用于增加燃料变化容忍度的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及内燃发动机的燃料变化，并且更具体地涉及一种增加燃料变化容忍度的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在多种应用中使用气体燃料供能发动机以及以多种不同燃料操作的发动机。用于机动车辆的柴油发动机的燃料(诸如柴油、生物柴油或气体-液体燃料，即从天然气获得的液体燃料)具有非常不同的燃料品质。特别是，燃料的点燃能力(对于柴油发动机的缸内燃烧来说很重要，并通常表示为十六烷指数CCI或十六烷值)对于不同燃料来说可以显著改变。即使在相同类型的燃料中，诸如十六烷指数的燃料燃烧特性可以广泛变化。
[0003]可以重新构造成以来自一定范围的可燃烧燃料的任何给定燃料操作的内燃发动机的例子在授予Froloff等人的美国专利N0.6947830( “’830专利”)中示出。’830专利公开一种用于内燃发动机的可编程计算机系统，其被构造成接收和处理来自使用不同的点燃方法的多个燃烧事件的燃料燃烧特性信号和数据。爆裂信号从这些燃烧事件处理以确定燃料点燃方法，对于给定燃料，以可许可发动机磨损，造成最大功率。虽然’830专利旨在具有以广泛多种燃料运行的灵活性，但需要大量的复杂设计和控制来适应多种不同的点燃模式，包括火花点燃、均质充量压缩点燃、压缩点燃和不同点燃模式的组合。必须在发动机启动时进行测试，使得发动机基本上受到控制，在一段时间内用作实验室，以便确定使用最不伤害发动机的点燃方法，但是也能对于特定燃料来说产生最高的功率输出。这些必要的测试周期和发动机重新构造以适应不同的点燃模式会增加操作成本，并减小发动机针对每次燃料供应时可以获得的不同品质的燃料进行快速调节的能力。
[0004]单燃料或多燃料发动机可以使用的广泛不同类型的燃料和各种品质的燃料使得对于燃料的整个范围来测试和验证发动机是非常昂贵的。不同类型的燃料以及甚至从不同来源获得的相同类型的燃料的不同燃烧特性需要一种控制系统，该控制系统能够对于具有不同燃烧特性的不同燃料进行自动调节并同时最佳化发动机性能。
[0005]本发明的系统针对克服以上提出的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，一种用于多燃料内燃发动机的控制系统可包括与发动机的每个缸相联的至少一个缸压力传感器。控制系统还可包括数据收集模块，其被构造成接收来自至少一个缸压力传感器的每个的实时缸压力测量值，并由实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值。控制系统还可进一步包括比较模块，其被构造成接收来自数据收集模块的计算的一个或多个实际燃烧参数值，并将每个缸的计算的一个或多个实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。控制系统还可包括过程控制模块，其被构造成基于每个缸的计算的实际燃烧参数值和理论燃烧参数值之间的任何差别控制供应到每个缸的燃料的燃料喷射和点燃正时的至少一种。
[0007]根据本发明的另一方面，一种能够以组合的液体和气体燃料模式操作的多燃料内燃发动机可包括多个缸、与多个缸的每个相联的实时缸压力传感器、液体燃料喷射系统、气体燃料喷射系统和控制系统。控制系统可包括数据收集模块，其被构造成接收来自每个缸压力传感器的实时缸压力测量值，并由实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值。控制系统还可包括比较模块，其被构造成接收来自数据收集模块的一个或多个实际燃烧参数值，并将每个缸的计算的一个或多个实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。控制系统还可包括过程控制模块，其被构造成基于每个缸的计算的实际燃烧参数值与理论燃烧参数值之间的任何差别控制供应到每个缸的燃料的燃料喷射。
[0008]根据本发明的另一方面，一种用于控制能够以至少组合的液体和气体燃料模式操作的多燃料内燃发动机的方法可包括接收来自多燃料内燃发动机的每个缸的实时缸压力测量值。该方法还可包括基于实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值。该方法还可进一步包括将每个缸的计算的实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。该方法还可包括基于每个缸的计算的实际燃烧参数值和理论燃烧参数值之间的任何差别控制至少液体燃料和气体燃料的燃料喷射和点燃中的一种或多种。
[0009]本发明的其他特征和方面将从以下描述和附图中明白。
【附图说明】
[0010]图1示出多燃料内燃发动机的示例性示意图；
[0011]图2示出多燃料内燃发动机的控制系统的示意图；
[0012]图3示出图示图1的多燃料内燃发动机的每个缸的闭环控制的示例性流程图；以及
[0013]图4示出图示图3的闭环控制的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0014]图1图示可以不同类型的燃料(诸如重燃料油(HF0)、柴油燃料、汽油和天然气)操作的多燃料内燃发动机100的示例性应用。示例性多燃料发动机100可以液体燃料模式、气体燃料模式和组合的液体和气体燃料模式操作。
[0015]在液体燃料模式期间，液体燃料喷射系统130将液体燃料提供给燃烧室106内的充量空气，并且充量空气/液体燃料混合物可以通过压缩点燃。与诸如汽油供能发动机的火花点燃发动机不同，柴油发动机和均质充量压缩点燃(HCCI)发动机依赖自动点燃以便开始燃烧。在火花点燃发动机中，自动点燃是不希望的，因为这会造成爆震，并且过多爆震会在发动机上形成超过可接受阈值水平的应力。燃料自动点燃的趋势与燃料的辛烷水平成反比。在高特性高压缩火花点燃发动机中，会需要较高辛烷燃料来避免不希望的爆震。用于依赖于自动点燃来开始燃烧的柴油发动机和HCCI发动机的燃料通常被给予与辛烷定额正好相反的十六烷定额，因为十六烷定额是燃料自动点燃趋势的度量。诸如CNG的气体燃料比柴油燃料更难以自动点燃，通常自动点燃所需的压缩比可以是造成柴油燃料自动点燃的压缩比的十倍以上那样高。因此，出于点燃目的，已经开发出将气体燃料与液体燃料混合的不同方法。在气体燃料模式期间，诸如天然气的气体燃料可以受控地释放到连接到缸104的气体引入端口，产生充量空气/气体燃料混合物。在组合的液体和气体燃料模式中，在预定时间周期之后，少量柴油燃料可喷射到容纳充量空气/气体燃料混合物的缸104内，以点燃燃料混合物。用作点燃燃料的柴油燃料量可以是液体燃料模式期间喷射的燃料量的大约3%。压缩点燃柴油燃料，继而点燃充量空气/气体燃料混合物。为了以液体燃料模式以及气体燃料模式操作，用于多燃料内燃发动机的控制系统可以控制液体燃料喷射系统130、气体燃料喷射系统140和点燃燃料喷射系统150的部件。
[0016]参考图1，示出了包括发动机单元、空气系统、燃料系统和控制系统的多燃料内燃发动机100的示例性示意图。发动机单元包括发动机缸体102、提供至少一个燃烧室106以便燃烧燃料的