CN105275649A - 用于操作内燃发动机的方法和发动机控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作内燃发动机的方法和发动机控制单元，具体地，一种用于操作船用柴油发动机尤其地利用重燃料油操作的船用柴油发动机的方法，其中，利用燃料供给***尤其地为共轨道燃料供给***的喷射器(1)，燃料被喷射到船用柴油发动机的气缸中，其中，在分配给所述喷射器(1)的压力传感器(15)的帮助下，通过用于每个喷射器(1)的测量来直接地在所述喷射器(1)上单独地检测压力信号，其中，根据用于每个喷射器(1)的每个喷射器单独的压力信号，单独地确定液压针冲程正时的至少一个特征和/或喷射速率和/或喷射数量。

Description

用于操作内燃发动机的方法和发动机控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于操作根据权利要求1的前序部分的船用柴油发动机的方法和用于实施所述方法的发动机控制单元。
背景技术
图1A和图1B示出了根据现有技术已知的船用柴油发动机的共轨道燃料供给***的基本构造。该构造根据DE10157135B4是已知的。因此，图1A和图1B的共轨道燃料供给***均包括用于每个气缸的至少一个喷射器（图1A：压力控制的喷射阀，图1B为冲程控制的储器喷射器）1。经由喷射器1，燃料可以喷射到每个气缸中。此外，共轨道燃料供给***包括至少一个低压泵5、至少一个高压泵2和具有高压泵储器8的泵送装置3，以将燃料从共轨道燃料供给***的低压区域4传送到其高压区域6中，其中，在泵送装置3和喷射器1之间的高压区域6中，提供了永久地处于高压下的压力储器7。永久地处于高压下的压力储器7（称作共轨道）包括多个储器单元9。储器单元9连接到泵送装置3并且其之间经由永久地处于高压下的高压管线10连接。
图1A：另外，压力储器7，即，储器单元9，经由基于喷射循环有时处于高压下的高压管线11连接到喷射器。基于喷射循环有时处于高压下、将喷射器1连接到储器单元9的高压管线11被分配了基于喷射循环将燃料供给到喷射器1的切换阀12。压力储器7的储器单元9中的一个被分配了限压阀13和排压阀14。
图1B：压力储器7，即，储器单元9和喷射器1，还经由永久地处于高压下的高压管线11进行连接。在永久地处于高压下的喷射器1中，切换阀12被集成，从而根据喷射循环将喷嘴控制室21进行减压，以触发喷射。压力储器7的储器单元9中的一个被分配了限压阀13和排压阀14。
为了能够精确地控制或调节这种船用柴油发动机的操作，重要的是在内燃发动机的操作期间总是精确地确定喷射器的所谓喷射速率或喷射数量。在这方面，到目前为止仅已知的是分配喷射器针冲程传感器，在其帮助下，能够监测和评估喷射器的针的机械冲程，从而以这种方式确定喷射器的喷射速率和/或喷射数量。然而，在喷射器上使用并安装针冲程传感器涉及到巨大努力和高成本，因此，对于系列应用不是良好地切实可行的。除此之外，针冲程传感器的寿命取决于内燃发动机的操作状况。尤其地，在利用重燃料油操作的船用柴油发动机的情况下，针冲程传感器的寿命受到极大限制。
发明内容
因此，需要用于操作船用柴油发动机的方法和用于实施所述方法的发动机控制单元，在其帮助下，能够毫不费力地、低成本地并且容易地和可靠地尤其地确定船用柴油发动机的喷射器的喷射速率和/或喷射数量。从此开始，本发明基于创建用于操作船用柴油发动机的新型方法的目的。该目的通过根据权利要求1的方法来解决。根据本发明，通过在分配给喷射器的压力传感器的帮助下单独地对每个喷射器直接地测量喷射器来检测压力信号，其中，根据用于每个喷射器的每个喷射器单独的压力信号，单独地确定液压针冲程正时的至少一个特征和/或喷射速率和/或喷射数量。
本发明的目的在于通过对船用柴油发动机的燃料供给***的喷射器测量喷射器单独的压力信号进行检测。根据喷射器单独的压力信号，对每个喷射器确定液压针冲程正时的至少一个单独的特征和/或喷射器单独的喷射速率和/或喷射器单独的喷射数量。可以完全地省略针冲程传感器的使用。在压力传感器的帮助下确定压力信号对于利用重燃料油操作的船用柴油发动机也是容易地、节约成本地且可靠地可行的。根据喷射器单独的压力信号，可以容易地且可靠地确定所述或每个期望的参数，即喷射速率和/或喷射数量和/或液压冲程正时的所述或每个特征。
优选地，每个喷射器具有单独的喷射器储器体积，其中，在用于每个喷射器的压力传感器的帮助下，作为单独的压力信号，相应的喷射器储器体积的储器压力信号通过测量来检测，其中，根据用于每个喷射器的每个喷射器单独的储器压力信号，单独地确定喷射速率和/或喷射数量和/或液压针/正时的所述或每个特征。
尤其地当相应喷射器的喷射器储器体积的储器压力信号被确定为相应喷射器的压力信号时，可以根据压力信号尤其有利地确定喷射速率和/或喷射数量和/或液压针冲程正时的所述或每个特征。喷射器单独的储器压力信号不受燃料供给***的其他部件影响的影响，从而随后可以尤其精确地并可靠地确定以上参数中的至少一个，即，喷射速率和/或喷射数量和/或液压冲程正时的所述或每个特征。
根据有利的其他改进，通过测量所检测的喷射器单独的压力信号根据时间求导或微分，其中，根据微分的喷射器单独的压力信号，确定相应喷射器的喷射速率和/或喷射数量和/或液压针冲程正时的所述或每个特征。用于确定喷射速率和/或喷射数量和/或液压针冲程正时的所述或每个特征的压力信号的该评估由于可靠、容易和精确而是尤其优选的。
优选地，根据下面的等式从微分的喷射器单独的压力信号来确定相应喷射器的喷射速率：
dm/dt=V*(dp/dt)/c(p)2
其中，dm/dt是喷射速率，其中，V是单独的喷射器储器体积，其中，dp/dt是根据时间t进行微分的喷射器单独的压力信号，其中，c(p)是取决于喷射器单独的压力p的声速。相应喷射器的喷射速率的该确定是容易的、可靠的且精确的。
优选地，喷射的开始和/或液压最大冲程的达到和/或液压最大冲程的离开和/或喷射的结束根据作为用于相应喷射器的喷射循环的液压针冲程正时的特征的对于每个喷射器的喷射器单独的压力信号来单独地确定。
这里指出的是，液压针冲程正时不同于机械针冲程正时。
因此，液压最大冲程对应于喷射器的针座的节流效应等于或小于相应喷射器的喷嘴孔或喷射孔的节流效应时的针冲程。从此时，喷射器的喷嘴的液压喷嘴通流保持恒定，而机械最大冲程可以继续上升。
机械针冲程正时和液压针冲程正时之间的其他区别包括：离开液压最大冲程时，喷射器的喷嘴通流减小，即，相应喷射器的针座的节流效应大于喷嘴孔的节流效应。相比之下，机械最大冲程的机械离开通常预先发生。
附图说明
本发明的优选进一步进展从从属权利要求和以下描述获得。本发明的示例性实施例在附图帮助下更详细地得到解释，但不受限于此。示出：
图1A：共轨道燃料供给***的示意性表示，其具有内燃发动机的与发动机控制单元一起的压力控制的喷射阀（喷射器1）；
图1B：共轨道燃料供给***的示意性表示，其具有内燃发动机的与发动机控制单元一起的冲程控制的储器喷射器（喷射器1）；
图2：用于示出根据本发明的用于操作船用柴油发动机的方法的第一图；
图3：用于示出根据本发明的用于操作船用柴油发动机的方法的其他示例的第二图；以及
图4：用于示出根据本发明的用于操作船用柴油发动机的方法的其他示例的第三图。
具体实施方式
本发明涉及用于操作船用柴油发动机尤其是利用重燃料油操作的船用柴油发动机的方法，其中，这样的船用柴油发动机包括优选地被设计为共轨道燃料供给***的燃料供给***。已经参照图1A和图1B描述了船用柴油发动机的这样的共轨道燃料供给***的基本构造。因此，参考关于图1A和图1B的以上解释。这里，为了完整起见，再一次仅解释：用于每个气缸的这样的燃料供给***包括至少一个喷射器1，其中，经由喷射器1，燃料可以被喷射到船用柴油发动机的气缸中。
根据图1A和图1B，每个喷射器1被分配了压力传感器15。在压力传感器15的帮助下，通过直接地对喷射器1进行根据本发明的测量来检测单独用于每个喷射器1的压力信号。
优选地，每个喷射器1包括单独的喷射器储器体积（未示出），其中，随后在压力传感器15的帮助下通过测量将相应喷射器1的相应喷射器储器体积的储器压力信号检测为用于每个喷射器1的单独的压力信号。
根据本发明，还根据用于每个喷射器1的每个喷射器单独的压力信号来单独地确定相应喷射器1的喷射速率和/或相应喷射器1的喷射数量和/或相应喷射器1的液压针冲程正时的至少一个特征，其中，作为液压针冲程正时的特征，喷射的开始和/或液压最大冲程的达到和/或液压最大冲程的离开和/或喷射的结束被确定。
这里指出的是，液压针冲程正时不同于机械针冲程正时。因此，液压最大冲程是在相应喷射器1的针座的节流效应等于或小于相应喷射器1的喷嘴孔或喷射孔的节流效应时的针冲程下达到的，其中，在此针冲程时，液压喷嘴通流是恒定的。相比之下，机械最大冲程可以进一步相对于液压最大冲程上升。尤其地当相应喷射器的针座的节流效应大于相应喷射器的喷嘴孔的节流效应时，离开液压最大冲程，其中，机械最大冲程通常在液压最大冲程之前离开。
优选地，通过测量所检测的喷射器单独的压力信号优选地喷射器单独的储器压力信号根据时间t求导或微分，其中，根据微分的喷射器单独的压力信号，确定相应喷射器的喷射速率和/或喷射数量和/或液压针冲程正时的所述或每个特征。根据微分的喷射器单独的压力信号（其优选地为微分的储器压力信号），优选地根据下面的等式来确定相应喷射器的喷射速率：
dm/dt=V*(dp/dt)/c(p)2
其中，dm/dt是喷射速率，其中，V是单独的喷射器储器体积，其中，dp/dt是根据时间t进行微分的喷射器单独的压力信号，其中，c(p)是取决于喷射器单独的压力p的声速。
取决于压力的声速在这种情况下优选地基于特征或特征图根据所测量的喷射器单独的压力来确定。
根据上面确定的喷射速率，相应喷射器1的喷射速率可以通过其在时间上的积分来确定。
图2示出了随时间的两条信号曲线20、21，其中，信号曲线20是在压力传感器15的帮助下对喷射器1所测量的喷射器单独的压力信号，即喷射器单独的储器压力信号。信号曲线21是该测量的压力信号的时间导数或时间微分。
如上面已经解释的，单独用于相应喷射器1的喷射速率优选地利用上述公式根据微分的喷射器单独的压力信号21来计算，其中，在图4中，所计算的喷射速率由信号曲线22表示。通过与对应于所测量的喷射速率的信号曲线23进行比较，明显的是，在根据本发明的方法的帮助下，可以可靠地且精确地确定喷射器1的喷射速率。在图4中，信号曲线24显现出通过在时间上的积分从信号曲线22所计算的相应喷射器的喷射速率。
此外，如从图2明显的，可以根据微分的喷射器单独的压力信号容易地且可靠地确定相应喷射器的液压针冲程正时的至少一个特征。因此，时间t1对应于喷射的开始，时间t4对应于喷射循环的喷射的结束。在时间t2，达到液压最大冲程，而在时间t3，离开液压最大冲程。
根据这些特征，可以根据图3的信号曲线25来计算相应喷射器1的针的针冲程信号，其中，图3的时间t1至t4对应于图2的时间t1至t4。因此，时间t1对应于喷射的开始，在时间t2，达到液压最大冲程，在时间t3，离开液压最大冲程，其中，在时间t4，达到喷射的结束。
在图3中，所计算的针冲程信号25与在针冲程传感器的帮助下通过测量所检测的针冲程信号26进行比较，其中，从信号曲线25和26的比较明显的是，所计算的针冲程信号显示出与通过测量所检测的针冲程信号的良好吻合。
在本发明的帮助下，可以在船用柴油发动机的操作期间容易地且可靠地确定喷射器的喷射速率和/或喷射器的喷射数量和/或喷射器的液压针冲程正时的至少一个特征。
基于从喷射器单独的压力信号所确定的以上参数中的至少一个，可以实施用于相应喷射器1的功能诊断和/或磨损诊断。因此，可以根据随时间变化的喷射器1的喷射速率来推断喷射器1的磨损，以便随后及时地开始部件维护或部件替换。利用根据本发明的方法，这可以在船用柴油发动机的常规操作期间发生，从而可以相应地省略对单独的测量测试台的功能检查或磨损检查。
在根据本发明的方法的帮助下，例如，对于每个气缸，可以单独地精确地确定喷射速率或喷射数量。借助于此，内燃发动机的操作的气缸单独的控制随后是可能的。尤其地，该方法适合于供利用重燃料油操作的船用柴油发动机使用。
此外，本发明涉及用于实施所述方法的发动机控制单元16。图1A和图1B示出了用于实施所述方法的包括手段（工具）17、18、19的发动机控制单元16。手段17是至少一个数据接口，从而尤其地与压力传感器15交换数据，即读取可由压力传感器15做出的压力测量信号。手段18是硬件手段，手段19是用于实施根据本发明的方法的软件手段。尤其地，硬件手段18是用于存储数据的数据存储器单元和用于处理数据的数据处理器。软件手段19是用于实施根据本发明的方法的程序模块。
在根据本发明的方法和根据本发明的发动机控制单元16的帮助下，可以在尤其利用重燃料油操作的船用柴油发动机的常规操作期间容易地且可靠地以及自动地确定相应喷射器1的喷射速率和/或喷射数量和/或液压针冲程正时的至少一个特征。为此，仅需要以上面描述的方式直接地对相应喷射器1尤其地对喷射器单独的储器体积检测压力测量信号并对其进行评估。
附图标记的列表
1喷射器
2高压泵
3泵送装置
4低压区域
5低压泵
6高压区域
7压力储器
8高压泵储器
9储器单元
10高压管线
11高压管线
12切换阀
13限压阀
14排压阀
15压力传感器
16发动机控制单元
17接口
18硬件手段
19软件手段
20信号曲线
21信号曲线
22信号曲线
23信号曲线
24信号曲线
25信号曲线
26信号曲线。

Claims (9)

1.一种用于操作船用柴油发动机尤其地利用重燃料油操作的船用柴油发动机的方法，其中，利用燃料供给***尤其地共轨道燃料供给***的喷射器(1)，燃料被喷射到船用柴油发动机的气缸中，其特征在于，在分配给所述喷射器(1)的压力传感器(15)的帮助下，通过对每个喷射器(1)单独地进行测量来直接地在所述喷射器(1)上检测压力信号，并且根据用于每个喷射器(1)的每个喷射器单独的压力信号，单独地确定液压针冲程正时的至少一个特征和/或喷射速率和/或喷射数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个喷射器(1)具有单独的喷射器储器体积，其中，在用于每个喷射器(1)的压力传感器(15)的帮助下，作为单独的压力信号，相应的喷射器储器体积的储器压力信号通过测量来检测，并且根据用于每个喷射器(1)的每个喷射器单独的储器压力信号，单独地确定所述液压针冲程正时的所述或每个特征和/或所述喷射速率和/或所述喷射数量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过测量所检测的所述喷射器单独的压力信号根据时间求导或微分，并且根据微分的喷射器单独的压力信号，确定相应喷射器的所述液压针冲程正时的所述或每个特征和/或所述喷射速率和/或所述喷射数量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据微分的喷射器单独的压力信号，根据下面的等式来确定所述相应喷射器的所述喷射速率：
dm/dt=V*(dp/dt)/c(p)2
其中，dm/dt是喷射速率，其中，V是单独的喷射器储器体积，其中，dp/dt是根据时间t进行微分的所述喷射器单独的压力信号，其中，c(p)是取决于所述喷射器单独的压力p的声速。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述声速根据取决于所测量的喷射器单独的压力的特征或特征图来确定。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述相应喷射器的所述喷射速率通过所述喷射速率在时间上的积分来确定。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，根据用于每个喷射器(1)的所述喷射器单独的压力信号，将喷射的开始和/或所述液压最大冲程的达到和/或所述液压最大冲程的离开和/或喷射的结束单独地确定为用于所述相应喷射器(1)的喷射循环的所述液压针冲程正时的特征。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，基于所述液压针冲程正时的所述或每个特征和/或所述喷射速率和/或所述喷射数量，实施用于每个相应喷射器(1)的功能诊断检查和/或磨损诊断。
9.一种船用柴油发动机尤其地利用重燃料油操作的船用柴油发动机的发动机控制单元(16)，其中，内燃发动机包括燃料供给***，尤其地为共轨道燃料供给***，其特征在于，所述发动机控制单元(16)包括用于实施根据权利要求1至8中的任一项所述的方法的工具(17、18、19)。
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