CN113357026B - 一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，包括由曲轴箱、轴承座、飞轮护罩、曲轴、启动轮、正时轮、飞轮、活塞、活塞箱、汽缸、顶盖，以及控制机构组成的双燃料发动机；飞轮护罩上设有与控制机构电气连接的电机，汽缸两侧的活塞箱上设有进气室、排气室，进气室连通设有燃气气轨、与进气歧管相连通的进气道，燃气气轨的出口端连通设有电磁阀，排气室连通设有与排气歧管相连通排气道；顶盖上设有燃油油轨、驱动机构、滑槽、旋筒、半齿、油道、喷嘴、单体泵、点火器。本发明的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，燃油状态封闭点火器，防止点火器故障、损坏；燃油、燃气切换过程中，主动排出气缸内的废气，提高切换后的燃烧效果。

Description

一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统
技术领域
本发明涉及船用发动机技术领域，特别涉及一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统。
背景技术
船用发动机，一般是指船用柴油机，其热效率高、经济性好、起动容易、对各类船舶有很大适应性，一直被用作船舶推进动力。
随着对环境保护的重视，以及，化石能源枯竭的问题。因此，出现了双燃料发动机，双燃料发动机是指指既可以使用燃油作为燃料，又可以选用天然气作为燃料的发动机。并且双燃料发动机可以在燃油和燃气两种模式下转换。
目前，双燃料发动机在运转的过程，依然存在以下不足之处：
1、燃气状态下采用点火方式，点火器在气缸中，容易在燃油状态下造成点火器故障；
2、燃油、燃气在切换的过程中，气缸内的废气排放不完全，易造成燃油状态时燃烧不充分，或者，燃气状态时汽缸失火，燃烧效果差，动力缺失严重。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，燃油状态封闭点火器，防止点火器故障、损坏；燃油、燃气切换过程中，主动排出气缸内的废气，提高切换后的燃烧效果。
本发明解决所采用的技术方案是：
一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，包括：
所述双燃料发动机，包括：向上开放的曲轴箱，所述曲轴箱上设置有多个轴承座，曲轴箱的一侧设置有飞轮护罩，所述轴承座内旋转设置有曲轴，所述曲轴的一端同轴设置有启动轮、正时轮，另一端设置有飞轮，所述飞轮旋转设置于飞轮护罩内，曲轴上滑动设置有多个活塞，曲轴箱上端密封设置有活塞箱，所述活塞箱，包括：活动套设于活塞外的多个汽缸，活塞箱上端密封设置有顶盖；还包括控制机构。
所述飞轮护罩上设置有与飞轮相互啮合的电机，所述电机与控制机构电气连接，并在转换燃油、转换燃气时电机带动飞轮旋转，飞轮旋转的圈数大于等于2周。
所述汽缸两侧的活塞箱上分别设置有进气室、排气室，所述进气室连通设置有燃气气轨、进气道，所述燃气气轨的出口端连通设置有电磁阀，所述排气室连通设置有排气道，所述进气道、排气道分别与进气歧管、排气歧管相连通。
所述顶盖的一侧设置有燃油油轨，顶盖的上端设置有与控制机构电气连接的驱动机构，顶盖内设置有筒状的滑槽，所述滑槽内活动设置有旋筒，所述旋筒上设置有缺口，旋筒外壁上设置有半齿，所述半齿上啮合设置有齿轮，所述齿轮由驱动机构带动旋转，旋筒的中部设置有油道，所述油道的一端设置有喷嘴，另一端与燃油油轨相连通，燃油油轨的出口端连通设置有单体泵，顶盖内部的顶端设置有与控制机构电气连接点火器，所述点火器封闭设置于旋筒的内部，并且由旋筒的缺口处露出。
进一步的，所述控制机构，包括：
用以对发动机运行状态、燃气供给状态、燃油供给状态进行监测的监控仪，所述监控仪上电气连接设置有燃气ECU、燃油ECU、转速传感器、监控传感器，所述燃气ECU、燃油ECU分别对发动机燃气或燃油时进行控制，燃气ECU上电气连接设置有燃气温压传感器，燃油ECU上电气连接设置有燃油温压传感器。
进一步的，所述监控仪、燃气ECU、燃油ECU通过CAN总线的形式进行电气连接。
进一步的，所述监控传感器，包括：
轴承温度探测器，设置于轴承座，用以对轴承座内轴承运行时的温度进行监控；
曲轴相位传感器，设置于曲轴自由端，用以对曲轴的运转位置进行监控；
增压压力和温度传感器，用以对进气的压力、温度进行监控；
氧传感器，用以对排气的养含量进行监控；
爆震传感器，用以对燃气、燃油时气缸内是否发生爆震进行监控；
汽缸排温传感器，用以对发动机各缸排气温度进行监控；
水温传感器，用以对发动机的冷却系统进行监控；
机油压力和温度传感器，用以对发动机的润滑系统进行监控；
飞轮相位传感器，设置于飞轮的轮面处，用以对飞轮的运转状态进行监控；
凸轮轴相位传感器，用以对燃油泵的运转状态进行监控。
进一步的，所述旋筒上所设缺口的边沿处设置为内凹的曲面，并与顶盖内部的顶端共曲面。
进一步的，所述驱动机构设置为驱动电机，所述驱动电机上设置有限位开关，用以通过控制机构控制驱动电机带动旋筒正向、反向旋转，同时，旋筒停止于限位位置上。
一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的控制方法，包括：
A、启动：
监控仪控制燃油ECU启用，燃气ECU备用；
监控仪控制驱动机构运转，点火器封闭于旋筒内；
燃油ECU监测燃油温压传感器、监控传感器的各项参数符合启动条件，燃油ECU控制启动机带动启动轮旋转；
燃油ECU控制单体泵启停，燃油依次通过燃油油轨、单体泵、油道、喷嘴，直至喷入汽缸内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道、进气室，直至进入汽缸内；
此时发动机的汽缸内燃油与空气相混合，并在活塞的作用下压燃，发动机启动，并燃油运转。
B1、转换燃气：
监控仪控制燃气ECU启用，燃油ECU备用；
监控仪控制驱动机构运转，点火器由旋筒的缺口处露出；
燃气ECU监测燃气温压传感器、监控传感器的各项参数符合运转条件，燃气ECU控制电磁阀开启，燃气依次通过燃气气轨、电磁阀、进气室，直至进入汽缸内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道、进气室，直至进入汽缸内；
此时发动机的汽缸内燃气与空气相混合，燃气ECU控制点火器启动，点燃燃气，发动机燃气运转。
B2、转换燃油：
监控仪控制燃油ECU启用，燃气ECU备用；
监控仪控制驱动机构运转，点火器封闭于旋筒内；
燃油ECU监测燃油温压传感器、监控传感器的各项参数符合启动条件，燃油ECU控制单体泵启停，燃油依次通过燃油油轨、单体泵、油道、喷嘴，直至喷入汽缸内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道、进气室，直至进入汽缸内；
此时发动机的汽缸内燃油与空气相混合，并在活塞的作用下压燃，发动机燃油运转。
本发明一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的优点在于：
1、通过驱动机构的运转，调整旋筒的位置，使点火器处于封闭状态或者露出状态，分别用于燃油运行、燃气运行；
2、通过电机带动飞轮旋转，使汽缸内的废气由活塞挤压排出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要的附图作简单介绍，下列描述中的附图是本发明的实施方式。
图1是本发明实例提供一种船用油气双电控双燃料发动机的总爆炸立体示意图；
图2是本发明实例提供一种船用油气双电控双燃料发动机的局部放大剖视示意图一；
图3是本发明实例提供一种船用油气双电控双燃料发动机的局部放大剖视示意图二；
图4是本发明实例提供一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的示意图。
图中:
10、曲轴箱，11、轴承座，12、飞轮护罩，13、电机，
20、曲轴，21、启动轮，22、正时轮，23、飞轮，24、活塞，
30、活塞箱，31、燃气气轨，32、汽缸，33、电磁阀，34、进气室，35、进气道，37、排气室，38、排气道，
40、顶盖，41、燃油油轨，42、驱动机构，43、滑槽，44、旋筒，45、半齿，46、油道，47、喷嘴，48、单体泵，49、点火器，420、齿轮，
50、监控仪，51、燃气ECU，52、燃油ECU，53、燃气温压传感器，54、燃油温压传感器，55、转速传感器，56、监控传感器。
曲轴相位传感器。
具体实施方式
为了更加清楚地、明确地说明本发明的具体实施目的和实施方式，下面将对本发明技术方案进行完整的描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。在未做出创造性劳动的前提下，基于本发明所描述实施例的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，如图1所示，所述双燃料发动机，包括：向上开放的曲轴箱10，所述曲轴箱10上设置有多个轴承座11，曲轴箱10的一侧设置有飞轮护罩12，所述轴承座11内旋转设置有曲轴20，所述曲轴20的一端同轴设置有启动轮21、正时轮22，另一端设置有飞轮23，所述飞轮23旋转设置于飞轮护罩12内，曲轴20上滑动设置有多个活塞24，曲轴箱10上端密封设置有活塞箱30，所述活塞箱30，包括：活动套设于活塞24外的多个汽缸32，活塞箱30上端密封设置有顶盖40；还包括控制机构。
如图1所示，所述飞轮护罩12上设置有与飞轮23相互啮合的电机13，所述电机13与控制机构电气连接，并在转换燃油、转换燃气时电机13带动飞轮23旋转，飞轮23旋转的圈数大于等于2周。
所述汽缸32两侧的活塞箱30上分别设置有进气室34、排气室37，所述进气室34连通设置有燃气气轨31、进气道35，所述燃气气轨31的出口端连通设置有电磁阀33，所述排气室37连通设置有排气道38，所述进气道35、排气道38分别与进气歧管、排气歧管相连通。
如图2、图3所示，所述顶盖40的一侧设置有燃油油轨41，顶盖40的上端设置有与控制机构电气连接的驱动机构42，所述驱动机构42设置为驱动电机，所述驱动电机上设置有限位开关，用以通过控制机构控制驱动电机带动旋筒44正向、反向旋转，同时，旋筒44停止于限位位置上。顶盖40内设置有筒状的滑槽43，所述滑槽43内活动设置有旋筒44，所述旋筒44上设置有缺口，旋筒44上所设缺口的边沿处设置为内凹的曲面，并与顶盖40内部的顶端共曲面。旋筒44外壁上设置有半齿45，所述半齿45上啮合设置有齿轮420，所述齿轮420由驱动机构42带动旋转，旋筒44的中部设置有油道46，所述油道46的一端设置有喷嘴47，另一端与燃油油轨41相连通，燃油油轨41的出口端连通设置有单体泵48，顶盖40内部的顶端设置有与控制机构电气连接点火器49，所述点火器49封闭设置于旋筒44的内部，并且由旋筒44的缺口处露出。
所述控制机构，如图4所示，包括：
用以对发动机运行状态、燃气供给状态、燃油供给状态进行监测的监控仪50，所述监控仪50上通过CAN总线的形式电气连接设置有燃气ECU51、燃油ECU52、转速传感器55、监控传感器56，所述燃气ECU51、燃油ECU52分别对发动机燃气或燃油时进行控制，燃气ECU51上电气连接设置有燃气温压传感器53，燃油ECU52上电气连接设置有燃油温压传感器54。如图4所示，所述监控传感器56，包括：轴承温度探测器，设置于轴承座11，用以对轴承座11内轴承运行时的温度进行监控；曲轴相位传感器，设置于曲轴20自由端，用以对曲轴的运转位置进行监控；增压压力和温度传感器，用以对进气的压力、温度进行监控；氧传感器，用以对排气的养含量进行监控；爆震传感器，用以对燃气、燃油时气缸内是否发生爆震进行监控；汽缸排温传感器，用以对发动机各缸排气温度进行监控；水温传感器，用以对发动机的冷却系统进行监控；机油压力和温度传感器，用以对发动机的润滑系统进行监控；飞轮相位传感器，设置于飞轮23的轮面处，用以对飞轮23的运转状态进行监控；凸轮轴相位传感器，用以对燃油泵的运转状态进行监控。
根据上述实施例一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的具体结构，下面对一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的控制方法，进行进一步地说明：
A、启动：
监控仪50控制燃油ECU52启用，燃气ECU51备用；
监控仪50控制驱动机构42运转，点火器49封闭于旋筒44内；
燃油ECU52监测燃油温压传感器54、监控传感器56的各项参数符合启动条件，燃油ECU52控制启动机带动启动轮21旋转，同时，控制机构控制电机13带动飞轮护罩12内的飞轮23旋转，以此减小启动机的负荷；
燃油ECU52控制单体泵48启停，燃油依次通过燃油油轨41、单体泵48、油道46、喷嘴47，直至喷入汽缸32内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道35、进气室34，直至进入汽缸32内；
此时发动机的汽缸32内燃油与空气相混合，并在活塞24的作用下压燃，发动机启动，并燃油运转。
B1、转换燃气：
监控仪50控制燃油ECU52备用，燃油ECU52停止燃油供给，监控仪50控制电机13带动飞轮23旋转，飞轮23旋转的圈数大于等于2周，并以此带动曲轴20旋转，活塞24将汽缸32内的废气排出；
监控仪50控制燃气ECU51启用，燃油ECU52备用，监控仪50控制驱动机构42运转，点火器49由旋筒44的缺口处露出；
燃气ECU51监测燃气温压传感器53、监控传感器56的各项参数符合运转条件，燃气ECU51控制电磁阀33开启，燃气依次通过燃气气轨31、电磁阀33、进气室34，直至进入汽缸32内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道35、进气室34，直至进入汽缸32内；
此时发动机的汽缸32内燃气与空气相混合，燃气ECU51控制点火器49启动，点燃燃气，发动机燃气运转。
B2、转换燃油：
监控仪50燃气ECU51备用，燃气ECU51停止燃气供给，监控仪50控制电机13带动飞轮23旋转，飞轮23旋转的圈数大于等于2周，并以此带动曲轴20旋转，活塞24将汽缸32内的废气排出；
监控仪50控制燃油ECU52启用，监控仪50控制驱动机构42运转，点火器49封闭于旋筒44内；
燃油ECU52监测燃油温压传感器54、监控传感器56的各项参数符合启动条件，燃油ECU52控制单体泵48启停，燃油依次通过燃油油轨41、单体泵48、油道46、喷嘴47，直至喷入汽缸32内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道35、进气室34，直至进入汽缸32内；
此时发动机的汽缸32内燃油与空气相混合，并在活塞24的作用下压燃，发动机燃油运转。
B3、油、气混合共燃：
上述步骤B1、转换燃气运行状态下，监控仪50控制燃油ECU52启用；
监控仪50控制驱动机构42运转，点火器49封闭于旋筒44内；
燃气ECU51监测燃气温压传感器53、监控传感器56的各项参数符合运转条件，同时，燃油ECU52监测燃油温压传感器54、监控传感器56的各项参数符合启动条件；
燃气ECU51控制电磁阀33开启，燃气依次通过燃气气轨31、电磁阀33、进气室34，直至进入汽缸32内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道35、进气室34，直至进入汽缸32内；
燃油ECU52控制单体泵48启停，燃油依次通过燃油油轨41、单体泵48、油道46、喷嘴47，直至喷入汽缸32内，燃油被压燃；
被压燃的燃油引燃汽缸32内的燃气，发动机以油、气混合燃烧运转。
以上述依据，本发明一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，所述双燃料发动机，包括：向上开放的曲轴箱(10)，所述曲轴箱(10)上设置有多个轴承座(11)，曲轴箱(10)的一侧设置有飞轮护罩(12)，所述轴承座(11)内通过轴承旋转设置有曲轴(20)，所述曲轴(20)的一端同轴设置有启动轮(21)、正时轮(22)，另一端设置有飞轮(23)，所述飞轮(23)旋转设置于飞轮护罩(12)内，曲轴(20)上滑动设置有多个活塞(24)，曲轴箱(10)上端密封设置有活塞箱(30)，所述活塞箱(30)，包括：活动套设于活塞(24)外的多个汽缸(32)，活塞箱(30)上端密封设置有顶盖(40)；还包括控制机构，其特征在于：
所述飞轮护罩(12)上设置有与飞轮(23)相互啮合的电机(13)，所述电机(13)与控制机构电气连接，并在转换燃油、转换燃气时电机(13)带动飞轮(23)旋转，飞轮(23)旋转的圈数大于等于2周，
所述汽缸(32)两侧的活塞箱(30)上分别设置有进气室(34)、排气室(37)，所述进气室(34)连通设置有燃气气轨(31)、进气道(35)，所述燃气气轨(31)的出口端连通设置有电磁阀(33)，所述排气室(37)连通设置有排气道(38)，所述进气道(35)、排气道(38)分别与进气歧管、排气歧管相连通，
所述顶盖(40)的一侧设置有燃油油轨(41)，顶盖(40)的上端设置有与控制机构电气连接的驱动机构(42)，顶盖(40)内设置有筒状的滑槽(43)，所述滑槽(43)内活动设置有旋筒(44)，所述旋筒(44)上设置有缺口，旋筒(44)外壁上设置有半齿(45)，所述半齿(45)上啮合设置有齿轮(420)，所述齿轮(420)由驱动机构(42)带动旋转，旋筒(44)的中部设置有油道(46)，所述油道(46)的一端设置有喷嘴(47)，另一端与燃油油轨(41)相连通，燃油油轨(41)的出口端连通设置有单体泵(48)，顶盖(40)内部的顶端设置有与控制机构电气连接点火器(49)，所述点火器(49)封闭设置于旋筒(44)的内部，并且由旋筒(44)的缺口处露出。
2.根据权利要求1所述的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，其特征在于：
所述控制机构，包括：
用以对发动机运行状态、燃气供给状态、燃油供给状态进行监测的监控仪(50)，所述监控仪(50)上电气连接设置有燃气ECU(51)、燃油ECU(52)、转速传感器(55)、监控传感器(56)，所述燃气ECU(51)、燃油ECU(52)分别对发动机燃气或燃油时进行控制，燃气ECU(51)上电气连接设置有燃气温压传感器(53)，燃油ECU(52)上电气连接设置有燃油温压传感器(54)。
3.根据权利要求2所述的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，其特征在于：
所述监控仪(50)、燃气ECU(51)、燃油ECU(52)通过CAN总线的形式进行电气连接。
4.根据权利要求3所述的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，其特征在于：
所述监控传感器(56)，包括：
轴承温度探测器，设置于轴承座(11)，用以对轴承座(11)内轴承运行时的温度进行监控；
曲轴相位传感器，设置于曲轴(20)自由端，用以对曲轴的运转位置进行监控；
增压压力和温度传感器，用以对进气的压力、温度进行监控；
氧传感器，用以对排气的养含量进行监控；
爆震传感器，用以对燃气、燃油时气缸内是否发生爆震进行监控；
汽缸排温传感器，用以对发动机各缸排气温度进行监控；
水温传感器，用以对发动机的冷却系统进行监控；
机油压力和温度传感器，用以对发动机的润滑系统进行监控；
飞轮相位传感器，设置于飞轮(23)的轮面处，用以对飞轮(23)的运转状态进行监控；
凸轮轴相位传感器，用以对燃油泵的运转状态进行监控。
5.根据权利要求4所述的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，其特征在于：
所述旋筒(44)上所设缺口的边沿处设置为内凹的曲面，并与顶盖(40)内部的顶端共曲面。
6.根据权利要求5所述的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统，其特征在于：
所述驱动机构(42)设置为驱动电机，所述驱动电机上设置有限位开关，用以通过控制机构控制驱动电机带动旋筒(44)正向、反向旋转，同时，旋筒(44)停止于限位位置上。
7.根据权利要求5所述的一种船用油气双电控双燃料发动机控制系统的控制方法，其特征在于：
A、启动：
监控仪(50)控制燃油ECU(52)启用，燃气ECU(51)备用，
监控仪(50)控制驱动机构(42)运转，点火器(49)封闭于旋筒(44)内，
燃油ECU(52)监测燃油温压传感器(54)、监控传感器(56)的各项参数符合启动条件，燃油ECU(52)控制启动机带动启动轮(21)旋转，
燃油ECU(52)控制单体泵(48)启停，燃油依次通过燃油油轨(41)、单体泵(48)、油道(46)、喷嘴(47)，直至喷入汽缸(32)内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道(35)、进气室(34)，直至进入汽缸(32)内，
此时发动机的汽缸(32)内燃油与空气相混合，并在活塞(24)的作用下压燃，发动机启动，并燃油运转；
B1、转换燃气：
监控仪(50)控制燃气ECU(51)启用，燃油ECU(52)备用，
监控仪(50)控制驱动机构(42)运转，点火器(49)由旋筒(44)的缺口处露出，
燃气ECU(51)监测燃气温压传感器(53)、监控传感器(56)的各项参数符合运转条件，燃气ECU(51)控制电磁阀(33)开启，燃气依次通过燃气气轨(31)、电磁阀(33)、进气室(34)，直至进入汽缸(32)内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道(35)、进气室(34)，直至进入汽缸(32)内，
此时发动机的汽缸(32)内燃气与空气相混合，燃气ECU(51)控制点火器(49)启动，点燃燃气，发动机燃气运转；
B2、转换燃油：
监控仪(50)控制燃油ECU(52)启用，燃气ECU(51)备用，
监控仪(50)控制驱动机构(42)运转，点火器(49)封闭于旋筒(44)内，
燃油ECU(52)监测燃油温压传感器(54)、监控传感器(56)的各项参数符合启动条件，燃油ECU(52)控制单体泵(48)启停，燃油依次通过燃油油轨(41)、单体泵(48)、油道(46)、喷嘴(47)，直至喷入汽缸(32)内，同时，空气依次通过进气歧管、进气道(35)、进气室(34)，直至进入汽缸(32)内，
此时发动机的汽缸(32)内燃油与空气相混合，并在活塞(24)的作用下压燃，发动机燃油运转。
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