CN101506504B - 动态检测燃油泄漏的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了发动机(10)的燃油控制系统(12)。所述燃油控制系统可有加压燃油源(38)和至少一个被配置用于接收和喷射加压燃油的喷油器(32)。燃油系统也有一个被配置用来产生指示在所述至少一个喷油器的实际燃油压力信号的传感器(56)，和与所述传感器通讯的控制器(54)。所述控制器可被配置用于确定在所述至少一个喷油器的期望的燃油压力，并且比较所述信号和所述期望的燃油压力。所述控制器也可被配置用于响应所述比较启动泄漏检测序列。

Description

动态检测燃油泄漏的系统

技术领域

本公开涉及一种燃油泄漏的检测系统，更特别地，涉及一种能动态检测燃油泄漏的系统。

背景技术

燃油系统通常包括一个加压油源，一个或多个喷油器，和一个引导加压燃油从油源到喷油器的分配系统。喷油器有代表性地与发动机结合，并且对于发动机的正常运行来说在发动机运行过程中监控和调节燃油系统的不同参数是重要的。例如，随着时间的推移，燃油系统的不同部件可能磨损带来效率损失和/或背离期望的运行压力。如果这些损失和压力偏离没有被检测到，发动机的性能可能恶化。另外，如果过度磨损或产生系统损坏，燃油外泄漏和极端的系统压力降低则成为可能。

然而，如果功率降低和压力偏离可被监控，则可以及时地采取预防和/或纠正措施。1988年1月13日颁予Augustin et al.的一个监控燃油系统运行和检测燃油泄漏的例子通过美国专利号5708202(‘202专利)进行了说明。特别地，‘202专利披露了一种识别燃油自内燃发动机的燃油喷射系统泄漏的方法，该方法包括在不喷油事件期间感应燃油系统的压力，并比较感应到的压力。如果燃油压力发生了显著偏离，则确定为泄漏。当判定大流量系统的泵和喷油器之间的大泄漏时，非喷油事件对应一个喷油的终点和另一个喷油的起点之间的时间。当在一个小流量系统判定泵和喷油器之间的泄漏时，非喷油阶段必须由停止至少一个燃油输送和至少一个燃油喷射的步骤形成。如果在泵和喷油器之间没有检测到泄漏，系统其他部分只有在“驱动操作”期间当检测系统的泵和喷油器关闭时通过比较感应到的压力进行泄漏检测。

尽管‘202的方法可充分地检测燃油泄漏，但这种方法可能受限制和产生干扰。特别地，‘202专利描述的泄漏检测只可以在发动机特定的运行期间(即，当发动机被驱动时)进行。在某些连续泄漏检测至关重要的情况下这个有限的应用可能成为问题。另外，因为专利‘202的系统内部的泄漏检测，除了泵和喷油器之间外，要求关闭喷油器和泵，发动机的运行可能被不合需要的中断。进一步，202‘专利的方法没有提供方法确定是否低压事件是由于泄漏、定期有意图的卸压或者正常的磨损而产生，并且没有方法调节正常的磨损。

本公开的控制系统解决上述一个或多个问题。

发明内容

本公开显示了一燃油控制系统。该燃油控制系统可包括加压燃油源和至少一个配置用来接收和喷射加压燃油的喷油器。所述燃油控制系统也可包括配置用来产生指示在所述至少一个喷油器的实际燃油压力信号的传感器，和与所述传感器通讯的控制器。所述控制器可被配置用于确定在所述至少一个喷油器的期望的燃油压力，并且比较所述信号和所述期望的燃油压力。所述控制器也可被配置响应于所述比较启动泄漏检测序列。

本公开的另一方面显示了燃油系统中检测泄漏的方法。所述方法可包括加压燃油和感应所述燃油的压力。所述方法也可包括确定期望的燃油压力，并比较所述感应到的压力和所述期望的压力以确定必要的加压调节。所述方法进一步包括比较所述必要的加压调节和历史调节，并且只有所述必要的加压调节在所述历史调节量加减一预先确定量的范围内才执行所述必要的加压调节。

附图说明

图1为示例性公开的发动机系统的示意和概略图。

图2描述了图1中的在发动机系统中确定燃油泄漏和调节燃油泄漏的需要的示例性序列的流程图。

图3显示了图2序列中一个步骤的示例性结果的迹线图。

具体实施方式

图1举例说明发动机10和燃油系统实施例12。基于本公开的目的，发动机10被表示和描述成四冲程柴油机。该领域的技术人员应该知道，然而，发动机10可以是任何类型内燃机，例如，汽油或者气态燃料动力发动机。发动机10可以包括形成多个汽缸16的发动机机体14，活塞18可滑动地放置在每一个汽缸16中，并且汽缸盖20结合每个汽缸16。

汽缸16、活塞18和汽缸盖20可形成燃烧室22。在举例说明的具体方式中，发动机10包括6个燃烧室。然而，可以预想发动机10可以包括多于或少于燃烧室22的数量，并且燃烧室22可以被布置为“单列”构造、“V”型构造，或者其他合适的构造。

同样如图1所示，发动机10可包括可转动地布置在发动机机体14中的曲轴24。连杆26可将每一个活塞18连接到曲轴24上，以便活塞18在各自汽缸16中的滑行运动转变成曲轴24的转动。类似地，曲轴24的转动可导致成活塞18的滑行运动。

燃油系统12可包括协同作用以将加压燃油输送到每个燃烧室22喷射的组件。特别是，燃油系统12可包括配置用于容纳燃油供给的油箱28，配置用于对燃油加压并且经由共轨34引导加压燃油流向多个喷油器32的燃油泵送装置30。

燃油泵送装置30可包括一个或多个用于增加燃油压力和引导一个或多个加压燃油流到共轨34的泵送器件。在一个例子中，燃油泵送装置30包括一个串联布置的并且通过油路40流体连接的低压源36和一个高压源38。低压源36可以是一个配置用于向高压源38提供低压供料的输送泵。高压源38可以配置用于接收低压供料并增加燃油压力到大约30-300Mpa。高压源38可通过油路42与共轨34连接。

止回阀44可布置在油路42中以提供自燃油泵送装置30流向共轨34的单向燃油流。

低压和高压源36，38中的一个或两个可操控地与发动机10连接并通过曲轴24驱动。低压和/或高压源36，38可以通过本领域技术人员显而易见的方式与曲轴连接，其中曲轴24的转动将导致泵传动轴相应地转动。例如，图1中显示了一个高压源38的泵的传动轴46通过齿轮系48与曲轴24连接。然而，可以预想的是，低压和高压源36，38中的一个或两个可替代地由电力、液力或空气作用、或者以其他任何适当的方式驱动。

喷油器32可被布置在汽缸盖20中并且经由多条油路50与共轨34相连。每个喷油器32可操控地按照预定的时间、燃油压力和燃油流速向结合的燃烧室22喷射一定数量的压力燃油。燃油向燃烧室22喷射的时间可以和活塞18的运动同步。例如，燃油可在压缩冲程中活塞18接近顶部止点位置时喷射以允许喷射的燃油的压燃。可选择地，为进行均质冲量压燃，燃油可在活塞18开始朝向顶部止点位置的压缩冲程时喷射。为进行后喷射产生还原氛围以进行处理后再生，燃油也可以在膨胀冲程过程中当活塞18由顶部止点向底部止点移动过程中喷射。

控制系统52可与燃油系统12结合监测和控制燃油泵送装置30和喷油器32的运行。特别地，控制系统52可包括通过通讯线路58与压力传感器56、通过通讯线路64与高压源38、和通过通讯线路68与卸压阀66进行通讯的控制器54。可以预想的是，如果需要，控制器54可以进一步与每一个喷油器32、低压源36、和/或另外的或可替代的燃油系统12的部件进行通讯以检测和/或控制他们的运行。

控制器54可具体化为包括控制燃油系统12运行的装置的信号微处理器或者多重微处理器。许多商用的微处理器可被配置用于执行控制器54的功能。应该理解地是，控制器54可以简单地具体化成一个能够控制许多发动机功能的普通发动机微处理器。控制器54可以包括一个存储器、辅助存储装置、一个处理器和其他运行应用程序的部件。其他不同的电路可以结合控制器54，例如电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路，和其他类型的电路。

传感器56可具体化为配置用于感应共轨34中燃油压力的压力传感器。因为传感器56的位置在喷油器32的近端(相对于图1，从左向右看)，传感器56感应的压力可以指示最后一个喷油器32的压力。传感器56可产生一个指示这个压力的信号并通过通讯线路58传输给控制器54。可以预想地是，传感器56可选择地感应一个与最后一个喷油器32中的燃油结合的不同的或另外的燃油参数例如，具体例子为，温度、粘性、流速或者任何现有技术中的其他参数。

控制器54可响应于接收到的传感器56的信号调节高压源38的运行。就是说，如果端部的喷油器32的燃油压力低于预先确定的期望值一个固定量，控制器54可影响高压源38的运行来增加共轨34中的压力。共轨34中的压力可增加，具体例子为，通过增加高压源的转移、通过减少每一高压源38活塞冲程燃油的溢出量，或者通过其他任何方式。相反，如果端部的喷油器32的燃油压力超过预先确定的期望值一固定量，控制器54可减少高压源38的转移。

控制器54可跟踪对高压源38所作的调节。就是说，对特定的一组运行条件，高压源38应该在共轨34中产生相应的压力。然而，随着时间的推移，燃油系统12的部件可能磨损，并且由相同的一组特定的运行条件产生的压力可能发生偏离(即减小)。为向该组特定的运行条件提供相同的压力，高压源38的转移必须进行适当的调节并且该调节量可对应随时间推移而产生的燃油系统12的磨损而增加。控制器54可在存储器中存储一个指示刚刚过去的调节量的历史值。控制器54可连续更新历史值并定期重新设置历史值。可以预想地是，如果需要，控制器54可择一地在它的储存器中存储全部或任何数量的过去的调节值。可以进一步预想，控制器54可对历史数据进行运算例如，决定运行平均值、中间值，或者其他运算并将这些运算为以后比较的目的而存储在存储器中。

在高压源38的调节程序的过程中，控制器54可确定是否经由传感器56接收到的低压信号指示的是正常的系统磨损或者系统故障。就是说低压情况的发生可能是系统异常或者失效的结果，而不是磨损。例如，低压情形可能是因为最近有意图的卸压或泄漏。

在有意图地进行卸压的情况下，卸压阀66可通过流体通路70连接共轨34和油箱28以从燃油系统12释放压力。特别地，卸压阀66可包括一个先导或者电磁控制阀元件，该先导或者电磁控制阀元件朝向关闭或阻挡流体的位置弹簧偏动，并且响应于在共轨34内超过预先确定的压力的压力朝向打开或流体通过的位置可移动。如果需要，预先确定的压力是可变的，并且根据一个或多个与机械相关的条件进行设定或变化。卸压阀66通过保持流体在阻断的位置可维持系统压力(即燃油系统12内部压力)在预先确定的水平，直到作用到卸压阀66上的流体压力超过偏动簧片的弹力和/或者电磁圈(没有显示)被启动，与此同时保护系统不超过压力峰值。在卸压阀66打开和燃油从共轨34排出后，共轨34内的压力可能实际上过冲并且下降到低于期望的压力。压力过冲可能导致被传感器56感应的低压事件。为了在控制燃油系统12过程中调节过冲，指示打开事件的一个信号可被产生并通过通讯线路68传输给控制器54，由此使控制器54知道该事件。

控制器54可跟踪卸压事件的发生。也就是，响应于自卸压阀66接收的信号，控制器54可跟踪跟随该事件经过的时间，直到下一个卸压事件。卸压阀66收到指示随后发生的卸压事件的新信号后，控制器54可被重新设定以再次跟踪经过的时间，直到下一个事件发生。为了随后比较的目的，跟踪的经过的时间可被存储在控制器54的存储器中。

当燃油系统12中被检测到低压时，控制器54可确定低压是否是由于新近的卸压事件。特别是，如果检测到的共轨34中的压力大大地低于期望的压力，控制器54可评价自最近卸压事件以来的经过的时间。如果该评价指示自最近卸压事件以来的经过的时间少于预定的时间长度，检测到的低压可被认为是由于最后的卸压事件。然而，如果该比较显示自最后卸压事件以来的经过的时间大于预定的时间长度，检测到的低压可被认为是由于系统故障(举例来说，燃油系统12磨损或者泄漏)。响应于该检测，控制器54可启动泵送调节和泄漏检测序列。

图2描述了一个示例性的用于测定燃油系统12的调节需求和燃油泄漏存在的序列的流程图。图2将在下列段落中讨论以进一步说明公开的系统和其运行。

图3显示了图2序列中的一个步骤的示例性结果的迹线图。图3也将在下列段落中讨论以进一步说明公开的系统和其运行。

工业适用性

本公开的喷油器控制系统在多种发动机种类包括、例如柴油机、汽油机和气体燃料驱动发动机中有广阔的应用。公开的燃油控制系统可在任何不中断发动机运行的情况下连续泄漏检测是重要的发动机中实施。本公开的系统也可提供用于系统内部燃油压力的调节。燃油控制系统12将被现在描述。

如图2中显示，燃油系统12的控制可开始于检测零加油事件(步骤95)。零加油事件可包括基本上没有燃油被喷射入发动机10的燃烧室22中的任何发动机情形例如，举例来说，当惰行或发动机10关闭时。在零加油事件中，喷油器32的运行可停止。控制器54可通过检测导向喷油器32和/或高压源38的电流、通过检测加速或减速踏板(未显示)的位置、通过检测燃油系统12的压力、或者对本领域技术人员明显的任何其他方式来检测零加油事件。

如果发动机正在加入燃油(也就是零加油事件不存在)，燃油系统12的控制可继续共轨34内的压力检测(步骤100)。特别地，共轨34内的指示压力的参数可被传感器56检测，通过通讯线路58传送给控制器54，被定量，并且和一个期望的和预期的共轨压力范围相比较(步骤110)。期望的和预期的共轨压力范围可与共轨34内的喷油器32适当运行所必要的燃油压力相对应以产生期望的发动机输出(举例来说，速度和/或扭矩)。检测和比较步骤100，110可按连续基执行。

如果步骤110中执行的比较指示共轨34内的压力在期望和预期的共轨压力范围内，控制可返回到步骤100。然而，如果共轨34内的压力偏离了期望的和预期的共轨压力范围，低压诊断和泄漏检测序列可被启动。该序列的第一步可包括确定是否卸压事件最近已经发生(步骤120)。该确定可通过评价自最后卸压事件的经过的时间来进行。如果经过的时间少于预定的时间长度，最后卸压事件可确定是产生低压的原因(步骤130)，并且控制可返回到步骤100。

然而，如果经过的时间比预定的时间期间长，可确定不同于最后卸压事件的某事是显著调节量的原因。如果不同于最后卸压事件的某事是显著调节量的原因，控制器54可准备量化这个必要的调节。在准备量化步骤中，控制器54可选择性地停止与端部的喷油器32对应动作的高压源38的加压行程，并测量因而发生的压力衰减(步骤140)。

如果零加油事件在步骤95被检测到，步骤140也可立即跟随步骤95。也就是，如果发动机10进入零加油事件，即使没有低压事件被在先检测到，控制器54可启动调节量化步骤。步骤140在图3的迹线中被说明。

图3说明两个电流迹线300，310和一个压力迹线320。第一电流迹线300可显示随着时间推移的应用于高压源38的电流。特别地，第一电流迹线300包括八个单独的并且连续的泵送事件。这些泵送事件中两个标注为330和340的事件可结合最靠近传感器56的端部喷油器32的动作。在步骤140期间，这些泵送事件中的每一个可被停止、阻断或者否则使不存在。这些泵送事件可通过不进行高压源的冲程，排出高压源38活塞转移的任何燃油、或者任何本技术领域公知的任何其他方式使其不存在。可以预想地是第一电流迹线300可选择地显示在一个泵送事件中燃油转移的数量、高压源38内活塞的位置，或者任何其他类似的与泵送相关的特性。

第二电流迹线310可显示随时间推移的适用于喷油器32的电流。特别地，第二电流迹线310显示了对应于喷油器32动作的八个喷射事件。这些喷射事件中标注为350的事件可对应应用于最靠近传感器56的端部喷油器32的电流。通过第一和第二电流迹线的比较可确定，步骤140(参见图2)可包括在端部燃油喷油器32马上动作之前和立即跟随端部喷油器32的动作停止泵送事件。如果需要，可设想步骤140可包括停止超过两个泵送事件。如果需要，进一步可以设想阻止泵送的事件可以和不同于端部喷油器32的喷油器32结合。在零加油事件期间(也就是直接发生于步骤140)，虽然喷油器32可不动作，但泵送事件仍然被停止以确定轨压损失。

压力迹线320显示了作为喷射和泄漏发生结果的共轨34的衰减。特别是，向上直到泵送事件330，在高压源38供应的一定燃油量被喷油器32消耗和从燃油系统12泄漏的情况下，共轨34内的燃油压力可保持基本上不变。然而，在泵送事件330被停止的情况下，当燃油从燃油系统中泄漏或者被喷射到燃烧室22中时，自高压源38的供应被减少并且共轨34内的燃油压力开始逐渐减小。作为结果，压力P1可能低于共轨34期望的压力，并且在喷射事件350后测量得到的压力值P2可能更低。压力P1和P2的部分不同可以是由于在喷射事件350期间的燃油喷射量，同时剩余的部分可以是由于系统泄漏或者磨损导致的失效。

控制器54可对由于系统泄漏和失效的共轨压力衰减进行定量，并计算一个相应的高压源38必要的调节量以维持期望的系统压力(步骤150-参见图2)。这一部分的压力衰减(举例来说，调节量)可以基于压力P1和P2的不同、确定作为燃油温度和压力函数的燃油体积弹性模量值、和高压容积通过使用常规的计算来定量。必要的调节量可对应于转移/流出的高压源38的变化量，该变化量可理解为喷油器32的消耗和与泄漏和失效相关的压力衰减。

一旦必要的调节量已被定量，它可被与历史调节量进行比较以确定是否该必要的调节量已显著增加(步骤160)。必要的调节量和历史调节量之间的显著不同可对应于泄漏，与此同时一个较小的不同可对应于泵送损耗、失效或者燃油系统磨损。如果泄漏被确定，在没有进行必要的调节或者只对高压源38进行有限调节的情况下，燃油系统12和/或发动机10的运行可降低功率(步骤170)。

如果必要的调节量与历史调节量之间的不同小于预先确定量，发动机和/或燃油系统的降低功率可被阻止，并且在作出必要的调节之前，控制器54可等待零加油事件(步骤180)的检测。当零加油事件被检测到，或者仍然继续步骤95中事件的跟随检测时，控制器54可执行必要的调节(步骤190)。更确切地，当喷油器32不能工作时，高压源38的转移或者其他参数可被调节，以便作为结果的共轨34内的压力基本上和期望的系统压力匹配。

燃油系统12提供的泄漏保护可被改进超过在先技术。特别地，因为燃油系统12的泄漏检测是连续的，发生的任何泄漏可被立即识别并且调节，而不是在“驱动”的条件下等待识别。另外，燃油系统12的泄漏检测可在任何发动机的运行期间完成而不明显的中断其运行。实际上，操作者值得注意的燃油系统12的唯一中断可能是响应于被识别和定量的燃油泄漏而发生的燃油系统12和/或发动机10的降低功率。进一步，因为控制器54可影响基于连续检测的燃油压力的高压源38的调节，共轨34内的压力在较大时间百分比范围可保持基本上稳定并且在一个期望的压力范围内。

另外，燃油系统12对泄漏检测非常敏感。也就是说，因为泄漏检测和泵送损耗调节被经常进行，存储在控制器54的存储器中的并用于比较使用的历史调节量可保持的小。随着泄漏产生的必要的调节量易于超过历史量，这个小的调节量可允许进行甚至更小的泄漏检测。

对本领域技术人员显而易见的是，在不离开本公开范围的情况下，本公开的控制系统可做不同的改变和变型。通过对本公开的控制系统说明书的研究和实践，其他实施方式对于本领域技术人员显而易见。本说明书和实施例应当被认为仅仅是示例性的，真正保护范围由后附的权利要求书和按照等同原则明确。

附图标记表：

10.发动机

12.燃油系统

14.发动机机体

16.汽缸

18.活塞

20.汽缸盖

22.燃烧室

24.曲轴

26.连杆

28.油箱

30.燃油泵送装置

32.喷油器

34.共轨

36.低压源

38.高压源

40.油路

42.油路

44.止回阀

46.传动轴

48.齿轮系

50.油路

52.控制系统

54.控制器

56.压力传感器

58.通讯线路

64.通讯线路

66.卸压阀

68.通讯线路

70.流体通路

95.步骤：零加油？

100.步骤：检测轨压

110.步骤：轨压低于期望的范围？

120.步骤：卸压阀(PRV)最近启动？

130.步骤：确定低压的原因是最近卸压阀(PRV)的启动

140.步骤：停止泵送事件并检测轨压衰减

150.步骤：确定调节量

160.步骤：泄漏或泵送损耗

170.步骤：降低功率

180.步骤：零加油？

190.步骤：调节泵

300.第一电流迹线

310.第二电流迹线

320.压力曲线

330.第一泵送事件

340.第二泵送事件

350.喷射事件

Claims (8)

1.一种燃油控制系统(12)，包括：

加压燃油源(38)；

至少一个配置用来接收和喷射加压燃油的喷油器(32)；

配置用来产生指示所述至少一个喷油器的实际燃油压力信号的传感器(56)；

与所述传感器通讯的控制器(54)，所述控制器被配置用于：

确定所述至少一个喷油器的期望的燃油压力；

比较所述信号和所述期望的燃油压力；和

响应于所述比较启动泄漏检测序列；

所述泄露检测序列包括在所述泄露检测序列连续执行的过程中操作所述至少一个喷油器。

2.根据权利要求1所述的燃油控制系统，其特征在于，其中：

在所述燃油系统运行过程中所述传感器连续地产生所述信号；和

在所述燃油系统运行过程中所述信号被连续地与所述期望的燃油压力进行比较。

3.根据权利要求1所述的燃油控制系统，其特征在于，其中所述控制器进一步被配置用于确定导致实际的燃油压力基本上与期望的燃油压力相匹配的所述燃油源的必要的调节。

4.根据权利要求3所述的燃油控制系统，其特征在于，其中控制器进一步配置用于：

比较所述必要的调节和历史调节；和

当所述必要的调节大于所述历史调节一预先确定量时，降低燃油系统的运行功率。

5.根据权利要求4所述的燃油控制系统，其特征在于，进一步包括配置用于释放过压的燃油控制系统的卸压阀(66)，其中所述控制器被配置用于跟踪跟随压力释放事件的经过的时间。

6.根据权利要求5所述的燃油控制系统，其特征在于，其中，

如果：

所述跟踪的经过的时间小于预先确定的时间长度；并且

所述必要的调节比所述历史调节大所述预先确定量；

那么：

实际燃油压力和所述期望的燃油压力之间的不同被确定为归因于压力释放事件；并且

燃油系统的运行被阻止降低功率。

7.根据权利要求4所述的燃油控制系统，其特征在于，其中：

只有所述必要的调节在所述历史调节加减所述预先确定量的范围内，所述控制器才进一步被配置用于执行所述必要的调节；和

所述必要的调节只在零加油事件期间被执行。

8.一种动力系统(10，12)，包括：

有至少一个燃烧室(22)的发动机(10)；和

权利要求1-5中任何一个被设置用于输送加压燃油到所述至少一个燃烧室的所述燃油控制系统。

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