船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其由安裝在控制箱中的發(fā)動機運行監(jiān)測單元、安全保護單元、燃料噴射與調(diào)速控制單元、參數(shù)修改單元組成，各單元采用CAN冗余總線連接以實現(xiàn)其運行數(shù)據(jù)交互、邏輯參數(shù)修改，還通過modbus總線與人機交互界面實現(xiàn)顯示參數(shù)交互。該系統(tǒng)可實現(xiàn)多次噴射控制和停止某通道噴射模式；采用同一控制單元實現(xiàn)發(fā)動機的燃料供給控制，便于燃料模式切換過程的同步、精確控制，實現(xiàn)發(fā)動機的平穩(wěn)過度，優(yōu)化雙燃料發(fā)動機運行參數(shù)。
【專利說明】
船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種船用中速微噴引燃型雙燃料(LNG/柴油)發(fā)動機控制系統(tǒng)，具體地說是一種發(fā)動機運行過程中實現(xiàn)燃料噴射、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和發(fā)動機管理的控制器。【背景技術(shù)】
[0002]隨著國際海事組織對船用發(fā)動機排放要求的不斷提高，船用微噴引燃型(天燃氣模式下噴射約1%的高壓共軌引燃柴油實現(xiàn)缸內(nèi)點火的工作模式)中低速天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機開始得到應(yīng)用，以提高燃料經(jīng)濟性并實現(xiàn)大幅度的減排。國內(nèi)正致力于船用中速雙燃料發(fā)動機的工程化開發(fā)，其雙燃料發(fā)動機燃氣模式下采用進氣歧管噴射(準缸內(nèi))天然氣、缸內(nèi)微噴引燃的工作模式;柴油機模式采用調(diào)速器控制的柱塞栗噴油工作方式。微噴引燃型雙燃料發(fā)動機作為一種新的燃料應(yīng)用模式與傳統(tǒng)的雙燃料發(fā)動機主要區(qū)別在于，在燃氣模式下微噴引燃型發(fā)動機采用單獨的高壓共軌系統(tǒng)噴射極少的良好霧化的燃油實現(xiàn)稀薄燃燒引燃，傳統(tǒng)的摻燒型雙燃料發(fā)動機采用主燃油系統(tǒng)供油，由于柱塞栗系統(tǒng)的原因?qū)е绿娲瘦^低，經(jīng)濟性和排放性也相對較差。傳統(tǒng)的船用雙燃料發(fā)動機屬于舊的船舶柴油機改造而來，未對柴油機的燃油系統(tǒng)進行改造，主要是加裝了燃氣噴射系統(tǒng)實現(xiàn)進氣總管或進氣歧管噴射，國內(nèi)對此已開展了大量的研究工作也研制了相應(yīng)的控制系統(tǒng)實現(xiàn)摻燒型雙燃料發(fā)動機的控制。
[0003]國外船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機配備有良好的電子控制系統(tǒng)，保證發(fā)動機在各種模式下的效率達到最優(yōu)。國內(nèi)船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機正處于工程化開發(fā)階段，目前沒有與之相應(yīng)的船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)。
[0004]因此，根據(jù)船用微噴引燃型發(fā)動機運行與控制需求的特點，設(shè)計開發(fā)與之適應(yīng)的微噴引燃型發(fā)動機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)燃氣模式、柴油模式和燃料過度模式下的燃油、燃氣噴射控制、空燃比控制和調(diào)速控制等，以保證發(fā)動機的安全性、燃料經(jīng)濟性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為了填補上述技術(shù)背景中國內(nèi)船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機自動控制系統(tǒng)的空白，針對柴油模式下采用電子調(diào)速器控制柱塞栗實現(xiàn)燃油供給，燃氣模式下采用進氣歧管噴射(準缸內(nèi))天然氣、獨立的高壓共軌燃油系統(tǒng)對缸內(nèi)噴射微量的引燃油的船用微噴引燃型中低速天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)微噴引燃型雙燃料發(fā)動機引燃油噴射、燃氣噴射和主燃油調(diào)速控制的高集成度控制器，保證各模式下的效率最優(yōu)、燃料切換模式的平穩(wěn)過度和發(fā)動機本體的安全。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的以下的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其由安裝在控制箱中的發(fā)動機運行監(jiān)測單元、安全保護單元、燃料噴射與調(diào)速控制單元、參數(shù)修改單元組成，各單元采用CAN冗余總線連接以實現(xiàn)其運行數(shù)據(jù)交互、邏輯參數(shù)修改，還通過modbus總線與裝在控制箱表面的人機交互界面實現(xiàn)顯示參數(shù)交互。
[0008]所述的發(fā)動機運行監(jiān)測單元(DMCU)，其組成為:模擬量采集設(shè)計塊采用MPC5634和 ADG508,脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊采用TLC2272I，CAN通信塊采用ADM3054,所述通信塊采用ADM2483;所述ADG508接受單片機控制信號選擇不同的模擬通道導(dǎo)通模擬信號供單片機采樣;TLC2272I調(diào)理包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、上止點、增壓器轉(zhuǎn)速脈沖信號，供單片機周期捕獲單元采樣;ADM3054處理來自單片機或外部的通訊信號，與單片機的CAN控制器通道相連； ADM2483處理來及觸摸屏或單片機的通信信號，與單片機串口控制器通道相連。
[0009]所述的安全保護單元，由MPC5634主控單片機、數(shù)字量輸出控制信號塊、脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊、CAN通信塊、modubus通信塊組成，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機安全保護控制。
[0010]所述的數(shù)字量輸出控制信號塊由繼電器構(gòu)成，脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊采用TLC2272I，所述通信塊采用ADM3054和ADM2483,其中:TLC2272I調(diào)理包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、上止點及增壓器轉(zhuǎn)速脈沖信號;供單片機周期捕獲單元采樣;ADM3054處理來自單片機或外部的通訊信號，與單片機的CAN控制器通道相連;ADM2483處理來自觸摸屏或單片機的通訊信號，與單片機串口控制器通道相連。
[0011]所述的燃料噴射與調(diào)速控制單元，包括用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機柴油模式的調(diào)速控制，燃氣模式下的燃氣、引燃油的噴射，空燃比調(diào)節(jié)和缸壓閉環(huán)的爆震控制；該燃料噴射與調(diào)速控制單元由模擬量采集設(shè)計塊、燃氣噴射驅(qū)動、高壓共軌引燃油噴射電磁閥驅(qū)動、數(shù)字量輸出控制信號塊、脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊、模擬量輸出塊、CAN通信塊、modubus通信塊組成。[〇〇12]所述的模擬量采集設(shè)計塊由主控單片機MPC5634和ADG508構(gòu)成，燃氣噴射驅(qū)動由 1EDI EiceDIVER和IKD04N60RA構(gòu)成，高壓共軌引燃油噴射電磁閥驅(qū)動由1EDI EiceDIVER和 IPG20N06S2L構(gòu)成，數(shù)字量輸出控制信號塊由繼電器構(gòu)成，脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊由TLC2272I構(gòu)成，模擬量輸出塊采用TC2645，CAN通信塊采用ADM3054,所述通信塊采用 ADM2483,其中:ADG508接受單片機控制信號選擇不同的模擬通道導(dǎo)通模擬信號供單片機采樣，1EDI EiceDIVER作為驅(qū)動芯片，受單片機控制實現(xiàn)對IKD04N60RA和IPG20N06S2L的控制，使其驅(qū)動電磁閥；TLC2272I調(diào)理發(fā)動機轉(zhuǎn)速、上止點和增壓器轉(zhuǎn)速脈沖信號;供單片機周期捕獲單元采樣，ADM3054處理來自單片機或外部的通訊信號，與單片機的CAN控制器通道相連;ADM2483與單片機串口控制器通道相連，處理觸摸屏或單片機的通訊信息。
[0013]所述的參數(shù)修改單元，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)控制參數(shù)修改，該參數(shù)修改單元由工控機與LabVIEW軟件組成，其中:上位機通過CAN通信協(xié)議盒與控制系統(tǒng)各模塊的CAN總線相連，實現(xiàn)對各模塊控制參數(shù)的讀取與修改。
[0014]所述的人機交互界面，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機運行參數(shù)的顯示，該人機交互界面由研華組態(tài)屏組成，該組態(tài)屏與控制系統(tǒng)各模塊間通過modubus通信獲取發(fā)動機運行參數(shù)。
[0015]本發(fā)明提供的上述船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其用途是:用于9 缸及以下的船用中速發(fā)動機柴油或天然氣雙燃料模式的運行與監(jiān)測控制。
[0016]所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機，是進氣歧管多點噴射天然氣類型發(fā)動機。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點:
[0018]1.采用模塊化的設(shè)計，按照功能劃分為發(fā)動機監(jiān)測單元(DM⑶)、安全保護單元 (DSCU)、燃料噴射與調(diào)速控制單元(DF ECU)、參數(shù)修改單元和人機交互界面，可根據(jù)發(fā)動機控制功能需求實現(xiàn)靈活選配，增強了控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。
[0019]2.采用靈活的噴射正時設(shè)計方案，可實現(xiàn)多次噴射控制和停止某通道噴射模式， 為實現(xiàn)發(fā)動機燃氣模式下的低負荷過程采取停缸噴射控制提供條件，以保證未配備節(jié)氣門的船用雙燃料發(fā)動機在低負荷情況下能工作在燃氣模式。
[0020]3.對柴油模式下的調(diào)速控制與燃氣模式下微噴引燃油壓力調(diào)節(jié)與噴射控制、燃氣壓力與噴射控制等功能進行了硬件上的集約化設(shè)計，采用同一控制單元實現(xiàn)發(fā)動機的燃料供給控制，便于燃料模式切換過程的同步、精確控制，實現(xiàn)發(fā)動機的平穩(wěn)過度。
[0021]4.通過對各控制模塊的控制芯片實現(xiàn)片上數(shù)據(jù)實時讀寫功能設(shè)計，使得控制系統(tǒng)可在發(fā)動機運行過程中進行控制參數(shù)修改，便于發(fā)動機臺架標定、控制策略優(yōu)化試驗。
[0022]5.燃料噴射與調(diào)速控制單元中集成了缸壓與爆震測試分析功能，對雙燃料發(fā)動機的爆震與失火控制(空燃比修正)、各缸工作的平衡性控制提供反饋性策略指導(dǎo)，以保證雙燃料發(fā)動機在燃氣模式下的安全運行。
[0023]6.采取靈活的控制邏輯，可實現(xiàn)控制系統(tǒng)部分模塊失效情形下的備份運行模式。[〇〇24]7.對控制系統(tǒng)各模塊進行了數(shù)據(jù)交互的地址分配，保證控制系統(tǒng)構(gòu)成中增減模塊不對控制系統(tǒng)產(chǎn)生功能影響?！靖綀D說明】
[0025]圖1為船用中速雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。[〇〇26]圖2為船用中速雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的監(jiān)測單元(DM⑶)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為船用中速雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的安全保護單元(DSCU)的結(jié)構(gòu)示意圖。 [〇〇28]圖4為船用中速雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的燃料噴射與調(diào)速控制單元(DF ECU)的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0029]本發(fā)明提供的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其適用于進氣歧管噴射天然氣、缸內(nèi)噴射高壓共軌引燃油的船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機。通過實時缸壓和振動信號提取各缸燃燒情形，實現(xiàn)空燃比與爆震控制。根據(jù)混合燃料動力特性及其空燃比特點，并根據(jù)增壓空氣壓力設(shè)置浮動目標轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)燃料切換過程快速調(diào)節(jié)，優(yōu)化切換效果。 燃料模式切換過程中采取依據(jù)增壓空氣壓力浮動的目標轉(zhuǎn)速，使得快速切換過程中的轉(zhuǎn)速波動較低且不出現(xiàn)爆震失火。采取了各缸可變空燃比和缸內(nèi)燃燒結(jié)束階段微噴補油提高排氣溫度與壓力，優(yōu)化負荷突變的瞬態(tài)調(diào)速過程。
[0030]下面結(jié)合實施例以及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0031]本發(fā)明提供的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示，由發(fā)動機運行監(jiān)測單元、安全保護單元、燃料噴射與調(diào)速控制單元、參數(shù)修改單元和人機交互界面組成，各單元分立地安裝在控制箱中，采用CAN冗余總線連接以實現(xiàn)其運行數(shù)據(jù)交互、邏輯參數(shù)修改，人機交互界面安裝在控制箱表面且通過modbus總線與各功能單元實現(xiàn)顯示參數(shù)交互。
[0032]所述的發(fā)動機運行監(jiān)測單元，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機運行狀態(tài)監(jiān)測控制、啟停邏輯判別等，該發(fā)動機運行監(jiān)測單元由主控單片機MPC5634、ADG508構(gòu)成的模擬量采集設(shè)計塊、繼電器構(gòu)成的數(shù)字量輸出控制信號塊、TLC2272I構(gòu)成的脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊、ADM3054構(gòu)成的CAN通信塊、ADM2483構(gòu)成的modubus通信塊組成，其中:ADG508 接受單片機控制信號選擇不同的模擬通道導(dǎo)通模擬信號供單片機采樣，TLC2272I調(diào)理轉(zhuǎn)速、上止點、增壓器轉(zhuǎn)速等脈沖信號，供單片機周期捕獲單元采樣，ADM3054處理來自單片機或外部的通信信號與單片機的CAN控制器通道相連，ADM2483處理來及觸摸屏或單片機的通信信號，與單片機串口控制器通道相連。
[0033]所述的安全保護單元，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機安全保護控制。該安全保護單元由主控單片機MPC5634、繼電器構(gòu)成的數(shù)字量輸出控制信號塊、TLC2272I構(gòu)成的脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊、ADM3054構(gòu)成的CAN通信塊、ADM2483構(gòu)成的modubus通信塊組成，其中:TLC2272I調(diào)理轉(zhuǎn)速、上止點、增壓器轉(zhuǎn)速等脈沖信號，供單片機周期捕獲單元采樣，ADM3054處理來自單片機或外部的通信信號與單片機的CAN控制器通道相連，ADM2483處理來及觸摸屏或單片機的通信信號，與單片機串口控制器通道相連。
[0034]所述的燃料噴射與調(diào)速控制單元，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機柴油模式的調(diào)速控制(柱塞栗)，燃氣模式下的燃氣、引燃油的噴射，空燃比調(diào)節(jié)和缸壓閉環(huán)的爆震控制等，該燃料噴射與調(diào)速控制單元由主控單片機MPC5634、ADG508構(gòu)成的模擬量采集設(shè)計塊、 1EDI EiceDIVER和IKD04N60RA構(gòu)成燃氣噴射驅(qū)動、1EDI EiceDIVER和IPG20N06S2L構(gòu)成高壓共軌引燃油噴射電磁閥驅(qū)動、繼電器構(gòu)成的數(shù)字量輸出控制信號塊、TLC2272I構(gòu)成的脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊、LTC2645構(gòu)成模擬量輸出塊、ADM3054構(gòu)成的CAN通信塊、 ADM2483構(gòu)成的modubus通信塊組成，其中:ADG508接受單片機控制信號選擇不同的模擬通道導(dǎo)通模擬信號供單片機采樣，1EDI EiceDIVER作為驅(qū)動芯片，受單片機控制實現(xiàn)對 IKD04N60RA和IPG20N06S2L的控制，使其驅(qū)動電磁閥；TLC2272I調(diào)理轉(zhuǎn)速、上止點、增壓器轉(zhuǎn)速等脈沖信號，供單片機周期捕獲單元采樣，ADM3054處理來自單片機或外部的通信信號與單片機的CAN控制器通道相連，ADM2483處理來及觸摸屏或單片機的通信信號，與單片機串口控制器通道相連。
[0035]所述的參數(shù)修改單元，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)控制參數(shù)修改，該參數(shù)修改單元由工控機與LabVIEW軟件組成，其中:上位機通過CAN通信協(xié)議盒與控制系統(tǒng)各模塊的CAN總線相連，實現(xiàn)對各模塊控制參數(shù)的讀取與修改。[〇〇36]所述的人機交互界面，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機運行參數(shù)的顯示，該人機交互界面由研華組態(tài)屏組成，組態(tài)屏與控制系統(tǒng)各模塊間通過modubus通信獲取發(fā)動機運行參數(shù)。
[0037]本發(fā)明提供的船用中速雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其工作過程如下:[〇〇38] 運行監(jiān)測單元(DMCU)監(jiān)測發(fā)動機運行過程參數(shù)并管理發(fā)動機運行邏輯流程，通過采集發(fā)動機燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、進、排氣系統(tǒng)、啟動與操縱系統(tǒng)等各系統(tǒng)的參數(shù)和發(fā)動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、凸輪軸信號等按照預(yù)定邏輯實現(xiàn)發(fā)動機的啟動條件判別、啟動控制、 運行保護控制(包含發(fā)動機滑油壓力低停車、報警，超速停車、報警等)、模塊間指令輸出與數(shù)據(jù)交換、參數(shù)修改與顯示等；安全保護單元(DSCU)采集轉(zhuǎn)速信號、滑油壓力低開關(guān)量信號、高溫水高溫開關(guān)量型號等，它負責(zé)監(jiān)監(jiān)管運行監(jiān)測單元的運行控制情況，并在監(jiān)測單元失效或者監(jiān)測單元輸出命令過程中同時發(fā)出禁止啟動或緊急停車控制命令，保證發(fā)動機系統(tǒng)的安全性;燃料噴射與調(diào)速控制單元(DF ECU)采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、凸輪軸信號、廢氣旁通閥位置信號、微噴引燃油壓力、燃氣調(diào)節(jié)閥前后壓力、增壓后空氣壓力和燃氣管路系統(tǒng)信號等信息，按照處理邏輯與調(diào)節(jié)控制策略實現(xiàn)微噴引燃油軌壓調(diào)節(jié)、燃氣軌壓調(diào)節(jié)、廢氣旁通閥調(diào)節(jié)(增壓空氣壓力)、柴油模式調(diào)速控制、氣體燃料模式燃氣噴射、微噴引燃柴油噴射控制、燃料模式切換控制、空燃比控制、低負荷燃氣隨機停缸噴射控制等;人機交互單元與參數(shù)修改單元分別通過modbus總線和CAN總線與各模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)運行參數(shù)顯示和控制參數(shù)的實時在線修改，以滿足發(fā)動機臺架標定試驗要求。
[0039]發(fā)動機啟動前，監(jiān)測系統(tǒng)和安保系統(tǒng)通過邏輯判斷是否具備啟動條件，當啟動條件滿足并接收到啟動信號時檢測控制系統(tǒng)控制啟動空氣閥實現(xiàn)啟動，當啟動轉(zhuǎn)速到達發(fā)火轉(zhuǎn)速時，監(jiān)測單元發(fā)出柴油模式許可指令使能調(diào)速控制以實現(xiàn)柴油啟動，當發(fā)動機啟動成功后，若檢測模塊接收到燃料切換指令，監(jiān)測模塊輸出燃氣許可指令給DFECU，DFECU接收到切換指令后按照預(yù)定邏輯增加燃氣噴射并控制高壓共軌引燃油噴射直至燃氣替代率達到設(shè)定值時，檢測控制單元輸出指令禁止調(diào)速控制以停止主燃油系統(tǒng)，DFECU控制燃氣噴射消除停油產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速波動是發(fā)動機進入穩(wěn)定狀態(tài)，當檢測模塊接受到停車指令時，監(jiān)控模塊輸出信號禁止DFECU燃料供給實現(xiàn)停車。同時，在發(fā)動機進入正常運行后，發(fā)動機監(jiān)測模塊和安全保護模塊實時監(jiān)測發(fā)動機的滑油、冷卻水和轉(zhuǎn)速，一旦超出設(shè)定報警停車值，監(jiān)測控制系統(tǒng)與安保系統(tǒng)按照預(yù)定的流程實現(xiàn)停車控制，以保證發(fā)動機本體安全。
[0040]本發(fā)明支持單缸功率在400KW以上，進氣歧管噴射天然氣，缸內(nèi)直接噴射高壓共軌引燃油(1 % )的雙燃料發(fā)動機，其燃氣電磁閥噴射背壓在〇.5至lOBar，燃油、燃氣噴射控制精度為0.001CA，每一周期可實現(xiàn)燃氣、燃油多次噴射(最多5次)。船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)功能指標滿足，柴油模式下達到船級社對船用發(fā)動機一級電站的標準， 穩(wěn)態(tài)波動率在1 %以內(nèi)，瞬態(tài)波動率(突加50 %、突卸100%負荷)在5 %以內(nèi)，穩(wěn)定時間3.5S， 天燃氣模式下滿足船級社對船用發(fā)動機三級電站標準，穩(wěn)態(tài)波動率在1 %以內(nèi)，瞬態(tài)波動率 (突加40%、突卸100%負荷)在10%以內(nèi)，穩(wěn)定時間5S。以缸壓信號、振動信號、增壓空氣壓力等作為各缸燃燒與做功特性監(jiān)測的依據(jù)，可將各缸振動偏差控制在2.5 %以內(nèi)，各缸空燃比偏差控制在1.5%以內(nèi)。燃料模式切換過程中轉(zhuǎn)速波動率在3%以內(nèi)，轉(zhuǎn)速偏離目標值比率不超過±5%，各缸振動偏差不超過10%，空燃比偏差不超過5%，控制系統(tǒng)對燃料模式切換采取增壓空氣壓力為主、轉(zhuǎn)速為輔的超前控制，容許一定的轉(zhuǎn)速偏差，實現(xiàn)快速的模式切換，切換時間小于3S。低負荷停缸模式下穩(wěn)態(tài)波動率不超過2.5%，各缸振動偏差不超過 5%，空燃比偏差不超過2.5%。
[0041]船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的燃氣噴射轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，采取增壓空氣壓力、轉(zhuǎn)速、缸壓和振動信號的多閉環(huán)控制，以實現(xiàn)精確的空燃比、較小的轉(zhuǎn)速波動與機體振動和良好的排放控制。采取實時噴射背壓調(diào)節(jié)，優(yōu)化氣體混合效果，提高動力性1.5%。在發(fā)動機瞬態(tài)過程調(diào)節(jié)中，由于空燃比的限制采取各缸可變空燃比和缸內(nèi)燃燒結(jié)束階段微噴補油以提高排氣溫度與壓力，優(yōu)化負荷突變的瞬態(tài)調(diào)速過程，瞬態(tài)波動率減少25%，穩(wěn)定時間減少15 %。通過實時缸壓和振動信號提取各缸燃燒情形，實現(xiàn)空燃比修正控制，減少缸間振動差異，優(yōu)化10%。根據(jù)混合燃料動力特性及其空燃比特點，并根據(jù)增壓空氣壓力設(shè)置浮動目標轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)切換過程燃料快速調(diào)節(jié)，由60S緩慢切換提高至3S快速切換。
[0042]本發(fā)明提供的船用中速雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，用于船用中速雙燃料發(fā)動機運行與監(jiān)測控制，整個系統(tǒng)完成工作還需外接相應(yīng)的發(fā)動機溫度、壓力、轉(zhuǎn)速傳感器(開關(guān)量、模擬量)和執(zhí)行單元(電磁閥、比例電控閥等)。[〇〇43]以上所述本發(fā)明的實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征是該控制系統(tǒng)由安裝在控 制箱中的發(fā)動機運行監(jiān)測單元、安全保護單元、燃料噴射與調(diào)速控制單元、參數(shù)修改單元組 成，各單元采用CAN冗余總線連接以實現(xiàn)其運行數(shù)據(jù)交互、邏輯參數(shù)修改，還通過modbus總 線與裝在控制箱表面的人機交互界面實現(xiàn)顯示參數(shù)交互。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的發(fā)動機監(jiān)測單元，其組成為:模擬量采集設(shè)計塊采用MPC5634和ADG508，脈沖信號調(diào)理 塊和數(shù)值量采集塊采用TLC2272I，CAN通信塊采用ADM3054，所述通信塊采用ADM2483;所述 ADG508接受單片機控制信號選擇不同的模擬通道導(dǎo)通模擬信號供單片機采樣;TLC2272I調(diào) 理包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、上止點、增壓器轉(zhuǎn)速脈沖信號，供單片機周期捕獲單元采樣;ADM3054處 理來自單片機或外部的通訊信號，與單片機的CAN控制器通道相連;ADM2483處理來及觸摸 屏或單片機的通信信號，與單片機串口控制器通道相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的安全保護單元，由MPC5634主控單片機、數(shù)字量輸出控制信號塊、脈沖信號調(diào)理塊和數(shù) 值量采集塊、CAN通信塊、modubus通信塊組成，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機安全保護 控制。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的數(shù)字量輸出控制信號塊由繼電器構(gòu)成，脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊采用 TLC2272I，所述通信塊采用ADM3054和ADM2483,其中:TLC2272I調(diào)理包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、上止 點及增壓器轉(zhuǎn)速脈沖信號;供單片機周期捕獲單元采樣;ADM3054處理來自單片機或外部的 通訊信號，與單片機的CAN控制器通道相連;ADM2483處理來自觸摸屏或單片機的通訊信號， 與單片機串口控制器通道相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的燃料噴射與調(diào)速控制單元，包括用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機柴油模式的調(diào)速控 制，燃氣模式下的燃氣、引燃油的噴射，空燃比調(diào)節(jié)和缸壓閉環(huán)的爆震控制；該燃料噴射與 調(diào)速控制單元由模擬量采集設(shè)計塊、燃氣噴射驅(qū)動、高壓共軌引燃油噴射電磁閥驅(qū)動、數(shù)字 量輸出控制信號塊、脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊、模擬量輸出塊、CAN通信塊、modubus 通信塊組成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的模擬量采集設(shè)計塊由主控單片機MPC5634和ADG508構(gòu)成，燃氣噴射驅(qū)動由1EDI EiceDIVER和IKD04N60RA構(gòu)成，高壓共軌引燃油噴射電磁閥驅(qū)動由1EDI EiceDIVER和 IPG20N06S2L構(gòu)成，數(shù)字量輸出控制信號塊由繼電器構(gòu)成，脈沖信號調(diào)理塊和數(shù)值量采集塊 由TLC2272I構(gòu)成，模擬量輸出塊采用TC2645，CAN通信塊采用ADM3054,所述通信塊采用 ADM2483,其中:ADG508接受單片機控制信號選擇不同的模擬通道導(dǎo)通模擬信號供單片機采 樣，1EDI EiceDIVER作為驅(qū)動芯片，受單片機控制實現(xiàn)對IKD04N60RA和IPG20N06S2L的控 制，使其驅(qū)動電磁閥；TLC2272I調(diào)理發(fā)動機轉(zhuǎn)速、上止點和增壓器轉(zhuǎn)速脈沖信號;供單片機 周期捕獲單元采樣，ADM3054處理來自單片機或外部的通訊信號，與單片機的CAN控制器通 道相連;ADM2483與單片機串口控制器通道相連，處理觸摸屏或單片機的通訊信息。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的參數(shù)修改單元，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)控制參數(shù)修改，該參數(shù)修改單元由工控機與LabVIEW軟件組成，其中:上位機通過CAN通信協(xié)議盒與控制系統(tǒng)各模塊 的CAN總線相連，實現(xiàn)對各模塊控制參數(shù)的讀取與修改。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所 述的人機交互界面，用于船用微噴引燃型雙燃料發(fā)動機運行參數(shù)的顯示，該人機交互界面 由研華組態(tài)屏組成，該組態(tài)屏與控制系統(tǒng)各模塊間通過modubus通信獲取發(fā)動機運行參數(shù)。9.權(quán)利要求1至8中所述船用中速微噴引燃型雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)的用途，其特征是 用于9缸及以下的船用中速發(fā)動機柴油或天然氣雙燃料模式的運行與監(jiān)測控制。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用途，其特征是所述的雙燃料發(fā)動機屬于進氣歧管多點噴射 天然氣類型發(fā)動機。
【文檔編號】F02D41/00GK105971746SQ201610303314
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】楊建國, 錢正彥, 余永華, 王勤鵬
【申請人】武漢理工大學(xué)