PL105352B1 - Sposob i uklad do symulacji pracy silnika spalinowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i uklad do symu¬ lacji pracy silnika spalinowego, zwlaszcza do urzadzen do badan zespolów ukladu napedowego pojazdów samo¬ chodowych przy uzyciu silnika elektrycznego. Symula¬ cja pracy silnika spalinowego jest to odwzorowanie cha¬ rakterystyki momentu obrotowego M=f(n) lub M= =f(w) tego silnika czyli zaleznosci momentu obrotowego od predkosci obrotowej lub predkosci katowej walu tego silnika.

Dotychczas najbardziej rozpowszechnionym napedem* urzadzen do badan zespolów ukladu napedowego, a szcze¬ gólnie skrzynek biegów jest naped przy uzyciu silnika spalinowego.

Znanych jest kilka ukladów z napedem przy uzyciu silnika elektrycznego jednak sposób sterowania znanych ukladów nie zapewnia dostatecznego odwzorowania cha¬ rakterystyki momentu obrotowego.

Znany jest na przyklad uklad zawierajacy silnik induk¬ cyjny pierscieniowy sterowany przy uzyciu wzmacnia¬ czy magnetycznych. Innym znanym rozwiazaniem jest sposób odwzorowania charakterystyki momentu obro¬ towego przy uzyciu ukladu Ward-Leonarda.

Niedogodnoscia znanych ukladów jest brak mozliwos¬ ci dostatecznej symulacji pracy silnika spalinowego czyli odwzorowania charakterystyk momentu obrotowego sil¬ nika spalinowego, zwlaszcza przy róznym polozeniu prze- pustnicy gaznika w silniku z zaplonem iskrowym lub list¬ wy pompy wtryskowej w silniku z zaplonem samoczyn¬ nym. Glównym powodem tej niedogodnosci iest stoso¬ wanie elementów o duzej bezwladnosci jak na przyklad wzmacniacze magnetyczne czy przetwornice maszynowe w przypadku ukladu Ward-Leonarda. Poza tym do wad znanych ukladów nalezy zaliczyc: duzy ciezar, mala spraw¬ nosc energetyczna, uciazliwa obsluge i konserwacje.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i ukladu do symulacji pracy silnika spalinowego, zwlaszcza do urzadzenia do badania skrzynek biegów pojazdów samo¬ chodowych, umozliwiajacych unikniecie niedogodnosci znanych ukladów.

Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze charak¬ terystyke momentu obrotowego silnika spalinowego dzie¬ li sie na trzy strefy odpowiadajace pracy na biegu jalowym (strefa I), pracy podczas rozpedzania (strefa II), pracy przy ustalonej predkosci obrotowej (strefa III). Nastep¬ nie charakterystyke ta aproksymuje sie odcinkami pros¬ tych, które przeksztalca sie na odpowiednie napiecia za¬ lezne od predkosci obrotowej jako napiecia pradnicy ta¬ chometrycznej i wprowadza sie je do nieliniowego zadaj- nika momentu lub pradu bedacego generatorem funkcji nieliniowej. Nastepnie odwzorowuje sie charakterystyke momentu obrotowego silnika spalinowego za pomoca silnika elektrycznego pradu stalego — obcowzbudnego sterowanego z przeksztaltnika tyrystorowego. Przeksztalt¬ nik ten zawiera miedzy innymi wzmacniacze regulacyjny predkosci i momentu, wzglednie pradu.

Wartosc zadana charakterystyki* dla symulacji podaje sie z zadajnika w ten sposób, ze przy pracy na biegu ja¬ lowym wlacza sie oba wzmacniacze regulacyjne, przy pracy podczas rozpedzania wlacza sie tylko wzmacniacz regulacyjny momentu lub pradu, a przy pracy podczas 105 352105 3 3 " ustalonej predkosci obrotowej ponownie wlacza sie oba wzmacniacze regulacyjne.

Uklad wedlug wynalazku, polaczony poprzez przeklad¬ nie i sprzeglo cierne ze skrzynia biegów oraz hamulcem, w którym silnik elektryczny pradu stalego jest sterowany 5 poprzez przeksztaltnik\ tyrystorowy w ukladzie przeciw- sobnym i zalaczany stycznikiem glównym ma blok ste¬ rowania programowego. Blok ten jest polaczony ze sprze¬ glem poprzez sterownik sprzegla, ze skrzynka biegów po- " przez sterownik skrzynki biegów, z hamulcem poprzez 10 sterownik hamulca, z czujnikiem hamulca, z czujnikiem predkosci silnika jednoczesnie z nieliniowym zadajniki- kiem momentu, który moze byc nieliniowym zadajnikiem pradu i z pierwszym wezlem sumujacym oraz z elementem przelaczajacym i drugim komutatorem. Komutator ten 15 jest polaczony z nieliniowym zadajnikiem momentu, e- wentualnie pradu i z elementem przelaczajacym. Blok sterowania programowego jest polaczony ponadto z pierw¬ szym komutatorem. Komutator ten jest polaczony z pierw¬ szym sumujacym wezlem i zadajnikiem predkosci. 20 W ukladzie, który ma nieliniowy zadajnik momentu i wzmacniacz regulacyjny momentu, blok sterowania pro¬ gramowego jest takze polaczony z drugim wezlem sumu¬ jacym i jednoczesnie poprzez wzmacniacz sygnalu mo¬ mentu z czujnikiem momentu, a w rozwiazaniu zawiera- 25 jacym nieliniowy zadajnik pradu i wzmacniacz regula¬ cyjny pradu, blok sterowania programowego jest pola¬ czony z drugim wezlem sumujacym, jednoczesnie z blo¬ kiem blokady i równoczesnie poprzez wzmacniacz pradu z czujnikiem pradu silnika. Drugi wezel sumujacy jest 30 polaczony z elementem przelaczajacym. Element ten jest polaczony poprzez wzmacniacz regulacyjny predkosci z pierwszym wezlem sumujacym. Jednoczesnie drugi wezel sumujacy jest polaczony z blokiem blokady i ze wzmacniaczem regulacyjnym momentu, który moze byc 35 wzmacniaczem regulacyjnym pradu. Blok blokady jest . polaczony poprzez wzmacniacz pradu z czujnikiem pradu silnika, z przeksztaltnikiem tyrystorowym poprzez dwa generatory impulsów zaplonowych. Generatory te sa po¬ laczone ze wzmacniaczem regulacyjnym momentu, ewen- 40 tualnie pradu.

Zaleta wynalazku jest zmniejszenie kosztów eksploata¬ cyjnych, ulatwienie obslugi i zwiekszenie dokladnosci badan.

Wynalazek jest objasniony na podstawie przykladu 45 wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przebieg charakterystyk momentu obroto¬ wego silnika, fig. 2 — schemat blokowy ukladu z zasto¬ sowaniem wzmacniacza regulacyjnego momentu i nieli¬ niowego zadajnika momentu, fig. 3 — schemat blokowy 50 alternatywy ukladu z zastosowaniem wzmacniacza re¬ gulacyjnego pradu i nieliniowego zadajnika pradu.

Na fig. 1 przedstawiono przebieg charakterystyk mo¬ mentu obrotowego M=^f(n) uwzgledniajacy sposób sy¬ mulacji z podzialem na trzy strefy. Wykresy charakterys- 55 tyk M—f(n) dla silnika spalinowego posiadaja nastepu¬ jace punkty charakterystyczne: n0 — predkosc biegu jalowego, dn — predkosc maksymalnejmocy, 60 nmin — predkosc minimalna rozpedzenia nmax — predkosc maksymalna silnika n^ — predkosc maksymalnego momentu M0 -^ moment biegujalowego < 65 4 Mi — moment przy rozpedzaniu od predkosci biegu jalowego M>j — moment maksymalnej mocy Mm — moment maksymalny silnika MH — moment przy hamowaniu silnika Parametry n0, nM, n>j, nmax, MM, MN, sa parametra¬ mi bezposrednio charakteryzujacymi prace silnika spali¬ nowego. Pozostale parametry wprowadzono dla wyjas¬ nienia sposobu symulacji silnika spalinowego wedlug wy¬ nalazku.

Charakterystyka przebiegajaca przez punkty 2; 3; 4; 6 odpowiada pelnemu otwarciu przepustnicy silnika spa¬ linowego gaznikowego lub maksymalnemu wydatkowi pompy wtryskowej silnika wysokopreznego.

Linie osiowe na fig. 1 przedstawiaja przebieg charak" terystyk M=f(n) przy czesciowym otwarciu przepust" nicy lub czesciowym wydatku pompy. W dalszym ciagu opisu charakterystyke (2, 3, 4, 6) nazywac bedziemy — „charakterystyka pelna", natomiast charakterystyki na¬ rysowane liniami osiowymi nazywac bedziemy — „cha¬ rakterystykami czesciowymi".

Praca w strefie I odpowiada rozruchowi silnika spali¬ nowego. Po zakonczeniu rozruchu wedlug charakterys¬ tyki (Mt; 1; 2) ustala sie predkosc obrotowa n0. Naste¬ puje proces rozpedzania w strefie II wedlug zadanej cha¬ rakterystyki pelnej lub czesciowej. Z chwila gdy silnik osiagnie predkosc zawarta w miedzy nmjn a nmax rozpo¬ czyna sie praca w strefie III. Hamowanie napedu do pred¬ kosci poczatkowej dla rozpedzenia na nastepnych bie¬ gach odbywa sie wg charakterystyk przechodzacych przez punkty: (5; 7; 8; 9; 10; 11). Po zakonczeniu hamowania uklad pracuje przy zadanej predkosci w strefie I. Odpo¬ wiada to punktom 9; 10; 11.

Dalej nastepuje praca w strefie II i III jak opisano wy¬ zej. Punkty 2; 9; 10; 11, odpowiadaja predkosciom po¬ czatkowym rozpedzenia na poszczególnych biegach. Ich liczba zalezy od liczby przelozen badanych dla danej skrzynki biegów, natomiast predkosci im odpowiadajace zaleza od przyjetego stosunku przelozen i programu ba¬ dan.

W ukladach przedstawionych na fig. 2 i fig. 3 skrzynka biegów SB i hamulec H sa polaczone poprzez sprzeglo SC i przekladnie PZ z silnikiem elektrycznym M, pradu stalego, którego obwód jest wlaczany za pomoca prze¬ ksztaltnika tyrystorowego PT ze stycznikiem glównym SG. Sprzeglo SC, skrzynka biegów SB i hamulec H sa. polaczone odpowiednio przez sterownik sprzegla STS, sterownik skrzynki biegów STB i sterownik hamulca STH z blokiem sterowania programowego BSP zlozo¬ nym z przekazników progowych predkosci, sieci elemen¬ tów logicznych sterowania, elementów pamieciowych i laczników. Blok ten odbiera sygnaly od czujnika hamu- ; lce CH i jest polaczony z czujnikiem predkosci silnika CS i równoczesnie z nieliniowym zadajnikiem ZR i z pierw¬ szym wezlem sumujacym A. Nieliniowy zadajnik ZR w ukladzie przedstawionym na fig. 2 jest zadajnikiem mo¬ mentu a w ukladzie przedstawionym na fig. 3 jest zadaj¬ nikiem pradu.

Do bloku sterowania programowego BSP dolaczone sa ponadto pierwszy komutator KI, drugi komutator K£ i element przelaczajacy EP. Pierwszy komutator KI jest polaczony z zadajnikiem predkosci ZN za pomoca k po¬ laczen i z pierwszym wezlem sumujacym. A105 352 Zadajnik predkosci ZN sklada sie ze stabilizatora na¬ piecia SN i dzielnika napiecia DN. Pierwszy wezel su¬ mujacy A jest polaczony ponadto poprzez wzmacniaez regulacyjny predkosci WN z elementem przelaczajacym EP, który jest polaczony z drugim komutatorem K2 i z blokiem blokady BL i jednoczesnie z drugim wezlem sumujacym B, który jest polaczony ze wzmacniaczem re_ gulacyjnym WR. Wzmacniacz regulacyjny WR w ukla dzie przedstawionym na fig. 2 jest wzmacniaczem regu¬ lacyjnym momentu, a w ukladzie przedstawionym na fig. 3 — wzmacniaczem regulacyjnym pradu. Drugi komu¬ tator K2 jest polaczony za pomoca k polaczen z nielinio¬ wym zadajnikiem ZR. Blok blokady BL jest polaczony poprzez generatory impulsów zaplonowych Gl i G2 z przeksztaltnikiem tyrystorowym PT, z którym równiez poprzez generatory impulsów zaplonowych Gl i G2 po¬ laczony jest wzmacniacz regulacyjny WR.

W ukladzie przedstawionym na fig. 2 drugi wezel su¬ mujacy B jest polaczony z blokiem sterowania progra¬ mowego BSP i równoczesnie poprzez wzmacniacz sy¬ gnalu momentu WS z czujnikiem momentu "CM, a blok blokady BL jest polaczony poprzez wzmacniacz pradu WP z czujnikiem pradu silnika CP.

W ukladzie przedstawionym na fig. 3 wezel sumujacy B, blok blokady BL i blok sterowania programowego BSP sa polaczone jednoczesnie poprzez wzmacniacz pradu WP z czujnikiem pradu silnika CP. Symulacje pracy sil¬ nika spalinowego za pomoca przedstawionych ukladów przeprowadza sie w sposób nastepujacy: charakterystyke momentu obrotowego silnika dzieli sie na trzy strefy (pra¬ ca na biegu jalowym, podczas rozpedzania i przy ustalo¬ nej predkosci obrotowej) i aproksymuje sie odcinkami prostych. Odcinki te po przeksztalceniu na odpowiednie napiecia sa wprowadzane do nieliniowego zadajnika ZR.

Z zadajnika tego jest odwzorowana charakterystyka silnika spalinowego za pomoca silnika elektrycznego M sterowanego z przeksztaltnika tyrystorowego PT. War¬ tosc zadana charakterystyki'jest podawana z nieliniowego zadajnika ZR w ten sposób, ze przy pracy na biegu jalo¬ wym wlacza sie wzmacniacz regulacyjny predkosci WN i wzmacniacz regulacyjny WR momentu ewentualnie pradu, przy pracy podczas rozpedzania wlacza sie tylko wzmacniacz regulacyjny WR momentu ewentualnie pradu, a przy ustalonej predkosci obrotowej wlacza sie wzmac¬ niacz regulacyjny predkosci WN i wzmacniacz regula¬ cyjny WR momentu, ewentualnie pradu. Przeciwsobny uklad przeksztaltnika tyrystorowego PT zawierajacy blok blokady BL impulsów zaplonowych umozliwia hamowa¬ nie inwertorowe silnika M z oddawaniem energii do sieci.

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób symulacji pracy silnika spalinowego prze" odwzorowanie jego charakterystyki momentu obroto¬ wego to znaczy zaleznosci momentu rozwijanego przez silnik od predkosci obrotowej (katowej) walu tego sil¬ nika za pomoca silnika elektrycznego, znamienny tym, ze charakterystyke momentu obrotowego silnika dzieli sie na trzy strefy, z których strefa I odpowiada pracy na bie¬ gu jalowym, strefa II pracy podczas rozpedzania i stre¬ fa III pracy przy ustalonej predkosci obrotowej a nastep¬ nie aproksymuje sie odcinkami prostych, które prze¬ ksztalca sie na odpowiednie napiecia zalezne od predkosci obrotowej, wprowadza sie je do nieliniowego zadajnika momentu ewentualnie pradu bedacego generatorem fun¬ kcji nieliniowej i odwzorowuje sie za pomoca silnika elek- 6 trycznego pradu stalego — obcowzbudnego sterowanego z przeksztaltnika tyrystorowego (zawierajacego miedzy innymi wzmacniacza regulacyjne predkosci i momentu ewentualnie pradu), przy czym wartosc zadana charak- 5 terystyki dla symulacji podaje sie z zadajnika w ten spo¬ sób, ze przy pracy na biegu jalowym wlacza sie oba wzmac¬ niacze regulacyjne, przy pracy podczas rozpedzania wla¬ cza sie tylko wzmacniacz regulacyjny momentu ewentual¬ nie pradu a przy pracy podczas ustalonej predkosci obro¬ towej ponownie wlacza sie oba wzmacniacze regulacyjne.

2. Uklad do symulacji pracy silnika spalinowego przy uzyciu silnika elektrycznego pradu stalego polaczonego poprzez przekladnie i sprzeglo cierne ze skrzynka biegów oraz hamulcem, w którym silnik jest sterowany poprzez przeksztaltnik tyrystorowy w ukladzie przeciwsobnym i zalaczany stycznikiem glównym, znamienny tym, ze ma blok sterowania programowego (BSP), który jest polaczony ze sprzeglem (SC) poprzez sterownik sprzegla (STS),. ze skrzynka biegów (SB) poprzez sterownik skrzynki biegów (STB), z hamulcem (H) poprzez ste¬ rownik hamulca (STH), z czujnikiem hamulca (CH)3 z czujnikiem predkosci silnika (CS) jednoczesnie z nie¬ liniowym zadajnikiem (ZR) momentu i pierwszym wez¬ lem sumujacym (A) oraz z elementem przelaczajacym (EP), drugim komutatorem (K2), który to komutator jest polaczony z nieliniowym zadajnikiem (ZR) momentu i z elementem przelaczajacym (EP), ponadto blok ste¬ rowania programowego (BSP) jest polaczony z pierwszym komutatorem (KI), który to komutator jest polaczony z pierwszym wezlem sumujacym (A) i zadajnikiem pred¬ kosci (ZN), oraz blok sterowania programowego (BSP) jest polaczony z drugim wezlem sumujacym (B) i jedno¬ czesnie poprzez wzmacniacz sygnalu momentu (WS) z czujnikiem momentu (CM) przy czym drugi wezel sumujacy (B) jest polaczony z elementem przelaczaja¬ cym (EP), który to element jest polaczony poprzez wzmac¬ niacz regulacyjny predkosci (WN) z pierwszym wezlem sumujacym (A), jednoczesnie drugi wezel sumujacy (B) jest polaczony ze wzmacniaczem regulacyjnym (WR) momentu i blokiem blokady (BL), przy czym blok blo¬ kady (BL) jest polaczony poprzez wzmacniacz pradu (WP) z czujnikiem pradu silnika (CP), z przeksztaltni¬ kiem tyrystorowym (PT) poprzez dwa generatory im¬ pulsów zaplonowych (Gl, G2), które to generatory sa polaczone z wzmacniaczem regulacyjnym (WR) momentu

3. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze za¬ dajnik predkosci (ZN) sklada sie ze stabilizatora napiecia (SN) polaczonego z dzielnikiem napiecia (DN).

4. Uklad do symulacji silnika spalinowego przy uzyciu, silnika elektrycznego pradu stalego polaczonego poprzez przekladnie i sprzeglo cierne ze skrzynka biegów oraz hamulcem, w którym silnik jest sterowany poprzez prze1 ksztaltnik tyrystorowy w ukladzie przeciwsobnym i za¬ laczany stycznikiem glównym, znamienny tym, ze ma blok sterowania programowego (BSP), który jest pola¬ czony ze sprzeglem (SC) poprzez sterownik sprzegla (STS), ze skrzynka biegów (SB) poprzez sterownik skrzynki biegów (STB), z hamulcem (H) poprzez ste¬ rownik* hamulca (STH), z czujnikiem hamulca (CH) z czujnikiem prec&osci silnika (CS) jednoczesnie z nie¬ liniowym zadajnikiem (ZR) pradu i pierwszym wezlem sumujacym (A) oraz z elementem przelaczajacym (EP), drugim komutatorem (K2), który to komutator jest po¬ laczony z nieliniowym zadajnikiem (ZR) pradu i z ele¬ mentem przelaczajacym (EP), ponadto blok sterowania 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60105 352 programowego (BSP) jest polaczony z pierwszym ko¬ mutatorem (Kl)3 który to komutator jest polaczony z pierwszym wezlem sumujacym (A) i zadajnikiem pred¬ kosci (ZN)3 oraz blok sterowania programowego (BSP) jest polaczony z drugim wezlem sumujacym (B) i jedno¬ czesnie z blokiem blokady (BL) oraz równoczesnie po¬ przez wzmacniacz pradu (WP) z czujnikiem pradu sil¬ nika (CP), przy czym drugi wezel sumujacy (B) jest polaczony z elementem przelaczajacym (FP) który to element jest polaczony poprzez wzmacniacz regulacyjny predkosci (WN) z pierwszym wezlem sumujacym (A), 8 jednoczesnie drugi wezel sumujacy (B) jest polaczony ze wzmacniaczem regulacyjnym (WR) pradu i blokiem blo¬ kady (BL), przy czym blok blokady (BL) jest polaczony z przeksztaltnikiem tyrystorowym (PT) poprzez dwa ge¬ neratory impulsów zaplonowych (Gl, G2), które to ge¬ neratory sa polaczone ze wzmacniaczem regulacyjnym (WR) pradu.

5. Uklad wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze zadaj- nik predkosci (ZN) sklada sie ze stabilizatora napiecia (SN) polaczonego z dzielnikiem napiecia (DN). Errata LaTeiS?cZzony z elementem przelaczajacym (FP) powinno byc: polaczony z elementem przelaczajacym (EP)105 352 z w \SN Dli ^ WN ZR R OT FP =K2 NR 1 H ^ (51 H BL GZ WP BSP n*2 CSÓ W PZ NS SC m ,58, STS U H TT CH -O STB STH T105 352 R S TH ZN SG "DZTI "~i—ur~i i—i sc i t &(sHpzHH I i i rsc \sn\ csO z* 5 H2H WK l G2 P ! aiP r n 55? K Fig 3 .SB/ H H CH —Q JfS 5TB \STH ÓTS T LZG Z-d 3 w Pab., zam. 1001-79, nakl. 100+20 egz. Cena 45 zl