船用高压共轨柴油机电控系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及柴油机电控系统，尤其是涉及船用高压共轨电喷柴油机的共轨压力控制、喷油和排气控制系统领域。
【背景技术】
[0002]柴油机是为船舶主要的动力来源，其技术开发一直得到柴油机使用者和制造商的广泛重视。传统的机械式柴油机喷油定时、排气定时等用凸轮轴控制，只能按出厂时设置好的工作模式工作，控制策略单一，效率低下。
[0003]船舶产业化升级，国内外船舶柴油机不断进行产品技术创新。高压共轨技术、高增压技术、高效燃烧技术和电子控制技术等作为燃烧与排放控制方面的重要技术，得到了广泛研宄和应用，用以实现柴油机的高效率和降低废气排放量，实现灵活多变控制，满足不同的柴油机工况要求。
[0004]柴油机电控系统是一款嵌入式的柴油机控制系统，可以实现燃油喷射、排气阀动作、柴油机起动、换向、停车和气缸润滑等功能的全电子自动控制，通过对相关参数的设定和修改，可以调整主机的运行状态和性能参数，还可对主机的运行情况进行实时监测，并可与船上的遥控系统、报警连接，将主机的运行状况直接反映出来。
[0005]在高压共轨电喷柴油机上，燃油经过高压油泵增压送入共轨装置，建立与柴油机转速无关的燃油压力。喷射控制单元控制每缸进入高压燃油的流量和喷射时间。滑油经伺服油泵加压送入伺服油轨装置，建立伺服油压力。排气阀控制单元用高压伺服油控制排气阀启闭。电子控制系统:采集各种传感器信号，可精确控制柴油机的油压、喷油、配气正时等参数，使柴油机在各种工况下都能按最佳状态运行，从而大幅度地降低排放污染，并提升了经济性和动力性。
[0006]现场总线是现今主流应用的自动化控制系统通讯方式。CAN总线具有通讯可靠性、实时性和网络安全性等特点，基于它设计了柴油机电控系统，各智能节点连接成一个网络，各子系统功能设计合理，整体系统工作良好，有效实现了控制系统。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型目的是为船用高压共轨柴油机提供一种控制安全高效，可节能减排的电控系统。
[0008]为实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0009]一种船用高压共轨柴油机电控系统，包括主控制器单元、#1?#6气缸控制器单元、就地控制单元及高速CAN总线，所述主控制器单元与气缸控制器单元通过高速CAN总线相连接，所述气缸控制单元与系统外部的主机遥控单元、全船监控单元和报警系统单元相连。
[0010]优选地，所述气缸控制器单元上连接有传感器单元及执行机构，所述传感器单元由燃油共轨压力传感器、伺服油共轨压力传感器、曲轴转角传感器、转速传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、控制空气压力传感器、空气弹簧压力传感器中的至少一种组成，所述执行机构由喷油器、排气阀、气缸滑油电磁阀、燃油共轨压力控制阀、伺服油共轨压力控制器、辅助鼓风机中的至少一种组成。
[0011]优选地，所述就地控制单元包括液晶显示屏和控制仪表。
[0012]优选地，系统内各单元通过高速CAN总线进行通信。
[0013]主控制器单元，每台主机仅一个，主要负责对整台柴油机的管理和控制，实现整个系统初始化程序、转速与负荷处理程序、燃油和伺服油压计算程序、系统控制摸式判定程序、MAP查表程序等。还提供对外与主机遥控系统、机舱监控系统等通信。气缸控制器单元，每个气缸一个，主要收集与每个气缸有关的传感器信号，对此气缸相关的喷油定时、排气定时、汽缸油润滑、曲轴转向和转角计算等进行管理和控制。同时，在某个或某2个气缸控制器单元中设置有柴油机辅助功能控制程序，接受主控制器压力目标值命令，去控制执行机构进而控制燃油共轨压力，伺服油共轨压力等。
[0014]本实用新型的有益效果是，通过多个高速处理器计算和高速现场总线通信，可以在高压电喷柴油机上实现燃油喷射、排气阀动作、柴油机起动、换向、停车和气缸润滑等功能的全电子自动控制，控制安全高效，节能减排。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型船用高压共轨柴油机电控系统的结构示意图；
[0016]图2是气缸控制器单元设计示意图；
[0017]图3是电控系统功能设计示意图；
[0018]图4是柴油机启动到正常运行过程图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特点、达成目的与功能容易明白了解，下面结合具体图示，进一步讲述本实用新型。
[0020]根据本实用新型的一个实施例，船用高压共轨柴油机电控系统的结构如图1所示，船用高压共轨柴油机电控系统，包括主控制器单元，#1?#6气缸控制器单元，就地控制单元，高速CAN总线等组成。主控制器单元上连接有各个气缸控制器单元；还连接有外部的主机遥控、全船监控和报警系统等。就地显示单元上带有液晶显示屏和控制仪表。高速CAN总线是系统内部各个控制模块间通信的载体。
[0021]气缸控制器单元的构成如图2所示，气缸控制器上连接有传感器单元及执行机构，传感器单元包括燃油共轨压力传感器、伺服油共轨压力传感器、曲轴转角传感器、转速传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、控制空气压力传感器、空气弹簧压力传感器等；所述执行机构单元包括有喷油器、排气阀、气缸滑油电磁阀、燃油共轨压力控制阀、伺服油共轨压力控制器、辅助鼓风机等。
[0022]船用高压共轨柴油机电控系统主要功能设计如图3所示:
[0023](I)运行模式控制程序:它主要是由起动模式、正常运行模式(燃油经济性模式、低排放控制模式、主机运行保护模式等)、停车模式等组成。可根据船舶实际航行情况，可以由系统自动或由操作人员在不同的操作位置手动切换所需的运行模式。
[0024](2)主机子系统控制程序:主要是由气缸喷油量控制、燃油共轨控制、转向监测和曲轴转角计算、排气阀控制、伺服油共轨控制、涡轮增压器运行控制等单元组成，它控制了柴油机各子系统运行。
[0025](3)主机工况监管程序:自动采集主机工况的各种运行参数，通过计算机分析，在通过主机子系统控制程序优化柴油机控制，使主机始终运行在最佳状态，它主要是由气缸压力监测、活塞环磨损监测、扭矩和振动监测以及柴油机智能优化管理等单元组成。
[0026]电控系统控制柴油机启动到正常运行过程如图4所示:
[0027]首先判断起动条件是否满足:盘车机脱开信号、主起动阀位置信号、起动空气压力信号等起动准备的逻辑条件是否合适。如果都满足，气缸通入高压空气开始起动，一旦到达发火转速，停止起动空气，完成高压空气起动过程。在进行空气起动前，电控伺服油用泵已开始工作，将伺服油共轨压力稳定在系统规定值，保证伺服油供给排气阀动作。在空气起动主机过程中，多台高压燃油泵由主机轴系带动运行，迅速将燃油共轨压力稳定在系统规定的起动压力值，满足后续喷油时刻的燃油要求。根据转速传感器的信号，达到发火转速后，可发送信号给每个气缸喷油电磁阀，进入喷油起动模式，此时不查控制喷油量MAP，喷油定时取设定值，以固定的喷油脉宽开始，每次喷射以一定的步长增加，但喷油脉宽不能大于最大脉宽，直到柴油机转速超过设定最低稳定转速，随后转入正常运行工况。当转速达到最低稳定转速的时候，进入正常调速模式。在此模式下，主控制器内调速器工作控制实时喷油过程，进而控制主机速度。主要是根据柴油机车钟位置和转速，通过查询喷油量MAP确定基本喷油量，结合加速速率限制、临界转速控制、转矩油量限制、扫气油量限制和手动油量限制等，对基本油量进行修正，得到的结果与当前转速下的最大喷油量作比较，较小的值即为最终总喷油量。然后根据当前的共轨压力，通过查油量和脉宽的对应关系MAP，计算出喷油脉宽，通过喷射控制程序驱动喷油器电磁阀完成喷油控制。在此模式下，主控制器内进行燃油共轨压力和伺服油共轨压力目标值的计算，根据发动机转速和最终喷油量确定主机的负荷，进而计算出喷油压力目标值，送至气缸控制器内进一步控制轨压。
[0028]以上讲述了本实用新型的基本原理、主要特点。本行业的专业技术人员应该了解，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有进一步的变化和改变。
【主权项】
1.一种船用高压共轨柴油机电控系统，包括主控制器单元、#1?#6气缸控制器单元、就地控制单元及高速CAN总线，其特征在于，所述主控制器单元与气缸控制器单元通过高速CAN总线相连接，所述气缸控制单元与系统外部的主机遥控单元、全船监控单元和报警系统单元相连。2.根据权利要求1所述的船用高压共轨柴油机电控系统，其特征在于，所述气缸控制器单元上连接有传感器单元及执行机构，所述传感器单元由燃油共轨压力传感器、伺服油共轨压力传感器、曲轴转角传感器、转速传感器、排气温度传感器、进气压力传感器、控制空气压力传感器、空气弹簧压力传感器中的至少一种组成，所述执行机构由喷油器、排气阀、气缸滑油电磁阀、燃油共轨压力控制阀、伺服油共轨压力控制器、辅助鼓风机中的至少一种组成。3.根据权利要求1所述的船用高压共轨柴油机电控系统，其特征在于，所述就地控制单元包括液晶显示屏和控制仪表。4.根据权利要求1所述的船用高压共轨柴油机电控系统，其特征在于，系统内各单元通过高速CAN总线进行通信。
【专利摘要】本实用新型提出一种船用高压共轨柴油机电控系统，包括主控制器单元、#1～#6气缸控制器单元、就地控制单元及高速CAN总线，其特征在于，所述主控制器单元与气缸控制器单元通过高速CAN总线相连接，所述主控制器单元与系统外部的主机遥控单元、全船监控单元和报警系统单元相连。本实用新型提出的系统可实现快速精确控制，控制模式灵活多变，高效，节能。
【IPC分类】F02D45/00, F02D41/38
【公开号】CN204716409
【申请号】CN201520345925
【发明人】李聚保, 钟碧良, 李春香, 沈伟林, 叶伟强, 魏安
【申请人】广州航海学院
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月26日