[发明专利]船用中速柴油机高压共轨系统硬件在环仿真试验平台及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机工程技术领域，具体地指一种船用中速柴油机高压共轨系统硬件在环仿真试验平台及试验方法。

背景技术

船用柴油机是船舶最主要的配套设备，当前和未来柴油机仍是商用船舶的最主要动力源。燃油成本是船舶运营成本的重要部分，同时随着国际海事组织对船用柴油机排放的越发严格，提高船用柴油机的经济性和降低排放成为研究重点。高压共轨技术是船用柴油机降低燃油消耗、控制排放等性能优化的核心关键技术之一，可对柴油机全工况燃油喷射的柔性控制，优化柴油机缸内的混合气形成和燃烧，实现柴油机整机性能的优化和节能减排。

硬件在环仿真测试是将整个被控对象或不便于试验的部分用软件模型代替，利用具有数据接口交换的硬件设备，与被测试的控制单元连接成为一个闭环系统，硬件在环测试是高压共轨系统进行配机试验前必不可少的步骤，也是高压共轨系统开发中的关键环节，通过硬件在环试验台可对共轨系统的共性核心技术，包括系统集成、电控系统控制策略、共轨系统性能和关键零部件特性等方面进行多方面研究。硬件在环仿真测试为系统的开发和测试提供了一个高效的平台，减少了系统研发过程的台架试验，缩短了执行机构部件或控制系统的设计开发周期，节省了调试、测试和试验费用。但是，针对船用中速柴油机高压共轨系统硬件在环仿真测试平台目前尚没有成型的产品。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种船用中速柴油机高压共轨系统硬件在环仿真试验平台及试验方法，可进行高压共轨控制系统功能的测试与验证，并可进行高压共轨系统执行机构的性能和可靠性试验。

为实现上述目的，本发明所设计的船用中速柴油机高压共轨系统硬件在环仿真试验平台，其特殊之处在于，所述硬件在环仿真试验平台包括共轨系统辅助单元：用于提供低压燃油和润滑油，为共轨系统执行机构提供支撑工作台和驱动动力，并测量所述共轨系统执行机构喷射的低压燃油的重量；共轨执行机构：用于根据电控单元输出的控制信号喷射低压燃油；虚拟船用中速柴油机：用于模拟真实船用中速柴油发动机的运行工况；电控单元：用于采集所述虚拟船用中速柴油机的运行状态，并根据运行状态向所述共轨执行机构发送控制信号，同时将运行状态发送至试验平台监控系统和机旁控制系统；试验平台监控系统：用于与所述共轨系统辅助单元、共轨执行机构、虚拟船用中速柴油机、电控单元和机旁控制系统进行数据通信，集中显示所述共轨系统辅助单元测量的低压燃油的重量、虚拟船用中速柴油机的运行状态以及电控单元的控制参数；机旁控制系统：用于实现试验平台的操控、参数检测和安全保障。

进一步地，所述共轨系统辅助单元包括低压燃油系统：用于根据辅助单元监控系统的控制提供低压燃油；低压润滑系统：用于根据辅助单元监控系统的控制提供润滑油；驱动电机：用于根据辅助单元监控系统的控制为所述共轨执行机构提供驱动动力；油量称重系统：用于根据辅助单元监控系统的控制接收从所述共轨执行机构中喷射出的低压燃油，并称量低压燃油的重量发送至辅助单元监控系统；辅助单元监控系统：用于控制所述驱动电机的转速、低压燃油系统和低压润滑系统的供油量和温度、油量称重系统测量，并显示和储存数据。

更进一步地，所述共轨执行机构包括高压燃油油泵：进口处设有比例流量控制电磁阀，用于根据电控单元的控制信号调节从共轨系统辅助单元输出的高压燃油的油量；共轨管：采用双层管结构，用于蓄压储存从高压燃油油泵输出的高压燃油；电控喷油器：用于根据电控单元的控制信号将共轨管中的高压燃油喷射到共轨系统辅助单元的油量称重系统中。

更进一步地，所述虚拟船用中速柴油机包括柴油机实时仿真模型和ETAS LABCAR硬件。所述虚拟船用中速柴油机的转速为600～1200r/min。

更进一步地，所述电控单元包括模块化的控制软件和Flex-ECU硬件，所述控制软件包括初始化模块、信号输入与处理模块、工况控制模块、喷油控制模块和轨压控制模块；初始化模块用于完成初始化处理，信号输入与处理模块通过电控单元的I/O硬件层，获取传感器的采样值，并将其转换为对应物理量的实际值；工况控制模块用于识别并处理虚拟船用中速柴油机起动工况、怠速工况和常规工况，并针对虚拟船用中速柴油机的工况状态设定控制策略；喷油控制模块用于计算当前状态下每循环的喷油量，经修正后确定喷油脉宽和喷油提前角，并输出控制信号给电控喷油器；轨压控制模块用于调节共轨管的共轨压力。电控单元控制软件实现柴油机转速调节、喷油控制、共轨压力控制、CAN通信、故障诊断以及控制参数标定的功能。