運行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動機中的失火檢測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及內(nèi)燃發(fā)動機。更具體地，本發(fā)明涉及在至少部分地運行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動機的運行期間檢測不完全燃燒。
【背景技術(shù)】
[0002]可以至少部分地運行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動機包括氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動機和雙燃料(DF)內(nèi)燃發(fā)動機。例如，DF內(nèi)燃發(fā)動機配置用于運行液體燃料(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)動機的缸內(nèi)的氣體燃料和空氣的混合物只被火焰部分地消耗時發(fā)生。不完全燃燒可由點火系統(tǒng)的故障引起，使得例如形成不充分的點火火焰。替代地，燃料和空氣的混合物會被不適當?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，因為那些混合物少而且燃料在一個燃燒循環(huán)內(nèi)會被不充分地消耗。作為不希望看到的結(jié)果，未燃燒燃料會在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣通道中積聚。這可導致發(fā)動機的爆炸和潛在損害。
[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N0.13174377.5中公開了一種示例性DF內(nèi)燃發(fā)動機。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)動機的車載診斷中的各種發(fā)動機失火檢測方法的概述。
[0005]本發(fā)明至少部分針對改進或克服現(xiàn)有系統(tǒng)的一個或多個方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開了一種檢測至少部分地運行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動機中不完全燃燒的方法。所述方法包括:接收對應于燃燒期間缸壓力的時間發(fā)展(temporaldevelopment)的壓力數(shù)據(jù)；從壓力數(shù)據(jù)導出燃燒的燃燒能量值；確定所述導出的燃燒能量值超過預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)可對應于單個燃燒循環(huán)內(nèi)缸壓力的時間發(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，至少部分地運行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動機包括:氣體燃料點火系統(tǒng)，以點火氣體燃料與空氣的混合物；傳感器，其配置成檢測對應于燃燒期間缸壓力的時間發(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]在一些實施例中，確定所導出的燃燒能量值超過預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平，可包括提供預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平和將預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平與所導出的燃燒能量值進行比較。通過提供閾值水平和比較閾值水平與所導出的燃燒能量值，不需要使用來自發(fā)動機的進一步信息確定燃燒事件是完全燃燒，還是不完全燃
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[0010]在一些實施例中，預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可通過從儲存在內(nèi)燃發(fā)動機的控制單元上的預先設(shè)置發(fā)動機特定數(shù)據(jù)庫讀取預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平來提供。因為預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平儲存在控制單元上，所以可容易地得到預先確定燃燒循環(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]在一些實施例中，預先確定燃燒循環(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)動機的負載或速度的函數(shù)給定的閾值。從而，例如在低負載或低速下運行期間的內(nèi)燃發(fā)動機的易失火性可被考慮在內(nèi)。
[0012]在一些實施例中，預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可根據(jù)與缸的失火相關(guān)聯(lián)的預先確定燃燒能量值進行設(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]在一些實施例中，預先確定燃燒循環(huán)特定燃燒閾值水平可以是檢測到失火時的熱釋放率、內(nèi)燃發(fā)動機缸中的最大燃燒壓力、或者平均指示有效壓力之一。
[0014]在一些實施例中，檢測到失火時的熱釋放率、內(nèi)燃發(fā)動機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內(nèi)燃發(fā)動機的運行期間熱釋放率、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行氣體燃料的示例性內(nèi)燃發(fā)動機的示意圖；
[0018]圖2示出了 DF內(nèi)燃發(fā)動機的缸的橫截面示意圖；
[0019]圖3示出了氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動機的缸的橫截面示意圖；
[0020]圖4示出了檢測內(nèi)燃發(fā)動機的缸內(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)動機的各種運行條件期間缸壓力的示例性時間-壓力圖；以及
[0022]圖6示出了檢測包括控制回路的內(nèi)燃發(fā)動機的缸內(nèi)不完全燃燒的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面是本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述。本文所描述的和附圖所示出的示例性實施例旨在教導本發(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)境中實施并使用本發(fā)明，并將本發(fā)明實施和用于許多不同的應用中。因此，示例性實施例不是，并且不應該被認為是專利保護范圍的限制性描述。相反，專利保護的范圍應該由所附權(quán)利要求書限定。
[0024]本發(fā)明部分基于內(nèi)燃發(fā)動機的缸內(nèi)不完全燃燒可通過燃燒的燃燒能量值檢測的認識，所述燃燒能量值可從燃燒期間缸壓力的時間發(fā)展導出。缸壓力的所述時間發(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)動機的運行，向發(fā)動機的使用者指示內(nèi)燃發(fā)動機的失效并且/或者啟動適當?shù)膽獙Υ胧┮苑乐共煌耆紵俅伟l(fā)生。例如，控制系統(tǒng)可增加進入缸的混合物的燃料-空氣的比例。如果內(nèi)燃發(fā)動機是運行在氣體燃料模式下的DF內(nèi)燃發(fā)動機，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]至少部分地運行氣體燃料的內(nèi)燃發(fā)動機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在下面進行了描述。
[0027]圖1示意性地示出了至少部分地運行氣體燃料的示例性內(nèi)燃發(fā)動機100，例如DF發(fā)動機(圖2示意性地示出)或者氣體燃料發(fā)動機(圖3示意性地示出)。
[0028]內(nèi)燃發(fā)動機100包括發(fā)動機機體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)動機100可用液體燃料提供動力，例如液體燃料模式(LFM)的柴油燃料，和用氣體燃料提供動力，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)動機機體2包括多個缸。圖1示例性地描繪了四個缸9。發(fā)動機機體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，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]每個缸9都配備有至少一個入口閥16和至少一個出口閥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的缸9導出。
[0031]充氣由充氣系統(tǒng)4提供，所述充氣系統(tǒng)4包括進氣口 20、用于充氣的壓縮機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的下游并且引導充氣經(jīng)由缸特定入口通道28進入相應的缸9中。
[0032]排氣系統(tǒng)5包括排氣渦輪機30和排氣歧管34，所述排氣渦輪機30通過軸32連接至壓縮機22，并且排氣歧管34將排氣從單個排氣出口通道35引導至排氣渦輪機30。
[0033]充氣系統(tǒng)4可包括一個或多個充氣歧管26。類似地，排氣系統(tǒng)5可包括一個或多個排氣歧管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。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氣體燃料通道56的氣體燃料歧管54。各個氣體燃料通道56流體地連接至所述多個入口通道28之一。為了將氣體燃料供入單獨入口通道28中，在各個氣體燃料通道56中安裝了氣體燃料進氣閥58。在一些實施例中，內(nèi)燃發(fā)動機100可包括多于一個的氣體燃料歧管54。
[0038]各個氣體燃料進氣閥58配置成允許或者阻斷氣體燃料進入單獨入口通道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。從而，各個氣體燃料進氣閥58的下游產(chǎn)生缸特定混合區(qū)域。例如，氣體燃料進氣閥58可以是螺線管驅(qū)動的板閥，其中彈簧保持可運動盤的下表面靠著固定盤或板的上表面，所述兩個表面配置成在氣體燃料進氣閥58的關(guān)閉狀態(tài)中提供密封關(guān)系。各個氣體燃料進氣閥58可安裝至覆蓋至少一個缸9的缸蓋。
[0039]吹掃氣體系統(tǒng)7 (圖1中用短劃框標示)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)的氮氣)沖洗氣體燃料管道42、氣體燃料歧管54等。
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