CN102046946A - 用于平衡柴油机气缸的方法和*** - Google Patents

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Abstract

一种用于平衡柴油机(2)的气缸(3)的方法，在该方法中，限定各个气缸(3)的燃烧过程的起始时刻，并且将燃烧过程的限定的起始时刻与特定的设定值进行比较。如果所限定的燃烧过程的起始时刻不同于该设定值，则改变将燃料喷射到气缸(3)中的起始时刻。此外，测量各个气缸的排气温度并基于该排气温度来改变将燃料喷射到气缸(3)中的持续时间，以均衡由气缸产生的输出。

Description

用于平衡柴油机气缸的方法和***
技术领域
本发明涉及一种平衡柴油机气缸的方法。本发明还涉及一种用于平衡柴油机气缸的***。
背景技术
在活塞发动机中，发动机的不同气缸之间在动力生成方面存在差异。该差异例如是由于喷射***的零件磨损而导致在它们的使用期限中它们的运转中的变化。气缸输出上的差异会对发动机运转产生负面影响，例如，增加了曲柄及其他零件上的负荷，并且发动机的振动也会增大。因此，试图在气缸之间保持平衡，即，在气缸之间尽可能地使燃烧过程相似。与气缸之间的输出差异有关的问题较常见地出现在具有共用压力供应***的柴油机中，在这种柴油机中使用重油作为燃料。
发明内容
本发明的目的是提供一种平衡柴油机中的气缸负荷的改进的解决方案。
本发明的目的主要如在所附权利要求1和11中公开的那样实现。在本发明中，限定了各个气缸中的燃烧过程的起始时刻，并且将所述燃烧过程的限定的起始时刻与特定的设定值进行比较。如果所述燃烧过程的限定的起始时刻与所述设定值不同，则改变燃料喷射的起始时刻。另外，测量各个气缸的排气温度，并且基于所述排气温度来改变将燃料喷射到所述气缸中的持续时间以均衡由所述气缸产生的输出。
该本发明取得了可观的优势。通过单独地调节燃烧过程的起始时刻和将燃料喷射到各个气缸中的持续时间，将会平衡气缸之间的输出差异。气缸之间由于喷射***的零件磨损而造成的输出差异可以得到补偿，因而气缸的运转在零件的整个使用期限内保持最理想状态。另外，由于不同类型燃料或同一种燃料的质量变化而引起的负荷变化可以得到补偿，因此这些负荷变化对发动机运转具有尽可能小的影响。该***也可以应用于对燃料喷射***的例如喷射器等零件的保养。该***的控制单元可以被设置成监测零部件的设定值的变化，由此，如果该设定值超过了表示需要替换该零部件的极限值，则该控制单元通知关于更换该零部件的需要。此外，由于不必为各个共用压力供应***提供单独的喷射器调整值，因此在该喷射***中可以使用价格比较低廉的喷射器。
具体实施方式
下面将参照附图以示例的方式来更详细地解释本发明，附图示意性地例示了根据本发明的一个***。
附图描绘了根据本发明的用于平衡柴油机气缸3的***1的示例。该***1被设置成与活塞式发动机2相结合。发动机2是大型柴油机，其例如用作船舶或发电厂中的主发动机和副发动机。该发动机2具有用于将燃料供应到气缸3中的共用压力供应***4。例如，重油被用作发动机2中的燃料。以电的方式控制喷射***4。
该发动机包括若干个气缸3，其中每一个气缸都具有用于将燃料喷射到气缸的燃烧室中的喷射器5。该供应***包括用于加压燃料的共轨9。喷射器5连接到共轨9。燃料供应***4包括燃料源6(例如，燃料箱)和用于将燃料从燃料源6馈送到共轨9中的低压泵11和高压泵12。每个喷射器5都通过燃料通道10与共轨9流动连通。
在发动机2运行时，燃料被低压泵11沿着供给通道13从燃料箱6泵送到高压泵12，并且接着由高压泵12经由供给通道13泵送到共轨9中。燃料被从共轨9引导到喷射器5。在期望的时刻，燃料被喷射器5喷射到气缸3中。
发动机包括***1，通过***1来平衡气缸3，即，在气缸3之间将燃烧过程保持得尽可能地相似。***1包括控制从喷射器5到气缸3的燃料喷射的控制单元14。控制单元14限定了将燃料喷射到各个气缸中的起始时刻。控制单元14调整燃料喷射的起始时刻。此外，控制单元14控制燃料喷射的持续时间。
控制单元14限定燃烧过程的起始时刻，即，各个气缸3中与燃烧开始所对应的曲柄角度。基于对气缸压力的位置测量(与气缸压力相对应的曲柄角度指示燃烧过程的开始)或基于对曲柄的扭转振动的测量，可以限定燃烧过程的起始时刻。在这两种方法中，旋转角度可以由适用于此目的的角度传感器16来测量。角度传感器16的测量数据被传送到控制单元14。
在基于对气缸压力的位置测量的方法中，各个气缸3中的气缸压力由适用的测量装置15来测量，测量装置15例如是压力传感器、敲缸传感器(加速度传感器)或应变计，其与气缸3相结合地设置。还可以利用电离测量来测量气缸压力。对气缸压力和对曲柄旋转角度的测量数据被传输到控制单元14。控制单元14基于对气缸压力和曲柄旋转角度的测量数据来限定各个气缸3中的燃烧过程的起始时刻。一旦测量出的气缸压力达到表明气缸3中的燃烧过程已经开始的数值，则将限定对应的曲柄角度。燃烧过程的开始由例如在气缸压力增加曲线中发生的角度系数的变化来表示。燃烧过程的起始时刻也可以通过测量最大的气缸压力来限定。
当基于扭转振动测量而限定燃烧过程的起始时刻时，该***包括有用于测量曲柄的扭转振动的测量装置。可以使用测量曲柄的旋转角度的角度传感器16作为该测量装置，藉此接收到关于扭转振动的量级和发生该扭转振动的旋转角度的测量数据。该测量数据被传送到控制单元14。在该测量数据的基础上，控制单元14限定各个气缸3中的燃烧过程的起始时刻。
一旦限定了燃烧过程的起始时刻，则控制单元14将燃烧过程的限定的起始时刻与特定的设定值进行比较。该设定值可以例如基于发动机负荷和共轨9的压力而预先确定。如果燃烧过程的限定的起始时刻不同于该设定值，则控制单元14单独地针对各个气缸来改变燃料喷射的起始时刻。燃料喷射的起始时刻被改变成使得燃烧过程的起始时刻接近该设定值。由于燃料喷射的起始时刻相当精确地与燃烧过程的起始时刻相一致，因此可以将燃料喷射的起始时刻改变为与燃烧过程的起始时刻的设定值相同。
此外，为了均衡气缸产生的输出，控制单元14改变将燃料喷射到气缸3中的持续时间。单独地针对每一个气缸来改变燃料喷射的持续时间。一旦对燃料喷射的起始时刻做出上述调整，则改变燃料喷射的持续时间，即，燃料喷射的起始时刻是如所期望的那样。可以改变将燃料喷射到气缸中的持续时间，使得各个气缸3产生的输出均衡。可以基于气缸3的排气温度或基于对曲柄的扭转振动的测量来改变燃料喷射的持续时间。
如果基于排气温度而调整了燃料喷射的持续时间，则***1包括用于测量气缸的排气温度的与各气缸关联的温度传感器18。温度传感器18被安装在气缸的排气管19上。温度传感器18的测量数据被传送到控制单元14。控制单元14基于测得的排气温度来改变燃料喷射的持续时间。改变燃料喷射的持续时间以便于均衡气缸3产生的输出。控制单元14可以改变燃料喷射的持续时间，使得各个气缸3中的排气温度均衡。将测得的排气温度与设定值进行比较。如果气缸3中一个气缸的排气温度测量值不同于该设定值，则改变将燃料喷射到所述气缸中的持续时间，使得其排气温度处于其设定值。可以使用测得的排气温度的平均值或预定值作为排气温度的设定值，该设定值的大小可以取决于例如发动机的负荷或所使用的燃料。如果排气温度太低，则延长燃料喷射的持续时间。类似地，如果排气温度太高，则缩短燃料喷射的持续时间。
如果基于对曲柄的扭转振动的测量而限定燃料喷射的持续时间，则***包括用于测量曲柄的扭转振动的测量装置。测量曲柄的旋转角度的角度传感器16可以用作该测量装置，藉此在同一时间接收到关于扭转振动的量级和发生扭转振动的旋转角度的测量数据。该测量数据被传送到控制单元14。控制单元14单独地改变将燃料喷射到各个气缸中的持续时间，使得将曲柄的扭转振动减到最小。
燃料喷射的持续时间可以利用以上两种方法(即，基于气缸的排气温度和基于曲柄的扭转振动)来改变。然后，通过同时利用这两个测量或者首先利用一个测量(例如，排气温度的测量)而将另一个测量作为备份测量，可以调整燃料喷射的持续时间。当需要时，例如在主测量不成功时，可以使用该另一个测量。
本发明并不仅限于所示出的实施方式，相反，在所附权利要求的范围内可以想到若干种变型。燃烧过程的起始时刻可以通过测量喷射器5的电磁阀中的电流或通过测量燃料喷射压力来限定。燃料喷射压力可以通过设置在共轨9中或喷射器的燃料通道10中的压力开关或压力传感器来测量。
例如，根据一个实施方式，基于排气温度和和基于扭转振动来改变将燃料喷射到气缸3中的持续时间以均衡由气缸产生的输出。通过这种方式，只要考虑喷射的持续时间，就能够进一步提高调整的精确度。
此外，该方法包括这样一个阶段，即，评估排气温度的测量的正确性，并且如果气缸的排气温度测量有误，则基于扭转振动来确定燃料喷射的持续时间的变化。这种排气温度的测量有误的情况例如是测量排气温度的传感器出现故障或者是气缸的排气温度18相对于预设温度值或相对于气缸的排气温度的平均值而言偏离太大的情况。这提供了如下优点：能够识别出影响对喷射的持续时间的调整的传感器的错误状态，并且发动机并不一定要停止工作。在这种情况下，如果气缸的排气温度18相对于预设温度值或相对于排气温度的平均值而言偏离超过50％，则限定将燃料喷射到气缸3中的持续时间的变化的一种方式是基于扭转振动。例如，针对特定负荷的预定温度值可以是在调整***中记录的特定负荷和速度的参考值。如果气缸的排气温度18相对于预设温度值或相对于排气温度的平均值而言偏离超过10％，则限定将燃料喷射到气缸3中的持续时间的变化的另一种方式是基于扭转振动。这提供了以下优点：可以立即更换影响到对喷射的持续时间的调整的确定方法，因而可以选择将被主要使用的一种确定方法(在此情况下，基于排气温度的方法)。这两种做法可以通过改变***的控制单元14的功能来实现。

Claims (22)

1.一种平衡柴油机(2)的气缸(3)的方法，其特征在于，
限定各个气缸(3)中的燃烧过程的起始时刻，
将所述燃烧过程的限定的起始时刻与特定设定值进行比较，
如果所述燃烧过程的限定的起始时刻不同于所述设定值，则改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的起始时刻，
测量各个气缸(18)的排气温度，以及
基于排气温度来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间，以均衡由所述气缸(3)产生的输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述排气温度太低，则延长与气缸关联的燃料喷射的持续时间，如果所述排气温度太高，则缩短与气缸关联的燃料喷射的持续时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间，使得达到期望的排气温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，测得的排气温度的平均值或预定值被用作设定值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量发动机曲柄的扭转振动，并且基于扭转振动来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间，以均衡由所述气缸产生的输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于排气温度和扭转振动来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下阶段：评估对排气温度(18)的测量的正确性，并且如果对所述气缸的所述排气温度(18)的测量有误，则基于扭转振动来确定将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间的变化。
8.根据权利要求5或7所述的方法，其特征在于，如果所述气缸的所述排气温度(18)偏离预设温度值或偏离所述气缸(3)的所述排气温度的平均值，则基于扭转振动来限定将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间的变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量各个气缸(3)中的气缸压力的位置(15，16)，并且基于所述气缸压力的所述位置测量来限定所述燃烧过程的起始时刻。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述气缸压力由与所述气缸(3)相结合地设置的敲缸传感器、应变计或压力传感器(15)来测量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，测量所述发动机曲柄的所述扭转振动，并且基于所述扭转振动测量来限定所述燃烧过程的起始时刻。
12.一种平衡柴油机(2)的气缸的***(1)，该***包括将与各个气缸(3)结合起来安装的用于测量所述气缸的排气温度的温度传感器(18)，其特征在于，所述***(1)包括控制单元(14)，所述控制单元(14)被设置成执行以下操作：
限定各个气缸(3)中的燃烧过程的起始时刻，
将所述燃烧过程的限定的起始时刻与设定值进行比较，
如果所述燃烧过程的限定的起始时刻不同于所述设定值，则改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的起始时刻，以及
基于对排气温度的测量来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间，以均衡由所述气缸产生的输出。
13.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述控制单元被设置成在所述排气温度太低时延长与气缸关联的燃料喷射的持续时间，而在所述排气温度太高时缩短与气缸关联的燃料喷射的持续时间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的***，其特征在于，所述控制单元(14)被设置成改变燃料喷射的持续时间，使得达到所述气缸(3)的所述排气温度的期望的设定值。
15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述期望的设定值是所述排气温度的平均值或预定值。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的***，其特征在于，所述***包括用于测量曲柄的扭转振动的装置(16)，并且所述控制单元(14)被设置成基于扭转振动来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间，以均衡由所述气缸(3)产生的输出。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的***，其特征在于，所述***包括用于测量所述曲柄的扭转振动的装置(16)，并且所述控制单元(14)被设置成基于所述排气温度和所述扭转振动来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间。
18.根据权利要求16所述的***，其特征在于，该***还包括评估所述排气温度(18)的所述测量的正确性的装置，并且如果所述气缸(3)的所述排气温度(18)的测量有误，则基于扭转振动来限定将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间的变化。
19.根据权利要求18所述的***，其特征在于，所述控制单元(14)被设置成在所述气缸的所述排气温度(18)偏离预设温度值或偏离所述气缸(3)的所述排气温度的平均值的情况下基于扭转振动来改变将燃料喷射到所述气缸(3)中的持续时间。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的***，其特征在于，所述***(1)包括用于测量各个气缸(3)中的气缸压力的位置的装置(15，16)，并且所述控制单元(14)被设置成基于对所述气缸压力的所述位置测量来限定所述气缸(3)中的所述燃烧过程的起始时刻。
21.根据权利要求20所述的***，其特征在于，所述用于测量所述气缸压力的位置的装置包括与所述气缸相结合地设置的敲缸传感器、应变计或压力传感器(15)。
22.根据权利要求20或21所述的***，其特征在于，所述用于测量所述气缸压力的位置的测量装置包括测量所述发动机曲柄的旋转角度的角度传感器(16)。
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