船用低速机单缸电控喷油器试验平台的制作方法

本发明涉及内燃机工程技术领域，具体涉及一种船用低速机单缸电控喷油器试验平台。

背景技术：

船用柴油机具有功率大、工作环境恶劣、燃油品质差和运行时间长等特点，以及国际海事组织TierⅢ排放标准的执行与化石能源的日渐枯竭，对船用柴油机各项性能指标提出了更加严格的要求。目前船用柴油机的排放控制主要还是依靠机内净化技术。燃油喷射技术是机内净化技术的核心。国外以电控喷油为核心的船用低速智能化柴油机应用越来越多，我国在船用低速机电控喷油器方面的研究起步较晚，处于许可证专利生产的水平。目前，国内各低速机研发机构和生产企业正在大力开展船用低速机电控喷油的研发工作，但国内尚未有相配套的试验平台供以研究低速柴油机电控喷油器相关关键技术。因此，设计并开发船用低速机单缸电控喷油器试验平台，对我国船用低速机电控喷油器关键技术研究具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是要针对现有船用低速机喷油器试验条件的不足，提供一种船用低速机单缸电控喷油器试验平台，其可开展单个气缸电控喷油器的性能测试与控制功能验证。

为实现上述目的，本发明所涉及的一种船用低速机单缸电控喷油器试验平台，其包括ECU、与ECU连通的电控喷油模块、与电控喷油模块连接的冷却系统、与冷却系统连接的油量测量机构、与油量测量机构连通的PLC、与油量测量机构连接的称重模块、与PLC连通的伺服电机、试验台测控模块；

所述电控喷油模块、PLC、所述称重模块、伺服电机分别与试验台测控模块连通。

进一步地，所述电控喷油模块包括驱动电磁阀模块和受驱动电磁阀模块控制的喷油器，所述驱动电磁阀模块与ECU、测控系统连通，所述喷油器与冷却系统连接。

进一步地，所述试验台测控模块包括工控机IPC、与工控机IPC互连的测控系统，所述工控机IPC与PLC互连，所述工控机IPC与称重模块连通，所述测控系统与喷油器和伺服电机连通，测控系统可采集喷油器上的各类传感器信号、采集伺服电机的ABZ三相光电编码器信号。PLC用于与工控机IPC进行通信，接收工控机IPC给出的控制信号，并执行相应的控制信号，控制油量测量机构的换向阀的动作使燃油通往相应的测量方式，控制油量测量机构断油盘的动作来决定是否使燃油流入电子天平或量杯。根据试验台IPC给出伺服电机的转速，输出相应的模拟量给伺服电机，使伺服电机以工控机IPC所设定的转速运转。PLC 5通过RS-485通信连接到工控机IPC，可在工控机上监测PLC的运行状态。整个PLC包含10路DO、5路DI、1路AO。

更进一步地，所述油量测量机构包括设置在顶部的换向阀、与换向阀连接的集油杯，所述集油杯下方设有断油盘，所述断油盘下方对称设有电子天平和量杯，所述电子天平上设有容器；所述断油盘与PLC连通，所述电子天平与称重模块连通。通过称重模块将电子天平测量方式的燃油重量通过RS-232通信实时传递给试验台测控系统，测量结束后电子天平测量方式的燃油通过排油泵抽入油箱。

进一步地，所述冷却系统包括夹层集油杯，所述夹层集油杯的夹层上设有进水口和出水口，所述进水口设置在夹层集油杯底部，所述出水口设置在夹层集油杯顶部。冷却系统所采用的夹层集油杯，高温燃油喷入夹层集油杯的内壁面，夹层集油杯的夹层充满冷却水，冷却水下进上出。整个集油杯内层面积大，可保证喷入燃油的消雾、冷却。

作为优选项，所述称重模块通过RS-232串口通信的方式实时传递数据给工控机IPC。

作为优选项，所述PLC使用RS-485通信连接工控机IPC。

作为优选项，所述伺服电机的转速为0～3000r/min。而船用低速机转速一般不大于200r/min。所设定0～300r/min转速满足低速柴油机的使用范围，并且转速范围越小伺服电机运转的越精确。并且伺服电机的驱动器自带编码器输出ABZ三相信号，且电机每转的编码器脉冲数可调，适合不同状态下的要求。

作为优选项，所述伺服电机将驱动器自带编码器输出ABZ三相信号发送到测控系统。CompactRIO响应工控机IPC的控制信号，获取传感器的采样值，并将其转换为对应物理量的实际值传递给IPC，并在工控机IPC的软件界面上显示实时数据；并同时能根据控制软件的指令输出控制信号。测控软件能对采集的传感器信号进行数据保存、分析、数据回显等功能。

作为优选项，所述测控系统响应工控机IPC的控制信号，获取传感器的采样值，并将其转换为对应物理量的实际值传递给IPC，并在工控机IPC的软件界面上显示实时数据。

本发明的优点在于：

1.本发明可集中采集柴油机电控喷油系统中的各类信号，如喷油器的燃油压力、增压后的燃油压力、针阀腔压力等，可对这些信号进行整体特性分析，为喷油器性能参数、控制策略整体的优化协调提供方向。

2.本发明开放了对第三方喷油器燃油喷射量的测量接口，可以测量第三方喷油器所喷射出的燃油量；

3.本发明采用模块化和标准接口设计，其关键零部件具有可替换性；

4.本发明的驱动电磁阀模块，可驱动喷油器工作，通过控制软件可标定喷油器喷油正时、多次喷射和喷油脉宽等参数。

5.本发明所采用的伺服电机覆盖转速范围广，完全满足船用低速机的转速需求，且在用模拟量控制时，低转速会使得控制更加精确。

6.本发明可同步采集试验平台中曲轴转角信号、执行机构动作信号和控制单元控制信号，可在时间域和角度域进行电控单元控制控制策略功能验证，同步分析控制型号与执行机构的动作用以优化控制策略。

7.本发明的驱动电磁阀模块可接入第三方ECU的控制信号，使得整个控制更加灵活。

附图说明

图1为本发明的结构框架示意图；

图2为油量测量机构的结构示意图；

图3为电控喷油模块与冷却系统的连接示意图。

图中：ECU1、电控喷油模块2(其中：驱动电磁阀模块2.1、喷油器2.2)、冷却系统3(其中：夹层集油杯3.1、进水口3.2、出水口3.3)、油量测量机构4(其中：换向阀4.1、集油杯4.2、断油盘4.3、电子天平4.4、量杯4.5)、PLC5、称重模块6、伺服电机7、试验台测控模块8(其中：工控机IPC8.1、测控系统8.2)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1～3所示的一种船用低速机单缸电控喷油器试验平台，其包括ECU1、与ECU1连通的电控喷油模块2，所述电控喷油模块2包括驱动电磁阀模块2.1和受驱动电磁阀模块2.1控制的喷油器2.2，所述驱动电磁阀模块2.1与ECU1连通，所述喷油器2.2与冷却系统3连接。与电控喷油模块2连接的冷却系统3，所述冷却系统3包括夹层集油杯3.1，所述夹层集油杯3.1的夹层上设有进水口3.2和出水口3.3，所述进水口3.2设置在夹层集油杯3.1底部，所述出水口3.3设置在夹层集油杯3.1顶部。与冷却系统3连接的油量测量机构4，所述油量测量机构4包括设置在顶部的换向阀4.1、与换向阀4.1连接的集油杯4.2，所述集油杯4.2下方设有断油盘4.3，所述断油盘4.3下方对称设有电子天平4.4和量杯4.5，所述电子天平4.4上设有容器；所述断油盘4.3与PLC5连通，所述电子天平4.4与称重模块6连通。与油量测量机构4连通的PLC5、与油量测量机构4连接的称重模块6、与PLC5连通的伺服电机7、试验台测控模块8，所述试验台测控模块8包括工控机IPC8.1、与工控机IPC8.1互连的测控系统8.2，所述工控机IPC8.1与PLC5互连，所述工控机IPC8.1与称重模块6连通，所述测控系统8.2与喷油器2.2和伺服电机7连通。

所述电控喷油模块2、PLC5、所述称重模块6、伺服电机7分别与试验台测控模块8连通。所述称重模块6通过RS-232串口通信的方式实时传递数据给工控机IPC8.1。所述PLC5使用RS-485通信连接工控机IPC8.1。所述伺服电机7的转速范围为0～3000r/min。所述伺服电机7将驱动器自带编码器输出ABZ三相信号发发送到测控系统8.2。所述测控系统8.2响应工控机IPC8.1的控制信号，获取传感器的采样值，并将其转换为对应物理量的实际值传递给工控机IPC8.1，并在工控机IPC8.1的软件界面上显示实时数据。

本发明的使用步骤如下：

1、给平台通电，给试验平台中各电气系统上电；

2、运行工控机IPC8.1上的测控软件，给PLC5发出驱动伺服电机7运转控制信号，PLC5根据控制信号设定的转速输出相应的模拟量信号驱动伺服电机7运转。

3、根据伺服电机7上的编码器输出的ABZ三相信号模拟曲轴转角信号及齿盘上的磁钢所模拟的上止点信号传递到试验台测控模块8，作为试验台测控系统8.2上同步采集和控制的基准信号。也可将信号通过试验台上的工控机IPC8.1信号传递给第三方的ECU1，第三方ECU1根据转速及上止点信号发出控制信号给到驱动电磁阀模块2.1驱动喷油器2.2的动作，使喷油器2.2开始喷射燃油。

4、第三方喷油器2.2喷射出高温燃油后，进入到冷却系统3，冷却系统3将喷入的燃油进行消雾、集油、冷却之后送入油量测量机构4。

5、工控机IPC8.1给PLC5发出用其中一种方式去测量燃油喷射量，使用电子天平4.4测量燃油量则通过称重模块6将燃油量的变化实时显示在工控机IPC8.1测控软件的界面上，到喷油结束后，根据燃油喷射总量进行相应的分析。

6、试验平台运行过程中，利用工控机IPC8.1上测控软件观测采集传感器的信号，根据传感器信号可知被测部位状态参数，并对关键参数进行分析比较，数据保存。

7、试验平台运行过程中，利用工控机IPC8.1上测控软件观察电控喷油器2.2各个部件运行状态，并对关键参数进行分析比较。

8、当要结束试验时，首先通过试验台测控模块8发出信号，逐步降低伺服电机7的转速直至停止。此时停止第三方ECU1给出的控制驱动电磁阀模块2.1的信号，喷油器2.2停止动作。将油量测量机构4的燃油排入油箱，关闭试验台的测控系统。给试验平台的各电器系统断电。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。