使用加工温度控制排气再循环的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种系统，所述系统包括：往复式内燃机，所述往复式内燃气具有一个或多个反应区，所述反应区被配置成接收供给流，所述供给流被配置成在所述一个或多个反应区内反应，从而形成排气流；以及控制器。所述供给流包括氧化剂流、燃料流以及所述排气流的再循环部分。所述控制器被配置成控制所述排气流的所述再循环部分与燃料混合物的比率。所述控制器至少部分基于第一温度、所述供给流的第二温度以及所述排气流的所述再循环部分的第三温度来控制所述比率。所述燃料混合物包括所述氧化剂流和所述燃料流。所述第一温度包括以下项中的一项或任意组合：所述氧化剂流的感测温度、所述燃料流的感测温度或所述燃料混合物的感测温度。

【技术实现步骤摘要】
使用加工温度控制排气再循环的系统和方法
本专利技术涉及一种往复式内燃机，具体来说，涉及通过往复式内燃机将排气与燃料混合物一起再循环。
技术介绍
往复式发动机使用压力，例如燃料空气混合物燃烧产生的压力，来产生高温气体，从而驱动往复式活塞。往复式活塞可以驱动轴以及与轴相连的一个或多个载荷(例如，发电机、压缩机)。在特定构造中，燃料和空气先预混合，然后再点燃，以减少排放并改进燃烧。此外，往复式发动机可以使用排气再循环(EGR)来减少氮氧化物(NOx)的形成。遗憾的是，难以控制适用于发动机的EGR量。
技术实现思路
下文概述了与最初提出权利要求的本专利技术的范围相符的某些实施例。这些实施例并不意图限制本专利技术的范围，相反，这些实施例仅概述本专利技术的可能形式。实际上，本专利技术可涵盖可以与下述实施例类似或不同的各种形式。在第一实施例中，提供了一种系统，所述系统包括：往复式内燃机，所述往复式内燃气具有一个或多个反应区以及控制器，所述反应区被配置成接收供给流，所述供给流被配置成在所述一个或多个反应区内反应，从而形成排气流；。所述供给流包括氧化剂流、燃料流以及所述排气流的再循环部分。所述控制器被配置成控制所述排气流的再循环部分与燃料混合物的比率。所述控制器至少部分基于第一温度、所述供给流的第二温度以及所述排气流的再循环部分的第三温度来控制所述比率。所述燃料混合物包括所述氧化剂流和所述燃料流。所述第一温度包括以下项中的一项或任意组合：所述氧化剂流的感测温度、所述燃料流的感测温度或所述燃料混合物的感测温度。在第二实施例中，提供了一种系统，所述系统包括：第一温度感测系统，所述第一温度感测系统被配置成确定燃料混合物的第一温度；第二温度感测系统，所述第二温度感测系统被配置成确定供给流的第二温度；第三温度感测系统，所述第三温度感测系统配置成确定排气流的再循环部分的第三温度；至少一个流量控制阀；以及往复式内燃机。所述燃料混合物包括氧化剂流和燃料流，并且所述供给流包括所述燃料混合物和所述排气流的再循环部分。所述至少一个控制阀被配置成至少部分基于所述燃料混合物的第一温度、所述供给流的第二温度以及所述排气流的再循环部分的第三温度，控制所述排气流的再循环部分与所述燃料混合物的比率。所述反应区被配置成使供给流发生反应，以形成所述排气流。在第三实施例中，提供了一种操作往复式内燃机的方法，所述方法包括：确定燃料混合物的第一温度；确定供给流的第二温度；确定排气流的再循环部分的第三温度；至少部分基于所述第一温度、所述第二温度和所述第三温度，控制所述排气流的再循环部分与所述燃料混合物的比率；以及至少部分基于所述比率控制供应到所述往复式内燃机的所述供给流。所述供给流在所述往复式内燃机的反应区内反应。所述燃料混合物包括氧化剂流和燃料流。所述供给流包括所述燃料混合物和所述再循环部分。附图说明在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：图1是往复式内燃机的一个实施例的图解，包括本说明书中所述的具有控制系统的排气再循环(EGR)系统的一个实施例；以及图2是一种控制流入往复式内燃机的流量的方法的一个实施例的流程图。具体实施方式下文将描述本专利技术的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要描述，说明书中可能不会描述实际实施方案中的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。另外，应当了解，此类开发工作可能复杂而且耗时，但对所属领域中受益于本专利技术的普通技术人员而言，这将仍是设计、制造以及生产中的常规任务。在介绍本专利技术的各实施例中的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在表示有一个或多个这种元件。术语“包括”和“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。本说明书中所述的排气再循环(EGR)系统在往复式内燃(IC)机内部进行排气再循环。氧化剂和燃料预混合成燃料混合物，然后再喷射到往复式IC机的反应区内。没有排气再循环反应的基本上完整(例如，化学计量)的燃烧几乎能够将所有氧化剂和燃料反应成燃烧产物(例如，二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物(NOx)和水)。使用近似化学计算量或剩余氧化剂反应可能在高温(例如，约2800°F)下反应，从而增加NOx排放。排气的一部分可以再循环以稀释燃料混合物中的氧化剂、降低燃烧温度以及减少NOx排放。燃料混合物和排气的再循环部分可以称为供给混合物。可以增加再循环部分的量，以控制(例如，降低)燃烧温度和NOx排放，并且可以减少再循环部分以控制(例如，提高)往复式IC机的稳定性(例如，火焰稳定性)。控制器和/或阀控制系统可以控制氧化剂、燃料和排气的再循环部分的流动速率，从而使所需成分的供给混合物在往复式IC机中反应。如本说明书中所述，可以至少部分基于燃料混合物的确定温度、供给混合物的确定温度以及排气再循环部分的确定温度，通过控制器确定供给混合物的成分。在一些实施例中，通过控制器确定燃料混合物、供给混合物和排气再循环部分的热函。在一些实施例中，可以至少部分基于燃料混合物的确定压力、供给混合物的确定压力或者排气再循环部分的确定压力或者它们的任意组合增进供给混合物的成分确定。但是，本说明书中所述基于温度通过控制器确定的流动速率可能比单独基于压力测量值确定的流动速率更精确和/或稳定。例如，通过流量控制系统实现的大于约10磅/分钟的氧化剂流动速率可能会由于出现紊流而产生压力波动。此外，通过温度测量值确定流量可能比通过流量计(例如，文丘里式、孔式)和在排气流中直接测量NOx的成本较低和/或系统复杂性较低。图1是往复式内燃(IC)机系统10的一个实施例的图解，所述往复式内燃机系统具有往复式IC机12、流量控制系统14和载荷16，所述载荷由往复式IC机12驱动。载荷16可以包括，但不限于，车辆或固定载荷。在一些实施例中，载荷16可以包括压缩机、泵、发电机、变速器、飞机或船只推进器、鼓风机或能够受往复式IC机12驱动的任何适当装置。流量控制系统14包括氧化剂供应系统18、燃料供应系统20和控制器22(例如，电子控制单元)。氧化剂供应系统18吸入氧化剂流23(例如，氧气、空气、氧化还原空气或氧化增浓空气)并且供应氧化剂流24。在一些实施例中，氧化剂供应系统18从外部环境26吸入氧化剂流23。燃料供应系统20可以包括燃料贮存器28，所述燃料贮存器被配置成向往复式IC机12供应燃料流30。燃料流30的燃料可以包括，但不限于，以下燃料中的一个或多个：甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、异丁烷、丁烷、异戊烷、戊烷、己烷、庚烷、氢气或汽油。燃料供应系统20可以供应液体燃料流30或气体燃料流30。氧化剂流24和燃料流30在预混合管道32内混合，以形成燃料混合物34，所述燃料混合物流动到往复式IC机12的反应区36(例如，燃烧室)内。应了解，往复式IC机12可以具有一个或多个反应区36，每个反应区36邻近在对应气缸40内移动的往复式活塞38。例如，一些往复式IC机12可以包括1个、2个、3个、4个、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，所述系统包括：往复式内燃机，所述往复式内燃机包括一个或多个反应区，所述反应区被配置成接收供给流，其中所述供给流被配置成在所述一个或多个反应区内反应并且形成排气流，并且所述供给流包括氧化剂流、燃料流以及所述排气流的再循环部分；以及控制器，所述控制器被配置成至少部分基于第一温度、所述供给流的第二温度以及所述排气流的所述再循环部分的第三温度，控制所述排气流的所述再循环部分与燃料混合物之间的比率，所述燃料混合物包括所述氧化剂流和所述燃料流；其中所述第一温度包括所述氧化剂流的感测温度、所述燃料流的感测温度或所述燃料混合物的感测温度中的一个感测温度或它们的任意组合。

【技术特征摘要】
2013.10.11 US 14/0522431.一种具有排气再循环系统的系统，所述具有排气再循环系统的系统包括：往复式内燃机，所述往复式内燃机包括一个或多个反应区，所述反应区被配置成接收供给流，其中所述供给流被配置成在所述一个或多个反应区内反应并且形成排气流，并且所述供给流包括氧化剂流、燃料流以及所述排气流的再循环部分；以及控制器，所述控制器被配置成至少部分基于第一温度、所述供给流的第二温度以及所述排气流的所述再循环部分的第三温度，控制所述排气流的所述再循环部分与燃料混合物之间的比率，所述燃料混合物包括所述氧化剂流和所述燃料流；其中所述第一温度包括所述氧化剂流的感测温度、所述燃料流的感测温度或所述燃料混合物的感测温度中的一个感测温度或它们的任意组合，其中所述控制器被配置成基于以下方程式，控制所述排气流的所述再循环部分与所述燃料混合物的所述比率：％EGR＝(Cpmixture*(Tmixture-Tcharge))/(Cpegr*(Tcharge-Tegr)其中％EGR是所述比率，Cpmixture是所述燃料混合物的比热，Tmixture是所述第一温度，Tcharge是所述第二温度，Cpegr是所述再循环部分的比热，并且Tegr是所述第三温度。2.根据权利要求1所述的系统，其中Cpmixture等于Cpegr。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括存储器，所述存储器被配置成存储Cpmixture值以及Cpegr值。4.根据权利要求1所述的系统，其包括燃料混合物温度传感器，所述燃料混合物温度传感器被配置成至少部分基于所述燃料混合物的感测温度来向所述控制器传输第一信号。5.根据权利要求1所述的系统，其包括：氧化剂温度传感器，所述氧化剂温度传感器被配置成至少部分基于所述氧化剂流的感测第四温度向所述控制器传输第一信号；燃料温度传感器，所述燃料温度传感器被配置成至少部分基于所述燃料流的感测第五温度向所述控制器传输第二信号，其中所述控制器被配置成至少部分基于所述感测第四温度和所述感测第五温度确定所述第一温度。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述往复式内燃机包括多个往复式活塞，所述多个往复式活塞设置在对应的多个气缸中，并且所述多个往复式活塞中的每个往复式活塞被配置成在所述多个气缸中的对应气缸中往复运动以压缩和膨胀所述一个或多个反应区中的对应反应区，并且所述一个或多个反应区中的每个对应反应区被配置成接收所述供给流。7.根据权利要求1所述的系统，其包括连接到所述控制器的一个或多个压力传感器，其中所述一个或多个压力传感器中的每个压力传感器被配置成至少部分基于所述供给流的压力、所述氧化剂流的压力、所述燃料流的压力、所述燃料混合物流的压力、所述排气流的压力中的一个或者它们的任意组合来向所述控制器传输压力信号，并且所述控制器被配置成至少部分基于从所述一个或多个压力传感器接收的所述一个或多个压力信号来控制所述比率。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成通过控制所述氧化剂流来控制所述比率。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成通过仅控制所述排气流的所述再循环部分来控制所述比率，或者通过控制所述排气流的所述再循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：GW佐尔格，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US