用于内燃机的控制方法

文档序号:9503272
用于内燃机的控制方法
【技术领域】
[0001]1.本发明总体上涉及内燃机。更具体地,本发明涉及一种用于控制被供给以具有不同气体组分的气态燃料的内燃机的方法。
【背景技术】
[0002]2.气态燃料运转的内燃机通常使用天然气或沼气作为用于燃烧的能量来源。这些气态燃料通常包括诸如甲烷的不同烃类和更高烃类以及惰性气体的混合物。例如,当使用来自天然气田或其它气藏的气态燃料时,在内燃机运转期间气态燃料的组分可能变化。气体组分的变化可在长时间段——例如在数分钟或数小时——发生并且可由这些气藏中存在的气体品质的变化导致。
[0003]3.气体组分的变化还会例如由于更高烃类的变化的量而影响气态燃料的含能量。结果,内燃机利用不同含能量的气态能量运转。因此,气体组分的变化会影响内燃机的运转。
[0004]4.本发明至少部分针对于改善或克服现有技术系统的一个或多个方面。

【发明内容】

[0005]5.根据本发明的一个方面,公开了一种用于控制至少部分地利用具有变化的气体组分的气态燃料来运转的内燃机的方法。该方法包括:接收与在变化的气体组分时间段期间的爆震水平对应的爆震数据,由该爆震数据来确定爆震水平有在该时间段期间改变的倾向并且相应地已发生被供给到内燃机的气态燃料的气体组分的变化。该方法还包括调节内燃机的运转状态(例如一个或多个运转参数)以使内燃机的爆震敏感性适应变化的气体组分。
[0006]6.根据本发明的另一方面,公开了一种用于至少部分地利用具有变化的气体组分的气态燃料来运转的内燃机的控制系统。该控制系统包括爆震传感器和控制单元,所述爆震传感器构造成连续检测内燃机或内燃机的每个单独的气缸的爆震水平,所述控制单元与爆震传感器连接并且构造成执行如文中示例性地公开的方法。
[0007]7.根据本发明的又一方面,一种至少部分地利用具有变化的气体组分的气态燃料来运转的内燃机包括如文中示例性地公开的控制系统。
[0008]8.本发明的其它特征和方面将从下文的描述和附图而显而易见。
【附图说明】
[0009]9.结合在本文中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例,并连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中:
[0010]10.图1示出了可至少部分地利用气态燃料运转的示例性内燃机的示意图;
[0011]11.图2示出了双燃料(DF)内燃机的气缸的示意性的截面图;
[0012]12.图3示出了气态燃料内燃机的气缸的示意性的截面图;
[0013]13.图4示出了至少部分地利用具有变化的气体组分的气态燃料来运转的内燃机的示例性的时间-爆震水平图;
[0014]14.图5示出了用于响应于气态燃料的变化的气体组分来控制内燃机的示例性程序的通用流程图;
[0015]15.图6示出了用于使用一系列闭环控制响应于变化的气体组分来控制内燃机的示例性程序的流程图;以及
[0016]16.图7示出了用于使用闭环控制响应于变化的气体组分来控制内燃机的示例性程序的流程图,其中两个控制动作被同时执行。
【具体实施方式】
[0017]17.以下是对本发明的示例性实施例的详细描述。文中所述和附图所示的示范性的实施例旨在教导本发明的原理,从而使本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同应用实施并使用本发明。因此,示例性实施例并非旨在成为且不应该被认为是对专利保护范围的限制性说明。确切而言,专利保护范围应该通过所附权利要求来限定。
[0018]18.本发明部分基于以下认识:气体组分的变化可以与供给到内燃机的气态燃料的变化的低热值(LHV)和/或甲烷值相关联。LHV通常代表气态燃料的含能量并且是燃烧放热的度量。甲烷值表示气态燃料的爆震敏感性并且通常处于从O至140的范围内,其中较高甲烷值表示燃料的较低爆震敏感性。
[0019]19.还认识到变化的LHV和/或甲烷值会导致内燃机的爆震水平的变化。特别地,发现在LHV上升和/或甲烷值降低的情况下,内燃机的爆震水平可能有升高倾向。同样,LHV降低和/或甲烷值升高可对应于爆震水平降低的倾向。这些升高或降低的爆震水平的倾向通常可例如在数十秒到120min的时间段发生。该时间段比通常与不同于所述的变化的气体组分的现象导致的发动机爆震一一这种发动机爆震将要求即时的对策一一相关联的时间段长。
[0020]20.本发明还部分基于以下认识:一旦已确定爆震水平有升高或降低倾向且相应地气态燃料的LHV和/或甲烷值的变化已发生,就调节内燃机的运转状态以使内燃机的爆震敏感性适应变化的气体组分。在爆震水平有升高倾向的情况下,例如可以通过升高进气的进气歧管气压(IMAP)、延迟内燃机的气缸的点火正时和/或用液态燃料代替一部分气态燃料来调节运转状态。同样,如果爆震水平有降低倾向,则可以例如通过降低进气的IMAP、提前气缸的点火正时和/或用气态燃料代替一部分液态燃料来调节运转状态。
[0021]21.在下文中,分别结合图1至图3和图4至图7描述可至少部分地利用气态燃料来运转的内燃机和用于控制该内燃机的示例性方法。
[0022]22.图1示意性地示出了至少部分地利用气态燃料来运转的示例性内燃机100,例如DF发动机(在图2中示意性地示出)或气态燃料发动机(在图3中示意性地示出)。
[0023]23.内燃机100包括发动机缸体2、进气系统4、排气系统5、包括吹扫气体系统7的气态燃料系统6和/或液态燃料系统8。内燃机100可以在液态燃料模式(LFM)下由诸如柴油的液态燃料提供动力,而在气态燃料模式(GFM)下由诸如例如由LNG系统提供的天然气的气态燃料提供动力。
[0024]24.发动机缸体2包括多个气缸。示范性地,在图1中示出了四个气缸9。发动机缸体2可具有任何尺寸,具有任何数量的气缸,例如6、8、12、16或20个气缸,并呈任何构型,例如“ V ”形、直列或径向构型。”
[0025]25.每个气缸9都配备有至少一个进气门16和至少一个排气门18。进气门16与进气系统4流体连接并且构造成向气缸9中提供进气或进气和气态燃料的混合物。类似地,排气门18与排气系统5流体连接并且构造成将排气从相应气缸9引出。
[0026]26.进气由进气系统4提供,该进气系统4包括进气管20、用于充入空气的压缩机22、压缩机出口 21和进气冷却器24。进气歧管26流体连接在进气冷却器24的下游并且经由气缸专用流入通道28将进气引导到相应气缸9中。
[0027]27.进气系统4还可包括放气系统44。放气系统44包括例如放气管路441和设置在放气管路441内的至少一个放气阀442。放气管路441可在进气冷却器24的上游或下游与压缩机出口 21流体连接且在压缩机22的上游与进气管20流体连接。替代地,放气管路441可以不与进气管20连接,而是可向环境开放。放气阀442可构造成允许进气的一部分返回进气管20,由此例如在压缩机出口 21中的压力超过预设的临界水平的情况下经由放气管路441避开压缩机22。放气阀442还可帮助控制进入气缸9的燃料-空气混合物的期望的燃料-空气比。当放气管路441未与进气管20连接时,进气的避开压缩机22的部分可被释放到环境。
[0028]28.排气系统5包括经由轴32与压缩机22连接的排气涡轮30和将排气从各个排气流出通道35引导到排气涡轮30并且进一步引导到排气出口 33的排气歧管34。
[0029]29.排气系统5还可包括废气门系统55。废气门系统55包括例如废气门管路551和设置在废气门管路551内的至少一个废气门阀552。废气门551可在排气涡轮30的上游与排气歧管34并在排气涡轮30的下游与排气出口 33流体连接。技术人员可了解,废气门管路551和废气门阀552可以以与这里示出的构型不同的构型设置。废气门阀552可构造成例如在进气的压缩应当未超过预设的压缩率的情况下允许排气的一部分经由废气门管路551避开排气涡轮30。
[0030]30.进气系统4还可包括一个或多个进气歧管26。类似地,排气系统5可包括一个或多个排气歧管34。
[0031]31.此外,进气门16和排气门18可分别安装在流入通道28和流出通道35内。流入通道28以及流出通道35可设置在共同的气
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