评估气体燃料进气阀可操作性的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及双燃料内燃发动机，更具体地，涉及转换为用气体燃料运行双燃料内燃发动机。
【背景技术】
[0002]双燃料(DF)内燃发动机通常能够以液体燃料模式(LFM)和气体燃料模式(GFM)运行。例如，德国的Caterpillar Motoren GmbH&C0.KG于2013年6月28日提交的欧洲专利申请N0.13 174 377.5公开了一种示例性DF内燃发动机。在LFM中，诸如柴油燃料或重燃料油(HFO)的液体燃料在燃烧过程中经由主液体燃料喷射器作为唯一能量源提供。在GFM中，提供诸如天然气的气体燃料例如与气缸的进气口中的空气混合。可以利用少量液体燃料来执行气体燃料的点燃，所述少量液体燃料例如经由同一主燃料液体喷射器或单独的点燃燃料喷射器直接喷射到气缸中。
[0003]在DF内燃发动机中，对于每个气缸，至少一个气体燃料进气阀，这里也称为气体进气阀(GAV)可以定位在气体燃料源与发动机的空气进气处之间。当在GFM中打开GAV时，气体燃料通入空气进入处用于与进入的空气混合。欧洲专利1040264B1公开了螺线管致动的气体燃料进气阀的例子。螺线管致动的GAV包括螺线管线圈、可动板以及固定板或盘，由此输送至螺线管线圈的电流通过将可动板从固定板提升来致动阀。
[0004]由于GAV靠近燃烧室定位，GAV可能易于污染和增加磨损。例如，在LFM中运行过程中，螺线管致动的GAV的可动板可能由于燃烧而在关闭的气体燃料进气阀的固定板或盘上颤振。由此，可动板和固定板或盘可能暴露于增加的磨损。此外，GAV可能不仅在GFM中打开，而且可能在LFM过程中打开。例如，在螺线管致动的GAV的情况中，在LFM过程中空气进入处与气体燃料管系统之间的压强差可以导致打开。接着，小的颗粒可能被捕获在阀中，例如在螺线管致动的GAV的可动板与固定板或座之间，并且阀可能不再适当地关闭。GAV的磨损以及污染可以导致在GFM过程中甚至经过关闭的GAV的泄漏或者经过打开的GAV的增加的通过率。
[0005]本发明至少部分地旨在改进或克服现有系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0006]本发明的一方面，公开一种评估双燃料内燃发动机的气体燃料进气阀的可操作性的方法，所述双燃料内燃发动机包括多个气缸和用于多个气缸的每个气缸的至少一个气体燃料进气阀。所述方法包括:以液体燃料运行双燃料内燃发动机；在进气歧管空气压强之上的压强下向气体燃料进气阀供应气体燃料，由此设置经过气体燃料进气阀的气体压差；在主要以液体燃料运行双燃料内燃发动机的同时，操作气体燃料进气阀以向进入的空气增加气体燃料；针对多个气缸中的每个气缸测量燃烧过程参数；以及基于所测量的燃烧过程参数评估气体燃料进气阀的可操作性。
[0007]另一方面，一种控制从双燃料内燃发动机的液体燃料运行到气体燃料运行的转换过程的方法，包括:执行上述方法；和一旦基于燃烧过程参数的气体燃料进气阀的可操作性的评估指示可操作性错误，就中止转换过程。
[0008]另一方面，一种双燃料内燃发动机，包括:液体燃料系统；气体燃料系统；多个气缸；用于多个气缸中的每个气缸的气体燃料进气阀，其将气体燃料系统与气缸流体地连接；传感器，其用于确定多个气缸中的每个气缸的燃烧过程参数；和控制单元，其能够执行例如上述方法中的至少一种。
[0009]本发明的其它特征和方面将通过以下说明和附图变得明显。
【附图说明】
[0010]合并在此并且构成说明书的一部分的附图图示本发明的示例性实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中:
[0011]图1示出尤其可部分地以气体燃料运行的示例性DF内燃发动机的示意图；
[0012]图2示出DF内燃发动机的气缸的示意性剖视图；
[0013]图3示出尤其使用评估GAV可操作性的示例性方法从DF内燃发动机的液体燃料运行到气体燃料运行的示例性转换过程的流程图；以及
[0014]图4示出在燃烧过程中气缸压强的示例性时间-压强图。
【具体实施方式】
[0015]以下是本发明的示例性实施方式的详细说明。这里描述的示例性实施方式意于教导本发明的原理，使本领域普通技术人员能够在许多不同的环境中并且针对许多不同的应用执行并利用本发明。因此，示例性实施方式并不意于且不应当被考虑为保护范围的限制性说明。而是，保护范围应当由所附权利要求限定。
[0016]如上指出的，DF内燃发动机的GAV可能被污染或磨耗。污染可能由于GAV不仅在GFM中而且在LFM过程中打开引起的。例如，在螺线管致动的GAV的情况中，在LFM过程中空气进入处与气体燃料管系统之间的压强差可以导致打开。接着，小颗粒可能被捕获在阀中，例如在螺线管致动的GAV的可动板与固定板或座之间，并且阀可能不再适当地关闭。类似地，在LFM中操作的过程中，颗粒能够在空气进入侧处靠近GAV积累。接着，如果DF内燃发动机从LFM转换到GFM，GAV将在过渡的第一阶段中打开(例如，仍处于由液体燃料提供的100%功率)并且这些颗粒可以被拉入阀，再次潜在地导致例如由于污垢被卡在板之间而不适当地关闭。
[0017]本发明可以部分地基于以下认识:未适当地运行GAV可能导致在GFM启用时相应的气缸突然且大量过填充气体燃料。这可能导致对发动机的严重损害。因此，意识到在转换到GFM之前和过程中评估GAV的可操作性可以允许避免用一个或多个故障的GAV运行。
[0018]本发明还可以部分地基于以下认识:在充分启用气体燃料供应系统之前评估GAV的可操作性可以使用诸如气缸压强测量的特定气缸燃烧过程参数来完成。具体地，相比于那些适当地运行的GAV，故障的GAV将给气缸提供例如过多的气体燃料。接着，多于用于其它气缸的燃料量将燃烧并且导致相应气缸的偏离燃烧过程参数，诸如增大的压强值(例如，增大的平均压强和/或增大的峰值压强)和/或能量值(例如，气缸功率、指示的平均有效压强(MEP)和/或放热率)。
[0019]燃烧过程参数可以利用电离检测传感器基于气缸压强、排气口温度、发动机速度的波动或燃烧持续时间(燃烧率)的测量来确定。燃烧过程参数还可以与单个燃烧循环相关联或者从多个燃烧循环导出。
[0020]以下结合图1和图2描述可以液体燃料和气体燃料运行的内燃发动机。结合图3和图4示例性地描述一种尤其基于用于评估气体燃料进气阀的可操作性的方法来控制从DF内燃发动机的液体燃料运行变为气体燃料运行的示例性方法。
[0021]内燃发动机100包括发动机缸体2、增压空气系统4、排气系统5、包括吹扫气体系统7的气体燃料系统6、以及液体燃料系统8。内燃发动机100能够由例如通过LNG系统提供的诸如像LFM中的柴油燃料的液体燃料以及GFM中诸如天然气的气体燃料供以动力。
[0022]发动机缸体2包括多个气缸。示例性地，图1中描绘了四个气缸9。发动机缸体2可以具有任何尺寸、任何数量的气缸(诸如6、8、12、16或20)、以及以任何构造(例如“V”、直列或径向构造)。
[0023]每个气缸9装备有至少一个入口阀16 (例如两个)和至少一个出口阀18 (也例如两个)。入口阀16流体地连接至增压空气系统4并且能够向气缸9中提供增压空气或者增压空气与气体燃料的混合物。类似地，出口阀18流体地连接至排气系统5并且能够将排气从相应的气缸9引出。
[0024]增压空气(也称为入口空气)通过包括空气进入处20、用以加压空气的压缩器22以及增压空气冷却器24的增压空气系统4来提供。(增压空气)入口歧管26流体地连接在增压空气冷却器24的下游并且经由特定气缸入口通道28将增压空气引入相应的气缸9。在入口歧管26内，压强通过压缩器22设置并且也称为入口歧管空气压强(IMAP)。
[0025]排气系统5包括经由轴32连接至压缩器22的排气涡轮机30和将排气从各个排气出口通道35引导至排气涡轮机30的(排气)出口歧管34。
[0026]增压空气系统4可以包括一个或多个入口歧管26。类似地，排气系统5可以包括一个或多个出口歧管34。
[0027]排气涡轮机30和压缩器22可以是单级或多级涡轮增压系统的部分。涡轮增压系统允许在预设范围内修改提供至入口歧管26的增压空气的常压(IMAP)。
[0028]另外，入口阀16和出口阀18可以分别安装在入口通道28和出口通道35内。入口通道28以及出口通道35可以设置在共用气缸盖内或覆盖相应气缸9的单独的气缸盖内。
[0029]操作入口阀16和出口阀18可以在活塞振动过程中经历特定气缸定时，即，打开时间和关闭时间，以及由此打开持续时间。依赖这些参数，提供到每个气缸内用于燃烧的空气量能够被调节。
[0030]气体燃料系统6包括连接到气体燃料管件42的气体燃料源36。气体燃料源36构成用于为在GFM中燃烧而供应气体燃料的气体燃料供给装置。例如，气体燃料源36包括气体阀单元和包含加压状态的天然气的气体燃料箱。
[0031]气体燃料系统6的气体阀单元可以被构造成允许、阻止以及控制从气体燃料箱到气体燃料管件42中的流动。气体阀单元可以包括气体燃料控制阀、气体燃料切断阀和通流阀。
[0032]如图1所示，气体燃料管件42流体地连接至气体燃料歧管54，该气体燃料歧管54包括多个气体燃料通道56。每个气体燃料通道56流体地连接至多个入口通道28中的一个入口通道。为了将气体燃料配量到各个入口通道28中，例如每个