用于有缺陷的喷咀的控制方法
【专利摘要】描述了一种用于关闭具有泄漏故障的液体喷射阀的控制方法，特别地针对发动机使用。阀串联在流量保险器之后，当通过所述流量保险器的流体流量超过预定流量值时，所述流量保险器适于进入关闭状态。在检测阀的泄漏故障的步骤之后，是控制阀喷射超过预定流量值的流体流量的步骤，从而触发流量保险器以切断阀的流体供应。该预定流量值可以是表示包括按体积或质量测量到的累积流体量的流量的特征的值。当阀是内燃机的燃料喷咀时，检测步骤评估发动机的至少一个操作状态参数。
【专利说明】用于有缺陷的喷咀的控制方法
[0001]说明书
[0002]本发明涉及一种用于流体喷射阀的控制方法。例如，流体喷射阀通常用于内燃机，其中这些阀用于喷射燃料、滑润剂、水、或者可以是液体或气体的其它流体。
[0003]术语喷射阀应当包括适于控制流体喷射或者溅射出喷射阀的所有类型的阀。喷射的流体可以是气体或者液体，并且特别地是燃料、诸如油这样的滑润剂、水乳液或溶液、或者水。在喷射器(6知(^沉)阀用于将燃料或其它液体或者甚至气体喷射到内燃机的汽缸中的特定情况下，喷射器称为喷阻(146(31:010。
[0004]根据本发明的控制所涉及的喷射阀是连接到如下管线的阀，在该管线中待喷射的流体以加压状态存在。这种情况的典型示例是具有共轨系统的发动机的燃料喷咀。当然，喷射器阀可以是如下的喷射器阀，该喷射器阀用于将滑润剂溅射到滑动表面上，或者用于将添加剂(如含溶液的尿素)或水溅射到发动机周围的汽缸和/或管路(进气和/或排气管路)中。
[0005]鉴于高压下的流体的危险性，尤其是在高压下的流体对环境有危险时，流量保险器内置到管路或者管线中，各个喷射阀通过该流量保险器连接到加压流体的源。流量保险器被设计成，当超过设计流量值的流量值的流体流过流量保险器时，触发流量保险器，并且切断供应到各个喷射阀的流体。在管路破裂的情况下，实际质量流量和/或流速可以形成触发流量保险器的标准。但是不仅实际质量流量或者流速可以是限定该决定性流量值的参数；而且流体流量的其它特征(例如、压力损失、温度改变等)可以用作表示流量值的参数。流量保险器亦称流量限制阀。
[0006]而且，流量保险器可以例如被设计为流量保险器具有流体储器，使得流量保险器允许峰值喷射量达有限时间段(其后是喷射阀的关闭时段)，使得在超过平均流量或绝对流量(其可以针对包括峰值喷射的时段和用于储器再填充的关闭时段而计算出)时，触发流量保险器。这种流量保险器可以对喷射阀保持完全打开的故障适当地做出反应。
[0007]当然，流量保险器必须被设计为使得流量保险器总是允许在使用喷射阀的机器的任何允许的操作状态下将从各个喷射器阀喷射出的最大喷射流量/平均流量。因此，为安全起见，触发保险器的容差应当针对允许喷射阀喷射流体来设定。
[0008]因为流量保险器是在有困难的环境中操作的机械系统，所以这些结构的所要求的坚固性(强弹簧固体部分、大流量、高压)通常减少流量保险器针对触发参数的灵敏度，这使其必需允许甚至更大容差，以避免无意的触发。
[0009]鉴于上述内容，存在如下的可能性，即，流量保险器不检测来自喷射阀的小泄漏(其可能持久地或者间歇性发生)，即不会触发流量保险器。
[0010]针对上述意义的小泄漏，存在如下的可能性，即提供具有另外的切断阀的管路，以便中断或者切断到喷射阀的流体供应，其中如果存在小泄漏，可以通过手动操作或者通过电驱动关闭所述另外的切断阀。然而，提供另外的切断阀是昂贵的，并且由于必须将切断阀集成到管路中，导致管路中的密封部分的数目增加。
[0011]因此，本发明目的是，提出一种用于关闭具有泄漏故障的流体喷射阀的方法。
[0012]该目的使用根据权利要求1的方法来实现；在从属权利要求中描述了有利的修改。
[0013]根据本发明，用于关闭具有泄漏故障的流体喷射阀的控制方法用在如下的布置中，在该布置中，阀串联在流量保险器之后，所述流量保险器被设置为当通过所述流量保险器的流体流量超过预定流量值时进入关闭状态。所述方法包括以下步骤:检测所述阀的泄漏故障；以及控制所述阀喷射超过所述预定流量值的流体流量，从而触发所述流量保险器以进入所述关闭状态，并切断所述阀的流体供应。
[0014]术语流量值被理解为表达涉及流体流量的一个或更多个参数的值。通过设置预定流量值(阈值)，该预定流量值可以被设定为表示如下各项的值:流速、体积流率、质量流率、在预定时段内的总流体体积、在预定时段内的总流体质量、或通过体积或质量测量出的累积流体量，或者其可以涉及这些参数的组合。
[0015]如上面已经说明的，本发明的方法使用检测泄漏故障的检测步骤，该检测步骤与检测通过流量保险器触发流量值的步骤分开。
[0016]优选地，当流体喷射阀是适于将燃料在压力下喷注到内燃机的汽缸中的燃料喷咀时，可以基于发动机的至少一个操作状态参数的异常来检测喷咀的泄漏故障。优选地，操作状态参数是如下各项中的至少一个:废气温度、汽缸压力、燃料消耗、曲轴转速和曲轴扭矩。此外，可以监测并评估这些参数的组合，用于检测泄漏故障。
[0017]优选地，为了触发流量保险器，在操作参数由发动机控制单元(2⑶)监测时，并且在发动机控制单元致使喷咀在发动机冲程期间喷注超过满载燃料喷注量的量的燃料时，所述满载燃料喷注量与当发动机以满载操作时在发动机冲程中由喷阻喷注的喷注燃料量对应。因此，在这种情况下，当发动机以最大负载运行时，喷注燃料量被设定为使得喷注燃料量比将要喷注到汽缸中的燃料量要高。以此方式，超过流量保险器的设计触发值，并且触发保险器。
[0018]优选地，喷注燃料量是满载燃料喷注量的至少101%，优选地至少120%，并且最优选地在包括130%到170%的范围内。优选地，喷注燃料量被设定为使得相关流量值(基于流量的一个或更多个参数)大于预定流量值。
[0019]如上所述，根据本发明的控制方法还可以应用于除了内燃机之外的各种类型的机器，或者它可以应用于内燃机和其它类型的机器中的除了燃料喷注之外的各种类型的流体喷射装置。
[0020]优选地，流体喷射阀是如下的喷射器，该喷射器用于向内燃机中的接触表面喷射滑润剂，特别地向活塞/汽缸接触表面(汽缸内层)喷射滑润剂，并且基于发动机的至少一个操作状态参数的异常来检测泄漏故障。
[0021]优选地，操作状态参数是如下各项中的至少一个:滑润剂供应压力、滑润剂消耗、废气温度和汽缸压力。
[0022]此外，优选地并类似地，流体喷射阀可以是如下的喷射器，该喷射器用于将水或者其它水溶液(如含溶液的尿素)喷射到汽缸、进气管路或排气管路中，其中可以基于发动机或有关系统的操作状态参数(例如，废气组分、温度等)来检测泄漏故障。优选地，流体喷射阀是将水喷注到发动机的汽缸中的阀。这种水喷射器具有形成水垢的危险，使得如果水喷射器保持打开则可能需要关断。
[0023]优选地，当发动机设置有燃料流量保险器并且流体喷射阀是燃料喷咀，并且发动机还设置有滑润剂流量保险器并且流体喷射阀是滑润剂喷射器时，检测流体喷射阀的泄漏故障包括根据流体喷射阀类型的对具有异常的操作参数的区分。优选地，用于该区分的操作参数包括燃料消耗和滑润剂压力。
[0024]优选地，当流量保险器布置在多个流体喷射阀的上游时，所述多个流体喷射阀同时操作，以喷射超过流量保险器的预定流量值的流体流量，从而触发流量保险器进入关闭状态，并切断所述多个液体喷射阀的液体供应。
[0025]在如上所述的本发明的优选应用中，该发动机是直喷发动机，并且发动机的燃料供应系统包括其中以加压状态储存燃料的共轨，并且流量保险器布置在共轨和一个燃料喷咀或多个燃料喷咀之间的燃料管路中。该发动机可以包括多个汽缸，并且针对每个汽缸的所述喷咀或所述多个喷咀，在每个燃料供应管路中设置流量保险器。
[0026]在优选的形式中，该控制方法还包括:在检测到故障的情况下，显示光学告警和丨或声学告警的步骤；和/或在检测到故障时，触发流量保险器进入关闭状态的步骤。优选地，在不停止发动机的情况下执行该控制方法。
[0027]进一步优选地，该控制方法可以应用到如下的液压系统，在该液压系统中，在活塞/汽缸布置中(例如，在如下压力放大器中，该压力放大器用于放大燃料喷注压力，以便从燃料喷咀喷注)使用液压油。在这种情形下，可以在压力放大器之前使用流量保险器，并且通过控制燃料喷咀以喷注超过预定流量值的燃料流量，而引起触发液压回路的流量保险器的液压油的流量。
[0028]优选地，例如，即使喷咀或喷射器有问题，在本发明的、船舶发动机中的应用也允许发动机连续操作。在喷咀持久泄漏的情况下，燃料被持久地喷注到汽缸中，导致燃料富集，这可能导致在废气、废气涡轮增压器中发生爆炸，或发动机的严重缺陷。另一方面，停止和重启动这种大型发动机是麻烦并耗时的。尤其是，如果船舶正在恶劣天气条件下航行，那么停止和重启动发动机的时间可能不够，或可能危及船舶的安全航行。在这种情形下，发动机使用减少数量的汽缸来连续操作是安全的选择。这是本发明的一个有益方面，并且通过其获得进一步的优点，如从下面对本发明的应用示例的描述中会变得清楚的。
[0029]图1示出用于6汽缸发动机的燃料喷注系统的示意图，其具有共轨和与每个单独喷咀关联的流量保险器。
[0030]图1示出了两冲程发动机10的燃料供应系统的布置，其具有共轨1，燃料在升高的压力下储存在共轨1中。在图1中，仅详细地示出共轨1到发动机10的一个汽缸5的喷咀31、32的连接，共轨1到其它汽缸的另外连接由#2、#3、#4、#5和#6来指示，并且应当具有相同的结构。借助于燃料泵7，燃料被供给到共轨1，燃料泵7可以由发动机10驱动。燃料储存在储槽I中。止回阀71防止燃料从共轨1回流到泵7。包括卸压阀8的压力控制装置被设计成与发动机控制单元100协同操作，以将共轨1中的燃料压力维持在要求的水平上。100控制泵7和/或压力控制阀8，以便在高压下供应足够的燃料，但是防止燃料的过量加压，以节省能量。另选地，可以使用机械卸压阀来代替主动压力控制阀8，以便进行压力控制。经由用于传输信号和/或电驱动电力的电线103，泵7和压力控制阀8的控制被连接到^⑶100。
[0031]燃料喷咀31、32分别通过管路21、22连接到共轨1。在管路21中，布置有流量保险器41，在该流量保险器41被触发之后，流量保险器41中断经由管路21到燃料喷咀31的燃料供应。燃料供应保持中断，直到流量保险器被手动重置(例如，在已经解决了喷咀问题之后)为止。类似地，在管路22中，布置有流量保险器42，在该流量保险器42被触发之后，流量保险器42中断经由管路22到燃料喷咀32的燃料供应。此外在这里，燃料供应保持中断，直到流量保险器被手动重置(例如，在已经解决了喷咀问题之后)为止。
[0032]图1以示意图类型进一步示出发动机10的汽缸5和活塞6。而且，示出了将喷咀31和32分别连接到100的控制线101、102。通过这些控制线的方式，100控制喷咀打开或者关闭，以便以要求的量和在要求的定时将燃料喷注到汽缸5中。对100和喷咀31、32进行调谐，使得100可以将打开信号发送到各个喷咀31、32，并且只要接收到打开信号，各个喷咀31、32就保持打开。当打开信号是0打时，喷咀自己关闭，使得各个喷咀31、32关闭并且中断燃料喷注到汽缸5中。
[0033]流量保险器41、42被设计成当通过流量保险器的燃料的流量的流量值超过预定流量值时被触发。预定流量值可以是与流体流量的参数关联的值。例如，流量值可以是经过流量保险器的压力损失，是作用于流量保险器的触发表面上的流量的动态压力，或者甚至是在通过流量保险器的流路中的静态压力和/或动态压力的差。当然，可以选择流体流量的其它参数来设置流量值和有关阈值。
[0034]为了说明的目的，下文中，在预定时段内通过流量保险器的累积流量将用作流量值，针对其它流量值的说明变通地适用。
[0035]在发动机10的操作期间，假设喷咀31、32中的一个具有泄漏故障。泄漏故障是喷咀没有完全地关闭，即喷咀并未关紧的情况。这可能有各种原因，包括燃料中的碎肩、紧固表面的磨损、表面中的裂纹等。在这种情形下，当假设其关闭时，故障喷咀31、32会持久地将少量燃料喷注到汽缸5中，同时驱动喷咀31、32喷注燃料可以正常工作，即当喷咀31、32被控制为打开时，喷咀31、32喷注要求的燃料量。
[0036]因为用于触发流量保险器的预定流量值是基于每单位时间的平均流体量，所以可能存在通过故障喷咀的流量太小不足以触发流量保险器的情况。
[0037]2⑶100连接到各个传感器(未示出)，这些传感器能够测量/检测发动机10和其外围装置(子系统)的操作参数。从故障喷咀持久地喷注到汽缸5的过量的燃料致使所监测的操作参数的改变，并且根据该改变可以推断出在一个喷咀31、32中存在故障。
[0038]监视器的参数可以包括:废气温度、汽缸压力、燃料消耗、曲轴转速和曲轴扭矩。燃料泵8的功耗或者排出流量(接通/关断时段)还可以与其它参数组合地用作用于泄漏故障的指示器。
[0039]一旦检测到汽缸具有故障，2⑶100就设置告警信号，该告警信号给出声学和丨或视觉的告警。另外，告警可以经由与负责人员的通信而发送出去，通知有关故障的信息。然后，作出决定来关断喷咀31、32中的至少一个。该决定可以由人来找到，或者通过执行已⑶中的程序来自动找到。如果两个喷咀31、32中的故障喷咀被关断，则汽缸仍可以通过正常操作的单个喷咀以低性能来操作。进一步，如果两个喷咀31、32都被关断，则发动机10的个别汽缸5被关断，但是发动机10通过操作剩余的汽缸(未示出)而保持运行。
[0040]当识别出要关断喷咀31、32，并且产生用于关断喷咀的信号(由人手动地产生，或通过发动机控制单元2⑶自动地产生)时，100向喷咀31、32输出打开控制信号，该信号优选地比当发动机10正常地并以最大负载操作时100输出的打开控制信号要明显地长。由于该来自100的长打开信号，喷咀31、32将如此多的燃料释放到汽缸5中，使得该燃料流量的流量值超过流量保险器的预定流量值。因此，流量保险器41、42被触发，并且中断到有关喷咀31、32的燃料供应。虽然使过量燃料喷注到汽缸中，但是发现发动机的单个冲程中的该过量喷注在发动机操作中并未导致任何问题。以此方式，停止流到发动机中的危险的持久泄漏。流量保险器可以被设计为使得在已经解决喷咀的问题之后流量保险器需要手动重置。流量保险器还可以被设计为使得，当在发动机停止并进行了需要的维修之后燃料管路中的压力缓解时，流量保险器被自动地重置。
[0041]在图1中，已经描述了发动机的布置，改发动机布置设置具有其自已的流量保险器的各个喷咀。一个汽缸的两个或更多个喷咀连接到公共的流量保险器是可行的。为了触发这种流量保险器，流量值应该设定为比以发动机的最大负载操作的一个汽缸的所有喷咀的总燃料流量的流量值大。
[0042]如果每个喷咀设置有其自已的流量保险器，那么可以将关断过程设定为:使得在活塞的冲程中仅一个喷咀被控制喷注过量的燃料量。以此方式，避免了由于汽缸中的极其富足的混合物的燃烧而引起的汽缸的过载。
[0043]在上文中，已经描述涉及将燃料喷注到发动机汽缸中的燃料喷咀的示例。当喷咀由如下的喷射阀来替代时，可以采用相同的布置:将滑润剂喷射在发动机或不同于发动机的机器中的滑动表面上的喷射阀；或者将水或添加剂或者其混合物喷射到发动机的或其它应用的汽缸、进气部分、排气部分、或其它部分中的喷射阀。在这些适应例中，由任何加压流体累积器来替代共轨，并且当然，针对预期或允许最大流量来设计一个流量保险器或多个流量保险器。针对(一个/多个)喷射阀的控制操作类似于以上描述，即，通过控制喷射阀喷射过量的流量来致使流量保险器启动(廿如)或被触发。
[0044]在上述示例中，流量保险器被示出并描述为单独元件，流量保险器可以被集成到喷咀中。
【权利要求】
1.一种用于关闭具有泄漏故障的流体喷射阀的控制方法，该控制方法特别地针对发动机使用，其中所述阀串联在流量保险器之后，所述流量保险器被设置为当通过所述流量保险器的流体流量超过预定流量值时进入关闭状态，所述方法包括以下步骤:检测所述阀的泄漏故障；以及控制所述阀喷射超过所述预定流量值的流体流量，从而触发所述流量保险器以进入所述关闭状态，并切断所述阀的流体供应。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述预定流量值是表示如下各项的值:流速、体积流率、质量流率、在预定时段内的总流体体积、在预定时段内的总流体质量、或通过体积或质量测量到的累积流体量。
3.根据权利要求1和/或2所述的控制方法，其中，所述流体喷射阀是适于将燃料在压力下喷注到内燃机的汽缸中的燃料喷咀，并且基于所述发动机的至少一个操作状态参数的异常来检测所述喷咀的泄漏故障。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，所述操作状态参数是如下各项中的至少一个:废气温度、汽缸压力、燃料消耗、曲轴转速和曲轴扭矩。
5.根据权利要求3和/或4所述的控制方法，其中，所述操作参数由发动机控制单元ECU监测，并且其中，所述发动机控制单元致使所述喷咀在发动机冲程期间喷注超过满载燃料喷注量的燃料，所述满载燃料喷注量与当所述发动机以满载操作时在发动机冲程中由所述喷阻喷注的喷注燃料量对应。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其中，所述喷注燃料量是所述满载燃料喷注量的至少101%，优选地至少120%，并且最优选地在包括130%到170%的范围内。
7.根据权利要求1和/或2所述的控制方法，其中，所述流体喷射阀是如下的喷射器，该喷射器用于向内燃机中的接触表面喷射滑润剂，特别地向活塞/汽缸接触表面喷射滑润剂，并且其中基于所述发动机的至少一个操作状态参数的异常来检测所述泄漏故障。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，所述操作状态参数是如下各项中的至少一个:滑润剂供应压力、滑润剂消耗、废气温度和汽缸压力。
9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的控制方法，其中，所述发动机设置有燃料流量保险器，并且所述流体喷射阀是燃料喷咀，并且其中，所述发动机还设置有滑润剂流量保险器，并且其中所述流体喷射阀是滑润剂喷射器，并且其中，对流体喷射阀的泄漏故障的检测包括根据流体喷射阀类型对具有异常的操作参数的区分。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其中，用于所述区分的操作参数包括燃料消耗和滑润剂压力。
11.根据前述权利要求1至10中的任何一项所述的控制方法，其中，所述流量保险器布置在多个流体喷射阀的上游，并且其中所述多个流体喷射阀同时操作，以喷射超过流量保险器的预定流量值的流体流量，从而触发所述流量保险器进入所述关闭状态，并切断所述多个流体喷射阀的流体供应。
12.根据前述权利要求中的任何一项所述的控制方法，其中，所述发动机是直喷发动机，并且所述发动机的燃料供应系统包括其中以加压状态储存燃料的共轨，并且其中所述流量保险器布置在所述共轨和所述燃料喷咀或所述多个燃料喷咀之间的燃料管路中。
13.根据权利要求12所述的控制方法，所述发动机包括多个汽缸，并且针对每个汽缸的所述喷咀或所述多个喷咀，在每个燃料供应管路中设置流量保险器。
14.根据前述权利要求中的任何一项所述的控制方法，其中，所述控制方法还包括以下步骤:在检测到故障的情况下，显示光学告警和/或声学告警；和/或在检测到故障时，触发所述流量保险器进入所述关闭状态。
15.根据前述权利要求中的任何一项所述的控制方法，其中，在不停止所述发动机的情况下执行所述控制方法。
16.根据权利要求3所述的控制方法，其中，所述发动机具有液压系统，该液压系统包括由所述液压系统驱动的用于增加燃料喷注的燃料压力的液压放大器，其中，流量保险器设置在所述液压系统中与压力放大器连接，并且其中，通过从所述燃料喷咀喷注过量的流量，所述流量保险器被触发以中断到所述压力放大器的液压流体的供应。
【文档编号】F02D41/38GK104471226SQ201280074607
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】A·豪斯勒, M·恩斯特 申请人:瓦锡兰瑞士有限公司