CN105765236A - 检测液压马达的冲程的终点 - Google Patents

Abstract

出于多种原因，检测液压致动式往复活塞泵的冲程终点是有挑战性的。当所述泵将过程流体加压至10相对低压时，液压流体压力的量值与跨越用以检测冲程的终点的梭阀的压降的量值相比不那么不同，这导致难以检测冲程事件的终点。本发明公开了一种检测包括具有梭阀的往复活塞的液压马达的活塞冲程的终点的方法。所述方法包括1在以下时刻检测活塞冲程的终点：液压流体压力的变化率的量值基本上大于液压流体压力在所述活塞冲程内的平均变化率的量值；并且液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。

Description

检测液压马达的冲程的终点

发明领域

本申请涉及一种检测往复活塞液压马达的冲程的终点的方法。这种方法的特别适合的应用是检测与加压气态燃料用于内燃引擎的低温泵相联的液压驱动缸中的活塞的冲程的终点。

发明背景

本申请人的共同拥有的在2010年6月22日发布的美国专利第7,739,941号公开了一种用于往复活塞泵的液压驱动系统，和一种在不使用位置传感器、流速传感器或特殊流传感阀的情况下在每个活塞冲程的终点有效控制活塞运动的逆转的方法。随着活塞接近液压缸头的任一末端，液压驱动部分的活塞中布置的梭阀被启动以打开。在液压回路的高压侧上由于梭阀的打开出现压降。压力传感器用以检测这种压降，以便液压流体的流动可以被转成逆转液压活塞的运动。

在一个应用中，往复活塞泵是将气态燃料抽吸至高压用于递送到内燃引擎的低温泵。气态燃料通过汽化器被抽吸，在所述汽化器中气态燃料经历从液体到超临界或气体状态的转变，并且被充分加压以便当其被直接引入引擎的燃烧室中时，其克服缸内压力。这些应用被称为高压系统。

在其它应用中，气态燃料通过将其注入进气阀的上游来引入引擎的燃烧室中，所述进气阀调节到达燃烧室的空气的流量。关于气态燃料被递送到引擎时的压力，与所描述的高压系统相比，这些应用可以被称为低压系统。燃料注射器将气态燃料注入进气歧管中，其中在用于上述高压应用的定向注入期间压力基本上小于缸内压力。

与高压系统相比，通过检测归因于梭阀打开的压降来检测低温泵中的液压活塞的冲程的终点的方法在低压系统中挑战性更大。由梭阀切换所引起的压力波动的相对量值和后续压降与在压缩冲程期间抽吸气态燃料时液压流体压力的量值相比不那么不同。

图1说明往复活塞低温泵的压缩冲程和吸气冲程的液压流体压力的迹线，其中液压流体被用以驱动液压活塞。低温流体在吸气冲程期间被抽取到抽吸汽缸中，并且在压缩冲程期间被压缩。上升边缘10是在压缩冲程期间的液压流体压力。随着气态燃料被压缩，液压流体压力增加。下降边缘20在随着液压活塞到达压缩冲程的终点，梭阀打开时出现。后续上升边缘30表示跨越梭阀的压降。平坦边缘40是在吸气冲程期间的液压流体压力，其中在低温流体被抽取到抽吸汽缸中时施加于液压活塞上的流体压力基本上恒定。上升边缘50在随着液压活塞到达吸气冲程的终点，梭阀打开时出现。类似于上升边缘30，上升边缘50表示跨越梭阀的压降。如通过上升和下降边缘的相对量值可以看出，在压缩冲程期间液压流体压力的量值与在切换事件期间跨越梭阀的压降相当，这使得这些事件之间的区别挑战性更大。

目前发展水平缺乏用于改进对往复活塞液压马达的活塞冲程的终点进行检测的技术。本发明方法和设备提供了一种用于改进对往复活塞液压马达的活塞冲程的终点进行检测的技术，其可以用于低压系统和高压系统两种系统。

发明概要

公开了一种改进的用于检测包括具有梭阀的往复活塞的液压马达的活塞冲程的终点的方法，包括在以下时刻检测活塞冲程的终点：液压流体压力的变化率的量值基本上大于液压流体压力在所述活塞冲程内的平均变化率的量值；并且液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。所述方法可以进一步确定已经出现预定百分比的所述活塞冲程。这可以提高检测精确性并且减少检测活塞冲程的终点所需的加工的量。

一种改进的检测包括梭阀的液压致动式往复活塞泵的冲程的终点的方法包括：确定正在进行压缩冲程还是吸气冲程；和在以下时刻检测冲程的终点：对于压缩冲程，液压流体压力的变化率基本上小于液压流体压力在所述压缩冲程内的平均变化率；对于吸气冲程，液压流体压力的变化率基本上大于液压流体压力在所述吸气冲程内的平均变化率；并且液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。所述方法可以进一步确定是否已经出现预定百分比的所述压缩冲程和所述吸气冲程。

提供了一种改进的用于检测包括具有梭阀的往复活塞的液压马达的活塞冲程的终点的设备。所述设备包括：液压流体压力传感器；和控制器，所述控制器被编程用于：接收来自所述液压流体压力传感器的代表液压流体压力的信号。所述控制器被编程用于在以下时刻检测活塞冲程的终点：液压流体压力的变化率的量值基本上大于液压流体压力在所述活塞冲程内的平均变化率的量值；并且液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。所述控制器可以被进一步编程用于确定已经出现预定百分比的所述活塞冲程。

图式简单说明

图1是液压驱动式往复活塞泵中的液压流体压力在该泵的压缩冲程和吸气冲程内的曲线图。

图2是根据一个实施方案的液压驱动式往复活塞泵的液压系统的示意图。

图3是根据第一实施方案在压缩冲程期间对图2的液压驱动式往复活塞泵的冲程的终点进行检测的技术。

图4是根据第二实施方案在吸气冲程期间对图2的液压驱动式往复活塞泵的冲程的终点进行检测的技术。

优选实施方案的详细说明

参考图2，展示用于致动由驱动轴150驱动的往复活塞泵中的液压马达110的液压系统100。液压马达110包括液压活塞130，所述液压活塞安置于液压缸140内。液压活塞130包括空腔160，梭阀170布置到所述空腔中用于控制液压流体跨越液压缸140内的活塞的流动。液压泵180使液压流体190从液压储集器200循环通过流动切换装置210和管道220和230到达液压马达110中。流动切换装置210受控制器240指挥以切换液压流体向管道220和230中的流动和从管道220和230中出来的流动，以便液压流体流动在进入液压缸140之间在液压活塞130的任一侧上切换，如下文更详细描述。压力传感器300将代表泵180下游的液压流体压力的信号传送到控制器240。

现在描述液压系统100的操作。液压流体从液压泵180流到管道220和液压缸140的腔室250中，导致液压活塞130和驱动轴150朝右移动。梭阀170归因于来自液压流体的压力而关闭，防止液压流体流动跨越液压活塞130。当末端270接触汽缸头290时，梭阀170(如果被迫打开的话)使得液压流体可流到腔室260中跨越液压活塞170，并且从液压缸140中出来到达管道230中以返回到储集器200。控制器240被编程用于通过处理从压力传感器300接收的信号来检测液压泵180下游的液压流体压力的压降，并且指挥流动切换装置210切换液压流体向管道220和230中的流动和从管道220和230中出来的流动，以使来自液压泵180的液压流体流到腔室260中。这导致梭阀170朝左移动并且邻接空腔160的相对内壁，由此活塞130逆转方向并且朝汽缸头280移动。类似地，当末端310接触汽缸头280时，梭阀170打开，使得液压流体可流动跨越活塞130。关于类似液压系统的操作的更详细描述，参看申请人的美国专利第7,739,941号。

现在参考图3，现在论述根据第一实施方案处理控制器240从压力传感器300接收的压力信号的技术。算法400用以检测在液压致动式往复活塞泵120(图2中所见)的压缩冲程的终点的下降边缘20(图1中所见)。算法400中的步骤410、420、430和440以相继次序表示，然而这不是必要条件。步骤410到440可以平行进行并且唯一必要条件是由这些步骤表示的每一个条件是真的。

步骤410确定方程式1a是否是真的。方程式1a要求，液压流体压力的变化率(由方程式1a的左手侧表示)小于液压流体压力从先前在压缩冲程中的平均变化率(由方程式1a的右手侧表示)。术语‘偏移’表示液压流体压力变化率极限值。在一个优选实施方案中，液压流体压力的变化率基本上小于液压流体压力的平均变化率。在压缩冲程期间，液压流体压力的变化率是正的(参看图1中的上升边缘10)，并且当梭阀打开时，液压流体压力的变化率是负的(参看图1中的下降边缘20)。在上升边缘10期间液压流体压力的变化率的量值小于在下降边缘20期间液压流体压力的变化率的量值。方程式1a在检查瞬时和平均液压流体压力的变化率的征象时适用。类似地，方程式1b在比较相对量值时适用。步骤410可以确定方程式1a或方程式1b是否是真的。如果步骤410是真的，那么算法进行到步骤420。

步骤420确定方程式2是否是真的。方程式2要求，液压流体压力信号中的噪音的量基本上可忽略不计(不显著的)。术语表示液压流体压力的变化率的标准偏差。术语‘x’是表示预定偏差数目的可编程参数。术语‘偏移’具有与步骤410中相同的含义，液压流体压力变化率极限值。如果步骤420是真的，那么算法进行到步骤430。

步骤430确定压缩冲程当前受控制器240指挥，并且如果是这样，那么控制传到步骤440。在步骤440中确定是否已经出现预定百分比的压缩冲程。控制器240可以在精确度范围内基于采用不同参数组合的若干函数中任一个，确定在压缩冲程期间活塞130从汽缸头280朝汽缸头290移动了多远。举例来说，控制器可以确定多少百分比的压缩冲程已经出现作为液压流体从液压泵180流出的流动速率和液压缸140的截面面积的函数，或作为液压流体压力、时间和液压缸的截面面积的函数。如果已经出现预定百分比的压缩冲程，那么步骤440是真的。当步骤410、420、430和430的结果各自是真的时，那么已经检测到压缩冲程的终点，由框450表示。

现在参考图4，现在论述根据第二实施方案处理控制器240从压力传感器300接收的压力信号的技术。算法500用以检测在液压致动式往复活塞泵120(图2中所见)的吸气冲程(参看图1中的平坦边缘40)的终点的上升边缘50(图1中所见)。算法500中的步骤510、520、530和540以相继次序表示，然而这不是必要条件。步骤510到540可以平行进行并且唯一必要条件是由这些步骤表示的每一个条件是真的。

步骤510确定方程式3是否是真的。方程式3a要求，液压流体压力的变化率(由方程式1的左手侧表示)大于液压流体压力从先前在吸气冲程中的平均变化率(由方程式3a的右手侧表示)。术语‘偏移’表示液压流体压力变化率极限值。在一个优选实施方案中，液压流体压力的变化率基本上大于液压流体压力的平均变化率。在吸气冲程期间，液压流体压力的变化率是约零(参看图1中的平坦边缘40)，并且当梭阀打开时，液压流体压力的变化率是正的(参看图1中的上升边缘50)。在平坦边缘40期间液压流体压力的变化率的量值小于在上升边缘50期间液压流体压力的变化率的量值。方程式3a在检查瞬时和平均液压流体压力的变化率的征象时适用。类似地，方程式3b在比较相对量值时适用。如果步骤510是真的，那么算法进行到步骤520。

步骤520确定方程式4是否是真的。方程式4要求，液压流体压力信号中的噪音的量基本上可忽略不计(不显著的)。术语表示液压流体压力的变化率的标准偏差。术语‘x’是表示预定偏差数目的可编程参数。术语‘偏移’具有与步骤510中相同的含义，液压流体压力变化率极限值。步骤510可以确定方程式3a或方程式3b是真的。如果步骤520是真的，那么算法进行到步骤430。

步骤530确定吸气冲程当前受控制器240指挥，并且如果是这样，那么控制传到步骤540。在步骤540中确定是否已经出现预定百分比的吸气冲程。控制器240可以在精确度范围内基于采用不同参数组合的若干函数中任一个，确定在吸气冲程期间活塞130从汽缸头290朝汽缸头280移动了多远。举例来说，控制器可以确定多少百分比的压缩冲程出现作为液压流体从液压泵180流出的流动和液压缸140的截面面积的函数，或作为液压流体压力、时间和液压缸的截面面积的函数。如果已经出现预定百分比的吸气冲程，那么步骤540是真的。当步骤510、520、530和530的结果各自是真的时，那么已经检测到吸气冲程的终点，由框550表示。

准确检测压缩和吸气冲程的终点提高液压致动式往复活塞泵的总效率。全面完成的压缩冲程产生最高的可能泵效率。减少每个冲程的终点的浪费时间增加液压致动式往复活塞泵的潜在往复率。与先前的技术相比，这种技术通过减少在吸气冲程的终点归因于虚拟位置传感器所需的裕度存在的固有延迟而改进对冲程的终点的检测多达约10％。这增加液压致动式往复活塞泵的递送能力多达约10％。不同于现有技术的技术，这种技术准确并且可重复地检测低压系统的压缩和吸气冲程的终点。

虽然已经展示和描述了本发明的特定元件、实施方案和应用，但应理解，本发明并不限于其，因为本领域的技术人员可以在不背离本公开的范围的情况下、具体来说根据上述传授内容进行修改。

Claims (6)

1.一种检测包括具有梭阀的往复活塞的液压马达的活塞冲程的终点的方法，所述方法包括：

在以下时刻检测活塞冲程的终点：

液压流体压力的变化率的量值基本上大于液压流体压力在所述活塞冲程内的平均变化率的量值；并且

液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括确定已经出现预定百分比的所述活塞冲程。

3.一种检测包括梭阀的液压致动式往复活塞泵的冲程的终点的方法，所述方法包括：

确定正在进行压缩冲程还是吸气冲程；和

在以下时刻检测冲程的终点：

对于压缩冲程，液压流体压力的变化率基本上小于液压流体压力在所述压缩冲程内的平均变化率；

对于吸气冲程，液压流体压力的变化率基本上大于液压流体压力在所述吸气冲程内的平均变化率；并且

液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。

4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括确定是否已经出现预定百分比的所述压缩冲程和所述吸气冲程。

5.一种用于检测包括具有梭阀的往复活塞的液压马达的活塞冲程的终点的设备，所述设备包括：

液压流体压力传感器；

控制器，所述控制器被编程用于：

接收来自所述液压流体压力传感器的代表液压流体压力的信号；和

在以下时刻检测活塞冲程的终点：

液压流体压力的变化率的量值基本上大于液压流体压力在所述活塞冲程内的平均变化率的量值；并且

液压流体压力信号中的噪音基本上可忽略不计。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述控制器被进一步编程用于确定已经出现预定百分比的所述活塞冲程。