船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及柴油機電控系統(tǒng)，尤其是涉及船用高壓共軌電噴柴油機的共軌壓力控制、噴油和排氣控制系統(tǒng)領域。
【背景技術】
[0002]柴油機是為船舶主要的動力來源，其技術開發(fā)一直得到柴油機使用者和制造商的廣泛重視。傳統(tǒng)的機械式柴油機噴油定時、排氣定時等用凸輪軸控制，只能按出廠時設置好的工作模式工作，控制策略單一，效率低下。
[0003]船舶產業(yè)化升級，國內外船舶柴油機不斷進行產品技術創(chuàng)新。高壓共軌技術、高增壓技術、高效燃燒技術和電子控制技術等作為燃燒與排放控制方面的重要技術，得到了廣泛研宄和應用，用以實現柴油機的高效率和降低廢氣排放量，實現靈活多變控制，滿足不同的柴油機工況要求。
[0004]柴油機電控系統(tǒng)是一款嵌入式的柴油機控制系統(tǒng)，可以實現燃油噴射、排氣閥動作、柴油機起動、換向、停車和氣缸潤滑等功能的全電子自動控制，通過對相關參數的設定和修改，可以調整主機的運行狀態(tài)和性能參數，還可對主機的運行情況進行實時監(jiān)測，并可與船上的遙控系統(tǒng)、報警連接，將主機的運行狀況直接反映出來。
[0005]在高壓共軌電噴柴油機上，燃油經過高壓油泵增壓送入共軌裝置，建立與柴油機轉速無關的燃油壓力。噴射控制單元控制每缸進入高壓燃油的流量和噴射時間。滑油經伺服油泵加壓送入伺服油軌裝置，建立伺服油壓力。排氣閥控制單元用高壓伺服油控制排氣閥啟閉。電子控制系統(tǒng):采集各種傳感器信號，可精確控制柴油機的油壓、噴油、配氣正時等參數，使柴油機在各種工況下都能按最佳狀態(tài)運行，從而大幅度地降低排放污染，并提升了經濟性和動力性。
[0006]現場總線是現今主流應用的自動化控制系統(tǒng)通訊方式。CAN總線具有通訊可靠性、實時性和網絡安全性等特點，基于它設計了柴油機電控系統(tǒng)，各智能節(jié)點連接成一個網絡，各子系統(tǒng)功能設計合理，整體系統(tǒng)工作良好，有效實現了控制系統(tǒng)。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型目的是為船用高壓共軌柴油機提供一種控制安全高效，可節(jié)能減排的電控系統(tǒng)。
[0008]為實現本實用新型的目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0009]一種船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，包括主控制器單元、#1?#6氣缸控制器單元、就地控制單元及高速CAN總線，所述主控制器單元與氣缸控制器單元通過高速CAN總線相連接，所述氣缸控制單元與系統(tǒng)外部的主機遙控單元、全船監(jiān)控單元和報警系統(tǒng)單元相連。
[0010]優(yōu)選地，所述氣缸控制器單元上連接有傳感器單元及執(zhí)行機構，所述傳感器單元由燃油共軌壓力傳感器、伺服油共軌壓力傳感器、曲軸轉角傳感器、轉速傳感器、排氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、控制空氣壓力傳感器、空氣彈簧壓力傳感器中的至少一種組成，所述執(zhí)行機構由噴油器、排氣閥、氣缸滑油電磁閥、燃油共軌壓力控制閥、伺服油共軌壓力控制器、輔助鼓風機中的至少一種組成。
[0011]優(yōu)選地，所述就地控制單元包括液晶顯示屏和控制儀表。
[0012]優(yōu)選地，系統(tǒng)內各單元通過高速CAN總線進行通信。
[0013]主控制器單元，每臺主機僅一個，主要負責對整臺柴油機的管理和控制，實現整個系統(tǒng)初始化程序、轉速與負荷處理程序、燃油和伺服油壓計算程序、系統(tǒng)控制摸式判定程序、MAP查表程序等。還提供對外與主機遙控系統(tǒng)、機艙監(jiān)控系統(tǒng)等通信。氣缸控制器單元，每個氣缸一個，主要收集與每個氣缸有關的傳感器信號，對此氣缸相關的噴油定時、排氣定時、汽缸油潤滑、曲軸轉向和轉角計算等進行管理和控制。同時，在某個或某2個氣缸控制器單元中設置有柴油機輔助功能控制程序，接受主控制器壓力目標值命令，去控制執(zhí)行機構進而控制燃油共軌壓力，伺服油共軌壓力等。
[0014]本實用新型的有益效果是，通過多個高速處理器計算和高速現場總線通信，可以在高壓電噴柴油機上實現燃油噴射、排氣閥動作、柴油機起動、換向、停車和氣缸潤滑等功能的全電子自動控制，控制安全高效，節(jié)能減排。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)的結構示意圖；
[0016]圖2是氣缸控制器單元設計示意圖；
[0017]圖3是電控系統(tǒng)功能設計示意圖；
[0018]圖4是柴油機啟動到正常運行過程圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本實用新型實現的技術手段、創(chuàng)作特點、達成目的與功能容易明白了解，下面結合具體圖示，進一步講述本實用新型。
[0020]根據本實用新型的一個實施例，船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)的結構如圖1所示，船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，包括主控制器單元，#1?#6氣缸控制器單元，就地控制單元，高速CAN總線等組成。主控制器單元上連接有各個氣缸控制器單元；還連接有外部的主機遙控、全船監(jiān)控和報警系統(tǒng)等。就地顯示單元上帶有液晶顯示屏和控制儀表。高速CAN總線是系統(tǒng)內部各個控制模塊間通信的載體。
[0021]氣缸控制器單元的構成如圖2所示，氣缸控制器上連接有傳感器單元及執(zhí)行機構，傳感器單元包括燃油共軌壓力傳感器、伺服油共軌壓力傳感器、曲軸轉角傳感器、轉速傳感器、排氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、控制空氣壓力傳感器、空氣彈簧壓力傳感器等；所述執(zhí)行機構單元包括有噴油器、排氣閥、氣缸滑油電磁閥、燃油共軌壓力控制閥、伺服油共軌壓力控制器、輔助鼓風機等。
[0022]船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)主要功能設計如圖3所示:
[0023](I)運行模式控制程序:它主要是由起動模式、正常運行模式(燃油經濟性模式、低排放控制模式、主機運行保護模式等)、停車模式等組成。可根據船舶實際航行情況，可以由系統(tǒng)自動或由操作人員在不同的操作位置手動切換所需的運行模式。
[0024](2)主機子系統(tǒng)控制程序:主要是由氣缸噴油量控制、燃油共軌控制、轉向監(jiān)測和曲軸轉角計算、排氣閥控制、伺服油共軌控制、渦輪增壓器運行控制等單元組成，它控制了柴油機各子系統(tǒng)運行。
[0025](3)主機工況監(jiān)管程序:自動采集主機工況的各種運行參數，通過計算機分析，在通過主機子系統(tǒng)控制程序優(yōu)化柴油機控制，使主機始終運行在最佳狀態(tài)，它主要是由氣缸壓力監(jiān)測、活塞環(huán)磨損監(jiān)測、扭矩和振動監(jiān)測以及柴油機智能優(yōu)化管理等單元組成。
[0026]電控系統(tǒng)控制柴油機啟動到正常運行過程如圖4所示:
[0027]首先判斷起動條件是否滿足:盤車機脫開信號、主起動閥位置信號、起動空氣壓力信號等起動準備的邏輯條件是否合適。如果都滿足，氣缸通入高壓空氣開始起動，一旦到達發(fā)火轉速，停止起動空氣，完成高壓空氣起動過程。在進行空氣起動前，電控伺服油用泵已開始工作，將伺服油共軌壓力穩(wěn)定在系統(tǒng)規(guī)定值，保證伺服油供給排氣閥動作。在空氣起動主機過程中，多臺高壓燃油泵由主機軸系帶動運行，迅速將燃油共軌壓力穩(wěn)定在系統(tǒng)規(guī)定的起動壓力值，滿足后續(xù)噴油時刻的燃油要求。根據轉速傳感器的信號，達到發(fā)火轉速后，可發(fā)送信號給每個氣缸噴油電磁閥，進入噴油起動模式，此時不查控制噴油量MAP，噴油定時取設定值，以固定的噴油脈寬開始，每次噴射以一定的步長增加，但噴油脈寬不能大于最大脈寬，直到柴油機轉速超過設定最低穩(wěn)定轉速，隨后轉入正常運行工況。當轉速達到最低穩(wěn)定轉速的時候，進入正常調速模式。在此模式下，主控制器內調速器工作控制實時噴油過程，進而控制主機速度。主要是根據柴油機車鐘位置和轉速，通過查詢噴油量MAP確定基本噴油量，結合加速速率限制、臨界轉速控制、轉矩油量限制、掃氣油量限制和手動油量限制等，對基本油量進行修正，得到的結果與當前轉速下的最大噴油量作比較，較小的值即為最終總噴油量。然后根據當前的共軌壓力，通過查油量和脈寬的對應關系MAP，計算出噴油脈寬，通過噴射控制程序驅動噴油器電磁閥完成噴油控制。在此模式下，主控制器內進行燃油共軌壓力和伺服油共軌壓力目標值的計算，根據發(fā)動機轉速和最終噴油量確定主機的負荷，進而計算出噴油壓力目標值，送至氣缸控制器內進一步控制軌壓。
[0028]以上講述了本實用新型的基本原理、主要特點。本行業(yè)的專業(yè)技術人員應該了解，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有進一步的變化和改變。
【主權項】
1.一種船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，包括主控制器單元、#1?#6氣缸控制器單元、就地控制單元及高速CAN總線，其特征在于，所述主控制器單元與氣缸控制器單元通過高速CAN總線相連接，所述氣缸控制單元與系統(tǒng)外部的主機遙控單元、全船監(jiān)控單元和報警系統(tǒng)單元相連。2.根據權利要求1所述的船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，其特征在于，所述氣缸控制器單元上連接有傳感器單元及執(zhí)行機構，所述傳感器單元由燃油共軌壓力傳感器、伺服油共軌壓力傳感器、曲軸轉角傳感器、轉速傳感器、排氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、控制空氣壓力傳感器、空氣彈簧壓力傳感器中的至少一種組成，所述執(zhí)行機構由噴油器、排氣閥、氣缸滑油電磁閥、燃油共軌壓力控制閥、伺服油共軌壓力控制器、輔助鼓風機中的至少一種組成。3.根據權利要求1所述的船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，其特征在于，所述就地控制單元包括液晶顯示屏和控制儀表。4.根據權利要求1所述的船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)內各單元通過高速CAN總線進行通信。
【專利摘要】本實用新型提出一種船用高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)，包括主控制器單元、#1～#6氣缸控制器單元、就地控制單元及高速CAN總線，其特征在于，所述主控制器單元與氣缸控制器單元通過高速CAN總線相連接，所述主控制器單元與系統(tǒng)外部的主機遙控單元、全船監(jiān)控單元和報警系統(tǒng)單元相連。本實用新型提出的系統(tǒng)可實現快速精確控制，控制模式靈活多變，高效，節(jié)能。
【IPC分類】F02D45/00, F02D41/38
【公開號】CN204716409
【申請?zhí)枴緾N201520345925
【發(fā)明人】李聚保, 鐘碧良, 李春香, 沈偉林, 葉偉強, 魏安
【申請人】廣州航海學院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月26日