CN112502878B - 一种船用发动机控制方法及共轨系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用发动机控制方法，涉及发动机控制技术领域，主要解决的是现有船用发动机运行经济性差的技术问题，所述方法包括：根据船用发动机不同的工况建立标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP；根据用户选择的工作模式对应的外特性曲线和共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行。本发明还公开了一种船用发动机共轨系统。本发明可以根据用户选择的工作模式来启用对应的外特性曲线和控制共轨压力来控制共轨系统运行，可以达到省油和节能减排的目的。

Description

一种船用发动机控制方法及共轨系统
技术领域
本发明涉及发动机控制技术领域，更具体地说，它涉及一种船用发动机控制方法及共轨系统。
背景技术
船用柴油发动机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。船用柴油机按其在船舶中的作用可分为主机和辅机。主机用作船舶的推进动力，辅机用来带动发电机等设备。
电控高压共轨系统在车用发动机中应用广泛，电控高压共轨系统也逐渐应用于船用高速大功率柴油机，而现有的船用发动机控制方式单一，在不同的工况下运行无法达到省油和节能减排的目的。
船用柴油发动机及发电单机因特殊工况需求，设计有超功率运行的功能，但目前未开发有超功率运行的时间保护，有可能在超功率工况下长时间运行，使其受到不可预测的损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种可以达到省油和节能减排的船用发动机控制方法。
本发明的目的二是提供一种可以达到省油和节能减排的船用发动机共轨系统。
为了实现上述目的一，本发明提供一种船用发动机控制方法，包括：
根据船用发动机不同的工况建立标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP，所述共轨压力MAP中保存有分别与所述标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线对应的共轨压力；
实时获取用户选择的工作模式、所述船用发动机的实际转速；
当所述工作模式为标准模式时，根据所述实际转速、标准外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行；
当所述工作模式为经济模式时，根据所述实际转速、经济外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行；
当所述工作模式为省油模式时，根据所述实际转速、省油外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行；
当所述工作模式为空载模式时，根据所述实际转速、空载外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行。
作为进一步地改进，所述标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线、共轨压力MAP为通过台架试验标定得到。
进一步地，还包括设置超功率运行时间、超功率间隔时间；
当所述船用发动机进入超功率运行时，开始记录实际运行时间；若所述实际运行时间大于所述超功率运行时间，则退出超功率运行；
当所述船用发动机退出超功率运行时，开始记录实际退出时间；若所述实际退出时间小于所述超功率间隔时间，则不满足超功率运行条件，所述船用发动机不能进入超功率运行；否则，满足超功率运行条件，所述船用发动机可以进入超功率运行。
进一步地，所述超功率间隔时间为所述超功率运行时间的1/3倍。
进一步地，所述超功率运行时间为1小时。
为了实现上述目的二，本发明提供一种船用发动机共轨系统，包括油箱、高压油泵、共轨管、喷油器，还包括ECU、燃油分配器、模式切换开关，所述ECU的底部设有冷却腔，所述油箱通过输油管道依次连接所述冷却腔、高压油泵、共轨管、燃油分配器、喷油器，所述共轨管上设有电子卸荷阀、压力传感器，所述ECU电性连接所述喷油器、电子卸荷阀、压力传感器、模式切换开关；
所述ECU保存有标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP；所述ECU获取船用发动机的实际转速以及通过所述模式切换开关获取用户选择的工作模式，并根据上述的控制方法控制所述共轨系统运行。
作为进一步地改进，所述冷却腔的顶壁设有导热板。
进一步地，所述电子卸荷阀的输出口通过回油管连接所述油箱。
进一步地，所述油箱与冷却腔之间的输油管道上设有粗滤清器，所述燃油分配器与喷油器之间的输油管道上设有精滤清器。
进一步地，所述模式切换开关包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、触片，所述第一电阻依次串接所述第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻后连接于电源的两端，所述第一电阻与第二电阻之间的导线分别电性连接所述触片一端、ECU的输入端，所述第二电阻与第三电阻之间的导线设有与所述触片对应的第三触点，所述第三电阻与第四电阻之间的导线设有与所述触片对应的第二触点，所述第四电阻与第五电阻之间的导线设有与所述触片对应的第一触点。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：本发明通过根据船用发动机不同的工况建立标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP，共轨压力MAP中保存有分别与标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线对应的共轨压力，可以根据用户选择的工作模式来启用对应的外特性曲线和控制共轨压力来控制共轨系统运行，可以达到省油和节能减排的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中冷却腔的结构示意图；
图3为本发明中的控制方框图；
图4为本发明中的外特性曲线图；
图5为本发明中超功率运行的工作循环图；
图6为本发明中超功率运行的情况一示意图；
图7为本发明中超功率运行的情况二示意图；
图8为本发明中超功率运行的情况三示意图。
其中：1-油箱、2-高压油泵、3-共轨管、4-喷油器、5-ECU、6-模式切换开关、7-冷却腔、8-输油管道、9-电子卸荷阀、10-导热板、11-粗滤清器、12-精滤清器、13-触片、R1-第一电阻、R2-第二电阻、R3-第三电阻、R4-第四电阻、R5-第五电阻。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1-8，一种船用发动机控制方法，包括：
根据船用发动机不同的工况建立标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP，共轨压力MAP中保存有分别与标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线对应的共轨压力；标准外特性曲线为通用的外特性曲线，可以应用于各个工况，但应用于各个工况时性能不是最佳的，经济外特性曲线是以经济性为目标的外特性曲线，省油外特性曲线是以省油为目标的外特性曲线，空载外特性曲线是主要应用于空载或低载荷工况的外特性曲线，可能达到经济和省油的目的。
实时获取用户选择的工作模式、船用发动机的实际转速；
当工作模式为标准模式时，根据实际转速、标准外特性曲线、共轨压力MAP控制船用发动机的共轨系统运行，共轨系统的压力为共轨压力MAP中与标准外特性曲线对应的压力；
当工作模式为经济模式时，根据实际转速、经济外特性曲线、共轨压力MAP控制船用发动机的共轨系统运行，共轨系统的压力为共轨压力MAP中与经济外特性曲线对应的压力；
当工作模式为省油模式时，根据实际转速、省油外特性曲线、共轨压力MAP控制船用发动机的共轨系统运行，共轨系统的压力为共轨压力MAP中与省油外特性曲线对应的压力；
当工作模式为空载模式时，根据实际转速、空载外特性曲线、共轨压力MAP控制船用发动机的共轨系统运行，共轨系统的压力为共轨压力MAP中与空载外特性曲线对应的压力。
标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线、共轨压力MAP为通过台架试验标定得到。如图4所示，在实际转速为900r/min～1600r/min时，空载外特性曲线低于标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线，在实际转速为900r/min～1700r/min时，空载外特性曲线为水平线，在实际转速为1700r/min～1900r/min时，空载外特性曲线为倾斜下降的直线。在实际转速为900r/min～1600r/min时，标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线三者重合，在实际转速为900r/min～1100r/min时，标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线均为倾斜上升的直线。在实际转速为1600r/min～1800r/min时，省油外特性曲线为倾斜下降的直线。在实际转速为1100r/min～1600r/min时，标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线均为水平线。在实际转速为1600r/min～1700r/min时，标准外特性曲线、经济外特性曲线重合且为水平线，在实际转速为1700r/min～1900r/min时，经济外特性曲线为倾斜下降的直线。
本方法还包括设置超功率运行时间、超功率间隔时间；
当船用发动机进入超功率运行时，开始记录实际运行时间；若实际运行时间大于超功率运行时间，则退出超功率运行；
当船用发动机退出超功率运行时，开始记录实际退出时间；若实际退出时间小于超功率间隔时间，则不满足超功率运行条件，船用发动机不能进入超功率运行；否则，满足超功率运行条件，船用发动机可以进入超功率运行。
如图5所示，船用发动机整个工作循环的时间按照下面的方式划分，发动机在启动后，进入润滑时间T0，超过该时间后，进入超功率不激活状态，即船用发动机不进入超功率运行，如果满足外部条件，超功率功能将会被激活，发动机进入超功率运行，同时计时器T开始计时，即记录超功率运行的实际运行时间；当任一外部条件不满足或实际运行时间大于超功率运行时间，则退出超功率，此时计时器T的时间累计值开始下降，开始记录实际退出时间；在之后的时间内，超功率功能状态将会在激活和不激活之间跳转。
可能会出现的具体情况：
1、循环内未使用超功率功能。发动机起动后，经过润滑时间T0后，在后续的整个驾驶循环内，一直没有使用超功率保护功能，那么计时器保持为0，即实际运行时间为0，如图6所示。
2、发动机起动后，经过润滑时间T0后，外部条件满足功能激活，连续使用时间达到超功率运行时间，超功率功能退出；T的累积值下降超过超功率间隔时间ΔT，此时发动机可以满足再次激活的需求，如图7所示。
3、发动机起动后，经过润滑时间T0后，外部条件满足功能激活，T开始累积计时；T未满超功率运行时间，超功率功能退出，T的时间累计值开始下降，一段时间以后功能再次激活超功率功能，如果激活时间在间断使用后，T的累积值下降值ΔT’小于超功率间隔时间，不允许再进入激活状态，如图8所示。
在本实施例中，超功率间隔时间为超功率运行时间的1/3倍。优选的，超功率运行时间为1小时。
一种船用发动机共轨系统，包括油箱1、高压油泵2、共轨管3、喷油器4，还包括ECU5、燃油分配器、模式切换开关6，ECU5的底部设有冷却腔7，油箱1通过输油管道8依次连接冷却腔7、高压油泵2、共轨管3、燃油分配器、喷油器4，共轨管3上设有电子卸荷阀9、压力传感器，ECU5电性连接喷油器4、电子卸荷阀9、压力传感器、模式切换开关6；
ECU5保存有标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP；ECU5获取船用发动机的实际转速以及通过模式切换开关6获取用户选择的工作模式，并根据上述的控制方法控制共轨系统运行。
冷却腔7的顶壁设有导热板10，可以提高对ECU5的冷却效果。电子卸荷阀9的输出口通过回油管连接油箱1。油箱1与冷却腔7之间的输油管道8上设有粗滤清器11，燃油分配器与喷油器4之间的输油管道8上设有精滤清器12。
模式切换开关6包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、触片13，第一电阻R1依次串接第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5后连接于电源的两端，第一电阻R1与第二电阻R2之间的导线分别电性连接触片13一端、ECU5的输入端，第二电阻R2与第三电阻R3之间的导线设有与触片13对应的第三触点，第三电阻R3与第四电阻R4之间的导线设有与触片13对应的第二触点，第四电阻R4与第五电阻R5之间的导线设有与触片13对应的第一触点。触片13旋转可以接触到不同的触点，从而输入不同的电压给ECU5，根据不同的电压来确定用户择选的工作模式。
本发明通过根据船用发动机不同的工况建立标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP，共轨压力MAP中保存有分别与标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线对应的共轨压力，可以根据用户选择的工作模式来启用对应的外特性曲线和控制共轨压力来控制共轨系统运行，可以达到省油和节能减排的目的。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种船用发动机控制方法，其特征在于，包括：
根据船用发动机不同的工况建立标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP，所述共轨压力MAP中保存有分别与所述标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线对应的共轨压力；
实时获取用户选择的工作模式、所述船用发动机的实际转速；
当所述工作模式为标准模式时，根据所述实际转速、标准外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行；
当所述工作模式为经济模式时，根据所述实际转速、经济外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行；
当所述工作模式为省油模式时，根据所述实际转速、省油外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行；
当所述工作模式为空载模式时，根据所述实际转速、空载外特性曲线、共轨压力MAP控制所述船用发动机的共轨系统运行。
2.根据权利要求1所述的一种船用发动机控制方法，其特征在于，所述标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线、共轨压力MAP为通过台架试验标定得到。
3.根据权利要求1所述的一种船用发动机控制方法，其特征在于，还包括设置超功率运行时间、超功率间隔时间；
当所述船用发动机进入超功率运行时，开始记录实际运行时间；若所述实际运行时间大于所述超功率运行时间，则退出超功率运行；
当所述船用发动机退出超功率运行时，开始记录实际退出时间；若所述实际退出时间小于所述超功率间隔时间，则不满足超功率运行条件，所述船用发动机不能进入超功率运行；否则，满足超功率运行条件，所述船用发动机可以进入超功率运行。
4.根据权利要求3所述的一种船用发动机控制方法，其特征在于，所述超功率间隔时间为所述超功率运行时间的1/3倍。
5.根据权利要求4所述的一种船用发动机控制方法，其特征在于，所述超功率运行时间为1小时。
6.一种船用发动机共轨系统，包括油箱(1)、高压油泵(2)、共轨管(3)、喷油器(4)，其特征在于，还包括ECU(5)、燃油分配器、模式切换开关(6)，所述ECU(5)的底部设有冷却腔(7)，所述油箱(1)通过输油管道(8)依次连接所述冷却腔(7)、高压油泵(2)、共轨管(3)、燃油分配器、喷油器(4)，所述共轨管(3)上设有电子卸荷阀(9)、压力传感器，所述ECU(5)电性连接所述喷油器(4)、电子卸荷阀(9)、压力传感器、模式切换开关(6)；
所述ECU(5)保存有标准外特性曲线、经济外特性曲线、省油外特性曲线、空载外特性曲线以及共轨压力MAP；所述ECU(5)获取船用发动机的实际转速以及通过所述模式切换开关(6)获取用户选择的工作模式，并根据权利要求1-5任意一项所述的控制方法控制所述共轨系统运行。
7.根据权利要求6所述的一种船用发动机共轨系统，其特征在于，所述冷却腔(7)的顶壁设有导热板(10)。
8.根据权利要求6所述的一种船用发动机共轨系统，其特征在于，所述电子卸荷阀(9)的输出口通过回油管连接所述油箱(1)。
9.根据权利要求6所述的一种船用发动机共轨系统，其特征在于，所述油箱(1)与冷却腔(7)之间的输油管道(8)上设有粗滤清器(11)，所述燃油分配器与喷油器(4)之间的输油管道(8)上设有精滤清器(12)。
10.根据权利要求6所述的一种船用发动机共轨系统，其特征在于，所述模式切换开关(6)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、触片(13)，所述第一电阻(R1)依次串接所述第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)后连接于电源的两端，所述第一电阻(R1)与第二电阻(R2)之间的导线分别电性连接所述触片(13)一端、ECU(5)的输入端，所述第二电阻(R2)与第三电阻(R3)之间的导线设有与所述触片(13)对应的第三触点，所述第三电阻(R3)与第四电阻(R4)之间的导线设有与所述触片(13)对应的第二触点，所述第四电阻(R4)与第五电阻(R5)之间的导线设有与所述触片(13)对应的第一触点。
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