CN103534470B - 喷气阀的终端位置监控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查在内燃机中设置在燃料源与燃烧室之间的电磁操作的喷气阀（1）是否处在其关闭的终端位置中的方法，其包含：给喷气阀（1）施加测试电压和对通过所述测试电压引起的放电电流（I）进行测量。

Description

喷气阀的终端位置监控装置
技术领域
本发明涉及一种用于检查在内燃机中设置在燃料源与燃烧室之间的电磁操作的喷气阀的正确的终端位置存在的方法。
此外本发明还涉及一种内燃机，其具有：发动机控制装置；气态燃料源；至少一个燃烧室，在该至少一个燃烧室中将气态燃料点火；和设置在所述气态燃料源与所述至少一个燃烧室之间的电磁操作的喷气阀。
背景技术
电磁操作的喷气阀通过施加相应的打开电压而可以从关闭的终端位置运动到打开的终端位置，在所述关闭的终端位置中，所述喷气阀中断在燃料源与燃烧室之间的连接。
如果喷气阀因为故障或由于异物而未完全关闭，那么气态燃料(在下文中简称为“燃气”)可能在不期望的时间点上和/或以不期望的量流过喷气阀。通过流到燃烧室中的燃气和那里的与空气的混合会在不是为此设置的时间点上构成可燃的混合物。此外作为所期望的会产生燃烧室中混合物的较低的λ值(过浓的混合物)，这是因为比期望更多的燃气流到燃烧室中。在两种情况下会由于不期望的情况或者不受控的燃烧出现内燃机的损坏。
已知有不同的检测喷气阀是否处在其打开的终端位置的方法。如果喷气阀在检查时间点上处在其打开的终端位置中，尽管在该时间点按照计划该喷气阀应该是关闭的，那么可以推断出有故障的喷气阀的存在。
在这样的方法中不利的是：在出现错误的阀状态与检测该状态之间进行至少一个燃烧周期。通过这一个燃烧周期已经可以发生发动机的损坏。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种改善的用于检测喷气阀的不期望的打开状态的方法。
该目的通过用于检查在内燃机中设置在燃料源与燃烧室之间的电磁操作的喷气阀是否处在其关闭的终端位置中的方法得以实现，其包含：给喷气阀施加测试电压和对通过所述测试电压引起的放电电流进行测量。另外，所述目的还通过内燃机得以实现，其具有：发动机控制装置；气态燃料源；至少一个燃烧室，在该至少一个燃烧室中将气态燃料点火；和设置在所述气态燃料源与所述至少一个燃烧室之间的电磁操作的喷气阀，其特征在于，所述发动机控制装置在喷气阀应该处在关闭的终端位置中的至少一个时间点上在喷气阀上施加测试电压；并且对通过所述测试电压引起的放电电流进行测量并且这样推断出所述喷气阀的关闭的终端位置的存在。本发明的其它有利的实施方式在下述内容中限定。
与现有技术相反，在本发明中没有设置对打开的终端位置的检查，而是设置对喷气阀的关闭的终端位置的检查。
对关闭的终端位置的存在的检查包含：给喷气阀施加测试电压和对通过测试电压引起的放电电流进行测量。这在喷气阀应该关闭的任意时间点上完成，然而优选在预先给定的阀关闭时间点与计划的点火时间点之间的时间间隔中完成。
在电磁操作的喷气阀中，为了打开和关闭喷气阀而设置有可运动地支承在电磁线圈中的铁心。通过在打开和关闭喷气阀时该铁心的运动，电磁线圈的电感发生变化。通过测试电压产生的放电电流的曲线走向由此发生变化。本发明使得电磁线圈的电感与铁心在线圈中的位置相关，其中，喷气阀距离其关闭的终端位置越远，铁心从线圈中凸出得越多。
本发明涉及一种用于检查在内燃机中设置在燃料源与燃烧室之间的电磁操作的喷气阀的正确的终端位置存在的方法。
此外本发明还涉及一种内燃机，其具有：发动机控制装置；气态燃料源；至少一个燃烧室，在该至少一个燃烧室中将气态燃料点火；和设置在所述气态燃料源与所述至少一个燃烧室之间的电磁操作的喷气阀。
电磁操作的喷气阀通过施加相应的打开电压和由此产生的流动的断路电流而可以从关闭的终端位置运动到打开的终端位置，在所述关闭的终端位置中，所述喷气阀中断在燃料源与燃烧室之间的连接。喷气阀返回到关闭的终端位置中优选机械地通过阀中的弹簧来完成。
如果喷气阀因为故障或由于异物而未完全关闭，那么气态燃料(在下文中简称为“燃气”)可能在不期望的时间点上和/或以不期望的量流过喷气阀。通过流到燃烧室中的燃气和那里的与空气的混合会在不是为此设置的时间点上构成可燃的混合物。此外作为所期望的情况会产生燃烧室中混合物的较低的λ值(过浓的混合物)，这是因为比期望更多的燃气流到燃烧室中。在两种情况下会由于不期望的或者不受控的燃烧出现内燃机的损坏。
已知有不同的检测喷气阀是否处在其打开的终端位置的方法。如果喷气阀在检查时间点上处在其打开的终端位置中，尽管在该时间点按照计划该喷气阀应该是关闭的，那么可以推断出有故障的喷气阀的存在。
在这样的方法中不利的是：在出现错误的阀状态与检测该状态之间进行至少一个燃烧周期。通过这一个燃烧周期已经可以发生发动机的损坏。
本发明的目的在于：提供一种改善的用于检测喷气阀的不期望的打开状态的方法。
与现有技术相反，在本发明中没有设置对打开的终端位置的检查，而是设置对喷气阀的关闭的终端位置的检查。
对关闭的终端位置的存在的检查包含：给喷气阀施加测试电压，该测试电压产生测试电流。在关断测试电压之后完成对出现的放电电流的测量。
这在喷气阀应该关闭的任意时间点上完成，然而优选在预先给定的阀关闭时间点与计划的点火时间点之间的时间间隔中完成。
在电磁操作的喷气阀中，为了打开和关闭喷气阀而设置有可运动地支承在电磁线圈中的铁心。通过在打开和关闭喷气阀时该铁心的运动和由此出现的气隙在磁路中的变化，电磁线圈的电感发生变化。通过测试电压产生的放电电流的曲线走向由此发生变化。本发明利用的是：电磁线圈的电感与铁心在线圈中的位置相关，其中，喷气阀距离其关闭的终端位置越远，铁心从线圈中凸出得越多。
通过测试电压施加的测试电流优选可以如此选择，即，所输送的电能不足以将喷气阀从阀座升起。因此在如下的时间点上检查是可能的，在该时间点上，喷气阀按照计划应该通过机械的弹簧力处在其关闭的终端位置中(并且也停留在那里)。这具有的优点是：可以直接推断出错误的阀状态，并且还在燃烧室中的计划点火发生之前。因此已经可以在燃烧室中的混合物点火之前对错误的阀状态作出反应并且抑制点火火花，从而不发生不受控的燃烧。
在内燃机的发动机控制装置中可以对所测量的放电电流曲线走向应用不同的数学技术(这对于本领域内技术人员全部已知)，以便得到用于阀状态的测量值，例如：
■测定放电电流的斜率；
■在确定的时间点上测量绝对电流值；
■测定放电电流的曲线的积分；
■由根据关系I(t)＝Imax*exp(-R*t/L)的时间上的电流曲线走向计算电感或者视在电阻。
这些数学技术可以应用于具有上升的充电电流的区域和/或应用于具有下降的放电电流的区域。
本发明也允许区分有故障的和磨损的喷气阀，即通过至少两次施加测试电压，这允许确定直到到达喷气阀的关闭的终端位置的时间点和/或所需要的时间。
所应用的喷气阀的磨损的特征在于时间点的推移，在该时间点上到达关闭的终端位置。通过在新电磁阀的关闭时间点之后直接进行的第一测量和任意多次的但是至少一次另外的测量(相对第一测量延迟限定的时间间隔之后)可以确定关闭过程的时间上的进程。基于这些测量可以测定实际的关闭时间点。通过该关闭时间点可以测定通过阀的气体流量并且使该气体流量流入到控制装置中或者在气体量过大时阻止对内燃机的损坏。
重复测量的优点在于时间点的测定，在该时间点上到达关闭的终端位置(与在一次测量的情况下检测究竟是否到达关闭的终端位置相反)。由此能够更精确地测定危险的状态而且内燃机能够以磨损的阀更长时间地运行并且由此能够提高内燃机的可支配性。
本发明特别优选地设置在这样的内燃机中，这些内燃机构造为静态的奥托煤气发动机，特别是用于发电。
附图说明
本发明的另外的优点和细节借助附图以及所属的描述获得。其中：
图1示意性示出电磁操作的喷气阀的结构；
图2示出对于不同的阀状态，放电电流在时间上的曲线走向；
图3示出不同的分析处理方法的结果；以及
图4示出喷气阀的不同的关闭时间点的检测视图。
具体实施方式
图1示意性示出电磁操作的喷气阀1的等效电路图。由线圈、铁心和与该铁心连接的阀头构成的设置结构总体用附图标记2来表示并且与现有技术完全一致。附图标记5表示用于供电的电容器。优选地仅仅为了打开喷气阀1需要施加电压。关闭可以通过机械的蓄能器(弹簧)来完成。
喷气阀1的控制器3与内燃机的发动机控制装置4连接，该发动机控制装置如此构造，即，该发动机控制装置在喷气阀应处在关闭的终端位置中的至少一个时间点上通过控制器3通过开关6在喷气阀1上施加测试电压、对通过测试电压引起的放电电流I进行测量并且这样推断出喷气阀1的关闭的终端位置的存在。为了测量流过空载二极管7的放电电流I而设置有安培表8，该安培表的信号可输送给控制器3。
图2示出响应于施加的测试电压而测得的关于时间t(毫秒)的放电电流I(安培)。
曲线9表示对于以下情况的测量结果，即，喷气阀1在测量期间完全打开(铁心的100％移动位移)。
曲线11表示对于以下情况的测量结果，即，喷气阀1在测量期间完全关闭(铁心的0％移动位移)。
曲线10表示对于以下情况的测量结果，即，喷气阀1在测量期间大约半打开(铁心的60％移动位移)。
图3示出了不同的分析处理方法的结果的对比。
在y轴上示出完全关闭的阀的测量值的百分比偏差(两个轴线的交点)。在x轴上以百分比示出铁心的移动位移，其中0％相应于完全关闭的阀而100％相应于完全打开的阀。
曲线12示出基于放电电流I的斜率的斜率计算的结果。
曲线13示出基于在放电电流的曲线走向中放电电流I在确定的时间点的最大幅值的计算结果。
曲线14示出基于在图2中放电电流I在整个放电持续时间上的曲线走向之下的面积积分的计算结果。
曲线15示出由时间上的根据关系I(t)＝Imax*exp(-R*t/L)的电流曲线走向得出的电感计算结果。
曲线16示出基于在图2中的放电电流I在整个放电持续时间的限定的时间部分区域上的曲线走向之下的面积的积分的计算结果。
基于对时间上的放电电流曲线走向的分析处理可以由所有的方法清楚地检测阀的位置(关闭、打开或部分打开)，其中，识别的品质不同。曲线12示出最好的可检测性，曲线14和15示出最差的但总是还足够的可检测性。
图4涉及的可能性是：通过至少两次应用按照本发明的方法能够区分有故障的与仅仅磨损的喷气阀1。图4在y轴上示出铁心的移动位移。在x轴上表示以微秒为单位的时间t。
时间间隔17示出有故障的喷气阀1的打开持续时间，该打开持续时间本身是无终止的(在此通过测量的持续时间而受到限制)，这是因为该喷气阀永远不会到达关闭的终端位置。
时间间隔19示出新的无缺陷运转的喷气阀1的打开持续时间。
时间间隔18示出磨损的喷气阀1的打开持续时间。
曲线20示出新的喷气阀1的移动位移。
曲线25示出具有在打开之后产生的故障的喷气阀1的移动位移。
曲线24示出磨损的喷气阀1的移动位移。
附图标记21和22表示根据本发明的第一和第二检测的时间点。时间间隔23是预先给定的磨损公差并且在此为0.5毫秒。
在第二检测的时间点22上磨损的阀是关闭的，然而此外有故障的阀是打开的。因此可以在磨损的阀的情况下通过发动机控制装置4按需要的气体量调节打开持续时间并且以新的调节量继续运行内燃机。但是在有故障的阀的情况下解除点火并且停止内燃机，以便阻止由于过高的气体量所造成的损伤。

Claims (11)

1.用于检查在内燃机中设置在燃料源与燃烧室之间的电磁操作的喷气阀(1)在阀座上是否处在其关闭的终端位置中的方法，其包含：在喷气阀(1)应该处于关闭状态的时间点给喷气阀(1)施加测试电压和对通过所述测试电压引起的放电电流(I)进行测量，其中，通过测试电压施加的测试电流选择为使得所输送的电能不足以将喷气阀(1)从阀座升起。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在预先给定的阀关闭时间点与计划的点火时间点之间的时间间隔中施加所述测试电压。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，施加具有预定的持续时间和/或预定的幅值的脉冲直流电压形式的测试电压。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，施加具有预定的持续时间和/或预定的幅值的交流电压形式的测试电压。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，确定放电电流(I)在预定的时间区间中的斜率。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，确定放电电流(I)在至少一个时间点上的绝对值。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，确定放电电流(I)在预定的时间区间上的积分。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，由放电电流确定阀线圈的电感或者视在电阻。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少两次施加测试电压，用于确定直到到达喷气阀(1)的所述关闭的终端位置的时间点和/或所需要的时间。
10.如权利要求9所述的方法，其中，通过对内燃机进行控制、与确定的时间点或者所需要的时间相关地区分磨损的喷气阀(1)与有故障的喷气阀，并且通过在磨损的喷气阀(1)的情况下的控制来按需要的气体量调节喷气阀(1)的打开持续时间而在有故障的喷气阀的情况下解除燃烧室的点火。
11.内燃机，其具有：发动机控制装置(4)；气态燃料源；至少一个燃烧室，在该至少一个燃烧室中将气态燃料点火；和设置在所述气态燃料源与所述至少一个燃烧室之间的电磁操作的喷气阀(1)，其特征在于，所述发动机控制装置(4)在喷气阀(1)应该处在关闭的终端位置中的至少一个时间点上在喷气阀(1)上施加测试电压；并且对通过所述测试电压引起的放电电流(I)进行测量并且这样推断出所述喷气阀(1)的关闭的终端位置的存在。
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