專利名稱：用于平衡柴油機氣缸的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種平衡柴油機氣缸的方法。本發明還涉及一種用于平衡柴油機氣缸 的系統。
背景技術：
在活塞發動機中，發動機的不同氣缸之間在動力生成方面存在差異。該差異例如 是由于噴射系統的零件磨損而導致在它們的使用期限中它們的運轉中的變化。氣缸輸出 上的差異會對發動機運轉產生負面影響，例如，增加了曲柄及其他零件上的負荷，并且發動 機的振動也會增大。因此，試圖在氣缸之間保持平衡，即，在氣缸之間盡可能地使燃燒過程 相似。與氣缸之間的輸出差異有關的問題較常見地出現在具有共用壓力供應系統的柴油機 中，在這種柴油機中使用重油作為燃料。
發明內容
本發明的目的是提供一種平衡柴油機中的氣缸負荷的改進的解決方案。本發明的目的主要如在所附權利要求1和11中公開的那樣實現。在本發明中，限 定了各個氣缸中的燃燒過程的起始時刻，并且將所述燃燒過程的限定的起始時刻與特定的 設定值進行比較。如果所述燃燒過程的限定的起始時刻與所述設定值不同，則改變燃料噴 射的起始時刻。另外，測量各個氣缸的排氣溫度，并且基于所述排氣溫度來改變將燃料噴射 到所述氣缸中的持續時間以均衡由所述氣缸產生的輸出。該本發明取得了可觀的優勢。通過單獨地調節燃燒過程的起始時刻和將燃料噴射 到各個氣缸中的持續時間，將會平衡氣缸之間的輸出差異。氣缸之間由于噴射系統的零件 磨損而造成的輸出差異可以得到補償，因而氣缸的運轉在零件的整個使用期限內保持最理 想狀態。另外，由于不同類型燃料或同一種燃料的質量變化而引起的負荷變化可以得到補 償，因此這些負荷變化對發動機運轉具有盡可能小的影響。該系統也可以應用于對燃料噴 射系統的例如噴射器等零件的保養。該系統的控制單元可以被設置成監測零部件的設定值 的變化，由此，如果該設定值超過了表示需要替換該零部件的極限值，則該控制單元通知關 于更換該零部件的需要。此外，由于不必為各個共用壓力供應系統提供單獨的噴射器調整 值，因此在該噴射系統中可以使用價格比較低廉的噴射器。
具體實施例方式下面將參照附圖
以示例的方式來更詳細地解釋本發明，附圖示意性地例示了根據 本發明的一個系統。附圖描繪了根據本發明的用于平衡柴油機氣缸3的系統1的示例。該系統1被設 置成與活塞式發動機2相結合。發動機2是大型柴油機，其例如用作船舶或發電廠中的主 發動機和副發動機。該發動機2具有用于將燃料供應到氣缸3中的共用壓力供應系統4。 例如，重油被用作發動機2中的燃料。以電的方式控制噴射系統4。
該發動機包括若干個氣缸3，其中每一個氣缸都具有用于將燃料噴射到氣缸的燃 燒室中的噴射器5。該供應系統包括用于加壓燃料的共軌9。噴射器5連接到共軌9。燃料 供應系統4包括燃料源6 (例如，燃料箱)和用于將燃料從燃料源6饋送到共軌9中的低壓 泵11和高壓泵12。每個噴射器5都通過燃料通道10與共軌9流動連通。 在發動機2運行時，燃料被低壓泵11沿著供給通道13從燃料箱6泵送到高壓泵 12，并且接著由高壓泵12經由供給通道13泵送到共軌9中。燃料被從共軌9引導到噴射 器5。在期望的時刻，燃料被噴射器5噴射到氣缸3中。發動機包括系統1，通過系統1來平衡氣缸3，即，在氣缸3之間將燃燒過程保持得 盡可能地相似。系統1包括控制從噴射器5到氣缸3的燃料噴射的控制單元14。控制單元 14限定了將燃料噴射到各個氣缸中的起始時刻。控制單元14調整燃料噴射的起始時刻。 此外，控制單元14控制燃料噴射的持續時間。控制單元14限定燃燒過程的起始時刻，即，各個氣缸3中與燃燒開始所對應的曲 柄角度。基于對氣缸壓力的位置測量(與氣缸壓力相對應的曲柄角度指示燃燒過程的開 始)或基于對曲柄的扭轉振動的測量，可以限定燃燒過程的起始時刻。在這兩種方法中，旋 轉角度可以由適用于此目的的角度傳感器16來測量。角度傳感器16的測量數據被傳送到 控制單元14。在基于對氣缸壓力的位置測量的方法中，各個氣缸3中的氣缸壓力由適用的測量 裝置15來測量，測量裝置15例如是壓力傳感器、敲缸傳感器(加速度傳感器)或應變計， 其與氣缸3相結合地設置。還可以利用電離測量來測量氣缸壓力。對氣缸壓力和對曲柄旋 轉角度的測量數據被傳輸到控制單元14。控制單元14基于對氣缸壓力和曲柄旋轉角度的 測量數據來限定各個氣缸3中的燃燒過程的起始時刻。一旦測量出的氣缸壓力達到表明氣 缸3中的燃燒過程已經開始的數值，則將限定對應的曲柄角度。燃燒過程的開始由例如在 氣缸壓力增加曲線中發生的角度系數的變化來表示。燃燒過程的起始時刻也可以通過測量 最大的氣缸壓力來限定。當基于扭轉振動測量而限定燃燒過程的起始時刻時，該系統包括有用于測量曲柄 的扭轉振動的測量裝置。可以使用測量曲柄的旋轉角度的角度傳感器16作為該測量裝置， 藉此接收到關于扭轉振動的量級和發生該扭轉振動的旋轉角度的測量數據。該測量數據被 傳送到控制單元14。在該測量數據的基礎上，控制單元14限定各個氣缸3中的燃燒過程的 起始時刻。一旦限定了燃燒過程的起始時刻，則控制單元14將燃燒過程的限定的起始時刻 與特定的設定值進行比較。該設定值可以例如基于發動機負荷和共軌9的壓力而預先確 定。如果燃燒過程的限定的起始時刻不同于該設定值，則控制單元14單獨地針對各個氣缸 來改變燃料噴射的起始時刻。燃料噴射的起始時刻被改變成使得燃燒過程的起始時刻接近 該設定值。由于燃料噴射的起始時刻相當精確地與燃燒過程的起始時刻相一致，因此可以 將燃料噴射的起始時刻改變為與燃燒過程的起始時刻的設定值相同。此外，為了均衡氣缸產生的輸出，控制單元14改變將燃料噴射到氣缸3中的持續 時間。單獨地針對每一個氣缸來改變燃料噴射的持續時間。一旦對燃料噴射的起始時刻做 出上述調整，則改變燃料噴射的持續時間，即，燃料噴射的起始時刻是如所期望的那樣。可 以改變將燃料噴射到氣缸中的持續時間，使得各個氣缸3產生的輸出均衡。可以基于氣缸3的排氣溫度或基于對曲柄的扭轉振動的測量來改變燃料噴射的持續時間。如果基于排氣溫度而調整了燃料噴射的持續時間，則系統1包括用于測量氣缸的 排氣溫度的與各氣缸關聯的溫度傳感器18。溫度傳感器18被安裝在氣缸的排氣管19上。 溫度傳感器18的測量數據被傳送到控制單元14。控制單元14基于測得的排氣溫度來改變 燃料噴射的持續時間。改變燃料噴射的持續時間以便于均衡氣缸3產生的輸出。控制單元 14可以改變燃料噴射的持續時間，使得各個氣缸3中的排氣溫度均衡。將測得的排氣溫度 與設定值進行比較。如果氣缸3中一個氣缸的排氣溫度測量值不同于該設定值，則改變將 燃料噴射到所述氣缸中的持續時間，使得其排氣溫度處于其設定值。可以使用測得的排氣 溫度的平均值或預定值作為排氣溫度的設定值，該設定值的大小 可以取決于例如發動機的 負荷或所使用的燃料。如果排氣溫度太低，則延長燃料噴射的持續時間。類似地，如果排氣 溫度太高，則縮短燃料噴射的持續時間。如果基于對曲柄的扭轉振動的測量而限定燃料噴射的持續時間，則系統包括用于 測量曲柄的扭轉振動的測量裝置。測量曲柄的旋轉角度的角度傳感器16可以用作該測量 裝置，藉此在同一時間接收到關于扭轉振動的量級和發生扭轉振動的旋轉角度的測量數 據。該測量數據被傳送到控制單元14。控制單元14單獨地改變將燃料噴射到各個氣缸中 的持續時間，使得將曲柄的扭轉振動減到最小。燃料噴射的持續時間可以利用以上兩種方法(即，基于氣缸的排氣溫度和基于曲 柄的扭轉振動)來改變。然后，通過同時利用這兩個測量或者首先利用一個測量(例如，排 氣溫度的測量)而將另一個測量作為備份測量，可以調整燃料噴射的持續時間。當需要時， 例如在主測量不成功時，可以使用該另一個測量。本發明并不僅限于所示出的實施方式，相反，在所附權利要求的范圍內可以想到 若干種變型。燃燒過程的起始時刻可以通過測量噴射器5的電磁閥中的電流或通過測量燃 料噴射壓力來限定。燃料噴射壓力可以通過設置在共軌9中或噴射器的燃料通道10中的 壓力開關或壓力傳感器來測量。例如，根據一個實施方式，基于排氣溫度和和基于扭轉振動來改變將燃料噴射到 氣缸3中的持續時間以均衡由氣缸產生的輸出。通過這種方式，只要考慮噴射的持續時間， 就能夠進一步提高調整的精確度。此外，該方法包括這樣一個階段，S卩，評估排氣溫度的測量的正確性，并且如果氣 缸的排氣溫度測量有誤，則基于扭轉振動來確定燃料噴射的持續時間的變化。這種排氣溫 度的測量有誤的情況例如是測量排氣溫度的傳感器出現故障或者是氣缸的排氣溫度18相 對于預設溫度值或相對于氣缸的排氣溫度的平均值而言偏離太大的情況。這提供了如下優 點能夠識別出影響對噴射的持續時間的調整的傳感器的錯誤狀態，并且發動機并不一定 要停止工作。在這種情況下，如果氣缸的排氣溫度18相對于預設溫度值或相對于排氣溫度 的平均值而言偏離超過50%，則限定將燃料噴射到氣缸3中的持續時間的變化的一種方式 是基于扭轉振動。例如，針對特定負荷的預定溫度值可以是在調整系統中記錄的特定負荷 和速度的參考值。如果氣缸的排氣溫度18相對于預設溫度值或相對于排氣溫度的平均值 而言偏離超過10%，則限定將燃料噴射到氣缸3中的持續時間的變化的另一種方式是基于 扭轉振動。這提供了以下優點可以立即更換影響到對噴射的持續時間的調整的確定方法， 因而可以選擇將被主要使用的一種確定方法(在此情況下，基于排氣溫度的方法)。這兩種做法可以通過改變系統的控 制單元14的功能來實現。
權利要求
1.一種平衡柴油機(2)的氣缸(3)的方法，其特征在于，限定各個氣缸(3)中的燃燒過程的起始時刻，將所述燃燒過程的限定的起始時刻與特定設定值進行比較，如果所述燃燒過程的限定的起始時刻不同于所述設定值，則改變將燃料噴射到所述氣 缸(3)中的起始時刻，測量各個氣缸(18)的排氣溫度，以及基于排氣溫度來改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間，以均衡由所述氣缸 (3)產生的輸出。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述排氣溫度太低，則延長與氣缸關 聯的燃料噴射的持續時間，如果所述排氣溫度太高，則縮短與氣缸關聯的燃料噴射的持續 時間。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的 持續時間，使得達到期望的排氣溫度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，測得的排氣溫度的平均值或預定值被用 作設定值。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，測量發動機曲柄的扭轉振動， 并且基于扭轉振動來改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間，以均衡由所述氣缸產 生的輸出。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，基于排氣溫度和扭轉振動來改變將燃料 噴射到所述氣缸(3)中的持續時間。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下階段評估對排氣溫度 (18)的測量的正確性，并且如果對所述氣缸的所述排氣溫度(18)的測量有誤，則基于扭轉 振動來確定將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間的變化。
8.根據權利要求5或7所述的方法，其特征在于，如果所述氣缸的所述排氣溫度(18) 偏離預設溫度值或偏離所述氣缸(3)的所述排氣溫度的平均值，則基于扭轉振動來限定將 燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間的變化。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，測量各個氣缸(3)中的氣缸 壓力的位置(15，16)，并且基于所述氣缸壓力的所述位置測量來限定所述燃燒過程的起始 時刻。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述氣缸壓力由與所述氣缸(3)相結合 地設置的敲缸傳感器、應變計或壓力傳感器(15)來測量。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，測量所述發動機曲柄的所述 扭轉振動，并且基于所述扭轉振動測量來限定所述燃燒過程的起始時刻。
12.—種平衡柴油機(2)的氣缸的系統(1)，該系統包括將與各個氣缸(3)結合起來安 裝的用于測量所述氣缸的排氣溫度的溫度傳感器(18)，其特征在于，所述系統(1)包括控 制單元(14)，所述控制單元(14)被設置成執行以下操作限定各個氣缸(3)中的燃燒過程的起始時刻，將所述燃燒過程的限定的起始時刻與設定值進行比較，如果所述燃燒過程的限定的起始時刻不同于所述設定值，則改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的起始時刻，以及基于對排氣溫度的測量來改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間，以均衡由所 述氣缸產生的輸出。
13.根據權利要求12所述的系統，其特征在于，所述控制單元被設置成在所述排氣溫 度太低時延長與氣缸關聯的燃料噴射的持續時間，而在所述排氣溫度太高時縮短與氣缸關 聯的燃料噴射的持續時間。
14.根據前述權利要求中任一項所述的系統，其特征在于，所述控制單元(14)被設置 成改變燃料噴射的持續時間，使得達到所述氣缸(3)的所述排氣溫度的期望的設定值。
15.根據權利要求14所述的系統，其特征在于，所述期望的設定值是所述排氣溫度的 平均值或預定值。
16.根據權利要求12至15中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統包括用于測量 曲柄的扭轉振動的裝置(16)，并且所述控制單元(14)被設置成基于扭轉振動來改變將燃 料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間，以均衡由所述氣缸(3)產生的輸出。
17.根據權利要求12至16中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統包括用于測量 所述曲柄的扭轉振動的裝置(16)，并且所述控制單元(14)被設置成基于所述排氣溫度和 所述扭轉振動來改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間。
18.根據權利要求16所述的系統，其特征在于，該系統還包括評估所述排氣溫度(18) 的所述測量的正確性的裝置，并且如果所述氣缸(3)的所述排氣溫度(18)的測量有誤，則 基于扭轉振動來限定將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間的變化。
19.根據權利要求18所述的系統，其特征在于，所述控制單元(14)被設置成在所述氣 缸的所述排氣溫度(18)偏離預設溫度值或偏離所述氣缸(3)的所述排氣溫度的平均值的 情況下基于扭轉振動來改變將燃料噴射到所述氣缸(3)中的持續時間。
20.根據權利要求12至19中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統(1)包括用于 測量各個氣缸(3)中的氣缸壓力的位置的裝置(15，16)，并且所述控制單元(14)被設置成 基于對所述氣缸壓力的所述位置測量來限定所述氣缸(3)中的所述燃燒過程的起始時刻。
21.根據權利要求20所述的系統，其特征在于，所述用于測量所述氣缸壓力的位置的 裝置包括與所述氣缸相結合地設置的敲缸傳感器、應變計或壓力傳感器(15)。
22.根據權利要求20或21所述的系統，其特征在于，所述用于測量所述氣缸壓力的位 置的測量裝置包括測量所述發動機曲柄的旋轉角度的角度傳感器(16)。
全文摘要
一種用于平衡柴油機(2)的氣缸(3)的方法，在該方法中，限定各個氣缸(3)的燃燒過程的起始時刻，并且將燃燒過程的限定的起始時刻與特定的設定值進行比較。如果所限定的燃燒過程的起始時刻不同于該設定值，則改變將燃料噴射到氣缸(3)中的起始時刻。此外，測量各個氣缸的排氣溫度并基于該排氣溫度來改變將燃料噴射到氣缸(3)中的持續時間，以均衡由氣缸產生的輸出。
文檔編號F02D35/02GK102046946SQ200980119581
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月26日 優先權日2008年5月26日
發明者凱·萊赫托寧, 帕思·尤普, 托尼·格萊德 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司