CN108825388B - 固定动力用燃气发动机监控仪表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固定动力用燃气发动机监控仪表，其包括由线束连接的机旁仪表和远程仪表，机旁仪表上连接有CAN通讯线、起动机接线、点火控制线、发电机励磁线、电源线、燃气阀接头、ECU电源接头、额定/怠速切换接头；燃气阀接头通过线束与燃气阀的控制端连接；ECU电源接头通过线束与发动机ECU的电源输入端连接；发动机ECU上设置额定/怠速切换控制端口且当该端口有信号电压输入时ECU控制发动机输出额定转速、当该端口无电压信号输入时ECU控制发动机输出怠速转速，机旁仪表上的额定/怠速切换接头通过线束与发动机ECU上的额定/怠速切换控制端口连接。本发明具有结构简单、操控方便、安全可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及发动机监控与控制技术领域，具体的说是一种固定动力用燃气发动机监控仪表。
背景技术
泵用发动机为常见的固定动力用发动机，目前没有针对固定动力用发动机的监控仪表，尤其是固定动力用燃气发动机。船用天然气发动机（以下简称“燃气船机”）为常见的燃气发动机，燃气船机有专门的监控仪表，但是并不适用于固定动力用燃气发动机。
下面对现有燃气船机监控仪表的结构进行简单介绍。现有的然气船机监控仪表包括仪表盘、安装支架以及多根线束，线束包括电源线、发电机励磁线、CAN通讯线、起动机连接线以及点火控制线。其中，电源线连接蓄电池，给仪表盘供电；发电机励磁线连接机载发电机，使仪表显示充电状态； CAN通讯线与发动机ECU相连，读取发动机运行参数如水温，油温等参数；起动机连接线连接起动机，实现发动机起动控制；通过ECU点火控制线控制发动机点火，实现发动机停机。
现有仪表为针对船主机设计，而船主机按推进特性运转，没有怠速-额定的切换功能。并且依据船规，发动机带的燃气阀件单元由安保系统控制，不符合固定动力由仪表停机切断燃气控制的使用要求，这样在紧急停机时，因为没有安保系统切断燃气，如果仅仅通过点火控制，管路内燃气无法切断，则仍有安全隐患。而在发动机正常停机时，如果直接断掉点火，因为固定动力并没有船规要求的燃气透气管路，则管路内电磁阀后的燃气仍会流向发动机，直接排出，造成大气污染。同时，因固定动力发动机的配置问题，ECU读取的参数可能不全，并且可能有异于船主机，需要增加额外的传感器并修改显示的参数。另外，ECU需要额外供电，不受仪表控制。此外，因为船机需要对外输出不同的停机信号，所有停机动作都需经过仪表CPU判别，因为固定动力没有安保系统，假如仪表CPU因意外烧毁，则有可能对发动机停机操作造成隐患。
基于上述问题，在现有燃气船机监控仪表的基础上，本案申请人研发出一款操控方便、稳定可靠的专用于固定动力用燃气发动机的监控仪表。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操控方便、安全可靠的固定动力用燃气发动机监控仪表。
为解决上述技术问题，本发明的固定动力用燃气发动机监控仪表包括机旁仪表和远程仪表，机旁仪表通过远传线束与远程仪表连接，机旁仪表上连接有CAN通讯线、起动机接线、点火控制线、发电机励磁线、电源线，其结构特点是机旁仪表上还连接有燃气阀接头、ECU电源接头、额定/怠速切换接头；燃气阀接头通过线束与燃气阀的控制端连接；ECU电源接头通过线束与发动机ECU的电源输入端连接；发动机ECU上设置额定/怠速切换控制端口且当该端口有信号电压输入时ECU控制发动机输出额定转速、当该端口无电压信号输入时ECU控制发动机输出怠速转速，机旁仪表上的额定/怠速切换接头通过线束与发动机ECU上的额定/怠速切换控制端口连接。
所述机旁仪表内设置额定/怠速切换控制线，额定/怠速切换控制线的一端连接电源、另一端连接额定/怠速切换接头，额定/怠速切换控制线上串连旋钮开关。
所述机旁仪表的CPU上设置额定/怠速切换控制端口且该端口上连接有第四三极管，远程仪表与机旁仪表之间连接有远程额定/怠速切换控制线，远程额定/怠速切换控制线连接在第四三极管的控制端，第四三极管的开关与第四继电器串连在电源的两端，第四继电器的常开触头与旋钮开关并联。
所述机旁仪表的CPU上设置正常停机控制端口且该端口上连接有第三三极管，远程仪表与机旁仪表之间连接有远程正常停机控制线，远程正常停机控制线连接在第三三极管的控制端，第三三极管的开关与第三继电器串连在电源的两端，机旁仪表的钥匙开关内置停机控制开关，停机控制开关与第三继电器的常闭触头串连在燃气阀控制线上，燃气阀控制线的一端引出燃气阀接头、另一端连接在点火控制线上。
所述机旁仪表的CPU上设置急停控制端口且该端口上连接有第二三极管，远程仪表与机旁仪表之间连接有远程急停控制线，远程急停控制线连接在第二三极管的控制端，第二三极管的开关与第二继电器串连在电源的两端，机旁仪表的钥匙开关内置急停控制开关，急停控制开关与第二继电器的常闭触头串连在点火控制线上。
所述所述机旁仪表的CPU上设置起动控制端口且该端口上连接有第一三极管，远程仪表与机旁仪表之间连接有远程起动控制线，远程起动控制线连接在第一三极管的控制端，第一三极管的开关与第一继电器串连在电源的两端，机旁仪表的钥匙开关内置起动控制开关，起动控制开关与第一继电器的常开触头并联在起动机接线上。
所述机旁仪表上还引出多个备用接头，备用接头包括油压传感器接头、油温传感器接头和水温传感器接头。
所述CAN通讯线分成两条之路，其中一条之路与发动机ECU连接、另一条之路与远程仪表连接。
所述机旁仪表上分别设置第一针座、第二针座和第三针座，第一针座为线束对接接口，第二针座用于连接远程仪表，第三针座用于引出备用接头。
所述机旁仪表包括壳体和连接在壳体底部的安装支架，壳体的面板上设置外置开关和显示屏。
本发明主要具有如下几点优点效果：
1）发动机ECU与仪表电源同步接通，既避免了ECU直接与蓄电池相连一直不间断导通的弊端，同时避免仪表接一电源，ECU接额外的电源的布置，保证了仪表与ECU共地，使点火，怠速-额定的切换的输入电源能稳定在24V。
2）怠速-额定的切换功能既可以在机旁控制，也可以通过远程控制，相比发电机组的控制柜多了远程控制的功能。
3）与船机仪表相比，增加了燃气阀的动作控制，同时停机动作更符合天然气固定动力发动机的运行情况，若电磁阀后管道较长，则管路内会存在较多燃气，直接排放容易造成温室气体污染，正常停机只切断燃气阀，等待管路内燃气消耗完毕后才会停机，就避免了燃气被直接排出的状况，而紧急停机与故障停机，则需要发动机快速响应，发动机延迟停机则可能造成安全隐患损害发动机，因此此两种停机则直接断点火断燃气，使发动机能快速停机。而传统柴油机仪表只切断燃料，船用天然气仪表则只切断点火；
4）机旁仪表与远程仪表不同的动作控制，因为不需要输出不同的停机信号给其他系统，机旁仪表与远程仪表可采用不同的停机与起动控制，机旁仪表通过直接控制电路中的开关实现发动机的起动，停机动作，这样保证了在极端情况下，机旁仪表CPU损毁，仍然可以通过机旁仪表实现发动机的起动，停机操作。
综上所述，本发明具有结构简单、操控方便、安全可靠的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明中监控仪表的外部结构示意图；
图2为本发明中监控仪表的侧视图结构示意图；
图3为本发明的电路原理结构示意图。
具体实施方式
参照附图，本发明的固定动力用燃气发动机监控仪表包括机旁仪表1和远程仪表2，机旁仪表1通过远传线束与远程仪表2连接。机旁仪表1包括壳体和连接在壳体底部的安装支架16，壳体的面板上设置外置开关和显示屏17，外置开关为后述的钥匙开关K和旋钮开关SH2。机旁仪表1上连接有CAN通讯线3、起动机接线4、点火控制线5、发电机励磁线6、电源线7，其中，CAN通讯线3与发动机ECU连接，起动机接线4连接起动机8，点火控制线5连接发动机ECU的点火控制端，电机励磁线6连接机载发电机9，电源线7连接电源。
参照附图，机旁仪表1上还连接有燃气阀接头10、ECU电源接头11、额定/怠速切换接头12；燃气阀接头10通过线束与燃气阀18的控制端连接；ECU电源接头11通过线束与发动机ECU的电源输入端连接；发动机ECU上设置额定/怠速切换控制端口且当该端口有信号电压输入时ECU控制发动机输出额定转速、当该端口无电压信号输入时ECU控制发动机输出怠速转速，机旁仪表1上的额定/怠速切换接头12通过线束与发动机ECU上的额定/怠速切换控制端口连接。
参照附图，机旁仪表1内设置额定/怠速切换控制线L1，额定/怠速切换控制线L1的一端连接电源、另一端连接额定/怠速切换接头12，额定/怠速切换控制线L1上串连旋钮开关SH2。
参照附图，机旁仪表1的CPU上设置额定/怠速切换控制端口且该端口上连接有第四三极管T4，远程仪表2与机旁仪表1之间连接有远程额定/怠速切换控制线L2，远程额定/怠速切换控制线L2连接在第四三极管T4的控制端，第四三极管T4的开关与第四继电器KA4串连在电源的两端，第四继电器KA4的常开触头与旋钮开关SH2并联。
参照附图，机旁仪表1的CPU上设置正常停机控制端口且该端口上连接有第三三极管T3，远程仪表1与机旁仪表2之间连接有远程正常停机控制线L3，远程正常停机控制线L3连接在第三三极管T3的控制端，第三三极管T3的开关与第三继电器KA3串连在电源的两端，机旁仪表1的钥匙开关K内置停机控制开关SBS，停机控制开关SBS与第三继电器KA3的常闭触头串连在燃气阀控制线L0上，燃气阀控制线L0的一端引出燃气阀接头10、另一端连接在点火控制线5上。
参照附图，机旁仪表1的CPU上设置急停控制端口且该端口上连接有第二三极管T2，远程仪表2与机旁仪表1之间连接有远程急停控制线L4，远程急停控制线L4连接在第二三极管T2的控制端，第二三极管T2的开关与第二继电器KA2串连在电源的两端，机旁仪表1的钥匙开关K内置急停控制开关SBE，急停控制开关SBE与第二继电器KA3的常闭触头串连在点火控制线5上。
参照附图，机旁仪表1的CPU上设置起动控制端口且该端口上连接有第一三极管T1，远程仪表1与机旁仪表2之间连接有远程起动控制线L5，远程起动控制线L5连接在第一三极管T1的控制端，第一三极管T1的开关与第一继电器KA1串连在电源的两端，机旁仪表1的钥匙开关K内置起动控制开关SH1，起动控制开关SH1与第一继电器KA1的常开触头并联在起动机接线4上。
参照附图，机旁仪表1上还引出多个备用接头，备用接头包括油压传感器接头13、油温传感器接头14和水温传感器接头15。
参照附图，CAN通讯线3分成两条之路，其中一条之路与发动机ECU连接、另一条之路与远程仪表2连接。
参照附图，机旁仪表1上分别设置第一针座XS1、第二针座XS2和第三针座XS3，第二针座XS2用于连接远程仪表2，第三针座XS3用于引出备用接头。
下面结合附图对本案的工作原理进行详细说明。
蓄电池，机载发电机，起动机，燃气阀，ECU通过线束与机旁监控仪相连，根据图3，第一针座XS1针座为与线束对接接口，连接其余零部件，第二针座XS2为远程仪表连接接口，负责传输与远程仪表之间的信号数据，实现信号的传输及远程仪表控制的如起动、停机、急停、怠速-额定切换等动作。第三针座XS3为对外预留通讯接口，以方便读取累积运行时常，历史故障等数据。
1、发动机ECU供电：仪表盘1的第一针座XS1上22、23号针脚通过电源线与蓄电池相连，第一针座XS1上1、2号针脚通过ECU电源接口4与ECU相连，此两个电源线在仪表内部为并联，仪表通电则ECU电源通电，仪表断电则ECU断电。
2、起动与充电：第一针座XS1上针脚8，9分别通过起动机接线4、发电机励磁线6与起动机、机载发电机9的励磁端子相连，此处功能与船机监控仪表功能相同，不做详述。
3、仪表参数的监测控制：发动机ECU通过CAN通讯接口与第一针做XS1的 2、3号针脚相连，仪表CPU接收传输过来的如转速，油温，水温，油压等参数，若发动机ECU监测的参数不全，也可通过备用的油压传感器接头13，油温传感器接头14，水温传感器接头15连接相应传感器，并根据预设的报警值停机值监测参数，若参数异常，则输出相应的报警信号，故障灯亮，严重时可以通过CPU紧急/故障停机信号输出端导通，使继电器KA2动作，常闭开关KA2断开，切断第一针座XS1的6、7号针脚的输出电源信号，切断燃气供应及点火，使发动机迅速停机，并相应的故障灯亮。发动机ECU点火通过点火控制线5与第一针座XS1的7号针脚相连，燃气阀通过燃气阀接头10与第一针座XS1的6号针脚相连。
4、怠速-额定转速切换：机旁仪表通过旋钮开关SH2的动作实现怠速-额定转速的切换，其原理为：发动机ECU通过额定/怠速切换控制端与第一针座XS1的5号针脚相连，当ECU的额定/怠速切换控制端输入24V电压时，输出额定转速，当无输入电压时，输出怠速转速。因此，当机旁仪表上的旋钮开关SH2闭合，第一针座XS1的5号针脚输出24V电压，ECU输出额定转速，当旋钮开关SH2断开，第一针座XS1的5号针脚无电压输出，ECU输出怠速转速。对于远程控制，远程仪表2上设置额定/怠速开关，当远程仪表2的额定/怠速开关动作时，信号通过第二针座XS2的1号针脚输出给机旁仪表的CPU，CPU的额定/怠速切换控制端口通电，使三极管T4导通，继电器KA4动作，使常开开关KA4闭合，第一针座XS1的5号针脚输出24V电，切换至额定。反之则切换为怠速。
5、正常停机：停机按钮SBS动作，常闭开关打开，第一针座XS1的6号针脚与24V电源断开，燃气阀13断电关闭，切断燃气，发动机停机。对于远程控制，远程仪表2的正常停机按钮动作，输出信号通过第二针座XS2的2号针脚给机旁CPU，CPU正常停机端接通，三极管T3通电，继电器KA3动作，常闭开关KA3打开，第一针座XS1的6号针脚断电，燃气阀8断电关闭。
6、紧急停机：紧急停机按钮SBE动作，常闭开关打开，第一针座XS1的6、7号针脚与24V电源断开，ECU点火断电，停止点火，燃气阀8断电关闭，切断燃气，发动机停机。对于远程控制，远程仪表2的紧急停机按钮动作，输出信号通过第二针座XS2的6号针脚给机旁CPU，CPU紧急停机控制端口接通，三极管T2通电，继电器KA2动作，常闭开关KA2打开，第针座XS1的6、7号针脚断电，ECU点火断电，燃气阀8断电关闭，发动机停机。
本发明具有如下优点效果：1）发动机ECU与仪表电源同步接通，既避免了ECU直接与蓄电池相连一直不间断导通的弊端，同时避免仪表接一电源，ECU接额外的电源的布置，保证了仪表与ECU共地，使点火，怠速-额定的切换的输入电源能稳定在24V；2）怠速-额定的切换功能既可以在机旁控制，也可以通过远程控制，相比发电机组的控制柜多了远程控制的功能；3）与船机仪表相比，增加了燃气阀的动作控制，同时停机动作更符合天然气固定动力发动机的运行情况，若电磁阀后管道较长，则管路内会存在较多燃气，直接排放容易造成温室气体污染，正常停机只切断燃气阀，等待管路内燃气消耗完毕后才会停机，就避免了燃气被直接排出的状况，而紧急停机与故障停机，则需要发动机快速响应，发动机延迟停机则可能造成安全隐患损害发动机，因此此两种停机则直接断点火断燃气，使发动机能快速停机。而传统柴油机仪表只切断燃料，船用天然气仪表则只切断点火；4）机旁仪表与远程仪表不同的动作控制，因为不需要输出不同的停机信号给其他系统，机旁仪表与远程仪表可采用不同的停机与起动控制，机旁仪表通过直接控制电路中的开关实现发动机的起动，停机动作，这样保证了在极端情况下，机旁仪表CPU损毁，仍然可以通过机旁仪表实现发动机的起动，停机操作。
综上所述，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更改或修饰。上述更改或修饰均落入本本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种固定动力用燃气发动机监控仪表，包括机旁仪表（1）和远程仪表（2），机旁仪表（1）通过远传线束与远程仪表（2）连接，机旁仪表（1）上连接有CAN通讯线（3）、起动机接线（4）、点火控制线（5）、发电机励磁线（6）、电源线（7），其特征是机旁仪表（1）上还连接有燃气阀接头（10）、ECU电源接头（11）、额定/怠速切换接头（12）；燃气阀接头（10）通过线束与燃气阀（18）的控制端连接；ECU电源接头（11）通过线束与发动机ECU的电源输入端连接；发动机ECU上设置额定/怠速切换控制端口且当该端口有电压信号输入时ECU控制发动机输出额定转速、当该端口无电压信号输入时ECU控制发动机输出怠速转速，机旁仪表（1）上的额定/怠速切换接头（12）通过线束与发动机ECU上的额定/怠速切换控制端口连接，所述机旁仪表（1）内设置额定/怠速切换控制线（L1），额定/怠速切换控制线（L1）的一端连接电源、另一端连接额定/怠速切换接头（12），额定/怠速切换控制线（L1）上串连旋钮开关（SH2），所述机旁仪表（1）的CPU上设置额定/怠速切换控制端口且该端口上连接有第四三极管（T4），远程仪表（2）与机旁仪表（1）之间连接有远程额定/怠速切换控制线（L2），远程额定/怠速切换控制线（L2）连接在第四三极管（T4）的控制端，第四三极管（T4）的开关与第四继电器（KA4）串连在电源的两端，第四继电器（KA4）的常开触头与旋钮开关（SH2）并联。
2.如权利要求1所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述机旁仪表（1）的CPU上设置正常停机控制端口且该端口上连接有第三三极管（T3），远程仪表（1）与机旁仪表（2）之间连接有远程正常停机控制线（L3），远程正常停机控制线（L3）连接在第三三极管（T3）的控制端，第三三极管（T3）的开关与第三继电器（KA3）串连在电源的两端，机旁仪表（1）的钥匙开关（K）内置停机控制开关（SBS），停机控制开关（SBS）与第三继电器（KA3）的常闭触头串连在燃气阀控制线（L0）上，燃气阀控制线（L0）的一端引出燃气阀接头（10）、另一端连接在点火控制线（5）上。
3.如权利要求1所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述机旁仪表（1）的CPU上设置急停控制端口且该端口上连接有第二三极管（T2），远程仪表（2）与机旁仪表（1）之间连接有远程急停控制线（L4），远程急停控制线（L4）连接在第二三极管（T2）的控制端，第二三极管（T2）的开关与第二继电器（KA2）串连在电源的两端，机旁仪表（1）的钥匙开关（K）内置急停控制开关（SBE），急停控制开关（SBE）与第二继电器（KA3）的常闭触头串连在点火控制线（5）上。
4.如权利要求1所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述所述机旁仪表（1）的CPU上设置起动控制端口且该端口上连接有第一三极管（T1），远程仪表（1）与机旁仪表（2）之间连接有远程起动控制线（L5），远程起动控制线（L5）连接在第一三极管（T1）的控制端，第一三极管（T1）的开关与第一继电器（KA1）串连在电源的两端，机旁仪表（1）的钥匙开关（K）内置起动控制开关（SH1），起动控制开关（SH1）与第一继电器（KA1）的常开触头并联在起动机接线（4）上。
5.如权利要求1所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述机旁仪表（1）上还引出多个备用接头，备用接头包括油压传感器接头（13）、油温传感器接头（14）和水温传感器接头（15）。
6.如权利要求1所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述CAN通讯线（3）分成两条支路，其中一条支路与发动机ECU连接、另一条支路与远程仪表（2）连接。
7.如权利要求1所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述机旁仪表（1）上分别设置第一针座（XS1）、第二针座（XS2）和第三针座（XS3），第一针座（XS1）为线束对接接口，第二针座（XS2）用于连接远程仪表（2），第三针座（XS3）用于引出备用接头。
8.如权利要求1-7中任一项所述的固定动力用燃气发动机监控仪表，其特征是所述机旁仪表（1）包括壳体和连接在壳体底部的安装支架（16），壳体的面板上设置外置开关和显示屏（17）。
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