用于控制内燃发动机的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于控制往复式内燃发动机的方法、一种构造成执行所述方法的控制系统和一种包括所述控制系统的往复式内燃发动机。
【背景技术】
[0002]往复式内燃发动机中的燃烧过程可能受各种现象影响，这些现象导致内燃发动机的降低的功率输出、增加的磨损和/或轻微和大的损坏。所述现象的示例包括提前点火事件和爆震事件(也称为爆燃和延后点火)。在提前点火和爆震事件中，燃烧室中在内燃发动机的点火系统产生的期望点火之前或之后产生至少一个第二火焰前沿。第二火焰前沿可由于例如热点和过度压缩所导致的自燃而在燃烧室中产生。源自期望的点火的第一火焰前沿和至少一个第二火焰前沿甚至可能在燃烧室中相撞。结果，可能产生过高的温度和气缸压力。
[0003]燃烧过程中可能发生的又一种现象是燃烧速度的突然和非期望的升高。燃烧速度的突然升高能先于爆震事件发生并可能引起爆震事件。燃烧速度升高的现象尤其可能在利用气态燃料运行的往复式内燃发动机如奥托式燃气发动机、柴油燃气发动机和双燃料发动机(DF发动机)的高负荷运转中发生。
[0004]燃烧速度升高带来的一个问题是大部分燃料在活塞向下止点(BDC)行进的过程中仍接近上止点(TDC)时燃烧。与由于接近TDC的活塞位置而有限的空间相结合地引起燃烧气体的膨胀的所释放的热会引起高气缸压力，这可能损坏受影响的气缸。
[0005]本发明旨在至少部分地改善或克服现有技术系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0006]在本发明的一个方面，公开了一种用于控制往复式内燃发动机的方法，该内燃发动机至少部分地利用气态燃料工作。该方法可包括接收燃烧事件的压力数据集(数据组)，该压力数据集对应于在燃烧事件期间气缸压力的时间演化(时间发展)。该方法还可包括判断所接收的压力数据集是否指示处于预设的点火正时窗口内的实际点火正时。该方法还可以包括从所接收的压力数据集来推导燃烧事件的实际燃烧持续时间，并且判断所推导的燃烧事件的燃烧持续时间是否比预设的燃烧持续时间短。该方法还可包括提供控制信号以调节内燃发动机的工作。
[0007]例如，提供控制信号可包括降低与实际燃烧持续时间比预设的燃烧持续时间短的判断(确定)相关联的气缸的负荷。又例如，提供控制信号可包括延迟与实际燃烧持续时间比预设的燃烧持续时间短的判断相关联的气缸的期望点火正时。
[0008]在本发明的另一方面，公开了一种用于内燃发动机的控制系统。该控制系统可包括压力传感器和控制单元，所述压力传感器构造成测量气缸压力的时间演化，所述控制单元与所述压力传感器连接并且构造成执行如文中示例性地公开的方法。
[0009]在本发明的又一方面，公开了一种往复式内燃发动机，该内燃发动机至少部分地利用气态燃料工作。该往复式内燃发动机可包括如文中示例性地公开的控制系统。
[0010]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】
[0011]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，并连同说明一起用于解释本发明的原理。在附图中:
[0012]图1示出了可至少部分地利用气态燃料工作的示例性内燃发动机的示意图；
[0013]图2示出了 DF内燃发动机的气缸的示意性的截面图；
[0014]图3示出了气态燃料内燃发动机的气缸的示意性的截面图；
[0015]图4示出了用于控制内燃发动机的示例性方法的流程图；
[0016]图5示出了内燃发动机的各种工况期间的气缸压力的示例性时间-压力图；以及
[0017]图6示出了可用来确定燃烧事件的燃烧持续时间的时间-燃烧能量图。
【具体实施方式】
[0018]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。
[0019]本发明部分地基于这样的认识，S卩，用于内燃发动机的控制策略可包括判断是否发生突然提高的燃烧速度。为了可靠地确定过快的燃烧并将其与燃烧期间可能发生的其它现象进行区分，可能需要判断要评估的燃烧事件是否不存在任何提前点火事件和/或任何爆震事件。这种区分允许在发生所监视的现象之一的情况下对内燃发动机进行针对现象的控制。特别地，本发明着重于在判断出所评估的燃烧事件中发生突然提高的燃烧速度的情况下可执行的控制步骤。
[0020]本发明还部分地基于这样的认识，S卩，以稳健和可靠的方式推导燃烧持续时间可以通过评估气缸压力在燃烧事件期间的时间演化来实现。具体地，从气缸压力的时间演化迂回推导燃烧能量的时间演化的判断可允许以可靠地评估燃烧事件所需的准确度来检测燃烧持续时间。特别地，发现上文指出的迂回易于允许在较早阶段将燃烧事件与升高的燃烧速度相关联。这可允许相当快地采取对策，从而实现高响应性的控制系统。
[0021]再者，本发明部分地基于以下认识:在燃烧事件与升高的燃烧速度相关联的情况下，控制内燃发动机回到受影响气缸的正常工作可包括延迟受影响气缸的点火正时和/或减轻其负荷。文中公开的控制步骤也可受益于如文中公开的对燃烧事件的评估以产生协同效应。例如，基于上文指出的检测出的燃烧持续时间的高准确度，可以计算要修正的燃烧事件与期望的预设燃烧持续时间之间的偏差。该偏差可被用作以改进方式选择和调整控制内燃发动机的对策的输入。这样，所执行的对策可仅为最小侵入性的。但是，内燃发动机也可在无任何外部影响的情况下恢复正常工作。不过，在此情况下，对燃烧事件的监控特别重要。
[0022]在下文中分别结合图1至4和图4至6描述可至少部分地利用气态燃料工作的内燃发动机及其示例性控制方法。
[0023]图1示意性地示出了至少部分地利用气态燃料工作的示例性内燃发动机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)。
[0024]内燃发动机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。内燃发动机100可在液态燃料模式(LFM)下利用诸如柴油的液态燃料工作，而在气态燃料模式(GFM)下利用诸如例如由LNG系统提供的天然气的气态燃料工作。
[0025]发动机缸体2包括多个气缸。示例性地，图1中示出了四个气缸9。发动机缸体2可具有任何尺寸，包括任何数量的气缸，例如6、8、12、16或20个，并呈任何构型，例如“V”形、直列或放射状构型。
[0026]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(增压空气，charge air)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废气从相应气缸9引出。
[0027]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和进气冷却器24。进气歧管26在进气冷却器24的下游流体连接并且经由气缸专用输入通道28将进气引导到相应气缸9中。
[0028]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输出通道35引导到排气涡轮30的排气歧管34。
[0029]进气系统4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。
[0030]此外，进气门16和排气门18可分别安装在输入通道28和输出通道35内。输入通道28以及输出通道35可设置在共同的气缸盖或覆盖气缸9的单独的气缸盖内。
[0031]气态燃料系统6包括与气态燃料管道42连接的气态燃料源36。气态燃料源36构成用于在GFM下供给燃烧用的气态燃料的气态燃料供应。例如，气态燃料源36包括气体阀单元和容纳处于加压状态的天然气的气态燃料罐。
[0032]气体阀单元构造成允许、阻止和控制从气态燃料罐到气态燃料管道42中的流动。该气体阀单元可包括气态燃料控制阀、气态燃料截止阀(切断阀)和通气阀。
[0033]气态燃料管道42与分割成多个气态燃料通道56的气态燃料歧管54流体连接。每个气态燃料通道56都与多个输入通道28中的一个流体连接。为了将气态燃料计量供给到各个输入通道28中，在各气态燃料通道56中安装有气态燃料进入阀58。在一些实施例中，内燃发动机100可包括多于一个的气态燃料歧管54。
[0034]每个气态燃料进入阀58都构造成允许或阻止气态燃料流入各输入通道28中以在GFM下与来自进气系统4的压缩进气混合。因而，产生位于各气态燃料进入阀58下游的气缸指定混合区。例如，气态燃料进入阀58可以是螺线管致动的盘状阀，其中弹簧保持可动盘的下表面靠在静止的盘或板的上表面上，这两个表面构造成在气态燃料进入阀58的关闭状态下提供密封关系。每个气态燃料进入阀58都可安装在覆盖至少一个气缸9的气缸盖上。
[0035]吹扫气体系统7 (图1中用点划线框表示)包括串联连接的吹扫气罐60、吹扫气体控制阀62和吹扫气体截止阀64。吹扫气罐60构成用于使用吹扫气体如处于加压状态的氮气冲洗气态燃料管道42、气态燃料歧管54等的