用于气体发动机的监测系统的制作方法

本发明涉及用于气体发动机的监测系统，所述发动机是使用气体作为燃料的往复式内燃发动机，该发动机被连接到用于将排气引出发动机的出口通道，布置有与所述出口通道相关的风扇，用于在发动机未启动的情况下以及在所述出口通道中积聚有未燃烧的燃料气体时使用空气冲洗所述出口通道。

背景技术：

往复式气体内燃发动机通常使用甲烷或其它比空气轻的气体作为燃料。在启动期间，气体燃料被供应给气缸。在正常情况下，燃料被供应给气缸，被压缩，然后气体/空气混合物点燃或被点燃，在燃烧之后，燃烧过的排气在排气冲程期间从气缸中排出。如果点火由于某种原因没有发生，未燃烧的燃料气体在接下来的排气冲程期间被排出到排气系统，即，出口通道。发动机的这种未启动，换句话说，当发动机还没有基于燃料的燃烧而启动运行时，可能是由于几种因素而引起的，比如，过稀的混合物、弱点火装置等等。在气体发动机设备中，在未成功启动的情况下，存在未燃烧的燃料气体在排气系统中聚集的风险。另外，这意味着存在大量爆炸性燃料气体混合物在管道中积聚的风险。如果发动机稍后被启动，且热的排气提供了点火源，那么这可能在排气管中引起爆炸。这也可能在长时间尝试启动的情况下发生，排气出口通道至少部分地填充有爆炸性燃料气体混合物。

为了消除上述风险，气体发动机通常具有冲洗系统，它包括以与出口通道相关的方式布置的通风风扇。该通风风扇被用于在发动机未启动且在出口通道中具有或者可能具有积聚的未燃烧的燃料气体的情况下，利用空气冲洗出口通道。发动机/功率设备的操作者作出这种决定，并在需要时冲洗出口通道。通常地，该防范时机由发动机/设备提供。

如前所述，且为了消除这种风险，气体发动机设备装备了被用于在新的启动尝试之前将清洁空气吹入出口通道的通风风扇。因为这种类型的气体发动机通常被用作后备功率，所以要求对功率需求作出较快速的响应，而较长的冲洗时间是一个缺点。

发明概述

本发明的目的是提供一种用于气体发动机的监测系统，该监测系统可以缩短出口通道的预防冲洗时间。

现有技术中的问题是没有手段来控制通风是否足以将管道清空。过短的通风时间意味着爆炸的风险，而长时间通风又是有问题的，尤其是在要求设备对功率需求作出快速响应时。因此，快速的通风，即，出口通道的冲洗时间将被实现。

本发明的特征在于，在出口通道中的可能会积聚未燃烧的燃料气体的位置定位有至少一个NOx传感器。本发明解决了所述问题，并实现了短的冲洗时间。另外，本发明的系统显著地提高了发动机设备的安全性。

根据本发明系统的实施方式，传感器被定位以及未燃烧的燃料气体可能会积聚的位置是消声器、锅炉、催化器、热回收系统、出口通道的闭合的弧形顶部或对应位置。因此，传感器位置被选择成使燃料气体能被收集在出口通道的口袋形位置中。自然地，如果被使用的燃料气体重于空气，例如丙烷之类，那么将需要相反的方式，即，传感器需要被定位在底部封闭的碗型位置。在这两种情况下，优选地，在选择所述位置时都要考虑到口袋的容积。非常小的口袋不如能收集大量燃料气体的大口袋重要。

根据其它实施方式，传感器是能测量NO浓度和O₂浓度的NOx传感器。被用于发动机控制功能的普通NOx传感器典型地位于不能测量口袋中积聚的气体的位置。本发明中，传感器可能正好与发动机控制传感器相似，但是位置不同。由于燃烧环境的高温，只有某些类型的材料能在这种位置工作。大部分被研发出来的市售NOx传感器由陶瓷型金属氧化物制造，最常见的是钇稳定的氧化锆(YSZ)，目前它也被用在氧传感器中。YSZ被压缩成一种密度陶瓷并实际地在出口通道的高温下，比如在400℃下甚至更高，传导氧离子(O2-)。根据实施方式，传感器是双传感器装置，其中至少有两个传感器，一个NOx传感器能测量NO浓度，另一个传感器能测量O₂浓度。

还根据本发明的实施方式，所述系统被配置成在不成功的启动尝试之后执行检查程序。在检查程序期间，传感器检测或测量该传感器所在的位置处的氧和NO的含量。然后，基于所述测量，所述系统被布置成基于O₂浓度和NO浓度在至少三种可能的状态之间进行区分，其中所述至少三种可能的状态包括：

-指示出口通道还没有被通风但在出口通道中不存在爆炸风险的第一状态，

-指示出口通道还没有被通风但在出口通道中存在爆炸风险的第二状态，

-指示出口通道已经被充分地通风的第三状态。

附图说明

下文中，将参考下列附图更详细地描述本发明，其中，

图1示出了系统的总体概况，

图2示出了检查程序的实施方式。

具体实施方式

在图1中，它示出了发动机1设备，包括用于气体发动机1的监测系统2，发动机1是一种使用气体作为燃料的往复式内燃发动机1，发动机1被连接到用于将排气引出发动机1的出口通道3，布置有与出口通道3相关的风扇30，用于在发动机1未启动的情况下(换句话说，当发动机还没有基于燃料的燃烧而启动运行时)以及在出口通道3中可能积聚有未燃烧的燃料气体G时使用空气A冲洗出口通道3。在出口通道3中的可能会积聚未燃烧的燃料气体G的位置定位有至少一个NOx传感器5。传感器5被定位以及未燃烧的燃料气体G可能会积聚的位置例如可以是消声器7，如图1所示，但是也可能是锅炉、催化器、热回收系统、出口通道的某种闭合的弧形顶部或相应位置。

传感器5的布置优选地使得传感器5是能测量NO浓度和O₂浓度的NOx传感器。对传感器5存在某些要求，它需要足够准确以能够相对准确地测量不同温度下出口通道内气体的含量。它还要耐用，以承受热排气环境。传感器也可以是一种双传感器装置，其中存在至少两个传感器，一个NOx传感器能测量NO浓度，另一个传感器能测量O₂浓度。但是，针对所述目的的指定传感器5的选择与特性被规定的普通传感器选择相同。

根据本发明的实施方式，所述系统可与发动机主控制系统集成在一起。它可以被部分地或全部地集成到发动机主控制系统，或者它可以被设置成独立的系统。系统的传感器5测量NO和O₂的含量，发动机主控制系统或辅助控制系统读取测量值，然后像下文所描述那样使用这些数据。系统被布置成基于所测得的O₂和NO浓度在至少三种可能的状态之间进行区分，其中所述至少三种可能的状态包括：

-指示出口通道还没有被通风但在出口通道中不存在爆炸风险的第一状态，

-指示出口通道还没有被通风但在出口通道中存在爆炸风险的第二状态，

-指示出口通道已经被充分地通风的第三状态。

更详细地，所述系统被布置成：

-响应于O₂浓度低于低O₂阈值且NO浓度超过高NO阈值而检测第一状态，

-响应于O₂浓度在预定范围内且NO浓度低于低NO阈值而检测第二状态，

-响应于O₂浓度超过高O₂阈值而检测第三状态。这里所述的预定范围是从18％到20％的范围。

根据实施方式，所述监测系统可被如下设置：

-低O₂阈值是在从A％到B％的范围内的阈值，

-高O₂阈值是在从C％到D％的范围内的阈值，

-低NO阈值是在从X％到Y％的范围内的阈值，

-高NO阈值是在从Z％到W％的范围内的阈值。

A、B、C、D、X、Y、Z和W的准确值取决于不同的因素，比如实际气体成分、环境空气湿度以及相应的因素。

在图2中，之前所描述的过程的实施方式以流程图的形式被示出。该过程能够以很多不同的形式被引导，并且步骤的顺序不必按照下面所示，这只是选择之一。基本理念是获得O₂浓度和NO浓度的指示，如框200中所示。在框201中，第一比对核查被执行。如果所测得的O₂浓度低于低O₂阈值，且所测得的NO浓度高于高NO阈值，则框判定是真，然后前进到框204。因为框判定被满足，所以测量的含量对应于燃烧后的排气。因此可以得出出口通道3没有被通风但不存在爆炸风险的结论。然后，例如，批准新的启动尝试。如果框201的结果是假，则前进到框202。

在框202中，检查所测得的NO浓度是否大于高NO阈值以及O₂浓度是否在预定范围之间Th_{o2_1}＜O₂＜Th_{o2_2}。如果框判定为真，则前进到框205。因为框判定被满足，所以测量的含量对应于未燃烧的燃料气体/氧气混合物。因此，可以得出出口通道3没有被通风但存在爆炸风险的结论。然后，例如，新的启动尝试不被批准，冲洗动作应当被执行。如果框202的结果是假，则前进到框203。

在框203中，检查O₂浓度是否大于高O₂阈值。如果为真，则前进到框206。因为框203判定被满足，所以测量的含量对应于普通空气。因此，可以得出出口通道3被恰当地通风且没有爆炸风险的结论。然后，例如新的启动尝试被批准。如果框203的值为假，则这种状态的爆炸危险不明确。

因为之前所描述的实施方式仅示出了部分选择，尤其是流程图可能被布置而按照多种顺序被执行，所以上述内容仅是一种示例。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明及其实施方式不限于以上的示范实施方式。表示某些特征的存在的表达是非限制性的，从而使得对特征的描述不排除或者不要求在独立权利要求或从属权利要求中没有提及的其它特征的存在。