CN110608103B

CN110608103B - 一种匹配双机单桨的发动机控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN110608103B
Application number: CN201910917504.2A
Authority: CN
Inventors: 宋杰; 李�杰; 田书广; 史艳军; 张文杰
Original assignee: Weichai Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Weichai Heavy Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: CN110608103A

Abstract

本发明公开了一种匹配双机单桨的发动机控制系统及控制方法，系统包括包括两台同一型号配置的发动机、齿轮箱、螺旋桨和遥控单元；两台发动机分别通过离合器连接齿轮箱的输入端，齿轮箱的输出端连接螺旋桨；发动机与相应发动机电控单元电连接，发动机上安装有转速传感器和燃料进给单元；遥控单元用于输出调速电压信号和并机信号给发动机电控单元。制方法是基于上述控制系统实施的，当遥控单元同时向两个发动机电控单元输出并机信号时，两个发动机进入双机燃料控制模式；否则，接收到调速电压信号的发动机进入单机转速控制模式。本发明无需增加额外负荷分配器，就可实现负荷的自动分配，成本低，可提高整船的经济性。

Description

一种匹配双机单桨的发动机控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于船舶中发动机控制技术领域，尤其涉及一种匹配双机单桨的发动机控制系统及控制方法。

背景技术

双机单桨是指两台发动机共同带动一个螺旋桨。现有技术中，由于齿轮箱为机械式结构，不能分分配负荷；若仅使用转速控制策略，即调速手柄输入电压直接对应转速，不考虑负载，就会出现一台发动机承担全部负载，另一台被倒拖的现象，燃料不完全燃烧直接排出，影响发动机的使用寿命且会温室气体的排放；因此双机单桨的船舶(海船)上往往匹配带有电子调速器及负荷分配的装置，类似于发电机组并机，发动机只需控制转速，负荷是分配好后再提供到发动机。但该技术通常应用于海船，系统较为复杂，且成本较高；而内河运输船吨位较小，造价较低，布置空间小；双机单桨匹配额外负荷分配器的技术方案并不适用于内河运输船；因此在内河领域，双机双桨是常用布置，这也限制了双机单桨的应用。而双机单桨有自身的优势，如航速较低，负载较小时只用一台发动机，负载较大时用两台发动机，使发动机一直运行在经济区间。

鉴于此，亟需对现有技术进行改进，研发一种无需增加额外负荷分配器就可将双机单桨应用于内河运输船上的技术方案，以提高整船的经济性。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的第一个技术问题是，提供一种匹配双机单桨的发动机控制系统，无需增加额外负荷分配器，就可实现负荷的自动分配，成本低，可提高整船的经济性；尤其适用于吨位较小，造价较低，布置空间小的内河运输船。

作为同一个发明构思，本发明解决的第二个技术问题是，提供一种基于上述控制系统的匹配双机单桨的发动机控制方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供一种匹配双机单桨的发动机控制系统，包括两台同一型号配置的发动机、齿轮箱以及螺旋桨；两台所述发动机分别通过离合器连接所述齿轮箱的输入端，所述齿轮箱的输出端连接所述螺旋桨；所述发动机与相应发动机电控单元电连接，所述发动机上安装有转速传感器和燃料进给单元；还包括遥控单元；所述遥控单元用于输出调速电压信号和并机信号给所述发动机电控单元；

当所述遥控单元同时向两个所述发动机电控单元输出并机信号时，两个所述发动机进入双机燃料控制模式；否则，接收到调速电压信号的所述发动机进入单机转速控制模式。

进一步，所述发动机为燃气发动机或柴油发动机。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供一种匹配双机单桨的发动机控制方法，基于所述的匹配双机单桨的发动机控制系统，控制方法包括以下步骤：

S1、所述发动机电控单元是否接收到所述遥控单元输出的并机信号，若否，执行步骤S2；若是，执行步骤S3；

S2、接收到调速电压信号的所述发动机进入单机转速控制模式；根据所述调速电压信号从预先标定的电压-转速MAP中查找出目标转速，调节燃料喷射量，直至实际转速等于所述目标转速；

S3、两个所述发动机进入双机燃料控制模式；根据相应所述调速电压信号和当前转速从预先标定的燃料MAP中查找出目标燃料喷射量，调节燃料喷射量，直至实际燃料喷射量等于所述目标燃料喷射量。

进一步，所述发动机为燃气发动机，所述燃气发动机的排气管上安装有氧传感器；所述燃料喷射量为燃气喷射量，所述步骤S2还包括以下步骤：

调节所述燃气喷射量的过程中，所述发动机电控单元根据所述氧传感器传送的氧浓度信号控制节气门的开度，同步调节进气量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制。

进一步，所述目标燃料喷射量为目标燃气喷射量；所述步骤S3还包括以下步骤：

进一步，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号与转速的特性曲线，所述特性曲线定义为所述电压-转速MAP；将所述电压-转速MAP预先存入所述发动机电控单元中。

进一步，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号、转速与燃料喷射量的特性曲线，所述特性曲线定义为所述燃料MAP；将所述燃料MAP预先存入所述发动机电控单元中。

本发明还提供一种匹配双机单桨的发动机控制方法，基于所述的匹配双机单桨的发动机控制系统，所述发动机为燃气发动机，所述燃气发动机的排气管上安装有氧传感器；控制方法包括以下步骤：

S2、接收到调速电压信号的所述发动机进入单机转速控制模式；根据所述调速电压信号从预先标定的电压-转速MAP中查找出目标转速；调节燃气喷射量，同时所述发动机电控单元根据所述氧传感器传送的氧浓度信号控制节气门的开度，同步调节进气量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制；直至实际转速等于所述目标转速；

S3、两个所述发动机进入双机燃料控制模式；根据相应所述调速电压信号从预先标定的节气门开度MAP中查找出目标节气门开度；调节节气门的开度实现进气量的调节，同时根据所述氧传感器传送的氧浓度信号和当前进气量，同步调节燃气喷射量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制。

进一步，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号与节气门开度的特性曲线，所述特性曲线定义为所述节气门开度MAP；将所述节气门开度MAP预先存入所述发动机电控单元中。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本发明匹配匹配双机单桨的发动机控制系统及控制方法，控制系统包括两台同一型号配置的发动机、齿轮箱以及螺旋桨；两台发动机分别通过离合器连接齿轮箱的输入端，齿轮箱的输出端连接螺旋桨；发动机与相应发动机电控单元电连接，发动机上安装有转速传感器和燃料进给单元；还包括遥控单元；遥控单元用于输出调速电压信号和并机信号给所述发动机电控单元；当遥控单元同时向两个发动机电控单元输出并机信号时，两个发动机进入双机燃料控制模式；否则，接收到调速电压信号的发动机进入单机转速控制模式。

控制方法是基于上述控制系统实施的，包括单机转速控制模式和并机后的双机燃料控制模式；并机时通过控制燃料喷射量可以实现负荷的自动平均分配。

综上，本发明取消了双机单桨常用的负荷分配装置，仅对原有控制系统和控制方法进行了改进，就可实现负荷的自动分配，成本低，可提高整船的经济性；尤其适用于吨位较小，造价较低，布置空间小的内河运输船。

附图说明

图1是本发明实施例提供的匹配双机单桨的发动机控制系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种匹配双机单桨的发动机控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种匹配双机单桨的发动机控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的第三种匹配双机单桨的发动机控制方法的流程图；

图中，1-转速信号输入端，2-氧浓度信号输入端，3-燃料控制信号输出端，4-调速信号输入端，5-并机信号输入端，6-右机调速电压信号输出端，7-左机调速电压信号输出端，8-并机信号输出端，9-发动机电控单元，10-氧传感器，11-转速传感器，12-齿轮箱，13-螺旋桨，14-燃料进给单元，15-发动机，16-遥控单元，17-离合器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅是为了便于简化描述，用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

如图1所示，一种匹配双机单桨的发动机控制系统，包括两台同一型号配置的发动机15(同一型号配置的发动机，在相同的环境中工作，当转速一致、燃料消耗接近一致的工况，其输出功率也接近)、齿轮箱12以及螺旋桨13；两台发动机15分别通过离合器17连接齿轮箱12的输入端，齿轮箱12的输出端连接螺旋13；发动机15与相应发动机电控单元9电连接，发动机15上安装有转速传感器11和燃料进给单元14。上述描述的部件以及各个部件之间的连接关系均为现有技术，在此不做详细描述。

除此之外，本实施例的控制系统还包括遥控单元16；该遥控单元16用于输出调速电压信号和并机信号给发动机电控单元9；当遥控单元16同时向两个发动机电控单元9输出并机信号时，两个发动机15进入双机燃料控制模式；否则，接收到调速电压信号的那个发动机15进入单机转速控制模式。

电器件的具体连接关系为：发动机电控单元9的转速信号输入端1与转速传感器11电连接；发动机电控单元9的燃料控制信号输出端3与燃料进给单元14电连接；遥控单元16的右机调速电压信号输出端6用于与第一个发动单控单元9的调速电压信号输入端4电连接；遥控单元16的左机调速电压信号输出端7用于与第二个发动单控单元9的调速电压信号输入端4电连接；遥控单元16的并机信号输出端8与第一、二个发动单控单元9的并机信号输入端5电连接。

当发动机15为柴油发动机时，采用压燃方式，不用节气门等零部件，即空燃比不调节。可以不设置氧传感器10。

当发动机15为燃气发动机时，燃气发动机设有节气门，其排气管上安装有氧传感器10，此时发动机电控单元9的氧浓度信号输入端2与氧传感器10电连接，便于后续空燃比的闭环控制。

实施例二：

本实施例是基于实施例一控制系统的一种匹配双机单桨的发动机控制方法；本实施例的发动机为柴油发动机，本实施例中的燃料指燃油。由图1和图2共同所示，控制方法包括以下步骤：

S0、发动机15起动，操控遥控单元16。

S1、发动机电控单元9是否接收到遥控单元16输出的并机信号，若否，执行步骤S2；若是，执行步骤S3；

S2、接收到调速电压信号的发动机15(遥控单元16向其中一个发动机15输出调速电压信号)进入单机转速控制模式；根据调速电压信号从预先标定的电压-转速MAP中查找出目标转速，调节燃油喷射量(利用PID控制逐步调节，执行部件为燃料供给单元14，即燃油喷射阀或喷油器)，直至实际转速等于目标转速。

即，当目标转速高于实际转速时，增加燃油喷射量，直至实际转速等于目标转速；当目标转速低于等于实际转速时，减少燃油喷射量，直至实际转速等于目标转速。

S3、两个发动机15进入双机燃料控制模式；根据相应调速电压信号和当前转速从预先标定的燃料MAP中查找出目标燃油喷射量，调节燃油喷射量，直至实际燃油喷射量等于目标燃油喷射量。

其中，PID控制为本领域技术人员所熟知的控制方法。再此不做赘述。

执行步骤S2之前，需要基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号与转速的特性曲线，该特性曲线定义为电压-转速MAP；将电压-转速MAP预先存入发动机电控单元9中，以便于查找调用。

同时在执行步骤S3之前，需要基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号、转速与燃油喷射量的特性曲线，该特性曲线定义为燃料MAP；将燃料MAP预先存入发动机电控单元9中，以便于查找调用。

并机时，遥控单元16输出的调速电压信号相同，转速通过齿轮箱12连接也保持一致，两个发动机5的目标燃气喷射量相同；当燃料消耗接近一致，转速也保持一致时，两台发动机输出扭矩也会接近一致。通过此方法实现了双机单桨负荷的自动平均分配。

实施例三：

本实施例是基于实施例一控制系统的另一种匹配双机单桨的发动机控制方法；本实施例的发动机为燃气发动机；本实施例中燃料指燃气，由图1和图3共同所示，控制方法包括以下步骤：

S0、发动机15起动，操控遥控单元16。

S1、发动机电控单元9是否接收到遥控单元16输出的并机信号，若否，执行步骤S2；若是，执行步骤S3。

S2、此时接收到调速电压信号的发动机15进入单机转速控制模式；发动机电控单元9根据调速电压信号从预先标定的电压-转速MAP中查找出目标转速，调节燃气喷射量(利用PID控制逐步调节，执行部件为燃料供给单元14，即燃气喷射阀或燃气调节阀或燃气计量阀)；调节燃气喷射量的过程中，发动机电控单元9根据氧传感器10传送的氧浓度信号控制节气门(节气门是控制空气进入发动机的一道可控阀门)的开度，同步调节进气量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制；直至实际转速等于目标转速。

即，当目标转速高于实际转速时，增加燃气喷射量，同步调节进气量(与节气门的开度相对应)，对实际空燃比进行空燃比闭环控制，直至实际转速等于目标转速；当目标转速低于等于实际转速时，减少燃气喷射量，同步调节进气量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制，直至实际转速等于目标转速。

其中，PID控制、空燃比闭环控制均为本领域技术人员所熟知的控制方法。再此不做赘述。

S3、两个发动机15进入双机燃料控制模式；每个发动机电控单元9根据相应调速电压信号和当前转速(基于转速传感器11获取的)从预先标定的燃料MAP中查找出目标燃气喷射量，调节燃气喷射量；调节燃气喷射量的过程中，发动机电控单元9根据氧传感器10传送的氧浓度信号控制节气门的开度，同步调节进气量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制；直至实际燃气喷射量等于目标燃气喷射量。

即，调节燃气喷射量的过程中，当实际空燃比大于设定空燃比时，减少节气门开度，减少进气量，直至实际空燃比等于设定空燃比；当实际空燃比小于设定空燃比时，减少增大节气门开度，增大进气量，直至实际空燃比等于设定空燃比。

执行步骤S3之前，需要基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号、转速与燃气喷射量的特性曲线，该特性曲线也定义为燃料MAP；将燃料MAP预先存入发动机电控单元9中，以便于查找调用。

实施例四：

本实施例是基于实施例一控制系统的第三种匹配双机单桨的发动机控制方法；与实施例三中的部分步骤相同；本实施例的发动机也为燃气发动机，也安装有节气门和氧传感器10；燃料同样是指燃气，由图1和图4共同所示，控制方法包括以下步骤：

S0、发动机15起动，操控遥控单元16。

S2、接收到调速电压信号的发动机15进入单机转速控制模式；发动机电控单元9根据调速电压信号从预先标定的电压-转速MAP中查找出目标转速；调节燃气喷射量，同时发动机电控单元9根据氧传感器10传送的氧浓度信号控制节气门的开度，同步调节进气量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制；直至实际转速等于目标转速。

S3、两个发动机15进入双机燃料控制模式；每个发动机电控单元9根据相应调速电压信号从预先标定的节气门开度MAP中查找出目标节气门开度；调节节气门的开度实现进气量的调节(PID调节)，同时根据氧传感器10传送的氧浓度信号和当前进气量，同步调节燃气喷射量，对实际空燃比进行空燃比闭环控制；直至实际节气门开度等于目标节气门开度。

其中，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号与节气门开度的特性曲线，该特性曲线定义为该节气门开度MAP；将该节气门开度MAP预先存入发动机电控单元9中。

并机时，遥控单元16输出的调速电压信号相同，目标节气门开度相同，同款发动机的转速相同，节气门开度一致时，其进气量也接近一致，此时通过监测空燃比实现空燃比闭环控制，因此时空燃比也一致，燃气喷射量也接近一致。通过此方法实现了双机单桨负荷的自动平均分配。此方案虽然不如直接控制燃气喷射量精确，但偏差也在可接受范围内，另外节气门开度MAP较为简单。

本发明取消了双机单桨常用的负荷分配装置，仅对原有控制系统和控制方法进行了改进，就可实现负荷的自动分配，成本低，可提高整船的经济性；尤其适用于吨位较小，造价较低，布置空间小的内河运输船。

以上所述仅为本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计原理的前提下，还可作出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种匹配双机单桨的发动机控制方法，基于匹配双机单桨的发动机控制系统，所述发动机控制系统包括两台同一型号配置的发动机、齿轮箱以及螺旋桨；两台所述发动机分别通过离合器连接所述齿轮箱的输入端，所述齿轮箱的输出端连接所述螺旋桨；所述发动机与相应发动机电控单元电连接，所述发动机上安装有转速传感器和燃料进给单元；其特征在于，还包括遥控单元；所述遥控单元用于输出调速电压信号和并机信号给所述发动机电控单元；

当所述遥控单元同时向两个所述发动机电控单元输出并机信号时，两个所述发动机进入双机燃料控制模式；否则，接收到调速电压信号的所述发动机进入单机转速控制模式；

所述控制方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的匹配双机单桨的发动机控制方法，其特征在于，所述发动机为燃气发动机，所述燃气发动机的排气管上安装有氧传感器；所述燃料喷射量为燃气喷射量，所述步骤S2还包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的匹配双机单桨的发动机控制方法，其特征在于，所述目标燃料喷射量为目标燃气喷射量；所述步骤S3还包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的匹配双机单桨的发动机控制方法，其特征在于，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号与转速的特性曲线，所述特性曲线定义为所述电压-转速MAP；将所述电压-转速MAP预先存入所述发动机电控单元中。

5.如权利要求1所述的匹配双机单桨的发动机控制方法，其特征在于，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号、转速与燃料喷射量的特性曲线，所述特性曲线定义为所述燃料MAP；将所述燃料MAP预先存入所述发动机电控单元中。

6.一种匹配双机单桨的发动机控制方法，基于所述的匹配双机单桨的发动机控制系统，所述发动机控制系统包括两台同一型号配置的发动机、齿轮箱以及螺旋桨；两台所述发动机分别通过离合器连接所述齿轮箱的输入端，所述齿轮箱的输出端连接所述螺旋桨；所述发动机与相应发动机电控单元电连接，所述发动机上安装有转速传感器和燃料进给单元；其特征在于，还包括遥控单元；所述遥控单元用于输出调速电压信号和并机信号给所述发动机电控单元；

所述发动机为燃气发动机，所述燃气发动机的排气管上安装有氧传感器；所述控制方法包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的匹配双机单桨的发动机控制方法，其特征在于，基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下调速电压信号与节气门开度的特性曲线，所述特性曲线定义为所述节气门开度MAP；将所述节气门开度MAP预先存入所述发动机电控单元中。