船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统与流程

1.本发明涉及船用柴油机技术领域，具体地，涉及一种因应外界环境变化的基于环境变量实现的船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统。


背景技术：

2.船用二冲程低速柴油机是常用的船用主动力，广泛用于远洋/近海的货物运输，相比中高速柴油机，其输出功率更大，更低的发动机转速可以直接驱动螺旋桨，推进系统更简洁高效。
3.船舶全球运输的航线分布广阔，覆盖热带/温带/寒带等广阔的区域，环境温度差异极大。柴油机的经济型，除了与机械结构设计有关，还与缸内燃烧过程密切相关，外界空气温度高低会直接影响到柴油机吸入空气的密度和难以程度。低温，吸入空气更容易，经过增压后的扫气压力更高，进入气缸的空气会更多，缸内压力也会更高；反之，缸内压力会更低。因此，船舶在高温的热带环境与在低温的寒带环境运行时，柴油机的缸内状态会发生变化，从而导致燃油经济性方面的差异。
4.低速柴油机经过长期的技术演进，其控制系统由凸轮机械控制类型，逐渐转为更为便捷的自动电子控制类型，并正向智能化方向发展。柴油机的对不同环境的适应性，是诸多智能化内容之一。但是现有的对船用二冲程低速柴油机的气缸压力补偿方案，通常存在如下技术问题：
5.基于缸压测量结果来调整喷油正时，目标是维持气缸爆发压力的稳定，但没有实现对压缩压力的补偿。发动机实际运行时，环境变化影响的是气缸内空气量，体现在缸内压缩压力的高低，压缩压力高低的变化再引起缸内爆发压力的浮动。这种通过补偿喷油正时来维持爆发压力的方式，并不能改善随环境变化的缸内燃烧空燃比。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种因应外界环境变化的基于环境变量实现的船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种船用二冲程低速柴油机的缸压补偿方法，包括：
8.持续实时获取环境参数；
9.基于所述环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量；在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，得到补偿结果电信号；
10.基于所述补偿结果电信号，控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。
11.优选地，所述环境参数包括：环境压力、环境温度和扫气空气温度。
12.优选地，所述补偿量计算方法，包括：
13.将所述环境参数作为所述补偿量计算方法的外界变量，对所述排气阀关闭正时补
偿量evc(exhaust valve close timing)offset进行如下计算：
14.evc offset＝f(pa，ta，ts)
15.＝[(p
a-p
a.ref
)
×
a1+(t
a-t
a.ref
)
×
a2+(t
s-t
s.ref
)
×
a3]
×
kc×
ke；
[0016]
t
s.ref
＝25+12
×
load
2.3
；
[0017]
其中：
[0018]
pa，为测量的环境压力，mbar；
[0019]
p
a.ref
，为环境压力参考值，1000mbar；
[0020]
ta，为测量的环境温度，℃；
[0021]
t
a.ref
,为环境温度的参考值，25℃；
[0022]
ts，为测量的扫气空气温度，℃；
[0023]
t
s.ref
，为扫气空气温度的参考值，℃；
[0024]
load，为柴油机运行工况百分比；
[0025]
load
2.3
表示load的2.3次方
[0026]
a1，为环境压力参数项的补偿系数；
[0027]
a2，为环境温度参数项的补偿系数；
[0028]
a3，为扫气空气温度参数项的补偿系数；
[0029]
kc，为柴油机的压力比；
[0030]
ke，为压力比与排气阀关闭转换系数。
[0031]
优选地，所述柴油机运行工况百分比包括：0％～110％全负荷区间的任一负荷点。
[0032]
优选地，所述所述柴油机运行工况百分比为：50％或75％的负荷点。
[0033]
优选地，所述柴油机的气缸绝对压力比为：压缩压力/扫气压力。
[0034]
优选地，所述在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，得到补偿结果电信号，包括：
[0035]
将所述排气阀关闭正时补偿量叠加到排气阀关闭正时图谱，得到所述排气阀关闭正时补偿量叠加到排气阀关闭正时图谱匹配后的排气阀关闭正时，即为补偿结果，并将所述补偿结果以电信号进行传输，得到补偿结果电信号。
[0036]
优选地，所述控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节，包括：
[0037]
基于所述补偿结果电信号，控制排气阀的关闭；
[0038]
通过控制排气阀的关闭，改变缸内压缩压力，进而影响缸内爆发压力，完成对整体缸压的补偿调节。
[0039]
优选地，所述控制排气阀的关闭，包括：
[0040]
当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；
[0041]
当环境变化导致缸内空气量变多时，延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量。
[0042]
根据本发明的另一个方面，提供了一种船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统，包括：
[0043]
环境数据获取模块，该模块持续实时获取环境参数；
[0044]
补偿量计算模块，该模块基于所述环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算
方法计算排气阀关闭正时补偿量，并在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，将结果以电信号传输给缸压补偿执行模块；
[0045]
缸压补偿执行模块，该模块基于获取的补偿结果的电信号控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。
[0046]
优选地，所述环境数据获取模块，包括环境压力传感器、环境温度传感器和扫气空气温度传感器。
[0047]
根据本发明的第三个方面，提供了一种船用二冲程低速柴油机，包括柴油机本体以及上述任一项所述的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统；其中：
[0048]
所述补偿量计算模块和所述缸压补偿执行模块分别内置于所述柴油机本体的电控系统控制单元ecu中；
[0049]
所述缸压补偿执行模块包括用于调节排气阀排气关闭正时的排气阀控制单元(vcu)以及用于驱动排气阀关闭的排气阀机械/液压驱动单元。
[0050]
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
[0051]
本发明提供的船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统，经电控系统控制单元(ecu)以及排气阀控制单元(vcu)对排气关闭正时进行调节，补偿环境变化对气缸内压力的影响；当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；反之，则延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量；用以弥补环境变化对缸内燃烧空燃比的影响，实现缸压补偿。
[0052]
本发明提供的船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统，通过持续实施测量环境压力、环境温度、扫气空气温度，电控系统根据补偿算法和补偿系数进行evc补偿量的计算，并通过vcu对排气关闭正时进行调节，补偿环境变化对气缸内压力的影响。
附图说明
[0053]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0054]
图1为本发明一实施例中船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法的工作流程图。
[0055]
图2为本发明一实施例中船用二冲程低速柴油机缸压补偿系统的组成模块示意图。
[0056]
图3为本发明一优选实施例中船用二冲程低速柴油机的工作示意图。
具体实施方式
[0057]
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
[0058]
图1为本发明一实施例提供的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿方法的工作流程图。
[0059]
如图1所示，该实施例提供的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿方法，可以包括如
下步骤：
[0060]
s100，持续实时获取环境参数；
[0061]
s200，基于环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量；在标准正时图谱的基础上叠加排气阀关闭正时补偿量，得到补偿结果电信号；
[0062]
s300，基于补偿结果电信号，控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。
[0063]
在该实施例的s100中，作为一具体应用实例，环境参数可以包括：环境压力、环境温度和扫气空气温度。
[0064]
在该实施例的s200中，作为一优选实施例，补偿量计算方法，可以包括如下步骤：
[0065]
将环境参数作为补偿量计算方法的外界变量，对排气阀关闭正时补偿量evc offset进行如下计算：
[0066]
evc offset＝f(pa，ta，ts)
[0067]
＝[(p
a-p
a.ref
)
×
a1+(t
a-t
a.ref
)
×
a2+(t
s-t
s.ref
)
×
a3]
×
kc×
ke；
[0068]
t
s.ref
＝25+12
×
load
2.3
；
[0069]
其中：
[0070]
pa，为测量的环境压力，mbar；
[0071]
p
a.ref
，为环境压力参考值，1000mbar；
[0072]
ta，为测量的环境温度，℃；
[0073]
t
a.ref
,为环境温度的参考值，25℃；
[0074]
ts，为测量的扫气空气温度，℃；
[0075]
t
s.ref
，为扫气空气温度的参考值，℃；
[0076]
load，为柴油机运行工况百分比；
[0077]
load
2.3
表示load的2.3次方；
[0078]
a1，为环境压力参数项的补偿系数；
[0079]
a2，为环境温度参数项的补偿系数；
[0080]
a3，为扫气空气温度参数项的补偿系数；
[0081]
kc，为柴油机的压力比；
[0082]
ke，为压力比与排气阀关闭转换系数。
[0083]
进一步地，作为一优选实施例，柴油机运行工况百分比可以为：0％～110％全负荷区间的任一负荷点。
[0084]
进一步地，作为一具体应用实例，柴油机运行工况百分比可以为：50％或75％的负荷点。
[0085]
进一步地，作为一优选实施例，柴油机的气缸绝对压力比可以为：压缩压力/扫气压力。
[0086]
进一步地，作为一优选实施例，在标准正时图谱的基础上叠加排气阀关闭正时补偿量，得到补偿结果电信号，包括：
[0087]
将排气阀关闭正时补偿量叠加到排气阀关闭正时图谱，得到排气阀关闭正时补偿量叠加到排气阀关闭正时图谱匹配后的排气阀关闭正时，即为补偿结果，并将补偿结果以电信号进行传输，得到补偿结果电信号。
[0088]
在该实施例的s300中，作为一优选实施例，控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节，可以包括如下步骤：
[0089]
s301，基于补偿结果电信号，控制排气阀的关闭；
[0090]
s302，通过控制排气阀的关闭，改变缸内压缩压力，进而影响缸内爆发压力，完成对整体缸压的补偿调节。
[0091]
进一步地，作为一优选实施例，控制排气阀的关闭，可以包括如下内容：
[0092]
当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；
[0093]
当环境变化导致缸内空气量变多时，延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量。
[0094]
本发明上述实施例提供的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿方法，实现了柴油机对不同使用环境的适应性，能够通过柴油机的电控系统对排气阀关闭正时进行补偿调节，进而自动因应环境变化实现缸内压力的稳定。
[0095]
本发明上述实施例提供的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿方法，设计了一种特定的补偿量计算方法，基于环境参数对压缩压力的影响量，计算对应的排气阀关闭正时补偿量。在标准正时图谱基础上叠加以上排气阀关闭正时补偿量，用于控制排气阀的关闭，从而实现对气缸内压力的补偿调节。
[0096]
图2为本发明一实施例提供的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统的组成模块示意图。
[0097]
如图2所示，该实施例提供的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统，可以包括如下模块：
[0098]
环境数据获取模块，该模块持续实时获取环境参数；
[0099]
补偿量计算模块，该模块基于环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量，并在标准正时图谱的基础上叠加排气阀关闭正时补偿量，将结果以电信号传输给缸压补偿执行模块；
[0100]
缸压补偿执行模块，该模块基于获取的补偿结果的电信号控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。
[0101]
在该实施例中，作为一具体应用实例，环境数据获取模块，包括环境压力传感器、环境温度传感器和扫气空气温度传感器。
[0102]
需要说明的是，本发明提供的方法中的步骤，可以利用系统中对应的模块予以实现，本领域技术人员可以参照方法的技术方案实现系统的组成，即，方法中的实施例可理解为构建系统的优选例，在此不予赘述。
[0103]
本发明一实施例还提供了一种船用二冲程低速柴油机，可以包括柴油机本体以及上述任一项的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统；其中：
[0104]
环境数据获取模块布置于柴油机本体上，并与柴油机本体的电控系统信号连接；
[0105]
补偿量计算模块和缸压补偿执行模块分别内置于柴油机本体的电控系统控制单元(ecu)中；
[0106]
缸压补偿执行模块包括用于调节排气阀排气关闭正时的排气阀控制单元以及用于驱动排气阀关闭的排气阀机械/液压驱动单元。
[0107]
如图3所示，本发明上述实施例提供的船用二冲程低速柴油机，其工作过程为：
[0108]
在柴油机本体上布置环境压力传感器、环境温度传感器和扫气空气温度传感器，并信号接入柴油机本体的电控系统中。
[0109]
电控系统内置补偿量计算模块，该模块基于环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量evc offset。该补偿量计算方法将三个环境参数与参考调节的偏差进行evc offset补偿量计算。
[0110]
电控系统内置缸压补偿执行模块，该模块将排气阀关闭正时补偿量叠加到evc(排气阀关闭正时)图谱匹配后的排气阀关闭正时，用于vcu控制排气阀的关闭。
[0111]
排气阀关闭正时的这种offset补偿，最终可以补偿到缸内压缩压力，进而影响缸内爆发压力，实现对整体缸压的补偿。
[0112]
本发明上述实施例提供的船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统，通过持续实施测量环境压力、环境温度、扫气空气温度，电控系统按如下补偿算法和补偿系数进行evc补偿量的计算。经vcu对排气关闭正时进行调节，补偿环境变化对气缸内压力的影响。当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；反之，则延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量。
[0113]
本发明上述实施例提供的船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统，利用采集的环境参数经电控系统控制单元(ecu)进行补偿量计算后，通过排气阀控制单元(vcu)对排气关闭正时进行调节，补偿环境变化对气缸内压力的影响；当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；反之，则延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量；进而补偿环境变化对气缸内压力的影响。
[0114]
本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。
[0115]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

技术特征：
1.一种船用二冲程低速柴油机的缸压补偿方法，其特征在于，包括：持续实时获取环境参数；基于所述环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量；在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，得到补偿结果电信号；基于所述补偿结果电信号，控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。2.根据权利要求1所述的船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法，其特征在于，所述环境参数包括：环境压力、环境温度和扫气空气温度。3.根据权利要求1所述的船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法，其特征在于，所述补偿量计算方法，包括：将所述环境参数作为所述补偿量计算方法的外界变量，对所述排气阀关闭正时补偿量evc offset进行如下计算：evc offset＝f(p
a
，t
a
，t
s
)＝[(p
a-p
a.ref
)
×
a1+(t
a-t
a.ref
)
×
a2+(t
s-t
s.ref
)
×
a3]
×
k
c
×
k
e
；t
s.ref
＝25+12
×
load
2.3
；其中：p
a
，为测量的环境压力，mbar；p
a.ref
，为环境压力参考值，1000mbar；t
a
，为测量的环境温度，℃；t
a.ref
，为环境温度的参考值，25℃；t
s
，为测量的扫气空气温度，℃；t
s.ref
，为扫气空气温度的参考值，℃；load，为柴油机运行工况百分比；load
2.3
表示load的2.3次方；a1，为环境压力参数项的补偿系数；a2，为环境温度参数项的补偿系数；a3，为扫气空气温度参数项的补偿系数；k
c
，为柴油机的压力比；k
e
，为压力比与排气阀关闭转换系数。4.根据权利要求3所述的船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法，其特征在于，所述柴油机运行工况百分比为：0％～110％全负荷区间的任一负荷点；和/或所述柴油机的气缸绝对压力比为：压缩压力/扫气压力。5.根据权利要求4所述的船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法，其特征在于，所述所述柴油机运行工况百分比为：50％或75％的负荷点。6.根据权利要求1所述的船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法，其特征在于，所述在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，得到补偿结果电信号，包括：将所述排气阀关闭正时补偿量叠加到排气阀关闭正时图谱，得到所述排气阀关闭正时补偿量叠加到排气阀关闭正时图谱匹配后的排气阀关闭正时，即为补偿结果，并将所述补偿结果以电信号进行传输，得到补偿结果电信号；所述控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节，包括：
基于所述补偿结果电信号，控制排气阀的关闭；通过控制排气阀的关闭，改变缸内压缩压力，进而影响缸内爆发压力，完成对整体缸压的补偿调节。7.根据权利要求6所述的船用二冲程低速柴油机缸压补偿方法，其特征在于，所述控制排气阀的关闭，包括：当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；当环境变化导致缸内空气量变多时，延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量。8.一种船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统，其特征在于，包括：环境数据获取模块，该模块持续实时获取环境参数；补偿量计算模块，该模块基于所述环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量，并在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，将结果以电信号传输给缸压补偿执行模块；缸压补偿执行模块，该模块基于获取的补偿结果的电信号控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。9.根据权利要求8所述的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统，其特征在于，所述环境数据获取模块，包括环境压力传感器、环境温度传感器和扫气空气温度传感器。10.一种船用二冲程低速柴油机，其特征在于，包括柴油机本体以及权利要求8-9中任一项所述的船用二冲程低速柴油机的缸压补偿系统；其中：所述环境数据获取模块布置于所述柴油机本体上，并与所述柴油机本体的电控系统信号连接；所述补偿量计算模块和缸压补偿执行模块分别内置于所述柴油机本体的电控系统控制单元中；所述缸压补偿执行模块包括用于调节排气阀排气关闭正时的排气阀控制单元以及用于驱动排气阀关闭的排气阀机械/液压驱动单元。

技术总结
本发明提供了一种船用二冲程低速柴油机及其缸压补偿方法和系统，其中方法包括：持续实时获取环境参数；基于所述环境参数和设定的补偿系数，采用补偿量计算方法计算排气阀关闭正时补偿量；在标准正时图谱的基础上叠加所述排气阀关闭正时补偿量，控制排气阀的关闭，实现对柴油机气缸内压力的补偿调节。本发明利用采集的环境参数经电控系统控制单元进行补偿量计算后，通过排气阀控制单元对排气关闭正时进行调节，补偿环境变化对气缸内压力的影响；当环境变化导致缸内空气量变少时，提前排气阀关闭正时，提高缸内压力，增加缸内参与燃烧的空气量；反之，则延后排气阀关闭正时，降低缸内压力，减少缸内空气量；进而补偿环境变化对气缸内压力的影响。缸内压力的影响。缸内压力的影响。


技术研发人员：刘锋华 王煜
受保护的技术使用者：沪东重机有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2023/6/16