The invention discloses a control method of marine medium speed dual fuel engine based on rapid control prototype, which includes: signal acquisition module collects engine state parameters and outputs them to basic control unit and auxiliary control unit; basic control module carries out engine gas safety control and fuel mode according to engine state parameters. Switching control, gas injection control, and air-fuel ratio control; auxiliary control module controls cylinder balance and detonation according to engine state parameters; output execution module controls micro-ignition injection according to engine state parameters, and receives and executes control signals from basic control module and auxiliary control module. \u3002 The invention also discloses a marine medium speed dual fuel engine control system based on rapid control prototype. Based on the rapid control prototype, the invention proposes a control method for a medium-speed dual-fuel engine, which can complete the real-time acquisition, processing and control signal output of various types of sensor signals of the engine.
【技术实现步骤摘要】
基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法和系统
本专利技术属于内燃机工程领域，具体涉及一种基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法和系统。
技术介绍
随着国际海事组织对船用发动机排放要求的不断提高，天然气燃料是发动机实现节能减排的有效措施。与船用柴油机燃烧重油相比，天然气发动机的NOx、SOx和颗粒物排放明显降低。国外已开始在远洋船舶使用天然气发动机，控制系统开发已经非常完备，国内正致力于船用中速双燃料发动机工程化开发。相较于船舶柴油机，船用中速微喷引燃双燃料发动机结构更加复杂、燃烧更加难以控制：双燃料发动机增加了一套燃气供给系统和一套微引燃喷射系统，均采用电子控制，这为发动机控制系统提出了更高的要求；在引燃油量只占燃料能量1％时，缸内燃烧为稀薄燃烧，过量空气系数控制在1.9左右，很容易出现爆震和失火的情况，因而要求发动机控制系统能够精确的控制增压压力、燃气喷射及微引燃喷射；由于燃气采用进气歧管多点喷射，在同样喷射脉宽下，各缸燃气喷射量很大程度上受到燃气喷射阀前后压差影响，从而导致各缸做功不均匀，这要求发动机控制系统能够对各缸燃气喷射脉宽进行修正，实现各缸功率平衡；船用中速双燃料发动机缸内燃烧过程复杂，不同的微引燃喷射参数、燃气喷射参数、过量空气系数等控制参数均对缸内燃烧产生影响，这要求发动机控制系统功能灵活方便，能够实时修改控制参数、优化控制策略，这对于国内自主产权船用双燃料机开发具备重大意义。
技术实现思路
：为了克服上述
技术介绍
的缺陷，本专利技术提供一种基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，解决船用中速双燃料机控制系统研发阶段可能遇...
【技术保护点】
1.基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，其特征在于，包括：步骤1，信号采集模块采集发动机状态参数，输出至所述基本控制单元和所述辅助控制单元；步骤2，所述基本控制模块依据所述发动机状态参数进行发动机燃气安全控制、燃料模式切换控制、燃气喷射控制和空燃比控制；步骤3，所述辅助控制模块依据所述发动机状态参数进行缸平衡控制和爆震控制；步骤4，所述输出执行模块根据所述发动机状态参数进行微引燃喷射控制，同时接收并执行所述基本控制模块和所述辅助控制模块发出的控制信号。
【技术特征摘要】
1.基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，其特征在于，包括：步骤1，信号采集模块采集发动机状态参数，输出至所述基本控制单元和所述辅助控制单元；步骤2，所述基本控制模块依据所述发动机状态参数进行发动机燃气安全控制、燃料模式切换控制、燃气喷射控制和空燃比控制；步骤3，所述辅助控制模块依据所述发动机状态参数进行缸平衡控制和爆震控制；步骤4，所述输出执行模块根据所述发动机状态参数进行微引燃喷射控制，同时接收并执行所述基本控制模块和所述辅助控制模块发出的控制信号。2.根据权利要求1所述的基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，其特征在于：所述发动机状态参数包括船用中速双燃料发动机转速信号、扭矩信号、车钟信号、氧传感器信号、燃气管路相关压力、温度及开关阀位置信号、燃油管路相关压力、温度及开关阀位置信号、空气管路相关的压力、温度及开关阀位置信号、相关的流量信号、气缸压力信号和缸体振动信号。3.根据权利要求1所述的基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述步骤2中发动机燃气安全控制的具体方法包括：步骤211，获取当前放散阀位置反馈、截止阀位置反馈、惰性气体阀位置反馈信号、供气压力、双臂管压力、燃气浓度，并判断是否均在设定阈值范围内，若是，则进入步骤212，若否，则进入步骤213；步骤212，进入燃气模式准备状态，放散阀关闭，截止阀打开，惰性气体阀关闭；步骤213，进入供气系统故障状态，发出声光报警，双臂管压力和燃气浓度超限时，开启燃气供给系统吹扫模式，放散阀打开，截止阀关闭，惰性气体阀打开，并回到步骤211。4.根据权利要求1所述的基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述步骤2中燃料模式切换控制的具体方法包括：步骤221，获取发动机当前转速、当前负荷、设定转速、设定负荷及燃气供给状态；当发动机转速波动在5rpm之内，燃气供给无报警，且在20％-80％负荷范围内时，柴油模式可切换到燃气模式；当发动机转速波动在5rpm之内时，燃气模式可切换到柴油模式；任何情况燃气模式均可快速切换到柴油模式；获取当前燃气喷射脉宽和电子调速器齿条位置，计算得到发动机燃料替代率；步骤222，自动切换时：当发动机在柴油模式下运行到可切换区间内，且允许切换时，发动机自动从柴油模式切换到燃气模式；当发动机在切换至燃气模式过程中出现游车或转速控制发散时，发动机自动从燃气模式切换到柴油模式；手动切换时：可在任意转速和负荷下，手动激活发动机切换过程；步骤223，判断当前发动机运行模式，若当前是柴油模式，则进入步骤4，柴油模式到燃气模式切换；若当前是气体模式，则进入步骤5，燃气模式到柴油模式切换；判断当前切换类型，若当前切换类型为快速切换，则进入步骤6。步骤224，柴油模式到燃气模式切换时，开启燃气供给阀，控制燃气喷射轨位置到当前转速/负荷目标值，控制废气旁通阀位置到当前转速/负荷目标位置，控制微引燃喷射正时和喷射量为当前转速/负荷燃气模式下目标值，按照预先设定的燃气喷射脉宽上升率逐步增加燃气喷射，保持柴油模式调速设定转速不变，使柴油喷射量减少至步骤1所得到的燃料替代率为80％或由用户在试验过程中标定所述燃料替代率，使能燃气模式闭环调速，并激活空燃比闭环控制，同时切断柴油模式调速，并按照预先设定的下降率降低柴油模式设定转速，使柴油喷射逐渐降低到0；在切换过程中，微引燃喷射参数保持不变；步骤225，燃气模式到柴油模式切换时，继续保持燃气模式调速，但同时使电子调速器设定转速大于当前转速或大于在试验过程中由用户标定的转速，增加柴油喷射量，使燃气喷射脉宽减小至步骤221所得到的燃料替代率20％或在试验过程中有用户标定的燃料替代率，使能柴油模式调速，切断燃气模式调速，燃气喷射脉宽按照预先设定的下降率降低到0，微引燃喷射正时和喷射量按照柴油模式设置，并关闭废气旁通阀开度；步骤226，快速切换时，使能柴油模式调速，设定初始齿条位置为当前转速/负荷下柴油模式齿条位置的80％，并使电子调速器设定转速大于当前转速或大于在试验过程中由用户标定的转速，同时将各缸燃气喷射脉宽设置为0，并关闭废气旁通阀，直到发动机转速稳定；步骤227，发动机燃料模式切换过程中，保持设定转速/负荷。5.根据权利要求1所述的基于快速控制原型的船用中速双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述步骤2中发动机燃气喷射控制的具体方法包括：步骤231，获取发动机当前转速、当前负荷、设定转速、设定负荷，当前燃气压力，进入步骤232；步骤232，根据预先设定的负荷段下转速/负荷变化率限制曲线，插值得到当前转速/负荷目标值；进行燃气喷射压力控制，进行燃气喷射时刻控制，进行燃气喷射脉宽控制；步骤233，进行燃气喷射压力控制的具体方法包括：步骤233-1，根据步骤232得到的当前转速/负荷目标值，结合预存的转速-负荷-燃气喷射压力对照表MAP1得到当前燃气喷射压力的查表目标值，依据所说查表目标值对燃气喷射压力目标值进行手动偏置，计算得到当前燃气喷射压力自动控制目标值手动设置当前燃气喷射压力目标值；步骤233-2，选择自动控制或手动设置，将3-1得到的燃气喷射压力自动控制目标值或手动设置目标值设为当前燃气喷射压力最终目标值；步骤233-3，根据步骤232得到的当前转速/负荷目标值，结合预存的转速-负荷-燃气喷射压力限值对照表MAP2得到当前燃气喷射压力上限值和下限值，判断步骤233-2得到的当前燃气喷射压力最终目标值是否在限值范围之内，若是，泽输出当前燃气喷射压力最终目标值，若否，则输出上限值或下限值，进入步骤233-4；步骤233-4，将步骤231得到的当然燃气压力和步骤233-3的输出值作为PID控制器的输入，控制修正当前燃气喷射压力；步骤234，进行燃气喷射时刻控制，具体方法包括：根据步骤232得到的当前转速/负荷目标值，结合预存的转速-负荷-燃气喷射时刻对照表MAP3得到当前各缸燃气喷射时刻设定值，手动对各缸燃气喷射时刻偏置，得到当前燃气喷射时刻最终设定值，并将该值作为输出控制燃气各缸燃气喷射时刻；步骤235，进行燃气喷射脉宽控制，具体方法包括：步骤235-1，根据步骤232得到的当前转速/负荷目标值，及当前进气压力、进气温度、空气湿度、燃气温度、燃气甲烷值相关热力参数，计算得到当前燃气喷射脉宽上限值和下限值；步骤235-2，根据步骤232得到的当前转速/负荷目标值，结合预存的转速-负荷-燃气喷射量对照表MA...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，郑先全，钱正彦，胡旭钢，王勤鹏，余永华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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