本發(fā)明涉及一種基于燃料氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。

背景技術(shù)：

使用奧托(otto)或柴油原理的內(nèi)燃機(jī)(例如二沖程內(nèi)燃機(jī)、四沖程內(nèi)燃機(jī))可以用液體燃料或氣態(tài)燃料來(lái)運(yùn)行。為了使現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)正確運(yùn)行，需要準(zhǔn)確知道內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷。需要該信息來(lái)控制各種參數(shù)，例如噴射定時(shí)和長(zhǎng)度排氣閥打開定時(shí)和長(zhǎng)度、可變渦輪增壓器設(shè)置、scr(selectivecatalyticreduction，選擇性催化還原法)設(shè)置、egr(exhaustgasrecirculation，排氣再循環(huán))設(shè)置、注入的氣體壓力、液壓系統(tǒng)壓力、排氣旁路開度、冷卻風(fēng)扇速度、冷卻液泵設(shè)置。這不是窮舉的，并取決于內(nèi)燃機(jī)類型。然而，所有內(nèi)燃機(jī)的共同之處在于：為了正常運(yùn)行需要準(zhǔn)確確定負(fù)荷。

在本領(lǐng)域中，已知測(cè)量曲軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速并根據(jù)該信息得出內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。還已知測(cè)量所消耗的燃料量以確定負(fù)荷。然而，這要求燃料的性質(zhì)，特別是發(fā)熱性質(zhì)和密度是已知的或能夠準(zhǔn)確地確定。對(duì)于氣態(tài)燃料，由于壓力、溫度的變化而導(dǎo)致更加難以確定所輸送的燃料的密度，并且由于輸送到內(nèi)燃機(jī)中的燃燒室的氣體的組成的變化而導(dǎo)致通常更加難以確定發(fā)熱性質(zhì)。

一種確定氣態(tài)燃料性質(zhì)的方法是使用氣相色譜儀，并以定時(shí)的間隔取樣。通過(guò)分析氣體組成，可以計(jì)算關(guān)于氣體性質(zhì)的必要信息。然而，用例如氣相色譜儀以定時(shí)間隔取樣是昂貴和耗時(shí)的，并且不會(huì)提供即時(shí)結(jié)果，使得內(nèi)燃機(jī)總是基于已經(jīng)延時(shí)的信息運(yùn)行，通常至少有幾分鐘的延時(shí)。實(shí)際氣體采樣與測(cè)量結(jié)果輸出之間的延遲降低了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確性。

其它可用的儀器測(cè)量或輸出標(biāo)準(zhǔn)的沃泊指數(shù)(沃泊index)。沃泊指數(shù)是燃料氣體互換性的指標(biāo)。沃泊指數(shù)iw被定義為：iw＝vc/(sqrtgs)，其中vc是較高的熱值，gs是比重。

沃泊指數(shù)用于比較裝置中不同組成燃料氣體的燃燒能量輸出。如果兩種燃料具有相同的沃泊指數(shù)，那么對(duì)于給定的壓力和閥門設(shè)置，能量輸出也將是相同的。

然而，沃泊指數(shù)并不是準(zhǔn)確確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷所需的精確信息，因?yàn)槲植粗笖?shù)僅會(huì)提供氣體質(zhì)量/性質(zhì)之間的比較。

因此，當(dāng)準(zhǔn)確輸送到內(nèi)燃機(jī)且不存在明顯的延遲時(shí)，需要確定燃料氣體性質(zhì)及其狀態(tài)，以能夠改善對(duì)基于燃料氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的控制。

jp2005226621公開了根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的內(nèi)燃機(jī)。在jp2005226621中，基于第一氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)具有用于確定供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的氣體的性質(zhì)的儀器。一個(gè)或多個(gè)其它內(nèi)燃機(jī)利用來(lái)自與基于第一氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)相同來(lái)源的相同氣體供應(yīng)運(yùn)行。第一內(nèi)燃機(jī)的設(shè)置基于其儀器，并且所述設(shè)置用于其它內(nèi)燃機(jī)以基于氣體供應(yīng)正常運(yùn)行。因此，僅一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)需要設(shè)置有儀器，而其它內(nèi)燃機(jī)能夠使用第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)獲得的信息而無(wú)需儀器即可運(yùn)行。然而，這并不能提供用于那些只有一臺(tái)基于單一氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的情況的解決方案，該情況通常是在海洋船舶中使用大型二沖程柴油內(nèi)燃機(jī)的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種克服或至少減少上述問(wèn)題的系統(tǒng)。

上述和其它目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書和附圖中，進(jìn)一步的實(shí)施形式是顯而易見的。

根據(jù)第一方面，提供了一種內(nèi)燃機(jī)，其包括：一個(gè)或多個(gè)汽缸；燃燒室；以及燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其被配置為向氣缸供應(yīng)給定壓力和溫度的燃料氣體流且被配置為向燃燒室供應(yīng)相同的給定壓力和溫度的燃料氣體流，一個(gè)或多個(gè)氣缸各自設(shè)置有至少一個(gè)進(jìn)氣閥，燃燒室設(shè)置有：噴嘴，用于將來(lái)自燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)的燃料氣體流噴入燃燒室；用于向燃燒室供應(yīng)氧化劑氣體流的供應(yīng)管線；用于將燃燒氣體流從燃燒室輸出的排氣管道；和用于測(cè)量燃燒氣體流中的氧氣比例的傳感器。

通過(guò)燃燒室的噴嘴噴射的能量或表示通過(guò)燃燒室的噴嘴噴射的燃料氣體的發(fā)熱特性的值的直接測(cè)量，能夠在應(yīng)用于供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥的燃料氣體的完全相同的條件下確定。該信息能夠直接用于內(nèi)燃機(jī)控制，無(wú)需考慮到燃料氣體的溫度和壓力的進(jìn)一步校準(zhǔn)或其它校準(zhǔn)。因此，能夠大大擴(kuò)大內(nèi)燃機(jī)的允許/可行氣體質(zhì)量的范圍。該系統(tǒng)能夠直接集成到內(nèi)燃機(jī)本身或氣閥機(jī)構(gòu)(氣體供應(yīng)系統(tǒng))中。

根據(jù)第一方面的第一可行實(shí)施方式，內(nèi)燃機(jī)包括用于將氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率保持恒定的裝置。

根據(jù)第一方面的第二可行實(shí)施方式，內(nèi)燃機(jī)包括用于控制氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率的裝置。

根據(jù)第一方面的第三可行實(shí)施方式，內(nèi)燃機(jī)包括用于測(cè)量供應(yīng)到燃燒室的氧化劑氣體的流速或供應(yīng)到燃燒室的氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率的裝置。

根據(jù)第一方面的第四可行實(shí)施方式，內(nèi)燃機(jī)包括控制單元，其被通知供應(yīng)到燃燒室的氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率，并且從用于測(cè)量燃燒氣體流中的氧氣比例的裝置接收信號(hào)。

根據(jù)第一方面的第五可行實(shí)施方式，內(nèi)燃機(jī)包括控制單元，其被配置為基于來(lái)自用于測(cè)量氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率的裝置的信號(hào)和來(lái)自用于測(cè)量燃燒氣體流中的氧氣比例的裝置的信號(hào)來(lái)確定通過(guò)噴嘴噴射的能量。

根據(jù)第一方面的第六可行實(shí)施方式，控制單元被配置為確定表示供應(yīng)到氣缸和燃燒室的燃料氣體的熱值的值。

根據(jù)第一方面的第七可行實(shí)施方式，內(nèi)燃機(jī)包括控制單元，該控制單元被配置為考慮到通過(guò)噴嘴噴射的能量的量或考慮到表示供應(yīng)到氣缸和燃燒室的燃料氣體的熱值的值來(lái)確定通過(guò)燃料進(jìn)入閥注入或進(jìn)入到一個(gè)或多個(gè)氣缸(1)中的能量。

根據(jù)第一方面的第八可行實(shí)施方式，控制單元被配置成為根據(jù)經(jīng)由燃料進(jìn)入閥注入或進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)氣缸中的能量的量來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。

根據(jù)第一方面的第九可行實(shí)施方式，控制單元被通知噴嘴的尺寸和燃料進(jìn)入閥的尺寸之間的關(guān)系。

根據(jù)第一方面的第十可行實(shí)施方式，控制單元被通知噴嘴的精確尺寸和燃料進(jìn)入閥的精確尺寸。

根據(jù)第一方面的第十一可行實(shí)施方式，控制單元被配置為使用表示供應(yīng)到氣缸和燃燒室的燃料氣體的熱值的值作為用于計(jì)算內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷的校正因子

根據(jù)第一方面的第十二可行實(shí)施方式，氧化劑氣體是空氣。

根據(jù)第一方面的第十三可行實(shí)施方式，氧化劑氣體是空氣與附加的氮?dú)獾幕旌衔铩?/p>

根據(jù)第一方面的第十四可行實(shí)施方式，氧化劑氣體中的氧氣含量低于環(huán)境空氣中的氧氣含量。

根據(jù)第一方面的第十五可行實(shí)施方式，燃燒室具有氧化催化劑。

根據(jù)第一方面的第十六可行實(shí)施方式，燃燒室設(shè)置有冷卻系統(tǒng)。

根據(jù)第一方面的第十七可行實(shí)施方式，用于確定燃燒氣體流中的氧氣比例的裝置包括λ傳感器。

根據(jù)第一方面的第十八可行實(shí)施方式，控制單元被配置為響應(yīng)于來(lái)自用于確定燃燒氣體中的氧氣比例的裝置的信號(hào)來(lái)控制氧氣質(zhì)量速率或氧化劑氣體流速。

根據(jù)第一方面的第十九可行實(shí)施方式，供應(yīng)到燃燒室的燃料氣體流的流速小于供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)氣缸的燃料氣體流的流速。

根據(jù)第一方面的第二十可行實(shí)施方式，控制單元被配置為確定在燃燒室中燃燒期間消耗的氧氣量。

根據(jù)第一方面的第二十一可行實(shí)施方式，燃燒室被校準(zhǔn)，即使用已知的氣體，優(yōu)選純氣體(例如，純甲烷)來(lái)確定噴嘴尺寸。使用已知?dú)怏w得知燃燒室所需的氧氣消耗量，所有其它氣體可以被視為與該基準(zhǔn)情況的偏差。

根據(jù)第一方面的第二十二可行實(shí)施方式，燃燒室不是內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室。

根據(jù)第一方面的第二十三可行實(shí)施方式，燃燒室包括被配置用于燃燒均以基本穩(wěn)定的流速供應(yīng)并在連續(xù)過(guò)程中燃燒的燃料氣體和氧化劑氣體的燃燒腔室。

根據(jù)第二方面，提供了一種用于確定基于燃料氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)中的燃料氣體的性質(zhì)的方法，所述方法包括：向內(nèi)燃機(jī)的氣缸供應(yīng)給定壓力和溫度的燃料氣體，并向燃燒室供應(yīng)相同的給定壓力和溫度的燃料氣體流；向燃燒室供應(yīng)氧化劑氣體流；在燃燒室中用氧化劑氣體燃燒所述燃料氣體，從而生成燃燒氣體流；以及測(cè)量燃燒氣體中的氧氣比例。

根據(jù)第二方面的第一可行實(shí)施方式，所述方法還包括確定或控制所述氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率、優(yōu)選地響應(yīng)于所測(cè)量的燃燒氣體中的氧氣比例來(lái)確定或控制氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率。

根據(jù)第二方面的第二可行實(shí)施方式，所述方法還包括確定表示燃料氣體的發(fā)熱性質(zhì)的值。

根據(jù)第二方面的第三可行實(shí)施方式，所述方法還包括基于內(nèi)燃機(jī)的燃料進(jìn)入閥打開的時(shí)間和表示燃料氣體的發(fā)熱特性的值來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。

根據(jù)第二方面的第四可行實(shí)施方式，所述方法還包括確定在所述燃燒室中燃燒期間消耗的氧氣的量。

本發(fā)明的這些和其它方面將從以下描述的實(shí)施方式中變得顯而易見。

附圖說(shuō)明

在本發(fā)明的以下詳細(xì)部分中，將參照附圖中示出的示例性實(shí)施方式更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其中：

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方式的大型二沖程柴油內(nèi)燃機(jī)的俯視正視圖，

圖2是圖1的大型二沖程內(nèi)燃機(jī)的俯視側(cè)視圖，

圖3是根據(jù)圖1的大型二沖程內(nèi)燃機(jī)的示意圖，

圖4是用于確定供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)氣缸的燃料氣體的性質(zhì)的系統(tǒng)的示意圖，以及

圖5是示出用于確定供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)氣缸的燃料氣體的性質(zhì)的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下面的詳細(xì)描述中，將在示例性實(shí)施方式中參考具有十字頭的大型二沖程低速渦輪增壓壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)來(lái)描述內(nèi)燃機(jī)，但是應(yīng)當(dāng)理解，內(nèi)燃機(jī)可以是另一種類型，例如具有或不具有渦輪增壓、具有或不具有廢氣再循環(huán)的二沖程奧托型、四沖程奧托型或柴油型。

圖1、圖2和圖3示出了具有曲軸8和十字頭9的大型低速渦輪增壓二沖程柴油內(nèi)燃機(jī)。圖3示出了具有進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的大型低速渦輪增壓二沖程柴油內(nèi)燃機(jī)的示意圖。在該示例性實(shí)施方式中，內(nèi)燃機(jī)具有成行的六個(gè)氣缸。大型低速渦輪增壓二沖程柴油內(nèi)燃機(jī)通常具有成行的四個(gè)氣缸到十四個(gè)氣缸，所述氣缸由內(nèi)燃機(jī)架11承載的氣缸架23承載。該內(nèi)燃機(jī)可以例如用作海洋船舶中的主內(nèi)燃機(jī)或用作用于運(yùn)行發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)的固定內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)的總輸出可以例如在1,000kw至110,000kw的范圍內(nèi)。

在該示例性實(shí)施方式中，內(nèi)燃機(jī)是二沖程單流型壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，具有在氣缸襯套1的下部區(qū)域處的掃氣口18和在氣缸襯套1的頂部處的中央排氣閥4。掃氣從掃氣容器2被傳送到各個(gè)氣缸1的掃氣口18。氣缸襯套1中的活塞10壓縮掃氣，通過(guò)氣缸蓋22中的燃料噴射閥31噴射燃料，接著發(fā)生燃燒并產(chǎn)生廢氣。

當(dāng)排氣閥4打開時(shí)，排氣通過(guò)與氣缸1相連的排氣管道流入排氣容器3并且通過(guò)第一排氣管道19前往渦輪增壓器5的渦輪6，排氣通過(guò)第二排氣管道從渦輪6離開，經(jīng)過(guò)節(jié)能器20流到出口21并進(jìn)入大氣中。渦輪6通過(guò)軸驅(qū)動(dòng)經(jīng)由空氣入口12供應(yīng)新鮮空氣的壓縮機(jī)7。壓縮機(jī)7將加壓掃氣輸送到通向掃氣容器2的掃氣管道13中。管道13中的掃氣經(jīng)過(guò)用于冷卻掃氣的中間冷卻器14。

經(jīng)冷卻的掃氣經(jīng)過(guò)由電動(dòng)機(jī)17驅(qū)動(dòng)的輔助鼓風(fēng)機(jī)16，其在渦輪增壓器5的壓縮機(jī)7不能為掃氣容器2輸送足夠的壓力時(shí)，即在內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷或部分負(fù)荷條件下對(duì)掃氣流加壓。在較高的內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷下，渦輪增壓器壓縮機(jī)7輸送足夠的經(jīng)壓縮掃氣，則經(jīng)由止回閥1繞過(guò)輔助鼓風(fēng)機(jī)165。

內(nèi)燃機(jī)用燃料氣體(例如天然氣、煤氣、沼氣、填埋氣體、甲烷、乙烯、lpg(liquefiedpetroleumgas，液化石油氣)來(lái)運(yùn)行，該燃料氣體由氣體供應(yīng)系統(tǒng)30在基本穩(wěn)定的壓力和溫度下以氣態(tài)形式供應(yīng)。然而，根據(jù)氣體供應(yīng)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)和所供應(yīng)的氣體類型，溫度和壓力的微小變化是不可避免的。此外，也可能發(fā)生氣態(tài)燃料的組成的微小變化。

氣體供應(yīng)系統(tǒng)為所有燃料噴射閥31提供加壓的氣態(tài)燃料。內(nèi)燃機(jī)的電子控制單元60經(jīng)由圖3以中斷線所示的信號(hào)線接收來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)。來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)包括：例如進(jìn)氣壓力和溫度、排氣壓力和溫度以及曲柄角度和速度，但是應(yīng)注意，該列表并非窮舉，而是將取決于內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造，例如其是否包括排氣再循環(huán)，是否包括渦輪增壓器等。電子控制單元60控制燃料噴射閥31，即電子控制單元確定燃料閥31何時(shí)打開并確定打開時(shí)間的長(zhǎng)度。燃料閥打開的時(shí)刻大大影響柴油內(nèi)燃機(jī)(壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī))中的燃燒壓力，并且燃料閥的打開持續(xù)時(shí)間決定允許進(jìn)入氣缸1的燃料量，隨著持續(xù)時(shí)間的增加致使允許進(jìn)入氣缸1的燃料量增加。電子控制單元60被配置為根據(jù)所有燃料閥31打開的組合持續(xù)時(shí)間來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。由于電子控制單元60確定了燃料閥31的持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度，所以電子控制單元60被完全通知所有燃料閥31的打開時(shí)間的組合持續(xù)時(shí)間。

然而，燃料氣體的性質(zhì)，例如輸送到燃料噴射閥31的燃料氣體的溫度、壓力和組成可能發(fā)生波動(dòng)，從而導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算不準(zhǔn)確。這可能是有問(wèn)題的，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)負(fù)荷是用于控制內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的最重要的控制參數(shù)。內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷影響內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行的許多方面，例如，液壓系統(tǒng)中的壓力、排氣閥打開的時(shí)刻、燃料噴射開始的時(shí)刻、排氣旁路的操作以及在該排氣旁路中的閥的開度、可變渦輪增壓器的設(shè)置、scr操作的激活和停用、燃料氣體激活和停用的氣體壓力等。

因此，重要的是在燃料閥31的打開期間準(zhǔn)確地通知通過(guò)燃料閥31噴射的能量的量而沒(méi)有(實(shí)質(zhì))延遲。對(duì)于諸如柴油的液體燃料，由柴油的壓力、溫度和組成引起的變化可忽略不計(jì)，因此對(duì)于內(nèi)燃機(jī)基于柴油或其它液體燃料運(yùn)行來(lái)說(shuō)，通過(guò)知道燃料閥開啟的總持續(xù)時(shí)間，能夠非常準(zhǔn)確地確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。然而，由于燃料氣體的壓力、溫度和組成的變化是不可忽略的，所以對(duì)于基于燃料氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)并不是這種情況。

為了能夠從燃料閥打開的持續(xù)時(shí)間準(zhǔn)確地確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷，內(nèi)燃機(jī)設(shè)置有圖4所示的系統(tǒng)。

該系統(tǒng)提供了調(diào)整內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算所需的信息，使得內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算能夠基于燃料閥的總持續(xù)時(shí)間，但是根據(jù)供應(yīng)到氣缸1的氣態(tài)燃料的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到準(zhǔn)確并即時(shí)的效果。

氣態(tài)燃料供應(yīng)系統(tǒng)30通過(guò)燃料閥31向氣缸1供應(yīng)給定溫度和壓力的氣態(tài)燃料。氣態(tài)燃料供應(yīng)系統(tǒng)30還通過(guò)將燃料供應(yīng)系統(tǒng)30連接到噴嘴49并包括閥43的氣態(tài)燃料供應(yīng)管道41向燃燒室40供應(yīng)相同給定壓力和溫度的相同的燃料氣體。閥43可以用于關(guān)閉氣態(tài)燃料供應(yīng)管道41。

噴嘴49通過(guò)噴嘴49中的一個(gè)或多個(gè)噴嘴孔將燃料氣體噴射到燃燒室40中。例如通過(guò)校準(zhǔn)，噴嘴49的尺寸被精確地確定。可以相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的燃料閥31執(zhí)行校準(zhǔn)，或者校準(zhǔn)可以是絕對(duì)校準(zhǔn)。噴嘴49的尺寸是一個(gè)或多個(gè)噴嘴孔的面積的尺寸。

與燃料氣體到氣缸1的流動(dòng)相比，燃料氣體向燃燒室40的流動(dòng)非常小。與燃料閥31的尺寸相比，噴嘴49的尺寸優(yōu)選地相對(duì)較小，從而使得燃料氣體向燃燒室流動(dòng)也很小。由于向燃燒室40供應(yīng)的燃料氣體與輸送到氣缸1的燃料氣體是相同的壓力和溫度的相同的燃料氣體，噴嘴49在與燃料閥31相同的條件下接收燃料氣體。

供應(yīng)管線42將氧化劑氣體流提供應(yīng)到燃燒室40。氧化劑氣體是例如環(huán)境空氣或用氮?dú)庀♂屢韵鄬?duì)于環(huán)境空氣減少氧化劑氣體中的氧氣含量的環(huán)境空氣。當(dāng)環(huán)境空氣用氮?dú)庀♂寱r(shí)，氧化劑氣體具有比環(huán)境空氣低的氧比例，其優(yōu)點(diǎn)在于，與用空氣燃燒燃料氣體相比燃燒溫度較低。在一個(gè)實(shí)施方式中，燃燒室40設(shè)置有用于控制燃燒室40的溫度的冷卻裝置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，燃燒室40具有用于燃燒過(guò)程的氧化催化劑。這種氧化催化劑是本領(lǐng)域公知的。可替選地，燃燒室40可以設(shè)置有簡(jiǎn)單的點(diǎn)火裝置，例如電火花發(fā)生裝置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，供應(yīng)管線42包括鼓風(fēng)機(jī)44、文丘里管45和控制閥46。測(cè)量文丘里管45處的壓力以確定進(jìn)入燃燒室40的氧化劑氣體的流速。調(diào)節(jié)控制閥46的開度和鼓風(fēng)機(jī)44的設(shè)置從而控制進(jìn)入燃燒室40的氧化劑氣體的流速。

電子控制單元50控制系統(tǒng)的運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，電子控制單元50控制鼓風(fēng)機(jī)44和電子控制閥46的運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，電子控制單元50從文丘里管45處的壓力傳感器接收信號(hào)。

燃料氣體在燃燒室40中的腔室內(nèi)用氧化劑氣體燃燒。生成的燃燒氣體經(jīng)由排氣管道47從燃燒室40排出。排氣管道47設(shè)置有用于測(cè)量燃燒氣體流中的氧氣比例的傳感器48。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器48是λ傳感器48。電子控制單元50從傳感器48接收信號(hào)。

控制氧化氣體流，使得燃燒40中的燃燒在受控的條件下(即具有受控的化學(xué)計(jì)量系數(shù))進(jìn)行。優(yōu)選地，化學(xué)計(jì)量系數(shù)保持在1和2之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選地，燃燒在精確的化學(xué)計(jì)量條件下(即化學(xué)計(jì)量系數(shù)為1)進(jìn)行。

電子控制單元50響應(yīng)于傳感器48的信號(hào)通過(guò)相應(yīng)地控制鼓風(fēng)機(jī)44和/或控制閥46的運(yùn)行而控制化學(xué)計(jì)量系數(shù)。因此，傳感器48的反饋用于調(diào)節(jié)氧化劑氣體的進(jìn)入。

監(jiān)測(cè)在受控化學(xué)計(jì)量系數(shù)下燃燒所需的氧氣質(zhì)量速率(massrate)，優(yōu)選由電子控制單元例如利用來(lái)自文丘里管45的信號(hào)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以在供應(yīng)管線42中設(shè)置保持氧氣質(zhì)量速率恒定的裝置，而無(wú)需控制單元50的任何控制動(dòng)作，并且在該實(shí)施方式中，電子控制單元50被簡(jiǎn)單地通知恒定氧氣質(zhì)量速率的值，并根據(jù)恒定氧氣質(zhì)量速率和所測(cè)量的燃燒氣體中氧氣的比例來(lái)確定燃燒過(guò)程中使用的氧氣的質(zhì)量速率。

氧氣質(zhì)量速率是對(duì)氣流中限定的化學(xué)能的直接測(cè)量，因?yàn)閷?duì)于給定的氧氣質(zhì)量可以釋放預(yù)定量的熱。當(dāng)燃料氣體由烴類(且氧化劑氣體是空氣)組成時(shí)，每公斤空氣能夠釋放的熱量約為3mj。因此，燃燒過(guò)程中使用的氧氣質(zhì)量速率或空氣質(zhì)量速率與每時(shí)間單位通過(guò)噴嘴噴射的能量的量成正比。在一個(gè)實(shí)施方式中，由于噴嘴尺寸相對(duì)于燃料閥31的尺寸校準(zhǔn)，因此可以通過(guò)知道通過(guò)噴嘴49噴射的能量的精確量而精確地確定每時(shí)間單位通過(guò)燃料閥噴射了多少能量。這進(jìn)而允許通過(guò)將燃料閥31的打開時(shí)間的持續(xù)時(shí)間加和來(lái)精確地計(jì)算內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。

在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)的輸出信號(hào)，例如從電子控制單元50到電子控制單元60的信號(hào)是校正系數(shù)的形式，其將電子控制單元60的內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算校正為施加到氣缸1的燃料氣體的實(shí)際條件。因此，電子控制單元60可以使用從電子控制單元50接收到的信號(hào)來(lái)調(diào)整內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算，從而使內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算更精確。

從電子控制單元50到電子控制單元60的信號(hào)的性質(zhì)取決于系統(tǒng)的運(yùn)行方式。如果系統(tǒng)以恒定的空氣流量或恒定的氧氣質(zhì)量流量進(jìn)入燃燒室來(lái)運(yùn)行，則得到的所測(cè)量的化學(xué)計(jì)量系數(shù)(例如用λ傳感器48測(cè)得)可以是用于電子控制單元64根據(jù)燃料閥31的打開持續(xù)時(shí)間確定需要應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算的校正的輸入信號(hào)。

如果系統(tǒng)在控制氧化劑氣體流量的大小并保持化學(xué)計(jì)量系數(shù)恒定(例如1)下運(yùn)行，則電子控制單元60的輸入信號(hào)可以是來(lái)自文丘里管45處的壓力傳感器的信號(hào)?；谠撔盘?hào)，電子控制單元60計(jì)算內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷計(jì)算所需的調(diào)整。也可以用其它方式(例如使用熱絲傳感器或移動(dòng)葉輪流速計(jì))而不是文丘里管來(lái)測(cè)量氧化劑氣體的質(zhì)量流量。來(lái)自用于測(cè)量或確定進(jìn)入燃燒室40的氧化劑氣體的流量大小的裝置的信號(hào)可以被直接發(fā)送到電子控制單元60或經(jīng)由電子控制單元50發(fā)送。

在一個(gè)實(shí)施方式中，電子控制單元50被配置為確定供應(yīng)到燃燒室40的燃料氣體的熱值，并被配置為將確定的熱值發(fā)送到電子控制單元60。熱值可以表示為mw/mm2。

在一個(gè)實(shí)施方式中，電子控制單元60被通知燃料閥31的尺寸，即與噴嘴49中的一個(gè)或多個(gè)噴嘴孔的面積的大小相應(yīng)的燃料閥31的噴嘴中的噴嘴孔的面積。電子控制單元60還可以被配置為確定這兩種尺寸之間的比例，并且基于這種差異來(lái)確定流過(guò)噴射閥31的能量的精確量。

雖然電子控制單元50和電子控制單元60已經(jīng)被描述為單獨(dú)的電子控制單元，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以向內(nèi)燃機(jī)提供一個(gè)單獨(dú)的電子控制單元，其涵蓋電子控制單元50和電子控制單元60的功能。

在一個(gè)實(shí)施方式中，使用已知的氣體，優(yōu)選純氣體，例如純甲烷來(lái)校準(zhǔn)燃燒室40，即確定噴嘴尺寸。用已知的氣體得知燃燒室40所需的氧氣消耗量，然后可以將所有其它氣體視為與該基準(zhǔn)情況的偏差。

圖5是示出系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖。該流程圖說(shuō)明了方法的原理，而流程圖中的框不表示連續(xù)的步驟。該方法用于確定基于燃料氣體運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)中的燃料氣體的性質(zhì)。該方法包括在給定的壓力和溫度下向內(nèi)燃機(jī)的氣缸1供應(yīng)燃料氣體，并且在相同的給定壓力和給定溫度下將燃料氣體流供應(yīng)到燃燒室40。

該方法還包括向燃燒室40供應(yīng)氧化劑氣體流，并且在燃燒室40中用氧化劑氣體燃燒燃料氣體，從而產(chǎn)生燃燒氣體流并測(cè)量燃燒氣體中氧氣的比例。

該方法包括確定或控制供應(yīng)到燃燒室40的氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率。優(yōu)選響應(yīng)于所測(cè)量的在燃燒氣體中的氧氣比例對(duì)供應(yīng)到燃燒室40的氧化劑氣體流中的氧氣質(zhì)量速率進(jìn)行控制。

該方法包括基于內(nèi)燃機(jī)的燃料進(jìn)入閥31打開的持續(xù)時(shí)間計(jì)算內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷，并且基于在燃燒過(guò)程中使用的所計(jì)算的氧氣質(zhì)量速率來(lái)調(diào)整所計(jì)算的內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。后一步驟可以包括基于相對(duì)于所測(cè)量或確定的供應(yīng)到燃燒室40的氧氣質(zhì)量速率而測(cè)量或確定的化學(xué)計(jì)量系數(shù)來(lái)計(jì)算在燃燒中使用的氧氣質(zhì)量速率。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還可以包括確定表示燃料氣體的發(fā)熱特性的值。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法可以包括在計(jì)算中使用所測(cè)量或確定的燃料的發(fā)熱特性來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。

已經(jīng)結(jié)合本文的多個(gè)實(shí)施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施所要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)，根據(jù)對(duì)附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求書的研究，可以理解和實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開的實(shí)施方式的其它變化。在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的簡(jiǎn)單實(shí)施并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書中使用的附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。