專利名稱：電子流量控制閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及內燃機，尤其涉及一種內燃機，該內燃機包括能選擇性地阻止燃料流入發(fā)動機的至少一個燃料噴射器的一電子控制截流器。
背景技術：
內燃機在實際上可能的任何環(huán)境下被用做動力源。摩托車、客車、飛機、火車機車和船舶可能都使用內燃機來推動所攜帶的各種裝置和/或為它們提供動力。發(fā)電機和電站也可能使用各種內燃機來發(fā)電。內燃機的尺寸可以從為手提工具提供動力而設計的小發(fā)動機到接近一個家那樣大尺寸的發(fā)動機。在上一個世紀中，內燃機被廣泛應用于較大的貨船和駁船，以替代19世紀的燃煤蒸汽機。這些和類似的內燃機會很大以提供足夠的動力以驅動大型船舶、使之轉向和減速。
一旦一個相對巨大的內燃機啟動，除非絕對需要(例如為了維修或為了避免災難性的發(fā)動機故障)，是不希望將它停車的。在船舶上應用時，停車的原因至少是雙重的。首先，啟動大型內燃機的勞動強度可以是非常大的。其次，巨大的船舶具有巨大的動量，并且會需要強大的反向或側向推力以在一個合理的時間內減速或轉向，例如在進入港口時。對于反向推進器的能力或產生側向推力的要求是苛刻的，以避免碰撞。
然而，保持發(fā)動機的持續(xù)運行會是苛刻的，發(fā)動機運行時的問題是不能忽略的。例如在檢測到一個或多個發(fā)動機氣缸有故障的情況下，試圖繼續(xù)運行發(fā)動機會損壞受影響的一個或多個氣缸和相關元件，或更糟地則導致災難性的發(fā)動機故障。在后一種情況下，繼續(xù)運行發(fā)動機顯然是不可能了，并且進行前面所述的停車也不會有益處了。
雖然工程師和操作工通常會對發(fā)動機進行全方位的檢查和保養(yǎng)，但大型內燃機會受到重大的打擊。比如，大型船舶發(fā)動機通常在保養(yǎng)和停車之間會持續(xù)運行許多小時。與這類發(fā)動機的運行要求配合的是普遍使用較重、較粘的燃料。
可以理解能使一艘超大型油輪行駛數千英里的燃料數量是十分巨大的。為了減少運行費用，船舶的操作人員發(fā)現能不僅使用餾出的柴油機燃料，而且使用其它便宜的石油燃料殘渣來運行發(fā)動機是有利的。因此，許多船用發(fā)動機具有在諸如柴油等精制燃料和未精制的、重組分燃料(在本行業(yè)中指石油燃料殘渣)。發(fā)動機在交通擁擠的區(qū)域或例如在港口時會主要燃用柴油，而主要在公海上航行時燃用殘渣燃料。這兩種燃料的相對價格和地方法規(guī)也會影響決定使用何種燃料。
具有了使用多種燃料的靈活性，上述船用發(fā)動機通常配備有至少兩個分開的燃料箱以及用來按需要分配從兩個燃料箱中來的燃料流的不同的閥門和管道。這種系統(tǒng)還經常使用一個共用軌或類似的燃料輸送系統(tǒng)。典型的共軌設計包括受壓軌(pressurized rail)或供應管道，與它們流體連接的有多個燃料噴射器。每個噴射器通常啟動用來將經測量的燃料噴霧通過一個或多個燃料噴射控制閥輸送到相應的發(fā)動機氣缸。
這種系統(tǒng)通常還配備有各種裝置用于限制過度噴霧或過量的燃料流進入發(fā)動機氣缸，這種過度噴霧或過量的燃料會破壞發(fā)動機的運行并且潛在地會造成發(fā)動機損壞。這種機構在本領域內是公知的，叫機械限流器。機械限流器通常包括一個或多個液壓移動元件，用于通常在對發(fā)動機的一個或多個氣缸噴注燃料之后限制或堵塞燃料流機械限量器的較小的液壓傳感器通常至少部分地根據流經的燃料的粘度來設置尺寸和/或設計。因此，一個設計適用于例如柴油等較輕、粘度較小的石油餾分的機械限流器，在燃燒粘度較大的殘渣燃料的系統(tǒng)中使用時，會運行情況不好或根本失效。事實上，殘渣燃料的粘度如此之大，在達到適合通過加壓管道運輸并通過燃料噴射器注入的流動性之前必須加熱。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決上述的一個或多個問題或缺點。
在一個方面，本發(fā)明提供了一種內燃機，該內燃機包括一高壓進料管道和多個與該高壓進料管道流體連接的燃料噴射器。每個燃料噴射器可操作地將燃料噴射進內燃機的一個氣缸中。該內燃機還包括置于高壓進料管道和多個燃料噴射器中的每一個的一燃料噴射控制閥之間的電子控制截流器。每一個截流器包括一啟動器，該啟動器可操作地將一閥芯朝著一關閉位置移動，在該位置截流器阻塞了流向相關的燃料噴射器的一燃料流。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種操作內燃機的方法。該方法包括以下步驟將來自一高壓進料管道的燃料通過各自的燃料噴射器的燃料噴射控制閥噴射進入多個內燃機氣缸；以及，在檢測到故障后，通過選擇性地啟動一電子控制截流器阻塞流至該截流器的燃料流，從而使至少一個內燃機氣缸不能工作。


圖1是根據本發(fā)明的發(fā)動機的結構圖；圖2是根據本發(fā)明的電子控制截流器的示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，此處示出了根據本發(fā)明的一個發(fā)動機10。該發(fā)動機10包括一發(fā)動機外殼12和可用于將燃料注入發(fā)動機的多個燃料噴射器30。每一個燃料噴射器30通過諸供應通道42同一高壓進料管道14流體連接，并且較佳地為具有至少一個被包容的燃料注入控制閥類型的噴射器。較佳地，高壓進料管道14，較佳地一共用軌，與一個或多個高壓泵18流體連接，泵18按順序與低壓排放管20和燃料供應源60連接。預期發(fā)動機10主要在較大的船舶推進系統(tǒng)中使用，例如通過一驅動軸為一個或多個推進器提供動力。然而，應該了解發(fā)動機10并不限于這一應用，并且還可以在陸地交通工具中(例如卡車或火車機車)中使用，或用于例如為發(fā)電機提供動力。
較佳地，燃料供應源60包括一第一燃料箱62和一第二燃料箱64。較佳地，燃料箱62和64分別裝有不同類型的燃料，包括例如在燃料箱62和64中一個中有諸如柴油等石油餾出的燃料和在62和64之另一個中有石油燃料殘渣。
較佳地，在將高壓泵18和燃料供應源60連接起來的燃料供應管道67中設置一控制閥66，該控制閥66可以選擇性地通過供應管道67與燃料箱62和64中一個或它兩流體連接?？刂崎y66可以包括例如具有一內部通道69的一可移動的閥芯68。該閥芯68的位置可以調節(jié)以選擇行地只和燃料箱62和64之中一個通過供應管道67連接，或者，閥芯68可以放置成通道69與燃料箱62和64通過供應管道67同時連接。較佳地，使用后一種形式以便于燃料類型相對平穩(wěn)地替換，允許暫時以兩種燃料的混合物供應高壓進料管道14，而不是突然從一種燃料切換到另一種燃料。
較佳地，在發(fā)動機10中包括一電子控制模塊16，并由它控制聯系發(fā)動機的不同元件。較佳地，該控制模塊16通過通訊線17與每個燃料噴射器30的諸燃料噴射控制閥32聯系，用以在發(fā)動機運行時啟動控制閥。同樣，控制模塊16通過一第二通訊線19與高壓進料管道14中的電子控制截流器40聯系，以及通過一第三通訊線21與高壓泵18聯系。在一個優(yōu)選實施例中，可以操作控制模塊16以用傳統(tǒng)方法監(jiān)控多個發(fā)動機運行參數，包括發(fā)動機轉速、進料管道14的壓力、高壓泵轉速、所要求的噴射器輸出的量和時間、廢氣成分和溫度等等?？梢栽谌剂瞎?0，尤其是控制閥66，和控制模塊16之間設置一第四通訊線23，從而使燃料液位、閥門位置、燃料溫度等也得到監(jiān)控。
較佳地，控制模塊16還與可獨立于燃料噴射器開口30內的燃料噴射控制閥32操作的多個電子控制流量停止閥40有控制地聯系。再參見圖2，示意性地顯示了一個適用于發(fā)動機10的截流器40。較佳地，將每個截流器40設置于諸燃料噴射器30中的一個和高壓進料管道14之間的各個燃料供應管道42中?？梢圆僮鹘亓髌?0來堵塞經過諸管道42之一的燃料流，從而堵塞通過那條管道進入發(fā)動機10(通常是進入發(fā)動機氣缸)的燃料流。
在一個優(yōu)選實施例中每個截流器40包括一具有一內部通道46的閥芯41。較佳地，每個閥芯41偏置于一打開位置，從而燃料可以自由地流過管道42到達各個燃料噴射器30。較佳地，每個截流器40連接有一啟動器44，并根據來自控制模塊16的命令可操作啟動器以將各個閥芯41移向關閉位置。較佳地，偏置裝置，例如一偏置彈簧49，毗鄰閥芯41放置以將閥芯向打開位置偏置，如圖2所示。
那些熟悉本領域的技術人員會理解所述的電子控制截流器40只是作為舉例，并且可以對此處公開的實施例進行明顯的修改而不背離本發(fā)明的范圍。例如，其實閥芯41不必被偏置在打開位置。可以將閥芯41偏置在一關閉位置而不是偏置在打開位置，并且可以用一可釋放機構或液壓鎖使閥芯41打開，然后根據來自控制模塊16或操作人員的信號釋放。同樣，每個截流器40的啟動可以通過多種不同方法觸發(fā)。比如，可以使用氣動或電動控制閥芯41，或者用一個由伺服電動機控制的(pilot operated)或無伺服電動機控制的液壓啟動器來啟動閥芯41。在該優(yōu)選實施例中，電子控制截流器只有一個可操作的電子啟動器與通常通過一偏置器(例如一彈簧)偏置在一打開位置的一閥芯連接。其次，在該優(yōu)選實施例中，通過向電子啟動器充電使截流器啟動。本發(fā)明還旨在提供這樣的截流器，該截流器通常通過一偏置器(例如一彈簧)置于關閉位置，但通過向一電子啟動器充電可移到一打開位置。這樣，如同在本專利中所使用的那樣，術語“啟動”按照其普通含義考慮為該術語的含義為將某物從一個位置移到另一個位置，這可以直接或間接地通過一獨立的電子啟動器的充電或放電實現。
較佳地，設有多個機械限流器50，并且它們最好按順序排列，每個與諸電子控制截流器40中的一個配對，設在各自進料管道14的上游或下游。在一個優(yōu)選實施例中，可以操作機械限流器50來限制或阻塞(最佳地是阻塞)通過供應管道42到各個燃料噴射器30的燃料。對于機械限流器50，已知有大量適用的設計，典型的包括可操作用于阻止燃料流的液壓移動件，如同本領域公知的那樣。
通常內燃機10的操作是從高壓泵18給燃料加壓并向進料管道14輸送燃料開始的。加壓后的燃料可以通過供應管道42輸送到每個燃料噴射器30，并根據需要被噴進內燃機氣缸，噴射的時間通常由控制模塊16來電子控制。通常，內燃機由從儲油箱62和64中一個來的柴油或其它石油餾出的燃料來啟動。較佳地，燃料的替換較為漸進地進行，通過將閥芯68移到一中間位置從而燃料可以同時從儲油箱62和64中流到供應管道67。在經過了所需的一段混合時間后，閥芯68可朝著一位置移動，在該位置僅有儲油箱62和64中的一個與供應管道67相連接并只有一種燃料被用來驅動內燃機10。當燃料中的一種是殘渣燃料時，較佳地使用加熱系統(tǒng)(未示出)加熱殘渣燃料并將其粘度降低到可以將燃料輸送到燃料噴射器30并可噴射出的程度。
在一個優(yōu)選實施例中，電子控制模塊包括一種其上記錄有一控制規(guī)則系統(tǒng)(control algorithm)的計算機可讀介質。較佳地，該控制規(guī)則系統(tǒng)包括監(jiān)控內燃機轉速和噴射器30的運行用的措施?？刂埔?guī)則系統(tǒng)可以監(jiān)控和/或控制其它各種內燃機運行參數。在一個優(yōu)選實施例中，較佳地，在計算機可讀介質上記錄有一第二控制規(guī)則系統(tǒng)，它包括用于在檢測到有故障時選擇性地啟動一個或多個截流器40以阻塞流入相關氣缸的措施。
內燃機10可以包括各種可操作用于檢測與一個或多個內燃機氣缸相關的故障的傳感器。這些傳感器包括諸如用于檢測一個或多個氣缸的燃燒特性的燃燒噪聲傳感器，或用于檢測在整個燃料系統(tǒng)的不同點上的燃料壓力的意外變化的壓力傳感器。單個燃料噴射器的不同電子特性也可由傳感器檢測。許多液壓啟動燃料噴射器(例如在內燃機10中使用的優(yōu)選噴射器)包括許多小的、相對復雜的內部移動零件。較佳地，在內燃機(如內燃機10)中使用的較粘的石油殘渣燃料會偶爾堵塞內部噴射器部件和管道。在此情況下，與該噴射器相關聯的氣缸就不能連續(xù)運行了。一個或多個內燃機10的氣缸失去作用通常會在使用殘渣燃料運行內燃機時發(fā)生，雖然本發(fā)明決不如此限制。
較佳地，電子控制模塊16被構造成可接收來自一個或多個內燃機傳感器的信號。較佳地，記錄在計算機可讀介質上的第二控制規(guī)則系統(tǒng)包括根據檢測到的故障對一個或多個截流器40的電子啟動器充電(或斷電)，從而啟動截流器移到關閉位置用的措施。在一個優(yōu)選實施例中，即使進入一個或多個噴射器30的燃料流被截流器40阻塞，第一控制規(guī)則系統(tǒng)會繼續(xù)在所有的燃料噴射器30發(fā)出燃料噴射信號。
希望截流器40既可用手動也可自動啟動。與使用控制規(guī)則系統(tǒng)為截流器40充電的一個實施例相反，當例如發(fā)現故障時在聽到關閉對應氣缸的燃料流的警報后，船舶上的操作人員或工程師會手動使一個或多個截流器40的電動啟動器充電(或斷電)。
較佳地，電子控制模塊16還被構造成能記錄與各種內燃機運行參數相關的數據，特別是與故障情況的發(fā)展相關的參數，以及在故障發(fā)生時的內燃機操作窗口。因此，操作人員就有可能得到各種會導致故障的內燃機情況，決定哪一個氣缸被關閉，并決定諸如該氣缸及對應的燃料噴射器是否和何時重新啟動。在一個優(yōu)選實施例中，通過將與特定的氣缸相關聯的截流器關閉，重新開始向特定的氣缸噴射燃料(較佳的是采取手動)。一旦啟動器斷電，閥芯41在偏置彈簧49的作用下可以回到打開位置。提供了另一個實施例，其中每個截流器40都設有一鎖緊裝置。在這種設計中，截流器40充電后閥芯41將被鎖緊在其關閉位置，從而如果無意中使啟動器49斷電，閥芯41不會回到其打開位置。鎖緊裝置可以手動或自動脫開。
因此，本發(fā)明提供了一種用于選擇性地停止一個或多個內燃機氣缸的燃燒以使與之相聯系的燃料噴射器、活塞和閥門繼續(xù)運行的措施，從而使內燃機被損壞和/或發(fā)生故障的危險最小。另外，在檢測到故障時不需要將整個內燃機關閉或繼續(xù)運行不合技術要求的氣缸，以使內燃機繼續(xù)運行。
此說明書僅僅是用于說明的目的，并且不應以任何形式被解釋為縮小本發(fā)明的范圍。這樣，那些本領域的技術人員將理解可以對本文揭示的實施例進行各種修改而不背離本說明書的精神實質和范圍。雖然在本說明書的上下文中描述了一種大型柴油內燃機船舶，但其他小型的內燃機可以從此處受益。例如，具有高壓進料管道或公用軌的較小的柴油或汽油內燃機也可適用電子控制截流器，如此處描述的那樣。在研究了附圖和所附的權利要求以后，其它的方面、特征和優(yōu)點也將變得明顯。
權利要求
1.一種內燃機包括一高壓進料管道；多個與所述高壓進料管道流體連接的燃料噴射器，每個燃料噴射器可操作地將燃料噴進所述內燃機中；和一置于所述高壓進料管道和所述燃料噴射器中的每一個的一燃料噴射控制閥之間的電子控制截流器，每個所述截流器包括一啟動器，該啟動器可操作地將一閥芯朝著一關閉位置移動，在該位置所述截流器阻塞了流向相關的燃料噴射器的一燃料流。
2.如權利要求1所述的內燃機，其特征在于，每一個所述電子控制截流器位于相關的噴射器體的外面；每一個截流器的閥芯可以在一第一位置與一第二位置之間移動，在所述第一位置使來自所述高壓進料管道的燃料可以流過所述閥芯，在所述第二位置使所述閥芯阻塞來自所述高壓進料管道的燃料；所述閥芯連接于使閥芯被偏置于所述第一位置的一偏置裝置。
3.如權利要求2所述的內燃機，其特征在于，它包括與每一個所述電子控制截流器有控制地聯系的一電子控制模塊；所述電子控制模塊包括一計算機可讀介質，該介質上面記錄具有一第一控制規(guī)則系統(tǒng)，所述第一控制規(guī)則系統(tǒng)包括用于監(jiān)控內燃機轉速和控制每個所述多個燃料噴射器的運行的措施；以及，第二控制規(guī)則系統(tǒng)，所述第二控制規(guī)則系統(tǒng)獨立于所述第一控制規(guī)則系統(tǒng)運行并包括用于在檢測到有故障時選擇性地啟動各個電子控制截流器的措施。
4.如權利要求3所述的內燃機，其特征在于，它包括一存有具有第一粘度的第一類型燃料的第一油箱；一存有具有大于所述第一粘度的第二粘度的第二類型燃料的第二油箱；所述第一和第二油箱與所述高壓進料管道可選擇地連接。
5.如權利要求4所述的內燃機，其特征在于，它還包括可以操作用來限制或阻塞進入至少一個所述燃料噴射器的燃料的多個機械限流器，每一個所述機械限流器與所述電子控制截流器順序地放置在一起。
6.如權利要求5所述的內燃機，其特征在于，它包括多個燃料噴射器，每個上面設有至少一個噴射控制閥；和多個電子控制截流器，它們可獨立于各個所述噴射控制閥操作，從而選擇性地阻塞進入相關的噴射器的燃料。
7.一種操作內燃機的方法包括以下步驟將來自一高壓進料管道的一燃料通過各個燃料噴射器的燃料噴射控制閥噴進多個內燃機氣缸中；和在檢測到故障后，通過選擇性地啟動一電子控制截流器以阻塞流至該截流器的燃料流，以使至少一個內燃機氣缸不能工作。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，關閉的步驟包括向在通向至少一個氣缸的一燃料供應管道中的電子控制截流器充電，從而將一閥芯從一打開位置移動到一關閉位置；和對故障的檢測包括檢測至少一個內燃機氣缸的不合技術要求的運作。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，至少一個氣缸是一不工作的氣缸；并且，該方法還包括以下步驟當該不工作的氣缸被阻塞無法得到燃料時，保持內燃機的至少一個其它氣缸的運行；和在至少部分排除了故障后，通過關閉對應的電子控制截流器重新啟動不工作的氣缸。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，電子控制模塊包括用于檢測故障的措施；以及，關閉至少一個氣缸的步驟包括在檢測到故障時用電子控制模塊自動啟動相關的電子控制截流器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種內燃機，它包括一高壓進料管道和多個與該高壓進料管道流體連接的燃料噴射器，每個燃料噴射器可操作地將燃料噴進內燃機中。該內燃機還包括置于高壓進料管道和每一個燃料噴射器之間的一電子控制截流器。每一個截流器包括一啟動器，該啟動器可操作地將一閥芯朝著一關閉位置移動，在該位置阻塞了截流器將流向相關的燃料噴射器的一燃料流。
文檔編號F02D17/00GK1793631SQ20051012501
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權日2004年11月12日
發(fā)明者R·D·辛諾格, W·J·羅迪爾, J·D·皮爾特爾, U·S·凱林, J·內格爾 申請人:卡特彼勒公司