用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于控制往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法、一種構(gòu)造成執(zhí)行所述方法的控制系統(tǒng)和一種包括所述控制系統(tǒng)的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒過(guò)程可能受各種現(xiàn)象影響，這些現(xiàn)象導(dǎo)致內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的降低的功率輸出、增加的磨損和/或輕微和大的損壞。所述現(xiàn)象的示例包括提前點(diǎn)火事件和爆震事件(也稱(chēng)為爆燃和延后點(diǎn)火)。在提前點(diǎn)火和爆震事件中，燃燒室中在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的期望點(diǎn)火之前或之后產(chǎn)生至少一個(gè)第二火焰前沿。第二火焰前沿可由于例如熱點(diǎn)和過(guò)度壓縮所導(dǎo)致的自燃而在燃燒室中產(chǎn)生。源自期望的點(diǎn)火的第一火焰前沿和至少一個(gè)第二火焰前沿甚至可能在燃燒室中相撞。結(jié)果，可能產(chǎn)生過(guò)高的溫度和氣缸壓力。
[0003]燃燒過(guò)程中可能發(fā)生的又一種現(xiàn)象是燃燒速度的突然和非期望的升高。燃燒速度的突然升高能先于爆震事件發(fā)生并可能引起爆震事件。燃燒速度升高的現(xiàn)象尤其可能在利用氣態(tài)燃料運(yùn)行的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)如奧托式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、柴油燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(DF發(fā)動(dòng)機(jī))的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生。
[0004]燃燒速度升高帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是大部分燃料在活塞向下止點(diǎn)(BDC)行進(jìn)的過(guò)程中仍接近上止點(diǎn)(TDC)時(shí)燃燒。與由于接近TDC的活塞位置而有限的空間相結(jié)合地引起燃燒氣體的膨脹的所釋放的熱會(huì)引起高氣缸壓力，這可能損壞受影響的氣缸。
[0005]本發(fā)明旨在至少部分地改善或克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一個(gè)方面，公開(kāi)了一種用于控制往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)至少部分地利用氣態(tài)燃料工作。該方法可包括接收燃燒事件的壓力數(shù)據(jù)集(數(shù)據(jù)組)，該壓力數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)于在燃燒事件期間氣缸壓力的時(shí)間演化(時(shí)間發(fā)展)。該方法還可包括判斷所接收的壓力數(shù)據(jù)集是否指示處于預(yù)設(shè)的點(diǎn)火正時(shí)窗口內(nèi)的實(shí)際點(diǎn)火正時(shí)。該方法還可以包括從所接收的壓力數(shù)據(jù)集來(lái)推導(dǎo)燃燒事件的實(shí)際燃燒持續(xù)時(shí)間，并且判斷所推導(dǎo)的燃燒事件的燃燒持續(xù)時(shí)間是否比預(yù)設(shè)的燃燒持續(xù)時(shí)間短。該方法還可包括提供控制信號(hào)以調(diào)節(jié)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。
[0007]例如，提供控制信號(hào)可包括降低與實(shí)際燃燒持續(xù)時(shí)間比預(yù)設(shè)的燃燒持續(xù)時(shí)間短的判斷(確定)相關(guān)聯(lián)的氣缸的負(fù)荷。又例如，提供控制信號(hào)可包括延遲與實(shí)際燃燒持續(xù)時(shí)間比預(yù)設(shè)的燃燒持續(xù)時(shí)間短的判斷相關(guān)聯(lián)的氣缸的期望點(diǎn)火正時(shí)。
[0008]在本發(fā)明的另一方面，公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可包括壓力傳感器和控制單元，所述壓力傳感器構(gòu)造成測(cè)量氣缸壓力的時(shí)間演化，所述控制單元與所述壓力傳感器連接并且構(gòu)造成執(zhí)行如文中示例性地公開(kāi)的方法。
[0009]在本發(fā)明的又一方面，公開(kāi)了一種往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)至少部分地利用氣態(tài)燃料工作。該往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可包括如文中示例性地公開(kāi)的控制系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的其它特征和方面將從下文的描述和附圖而顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]結(jié)合在本文中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并連同說(shuō)明一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0012]圖1示出了可至少部分地利用氣態(tài)燃料工作的示例性?xún)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0013]圖2示出了 DF內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的示意性的截面圖；
[0014]圖3示出了氣態(tài)燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的示意性的截面圖；
[0015]圖4示出了用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性方法的流程圖；
[0016]圖5示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況期間的氣缸壓力的示例性時(shí)間-壓力圖；以及
[0017]圖6示出了可用來(lái)確定燃燒事件的燃燒持續(xù)時(shí)間的時(shí)間-燃燒能量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下是對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述。文中所述和附圖所示的示范性的實(shí)施例旨在教導(dǎo)本發(fā)明的原理，從而使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在許多不同的環(huán)境中并針對(duì)許多不同應(yīng)用實(shí)施并使用本發(fā)明。因此，示例性實(shí)施例并非旨在成為且不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)專(zhuān)利保護(hù)范圍的限制性說(shuō)明。確切而言，專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)該通過(guò)所附權(quán)利要求來(lái)限定。
[0019]本發(fā)明部分地基于這樣的認(rèn)識(shí)，S卩，用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制策略可包括判斷是否發(fā)生突然提高的燃燒速度。為了可靠地確定過(guò)快的燃燒并將其與燃燒期間可能發(fā)生的其它現(xiàn)象進(jìn)行區(qū)分，可能需要判斷要評(píng)估的燃燒事件是否不存在任何提前點(diǎn)火事件和/或任何爆震事件。這種區(qū)分允許在發(fā)生所監(jiān)視的現(xiàn)象之一的情況下對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行針對(duì)現(xiàn)象的控制。特別地，本發(fā)明著重于在判斷出所評(píng)估的燃燒事件中發(fā)生突然提高的燃燒速度的情況下可執(zhí)行的控制步驟。
[0020]本發(fā)明還部分地基于這樣的認(rèn)識(shí)，S卩，以穩(wěn)健和可靠的方式推導(dǎo)燃燒持續(xù)時(shí)間可以通過(guò)評(píng)估氣缸壓力在燃燒事件期間的時(shí)間演化來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體地，從氣缸壓力的時(shí)間演化迂回推導(dǎo)燃燒能量的時(shí)間演化的判斷可允許以可靠地評(píng)估燃燒事件所需的準(zhǔn)確度來(lái)檢測(cè)燃燒持續(xù)時(shí)間。特別地，發(fā)現(xiàn)上文指出的迂回易于允許在較早階段將燃燒事件與升高的燃燒速度相關(guān)聯(lián)。這可允許相當(dāng)快地采取對(duì)策，從而實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)性的控制系統(tǒng)。
[0021]再者，本發(fā)明部分地基于以下認(rèn)識(shí):在燃燒事件與升高的燃燒速度相關(guān)聯(lián)的情況下，控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)回到受影響氣缸的正常工作可包括延遲受影響氣缸的點(diǎn)火正時(shí)和/或減輕其負(fù)荷。文中公開(kāi)的控制步驟也可受益于如文中公開(kāi)的對(duì)燃燒事件的評(píng)估以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。例如，基于上文指出的檢測(cè)出的燃燒持續(xù)時(shí)間的高準(zhǔn)確度，可以計(jì)算要修正的燃燒事件與期望的預(yù)設(shè)燃燒持續(xù)時(shí)間之間的偏差。該偏差可被用作以改進(jìn)方式選擇和調(diào)整控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)策的輸入。這樣，所執(zhí)行的對(duì)策可僅為最小侵入性的。但是，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)也可在無(wú)任何外部影響的情況下恢復(fù)正常工作。不過(guò)，在此情況下，對(duì)燃燒事件的監(jiān)控特別重要。
[0022]在下文中分別結(jié)合圖1至4和圖4至6描述可至少部分地利用氣態(tài)燃料工作的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)及其示例性控制方法。
[0023]圖1示意性地示出了至少部分地利用氣態(tài)燃料工作的示例性?xún)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100，例如DF發(fā)動(dòng)機(jī)(在圖2中示意性地示出)或氣態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(在圖3中示意性地示出)。
[0024]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2、進(jìn)氣系統(tǒng)4、排氣系統(tǒng)5、包括吹掃氣體系統(tǒng)7的氣態(tài)燃料系統(tǒng)6和/或液態(tài)燃料系統(tǒng)8。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)100可在液態(tài)燃料模式(LFM)下利用諸如柴油的液態(tài)燃料工作，而在氣態(tài)燃料模式(GFM)下利用諸如例如由LNG系統(tǒng)提供的天然氣的氣態(tài)燃料工作。
[0025]發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2包括多個(gè)氣缸。示例性地，圖1中示出了四個(gè)氣缸9。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2可具有任何尺寸，包括任何數(shù)量的氣缸，例如6、8、12、16或20個(gè)，并呈任何構(gòu)型，例如“V”形、直列或放射狀構(gòu)型。
[0026]每個(gè)氣缸9都配備有至少一個(gè)進(jìn)氣門(mén)16和至少一個(gè)排氣門(mén)18。進(jìn)氣門(mén)16與進(jìn)氣系統(tǒng)4流體連接并且構(gòu)造成向氣缸9中提供進(jìn)氣(增壓空氣，charge air)或進(jìn)氣和氣態(tài)燃料的混合物。類(lèi)似地，排氣門(mén)18與排氣系統(tǒng)5流體連接并且構(gòu)造成將廢氣從相應(yīng)氣缸9引出。
[0027]進(jìn)氣由進(jìn)氣系統(tǒng)4提供，該進(jìn)氣系統(tǒng)4包括進(jìn)氣管20、用于充入空氣的壓縮機(jī)22和進(jìn)氣冷卻器24。進(jìn)氣歧管26在進(jìn)氣冷卻器24的下游流體連接并且經(jīng)由氣缸專(zhuān)用輸入通道28將進(jìn)氣引導(dǎo)到相應(yīng)氣缸9中。
[0028]排氣系統(tǒng)5包括經(jīng)由軸32與壓縮機(jī)22連接的排氣渦輪30和將排氣從各個(gè)排氣輸出通道35引導(dǎo)到排氣渦輪30的排氣歧管34。
[0029]進(jìn)氣系統(tǒng)4可包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣歧管26。類(lèi)似地，排氣系統(tǒng)5可包括一個(gè)或多個(gè)排氣歧管34。
[0030]此外，進(jìn)氣門(mén)16和排氣門(mén)18可分別安裝在輸入通道28和輸出通道35內(nèi)。輸入通道28以及輸出通道35可設(shè)置在共同的氣缸蓋或覆蓋氣缸9的單獨(dú)的氣缸蓋內(nèi)。
[0031]氣態(tài)燃料系統(tǒng)6包括與氣態(tài)燃料管道42連接的氣態(tài)燃料源36。氣態(tài)燃料源36構(gòu)成用于在GFM下供給燃燒用的氣態(tài)燃料的氣態(tài)燃料供應(yīng)。例如，氣態(tài)燃料源36包括氣體閥單元和容納處于加壓狀態(tài)的天然氣的氣態(tài)燃料罐。
[0032]氣體閥單元構(gòu)造成允許、阻止和控制從氣態(tài)燃料罐到氣態(tài)燃料管道42中的流動(dòng)。該氣體閥單元可包括氣態(tài)燃料控制閥、氣態(tài)燃料截止閥(切斷閥)和通氣閥。
[0033]氣態(tài)燃料管道42與分割成多個(gè)氣態(tài)燃料通道56的氣態(tài)燃料歧管54流體連接。每個(gè)氣態(tài)燃料通道56都與多個(gè)輸入通道28中的一個(gè)流體連接。為了將氣態(tài)燃料計(jì)量供給到各個(gè)輸入通道28中，在各氣態(tài)燃料通道56中安裝有氣態(tài)燃料進(jìn)入閥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)的氣態(tài)燃料歧管54。
[0034]每個(gè)氣態(tài)燃料進(jìn)入閥58都構(gòu)造成允許或阻止氣態(tài)燃料流入各輸入通道28中以在GFM下與來(lái)自進(jìn)氣系統(tǒng)4的壓縮進(jìn)氣混合。因而，產(chǎn)生位于各氣態(tài)燃料進(jìn)入閥58下游的氣缸指定混合區(qū)。例如，氣態(tài)燃料進(jìn)入閥58可以是螺線(xiàn)管致動(dòng)的盤(pán)狀閥，其中彈簧保持可動(dòng)盤(pán)的下表面靠在靜止的盤(pán)或板的上表面上，這兩個(gè)表面構(gòu)造成在氣態(tài)燃料進(jìn)入閥58的關(guān)閉狀態(tài)下提供密封關(guān)系。每個(gè)氣態(tài)燃料進(jìn)入閥58都可安裝在覆蓋至少一個(gè)氣缸9的氣缸蓋上。
[0035]吹掃氣體系統(tǒng)7 (圖1中用點(diǎn)劃線(xiàn)框表示)包括串聯(lián)連接的吹掃氣罐60、吹掃氣體控制閥62和吹掃氣體截止閥64。吹掃氣罐60構(gòu)成用于使用吹掃氣體如處于加壓狀態(tài)的氮?dú)鉀_洗氣態(tài)燃料管道42、氣態(tài)燃料歧管54等的