[發(fā)明專利]船用中速柴油機高壓共軌系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗平臺及試驗方法

有效

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• 申請日: 2015-06-23
• 公開（公告）號: CN105022383B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王勤鵬;楊建國;余永華;賀玉海
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司42104
• 代理人: 潘杰,劉琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及內(nèi)燃機工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種船用中速柴油機高壓共軌系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗平臺及試驗方法。

背景技術(shù)

船用柴油機是船舶最主要的配套設(shè)備，當前和未來柴油機仍是商用船舶的最主要動力源。燃油成本是船舶運營成本的重要部分，同時隨著國際海事組織對船用柴油機排放的越發(fā)嚴格，提高船用柴油機的經(jīng)濟性和降低排放成為研究重點。高壓共軌技術(shù)是船用柴油機降低燃油消耗、控制排放等性能優(yōu)化的核心關(guān)鍵技術(shù)之一，可對柴油機全工況燃油噴射的柔性控制，優(yōu)化柴油機缸內(nèi)的混合氣形成和燃燒，實現(xiàn)柴油機整機性能的優(yōu)化和節(jié)能減排。

硬件在環(huán)仿真測試是將整個被控對象或不便于試驗的部分用軟件模型代替，利用具有數(shù)據(jù)接口交換的硬件設(shè)備，與被測試的控制單元連接成為一個閉環(huán)系統(tǒng)，硬件在環(huán)測試是高壓共軌系統(tǒng)進行配機試驗前必不可少的步驟，也是高壓共軌系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過硬件在環(huán)試驗臺可對共軌系統(tǒng)的共性核心技術(shù)，包括系統(tǒng)集成、電控系統(tǒng)控制策略、共軌系統(tǒng)性能和關(guān)鍵零部件特性等方面進行多方面研究。硬件在環(huán)仿真測試為系統(tǒng)的開發(fā)和測試提供了一個高效的平臺，減少了系統(tǒng)研發(fā)過程的臺架試驗，縮短了執(zhí)行機構(gòu)部件或控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)周期，節(jié)省了調(diào)試、測試和試驗費用。但是，針對船用中速柴油機高壓共軌系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真測試平臺目前尚沒有成型的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種船用中速柴油機高壓共軌系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗平臺及試驗方法，可進行高壓共軌控制系統(tǒng)功能的測試與驗證，并可進行高壓共軌系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的性能和可靠性試驗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的船用中速柴油機高壓共軌系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗平臺，其特殊之處在于，所述硬件在環(huán)仿真試驗平臺包括共軌系統(tǒng)輔助單元：用于提供低壓燃油和潤滑油，為共軌系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)提供支撐工作臺和驅(qū)動動力，并測量所述共軌系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)噴射的低壓燃油的重量；共軌執(zhí)行機構(gòu)：用于根據(jù)電控單元輸出的控制信號噴射低壓燃油；虛擬船用中速柴油機：用于模擬真實船用中速柴油發(fā)動機的運行工況；電控單元：用于采集所述虛擬船用中速柴油機的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)向所述共軌執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送控制信號，同時將運行狀態(tài)發(fā)送至試驗平臺監(jiān)控系統(tǒng)和機旁控制系統(tǒng)；試驗平臺監(jiān)控系統(tǒng)：用于與所述共軌系統(tǒng)輔助單元、共軌執(zhí)行機構(gòu)、虛擬船用中速柴油機、電控單元和機旁控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，集中顯示所述共軌系統(tǒng)輔助單元測量的低壓燃油的重量、虛擬船用中速柴油機的運行狀態(tài)以及電控單元的控制參數(shù)；機旁控制系統(tǒng)：用于實現(xiàn)試驗平臺的操控、參數(shù)檢測和安全保障。

進一步地，所述共軌系統(tǒng)輔助單元包括低壓燃油系統(tǒng)：用于根據(jù)輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)的控制提供低壓燃油；低壓潤滑系統(tǒng)：用于根據(jù)輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)的控制提供潤滑油；驅(qū)動電機：用于根據(jù)輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)的控制為所述共軌執(zhí)行機構(gòu)提供驅(qū)動動力；油量稱重系統(tǒng)：用于根據(jù)輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)的控制接收從所述共軌執(zhí)行機構(gòu)中噴射出的低壓燃油，并稱量低壓燃油的重量發(fā)送至輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)；輔助單元監(jiān)控系統(tǒng)：用于控制所述驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速、低壓燃油系統(tǒng)和低壓潤滑系統(tǒng)的供油量和溫度、油量稱重系統(tǒng)測量，并顯示和儲存數(shù)據(jù)。

更進一步地，所述共軌執(zhí)行機構(gòu)包括高壓燃油油泵：進口處設(shè)有比例流量控制電磁閥，用于根據(jù)電控單元的控制信號調(diào)節(jié)從共軌系統(tǒng)輔助單元輸出的高壓燃油的油量；共軌管：采用雙層管結(jié)構(gòu)，用于蓄壓儲存從高壓燃油油泵輸出的高壓燃油；電控噴油器：用于根據(jù)電控單元的控制信號將共軌管中的高壓燃油噴射到共軌系統(tǒng)輔助單元的油量稱重系統(tǒng)中。

更進一步地，所述虛擬船用中速柴油機包括柴油機實時仿真模型和ETAS LABCAR硬件。所述虛擬船用中速柴油機的轉(zhuǎn)速為600～1200r/min。

更進一步地，所述電控單元包括模塊化的控制軟件和Flex-ECU硬件，所述控制軟件包括初始化模塊、信號輸入與處理模塊、工況控制模塊、噴油控制模塊和軌壓控制模塊；初始化模塊用于完成初始化處理，信號輸入與處理模塊通過電控單元的I/O硬件層，獲取傳感器的采樣值，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)物理量的實際值；工況控制模塊用于識別并處理虛擬船用中速柴油機起動工況、怠速工況和常規(guī)工況，并針對虛擬船用中速柴油機的工況狀態(tài)設(shè)定控制策略；噴油控制模塊用于計算當前狀態(tài)下每循環(huán)的噴油量，經(jīng)修正后確定噴油脈寬和噴油提前角，并輸出控制信號給電控噴油器；軌壓控制模塊用于調(diào)節(jié)共軌管的共軌壓力。電控單元控制軟件實現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、噴油控制、共軌壓力控制、CAN通信、故障診斷以及控制參數(shù)標定的功能。