内燃发动机的液体检测系统.pdf

本发明涉及一种内燃发动机(1)的液体检测系统，其用于检测发动机的至少一个气缸中的不期望的液体。所述系统包括使内燃发动机(1)的曲轴(2)旋转的电动机(4)、向所述电动机供电的变频器(6)、测量电动机的电流的测量传感器(9)以及接收测量传感器(9)的测量的控制单元(8)。所述控制单元(8)被设置为如果测量值超过阈值，则停止电动机(4)。

1.  一种内燃发动机(1)的液体检测系统，其用于检测所述发动机的至少一个气缸中的不期望的液体，其特征在于，所述系统包括：电动机(4)，其在特定周期期间使所述内燃发动机(1)的曲轴(2)旋转；变频器(6)，其向所述电动机供电；测量传感器(9,9A)，其测量所述电动机的电流；以及控制单元(8)，其接收所述测量传感器的测量，所述控制单元包括比较单元(11)，其将所述测量的值与阈值进行比较，所述控制单元(8)被配置为如果所述测量的值超过所述阈值，则停止所述电动机(4)。

2.  根据权利要求1所述的液体检测系统，其特征在于，所述系统还包括速度传感器(10,10A)，其测量所述电动机(4)或所述曲轴(2)的转速，并且所述控制单元(8)被配置为接收所述速度传感器(10,10A)的测量，所述控制单元还被配置为计算所述曲轴(2)的转矩并将转矩测量的值与转矩阈值进行比较，所述控制单元(8)被配置为如果计算的转矩值超过所述转矩阈值，则停止所述电动机(4)。

3.  根据权利要求2所述的液体检测系统，其特征在于，所述阈值和所述转矩阈值二者均需要被所述测量和计算超过以停止所述电动机(4)。

4.  根据权利要求1-3中任一项所述的液体检测系统，其特征在于，所述控制单元(8)包括发动机类型信息，所述值取决于所述发动机类型信息。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的液体检测系统，其特征在于，对于所述曲轴(2)的所述旋转，所述阈值是所述电动机(4)的正常电流的115％。

6.  根据权利要求1至4中任一项所述的液体检测系统，其特征在于，对于所述曲轴(2)的所述旋转，所述转矩阈值是所述电动机(4)的正常转矩的115％。

7.  根据权利要求2至6中任一项所述的液体检测系统，其特征在于，所述控制单元(8)还被配置为计算所述曲轴(2)的角信息以用于标识内部具有液体的一个或多个气缸。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的液体检测系统，其特征在于，所述测量传感器(9)被配置到所述变频器(6)的输入部或输出部。

9.  根据权利要求1至7中任一项所述的液体检测系统，其特征在于，所述测量传感器(9A)被配置到所述电动机(4)的电力输入部。

10.  一种内燃发动机(1)的检测所述发动机的至少一个气缸中的不期望的液体的 液体检测方法，其特征在于，所述方法包括以下阶段：
从变频器(6)向电动机(4)供电(41)，
在所述发动机启动期间利用所述电动机(4)使所述内燃发动机(1)的曲轴(2)旋转(42)，
测量(43)所述电动机的电流，
将来自电流测量的值与阈值进行比较(44)，以及
如果测量值超过所述阈值，则停止(45)所述电动机(4)。

11.  根据权利要求10所述的液体检测方法,其特征在于，所述方法还包括以下阶段：
测量(51)所述电动机(4)或所述曲轴(2)的转速，
计算(52)所述曲轴的转矩，
将计算的转矩的值与转矩阈值进行比较(53)，以及
如果所述转矩测量值超过所述转矩阈值，则停止(54)所述电动机(4)。

12.  根据权利要求11所述的液体检测方法，其特征在于，在所述方法中，所述阈值和所述转矩阈值二者均需要被所述测量和计算超过以停止所述电动机(4)。

13.  根据权利要求10至12中任一项所述的液体检测方法，其特征在于，所述方法还包括计算所述曲轴(2)的角信息以用于标识内部具有液体的一个或多个气缸的阶段。

14.  根据权利要求13所述的液体检测方法，其特征在于，所述方法还包括在所述电动机(4)由于所述超过而停止时提供警报的阶段。

内燃发动机的液体检测系统
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的液体检测系统。
背景技术
内燃发动机可能遇到在其一个或更多个气缸中有液体的风险。诸如水的液体可能源自气缸盖垫圈的泄漏，也源自类似泄漏的排气阀座或者气体发动机中的泄漏的预燃室垫圈的其它原因。在油泄漏的情况下，来源可能是泄漏的柴油注入器或者来自注入器冷却回路或来自活塞冷却的润滑油。气缸中(即，燃烧室中)的液体由于其不可压缩性而增加了压缩级(compression stage)中的气缸压力。在最坏的情况下，液体填充了气缸的大部分，或者甚至超过活塞的上死点位置中的燃烧室的体积，这在发动机转动(例如，为了启动)时导致气缸中的强大压力冲程(pressure stroke)。这样的压力冲程可导致气缸以及其它发动机组件(类似气缸盖垫圈、活塞、活塞环、活塞销、连接杆及其轴承以及曲轴及其轴承、还有轴承箱)损坏。
已知的是依赖于视觉，例如在发动机旋转期间打开的指示阀或指示旋塞，来检查气缸的油或水泄漏。还已知使用具有气缸特有传感器(例如，光电传感器)的系统，其与气缸连接以用于指示泄漏，如JP 11064147公布中所公开的。由于重复的动作以及气缸周围可能缺少空间，气缸特有的检测设置安装复杂。对没有泄漏检测系统的现有发动机的升级安装也复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测一个或多个气缸中的液体以消除上述问题的替代解决方案。该目的以独立权利要求中所述的方式来实现。从属权利要求示出本发明的不同实施方式。根据本发明的用于内燃发动机的液体检测系统检测发动机的一个或多个气缸中的不期望的液体。所述系统包括；电动机，其在特定周期期间使内燃发动机的曲轴旋转；变频器，其向电动机供电；测量传感器，其测量电动机的电流；以及控 制单元，其接收测量传感器的测量。转矩测量也可被并入变频器中。控制单元包括比较单元，其将所述测量的值与阈值进行比较。另外，控制单元被配置为如果测量值超过阈值，则停止电动机。
附图说明
以下参照附图更详细地描述本发明，附图中
图1示出本发明的示例，
图2示出本发明的另一示例，
图3示出本发明的又一示例，
图4示出根据本发明的方法的流程图示例，并且
图5示出根据本发明的方法的另一示例。
具体实施方式
图1示出本发明的系统的示例。电动机4连接到飞轮3以使内燃发动机1的曲轴2旋转。另选地，电动机可连接到驱动曲轴的另一齿轮。因此，在这种情况下，词飞轮应该被广义地理解。飞轮连接到曲轴。变频器6将来自源7(类似电网)的电力供应给电动机4。
因此，电动机4使曲轴2旋转，曲轴2继而使内燃发动机1中的气缸的活塞移动。由于水(或油)的重量并且由于液体在压力下不可压缩，一个或多个气缸中的诸如水或油的液体阻碍了活塞的移动。因此，在压缩阶段中气缸中的压力高于气缸的正常条件(气缸中没有多余液体)下的压力。这意味着使曲轴2旋转需要比正常情况更多的电力(power)或转矩。因此，电动机4在特定电压和转速下消耗的电流高于正常情况。可通过测量电动机在特定电压下的电流和/或转矩来检测一个或多个气缸中的液体。
电动机4没有被设计为使内燃发动机1高速运行或者启动发动机。电动机使发动机旋转以用于检测一个或多个气缸中的液体。因此，电动机可在内燃发动机启动之前运行。由于气缸可能包含大量液体，电动机4和曲轴2的转速在开始时可相对低，这意味着低转速足以用于检测液体并且在气缸的相同压缩阶段期间及时做出反应。.
在发动机/电动机开始旋转之后，如果在较低转速下没有检测到液体，则转速可 逐渐增大。这样，可在一个或多个气缸中检测到较少量的水。水的量越多，导致对活塞移动的阻力越大，这比较少量的水更容易检测。变频器6改变供应给电动机的电力的频率，从而直接控制转速。转速可被调节至不同的条件以检测(例如)特定量的液体。因此，变频器的使用使得在不损坏发动机1的情况下检测气缸中的不同量的液体成为可能，例如通过计算电流或转矩测量的积分值。积分值随着水的量增加而逐渐增大。存在的液体越多，值越早增加，反之亦然。
电动机在特定周期中旋转。在该周期中，可检测一个或更多个气缸中的可能液体。根据有多少转速用于液体检测，该周期可包含用于不同转速的多个子周期。周期的总持续时间取决于子周期的数量。存在的子周期越多，周期越长。
图1还示出控制单元8以及用于测量电动机4的电流的测量传感器9、9A。测量传感器可位于变频器9的一侧(例如，变频器的输入部或输出部)上或者位于电动机的电力输入部9A上。测量传感器连接到控制单元8(电力输入传感器9A的连接被示出为虚线)，该控制单元8接收测量传感器的测量。控制单元包括比较单元11，其将测量的值与阈值进行比较。如果测量值超过阈值，则控制单元被配置为停止电动机。所述停止通过将停止命令12发送给变频器6，变频器6停止向电动机4供电来方便地进行。
还可计算曲轴2的转矩。也可从转矩值来检测气缸中的液体。如果转矩值高于正常值，则液体可能存在于一个或多个气缸中。转矩T可(例如)利用下式从电动机的电流和曲轴(或电动机)的转速来计算
T＝P/w
其中P是电力，w是转速(弧度)。
P可从下式计算
P＝RI²
其中I是电动机的电流，R是电动机的内阻，w可从式w＝2πn计算，其中n是转/分钟。
因此，可从飞轮3，或者另选地从电动机4的轴测量速度。电动机的速度对应于曲轴的速度。因此，系统还可包括用于测量电动机或曲轴的转速的速度传感器10、10A。控制单元8被配置为接收速度传感器10、10A的测量以计算曲轴的转矩，并且将转矩测量的值与转矩阈值进行比较。另外，控制单元被配置为如果计算的转矩值超 过转矩阈值，则停止电动机。
电流和转矩，这两个指标的使用使得液体检测更可靠。控制单元8被配置为使得如果这些指标中的任一个超过指标特定阈值，则认为检测到液体。
还可有这样的实施方式，其中阈值和转矩阈值二者均需要被所述测量和转矩计算超过，以停止电动机。
另外，系统的控制单元8包括发动机类型信息。上述阈值取决于发动机类型信息。该信息可以是表格式。该信息还可经由标称压缩比、发动机摩擦力和转速来计算。换言之，将基准转矩与不同曲轴角下测量的转矩进行比较。在关于曲轴角值的基准转矩轨迹周围可存在操作窗口。电流/转矩基准需要考虑例如影响旋转发动机摩擦力的油温。阈值可以是适应性的。
实际实施方式是针对电动机的各个转速存在多个表。对于曲轴的所述旋转，阈值可为例如电动机的正常电流(气缸中没有多余液体)的115％。类似地，对于曲轴的所述旋转，转矩阈值可为例如电动机的正常转矩的115％。
控制单元9还可被配置为计算曲轴的角信息以用于标识内部具有液体的一个或多个气缸。角信息可从飞轮(或另一轮)的位置测量13来计算。在一些情况下，还需要凸轮轴位置测量14以用于计算正确的角信息。需要角信息来确定活塞位置。在气缸的压缩阶段期间，可在曲轴角域连续地测量或者在选择的曲轴角下测量电流/转矩。关于曲轴角域的基准电流/转矩曲线可用于比较测量的值和基准值。在基准曲线周围可存在操作窗口。如果所述比较显露出异常的高偏差(即，超过阈值)，则检测到液体。甚至可在压缩阶段的早前阶段检测液体。
另外，控制单元还可被配置为在由于所述超过而停止电动机时提供警报15。
图2示出根据本发明的更实际的实施方式。在此示例中，电动机4的旋转轴8连接到传动轮5，传动轮5与曲轴2的飞轮3连接。传动轮5将旋转电力(rotation power)从电动机传递至飞轮。
图3示出将电动机31连接到飞轮3的另一示例。在此实施方式中，飞轮3形成电动机31的转子。飞轮的边缘包括转子线圈312。电动机的定子311围绕飞轮的边缘。
图4示出描述根据本发明的方法的流程图的示例。液体检测方法包括以下阶段：从变频器向电动机供电41；在特定周期期间利用电动机使内燃发动机的曲轴旋转42； 测量43电动机的电流；将来自电流测量的值与阈值进行比较44；以及如果测量值超过阈值，则停止45电动机。
另外，该方法还可包括图5的示例中所示的其它阶段。图5示出以下阶段：测量51电动机4或曲轴2的转速；计算52发动机的转矩；将计算的转矩的值与转矩阈值进行比较53；以及如果计算的转矩值超过转矩阈值，则停止54电动机。
因此，在本发明的方法的一个实施方式中，如果电流测量或计算的转矩超过电流特定阈值或转矩特定阈值，则足以停止电动机。在本发明的方法的另一实施方式中，阈值和转矩阈值二者均需要被所述测量和计算超过以停止电动机。另外，本发明的方法还可包括计算曲轴的角信息以用于标识内部具有液体的一个或多个气缸的阶段。如上所述，需要角信息来确定活塞位置。另外，该方法还包括在由于所述超过而停止电动机时提供警报的阶段也是可行的。
本发明可按照上述方式以外的许多其它方式来实现。例如，控制单元还可以是学习控制单元。这意味着控制单元可学习特定量的液体存在于一个或更多个气缸中的情形。从上文明显的是，本发明不限于本文所描述的实施方式，而是可在独立权利要求的范围内按照许多其它不同的实施方式来实现。