用于操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【專利摘要】通常需要快速執(zhí)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（10)的功率輸出的增加。為了至少臨時(shí)快速滿足內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的功率輸出的增加，本發(fā)明的用于在操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（10)時(shí)支持功率輸出的增加的方法可包括通過將一定量的填充空氣和燃料供應(yīng)至至少一個(gè)缸（26)并在其中燃燒該混合物來操作所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（10)、監(jiān)控至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、確定所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變和/或所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表的不匹配以及在確定的臨時(shí)改變和/或確定的不匹配超過相應(yīng)的預(yù)定閾值時(shí)，除了所述量的空氣之外將加壓氣態(tài)流體供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸（26)。
【專利說明】用于操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，更具體地涉及一種操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以至少臨時(shí)增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]例如像雙燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者以重燃料油、柴油或者氣態(tài)燃料油運(yùn)行的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可用來為任何機(jī)器或者其他裝置供能，包括船只或者其他海洋應(yīng)用、機(jī)車應(yīng)用、高速公路卡車或車輛、非高速公路機(jī)器、土方設(shè)備、發(fā)電機(jī)、航空應(yīng)用、泵、例如電廠等固定設(shè)備或者其他發(fā)動(dòng)機(jī)供能的應(yīng)用。在操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)發(fā)生功率需求增加的操作條件，使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出會(huì)快速增加。
[0003]為了增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，已知例如增加至燃燒室的噴射燃料的量和供應(yīng)空氣的量。為了增加供應(yīng)空氣的量，例如可以增加渦輪增壓器的速度，這導(dǎo)致更高的壓力以及因此在燃燒事件過程中燃燒室中更多填充的空氣。但是，噴射燃料量的增加和通過加速的渦輪增壓器供應(yīng)的空氣的增加可能不同時(shí)發(fā)生，因?yàn)闇u輪增壓器速度不會(huì)像噴射燃料量的增加那樣快地增加。
[0004]本發(fā)明至少部分旨在改善或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于增加包括至少一個(gè)缸(更具體地用于在操作包括所述至少一個(gè)缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)支持功率輸出的增加)、流體連接到所述至少一個(gè)缸的進(jìn)氣歧管和流體互連在進(jìn)氣歧管和所述至少一個(gè)缸之間用于控制(例如填充的)空氣到所述至少一個(gè)缸的流動(dòng)的入口閥的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出的方法，可包括通過將一定量的(填充)空氣和一定量的燃料供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸并在所述至少一個(gè)缸內(nèi)燃燒(填充)空氣和燃料的混合物來操作所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。所述方法還可包括監(jiān)控所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、確定所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變和/或所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表的不匹配以及在確定的臨時(shí)改變和/或確定的不匹配超過相應(yīng)的預(yù)定閾值時(shí)，除了所述填充空氣之外將加壓氣態(tài)流體供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可包括至少一個(gè)缸、流體連接到所述至少一個(gè)缸的進(jìn)氣歧管、流體互連在進(jìn)氣歧管和所述至少一個(gè)缸之間用于控制(填充)空氣到所述至少一個(gè)缸的流動(dòng)的入口閥以及能夠執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的控制單元。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可包括至少一個(gè)缸、流體連接到所述至少一個(gè)缸的進(jìn)氣歧管、流體互連在進(jìn)氣歧管和所述至少一個(gè)缸之間用于提供(填充)空氣到所述至少一個(gè)缸的入口閥以及用于將另外的加壓氣態(tài)流體提供到所述至少一個(gè)缸的控制閥。
[0008]通過控制單元監(jiān)控的所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)可包括例如燃料量、空氣量、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、渦輪增壓器速度、空氣-燃料比和燃料量-渦輪增壓器速度比中的至少一個(gè)。
[0009]在一些實(shí)施方式中，加壓氣態(tài)流體可另外在沿著進(jìn)氣歧管的多個(gè)位置處供應(yīng)至進(jìn)氣歧管。在一些實(shí)施方式中，加壓氣態(tài)流體的入口數(shù)可小于發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)。例如，在10個(gè)缸的直列內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，可以在進(jìn)氣歧管處具有例如4個(gè)加壓氣態(tài)流體入口，其可被構(gòu)造成將另外的加壓氣態(tài)流體引入進(jìn)氣歧管。通過提供小于發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)的多個(gè)加壓氣態(tài)流體入口，可以減小潛在泄漏點(diǎn)的數(shù)量，同時(shí)保持用于在操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)支持功率輸出增加的能力。
[0010]在一些實(shí)施方式中，進(jìn)入進(jìn)氣歧管的加壓氣態(tài)流體入口的數(shù)量可以小于或等于發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)的2/3，例如小于或等于發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)的一半。
[0011]在一些實(shí)施方式中，加壓氣態(tài)流體入口可沿著進(jìn)氣歧管彼此等距地分布，這意味著加壓氣態(tài)流體入口可沿著進(jìn)氣歧管對稱分布。在一些實(shí)施方式中，至少一個(gè)加壓氣態(tài)流體入口可在兩個(gè)相鄰缸之間的位置連接到進(jìn)氣歧管，例如在距兩個(gè)相鄰缸相同距離處。
[0012]本發(fā)明的其他特征和方面通過下面的描述和附圖將會(huì)清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)第一實(shí)施方式具有氣態(tài)流體供應(yīng)的渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0014]圖2是根據(jù)第二實(shí)施方式具有氣態(tài)流體供應(yīng)的渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0015]圖3是根據(jù)第三實(shí)施方式具有氣態(tài)流體供應(yīng)的渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面是本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的詳細(xì)說明。本文描述和附圖示出的示例性實(shí)施方式旨在教導(dǎo)本發(fā)明的原理，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠在許多不同環(huán)境和針對許多不同應(yīng)用實(shí)施和使用本發(fā)明。因此，示例性實(shí)施方式不意欲并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是專利保護(hù)范圍的限制性說明。相反，專利保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)通過權(quán)利要求書限定。
[0017]本發(fā)明可至少基于這樣的認(rèn)識，即內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率增加可通過除了填充空氣外向內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸供應(yīng)例如像加壓空氣的加壓氣態(tài)流體來支持。加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)可支持快速增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的額功率輸出。例如，在至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)指示增加的功率要求時(shí)，加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)可增加功率輸出，直到渦輪增壓器加速，使得填充空氣可使用以具有希望和要求的功率輸出。在這種情況下，可以終止加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)。因此，用于通過燃燒增加量的燃料增加輸出功率所需的氧氣可通過例如空氣或者包含氧氣的氣體混合物的加壓氣態(tài)流體來提供。加壓氣態(tài)流體可例如在壓縮和/或進(jìn)氣沖程過程中提供。
[0018]本發(fā)明還可以至少部分基于這樣的認(rèn)識，即除了填充空氣外向燃燒室提供加壓空氣可增加空氣-燃料比，這可導(dǎo)致具有更高效率的有效燃燒，并且因此導(dǎo)致內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出增加。特別是，向缸供應(yīng)另外的加壓空氣可增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能，這可導(dǎo)致內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的快速功率輸出增加和/或改善的發(fā)動(dòng)機(jī)排煙表現(xiàn)。
[0019]參考附圖，圖1中示出一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施方式。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括未顯示的特征，例如燃料系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、外設(shè)、驅(qū)動(dòng)系部件。出于本發(fā)明的目的，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10是以重燃料油(HFO)運(yùn)行的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是任何類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，例如氣態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、以液體和氣態(tài)燃料類型操作的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或者利用燃料和空氣的混合物來燃燒的任何其他Otto或者柴油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0020]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可以具有任何尺寸，具有任何數(shù)量的缸和具有任何構(gòu)造(“V”、“直列”等)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可用來為任何機(jī)器或其他裝置提供功率，包括船只或者其他海洋應(yīng)用、機(jī)車應(yīng)用、高速公路卡車或車輛、非高速公路機(jī)器、土方設(shè)備、發(fā)電機(jī)、航天應(yīng)用、泵、諸如發(fā)電廠的固定設(shè)備或者其他發(fā)動(dòng)機(jī)供能的應(yīng)用。
[0021]仍參考圖1,內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體20,發(fā)動(dòng)機(jī)缸體20包括至少一個(gè)缸26、至少一個(gè)燃料箱(未顯示)、與所述至少一個(gè)缸26相關(guān)的渦輪增壓器40以及進(jìn)氣歧管
22。雖然圖1中未明確顯示，進(jìn)氣歧管22可經(jīng)由多個(gè)進(jìn)氣管道24流體連接到所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)。
[0022]發(fā)動(dòng)機(jī)缸體20包括曲軸箱(未顯示)，曲軸6支承在曲軸箱內(nèi)。曲軸6連接到活塞18，活塞18能夠在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作過程中在所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
[0023]所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)設(shè)置有至少一個(gè)入口閥35，入口閥35能夠打開或關(guān)閉進(jìn)氣管道24和所述至少一個(gè)缸26的對應(yīng)燃燒室16之間的流體連接。
[0024]排氣歧管28連接到所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)。所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)設(shè)置有至少一個(gè)排氣閥36，排氣閥36設(shè)置在排氣管道37中并能夠打開和關(guān)閉所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)的燃燒室16和排氣歧管28之間的流體連接。
[0025]通常，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10操作時(shí)，HFO和空氣的混合物(下文中稱為“燃燒混合物”)提供到所述至少一個(gè)缸26的燃燒室16中。
[0026]具體地，燃料噴射系統(tǒng)(圖中未明確顯示)被構(gòu)造成將合適量的HFO噴射到燃燒室16中，并且填充空氣經(jīng)由進(jìn)氣歧管22引入燃燒室16中。在燃燒后，燃燒過程生成的廢氣經(jīng)排氣管道37從所述至少一個(gè)缸26釋放進(jìn)入排氣歧管28、接著進(jìn)入例如連接到渦輪增壓器40的主排氣管道29。
[0027]渦輪增壓器40被構(gòu)造成使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的廢氣的熱量和壓力來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)44，以在進(jìn)氣被供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)之前壓縮進(jìn)氣。具體地，廢氣經(jīng)過渦輪增加器40的渦輪42，使渦輪42轉(zhuǎn)動(dòng)，由此減小壓力和溫度。壓縮機(jī)44經(jīng)由公共軸46可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到渦輪42并被渦輪42驅(qū)動(dòng)。
[0028]空氣經(jīng)主空氣入口 4吸入并供應(yīng)至壓縮機(jī)44。應(yīng)當(dāng)理解，在關(guān)于氣態(tài)燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的其他實(shí)施方式中，氣態(tài)燃料和空氣可在被供應(yīng)至壓縮機(jī)44之前在混合器中混合。在關(guān)于氣態(tài)燃料(雙燃料)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的另一些其他實(shí)施方式中，例如可以為所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)設(shè)置氣體閥以在入口閥35上游將氣態(tài)燃料噴射到供應(yīng)至每個(gè)缸的空氣中。還想到，可使用合適的氣態(tài)燃料噴射器將氣態(tài)燃料直接噴射到每個(gè)缸中。
[0029]一般來說，壓縮機(jī)44的出口經(jīng)由壓縮機(jī)連接部21流體連接到進(jìn)氣歧管22的入口。如圖1所示，壓縮機(jī)44的出口經(jīng)由冷卻器23連接到進(jìn)氣歧管22的入口。布置在冷卻器23下游的節(jié)流閥27被構(gòu)造成打開或關(guān)閉壓縮機(jī)連接部21和進(jìn)氣歧管22之間的流體連接，由此實(shí)現(xiàn)或限制從壓縮機(jī)連接部21到進(jìn)氣歧管22的流動(dòng)。
[0030]在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作過程中，進(jìn)氣在被供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸26之前被壓縮和冷卻。在所述至少一個(gè)缸26內(nèi)，通過活塞18的運(yùn)動(dòng)可造成燃燒混合物的進(jìn)一步壓縮和加熱。接著，可以使用火花塞(未顯示)或者由于混合物在燃燒室16內(nèi)的壓縮點(diǎn)燃所述至少一個(gè)缸26內(nèi)的燃燒混合物。也可以使用先導(dǎo)噴射的燃料來開始燃燒。產(chǎn)生的廢氣經(jīng)由排氣歧管28排放。
[0031]排氣歧管28的出口流體連接到渦輪42的入口。渦輪42的出口流體連接到例如廢氣處理系統(tǒng)(未顯示)。
[0032]在一些實(shí)施方式中，如圖1所示，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可設(shè)有包括廢氣門連接部80和廢氣門閥82的廢氣門系統(tǒng)。另外，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括具有排泄連接部66和排泄閥(blow-off valve) 64的排泄系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到,如果合適,排泄連接部66和排泄閥64可設(shè)置有與圖1所示的不同的構(gòu)造。
[0033]如圖1進(jìn)一步顯示，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括與所述至少一個(gè)缸26、特別是與燃燒室16直接流體連通的控制閥90?？刂崎y90還經(jīng)由流體管道94流體連接到能夠存儲(chǔ)加壓氣態(tài)流體的氣態(tài)流體源92。在一些實(shí)施方式中，氣態(tài)流體可以是加壓空氣。
[0034]控制閥90也可構(gòu)成常用于將壓縮空氣供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸26以便起動(dòng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作的起動(dòng)閥。
[0035]雖然圖1中未顯示，所述至少一個(gè)缸26的每一個(gè)設(shè)有控制閥90，而每個(gè)控制閥90流體連接到氣態(tài)流體源92。
[0036]氣態(tài)流體源92的尺寸可設(shè)置成用于存儲(chǔ)足以起動(dòng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的加壓流體并用于在功率需求超過預(yù)定閾值時(shí)至少臨時(shí)增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率輸出，這將在下面更加詳細(xì)描述。
[0037]控制單元50被構(gòu)造成用于確定要求的功率需求。如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的要求的功率需求超過預(yù)定閾值，則控制單元50與每個(gè)控制閥90通信以操作每個(gè)控制閥。例如，在控制閥90將打開氣態(tài)流體源92和燃燒室26之間的流體連通使得加壓氣態(tài)流體能夠流入所述至少一個(gè)缸26的情況下，控制單元50向控制閥90提供指示打開控制閥90的電信號。
[0038]控制單元50可以是單個(gè)微處理器或者包括其中用于控制燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10的各種部件的操作的裝置的雙微處理器?？刂茊卧?0可以是能夠控制與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10和/或其相關(guān)部件相關(guān)的多種功能的通用發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元出⑶)?？刂茊卧?0可包括運(yùn)行應(yīng)用所需的所有部件，例如像存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)裝置和處理器(諸如中央處理單元)或者本領(lǐng)域已知的用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10及其部件的其他裝置。各種其他已知的電路可與控制單元50相關(guān)，包括供電電路、信號調(diào)節(jié)電路、通信電路和其他合適電路?？刂茊卧?0可分析和比較接收和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并基于存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)或者由使用者輸入的指令和數(shù)據(jù)，確定是否需要行動(dòng)。例如，控制單元50可將接收的值與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的目標(biāo)值進(jìn)行比較，并基于比較結(jié)果，向一個(gè)或多個(gè)部件傳送信號以改變該一個(gè)或多個(gè)部件的操作狀態(tài)。
[0039]參考圖2，詳細(xì)示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的另一種實(shí)施方式。只要合適，與圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的部件相同的圖2的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的部件設(shè)置相同的附圖標(biāo)記。
[0040]如圖2所示，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一組缸26A-26D和經(jīng)由流體管道194流體連接到進(jìn)氣歧管22的控制閥190。流體管道194被構(gòu)造成流體連接到進(jìn)氣歧管22的至少兩個(gè)位置，使得增強(qiáng)加壓氣態(tài)流體沿著所述組的缸26A-26D到進(jìn)氣歧管22的分布?？刂崎y190流體連接到氣態(tài)流體源92并與控制單元50連通。雖然圖2示出了流體管道194和進(jìn)氣歧管22之間的連接數(shù)量對應(yīng)于缸的數(shù)量(在圖2所示的例子中:4個(gè)連接和4個(gè)缸26A-26D)，流體管道194和進(jìn)氣歧管22之間的連接數(shù)量可小于缸26A-26D的數(shù)量。
[0041]在一些實(shí)施方式中，可設(shè)置多個(gè)控制閥190。在這種情況下，可為流體管道194與進(jìn)氣歧管22的每個(gè)連接設(shè)置一個(gè)控制閥190。例如，在圖2的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的情況下，4個(gè)控制閥190可設(shè)置在流體管道194和進(jìn)氣歧管22的4個(gè)連接的每一個(gè)處。
[0042]圖3詳細(xì)示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的另一實(shí)施方式。只要合適，與圖1的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的部件相同的圖3的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的部件設(shè)置相同的附圖標(biāo)記。
[0043]圖3的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括經(jīng)由流體管道294流體連接到每個(gè)進(jìn)氣管道24的控制閥290?？刂崎y290流體連接到氣態(tài)流體源92并與控制單元50連通。
[0044]在一些實(shí)施方式中，可設(shè)置多個(gè)控制閥290。在這種情況下，每個(gè)控制閥290可設(shè)置在每個(gè)進(jìn)氣管道24處。例如，在包括4個(gè)缸26的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的情況下，4個(gè)控制閥290可設(shè)置在4個(gè)流體管道194的每個(gè)處。
[0045]雖然圖1至圖3都沒有明確顯示，公開的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可用在用于生成電能的發(fā)電機(jī)組組件中。例如像電力網(wǎng)的電載荷可連接到發(fā)電機(jī)組組件的電輸出。在一些情形下，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的正常操作過程中，電載荷的功率需求可超過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率輸出。為了滿足功率需求，例如像加壓空氣的另外的加壓流體被供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸26以至少臨時(shí)增加燃燒混合物的空氣-燃料比，并因此增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率輸出。
[0046]在一些其他實(shí)施方式中，增加的功率需求可源于例如加速船的需求，其要求船槳更快轉(zhuǎn)動(dòng)。在又一些實(shí)施方式中，功率需求可源于要求內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的快速加速的任何需求，其可導(dǎo)致內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的更高轉(zhuǎn)速。
[0047]在接收增加的功率需求的情況下，通過增加渦輪增壓器40的壓縮機(jī)44的功率輸出增加空氣-燃料比可能對于快速滿足功率需求來說太慢，特別是對于提供足夠量的氧氣到發(fā)動(dòng)機(jī)來說太慢。因此，通過向缸26供應(yīng)另外的加壓流體可快速增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率輸出，從而至少臨時(shí)滿足增加的功率需求，直到渦輪增壓器40達(dá)到希望的速度并且由壓縮機(jī)44壓縮的填充空氣可符合發(fā)動(dòng)機(jī)的要求的功率輸出。那么，可以終止加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)。
[0048]工業(yè)實(shí)用性
[0049]下面，參考圖1-圖3更詳細(xì)地描述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作。例如，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10被認(rèn)為用在發(fā)電機(jī)組組件中。但是，本發(fā)明不局限于此具體使用。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10也可與需要功率的任何其他機(jī)器或者裝置結(jié)合使用。
[0050]在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的正常操作過程中，填充空氣和燃料的混合物在所述至少一個(gè)缸26的燃燒室16內(nèi)燃燒。填充空氣和燃料的混合物根據(jù)對應(yīng)于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的希望功率輸出的希望空氣-燃料比選擇。產(chǎn)生的廢氣可經(jīng)由排氣閥36釋放出燃燒室16并可接著經(jīng)由排氣歧管28流入排氣管道37。接著，廢氣可驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器40的渦輪42，渦輪42繼而可驅(qū)動(dòng)經(jīng)由公共軸46機(jī)械連接到渦輪42的壓縮機(jī)44。壓縮機(jī)44吸入空氣并將空氣填充至例如大約2至8bar的預(yù)定壓力。填充空氣經(jīng)由節(jié)流閥27提供給進(jìn)氣歧管22。接著，填充空氣經(jīng)由進(jìn)氣管道24分配到每個(gè)缸26中。
[0051 ] 控制單元50控制每個(gè)缸26的入口閥35的打開和關(guān)閉操作以將具有預(yù)定空氣_燃料比的燃燒混合物提供到燃燒室16。例如，燃料噴射器(未顯示)將預(yù)定量的燃料(例如HF0)噴射到燃燒室16中。燃料噴射器也可通過控制單元50控制。
[0052]控制單元50還監(jiān)控至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如填充空氣量、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、渦輪增壓器速度、空氣-燃料比、燃料量-渦輪增壓器速度比和/或噴射燃料量。接著，控制單元50確定所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變和/或所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與存儲(chǔ)在例如結(jié)合在控制單元50中的存儲(chǔ)器中的預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表的不匹配。所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變可指示例如功率需求的增加、例如連接到發(fā)電機(jī)組組件的希望電載荷的增加的改變。根據(jù)所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變，控制單元50可增加噴射的燃料量并可同時(shí)開始或增加加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)以具有希望的空氣-燃料比。
[0053]在一些條件下，渦輪增壓器40可能對于快速提供具有希望壓力的希望量的填充空氣以便提供希望的空氣-燃料比來說太慢。因此，為了提供希望的空氣-燃料比，另外的加壓氣態(tài)流體可以供應(yīng)給缸26，直到渦輪增壓器40達(dá)到供應(yīng)具有希望壓力的填充空氣的合適渦輪增壓器速度。
[0054]例如，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率輸出將從大約例如20%發(fā)動(dòng)機(jī)載荷增加到大約40%發(fā)動(dòng)機(jī)載荷時(shí)，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10應(yīng)當(dāng)加速或者具有增加的燃燒過程。為了滿足功率輸出需求，控制單元50可進(jìn)一步控制加壓流體到燃燒室16的供應(yīng)以快速增加空氣-燃料比，并因此增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的功率輸出。一旦渦輪增壓器速度達(dá)到希望的速度，控制單元50終止另外的加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)，因?yàn)閴嚎s機(jī)44加速以提供具有希望壓力的填充空氣。另外供應(yīng)的加壓流體可包括范圍從大約Ibar到大約30bar的壓力，這取決于填充空氣系統(tǒng)/缸的位置、加壓流體供應(yīng)的位置和/或加壓流體在燃燒周期的哪一段供應(yīng)。
[0055]例如，參考圖1，控制單元50可提供信號到控制閥90以打開氣態(tài)流體源92和所述至少一個(gè)缸26之間的流體連接，使得預(yù)定量的另外加壓流體(例如加壓空氣)供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸26。在這種情況下，控制單元50可首先控制進(jìn)氣沖程過程中填充空氣經(jīng)由入口閥35到所述至少一個(gè)缸26的供應(yīng)。接著，在入口閥35關(guān)閉后，控制單元50可控制例如進(jìn)氣和/或壓縮沖程過程中加壓流體經(jīng)由控制閥90到所述至少一個(gè)缸26的供應(yīng)。這可防止加壓流體經(jīng)過打開的入口閥35流入進(jìn)氣歧管22。
[0056]在一些實(shí)施方式中，填充空氣和加壓流體可同時(shí)引入燃燒室，并且入口閥可與止回閥構(gòu)件相關(guān)以限制加壓流體流經(jīng)入口歧管。
[0057]在一些實(shí)施方式中，控制單元50可例如通過修改渦輪增壓器幾何結(jié)構(gòu)、通過馬達(dá)機(jī)械地增速(excellarating)渦輪增壓器或者通過修改經(jīng)由廢氣門提供的廢氣流控制渦輪增壓器40以同時(shí)地增加渦輪增壓器速度以供應(yīng)加壓流體。當(dāng)控制單元50檢測到渦輪增壓器速度適合例如噴射的燃料量時(shí)，控制單元50可停止加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)。
[0058]在一些實(shí)施方式中，關(guān)于圖2和圖3，加壓流體可經(jīng)由進(jìn)氣歧管22和進(jìn)氣管道24供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸26中。在這種情況下，加壓流體另外經(jīng)由入口閥35與填充空氣一起供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸26。
[0059]雖然附圖示出了包括渦輪增壓器系統(tǒng)(單級或多級系統(tǒng))的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，但在一些實(shí)施方式中，這里公開的概念也可適用于自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0060]雖然這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但可以弓丨入改善和變型而不脫離權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)時(shí)支持功率輸出的增加的方法，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括至少一個(gè)缸(26)、流體連接到所述至少一個(gè)缸(26)的進(jìn)氣歧管(22)和流體互連在所述進(jìn)氣歧管(22)和所述至少一個(gè)缸(26)之間用于控制空氣到所述至少一個(gè)缸(26)的流動(dòng)的入口閥(35)，所述方法包括: 通過將一定量的空氣和一定量的燃料供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸(26)并在所述至少一個(gè)缸(26)內(nèi)燃燒空氣和燃料的混合物來操作所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)； 監(jiān)控至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)； 確定所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變和/或所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表的不匹配；以及 在確定的臨時(shí)改變和/或確定的不匹配超過相應(yīng)的預(yù)定閾值時(shí)，除了所述量的空氣之外將加壓氣態(tài)流體供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸(26)， 其中，另外的加壓氣態(tài)流體在至少兩個(gè)位置處供應(yīng)至進(jìn)氣歧管(22)，其中將加壓氣態(tài)流體供應(yīng)至進(jìn)氣歧管(22)的位置的數(shù)量小于所述缸(26)的數(shù)量。
2.一種在操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)時(shí)用于支持功率輸出的增加的方法，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括至少一個(gè)缸(26)、流體連接到所述至少一個(gè)缸(26)的進(jìn)氣歧管(22)和流體互連在所述進(jìn)氣歧管(22)和所述至少一個(gè)缸(26)之間用于控制空氣到所述至少一個(gè)缸(26)的流動(dòng)的入口閥(35)，所述方法包括: 通過將一定量的空氣和一定量的燃料供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸(26)并在所述至少一個(gè)缸(26)內(nèi)燃燒空氣和燃料的混合物來操作所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)； 監(jiān)控至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)； 確定所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的臨時(shí)改變和/或所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表的不匹配；以及 在確定的臨時(shí)改變和/或確定的不匹配超過相應(yīng)的預(yù)定閾值時(shí)，除了所述量的空氣之外將加壓氣態(tài)流體供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸(26)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，加壓氣態(tài)流體供應(yīng)至進(jìn)氣歧管(22)的位置的數(shù)量小于或等于缸(26)的數(shù)量的2/3，例如小于或等于缸(26)數(shù)量的一半。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，加壓氣態(tài)流體供應(yīng)至進(jìn)氣歧管(22)的位置沿著進(jìn)氣歧管(22)彼此等距地分布。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，至少一個(gè)氣態(tài)流體供應(yīng)在兩個(gè)相鄰缸(26)之間的位置連接到進(jìn)氣歧管(22)，例如在距兩個(gè)相鄰缸(26)相同距離處。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括燃料量、空氣量、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、渦輪增壓器速度、空氣-燃料比和燃料量-渦輪增壓器速度比中的至少一個(gè)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 增加渦輪增壓器速度； 檢測與燃料的噴射量對應(yīng)的渦輪增壓器速度；和 停止加壓氣態(tài)流體的供應(yīng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，加壓氣態(tài)流體直接供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸(26)，例如加壓氣態(tài)流體經(jīng)由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的起動(dòng)閥直接供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸(26)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，加壓氣態(tài)流體經(jīng)由進(jìn)氣歧管(22)的至少兩個(gè)位置供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸(26),或 其中，加壓氣態(tài)流體供應(yīng)到將進(jìn)氣歧管(22)流體連接到所述至少一個(gè)缸(26)的進(jìn)氣管道(24) ο
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，加壓氣態(tài)流體在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的進(jìn)氣沖程和/或壓縮沖程過程中供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸(26)，例如加壓氣態(tài)流體在所述量的填充空氣供應(yīng)到所述至少一個(gè)缸(26)之后供應(yīng)至所述至少一個(gè)缸(26)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，加壓氣態(tài)流體是加壓空氣；和/或 其中，加壓氣態(tài)流體具有范圍從大約Ibar到大約30bar的壓力。
12.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10),包括: 至少一個(gè)缸(26)； 流體連接到所述至少一個(gè)缸(26)的進(jìn)氣歧管(22)； 入口閥(35)，其流體互連在進(jìn)氣歧管(22)和所述至少一個(gè)缸(26)之間以控制空氣到所述至少一個(gè)缸(26)的流動(dòng)；和 控制單元(50)，其能夠執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，還包括用于提供加壓氣態(tài)流體的控制閥(90 ；190 ；290)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，還包括流體連接到控制閥(90；190 ；290)并能夠存儲(chǔ)加壓氣態(tài)流體的氣態(tài)流體源(92)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，其中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)是發(fā)電機(jī)組組件的部分。
【文檔編號】F02D41/00GK104213993SQ201410242392
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月4日
【發(fā)明者】T·德普, J·詹曾, F·舒爾茨 申請人:卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任兩合公司