一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统

技术领域

本发明属于发动机控制技术领域,具体涉及一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统。

背景技术

随着船舶发动机GB15097船舶发动机第二阶段排放法规的实施，船舶发动机燃油系统的升级，发动机燃油系统由机械供给燃油系统升级为电控燃油系统，发动机燃油供给采用电控喷射，燃油全工况燃油喷射量及喷射时刻实现了精确控制，发动机的热效率和排放水平得到大幅提高。普通发动机机械供油系统燃油喷射系统供油时刻采用的是机械结构传动，发动机起动瞬间，喷油时刻就按照机械传动进行喷射，不存在电控系统喷射时刻判断问题，发动机起动时间短。发动机燃油系统升级电控系统后，电控系统需要采集发动机曲轴和凸轮轴信号并且根据采集信号先判断发动机正确的喷油时刻，再控制执行器打开进行燃料喷射，导致了发动机起动时间延长，气起动发动机耗气量大，在气瓶容积一定的条件下造成起动次数少的问题；电起动发动机起动时间长，电瓶压降大，起动时间长，造成电起动发动机发热量大寿命缩短问题，发动机起动时间长还造成了用户体验差的问题。因此本发明提供一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统，主要解决现有船用电控发动机起动时间长问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统，包括凸轮相位盘、凸轮轴转速传感器、电子控制单元ECU、电磁阀、喷射执行装置、曲轴相位盘和曲轴信号传感器；所述凸轮轴转速传感器用于检测凸轮相位盘的转速和位置，所述曲轴信号传感器用于检测曲轴相位盘的转速和位置，所述电磁阀用于控制喷射执行装置的通断，所述凸轮轴转速传感器、曲轴信号传感器和电磁阀分别与电子控制单元ECU电性连接。

进一步的，所述凸轮相位盘设置于发动机凸轮轴轴端，所述曲轴相位盘设置于发动机曲轴上，所述凸轮相位盘和曲轴相位盘同步转动。

进一步的，所述凸轮轴转速传感器为磁电式传感器或为霍尔式传感器，用于检测并生成凸轮相位盘的转速和位置信号。

进一步的，所述曲轴信号传感器为磁电式传感器或为霍尔式传感器，用于检测并生成曲轴相位盘的转速和位置信号。

进一步的，所述凸轮相位盘为6+1信号盘。

进一步的，所述曲轴相位盘为60-2信号盘。

一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动方法，所述启动方法包括以下步骤：

步骤s1，起动马达启动，

步骤s2，获取发动机转速信号；

步骤s3，进行发动机上止点判断；

步骤s4，若检测到发动机上止点，则进行燃料喷射；

步骤s5，发动机转速判断；

步骤s6，若发动机转速n≥n1；则判断发动机起动成功。

进一步的，所述步骤s2中，获取发动机转速信号包括获取曲轴转速信号和获取凸轮轴转速信号，发动机为四冲程发动机，曲轴转2圈，凸轮轴转1圈，完成一个发动机循环做功流程。

进一步的，所述步骤s3中，发动机上止点判断包括曲轴上止点判断和凸轮轴上止点判断。

进一步的，所述步骤s3中，曲轴转速上止点通过检测曲轴相位盘判断，凸轮轴上止点通过检测凸轮相位盘判断，曲轴相位盘为60-2齿的相位信号盘，曲轴相位盘上设置有60个曲轴齿和2个缺齿，用于获取曲轴的转速信息和位置信息，凸轮相位盘上设置有6+1个凸轮齿，用于获取凸轮轴的转速信息和位置信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统，大幅缩短发动机起动时间。采用模糊判断、燃料预喷射的控制策略，曲轴每转到上止点(压缩OR排气)即进行燃料喷射，避免了以前发动机起动控制策略需要曲轴和凸轮轴的同步判断发动机的压缩冲程成功后再进行燃料喷射，避免了电子控制单元对压缩冲程判断过程，大幅缩短了起动时间，减少了发动机起动耗能。发动机由原来的起动耗时5-6S,缩短至2-3S。

2、本发明提供了一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统，曲轴转速传感器与凸轮轴转速传感器并行控制发动机起动，曲轴转速传感器和凸轮转速传感器互为备份，起动马达驱动发动机转动时无论曲轴及凸轮传感器任何一个采集到的转角信号达到预设喷油时刻时，电子控制单元ECU即发出信号控制燃料喷射电磁阀的开启，实现燃料的喷射。

附图说明

图1为现有技术电控发动机起动策略流程图；

图2为本发明电控发动机起动系统原理图；

图3为本发明电控发动机起动策略流程图。

图中：1、凸轮相位盘，2、凸轮转速传感器，3、电子控制单元ECU，4、电磁阀，5、喷射执行装置，6、曲轴相位盘，7、曲轴信号传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明以下实施例仅用于更清楚的说明本发明的技术方案，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属本发明的保护范围。

如图1～图3所示，本发明提供了一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动系统的实施例，包括凸轮相位盘1、凸轮轴转速传感器2、电子控制单元ECU3、电磁阀4、喷射执行装置5、曲轴相位盘6和曲轴信号传感器7；所述凸轮轴转速传感器2用于检测凸轮相位盘1的转速和位置，所述曲轴信号传感器7用于检测曲轴相位盘6的转速和位置，所述电磁阀4用于控制喷射执行装置5的通断，所述凸轮轴转速传感器2、曲轴信号传感器7和电磁阀4分别与电子控制单元ECU3电性连接。所述凸轮相位盘1设置于发动机凸轮轴轴端，所述曲轴相位盘6设置于发动机曲轴上，所述凸轮相位盘1和曲轴相位盘6同步转动。本发明实施例中，凸轮相位盘1(6+1)安装在发动机凸轮轴轴端并于凸轮轴同步转动，曲轴相位盘6安装于发动机曲轴上并与凸轮轴同步转动。发动机发出起动命令发出后，发动机的起动马达驱动发动机的曲轴和凸轮轴转动，曲轴转速传感器件7及凸轮轴传感器件2分别检测曲轴相位盘6(60-2)及凸轮相位盘(6+1)1的相位，电子控制单元ECU3根据曲轴转速传感器7及凸轮轴传感器件2判断发动机的燃料喷射时刻，控制燃料喷射控制电磁阀件4的开启来实现喷油执行装置5燃料喷射，最终实现发动机的起动。

所述凸轮轴转速传感器2为磁电式传感器或为霍尔式传感器，用于检测并生成凸轮相位盘1的转速和位置信号。

所述曲轴信号传感器7为磁电式传感器或为霍尔式传感器，用于检测并生成曲轴相位盘6的转速和位置信号。

所述凸轮相位盘1为6+1信号盘。本发明实施例中，所示凸轮相位盘采用6个凸轮齿在加一个检测齿的设计，通过凸轮转速传感器来检测凸轮的转速和位置。

所述曲轴相位盘6为60-2信号盘。本发明实施例中，所示曲轴相位盘采用58个曲轴齿和两个缺齿的设计，通过曲轴转速信号器来检测曲轴的转速和位置。

如图1所示，现有技术中电控发动机起动控制策略，发动机起动信号发出后，发动机起动马达(电动或气动)拖动发动转动，发动机电子控制单元ECU采集发动机曲轴转速信号及凸轮轴转速信号，根据转速信号判断曲轴及凸轮轴同步信号，再进一步确定发动机压缩上止点来判定发动机压缩上止点后进行燃油喷射，来实现起动发动机。该起动控制策略需要ECU接收到转速信号判定曲轴和凸轮轴信号同步后，动机达到控制系统预设最低转速后，ECU在发动机压缩上止点(四冲程发动机曲轴转两圈，进行一次燃油喷射)进行燃油喷射，实现发动机起动。该起动控制策略能够实现发动机起动，但是在起动马达拖动发动转动到实现发动机成功起动需要发动机靠马达拖动较长的时间来进行信号采集、ECU对采集曲轴和凸轮转速信号进行处理，判断发动机压缩冲程成功后，再到发出信号控制执行器喷油实现发动机起动。改起动策略导致发动机起动时间长，能耗大，用户体验差的缺点。

如图3所示，本发明提供了一种船用电控发动机燃料预喷射加速启动方法的实施例，所述启动方法包括以下步骤：

步骤s1，起动马达启动，

步骤s2，获取发动机转速信号；

步骤s3，进行发动机上止点判断；

步骤s4，若检测到发动机上止点，则进行燃料喷射；

步骤s5，发动机转速判断；

步骤s6，若发动机转速n≥n1；则判断发动机起动成功。

所述步骤s2中，获取发动机转速信号包括获取曲轴转速信号和获取凸轮轴转速信号，发动机为四冲程发动机，曲轴转2圈，凸轮轴转1圈，完成一个发动机循环做功流程。所述步骤s3中，发动机上止点判断包括曲轴上止点判断和凸轮轴上止点判断。所述步骤s3中，曲轴转速上止点通过检测曲轴相位盘6判断，凸轮轴上止点通过检测凸轮相位盘1判断，曲轴相位盘6为60-2齿的相位信号盘，曲轴相位盘6上设置有60个曲轴齿和2个缺齿，用于获取曲轴的转速信息和位置信息，凸轮相位盘1上设置有6+1个凸轮齿，用于获取凸轮轴的转速信息和位置信息。在本发明实施例中，发明控制策略发动机起动马达驱动发动机转动时，采用模糊判断的控制策略，曲轴转速传感器每检测到发动上止点(压缩上止点和排气上止点)即进行燃料的喷射，当控制系统检测的发动机转速升高至与预设起动成功转速n1及以上时，电子控制单元即判断认为发动机起动成功，进入正常运行转态。该起动策略避免了发动机曲轴与凸轮转速信号同步对发动机压缩上止点的判断，通过发动上止点前燃料“预喷射”缩短了电子单元对信号同步的判断时间，减少了马达对发动拖动时间，从而实现了发动机的加速起动。另外，发明控制策略实现了曲轴与凸轮轴并行控制，起动马达驱动发动机转动时无论曲轴及凸轮传感器任何一个采集到的转角信号达到预设喷油时刻时，电子控制单元ECU即发出信号控制燃料喷射电磁阀的开启，实现燃料的喷射。当发动机转速升高到与预设起动成功转速n1及以上时，发动机电子控制单元即认为发动机起动成功，进入正常运转状态。起动成功后，发动曲轴传感器为主传感器，凸轮轴传感器为辅，进行发动机运行相位的跟随检测及相位误差累积的校准功能。本发明实施例发动机起动方法大幅缩短发动机起动时间。采用模糊判断、燃料预喷射的控制策略，曲轴每转到上止点(压缩OR排气)即进行燃料喷射，避免了以前发动机起动控制策略需要曲轴和凸轮轴的同步判断发动机的压缩冲程成功后再进行燃料喷射，避免了电子控制单元对压缩冲程判断过程，大幅缩短了起动时间，减少了发动机起动对压缩空气(气起动)OR电能的消耗(电起动)。发动机由原来的起动5-6S,缩短至2-3S。增加了发动机起动的安全性。曲轴转速传感器与凸轮轴转速传感器并行控制发动机起动，曲轴转速传感器和凸轮转速传感器互为备份，起动马达驱动发动机转动时无论曲轴及凸轮传感器任何一个采集到的转角信号达到预设喷油时刻时，电子控制单元ECU即发出信号控制燃料喷射电磁阀的开启，实现燃料的喷射。任何一个传感器出问题不影响发动机的起动。原控制策略，如果曲轴转速传感器与凸轮轴转速传感器任何一个出问题，发动机无法实现同步判断，不能进行发动机起动。另外，并行设计也增加了发动机运行的安全性。起动成功后，曲轴转速为主传感器，凸轮轴转速传感器为辅，负责跟随和校准发动机曲轴转角信号误差；当曲轴传感器故障时，凸轮轴转速传感器直接接替曲轴传感器工作，保证发动机正常运行。

当然，上述实施例说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。