температура Т „р определяется уров нем постоянных напряжений, снимаемых с делителей 7, 8, 16, 18, 23 и 24. 50

В уравнении (4) выражение (K«+

+ Х Ь„ Кр ) — величина постоянная и

Ря определяется датчиком 31 и коммутатором 32. Т р и Qf моделируется интегратором, ограничитель 28. напря-. жения, датчиком 31 и коммутатором.

32.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом запуска двигателя" с помощью переключателя 30 задают начальные условия, соответствующие температуре окружающей среды, а следовательно, и температуру охлаждающей жидкости Т д в двигателе.

Переключателем 30 устанавливают фиксированные значения температуры ок ружающей среды, например, от -30 до

+40ОС (может быть любое количество фиксированных значений температуры).

В качестве примера выполнения устройства рассмотрим три фиксированных значения температур Т1 > Т > Тз

Минимальная температура Т уста-. з навливается при отключении переключателя 30 нажатием на кнопку 1. В этом случае с выхода кнопки 1 на первый вход элемента И 2 подается сигнал лог. "1". Поскольку "двигатель не запущен", то на выходе схемы 15 сравнения имеется напряжение лог.

"0, которое инвертируется элементом

НЕ 3 в напряжение лог. "1"..и подается на другой вход элемента И 2.

На выходе элемента И 2 формируется сигнал лог. "1", который, поступая на управляющие входы шестого 17 и седьмого 20 коммутаторов, открывает их. Разнополярные напряжения с выходов делителей 16 и 18 через открытые коммутаторы 17, 20 поступают на соответствующие входы интеграторов 14 и

29. На интеграторе 14 напряжение поступает положительной полярности, а на интегратор 29 — отрицательной полярности. Интегратор 14, выходные напряжения которого только положительные,и интегратор 29,.выходные напряжения которого только отрицательные, начнут разряжаться. Как только напряжение на выходах интеграторов 14, 29 станет равным нулю, кнопку 1 отпускают.

В случае заряда интеграторов 14, 29 в полярности, противоположные рабочим, при отпускании кнопки 1 происходит разряд емкости интеграторов

14, 29 через ограничители 13, 28 до напряжения, равного нулю. Нулевой потенциал на выходах интеграторов

14 29 соответствует температуре ТЗ

При установке Т1 и Т переключатель 30 устанавливают в положение, когда общий контакт переключателя

30 замкнут со вторым или третьим контактом. В этом случае по сигналу с переключателя 30 открываются либо

f287202 коммутаторы 11, 25, либо коммутаторы

12 27, в зависимости от того, с каким контактом замкнут общий контакт переключателя 30.

Напряжение, пропорциональное тем- 5 пературе охлаждающей среды с выхода делителей либо 7, 23, либо 8, 24 через соответствующие открытые коммутаторы 11, 25, либо 12, 27 поступает на управляющие входы ограничителей

13 и 28. На вход первого ограничителя напряжение приходит отрицательной полярности, на вход второго ограничителя — положительной полярности. С выхода ограничителей 13, 28 напряжение, пропорциональное температуре окружающей среды, поступает на шестой вход интегратора 14 и четвертый вход интегратора 29, заряжая емкости последних до величины, определяемой уровнем управляющего напряжения ограничителей 13 и 28. На выходах интеграторов 14 и 29 формируется напряжение, пропорциональное температуре окружающей среды: либо Т, либо Т .

Таким образом, изменяя дискретно на управляющих входах ограничителей

13 и 28 величину напряжений, на выходах интеграторов 14, 29 можно получать различные напряжения, пропорциональные температуре окружающей

Среды.

Установив переключателем 30 температуру окружающей среды, водитель, зная температуру охлаждающей жидкости в двигателе, производит подготовительные операции перед запуском, алгоритм которых зависит от значения 40 температуры окружающей среды.

Если температура окружающей среды ниже нуля, то водитель производит прогрев охлаждающей жидкости. Для этого после подготовительных опера- 45 ций он включает подогреватель. При этом на выходе датчика 5 включения подогревателя появляется сигнал, вклю. чающий коммутатор 4. С помощью коммутатора 4 на вход интегратора 14 по- Я) дается постоянное напряжение, пропорциональное количеству тепла, отдаваемого подогревателем охлаждающей жидкости. В результате, на выходе интегратора 14 появляется напряжение

Н ., пропорциональное температуре охлаждающей жидкости в двигателе..

Время, за которое напряжение.нарастет до значения, при котором запуск двигателя возможен, зависит от того, какая температура окружающей среды задана переключателем 30.

Напряжение U с выхода интегратора 14 поступает на вхо„" сумматора

19. На его другой вход поступает напряжение Uq, пропорциональное температуре охлаждающей жидкости в радиаторе (в данный момент оно соответствует температуре окружающей среды).

В результате на выходе сумматора 19 появляется напряжение U, пропорциональное количеству тепла, отводимого от двигателя.

Это напряжение через резистор 21 (коммутатор 22 при незапущенном двигателе отключен) и усилитель 25 поступает на вход интегратора 29, заряжая его. При этом на выходе последнего появится напряжение U одТжр како увеличение этого напряжения будет незначительно, т.к. коэффициент передачи по цепи (резистор 21 — усилитель 25) незначителен, в связи с тем, что в данном случае моделируется процесс теплопередачи без циркуляции жидкости, т.е. моделируется процесс работы подогревателя.

После прогрева двигателя с помощью подогревателя водитель отключает подогреватель. Коммутатор 4 при этом отключает напряжение от интегратора

14. Далее водитель запускает двигатель.

В этом случае на втором выходе блока 6 моделирования двигателя появляется напряжение U пропорциональное оборотам вала двигателя. Это напряжение поступает на схему 15 сравнения и включает ее, На выходе схемы 15 формируется сигнал лог."1" соответствующий вращению вала двигателя. Этот сигнал включает коммутаторы 22, 32. Одновременно с этим,. сигнал лог. "1" с выхода схемы 15 инвертируется элементом НЕ 3. С выхода последнего сигнал лог. "0" подается на второй вход элемента И 2, на выходе которого напряжение становится равным лог. "0". Это необходимо для того, чтобы при работе системы охлаждения запущенного двигателя нажатием на кнопку 1 невозможно было осуществить сброс в исходное состояние интеграторов 14 и 29 и, тем саж м, нарушить процесс моделирования системы охлаждения.

) 287202

Напряжение U,q может изменить полярность при скатывании машины назад с включенной передачей переднего хода, напряжение U,ìîæåò сменить полярность при выходе двигателя на

1 тормозной режим.

Напряжения U z и П„,поступающие на интегратор 14, вызывают вначале уменьшение разряда, и затем увеличение заряда интегратора 14.

Чем больше значение напряжений

Б,дд и U„, тем быстрее идет нарастание напряжения Бт на выходе интегражд тора 14.

После того, как напряжение UT

8(g начинает нарастать, напряжение на выходе сумматора 19 будет неизменным и пропорциональным количеству тепла, отбирчемого от двигателя радиатором.

В этом случае скорость нарастания напряжений Бт. и Пг будет одинакожь жр вой, причем величина Б < будет всегтжД, да больше

Если двигатель перегревается, то водитель открывает жалюзи. При этом включается датчик 31, замыкая выход интегратора 29 через коммутатор 32 на вход интегратора, напряжение на выходе интегратора 29 уменьшается, что соответствует охлаждению радиатора холодным воздухом.

Уменьшение напряжения Ит гривежр дет к увеличению разности U -UTГ кд гнкар а следовательно, к снижению напряжения Б, т.е. моделируется процесс охлаждения двигателя за счет отбора тепла жндкостью, охлаждаемой радиатором. радиатора.

При включении коммутатора 22 резистор 21 закорачивается, а поэтому коэффициент передачи усилителя 25 значительно увеличивается. Увеличи- fp вается в этом случае и напряжение

U@, которое ускоряет заряд интегратора 29, на выходе которого формируется напряжение UT р, пропорциональное температуре охлаждающей жидкости f5 в радиаторе.

Если датчик 31 отключен, то коммутатор 32 на изменение напряжения

U не оказывает влияния корежим с затжр крытыми жалюзями). 20

В этом случае моделируется отсутствие влияния вентилятора на процесс передачи тепла окружающей среде.

Увеличение напряжения U приводит также к уменьшению напряжения Uz ?5 т„ на выходе интегратора 14, т.е. при запуске двигателя моделируется уменьшение температуры жидкости в двигателе и увеличение температуры жидкости в радиаторе за счет включения водя- 30 ного насоса. Величина напряжения UT жд и Uz,„, а также время, за которое р эти напряжения будут изменяться при еще не разогретом двигателе, будет определяться положением переключателя 30, т.е. температурой окружающей среды.

В дальнейшем при работе двигателя тепло от сгораемого топлива передается охлаждающей жидкости. Количе- 4р ство тепла, отдаваемого жидкости при сгорании топлива, принимается пропорциональным сумме оборотов двигателя и крутящего момента, при; . чем соотношение этой суммы выбирает-, 45 ся так, чтобы процесс моделирования прогрева по возможности ближе соответствовал реальному (это соотношение определяется типом двигателя и конструкцией системы охлаждения). 5р

Напряжение Б, пропорциональное оборотам вала двигателя, и U» пропорциональное крутящему моменту двигателя, соответственно через диоды

9, 10 поступают на входы интеграто- 55 ра 14. Эти диоды необходимы для предотвращения разряда интегратора 14 при смене полярности напряжений Ц.> и Ut„, Водитель заканчивает процесс обучения вождению и глушит двигатель.

Для того, чтобы не ожидать длительное время, пока охлаждающая жидкость

"остынет", т.е. интеграторы 14 и 29 разрядятся и примут значение напряжений, пропорциональных температуре окружающей среды, и процесс обучения запуску и вождению можно будет повторить, достаточно нажать на кнопку 1, Сигнал с кнопки 1 формирует на выходе элемента И 2 сигнал лог. "1".

Последний поступает на управляющие входы коммутаторов 17, 20 и открывает их. На входы интеграторов поступают напряжения, которые разряжают их. После этого кнопку 1 отпускают и на выходах интеграторов 14, 29 появляются напряжения, пропорциональные температуре окружающей среды, Включение коммутатора 22 соответствует наличию циркуляции охлаждающей жидкости, а коммутатора 32 — вклю4 чению вентилятора в системе обдува

1287202

Составитель В.Фукалов

Редактор А.Долинич Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Заказ 7720/54 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

-Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 т.е. те которые заданы переключателем 30.

Таким образом, с помощью устройства возможно задание различных температур окружающей среды.

Применение устройства в тренажерах позволяет представить водителю более полную информацию о состоянии двигателя, учить правильным приемам движения, не перегревая двигателя, увеличить у водителя эффект присутствия на реальном изделии, Формула изобретения

Устройство для моделирования системы охлаждения двигателя внутренне го сгорания по авт. св. ¹ 1170470, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет задания начальных условий соответствующим различным температурам окружающей среды, оно дополнительно содержит кнопку запуска, элемент И, элемент НЕ, первый-,шестой, делители напряжения, с четвертого по девятый коммутаторы, первый и второй ограничителй напряжения, переключа" тель, первый выход которого соединен с управляющими входами четвертого и восьмого коммутаторов, второй выход переключателя соединен с управляющими входами пятого и девятого коммутаторов, а вход переключателя подклю35 чен к источнику постоянного напряжения, управляющие входы шестого и седьмого коммутаторов объединены и соединены с выходом злемента И, первый вход которого через элемент НЕ подключен к выходу схемы сравнения, а второй вход через кнопку запуска подключен к источнику постоянного напряжения, информационные входы четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого коммутаторов подключены соответственно к выходам первого-шестого делителей напряжения, выходы четвертого и пятого коммутаторов подключены к входу задания уровня ограничения первого ограничителя напряжения, выход шестого коммутатора — к пятому информационному входу первого интегратора, выход седьмого коммутатора — к третьему информационному входу второго интегратора, выходы восьмого и девятого коммутаторов — к входу задания уровня ограничения второго ограничителя напряжения, выход и вход которого подключены соответственно к четвертому информационному входу и выход у второго интегратора, выход и вход первого. ограничителя напряжения подключены соответственно к шестому информационному входу и выходу первого интегратора, а входы всех делителей напряжения подключены к источнику постоянного напряжения.