Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5)5 60667 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 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. ВАНИЯНИЯлительвано в ональвый 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 Мв+ Мст - Мн+ М мент инерции вращагловая скорость вр щихся мэс игател Оя вал игател ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССМ 1109770, кл, 6 06 6 7/62, 1983Авторское свидетельство ССМ 1380491, кл. 6 06 6 7/62, 1986(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРА (57) Изобретение относится к вычис ной технике и может быть использо тренажерах транспортных средств изобретения - расширение функци Изобретение 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 5 Ц. 1526462(2) Мс - . М - Мм,Ме - эффективный момент, развиваемый двигателем;М- момент, раскручивающий вал двигателя при работе стартера;Мн - нагрузочный момент, прилагаемыйк валу двигателя при раскручивании крыльчатки воздухонагнетателя;М - внешний нагрузочный момент, прилагаемый к валу двигателя.Уравнение(1) решается с помощью первого интегросумматора 14, на входы которого подаются напряжения Оме, Омст, Омн, Ом, пропорциональные соответственно Ме, Мст. Мн, М, а на выходе формируется напряжение Ов, пропорциональное м,Напряжение Ом задается датчиком 8 внешнего момента, который в простейшем случае представляет собой потенциометр. Напряжение Омт 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 вид СН (фиг,б).При подаче сигнала "Пуск" на управляющий вход ключа 5 происходит замыкание последнего и напряжение опорного источника, пропорциональное стоповому момен. ту стартера, через первый сумматор 3, первый нелинейный элемент 17 подается на второй вход первого интегросумматора 14. Это приводит к появлению на выходе последнего напряжения О в, которое через инвертор 20 подается на второй вход первого сумматора 3 и вычитается из напряжения Омск, пропорционального столовому моменту стартера, Напряжение на выходе сумматора 3, а следовательно, и на выходе нелинейного элемента 17 уменьшается, т.е, моделируется линейное уменьшение Мст с возрастанием оборотов двигателя. Благода. ря наличию нелинейности типа "идеальный диод" Омск не может принять значений об. ратной полярности, т,е, моделируется невозможность М бьть тормозным,Напряжение Оде формируется на выходе второго сумматора 22, с помощью которого решается уравнение где М - индикаторный момент двигателя;Мм - момент леханических потерь дви гатепя.На входы сумматора 22 подаются напряжения Ов и Ом. пропорциональные соответственно индикаторному моменту 15 20 25 30 35 40 50 55 двигателя и моменту механических потерь двигателя.11 апряжение Ом 4 формируется на выходе второго нелинейного элемента 19, моде- лирующего зависимость Му от оборотов двигателя, вид которой представлен кривой РО (фиг,б).Напряжение Ом подается на вход сумматора 22 через первый ключ 2 с выхода третьего блока умножения 23, который вместе с первым блоком умножения 12 применен дпя решения уравнения где К - коэффициент пропорциональности;Лц - циклическая подача топлива;ьр - индикаторный КПД;у- плотность воздуха на впуске.Для этого на входы первого блока умножения 12 подаются напряжения О А и О , пропорциональные соответственно циклической подаче топлива и индикаторному КПД, Выходное напряжение первого блока умножения 12 подается на второй вход блока умножения 23, на первый вход которого подается напряжение Оу, пропорциональное плотности воздуха на впуске.Напряжение О р формируется на выходе третьего нелинейного элемента 9, моделирующего зависимость д от оборотов двигателя, вид которого представлен кривой 1 К (фиг.б),Напряжение О Ь 1 формулируется на выходе 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 гоппива 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 Оп, 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 упру(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 О Ьц 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;в предохранение механизмов от удар. ных нагрузок за счет фрикционной связи.Моделирование работы механического нагнетателя осуществляется следующим образом,Устройство построено на основе математической модели работы механического нагнетателя: 1- (и)дв - и),р) прии)дв и)кр (4.1) 0 при и)дв ( иър (4.2) где и) р - угловая скорость вращения крыльчатки,Мн,макс максимально возможное значение момента нагнетателя;Мф - максимальный передаваемый момент через фрикционную связь;ко - момент инерции нагнетателя, приведенный к крыльчатке;Мв - нагруэочный момент на крыльчатку от взаимодействия с воздухом;О - расход воздуха; 5 10 15 20 К 1, К 2, Кэ - коэффициенты пропорциональности;уо - начальное значение плотности воздуха на впуске, равное плотности атмосферного воздуха.Уравнение (4,1) решается с помощью второго интегросумматора 21, на первый вход которого подается напряжение О 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 Ом, пропорциональное моменту нагнетателя. Наличие элемента ограничения 15 в обратной связи второго интегросумматора позволяет выполнить условие (4,3), т.е, ограничить Мн.макс на уровне Мср. Сигнал Омн 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 О и)двО и)кр, сигнал Омн проходит через "идеальный дисигнал Омн меняет полярность и на выходе "идеального диода" становится равным нулю, С выхода пятого нелинейного элемента 25 напряжение Ом, 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 Омв, пропорциональное нагруэочному моменту от сопротивления воздуха, Этот сигнал формируется за счет масштабирования сигнала Оо, пропорционального расходу воздуха, получаемого на выходе второго блока умножения 7, решающего уравнение (7). Выходным сигналом третьео интегросумматора 24 является напряжение, которое подается на второй вход второго интегросумматора 21 и на входы второго блока умножения 7, т.к. и)кр 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 Оа,1526462 30 которое подается, кроме второго входа третьего интегросумматора 24, еще на первый вход четвертого сумматора 13, с помощью которого решается уравнение (В), На второй вход четвертого сумматора 13 подается опорное напряжение, величина которого пропорциональна уо, а на выходе четвертого сумматора 13 формируется напряжение Оу.Как указано ранее, напряжение Оу подается на первый вход третьего блока умножения 23, выходным сигналом которого является напряжение Омь Этот сигнал поступает на информационный вход ключа 2, на управляющий вход которого подается логический сигнал с выхода элемента И б. Элемент И б 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 5 10 15 20 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 Бм 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 устройстваНапример, 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 пеового 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 ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования турбо 152 ЯЬ 2 1 Онаддува, 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 в 1 орого 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.1526462 Редактор О, Фили ехред М,Моргент Корректор .А. Козори ва аказ 558 Тираж Подписно ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1