Abstract: Per soddisfare i requisiti di controllo preciso del grado di vuoto nel processo di carburazione a bassa pressione (carburazione sotto vuoto), in questo articolo vengono proposte soluzioni corrispondenti, tra cui l'aggiunta di un serbatoio di miscelazione del gas per la miscelazione del gas permeato, l'utilizzo di metodi di controllo dinamico del livello di vuoto a monte e a valle e del grado di vuoto coordinando il metodo di controllo con la temperatura, è possibile raggiungere un controllo rapido e preciso del grado di vuoto e della temperatura nel processo di infiltrazione.

La carburazione a bassa pressione, nota anche come carburazione sotto vuoto, è un processo in cui un mezzo di carburazione viene fatto passare in un forno ad alta temperatura per una rapida carburazione in uno stato di vuoto a bassa pressione. Il processo di carburazione sotto vuoto può essere suddiviso in un tipo a una fase, a impulsi e a oscillazione. Tra questi, il grado di vuoto, la temperatura e il tempo di carburazione cambiano in base alle esigenze specifiche, in particolare il grado di vuoto cambia drasticamente al variare della temperatura. Pertanto, nel processo di carburazione sotto vuoto, è necessario risolvere i seguenti problemi in termini di controllo del grado di vuoto:

(1) Il problema del controllo rapido e accurato del grado di vuoto, come il controllo a punto fisso, il controllo a programma e il controllo a impulsi rapidi, richiede che il sistema di controllo del vuoto abbia un'elevata velocità di risposta e precisione di controllo. In particolare, per ottenere un controllo preciso nell'intera gamma di vuoto, è necessario utilizzare diversi sensori di vuoto e le corrispondenti modalità di controllo a monte e a valle in base alle diverse gamme.

(2) Problema di controllo simultaneo del grado di vuoto e della temperatura. La carburazione avviene in un ambiente ad alta temperatura e richiede il controllo simultaneo del grado di vuoto e della temperatura.
Per soddisfare i requisiti di controllo preciso del grado di vuoto nel processo di carburazione a bassa pressione, questo articolo si concentra su una soluzione per il controllo preciso del grado di vuoto e adotta il controllo PID a doppio canale per raggiungere il controllo sincrono della temperatura.

2. Soluzione
La struttura complessiva del sistema di controllo del grado di vuoto e della temperatura nel processo di carburazione a bassa pressione è mostrata nella Figura 1.

Il principio di base del controllo preciso del grado di vuoto è il metodo di controllo dinamico, ovvero, in base al valore di controllo impostato e al valore misurato del vacuometro, il flusso di aspirazione dell'aria e il flusso di scarico della camera di carburazione vengono regolati rispettivamente, in modo che il flusso in entrata e in uscita possa raggiungere un equilibrio dinamico. Se è necessario un controllo automatico, sono necessari algoritmi di controllo PID e i relativi regolatori.

Come illustrato nella Figura 1, la soluzione di controllo di precisione del grado di vuoto proposta in questo articolo adotta un metodo di controllo dinamico, utilizzando una valvola a spillo elettronica per regolare il flusso di aspirazione dell'aria, una valvola a sfera elettronica o una valvola a spillo elettronica per regolare il flusso di scarico, mentre la pompa del vuoto viene utilizzata come fonte di vuoto. Il controllo automatico del grado di vuoto adotta il controllore PID.

Per i diversi processi di carburazione a bassa pressione, l'intervallo di controllo del grado di vuoto è 1Pa~100kPa. Pertanto, nel processo specifico, è necessario adottare diverse modalità di controllo dinamico per il controllo in diversi intervalli di grado di vuoto. Per il controllo del grado di vuoto nell'intervallo di alto vuoto di 1Pa~1kPa, si adotta la modalità di controllo a monte del flusso di scarico fisso e del flusso di aspirazione regolabile; per il controllo del grado di vuoto nell'intervallo di basso vuoto di 1kPa~100kPa, si adotta la modalità di controllo a valle del flusso di aspirazione fisso e del flusso di scarico regolabile.

Come illustrato nella Figura 1, per ottenere la regolazione e il controllo del flusso di aspirazione dell'aria, un serbatoio di miscelazione del gas viene aggiunto all'estremità di aspirazione della camera di carburazione e un misuratore di portata massica del gas viene utilizzato per distribuire vari gas permeati nel serbatoio di miscelazione del gas. Il gas passa attraverso la valvola a spillo elettronica per la regolazione e il controllo del flusso.

Per raggiungere contemporaneamente la funzione di controllo della temperatura, questo schema adotta un controllore PID a doppio canale, un canale è utilizzato per controllare il grado di vuoto e l'altro canale è utilizzato per controllare la temperatura. Il controllore PID a due canali è illustrato nella Figura 2. Questo controllo PID è dotato di A/D a 24 bit e D/A a 16 bit, con 47 forme di segnale di ingresso (termocoppia, resistenza termica, tensione CC) e può essere collegato a vari sensori di vuoto e temperatura per la misurazione, la visualizzazione e il controllo di 2 canali di controllo della misurazione indipendenti, RS485 a due fili, protocollo di comunicazione standard MODBUS RTU.

Per ottenere una regolazione di alta precisione nel processo di controllo del grado di vuoto, viene utilizzata una valvola a spillo elettronica con regolazione fine tramite un motore passo-passo a controllo numerico, come illustrato nella Figura 3. L'isteresi delle valvole a spillo della serie FC è molto più piccola di quella delle valvole a solenoide e ha una risposta ad alta velocità entro 1 secondo, soprattutto grazie all'uso della tecnologia di tenuta in gomma al fluoro (FKM), che rende la valvola più resistente alla corrosione. Dotato di un modulo del circuito di azionamento del motore passo-passo con la valvola a spillo elettronica a controllo numerico, fornisce l'alimentazione necessaria (24VDC) e il segnale di controllo (0~10VDC) per la valvola a spillo a controllo numerico e può anche fornire il controllo diretto della comunicazione seriale RS485.

Per il diametro maggiore della tubazione di aspirazione, questo schema utilizza una valvola a sfera elettronica miniaturizzata, come illustrato nella Figura 4. Questa serie di valvole elettroniche a sfera è una valvola elettronica di piccole dimensioni. L'apertura della valvola può essere regolata in modo continuo in base alla variazione del segnale di controllo (0~10VDC). Il tempo di apertura e chiusura più rapido è inferiore a 7 secondi, e anche il tempo di apertura e chiusura può raggiungere meno di 1 secondo. Il design integrato della valvola e del corpo valvola riduce il volume esterno e ha un prezzo contenuto. Spesso viene installata tra il contenitore sigillato e la pompa del vuoto per regolare la velocità di pompaggio.

In conclusione, grazie alla soluzione descritta in questo articolo, l'accuratezza del controllo del grado di vuoto nel processo di carburazione a bassa pressione può raggiungere 1% nell'intervallo di fondo scala e può essere effettuato anche il corrispondente controllo della temperatura.