CN112664357A - 一种天然气发动机燃气供给控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气发动机燃气供给控制系统及控制方法，系统包括三者相互通讯的ECU、CPU和仪表，与ECU电连接的截止阀及与CPU电连接的透气阀；CPU两个相应针脚之间设置有串接着继电器线圈的供电控制电路，截止阀和ECU之间设置有串接着继电器常开触点的供电主电路。方法：包括不强制供气下起动发动机；当转速达到设定值时ECU向截止阀输出上电信号；CPU接收运行信号后控制供电主电路导通和透气阀关闭开始供气；发送停机指令后ECU向截止阀输出停止上电信号；同时CPU控制供电主电路截止和透气阀开启停止供气。本发明既能保证CPU拥有最大优先权，又能控制截止阀针对不同工况及时作出响应，满足船规各项要求。

Description

一种天然气发动机燃气供给控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于天然气发动机技术领域，尤其涉及一种天然气发动机燃气供给控制系统及控制方法。

背景技术

在天然气动力船舶规范中要求，船用天然气发动机的燃气截止阀及透气阀由安保系统CPU控制，参见图1；但当前存在以下问题：目前的燃气供给完全脱离发动机ECU控制，发动机起动时，发动机ECU向安保系统CPU发出运行信号，安保系统CPU接收到信号后打开截止阀，给发动机供气，但实际使用中，由于动作延迟常常导致第一次起机失败，从而报错，导致透气阀动作，释放燃气管路气体，造成燃气浪费，第二次起机重复同样的过程。且，在发动机安全策略里，当部分故障发生时，比如燃气急速升温(疑似管路着火)、燃气压力增大时需要ECU控制及时切断截止阀电源，但当前发生此故障时ECU无法控制截止阀，而安保系统CPU也无相应的故障动作，当前控制策略只有发动机发出故障停机信号后安保系统CPU才能切断气路，存在应对不及时的隐患，燃气在停机后才切断，也会造成燃气未经燃烧直接排放。再者，在天然气动力船舶规范中，有要求发动机正常及紧急停机时，停气不得迟于停点火。

发明内容

旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提供了一种天然气发动机燃气供给控制系统及控制方法，既能保证安保系统拥有最大优先权，又能控制截止阀针对不同工况及时作出响应，及时供气或断气，满足船规各项要求。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种天然气发动机燃气供给控制系统，包括设置在燃气供给管路上的截止阀和喷射阀、设置在泄气管路上的透气阀、发动机ECU、安保系统CPU和仪表；所述喷射阀与发动机ECU的相应针脚电连接，所述透气阀与安保系统CPU的第一控制针脚电连接；所述发动机ECU、所述安保系统CPU和所述仪表相互通讯连接；还包括供电主电路和用于控制所述供电主电路通断的供电控制电路；所述供电控制电路的一端与所述安保系统CPU的第二控制针脚电连接，另一端与所述安保系统CPU的供电针脚连接，所述供电控制电路中串接有继电器KR的线圈；所述供电主电路的一端与所述截止阀连接，另一端与所述发动机ECU的相应针脚连接，所述继电器KR的常开触点串接在所述供电主电路中。

进一步，所述安保系统CPU的触发针脚与所述安保系统CPU的供电针脚之间连接有强制供气电路，所述强制供气电路中串接有强制供气开关SB，所述安保系统CPU的第三控制针脚与所述截止阀连接；

当所述强制供气开关SB闭合时，所述安保系统CPU直接为所述截止阀上电。

进一步，所述供电控制电路包括还包括开关元件Q；所述开关元件Q包括第一端、第二端和用于控制所述第一端和所述第二端导通的控制端；所述第一端与所述线圈的一端连接，所述第二端接地，所述控制端与所述安保系统CPU的第二控制针脚连接，所述线圈的另一端与所述安保系统CPU的供电针脚连接。

进一步，所述安保系统CPU中的供电针脚与接地针脚之间串接有24V电源；所述发动机ECU中的供电针脚与接地针脚之间串接有24V电源。

进一步，所述开关元件Q为三极管。

进一步，所述截止阀和所述喷射阀集成为一体。

为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种天然气发动机燃气供给控制方法，使用2所述的天然气发动机燃气供给控制系统；所述方法包括：

S11、不强制供气下起动发动机；

S12、当发动机转速达到设定值时，所述发动机ECU向点火线圈、所述喷射阀和所述截止阀输出上电信号；

S13、所述安保系统CPU接收到所述发动机ECU发出的运行信号后，控制所述供电主电路导通，所述截止阀打开，同时控制所述透气阀关闭；开始供气；

S14、发动机正常运行；

S15、当操作者利用所述仪表发送了停机指令后；所述发动机ECU向所述点火线圈、所述喷射阀和所述截止阀输出停止上电信号；同时，所述安保系统CPU控制所述供电主电路截止，并控制所述透气阀开启；停止供气。

进一步，所述方法还包括：

S16、当操作者没有利用所述仪表发送停机指令，但发动机ECU监测到已触发停机故障时；所述发动机ECU向所述点火线圈、所述喷射阀和所述截止阀输出停止上电信号，并向所述安保系统CPU发送故障信号；

S17、所述安保系统CPU接收故障信号后，控制所述供电主电路截止，同时控制所述透气阀开启；停止供气。

进一步，所述方法还包括：

S21、操作者按下所述强制供气开关SB，准备进行强制供气；

S22、所述安保系统CPU向所述截止阀上电，所述截止阀打开，同时控制所述透气阀关闭；开始供气；

S23、起动发动机，当发动机转速达到设定值时，所述发动机ECU向所述点火线圈和所述喷射阀输出上电信号；

S24、发动机正常运行；

S25、当操作者利用所述仪表发送了停机指令时；所述发动机ECU向所述点火线圈和所述喷射阀输出停止上电信号；同时，所述安保系统CPU不再向所述截止阀上电，所述截止阀关闭，并控制所述透气阀开启；停止供气。

进一步，所述方法还包括：

S26、当操作者没有利用所述仪表发送停机指令，但发动机ECU监测到已触发停机故障时；所述发动机ECU向所述点火线圈和所述喷射阀输出停止上电信号，并向所述安保系统CPU发送故障信号；

S27、所述安保系统CPU接收故障信号后，不再向所述截止阀上电，所述截止阀关闭，同时控制所述透气阀开启；停止供气。

由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：

本发明中的天然气发动机燃气供给控制系统，包括设置在燃气供给管路上的截止阀和喷射阀、设置在泄气管路上的透气阀、发动机ECU、安保系统CPU和仪表；喷射阀与发动机ECU的相应针脚电连接，透气阀与安保系统CPU的第一控制针脚电连接；发动机ECU、安保系统CPU和仪表相互通讯连接；还包括供电主电路和用于控制供电主电路通断的供电控制电路；供电控制电路的一端与安保系统CPU的第二控制针脚电连接，另一端与安保系统CPU的供电针脚连接，供电控制电路中串接有继电器KR的线圈；供电主电路的一端与截止阀连接，另一端与发动机ECU的相应针脚连接，继电器KR的常开触点串接在供电主电路中。利用安保系统发出的工作指令控制供电主电路的通断，进而控制截止阀动作，由于截止阀的电源来自发动机ECU，因此也受发动机ECU的控制，可针对不同工况作出及时作出响应；也满足截止阀和透气阀由安保系统CPU控制的船规要求。

方法包括：不强制供气下起动发动机；当发动机转速达到设定值时，发动机ECU向点火线圈、喷射阀和所述截止阀输出上电信号；安保系统CPU接收到发动机ECU发出的运行信号后，控制供电主电路导通，截止阀打开，同时控制透气阀关闭；开始供气；发动机正常运行；当操作者利用仪表发送了停机指令后；发动机ECU向点火线圈、喷射阀和截止阀输出停止上电信号；同时，安保系统CPU控制供电主电路截止，并控制透气阀开启；停止供气。正常停机或紧急停机上，发动机ECU立即关闭截止阀的电源，同时安保系统CPU控制继电器KR的常开触点打开，保证停点火和停气同步，满足船规停气不得迟于停点火的要求。

综上所述，本发明既能保证安保系统CPU拥有最大优先权，又能控制截止阀针对不同工况及时作出响应，及时供气或断气，满足船规各项要求。

附图说明

图1是现有技术中天然气发动机燃气供给控制系统的原理图；

图2是本发明天然气发动机燃气供给控制系统第一种实施例的原理图；

图3是本发明天然气发动机燃气供给控制系统第二种实施例的原理图；

图4是本发明天然气发动机燃气供给控制方法的逻辑图；

图5是图4中步骤S1的具体流程图；

图6是图4中步骤S2的具体流程图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

由图2所示，本实施例中，天然气发动机燃气供给控制系统包括设置在燃气供给管路上的截止阀和喷射阀、设置在泄气管路上的透气阀、发动机ECU、安保系统CPU和仪表(其中，截止阀、喷射阀和透气阀的设置位置可参见图1)；喷射阀与发动机ECU的相应针脚(图中为针脚3)电连接，透气阀与安保系统CPU的第一控制针脚(图中所示为针脚10)电连接；发动机ECU、安保系统CPU和仪表三者之间相互通讯连接；仪表上设有正常停机按钮和紧急停机按钮；当操作正常停机按钮或紧急停机按钮时，发动机ECU和安保系统CPU可同时接收到了来自仪表的停机信号。系统还包括供电主电路a和用于控制供电主电路a通断的供电控制电路b；供电控制电路b的一端与安保系统CPU的第二控制针脚(图中所示为针脚7)电连接，另一端与安保系统CPU的供电针脚(图中所示为针脚10，也称为+24V针脚)连接，供电控制电路b中串接有继电器KR的线圈；供电主电路a的一端与截止阀连接，另一端与发动机ECU的相应针脚(图中所示为针脚4)连接，继电器KR的常开触点串接在供电主电路a中。

本实施例中，截止阀为常闭型电磁阀，透气阀为敞开型电磁阀，常闭型电磁阀和常开型电磁阀为两个联动的同步电磁阀。

本实施例中，供电控制电路b包括还包括开关元件Q；开关元件Q包括第一端、第二端和用于控制第一端和第二端导通的控制端；第一端与继电器KR的线圈的一端连接，第二端接地，控制端与安保系统CPU的第二控制针脚(图中所示为针脚7)连接，线圈的另一端与安保系统CPU的供电针脚(图中所示为针脚10，也称为+24V针脚)连接；其中，开关元件Q为三极管。

安保系统CPU中的供电针脚(图中所示为针脚10)与接地针脚(图中所示为针脚8)之间串接有24V电源；发动机ECU中的供电针脚(图中所示为针脚6)与接地针脚(图中所示为针脚5)之间串接有24V电源。

本实施例中的截止阀和喷射阀集成为一体(虽然集成在一体，但是预留有独立的接线端口)；也可以是独立的两个部件。

本实施例中，截止阀与喷射阀集成，共同由发动机ECU控制，其中供电主电路a电源由发动机ECU提供，发动机ECU通过程序控制24V电源通断来实现对截止阀的控制；同时在供电主电路a预留串接继电器KR的常开触点,由安保系统CPU通过控制继电器KR的常开触点的通断来控制供电主电路a的通断，进而控制截止阀的动作。透气阀由安保系统CPU通过控制自身提供的24V电源通断控制。

不强制供气下发动机起动时，当发动机ECU的针脚1(与转速传感器连接)检测到发动机转速到达设定转速时，发动机ECU的针脚2、3、4变为高电位，向点火线圈、喷射阀和截止阀输出上电信号，同时通过CAN通讯输出运行信号给安保系统CPU，安保系统CPU接收到运行信号，安保系统CPU的针脚7、10输出高电位，继电器KR的线圈得电，继电器KR的常开触点闭合，供电主电路a导通，发动机ECU的针脚4的高电位输出给截止阀，同时透气阀接收安保系统CPU的针脚10的高电位，截止阀及透气阀同步动作，透气阀关闭，截止阀开启，发动机进气。

发动机正常或紧急停机时，发动机ECU与安保系统CPU同时接收到停机信号，发动机ECU动作是：发动机ECU的针脚2、3、4同步变为低电位，可立刻关闭截止阀的供电电源(截止阀关闭)，停止点火，保证停点火和停气同步。安保系统CPU的动作是：安保系统CPU的针脚7、10同步变成低电位，继电器KR的线圈失电，继电器KR的常开触点断开(供电主电路a截止)，透气阀电源关闭，实现管路清扫。

发动机发生故障导致停机时，可监测的重大故障导致的停机(包含燃气急速升温，油压过低，超速等故障)，发动机ECU会在监测到故障的瞬间，同步切断点火线圈、喷射阀及截止阀电源(截止阀立马关闭)，发动机停机后发出故障停机信号给安保系统CPU，安保系统CPU再控制继电器KR的常开触点断开，关闭透气阀电源，实现燃气管路清扫。当发动机因不可监测故障(如发动机重载压死)导致的停机，当发动机低于设定转速，发动机ECU同时控制切断截止阀、点火线圈和喷射阀的电源，输出故障停机信号给安保系统CPU，进行后续动作。

简言之，本发明既能保证安保系统CPU拥有最大优先权，又能控制截止阀针对不同工况及时作出响应，及时供气或断气，满足船规各项要求。

实施例二：

本实施例与实施例一的构思基本相同，不同之处在于增加了强制供气功能，下面仅针对不同之处进行详细。

由图3所示，安保系统CPU的触发针脚(图中所示为针脚12)与安保系统CPU的供电针脚之间连接有强制供气电路c，强制供气电路c中串接有强制供气开关SB，安保系统CPU的第三控制针脚(图中所示为针脚11)与截止阀连接；当强制供气开关SB闭合时，安保系统CPU直接为截止阀上电。

作为发动机ECU控制截止阀电源失效时的备用，此时安保系统CPU控制继电器KR的常开触点断开，强制供气开关SB闭合时，截止阀与透气阀共同取安保系统CPU的24V电源，进行同步动作。

实施例三：

本实施例是基于实施例二公开的天然气发动机燃气供给控制系统的控制方法，还方法包括不强制供给步骤S1和强制供气步骤S2。

其中，由图3和图5共用所示，步骤S1具体包括：

S11、不强制供气下起动发动机。

S12、当发动机转速达到设定值时，发动机ECU向点火线圈、喷射阀和截止阀输出上电信号。

S13、安保系统CPU接收到发动机ECU发出的运行信号后，控制供电主电路a导通(继电器KR的常开触点闭合)，截止阀打开，同时控制透气阀关闭；开始供气。

S14、发动机正常运行。

S15、当操作者利用仪表上的正常停机按钮或紧急停机按钮发送了停机指令后；发动机ECU向点火线圈、喷射阀和截止阀输出停止上电信号(截止阀立马关闭)；同时，安保系统CPU控制供电主电路截止(继电器KR的常开触点断开)，并控制透气阀开启；停止供气。发动机停止运行。

S16、当操作者没有利用仪表发送停机指令，但发动机ECU监测到已触发停机故障时；发动机ECU向点火线圈、喷射阀和截止阀输出停止上电信号(截止阀立马关闭)，并向安保系统CPU发送故障信号。

S17、安保系统CPU接收故障信号后，控制供电主电路a截止(继电器KR的常开触点断开)，同时控制透气阀开启；停止供气。发动机停止运行。

其中，由图3和图6共用所示，步骤S1具体包括：

S21、操作者按下强制供气开关SB，准备进行强制供气。

S22、安保系统CPU向截止阀上电，截止阀打开，同时控制透气阀关闭；开始供气。

S23、起动发动机，当发动机转速达到设定值时，发动机ECU向点火线圈和喷射阀输出上电信号(也可以向截止阀同时输出上电信号)。

S24、发动机正常运行。

S25、当操作者利用仪表发送了停机指令时；发动机ECU向点火线圈和喷射阀输出停止上电信号(向截止阀同时输出停止上电信号)；同时，安保系统CPU不再向截止阀上电，截止阀关闭，并控制透气阀开启；停止供气。发动机停止运行。

S26、当操作者没有利用仪表发送停机指令，但发动机ECU监测到已触发停机故障时；发动机ECU向点火线圈和喷射阀输出停止上电信号，并向安保系统CPU发送故障信号。

S27、安保系统CPU接收故障信号后，不再向截止阀上电，截止阀关闭，同时控制透气阀开启；停止供气。发动机停止运行。

具体工作过程参照前文控制系统部分的描述，在此不做赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例说明的都是与其他实施例的不同之处；各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可；对于是实施例三公开的方法而言，由于与上述两个实施例中的系统相对应，所以描述较为简单，相关之处参见系统部分的描述。

本发明截止阀和喷射阀采用集成化设计，布置可以更紧凑。发动机ECU与安保系统CPU分别以软件，硬件的形式控制截止阀，既保证安保系统CPU拥有最大优先级，满足船规要求，又可以保证发动机ECU控制截止阀针对不同情况及时作出响应，保证燃气，点火的同步动作。故障停机时，燃气切断通过发动机ECU控制响应及时，仍能保证点火，燃气的同步切断，而不造成浪费。燃气的切断不再只依赖于通讯的可靠性，即使通讯出现问题，仍能保证燃气切断，提高整个系统可靠性。强制供气的设置，避免单一控制存在的风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限值本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气发动机燃气供给控制系统，包括设置在燃气供给管路上的截止阀和喷射阀、设置在泄气管路上的透气阀、发动机ECU、安保系统CPU和仪表；所述喷射阀与发动机ECU的相应针脚电连接，所述透气阀与安保系统CPU的第一控制针脚电连接；所述发动机ECU、所述安保系统CPU和所述仪表相互通讯连接；其特征在于，还包括供电主电路和用于控制所述供电主电路通断的供电控制电路；所述供电控制电路的一端与所述安保系统CPU的第二控制针脚电连接，另一端与所述安保系统CPU的供电针脚连接，所述供电控制电路中串接有继电器KR的线圈；所述供电主电路的一端与所述截止阀连接，另一端与所述发动机ECU的相应针脚连接，所述继电器KR的常开触点串接在所述供电主电路中。

2.根据权利要求1所述的天然气发动机燃气供给控制系统，其特征在于，所述安保系统CPU的触发针脚与所述安保系统CPU的供电针脚之间连接有强制供气电路，所述强制供气电路中串接有强制供气开关SB，所述安保系统CPU的第三控制针脚与所述截止阀连接；

当所述强制供气开关SB闭合时，所述安保系统CPU直接为所述截止阀上电。

3.根据权利要求2所述的天然气发动机燃气供给控制系统，其特征在于，所述供电控制电路包括还包括开关元件Q；所述开关元件Q包括第一端、第二端和用于控制所述第一端和所述第二端导通的控制端；所述第一端与所述线圈的一端连接，所述第二端接地，所述控制端与所述安保系统CPU的第二控制针脚连接，所述线圈的另一端与所述安保系统CPU的供电针脚连接。

4.根据权利要求3所述的天然气发动机燃气供给控制系统，其特征在于，所述安保系统CPU中的供电针脚与接地针脚之间串接有24V电源；所述发动机ECU中的供电针脚与接地针脚之间串接有24V电源。

5.根据权利要求3所述的天然气发动机燃气供给控制系统，其特征在于，所述开关元件Q为三极管。

6.根据权利要求2所述的天然气发动机燃气供给控制系统，其特征在于，所述截止阀和所述喷射阀集成为一体。

7.一种天然气发动机燃气供给控制方法，其特征在于，使用权利要求2至6任一项所述的天然气发动机燃气供给控制系统；所述方法包括：

S11、不强制供气下起动发动机；

S12、当发动机转速达到设定值时，所述发动机ECU向点火线圈、所述喷射阀和所述截止阀输出上电信号；

S13、所述安保系统CPU接收到所述发动机ECU发出的运行信号后，控制所述供电主电路导通，所述截止阀打开，同时控制所述透气阀关闭；开始供气；

S14、发动机正常运行；

S15、当操作者利用所述仪表发送了停机指令后；所述发动机ECU向所述点火线圈、所述喷射阀和所述截止阀输出停止上电信号；同时，所述安保系统CPU控制所述供电主电路截止，并控制所述透气阀开启；停止供气。

8.根据权利要求7所述的天然气发动机燃气供给控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

S16、当操作者没有利用所述仪表发送停机指令，但发动机ECU监测到已触发停机故障时；所述发动机ECU向所述点火线圈、所述喷射阀和所述截止阀输出停止上电信号，并向所述安保系统CPU发送故障信号；

S17、所述安保系统CPU接收故障信号后，控制所述供电主电路截止，同时控制所述透气阀开启；停止供气。

9.根据权利要求7所述的天然气发动机燃气供给控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

S21、操作者按下所述强制供气开关SB，准备进行强制供气；

S22、所述安保系统CPU向所述截止阀上电，所述截止阀打开，同时控制所述透气阀关闭；开始供气；

S23、起动发动机，当发动机转速达到设定值时，所述发动机ECU向所述点火线圈和所述喷射阀输出上电信号；

S24、发动机正常运行；

S25、当操作者利用所述仪表发送了停机指令时；所述发动机ECU向所述点火线圈和所述喷射阀输出停止上电信号；同时，所述安保系统CPU不再向所述截止阀上电，所述截止阀关闭，并控制所述透气阀开启；停止供气。

10.根据权利要求9所述的天然气发动机燃气供给控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

S26、当操作者没有利用所述仪表发送停机指令，但发动机ECU监测到已触发停机故障时；所述发动机ECU向所述点火线圈和所述喷射阀输出停止上电信号，并向所述安保系统CPU发送故障信号；

S27、所述安保系统CPU接收故障信号后，不再向所述截止阀上电，所述截止阀关闭，同时控制所述透气阀开启；停止供气。

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