一種智能噴油泵試驗臺的技術(shù)改造和設(shè)計

摘要：根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計需要，采用AT89C52單片機(jī)對6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺進(jìn)行了技術(shù)改造，實現(xiàn)了主軸轉(zhuǎn)速預(yù)置、測速和調(diào)速等多種功能，完成了燃油噴射系統(tǒng)噴油次數(shù)的預(yù)置、計數(shù)與計滿后自動停止以及各種相關(guān)參數(shù)的顯示，從而將傳統(tǒng)的噴油泵試驗臺改造成為計算機(jī)控制的智能型噴油泵試驗臺，提高了試驗臺的可靠性，減小了維護(hù)和修理的工作量。
關(guān)鍵詞：燃油噴射；噴油泵；試驗臺；AT89C52單片機(jī)；技術(shù)改造

0 引言
    燃油噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)的重要組成部分，其性能的好壞直接決定著柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。噴油泵是該系統(tǒng)中最重要的部件，噴油泵試驗臺是調(diào)整和測試噴油泵的主要設(shè)備。6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺是20世紀(jì)70年代的產(chǎn)品，其電氣控制部分電路采用大量分立元件構(gòu)成，測試靈敏度低，設(shè)定調(diào)整不方便，故障率高，而且電路元件大多老化、損壞，現(xiàn)處于閑置狀態(tài)。本文采用計算機(jī)控制技術(shù)，對其進(jìn)行了技術(shù)改造。

1 智能型噴油泵試驗臺的技術(shù)改造方案
    現(xiàn)有的6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺，屬于D系列電子控制無級調(diào)速型試驗臺，即可控硅轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速試驗臺。主電機(jī)功率為3 kW，主軸轉(zhuǎn)速范圍為120～1 200 r／min，量油計數(shù)基數(shù)次數(shù)100次，計數(shù)次數(shù)選擇范圍為100～500次；其動力部分和控制部分的電路采用分立元件，無試驗油溫監(jiān)測和控制系統(tǒng)，量油部分采用傳統(tǒng)的玻璃量筒目測，測試不方便且精度低。
    目前，國外噴油泵試驗臺開始采用微機(jī)量油及數(shù)顯系統(tǒng)。為此，按國際標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以提高測試精度，達(dá)到以下要求：數(shù)字顯示壓力、溫度、轉(zhuǎn)速與計數(shù)(過去噴油泵試驗臺采用的機(jī)械式轉(zhuǎn)速表、彈簧壓力表和壓力式指示溫度計，很難達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)要求)；燃油恒溫控制在40℃；自動控制倒油時間；數(shù)顯油量與屏幕顯示油量。
    本方案以AT89C52單片機(jī)為整個控制系統(tǒng)的核心，采用模塊化的設(shè)計方法對噴油泵實驗臺的噴油計數(shù)、主軸轉(zhuǎn)數(shù)、油量顯示及與上位機(jī)的通信進(jìn)行控制，系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)總框圖如圖1所示。

2 噴油泵試驗臺的硬件系統(tǒng)設(shè)計
    噴油泵試驗臺的硬件系統(tǒng)設(shè)計分為噴油計數(shù)模塊、主軸轉(zhuǎn)速模塊和油量計數(shù)模塊三大模塊設(shè)計，其中主軸轉(zhuǎn)速模塊又分為測速模塊和調(diào)速模塊。
    系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。
    考慮到對原有試驗臺進(jìn)行技術(shù)改造，盡量采用較少的器件。系統(tǒng)硬件在AT89C52單片機(jī)最小化應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)上外接設(shè)備：A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、8155并行I／O芯片以及傳感檢測器、功率驅(qū)動電氣接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成一個控制系統(tǒng)。
    從上位PC機(jī)鍵盤輸入預(yù)置的噴油次數(shù)，通過上位機(jī)與單片機(jī)的通信傳到單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器。按下集油按鈕后，繼電器吸合，通斷油機(jī)構(gòu)中與擋油板相連的電磁鐵通電，擋油板拉出，實驗油開始流入量筒，試驗臺處于量油狀態(tài)。主軸轉(zhuǎn)一圈，噴油泵噴一次油，AT89C52的T0利用計數(shù)傳感器輸出的脈沖進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)噴油次數(shù)與預(yù)置值相等時繼電器釋放，使電磁鐵斷電，將擋油板推回，阻止噴油進(jìn)入量筒，試驗臺處于斷油狀態(tài)。此時，量筒中的油量即是給定噴油次數(shù)的噴油總量。在量油的實時過程中，噴油次數(shù)從零開始顯示，一直顯示到預(yù)置的噴油次數(shù)。
    速度給定由PC機(jī)鍵盤設(shè)定，AT89C52的T1計數(shù)和8155定時結(jié)合對從測速傳感器來的脈沖進(jìn)行計數(shù)、運(yùn)算，測出實際轉(zhuǎn)速。預(yù)置轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)PID算法調(diào)節(jié)后輸出給D／A轉(zhuǎn)換器，然后通過觸發(fā)驅(qū)動電路去改變可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)試驗臺電動機(jī)的勵磁線圈電流，達(dá)到控制主軸轉(zhuǎn)速的目的。PC機(jī)實時顯示試驗臺電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3 噴油泵試驗臺系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    軟件設(shè)計采用Visural Basic 6．0和MCS-51匯編語言進(jìn)行編程。本系統(tǒng)軟件模塊主要包括上位PC機(jī)模塊、下位AT89C52單片機(jī)模塊和通信模塊。上位PC機(jī)模塊主要是完成與操作人員的交互功能，包括參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、打印、存儲及監(jiān)測；其中AT89C52單片機(jī)模塊作為數(shù)據(jù)采集及控制模塊，它包括系統(tǒng)初始化、噴油計數(shù)、測速、調(diào)速、采樣、輸入信號的處理、分析、并最后給出控制系統(tǒng)的輸出量。
    上位PC機(jī)模塊的功能是完成系統(tǒng)與操作人員的交互，操作人員可進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示、查詢標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)報表等。系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)顯示設(shè)計方案如圖3所示。

    下位AT89C52單片機(jī)的主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、與上位機(jī)握手、接收預(yù)置參數(shù)、調(diào)用主軸轉(zhuǎn)速程序、調(diào)用噴油計數(shù)程序、調(diào)用數(shù)據(jù)采集發(fā)送程序。
    圖4為噴油泵試驗臺在不同轉(zhuǎn)速、不同壓力下的噴油量。

4 結(jié)論
    本文所設(shè)計的系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用在北京型內(nèi)燃機(jī)車和東風(fēng)型內(nèi)燃型機(jī)車柴油機(jī)噴油泵的測試平臺上。
    研究表明，本文提出的噴油泵試驗臺可以自動地控制噴油計數(shù)、主軸轉(zhuǎn)速、試驗油溫和油壓，實現(xiàn)了量油時壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、計數(shù)和噴油量的數(shù)字顯示與屏幕顯示，使用維修方便，提高了檢測的精度和自動化程度。