一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法与流程

本发明属于船舶推进控制技术领域，具体涉及一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法。

背景技术：

石油资源短缺已成为世界性的共同问题，随着我国经济的快速发展，石油资源的消耗日益增大。据统计，2018年我国石油表观消费量首次突破6亿吨，达到6.25亿吨，增速达7％，较2017年增长速度增加1.1％。随着船舶尾气排放和油耗法规的日益严苛，降低多缸数大排量柴油机的油耗的需求愈发迫切。柴油机作为船舶目前主要的动力输出，降低其油耗的控制方法成为业内关注的热点，现有的控制方法中，断缸即可变排量技术成为了一个可选方案。作为船舶推进主机用的柴油机的断缸控制，主要取决于其是否进行了接排操作，并且为保证柴油机工作性能，符合柴油机运行油量限值要求，接排和脱排只能在一定转速范围内进行，这个转速范围称为转速窗口。目前柴油机接排控制的情况有两种：第一种，通过柴油机控制系统进行接排操作，采用这种方式时，柴油机控制系统会在接排前退出断缸工作模式进入全缸工作模式，保证柴油机有足够的动力带动螺旋桨工作；第二种，通过除柴油机控制系统以外遥控或齿轮箱控制器进行接排操作，此时这种情况下，柴油机控制系统不会预先知道要执行工作模式切换，仍继续运行在断缸模式，等待接排信号传输到柴油机控制系统时才会切换工作模式，因此在接排信号到达柴油机控制系统之前的这段时间，会出现柴油机的转速迅速下降现象，严重时甚至造成柴油机停车。本发明主要针对第二种情况。

目前现有的公开资料中，主要是针对车用发动机的断缸装置和方法进行阐释，如公开号为cn107542583a的专利文件公开了一种发动机断缸模式的控制装置及方法，其断缸控制装置包含了以下五部分：增压器介入信号检测模块、模式切换控制模块、喷油控制模块、控制周期设定模块以及转速检测模块，其控制方法依托于所阐述的断缸控制装置的增压器介入信号检测模块检测是否有增压器介入的信号，然后通过模式切换模块判断是否存在增压器介入信号进行断缸和全缸模式的切换，利用喷油控制模块对喷油器喷油进行控制。该方法的优点是利用增压器介入信号给出了断缸和全缸模式的切换界限，但是没有涉及到如何减少船用柴油机接排降速的断缸控制方法。

又如公开号为cn102493879a的专利发明文件公开了一种电喷发动机自适应停缸控制技术，该技术从单一检测发动机转速，确定发动机工作在可停缸工作区域，逐步增加停缸率对发动机进行停缸，同时监测转速变化是否达到最低极限值，若达到则停止停缸操作。该技术实施方法较为简单，断缸时转速下降波动较小，但没有涉及到减少船用柴油机接排时降速的断缸控制方法。

申请公开号为cn107387245a的专利技术文件提到了一种机车柴油机低负荷运行部分停缸控制方法，其主要为了改善机车柴油机在低负荷下的积油积碳和有害排放问题，通过在柴油机转速/供油量控制曲线中设定两条油量曲线即低油量曲线和高油量曲线，当供油量在低油量曲线下时，进入部分停缸运行模式，当供油量在高油量曲线上时，退出部分停缸模式。该技术在没有对柴油机硬件进行改造的情况下，在低负荷工况下降低了积碳，延长了维护周期，但是没有涉及到从不带载到带载时减少船用柴油机降速的断缸控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法，针对通过柴油机控制系统以外遥控或齿轮箱控制器进行接排操作时，由于柴油机控制系统未收到接排反馈信号而继续工作在断缸模式，导致接排过程中转速出现迅速下降现象，在柴油机进入全缸工作模式后，可以提高柴油机的输出功率，避免转速大幅下降，保证柴油机接排时的动力性。

本发明的目的是这样实现的：

一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法，包含以下步骤：

(1)预先设定好柴油机断缸工作模式下的空载所需喷油量值和接排后所需喷油量值之间的第一阈值w1；

(2)预先设定好柴油机全缸工作模式接排运行时所需的喷油量值和脱排卸载后全缸工作模式下所需的喷油量之间的第二阈值w2；

(3)检测当前柴油机喷油量值w；

(4)柴油机控制系统判断当前柴油机工作模式，若为断缸工作模式则进入步骤(5)，否则进入步骤(7)；

(5)判断柴油机所需的喷油量是否超过第一阈值w1，如果是，则进入步骤(6)，否则继续断缸工作模式；

(6)柴油机控制系统从断缸工作模式切换为全缸工作模式，恢复柴油机断油气缸的喷油；

(7)判断柴油机所需的喷油量w是否小于第二阈值w2，如果是，则进入步骤(8)，否则继续全缸工作模式；

(8)柴油机控制系统从全缸工作模式切换为断缸工作模式，停止柴油机部分气缸的喷油。

所述的第一阈值取值在断缸工作模式接排后所需喷油量和接排后全缸工作模式所需的喷油量之间，且取值接近接排后全缸工作模式所需的喷油量；所述的第二阈值取值在断缸工作模式空载所需喷油量和全缸工作模式空载所需喷油量之间，且取值接近断缸工作模式空载所需喷油量，第一阈值大于第二阈值，具体数值通过标定实验测量获得。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在断缸工作模式下的空载所需喷油量和接排后所需喷油量间设定第一阈值w1，在全缸工作模式下的接排所需喷油量和空载所需喷油量间设定第二阈值w2，柴油机控制系统检测当前喷油量w，并判断当前柴油机工作模式，通过与判断的工作模式的喷油量阈值比较，决定柴油机的工作模式是否切换，能够减小柴油机转速波动并降低油耗；在接排过程中，在柴油机进入全缸工作模式后，可以提高柴油机的输出功率，避免转速大幅下降，保证柴油机接排时的动力性。

附图说明

图1是本发明实施例柴油机从空载到接排时的断缸工作模式到全缸工作模式控和本发明实施例柴油机从接排运行到脱排卸载时的全缸工作模式到断缸工作模式控制方法流程框图；

图2是本发明实施例的从空载到接排时的断缸工作模式到全缸工作模式控制方法以及本发明实施例的从接排运行到脱排卸载运行时的全缸工作模式到断缸工作模式控制方法的曲线说明图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行进一步的阐述。

一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法，柴油机在低转速不接排运行时，即齿轮箱未啮合，螺旋桨不工作，柴油机运行在断缸工作模式下，当通过柴油机控制系统以外的遥控或齿轮箱控制器进行接排操作时，接排操作使柴油机工作在负载工况下，由于此时柴油机控制系统还未接收到齿轮箱接排控制命令或反馈信号，接排期间柴油机转速迅速下降，此时为了使转速恢复到设定转速，柴油机控制系统需要增加柴油机的喷油量；当进行脱排卸载时，柴油机负载变为空载，控制系统会减少柴油机喷油量以避免柴油机转速上升。因此本发明的方法基于喷油量的增加，通过在断缸工作模式下的空载所需喷油量和接排后所需喷油量间设定第一阈值，当柴油机从启动到空载运行时，柴油机运行在断缸工作模式下，当执行接排操作时，由于柴油机带载，转速下降，柴油机控制系统需要增加喷油量来达到设定转速，当柴油机喷油量大于第一阈值时，柴油机将从断缸工作模式进入全缸工作模式；脱排卸载时，柴油机运行在全缸工作模式下，柴油机控制系统将减少喷油量以避免柴油机转速迅速升高，通过在全缸工作模式下的接排所需喷油量和空载所需喷油量间设定第二阈值，当柴油机单缸喷油量减少低于第二阈值时，柴油机将从全缸工作模式进入断缸工作模式。其中第一阈值取值在断缸工作模式接排后所需喷油量和接排后全缸工作模式所需的喷油量之间，且取值靠近接排后全缸工作模式所需的喷油量；第二阈值取值在断缸工作模式空载所需喷油量和全缸工作模式空载所需喷油量之间，且取值靠近断缸工作模式空载所需喷油量，明显第一阈值大于第二阈值，具体数值可以通过标定实验测量获得。

在图2中，转速n1至n2是柴油机的转速窗口范围，w1为第一阈值，w2为第二阈值，a为断缸工作模式空载运行的工况点，b为断缸工作模式接排后的工况点，c为全缸工作模式接排后的工况点，d为全缸工作模式脱排后的工况点，e为脱排后断缸工作模式的工况点，na为工况点a的转速。

如附图2所示，柴油机执行接排和脱排操作时，转速窗口范围为n1至n2。该方法在执行时，首先需要判断柴油机的工作模式，设柴油机断缸空载运行在转速na时，所需要的单缸喷油量为wa。当柴油机通过除柴油机控制系统以外遥控或齿轮箱控制器执行接排操作时，理论上柴油机接排后带动螺旋桨工作在工况点b，但是柴油机的转速出现了明显下降，且油耗增加。因此通过在柴油机断缸工作模式下的空载所需喷油量和接排后所需喷油量间设定第一阈值w1，当柴油机控制系统检测喷油量w断缸工作模式接排后所需喷油量大于w1时，柴油机控制系统将恢复断油气缸的喷油，从断缸工作模式进入全缸工作模式，工作在工况点c；当柴油机在全缸工作模式以转速nc负载运行时即工况点c处，通过除柴油机控制系统以外遥控或齿轮箱控制器执行脱排卸载操作，理论上柴油机脱排后空载运行在工况点d，但是柴油机的转速出现了明显的上升，转速出现了较大的波动。因此通过在全缸工作模式下的接排所需喷油量和空载所需喷油量间设定第二阈值w2，当柴油机控制系统检测全缸工作模式脱排后所需喷油量w小于w2时，柴油机控制系统将停止部分气缸喷油进入断缸工作模式，工作在工况点e。

结合附图1，一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法包含以下步骤：

第一步：预先设定好柴油机断缸工作模式下的空载所需喷油量值和接排后所需喷油量值之间的第一阈值w1；

第二步：预先设定好柴油机全缸工作模式接排运行时所需的喷油量值和脱排卸载后全缸工作模式下所需的喷油量之间的第二阈值w2；

第三步：检测当前柴油机喷油量值w；

第四步：柴油机控制系统判断当前柴油机工作模式，若为断缸工作模式则进入第五步，否则进入第七步；

进一步的，一种减少船舶推进主机接排降速的断缸控制方法，柴油机从空载运行到接排运行时包含以下步骤：

第五步：判断柴油机所需的喷油量是否超过第一阈值w1，如果是，则进入第六步，否则继续断缸工作模式；

第六步：柴油机控制系统从断缸工作模式切换为全缸工作模式，恢复柴油机断油气缸的喷油；

进一步的一种减少船舶推进主机的接排降速的断缸控制方法，柴油机接排带载运行到脱排卸载运行时包含以下步骤：

第七步：判断柴油机所需的喷油量w是否小于第二阈值w2，如果是，则进入第八步，否则继续全缸工作模式；

第八步：柴油机控制系统从全缸工作模式切换为断缸工作模式，停止柴油机部分气缸的喷油；

柴油机由于油量波动可能会出现工作模式的频繁切换，针对这种情况可以采用滞回比较法来消除油量波动带来的影响，由于该方式不属于本发明的保护范围，在这里将不再赘述。

本发明提供了一种减少主机接排降速的断缸控制方法，柴油机的接脱排只能在一定转速范围内执行，此范围称为转速窗口。当除柴油机控制系统以外遥控或齿轮箱控制器执行接排或脱排时，柴油机控制系统无法预知断缸模式和全缸模式之间的切换，导致柴油机转速出现迅速下降或上升，因此，通过在断缸工作模式下的空载所需喷油量和接排后所需喷油量间设定第一阈值w1，在全缸工作模式下的接排所需喷油量和空载所需喷油量间设定第二阈值w2，柴油机控制系统检测当前喷油量w，并判断当前柴油机工作模式，通过与判断的工作模式的喷油量阈值比较，决定柴油机的工作模式是否切换，来达到减小柴油机转速波动和降低油耗的目的。