具有燃料质量传感器的发动机系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及一种发动机系统，并且尤其涉及一种具有燃料质量传感器的发动 机系统。
【背景技术】
[0002] 气态燃料动力发动机能够通过利用一系列不同的燃料混合物来运行。且一些燃料 混合物具有大于其他燃料混合物的热值和/或低于其他燃料混合物的甲烷值。如果向发动 机供给具有极高甲烷值的燃料（"热燃料"），那么可发生损坏发动机。如果向发动机供给具 有极低甲烷值的燃料，那么发动机可能表现不佳或根本无法运行。因此，了解在特定时间供 给至特定发动机的燃料混合物的甲烷值是很重要的。然而，在一些应用中，燃料混合物是可 变的。当分配器通过使用各种燃料源来满足需求时这个问题可能会更加突出。
[0003] 以往，供给有"热燃料"的气态燃料动力发动机能够以两种方式中的一种来运转。 首先，发动机能够在极其延迟的定时下以更大余量运行以应对"最糟糕"的情况，使得发动 机将会被保护免受损坏，而无关于被供给至发动机的确切燃料混合物。然而，这种操作模式 通常是低效的，因为不能充分利用燃料中的真正热值的全部优势。其次，可以更少余量运行 发动机直到检测到问题(例如，直到检测到发动机爆震)为止，且接着可调整运行直到不再 检测到问题为止。因为在检测到问题时可能已经发生了一定的损坏，所以这种操作模式在 更加高效的同时也可造成发动机寿命降低。
[0004] Bonne在1994年5月10发布的第5，311，447号美国专利（' 447专利）中公开了解决上 述问题的一种尝试。具体地说，'447专利公开了用于测量送入气体消耗装置的燃料的质量 的无燃烧方法。所述方法包括将燃料的一部分转移通过传感器腔室，以及测量腔室中的第 一传感器处的燃料的粘度。所述方法还包括使用腔室中的第二传感器在两个不同温度水平 下测量燃料的热导率。接着基于燃料的温度和压力来修正粘度和热导率值，且使用依据所 修正粘度和热导率值确定的经验公式来确定对应的热值。接着根据特定应用所需要的信息 来存储、显示或发出热值作为控制脉冲。通过使用市售回归分析程序来确定用于计算燃料 的热值的经验公式。
[0005] 虽然'447专利中描述的方法在一些应用中可能已经足够了，但是可能并非最优 的。例如，因为所述方法依赖于来自两个或多个不同传感器的输入，所以关联系统可能昂贵 并且是复杂的。另外，只在两个温度水平下采样热导率无法提供所需精确度等级。而且，由 于依赖于粘度、温度和压力测量，系统可能较为缓慢。且系统的速度可妨碍其在高度瞬时应 用(例如，内燃机应用）中的使用。
[0006] 所公开的发动机系统涉及克服上文阐述的一个或多个问题。
【发明内容】
[0007] -方面，本发明涉及一种燃料质量传感器。燃料质量传感器可以包括被配置成感 测未知气态燃料混合物的热力学性质的单个感测元件和被配置成将单个感测元件处的未 知气态燃料混合物的温度增加至多个不同温度水平的加热元件。燃料质量传感器还可以包 括微处理器，所述微处理器被配置成只依据多个不同温度水平下感测的热力学性质来计算 未知气态燃料混合物的燃料参数。
[0008] 另一方面，本发明涉及一种用于与发动机一起使用的控制系统。控制系统可以包 括与被供给至发动机的未知气态燃料混合物流流体连通的感测元件。传感器可以被配置成 感测未知气态燃料混合物的热力学性质。控制系统还可以包括加热元件，所述加热元件被 配置成将感测元件处的未知气态燃料混合物的温度增加至多个不同的温度水平；以及微处 理器，所述微处理器被配置成依据多个不同温度水平下感测的热力学性质来确定未知气态 燃料混合物的燃料参数。控制系统还可以包括控制器，所述控制器与微处理器连通并且被 配置成基于燃料参数选择性地调整发动机的控制参数。
[0009] 另一方面，本发明涉及发动机系统。发动机系统可包括发动机，所述发动机具有至 少一个燃烧室，与至少一个燃烧室流体连通的燃料输送系统，以及连接至燃料输送系统的 气态燃料供给装置。发动机系统还可包括与气态燃料供给装置流体连通且被配置成感测气 态燃料的热容量、热导率和热扩散率中的至少一个的感测元件，以及被配置成将感测元件 处的气态燃料的温度增加至多个不同的温度水平的加热元件。发动机系统还可包括微处理 器以及与微处理器和发动机连通的控制器，所述微处理器被配置成根据在多个不同温度水 平下感测到的热容量和热导率中的至少一个确定低热值、沃布指数、％稀释剂、比重、比热 比和甲烷值中的至少一个。控制器可被配置成基于低热值、沃布指数、％稀释剂、比重、比热 比和甲烷值中的至少一个选择性地调节空气/燃料比、发动机定时或发动机负载中的至少 一个。
[0010] 另一方面，本发明涉及一种控制发动机的方法。所述方法可包括当未知气态燃料 混合物流入发动机时感测未知气态燃料混合物的热力学性质，以及当感测未知气态燃料混 合物的热力学性质时加热未知气态燃料混合物至多个不同的温度水平。所述方法还可包括 根据多个不同的温度水平下感测到的热力学性质确定未知气态燃料混合物的燃料参数，以 及基于燃料参数选择性地调节发动机的控制参数。
【附图说明】
[0011] 图1是示例性公开的发动机系统的示意图；
[0012] 图2-图11是示出了执行公开的发动机控制方法的示例性结果的图表；以及
[0013] 图12和图13是示出了由图1的发动机系统执行的示例性公开的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014] 图1示出了具有发动机12和相关的控制系统14的示例性发动机系统10。为了本发 明的目的，发动机12被示出且描述为四冲程气态燃料发动机。但是，本领域技术人员将认识 到，如果需要的话发动机12可以可替代地为二冲程发动机。发动机12可包括发动机缸体16， 所述发动机缸体至少部分地限定了一个或多个汽缸18(在图1中示出的仅为一个）。活塞20 可被可滑动地设置在每个汽缸18中以在上止点（TDC)位置与下止点（BDC)位置之间往复运 动，且汽缸盖22可与每个汽缸18相关联。汽缸18、活塞20和汽缸盖22可一起限定燃烧室24。 可以设想的是，发动机12可包括任何数量的燃烧室24,且燃烧室24可以以"直线"配置、"V 型"配置、与活塞相对配置或任何其它适合的配置被设置。
[0015] 发动机12还可包括在发动机缸体16内可旋转地设置的曲轴26。连杆28可连接每个 活塞20至曲轴26的曲拐30,以便活塞20在每个各自的汽缸18内的TDC位置与BDC位置之间的 滑动运动导致曲轴26的旋转。类似地，曲轴26的旋转会导致活塞20在TDC位置与BDC位置之 间的滑动移动。在四冲程发动机中，活塞20可通过进气冲程、压缩冲程、燃烧或做功冲程以 及排气冲程在TDC位置与BDC位置之间往复运动。在二冲程发动机中，完整的循环可包括压 缩/排气冲程(BDC至TDC)和做功/排气/进气冲程(TDC至BDC)。
[0016] 汽缸盖22可限定进气通道32和排气通道34。进气通道32可将来自进气歧管36的压 缩的空气或空气与燃料的混合物导引穿过进气口 40并进入燃烧室24。排气通道34可类似地 将来自燃烧室24的排出气体导引穿过排气口 42并进入排气歧管44。
[0017] 进气阀46可设置在进气口 32内且被配置成选择性地接合相应的座。进气阀46可在 第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置处时，进气阀46接合所述座且抑制流体相对 于进气口 40的流动，且在该第二位置处时，进气阀46从所述座上被移除以允许流体的流动。
[0018] 排气阀48可类似地设置在排气口 42内且被配置成选择性地接合相应的座。排气阀 48可在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置处时，排气阀48接合所述座以抑制流 体相对于排气口 42的流动，且在该第二位置处时，排气阀48从所述座上被移除以允许流体