CN100492874C - 柴油机直线电机调速执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柴油机直线电机调速执行器。它包括壳体，安装在壳体内的执行元件，与执行元件电连接的控制器和与柴油机喷油泵齿条连接的位移传感器，所述的执行元件是直线电机，直线电机安装在壳体的中间，直线电机的输出轴的两端伸出壳体分别与柴油机喷油泵齿条和位移传感器相连，位移传感器连接控制器，控制器由相互连接的信号采集电路、电源电路、微处理器、信号输出电路和通信电路组成，控制器通过通信电路连接外部微处理器，信号输出电路连接直线电机。本发明可以实现高可靠、宽领域的柴油机位置式电子调速控制。

Description

柴油机直线电机调速执行器

(一)技术领域

本发明涉及的是一种柴油机的控制装置，具体涉及一种直线电机调节机械位移的控制系技术。

(二)背景技术

目前在我国使用的柴油机位置控制式电子调速执行器，主要采用电磁执行器、力矩电机或电液执行器作为调速执行器的运动执行元件，并分别用于小、中、大功率柴油机转速的控制。电磁执行器即以比例电磁铁作为运动执行元件，其一般由比例电磁铁和复位弹簧组成，电磁铁将电能转化为磁力，克服弹簧力吸引衔铁运动，通过改变电磁铁电流大小来改变电磁力大小，控制衔铁的位移。由于它通过复位弹簧实现双向的移动，其电磁力一部分用于克服复位弹簧的拉力，影响了其输出力大小。在中国专利号为ZL 200420093200.8的专利“磁力复位式电磁执行器”中对电磁执行器的缺点进行了介绍，指出电磁执行器的比例电磁铁工艺复杂，有效行程小，输出力小、电磁铁和弹簧难以匹配和稳定性差的缺点。该专利提出通过采用两个电磁铁相对安装，通过产生相反方向的电磁力来控制油泵齿条的前后移动，尽管能克服以上的一些缺点，但其相对结构和控制复杂。以力矩电机作为执行元件的技术方案较多，例如专利申请号为02243850.5，名称为“直线运动式电子控制电动油门执行器”的实用新型专利中记载的技术方案等，但力矩电机作为电子调速执行器运动执行元件只能实现旋转运动，若要获得直线运动需要通过转换机构，将旋转运动变成直线运动。而转换机构会影响控制精度。电液式调速执行器结构复杂，输出功率大，控制特性不好，一般用于大功率场合。

专利申请号为ZL 97242519.5，名称为“电磁执行器”的实用新型专利中公开了一种电磁执行器，作为柴油机电子调速执行器的一个部件。其依然采用比例电磁铁作为电磁执行器运动执行元件，因此没有解决以上问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种控制柴油机油泵齿条位移，可以实现高可靠、宽领域的柴油机位置式电子调速控制的柴油机直线电机调速执行器。

本发明的目的是这样实现的：它包括壳体，安装在壳体内的执行元件，与执行元件电连接的控制器，其特征在于：所述的执行元件是直线电机，直线电机安装在壳体的中间，直线电机的输出轴的两端伸出壳体分别与柴油机喷油泵齿条和位移传感器相连，位移传感器信号线与控制器相连，控制器由相互连接的信号采集电路、电源电路、微处理器、信号输出电路和通信电路组成，控制器通过通信电路连接外部微处理器，信号输出电路连接直线电机；所述的壳体的两端设置有中间带有通孔的挡铁，在挡铁的通孔内壁加工有“O”型密封槽，“O”型密封槽中安装“O”型密封圈，挡铁与壳体之间螺纹连接，挡铁通过外螺母与壳体之间固定，直线电机的输出轴穿出挡铁。

本发明还有这样一些结构特征：

1、所述的在壳体的一端固定安装有后壳体，位移传感器通过压板安装在后壳体上；

2、所述的后壳体的底部开有小孔；

3、所述的壳体由上下可分离的两部分组成，通过螺栓连接成一个整体，两部分之间安装有密封垫片。

本发明中控制器主要由信号采集电路、电源电路、微处理器、信号输出电路和通信电路组成。其中壳体1由上下可分离的两部分组成，其通过螺栓连接成一个整体，这两个部分之间安装有密封垫片。直线电机通过螺钉安装壳体内部，壳体前后两个安装挡铁的孔加工有内螺纹，挡铁是一个圆柱体，其外边面加工有外螺纹，挡铁即通过螺纹连接装入壳体。在挡铁的内孔加工有“O”型密封槽，并安装“O”型密封圈，阻止灰尘、油污通过直线电机输出轴和挡铁之间的间隙，进入壳体内腔。外螺母和挡铁通过螺纹连接，其用于紧固挡铁。旋转挡铁可改变其位置，然后用外螺母固定，以此来调节直线电机的行程。直线电机的输出轴左边和柴油机喷油泵齿条可通过螺纹或连轴器连接在一起，控制器控制直线电机的移动，直线电机输出轴的移动改变喷油泵齿条位置。直线电机的输出轴右边通过螺纹或连轴器和位移传感器相连，位移传感器反馈直线电机输出轴的移动量到控制器，形成闭环控制。后壳体和壳体用螺栓进行连接，在其下方可开设一个小孔，用于漏除灰尘、油污。位移传感器通过压板固定在后壳体上，压板是一个有一个豁槽的圆柱片，其内孔中穿过位移传感器，压板通过螺栓和后壳体相连，通过径向挤压豁槽的圆柱片来加紧位移传感器。直线电机控制线和位移传感器信号线与控制器相连。控制器通过信号采集电路获得位移传感器、转速传感器、油压、油温等信号给微处理器，微处理器计算直线电机位移输出值，通过信号输出电路输出电信号，控制直线电机位移量大小，该控制采用PID算法实现双闭环控制，转速作为外环，位移作为内环。控制器通过通信电路和上位机相连。如果要保证高可靠性，可以采用两个位移传感器，实现冗余控制。

近年来，直线电机技术不断成熟，其可以直接输出直线运动，不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因此，其控制精度高，可达0.5um；响应速度快，加速度可达10g；其最大可输出几十KN的力，有较好的工业应用，将其作为柴油机位置控制式电子调速执行器的主要运动执行元件，可以实现小、中功率柴油机转速控制，解决柴油机电磁调速执行器具有的以上问题。

本发明提供的柴油机直线电机调速执行器具有结构简单，控制方便，有足够的输出力和位移、灵敏度高、死区小、滞环小、稳态精度高等优点，能够保证柴油机转速的可靠控制，适用于中、小功率柴油机的转速控制。

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制器结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

结合图1，本实施例由壳体1，直线电机2，挡铁3，外螺母4，后壳体5，压板6，位移传感器7和控制器8组成。直线电机安装在壳体1内部，壳体1前后设置有两个安装挡铁3的安装孔，挡铁3通过壳体1前后的安装孔连接装入壳体1，直线电机2的输出轴和位移传感器7与柴油机喷油泵齿条连接，位移传感器7通过压板6固定在后壳体5上，直线电机2控制线和位移传感器7信号线与控制器8相连，控制器8由相互连接的信号采集电路、电源电路、微处理器、信号输出电路和通信电路组成，控制器8通过通信电路连接外部微处理器。直线电机2采用圆筒式直线电机。其中壳体1由上下可分离的两部分组成，其通过螺栓连接成一个整体，这两个部分之间安装有密封垫片。直线电机通过螺钉安装壳体1内部，壳体1前后两个安装挡铁3的孔加工有内螺纹，挡铁3是一个圆柱体，其外边面加工有外螺纹，挡铁3即通过螺纹连接装入壳体1。在挡铁3的内孔加工有“O”型密封槽，并安装“O”型密封圈，阻止灰尘、油污通过直线电机2输出轴和挡铁3之间的间隙，进入壳体1内腔。外螺母4和挡铁3通过螺纹连接，其用于紧固挡铁3。直线电机2的输出轴左边和柴油机喷油泵齿条可通过螺纹连接在一起。直线电机2的输出轴右边通过螺纹和位移传感器7相连。后壳体5和壳体1用螺栓进行连接。位移传感器7通过压板6固定在后壳体5上。

将外螺母4松开，旋转挡铁3，改变挡铁3的位置，就可以改变圆筒式直线电机的移动行程，调整好行程后，拧紧外螺母4，将挡铁3固定。

位移传感器7通过螺纹和圆筒式直线电机轴连接在一起，通过压板6紧固在后壳体上。

结合图2，控制器8采用inter80c196KC微处理器，利用转速传感器采集柴油机的转速信号，并把柴油机其他信号油温、油压等通过信号输入电路传给微处理器，微处理器查询MAP表，获得本次控制喷油的齿条位移量，通过微处理器PWM控制输出给信号输出电路，控制圆筒式直线电机2移动，并通过位移传感器7反馈圆筒式直线电机2的实际移动量，采用双PID闭环控制确保圆筒式直线电机移动准确的距离，转速环作为外环，位移环作为内环。

位移传感器7为北京泰泽公司生产的TWH型传感器。

圆筒式直线电机为哈尔滨泰富公司的XYY100-050B-6.0型直线电机。

Claims (4)

1、一种柴油机直线电机调速执行器，它包括壳体，安装在壳体内的执行元件，与执行元件电连接的控制器，其特征在于：所述的执行元件是直线电机，直线电机安装在壳体的中间，直线电机的输出轴的两端伸出壳体分别与柴油机喷油泵齿条和位移传感器相连，位移传感器信号线与控制器相连，控制器由相互连接的信号采集电路、电源电路、微处理器、信号输出电路和通信电路组成，控制器通过通信电路连接外部微处理器，信号输出电路连接直线电机；壳体的两端设置有中间带有通孔的挡铁，在挡铁的通孔内壁加工有“O”型密封槽，“O”型密封槽中安装“O”型密封圈，挡铁与壳体之间螺纹连接，挡铁通过外螺母与壳体之间固定，直线电机的输出轴穿出挡铁。

2、根据权利要求1所述的柴油机直线电机调速执行器，其特征在于：在壳体的一端固定安装有后壳体，位移传感器通过压板安装在后壳体上。

3、根据权利要求2所述的柴油机直线电机调速执行器，其特征在于：所述的后壳体的底部开有小孔。

4、根据权利要求1、2或3所述的柴油机直线电机调速执行器，其特征在于：所述的壳体由上下可分离的两部分组成，通过螺栓连接成一个整体，两部分之间安装有密封垫片。

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