專利名稱：大功率低速柴油機電控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及柴油機電控系統(tǒng)，尤其是涉及船用大功率低速電噴柴油機的噴油 與排氣控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的大型船舶推進裝置采用機械式燃油凸輪噴射系統(tǒng)，不能滿足嚴格的廢氣排 放標(biāo)準(zhǔn)，并且在主機低負荷運行時，耗油量偏大，船舶航行經(jīng)濟性較差。大功率低速電子燃油噴射柴油機使船舶航行經(jīng)濟性大為改善，在船舶主機低負荷 運行時，大大減少了燃油的消耗量，并且顯著降低了主機運行時廢氣的排放量，能夠滿足較 高的排放標(biāo)準(zhǔn)。柴油機電控系統(tǒng)以柴油機轉(zhuǎn)速和負荷作為反映柴油機實際工況的基本信號，參照 由試驗得出的柴油機各工況相對應(yīng)的噴油量和噴油定時參數(shù)來確定基本的噴油量和噴油 定時，然后根據(jù)各種因素(如水溫、油溫、大氣壓力等)對其進行各種補償，從而得到最佳的 噴油量和噴油正時，然后通過執(zhí)行器進行控制輸出。高壓共軌O^ommon Rail)電噴技術(shù)是在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元 (Electronic Control Unit, E⑶)組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此 完全分開的一種供油方式。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管(Rail)，通過公 共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度 減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的程度。電噴柴油機采用高壓共軌裝置代替燃油泵，將燃油壓力提高至IOOMpa以上，用 ECU代替機械式噴油結(jié)構(gòu)中的燃油凸輪和排氣凸輪裝置，實現(xiàn)了柴油機的電子任意可控噴 油及排氣閥的電氣液壓控制。電噴柴油機將噴油控制系統(tǒng)與排氣控制系統(tǒng)集成在ECU中， 對其進行集中管理與控制，既節(jié)省了柴油機的機械部件和空間，又提高了燃油燃燒的效率， 減少了廢氣的排放。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為船用大功率低速柴油機提供一種控制高效，可節(jié)約燃料、 降低排放的電控系統(tǒng)。本實用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，大功率低速柴油機電控系統(tǒng)，包括電子控制單元ECU，所述電子控制單元上連接有 曲軸角度傳感器、掃氣壓力傳感器、進氣壓力傳感器、共軌壓力傳感器和主機轉(zhuǎn)速傳感器；還連接有共軌壓力控制模塊、電磁閥驅(qū)動電路和液壓驅(qū)動電路，電磁閥驅(qū)動電路 連接至燃油噴嘴，液壓驅(qū)動電路連接至排氣閥。所述電磁閥驅(qū)動電路包含有連接于電子控制單元的可變噴油正時輸出電路和曲 軸角度輸出電路；所述可變噴油正時輸出電路通過金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)連接電流檢測放大電 路，電流檢測放大電路連接至燃油噴嘴上的電磁閥電感線圈，該電感線圈通過金屬-氧化 層-半導(dǎo)體-場效晶體管與曲軸角度輸出電路連接。ECU中的邏輯控制是有效管理柴油機供油系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的關(guān)鍵，需要合理設(shè)置 ECU中各控制量的邏輯關(guān)系，對參數(shù)值進行判斷，執(zhí)行控制命令等，主要包括燃油噴射的控 制和排氣系統(tǒng)的控制。燃油噴射控制涉及可變噴油正時設(shè)定、低負荷運行噴油量設(shè)定、柴油 機與遙控系統(tǒng)的調(diào)速器接口配置，排氣系統(tǒng)控制主要是對排氣閥開啟、關(guān)閉時間的控制。通 過主機運行時的相關(guān)參數(shù)包括曲軸角度、掃氣壓力、燃油壓力等和控制要求建立可變噴油 正時控制模型和排氣閥控制模型；ECU中設(shè)置切斷油頭指令，在柴油機低負荷運行下，控制 電氣執(zhí)行器切斷多余的噴油裝置。本實用新型的有益效果是，通過高速處理器執(zhí)行控制模型的輸出結(jié)果完成對機械 部件的控制，較之以往噴油及排氣控制更為高效，節(jié)能。

圖1是本實用新型大功率低速柴油機電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電磁閥驅(qū)動電路圖；圖3是E⑶對噴油和排氣的控制流程圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。本實用新型提供的電控系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)如圖1所示，電子控制單元上連接有曲軸角度 傳感器、掃氣壓力傳感器、進氣壓力傳感器、共軌壓力傳感器和主機轉(zhuǎn)速傳感器；還連接有 共軌壓力控制模塊、電磁閥驅(qū)動電路和液壓驅(qū)動電路，電磁閥驅(qū)動電路連接至燃油噴嘴，液 壓驅(qū)動電路連接至排氣閥。噴油驅(qū)動電路如圖2所示，包含有連接于電子控制單元的可變噴油正時輸出電路 和曲軸角度輸出電路；可變噴油正時輸出電路通過金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)連接電流檢測放大電 路，電流檢測放大電路連接至燃油噴嘴上的電磁閥電感線圈，該電感線圈通過金屬-氧化 層-半導(dǎo)體-場效晶體管與曲軸角度輸出電路連接。E⑶對柴油機噴油和排氣的過程控制過程如圖3所示，當(dāng)二沖程柴油機處于運行 狀態(tài)時，曲軸工作范圍為360°，活塞桿下端與曲軸相連，曲軸角度量直接反應(yīng)活塞運行位 置，當(dāng)活塞運行近上死點噴油范圍內(nèi)，ECU讀取該時曲軸角度值，同時從掃氣室內(nèi)的傳感 器讀得當(dāng)前掃氣壓力，掃氣壓力直接反應(yīng)當(dāng)前柴油機工作下的負荷量，即帶負載的值，ECU 將兩個參數(shù)與內(nèi)部設(shè)定值進行比對，選擇出最佳噴油提前角(即可變噴油正時Variable Injection Timing, VIT)，發(fā)出電磁閥開啟指令到電磁閥驅(qū)動電路后實現(xiàn)燃油的高壓噴射。 活塞上死點壓縮燃油至發(fā)火壓力后，燃油與空氣混合燃燒做功推動活塞下行，ECU讀取曲軸 角度量參數(shù)，當(dāng)曲軸運行至排氣閥開啟范圍角度，ECU根據(jù)可變噴油正時參數(shù)計算出排氣閥 最佳開啟時間后，輸出排氣閥開啟信號到液壓驅(qū)動電路，再由液壓驅(qū)動電路驅(qū)動液壓裝置
4開啟排氣閥。完成對整個噴油、排氣系統(tǒng)的控制。ECU選用DSP (Digital Signal Processor數(shù)字信號處理器)高速處理芯片，電磁 閥驅(qū)動電路采用MOSFET開關(guān)，電磁閥額定電壓為200V左右。將先前主機經(jīng)驗值輸入E⑶ 中主要包括不同負荷下的噴油時間，DSP可以對讀入的信號進行快速處理，并將其與經(jīng)驗值 進行比對，再通過算法計算出最佳控制量。電子控制單元接收到壓力信號及角度信號值后參考相關(guān)參數(shù)值通過算法得出 最佳可變噴油正時，由VIT控制輸出將最佳噴油正時信號輸出至電流檢測電路前端的 M0SFET，當(dāng)MOSFET接受到VIT控制輸出信號時導(dǎo)通，電流檢測放大電路工作，與此同時電子 控制單元將曲軸角度信號送入曲軸角度控制輸出中。曲軸轉(zhuǎn)過不同的角度，各缸的發(fā)火情 況不同，當(dāng)某缸電磁閥的低端MOSFET接收到曲軸角度控制輸出信號時，說明此缸滿足發(fā)火 條件，圖2中所示的電磁閥電感線圈兩端同時滿足高端電流檢測放大電路工作導(dǎo)通和低端 曲軸角度控制輸出的MOSFET導(dǎo)通兩個必要條件時，曲軸角度信號就能夠配合VIT信號實現(xiàn) 電子控制單元對燃油噴嘴的電磁閥開通關(guān)斷的控制了。主控單元接收到排氣閥位置反饋信號、角度傳感器信號和先前計算得出的最佳 VIT信號后，先通過計算得出可變排氣閥開關(guān)角度信號，然后電子控制單元根據(jù)三個信號值 輸出排氣閥開啟關(guān)閉信號，實現(xiàn)在達到最佳的燃油噴射控制下同時完成對排氣閥開關(guān)的最 佳控制。電子控制單元向執(zhí)行器發(fā)出排氣閥開啟信號后，該信號可以開通與伺服油泵連接 的兩向三通閥，使伺服油泵內(nèi)的伺服油在壓力的作用下流過閥門推動滑竿從而提升活塞， 完成排氣閥的開啟動作。主控單元發(fā)送關(guān)斷信號后，閥門關(guān)閉，滑竿無伺服油壓力作用，活 塞回落，排氣閥關(guān)閉。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會 有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要 求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.大功率低速柴油機電控系統(tǒng)，包括電子控制單元，其特征在于，所述電子控制單元上 連接有曲軸角度傳感器、掃氣壓力傳感器、進氣壓力傳感器、共軌壓力傳感器和主機轉(zhuǎn)速傳 感器；還連接有共軌壓力控制模塊、電磁閥驅(qū)動電路和液壓驅(qū)動電路，電磁閥驅(qū)動電路連接 至燃油噴嘴，液壓驅(qū)動電路連接至排氣閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率低速柴油機電控系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁閥驅(qū)動 電路包含有連接于電子控制單元的可變噴油正時輸出電路和曲軸角度輸出電路；可變噴油正時輸出電路通過金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管連接電流檢測放大電 路，電流檢測放大電路連接至燃油噴嘴上的電磁閥電感線圈，該電感線圈通過金屬-氧化 層-半導(dǎo)體-場效晶體管與曲軸角度輸出電路連接。
專利摘要大功率低速柴油機電控系統(tǒng)，包括電子控制單元，電子控制單元上連接有曲軸角度傳感器、掃氣壓力傳感器、進氣壓力傳感器、共軌壓力傳感器和主機轉(zhuǎn)速傳感器，以及共軌壓力控制模塊、電磁閥驅(qū)動電路和液壓驅(qū)動電路，電磁閥驅(qū)動電路連接至燃油噴嘴，液壓驅(qū)動電路連接至排氣閥；電磁閥驅(qū)動電路包含有連接于電子控制單元的可變噴油正時輸出電路和曲軸角度輸出電路，可變噴油正時輸出電路通過MOSFET連接電流檢測放大電路，電流檢測放大電路連接至燃油噴嘴上的電磁閥電感線圈，該電感線圈通過MOSFET與曲軸角度輸出電路連接。通過高速處理器執(zhí)行控制模型的輸出結(jié)果完成對機械部件的控制，較之以往噴油及排氣控制更為高效，節(jié)能。
文檔編號F02D43/00GK201858032SQ20102060507
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者劉崇, 沈愛弟 申請人:上海海事大學(xué)