多燃料发动机系统的制作方法
【专利说明】多燃料发动机系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求享有2014年12月16日提交的美国专利申请第62/092,313号，该申请出于所有目的通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
[0002]本文公开的主题的实施例涉及例如发动机、发动机构件及发动机系统。
【背景技术】
[0003]鉴于其有利的能含量，天然气可用作用于发动机的燃料源。为了在较宽操作条件范围内获得燃料经济性利益和满足功率输出需求，一些发动机可构造成利用天然气和诸如柴油的液体燃料两者来操作。在此多燃料发动机中，发动机的各个汽缸中的天然气/进气混合物可响应于液体燃料的喷射而燃烧。尽管一些操作条件可受益于天然气与液体燃料的相对较高的比率(例如，90%天然气或更高)，但用于给定发动机循环中的天然气的量可由各个燃料喷射器能够喷射的最低可能的液体燃料量限制。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，一种系统包括具有联接至曲轴的多个汽缸的发动机、曲轴速度传感器和控制器。控制器构造成基于来自曲轴速度传感器的信号测量发动机的一个或个多个扭转振动阶次，确定一个或更多个扭转振动阶次的幅度，且当幅度大于阈值幅度时，指出多个汽缸中的至少一个中的不着火。
[0005]本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括:发动机，其具有联接至曲轴的多个汽缸；曲轴速度传感器；以及控制器，其构造成:基于来自曲轴速度传感器的信号测量发动机的一个或更多个扭转振动阶次;确定一个或更多个扭转振动阶次的幅度；以及当幅度大于阈值幅度时，指出多个汽缸中的至少一个中的不着火。
[0006]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，控制器还构造成在指出不着火时，基于一个或更多个扭转振动阶次的相位确定多个汽缸中的哪个汽缸不着火。
[0007]本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，控制器还构造成在指出不着火时，增大对不着火汽缸的燃料喷射量。
[0008]本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，发动机构造成以至少第一燃料和第二燃料操作，且其中为了增大对不着火汽缸的燃料喷射量，控制器构造成相对于第二燃料增大第一燃料的燃料喷射量。
[0009]本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，第一燃料为液体燃料，且第二燃料为气态燃料。
[0010]本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，控制器构造成基于跨过多个操作点测得的一个或更多个扭转振动阶次的幅度来针对多个汽缸中的每一个汽缸确定多个操作点的各个操作点的不着火极限。
[0011]本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，多个汽缸的给定汽缸的不着火极限包括用于联接至给定汽缸的液体燃料喷射器的最低开启持续时间。
[0012]本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，控制器还构造成在气态燃料与液体燃料的相应的预定比率下操作多个汽缸中的各个汽缸，各个预定比率包括输送所需的发动机输出的同时保持高于相应的不着火极限的气态燃料的最高量。
[0013]本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，控制器还构造成基于幅度确定多个汽缸之间的燃烧变化水平。
[0014]本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，控制器还构造成在燃烧变化水平大于阈值变化时调整至发动机的一个或更多个汽缸的燃料喷射量。
[0015]本发明的第十一技术方案提供一种系统，包括:具有多个汽缸的发动机，发动机构造成以至少第一燃料和第二燃料操作;将第一燃料喷射至多个汽缸的多个燃料喷射器；以及控制器，其构造成:在调节模式下操作时，以第一燃料和第二燃料两者操作发动机，且确定维持燃烧的多个喷射器中的每一个的最低开启持续时间；以及在第二燃料模式下操作时，以自身确定的最低开启持续时间开启各个喷射器来开始燃烧，其中多个喷射器中的每一个的最低开启持续时间基于不着火监测器来确定，该不着火监测器基于来自曲轴速度传感器的信号来确定汽缸不着火。
[0016]本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，第一燃料为液体燃料，而第二燃料为气态燃料，并且其中控制器构造成在第二燃料模式期间将气态燃料空气混合物供应至各个汽缸。
[0017]本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，调节模式在给定发动机速度和/或负载下执行，且其中第二燃料模式包括在给定发动机速度和/或负载下的后续发动机操作。
[0018]本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，各个相应的最低开启持续时间包括不引起发动机不着火的相应的最低开启持续时间，且其中控制器构造成通过基于来自曲轴速度传感器的信号确定发动机的曲轴的半阶扭转振荡来以不着火监测器确定汽缸不着火。
[0019]本发明的第十五技术方案是在第十一技术方案中，多个燃料喷射器的第一喷射器具有第一最低开启持续时间，且多个燃料喷射器的第二喷射器具有不同于第一最低开启持续时间的第二最低开启持续时间，且其中第一最低开启持续时间下由第一喷射器输送的燃料量与第二最低开启持续时间下由第二喷射器输送的燃料量相同。
[0020]本发明的第十六技术方案提供一种系统，包括:发动机，其具有联接至曲轴的多个汽缸；曲轴速度传感器；以及控制器，其构造成:基于来自曲轴速度传感器的信号测量发动机的半阶扭转振动；基于测得的半阶扭转振动确定多个汽缸的变化系数(COV);以及基于COV调整对多个汽缸中的一个或更多个的供燃料持续时间。
[0021]本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，C0V包括多个汽缸的功率输出除以平均功率输出的标准偏差。
[0022]本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，控制器还构造成基于多个汽缸中的每一个的峰值汽缸压力确定C0V。
[0023]本发明的第十九技术方案是在第十六技术方案中，发动机构造成燃烧至少第一燃料和第二燃料，且其中为了调整对多个汽缸中的一个或更多个的供燃料持续时间，控制器构造成相对于第二燃料调整第一燃料的供燃料持续时间。
[0024]本发明的第二十技术方案是在第十九技术方案中，第一燃料为液体燃料，且其中第二燃料为气态燃料。
[0025]应当理解的是，以上简要描述提供成以简化形式介绍原理的选择，这在详细描述中进一步描述。未意味着识别提出的主题的关键或基本特征，主题的范围仅由详细描述之后的权利要求限定。此外，提出的主题不限于解决上文和本公开内容的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0026]将通过阅读参照附图的非限制性实施例的以下描述来更好理解本发明，在以下附图中:
图1示出了带有发动机的车辆的实施例的示意图。
[0027]图2不出了图1的发动机的汽缸的不意图。
[0028]图3示出了包括图1的发动机的发动机系统的示意图。
[0029]图4为示出用于调节多个汽缸的方法的高水平流程图。
[0030]图5-7为示出了用于运行不着火监测器的方法的流程图。
[0031]图8-9示出了示例性喷射器输送曲线。
[0032]图10为示出作为燃烧变化的函数的1/2阶幅度的图表。
[0033 ]图11 -14为示出以2%的燃烧变化或10%的燃烧变化操作的发动机中的各种参数的图表。
【具体实施方式】
[0034]以下描述涉及调节发动机的各个液体燃料喷射器以便允许发动机的各个汽缸在气态燃料与液体燃料的最高可能比率(也称为置换比)下的操作的各种实施例。各个液体燃料喷射器的调节可基于调节过程期间各个汽缸中的不着火的检测。各个汽缸中的不着火可使用不着火监测器检测，监测器使用例如来自曲轴传感器的信号来检测扭转振荡。
[0035]如上文所解释的，可能有挑战的是在高气态燃料利用(例如，低液体燃料使用)下控制多燃料发动机的燃烧，因为液体燃料喷射器可具有非线性的输送特征。当液体燃料输送缓降以允许较高气态燃料使用时，标准液体燃料喷射器可在大约15%的最大喷射率(称为下调点)下突然减小其流动。多汽缸发动机中的各个喷射器可具有其自身的下调点。如果喷射器所有都同样处理，则总气态燃料使用将由在最高燃料输送量下关闭的喷射器确定。因此，如果喷射器具有5%到15%的范围的下调点，则发动机可限于85%的置换比(例如，85%气态燃料，15%液体燃料)。
[0036]根据本文公开的实施例，不着火监测器可启用，其在液体燃料喷射量减少时检测独立汽缸中的不良燃烧，且然后独立地调节各个汽缸的最低可能的液体燃料喷射率，以提供各个汽缸中的稳定燃烧。多燃料发动机可设计成在非常高的气态燃料置换比下运行，诸如按能含量为99%的气态燃料和1%的液体燃料。在调节过程期间，发动机可开始燃烧所有液体燃料，且然后将气态燃料加到所有汽缸的安全水平，诸如80%气态燃料。燃烧强度将由不着火监测器测量。在一些实例中，不着火监测器可为控制器中的扭转振动阶次监测器，其监测一个或更多个扭转振动阶次，诸如半阶。当所有汽缸均匀地着火时，半阶水平将会是低的。各个汽缸的液体燃料喷射量将减少，直到其不着火由半阶监视器检测到。然后，液体燃料喷射量将增大来得到该汽缸的适当燃烧。该过程将在各个汽缸上重复，以将整个发动机调节至液体燃料使用的最低安全水平。燃烧的稳定性将由半阶检测系统监测，且如果任何汽缸开始不着火，则液体燃料喷射率可在该独立汽缸上增大。
[0037]本文所述的途径可用于多种发动机类型和多种发动机驱动系统。这些系统中的一些可为静止的，而其它可为半活动或活动平台。半活动平台可在操作周期之间重新放置，诸如安装在平板拖车上。活动平台包括自动推进的车辆。此类车辆可包括道路运输车辆以及采矿设备、船舶、轨道车辆和其它越野车辆(0HV)。为了图示清楚，火车头提供为自动推进轨道车辆的实例，且更宽泛地，作为活动平台的实例，支承结合本发明的实施例的系统。
[0038]在进一步论述用于在多燃料发动机中提供调节液体燃料喷射的途径之前，公开了平台的实例，其中