PL242390B1 - Wood chipper rotational speed control system - Google Patents
Wood chipper rotational speed control system Download PDFInfo
- Publication number
- PL242390B1 PL242390B1 PL423369A PL42336917A PL242390B1 PL 242390 B1 PL242390 B1 PL 242390B1 PL 423369 A PL423369 A PL 423369A PL 42336917 A PL42336917 A PL 42336917A PL 242390 B1 PL242390 B1 PL 242390B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- throttle
- rotational speed
- controller
- chipper
- combustion engine
- Prior art date
Links
- 239000002023 wood Substances 0.000 title abstract description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 32
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 28
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 description 4
- 241000276498 Pollachius virens Species 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 2
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest układ i sposób sterowania prędkością obrotową silnika spalinowego napędu rębaka do drewna, bezobsługowy i adaptacyjny do warunków eksploatacji. System wykorzystując czujniki detekcji obiektu (1 i 2), wykrywa obiekt w kanale podawczym (3) rębaka. Sygnał po zidentyfikowaniu obiektu w przestrzeni przez sterownik przepustnicy powietrza (18) zmienia położenie kątowe klapy przepustnicy zmieniając warunki eksploatacji rębaka (praca jałowa z prędkością obrotową silnika spalinowego umożliwiająca osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego lub mocy). Rozpoznanie braku obiektu w kanale podawczym przez czujniki detekcji obiektu (1 i 2) z pewnym opóźnieniem czasowym regulowanym przez kontroler czasu, zmienia stan pracy rębaka (praca jałowa z niską prędkością obrotową) zmieniając kąt uchylenia klapy przepustnicy przez sterownik przepustnicy (18). Układ reguluje prędkość obrotową poprzez zmianę dostarczanej dawki powietrza, a ilość dostarczanego paliwa reguluje sterownik silnika tworząc oczekiwaną mieszankę.The subject of the application is a system and a method of controlling the rotational speed of an internal combustion engine driving a wood chipper, maintenance-free and adaptive to operating conditions. The system, using the object detection sensors (1 and 2), detects the object in the feeding channel (3) of the chipper. After identifying an object in space by the air throttle controller (18), the signal changes the angular position of the throttle flap, changing the operating conditions of the chipper (idle operation with the rotational speed of the internal combustion engine enabling reaching the maximum torque or power). Recognition of the absence of an object in the feed channel by the object detection sensors (1 and 2) with a certain time delay regulated by the time controller, changes the chipper's operating state (idle operation with low rotational speed) by changing the angle of opening the throttle flap by the throttle controller (18). The system regulates the rotational speed by changing the supplied dose of air, and the amount of supplied fuel is regulated by the engine controller creating the expected mixture.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania prędkością obrotową silnika spalinowego napędu rębaka do drewna, realizujący proces sterowania zależny od warunków eksploatacji. System przeznaczony jest dla dziedziny techniki zajmującej się budową i eksploatacją maszyn i urządzeń w procesach przetwórczych odpadów drzewnych. Można go stosować w rębakach walcowych napędzanych silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym przeznaczonym do napędu pozadrogowych maszyn ruchomych, z elektronicznym układem wtryskowo-zapłonowym, gdzie układ regulacji mieszanki paliwowo-powietrznej jest wyposażony w elektrycznie sterowaną przepustnicę powietrza.The subject of the invention is a system for controlling the rotational speed of an internal combustion engine driving a wood chipper, realizing a control process dependent on operating conditions. The system is intended for the field of technology dealing with the construction and operation of machines and devices in the processing of wood waste. It can be used in roller chippers powered by a spark-ignition internal combustion engine designed to drive off-road mobile machines, with an electronic injection and ignition system, where the air-fuel mixture regulation system is equipped with an electrically controlled air throttle.
Znane są rozwiązania konstrukcyjne poruszające problematykę regulacji prędkości obrotowej silnika spalinowego napędu maszyn roboczych i pojazdów, do tych rozwiązań należą: US2017210387 (A1), US6634170B2, RU2612194C1, US4493228A. Przytoczone konstrukcje, układy, systemy i metody mają za zadanie regulować prędkość obrotową w celu uzyskania stałej jej wartości w zależności od obciążenia lub wymagają regulacji manualnej operatora. Do podstawowych regulatorów pozwalających zadawać warunki eksploatacji należą dźwignie nożne lub ręczne, umożliwiając szeroki zakres regulacji jednak z wykorzystaniem operatora. Systemy bezobsługowe dążą do regulacji umożliwiającej uzyskanie stałej prędkości obrotowej poprzez sprzęgła hydrodynamiczne lub regulatory odśrodkowe. Regulatory te wymagają zadania stałej prędkości obrotowej przez operatora, a następnie dążą do utrzymania zadanego stanu. Wśród producentów silników o zapłonie iskrowym wyposażonych we wtrysk paliwa przeznaczonych do pozadrogowych maszyn ruchomych najpopularniejsi są: Kohler Engines [8], Briggs & Stratton [2], Kawasaki [7], Subaru Robin [9], Honda [3-6] oraz firma ECOTRONS [1] doposażająca silniki spalinowe w zintegrowane układy wtryskowo-zapłonowe. Silniki tych producentów są wyposażone w mechaniczne przepustnice, a więc zadawanie zmiany warunków eksploatacji jest manualnie wykonywane przez operatora.There are known design solutions dealing with the problem of regulating the rotational speed of the internal combustion engine driving working machines and vehicles, such solutions include: US2017210387 (A1), US6634170B2, RU2612194C1, US4493228A. The cited constructions, systems, systems and methods are designed to regulate the rotational speed in order to obtain its constant value depending on the load or require manual adjustment by the operator. The basic regulators that allow setting operating conditions include foot or hand levers, enabling a wide range of adjustment, however, with the use of the operator. Maintenance-free systems strive for constant speed control through fluid couplings or centrifugal governors. These regulators require the operator to set a constant rotational speed, and then strive to maintain the set state. Among the manufacturers of spark-ignition engines equipped with fuel injection for off-road mobile machines, the most popular are: Kohler Engines [8], Briggs & Stratton [2], Kawasaki [7], Subaru Robin [9], Honda [3-6] and ECOTRONS [1], equipping internal combustion engines with integrated injection and ignition systems. The engines of these manufacturers are equipped with mechanical throttles, so the setting of changes in operating conditions is performed manually by the operator.
Rozwiązanie opisane w patencie US2017210387 (A1), zawiera system sterowania silnika spalinowego z wykorzystaniem sprzęgła hydrodynamicznego. Układ umożliwia utrzymywanie prędkości obrotowej zespołu napędowego niemal na stałym poziomie bez względu na obciążenie. Rozwiązanie to jest oczekiwane w niektórych zastosowaniach np. przy napędzie pomp jednak w rębakach stała prędkość nie jest konieczna, ważniejsze jest uzyskanie maksymalnego momentu obrotowego w odpowiednim okresie czasu.The solution described in the US2017210387 (A1) patent includes a control system for the internal combustion engine using a hydrodynamic clutch. The system makes it possible to keep the rotational speed of the drive unit almost constant regardless of the load. This solution is expected in some applications, e.g. when driving pumps, however, in chippers, constant speed is not necessary, it is more important to obtain the maximum torque in the right period of time.
W patencie US6634170B2 przedstawiony został układ sterownia silnikiem spalinowym wyposażonym w moduł kontroli spalin reguluje prędkość obrotową silnika oraz zadaje warunki eksploatacji wykorzystując pedał przyspieszenia. Sterowanie realizowane jest przez pomiar położenia pedału przyspieszenia, a następnie zmianę położenia przepustnicy. Realizacja wymaganych założeń wymaga zaangażowania operatora oraz umożliwia regulację w szerokim zakresie.The patent US6634170B2 presents a control system for an internal combustion engine equipped with an exhaust gas control module, which regulates the engine speed and sets operating conditions using the accelerator pedal. Control is accomplished by measuring the position of the accelerator pedal and then changing the position of the throttle. The implementation of the required assumptions requires the involvement of the operator and enables regulation in a wide range.
Rozbudowany system sterowania silnikiem spalinowym opisany w patencie RU2612194C1, do regulacji prędkości obrotowej i zadawania warunków eksploatacji wykorzystuje pedał przyspieszenia, ale również dodatkowo zawór regulacji prędkości obrotowej na biegu jałowym, zależnie od np. temperatury silnika. Rozwiązanie wspomaga regulację mieszanki paliwowo-powietrznej na biegu jałowym. Nie realizuje regulacji bezobsługowej do warunków eksploatacji, ale umożliwia regulację w szerokim zakresie prędkości obrotowych i obciążeń.The extensive combustion engine control system described in the RU2612194C1 patent uses the accelerator pedal to regulate the rotational speed and set the operating conditions, but also the idling speed control valve, depending on, for example, the engine temperature. The solution supports the regulation of the air-fuel mixture at idle. It does not perform maintenance-free adjustment to the operating conditions, but it allows adjustment in a wide range of rotational speeds and loads.
Zaawansowany system przedstawiony w patencie US4493228A w procesie sterowania prędkością obrotową wykorzystuje mechaniczny pedał przyspieszenia, który przy zastosowaniu mechanizmu cięgnowego lub dźwigni przez operatora zmienia parametry warunków eksploatacji. Układ w celu regulacji pozostałych procesów, łącznie z procesem regulacji prędkości obrotowej, wykorzystuje sygnał rejestrowany z czujnika położenia pedału przyspieszenia. Rozwiązanie wymaga mechanicznej zmiany zadawanych warunków eksploatacji przez zaangażowanie operatora jednocześnie umożliwiając szeroki zakres regulacji.The advanced system presented in the patent US4493228A in the process of controlling the rotational speed uses a mechanical accelerator pedal, which, using a cable mechanism or a lever by the operator, changes the operating conditions parameters. In order to regulate other processes, including the rotational speed control process, the system uses the signal recorded from the accelerator pedal position sensor. The solution requires a mechanical change of the set operating conditions by the involvement of the operator, while allowing a wide range of adjustments.
Znane są konstrukcje maszyn rozdrabniających odpady drzewne, których kanał podawczy nie jest wyposażony w sensorykę: US4702424a, US5005620A, US5088532A, US5137219A,There are known constructions of machines that shred wood waste, whose feed channel is not equipped with sensors: US4702424a, US5005620A, US5088532A, US5137219A,
US6237864B1, US5390862A, US4951882A, US6357684B1, US6955310B1, US20020139877A1. Wymienione konstrukcje ze względu na brak czujników wykrywających obiekt w przestrzeni nie realizują bezobsługowego adaptacyjnego do warunków eksploatacji procesu sterowania napędem rębaka, którym jest silnik spalinowy. Inną grupą patentów są rębaki których kanały podawcze są wyposażone w sensorykę: US6418004B1, ‘ US5667152A, US7365955B2, US6853531B2, US20020171993A1,US6237864B1, US5390862A, US4951882A, US6357684B1, US6955310B1, US20020139877A1. The mentioned constructions, due to the lack of sensors detecting the object in space, do not implement the maintenance-free process of controlling the chipper drive, which is an internal combustion engine, adapting to the operating conditions. Another group of patents are chippers whose feeding channels are equipped with sensors: US6418004B1, US5667152A, US7365955B2, US6853531B2, US20020171993A1,
US20050063133A1. Sensory stosowane w kanałach podawczych rębaków z tymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi mają za zadanie spełniać funkcje bezpieczeństwa. Wykrywając dłoń w przestrzeni kanału podawczego rozłączają napęd maszyny. Najczęściej przez zastosowanie specjalnych opasek lub rękawic na dłoniach operatorów. Opracowane są rozwiązania patentowe US5988539A, które pod koniec kanału podawczego posiadają czujnik zapchania kanału. System zapobiegający zapchaniu się kanału podawczego, dzięki zastosowanym sensorom, reguluje kierunek obrotów członu roboczego.US20050063133A1. The sensors used in the feeding channels of chippers with these construction solutions are designed to fulfill safety functions. Detecting a hand in the space of the feeding channel, they disconnect the machine's drive. Most often by using special bands or gloves on the hands of the operators. Patent solutions US5988539A are developed, which have a channel clogging sensor at the end of the feeding channel. The system preventing the feed channel from clogging, thanks to the applied sensors, regulates the direction of rotation of the working unit.
Znane w tej dziedzinie jest sterowanie silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym wyposażonym w mechaniczną lub elektryczną regulację prędkości obrotowej. Nie zależnie od układu zasilania paliwem (układ gaźnikowy lub układ wtryskowy) urządzenia w zastosowaniu do maszyn rozdrabniających wymagają manualnego wskazania stanu pracy. Po uruchomieniu silnik pracuje z prędkością obrotową przystosowaną do pracy jałowej, a następnie zostaje przez operatora włączony stan pracy umożliwiający pracę urządzenia z prędkością obrotową pozwalającą osiągnąć maksymalny moment obrotowy lub moc. Innym przypadkiem są urządzenia rozdrabniające, w których silnik po uruchomieniu osiąga prędkość obrotową umożliwiającą uzyskanie maksymalnego momentu lub mocy. Zgodnie z charakterystyką silników spalinowych osiągnięcie tego stanu pracy wymaga znacznie wyższej prędkości obrotowej niż podczas pracy jałowej bez możliwości uzyskania znaczących wartości m ocy i momentu obrotowego. Praca jałowa z podwyższoną prędkością obrotową, umożliwiającą osiągnięcie maksymalnego momentu lub mocy, generuje wyższe zużycie paliwa i ilościową emisję spalin niż praca jałowa z niższą prędkością obrotową, która uniemożliwia osiąganie znaczących wartości momentu obrotowego i mocy. Jednakże maszyny rozdrabniające w procesie rozdrabniania, czyli w stanie czynnej pracy wymagają uzyskania maksymalnego momentu oraz prędkości obrotowej. Specyfika urządzeń takich jak rębaki do gałęzi wynika z faktu iż maszyny te charakteryzują się nie ciągłym cyklem pracy czynnej, wynikającym z przerw dostawy surowca do rozdrabniania, który to dostarczają operatorzy. Wówczas w celu ograniczenia zużycia paliwa i ilościowej emisji spalin operator może jeżeli istnieje taka możliwość manualnie ograniczyć prędkość obrotową, a po dostarczeniu surowca przed rozdrabnianiem ją ponownie zwiększyć.It is known in the art to control a spark ignition internal combustion engine provided with a mechanical or electrical speed control. Regardless of the fuel supply system (carburetor system or injection system), devices used for shredding machines require manual indication of the operating status. After starting, the engine runs at idling speed, and then the operator enters the operating state to allow the machine to run at a speed that allows it to achieve maximum torque or power. Another case are shredding devices, in which the engine, after starting, reaches a rotational speed enabling it to obtain maximum torque or power. According to the characteristics of combustion engines, achieving this state of operation requires a much higher rotational speed than during idle operation without the possibility of obtaining significant values of power and torque. Idling at a higher RPM to produce maximum torque or power produces higher fuel consumption and quantitative exhaust emissions than idling at a lower RPM that prevents significant torque and power from being developed. However, comminuting machines in the comminution process, i.e. in the state of active operation, require obtaining the maximum torque and rotational speed. The specificity of devices such as wood chippers results from the fact that these machines are characterized by a non-continuous cycle of active work, resulting from breaks in the supply of raw material for shredding, which is provided by operators. Then, in order to reduce fuel consumption and quantitative emissions of exhaust gases, the operator can, if possible, manually reduce the rotational speed, and after delivering the raw material before grinding, increase it again.
Jeżeli napęd rębaka, którym jest silnik spalinowy przygotowany do pracy (z pominięciem rozgrzewania silnika) pracuje podczas konwencjonalnego sterowania w dwóch stanach:If the drive of the chipper, which is an internal combustion engine prepared for work (without warming up the engine) works during conventional control in two states:
- jałowym z prędkością obrotową umożliwiającą osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego lub mocy;- idling with rotational speed enabling reaching the maximum torque or power;
- obciążonym, to rezultatem takiego systemu sterowania jest ciągła gotowość urządzenia do procesów rozdrabniania kosztem zwiększonego zużycia paliwa oraz większej ilościowej emisji spalin.- loaded, the result of such a control system is the continuous readiness of the device for grinding processes at the expense of increased fuel consumption and higher quantitative emissions of exhaust gases.
Z publikacji własnej twórców wynalazku pt. The Analysis of the Efficiency of the Control System of Wood Chipper's Drive with Spark-Ignition Engine Based on Skoda Combustion Engine 1.4 59kW, Ł. Warguła, D. Wojtkowiak, KJ. Waluś, P. Krawiec, B. Wieczorek, Proceedings of 21st International Scientific Conference. Transport Means 2017- 20-22 września 2017 Juodkrante, Litwa znana jest teoretyczna analiza wpływu zmiany warunków pracy maszyny rozdrabniającej drewno poprzez zmianę sposobu regulacji prędkością obrotową jednostki napędowej rębaka.From the publication of the authors of the invention entitled The Analysis of the Efficiency of the Control System of Wood Chipper's Drive with Spark-Ignition Engine Based on Skoda Combustion Engine 1.4 59kW, Ł. Warguła, D. Wojtkowiak, KJ. Waluś, P. Krawiec, B. Wieczorek, Proceedings of the 21st International Scientific Conference. Transport Means 2017- September 20-22, 2017 Juodkrante, Lithuania, theoretical analysis of the impact of changing the operating conditions of a wood chopping machine by changing the way of regulating the speed of the chipper's drive unit is known.
W publikacji opisano jak zmiana prędkości obrotowej napędu rębaka może wpływać na zużycie paliwa badanej maszyny. W artykule nie wskazano jednak informacji technicznych i konstrukcyjnych jaki układ mógłby realizować teoretycznie opisaną zmianę warunków pracy.The publication describes how a change in the rotational speed of the chipper drive can affect the fuel consumption of the tested machine. The article, however, does not indicate the technical and construction information which system could theoretically implement the described change in operating conditions.
W artykule wspomniano jedynie, że korzystnym jest żeby konstrukcja współpracowała z jednostką napędową wyposażona w elektronicznie sterowany układ paliwa oraz elektronicznie sterowana przepustnicą, a zmiany zachodziły na podstawie detekcji w kanale wlotowym.The article only mentions that it is beneficial for the structure to cooperate with a drive unit equipped with an electronically controlled fuel system and an electronically controlled throttle, and the changes were made on the basis of detection in the intake duct.
Opis ten wskazuje, że teoretycznie istnieje możliwość osiągnięcia efektu redukcji zużycia paliwa poprzez wykorzystanie systemu sterowania prędkością obrotową napędu rębak. Jednak osiągniecie tego celu nie jest z wielu względów oczywiste i proste.This description indicates that it is theoretically possible to achieve the effect of reducing fuel consumption by using the chipper drive rotational speed control system. However, achieving this goal is not obvious and simple for many reasons.
W pierwszej kolejności klasyczna regulacja zmiany prędkości obrotowej w silnikach spalinowych odbywa się z pomocą dźwigni ręcznej lub nożnej, a o zmianie decyduje operator. Opracowany system powinien zaś charakteryzować się automatyczną zmianą prędkości obrotowej, co w przypadku wynalazku jest realizowane przez czujniki optyczne w kanale podawczym.In the first place, the classic adjustment of the rotational speed change in internal combustion engines is carried out with the help of a hand or foot lever, and the operator decides about the change. The developed system should be characterized by an automatic change of rotational speed, which in the case of the invention is implemented by optical sensors in the feeding channel.
Jednak rozwiązanie to wymagało dalszego rozwinięcia, o układ wydłużenia czasu sygnału. Detekcja drewna w kanale podawczym zmienia warunki pracy silnika, brak detekcji również zmienia warunki pracy silnika (na pracę jałową z niską prędkością obrotową) jednak pod koniec procesu rozdrabniania koniec gałęzi wykracza poza obszar detekcji czujnika umieszczonego w początkowej części kanału podawczego, dając informacje do zmiany warunków pracy silnika, co nie jest do końca właściwe ponieważ w kanale nadal znajduje się końcowy fragment gałęzi. Wydłużenie czasowe sygnału po zakończeniu detekcji drewna w kanele podawczym umożliwia rozdrobnienie całej gałęzi we właściwych warunkach pracy jednostki napędowej.However, this solution required further development with a signal time extension system. Detection of wood in the feed channel changes the engine's operating conditions, lack of detection also changes the engine's operating conditions (to idle with low speed), however, at the end of the shredding process, the end of the branch goes beyond the detection area of the sensor located in the initial part of the feed channel, giving information to change the conditions engine operation, which is not entirely correct because there is still the end part of the branch in the channel. Extending the time of the signal after the end of wood detection in the feeding channel enables the fragmentation of the entire branch under the proper operating conditions of the drive unit.
Realizowanie zadania wymaga układu wyposażonego w czujniki w kanale podawczym, które będą (w sposób nieklasyczny dla silników spalinowych) sygnałem do regulacji prędkości obrotowej. Czujniki muszą być połączone ze sterownikiem przepustnicy, sterownik ten poprzez aktor np. silnik elektryczny skokowy będzie zmieniał pozycję klapy przepustnicy, który jest zintegrowany np. w zespole klapy przepustnicy. W celu zachowania właściwego dawkowania paliwa układ powinien być wyposażony nadto w czujnik uchylenia klapy przepustnicy umożliwiając algorytmowi sterującemu dobranie właściwej dawki paliwa. Sterownik przepustnicy powinien posiadać regulator i kontroler czasu sygnału wyjściowego (odpowiedzialnego za czas pełnego otwarcia przepustnicy).Implementation of the task requires a system equipped with sensors in the feed channel, which will be (in a non-classical way for internal combustion engines) a signal to control the rotational speed. The sensors must be connected to the throttle controller, this controller through an actuator, e.g. a stepper electric motor, will change the position of the throttle valve, which is integrated, for example, in the throttle valve assembly. In order to maintain proper fuel dosing, the system should also be equipped with a throttle flap ajar sensor, enabling the control algorithm to select the correct fuel dose. The throttle controller should have a regulator and a time controller of the output signal (responsible for the time of full throttle opening).
Cel wynalazku sprowadza się do ograniczenia zużycia paliwa oraz ilościowej emisji spalin przez maszyny rozdrabniające charakteryzujące się pracą nieciągłą. Uzyskanie takich efektów umożliwia zaproponowany przez autorów wynalazku układ adaptacji prędkości obrotowej silnika spalinowego z jednoczesnym z zachowaniem pełnych parametrów mocy i momentu obrotowego podczas procesów przetwórczych. Uzyskanie ograniczenia zużycia paliwa i ilościowej emisji gazów spalinowych jest wywołane przez wprowadzenie dwóch stanów pracy jałowej podczas eksploatacji. W odróżnieniu od dostępnych rozwiązań stany są aktywowane bezobsługowo. Do uzyskania aktywacji stanu są wykorzystywane czujniki optyczne umieszczone w kanale podawczym, których stan zmienia obiekt przeznaczony do rozdrabniania. Wykrycie przez czujnik obiektu rozdrabniania zwiększa prędkość obrotową sinika na biegu jałowym, umożliwiając osiągnięcie maksymalnej mocy lub maksymalnego momentu obrotowego silnika i członu roboczego. Po ukończeniu rozdrabniania silnik obniża prędkości obrotową, oczekując na następny sygnał, generując przy tym niższe zużycie paliwa i ilościową emisję gazów spalinowych.The aim of the invention boils down to reducing fuel consumption and quantitative emission of exhaust gases by grinding machines characterized by discontinuous operation. Obtaining such effects is possible thanks to the system of adapting the rotational speed of the internal combustion engine proposed by the authors of the invention, while maintaining full power and torque parameters during the processing processes. Obtaining a reduction in fuel consumption and quantitative emission of exhaust gases is caused by the introduction of two states of idle operation during operation. Contrary to the available solutions, the states are activated unattended. Optical sensors located in the feeding channel are used to obtain state activation, the state of which is changed by the object intended for grinding. Detection of the shredding object by the sensor increases the idle speed of the engine, allowing the maximum power or maximum torque of the engine and actuator to be reached. When chopping is complete, the engine lowers its RPM to wait for the next signal, resulting in lower fuel consumption and quantitative exhaust gas emissions.
Istotą wynalazku jest układ sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym zawierający czujniki umieszczone w kanale podawczy. Czujniki służą do wykrywania obiektów w kanale podawczym. Czujniki połączone są ze sterownikiem przepustnicy, a sterownik połączony jest z aktorem realizującym zmianę kąta obrotu klapy przepustnicy, który jest zintegrowany w zespole przepustnicy. Aktor realizuje zmianę położenia klapy przepustnicy, co jest rejestrowane przez czujnik uchylenia klapy przepustnicy. Klapa przepustnicy reguluje dostęp powietrza do komory spalania silnika spalinowego w kolektorze dolotowym, a sterownik silnika reguluje skład mieszanki paliwowo powietrznej poprzez aktywację aktorów: wtryskiwacza, cewki wysokiego napięcia i świecy zapłonowej, dzięki sygnałom z czujników osprzętu silnika oraz czujnika uchylenia klapy przepustnicy. W układzie standardowo wał napędowy silnika spalinowego jest połączony z przekładnią pasową, ta przekładnia napędza przekładnię zębatą, a przekładnia zębata napędza człon roboczy.The essence of the invention is a system for controlling the rotational speed of a chipper drive with a spark-ignition internal combustion engine, containing sensors placed in the feeding channel. Sensors are used to detect objects in the feed channel. The sensors are connected to the throttle controller, and the controller is connected to the throttle valve angle actuator, which is integrated in the throttle assembly. The actuator performs a change in the throttle flap position, which is registered by the throttle flap ajar sensor. The throttle valve regulates the access of air to the combustion chamber of the internal combustion engine in the intake manifold, and the engine controller regulates the composition of the air-fuel mixture by activating the injector, high-voltage coil and spark plug, thanks to signals from the engine accessories sensors and the throttle valve actuation sensor. In the standard system, the drive shaft of the internal combustion engine is connected to a belt transmission, this transmission drives the gear train, and the gear train drives the working member.
W trybie pracy czujniki rozpoznają dowolny obiekt w przestrzeni kanału podawczego maszyny rozdrabniającej w celu zmian warunków eksploatacji urządzenia (zmiany prędkości obrotowej biegu jałowego). Przy czym istotnym jest, że system bezpośrednio nie ingeruje w centralną jednostkę sterującą silnikiem, tylko aktywuje aktor regulujący klapą przepustnicy, której położenie jest rejestrowane przez czujnik położenia przepustnicy umożliwiając regulację składu mieszanki paliwowo-powietrznej, za pomocą sterowania czasem otwarcia wtryskiwacza.In the operating mode, the sensors recognize any object in the space of the feed channel of the crushing machine in order to change the operating conditions of the device (change the idling speed). At the same time, it is important that the system does not directly interfere with the central engine control unit, but activates the actuator that regulates the throttle valve, the position of which is recorded by the throttle position sensor, enabling adjustment of the fuel-air mixture composition by controlling the injector opening time.
Sterownik przepustnicy ma wbudowany kontroler czasy umożliwiający zdefiniowanie czasu, który utrzymuje sygnał sterujący klapą przepustnicy w pozycji umożliwiającej dokończenie rozdrabniania, po zakończeniu detekcji obiektu przez czujnik.The throttle controller has a built-in timing controller that allows you to define the time that maintains the throttle valve control signal in a position to complete shredding after the sensor has finished detecting the object.
Układ według wynalazku umożliwia sterowanie prędkością obrotową napędu rębaka do drewna z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym. Proces sterowania silnikiem jest zależny od wartości sygnału z czujników pomiarowych umieszczonych w kanale podawczym. Sygnały z czujników wykrywających obiekt w kanale podawczym przekazują informację do sterownika przepustnicy, która zawiaduje aktorem zmiany położenia klapy przepustnicy. Przemieszczenie kątowe położenia klapy przepustnicy wraz z adaptacją parametrów pracy w sterowniku silnika, który wprowadza zmianę czasu wtrysku, kąta wtrysku i kąta zapłonu, powoduje zmianę prędkości obrotowej i momentu obrotowego napędu rębaka umożliwiając uzyskanie maksymalnej mocy lub momentu rozdrabniania, członu roboczego. Stan ten jest utrzymywany do chwili go obiekt rozdrabniania znajdzie się za członem roboczym. Efekt ten jest uzyskany poprzez wydłużenie czasu (umożliwiającego przemieszczenie się obiektu w kalane podawczym), przez zdefiniowaną stałą wartość w sterowniku przepustnicy po uzyskaniu informacji o braku obiektu w kanale podawczym. Praca jałowa z prędkością obrotową umożliwiającą osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego silnika lub mocy jest uzyskiwana kosztem wyższego zużycie paliwa i ilościowej emisji spalin. Proces sterowania napędem podczas rozdrabniania jest regulowany przez sterownik silnika. W celu utrzymania zadanej prędkości obrotowej oraz osiągnięcia niezbędnego momentu obrotowego jednostka sterująca pracą silnika spalinowego zmienia sygnały czasu wtrysku, kąta wtrysku oraz kąta zapłonu, aktywując aktory takie jak wtryskiwacz i świeca zapłonowa. Podczas rozdrabniania wartość zapotrzebowania na moment obrotowy zmienia się i jest generowana w zależności od obiektu rozdrabniania. Powrót do niskiej prędkości obrotowej rozpoczyna zmiana sygnału z czujników wykrywających obiekt w kanale podawczym, który nie wykrywa obiektu. Wówczas zawiadywany sterownik przepustnicy, zmienia położenie kątowe przepustnicy, ograniczając dopływ powietrza do komory spalania. Prowadzi to do rejestracji w sterowniku silnika spalinowego zmiany parametrów eksploatacji silnika i regulacji dawki paliwa i zapłonu w kierunku utrzymania stałej niskiej prędkości obrotowej biegu jałowego. Generują wówczas niższe zużycie paliwa i ilościowej emisji gazów spalinowych na biegu jałowym. Kluczową istotą opisanego sposobu sterowania jest wprowadzenie dwóch stanów pracy jałowej oraz bezobsługowa ich zmiana umożliwiająca adaptację urządzenia do warunków eksploatacji czego efektem jest niższa ilościowa emisja gazów spalinowych oraz zużycie paliwa. Czas utrzymania pracy jałowej z wysoką prędkością obrotową jest określony parametrem czasu sterownika przepustnicy.The system according to the invention makes it possible to control the rotational speed of the wood chipper drive with a spark-ignition combustion engine. The motor control process depends on the value of the signal from the measuring sensors placed in the feed channel. The signals from the sensors detecting the object in the feed channel transmit information to the throttle controller, which controls the throttle valve position change actuator. The angular displacement of the throttle flap position together with the adaptation of the operating parameters in the engine controller, which changes the injection time, injection angle and ignition angle, changes the rotational speed and torque of the chipper drive, enabling the maximum power or grinding torque of the working member to be obtained. This state is maintained until the comminution object is past the working member. This effect is obtained by extending the time (enabling the movement of the object in the feeding channel) by a defined constant value in the throttle controller after obtaining information about the absence of the object in the feeding channel. Idling at a speed that allows maximum engine torque or power is achieved at the cost of higher fuel consumption and quantitative exhaust emissions. The process of controlling the drive during shredding is regulated by the motor controller. In order to maintain the set speed and achieve the necessary torque, the internal combustion engine control unit changes the injection time, injection angle and ignition angle signals, activating actuators such as the injector and the spark plug. During shredding, the torque demand varies and is generated depending on the shredding object. The return to low rotational speed starts with a change in the signal from the sensors detecting an object in the feed channel that does not detect an object. Then the controlled throttle controller changes the angular position of the throttle, limiting the air supply to the combustion chamber. This leads to the registration of changes in the engine operating parameters in the combustion engine controller and the adjustment of the fuel dose and ignition in the direction of maintaining a constant low idling speed. They then generate lower fuel consumption and quantitative exhaust gas emissions when idling. The key essence of the described control method is the introduction of two states of idling operation and their maintenance-free change enabling the device to adapt to operating conditions, which results in lower quantitative emissions of exhaust gases and fuel consumption. The high RPM idle hold time is determined by the throttle controller time parameter.
Wprowadzenie układu do maszyny rozdrabniającej ogranicza: zużycie paliwa i ilościową emisję spalin podczas pracy jałowej. Wykorzystanie czujników optycznych w kanale podawczym umożliwia bezobsługową zmianę parametrów maszyny z pracy jałowej na pracę czynną lub odwrotnie. Sterownik przepustnicy odbierający sygnał z czujników wykrywających obiekt w przestrzeni roboczej, umożliwia zmianę położenia przepustnicy i warunków eksploatacji. Wydłużenie czasu sygnału ze sterownika do przepustnicy umożliwia wykorzystanie jednego czujnika na wejściu obiektu do kanału podawczego. Wydłużenie czasu sygnału pozwala rozdrobnić cały obiekt, wówczas nie wymagane jest stosowanie czujnika w kanale wylotowym rębaka identyfikującego czy obiekt został rozdrobniony. Elektrycznie sterowana przepustnica pozwala bezobsługowo realizować sterowanie silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym w tego typu systemie sterowania realizującego procesy obróbcze odpadów drzewnych.The introduction of the system to the crushing machine reduces: fuel consumption and quantitative emissions of exhaust gases during idle operation. The use of optical sensors in the feeding channel enables maintenance-free change of machine parameters from idle to active operation or vice versa. The throttle controller, which receives a signal from sensors that detect an object in the working space, allows you to change the throttle position and operating conditions. Extending the time of the signal from the controller to the throttle allows the use of one sensor at the entrance of the object to the feeding channel. Extending the signal time allows the entire object to be crushed, then it is not required to use a sensor in the chipper's outlet channel to identify whether the object has been crushed. The electrically controlled throttle allows maintenance-free control of a spark-ignition combustion engine in this type of control system that implements wood waste processing processes.
Eksploatacja urządzenia z większym dostosowaniem procesu sterowania napędem do warunków eksploatacji przez adaptacyjną regulację prędkości obrotowej umożliwia ograniczenie ilościowej emisji gazów spalinowych oraz zużycia paliwa. Przyczyną ograniczeń emisyjności i konsumpcji paliwa jest fakt iż przy stałych parametrach pozostałych czynników regulujących dawkę paliwa na cykl, prędkość obrotowa zwiększa liczbę cykli w tym samym czasie.Operation of the device with a greater adjustment of the drive control process to the operating conditions through adaptive speed control enables the reduction of quantitative exhaust gas emissions and fuel consumption. The reason for the emission and fuel consumption limitations is the fact that with constant parameters of the other factors regulating the fuel dose per cycle, the rotational speed increases the number of cycles at the same time.
Innym korzystnym skutkiem wprowadzenia systemu jest ograniczenie funkcji operatora w regulacji prędkością obrotową w zależności od potrzeb eksploatacyjnych. Operator po uruchomieniu silnika nie ingeruje w proces sterowania, jedynie skupia uwagę na dostarczaniu surowca obróbczego, automatycznie aktywując funkcję procesu sterowania.Another beneficial effect of the introduction of the system is the limitation of the operator's functions in adjusting the rotational speed depending on the operational needs. After starting the engine, the operator does not interfere in the control process, but only focuses on supplying the machining raw material, automatically activating the function of the control process.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Thanks to the application of the solution according to the invention, the following technical and operational effects were obtained:
- bezobsługową zmianę prędkości obrotowej silnika spalinowego oraz członu roboczego w zależności od warunków eksploatacji (praca jałowa lub rozdrabnianie),- maintenance-free change of the rotational speed of the internal combustion engine and the working element depending on the operating conditions (idle operation or grinding),
- uzyskanie dwóch stanów pracy jałowej, przez zmianę prędkości obrotowej, generującej ograniczenie zużycia paliwa i ilościowej emisji spalin,- obtaining two states of idling by changing the rotational speed, generating a reduction in fuel consumption and quantitative exhaust emissions,
- adaptacja do warunków eksploatacji poprzez automatyczne odróżnienie stanu pracy jałowego lub czynnego,- adaptation to the operating conditions by automatically distinguishing the idling or active operating status,
- automatyczne przygotowanie parametrów maszyny do pracy jałowej lub pracy czynnej,- automatic preparation of machine parameters for idle or active operation,
- ograniczenie absorpcji uwagi operatora,- limiting the absorption of the operator's attention,
- ograniczenie stresu operatora, związanego z kosztami eksploatacji maszyny.- reduction of operator stress related to machine operating costs.
Wynalazek został przedstawiony w ujęciu całościowym, rębak napędzany silnikiem spalinowym z elementami układu systemu adaptacyjnego przedstawiono na Fig 1. Zasadę działania maszyny w stanie obiektu w przestrzeni roboczej przestawia Fig. 2. Aktywację zmiany prędkości obrotowej przedstawia Fig. 3. Realizację procesu rozdrabniania przedstawia Fig. 4. Schemat przyczynowo-skutkowy bezobsługowego adaptacyjnego systemu sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym przedstawia Fig. 5. Schemat sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowy podczas braku detekcji obiekcie w przestrzeni roboczej przedstawia Fig. 6. Schemat sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowy podczas detekcji obiekcie w przestrzeni roboczej i rozdrabniania przedstawia Fig. 7. Charakterystykę warunków eksploatacji na jeden cykl roboczy urządzenia (od początku pracy jałowej, przez przygotowanie do pracy jałowej z możliwością uzyskania maksymalnego momentu obrotowego lub mocy, przez stan pracy czynnej, do końca stanu przygotowania do pracy jałowej z niską prędkością obrotową) przedstawia Fig. 8.The invention has been presented in its entirety, a chipper driven by an internal combustion engine with elements of the adaptive system system is shown in Fig. 1. The principle of operation of the machine in the state of the object in the working space is shown in Fig. 2. Activation of the rotational speed change is shown in Fig. 3. The implementation of the shredding process is shown in Fig. Fig. 4. The cause-and-effect diagram of the maintenance-free adaptive speed control system for the chipper drive with a spark ignition engine is shown in Fig. 5. The diagram for controlling the rotational speed of the chipper drive with a spark ignition engine during the absence of detection of an object in the working space is shown in Fig. 6. Diagram control of the rotational speed of the chipper drive with a spark-ignition internal combustion engine during detection of an object in the working space and grinding is shown in Fig. 7. The characteristics of the operating conditions for one working cycle of the device (from the beginning of idle operation, through preparation y idling with the possibility of obtaining maximum torque or power, through the state of active operation, until the end of the state of preparation for idling at low speed) is shown in Fig. 8.
Aby ograniczyć zużycie paliwa oraz ilościową emisję gazów spalinowych bez konieczności ingerencji operatora maszyny, który mógłby manualnie wprowadzać trzeci stan pracy silnika czyli pracę jałową ze znacznie niższą prędkością obrotową. Opracowano układ wraz z systemem sterującym napędem spalinowym rębaka. Układ jest przewidziany dla napędów spalinowych o zapłonie iskrowym z układem wtryskowym wyposażonym w elektrycznie sterowaną przepustnicę powietrza.In order to reduce fuel consumption and quantitative emissions of exhaust gases without the need for the intervention of the machine operator, who could manually enter the third engine operating state, i.e. idling at a much lower rotational speed. A system was developed together with a chipper combustion drive control system. The system is designed for spark-ignition combustion engines with an injection system equipped with an electrically controlled air throttle.
Proponowane rozwiązanie sterowania bezobsługowym adaptacyjnym systemem sterowania prędkością obrotową silnika spalinowego stosowanego w napędzie rębaka jest następujące: rębak napędzany silnikiem spalinowym z elementami układu systemu adaptacyjnego przedstawiono na Fig. 1, gdzie: 1 - czujnik obiektu w przestrzeni roboczej (czujnik optyczny-nadajnik), 2 - czujnik obiektu w przestrzeni roboczej (czujnik optyczny- odbiornik), 3 - kanał podawczy rębaka, 4 - obudowa członu roboczego, 5 - kanał wylotowy, 6 - silnik spalinowy o zapłonie iskrowym, 7 - koło napędowe przekładni cięgnowej, 8 - pas napędowy przekładni cięgnowej, 9 - koło napędzane przekładni cięgnowej, 10 - wał napędowy, 11 - koło napędowe przekładni zębatej, 12 - koło zębate napędzające frez roboczy pierwszy, 13 - koło zębate napędzające frez roboczy drugi, 14 - frez roboczy drugi, 15 - frez roboczy pierwszy, 16 - sterownik silnika spalinowego, 17 - elektrycznie sterowana przepustnica powietrza, 18 - sterownik przepustnicy powietrza. Maszyna w stanie obiektu w przestrzeni roboczej przestawia rysunek 2 gdzie: 19 - obiekt poddawany obróbce. Aktywację zmiany prędkości obrotowej przedstawia Fig. 3. Proces rozdrabniania przedstawia Fig. 4 gdzie: 20 - zrębki, wióry. Schemat przyczynowo-skutkowy bezobsługowego adaptacyjnego systemu sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym przedstawia Fig. 5, gdzie: 21 - aktor realizujący zmianę kąta obrotu klapy przepustnicy, 22 - klapa przepustnicy, 23 - czujnik uchylenia klapy przepustnicy, 24 - zespół przekładni pasowej, 25 - zespół przekładni zębatej, 26 - zespół członu roboczego. Schemat sposobu sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowy podczas braku detekcji obiekcie w przestrzeni roboczej przedstawia Fig. 6, gdzie: A1 - brak detekcji obiektu rozdrabniania w kanale podawczym, A2 - sygnał o braku detekcji obiektu (między czujnikiem, a przepustnicą), A3 sygnał zmiany kąta uchylenia przepustnicy (między aktorem przepustnicy, a sterownikiem przepustnicy), A4 - realizacja zmiany kąta uchylenia przepustnicy, A5 - realizacja dostarczania powietrza, A6 sygnał zmiany kąta uchylenia przepustnicy (między czujnikiem uchylenia przepustnicy, a sterownikiem silnika spalinowego), A7 - sygnałem czasu otwarcia wtryskiwacza (między sterownikiem silnika spalinowego, a wtryskiwaczem), A8 - sygnałem kąta rozpoczęcia wtrysku (między sterownikiem silnika spalinowego, a wtryskiwaczem), A9 - sygnałem kąta wyprzedzenia zapłonu (między sterownikiem silnika spalinowego, cewką zapłonową), A10 - realizacja niższej prędkości obrotowej na biegu jałowym. Schemat sposobu sterowania prędkością obrotową napędu rębaka z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowy podczas detekcji obiekcie w przestrzeni roboczej i rozdrabniania przedstawia Fig. 7: B1 - detekcja obiektu rozdrabniania w kanale podawczym, B2 - sygnał o detekcji obiektu (między czujnikiem, a przepustnicą), B3 - sygnał zmiany kąta uchylenia przepustnicy (między aktorem przepustnicy, a sterownikiem przepustnicy), B4 - realizacja zmiany kąta uchylenia przepustnicy, B5 - realizacja dostarczania powietrza, B6 - sygnał zmiany kąta uchylenia przepustnicy (między czujnikiem uchylenia przepustnicy, a sterownikiem silnika spalinowego), B7 - sygnałem czasu otwarcia wtryskiwacza (między sterownikiem silnika spalinowego, a wtryskiwaczem), B8 - sygnałem kąta rozpoczęcia wtrysku (między sterownikiem silnika spalinowego, a wtryskiwaczem), B9 - sygnałem kąta wyprzedzenia zapłonu (między sterownikiem silnika spalinowego, cewką zapłonową), B10 - realizacja wyższej prędkości obrotowej na biegu jałowym, B11 - realizacja procesu rozdrabniania. Parametry eksploatacyjne dla jednego cyklu pracy silnika spalinowego w funkcji jednego cyklu pracy rębaka z systemem adaptacyjnym przedstawia Fig. 8.The proposed control solution for the maintenance-free adaptive engine rotational speed control system used in the chipper drive is as follows: a chipper driven by an internal combustion engine with elements of the adaptive system system is shown in Fig. 1, where: 1 - object sensor in the working space (optical sensor-transmitter), 2 - object sensor in the working space (optical sensor - receiver), 3 - chipper feeding duct, 4 - working unit housing, 5 - exhaust duct, 6 - spark ignition engine, 7 - cable transmission drive wheel, 8 - transmission drive belt 9 - driven wheel of the cable gear, 10 - drive shaft, 11 - gear drive wheel, 12 - gear wheel driving the first working cutter, 13 - gear wheel driving the second working cutter, 14 - second working cutter, 15 - first working cutter , 16 - internal combustion engine controller, 17 - electrically controlled air throttle, 18 - air throttle controller row. The machine in the object state in the working space is shown in Fig. 2 where: 19 - object being processed. Activation of the rotational speed change is shown in Fig. 3. The grinding process is shown in Fig. 4 where: 20 - wood chips, shavings. The cause-and-effect diagram of the maintenance-free adaptive rotational speed control system of the chipper drive with a spark-ignition internal combustion engine is shown in Fig. 5, where: 21 - actuator for changing the angle of rotation of the throttle flap, 22 - throttle flap, 23 - throttle flap ajar sensor, 24 - belt transmission, 25 - toothed gear assembly, 26 - working member assembly. The diagram of how to control the rotational speed of the chipper drive with a spark-ignition internal combustion engine when the object is not detected in the working space is shown in Fig. 6, where: A1 - no detection of the chipping object in the feed channel, A2 - signal about the lack of object detection (between the sensor and the throttle ), A3 - throttle position angle change signal (between the throttle actuator and the throttle controller), A4 - throttle position angle change, A5 - air supply, A6 throttle position angle change signal (between the throttle position sensor and the internal combustion engine controller), A7 - injector opening time signal (between the combustion engine control unit and the injector), A8 - injection start angle signal (between the combustion engine control unit and the injector), A9 - ignition timing signal (between the combustion engine control unit and the ignition coil), A10 - implementation of a lower idling speed that. Fig. 7 shows the method of controlling the rotational speed of the chipper drive with a spark-ignition internal combustion engine during the detection of an object in the working space and grinding: B1 - detection of the chipping object in the feed channel, B2 - object detection signal (between the sensor and the throttle), B3 - throttle opening angle change signal (between the throttle actuator and the throttle controller), B4 - throttle opening angle change, B5 - air supply, B6 - throttle opening angle change signal (between the throttle opening sensor and the internal combustion engine controller), B7 - injector opening time signal (between the combustion engine control unit and the injector), B8 - injection start angle signal (between the combustion engine control unit and the injector), B9 - ignition timing signal (between the combustion engine control unit and the ignition coil), B10 - implementation higher idle speed , B11 - implementation of the grinding process. Operating parameters for one combustion engine work cycle as a function of one work cycle of a chipper with an adaptive system are shown in Fig. 8.
Realizacja procesu sterowania bezobsługowego adaptacyjnego systemu sterowania wymaga wyróżnienia czterech warunków eksploatacji maszyny We zależnych od prędkości obrotowej silnika n i obciążenia silnika L (Fig. 6):Implementation of the control process of the unmanned adaptive control system requires distinguishing four machine operating conditions We, depending on the engine speed n and engine load L (Fig. 6):
- bez obciążenia z prędkością obrotową biegu jałowego silnika spalinowego We2 (bez obiektu w przestrzeni roboczej rębaka);- no load with the idling speed of the internal combustion engine We2 (without an object in the working space of the chipper);
- stan przejściowy - nieustalony (odcinek c) wzrost prędkości obrotowej ze stanu ustalonego na biegu jałowym We2 do prędkości obrotowej umożliwiającej stan pracy z maksymalnym m oment obrotowy We3 (pojawienie się obiektu w przestrzeni roboczej, brak obciążenia rozdrabniania, czas na zmianę prędkości obrotowej);- transient state - transient (segment c) increase in rotational speed from the steady state at idling We2 to the rotational speed enabling operation with the maximum torque We3 (appearance of an object in the working space, no grinding load, time to change the rotational speed);
- pod obciążeniem (rozdrabnianie), praca przy prędkości obrotowej umożliwiającej osiągnięcie maksymalnego momentu, który generowany jest zależnie od oporu stawianego przez rozdrabniany obiekt w zakresie nie przekraczającym maksymalnego momentu - stan pracy We5;- under load (crushing), operation at a rotational speed enabling reaching the maximum torque, which is generated depending on the resistance of the crushed object in the range not exceeding the maximum torque - operating condition We5;
- stan przejściowy - ustalony We1 to czas w którym w przestrzeni roboczej nie ma obiektu do rozdrabniania i układ obniża prędkość obrotową do poziomu pracy We2, generując przy tym zerowy czas wtrysku.- transient state - fixed We1 is the time when there is no object to be crushed in the working space and the system reduces the rotational speed to the working level of We2, generating zero injection time.
Uzyskanie takiego efektu umożliwia zastosowanie czujników 1 i 2, wykrywających obiekt (gałęzi) 19 na początku kanału podawczego 3. Wówczas sygnał z czujnika 2 w kanale podawczym 3, rozpoczyna procedurę osiągnięcia stanu silnika spalinowego umożliwiającego pracę z maksymalnym momentem lub mocy na biegu jałowym. Obiekt 19 przemieszczający się kanałem podawczym 3 wsuwany przez operatora, dotrze do członu roboczego 25 składającego się z frezów rozdrabniających 14 i 15 rozpoczyna kolejny stan pracy silnika spalinowego, a mianowicie rozdrabnianie. Wówczas zmienia się obciążenie silnika, a wartość generowanego momentu obrotowego zależy od oporu stawianego przez rozdrabniany obiekt 19. Produktem procesu rozdrabniania są wióry lub zrębki 20, które przemieszczając się przez kanał wylotowy 5 (Fig. 3). Sygnał o obiekcie w przestrzeni roboczej jest wydłużany czasowo przez sterownik przepustnicy 18 umożliwiając całkowite rozdrobnienie obiektu. Zmiana stanu tego sygnału świadczy o braku obiektu w przestrzeni roboczej i rozpoczyna zakończenie stanu, w którym silnik uzyskuje prędkość obrotową umożliwiającą osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego lub mocy. W takim przypadku system sterowania rozpoczyna procedurę osiągania stanu jałowego z niską prędkością obrotową silnika. Stan ten utrzymuje się aż operator nie dostarczy do kanału podawczego obiektu rozdrabniania, aktywując poprzez czujnik kolejny stan (stan pracy jałowej z prędkością obrotową umożliwiającą osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego lub mocy).Obtaining such an effect is possible thanks to the use of sensors 1 and 2, detecting the object (branch) 19 at the beginning of the feeding channel 3. Then, the signal from the sensor 2 in the feeding channel 3 starts the procedure of reaching the state of the internal combustion engine enabling operation with maximum torque or power at idle. The object 19 moving through the feeding channel 3, pushed by the operator, will reach the working member 25 consisting of shredding cutters 14 and 15 and starts the next state of operation of the internal combustion engine, namely grinding. Then the engine load changes, and the value of the generated torque depends on the resistance of the shredded object 19. The product of the grinding process is chips or chips 20, which move through the outlet channel 5 (Fig. 3). The signal of the object in the working space is extended in time by the throttle controller 18 allowing complete fragmentation of the object. A change in the state of this signal indicates the absence of an object in the workspace and begins the end of the state in which the engine reaches the rotational speed allowing it to achieve maximum torque or power. In this case, the control system starts the idle procedure at low engine speed. This state is maintained until the operator delivers the grinding object to the feeding channel, activating the next state via the sensor (idling state with rotational speed enabling reaching the maximum torque or power).
Sposób sterowania tym układem przedstawia fig. 6. i fig. 7. Proces rozpoczyna detekcja B1 obiektu w przestrzeni roboczej przez czujnik 1 i 2, wykrywających obiekt (gałęzie) 19 na początku kanału podawczego 3. Sygnał z sensora 2 (odbiornika) o detekcji obiektu B2 trafia do sterownika przepustnicy 18. Sterownik przepustnicy 18 na skutek zmian sygnału wejściowego zmienia sygnał sterujący B3 kątem uchylenia przepustnicy i dodatkowo utrzymuje go przez dłuższy czas, wcześniej zdefiniowany w programie, umożliwiając przemieszczenie się całego rozdrabnianego obiektu przez człon roboczy. Sygnał B3 ze sterownika przepustnicy 18 trafia do elektrycznie sterowanej przepustnicy 17 aktywując aktor 21 realizujący zmianę kąta obrotu klapy przepustnicy B4. Zmiana położenia klapy przepustnicy zmienia prędkość obrotową biegu jałowego na taką która umożliwia osiągnięcie maksymalnej mocy lub momentu obrotowego. Realizując dwa zjawiska: dostarczenie B5 większej ilości powietrza do komory spalania oraz zmianę sygnału B6 czujnika kąta uchylania przepustnicy 23. Zmian sygnału B6 w algorytmie sterowania silnikiem spalinowym jest interpretowana jako zmiana obciążenia silnika, wpływając na sygnały sterujące pracą silnika spalinowego: B7 sygnałem czasu otwarcia wtryskiwacza, B8 sygnałem kąta rozpoczęcia wtrysku oraz B9 sygnałem kąta wyprzedzenia zapłonu. Zwiększona ilość dostarczonego B5 powietrza oraz sygnały B6, B7, B8 aktywujące współpracujące aktor takie jak wtryskiwacz, cewka i świeca zapłonowa umożliwiają osiągnięcie wyższej prędkości obrotowej na biegu jałowym B9 (prędkości umożliwiającej osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego lub mocy). Obiekt przeznaczony do rozdrabniania 19 przemieszczany kanałem podawczym 3 przez operatora, po dotarciu do zespołu członu roboczego 26, rozpoczyna proces rozdrabniania C1 generując rzeczywiste obciążenie silnika. W celu utrzymania stałej prędkości obrotowej oraz osiągnięcia niezbędnego momentu obrotowego jednostka sterująca pracą silnika spalinowego 16 zmienia sygnały B6, B7, B8. Zmianę na kolejny stan eksploatacji rozpoczyna zmiana sygnału sensora 2 (odbiornika), będąca skutkiem braku detekcji obiektu A1 na początku kanału podawczego 3. Sygnał z sensora 2 o braku detekcji obiektu A2 trafia do sterownika przepustnicy 18. Sterownik przepustnicy 18 na skutek zmian sygnału wejściowego zmienia sygnał sterujący A3 kątem uchylenia przepustnicy, stan ten utrzymuje się do czasu gdy w przestrzeni roboczej pojawi się kolejny obiekt rozdrabniania. Sygnał A3 trafia do elektrycznie sterowanej przepustnicy 17 aktywując aktor 21 realizujący zmianę kąta obrotu klapy przepustnicy A4. Zmiana położenia klapy przepustnicy zmienia prędkość obrotową biegu jałowego na taką która umożliwia pracę jałową z niską prędkością obrotową. Realizując dwa zjawiska: dostarczenie A5 mniejszej ilości powietrza do komory spalania oraz zmianę sygnału A6 czujnika kąta uchylania przepustnicy 23. Zmian sygnału A6The method of controlling this system is shown in Fig. 6 and Fig. 7. The process starts with the detection B1 of the object in the working space by the sensor 1 and 2, detecting the object (branches) 19 at the beginning of the feed channel 3. The signal from the sensor 2 (receiver) about the detection of the object B2 goes to the throttle controller 18. As a result of changes in the input signal, the throttle controller 18 changes the control signal B3 for the throttle opening angle and additionally maintains it for a longer time, previously defined in the program, enabling the movement of the entire shredded object through the working member. The signal B3 from the throttle controller 18 goes to the electrically controlled throttle 17, activating the actuator 21 for changing the angle of rotation of the throttle flap B4. Changing the position of the throttle flap changes the idle speed to one that allows maximum power or torque to be achieved. By implementing two phenomena: supplying B5 with more air to the combustion chamber and changing the B6 signal of the throttle opening angle sensor 23. A change in the B6 signal in the IC engine control algorithm is interpreted as a change in the engine load, affecting the signals controlling the IC engine: B7 with the injector opening time signal , B8 with the injection start angle signal and B9 with the ignition advance angle signal. The increased amount of air supplied to the B5 and the B6, B7, B8 signals activating cooperating actuators such as the injector, coil and spark plug allow for a higher idle speed B9 (the speed that allows the maximum torque or power to be achieved). The object to be crushed 19, moved through the feeding channel 3 by the operator, after reaching the working member assembly 26, starts the crushing process C1 generating the actual engine load. In order to maintain a constant rotational speed and to obtain the necessary torque, the internal combustion engine control unit 16 changes the signals B6, B7, B8. The change to the next operating state begins with a change in the sensor 2 (receiver) signal, resulting from the lack of detection of the A1 object at the beginning of the supply channel 3. The signal from the sensor 2 about the lack of detection of the A2 object goes to the throttle controller 18. The throttle controller 18, due to changes in the input signal, changes signal A3 controlling the angle of opening the throttle, this state is maintained until another grinding object appears in the working space. The signal A3 goes to the electrically controlled throttle 17, activating the actuator 21 for changing the angle of rotation of the throttle flap A4. Changing the position of the throttle flap changes the idle speed to one that allows idling at low speed. By implementing two phenomena: supplying A5 with less air to the combustion chamber and changing the A6 signal of the throttle opening angle sensor 23. Changes in the A6 signal
PL 242390 Β1 w algorytmie sterowania silnikiem spalinowym jest interpretowana jako zmiana obciążenia silnika, wpływając na sygnały sterujące pracą silnika spalinowego: A7 sygnałem czasu otwarcia wtryskiwacza, A8 sygnałem kąta rozpoczęcia wtrysku oraz A9 sygnałem kąta wyprzedzenia zapłonu. Zmniejszenie ilość dostarczonego A5 powietrza oraz sygnały A7, A8, A9 aktywujące przez sterownik silnika 16 współpracujące aktor takie jak wtryskiwacz i cewka i świeca zapłonowa umożliwiają osiągnięcie niższej prędkości obrotowej na biegu jałowym A10 (prędkości umożliwiającej osiągnięcie płynnej pracy jałowej).PL 242390 Β1 in the combustion engine control algorithm is interpreted as a change in the engine load, affecting the signals controlling the operation of the combustion engine: A7 with the injector opening time signal, A8 with the signal of the injection start angle and A9 with the signal of the ignition advance angle. Reducing the amount of air supplied A5 and the signals A7, A8, A9 activating the cooperating actuators such as the injector, coil and spark plug through the engine controller 16 enable the achievement of a lower idling speed A10 (speed enabling smooth idling).
Procedura użycia-użytkowaniaUse-use procedure
Rębak z bezobsługowym systemem adaptacyjnym regulacji prędkości obrotowej napędu, wymaga od użytkownika, uruchomienia silnika, który w sposób ciągły napędza mechanizm roboczy. Po uruchomieniu i rozgrzaniu silnika urządzenie pracuje w stanie pracy jałowej z niską prędkością obrotową. Operator przez dostarczenie odpadów drzewnych do kanału podawczego automatycznie uruchamia procedurę zmiany prędkości obrotowej, wsuwając obiekt aż do członu roboczego rozpoczynając proces rozdrabniania. W przypadku gdy operator umieści kolejny obiekt w kanale podawczym, stan pracy nie zmieni się. Jeżeli umieszczenie obiektu będzie wymagało odejścia operatora od maszyny i będzie trwało określony czas po ukończeniu przez maszynę rozdrabniania (brak obiektu rejestrowanego przez czujniki 1, 2 w kanale podawczym), automatycznie zmieni ona stan pracy na stan jałowy z niską prędkością obrotową przy pomocy sterownika 18 który zmieni położenie klapy przepustnicy powietrza 22 silnika spalinowego ograniczając dostarczanie mieszanki paliwowo-powietrznej. Stan ten utrzyma się aż do chwili gdy operator umieści w kanale podawczym kolejny obiekt do rozdrabniania.A chipper with a maintenance-free system of adaptive rotational speed regulation of the drive requires the user to start the engine, which continuously drives the working mechanism. After starting and warming up the engine, the machine idles at low speed. By delivering wood waste to the feeding channel, the operator automatically starts the procedure of changing the rotational speed, pushing the object up to the working member, starting the shredding process. If the operator places another object in the feeding channel, the operating status will not change. If the placement of the object requires the operator to leave the machine and it will take a certain time after the machine has finished grinding (no object registered by sensors 1, 2 in the feed channel), it will automatically change the operating state to idle with low speed using the controller 18 which will change the position of the air damper flap 22 of the internal combustion engine, limiting the supply of the air-fuel mixture. This condition will be maintained until the operator places another object to be shredded in the feeding channel.
Literatura:Literature:
[1] Auto Electronics and Engine Controls ECOTRONS, http://www.ecotrons.com/products/small_engine_fuel_injection_kit/, (access on: 03.2017)[1] Auto Electronics and Engine Controls ECOTRONS, http://www.ecotrons.com/products/small_engine_fuel_injection_kit/, (access on: 03/2017)
[2] Briggs & Stratton gasoline engines, https://www.briggsandstratton.com/na/en_us/products/engines.html (access on: 03.2017)[2] Briggs & Stratton gasoline engines, https://www.briggsandstratton.com/na/en_us/products/engines.html (access on: 03/2017)
[3] Honda http://www.environment.hondaeu.com/reports/Honda%20Environmental%20Report%2020Q5.pdf (access on: 03.2017)[3] Honda http://www.environment.hondaeu.com/reports/Honda%20Environmental%20Report%2020Q5.pdf (accessed on: 03/2017)
[4] Honda Diagnostic System, http://www.brpdiagnostics.com/site_files/442/Dr%20H%20User%20Manual.pdf (ac-cess on: 03.2017)[4] Honda Diagnostic System, http://www.brpdiagnostics.com/site_files/442/Dr%20H%20User%20Manual.pdf (ac-cess on: 03/2017)
[5] Honda gasoline engines, http://engines.honda.com/models/ (access on: 03.2017)[5] Honda gasoline engines, http://engines.honda.com/models/ (accessed: 03/2017)
[6] Honda gasoline engines iGX270, iGX390-owner's manuał 2014, http://cdn.powerequipment.honda.com/engines/pdf/manuals/00X37Z8R803Q.pdf (access on: 03.2017)[6] Honda gasoline engines iGX270, iGX390-owner's manual 2014, http://cdn.powerequipment.honda.com/engines/pdf/manuals/00X37Z8R803Q.pdf (access on: 03.2017)
[7] Kawasaki gasoline engines, http://www.kawasakienginesusa,com/engines (access on: 03.2017)[7] Kawasaki gasoline engines, http://www.kawasakienginesusa.com/engines (access on: 03.2017)
[8] Kohler Power Group gasoline engines, https://power.kohler.com/na-en/engines/engines (access on: 03.2017)[8] Kohler Power Group gasoline engines, https://power.kohler.com/na-en/engines/engines (access on: 03/2017)
[9] Subaru Industrial Power Products gasoline engines, http://www.subarupower.eom/proriucts/#generators (access on: 03.2017)[9] Subaru Industrial Power Products gasoline engines, http://www.subarupower.eom/proriucts/#generators (access on: 03/2017)
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423369A PL242390B1 (en) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | Wood chipper rotational speed control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423369A PL242390B1 (en) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | Wood chipper rotational speed control system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL423369A1 PL423369A1 (en) | 2019-05-20 |
| PL242390B1 true PL242390B1 (en) | 2023-02-20 |
Family
ID=66518980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL423369A PL242390B1 (en) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | Wood chipper rotational speed control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL242390B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL441715A1 (en) * | 2022-07-12 | 2024-01-15 | Politechnika Poznańska | Speed control system for a wood chipper with an internal combustion engine |
-
2017
- 2017-11-06 PL PL423369A patent/PL242390B1/en unknown
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| T. WARGUŁA, D. WOJTKOWIAK, K.J. WALUS, P. KRAWIEC, B. WIECZOREK: "2017", THE ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF THE CONTROL SYSTEM OF WOOD CHIPPER'S DRIVE WITH SPARK-IGNITION ENGINE BASED ON SKODA COMBUSTION ENGINE 1.4 59KW * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL441715A1 (en) * | 2022-07-12 | 2024-01-15 | Politechnika Poznańska | Speed control system for a wood chipper with an internal combustion engine |
| PL249200B1 (en) * | 2022-07-12 | 2026-03-09 | Politechnika Poznanska | Speed control system for a wood chipper with an internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL423369A1 (en) | 2019-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1918553B1 (en) | Variable Compression Ratio Control Method for Variable Compression Ratio Engine, and Variable Compression Ratio Engine | |
| US9109569B2 (en) | Working apparatus and a method for operating same | |
| RU2640145C2 (en) | Method for control of internal combustion engine turnover number (versions) | |
| US9873193B2 (en) | Method for operating a handheld work apparatus having a combustion engine | |
| EP1754878B1 (en) | Automatic choke control system for general-purpose engine | |
| US7000592B2 (en) | Throttle device for multipurpose engine | |
| EP1216351B1 (en) | Idle control for internal combustion engine | |
| PL242390B1 (en) | Wood chipper rotational speed control system | |
| TWI596274B (en) | Engine system and straddled vehicle | |
| RU2000115304A (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OF OPERATION AND FOR CONTROL OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| US6763807B1 (en) | Apparatus and method for controlling a fuel injector assembly of an internal combustion engine during cold operation thereof | |
| EP3237739B1 (en) | Internal combustion engine and method for safe starting the same | |
| CN204984644U (en) | Small -size gasoline engine digital intelligent throttle control system | |
| US8770171B2 (en) | Combustion engine, diagnostic arrangement for a combustion engine and a method for setting a combustion engine | |
| EP3044456B1 (en) | Adjustment of ignition timing at cutout | |
| US20130174811A1 (en) | Fuel supply device for internal combustion engine | |
| US10570842B2 (en) | Handheld work apparatus | |
| PL240954B1 (en) | System for controlling rotational speed of a wood chopper drive with a spark ignition combustion engine | |
| CN102536544A (en) | Engine idle air intake structure and its control method | |
| EP4630671A1 (en) | Method of restricting rotational speed of an engine of a handheld power tool, control arrangement, and handheld power tool | |
| Zaman et al. | Effect of natural gas injection pulse width to diesel dual fuel performance | |
| US7826955B2 (en) | General-purpose internal combustion engine | |
| JP2005016438A (en) | General-purpose engine throttle device | |
| CN104912693A (en) | Digital intelligent accelerator control system of small gasoline engine | |
| JPS61261648A (en) | Method for controlling air-fuel ratio of engine |