Устройство для моделирования системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания

ЕЛИРОВАНИЯАТЕЛЯ ВНУТСТРОЙСТВО ДЛЯ 1 ОХЛАЖДЕН О СГОРАНИЯ эобретение вычислител спользован ИЯ относится к аналоной технике и може ово тренажерах трансь иэобретения -ыть ортных средств,4 Р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 11704703967433/222,07.8530.01.87.А.А.Бельке681.3(088Авторское0470, кл. 87202 А расширение функциональных возможностей устройства за счет задания значений начальных условий, соответствующих различным температурам окружающей среды. Устройство содержиткнопку запуска, . элемент И, элемент НЕ, девять коммутаторов, датчиквключения подогревателя, блок моделирования двигателя, шесть делителейнапряжения, два разделительных диода, ограничительный диод, два ограничителя напряжения, схему сравнения, два интегратора, переключательдатчик. положения жалюзи, сумматор,усилитель, ограничительный резистор.1 ил1287202 20 Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и можетбыть использовано в тренажерах транспортных средств и является дополнительным к основному авт.св.Р 1170470,Цель изобретения - расширениефункциональных 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 делитель7 напряжения, второй делитель 8 напряжения, второй разделительный диод9, первый разделительный диод 10, четвертый коммутатор 11, пятый коммутатор 12, первый ограничитель 13 напряжения, первый интегратор 14, схему 15 сравнения, третий делитель 16напряжения, шестой коммутатор 17,четвертый делитель 18 напряжения,сумматор 19, седьмой коммутатор 20,ограничивающий резистор 21, второйкоммутатор 22, пятый 23 и шестой 24делитель напряжения, усилитель 25,восьмой 26 и девятый 27 коммутаторы,второй ограничитель напряжения 28,второй интегратор 29, переключатель30, датчик 31 положения жалюзи и третий коммутатор 32,В состав элементов устройства входят резисторы 33, диоды 34, конденсаторы 35. ФУстройство для моделирования системы охлаждения описывается системойуравненийо 0 ж = (Кт 1+ ХгКг) (Т-Т), (2) кулирующей через двигательи металла двигателя, Я - количество тепла, отдаваемого подогре:-,телем охлаждающей жидкости, - логическая переменная 1 - подогревательвключен, 0 - подогревательвыключен, Яр - количество тепла, отдаваемого сгораемым в двигателе топливом охлаждающей жидкости 15 - количество тепла, забираемого от двигателя охлаждающей жидкостью, К, и Кг - коэффициенты, характеризующие теплоотдачу от двигателя к охлаждающей жидкости Х - логическая переменная, равная 1 при незапущенном двигателе, С - приведенная теплоемкостьрадиатора, . ККр - коэффициенты, характеризующие теплопередачу между радиатором и окружающей средой, Тд - температура охлаждающей жид. кости на выходе в двигатель, - количество тепла, забирае мого радиатором у охлаждающей жидкости, Ь - параметр, учитывающий поло-, жение жалюзи,1 - жалюзи открыты, 40 0 - жалюзи закрыты.Величина 0 дв пропорциональная количеству топлива, сгораемому в двигателе, и зависит от оборотов и момента развиваемого двигателем, поэтому 45 в первом приближении, величина Ядвопределяется следующим уравнением(4)где Т - температура охлаждающейаажидкости на выходе из двигателя;с - приведенная теплоемкостьохлаждающей жидкости, цир(5)0 м Кдь. КР э50 где ьдд - угловая скорость выходного вала двигателя,М - крутящий момент, развиваемый выходным валом двига 55 теля,К и К - коэффициенты пропорциональ 2 ности Уравнения (1) и (5) решаются блоками 4, 5, 6 и 14, на выходе интегратора 14 формируетсянапряжение, пропорциональное температуре охлаждающей жидкости Б на выходе из двигателя.Количество тепла, отдаваемого 5 подогревателем охлаждающей жидкостивеличина 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 гателе топливом Ящ, 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. 25В уравнении (2) выражение (К 1 + + ХКг ) - величина постоянная и определяется входными резисторами сумматора 19 и коэффициентом усиления усилителя 25, На входы сумматора 19 30 подаются напряжения, пропорциональные Тд и Т, соответственно с выходов интеграторов 14 и 29, а с выхода сумматора 19 снимается напряжение, пропорциональное (Тд - Т ). На вы ходе усилителя 25 формируется напряжение, пропорциональное Я,.На начальном этапе, когда двигатель холодный и не запущен, температура двигателя и радиатора равна 40 температуре окружающей среды, т.е.Тел Тж р Токр фУстановка начальной температуры 45 Тпроизводится с помощью блоков 13, 17, 20 и 28,Температура Тр определяется уров нем постоянных напряжений, снимаемых с делителей 7, 8, 16, 18, 23 и 24, 50В уравнении (4) выражение (Кр + + Х Ь К ) - величина постоянная иРгопределяется датчиком 31 и коммутатором 32. Тмр и Я моделируется интегратором, ограничитель 28 йапря". 55 жения, датчиком 31 и коммутатором.32.Устройство работает следующим об. разом. Перед началом запуска двигателя" с помощью переключателя 30 задают начальные условия, соответствующие температуре окружающей среды, а следовательно, и температуру охлаждающей жидкости Тд в двиГателе.Переключателем 30 устанавливают фиксированные значения температуры ок ружающей среды, например, от -30 до +40 ОС (может быть любое количество фиксированных значений температуры),В качестве примера выполнения устройства рассмотрим три фиксированных значения температур Т 1ТТзМинимальная температура Т уста-.знавливается 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, поступаяна управляющие входы шестого 17 иседьмого 20 коммутаторов, открываетих, 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, 29станет 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. Нулевойпотенциал на выходах интеграторов 14, 29 соответствует температуре Т,При установке Т 1 и Т переключатель 30 устанавливают в положение, когда общий контакт переключателя 30 замкнут со вторым или третьим кон. тактом. В этом случае по сигналу с переключателя 30 открываются либо1287202 двигателя возможен, зависит от того,какая температура окружающей среды коммутаторы 11, 25, либо коммутаторы12, 27, в зависимости от того, с каким контактом замкнут общий контактпереключателя 30.Напряжение, пропорциональное температуре охлаждающей среды с выходаделителей либо 7, 23, либо 8, 24 через соответствующие открытые коммутаторы 11, 25, либо 12, 27 поступаетна управляющие входы ограничителей 1013 и 28. На вход первого ограничителя напряжение приходит отрицательнойполярности, на вход второго ограничителя - положительной полярности, Свыхода ограничителей 13, 28 напряжение, пропорциональное температуреокружающей среды, поступает на шестой вход интегратора 14 и четвертыйвход интегратора 29, заряжая емкостипоследних до величины, определяемой 20уровнем управляющего напряженияограничителей 13 и 28. На выходах интеграторов 14 и 29 формируетсянапряжение, пропорциональное температуре окружающей среды: либо Т,либо Т.Таким образом, изменяя дискретнона управляющих входах ограничителей13 и 28 величину напряжений, на выходах интеграторов 14, 29 можно получать различные напряжения, пропорциональные температуре окружающейСреды,задана переключателем 30.Напряжение Бт, с выхода интегратора 14 поступает на вхо" сумматора19. На его другой вход поступает напряжение Пт, , пропорциональное температуре охлаждающей жидкости в радиаторе (в данный момент оно соответствует температуре окружающей среды),В результате на выходе сумматора 19появляется напряжение П, пропорциональное количеству тепла, отводимогоот 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 Бт , одтжр ф 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 П пропорциональное оборотам вала двигателя. Это напряжение поступает на схему 15 сравнения и включает ее, На выходе схемы 15 формйруется 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 сажщ, нарушить процесс моделирования системы охлаждения. 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 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 дается постоянное напряжение, пропорциональное количеству тепла, отдаваемого подогревателем охлаждающей жидкости. В результате, на выходе интегратора 14 появляется напряжение 55 П пропорциональное температуре охлаждающей жидкости в двигателе Время, за которое напряжение.нарастет до значения, при котором запуск1287202 Включение коммутатора 22 соответствует наличию циркуляции охлаждающей жидкости, а коммутатора 32 - включению вентилятора в системе обдува Напряжение Б, может изменить полярность при "скатывании машины назад с включенной передачей переднего хода, напряжение Б,может сменитьполярность при выходе двигателя натормознойрежим.Напряжения Бдд и П,поступающиена интегратор 14, вызывают вначалеуменьшение разряда, и затем увеличение заряда интегратора 14.Чем больше значение напряженийБ,дд и Бм, тем быстрее идет нарастание напряжения Бт на выходе интеграждтора 14.После того, как напряжение Б рждначинает нарастать, напряжение навыходе сумматора 19 будет неизменными пропорциональным количеству тепла,отбирчемого от двигателя радиатором.В этом случае скорость нарастания напряжений Бт и Пг будет одинакожь жрвой, причем величина Ббудет всегтдда большеЕсли двигатель перегревается, товодитель открывает жалюзи. При этомвключается датчик 31, замыкая выходинтегратора 29 через коммутатор 32на вход интегратора, напряжение навыходе интегратора 29 уменьшается,что соответствует охлаждению радиатора холодным воздухом.Уменьшение напряжения Ит гривежрдет к увеличению разности П -П.г, тжр,а следовательно, к снижению напряжения Б , т.е. моделируется процессохлаждения двигателя за счет отборатепла жндкостью, охлаждаемой радиатором. радиатора,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,При включении коммутатора 22 резистор 21 закорачивается, а поэтому коэффициент передачи усилителя 25 значительно увеличивается. Увеличи вается в этом случае и напряжение Ц, которое ускоряет заряд интегратора 29, на выходе которого формируется напряжение П р, пропорциональное температуре охлаждающей жидкости 15 в радиаторе.Если датчик 31 отключен, то коммутатор 32 на изменение напряжения Б не оказывает влияния режим с затжркрытыми жалюзями). 20В этом случае моделируется отсутствие влияния вентилятора на процесс передачи тепла окружающей среде.Увеличение напряжения Ц приводит также к уменьшению напряжения Б 5 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 ного насоса. Величина напряжения Нтжа и П, , а также время, за котороеЖрэти 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 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). 50Напряжение Бж , пропорциональное оборотам вала двигателя, и П, пропорциональное крутящему моменту двигателя, соответственно через диоды 9, 10 поступают на входы интеграто ра 14. Эти диоды необходимы для предотвращения разряда интегратора 14 при смене полярности напряжений Ц, и Б.54 Тираж 670ПИ Государственного кпо делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рау Подмаета СССРоткрытийская наб.,сно 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн т,е. те которые заданы переключателем 30.Таким образом, с помощью устройства возможно задание различных температур окружающей среды,Применение устройства в тренажерах позволяет представить водителюболее полную информацию о состояниидвигателя, учить правильным приемамдвижения, не перегревая двигателя,увеличить у водителя эффект присутствия на реальном изделии,Формула изобретения15 Устройство для моделирования системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания по авт, св. У 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 ЗО восьмого коммутаторов, второй выход переключателя соединен с управляющими входами пятого и девятого коммутаторов, а вход переключателя подклю 35 чен к источнику постоянного напряжения, управляющие входы шестого иседьмого коммутаторов объединены исоединены с выходом элемента И, первый вход которого через элемент НЕподключен к выходу схемы сравнения,а второй вход через кнопку запускаподключен к источнику постоянногонапряжения, 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 ограничителянапряжения, выход шестого коммутатора - к пятому информационному входупервого интегратора, выход седьмогокоммутатора - к третьему информационному входу второго интегратора,выходы восьмого и девятого коммутаторов - к входу задания уровня ограничения второго ограничителя напряжения, выход и вход которого подключенысоответственно к четвертому информационному входу и выход у второго интегратора, выход и вход первого. ограничителя напряжения подключены соответственно к шестому информационномувходу и выходу первого интегратора,а входы всех делителей напряженияподключены к источнику постоянногонапряжения.