CN113606050B - 一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，包括标定过程的实现方法、各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法和纯柴油‑双燃料切换过程的实现方法。具有以下优点：在高替代率工况下使用燃气调速为主，柴油调速为辅，燃料主要部分用于调速，提高了发动机转速的稳定性；由于使用燃气进行调速，进一步提高了发动机的替代率，增加了发动机寿命，一致性的提高优化了燃烧状态，从而提高了排放指标。

Description

一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法

技术领域

本发明是一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，属于发动机控制技术领域。

背景技术

目前，市场上船用双燃料发动机技术方案采用以柴油为主的调速策略，燃气不参与调速，本文简称油顶气方案。当发动机处于纯柴油状态时，策略通过PID调节油量控制发动机转速，当进双燃料状态时，燃气阀逐渐打开，燃气喷射量由小到大逐渐增加，此时由于燃料供应大于发动机负载，导致发动机转速上升，柴油PID控制策略为稳定发动机转速，逐渐降低燃油喷射量，最终调整发动机转速到设定转速，一部分柴油被一定量燃气替代，该控制策略实质为燃气主动增加，柴油被动减小的控制方案。

上述方案中存在以下问题，当柴油替代率较小时，柴油占燃料总量比重较大，调速起主要作用，能够很好的控制发动机转速，当柴油替代率在50%左右时，柴油和燃气所占比重基本持平，对发动机转速调节作用相当，转速仍能够正常运行，当柴油替代率继续增大到80%以上时，由于柴油大部分被燃气替代，此时燃气对发动机转速调节起主要作用，柴油喷射量相对较低，这样会造成以下几个问题：

1.由于替代率过高，但仍使用少部分柴油调节发动机负载变化，当发动机负载变动较大时，调节作用减弱，发动机转速不稳定，实机测试，该方案当替代率较难大于90%。

2.柴油喷油量过少，本身在较少喷油量时一致性差别较大，在怠速喷油量一致性差异约15%-25%，由于柴油起到点火作用，柴油喷油量的差异导致了点火能量的不均匀，导致各缸缸压不一致，缸压差异可达30%，恶化了各缸做功的一致性，降低了发动机寿命，排放效果差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，在高替代率工况下使用燃气调速为主，柴油调速为辅，燃料主要部分用于调速，提高了发动机转速的稳定性；由于使用燃气进行调速，进一步提高了发动机的替代率，增加了发动机寿命，一致性的提高优化了燃烧状态，从而提高了排放指标。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统，包括ECU，ECU连接有监控仪、若干电磁阀、若干电控单体泵、机油压力温度传感器、爆震传感器、水温传感器、进气压力和温度传感器、燃气压力和温度传感器、曲轴传感器和凸轮传感器，监控仪连接有排温、安保油压、安保转速、机油温度和柴油温度，电磁阀连接有燃气轨管。

一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，包括标定过程的实现方法、各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法和纯柴油-双燃料切换过程的实现方法。

进一步的，所述标定过程的实现方法用于对双燃料MAP进行标定，双燃料MAP区别于油顶气方案，标定的是双燃料状态下，柴油喷射的量，而不是燃气喷射的量，在标定过程的实现方法上有三个重要依据：

纯柴油状态喷油量上限的工况点，是在该工况下双燃料状态柴油喷射量的极限值，双燃料标定过程中，标定的柴油喷射量不能大于该值。

（2）电控单体泵喷油量最小值作为下限：电控单体泵喷油量最小值的指标取决于电控单体泵最小开启和关闭对应的喷射燃油量，需要根据实际数据进行标定，若小于该值，则喷油量不稳定，喷射量会存在为零的情况或各缸喷油量不一致，导致不能点火或各缸点火能量不均匀；

（3）排放指标：随着排放法规的日益严格，排放的重要性逐步凸显，不同的替代率影响着排放数据，在柴油标定过程中，需要根据排放情况调整替代率以及柴油喷射角度。

进一步的，所述标定过程的实现方法具体包括以下步骤：

步骤S101，开机进入纯柴油模式，记录发动机纯柴油状态下各工况点的最大油量，完成后进入步骤S102；

步骤S102，将记录的电控单体泵喷射的最小脉宽的油量作为最小限制，完成后进入步骤S103；

步骤S103，先将各工况点的柴油量设置为纯柴油最大油量的50%作为引燃油量，完成后进入步骤S104；

步骤S104，判断引燃油量是否小于最小限值，若是则进入步骤S105，若否则以us为单位增加喷射脉宽，并返回继续执行步骤S104；

步骤S105，设置进入双燃料模式，并进入双燃料状态，完成后进入步骤S106；

步骤S106，判断替代率是否满足要求，若是满足要求，则进入步骤S107，若不满足要求，则调整射脉宽，并返回执行步骤S106；

步骤S107，判断排放指标是否满足要求，若是满足要求，则结束标定，若不满足要求，则调整射脉宽，并返回执行步骤S107。

进一步的，所述各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法如下：

（1）将六个电控单体泵喷射脉宽调整到开启最小值，并记录两个等时间段的喷射油量；

（2）观察柴油喷射量的差异，计算平均值，并计算各缸喷油量与平均值差与各缸的百分比；

（3）用该百分比乘喷油控制脉宽计算值得到修正值，并将该值填写到各缸修正MAP上，该MAP横轴是喷油控制脉宽计算值，查表值是脉宽修正值。

进一步的，所述各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法具体包括以下步骤：

步骤S201，设置最小喷油脉宽，完成后进入步骤S202；

步骤S202，判断各油缸量与平均值差是否小于等于20%，若是则进入步骤S203，若否则增加喷油脉宽，并返回继续执行步骤S202；

步骤S203，清空油量，开始喷射并计时，完成后进入步骤S204；

步骤S204，分别记录喷射时间为3min和6min的基础喷射脉宽和各缸喷射油量，并计算修正百分比，完成后进入步骤S205；

步骤S205，增加喷油100us脉宽，完成后进入步骤S206；

步骤S206，判断基础喷射脉宽是否小于等于50%额定脉宽，若是，则结束标定，若否则返回执行步骤S203。

进一步的，所述纯柴油-双燃料切换过程中当使用双燃料模式时，发动机接收双燃料模式信号，此时根据进入双燃料状态条件进行判断，是否进入双燃料状态，先决条件有：

（1）重要传感器未报故障、未报警：包括燃气压力传感器、曲轴传感器、凸轮传感器、进气压力传感器、机油压力传感器、水温传感器；

（2）重要执行器未报故障、未报警：包括电控单体泵、燃气喷射阀；

（3）未收到第三方禁止进入双燃料的命令。

进一步的，所述纯柴油-双燃料切换过程的实现方法包括以下步骤：

步骤S301，判断是否开启双燃料模式，若是则进入步骤S302，否则返回继续执行步骤S301；

步骤S302，判断是否满足进入双燃料先决条件，若是满足则进入步骤S303，否则返回继续执行步骤S302；

步骤S303，停止纯柴油调速并保持最后一次喷射量，燃气开始PID调速，完成后进入步骤S304；

步骤S304，纯柴油喷油量从当前值按一定速率递减，完成后进入步骤S305；

步骤S305，判断纯柴油当前油量是否小于MAP油量，若是则完成转换，否则返回继续步骤S304。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

提出了油气双控的技术方案，该方案在高替代率工况下使用燃气调速为主，柴油调速为辅，燃料主要部分用于调速，提高了发动机转速的稳定性；由于使用燃气进行调速，进一步提高了发动机的替代率，在大于90%替代率的工况下，发动机也能够稳定运行，当替代率进一步提升至95%时，虽然使用燃气为主进行调速，但由于电控单体泵喷油嘴的不一致性，导致点火能量存在差异，本发明针对该问题，采用不同喷油量逐点标定的方式，从控制层面提高了喷油嘴的一致性，从而保证了高替代率点火能量的一致性，增加了发动机寿命，一致性的提高优化了燃烧状态，从而提高了排放指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明中控制系统的结构框图；

图2为本发明中标定过程的实现方法的运行流程图；

图3为本发明中各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法的运行流程图；

图4为本发明中纯柴油-双燃料切换过程的实现方法的运行流程图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统，包括ECU，ECU连接有监控仪、若干电磁阀、若干电控单体泵、机油压力温度传感器、爆震传感器、水温传感器、进气压力和温度传感器、燃气压力和温度传感器、曲轴传感器和凸轮传感器，监控仪连接有排温、安保油压、安保转速、机油温度和柴油温度，电磁阀连接有燃气轨管。

发动机载体为船用发动机，电控单体泵配置，在现有发动机的基础上增加燃气喷轨、燃气喷射阀、燃气引射管和供气管路及相应燃气开关等。燃气压力根据发动机功率和燃气喷射阀流量计算得出，并根据实际标定情况适当修改压力值。

一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，包括标定过程的实现方法、各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法和纯柴油-双燃料切换过程的实现方法。

如图2所示，所述标定过程主要对双燃料MAP进行标定，双燃料MAP区别于油顶气方案，标定的是双燃料状态下，柴油喷射的量，而不是燃气喷射的量，在标定过程的实现方法上有三个重要依据：

（1）不同工况的纯柴油喷油量作为上限：纯柴油状态喷油量上限的工况点，是在该工况下双燃料状态柴油喷射量的极限值，双燃料标定过程中，标定的柴油喷射量不能大于该值。

（2）电控单体泵喷油量最小值作为下限：电控单体泵喷油量最小值的指标取决于电控单体泵最小开启和关闭对应的喷射燃油量，需要根据实际数据进行标定，若小于该值，则喷油量不稳定，喷射量会存在为零的情况或各缸喷油量不一致，导致不能点火或各缸点火能量不均匀。

（3）排放指标：随着排放法规的日益严格，排放的重要性逐步凸显，不同的替代率影响着排放数据，在柴油标定过程中，需要根据排放情况调整替代率以及柴油喷射角度。

所述标定过程的实现方法具体包括以下步骤：

步骤S101，开机进入纯柴油模式，记录发动机纯柴油状态下各工况点的最大油量，完成后进入步骤S102；

步骤S102，将记录的电控单体泵喷射的最小脉宽的油量作为最小限制，完成后进入步骤S103；

步骤S103，先将各工况点的柴油量设置为纯柴油最大油量的50%作为引燃油量，完成后进入步骤S104；

步骤S104，判断引燃油量是否小于最小限值，若是则进入步骤S105，若否则以us为单位增加喷射脉宽，并返回继续执行步骤S104；

步骤S105，设置进入双燃料模式，并进入双燃料状态，完成后进入步骤S106；

步骤S106，判断替代率是否满足要求，若是满足要求，则进入步骤S107，若不满足要求，则调整射脉宽，并返回执行步骤S106；

步骤S107，判断排放指标是否满足要求，若是满足要求，则结束标定，若不满足要求，则调整射脉宽，并返回执行步骤S107。

如图3所示，在双燃料状态下，柴油喷射量起到提供一部分功率和点火作用，当替代率较高时，柴油提供的功率逐渐减小，很小的喷油量更多的是起到点火作用，由于喷射油量和最大喷射油量有较大差距，导致电控单体泵机械本身很难兼顾小油量和最大油量的一致性，所以需要对电控单体泵小油量脉宽进行修正标定，修正标定方法如下：

（1）将六个电控单体泵喷射脉宽调整到开启最小值，并记录两个等时间段的喷射油量；

（2）观察柴油喷射量的差异，计算平均值，并计算各缸喷油量与平均值差与各缸的百分比；

（3）用该百分比乘喷油控制脉宽计算值得到修正值，并将该值填写到各缸修正MAP上，该MAP横轴是喷油控制脉宽计算值，查表值是脉宽修正值。

以此类推，逐渐增加控制脉宽，重复以上过程，则可将不同喷射油量的修正值都一一测得。

各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法具体包括以下步骤：

步骤S201，设置最小喷油脉宽，完成后进入步骤S202；

步骤S202，判断各油缸量与平均值差是否小于等于20%，若是则进入步骤S203，若否则增加喷油脉宽，并返回继续执行步骤S202；

步骤S203，清空油量，开始喷射并计时，完成后进入步骤S204；

步骤S204，分别记录喷射时间为3min和6min的基础喷射脉宽和各缸喷射油量，并计算修正百分比，完成后进入步骤S205；

步骤S205，增加喷油100us脉宽，完成后进入步骤S206；

步骤S206，判断基础喷射脉宽是否小于等于50%额定脉宽，若是，则结束标定，若否则返回执行步骤S203。

如图4所示，发动机有两种工作模式和两种工作状态：纯柴油模式和双燃料模式、纯柴油状态和双燃料状态，在纯柴油模式发动机进入纯柴油状态，并使用纯柴油调速，该方式使用常规方式。

当使用双燃料模式时，发动机接收双燃料模式信号，此时根据进入双燃料状态条件进行判断，是否进入双燃料状态，先决条件有：

（1）重要传感器未报故障、未报警：包括燃气压力传感器、曲轴传感器、凸轮传感器、进气压力传感器、机油压力传感器、水温传感器等。

（2）重要执行器未报故障、未报警：包括电控单体泵、燃气喷射阀等。

（3）未收到第三方禁止进入双燃料的命令。

当发动机满足进入双燃料状态的条件后，系统开始从纯柴油向双燃料转换，该过程具体步骤如下：

（1）纯柴油状态下收到转换到双燃料模式命令，此时停止纯柴油状态调速功能，并维持纯柴油状态下最后一次喷射的油量，持续喷射。

（2）燃气开始喷射，并开始使用燃气喷射，因此时刻，柴油停止调速，燃气立刻接管，在负载变动不大情况下，发动机双燃料状态切换处于稳定状态。

（3）此时若发动机负载增加，由于燃气开始调速，则燃气量迅速增加并稳定到设定转速。但若发动负载减小，则燃气迅速减为零，但由于柴油喷射量是维持之前喷射量，所以发动机转速会增加，为解决该问题，当收到双燃料转换模式命令后，柴油喷射量立刻以最后一次喷射量为初始值，开始以一定速率递减，直至减到第一部分提到的标定好的双燃料MAP值。

（4）当柴油喷射量达到MAP喷射值的过程中，燃气始终在调整发动机转速，以补偿柴油递减带来的转速波动。

（5）双燃料状态到纯柴油状态转换，该过程与纯柴油向双燃料转换过程类似，转换前保持燃气最后喷射量并开始减小至零，同时柴油喷射从双燃料MAP值立刻开始调速，逐步补偿燃气喷射量减小对发动机转速造成的影响。当燃气量减为零时，转换过程结束。

所述纯柴油-双燃料切换过程的实现方法包括以下步骤：

步骤S301，判断是否开启双燃料模式，若是则进入步骤S302，否则返回继续执行步骤S301；

步骤S302，判断是否满足进入双燃料先决条件，若是满足则进入步骤S303，否则返回继续执行步骤S302；

步骤S303，停止纯柴油调速并保持最后一次喷射量，燃气开始PID调速，完成后进入步骤S304；

步骤S304，纯柴油喷油量从当前值按一定速率递减，完成后进入步骤S305；

步骤S305，判断纯柴油当前油量是否小于MAP油量，若是则完成转换，否则返回继续步骤S304。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (5)

1.一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法应用于船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统中，船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统包括ECU，ECU连接有监控仪、若干电磁阀、若干电控单体泵、机油压力温度传感器、爆震传感器、水温传感器、进气压力和温度传感器、燃气压力和温度传感器、曲轴传感器和凸轮传感器，监控仪连接有排温、安保油压、安保转速、机油温度和柴油温度，电磁阀连接有燃气轨管；

所述实现方法包括标定过程的实现方法、各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法和纯柴油-双燃料切换过程的实现方法；

所述标定过程的实现方法用于对双燃料MAP进行标定，双燃料MAP区别于油顶气方案，标定的是双燃料状态下，柴油喷射的量，而不是燃气喷射的量，在标定过程的实现方法上有三个重要依据：

（1）不同工况的纯柴油喷油量作为上限：纯柴油状态喷油量上限的工况点，是在该工况下双燃料状态柴油喷射量的极限值，双燃料标定过程中，标定的柴油喷射量不能大于该值；

（2）电控单体泵喷油量最小值作为下限：电控单体泵喷油量最小值的指标取决于电控单体泵最小开启和关闭对应的喷射燃油量，需要根据实际数据进行标定，若小于该值，则喷油量不稳定，喷射量会存在为零的情况或各缸喷油量不一致，导致不能点火或各缸点火能量不均匀；

（3）排放指标：随着排放法规的日益严格，排放的重要性逐步凸显，不同的替代率影响着排放数据，在柴油标定过程中，需要根据排放情况调整替代率以及柴油喷射角度；

所述标定过程的实现方法具体包括以下步骤：

步骤S101，开机进入纯柴油模式，记录发动机纯柴油状态下各工况点的最大油量，完成后进入步骤S102；

步骤S102，将记录的电控单体泵喷射的最小脉宽的油量作为最小限制，完成后进入步骤S103；

步骤S103，先将各工况点的柴油量设置为纯柴油最大油量的50%作为引燃油量，完成后进入步骤S104；

步骤S104，判断引燃油量是否小于最小限值，若是则进入步骤S105，若否则以us为单位增加燃气喷射脉宽，并返回继续执行步骤S104；

步骤S105，设置进入双燃料模式，并进入双燃料状态，完成后进入步骤S106；

步骤S106，判断替代率是否满足要求，若是满足要求，则进入步骤S107，若不满足要求，则调整燃气喷射脉宽，并返回执行步骤S106；

步骤S107，判断排放指标是否满足要求，若是满足要求，则结束标定，若不满足要求，则调整燃气喷射脉宽，并返回执行步骤S107。

2.如权利要求1所述的一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，其特征在于：所述各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法如下：

（1）将六个电控单体泵喷射脉宽调整到开启最小值，并记录两个等时间段的喷射油量；

（2）观察柴油喷射量的差异，计算六个缸喷油量的平均值，计算出各缸喷油量与平均值的差值，再计算各缸差值占各缸喷油量的百分比；

（3）用该百分比乘喷油控制脉宽计算值得到修正值，并将该值填写到各缸修正MAP上，该MAP横轴是喷油控制脉宽计算值，查表值是脉宽修正值。

3.如权利要求2所述的一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，其特征在于：所述各缸电控单体泵小脉宽喷射油量的修正标定方法具体包括以下步骤：

步骤S201，设置最小喷油脉宽，完成后进入步骤S202；

步骤S202，判断各缸油量与平均值的差值是否小于等于20%，若是则进入步骤S203，若否则增加喷油脉宽，并返回继续执行步骤S202；

步骤S203，清空油量，开始喷射柴油并计时，完成后进入步骤S204；

步骤S204，分别记录喷射时间为3min和6min的基础喷射脉宽和各缸喷射油量，并计算修正百分比，完成后进入步骤S205；

步骤S205，增加喷油100us脉宽，完成后进入步骤S206；

步骤S206，判断基础喷射脉宽是否小于等于50%额定脉宽，若是，则结束标定，若否则返回执行步骤S203。

4.如权利要求1所述的一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，其特征在于：所述纯柴油-双燃料切换过程中当使用双燃料模式时，发动机接收双燃料模式信号，此时根据进入双燃料状态条件进行判断，是否进入双燃料状态，先决条件有：

（1）重要传感器未报故障、未报警：包括燃气压力传感器、曲轴传感器、凸轮传感器、进气压力传感器、机油压力传感器、水温传感器；

（2）重要执行器未报故障、未报警：包括电控单体泵、燃气喷射阀；

（3）未收到第三方禁止进入双燃料的命令。

5.如权利要求1所述的一种船用双燃料油气多点燃气喷射控制系统的实现方法，其特征在于：所述纯柴油-双燃料切换过程的实现方法包括以下步骤：

步骤S301，判断是否开启双燃料模式，若是则进入步骤S302，否则返回继续执行步骤S301；

步骤S302，判断是否满足进入双燃料先决条件，若是满足则进入步骤S303，否则返回继续执行步骤S302；

步骤S303，停止纯柴油调速并保持最后一次喷射量，燃气开始PID调速，完成后进入步骤S304；

步骤S304，纯柴油喷油量从当前值按一定速率递减，完成后进入步骤S305；

步骤S305，判断纯柴油当前油量是否小于MAP油量，若是则完成转换，否则返回继续步骤S304。

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