CN101952572A - 擦伤检测 - Google Patents
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Abstract
一种通过识别气缸的温度或温度发展相对于其它气缸的平均温度或平均温度发展之间的偏差而检测大型多气缸二冲程柴油发动机中的擦伤前事件的方法。在检测到擦伤前事件之后，可以启动自动对策。该对策可以自动结束。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测大型二冲程柴油发动机中的擦伤的方法，尤其涉及用于检测擦伤前(pre-scuffing)状况的方法。
背景技术
大型二冲程柴油发动机的操作中的干扰可导致功率降低和对气缸和活塞的损坏。功率损失可能是显著的，而且，如果采取这样的操作，那么这可导致极大的问题，例如当大型二冲程柴油发动机用作远洋船只的动力的主要来源时就是这样。
活塞环和衬垫表面都经历如表示(粘度、载荷、速度)与摩擦系数的关系的斯特里贝克(stribeck)曲线(图1)所描状况述的所有三种磨损工况。该三种工况是边界润滑、混合润滑以及流体动力润滑。流体动力润滑是如下的状况：表面被油膜完全隔开。如果载荷仅仅是部分地由油膜压力承担，且部分地由粗糙部接触承担，那么该状况称为混合润滑。如果载荷全部由粗糙部承担，并且仅有的分隔物是分子薄油膜，那么该状况称为边界润滑。
在大型二冲程柴油发动机中，边界润滑总是存在于上止点(TDC)周围的较小范围内，在该处活塞的速度接近于0。假如发生内孔抛光(bore polish)，则边界润滑的量可以升高到产生擦伤的水平。
发明内容
我们的研究已经显示出当边界润滑等于临界值时，摩擦系数的改变将导致衬垫表面温度的独特的温度波动图案。在发生任何擦伤之前该状况将存在大约10至20分钟的一段时间。在该时间跨度中，可通过将报警系统连接于润滑系统，可以手动地或自动地采取合适的应对措施。
当检测到擦伤前状况时，气缸润滑油的用量可以相对于正常所需用量增加以防止出现擦伤状况。另一种可能是将报警系统连接于发动机的电子控制系统，这随后可以降低在相关的气缸上的载荷。该状况称为“高摩擦状况”，参见附图。如果没有采取合适的措施，由于气缸衬垫的严重磨损该状况将发展成擦伤。擦伤状况中的衬垫温度稳定在较高的水平。
在该背景下，本发明的目的是提供用于检测擦伤前状况的方法。
通过提供一种用于检测大型多气缸涡轮增压的二冲程柴油发动机中的擦伤前状况的方法来实现该目的，所述方法包括连续地或间歇地测量气缸的气缸相关温度，将单个气缸中的每一个的气缸相关温度发展与其它气缸的一些或全部的平均气缸相关温度发展进行比较，且当确定单个气缸的温度或温度发展基本上不同于其它气缸中的一些或全部的温度或温度发展时，发出擦伤前警报。
通过比较特定的气缸的温度或温度发展和其它气缸的温度或温度发展，能够清楚获知特定的气缸相对于其它气缸的温度或温度发展。因此，当基于特定的气缸的温度或温度发展确定擦伤前事件时，发动机中的由与擦伤前事件的出现无关的操作条件的改变所引起任何一般的温度发展被过滤掉，并且不影响该方法的结果。例如，在启动期间，发动机温度通常将从发动机上的较低的温度开始升高到与正常的操作温度对应的较高的温度。在实践中，该温度发展通常不是线性的，而且，在该发动机温度变化期间，当使用单个气缸的温度发展而没有将其与其它气缸比较时，将很难检测擦伤前事件，这是因为将不清楚该单个气缸的温度发展是由擦伤事件引起还是由其它的影响引起的。因此，通过比较单个气缸的温度或温度发展和其它气缸的温度或温度发展，能够获得更精确地表示擦伤前事件的温度信息。
通过确定其它气缸中的一些或全部的平均温度或平均温度发展可以确定其它气缸中的一些的温度或温度发展。
气缸的相关温度可以是扫气箱空气温度、气缸冷却水温度、活塞冷却油温度、或气缸相关的排气温度。
优选地，在气缸的上部区域的气缸壁上测量气缸的温度。但是，也可以在气缸周围的其它位置测量温度。
当相关的单个气缸的气缸壁温度发展相对于其它气缸的平均气缸壁温度发展波动时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性和可靠性。
当所述温度波动的波峰或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性。
当所述波动的温度波峰和温度波谷之间的温差超过预定的值时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性和可靠性。
当所述温度波动的波峰或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内，而且，所述波动的温度波峰和温度波谷之间的温差超过预定的值时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性和可靠性。
当所述温度波动的波峰或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内，而且，出现至少一个具有预定数量的所述波动的序列时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性和可靠性。
当所述温度波动的波峰或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内，所述波动的温度波峰或温度波谷之间的温差超过预定的值，并且出现至少一个具有预定数量的所述波动的序列时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性和可靠性。
当相关的单个气缸的气缸壁温度以超过预定阈值的值超过其它气缸的平均气缸壁温度时，单个气缸的气缸壁温度发展可被确定为基本上不同于其它气缸的平均气缸壁温度发展。因此，进一步地提高擦伤前事件检测的精确性和可靠性。
其它气缸的平均气缸壁温度发展可被确定为单个气缸的算术平均温度发展。
本发明的另一目的是提供一种执行用于检测大型多气缸二冲程柴油发动机中的擦伤前事件的方法的装置，所述装置具有与处理器相联的用于每个气缸的至少一个温度传感器，该处理器构造成比较每个单个气缸的气缸壁温度发展和其它气缸的平均气缸壁温度发展，而且，所述处理器构造成当单个气缸的温度或温度发展被确定为基本上不同于其它气缸的平均温度或平均温度发展时，发出擦伤前警报。
从详细的描述中，根据本发明的方法和装置的其他目的、特征、优点和特性将变得显而易见。
附图说明
在本说明书的下面的详细的部分中，将参照在附图中示出的示例性实施方式更详细地说明本发明，其中：
图1是示出各种润滑工况的曲线图，
图2是多气缸发动机的单个气缸的顶部的横截面详图，
图3是根据本发明的实施方式的发动机的气缸、喷射系统、气缸润滑系统、温度传感系统以及电子控制系统的概括示意图，
图4是示出图3中示出的发动机气缸的气缸壁的顶部区的温度发展的曲线图，
图5是示出图3中示出的发动机的显示有擦伤前事件的单个气缸的温度发展和其它气缸的平均温度发展的曲线图，以及
图6是示出显示有擦伤前事件的气缸的相对气缸壁温度发展的曲线图。
具体实施方式
图1示出所谓斯特里贝克曲线。活塞环和衬垫表面都经历如表示(粘度，载荷，速度)与摩擦系数的关系的该曲线所描述的所有三种磨损工况。该三种工况是边界润滑、混合润滑以及流体动力润滑。流体动力润滑是如下的状况：表面被油膜完全分隔。如果载荷仅仅是部分地由油膜压力承担，且部分地由粗糙部接触承担，那么该状况称为混合润滑。如果载荷由粗糙部全部承担，并且仅有的分隔物是分子薄油膜，那么该状况称为边界润滑。
在大型二冲程柴油发动机中，边界润滑总是存在于上止点(TDC)周围的较小的范围内，在该处活塞的速度接近于0。假如发生内孔抛光，则边界润滑的量可以升高到产生擦伤的水平。
在本文中，内孔抛光的出现标志着擦伤前事件。
图2示出大型十字头式多气缸二冲程柴油发动机的气缸10中的一个。活塞12在气缸10中上下移动。气缸的顶部被气缸盖14覆盖。气缸盖14设有排气阀16和燃料喷射器18。
温度传感器20和20’设置在活塞12的移动倒退的区域，即所谓的上止点(TDC)。温度传感器20，20’位于气缸衬垫壁中，并且通过信号电缆22连接于发动机的电子控制系统ECS(图3)。温度传感器20，20’测量各个气缸的上部区域中的气缸壁温度，而且，温度传感器的信号通过信号电缆22传递给电子控制系统。在示出的实施方式中，有两个沿直径相对的温度传感器20，20’。但是，还能够每个气缸仅使用单个温度传感器20，或每个气缸使用多于两个温度传感器，该温度传感器沿着气缸周向分布。
气缸润滑剂口26也沿着气缸周向设置。虽然可以使用其它数量的气缸润滑剂口，但是通常每个气缸设置三个气缸润滑剂口26。与每个气缸相关联的气缸油泵24给气缸润滑剂口26提供气缸油。气缸油泵24调节气缸油的用量使其适应发动机的操作条件。在正常操作期间，因为气缸油相对昂贵，所以气缸油的用量设定成不大于足够(的量)。用量将受燃料质量的影响且在使用含硫量较高的低质量燃料时将更高，还取决于发动机的载荷和运行速度，或取决于具体的气缸的载荷。
图3示出根据本发明的实施方式的具有五个气缸10的发动机。该实施方式中的气缸数量仅是示例性的，且本发明可以用于具有任何其它数量的气缸的多气缸大型二冲程柴油发动机上。
气缸10的每一个的温度传感器20，20’通过信号电缆22连接于发动机的电子控制系统ECS。气缸10中的每一个的气缸润滑油泵24也连接于电子控制系统。这同样适用于燃料喷射系统，该燃料喷射系统通过信号电缆28连接于电子控制系统ECS。
电子控制系统测量和评估由气缸10的温度传感器20，20’提供的气缸壁温度值。
电子控制系统包括构造成测量和分析气缸壁温度信号的至少一个处理器。气缸壁温度的测量可以是间歇的，例如每秒一次，或是连续的。
处理器分析气缸10中的每一个的气缸壁温度，并且分析气缸10中的每一个的气缸壁温度发展。如果任何气缸显示出通常用于擦伤前事件的温度发展，那么处理器发出擦伤前警报。
图4示出绘制单个气缸的气缸壁温度发展的曲线图。4号气缸经历擦伤前事件。其它气缸具有正常的状态和温度发展。
处理器构造成判定气缸的温度或温度发展是否明显地偏离其它气缸的一些或全部的温度或温度发展。
在下文中将气缸的相对于其它气缸的温度发展的温度发展称为相对温度。
在实施方式中，处理器构造成判定气缸的温度或温度发展是否明显地偏离其它气缸的平均温度发展。
根据实施方式，其它气缸的平均气缸壁温度发展确定为单个气缸的算数平均温度发展。
图5示出将4号气缸的温度发展(线32)和其它气缸的平均温度发展(线34)绘制在一起的曲线图。在图5中可以看出所有气缸的温度都增加。这是在冷启动之后出现的典型的情景。
图6示出4号气缸相对于其它气缸的平均温度发展的温度发展，即，图6绘制4号气缸的相对温度发展。气缸壁相对温度波动的波动幅度在大约25℃至大约65℃之间的范围时，擦伤前事件开始。
气缸壁相对温度波动的波峰之间(或波谷之间)的时间跨度通常在大约6分钟至大约18分钟的范围内。在图4中，这些事件发生的时间段标记为“高摩擦状况”。在该状态下，摩擦力增加，但是没有达到在实际的擦伤期间出现的摩擦力的水平。
气缸壁相对温度波动的大小的范围可根据发动机的不同而变化，可以取决于发动机的尺寸和设计，以及可以凭经验确定。这还适用于相对温度波动的波峰之间的时间跨度的范围。
处理器构造成在其已经判定气缸的相对温度的温度波动与擦伤事件的特征匹配时发出擦伤前警报。因此，处理器确定波动的波峰之间的时间跨度是否落入预定的范围内，并且确定温度波动是否超过预定的值。
如果该确定是肯定的，那么处理器发出擦伤前警报，而且，在实施方式中，处理器还将自动启动擦伤前事件对策。这些擦伤前事件对策可以包括使气缸润滑油用量增加到多于正常操作所需的水平。该增加通过从电子控制系统ECS到已经为其发出擦伤前事件警报的气缸的气缸润滑油泵24的信号实现。擦伤前事件对策还可以包括降低作用在已经为其发出擦伤前事件警报的气缸上的载荷。电子控制系统ECS通过各个信号电缆28改变燃料喷射的量和/或时间而实现该对策。擦伤前事件对策还可以包括降低发动机速度。
在实施方式中，处理器构造成对检测擦伤前事件进行较严格的控制。额外的限制的形式为在发出警报之前必须出现的最小数量的连续的气缸壁相对温度波动。最小数量的连续波动可以设定为2个或3个波动(至少是3个波峰的2个)。
在实施方式中，处理器还构造成当在已经对气缸10中的一个发出擦伤前事件警报之后，已经采取对策时，自动确定什么时候返回到正常的操作。至此，处理器确定从对策开始已经经过的时间跨度，并且自动返回至气缸10的正常操作，对此，在时间跨度已经超过预定的阈值之后，已经为该气缸10发出擦伤前警报。返回正常操作是逐渐地或逐步地执行的。
虽然本发明已经示出以气缸壁温度作为输入温度，但是应当理解可以使用其它的气缸相关的温度，例如扫气箱空气温度、气缸冷却油温度、冷却套水温和排气温度来代替气缸壁温度。
本发明具有许多优点。不同的实施方式或执行方式可以产生一个或多个以下优点。应当注意，这不是全面的列举，而且，能够有此处没有描述的其他优点。本发明的一个优点是提供用于检测擦伤前事件的可靠方法。本发明的另一个优点是在检测到擦伤前事件时自动启动对策。本发明的另外的优点是提供对擦伤前事件的对策的自动结束。
权利要求中使用的术语“包括”不排除其它的元件或步骤。权利要求中使用的术语“一”或“一个”不排除多个。
当在前面的说明书中努力把注意力引向本发明的那些被认为是特别重要的特征时，应当理解申请人要求对在上文中提到或在附图中示出的任何具有专利性的特征或特征的组合进行保护，不管是不是已经对其特别强调都是如此。此外，应当理解本领域一般技术人员可根据本发明的考虑对本文中的装置进行变型和/或改进，并且仍保持在如下面权利要求中的精神和范围内。
Claims (13)
1.一种检测大型多气缸涡轮增压二冲程柴油发动机中的擦伤前状况的方法，所述方法包括：
连续地或间歇地测量所述气缸的气缸相关温度，
将各单个气缸的气缸温度发展分别与其它气缸中一些或全部的平均气缸温度发展进行比较，以及
当确定单个气缸的温度或温度发展基本上不同于其它气缸中的一些或全部的平均温度或平均温度发展时，发出擦伤前警报。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过确定其它气缸中的一些或全部的平均温度或平均温度发展而确定其它气缸中的一些的温度或温度发展。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述气缸的上部区域的气缸壁处测量所述气缸的气缸相关温度。
4.根据权利要求3的任一项所述的方法，其中，当相关的单个气缸的气缸壁温度发展相对于其它气缸的平均气缸壁温度发展波动时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述温度波动的波峰之间或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述波动的温度波峰和温度波谷之间的温差超过预定的值时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述温度波动的波峰之间或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内并且所述波动的温度波峰和温度波谷之间的温差超过预定的值时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述温度波动的波峰之间或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内并且出现至少一个具有预定数量的所述波动的序列时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述温度波动的波峰之间或波谷之间的时间跨度落入预定的范围内、所述波动的温度波峰和温度波谷之间的温差超过预定的值、并且出现至少一个具有预定数量的所述波动的序列时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述相关的单个气缸的气缸壁温度超过所述其它气缸的平均气缸壁温度的值超过预定阈值时，将所述单个气缸的气缸壁温度发展确定为基本上不同于所述其它气缸的平均气缸壁温度发展。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将所述其它气缸的平均气缸相关温度发展确定为各个气缸温度的算术平均温度的发展。
12.一种用于检测大型多气缸涡轮增压二冲程柴油发动机中的擦伤前状况的装置，所述装置针对每个汽缸具有至少一个温度传感器，所述温度传感器与处理器相联，所述处理器构造成将各单个气缸的气缸温度发展与其它气缸的平均气缸温度发展进行比较，且所述处理器构造成当所述单个气缸的温度或温度发展被确定为基本上不同于所述其它气缸的平均温度或平均温度发展时，发出擦伤前警报。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述温度传感器测量扫气箱空气温度、气缸冷却油温度、冷却套水温、或排气温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CI01 | Publication of corrected invention patent application |
Correction item: Applicant Correct: Mann Diesel & Turbine, an associate company of Mann Diesel & Turbine Europe AG|Copenhagen, Denmark False: Mann Diesel & Turbine, an associate company of Mann Diesel & Turbine Europe AG|Copenhagen Number: 03 Volume: 27 |
|
| CI02 | Correction of invention patent application |
Correction item: Applicant address Correct: Copenhagen, Denmark False: Copenhagen Number: 03 Page: The title page Volume: 27 |
|
| ERR | Gazette correction |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: MAN DIESEL ENGINE + TURBO GMBH, GERMAN MAN DIESEL ENGINE + TURBO EUROPE GMBH + CO. KG: COPENHAGEN TO: MAN DIESEL ENGINE + TURBO GMBH, GERMAN MAN DIESEL ENGINE + TURBO EUROPE GMBH + CO. KG: |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Copenhagen, Denmark Patentee after: Mannone solutions (mannone solutions Germany) branch Address before: Copenhagen, Denmark Patentee before: Mann Diesel & Turbine, an associate company of Mann Diesel & Turbine Europe AG |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |