評估氣體燃料進(jìn)氣閥可操作性的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，更具體地，涉及轉(zhuǎn)換為用氣體燃料運(yùn)行雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]雙燃料(DF)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)通常能夠以液體燃料模式(LFM)和氣體燃料模式(GFM)運(yùn)行。例如，德國的Caterpillar Motoren GmbH&C0.KG于2013年6月28日提交的歐洲專利申請N0.13 174 377.5公開了一種示例性DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。在LFM中，諸如柴油燃料或重燃料油(HFO)的液體燃料在燃燒過程中經(jīng)由主液體燃料噴射器作為唯一能量源提供。在GFM中，提供諸如天然氣的氣體燃料例如與氣缸的進(jìn)氣口中的空氣混合?？梢岳蒙倭恳后w燃料來執(zhí)行氣體燃料的點(diǎn)燃，所述少量液體燃料例如經(jīng)由同一主燃料液體噴射器或單獨(dú)的點(diǎn)燃燃料噴射器直接噴射到氣缸中。
[0003]在DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中，對于每個氣缸，至少一個氣體燃料進(jìn)氣閥，這里也稱為氣體進(jìn)氣閥(GAV)可以定位在氣體燃料源與發(fā)動機(jī)的空氣進(jìn)氣處之間。當(dāng)在GFM中打開GAV時，氣體燃料通入空氣進(jìn)入處用于與進(jìn)入的空氣混合。歐洲專利1040264B1公開了螺線管致動的氣體燃料進(jìn)氣閥的例子。螺線管致動的GAV包括螺線管線圈、可動板以及固定板或盤，由此輸送至螺線管線圈的電流通過將可動板從固定板提升來致動閥。
[0004]由于GAV靠近燃燒室定位，GAV可能易于污染和增加磨損。例如，在LFM中運(yùn)行過程中，螺線管致動的GAV的可動板可能由于燃燒而在關(guān)閉的氣體燃料進(jìn)氣閥的固定板或盤上顫振。由此，可動板和固定板或盤可能暴露于增加的磨損。此外，GAV可能不僅在GFM中打開，而且可能在LFM過程中打開。例如，在螺線管致動的GAV的情況中，在LFM過程中空氣進(jìn)入處與氣體燃料管系統(tǒng)之間的壓強(qiáng)差可以導(dǎo)致打開。接著，小的顆?？赡鼙徊东@在閥中，例如在螺線管致動的GAV的可動板與固定板或座之間，并且閥可能不再適當(dāng)?shù)仃P(guān)閉。GAV的磨損以及污染可以導(dǎo)致在GFM過程中甚至經(jīng)過關(guān)閉的GAV的泄漏或者經(jīng)過打開的GAV的增加的通過率。
[0005]本發(fā)明至少部分地旨在改進(jìn)或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個或多個方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一方面，公開一種評估雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣體燃料進(jìn)氣閥的可操作性的方法，所述雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括多個氣缸和用于多個氣缸的每個氣缸的至少一個氣體燃料進(jìn)氣閥。所述方法包括:以液體燃料運(yùn)行雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)；在進(jìn)氣歧管空氣壓強(qiáng)之上的壓強(qiáng)下向氣體燃料進(jìn)氣閥供應(yīng)氣體燃料，由此設(shè)置經(jīng)過氣體燃料進(jìn)氣閥的氣體壓差；在主要以液體燃料運(yùn)行雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的同時，操作氣體燃料進(jìn)氣閥以向進(jìn)入的空氣增加氣體燃料；針對多個氣缸中的每個氣缸測量燃燒過程參數(shù)；以及基于所測量的燃燒過程參數(shù)評估氣體燃料進(jìn)氣閥的可操作性。
[0007]另一方面，一種控制從雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的液體燃料運(yùn)行到氣體燃料運(yùn)行的轉(zhuǎn)換過程的方法，包括:執(zhí)行上述方法；和一旦基于燃燒過程參數(shù)的氣體燃料進(jìn)氣閥的可操作性的評估指示可操作性錯誤，就中止轉(zhuǎn)換過程。
[0008]另一方面，一種雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，包括:液體燃料系統(tǒng)；氣體燃料系統(tǒng)；多個氣缸；用于多個氣缸中的每個氣缸的氣體燃料進(jìn)氣閥，其將氣體燃料系統(tǒng)與氣缸流體地連接；傳感器，其用于確定多個氣缸中的每個氣缸的燃燒過程參數(shù)；和控制單元，其能夠執(zhí)行例如上述方法中的至少一種。
[0009]本發(fā)明的其它特征和方面將通過以下說明和附圖變得明顯。
【附圖說明】
[0010]合并在此并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖圖示本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0011]圖1示出尤其可部分地以氣體燃料運(yùn)行的示例性DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示意圖；
[0012]圖2示出DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的氣缸的示意性剖視圖；
[0013]圖3示出尤其使用評估GAV可操作性的示例性方法從DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的液體燃料運(yùn)行到氣體燃料運(yùn)行的示例性轉(zhuǎn)換過程的流程圖；以及
[0014]圖4示出在燃燒過程中氣缸壓強(qiáng)的示例性時間-壓強(qiáng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下是本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的詳細(xì)說明。這里描述的示例性實(shí)施方式意于教導(dǎo)本發(fā)明的原理，使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠在許多不同的環(huán)境中并且針對許多不同的應(yīng)用執(zhí)行并利用本發(fā)明。因此，示例性實(shí)施方式并不意于且不應(yīng)當(dāng)被考慮為保護(hù)范圍的限制性說明。而是，保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求限定。
[0016]如上指出的，DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的GAV可能被污染或磨耗。污染可能由于GAV不僅在GFM中而且在LFM過程中打開引起的。例如，在螺線管致動的GAV的情況中，在LFM過程中空氣進(jìn)入處與氣體燃料管系統(tǒng)之間的壓強(qiáng)差可以導(dǎo)致打開。接著，小顆粒可能被捕獲在閥中，例如在螺線管致動的GAV的可動板與固定板或座之間，并且閥可能不再適當(dāng)?shù)仃P(guān)閉。類似地，在LFM中操作的過程中，顆粒能夠在空氣進(jìn)入側(cè)處靠近GAV積累。接著，如果DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)從LFM轉(zhuǎn)換到GFM，GAV將在過渡的第一階段中打開(例如，仍處于由液體燃料提供的100%功率)并且這些顆?？梢员焕腴y，再次潛在地導(dǎo)致例如由于污垢被卡在板之間而不適當(dāng)?shù)仃P(guān)閉。
[0017]本發(fā)明可以部分地基于以下認(rèn)識:未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行GAV可能導(dǎo)致在GFM啟用時相應(yīng)的氣缸突然且大量過填充氣體燃料。這可能導(dǎo)致對發(fā)動機(jī)的嚴(yán)重?fù)p害。因此，意識到在轉(zhuǎn)換到GFM之前和過程中評估GAV的可操作性可以允許避免用一個或多個故障的GAV運(yùn)行。
[0018]本發(fā)明還可以部分地基于以下認(rèn)識:在充分啟用氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)之前評估GAV的可操作性可以使用諸如氣缸壓強(qiáng)測量的特定氣缸燃燒過程參數(shù)來完成。具體地，相比于那些適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的GAV，故障的GAV將給氣缸提供例如過多的氣體燃料。接著，多于用于其它氣缸的燃料量將燃燒并且導(dǎo)致相應(yīng)氣缸的偏離燃燒過程參數(shù)，諸如增大的壓強(qiáng)值(例如，增大的平均壓強(qiáng)和/或增大的峰值壓強(qiáng))和/或能量值(例如，氣缸功率、指示的平均有效壓強(qiáng)(MEP)和/或放熱率)。
[0019]燃燒過程參數(shù)可以利用電離檢測傳感器基于氣缸壓強(qiáng)、排氣口溫度、發(fā)動機(jī)速度的波動或燃燒持續(xù)時間(燃燒率)的測量來確定。燃燒過程參數(shù)還可以與單個燃燒循環(huán)相關(guān)聯(lián)或者從多個燃燒循環(huán)導(dǎo)出。
[0020]以下結(jié)合圖1和圖2描述可以液體燃料和氣體燃料運(yùn)行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。結(jié)合圖3和圖4示例性地描述一種尤其基于用于評估氣體燃料進(jìn)氣閥的可操作性的方法來控制從DF內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的液體燃料運(yùn)行變?yōu)闅怏w燃料運(yùn)行的示例性方法。
[0021]內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100包括發(fā)動機(jī)缸體2、增壓空氣系統(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、以及液體燃料系統(tǒng)8。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100能夠由例如通過LNG系統(tǒng)提供的諸如像LFM中的柴油燃料的液體燃料以及GFM中諸如天然氣的氣體燃料供以動力。
[0022]發(fā)動機(jī)缸體2包括多個氣缸。示例性地，圖1中描繪了四個氣缸9。發(fā)動機(jī)缸體2可以具有任何尺寸、任何數(shù)量的氣缸(諸如6、8、12、16或20)、以及以任何構(gòu)造(例如“V”、直列或徑向構(gòu)造)。
[0023]每個氣缸9裝備有至少一個入口閥16 (例如兩個)和至少一個出口閥18 (也例如兩個)。入口閥16流體地連接至增壓空氣系統(tǒng)4并且能夠向氣缸9中提供增壓空氣或者增壓空氣與氣體燃料的混合物。類似地，出口閥18流體地連接至排氣系統(tǒng)5并且能夠?qū)⑴艢鈴南鄳?yīng)的氣缸9引出。
[0024]增壓空氣(也稱為入口空氣)通過包括空氣進(jìn)入處20、用以加壓空氣的壓縮器22以及增壓空氣冷卻器24的增壓空氣系統(tǒng)4來提供。(增壓空氣)入口歧管26流體地連接在增壓空氣冷卻器24的下游并且經(jīng)由特定氣缸入口通道28將增壓空氣引入相應(yīng)的氣缸9。在入口歧管26內(nèi)，壓強(qiáng)通過壓縮器22設(shè)置并且也稱為入口歧管空氣壓強(qiáng)(IMAP)。
[0025]排氣系統(tǒng)5包括經(jīng)由軸32連接至壓縮器22的排氣渦輪機(jī)30和將排氣從各個排氣出口通道35引導(dǎo)至排氣渦輪機(jī)30的(排氣)出口歧管34。
[0026]增壓空氣系統(tǒng)4可以包括一個或多個入口歧管26。類似地，排氣系統(tǒng)5可以包括一個或多個出口歧管34。
[0027]排氣渦輪機(jī)30和壓縮器22可以是單級或多級渦輪增壓系統(tǒng)的部分。渦輪增壓系統(tǒng)允許在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)修改提供至入口歧管26的增壓空氣的常壓(IMAP)。
[0028]另外，入口閥16和出口閥18可以分別安裝在入口通道28和出口通道35內(nèi)。入口通道28以及出口通道35可以設(shè)置在共用氣缸蓋內(nèi)或覆蓋相應(yīng)氣缸9的單獨(dú)的氣缸蓋內(nèi)。
[0029]操作入口閥16和出口閥18可以在活塞振動過程中經(jīng)歷特定氣缸定時，即，打開時間和關(guān)閉時間，以及由此打開持續(xù)時間。依賴這些參數(shù)，提供到每個氣缸內(nèi)用于燃燒的空氣量能夠被調(diào)節(jié)。
[0030]氣體燃料系統(tǒng)6包括連接到氣體燃料管件42的氣體燃料源36。氣體燃料源36構(gòu)成用于為在GFM中燃燒而供應(yīng)氣體燃料的氣體燃料供給裝置。例如，氣體燃料源36包括氣體閥單元和包含加壓狀態(tài)的天然氣的氣體燃料箱。
[0031]氣體燃料系統(tǒng)6的氣體閥單元可以被構(gòu)造成允許、阻止以及控制從氣體燃料箱到氣體燃料管件42中的流動。氣體閥單元可以包括氣體燃料控制閥、氣體燃料切斷閥和通流閥。
[0032]如圖1所示，氣體燃料管件42流體地連接至氣體燃料歧管54，該氣體燃料歧管54包括多個氣體燃料通道56。每個氣體燃料通道56流體地連接至多個入口通道28中的一個入口通道。為了將氣體燃料配量到各個入口通道28中，例如每個