Witam,
chciałem przedstawić urządzenie, które powstało blisko rok temu do kalibracji wtryskiwaczy przeznaczonych do samochodowej instalacji gazowej.
Założenia
Dokładność ustawienia skoku do 0,01mm. Prostota w obsłudze oraz wyeliminowanie błędu człowieka.
Mechanika
W pierwszej formie urządzenie składało się:
Silnik krokowy unipolarny 0.9°/krok odpowiedzialny za ustalanie skoku tłoczka.
Trzpień stalowy zamocowany do śruby, która zamieniała ruch obrotowy silnika na ruch posuwisty trzpienia. "Stół", na którym montowało się wtryskiwacz do kalibracji. Żarówka, która się zaświecała w momencie styku stalowego trzpienia z tłoczkiem wtryskiwacza. Zdjęcie poniżej.
Kalibracja polegała na tym, że na zamontowanym wtryskiwaczu ustalało się punkt odniesienia(aż żarówka się zaświeci), następnie załączało się wtryskiwacz, dzięki czemu tłoczek został przyciągnięty przez cewkę( otworzył wtryskiwacz), następnie sterownik(zakupiony na allegro, nie znam producenta) przesuwał trzpień o żądany skok tłoczka i dokręcało się śrubę regulacyjną( śruba regulacyjna pchała tłoczek do przodu), aż do momentu zaświecenia się żarówki. Na koniec dokręcało się nakrętkę kontrującą
Przy tej metodzie nie było w ogóle mowy o dokładności, z tego względu, że punkt odniesienia był szukany ręcznie, poprzez montaż wtrysku na stole montażowym, co niekiedy prowadziło do delikatnego wepchnięcia tłoczka do środka( czyli delikatnym otworzeniu wtrysku), jak również śruba regulacyjna była dokręcana ręcznie co również prowadziło do "przekręcenia"(zbyt głębokiego wkręcenia śruby). Dzięki tej metodzie rozrzuty pomiędzy ustawionymi wtryskami sięgała nawet >0.3mm.
Przy tej fazie pracy zaproponowałem budowę sterownika w pełni kalibrującego wtryskiwacz.
Moje osobiste założenia, które sobie wyznaczyłem, to oczywiście te, o których mowa na wstępie, ponadto jedynie rozbudowanie przyrządu zamiast jego budowa od początku( zbudowanie właśnie tej pierwszej wersji pochłonęło około jednego miesiąca), koszt materiału i pracę jaka została włożona w zbudowanie urządzenia.
Pracę zacząłem krótko przed moim wyjazdem za granicę, co wcale nie przeszkodziło w budowie urządzenia, gdyż prace były wykonywane zdalnie. Przed wyjazdem zbudowałem klawiaturę 16- klawiszową na dwóch ekspanderach 8-mio bitowych współpracujące ze sterownikiem na szynie I2C, moduł wykonawczy dwóch silników krokowych unipolarnych również na szynie I2C oraz płytę główną sterownika głównego. Dzięki wykorzystaniu szyny I2C, za pośrednictwem dwóch przewodów obsługuję dwa silniki i klawiaturę, co zminimalizowało zapotrzebowanie na piny µP. Płyta główna celowo była zbudowana na płytce uniwersalnej, by układ można było w łatwy sposób rozbudować. Praca zdalna wyglądała tak, że dostałem zdjęcia płytki, a ja zaznaczając miejsca i opisując co należy dołożyć, przerobić wysyłałem je do kolegi, który jest ślusarzem i o elektronice nie ma zielonego pojęcia( ale poradził sobie i polutował wszystko tak jak należy, bo urządzenie działa do dziś
). Program również, był pisany za pośrednictwem internetu. Pisałem kod wysyłałem mailem, a kolega wgrywał w urządzenie i mówił co jest nie tak. W ten sposób urządzenie zostało rozbudowane o dwa silniki krokowe, gdzie jeden z silników odpowiadał za poruszanie stołu, na którym znajdował się wtryskiwacz( trzeba było stół w prawić w ruch z tego względu, że śruba zamieniająca ruch obrotowy na posuwisty ma, tylko około 15-20mm długości co jest nie wystarczające dla złapania punktu odniesienia, a wykonanie drugiej takiej śruby raczej nie wchodziło w grę, ze względu na cenę. Śruba została wykonana specjalnie do tego urządzenia, jest to śruba utwardzana, drobnozwojna). Za unieruchomienie stołu odpowiada elektromagnes. Drugi silnik odpowiada za dokręcanie śruby regulacyjnej. Zdjęcie poniżej przedstawia urządzenie po rozbudowie o dwa silniki krokowe unipolarne 0.9°/krok.
Do mojego powrotu urządzenie ustawiało skok z dokładnością do 0.1mm.
Po moim powrocie okazało się, że na tak małą dokładność składa się kilka mechanicznych błędów:
-silnik od śruby regulacyjnej był zatrzymywany elektronicznie, na czas dokręcenia nakrętki kontrującej. Ze względu na dużą dokładność silników, ich siła jest niewielka, przez co zdarzało się i tak ruszyć głowicą silnika przy dokręcaniu.
- trzpień stalowy po uruchomieniu wtryskiwacza, "kleił" się do tłoczka, ze względu na swoje właściwości magnetyczne. Ze względu na zjawisko magnetyczne, zła kolejność wykonywanych operacji kalibrujących.
- nie symetryczne wprowadzanie trzpienia(brak izolacji ściany bocznej trzpienia) do wtryskiwacza prowadziło do styku ze ścianą dyszy wtrysku
- i jeszcze kilku, których już ze względu na długi czas nie pamiętam.
Aby silnik od śruby regulacyjnej skutecznie zatrzymać został zbudowany hamulec hydrauliczny sterowany elektronicznie na bazie, hamulca hydraulicznego rowerowego, elektromagnesu ciągnącego zwalniającego blokadę hamulca i siłownika samochodowego od drzwi do załączania hamulca. Zdjęcie poniżej.
Zasilanie
Zdjęcie przedstawia zasilacze całego urządzenia.
Urządzenie zasilane jest z trzech odrębnych zasilaczy. Pierwszy z lewej strony na zdjęciu z zielonym włącznikiem jest to zasilacz silników krokowych(dostarczony wraz ze sterownikiem zakupionym na allegro). Drugi duży w obudowie Z-17 odpowiedzialny za zasilanie sterowników, wtryskiwacza i elektromagnesów. Zasilacz został zbudowany na bazie transformatora 50W podwójnego symetrycznego o napięciach na uzwojeniach wtórnych: 2x6,5V oraz 2x15V. Jeden z od czepów 6,5V odpowiada za zasilacz regulowany PWM wtryskiwacza w zakresie 0-7,5V DC. Jak wiadomo wtryskiwacz w samochodzie nie jest zasilany napięciem stałym a impulsowym ze sterownika wtrysku, dlatego przy zasilaniu wtryskiwacz napięciem 12V DC prowadziłoby do jego szybkiego nagrzewania. Dlatego, by spowolnić wzrost temperatury cewki napięcie zasilania jest tak niskie. Czym niższe napięcie tym tłoczek musi się znajdować bliżej cewki by został przyciągnięty. Natomiast czym mniejsze napięcie, tym mniejszy prąd płynie przez uzwojenie, co prowadzi do wolniejszego nagrzewania się uzwojenia.
Drugi odczep 6,5V służy do zasilenia sterowników.
Pierwszy odczep 15V służy do zasilenia elektromagnesów. Ze względu na to, że siłownik wymaga 12V i 4A transformator nie był w stanie dostarczyć takiej ilości energii, do zasilenia siłownika służy niebieski zasilacz 12V 50W, ale sterowanie znajduję się w zasilaczu głównym.
Elektronika
Panel przedni sterownika.
Dioda informuję, czy trzpień styka się z tłoczkiem wtryskiwacza.
Sterownik z allegro nadal pełni swoją rolę, czyli odpowiada za ustalania skoku tłoczka. Owy sterownik ma klawiaturę 6 przyciskową z wyprowadzeniem złącza kk2 6P oraz zielony wyświetlacz LCD 16x2 znaki i został podłączony właśnie przez to złącze do sterownika głównego. W menu znajduję się opcja, która umożliwia pełną kontrolę nad zakupionym sterownikiem. Klawisze odpowiedzialne za sterownik to 4 strzałki kierunkowe, CANCEL, ENTER i klawisz "0". Strzałki odpowiadają za nawigację po menu, cancel za anulowanie zmian, "0" za zatwierdzenie zmian i wpisaniu ich do pamięci eeprom sterownika, a enter za zatwierdzenie, wpisanie do pamięci i opuszczenie menu obsługi sterownika.
Sterownik główny
Wyświetlacz sterownika to wyświetlacz LCD 20x4 znaki, biały negatyw.
Funkcje
- nastaw napięcia zasilania wtrysku w zakresie 0-7.5V
- pełna konfiguracja silników krokowych unipolarnych.
Wybór kolejności uzwojeń. Nastaw czasu między impulsami dla prędkości minimalnej i maksymalnej. 10-cio stopniowa regulacja prędkości po zdefiniowaniu czasu impulsów. Wybór pracy pełno-krokowa lub pół-krokowa.
- Niezależny nastaw ilości kroków "martwego punktu" dla silnika odpowiedzialnego za skok tłoczka jak również dla silnika odpowiedzialnego za śrubę regulacyjną.
Co to znaczy?
Aby wyeliminować drgania na styku, silniki po otrzymaniu informacji z czujnika wykonują jeszcze dodatkową ilość kroków, w celu zwiększenia powierzchni styku.
Wszystkie ustawienia( poza tymi w sterowniku z allegro, gdyż on przechowuje swoje ustawienia wewnątrz mikrokontrolera) zapisywane są na zewnętrznej pamięci eeprom, dzięki czemu zawsze można ją wymienić po przekroczeniu ilości zapisów i załadować ustawienia do nowej kości.
Zabezpieczenia
Kalibrator wyposażony został w wyłączniki krańcowe, by uniknąć kolizji stołu z mocowaniem trzpienia. Hamulec również został wyposażony w krańcówkę, dzięki czemu, nie jest możliwe kalibrowanie wtrysku z włączonym hamulcem. Gdy hamulec jest włączony, a chcemy wykonać kalibrację, na wyświetlaczu pojawia się komunikat o włączonym hamulcu i należy go wyłączyć poprzez wciśnięcie przycisku ENTER.
Program również oczywiście wyposażony w watchdog na wypadek zawieszenia się lub innych anomalii.
Kalibrator posiada jeszcze jedno zabezpieczenie, przez które należało ustawienia przenieść na zewnętrzną pamięć eeprom. Mianowicie przed każdą kalibracją zostaję ustawiona flaga i zapisana do pamięci, a po zakończeniu kalibracji flaga zostaje zresetowana i również jej wartość wpisana do pamięci. Dzięki temu, jeżeli w trakcie kalibracji wystąpi jakikolwiek błąd w programie lub wystąpi zanik napięcia, albo cokolwiek przeszkodzi w kalibracji, to przed ponowną kalibracją zostanie wyświetlony komunikat o błędzie oraz o ponownym przygotowaniu wtryskiwacza(rozkalibrowanie w części z kalibrowany elektrozawór) i rozpoczęcie procedury jeszcze raz od nowa. Komunikat będzie do póty, do póki nie wciśniemy przycisku enter.
Osiągnięte cele
Dokładność <0.01mm( była by jeszcze większa, gdyby nakrętka kontrująca była dokręcana kluczem dynamometrycznym, niedokładność wynika z luzu na gwincie śruby kontrującej i korpusu wtryskiwacza).
Myślę, że udało się wyeliminować błąd człowieka( nie zakładam, bo człowiek potrafi zaskoczyć
) z tego względu, że wszystkie czynności są opisanie na wyświetlaczu, a każda operacja, którą musi wykonać człowiek musi zostać zakończona wciśnięciem przycisku.
Prostota w obsłudze, gdyż tylko klikamy jeden klawisz i wykonujemy czynności opisane na wyświetlaczu.
Dużą dokładność i powtarzalność, pomimo dokręcania nakrętki zwykłym kluczem i luzu na gwincie, maksymalna rozbieżność pomiędzy wtryskami na wydajności sięga ±20l/h.
Zapewne nie przedstawiłem wszystkich możliwości urządzenia, ale to dlatego, że piszę z pamięci posiłkując się trochę na instrukcji obsługi i częściowo na programie.
Dodam jeszcze, że wtryskiwacze przeszły homologację i wkrótce już będą dostępne na rynku, a sam przyrząd zwrócił uwagę komisji na tyle, że prosiła o przedstawienie działania kalibratora, będąc pod wrażeniem dokładności jaką się udało uzyskać, a potwierdzenie tego zostało oczywiście przedstawione na przyrządzie do pomiaru wydajności. Kiedy przyrząd do kalibracji był w trakcie budowy, wtryskiwacze zostały wysłane do badań i jedne z zastrzeżeń, na które zwrócono uwagę to kalibracja. Po wysłaniu ponownym wtrysków już ustawionych na przyrządzie nie było żadnych zastrzeżeń co do powtarzalności.
Na koniec krótki film z kalibracji i działania hamulca.
http://www.youtube.com/watch?v=LltkPKRNrPg&feature=g-upl
Cool? Ranking DIY
