3.4 Регулятор частоты вращения коленчатого вала

Нормальная работа дизельного двигателя происходит в определенных пределах частоты вращения коленчатого вала. При слишком малой частоте вращения двигатель работает неустойчиво и может легко заглохнуть, при слишком высокой двигатель может пойти "вразнос", и тогда появится опасность его разрушения.

Для каждого дизельного двигателя существует своя оптимальная частота вращения коленчатого вала, при которой он работает с наибольшей экономичностью и минимальным дымлением. Чтобы поддерживать эту частоту вращения при изменяющихся нагрузках двигателя во время движения автомобиля, регулятор должен обеспечивать соответствующую подачу топлива, воздействуя на топливный насос высокого давления.

На современных автомобильных дизельных двигателях устанавливают в большинстве случаев всережимные регуляторы центробежного типа.

Основным элементом регулятора являются грузы, закрепленные на державке, приводимой в действие шестеренчатой передачей от кулачкового вала насоса. При вращении державки грузы под действием центробежных сил расходятся и давят на муфту, которая через систему рычагов воздействует на зубчатые рейки поворота плунжеров нагнетательных секций. Работает регулятор следующим образом. При нажатии на рычаг управления регулятором через пружину и промежуточный рычаг передается усилие на рейки поворота плунжеров, которые пе­ремещают их в сторону увеличения подачи. Частота вращения коленчатого вала двига­теля возрастает до тех пор, пока центро­бежные силы грузов не уравновесят силу натяжения пружины и не установится за­данный скоростной режим.

Каждому положению рычага управления соответ­ствует определенная частота вращения ко­ленчатого вала. Если нагрузка на двига­тель при заданном положении рычага уп­равления будет падать, то частота враще­ния коленчатого вала увеличивается, и воз­растают центробежные силы грузов регуля­тора. Они становятся больше усилия натя­жения пружины и перемещают рейки в сто­рону уменьшения подачи — в результате восстанавливается частота вращения вала, заданная рычагом управления. При увеличении нагрузки частота вра­щения коленчатого вала двигателя и центробежные силы грузов падают, что вызывает под действием относительно возросшего усилия пружины перемещение реек в сто­рону увеличения подачи. Таким образом, поддерживается заданный режим скорости при изменении нагрузки. Чтобы изменить частоту вращения вала двигателя, необходимо нажать на педаль управления подачей топлива, через систему тяг и рычагов.

Так как целью дипломного проекта является модернизация системы управления топливоподачей дизельного двигателя КамАЗ, то установим на двигатель электрогидровлический регулятор, воздействующий на рейки ТНВД.

3.5 Описание конструкции электрогидравлического усилителя

Схема электрогидроусилителя – преобразователя типа "сопло – магнитожидкостная заслонка" представлена на рисунке 7

1 – заслонка; 2 – золотник; 3, 4 – катушки; 5 – сопло; 6,7 – дроссели;

8,9 – синхронизирующие пружины; 10 – регулировочный винт

Рисунок 7 – Конструкция электрогидравлического усилителя мощности

типа «сопло–магнитожидкостная заслонка»

Гидроусислитель – преобразователь типа "сопло – магнитожидкостная заслонка" вместе с управляющим золотником составляет гидравлическое исполнительное устройство с дроссельным регулированием.

Золотник представляет гидравлическое исполнительное устройство с дроссельным регулированием второго каскада усиления. Входными переменными второго каскада будут смещение управляющего золотника, а выходными – расход через дросселирующие выходные щели золотника.

Стабильность и линейность характеристики обеспечиваются не только значением давления питания, но и соответствующими геометрическими формами

рабочих органов гидроусилителя.

Электрогидроусилитель состоит из двух каскадов усиления первый каскад усиления, состоит из расходной камеры, двух сопел 5 и заслонки 1 выполненной в виде тонкостенной оболочки из эластичной маслостойкой резины, заполненной магнитной жидкостью. Второй каскад включает золотник 2 с синхронизирующими пружинами 8, 9, которые при отсутствии управляющего сигнала удерживают золотник в нейтральном положении.

Электрогидроусилитель содержит постоянные дроссели 6, 7 для снижения давления в соплах. Для регулировки центрального положения золотника используется регулировочный винт 10. Для управления заслонкой используются катушки индуктивности с Ш образным магнитопроводом, которые подключаются к источнику управляющего напряжения.

Поток рабочей жидкости подается в электрогидроусилитель мощности через два канала. В один канал в усилитель подается управляющий поток рабочей жидкости к элементу "сопло–магнитожидкостная заслонка" через постоянные дроссели 6 и 7.

При подаче на одну из катушек индуктивности управляющего напряжения возникает электромагнитное поле, которое воздействует на магнитожидкостную заслонку, которая, притягиваясь к торцевой части сопла, изменяет тем самым рабочий зазор между заслонкой и соплом. В результате этого эффекта возникает перепад давлений в междроссельных камерах и на торцах золотника, что приводит к его перемещению относительно центрального положения. Золотник перемещаясь, открывает канал, из которого поступает давление нагрузки и направляет его в один из двух выходных каналов. Расход рабочей жидкости в усилителе постоянный, жидкость выходит из электрогидроусилителя мощности через сливные каналы на управляемый золотниковый двигатель.

4 ВЫБОР И РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ

4.1 Выбор и расчёт передаточной функции микропроцессора

Микропроцессор в системе должен выполнять функцию обработки сигнала, поступающего с датчика, и выдавать соответствующее значение на выработку управляющего сигнала. То есть с датчика системы поступает сигнал на микропроцессор, микропроцессор «оценивает» ситуацию и через электронный преобразователь подает импульс на левую или правую катушку. Те, в свою очередь, вырабатывают электромагнитное поле, вследствие чего заслонка перемещается вправо или влево, на определенное расстояние.

В разрабатываемой системе будет установлен микроконтроллер AT89C51 в силу наличия у него всех требуемых компонентов и достаточной производительности работы.

AT89C51 – это высокопроизводительный, 8–битный микроконтроллер с низким потреблением энергии. AT89C51 имеет 4 Кб внутренней Flash памяти, 128 байт оперативной памяти, 5 векторную 2 уровневую систему прерываний, часы реального времени и работает на частоте до 24МГц.

Программа обслуживания модуля записывается в энергонезависимую память программ процессора объёмом. Модуль имеет внутреннюю 8-битную шину данных, к которой подсоединены 8 – канальный, 12 – разрядный АЦП (аналогово цифровой преобразователь) АD7859 с временем преобразования 5 мкс и 10 – разрядный 4– канальный ЦАП AD7805.

Запуск АЦП осуществляется либо по прерыванию от внутреннего таймера, либо отрицательным внешним импульсом. Цифровой выход АЦП в данной конструкции работает в 8 – битном режиме, так что чтение показаний проводится в 2 этапа. АЦП работает с внутренним опорным напряжением. Диапазон преобразования напряжения 0 – 2,5 В. Каждый выход АЦП должен быть защищён от перенапряжения. Эту функцию выполняют диоды, подключённые к аналоговой земле и к источнику питания. Обращение к ЦАП (цифровой аналоговой преобразователь) происходит в 3 этапа. Сначала в два этапа по внутренней 8 – битной шине записывается 10 – битное слово данных во внутренний регистр канала. Два младших бита слова данных отображены на адресном пространстве. ЦАП работает с внутренним напряжением и имеет диапазон выходных сигналов 0 – 2,5В.

Возможности данного устройства позволяют решать такие задачи по автоматизации измерений, контролю и управлению, которых не требуется высокая производительность. Средняя скорость измерения в секунду 300 – 400 измерений в секунду. Такая производительность вполне достаточна для решения широкого круга задач.

Таблица 1 – Характеристики МКАТ89С51

Параметр	Значения
Номинальная мощность потребления	750 мВт
Напряжение питания	15 В
Частота тактовых импульсов	2,5 Мгц
Число тактовых входов	2
Время пересылки в память	4 мкс
Время пересылки память - память	20 мкс
Разрядность адреса	16
Разрядность данных	12
Внутренний буфер	128 байт
Память программ процессора	4 Кбайт
Такт квантования	2 мкс

Таблица 2 – Характеристики АЦП AD7859 и ЦАП AD7805

Параметр	Характеристики АЦП AD7859	Характеристики ЦАП AD7805
Число разрядов	12	10
Максимальное быстродействие	5 мкс	4 мкс
Ток питания	30 мА	0,1 мА
Напряжение питания	15 В	5–15 В
Напряжение выходных сигналов	0–2,5 В	0–2,5 В
Частота тактовых импульсов	153,6 кГц	153,6 кГц
Период дискретизации	6,5·10-6 1/Гц	6,5·10-6 1/Гц
Число тактовых входов	2	2
Число рабочих каналов	8	4

При расчете линейной части системы принимаем передаточную функцию микропроцессора принимаемой равной единице: