CN103411227B - 一种脉冲式量化喷油方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脉冲式量化喷油方法及装置，恒压储油罐通过一输油管连接活塞式给几仓，所述一输油管上设有第一电磁阀；活塞式给几仓通过另一输油管连接喷嘴，另一输油管上设有第二电磁阀；活塞式给几仓内腔中设有与其内壁密封接触的活塞，活塞通过滚动轴承连接丝杆左端，丝杆右端伸出活塞式给几仓之外且套接带齿螺母，带齿螺母通过带齿皮带连接齿轮，齿轮连接步进电机输出轴；活塞式给几仓上设有检测活塞左、右极限位置的左、右传感器，左、右传感器、第一、第二电磁阀、步进电机分别连接嵌入式控制器；步进电机带动活塞在给几仓内有准确的位移量，可以根据炉内的实际燃烧情况进行选择性定量喷油，能减少燃油浪费、提高炉内燃烧效率。

Description

一种脉冲式量化喷油方法及装置

技术领域

本发明涉及一种喷油装置，是工业锅炉结构中必不可少的关键部件，具体地说，是能精确控制锅炉用喷油量的喷油装置。

背景技术

工业锅炉是重要的热能动力设备之一，工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。而工业锅炉中的喷油装置的合理、适量的喷油量对工业锅炉内的燃烧物充分燃烧起到至关重要的作用。目前喷油装置都是连续性喷油，不能实现定量化喷油，造成燃烧油的浪费以及燃烧效率低下。

中国专利申请号为99229291.3、名称为一种自动控制炉温的燃油加热炉的专利文献中公开的燃油加热炉，炉壁上固定设有喷油嘴装置，喷油嘴装置通过输油管道直接与储油罐相连，与喷油嘴装置相连的输油管道上设有电磁阀，该电磁阀通过一套温度自动控制系统与设在炉腔内的热敏传感器相连，通过热敏传感器、温度自动控制系统、电磁阀、喷油嘴来控制喷油嘴工作，但这种燃油加热炉上的喷油嘴装置存在以下缺点：一是，该喷油嘴装置喷油惯性大，不能及时、准确地开关喷油嘴，影响喷油的精确度；二是，该喷油嘴装置是连续性喷油，无法定量化喷油，喷出的燃油得不到完全燃烧，影响燃油的燃烧效率。

发明内容

本发明的目的是为克服现有喷油装置的不足，提供一种脉冲式量化喷油方法及装置，能够精确控制喷油量，对喷油量实施定量化，实现间断性地喷油，能降低能耗、提高燃油热效率、减少环境污染。

本发明所述脉冲式量化喷油装置采用的技术方案是：具有恒压储油罐和喷嘴，恒压储油罐通过一输油管连接活塞式给几仓，所述一输油管上设有第一电磁阀；活塞式给几仓通过另一输油管连接喷嘴，所述另一输油管上设有第二电磁阀；活塞式给几仓内腔中设有与其内壁密封接触的活塞，活塞将活塞式给几仓分成左、右两个腔室；活塞通过滚动轴承连接丝杆左端，丝杆右端伸出活塞式给几仓之外且套接带齿螺母，带齿螺母通过带齿皮带连接齿轮，齿轮连接步进电机输出轴；活塞式给几仓上设有检测活塞左、右极限位置的左、右传感器所述左、右传感器、第一、第二电磁阀、步进电机分别连接嵌入式控制器。

本发明所述装置的脉冲式量化喷油方法采用的技术方案是包括以下步骤：A、活塞位于左传感器处，嵌入式控制器控制第一电磁阀打开，燃油从恒压储油罐推送至活塞式给几仓内的左腔室，嵌入式控制器控制步进电机反转，依次带动齿轮、带齿皮带、带齿螺母、丝杆动作，使活塞在活塞式给几仓内向右移动有效行程Ｌ至右传感器，注入容积是N的燃油，右传感器产生电信号送至嵌入式控制器；B、嵌入式控制器根据第一次所需喷油量X计算第一次所需脉冲数，X<N，发送第一次所需脉冲数的信号至步进电机，驱动步进电机持续正转，同时打开第二电磁阀，喷油量X的燃油由喷嘴喷出；C、嵌入式控制器计算剩油量（N-X）还能执行的脉冲数和第二次所需喷油量Y所需脉冲数并作比较，若第二次所需脉冲数小于剩油量（N-X）还能执行的脉冲数，则执行第二次喷油，反之，若大于，则嵌入式控制器重新控制第一电磁阀打开注油，直至活塞式给几仓内注满容积是N的燃油为止。

在活塞到达左传感器前，进行多次喷油，当活塞再次推至左传感器处，左传感器产生电信号送至嵌入式控制器，则可重新执行注油过程，如此自动反复喷油。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明所述一种脉冲式量化喷油方法及装置，其喷油过程为间断性喷油，可以根据炉内的实际燃烧情况进行选择性定量喷油，能减少燃油浪费、提高炉内燃烧效率、节约成本。

2、本发明由步进电机和嵌入式控制器精确控制喷油量，由嵌入式控制器发出脉冲波送至步进电机，当步进电机每接收一个电脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过嵌入式控制器连续发送多个脉冲波，使得步进电机不停地朝着一个方向转动，实现步进电机的持续运转。嵌入式控制器能够精确地、有效地控制装置中的步进电机和电磁阀，利用嵌入式控制器发送脉冲信号驱动步进电机运转；利用电磁铁原理，将接收到的脉冲信号转换成线位移或者角位移，通过控制脉冲的个数来控制角位移量，步进电机带动活塞在给几仓内有准确的位移量，提高了精确控制喷油量的精度，实现喷油嘴装置工作的智能化、定量化。

3、本发明能防止步进电机失步而造成装置失灵，设置了左右硬原点，为装置稳定运行提供了有力的保障。

4、本发明结构紧凑，使用方便，连续运行可靠，不但能够精确控制喷油量，而且间断性的喷油提高了燃油利用率，同时也有效增加了喷油嘴使用的寿命，适用于工业锅炉等复杂的工业环境。

附图说明

图1为本发明所述一种脉冲式量化喷油装置的结构示意图；

图2为图1中喷油推动机构放大示意图；

图3为图1的电路结构框图；

  附图中各部件的序号和名称：1.底座；2.带齿螺母；3.齿轮；4.带齿皮带；5.锁紧块；6.支撑块；7.步进电机；8.丝杆；9.嵌入式控制器；10.活塞式给几仓；11.左传感器；12.第一电磁阀；13.第二电磁阀；14.活塞；15.支架；16.螺钉；17.进油接口；18.出油接口；19.输油管；20.恒压储油罐；21.喷嘴；22.磁铁；23.滚动轴承；24.右传感器。

具体实施方式

参见图1及图2，本发明的底部是钢性的底座1，在底座1上固定安装恒压储油罐20，底座1和恒压储油罐20两者形成一体化。恒压储油罐20通过输油管19连接活塞式给几仓10，给活塞式给几仓10供油。在恒压储油罐20和活塞式给几仓10之间的输油管19上安装第一电磁阀12。活塞式给几仓10上设有进油接口17和出油接口18，恒压储油罐20通过输油管19连接该进油接口17。出油接口18通过另一根输油管19机械连接喷嘴21，该喷嘴21采用机械式大流量型号的喷嘴，结构简单，易于固定在锅炉内壁上。在喷嘴21和出油接口18之间的另一根输油管19上安装第二电磁阀13。

活塞式给几仓10通过支架15固定连接在底座1上，支架15有两个，支撑着活塞式给几仓10，在支撑处通过多个螺钉16固定活塞式给几仓10。

活塞式给几仓10内腔中设有活塞14，活塞14将活塞式给几仓10分成左右两个腔室，进油接口17开在左腔室上。活塞14外壁与活塞式给几仓10内壁密封接触，并且活塞14可在活塞式给几仓10内左右移动。

参见图2，活塞14通过喷油推动机构连接步进电机7，由步进电机7带动活塞14在在活塞式给几仓10内左右移动。喷油推动机构由滚动轴承23、丝杆8、带齿螺母2、带齿皮带4、锁紧块5和齿轮3组成。活塞14内嵌滚动轴承23，滚动轴承23连接丝杆8的左端，丝杆8从活塞式给几仓10内伸出活塞式给几仓10之外，丝杆8的右端连接套接带齿螺母2，带齿螺母2的左端侧、右端侧各紧固连接一个锁紧块5，锁紧块5套在丝杆8上，用以限定带齿螺母2的左右移动。滚动轴承23、丝杆8、带齿螺母2以及锁紧块5均同轴心安装。锁紧块5通过支撑块6固定连接于底座1，可将锁紧块5与支撑块6的一端通过焊接连为一体，另一端固定立于底座1上面。带齿螺母2通过带齿皮带4连接齿轮3，齿轮3与带齿螺母2通过带齿皮带4连接，齿轮3同轴连接步进电机7的输出轴。当步进电机7正反旋转时，驱动齿轮3正反旋转，齿轮3通过带齿皮带4带动带齿螺母2做正反圆周运动，从而带动丝杆8做左右移动，使活塞14在活塞式给几仓10内做左右活塞运动。

本发明在活塞式给几仓10上设置左传感器11和右传感器24，用以分别检测活塞14的左、右极限位置。左传感器11和右传感器24由霍尔开关与磁铁22根据霍尔效应制成，为非接触型控制开关。左传感器11和右传感器24分别连接嵌入式控制器9。在活塞14内嵌有磁铁22，在活塞式给几仓10的表面上安装左、右霍尔开关，两霍尔开关之间的距离L是活塞14在活塞式给几仓10内左、右两极限位置之间的距离L，也是活塞14的有效行程L。当带有磁铁22的活塞14移至左极限位置时，内嵌在活塞14内的磁铁22与左霍尔开关产生霍尔效应，产生一个电信号送至嵌入式控制器9；同样地，当带有磁铁22的活塞14移至右极限位置时，内嵌在活塞14内的磁铁22与右霍尔开关产生霍尔效应，产生另一个电信号送至嵌入式控制器9。

参见图3，嵌入式控制器9由MCU中央处理单元、直流稳压电路、数字接口电路、电磁阀控制电路及驱动电路等组成。MCU中央处理单元分别与这各个电路连接，用于控制各个电路，对各个电路传送的信号进行处理。MCU中央处理单元通过直流稳压电路连接外部电源、通过驱动电路连接步进电机7、通过数字接口电路连接左传感器11和右传感器24、通过电磁阀控制电路连接第一电磁阀12和第二电磁阀13。

参见图1-3，本发明装置的运行由嵌入式控制器9控制步进电机7、第一电磁阀12和第二电磁阀13等自动实现每次间断性地定量喷油和多次连定量喷油。定量喷油原理是：左、右两个霍尔开关之间的距离L，决定了丝杆8推进活塞14的有效行程。活塞14从右传感器24向左横向移动距离L到达左传感器11的位置处，根据带齿螺母2与丝杆8的传动比m，可得出带齿螺母2需要转动的角度为m×L ，再根据齿轮3和带齿螺母2的速比i，得出齿轮3需要转动的角度为m×L×i，再根据步进电机7的步距角为θ，得出步进电机7所需的脉冲数为m×L×i/θ个。活塞式给几仓10有效行程L之间共能存储容积为N的燃油，这样，嵌入式控制器9每发送一个脉冲信号给步进电机7，步进电机7就推动活塞14横向移动L/（m×L×i/θ）的距离,且出油接口18和喷嘴21喷出的燃油量为N/（m×L×i/θ）。也就是说，嵌入式控制器9发送一个脉冲信号，活塞14移动固定的距离，喷嘴21喷出定量的燃油量。

本发明装置工作时，首先执行注油过程，由嵌入式控制器9控制第一电磁阀12打开，由于恒压储油罐20与活塞式给几仓10存在压力差，根据气压学原理，将燃油从恒压储油罐20推送至活塞式给几仓10内的左腔室，向活塞式给几仓10内注油。活塞14的初始状态为活塞14在左传感器11处，即左极限位置。嵌入式控制器9控制步进电机7反转，依次带动齿轮3、带齿皮带4、带齿螺母2、丝杆8动作，经齿轮3、带齿皮带4、带齿螺母2带动丝杆8向右移动，活塞14从左传感器11处向右传感器24移动，右传感器11产生一个电信号送至嵌入式控制器9。当活塞14到达右传感器24时，移动的距离是有效行程Ｌ，活塞式给几仓10就注满容积是N的燃油。

然后，嵌入式控制器9执行计算处理，根据装置第一次需要的喷油量X（X<N）计算第一次所需脉冲数。因一个脉冲信号所对应的喷油量为N/（m×L×i/θ），嵌入式控制器9计算出第一次喷出X的油量共需要的脉冲数为(X/N)×(m×L×i/θ)个。接着，根据计算结果进行第一次喷油，由嵌入式控制器9发送 (X/N)×(m×L×i/θ)个脉冲信号至步进电机7，连续的脉冲信号驱动步进电机7持续正转P圈（P不一定为整数），带动活塞14在活塞式给几仓10内同步向左运动，同时打开第二电磁阀13，准确地将喷油量为X的燃油通过出油接口18推出，由喷嘴21执行喷油工作。

第一次喷油结束以后，活塞式给几仓10内还剩有（N-X）的油量，在进行第二次喷油之前，嵌入式控制器9要先计算出剩油量（N-X）还能执行的脉冲数为（N-X）/N×(m×L×i/θ)个。若第二次所需的喷油量为Y，通过嵌入式控制器9的计算处理出第二次喷出Y的燃油所需脉冲数为(Y/N)×(m×L×i/θ)个，比较第二次喷出Y的燃油所需脉冲数(Y/N)×(m×L×i/θ)和剩油量（N-X）还能执行的脉冲数（N-X）/N×(m×L×i/θ)，如果第二次喷出Y的燃油所需脉冲数(Y/N)×(m×L×i/θ)小于剩油量（N-X）还能执行的脉冲数（N-X）/N×(m×L×i/θ)，说明剩油量足够执行第二次喷油过程，如果第二次喷出Y的燃油所需脉冲数(Y/N)×(m×L×i/θ)大于剩油量（N-X）还能执行的脉冲数（N-X）/N×(m×L×i/θ)，说明剩油量不够第二次喷油，则嵌入式控制器9重新控制第一电磁阀12打开执行上述注油过程，直至活塞式给几仓10内注满容积是N的燃油为止。在活塞14到达左传感器11前，可进行多次定量化喷油，当活塞14再次推至左传感器11处，内嵌在活塞内的磁铁22与左传感器11产生霍尔效应，产生一个电信号送至嵌入式控制器9，嵌入式控制器9可控制装置重新执行上述注油过程，如此自动反复喷油。

Claims (6)

1.一种脉冲式量化喷油装置，具有恒压储油罐（20）和喷嘴（21），恒压储油罐（20）通过一输油管连接活塞式给几仓（10），所述一输油管上设有第一电磁阀（12）；活塞式给几仓（10）通过另一输油管连接喷嘴（21），所述另一输油管上设有第二电磁阀（13）；活塞式给几仓（10）内腔中设有与其内壁密封接触的活塞（14），活塞（14）将活塞式给几仓（10）分成左、右两个腔室，其特征是：活塞（14）通过滚动轴承（23）连接丝杆（8）左端，丝杆（8）右端伸出活塞式给几仓（10）之外且套接带齿螺母（2），带齿螺母（2）通过带齿皮带（4）连接齿轮（3），齿轮（3）连接步进电机（7）输出轴；活塞式给几仓（10）上设有检测活塞（14）左、右极限位置的左、右传感器（11、24），所述左、右传感器（11、24）、第一、第二电磁阀（12、13）、步进电机（7）分别连接嵌入式控制器（9）。

2.根据权利要求1所述的脉冲式量化喷油装置，其特征是：左传感器（11）由左霍尔开关与磁铁（22）组成，右传感器（24）由右霍尔开关与磁铁（22）组成，磁铁（22）嵌在活塞（14）上。

3.根据权利要求1所述的脉冲式量化喷油装置，其特征是：带齿螺母（2）左端侧、右端侧各紧固连接一个锁紧块（5），锁紧块（5）套在丝杆（8）上。

4.一种如权利要求1所述装置的脉冲式量化喷油方法，其特征是包括以下步骤：

A、活塞（14）位于左传感器（11）处，嵌入式控制器（9）控制第一电磁阀（12）打开，燃油从恒压储油罐（20）推送至活塞式给几仓（10）内的左腔室，嵌入式控制器（9）控制步进电机（7）反转，依次带动齿轮（3）、带齿皮带（4）、带齿螺母（2）、丝杆（8）动作，使活塞（14）在活塞式给几仓（10）内向右移动有效行程Ｌ至右传感器（24），注入容积是N的燃油，右传感器（24）产生电信号送至嵌入式控制器（9）；

B、嵌入式控制器（9）根据第一次所需喷油量X计算第一次所需脉冲数，X<N，发送第一次所需脉冲数的信号至步进电机（7），驱动步进电机（7）持续正转，同时打开第二电磁阀（13），喷油量X的燃油由喷嘴（21）喷出；

C、嵌入式控制器（9）计算剩油量（N-X）还能执行的脉冲数和第二次所需喷油量Y所需脉冲数并作比较，若第二次所需脉冲数小于剩油量（N-X）还能执行的脉冲数，则执行第二次喷油，反之，若大于，则嵌入式控制器（9）重新控制第一电磁阀（12）打开注油，直至活塞式给几仓（10）内注满容积是N的燃油为止。

5.根据权利要求4所述的脉冲式量化喷油方法，其特征是：步骤C结束后，在活塞（14）到达左传感器（11）前，进行多次喷油，当活塞（14）再次推至左传感器（11）处，左传感器（11）产生电信号送至嵌入式控制器（9），则可重新执行步骤A，如此自动反复喷油。

6.根据权利要求4所述的脉冲式量化喷油方法，其特征是：步骤B中，第一次所需脉冲数为(X/N)×(m×L×i/θ)个，剩油量（N-X）还能执行的脉冲数为（N-X）/N×(m×L×i/θ)个，第二次所需喷油量Y所需脉冲数为(Y/N)×(m×L×i/θ)个；m是带齿螺母（2）与丝杆（8）的传动比，Ｌ是有效行程，i是齿轮（3）与带齿螺母（2）的速比，θ是步进电机（7）的步距角。