用於有缺陷的噴咀的控制方法
2023-07-06 07:08:06 1
用於有缺陷的噴咀的控制方法
【專利摘要】描述了一種用於關閉具有洩漏故障的液體噴射閥的控制方法，特別地針對發動機使用。閥串聯在流量保險器之後，當通過所述流量保險器的流體流量超過預定流量值時，所述流量保險器適於進入關閉狀態。在檢測閥的洩漏故障的步驟之後，是控制閥噴射超過預定流量值的流體流量的步驟，從而觸發流量保險器以切斷閥的流體供應。該預定流量值可以是表示包括按體積或質量測量到的累積流體量的流量的特徵的值。當閥是內燃機的燃料噴咀時，檢測步驟評估發動機的至少一個操作狀態參數。
【專利說明】用於有缺陷的噴咀的控制方法
[0001]說明書
[0002]本發明涉及一種用於流體噴射閥的控制方法。例如，流體噴射閥通常用於內燃機，其中這些閥用於噴射燃料、滑潤劑、水、或者可以是液體或氣體的其它流體。
[0003]術語噴射閥應當包括適於控制流體噴射或者濺射出噴射閥的所有類型的閥。噴射的流體可以是氣體或者液體，並且特別地是燃料、諸如油這樣的滑潤劑、水乳液或溶液、或者水。在噴射器(6知(^沉)閥用於將燃料或其它液體或者甚至氣體噴射到內燃機的汽缸中的特定情況下，噴射器稱為噴阻(146(31:010。
[0004]根據本發明的控制所涉及的噴射閥是連接到如下管線的閥，在該管線中待噴射的流體以加壓狀態存在。這種情況的典型示例是具有共軌系統的發動機的燃料噴咀。當然，噴射器閥可以是如下的噴射器閥，該噴射器閥用於將滑潤劑濺射到滑動表面上，或者用於將添加劑(如含溶液的尿素)或水濺射到發動機周圍的汽缸和/或管路(進氣和/或排氣管路)中。
[0005]鑑於高壓下的流體的危險性，尤其是在高壓下的流體對環境有危險時，流量保險器內置到管路或者管線中，各個噴射閥通過該流量保險器連接到加壓流體的源。流量保險器被設計成，當超過設計流量值的流量值的流體流過流量保險器時，觸發流量保險器，並且切斷供應到各個噴射閥的流體。在管路破裂的情況下，實際質量流量和/或流速可以形成觸發流量保險器的標準。但是不僅實際質量流量或者流速可以是限定該決定性流量值的參數；而且流體流量的其它特徵(例如、壓力損失、溫度改變等)可以用作表示流量值的參數。流量保險器亦稱流量限制閥。
[0006]而且，流量保險器可以例如被設計為流量保險器具有流體儲器，使得流量保險器允許峰值噴射量達有限時間段(其後是噴射閥的關閉時段)，使得在超過平均流量或絕對流量(其可以針對包括峰值噴射的時段和用於儲器再填充的關閉時段而計算出)時，觸發流量保險器。這種流量保險器可以對噴射閥保持完全打開的故障適當地做出反應。
[0007]當然，流量保險器必須被設計為使得流量保險器總是允許在使用噴射閥的機器的任何允許的操作狀態下將從各個噴射器閥噴射出的最大噴射流量/平均流量。因此，為安全起見，觸發保險器的容差應當針對允許噴射閥噴射流體來設定。
[0008]因為流量保險器是在有困難的環境中操作的機械系統，所以這些結構的所要求的堅固性(強彈簧固體部分、大流量、高壓)通常減少流量保險器針對觸發參數的靈敏度，這使其必需允許甚至更大容差，以避免無意的觸發。
[0009]鑑於上述內容，存在如下的可能性，即，流量保險器不檢測來自噴射閥的小洩漏(其可能持久地或者間歇性發生)，即不會觸發流量保險器。
[0010]針對上述意義的小洩漏，存在如下的可能性，即提供具有另外的切斷閥的管路，以便中斷或者切斷到噴射閥的流體供應，其中如果存在小洩漏，可以通過手動操作或者通過電驅動關閉所述另外的切斷閥。然而，提供另外的切斷閥是昂貴的，並且由於必須將切斷閥集成到管路中，導致管路中的密封部分的數目增加。
[0011]因此，本發明目的是，提出一種用於關閉具有洩漏故障的流體噴射閥的方法。
[0012]該目的使用根據權利要求1的方法來實現；在從屬權利要求中描述了有利的修改。
[0013]根據本發明，用於關閉具有洩漏故障的流體噴射閥的控制方法用在如下的布置中，在該布置中，閥串聯在流量保險器之後，所述流量保險器被設置為當通過所述流量保險器的流體流量超過預定流量值時進入關閉狀態。所述方法包括以下步驟:檢測所述閥的洩漏故障；以及控制所述閥噴射超過所述預定流量值的流體流量，從而觸發所述流量保險器以進入所述關閉狀態，並切斷所述閥的流體供應。
[0014]術語流量值被理解為表達涉及流體流量的一個或更多個參數的值。通過設置預定流量值(閾值)，該預定流量值可以被設定為表示如下各項的值:流速、體積流率、質量流率、在預定時段內的總流體體積、在預定時段內的總流體質量、或通過體積或質量測量出的累積流體量，或者其可以涉及這些參數的組合。
[0015]如上面已經說明的，本發明的方法使用檢測洩漏故障的檢測步驟，該檢測步驟與檢測通過流量保險器觸發流量值的步驟分開。
[0016]優選地，當流體噴射閥是適於將燃料在壓力下噴注到內燃機的汽缸中的燃料噴咀時，可以基於發動機的至少一個操作狀態參數的異常來檢測噴咀的洩漏故障。優選地，操作狀態參數是如下各項中的至少一個:廢氣溫度、汽缸壓力、燃料消耗、曲軸轉速和曲軸扭矩。此外，可以監測並評估這些參數的組合，用於檢測洩漏故障。
[0017]優選地，為了觸發流量保險器，在操作參數由發動機控制單元(2⑶)監測時，並且在發動機控制單元致使噴咀在發動機衝程期間噴注超過滿載燃料噴注量的量的燃料時，所述滿載燃料噴注量與當發動機以滿載操作時在發動機衝程中由噴阻噴注的噴注燃料量對應。因此，在這種情況下，當發動機以最大負載運行時，噴注燃料量被設定為使得噴注燃料量比將要噴注到汽缸中的燃料量要高。以此方式，超過流量保險器的設計觸發值，並且觸發保險器。
[0018]優選地，噴注燃料量是滿載燃料噴注量的至少101%，優選地至少120%，並且最優選地在包括130%到170%的範圍內。優選地，噴注燃料量被設定為使得相關流量值(基於流量的一個或更多個參數)大於預定流量值。
[0019]如上所述，根據本發明的控制方法還可以應用於除了內燃機之外的各種類型的機器，或者它可以應用於內燃機和其它類型的機器中的除了燃料噴注之外的各種類型的流體噴射裝置。
[0020]優選地，流體噴射閥是如下的噴射器，該噴射器用於向內燃機中的接觸表面噴射滑潤劑，特別地向活塞/汽缸接觸表面(汽缸內層)噴射滑潤劑，並且基於發動機的至少一個操作狀態參數的異常來檢測洩漏故障。
[0021]優選地，操作狀態參數是如下各項中的至少一個:滑潤劑供應壓力、滑潤劑消耗、廢氣溫度和汽缸壓力。
[0022]此外，優選地並類似地，流體噴射閥可以是如下的噴射器，該噴射器用於將水或者其它水溶液(如含溶液的尿素)噴射到汽缸、進氣管路或排氣管路中，其中可以基於發動機或有關系統的操作狀態參數(例如，廢氣組分、溫度等)來檢測洩漏故障。優選地，流體噴射閥是將水噴注到發動機的汽缸中的閥。這種水噴射器具有形成水垢的危險，使得如果水噴射器保持打開則可能需要關斷。
[0023]優選地，當發動機設置有燃料流量保險器並且流體噴射閥是燃料噴咀，並且發動機還設置有滑潤劑流量保險器並且流體噴射閥是滑潤劑噴射器時，檢測流體噴射閥的洩漏故障包括根據流體噴射閥類型的對具有異常的操作參數的區分。優選地，用於該區分的操作參數包括燃料消耗和滑潤劑壓力。
[0024]優選地，當流量保險器布置在多個流體噴射閥的上遊時，所述多個流體噴射閥同時操作，以噴射超過流量保險器的預定流量值的流體流量，從而觸發流量保險器進入關閉狀態，並切斷所述多個液體噴射閥的液體供應。
[0025]在如上所述的本發明的優選應用中，該發動機是直噴發動機，並且發動機的燃料供應系統包括其中以加壓狀態儲存燃料的共軌，並且流量保險器布置在共軌和一個燃料噴咀或多個燃料噴咀之間的燃料管路中。該發動機可以包括多個汽缸，並且針對每個汽缸的所述噴咀或所述多個噴咀，在每個燃料供應管路中設置流量保險器。
[0026]在優選的形式中，該控制方法還包括:在檢測到故障的情況下，顯示光學告警和丨或聲學告警的步驟；和/或在檢測到故障時，觸發流量保險器進入關閉狀態的步驟。優選地，在不停止發動機的情況下執行該控制方法。
[0027]進一步優選地，該控制方法可以應用到如下的液壓系統，在該液壓系統中，在活塞/汽缸布置中(例如，在如下壓力放大器中，該壓力放大器用於放大燃料噴注壓力，以便從燃料噴咀噴注)使用液壓油。在這種情形下，可以在壓力放大器之前使用流量保險器，並且通過控制燃料噴咀以噴注超過預定流量值的燃料流量，而引起觸發液壓迴路的流量保險器的液壓油的流量。
[0028]優選地，例如，即使噴咀或噴射器有問題，在本發明的、船舶發動機中的應用也允許發動機連續操作。在噴咀持久洩漏的情況下，燃料被持久地噴注到汽缸中，導致燃料富集，這可能導致在廢氣、廢氣渦輪增壓器中發生爆炸，或發動機的嚴重缺陷。另一方面，停止和重啟動這種大型發動機是麻煩並耗時的。尤其是，如果船舶正在惡劣天氣條件下航行，那麼停止和重啟動發動機的時間可能不夠，或可能危及船舶的安全航行。在這種情形下，發動機使用減少數量的汽缸來連續操作是安全的選擇。這是本發明的一個有益方面，並且通過其獲得進一步的優點，如從下面對本發明的應用示例的描述中會變得清楚的。
[0029]圖1示出用於6汽缸發動機的燃料噴注系統的示意圖，其具有共軌和與每個單獨噴咀關聯的流量保險器。
[0030]圖1示出了兩衝程發動機10的燃料供應系統的布置，其具有共軌1，燃料在升高的壓力下儲存在共軌1中。在圖1中，僅詳細地示出共軌1到發動機10的一個汽缸5的噴咀31、32的連接，共軌1到其它汽缸的另外連接由#2、#3、#4、#5和#6來指示，並且應當具有相同的結構。藉助於燃料泵7，燃料被供給到共軌1，燃料泵7可以由發動機10驅動。燃料儲存在儲槽I中。止回閥71防止燃料從共軌1回流到泵7。包括卸壓閥8的壓力控制裝置被設計成與發動機控制單元100協同操作，以將共軌1中的燃料壓力維持在要求的水平上。100控制泵7和/或壓力控制閥8，以便在高壓下供應足夠的燃料，但是防止燃料的過量加壓，以節省能量。另選地，可以使用機械卸壓閥來代替主動壓力控制閥8，以便進行壓力控制。經由用於傳輸信號和/或電驅動電力的電線103，泵7和壓力控制閥8的控制被連接到^⑶100。
[0031]燃料噴咀31、32分別通過管路21、22連接到共軌1。在管路21中，布置有流量保險器41，在該流量保險器41被觸發之後，流量保險器41中斷經由管路21到燃料噴咀31的燃料供應。燃料供應保持中斷，直到流量保險器被手動重置(例如，在已經解決了噴咀問題之後)為止。類似地，在管路22中，布置有流量保險器42，在該流量保險器42被觸發之後，流量保險器42中斷經由管路22到燃料噴咀32的燃料供應。此外在這裡，燃料供應保持中斷，直到流量保險器被手動重置(例如，在已經解決了噴咀問題之後)為止。
[0032]圖1以示意圖類型進一步示出發動機10的汽缸5和活塞6。而且，示出了將噴咀31和32分別連接到100的控制線101、102。通過這些控制線的方式，100控制噴咀打開或者關閉，以便以要求的量和在要求的定時將燃料噴注到汽缸5中。對100和噴咀31、32進行調諧，使得100可以將打開信號發送到各個噴咀31、32，並且只要接收到打開信號，各個噴咀31、32就保持打開。當打開信號是0打時，噴咀自己關閉，使得各個噴咀31、32關閉並且中斷燃料噴注到汽缸5中。
[0033]流量保險器41、42被設計成當通過流量保險器的燃料的流量的流量值超過預定流量值時被觸發。預定流量值可以是與流體流量的參數關聯的值。例如，流量值可以是經過流量保險器的壓力損失，是作用於流量保險器的觸發表面上的流量的動態壓力，或者甚至是在通過流量保險器的流路中的靜態壓力和/或動態壓力的差。當然，可以選擇流體流量的其它參數來設置流量值和有關閾值。
[0034]為了說明的目的，下文中，在預定時段內通過流量保險器的累積流量將用作流量值，針對其它流量值的說明變通地適用。
[0035]在發動機10的操作期間，假設噴咀31、32中的一個具有洩漏故障。洩漏故障是噴咀沒有完全地關閉，即噴咀並未關緊的情況。這可能有各種原因，包括燃料中的碎肩、緊固表面的磨損、表面中的裂紋等。在這種情形下，當假設其關閉時，故障噴咀31、32會持久地將少量燃料噴注到汽缸5中，同時驅動噴咀31、32噴注燃料可以正常工作，即當噴咀31、32被控制為打開時，噴咀31、32噴注要求的燃料量。
[0036]因為用於觸發流量保險器的預定流量值是基於每單位時間的平均流體量，所以可能存在通過故障噴咀的流量太小不足以觸發流量保險器的情況。
[0037]2⑶100連接到各個傳感器(未示出)，這些傳感器能夠測量/檢測發動機10和其外圍裝置(子系統)的操作參數。從故障噴咀持久地噴注到汽缸5的過量的燃料致使所監測的操作參數的改變，並且根據該改變可以推斷出在一個噴咀31、32中存在故障。
[0038]監視器的參數可以包括:廢氣溫度、汽缸壓力、燃料消耗、曲軸轉速和曲軸扭矩。燃料泵8的功耗或者排出流量(接通/關斷時段)還可以與其它參數組合地用作用於洩漏故障的指示器。
[0039]一旦檢測到汽缸具有故障，2⑶100就設置告警信號，該告警信號給出聲學和丨或視覺的告警。另外，告警可以經由與負責人員的通信而發送出去，通知有關故障的信息。然後，作出決定來關斷噴咀31、32中的至少一個。該決定可以由人來找到，或者通過執行已⑶中的程序來自動找到。如果兩個噴咀31、32中的故障噴咀被關斷，則汽缸仍可以通過正常操作的單個噴咀以低性能來操作。進一步，如果兩個噴咀31、32都被關斷，則發動機10的個別汽缸5被關斷，但是發動機10通過操作剩餘的汽缸(未示出)而保持運行。
[0040]當識別出要關斷噴咀31、32，並且產生用於關斷噴咀的信號(由人手動地產生，或通過發動機控制單元2⑶自動地產生)時，100向噴咀31、32輸出打開控制信號，該信號優選地比當發動機10正常地並以最大負載操作時100輸出的打開控制信號要明顯地長。由於該來自100的長打開信號，噴咀31、32將如此多的燃料釋放到汽缸5中，使得該燃料流量的流量值超過流量保險器的預定流量值。因此，流量保險器41、42被觸發，並且中斷到有關噴咀31、32的燃料供應。雖然使過量燃料噴注到汽缸中，但是發現發動機的單個衝程中的該過量噴注在發動機操作中並未導致任何問題。以此方式，停止流到發動機中的危險的持久洩漏。流量保險器可以被設計為使得在已經解決噴咀的問題之後流量保險器需要手動重置。流量保險器還可以被設計為使得，當在發動機停止並進行了需要的維修之後燃料管路中的壓力緩解時，流量保險器被自動地重置。
[0041]在圖1中，已經描述了發動機的布置，改發動機布置設置具有其自已的流量保險器的各個噴咀。一個汽缸的兩個或更多個噴咀連接到公共的流量保險器是可行的。為了觸發這種流量保險器，流量值應該設定為比以發動機的最大負載操作的一個汽缸的所有噴咀的總燃料流量的流量值大。
[0042]如果每個噴咀設置有其自已的流量保險器，那麼可以將關斷過程設定為:使得在活塞的衝程中僅一個噴咀被控制噴注過量的燃料量。以此方式，避免了由於汽缸中的極其富足的混合物的燃燒而引起的汽缸的過載。
[0043]在上文中，已經描述涉及將燃料噴注到發動機汽缸中的燃料噴咀的示例。當噴咀由如下的噴射閥來替代時，可以採用相同的布置:將滑潤劑噴射在發動機或不同於發動機的機器中的滑動表面上的噴射閥；或者將水或添加劑或者其混合物噴射到發動機的或其它應用的汽缸、進氣部分、排氣部分、或其它部分中的噴射閥。在這些適應例中，由任何加壓流體累積器來替代共軌，並且當然，針對預期或允許最大流量來設計一個流量保險器或多個流量保險器。針對(一個/多個)噴射閥的控制操作類似於以上描述，即，通過控制噴射閥噴射過量的流量來致使流量保險器啟動(廿如)或被觸發。
[0044]在上述示例中，流量保險器被示出並描述為單獨元件，流量保險器可以被集成到噴咀中。
【權利要求】
1.一種用於關閉具有洩漏故障的流體噴射閥的控制方法，該控制方法特別地針對發動機使用，其中所述閥串聯在流量保險器之後，所述流量保險器被設置為當通過所述流量保險器的流體流量超過預定流量值時進入關閉狀態，所述方法包括以下步驟:檢測所述閥的洩漏故障；以及控制所述閥噴射超過所述預定流量值的流體流量，從而觸發所述流量保險器以進入所述關閉狀態，並切斷所述閥的流體供應。
2.根據權利要求1所述的控制方法，其中，所述預定流量值是表示如下各項的值:流速、體積流率、質量流率、在預定時段內的總流體體積、在預定時段內的總流體質量、或通過體積或質量測量到的累積流體量。
3.根據權利要求1和/或2所述的控制方法，其中，所述流體噴射閥是適於將燃料在壓力下噴注到內燃機的汽缸中的燃料噴咀，並且基於所述發動機的至少一個操作狀態參數的異常來檢測所述噴咀的洩漏故障。
4.根據權利要求3所述的控制方法，其中，所述操作狀態參數是如下各項中的至少一個:廢氣溫度、汽缸壓力、燃料消耗、曲軸轉速和曲軸扭矩。
5.根據權利要求3和/或4所述的控制方法，其中，所述操作參數由發動機控制單元ECU監測，並且其中，所述發動機控制單元致使所述噴咀在發動機衝程期間噴注超過滿載燃料噴注量的燃料，所述滿載燃料噴注量與當所述發動機以滿載操作時在發動機衝程中由所述噴阻噴注的噴注燃料量對應。
6.根據權利要求5所述的控制方法，其中，所述噴注燃料量是所述滿載燃料噴注量的至少101%，優選地至少120%，並且最優選地在包括130%到170%的範圍內。
7.根據權利要求1和/或2所述的控制方法，其中，所述流體噴射閥是如下的噴射器，該噴射器用於向內燃機中的接觸表面噴射滑潤劑，特別地向活塞/汽缸接觸表面噴射滑潤劑，並且其中基於所述發動機的至少一個操作狀態參數的異常來檢測所述洩漏故障。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其中，所述操作狀態參數是如下各項中的至少一個:滑潤劑供應壓力、滑潤劑消耗、廢氣溫度和汽缸壓力。
9.根據權利要求1至8中的任何一項所述的控制方法，其中，所述發動機設置有燃料流量保險器，並且所述流體噴射閥是燃料噴咀，並且其中，所述發動機還設置有滑潤劑流量保險器，並且其中所述流體噴射閥是滑潤劑噴射器，並且其中，對流體噴射閥的洩漏故障的檢測包括根據流體噴射閥類型對具有異常的操作參數的區分。
10.根據權利要求9所述的控制方法，其中，用於所述區分的操作參數包括燃料消耗和滑潤劑壓力。
11.根據前述權利要求1至10中的任何一項所述的控制方法，其中，所述流量保險器布置在多個流體噴射閥的上遊，並且其中所述多個流體噴射閥同時操作，以噴射超過流量保險器的預定流量值的流體流量，從而觸發所述流量保險器進入所述關閉狀態，並切斷所述多個流體噴射閥的流體供應。
12.根據前述權利要求中的任何一項所述的控制方法，其中，所述發動機是直噴發動機，並且所述發動機的燃料供應系統包括其中以加壓狀態儲存燃料的共軌，並且其中所述流量保險器布置在所述共軌和所述燃料噴咀或所述多個燃料噴咀之間的燃料管路中。
13.根據權利要求12所述的控制方法，所述發動機包括多個汽缸，並且針對每個汽缸的所述噴咀或所述多個噴咀，在每個燃料供應管路中設置流量保險器。
14.根據前述權利要求中的任何一項所述的控制方法，其中，所述控制方法還包括以下步驟:在檢測到故障的情況下，顯示光學告警和/或聲學告警；和/或在檢測到故障時，觸發所述流量保險器進入所述關閉狀態。
15.根據前述權利要求中的任何一項所述的控制方法，其中，在不停止所述發動機的情況下執行所述控制方法。
16.根據權利要求3所述的控制方法，其中，所述發動機具有液壓系統，該液壓系統包括由所述液壓系統驅動的用於增加燃料噴注的燃料壓力的液壓放大器，其中，流量保險器設置在所述液壓系統中與壓力放大器連接，並且其中，通過從所述燃料噴咀噴注過量的流量，所述流量保險器被觸發以中斷到所述壓力放大器的液壓流體的供應。
【文檔編號】F02D41/38GK104471226SQ201280074607
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2012年7月12日 優先權日:2012年7月12日
【發明者】A·豪斯勒, M·恩斯特 申請人:瓦錫蘭瑞士有限公司