燃料和水的混合物的燃料消耗计算的制作方法

下文所述的实施例涉及燃料消耗计算，且更具体地涉及燃料和水的混合物的燃料消耗计算。

背景技术：

船舶行业使用重燃料油来用于船舶上的发动机。将燃料供应至发动机的燃料管线中的水量相对于重燃料油量可为很小的。在较大浓度的重燃料油之后，该小浓度的水蒸发。由于水比重燃料油廉价，故燃烧水会改善发动机的效率。然而，许多标准基于没有水的燃料的消耗。

例如，比燃料油消耗(sfoc)值是船舶发动机的燃料效率。发动机的sfoc可以iso标准(iso3046-1)计算，且与其工厂验收测试sfoc相比较，以便确定发动机的当前使用寿命用量。该iso标准比较还可用于验证发动机制造商出售的预防性维护/保养程序的有效性，因为发动机的典型寿命超过10年。下文是测量数据的一些实例，其可用于针对iso标准来校正发动机的sfoc：

•环境温度

•环境湿度

•燃料热量含量

当水与燃料混合时，燃烧的混合物的热量含量不同于纯燃料的热量含量。如果未考虑对热量含量的该影响，则消费者可理解到错误的sfoc数据，且因此错误地评估发动机维护服务的效率提高/降低。因此，所需的是水和燃料混合物的燃料消耗计算。

技术实现要素：

提供了一种包括混合器的用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的燃料控制系统。根据实施例，燃料控制系统包括：流体地联接至混合器的燃料源，燃料源构造成测量至混合器的燃料的流量；流体地联接至混合器的水源，水源构造成测量至混合器的水的流量；以及流体地联接至混合器的混合物流量计，混合物流量计构造成接收和测量来自混合器的燃料/水混合物的性质。

提供了一种计算燃料和水混合物的燃料消耗的方法。根据实施例，该方法包括：使燃料/水混合物流动；测量燃料/水混合物中的燃料和水的流量；以及基于测得的燃料和水的流量来计算燃料消耗。

方面

根据一个方面，一种用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的燃料控制系统(300)包括：混合器(330)；流体地联接至混合器(330)的燃料源(310)，燃料源(310)构造成测量至混合器(330)的燃料的流量；流体地联接至混合器(330)的水源(315)，水源(315)构造成测量至混合器(330)的水的流量；以及流体地联接至混合器(330)的混合物流量计(5)，混合物流量计(5)构造成接收和测量来自混合器(330)的燃料/水混合物的性质。

优选地，燃料控制系统(300)还包括通信地联接至燃料源(310)、水源(315)和混合物流量计(5)的控制器(360)，所述控制器(360)构造成基于测得的燃料的流量和测得的水的流量来计算燃料消耗。

优选地，构造成基于测得的燃料的流量和测得的水的流量来计算燃料消耗的控制器(360)包括控制器(360)，其构造成基于以下方程计算燃料消耗：

其中：

sfoc=比燃料油消耗(g/kwh)；

qtest=测试期间的燃料油的净热值(mj/kg)；

qcont=发动机的基准特征化期间的燃料油的净热值(mj/kg)，其可称为工厂验收测试；

α=功率调整系数；

k=指出的功率的比率；

be=测试床上的燃料油消耗(g/kwh)；以及

edp=发动机从动泵(g/kwh)。

优选地，测试期间的燃料的净热量含量(qtest)使用以下方程来更新：

qnew=(qfuel*mfuel)+(qwater*mwater)；

其中：

qnew=燃料/水混合物的热量含量；

qfuel=燃料油的热量含量值；

qwater=水的热量含量值；

mfuel=燃料的质量流量浓度系数；以及

mwater=水的质量流量浓度系数。

优选地，构造成基于测得的燃料和水的流量来计算燃料消耗的控制器(360)包括控制器(360)，其构造成基于测得的燃料的流量、测得的水的流量和由混合物流量计(5)提供的测得的燃料/水混合物的流量来计算燃料的质量流量浓度系数(mfuel)和水的质量流量浓度系数(mwater)。

优选地，水源(315)包括水源流量计(5w)，且燃料源(310)包括燃料源流量计(5f)。

优选地，构造成测量水的流量的水源(315)包括水源(315)，其构造成测量水的质量流量(mflowwater)，且构造成测量燃料的流量的燃料源(310)包括燃料源(310)，其构造成测量燃料的质量流量(mflowfuel)。

优选地，构造成接收和测量来自混合器(330)的燃料/水混合物的性质的混合物流量计(5)包括混合物流量计(5)，其构造成测量燃料/水混合物的质量流量(mflowtotal)。

优选地，测得的燃料的流量和测得的水的流量是体积流率，且其中燃料源(310)进一步构造成测量燃料流的密度，水源(315)进一步构造成测量水流的密度，且燃料/水混合物的性质包括燃料/水混合物的体积流率和密度中的至少一者。

根据一个方面，一种计算燃料和水的混合物的燃料消耗的方法包括：使燃料/水混合物流动；测量燃料/水混合物中的燃料和水的流量；以及基于测得的燃料和水的流量计算燃料消耗。

优选地，基于测得的燃料和水的流率计算燃料消耗包括基于以下方程来计算燃料消耗：

其中：

sfoc=比燃料油消耗(g/kwh)；

qtest=测试期间的燃料油的净热值(mj/kg)；

qcont=发动机的基准特征化期间的燃料油的净热值(mj/kg)，其可称为工厂验收测试；

α=功率调整系数；

k=指出的功率的比率；

be=测试床上的燃料油消耗(g/kwh)；以及

edp=发动机从动泵(g/kwh)。

优选地，测试期间的燃料的净热量含量(qtest)使用以下方程来更新：

qnew=(qfuel*mfuel)+(qwater*mwater)；

其中：

qnew=燃料/水混合物的热量含量；

qfuel=燃料油的热量含量值；

qwater=水的热量含量值；

mfuel=燃料的质量流量浓度系数；以及

mwater=水的质量流量浓度系数。

优选地，基于测得的燃料和水的流量来计算燃料消耗包括基于的燃料和水的流量和测得的燃料/水混合物的流量来计算燃料的质量流量浓度系数(mfuel)和水的质量流量浓度系数(mwater)。

优选地，测量燃料和水的流量包括测量水的质量流量(mflowwater)和测量燃料的质量流量(mflowfuel)。

优选地，测量燃料和水的流率包括测量燃料/水混合物的质量流量(mflowtotal)。

优选地，测得的燃料的流量和测得的水的流量是体积流率，且其中该方法还包括测量燃料流和水流中的至少一者的密度。

附图说明

相同参考标号表示所有附图上的相同元件。应当理解的是，附图不必按比例。

图1示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的燃料控制系统100。

图2示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的另一个燃料控制系统200。

图3示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的另一个燃料控制系统300。

图4示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的方法400。

具体实施方式

图1-4和以下描述绘出了特定实例以教导本领域的技术人员如何制作和使用燃料和水的混合物的燃料消耗计算的实施例的最佳模式。为了教导本发明的原理的目的，简化或省略了一些常规方面。本领域的技术人员将认识到落入本描述的范围内的这些实例的变型。本领域的技术人员将认识到下文所述的特征可以各种方式组合来形成燃料和水的混合物的燃料消耗计算的多个变型。结果，下文所述的实施例不限于下文描述的特定实例。

燃料控制系统

图1示出了用于水和燃料的混合物的燃料消耗计算的燃料控制系统100。如图1中所示，燃料控制系统100包括流体地联接至发动机20的混合物流量计5。还示出了再循环器150，其包括传送由发动机20提供的未消耗的燃料的燃料管线。再循环器150使未消耗的燃料再循环回发动机20来消耗。混合物流量计5经由再循环器150流体地联接至发动机20。

如图1中所示，混合物流量计5可为振动流量计，如，科里奥利流量计，尽管任何适合的流量计都可用于备选实施例中。混合物流量计5可构造成测量和/或确定流过混合物流量计5的燃料的性质和特征。例如，混合物流量计5可测量流过混合物流量计5的燃料/水混合物的流量。

尽管混合物流量计5示为单个集成单元，但混合物流量计5可包括分布在燃料控制系统100各处的单独的构件。例如，混合物流量计5中的计量电子设备可为例如通信地联接至发动机20的单独的控制器的部分。此外或备选地，混合物流量计5可包括执行特定功能的单独构件，如，测量燃料密度的第一构件、测量流率的第二构件等。混合物流量计5还可设置在燃料控制系统100中的不同位置处。例如，混合物流量计5可设置成更接近发动机20，可作为再循环器150的部分等。

如图1中所示，混合物流量计5接收燃料/水混合物，且将燃料/水混合物提供至再循环器150。由混合物流量计5提供的燃料/水混合物与由发动机20提供的未消耗燃料/水混合物混合。如可认识到的，混合物流量计5在与发动机20的消耗速率相同的速率下将燃料/水混合物提供至再循环器150。如还可认识到的，图1示出了串联构造。即，仅一个混合物流量计5用于将燃料/水混合物提供至发动机20。此外，发动机20的消耗速率从混合物流量计5中确定。如以下论述所示，可使用其它构造。

图2示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的另一个燃料控制系统200。如图2中所示，燃料控制系统200包括流体地联接至发动机20的入口流量计5i。返回流量计5r也流体地联接至发动机20。还示出了再循环器250，其包括再循环由发动机20提供的未消耗的燃料/水混合物的燃料管线。再循环器250将再循环的燃料/水混合物传送回发动机20来消耗。入口计量计5i流体地联接至发动机20，且返回流量计5r经由再循环器250流体地联接至入口流量计5i。入口流量计5i和返回流量计5r可与参照图1所述的混合物流量计5相同。还示出了流体地联接至混合器230的水源流量计5w和燃料源流量计5f。混合器230流体地联接至入口流量计5i和返回流量计5r。

水源流量计5w和燃料源流量计5f分别将水和燃料提供至混合器230。水源流量计5w和燃料源流量计5f测量提供至混合器230的水和燃料的流量。所测的流量可为任何适合的流量，如，体积或质量流量率。混合器230将燃料和水混合成燃料/水混合物，且将燃料/水混合物提供至入口流量计5i。

入口流量计5i从混合器230接收燃料/水混合物，且将燃料/水混合物提供至发动机20。由入口流量计5i提供的燃料/水混合物与由发动机20提供的未消耗的燃料/水混合物混合。如可认识到的，入口流量计5i在可为类似于发动机20的消耗速率的速率下将再混合的燃料/水混合物提供至发动机20。发动机20的消耗速率还可为类似于由入口流量计5i和返回流量计5r测得的流率的差异。还如可认识到的，图2示出了入口流量计5i、发动机20和返回流量计5r的并联构造。

图3示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的另一个燃料控制系统300。如图3中所示，燃料控制系统300包括流体地联接至阀320的燃料源310。阀320流体地联接至第一混合器330，其构造成接收经由阀320供应的燃料。第一混合器330流体地联接至水源315，且构造成接收由水源315提供的水。第一混合器330流体地联接至图3中所示的混合物流量计5，且构造成将燃料/水混合物供应至混合物流量计5。混合物流量计5构造成接收和测量供应的燃料/水混合物的性质。混合物流量计5流体地联接至第二混合器340。第二混合器340也流体地联接至发动机20和再循环器350。第二混合器340和再循环器350流体地联接至发动机20。第二混合器340构造成接收和混合由混合物流量计5提供的供应的燃料/水混合物和来自再循环器350的再循环的燃料/水混合物，并混合成再混合的燃料/水混合物。第二混合器340将再混合的燃料/水混合物提供至发动机20。混合物流量计5、发动机20、燃料源310、水源315、阀320和再循环器350通信地联接至控制器360。

燃料源310和水源315可包括或包含水源流量计5w和燃料源流量计5f。例如，燃料源310和水源315可包括罐，其流体地联接至水源流量计5w和燃料源流量计5f上的入口。因此，水源流量计5w和燃料源流量计5f通信地联接至控制器360。水源流量计5w和燃料源流量计5f还将燃料和水提供至第一混合器330。混合物流量计5可为入口流量计5i和返回流量计5r的简化表示。混合物流量计5可测量发动机20对燃料/水混合物的消耗。

第一混合器330和第二混合器340可为罐，其构造成保持和混合燃料/水混合物，并混合成均匀混合物。第一混合器330和第二混合器340可依靠各种机构来使燃料均匀。例如，第一混合器330和第二混合器340例如可使用环境振动、搅拌器等来使燃料均匀。然而，备选实施例中可使用任何适合的构造。通过均匀化，燃料/水混合物可均匀地包括接收的燃料和水。如可认识到的，尽管均匀，但燃料和水的浓度可随时间变化。

再循环器350可构造成调节由发动机20再循环的燃料/水混合物来由发动机20消耗。再循环器350可包括压力控制器、温度控制器等，尽管可使用任何适合的构造。调节由发动机200再循环的燃料/水混合物可包括控制器360控制压力、温度等，使得再循环的燃料/水混合物适于由发动机20使用。然而，在备选实施例中，燃料/水混合物的再调节可包括使用不由控制器360控制的构件。

控制器360可为电路板，其包括通信地联接至存储器和i/o端口的处理器，尽管任何适合的控制器可用于备选实施例中。控制器360可包括软件，软件执行方法(如本文所述的方法)以控制穿过图3中所示的燃料控制系统300的燃料/水混合物的流量。软件可储存在存储器中，且由控制器360中的处理器执行。尽管控制器360描述为单个电路板，但在备选实施例中，其它控制器可包括两个或更多个板，如，子板、模块等。

尽管图3中未示出，但燃料控制系统300可包括附加构件，如，温度或压力传感器、流量控制阀、压力调节器等。备选地，其它实施例可不使用图3中所示的所有构件。例如，其它实施例可不使用第一混合器330和第二混合器340、再循环器350等。此外或备选地，图3中所示的构件可具有其它构造。例如，第一混合器330和第二混合器340可包括由控制器360控制的传感器和/或促动器，以混合由第一混合器330和第二混合器340接收的燃料/水混合物。

如图所示，控制器360可构造成使用i/o端口与混合物流量计5、发动机20、燃料源310、水源315、阀320和再循环器350通信。i/o端口可构造成使用任何适合的通信手段来通信，例如，如，串行、并行、基于包(packetbased)等。例如，控制器360可经由i/o端口接收来自燃料源310、水源315、混合物流量计5的流率测量结果、来自发动机20的燃料消耗数据、来自阀320的阀位置信息，以及来自再循环器350的燃料/水混合物再循环数据。控制器360还可将诸如阀开启/关闭命令的命令发送至阀320，且将燃料调节命令发送至再循环器350。

控制器360中的处理器可使用接收到的流率数据来计算流过混合物流量计5的燃料/水混合物的流率。控制器360中的处理器还可构造成使用由混合物流量计5提供的燃料/水混合物的流率来确定燃料/水混合物的消耗速率。控制器360中的处理器还可在i/o端口上发送命令来打开和关闭阀320。控制器360还可包括由处理器使用的计时器，以确定命令发送至阀320的时间。如下文更详细所述，控制器360可计算燃料/水混合物的燃料消耗。

燃料(没有水含量)的热量含量在iso-sfoc计算内使用，在下面方程(1)作为qtest'可见：

其中：

sfoc=比燃料油消耗(g/kwh)；

qtest=测试期间的燃料油的净热值(mj/kg)；

qcont=发动机的基准特征化期间的燃料油的净热值(mj/kg)，其可称为工厂验收测试；

α=功率调整系数；

k=指出的功率的比率；

be=测试床上的燃料油消耗(g/kwh)；以及

edp=发动机从动泵(g/kwh)。

尽管使用了用语''sfoc''，但备选用语(例如，如biso)也可使用，其根据iso3046-1是指燃料油消耗。

当燃料/水混合物供应至混合物流量计5时，计算更新的燃料/水混合物热量含量，见以下方程(2)：

qnew=(qfuel*mfuel)+(qwater*mwater)(2)

其中：

qnew=燃料/水混合物的热量含量；

qfuel=燃料油的热量含量值；

qwater=水的热量含量值；

mfuel=燃料的质量流量浓度系数；以及

mwater=水的质量流量浓度系数。

质量流量浓度系数mfuel和mwater分别在以下方程(3)和方程(4)中计算：

其中：

mflowfuel=燃料的质量流量；

mflowwater=水的质量流量；以及

mflowtotal=燃料/水混合物的质量流量。

燃料、水和燃料/水混合物的质量流量由参照图3所述的水源流量计5w和燃料源流量计5f和混合物流量计5来测量。水源流量计5w和燃料源流量计5f和混合物流量计5可将测得的质量流量提供至控制器360，其可使用方程(3)和(4)来计算质量流量浓度系数，使用方程(2)计算燃料/水混合物的热量含量qnew，以及计算燃料/水混合物的sfoc。在计算燃料/水混合物的sfoc时，燃料/水混合物的热量含量qnew用于替代如以下方程(5)中所示的qtest：

其中：

sfoccorr=针对燃料/水混合物校正的比燃料油消耗(g/kwh)。

因此，校正的比燃料油消耗sfoccorr包括水的热量含量，即使基准或工厂验收测试sfoc仅使用燃料油的热量含量qcont。

其它方法可用于校正sfoc。例如，用于校正混合物的sfoc的备选方法是通过校正“消耗的燃料质量”值且留下“燃料热量含量”值不校正。“消耗的燃料质量”值仅使用加至燃料混合物的燃料来校正，而不是使用总燃烧的流体的测量结果。备选地，水源流量计5w和燃料源流量计5f和混合物流量计5的流量测量结果可为体积流测量结果。因此，燃料消耗计算可基于体积而非质量。下文示出了计算燃料/水混合物的燃料消耗的方法。

方法

图4示出了用于燃料和水的混合物的燃料消耗计算的方法400。方法400始于在步骤410中使燃料/水混合物流动。燃料/水混合物可为由燃料源310提供的燃料油和由水源315提供的水的混合物，尽管可使用任何适合的燃料/水混合物。燃料/水混合物可在第一混合器330中混合，且提供至混合物流量计5。燃料和水的浓度例如可通过控制燃料或水的流率来随时间变化。

在步骤420中，方法400测量燃料/水混合物中的燃料和水的流量。由于燃料和水的浓度变化，故测得的燃料和/或水的质量流量可变化。水和燃料的流量可由水源流量计5w和燃料源流量计5f测得。水源流量计5w和燃料源流量计5f可将测得的燃料和水的流量提供至控制器360。类似地，燃料/水混合物的流量可由混合物流量计5测得，且燃料/水混合物的流量可提供至控制器360。

在步骤430中，方法400基于测得的燃料和水的流量计算燃料消耗。计算的燃料消耗可为使用方程(5)计算的校正比燃料油消耗sfoccorr，尽管可使用任何适合的燃料消耗计算。参看方程(2)-(5)，燃料/水混合物的净热量含量qnew可基于燃料和水的质量流量mflowfuel,mflowwater计算。校正比燃料油消耗sfoccorr可基于燃料/水混合物的净热量含量计算。

可连续地计算燃料消耗。例如，控制器360可连续地接收来自水源流量计5w和燃料源流量计5f的质量流量mflowfuel,mflowwater测量结果和来自混合物流量计5的总质量流量mflowtotal，以连续地且迭代地计算校正比燃料油消耗sfoccorr。此外或备选地，可包括质量流量mflowfuel,mflowwater,mflowtotal测量结果与对应燃料/水混合物的消耗之间的时间延迟。例如，校正比燃料油消耗sfoccorr可利用以一定延迟偏移的测量结果数据来计算，以确保指出的功率k与发动机从动泵edp之比以及随时间变化的任何其它校正系数对应于实际上由发动机20消耗的燃料/水混合物。延迟可为固定值，或可与燃料/水混合物的质量流量mflowtotal相关联。

如上文所阐释的，燃料控制系统300和方法400计算燃料和水的混合物的燃料消耗。燃料消耗可基于燃料的质量流量和水的质量流量计算，其可通过水源流量计5w和燃料源流量计5f测得。控制器360可使用燃料/水混合物中的燃料和水两者的热量含量来计算燃料消耗。燃料/水混合物的热量含量可基于燃料/水混合物中的燃料和水的质量浓度。例如，校正比燃料油消耗sfoccorr可利用校正的燃料/水混合物的热量含量qnew来计算，从而校正燃料/水混合物中的水的热量含量。

结果，发动机20的比燃料油消耗sfoc可针对iso标准(例如，iso3046-1)计算，且与其工厂验收测试sfoc比较，以便即使发动机20消耗燃料/水混合物也确定发动机的当前使用寿命用量。该iso标准比较还可用于验证由发动机20制造商出售的预防性维护/保养程序的有效性。预防性维护/保养程序的有效性可利用校正比燃料油消耗sfoccorr，而比如果使用未校正的比燃料油消耗sfoc更准确地评估。

以上实施例的详细描述不是由发明人构想的在本描述的范围内的所有实施例的详尽描述。实际上，本领域的技术人员将认识到，上述实施例的某些元件可不同地组合或消除以产生其它实施例，且此类其它实施例落入本描述的范围和教导内容内。本领域的普通技术人员还将认识到的是，上述实施例可总体或部分地组合来产生本描述的范围和教导内容内的附加实施例。

因此，如相关领域中的技术人员将认识到那样，尽管本文出于示范性目的描述了特定实施例，但各种等同的改型在本描述的范围内是可能的。本文提供的教导内容可应用于燃料和水混合物的其它燃料消耗计算，且不只是上文所述和附图中所示的实施例。因此，上文所述的实施例的范围应当从以下权利要求确定。