用于控制富化预燃室化学计量比的系统和方法技术方案

一种用于控制富化预燃室化学计量比的系统，包括预燃室点火装置和点火控制系统，该点火控制系统包括被构造成测量预燃室中CO2或O2中至少一种的量的传感器、发动机正时传感器、燃料质量传感器以及电子控制单元。电子控制单元被构造成从传感器中每个接收信号并且确定预燃室的空燃比以用于和目标空燃比进行比较，以及基于比较结果产生燃料输送信号。

System and Method for Controlling Chemometric Ratio of Rich Precombustion Chamber

A system for controlling the stoichiometric ratio of the enriched precombustion chamber includes a precombustion chamber ignition device and an ignition control system. The ignition control system includes a sensor constructed to measure at least one quantity of CO2 or O2 in the precombustion chamber, an engine timing sensor, a fuel quality sensor and an electronic control unit. The electronic control unit is constructed to receive signals from each sensor and determine the air-fuel ratio of the precombustion chamber for comparison with the target air-fuel ratio, as well as to generate fuel delivery signals based on the comparison results.

【技术实现步骤摘要】
用于控制富化预燃室化学计量比的系统和方法
本专利技术总体上涉及用于发动机的点火控制系统，并且更具体地涉及用于控制发动机中的预燃室点火装置的化学计量比的系统和方法。
技术介绍
在发动机中使用辅助燃烧室装置(通常称为预燃室装置或预燃室点火装置)以控制点火并改善燃料利用或以其他方式改善或影响性能是本领域所公知的。预燃室装置通常包括用于燃烧空气和燃料的混合物的辅助燃烧室(即，燃烧预燃室或预燃室)。预燃室中的燃烧常常通过火花塞等火花引发。所得到的燃烧气体迅速地膨胀，最终通过形成在预燃室中的点火出口从预燃室逃逸，并进入主燃烧室，从而向燃料和空气的主供给提供比点火器能单独提供的更热更均匀的点火催化。相比于其他点火策略，火花式点火的可靠性和有效性可能更依赖于燃料质量和空气燃料混合物的均匀性。例如，由于燃料质量的不同，诸如天然气的燃料可能经历点火问题或不稳定燃烧，特别是在贫混合物中。这些和其他问题可能同时不利地影响预燃室和主燃烧室两者中的点火和燃烧，从而可能引起诸如不可靠点火正时、点火失败、发动机爆震、增加了诸如NOx的废气排放、降低了热效率以及发动机性能整体降低的问题。人们已经尝试通过调整输送至预燃室的燃料和/或空气来解决这些问题和类似问题。在耶格尔(“Yeager”)的美国专利申请第15/296,181号(目前是美国专利第9,903,264号)中阐述了一个这样的策略。耶格尔提出了一种用于发动机汽缸的控制系统，其被构造为响应于预燃室和主燃烧室中的相对压力比调整燃烧输送。该系统利用定位在预燃室和主燃烧室两者中的压力传感器。处理器明显地基于压力差生成用来改变到预燃室或燃烧室的燃料输送的信号。但是在一些应用中，仍然期望改进或替代的策略以用于确定预燃室燃烧特性变化并针对各种目的作出调整。
技术实现思路
在一个方面，一种用于内燃机的点火控制系统包括：传感器，其被构造成测量预燃室点火装置的燃烧预燃室中CO2或O2中的至少一种；以及电子控制单元。电子控制单元被构造成：接收指示CO2或O2中至少一个的量的数据，确定与CO2或O2中至少一种的该量的产生相关联的预燃室的空燃比，以及输出燃料输送信号以朝着目标空燃比调整燃烧预燃室中的空燃比。在另一个方面，一种调整内燃机中燃烧预燃室的化学计量比的方法包括：产生指示通过在燃烧预燃室中燃烧空气和燃料的第一供给所产生的CO2或O2中至少一种的量的数据，输出燃料输送信号以改变在燃烧空气和燃料的第一供给之后输送给燃烧预燃室的燃料量，以及在燃烧预燃室中点燃燃料和空气的第二供给，该燃料和空气的第二供给具有基于燃料输送信号的燃料量。在又另一个方面，一种内燃机包括：发动机缸体、形成在发动机缸体中的汽缸、设置在汽缸中的活塞、具有燃烧室的预燃室点火装置，以及点火控制系统，活塞和汽缸限定了燃烧室。点火控制系统包括：被构造成测量CO2或O2中至少一种的预燃室传感器、发动机正时传感器、被构造成向燃烧预燃室输送燃料的燃料供应系统，以及电子控制单元。电子控制单元被构造成至少部分基于通过预燃室传感器和发动机正时传感器接收的数据控制燃烧预燃室中的空燃比。附图说明图1是根据一个实施例的具有点火控制系统的发动机的局部剖开的侧面示意图；图2是根据一个实施例的用于预燃室的点火控制系统的一部分局部切开的示意图；图3是根据一个实施例的用于预燃室的点火控制系统的框图；以及图4是示出了根据一个实施例的示例性过程和控制逻辑的流程图。具体实施方式现在参考图1，显示了具有预燃室点火装置(之后称为“预燃室装置”)12的内燃机(之后称为“发动机”)10的局部剖视图。发动机10包括点火控制系统100，其被构造成监测并调整预燃室装置12的辅助燃烧室(之后被称为“预燃室”)14(如图2中所示，之后进行讨论)内的空燃比(AFR)。发动机10是其中可以实施本专利技术的实施例的示范性发动机。发动机10可以是四冲程气体燃料发动机，尽管本领域技术人员可以认识到，本专利技术并不受限于此并且可以在任何预燃室点火燃烧发动机中实施。发动机10可以包括在其中具有汽缸18的发动机壳体或缸体16，以及在汽缸18内的活塞20。活塞20和汽缸18限定了主燃烧室(之后称为“燃烧室”)，其以附图标记22示出。发动机10可以包括任何数量的汽缸18和活塞20，其可以按照任何合适的构造设置，比如“直列式”或“V型”构造。活塞20可以通过连杆26联接至曲轴24，使得活塞20在上止点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间的往复运动驱动曲轴24的旋转。进气管线28可以流体地将发动机10联接到燃料源30和/或空气源32以将空气、燃料或空气燃料混合物中的至少一种传送至燃烧室22。燃料可以通过流体地联接燃料源30和预燃室装置12的燃料输送管线34传送至预燃室装置12。现在也参考图2，显示了预燃室装置12的剖视图。燃料输送管线34可以联接到形成在预燃室装置12内并延伸到预燃室14的燃料通道36，燃料通道36被构造成将燃料或可能的燃料和空气混合物从燃料输送管线34输送至预燃室14。燃料源30可以包含任何的气体燃料，比如天然气、生物气、甲烷、填埋气、丙烷等，它们以压缩气体状态或作为低温液体来储存。在一些实施例中，发动机10可包括两种以上的燃料源，其可以包含多种类型的燃料。空气源32可以包括，例如环境空气进气口或者涡轮增压器中的压缩机出口。在一些实施例中，发动机10可以包括废气再循环(EGR)系统(未示出)，其被构造成将废气引向进气管线28，例如用于和燃烧室22和/或预燃室14中的燃料和空气混合。预燃室装置12可以定位在发动机10中使得预燃室14至少部分在燃烧室22内。预燃室装置12可以包括形成在预燃室壁40中的一个或多个点火出口38，点火出口38在预燃室14和预燃室装置12的外表面42之间延伸。点火出口38可以被构造成流体地联接预燃室14和燃烧室22。预燃室装置12还包括与预燃室装置12联接的火花点燃装置44，比如具有火花间隙的火花塞，以用于点燃预燃室14中空气和燃料的供给。空气和燃料的供给的燃烧形成燃烧气体，该燃烧气体迅速膨胀并且通过点燃出口38离开到达燃烧室22。从预燃室14逃逸的热燃烧气体随后点燃燃烧室22中的空气燃料混合物。所引起的燃烧反应导致燃烧气体的迅速膨胀，这将活塞20推向BDC位置。点火出口38还可以用作预燃室14的空气进口。活塞20从BDC位置到TDC位置的移动减小了燃烧室22的容积，从而促使一定量的空气和/或一定量的空气燃料混合物或者与燃料或废气中一个或两个混合的空气通过点燃出口38进入预燃室14。传送至预燃室14的气体与输送至预燃室装置12的燃料相混合。发动机10进一步包括点火控制系统(之后称为“系统”)100，其被构造成通过确定预燃室的AFR控制预燃室化学计量比，并且命令改变燃料或其他物质到预燃室14的输送以通过朝着目标AFR调整而改变AFR。目标AFR可以是：空气和燃料的混合物或其他混合物具有已经根据预燃室14中的期望燃烧特性被确定为利于燃烧的化学计量比平衡。目标AFR可以基于任何数量的考虑因素而变化，比如发动机构造或燃料类型，或者反映像性能优化或法规遵从的外部因素，或其他因素。已经观察到，相对精确和准确地知晓并控制预燃室AFR有助于实现对预燃室中点火正时以及由此对主燃烧室中点火正时的精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内燃机的点火控制系统，包括：传感器，所述传感器被构造成测量预燃室点火装置的燃烧预燃室中的CO2或O2中的至少一种；以及电子控制单元，所述电子控制单元被构造成：接收指示所述CO2或O2中至少一种的量的数据；确定与所述CO2或O2中至少一种的所述量的产生相关联的所述燃烧预燃室中的空燃比；以及输出燃料输送信号以向目标空燃比调整所述燃烧预燃室中的空燃比。

【技术特征摘要】
2017.07.21 US 15/6569441.一种用于内燃机的点火控制系统，包括：传感器，所述传感器被构造成测量预燃室点火装置的燃烧预燃室中的CO2或O2中的至少一种；以及电子控制单元，所述电子控制单元被构造成：接收指示所述CO2或O2中至少一种的量的数据；确定与所述CO2或O2中至少一种的所述量的产生相关联的所述燃烧预燃室中的空燃比；以及输出燃料输送信号以向目标空燃比调整所述燃烧预燃室中的空燃比。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括燃料质量传感器，所述燃料质量传感器被构造成测量指示被供应给所述燃烧预燃室的燃料中氢与碳比率的燃料参数。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制单元被进一步构造成基于所述燃料参数确定所述空燃比。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制单元被进一步构造成基于所述燃料输送信号控制用于所述点火控制系统的燃料供应系统中的阀的命令。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制单元被进一步构造成将已确定的空燃比与目标空燃比进行比较，并且基于所述已确定的空燃比和所述目标空燃比之间的差生成所述燃料输送信号。6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括发动机正时传感器，其中所述空燃比的确定反映了发动机正时。7.根据权利要求5所述的系统，进一步包括具有燃烧预燃室的预燃室点火装置，以及与所述预燃室点火装置联接的火花点燃装置。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述燃料供应系统包括气体燃料的供应。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子控制单元被构造成在较早发动机循环期间确定所述预燃室中的所述空燃比，并且生成所述燃料输送信号以调整用于稍后发动机循环的所述空燃比。10.一种调整内燃机中燃烧预燃室的化学计量比的方法，包括：产生指示通过在燃烧预燃室中燃烧空气和燃料的第一供给所产生的CO2或O2中至少一种的量的数据；输出燃料输送信号以改变在燃烧所述空气和燃料的第一供给之后输送给所述燃烧预燃室的燃料量...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·王，D·金特，J·辛格，A·基姆，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US