燃料泄漏检测系统的制作方法

1.本发明总体上涉及内燃机中的燃料系统，更具体地，涉及用于这种燃料系统的燃料泄漏检测系统。


背景技术：

2.用于内燃机的燃料系统，例如高压燃料系统，可能由于各种原因而随时间产生泄漏。例如，燃料系统的燃料管线中的机械接头可能磨损并且燃料可能通过该接头泄漏。这种燃料系统可以设计成将燃料泵送到共用燃料轨，使得轨压保持在期望的轨压。这确保当燃料经由一个或多个喷射器从轨道喷射到气缸时，燃料轨道对于发动机的给定需求被充分地加压。然而，当燃料系统中存在泄漏以满足发动机的需求时，由于泵必须泵送更多的燃料，泵的寿命可能降低并且泵可能最终由于积聚的气蚀损坏而失效。当前的泄漏检测方法可以仅检测相对大的泄漏，使得在检测到泄漏时需要对发动机进行减速。因此，当前的泄漏检测方法可能不足以检测中等或相对较小的泄漏和/或可能错误地诊断燃料系统中的泄漏。
3.在2014年8月28日公开的美国专利申请公开第2014/0238352号(“'352公开”)描述了一种用于共轨燃料系统的电子控制器，其在时间和累积误差超过阈值时检测故障，例如泄漏。当操作条件是瞬时的(例如，在斜升期间)时，时间和累积误差保持不变，并且响应于轨压误差和操作条件是稳定状态而对时间和累积误差进行加或减。例如，基于轨压在稳定状态期间大于或小于期望的轨压的大小，将时间和累积误差相加或从中减去。然而，'352公开文献不能充分地检测再循环泄漏燃料的燃料系统中的燃料泄漏和/或中等或相对小的泄漏。
4.本发明的燃料泄漏检测系统解决了上述问题和/或本领域中的其他问题中的一个或多个。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。


技术实现要素：

5.一方面，公开了一种用于检测发动机的燃料系统的燃料泄漏的方法。所述方法包括：检测所述发动机的斜升(ramp up)；在所述斜升期间测量燃料轨的轨压；基于在斜升期间测量的轨压确定燃料系统中存在燃料泄漏；以及根据存在燃料泄漏的确定，输出所述燃料系统中的所述燃料泄漏的指示。
6.在另一方面，公开了一种燃料泄漏检测系统。该系统包括：包括燃料轨的发动机的燃料系统；用于测量所述燃料轨的轨压的传感器；以及控制器，其被配置为：检测所述发动机的斜升；测量在所述斜升期间所述燃料轨的轨压；基于在斜升期间测量的轨压确定燃料系统中存在燃料泄漏；以及根据存在燃料泄漏的确定，输出所述燃料系统中的所述燃料泄漏的指示。
7.在又一方面，公开了一种用于检测发动机的燃料系统的燃料泄漏的方法。所述方法包括：当燃料轨的轨压超过来自怠速条件的阈值时检测所述发动机的斜升；在所述斜升
期间测量所述燃料轨的轨压；将在斜升期间测得的轨压与期望的轨压进行比较；确定所述测量的轨压与所述期望的轨压之间的差值是否大于阈值，根据所述差值大于所述阈值的确定，确定所述燃料系统中存在燃料泄漏；以及输出所述燃料系统中的燃料泄漏的指示。
附图说明
8.并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了各种示例性实施例，并与说明书一起用于解释所公开的实施例的原理。
9.图1是根据本发明的方面的具有燃料泄漏检测系统的发动机系统的示意图。
10.图2是用于图1的发动机系统的示例性燃料泄漏检测系统的示意图。
11.图3提供了描述用于检测图1的系统的燃料泄漏的示例性方法的流程图。
具体实施方式
12.前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并不限制所要求保护的特征。如在此所使用的，术语“包括(comprises)”“包括(comprising)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包含(includes)”、“包含(including)”或其其他变体旨在涵盖非排他性的内含物，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或装置不仅包括这些要素，而且可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品或装置所固有的其他要素。在本发明中，除非另外说明，否则相对术语(例如，“约”、“基本上”和“大致”等)用于指示所陈述的值中
±
10％的可能变化。
13.图1示出了具有燃料泄漏检测系统100的发动机系统10的示意图。发动机系统10包括发动机12，例如内燃机。发动机12可以包括例如柴油发动机、汽油发动机、双燃料发动机(例如，能够以气体燃料和/或液体燃料运行的发动机)或本领域已知的任何其他类型的发动机。发动机12的操作可以产生动力。例如，发动机12可包括一个或多个气缸(未示出)和用于向飞轮(未示出)等提供动力的曲轴(未示出)。如图1所示，发动机系统10还包括燃料系统14、共用燃料轨16、燃料泄漏检测系统100和输出指示器18。
14.燃料系统14可包括经由燃料供应管线24彼此连通的燃料供应20，例如燃料箱，泵22和共用燃料轨16。共用燃料轨16可流体联接到一个或多个燃料喷射器26，用于将液体燃料喷射到发动机12的气缸中。泵22可以是高压泵，用于以高压从供应源20向共用燃料轨16提供燃料。泵22可以包括用于将流体(例如，燃料)压缩和加压到高压的机械泵。泵22可包括一个或多个阀(未示出)，例如入口计量阀、出口计量阀和/或本领域已知的任何其它类型的阀，用于确保仅向共用燃料轨16提供期望的量的燃料。未被发动机12的气缸消耗的燃料可被引导回供应源20以通过燃料系统14再循环。此外，燃料供应管线24可包括一个或多个泄漏路径(未示出)，使得燃料系统14中的泄漏燃料被引导回供应源20以被泵送通过燃料系统14(例如，被送至轨道16)。燃料系统14还可以包括在燃料供应源20和泵22之间的过滤器(未示出)和低压泵(未示出)，例如燃料输送泵，用于产生从供应源20到泵22的燃料流。应当理解，燃料系统14可包括任何数量和/或组合的阀或本领域已知的其它部件。
15.输出指示器18可指示燃料系统14中的燃料泄漏，如下文详述。输出指示器18可以包括显示器、仪表、灯、扬声器等。例如，输出指示器18可指示指示燃料系统14中的泄漏燃料的值(数值、百分比等)和/或可指示(例如，通过通知)燃料系统14中何时存在燃料泄漏。指
示器18可以位于操作员驾驶室(未示出)中和/或可以远离发动机系统10定位。虽然在此仅描述了单个输出指示器18，但是应当理解，输出指示器18可以包括一个或多个指示器，并且可以包括用于指示燃料系统14中的燃料泄漏的任何类型的指示器。
16.燃料泄漏检测系统100包括控制器104，例如发动机控制模块(ecm)，和连接到控制器104的传感器系统30。传感器系统30可以包括一个或多个用于测量发动机操作条件的传感器，例如压力传感器、流量传感器、速度传感器等。例如，传感器系统30可以包括轨压传感器32。轨压传感器32可以位于共用燃料轨16中并且可以感测轨压。应当理解，传感器32可以包括任何类型的传感器，例如电阻传感器、电感传感器、电容传感器、压电传感器、光学传感器、微机电系统传感器等。尽管未示出，但是传感器系统30可以包括用于测量发动机操作条件的其他传感器，包括例如用于测量来自泵22的燃料的流速的流量传感器(例如流量计)、用于测量发动机12的速度的速度传感器(例如转速计)、用于测量由发动机12产生的扭矩的扭矩传感器，和/或本领域已知的任何其他传感器。此外，传感器系统30可以根据需要包括任意数量和/或组合的传感器。控制器104还可以与泵22连通，用于控制泵22的阀的位置，并且与喷射器26连通，用于调节和控制轨道16中的燃料压力和到发动机12的气缸中的燃料喷射。
17.图2示出了用于操作和/或控制发动机系统10的至少一部分的示例性燃料泄漏检测系统100的示意图。系统100可以包括输入102、控制器104和输出106。输入102可以包括例如来自压力传感器32的轨压信号110。输出106可以包括例如燃料泄漏指示信号112。控制器104还包括燃料泄漏检测模块108。燃料泄漏检测模块108可以接收输入102，实现用于检测燃料系统14中的燃料泄漏的方法300和控制输出106，如下面参照图3所述。
18.控制器104可以体现为单个微处理器或多个微处理器，其可以包括用于检测发动机系统10的燃料系统14中的燃料泄漏的装置。例如，控制器104可包括存储器、辅助存储装置、诸如中央处理单元的处理器，或用于实现与本发明一致的任务的任何其他装置。与控制器104相关联的存储器或辅助存储装置可以存储可以帮助控制器104执行其功能(例如图3的方法300的功能)的数据和/或软件例程。此外，与控制器104相关联的存储器或辅助存储装置还可以存储从与燃料泄漏检测系统100相关联的各种输入102接收的数据。许多市场上可买到的微处理器可被配置为执行控制器104的功能。应当理解，控制器104可以容易地体现为能够控制许多其他机器功能的通用机器控制器。此外，控制器104或其部分可远离发动机系统10定位。各种其他已知电路可以与控制器104相关联，包括信号调节电路、通信电路、液压或其他致动电路，以及其他适当的电路。
19.控制器104还可以包括由模块108使用的存储值。例如，所存储的值可以包括斜升条件阈值、期望的轨压图和轨压差阈值。斜升条件阈值可以包括指示发动机系统10的斜升的发动机系统10的各种操作条件的一个或多个阈值。如本文所使用的，“斜升(ramp up)”是发动机操作条件从怠速条件到稳定状态条件(例如，到相应操作条件的期望值)的变化和/或增加。换言之，斜升可以包括操作条件的瞬态条件。例如，斜升条件阈值可以包括轨压的阈值(例如，50mpa)，使得当轨压从怠速条件到稳定状态(例如，对于给定操作条件到最终期望的轨压)增加到阈值以上时存在斜升。因此，斜升可以包括在稳定状态下阈值和期望的轨压之间的增加。当发动机操作条件低于它们各自的斜升阈值达预定时间量时，存在怠速条件。例如，当轨压小于50mpa达预定时间量时，可能存在怠速条件。斜升条件阈值和怠速条件
阈值还可包括发动机速度、发动机负荷、怠速时间、泵流速或指示发动机操作条件的任何其它参数的阈值。如本文所使用的，“发动机负荷”可以是发动机系统10在发动机系统10的各种速度下相对于额定或最大负荷产生动力(例如，扭矩)的能力。控制器104可从各种输入确定或导出发动机负荷，所述输入包括例如进气歧管压力、由发动机系统10产生的扭矩、发动机系统10的速度、喷射到发动机12的气缸的液体燃料的量，或任何其它输入。当相应的发动机操作条件参数从怠速条件超过相应的斜升条件阈值时，模块108可以确定存在斜升条件，如下面进一步详细描述的。此外，应当理解，模块108可以针对单个参数(例如，轨压)利用斜升阈值，和/或可以针对各种参数组合地利用多个(例如，多于一个)斜升阈值。
20.期望的轨压图可提供用于发动机系统10的各种操作条件的轨压的预定的、预期的或要求的值。这些图或查找表可以绘制两个或更多个操作条件，以便为相应的操作条件提供所期望的轨压的输出。例如，这些所期望的轨压图可以基于发动机速度、发动机负荷、燃料比或任何其他发动机操作条件来提供所期望的轨压。用于导出图或查找表的值的信息可以通过经验分析来确定。这种经验数据可以例如通过在例如台架测试期间在预定条件下(例如在特定操作条件下)操作测试发动机系统10来获得。例如，期望的轨压值可以与发动机操作条件的值相关。应当理解，图或查找表可以根据需要提供作为任何类型输入的函数的期望的轨压的值。此外，期望的轨压图可以提供预期的轨压增加速率以达到期望的轨压。例如，在斜升期间，期望的轨压可以以预期的增加速率增加到用于稳定状态的期望的轨压，如下面进一步详细描述的。
21.轨压差阈值可以包括在斜升期间测量的或实际的轨压与期望的轨压之间的差值的一个或多个阈值，其指示燃料系统14中的燃料泄漏。例如，在斜升事件期间，在期望的轨压和测量的或实际的轨压之间可能存在时间滞后，直到实际的轨压基本上等于稳定状态条件下的期望的轨压(例如，当实际的轨压达到期望的轨压预定的时间量时)。当存在对发动机系统10的需求时，当喷射器26从轨道16喷射燃料以满足期望的轨压时，由于泵22向轨道16泵送燃料的延迟，时间滞后可能存在。例如，泵22可以将燃料泵送到轨道16以在稳定状态期间将实际轨压维持在期望的轨压。因此，当存在对发动机系统10的需求时，例如当操作者致动加速器时，对于给定的操作条件，期望的轨压可以立即增加到期望的轨压，并且当喷射器26将燃料从轨道16喷射到发动机12的气缸时，泵22可以将燃料泵送到轨道16以满足对于该需求的期望的轨压。延迟可能由于泵22响应于需求而泵送燃料并对轨道16加压所花费的时间而存在。然而，如果在燃料系统14中存在燃料泄漏，则对于给定的需求，时间滞后可以大于期望的时间滞后，或者期望的轨压增加。因此，如果在斜升期间测量的或实际的轨压与期望的轨压之间的差值大于一个或多个轨压差阈值，则燃料系统14中可能存在燃料泄漏。此外，轨压差阈值可以取决于给定的发动机平台(例如，发动机类型)和发动机操作类型(例如，用于给定发动机的恒速发动机、变速发动机、负载和速度曲线)。轨压差阈值可以为给定应用提供单个静态值(例如，10mpa)和/或可以为发动机系统10的不同需求提供基于操作条件和/或各种类型的斜升轮廓的可变值(例如，用于第一组操作条件的第一值和用于不同的第二组操作条件的第二值)。
22.轨压差阈值还可提供指示燃料系统14中的燃料泄漏的其它值。例如，轨压差阈值可以为测量的或实际的轨压提供增加速率或时间阈值，以满足或基本上等于稳定状态下(例如，在期望的轨压下)的期望的轨压，或为测量的或实际的轨压提供增加速率或时间阈
值，以在斜升条件之后达到稳定状态。例如，当在燃料系统14中没有泄漏或泄漏可忽略不计时，测量的或实际的轨压可以在相对短的时间量之后达到稳定状态和/或可以基本上等于期望的轨压。当燃料系统14中存在泄漏时，测量的或实际的轨压的增加速率将小于预期的增加速率，使得测量的或实际的轨压在稳定状态下满足期望的轨压的时间大于时间阈值(例如，预期时间)。应当理解，轨压差阈值可以包括指示燃料系统14中的燃料泄漏的差值的任何其它值或阈值。
23.燃料泄漏指示信号112可以包括发动机系统10的各方面的控制。例如，燃料泄漏指示信号112可以包括控制器104输出信号以在输出指示器18上(例如，在显示器上)显示指示燃料系统14中的燃料泄漏的值。燃料泄漏指示信号112还可以包括控制器104在燃料系统14中存在燃料泄漏时输出警报，例如灯、可听警报、显示器上的警报等。燃料泄漏指示信号112还可以包括减轻或补救建议。例如，模块108可以建议服务间隔、燃料系统测试和/或用于定位、减轻和/或补救燃料系统14中的燃料泄漏的任何其他维护技术。燃料泄漏指示信号112还可包括调节发动机系统10的控制器104。例如，控制器104可降低或关闭发动机系统10或其部分。
24.工业实用性
25.本发明的燃料泄漏检测系统100的公开的方面可用于具有泵22的任何发动机系统10。
26.参照图1，在发动机系统10的操作期间，燃料系统14的泵22可从燃料供应源20抽取燃料。因此，泵22通过供应管线24将加压燃料从泵22提供到轨道16。加压燃料可以通过泵22保持在轨道16中的压力，如上面详细描述的。加压燃料然后可以通过喷射器26喷射到发动机12的气缸中，并且气缸中的燃料(和空气)的燃烧可以引起曲轴的旋转以提供有用的机械动力。在一些情况下，燃料泄漏可能发生在燃料系统14中。例如，轨道16、供应管线24和/或喷射器26之间的机械接头可能磨损并且燃料可能通过机械接头泄漏。如上所述，燃料系统14的泄漏燃料可被引导回供应源20，使得泄漏燃料由泵22从供应源20抽取。因此，泄漏的燃料通过燃料系统14再循环到轨道16，并因此再循环到喷射器26。此外，泵22可以在稳定状态条件下将轨道16加压到期望的轨压。在这种情况下，由于泵22被控制为在稳定状态条件期间满足期望的轨压，因此测量的或实际的轨压可以基本上等于稳定状态条件期间的期望的轨压。因此，在稳定状态条件下可能无法充分检测到泄漏。因此，如下面参考图3详细描述的，燃料泄漏检测系统100可以在发动机系统10的斜升期间检测燃料系统14中的燃料泄漏。
27.图3示出了描绘用于检测发动机系统10的燃料系统14中的燃料泄漏的示例性方法300的流程图。在步骤305中，模块108可以检测发动机系统10的斜升条件。例如，模块108可以测量轨道16的轨压，并且当测量的轨压和/或期望的轨压超过来自怠速条件的阈值(例如，50mpa)时检测斜升。如上所述，模块108可以利用其它操作条件参数和相应的斜升阈值。例如，模块108可以基于发动机速度(例如，大于1,000rpm)、发动机负荷(例如，大于20％)，和/或任何其他操作条件参数，或其组合中的一个或多个来确定斜升，该斜升从怠速条件增加并且超过相应的斜升阈值。根据相应的操作条件从怠速条件超过相应的斜升阈值的确定，模块108可以确定发动机系统10的斜升。应理解，模块108可以通过本领域已知的任何其他方法来检测发动机系统10的斜升条件。
28.在步骤310中，当模块108已经检测到发动机系统10的斜升条件时，模块108可以在
斜升期间测量轨道16的轨压。例如，控制器104可以接收轨压信号110并且确定或以其他方式导出轨道16的轨压。模块108还可以基于轨压信号110确定轨压随时间的变化率。
29.在步骤315中，模块108可以将测量的轨压与期望的轨压进行比较。如以上详述的，模块108可以从这些期望的轨压图中确定期望的轨压。例如，模块108可以基于一个或多个操作条件确定发动机系统10的给定需求的期望的轨压。
30.在步骤320中，模块108可以确定轨道16的测量的轨压与期望的轨压之间的差在斜升期间是否大于阈值。例如，当不存在泄漏或可忽略不计的泄漏并且发动机系统10斜升时，轨道16的轨压相应地增加到稳定状态下的期望的轨压(例如，增加到给定操作条件的期望的轨压)和/或基于斜升期间的操作条件的预期或期望的轨压速率。换句话说，轨道16的轨压将在预期或期望的时间量内增加到稳定状态下的期望的轨压。因此，当所测量的轨道16的轨压和期望的轨压之间的差值小于或等于阈值时(步骤320：否)，模块108可重复方法300并继续检测斜升条件(步骤305)。
31.当燃料系统14中存在燃料泄漏时，轨道16的轨压可能不会相应地增加到期望的轨压和/或基于斜升期间的操作条件以期望的轨压速率增加。换句话说，轨道16的轨压将在比预期时间量更大的时间量内增加到期望的轨压或稳定状态。因此，在步骤325中，根据确定轨道16的所测量的轨压和期望的轨压之间的差值大于阈值(步骤320：是)，模块108可输出燃料系统14中燃料泄漏的指示。例如，模块108可以在输出指示器18上显示燃料泄漏的指示(例如，在显示器上和/或作为通知，例如灯、可听警报、显示器上的警报等)。模块108然后可以重复方法300并继续检测斜升条件(步骤305)。
32.在一些实施例中，模块108可以存储测量的轨压与期望的轨压之间的差值或差值实例。例如，模块108可以检测若干不同的斜升事件并存储不同斜升事件的差值。因此，模块108可以生成不同斜坡事件随时间的差值分布。例如，该分布可以包括每个不同斜升事件的差值的图形表示。根据该分布，模块108可以确定不同斜升事件的差值的平均值。如果平均值大于轨压差阈值，则模块108可确定燃料系统14中存在燃料泄漏，并输出燃料泄漏的指示，如上所述。因此，通过跟踪多个斜升事件上的差值，可以减少或消除泄漏检测的假阴性和假阳性。
33.燃料泄漏检测系统100可以提供燃料系统14中的燃料泄漏的指示。例如，燃料泄漏检测系统100可检测泵22、供应管线24、轨道16、喷射器26和/或燃料系统14的任何其它部件中的燃料泄漏。此外，通过检测斜升事件期间的泄漏，燃料泄漏检测系统100可检测中等或相对较小的燃料泄漏。因此，即使燃料系统14被设计成确保测量的轨压在稳定状态期间达到(例如，基本等于)期望的轨压(例如，达到期望的轨压)，燃料泄漏检测系统100也可以检测燃料泄漏。因此，燃料泄漏检测系统100可以更准确地或充分地检测燃料系统14中的燃料泄漏，并主动地警报用户(例如，操作者、技术人员等)，使得用户可以修理和/或更换相应的部件以减轻燃料泄漏。
34.对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的系统进行各种修改和变化。通过考虑说明书和本文所公开的方法的实践，该系统的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。