Sterowanie silnika tłokowego zasilanego sprężonym powietrzem

W artykule przedstawiono model symulacyjny tłokowego silnika pneumatycznego, przeznaczonego do napędu lekkich pojazdów o masie kilkuset kilogramów. W rozważanym silniku zastosowano układ rzędowy trzech cylindrów, przy czym przewidziano zastosowanie typowych siłowników dostępnych na rynku elementów pneumatycznych. W opracowanym modelu symulacyjnym szczególną uwagę zwrócono na opis procesów sprężania i rozprężania powietrza w komorach roboczych siłowników oraz na właściwe określenie natężenia przepływu przez zawory sterujące. W obliczeniach wykazano bardzo istotny wpływ wielkości zaworów na szybkość zmian ciśnienia w siłownikach. Przy opracowani układu sterowania, zastosowanych w silniku zaworów, wprowadzono dwa sygnały sterujące: sygnał nastawczy i kąt wyprzedzenia. Wykorzystując zbudowany model symulacyjny opracowano charakterystyki prędkości kątowej w funkcji sygnałów sterujących, dla różnej wartości momentu napędowego silnika oraz charakterystykę mocy. Wykazano istotny wpływ omówionych sygnałów sterujących na pracę silnika, w szczególności wyznaczono wartości kąta wyprzedzenia, przy których uzyskuję się maksymalną moc.

---

The article presents a simulation model of the piston pneumatic motor, designed to drive light vehicles, weighing several hundred pounds. In the considered engine, system of three cylinders installed in one line, was used, wherein typical actuators, available on the market of pneumatic components were installed. In the developed simulation model, special attention was paid to the description of the processes of air compression and expansion in the cylinders chambers, as well as on appropriate determination of the control valves flow rate. The calculations showed a highly significant effect of the size of the valves on the rate of change of pressure in the actuators. The control system of valves, used in pneumatic engine, introduces two control signals: the degree of filling and the angle of advance. Based on developed simulation model, characteristics of the angular velocity as a function of the control signals for different values of engine torque and power characteristics has been elaborated. The significant effect of discussed control signals, on the engine operation, has been illustrated, in particular values of advance angle, at which maximum power is effected, was determined.