Laboratoryjna symulacja samochodowego układu wtrysku paliwa LPG

MAŹNIEWSKI Krzysztof 1 SZYMONIK Mateusz Laboratoryjna symulacja samochodowego układu wtrysku paliwa LPG WSTĘP Stosowanie paliwa gazowego do napędu pojazdów samochodowych (autogazu) stało się obecnie znaczące, stanowiąc alternatywę dla paliw konwencjonalnych - uwidacznia się to zwłaszcza na rynku krajowym. W Polsce, która wyprzedzając Turcję i Włochy należy do czołówki krajów Europy wykorzystujących autogaz stosowane są przede wszystkim instalacje wykorzystujące płynną mieszaninę propanu i butanu, powszechnie nazywaną LPG (ang. Liquid Petroleum Gas). Jak podaje Polska Organizacja Gazu Płynnego (POGP) w 013 roku zanotowano,7 mln samochodów zasilanych autogazem, a tendencja wzrostowa utrzymuje się od momentu kiedy zaczęto montaż tego typu instalacji - czyli od początku lat 90-tych 3. Sektor autogazu stanowił w 013 r. prawie ¾ ogólnej sprzedaży LPG, tj. 1,7 mln ton wobec,1 mln ton. O popularności tego rodzaju paliwa świadczy fakt, że sprzedaż LPG na tzw. koncernowych stacjach benzynowych jest już w zasadzie standardem i niemal każda nowo powstająca stacja paliw jest wyposażona w zbiorniki i dystrybutory LPG []. Obecnie w samochodowych instalacjach gazowych stosuje się sekwencyjny wtrysk gazu w postaci płynnej - bezpośrednio do komory spalania (rysunek 1a) lub do kanałów dolotowych poszczególnych cylindrów w pobliżu zaworów (rysunek 1b), czas wtrysku gazu dobierany jest automatycznie przez sterownik (komputer) LPG - na podstawie sygnałów sterujących wtryskiwaczami benzyny, przy uwzględnieniu różnic fizykochemicznych między LPG a benzyną. Rozwiązania takie stosowane są w pojazdach z silnikami z wielopunktowym wtryskiem benzyny, wyposażonymi w sondę lambda, katalizator oraz system diagnostyki pokładowej EOBD (ang. European On Board Diagnostic) - nie zachodzi wówczas konieczność stosowania dodatkowych emulatorów [, 1]. a) b) Rys. 1. Schemat instalacji gazowej z wtryskiem płynnego gazu do: a) komory spalania i b) kolektora dolotowego [1] W celu zapewnienia porównywalnych osiągów (mocy, ekonomiki, komfortu) jednostki zasilanej paliwem LPG z silnikami benzynowymi konieczna jest kontrola i precyzyjne sterowanie wielu 1 Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, -100 Gliwice, ul. Krzywoustego. Tel: + 3 37--3, Krzysztof.Mazniewski@polsl.pl Politechnika Śląska, Wydział Transportu, 0-019 Katowice, ul. Krasińskiego 3 W 1991 roku Minister Transportu i Gospodarki Wodnej upoważnił pierwszą firmę do montażu instalacji LPG w pojazdach samochodowych. Europejski system pokładowego pomiaru i monitoringu głównych parametrów układu napędowego, szczególnie parametrów emisyjnie krytycznych. 719

parametrów, wśród których do najważniejszych należą: kąt wyprzedzenia zapłonu, skład mieszanki, sekwencja wtrysku gazu, stopień sprężania, fazy rozrządu. Szczególnie istotna jest precyzja dawkowania paliwa gazowego. Problemy te rozwiązują obecnie wyspecjalizowane sterowniki gazowe. Współpracując ze sterownikiem benzynowym, wypracowują one odpowiednie sygnały zarządzające pracą wtrysków gazowych, tak aby ilość wtryskiwanego paliwa odpowiadała zapotrzebowaniu wynikającemu z aktualnego obciążenia silnika. Układy sterowania w połączeniu z elementami wykonawczymi jakimi są wtryski gazowe stanowią zatem podstawę każdej samochodowej instalacji gazowej i są one ciągle doskonalone []. Zadania stawiane najnowszym sterownikom to konieczność zarządzania rosnącą liczbą elementów wykonawczych oraz pomiar i przetwarzanie informacji pochodzących z coraz większej liczby czujników. Jednym z trudniejszych zadań, które realizuje sterownik LPG współpracujący ze sterownikiem silnika jest wyznaczanie odpowiedniej dawki paliwa LPG dla każdego stanu pracy wszystkich cylindrów, tak aby wytworzyć mieszankę paliwowo-powietrzną o takim samym współczynniku nadmiaru powietrza jak przy zasilaniu benzyną. Kolejne zadania realizowane przez sterownik układu zasilania LPG to zamykanie zaworów LPG przy zakończeniu pracy silnika, wyłączanie wtryskiwaczy benzyny przy przejściu na zasilanie gazowe oraz sterowanie pracą pompy paliwa. Nowoczesne sterowniki LPG w pełni korzystają z sygnałów pochodzących od sterownika benzyny. Wykorzystują sygnały sterujące czasem otwarcia wtryskiwaczy benzynowych i na ich podstawie, przy uwzględnieniu kilku zmiennych wypracowują sygnały sterujące wtryskami gazowymi. Ilość wtryskiwanego paliwa, zarówno w przypadku zasilania benzyną jak i gazem LPG, zależy od czasu otwarcia wtryskiwaczy [, ]. Współdziałanie sterowników LPG z elektroniką silnika zwykle ma charakter jednostronny. Sterownik układu zasilania LPG pobiera sygnały pochodzące ze sterownika silnika. Czas otwarcia wtryskiwaczy gazowych jest modyfikowany w stosunku do czasu otwarcia wtryskiwaczy benzyny poprzez funkcję adaptacyjną. Odpowiedni dobór funkcji adaptacji, określony jest w sposób odrębny dla każdego typu jednostki napędowej [1]. Znajomość zasad rządzących pracą gazowego układu sterująco-wykonawczego oraz umiejętność jego poprawnej konfiguracji jest konieczna aby zapewnić prawidłową pracę samochodowej instalacji gazowej. Eksperymenty testujące realizowane funkcje układu, poprawność dokonanych ustawień oraz wpływ poszczególnych parametrów na pracę układu nie zawsze są możliwe do zrealizowania w warunkach pokładowych. W niniejszym artykule przedstawiono możliwości mechatronicznego modelu pozwalającego na wykonywanie zróżnicowanych symulacji pracy samochodowego układu wtrysku paliwa LPG w warunkach laboratoryjnych. Model powstał w wyniku realizacji projektu inżynierskiego na Wydziale Transportu Politechniki Śląskiej i został wyróżniony na XII Studenckiej Sesji Naukowej w 01 r. Model stanowi uzupełnienie bazy laboratoryjnej oraz wsparcie procesu dydaktycznego i poznawczego. 1 MODEL SAMOCHODOWEGO UKŁADU WTRYSKU PALIWA LPG Model zbudowano na bazie sterownika gazowego Versusgas MV. Generowane w pojeździe samochodowym rzeczywiste sygnały wejściowe, wykorzystywane przez sterownik zastąpiono sygnałami wytworzonymi w odpowiednich układach symulujących. Sterownik dedykowany jest do silnika czterocylindrowego, istnieje więc możliwość sterowania kompletem czterech wtryskiwaczy. W modelu, jako element wykonawczy zastosowano jeden wtryskiwacz LPG, co jest wystarczające do celów poglądowych. Sterownik gazowy MV nie posiada mechanizmów diagnostyki wtryskiwaczy gazowych więc praca z odłączonym jednym bądź kilkoma wtryskiwaczami nie wpływa na poprawność jego działania. Model wyposażono również w komputerowe gniazdo diagnostyczne, co w aplikacji dedykowanej do sterownika pozwala na obserwację zmienianych w modelu parametrów oraz procesów zachodzących wskutek tych zmian, umożliwia także zaawansowaną konfigurację sterownika. Szerszy opis modelu można znaleźć w [3, 9]. 7197

1.1 Charakterystyka sterownika Versusgas MV Sterownik gazowy Versusgas MV (rysunek ) działa w układzie master-slave, wyposażony jest w mikroprocesor przeznaczony do monitorowania i sekwencyjnego dawkowania paliwa LPG (również CNG) na podstawie czasów trwania impulsów sterujących wtryskami benzyny (czasów wypracowanych w sterowniku silnika). Ponadto do określenia długości czasu wtrysku gazu sterownik wykorzystuje takie parametry jak: wydajność wtryskiwaczy gazowych w porównaniu z wtryskiwaczami benzynowymi, temperatura gazu, ciśnienie reduktora/parownika. Sterownik wyposażony jest w system zabezpieczeń przed przegrzaniem układu oraz system zabezpieczeń elektrycznych. Sprawdzane są takie czynniki jak: temperatura wewnętrzna, obecność informacji o czasach wtrysku pochodzących z wtryskiwaczy benzynowych, spadek napięcia w instalacji, spadek ciśnienia gazu, poprawność działania obwodów elektrycznych i poprawność Rys.. Wygląd zewnętrzny sterownik gazowego Versusgas MV [10] występujących na nich sygnałów. W aplikacji sterownika istnieje możliwość konfiguracji dopuszczalnej temperatury wewnętrznej jednostki oraz minimalnego napięcia zasilania. W przypadku przekroczenia wartości dopuszczalnych lub stwierdzenia nieprawidłowości sterownik wchodzi w tryb pracy awaryjnej oraz jednocześnie przełącza zasilanie na benzynowe [10]. W skonstruowanym modelu można badać poprawność działania tych zabezpieczeń. 1. Symulacja sygnałów wejściowych W celu zamodelowania samochodowego układu wtrysku paliwa LPG z wykorzystaniem sterownika Versusgas MV należało określić: charakter sygnałów wejściowych i wyjściowych sterownika, charakterystykę poszczególnych czujników współpracujących ze sterownikiem, sposób symulacji poszczególnych sygnałów. Kolejnym etapem był dobór odpowiednich układów wytwarzających właściwe sygnały zastępcze, tak aby sterownik po ich zinterpretowaniu, odpowiednio wysterował wtryskiwacz(e) gazowy/e modelu. W efekcie sygnały zastępcze, generowane w warunkach laboratoryjnych odpowiadają sygnałom generowanym przez czujniki umieszczone pod maską pojazdu samochodowego. Zasymulowane w modelu sygnały zastępcze, przedstawiono na rysunku 3, są to: czas otwarcia wtryskiwaczy benzynowych - sygnał ze sterownika benzyny, temperatura gazu - czujnik termistorowy na wtrysku gazu, podciśnienie w kolektorze dolotowym (obciążenie silnika) - czujnik ciśnienia bezwzględnego, zasilanie - akumulator, zapłon - stacyjka, prędkość obrotowa wału korbowego silnika - czujnik położenia wału korbowego, temperatura reduktora - czujnik termistorowy na reduktorze, ilość gazu w zbiorniku - czujnik poziomu LPG na wielozaworze zbiornika. Obwody wytwarzające sygnały zastępcze zbudowano wykorzystując odpowiednio dobrane: generatory fali prostokątnej (czas otwarcia wtrysków benzyny i prędkość obrotowa - regulacja częstotliwości i wypełnienia generowanego sygnału), potencjometry (temperatura gazu i reduktora, ilość LPG w zbiorniku - wartość rezystancji), dzielnik napięcia (obciążenie silnika - wartość napięcia) oraz inne urządzenia i elementy elektroniczne (np. zasilacz, modulatory napięcia). Jak wspomniano wyżej - w modelu, jako element wykonawczy zastosowano jeden wtryskiwacz LPG - z tego powodu symulowano również pracę jednego wtrysku benzyny, wykorzystując w tym celu generator 1-kanałowy. Dobrany układ zasilania ma jednak zawyżone parametry w stosunku do obciążenia - istnieje zatem, możliwość rozbudowy modelu poprzez zamianę generatora 1-kanałowego na generator -kanałowy. Wówczas możliwa będzie symulacja pracy czterech sekwencyjnie pracujących wtryskiwaczy. MAP sensor - ang. (Manifold Absolute Pressure) - czujnik ciśnienia bezwzględnego zawiera dwa czujniki MPXH 00, przetwarzające sygnały ciśnienia w odniesieniu do próżni na sygnały napięciowe. 719

SYGNAŁY RZECZYWISTE STEROWNIK BENZYNY SYGNAŁY ZASTĘPCZE czas otwarcia wtrysków benzyny generator fali prostokątnej WTRYSKI BENZYNY WTRYSKI GAZU CZUJNIK TEMPERATURY GAZU temperatura gazu potencjometr R = 0 kw STEROWNIK GAZOWY Versusgas MV CZUJNIK CIŚŃ. BEZWZGL. MAP sensor AKUMULATOR CZUJNIK CIŚNIENIA REDUKTORA STACYJKA/ZAPŁON OBROTOMIERZ CZUJNIK TEMP. REDUKTORA podciśnienie dzielnik napięcia zasilanie R 1 R zasilacz 30 V AC/ 1 V DC zapłon wyłącznik prędkość obrotowa generator fali prostokątnej temperatura reduktora potencjometr R = 0 kw ZŁĄCZE USB / RS 3 POZIOM PALIWA MANOMETR ilość paliwa LPG potencjometr R = 10 kw WSKAŹNIK PALIWA WYŁ./ZAŁ. GAZ Rys. 3. Schemat ideowy logicznego przepływu sygnałów wejścia/wyjścia w sterowniku Versusgas MV z wyróżnieniem sposobu symulacji poszczególnych sygnałów zastępczych w modelu 7199

1.3 Wygląd zewnętrzny i obsługa modelu Wszystkie obwody wytwarzające sygnały zastępcze wraz z układami zasilania umieszczono w zwartej obudowie, jak pokazano na rysunku - na zewnątrz pozostawiając wyprowadzenia umożliwiające obsługę modelu. a) b) Rys.. Widok ogólny strony frontowej (a) i tylnej (b) modelu (opis w tekście) Od strony frontowej, za pomocą pokręteł możliwa jest zatem: regulacja ciśnienia w reduktorze (w kpa, parametr zależny od podciśnienia w MAP sensorze ), temperatura LPG (w C), temperatura reduktora (w C), prędkość obrotowa wału - 1 (w obr./min.), czas otwarcia wtrysku benzyny - (w ms), ilości paliwa LPG (w %). Zarówno dla prędkości obrotowej jak dla czasu otwarcia wtrysku gazowego (pokrętła białe) możliwa jest regulacja częstotliwości (pokrętła czerwone) i wypełnienia (pokrętła zielone) generowanej fali prostokątnej. Na stronę czołową modelu wyprowadzony został również wyłącznik symulujący zapłon silnika oraz konsolka pokazująca ilość paliwa i umożliwiająca zmianę rodzaju paliwa. Na stronie tylnej modelu umieszczono wyłącznik główny, gniazdo USB, oraz złącze umożliwiające zmianę konfiguracji modelu (odłączenie generatorów) oraz obserwację sygnałów wytwarzanych przez generatory (po podłączeniu oscyloskopu). MOŻLIWOŚCI MODELU Model umożliwia śledzenie mechanizmów pracy instalacji gazowej. W szczególności możliwa jest analiza wpływu szeregu sygnałów wejściowych sterownika gazowego na jego działanie oraz na pracę wtryskiwaczy gazowych. Możliwe jest zdejmowanie różnorodnych charakterystyk pracy, np. czasu pracy wtrysków gazowych przy zmianie temperatury paliwa, zmiennych obciążeniach lub prędkościach obrotowych wału korbowego. Poprzez gniazdo USB możliwa jest współpraca modelu z oprogramowaniem dedykowanym do sterownika, co znacznie poszerza możliwości dydaktycznobadawcze. Możliwe jest zatem uwzględnienie w badaniach wielu dodatkowych zmiennych - wynikające ze zmiany parametrów funkcji oferowanych przez sterownik bezpośrednio z ekranu komputera. Oprogramowanie zapewnia również rozwinięte funkcje wizualizacji oraz daje możliwość rejestracji niektórych wyników. Korzystając z modelu można również poznawać i badać zależności między sterownikiem gazu LPG a sterownikiem benzyny..1 Analiza wpływu zmiany sygnałów wejściowych sterownika gazowego wykonywanej z poziomu modelu Korzystając z modelu można badać wpływ wszystkich parametrów, których regulacja możliwa jest z płyty czołowej (patrz podrozdz. 1.3). Wprowadzane zmiany i ich rezultat obserwuje się w zakładce Wyświetlanie okna programu sterownika, przykład pokazano na rysunku 7. Poniżej przedstawiono wybrane wyniki badań testowych wykonanych z wykorzystaniem modelu. Szersze omówienie wyników tych badań można znaleźć w [3]. W momencie gdy wzrasta obciążenie (bieg jałowy, hamowanie) silnik nie wykazuje zapotrzebowania na paliwo i rośnie podciśnienie w czujniku MAP, w komorze reduktora następuje wówczas wzrost ciśnienia skutkujący zamknięciem zaworu wlotowego, pozwalającego na dopływ LPG ze zbiornika. 7 Wyświetlane w oprogramowaniu ciśnienie jest ciśnieniem reduktora. W ten sposób opisane jest też odpowiednie pokrętło w modelu - (Ciśnienie w reduktorze). W rzeczywistości regulując tym pokrętłem symuluje się zmianę podciśnienia w czujniku MAP. 700

Rys.. Okno programu Versus ver..1 - zakładka Wyświetlanie - widok wartości wymuszeń i odpowiedzi. Kolorowe paski pokazują czasy wtrysku odpowiednio: czerwone - benzyna, niebieskie gazu.1.1 Wpływ czasu otwarcia wtrysków na prędkość obrotową wału korbowego Poniżej, na rysunkach i przedstawiono wyniki przykładowej analizy zagadnień związanych z wpływem czasu otwarcia wtrysków, temperatury LPG i obciążenia na prędkość obrotową wału korbowego. Na rysunku pokazano zależności n = f(t) dla temperatur LPG z zakresu T = (0 0) C, i stałej wartości ciśnienia reduktora p = 10 kpa. a) 9 b) n x 1 000 (obr./min.) 9 n x 1 000 (obr./min.) 7 7 p = 10 kpa p = 10 kpa BENZ, T = 0 C BENZ, T = 70 C BENZ, T = 0 C BENZ, T = 0 C 3 BENZ, T = 0 C t BENZ (ms) 0 10 1 0 30 3 0 LPG, T = 0 C LPG, T = 70 C LPG, T = 0 C LPG, T = 0 C 3 LPG, T = 0 C t LPG (ms) 0 10 1 0 30 3 0 Rys.. Wpływ czasu otwarcia wtrysku benzynowego t BENZ (a) i gazowego t LPG (b) na prędkość obrotową wału korbowego n przy stałym ciśnieniu reduktora p i zmiennej temperaturze gazu T Dla tego samego czasu otwarcia wtrysków prędkość obrotowa wału na paliwie gazowym jest niższa, aby utrzymać tę samą prędkość obrotową czas otwarcia wtrysku gazowego musi być dłuższy niż czas otwarcia wtrysku benzyny. W celu uwidocznienia tych różnic, na rysunku 7a - pokazano przykład dla T = 70 C. Zmiana czasu otwarcia wtrysku benzyny pociąga za sobą zmianę czasu otwarcia wtrysku gazu, zgodnie z funkcją adaptacyjną - co pokazano na rysunku 7b dla T = 70 C. 701

a) 9 b) n x 1 000 (obr./min.) 0 t LPG (ms) p = 10 kpa, T = 70 C 7 3 30 p = 10 kpa 0 BENZ, T = 70 C LPG, T = 70 C 3 t (ms) 0 10 1 0 30 3 0 1 10 t BENZ (ms) 0 0 10 1 0 30 3 0 Rys. 7. a) Wpływ czasu otwarcia wtrysku t - benzynowego (BENZ) i gazowego (LPG) na prędkość obrotową wału korbowego n przy stałym ciśnieniu reduktora p i temperaturze gazu T; b) Zależność czasu otwarcia wtrysku gazowego t LPG od czasu otwarcia wtrysku benzynowego t BENZ Na rysunku pokazano zależności t = f(n) dla ciśnień w reduktorze z zakresu T = (0 10) kpa, i stałej wartości temperatury LPG T = 70 C. a) 9 b) n x 1 000 (obr./min.) 9 n x 1 000 (obr./min.) 7 T = 70 C BENZ, p = 0 kpa BENZ, p = 100 kpa BENZ, p = 10 kpa BENZ, p = 10 kpa 3 BENZ, p = 10 kpa t BENZ (ms) 0 10 1 0 30 3 0 7 T = 70 C LPG, p = 0 kpa LPG, p = 100 kpa LPG, p = 10 kpa LPG, p = 10 kpa 3 LPG, p = 10 kpa t LPG (ms) 0 10 1 0 30 3 0 Rys.. Wpływ czasu otwarcia wtrysku benzynowego t BENZ (a) i gazowego t LPG (b) na prędkość obrotową wału korbowego n przy zmiennym ciśnieniu reduktora p i stałej temperaturze gazu T.1. Wpływ ciśnienia reduktora na czas otwarcia wtrysku gazu Symulowany wzrost ciśnienia w reduktorze, obrazujący wzrost obciążenia silnika - w sytuacji utrzymywania prędkości obrotowej wału korbowego powoduje skrócenie czasu otwarcia wtrysku paliwa gazowego. Przykład takiej analizy pokazano na rysunku 9. 1 1 1 10 t LPG (ms) LPG, n = 3,0 tys. obr./min. LPG, n = 3, tys. obr./min. LPG, n =,0 tys. obr./min. T = 70 C 0 0 0 100 10 10 10 10 Rys. 9. Wpływ ciśnienia reduktora p na czasu otwarcia wtrysku gazowego t LPG przy zmiennej prędkości obrotowej wału korbowego n i stałej temperaturze gazu T p (kpa) 70

. Analiza wpływu zmiany sygnałów wejściowych sterownika gazowego wykonywanej z poziomu oprogramowania Korzystając z oprogramowania Versus dedykowanego do sterownika można analizować wpływ szeregu dodatkowych zmiennych (korekt, map, ustawień kalibracyjnych) na logikę działania sterownika i na pracę modelu układu wtryskowego. Podstawowe ustawienia aplikacji to [11]: typ paliwa - LPG lub CNG; obroty - wartość, przy której nastąpi przełączenie z zasilania benzyną na zasilanie gazem; kalibracja sygnału obrotów, wybór miejsca odczytu prędkości obrotowej; temperatura przełączenia - próg automatycznego przełączenia na zasilanie gazowe; opóźnienie przełączania - czas od włączenia silnika do przełączenia na gaz; sekwencyjne przełączanie cylindrów - czas pomiędzy przełączeniem kolejnych cylindrów z benzyny na gaz; ciśnienie przełączania na benzynę - wartość powrotu na zasilanie benzyną w wypadku wyczerpania się paliwa gazowego; parametry wtryskiwacza - rodzaj, rozgrzewanie przed przełączeniem na zasilanie gazem, czas rozgrzewania; typ czujników: ciśnienia, temperatury reduktora, temperatury gazu, sondy lambda. Można także sprawdzać i badać wpływ ustawień i funkcji zaawansowanych, takich jak [11]: ciśnienie robocze reduktora - wartość zapisana w sterowniku automatycznie podczas autokalibracji biegu jałowego; najważniejsza informacja dla sterownika aby prawidłowo wyznaczyć czas wtrysku gazu; uśrednianie ciśnienia - okres próbkowania; szybkie przejście - funkcja określająca czy w przypadku gdy temperatura silnika (reduktora) po rozruchu osiągnie 0 C (ciepły silnik) ma nastąpić bezzwłoczne przejście na zasilanie gazem; minimalne czasy wtrysku LPG/CNG; czas trwania ignorowanych impulsów benzynowych; typ sterowania wtrysku benzynowego - pełna sekwencja, półsekwencja, niesekwencja; biegunowość sygnału załączającego wtryski benzynowe; sposób obsługi sygnału o ciągłym wtrysku benzyny - funkcja określająca czy wykrycie ciągłego wtrysku benzyny w sytuacji zasilania gazem ma skutkować przejściem na zasilanie benzyną; poziom sygnału obrotów - funkcja pozwalająca dostosować czułość napięciową wejścia do sygnału dostarczanego przez czujnik obrotów; maksymalne obroty - wartość, powyżej której nastąpi przełączenie na zasilanie benzyną; maksymalne obciążenie - wartość czasu wtrysku benzyny, po przekroczeniu której nastąpi powrót do zasilania benzyną; Funkcja stosowana gdy nie można zapewnić wystarczająco bogatej mieszanki dla maksymalnego obciążenia silnika; minimalne obroty gazu - wartość obrotów, poniżej której nastąpi przełączenie silnika na zasilanie benzynowe bez sygnalizacji na konsolce; minimalna temperatura gazu - funkcja, której włączenie powoduje cykliczne przełączanie z gazu na benzynę, aż do momentu osiągnięcia przez gaz temperatury o ustawionej wartości; obsługa cut-off na benzynie - funkcja eliminująca przygasanie silnika podczas wychodzenia z fazy hamowania silnikiem w sytuacji znacznego wzrostu ciśnienia gazu. Sterownik sprawdza ciśnienie w czasie cut-off i jeśli przekracza ono ustaloną wartość to na zadany czas przechodzi na zasilanie benzyną. Po upływie tego czasu następuje powrót do zasilania gazem. Zapis parametrów oraz ich rejestrację i obserwację w formie graficznych przebiegów czasowych umożliwia w oprogramowaniu funkcja Oscyloskop (rysunek ). Korzystając z oprogramowania można także zapoznawać się z procedurami autokalibracji sterownika. Na rysunku 10 pokazano działanie funkcji Autokalibracja dla pracy silnika w stanie jałowym. Procedura ta ma na celu określenie poprawki dla czasu otwarcia wtrysku gazu, ze względu na rozmiar dysz kalibracyjnych lub ciśnienie robocze reduktora gazowego. Obliczone w procesie autokalibracji poprawki muszą mieścić się w określonym przedziale. 703

Rys. 10. Działanie funkcji Autokalibracja dla jałowego stanu pracy silnika Autokalibracja w czasie jazdy (tzw. mapowanie) ma natomiast za zadanie wyznaczenie czasów wtrysku benzyny, a następnie wyrównanie różnic w tych czasach między pracą na benzynie i gazie. Możliwe jest mapowanie w trybie półautomatycznym, automatycznym oraz mapowanie z komputerem. Na rysunku 11 pokazano przykład działania tej procedury. Rys. 11. Działanie funkcji Autokalibracja w czasie jazdy w trybie półautomatycznym Dodatkowo, we współpracy oprogramowania i prezentowanego modelu można ćwiczyć ręczne kształtowanie map. Umożliwiają to funkcje Ręczna modyfikacja i Mapa - patrz rysunek 10. Pierwsza funkcja pozwala na dokonywanie procentowych korekt poprawek dla czasów wtrysków - obliczonych wcześniej w sposób automatyczny. Druga - pozwala modyfikować bieżący czas wtrysku gazu w funkcji obrotów (oś pozioma) i czasu wtrysku benzynowego(oś pionowa). a) b) Rys. 1. Działanie funkcji Ręczna modyfikacja (a) i Mapa (b) Ponadto oprogramowanie daje dostęp do kodów błędów oraz do specjalistycznych narzędzi serwisowych, których znaczenie i działanie w wygodny sposób można testować. WNIOSKI Symulacja samochodowego układu wtrysku paliwa LPG w warunkach pozapokładowych ma duże znaczenie w procesach poznawczo-dydaktycznych i badawczych. Opisany w artykule sposób takiej symulacji z wykorzystaniem zbudowanego mechatronicznego modelu układu wtrysku paliwa LPG 70

i oprogramowania dedykowanego do sterownika, na bazie którego model ten zbudowano, daje duże możliwości wsparcia tych procesów. Przedstawiony model dobrze obrazuje istotę działania sterownika gazowego oraz specyfikę pracy wtryskiwaczy gazowych przy zmianie poszczególnych sygnałów wejściowych sterownika zarówno z poziomu modelu i oprogramowania, pozwalając obserwować i rejestrować wypracowywane przez sterownik odpowiedzi. Streszczenie W artykule przedstawiono możliwości mechatronicznego modelu pozwalającego na wykonywanie zróżnicowanych symulacji pracy samochodowego układu wtrysku paliwa LPG w warunkach laboratoryjnych. Model zbudowano na bazie sterownika gazowego Versusgas MV pracującego w układzie master-slave. Generowane w pojeździe samochodowym rzeczywiste sygnały wejściowe, wykorzystywane przez sterownik zastąpiono sygnałami wytworzonymi w odpowiednich układach symulujących. Model umożliwia śledzenie mechanizmów pracy instalacji gazowej. W szczególności możliwa jest analiza wpływu szeregu sygnałów wejściowych sterownika gazowego na jego działanie oraz na pracę wtryskiwaczy gazowych. Sygnały wejściowe mogą być generowane z poziomu modelu lub/i oprogramowania dedykowanego do sterownika. Model stanowi uzupełnienie bazy laboratoryjnej oraz wsparcie procesu dydaktycznego i poznawczego. Laboratory simulation of automotive LPG fuel injection system Abstract The paper presents the possibility of mechatronic model that enables performing different simulation of automotive LPG fuel injection system in the laboratory. Model was built on the basis of the gas controller Versusgas MV which is working in a "master-slave" system. Generated in the actual motor vehicle the input signals used by the controller were replaced by the signals generated in the respective simulation circuits. The model enables to track of operating mechanisms of the gas installation. In particular, it is possible to analyze the influence of many input parameters of gas controller on its operation and on the work of the gas injectors. Input signals can be generated from the model and/or software dedicated to the controller. Model complements the laboratory base and supports the processes of learning and cognition. BIBLIOGRAFIA 1. Flekiewicz M, Flekiewicz B., Funkcja przejścia w systemach sekwencyjnego fazowanego wtrysku paliwa gazowego. KONMOT-AUTOPROGRES, 00.. Flekiewicz M, Flekiewicz B., Zasilanie Paliwami Gazowymi a systemy OBD - część. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, /003, 003. 3. Flekiewicz M., Szymonik M., Sterowanie wtryskiem paliwa gazowego w układzie master-slave. Zeszyty Nauk. Politechniki Śląskiej, Seria: TRANSPORT - artykuł zgłoszony w 013 r. do druku.. Majerczyk A., Taubert S., Układy zasilania gazem propan-butan. WKiŁ, Warszawa 00.. Olechowski A., Szozda M., Raport roczny 013 Polskiej Organizacji Gazu Płynnego. POGP 013.. Romaniszyn K. M., Alternatywne zasilanie samochodów benzyną oraz gazami LPG i CNG. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 007. 7. Zgodziński T., Ewolucja stosowania paliwa gazowego do napędu poj. samochodowych i związane z tym zagrożenia dla użytkownika. Kwartalnik Technika i Technologia 01/, CNBOP-PIB.. Wituszyński K., Sterowanie silników o zapłonie iskrowym. Zasada działania. Podzespoły. Informator techniczny BOSCH, WKiŁ, Warszawa 00. 9. Szymonik M., Mechatroniczna makieta sterowania pracą wtryskiwaczy gazowych. Projekt inżynierski, Politechnika Śląska, Katowice 013. 10. Dokumentacja techniczna sterownika sekwencyjnego wtrysku gazu. Wyd. Versus, 013. 11. Instrukcja oprogramowania VERSUS ver..1. Wyd. Versus, 013. 1. www.vialle.pl 70