用于增加氣體燃料置換的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的氣體燃料置換，并且更具體地涉及一種用于增加氣體燃料置換的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多種應(yīng)用中使用氣體燃料供能發(fā)動機(jī)以及以多種不同燃料操作的發(fā)動機(jī)。例如，機(jī)車或其他重型設(shè)備的發(fā)動機(jī)可以通過天然氣供能。用于在機(jī)動車輛中輸送的天然氣的優(yōu)選形式是液化天然氣(LNG)，因為它的較高能量密度。LNG可以在氣體燃料罐內(nèi)輸送，在其遞送到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)之前加壓并加熱到氣體狀態(tài)。壓縮的天然氣(CNG)可以噴射到發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)并諸如通過火花或先導(dǎo)燃料(例如柴油燃料)點燃。在一個例子中，CNG使用高壓直接噴射(HPDI)噴射，其中高壓栗在LNG加溫到超臨界氣體狀態(tài)之前加壓LNG，并接著發(fā)送到HPDI內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
[0003]作為雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的例子，授予Brown等人的美國專利N0.6073592(“’592專利”)公開一種控制系統(tǒng)，其包括控制柴油燃料模式功能的主電子控制模塊以及控制雙燃料發(fā)動機(jī)的氣體燃料功能的一個或多個輔電子控制模塊。與一個或多個輔電子控制模塊連通的主電子控制模塊驅(qū)動柴油燃料噴射器，處理柴油操作所需的傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)控并保護(hù)柴油操作期間的發(fā)動機(jī)，啟動和停止發(fā)動機(jī)，并處理操作者輸入。剩余的電子控制功能被分配在輔電子控制模塊中，其包括控制電磁氣體引入閥。主電子控制模塊在任何氣體燃料模式特定部件失效的事件中，或者如果主電子控制模塊和輔電子控制模塊之間的連通失效，將操作轉(zhuǎn)換成液體燃料模式。因此，即使一個或全部輔電子控制模塊失效，發(fā)動機(jī)的操作也可繼續(xù)。
[0004]雖然’592專利中公開的雙燃料發(fā)動機(jī)包括在任何雙燃料模式特定部件失效的情況下允許從雙燃料模式轉(zhuǎn)變到只是柴油燃料模式的控制，還存在改進(jìn)的空間。發(fā)動機(jī)使用的不同類型的燃料的相對成本和可用性也可形成希望增加發(fā)動機(jī)可以使用的最廉價燃料的量和/或最容易得到燃料的量的狀況。不同類型的燃料的不同燃燒特性且甚至對于從不同來源獲得的相同類型燃料來說，需要一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠在始終滿足所有操作目標(biāo)的同時使得可以使用的優(yōu)選燃料的量最大化，并對于具有不同燃燒特性的不同燃料進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。
[0005]本發(fā)明的系統(tǒng)針對克服以上提出的一個或多個問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)可包括與發(fā)動機(jī)的每個缸相聯(lián)的至少一個缸壓力傳感器?？刂葡到y(tǒng)還可包括數(shù)據(jù)收集模塊，其被構(gòu)造成接收來自至少一個缸壓力傳感器的每個的實時缸壓力測量值并由實時缸壓力測量值計算一個或多個實際燃燒參數(shù)值?？刂葡到y(tǒng)還可包括比較模塊，其被構(gòu)造成接收來自數(shù)據(jù)收集模塊的計算的一個或多個實際燃燒參數(shù)值，并將每個缸的計算的一個或多個實際燃燒參數(shù)值與參考燃燒參數(shù)值比較，以確定其之間的任何差別。控制系統(tǒng)還可過程控制模塊，其被構(gòu)造成控制供應(yīng)到每個缸的至少兩種不同類型的燃料的燃料噴射，以減小每個缸的計算的實際燃燒參數(shù)值和參考燃燒參數(shù)值之間的任何差別。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種能夠以組合的液體和氣體燃料模式操作的多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)可包括多個缸、與多個缸的每個相聯(lián)的實時缸壓力傳感器、液體燃料噴射系統(tǒng)、氣體燃料噴射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可包括數(shù)據(jù)收集模塊，其被構(gòu)造成接收來自每個缸壓力傳感器的實時缸壓力測量值，并由實時缸壓力測量值計算一個或多個實際燃燒參數(shù)值?？刂葡到y(tǒng)還可包括比較模塊，其被構(gòu)造成接收來自數(shù)據(jù)收集模塊的計算的一個或多個實際燃燒參數(shù)值，并將每個缸的計算的一個或多個實際燃燒參數(shù)值與參考燃燒參數(shù)值比較，以確定其之間的任何差別，其中參考燃燒參數(shù)值對于每個缸都是相同的?？刂葡到y(tǒng)還可包括過程控制模塊，其被構(gòu)造成控制至少液體燃料和氣體燃料的燃料噴射和點燃中的一種或多種，以減小每個缸的計算的實際燃燒參數(shù)值和參考燃燒參數(shù)值之間的任何差別。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于控制能夠以至少組合的液體和氣體燃料模式操作的多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法可包括接收來自多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的每個缸的實時缸壓力測量值。該方法還可包括基于實時缸壓力測量值計算一個或多個實際燃燒參數(shù)值。該方法還可包括將每個缸的計算的實際燃燒參數(shù)值與參考燃燒參數(shù)值比較以確定其之間的任何差別。該方法可包括控制至少液體燃料和氣體燃料的燃料噴射和點燃中的一種或多種，以減小每個缸的計算的實際燃燒參數(shù)值和參考燃燒參數(shù)值之間的任何差別。
[0009]本發(fā)明的其他特征和方面將從以下描述和附圖中明白。
【附圖說明】
[0010]圖1示出多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示例性示意圖；
[0011]圖2示出多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)的示意圖；
[0012]圖3示出圖示圖1的多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的每個缸的閉環(huán)控制的示例性流程圖；以及
[0013]圖4示出圖示圖3的閉環(huán)控制的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]圖1圖示可以不同類型的燃料(諸如重燃料油(HF0)、柴油燃料、生物柴油、汽油和天然氣)操作的多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100的示例性應(yīng)用。示例性多燃料發(fā)動機(jī)100可以液體燃料模式、氣體燃料模式和組合的液體和氣體燃料模式操作。
[0015]在液體燃料模式期間，液體燃料噴射系統(tǒng)130將液體燃料提供給燃燒室106內(nèi)的充量空氣，并且充量空氣/液體燃料混合物可以通過壓縮點燃。與諸如汽油供能發(fā)動機(jī)的火花點燃發(fā)動機(jī)不同，柴油發(fā)動機(jī)和均質(zhì)充量壓縮點燃(HCCI)發(fā)動機(jī)依賴自動點燃以便開始燃燒。在火花點燃發(fā)動機(jī)中，自動點燃是不希望的，因為這會造成爆震，并且過多爆震會在發(fā)動機(jī)上形成超過可接受閾值水平的應(yīng)力。燃料自動點燃的趨勢與燃料的辛烷水平成反比。在高性能高壓縮火花點燃發(fā)動機(jī)中，會需要較高辛烷燃料來避免不希望的爆震。用于依賴于自動點燃來開始燃燒的柴油發(fā)動機(jī)和HCCI發(fā)動機(jī)的燃料通常被給予與辛烷定額正好相反的十六烷定額，因為十六烷定額是燃料自動點燃趨勢的度量。諸如CNG的氣體燃料比柴油燃料更難以自動點燃，通常自動點燃所需的壓縮比可以是造成柴油燃料自動點燃的壓縮比的十倍以上那樣高。因此，出于點燃目的，已經(jīng)開發(fā)出將氣體燃料與液體燃料混合的不同方法。在氣體燃料模式期間，諸如天然氣的氣體燃料可以受控地釋放到連接到缸104的氣體引入端口，產(chǎn)生充量空氣/氣體燃料混合物。在組合的液體和氣體燃料模式中，在預(yù)定時間周期之后，少量柴油燃料可噴射到容納充量空氣/氣體燃料混合物的缸104內(nèi)，以點燃燃料混合物。用作點燃燃料的柴油燃料量可以是液體燃料模式期間噴射的燃料量的大約3%。壓縮點燃柴油燃料，繼而點燃充量空氣/氣體燃料混合物。為了以液體燃料模式以及氣體燃料模式操作，用于多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)可以控制液體燃料噴射系統(tǒng)130、氣體燃料噴射系統(tǒng)140和點燃燃料噴射系統(tǒng)150的部件。
[0016]參考圖1，示出了包括發(fā)動機(jī)單元、空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100的示例性示意圖。發(fā)動機(jī)單元包括發(fā)動機(jī)缸體102、提供至少一個燃燒室106以便燃燒燃料的至少一個缸104、活塞108和經(jīng)由活塞桿112連接到活塞108的曲軸110?；钊?08可以被構(gòu)造成在缸104內(nèi)往復(fù)。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的多種應(yīng)用中，多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100可用作非公路采礦卡車、用于推進(jìn)的大型海洋船舶、諸如井壓裂或鉆井的石油應(yīng)用以及可得益于這種發(fā)動機(jī)提供的靈活性的其他應(yīng)用中的功率源。在這些應(yīng)用的一些中，多燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)可以動態(tài)氣體混合(DGB)模式使用多種燃料。DGB模式的特征在于噴射氣體燃