CN204610042U - 数字化变频电子调速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种柴油和汽油发动机数字化变频电子调速器。该数字化变频电子调速器包括设定理想转速的变频控制器、采集实际转速的转速传感器、调整实际转速的执行器，以及连接上述各部件的电缆，变频控制器又包括设定理想转速的转速设定电位器、比较理想转速与实际转速的比较器、计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器、转换实际转速传感器的正弦波信号，通过运放转换为方波的数字信号输入变频控制器的MCU的EEPROM单元，通过变频控制器的单片机输出可调节的占空比频率信号，以PID模式调节执行器，从而达到发动机转速动态平衡，使发动机能根据油门输入的大小输出理想稳定的转速。

Description

数字化变频电子调速器

技术领域

  本实用新型涉及发动机控制系统，特别涉及一种柴油和汽油发动机数字化变频电子调速器。

背景技术

发动机的工作需要靠一个转速调整装置来控制发动机转速让其在 需要的转速上稳定工作，称为调速器，目前普遍使用的发动机，其燃油供油量由喷油泵柱塞的位置决定，喷油泵柱塞的位置由喷油泵内的柱塞位置控制齿条来调节，调速器通过转速器与柱塞位置控制齿条间的关联，用“负反馈”的模式来稳定发动机的转速并防止飞车，机械调速器的原理，是靠飞块旋转时所产生的离心力和弹簧力的平衡来调节转速；当弹簧力一定时，转速高则飞快旋转时所产生的离心力大，推动柱塞位置控制齿条使供油量减少，从而降低发动机的转速；转速低则飞块旋转时所产生的离心力小，推动柱塞位置控制齿条使供油量增加，从而提高发动机的转速，达到动态的稳定；加大或减小油门，实际上就是通过改变弹簧变形的尺寸而改变弹簧力，使得发动机在新的转速下达到新的平衡从而改变发动机的转速。但机械调速器仍有缺点，即调速是一次到位且具有惯性，而且这种机械的调速模式需要将弹簧和飞块系统与喷油泵进行精确的调整和配合，如配合不佳时调速灵敏度下降而惯性增加，出现加、减油门时虽然增、减速很快，但燃油燃烧不完全，导致油耗较高、黑烟、废气排放严重；同时在柴油发动机的工作情况下，弹簧力一次设定后不可更改，而负载增加时需要供油量增加，只有增速降低供油量才能增加。

发动机调速器是将发动机稳定控制在输入的工作转速下运行的控制装置，根据其实现方式的不同市面上有：机械调速器、液压调速

器、电液调速器、电子调速器、复合式调速器。长期以来，发动机主要采用机械式和机械液压式以及模拟式电子调速器。但这二种存在致命的不稳定性和离散行，在许多场合远远不能满足要求。模拟电子调速器是运算电路、伺服电路、反馈电路组成，在

反馈油量过程中存在离散性和稳定性的浮动，这样多的分立器件构成的电路，只要一个器件出现参数变化就能影响整个电路系统，如果是多个元件出现参数变化问题更加严重。

本实用新型则提供一种数字化变频调速器来解决上述问题。

发明内容

1、一种数字化变频电子调速器，其特征在于该数字化变频电子调速器包括设定理想转速的变频控制器、采集实际转速的转速传感器、调整实际转速的执行器，以及连接上述各部件的电缆，变频控制器又包括设定理想转速的转速设定电位器、比较理想转速与实际转速的比较器、计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器、转换实际转速传感器的正弦波信号，通过运放转换为方波的数字信号输入变频控制器的MCU的EEPROM单元，通过变频控制器的单片机输出可调节的占空比频率信号，以PID模式调节执行器，从而达到发动机转速动态平衡，使发动机能根据油门输入的大小输出理想稳定的转速。

     2、作为一种改进，执行器为高速电磁执行器，为铠装式直流比例变频可调电磁铁，其加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，减油方向复位力由复位弹簧产生。

3、作为一种改进，转速传感器是磁电式转速传感器，内部结构由导磁探头、线圈、磁钢组成，磁钢产生的磁力通过导磁探头形成闭合的磁力线，线圈缠绕在导磁探头上。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：使得动力系统操作运行更加安全、响应速度更快、离散性更佳、稳定性更好。

【附图说明】

  图1是实用新型数字化变频电子调速器的一种实施方式的系统框架图。

【具体实施方式】

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型数字化变频电子调速器是将发动机稳定控制在设定的工作转速下运行的精密控制装置，根据其实现方式的不同可分为机械调速器、液压调速器、电液调速器、电子调速器以及复合式调速器等，在控制原理上，各种调速器都具有转速设定、测速、比较、运算、驱动输出、执行元件、调节系数设定、保护或限制等机构或部件，各机构或部件经过有效组合形成一个闭环控制系统。

本实用新型数字化变频电子调速器由变频转速控制、执行器、转速传感器三大模块和连接上述部件的屏蔽电缆等组成。发动机的理想转速由变频转速控制上的转速设定数字编码器设定，发动机的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的磁电式转速传感器采集，其输出信号为频率与发动机转速成比例的交流正弦波信号；该信号经模数信号转换器转换为数字方波信号，与转速设定值比较后得到转速偏差量；该偏差量经过PID 调节器（比例-积分-微分控制器，由比例单元P、积分单元I 和微分单元D 组成）运算放大后转化成PWM（Pulse-Width Modulation，数字脉宽调制）电流控制方式，向执行器输出驱动电流，执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，执行器为铠装式直流比例电磁铁，其加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，减油方向复位力由复位弹簧产生，执行器拉杆作用发动机调速手柄，从而控制发动机在所需要的转速下稳定运行。

本实用新型数字化变频调速器工作原理是：调速器将输入工作转速与测速元件测得的发动机实际转速进行比较，比较的结果（即偏差）包含两部分信息：偏差“正、负”信息和偏差幅度信息。偏差“正、负”信息的作用是：如果发动机实际转速大于输入的工作转速，偏差为“负”，调速器将输出“负向”控制，通过执行元件减小燃料量，发动机转速随之降低；如果发动机实际转速小于设定的工作转速，偏差为“正”，调速器将输出“正向”控制，通过执行元件增大燃料量，发动机转速随之升高。偏差幅度信息的作用是：偏差幅度经过MCU（Micro Controlling Unit，微处理器或微控制器）的处理，改变频率，确定输出控制量的大小，即增加或减少燃料量的多少，在偏差幅度一定的情况下，输出控制量的大小必须是合适的，过大或过小都会导致发动机转速不稳或达不到调速精度要求。根据调速器种类的不同，处理的运算方法具有其特有的物理实现方式。

机械调速器：由机械杠杆支点的变化实现简单的“比例调节”运（P 运算）。

液压调速器：由机械杠杆支点的变化、具有节流作用的油缸以及阀门实现“比例调节”、“积分调节”和“微分调节”等（PID 运算）。

模拟电子调速器：由模拟电路或计算机软件实现PID 运算或更加复杂的智能控制。

请参图1，为本实用新型数字化变频电子调速器是一种实现无极变速调节发动机转速的新型设备。系统框架图1。该数字化变频电子调速器剥包括以下模块：

电压采集单元111，变频器控制单元112，PID调节器113，电磁执行器114，转速传感器115，模数转换单元116，参数设置模块117，超速保护118。

调速方法如下：启动油门踏板11，根据油门踏板压缩的距离，电压采集单元111得到一个0-5V的电压信号，电压采集单元111将此信号送到变频器控制单元112，变频器控制单元112通过软件算法将此信号换算成对应的输出频率信号，将输出频率信号输送到PID调节器113，PID调节器113将此信号通过比例调节、积分调节和微分调节输出控制电磁执行器114，电磁执行器114通过推动杆伸缩控制发动机12油泵油量的大小，从而得到所需要的理想转速，驱动发动机稳定工作，当需要改变转速时，转速传感器115侦测到发动机飞轮转速改变，产生一个变化了的正弦波信号，转速传感器115将改变后的正弦波信号传送给模数转换单元116，模数转换单元116将正弦波信号转换为方波的数字信号给变频器控制单元112，变频器控制单元112通过软件算法将此信号换算成对应的输出频率信号，将输出频率信号输送到PID调节器113，PID调节器113将此信号通过比例调节、积分调节和微分调节输出控制电磁执行器114，电磁执行器114通过推动杆伸缩控制发动机12油泵油量的大小，从而得到所需要改变后的理想转速，这样，整个调速过程形成一个闭环系统，随时改变油门大小，就能使发动机输出理想转速。

根据数字化变频电子调速器所配备的发动机功率大小不同，设置超速保护118参数不同，通过参数设置117设置相对应的发动机最高速度，当各种原因发动机超速是，数字化变频电子调速器自动启动超速保护，使发动机停止工作，这样确保发动机运行安全。

采用本实用新型，将会具有使得动力系统操作运行更加安全、响应速度更快，离散性更佳、稳定性较好的特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (3)

1.一种数字化变频电子调速器，其特征在于该数字化变频电子调速器包括设定理想转速的变频控制器、采集实际转速的转速传感器、调整实际转速的执行器，以及连接上述各部件的电缆，变频控制器又包括设定理想转速的转速设定电位器、比较理想转速与实际转速的比较器、计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器、转换实际转速传感器的正弦波信号，通过运放转换为方波的数字信号输入变频控制器的MCU的EEPROM单元，通过变频控制器的单片机输出可调节的占空比频率信号，以PID模式调节执行器，从而达到发动机转速动态平衡，使发动机能根据油门输入的大小输出理想稳定的转速。

2.根据权利要求1 所述的数字化变频电子调速器，其特征在于：执行器为高速电磁执行器，为铠装式直流变频可调电磁铁，其加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，减油方向复位力由复位弹簧产生。

3.根据权利要求1 所述的数字化变频电子调速器，其特征在于：转速传感器是电磁电式转速传感器，内部结构由导磁探头、线圈、磁钢组成，磁钢产生的磁力通过导磁探头形成闭合的磁力线，线圈缠绕在导磁探头上。