運(yùn)行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的失火檢測(cè)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及在至少部分地運(yùn)行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行期間檢測(cè)不完全燃燒。
【背景技術(shù)】
[0002]可以至少部分地運(yùn)行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和雙燃料(DF)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。例如，DF內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)配置用于運(yùn)行液體燃料(例如柴油)和氣體燃料(例如天然氣)。諸如失火的不完全燃燒可在這種發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)的氣體燃料和空氣的混合物只被火焰部分地消耗時(shí)發(fā)生。不完全燃燒可由點(diǎn)火系統(tǒng)的故障引起，使得例如形成不充分的點(diǎn)火火焰。替代地，燃料和空氣的混合物會(huì)被不適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，例如，由于不充分的燃料供給。
[0003]氣體燃料和空氣的稀混合物尤其易受不完全燃燒影響，因?yàn)槟切┗旌衔锷俣胰剂显谝粋€(gè)燃燒循環(huán)內(nèi)會(huì)被不充分地消耗。作為不希望看到的結(jié)果，未燃燒燃料會(huì)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道中積聚。這可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的爆炸和潛在損害。
[0004]例如，由Caterpillar Motoren GmbH&C0.KG, GERMANY 于 2013 年 6 月 28 日提交的歐洲專利申請(qǐng)N0.13174377.5中公開了一種示例性DF內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在Journal of Kones.Combust1n Engine, Vol 8, No 1-2，2001的ρ.326 - 341中給出了用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車載診斷中的各種發(fā)動(dòng)機(jī)失火檢測(cè)方法的概述。
[0005]本發(fā)明至少部分針對(duì)改進(jìn)或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開了一種檢測(cè)至少部分地運(yùn)行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中不完全燃燒的方法。所述方法包括:接收對(duì)應(yīng)于燃燒期間缸壓力的時(shí)間發(fā)展(temporaldevelopment)的壓力數(shù)據(jù)；從壓力數(shù)據(jù)導(dǎo)出燃燒的燃燒能量值；確定所述導(dǎo)出的燃燒能量值超過預(yù)先確定的燃燒閾值水平；以及將燃燒事件與不完全燃燒相關(guān)聯(lián)。
[0007]特別地，壓力數(shù)據(jù)可對(duì)應(yīng)于單個(gè)燃燒循環(huán)內(nèi)缸壓力的時(shí)間發(fā)展，燃燒能量值可從特定燃燒循環(huán)的壓力數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并且所述特定燃燒循環(huán)的燃燒事件可與不完全燃燒事件相關(guān)聯(lián)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少部分地運(yùn)行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括:氣體燃料點(diǎn)火系統(tǒng)，以點(diǎn)火氣體燃料與空氣的混合物；傳感器，其配置成檢測(cè)對(duì)應(yīng)于燃燒期間缸壓力的時(shí)間發(fā)展的壓力數(shù)據(jù)；以及控制單元，其配置成執(zhí)行本文所示例性公開的方法。
[0009]在一些實(shí)施例中，確定所導(dǎo)出的燃燒能量值超過預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平，可包括提供預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平和將預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平與所導(dǎo)出的燃燒能量值進(jìn)行比較。通過提供閾值水平和比較閾值水平與所導(dǎo)出的燃燒能量值，不需要使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步信息確定燃燒事件是完全燃燒，還是不完全燃
TiTti O
[0010]在一些實(shí)施例中，預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可通過從儲(chǔ)存在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元上的預(yù)先設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)特定數(shù)據(jù)庫(kù)讀取預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平來提供。因?yàn)轭A(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平儲(chǔ)存在控制單元上，所以可容易地得到預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平并且不要求諸如噴射燃料量等進(jìn)一步信息來將燃燒循環(huán)期間的燃燒事件與完全燃燒或不完全燃燒關(guān)聯(lián)。
[0011]在一些實(shí)施例中，預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可作為映射提供，所述映射包括作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載或速度的函數(shù)給定的閾值。從而，例如在低負(fù)載或低速下運(yùn)行期間的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的易失火性可被考慮在內(nèi)。
[0012]在一些實(shí)施例中，預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可根據(jù)與缸的失火相關(guān)聯(lián)的預(yù)先確定燃燒能量值進(jìn)行設(shè)置。從而，可僅通過比較燃燒能量值將燃燒事件與完全燃燒或不完全燃燒相關(guān)聯(lián)。
[0013]在一些實(shí)施例中，預(yù)先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可以是檢測(cè)到失火時(shí)的熱釋放率、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)缸中的最大燃燒壓力、或者平均指示有效壓力之一。
[0014]在一些實(shí)施例中，檢測(cè)到失火時(shí)的熱釋放率、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)缸中的最大燃燒壓力、或者平均指示有效壓力可以是缸中完全燃燒時(shí)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行期間熱釋放率、缸中最大燃燒壓力、或者平均指示有效壓力的例如約5%到25%。
[0015]本發(fā)明的其它特征和方面通過以下描述和附圖將顯而易見。
【附圖說明】
[0016]本文所包括的附圖構(gòu)成本說明書的部分，所述附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0017]圖1示出了至少部分地運(yùn)行氣體燃料的示例性內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0018]圖2示出了 DF內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸的橫截面示意圖；
[0019]圖3示出了氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸的橫截面示意圖；
[0020]圖4示出了檢測(cè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)不完全燃燒的示例性方法的流程圖；
[0021]圖5示出了在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行條件期間缸壓力的示例性時(shí)間-壓力圖；以及
[0022]圖6示出了檢測(cè)包括控制回路的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)不完全燃燒的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面是本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述。本文所描述的和附圖所示出的示例性實(shí)施例旨在教導(dǎo)本發(fā)明的原理，使本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員能夠在許多不同的環(huán)境中實(shí)施并使用本發(fā)明，并將本發(fā)明實(shí)施和用于許多不同的應(yīng)用中。因此，示例性實(shí)施例不是，并且不應(yīng)該被認(rèn)為是專利保護(hù)范圍的限制性描述。相反，專利保護(hù)的范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求書限定。
[0024]本發(fā)明部分基于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)不完全燃燒可通過燃燒的燃燒能量值檢測(cè)的認(rèn)識(shí)，所述燃燒能量值可從燃燒期間缸壓力的時(shí)間發(fā)展導(dǎo)出。缸壓力的所述時(shí)間發(fā)展可通過關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)觀察和分析。
[0025]通常，一旦檢測(cè)到不完全燃燒，關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)可終止內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，向發(fā)動(dòng)機(jī)的使用者指示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的失效并且/或者啟動(dòng)適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施以防止不完全燃燒再次發(fā)生。例如，控制系統(tǒng)可增加進(jìn)入缸的混合物的燃料-空氣的比例。如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是運(yùn)行在氣體燃料模式下的DF內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)還可配置成從氣體燃料模式轉(zhuǎn)換成液體燃料模式或者配置成停止轉(zhuǎn)換成氣體燃料模式。
[0026]至少部分地運(yùn)行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和用于如上所述控制的示例性方法分別結(jié)合圖1至3和圖4至6在下面進(jìn)行了描述。
[0027]圖1示意性地示出了至少部分地運(yùn)行氣體燃料的示例性內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100，例如DF發(fā)動(dòng)機(jī)(圖2示意性地示出)或者氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(圖3示意性地示出)。
[0028]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體2、充氣系統(tǒng)4、排氣系統(tǒng)5、包括吹掃氣體系統(tǒng)7的氣體燃料系統(tǒng)6和/或液體燃料系統(tǒng)8。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100可用液體燃料提供動(dòng)力，例如液體燃料模式(LFM)的柴油燃料，和用氣體燃料提供動(dòng)力，例如通過LNG系統(tǒng)提供的氣體燃料模式(GFM)的天然氣。
[0029]發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體2包括多個(gè)缸。圖1示例性地描繪了四個(gè)缸9。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體2可以是任何尺寸，帶有任意數(shù)量的缸，例如6、8、12、16或20個(gè)，并且可以是任何配置，例如“V”形配置、直列配置或徑向配置。
[0030]每個(gè)缸9都配備有至少一個(gè)入口閥16和至少一個(gè)出口閥18。入口閥16流體地連接至充氣系統(tǒng)4并且配置成將充氣或充氣與燃料的混合物提供到缸9中。類似地，出口閥18流體地連接至排氣系統(tǒng)5并且配置成將排氣從相應(yīng)的缸9導(dǎo)出。
[0031]充氣由充氣系統(tǒng)4提供，所述充氣系統(tǒng)4包括進(jìn)氣口 20、用于充氣的壓縮機(jī)22、以及充氣冷卻器24。充氣歧管26流體地連接充氣冷卻器24的下游并且引導(dǎo)充氣經(jīng)由缸特定入口通道28進(jìn)入相應(yīng)的缸9中。
[0032]排氣系統(tǒng)5包括排氣渦輪機(jī)30和排氣歧管34，所述排氣渦輪機(jī)30通過軸32連接至壓縮機(jī)22，并且排氣歧管34將排氣從單個(gè)排氣出口通道35引導(dǎo)至排氣渦輪機(jī)30。
[0033]充氣系統(tǒng)4可包括一個(gè)或多個(gè)充氣歧管26。類似地，排氣系統(tǒng)5可包括一個(gè)或多個(gè)排氣歧管34。
[0034]此外，入口閥16和出口閥18可分別地安裝在入口通道28和出口通道35內(nèi)。入口通道28以及出口通道35可設(shè)置在覆蓋缸9的公共缸蓋或單獨(dú)缸蓋內(nèi)。
[0035]氣體燃料系統(tǒng)6包括連接至氣體燃料管道42的氣體燃料源36。氣體燃料源36構(gòu)成氣體燃料供給用于以GFM模式燃燒供應(yīng)氣體燃料。例如，氣體燃料源36包括氣體閥單元和容納加壓狀態(tài)天然氣的氣體燃料罐。
[0036]氣體閥單元配置成允許、阻斷以及控制從氣體燃料罐到氣體燃料管道42中的流動(dòng)。氣體閥單元可包括氣體燃料控制閥、氣體燃料截止閥和放氣閥。
[0037]氣體燃料管道42流體地連接至分成多個(gè)氣體燃料通道56的氣體燃料歧管54。各個(gè)氣體燃料通道56流體地連接至所述多個(gè)入口通道28之一。為了將氣體燃料供入單獨(dú)入口通道28中，在各個(gè)氣體燃料通道56中安裝了氣體燃料進(jìn)氣閥58。在一些實(shí)施例中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括多于一個(gè)的氣體燃料歧管54。
[0038]各個(gè)氣體燃料進(jìn)氣閥58配置成允許或者阻斷氣體燃料進(jìn)入單獨(dú)入口通道28中以以GFM模式與來自充氣系統(tǒng)4的壓縮充氣混合的流動(dòng)。從而，各個(gè)氣體燃料進(jìn)氣閥58的下游產(chǎn)生缸特定混合區(qū)域。例如，氣體燃料進(jìn)氣閥58可以是螺線管驅(qū)動(dòng)的板閥，其中彈簧保持可運(yùn)動(dòng)盤的下表面靠著固定盤或板的上表面，所述兩個(gè)表面配置成在氣體燃料進(jìn)氣閥58的關(guān)閉狀態(tài)中提供密封關(guān)系。各個(gè)氣體燃料進(jìn)氣閥58可安裝至覆蓋至少一個(gè)缸9的缸蓋。
[0039]吹掃氣體系統(tǒng)7 (圖1中用短劃框標(biāo)示)包括串聯(lián)連接的吹掃氣體罐60、吹掃氣體控制閥62和吹掃氣體截止閥64。吹掃氣體罐60構(gòu)成吹掃氣體源以用吹掃氣體(例如加壓狀態(tài)的氮?dú)?沖洗氣體燃料管道42、氣體燃料歧管54等。
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