运行气体燃料的内燃发动机中的失火检测的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及内燃发动机。更具体地，本发明涉及在至少部分地运行气体燃料的内燃发动机的运行期间检测不完全燃烧。
【背景技术】
[0002]可以至少部分地运行气体燃料的内燃发动机包括气体燃料内燃发动机和双燃料(DF)内燃发动机。例如，DF内燃发动机配置用于运行液体燃料(例如柴油)和气体燃料(例如天然气)。诸如失火的不完全燃烧可在这种发动机的缸内的气体燃料和空气的混合物只被火焰部分地消耗时发生。不完全燃烧可由点火系统的故障引起，使得例如形成不充分的点火火焰。替代地，燃料和空气的混合物会被不适当地设置，例如，由于不充分的燃料供给。
[0003]气体燃料和空气的稀混合物尤其易受不完全燃烧影响，因为那些混合物少而且燃料在一个燃烧循环内会被不充分地消耗。作为不希望看到的结果，未燃烧燃料会在内燃发动机的排气通道中积聚。这可导致发动机的爆炸和潜在损害。
[0004]例如，由Caterpillar Motoren GmbH&C0.KG, GERMANY 于 2013 年 6 月 28 日提交的欧洲专利申请N0.13174377.5中公开了一种示例性DF内燃发动机。在Journal of Kones.Combust1n Engine, Vol 8, No 1-2，2001的ρ.326 - 341中给出了用于内燃发动机的车载诊断中的各种发动机失火检测方法的概述。
[0005]本发明至少部分针对改进或克服现有系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一方面，公开了一种检测至少部分地运行气体燃料的内燃发动机中不完全燃烧的方法。所述方法包括:接收对应于燃烧期间缸压力的时间发展(temporaldevelopment)的压力数据；从压力数据导出燃烧的燃烧能量值；确定所述导出的燃烧能量值超过预先确定的燃烧阈值水平；以及将燃烧事件与不完全燃烧相关联。
[0007]特别地，压力数据可对应于单个燃烧循环内缸压力的时间发展，燃烧能量值可从特定燃烧循环的压力数据导出，并且所述特定燃烧循环的燃烧事件可与不完全燃烧事件相关联。
[0008]根据本发明的另一方面，至少部分地运行气体燃料的内燃发动机包括:气体燃料点火系统，以点火气体燃料与空气的混合物；传感器，其配置成检测对应于燃烧期间缸压力的时间发展的压力数据；以及控制单元，其配置成执行本文所示例性公开的方法。
[0009]在一些实施例中，确定所导出的燃烧能量值超过预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平，可包括提供预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平和将预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平与所导出的燃烧能量值进行比较。通过提供阈值水平和比较阈值水平与所导出的燃烧能量值，不需要使用来自发动机的进一步信息确定燃烧事件是完全燃烧，还是不完全燃
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[0010]在一些实施例中，预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平可通过从储存在内燃发动机的控制单元上的预先设置发动机特定数据库读取预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平来提供。因为预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平储存在控制单元上，所以可容易地得到预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平并且不要求诸如喷射燃料量等进一步信息来将燃烧循环期间的燃烧事件与完全燃烧或不完全燃烧关联。
[0011]在一些实施例中，预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平可作为映射提供，所述映射包括作为内燃发动机的负载或速度的函数给定的阈值。从而，例如在低负载或低速下运行期间的内燃发动机的易失火性可被考虑在内。
[0012]在一些实施例中，预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平可根据与缸的失火相关联的预先确定燃烧能量值进行设置。从而，可仅通过比较燃烧能量值将燃烧事件与完全燃烧或不完全燃烧相关联。
[0013]在一些实施例中，预先确定燃烧循环特定燃烧阈值水平可以是检测到失火时的热释放率、内燃发动机缸中的最大燃烧压力、或者平均指示有效压力之一。
[0014]在一些实施例中，检测到失火时的热释放率、内燃发动机缸中的最大燃烧压力、或者平均指示有效压力可以是缸中完全燃烧时内燃发动机的运行期间热释放率、缸中最大燃烧压力、或者平均指示有效压力的例如约5%到25%。
[0015]本发明的其它特征和方面通过以下描述和附图将显而易见。
【附图说明】
[0016]本文所包括的附图构成本说明书的部分，所述附图示出了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中:
[0017]图1示出了至少部分地运行气体燃料的示例性内燃发动机的示意图；
[0018]图2示出了 DF内燃发动机的缸的横截面示意图；
[0019]图3示出了气体燃料内燃发动机的缸的横截面示意图；
[0020]图4示出了检测内燃发动机的缸内不完全燃烧的示例性方法的流程图；
[0021]图5示出了在内燃发动机的各种运行条件期间缸压力的示例性时间-压力图；以及
[0022]图6示出了检测包括控制回路的内燃发动机的缸内不完全燃烧的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面是本发明的示例性实施例的详细描述。本文所描述的和附图所示出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，使本领域的那些普通技术人员能够在许多不同的环境中实施并使用本发明，并将本发明实施和用于许多不同的应用中。因此，示例性实施例不是，并且不应该被认为是专利保护范围的限制性描述。相反，专利保护的范围应该由所附权利要求书限定。
[0024]本发明部分基于内燃发动机的缸内不完全燃烧可通过燃烧的燃烧能量值检测的认识，所述燃烧能量值可从燃烧期间缸压力的时间发展导出。缸压力的所述时间发展可通过关联的控制系统观察和分析。
[0025]通常，一旦检测到不完全燃烧，关联的控制系统可终止内燃发动机的运行，向发动机的使用者指示内燃发动机的失效并且/或者启动适当的应对措施以防止不完全燃烧再次发生。例如，控制系统可增加进入缸的混合物的燃料-空气的比例。如果内燃发动机是运行在气体燃料模式下的DF内燃发动机，控制系统还可配置成从气体燃料模式转换成液体燃料模式或者配置成停止转换成气体燃料模式。
[0026]至少部分地运行气体燃料的内燃发动机和用于如上所述控制的示例性方法分别结合图1至3和图4至6在下面进行了描述。
[0027]图1示意性地示出了至少部分地运行气体燃料的示例性内燃发动机100，例如DF发动机(图2示意性地示出)或者气体燃料发动机(图3示意性地示出)。
[0028]内燃发动机100包括发动机机体2、充气系统4、排气系统5、包括吹扫气体系统7的气体燃料系统6和/或液体燃料系统8。内燃发动机100可用液体燃料提供动力，例如液体燃料模式(LFM)的柴油燃料，和用气体燃料提供动力，例如通过LNG系统提供的气体燃料模式(GFM)的天然气。
[0029]发动机机体2包括多个缸。图1示例性地描绘了四个缸9。发动机机体2可以是任何尺寸，带有任意数量的缸，例如6、8、12、16或20个，并且可以是任何配置，例如“V”形配置、直列配置或径向配置。
[0030]每个缸9都配备有至少一个入口阀16和至少一个出口阀18。入口阀16流体地连接至充气系统4并且配置成将充气或充气与燃料的混合物提供到缸9中。类似地，出口阀18流体地连接至排气系统5并且配置成将排气从相应的缸9导出。
[0031]充气由充气系统4提供，所述充气系统4包括进气口 20、用于充气的压缩机22、以及充气冷却器24。充气歧管26流体地连接充气冷却器24的下游并且引导充气经由缸特定入口通道28进入相应的缸9中。
[0032]排气系统5包括排气涡轮机30和排气歧管34，所述排气涡轮机30通过轴32连接至压缩机22，并且排气歧管34将排气从单个排气出口通道35引导至排气涡轮机30。
[0033]充气系统4可包括一个或多个充气歧管26。类似地，排气系统5可包括一个或多个排气歧管34。
[0034]此外，入口阀16和出口阀18可分别地安装在入口通道28和出口通道35内。入口通道28以及出口通道35可设置在覆盖缸9的公共缸盖或单独缸盖内。
[0035]气体燃料系统6包括连接至气体燃料管道42的气体燃料源36。气体燃料源36构成气体燃料供给用于以GFM模式燃烧供应气体燃料。例如，气体燃料源36包括气体阀单元和容纳加压状态天然气的气体燃料罐。
[0036]气体阀单元配置成允许、阻断以及控制从气体燃料罐到气体燃料管道42中的流动。气体阀单元可包括气体燃料控制阀、气体燃料截止阀和放气阀。
[0037]气体燃料管道42流体地连接至分成多个气体燃料通道56的气体燃料歧管54。各个气体燃料通道56流体地连接至所述多个入口通道28之一。为了将气体燃料供入单独入口通道28中，在各个气体燃料通道56中安装了气体燃料进气阀58。在一些实施例中，内燃发动机100可包括多于一个的气体燃料歧管54。
[0038]各个气体燃料进气阀58配置成允许或者阻断气体燃料进入单独入口通道28中以以GFM模式与来自充气系统4的压缩充气混合的流动。从而，各个气体燃料进气阀58的下游产生缸特定混合区域。例如，气体燃料进气阀58可以是螺线管驱动的板阀，其中弹簧保持可运动盘的下表面靠着固定盘或板的上表面，所述两个表面配置成在气体燃料进气阀58的关闭状态中提供密封关系。各个气体燃料进气阀58可安装至覆盖至少一个缸9的缸盖。
[0039]吹扫气体系统7 (图1中用短划框标示)包括串联连接的吹扫气体罐60、吹扫气体控制阀62和吹扫气体截止阀64。吹扫气体罐60构成吹扫气体源以用吹扫气体(例如加压状态的氮气)冲洗气体燃料管道42、气体燃料歧管54等。
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