Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования наддува. С этой целью в устройство введен второй блок умножения для учета влияния плотности воздуха на впуске на индикаторный момент и четвертый сумматор , напряжение на выходе которого пропорционально плотности воздуха на впуске и формируется цепью дополнительно введенных блоков, включающих второй и третий интегросумматоры. элемент ограничения, пятый нелинейный элемент. Введенные блоки с их связями позволяют обучать водителей приемам более эффективного трогания с места и разгона машины за счет раскрутки крыльчатки механическбго нагнетателя перегазовкой. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 06 G 7/62

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 д г))

I — - Me+ ст — MH+ M, d t (21) 4395054/24 (22) 21.03.88 (46) 30.11.92. Бюл. М 44 (72) А.А, Бельке и M.Ã.Êàðàâàåâ (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1109770,,кл, G 06 G7/62,,1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1380491, кл. G 06 G 7/62, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств. Цель изобретения — расширение функциональИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в тренажерах транспортных средств.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования наддува.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — 5 — схемы соответственно четвертого, третьего, второго и первого нелинейных элементов; на фиг.6 — поле рабочих характеристик двигателя.

Устройство содержит датчик 1 наличия топлива, первый ключ 2, первый сумматор 3, третий сумматор 4, второй ключ 5, логический элемент И 6, второй блок 7 умножения, датчик 8 внешнего момента, третий нелинейный элемент 9, первый блок сравнения

10, второй блок сравнения 11, первый блок

12 умножения, четвертый сумматор 13, пер„.,ЬЦ „„1526462 А1 ных возможностей устройства за счет моделирования наддува. С этой целью в устройство введен второй блок умножения для учета влияния плотности воздуха ма впуске на индикаторный момент и четвертый сумматор, напряжение на выходе которого пропорционально плотности воздуха на впуске и формируется цепью дополнительно введенных блоков, включающих второй и третий интегросумматоры. элемент ограничения, пятый нелинейный элемент.

Введенные блоки с их связями позволяют обучать водителей приемам более эффективного трогания с места и разгона машины за счет раскрутки крыльчатки механического нагнетателя перегазовкой. 6 ил. вый интегросумматор 14, элемент ограничения 15, датчик 16 положения педали подачи топлива, первый нелинейный элемент 17, четвертый нелинейный элемент 18, второй нелинейный элемент 19, инвертор 20, второй интегросумматор 21, второй сумматор

22, третий блок умножения 23, третий интегросумматор 24, пятый нелинейный элемент

25. Устройство содержит также диоды 26, операционные усилителя 27, резисторы 28, Работа устройства основана на решении уравнения, имеющего вид где 1 — момент инерции вращающихся масс двигателя; о) — угловая скорость вращения вала двигателя;

1526462

10

М =К Лцр у, (3) (2) Мс =. Ml — MM, М вЂ” эффективный момент, развиваемый двигателем;

М„- момент, раскручивающий вал двигателя при работе стартера;

MH — нагрузочный момент, прилагаемый

Э к валу двигателя при раскручивании крыльчатки воздухонагнетателя;

М вЂ” внешний нагрузочный момент, прилагаемый к валу двигателя.

Уравнение (1) решается с помощью первого интегросумматора 14, на входы которого подаются напряжения UMe, Омст, Одн, Ом, пропорциональные соответственно М, Мст, Мн, М, а на выходе формируется напряжение Ов, пропорциональное м.

Напряжение Ом задается датчиком 8 внешнего момента, который е простейшем случае представляет собой потенциометр.

Напряжение UMcr формируется на выходе первого нелинейного элемента 17, реализующего нелинейность типа "идеальный диод". На его вход поступает сигнал с выхода первого сумматора 3, который вместе с первым нелинейным элементом формирует скоростную характеристику стартера, имеющую еид GH (фиг.б).

При подаче сигнала "Пуск" на управляющий вход ключа 5 происходит замыкание последнего и напряжение опорного источника, пропорциональное стоповому моменту стартера, через первый сумматор 3, первый нелинейный элемент 17 подается на второй вход первого интегросумматора 14.

Это приводит к появлению на выходе последнего напряжения U о>, которое через инвертор 20 подается на второй вход первого сумматора 3 и вычитается из напряжения

UMcT, пропорционального стог1овому моменту стартера. Напряжение на выходе сумматора 3, а следовательно, и на выходе нелинейного элемента 17 уменьшается, т.е, моделируется линейное уменьшение М,т с возрастанием оборотов двигателя. Благодаря наличию нелинейности типа "идеальный диод" UM< не может принять значений обратной полярности, т,е. моделируется невозможность fvlpy бь ть тормозным, Напряжение Оц, формируется на выходе второго сумматора 22, с помощью которого решается уравнение где Ml — индикаторный мо леHT двигателя;

MM — момент леханических потерь деи гателя.

На входы сумматора 22 подаются напряжения Upi и Uv<. пропорциональные соответственно индикат0рному лlоменту

If)

55 двигателя и моменту механических потерь двигателя.

I1апряжение UMM формируется на выходе второго нелинейного элемента 19, моде- лирующего зависимость Му от оборотов двигателя, вид которой представлен кривой

FD (фиг,б).

Напряжение UMj подается на вход сумматора 22 через первый ключ 2 с выхода третьего блока умножения 23, который вместе с первым блоком умножения 12 применен для решения уравнения где Kl — коэффициент пропорциональности;

Лц — циклическая подача топлива; тр — индикаторный КПД; у- плотность воздуха на впуске.

Для этого на входы первого блока умножения 12 подаются напряжения U hq u

U rp, пропорциональные соответственно циклической подаче топлива и индикаторному КПД. Выходное напряжение nepeoro блока умножения 12 подается на второй вход блока умножения 23, на первый вход которого подается напряжение Uy, пропорциональное плотности воздуха на впуске.

Напряжение U rp формируется на выходе третьего нелинейного элемента 9, моделирующего зависимость rp от оборотов двигателя, вид которого представлен кривой IK (фиг.б), Напряжение U hq формулируется на еыоде четвертого нелинейного элемента

18, который совместно с датчиком 16 положения педали подачи топлива и третьим сумматором 4 моделирует работу псережимного регулятора дизельного двигателя, В исходном положении на выходе нелинейного элемента 18 устанавливается максимальное напряжение за счет опорного напряжения, подаваемого на вход операционного усилителя 27 через резистор 28, т.е, лоделируется начальная установка рейки топливного насоса на максимальную подачу топлива за счет предварительной затяжки пружины регулятора. Это состояние сохраняется на выходе нелинейного элемента 18 до тех пор, пока не изменится полярность напряжения на выходе сумматора 4, что происходит при достижении напряжением

Оо> величины, превосходящей величину напряжения Ол, формируемого датчиком 16 положения педали подачи топлива. Применительно к реальному регулятору это означает, что центробежная сила грузиков регулятора, определяемая оборотами вала двигателя, превосходит по величине упру1526462

30 од беэ искажений, а когда U и)дв < U и)кр

35 (4.3) Мн.макс Мф

40 (6) Me= K>Q, а- Кг«4,, р = г о+ КЭО, 45 (8) 50

55 гую силу пружины регулятора, определяемую положением педали подачи топлива.

Изменение полярности выходного сигнала третьего сумматора 4 приводит к отпиранию диода 26 на входе операционного усилителя 27 нелинейного элемента 18 и, как следствие, к уменьшению напряжения U hq на выходе элемента, т.е. моделируется процесс автоматического снижения подачи топлива при срабатывании регулятора от превышения оборотов, Данное устройство моделирует работу механического нагнетателя. Крыльчатка такого нагнетателя приводится в движение с помощью механической передачи, соединяющей ее с валом двигателя, В состав механической передачи входит упругофрикционная муфта, выполняющая две функции: — отключение крыльчатки от двигателя при обгонном режиме работы, т.е. в случае, когда обороты крыльчатки превосходят обороты двигателя; — предохранение механизмов от ударных нагрузок за счет фрикционной связи.

Моделирование работы механического нагнетателя осуществляется следующим образом, Устройство .построено на основе математической модели работы механического нагнетателя:

1 — (Шдв — Юср) Т1Р к1 Сада Мср (4.1)

0 при и)дв < и р (4.2) где и) «р — угловая скорость вращения крыльчатки, Мгсмакс максимально возможное эна чение момента нагнетателя;

Мф — максимальный передаваемый момент через фрикционную связь; бакр — момент инерции нагнетателя, приведенный к крыльчатке;

Мв — нагруэочный момент на крыльчатку от взаимодействия с воздухом;

0 — расход воздуха;

К1, К2, Кэ — коэффициенты пропорциональности; уо — начальное значение плотности воздуха на впуске, равное flhOTHOcTH атмосферного воздуха.

Уравнение (4,1) решается с помощью второго интегросумматора 21, на первый вход которого подается напряжение U и кр с выхода первого интегросумматора 14, а на второй вход подается напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения крыльчатки, формируемое на выходе третьего интегросумматора 24, предназначенного для решения уравнения (5). На выходе второго интегросумматора формируется напряжение UM, пропорциональное моменту нагнетателя. Наличие элемента ограничения 15 в обратной связи второго интегросумматора позволяет выполнить условие (4,3), т.е. ограничить Мн, ewe на уровне Мср, Сигнал UMu поступает на вход пятого нелинейного элемента 25, реализующего нелинейность типа "идеальный диод" и предназначенного для выполнения условия (4.2), "Идеальный диод" без искажений пропускает сигнал одной полярности и обращает в ноль сигнал противоположной полярности, поэтому, когда U вдв U wp. сигнал Омн проходит через "идеальный дисигнал UMH меняет полярность и на выходе

"идеального диода" становится равным нулю, С выхода пятого нелинейного элемента

25 напряжение UM, подается на четвертый вход первого интегросумматора 14, так как

Мн является членом уравнения (1), решаемого первым интегросумматором 14, а также на первый вход третьего интегросумматора 24, который предназначен для решения уравнения (5). На второй вход третьего интегросумматора 24 подаетСя НаПряжЕНИЕ UMe, ПрОПОрцИОНаЛЬНОЕ Нагруэочному моменту от сопротивления воздуха, Этот сигнал формируется за счет масштабирования сигнала Ug, пропорционального расходу воздуха, получаемого на выходе второго блока умножения 7, решающего уравнение (7). Выходным сигналом третьего интегросумматора 24 является напряжение, которое подается на второй вход второго интегросумматора 21 и на входы второго блока умножения 7, т.к. бакр является членом уравнения (4.1), решаемого вторым интегросумматором 21, и членом уравнения (7), решаемого вторым блоком умножения 7.

На выходе блока умножения 7, включенного в режиме инверсии полярности выходного сигнала. формируется напряжение Up, 1526462

30 которое подается, кроме второго входа третьего интегросумматора 24, еще на первый вход четвертого сумматора 13, с помощью которого решается уравнение (8).

На второй вход четвертого сумматора 13 подается опорное напряжение, величина которого пропорциональна уо, а на выходе четвертого сумматора 13 формируется напряжение Uy.

Как указано ранее, напряжение Uy подается на первый вход третьего блока умножения 23, выходным сигналом которого является напряжение 0м. Этот сигнал поступает на информационный вход ключа 2, на управляющий вход которого подается логический сигнал с выхода элемента И 6. Элемент И 6 с помощью датчика 1 наличия топлива, первого 10 и второго 11 блоков сравнения с константой формирует логические условия существования Мь Датчик 1 наличия топлива формирует логическую "1" при наличии топлива, В простейшем случае он может представлять собой микровыключатель, связанный с рычагом открывания топливного крана. При повороте топливного крана микровыключатель замыкает цепь напряжения. равного логической "1", Второй блок сравнения 11 формирует на выходе

Формула изобретения

Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик наличия топлива, первый и второй ключи, первый, второй и третий сумматоры, элемент И, первый блок умножения, датчик внешнего момента, четыре нелинейных элемента, первый и второй блоки сравнения, первый интегросумматор, датчик положения педали подачи топлива и инвертор. причем первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом первого блока сравнения и выходом датчика наличия топлива, а выход элемента И соединен с управляющим входом первого ключа, управляющий вход второго ключа является входом устройства. а выход второго ключа соединен с первым входом первого сумматора, выход которого подключен ко входу первого нелинейного элемента, второй вход первого сумматора подключен к выходу инвертора и первому входу второго блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом элемента И, второй вход второго блока сравнения является входом задания напряжения, пропорционального

25 логическую "1" при условии превышения угловой скорости вращения вала двигателя значения оборотов воспламенения топлива.

Первый блок сравнения 10 формирует на выходе логическую "1", если с помощью педали подачи топлива рабочая точка двигателя переведена в зону устойчивой работы двигателя, что контролируется с помощью элемента И 6, приводит к появлению логической "1" на управляющем входе ключа 2, он замыкается, и напряжение Upi поступает в схему.

Таким образом, предлагаемое устройство выполняет все функции известных устройств, при этом наличие в составе устройства блоков моделирующих работу системы механического наддува, позволяет расширить функциональные возможности устройства.

Например, на тренажере. содержащем предлагаемое устройство для моделирования работы двигателя, можно обучать водителей приемам более эффективного трогания и разгона машины за счет повышения давления воздуха на впуске путем предварительной раскрутки крыльчатки механического нагнетателя перегазовкой. значению оборотов воспламенения топлива, выходы датчика внешнего момента и первого нелинейного элемента соединены с первым и вторым входами первого интегросумматора соответственно, выходы первого ключа и второго нелинейного элемента подключены соответственно к первому и второму входам второго сумматора, выход которого соединен с третьим входом первого интегросумматора. выход первого интегросумматора соединен со входами инвертора, второго и третьего нелинейных элементов и первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу датчика положения педали топлива и к входу первого блока сравнения, второй вход которого является входом задания напряжения, определяющего границу зоны устойчивой работы двигателя, выход третьего сумматора через четвертый нелинейный элемент соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего нелинейного элемента, отл и «ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования турбо1526 1Ь2

1О наддува, оно дополнительно содержит второй и третий блоки умножения, четвертый сумматор, второй и третий интегросумматоры, пятый нелинейный элемент и элемент ограничения, включенный в цепь обратной связи второго интегросумматора, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого интегросумматора и входом пятого нелинейного элемента, выход которого подключен к четвертому входу первого интегросумматора и пеовому входу третьего интегросумматора, выход которого соединен со вторым входом второго интегросумматора и первым и вторым входами второго блока умножения, выход которого подключен ко второму входу третьего интегросумматора и первому входу четвертого сумматора, второй вход которого является входом задания опорного напряжения, пропорционального начальному значению плотности воздуха на впуске, а выход четвертого сумматора соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход и выход которого соединены соответственно с выхо,— дом первого блока умножения и информационным входом первого ключа.

1526Lt62

Фиг. 2

Фиг.3

03иг. Ф

1526462

Корректор .А. Козориз

Редактор О. Филиппова

Техред М.Моргентал

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

Заказ 558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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