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伺服（fú）技術在燃氣噴射領域的應用

2017-7-4 來源：勝（shèng）利油田勝利動力機械集團有限公司（sī）作者：肖廣雲

摘要:在燃氣發動機領域,“燃氣缸內直（zhí）噴”技術一直是國內外研究（jiū）的重要課題,目前常見的是方法是采用驅動快速（sù）電磁閥來實現缸內噴射。本文引入伺服控製技（jì）術,以台達的伺服元件為例,從理論上闡述如何采用伺（sì）服驅動凸輪噴射（shè）係統（tǒng）實現燃（rán）氣發動機的缸內噴射,從（cóng）硬件、軟件兩個（gè）方麵剖析伺服噴射係統,並對該（gāi）係統的關鍵技術做深入分析。

關鍵詞:伺服;運動控製;凸輪;進氣相位

在燃氣發（fā）動機領域,如何有效改善高含氫量燃氣的燃氣利用、如何更好地解決“缸內混合”方案一（yī）直以來是一個重（chóng）要的課題,目前主要是（shì）采用燃氣缸內噴射技（jì）術避免燃（rán）氣爆燃出現回火現象,而常見的噴射方（fāng）法主要是電（diàn）動噴射,而電動噴射采用的電磁閥對燃氣的品（pǐn）質要求較高,在（zài）低（dī）品質的燃氣場合中,往往故障（zhàng）率較（jiào）高。

本文提出一種伺服驅動噴射方法,從硬件及軟件上分析了伺（sì）服驅動噴射係統的模型,分析了伺服驅動噴射的關鍵技術,為解決“缸內混（hún）合”提供了新的思路。

1.伺服噴射技術簡（jiǎn）介

1.1伺服係統

伺服係統是精確地跟隨或（huò）複現某（mǒu）個過程的反饋控製係統,又稱隨動（dòng）係統。采用伺服係統主要可以實現以下三個（gè）功能1[一2〕:l)以小功率指令信號控製大功率負載;2)在沒（méi）有機械連接的情況（kuàng）下,由輸入軸控製位於遠處的輸出軸,實現遠距離同（tóng）步（bù）傳（chuán）動;3)使輸出機械位移精確地跟蹤電信（xìn）號。

1.2伺服噴射係統控製思想

基本控製思想（xiǎng）:伺（sì）服（fú）主控製器通過編碼器采集到發動機凸輪軸的實時（shí）相位,在控製器內部（bù）建立了（le）一條與發動機凸輪實際相位相關的虛擬主（zhǔ）軸,在開機之前各噴射閥凸輪自動（dòng）完成找原點和按發動機配氣相位排（pái）隊,而當發動機運轉起來後,各噴射閥凸輪隻需要根據發動機凸輪原點的觸發信號適（shì）時跟隨虛擬主軸運（yùn）轉即可。

2.伺服噴射係（xì）統硬件及（jí）軟件構成

2.1伺（sì）服噴射係統的硬件基本構成

以12v190燃氣發動機為例（lì）,伺服噴射係統硬件基本構成(伺服係統采用台達產品)包括:伺服主控製器(運動控製（zhì）器)、伺（sì）服（fú）驅動器、伺服電機、噴射閥、增量型旋轉編碼器、發動機凸輪軸原（yuán）點傳感器、噴射閥凸輪軸（zhóu）原點傳感器、觸摸屏。

2.2伺服噴射係統的軟件構成

該係統的軟件部分主要包括兩大部分:觸摸屏軟件和伺服（fú）主控（kòng）製器軟件。各部分實現的（de）主要功能如:l)觸（chù）摸屏軟件（jiàn）:該部分主要實現伺服係統參數采集（jí）,並能實現對伺（sì）服係統手動控製功能。2)伺服主控製器軟件:該部分主（zhǔ）要負責運動控製部分。

3.伺服驅動凸輪噴射係統的關鍵技術

3.1虛擬電子主軸的定義與建立

伺服噴射係統中,發動機凸輪（lún）的運動軌跡作為參考對象,而噴射閥凸（tū）輪的運動軌跡作為控製對（duì）象,因此我們定義（yì）發動機凸輪為主軸(實軸),噴射閥的凸輪為（wéi）從軸(實軸)。而（ér）噴射閥的凸輪軸與發動機的凸輪軸沒有任何機械（xiè）關聯,為了使從軸跟（gēn）隨主軸的（de）運動軌跡（jì）,我們（men）就（jiù）需要引出一個虛擬的主軸,這個虛擬（nǐ）主軸的運動軌跡與主實軸的運動（dòng）軌跡（jì）相關聯(虛擬主（zhǔ）軸與編碼器之間的變比在程序中設定),而從軸就（jiù）以虛擬主軸為參考做運動。

3.2原點的定義（yì）與回歸

根據控製（zhì）需要,我們對發動機凸輪和（hé）各（gè）噴射閥凸輪定義參考0點（diǎn）,即原點。原（yuán）點（diǎn）的定義如:l)發動機凸輪軸的原點:將發動機凸輪軸磁釘與霍爾傳感器相遇時定為進氣（qì）上止點。2)噴射閥凸輪軸（zhóu）的（de）原點:將噴射閥凸輪軸磁釘與霍爾傳感器相遇時（shí）定為超前凸輪（lún）上止點(凸輪最高行（háng）程)35。。由於慣性的作用,當傳感（gǎn）器檢測到原點的瞬間,控製（zhì）器並不能讓立即伺服電機停下來,但是控製器己經記錄下觸發（fā）瞬間對（duì）應的那個點為0點,並且控製器有一個（gè）原點回歸的過程試圖回到原（yuán）點。

3.3噴射閥凸輪軸的排隊與跟隨

根據控製需要,將（jiāng）發動機凸輪原點信號作為各噴射閥凸輪跟隨觸發信號。而各噴射（shè）閥（fá）凸輪（lún）是同時跟隨的(跟隨速度、加速度都是一致的),因此就需要在跟隨之前將各（gè）噴射閥凸（tū）輪按規定的相位關係進（jìn）行排（pái）隊。12V190發動機凸輪進氣角度(相對（duì）於凸輪軸)為102.5。,而噴射閥凸輪進氣角度(相對於凸輪軸)為（wéi）70。。根據定義,發動機凸輪原點與噴射閥凸輪原點（diǎn）均為各自的參考0點,即當發動（dòng）機凸輪（lún）原點（diǎn）觸發（fā）時,噴射閥的凸輪應在360。一35。二325。的位置,為（wéi）了方便（biàn）計算,估算為16。的位置,因此可建立噴射閥凸輪軸的排（pái）隊相位表如表1所示。

表1噴射閥凸輪軸排隊相位（wèi）表

3.4各缸進氣相位的控製

發動（dòng）機的凸輪（lún）進氣角度巧0。是噴射閥的理論允許噴射（shè）行程,如果噴射閥凸輪（lún）在通過該（gāi）段行程內的運行速度得到控製,即實現對進氣相位的控製（zhì）。

在程序內（nèi）給虛擬主軸任意一個虛擬的疊加相位,可任（rèn）意控製所選取從軸的相位。關鍵的是（shì）主軸的實際相位並沒有改（gǎi）變,因此對某（mǒu）一個氣缸進行相（xiàng）位控製並不影響其它氣缸（gāng）的相位。

另一方麵,雖然噴射閥凸（tū）輪在通（tōng）過允許行程內的運行速度得到控製改變後,但是必須保（bǎo）證:噴射閥凸輪工作循環時間二發動機凸輪工作（zuò）循環（huán）時間,因此還需要在不允許進行燃氣噴射的210。行程內進行（háng）逆向補償,將先前的相（xiàng）位補償抵消掉（diào）。

4.結束語（yǔ）

將伺服技術應用於燃氣噴射領域還僅僅是一個（gè）起點,伺服驅動凸輪噴（pēn）射係統（tǒng）逐漸走（zǒu）向成熟的同時,將對高含氫量燃氣的燃燒利用、缸內混合模式提供更多的選擇（zé）,為研究（jiū）“可變噴氣正時”具有一定參（cān）考價值。

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