用于內(nèi)燃機(jī)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]1.本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于控制被供給以具有不同氣體組分的氣態(tài)燃料的內(nèi)燃機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2.氣態(tài)燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)通常使用天然氣或沼氣作為用于燃燒的能量來源。這些氣態(tài)燃料通常包括諸如甲烷的不同烴類和更高烴類以及惰性氣體的混合物。例如，當(dāng)使用來自天然氣田或其它氣藏的氣態(tài)燃料時(shí)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間氣態(tài)燃料的組分可能變化。氣體組分的變化可在長時(shí)間段——例如在數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)——發(fā)生并且可由這些氣藏中存在的氣體品質(zhì)的變化導(dǎo)致。
[0003]3.氣體組分的變化還會(huì)例如由于更高烴類的變化的量而影響氣態(tài)燃料的含能量。結(jié)果，內(nèi)燃機(jī)利用不同含能量的氣態(tài)能量運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，氣體組分的變化會(huì)影響內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0004]4.本發(fā)明至少部分針對(duì)于改善或克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]5.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種用于控制至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態(tài)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)的方法。該方法包括:接收與在變化的氣體組分時(shí)間段期間的爆震水平對(duì)應(yīng)的爆震數(shù)據(jù)，由該爆震數(shù)據(jù)來確定爆震水平有在該時(shí)間段期間改變的傾向并且相應(yīng)地已發(fā)生被供給到內(nèi)燃機(jī)的氣態(tài)燃料的氣體組分的變化。該方法還包括調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(例如一個(gè)或多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù))以使內(nèi)燃機(jī)的爆震敏感性適應(yīng)變化的氣體組分。
[0006]6.根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態(tài)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括爆震傳感器和控制單元，所述爆震傳感器構(gòu)造成連續(xù)檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)的每個(gè)單獨(dú)的氣缸的爆震水平，所述控制單元與爆震傳感器連接并且構(gòu)造成執(zhí)行如文中示例性地公開的方法。
[0007]7.根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態(tài)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)包括如文中示例性地公開的控制系統(tǒng)。
[0008]8.本發(fā)明的其它特征和方面將從下文的描述和附圖而顯而易見。
【附圖說明】
[0009]9.結(jié)合在本文中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0010]10.圖1示出了可至少部分地利用氣態(tài)燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的示例性內(nèi)燃機(jī)的示意圖；
[0011]11.圖2示出了雙燃料(DF)內(nèi)燃機(jī)的氣缸的示意性的截面圖；
[0012]12.圖3示出了氣態(tài)燃料內(nèi)燃機(jī)的氣缸的示意性的截面圖；
[0013]13.圖4示出了至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態(tài)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)的示例性的時(shí)間-爆震水平圖；
[0014]14.圖5示出了用于響應(yīng)于氣態(tài)燃料的變化的氣體組分來控制內(nèi)燃機(jī)的示例性程序的通用流程圖；
[0015]15.圖6示出了用于使用一系列閉環(huán)控制響應(yīng)于變化的氣體組分來控制內(nèi)燃機(jī)的示例性程序的流程圖；以及
[0016]16.圖7示出了用于使用閉環(huán)控制響應(yīng)于變化的氣體組分來控制內(nèi)燃機(jī)的示例性程序的流程圖，其中兩個(gè)控制動(dòng)作被同時(shí)執(zhí)行。
【具體實(shí)施方式】
[0017]17.以下是對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述。文中所述和附圖所示的示范性的實(shí)施例旨在教導(dǎo)本發(fā)明的原理，從而使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在許多不同的環(huán)境中并針對(duì)許多不同應(yīng)用實(shí)施并使用本發(fā)明。因此，示例性實(shí)施例并非旨在成為且不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)專利保護(hù)范圍的限制性說明。確切而言，專利保護(hù)范圍應(yīng)該通過所附權(quán)利要求來限定。
[0018]18.本發(fā)明部分基于以下認(rèn)識(shí):氣體組分的變化可以與供給到內(nèi)燃機(jī)的氣態(tài)燃料的變化的低熱值(LHV)和/或甲烷值相關(guān)聯(lián)。LHV通常代表氣態(tài)燃料的含能量并且是燃燒放熱的度量。甲烷值表示氣態(tài)燃料的爆震敏感性并且通常處于從O至140的范圍內(nèi)，其中較高甲烷值表示燃料的較低爆震敏感性。
[0019]19.還認(rèn)識(shí)到變化的LHV和/或甲烷值會(huì)導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的爆震水平的變化。特別地，發(fā)現(xiàn)在LHV上升和/或甲烷值降低的情況下，內(nèi)燃機(jī)的爆震水平可能有升高傾向。同樣，LHV降低和/或甲烷值升高可對(duì)應(yīng)于爆震水平降低的傾向。這些升高或降低的爆震水平的傾向通常可例如在數(shù)十秒到120min的時(shí)間段發(fā)生。該時(shí)間段比通常與不同于所述的變化的氣體組分的現(xiàn)象導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震一一這種發(fā)動(dòng)機(jī)爆震將要求即時(shí)的對(duì)策一一相關(guān)聯(lián)的時(shí)間段長。
[0020]20.本發(fā)明還部分基于以下認(rèn)識(shí):一旦已確定爆震水平有升高或降低傾向且相應(yīng)地氣態(tài)燃料的LHV和/或甲烷值的變化已發(fā)生，就調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以使內(nèi)燃機(jī)的爆震敏感性適應(yīng)變化的氣體組分。在爆震水平有升高傾向的情況下，例如可以通過升高進(jìn)氣的進(jìn)氣歧管氣壓(IMAP)、延遲內(nèi)燃機(jī)的氣缸的點(diǎn)火正時(shí)和/或用液態(tài)燃料代替一部分氣態(tài)燃料來調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。同樣，如果爆震水平有降低傾向，則可以例如通過降低進(jìn)氣的IMAP、提前氣缸的點(diǎn)火正時(shí)和/或用氣態(tài)燃料代替一部分液態(tài)燃料來調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0021]21.在下文中，分別結(jié)合圖1至圖3和圖4至圖7描述可至少部分地利用氣態(tài)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)和用于控制該內(nèi)燃機(jī)的示例性方法。
[0022]22.圖1示意性地示出了至少部分地利用氣態(tài)燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)的示例性內(nèi)燃機(jī)100，例如DF發(fā)動(dòng)機(jī)(在圖2中示意性地示出)或氣態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(在圖3中示意性地示出)。
[0023]23.內(nèi)燃機(jī)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2、進(jìn)氣系統(tǒng)4、排氣系統(tǒng)5、包括吹掃氣體系統(tǒng)7的氣態(tài)燃料系統(tǒng)6和/或液態(tài)燃料系統(tǒng)8。內(nèi)燃機(jī)100可以在液態(tài)燃料模式(LFM)下由諸如柴油的液態(tài)燃料提供動(dòng)力，而在氣態(tài)燃料模式(GFM)下由諸如例如由LNG系統(tǒng)提供的天然氣的氣態(tài)燃料提供動(dòng)力。
[0024]24.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2包括多個(gè)氣缸。示范性地，在圖1中示出了四個(gè)氣缸9。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2可具有任何尺寸，具有任何數(shù)量的氣缸，例如6、8、12、16或20個(gè)氣缸，并呈任何構(gòu)型，例如“ V ”形、直列或徑向構(gòu)型?！?br>[0025]25.每個(gè)氣缸9都配備有至少一個(gè)進(jìn)氣門16和至少一個(gè)排氣門18。進(jìn)氣門16與進(jìn)氣系統(tǒng)4流體連接并且構(gòu)造成向氣缸9中提供進(jìn)氣或進(jìn)氣和氣態(tài)燃料的混合物。類似地，排氣門18與排氣系統(tǒng)5流體連接并且構(gòu)造成將排氣從相應(yīng)氣缸9引出。
[0026]26.進(jìn)氣由進(jìn)氣系統(tǒng)4提供，該進(jìn)氣系統(tǒng)4包括進(jìn)氣管20、用于充入空氣的壓縮機(jī)22、壓縮機(jī)出口 21和進(jìn)氣冷卻器24。進(jìn)氣歧管26流體連接在進(jìn)氣冷卻器24的下游并且經(jīng)由氣缸專用流入通道28將進(jìn)氣引導(dǎo)到相應(yīng)氣缸9中。
[0027]27.進(jìn)氣系統(tǒng)4還可包括放氣系統(tǒng)44。放氣系統(tǒng)44包括例如放氣管路441和設(shè)置在放氣管路441內(nèi)的至少一個(gè)放氣閥442。放氣管路441可在進(jìn)氣冷卻器24的上游或下游與壓縮機(jī)出口 21流體連接且在壓縮機(jī)22的上游與進(jìn)氣管20流體連接。替代地，放氣管路441可以不與進(jìn)氣管20連接，而是可向環(huán)境開放。放氣閥442可構(gòu)造成允許進(jìn)氣的一部分返回進(jìn)氣管20，由此例如在壓縮機(jī)出口 21中的壓力超過預(yù)設(shè)的臨界水平的情況下經(jīng)由放氣管路441避開壓縮機(jī)22。放氣閥442還可幫助控制進(jìn)入氣缸9的燃料-空氣混合物的期望的燃料-空氣比。當(dāng)放氣管路441未與進(jìn)氣管20連接時(shí)，進(jìn)氣的避開壓縮機(jī)22的部分可被釋放到環(huán)境。
[0028]28.排氣系統(tǒng)5包括經(jīng)由軸32與壓縮機(jī)22連接的排氣渦輪30和將排氣從各個(gè)排氣流出通道35引導(dǎo)到排氣渦輪30并且進(jìn)一步引導(dǎo)到排氣出口 33的排氣歧管34。
[0029]29.排氣系統(tǒng)5還可包括廢氣門系統(tǒng)55。廢氣門系統(tǒng)55包括例如廢氣門管路551和設(shè)置在廢氣門管路551內(nèi)的至少一個(gè)廢氣門閥552。廢氣門551可在排氣渦輪30的上游與排氣歧管34并在排氣渦輪30的下游與排氣出口 33流體連接。技術(shù)人員可了解，廢氣門管路551和廢氣門閥552可以以與這里示出的構(gòu)型不同的構(gòu)型設(shè)置。廢氣門閥552可構(gòu)造成例如在進(jìn)氣的壓縮應(yīng)當(dāng)未超過預(yù)設(shè)的壓縮率的情況下允許排氣的一部分經(jīng)由廢氣門管路551避開排氣渦輪30。
[0030]30.進(jìn)氣系統(tǒng)4還可包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣歧管26。類似地，排氣系統(tǒng)5可包括一個(gè)或多個(gè)排氣歧管34。
[0031]31.此外，進(jìn)氣門16和排氣門18可分別安裝在流入通道28和流出通道35內(nèi)。流入通道28以及流出通道35可設(shè)置在共同的氣