用于增加燃料变化容忍度的系统和方法技术方案

一种用于多燃料内燃发动机的燃料控制系统可包括与发动机的缸相联的缸压力传感器。数据收集模块可接收来自缸压力传感器的实时缸压力测量值并由实时缸压力测量值计算实际燃烧参数值。比较模块可接收来自数据收集模块的计算的实际燃烧参数值并将计算的实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。过程控制模块可控制至少两种不同类型燃料的燃料喷射以减小计算的实际燃烧参数值和理论燃烧参数值之间的任何差别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及内燃发动机的燃料变化，并且更具体地涉及一种增加燃料变化容忍度的系统和方法。
技术介绍
在多种应用中使用气体燃料供能发动机以及以多种不同燃料操作的发动机。用于机动车辆的柴油发动机的燃料(诸如柴油、生物柴油或气体-液体燃料，即从天然气获得的液体燃料)具有非常不同的燃料品质。特别是，燃料的点燃能力(对于柴油发动机的缸内燃烧来说很重要，并通常表示为十六烷指数CCI或十六烷值)对于不同燃料来说可以显著改变。即使在相同类型的燃料中，诸如十六烷指数的燃料燃烧特性可以广泛变化。可以重新构造成以来自一定范围的可燃烧燃料的任何给定燃料操作的内燃发动机的例子在授予Froloff等人的美国专利No.6947830(“’830专利”)中示出。’830专利公开一种用于内燃发动机的可编程计算机系统，其被构造成接收和处理来自使用不同的点燃方法的多个燃烧事件的燃料燃烧特性信号和数据。爆裂信号从这些燃烧事件处理以确定燃料点燃方法，对于给定燃料，以可许可发动机磨损，造成最大功率。虽然’830专利旨在具有以广泛多种燃料运行的灵活性，但需要大量的复杂设计和控制来适应多种不同的点燃模式，包括火花点燃、均质充量压缩点燃、压缩点燃和不同点燃模式的组合。必须在发动机启动时进行测试，使得发动机基本上受到控制，在一段时间内用作实验室，以便确定使用最不伤害发动机的点燃方法，但是也能对于特定燃料来说产生最高的功率输出。这些必要的测试周期和发动机重新构造以适应不同的点燃模式会增加操作成本，并减小发动机针对每次燃料供应时可以获得的不同品质的燃料进行快速调节的能力。单燃料或多燃料发动机可以使用的广泛不同类型的燃料和各种品质的燃料使得对于燃料的整个范围来测试和验证发动机是非常昂贵的。不同类型的燃料以及甚至从不同来源获得的相同类型的燃料的不同燃烧特性需要一种控制系统，该控制系统能够对于具有不同燃烧特性的不同燃料进行自动调节并同时最佳化发动机性能。本专利技术的系统针对克服以上提出的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种用于多燃料内燃发动机的控制系统可包括与发动机的每个缸相联的至少一个缸压力传感器。控制系统还可包括数据收集模块，其被构造成接收来自至少一个缸压力传感器的每个的实时缸压力测量值，并由实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值。控制系统还可进一步包括比较模块，其被构造成接收来自数据收集模块的计算的一个或多个实际燃烧参数值，并将每个缸的计算的一个或多个实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。控制系统还可包括过程控制模块，其被构造成基于每个缸的计算的实际燃烧参数值和理论燃烧参数值之间的任何差别控制供应到每个缸的燃料的燃料喷射和点燃正时的至少一种。根据本专利技术的另一方面，一种能够以组合的液体和气体燃料模式操作的多燃料内燃发动机可包括多个缸、与多个缸的每个相联的实时缸压力传感器、液体燃料喷射系统、气体燃料喷射系统和控制系统。控制系统可包括数据收集模块，其被构造成接收来自每个缸压力传感器的实时缸压力测量值，并由实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值。控制系统还可包括比较模块，其被构造成接收来自数据收集模块的一个或多个实际燃烧参数值，并将每个缸的计算的一个或多个实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。控制系统还可包括过程控制模块，其被构造成基于每个缸的计算的实际燃烧参数值与理论燃烧参数值之间的任何差别控制供应到每个缸的燃料的燃料喷射。根据本专利技术的另一方面，一种用于控制能够以至少组合的液体和气体燃料模式操作的多燃料内燃发动机的方法可包括接收来自多燃料内燃发动机的每个缸的实时缸压力测量值。该方法还可包括基于实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值。该方法还可进一步包括将每个缸的计算的实际燃烧参数值与理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出。该方法还可包括基于每个缸的计算的实际燃烧参数值和理论燃烧参数值之间的任何差别控制至少液体燃料和气体燃料的燃料喷射和点燃中的一种或多种。本专利技术的其他特征和方面将从以下描述和附图中明白。附图说明图1示出多燃料内燃发动机的示例性示意图；图2示出多燃料内燃发动机的控制系统的示意图；图3示出图示图1的多燃料内燃发动机的每个缸的闭环控制的示例性流程图；以及图4示出图示图3的闭环控制的步骤的流程图。具体实施方式图1图示可以不同类型的燃料(诸如重燃料油(HFO)、柴油燃料、汽油和天然气)操作的多燃料内燃发动机100的示例性应用。示例性多燃料发动机100可以液体燃料模式、气体燃料模式和组合的液体和气体燃料模式操作。在液体燃料模式期间，液体燃料喷射系统130将液体燃料提供给燃烧室106内的充量空气，并且充量空气/液体燃料混合物可以通过压缩点燃。与诸如汽油供能发动机的火花点燃发动机不同，柴油发动机和均质充量压缩点燃(HCCI)发动机依赖自动点燃以便开始燃烧。在火花点燃发动机中，自动点燃是不希望的，因为这会造成爆震，并且过多爆震会在发动机上形成超过可接受阈值水平的应力。燃料自动点燃的趋势与燃料的辛烷水平成反比。在高特性高压缩火花点燃发动机中，会需要较高辛烷燃料来避免不希望的爆震。用于依赖于自动点燃来开始燃烧的柴油发动机和HCCI发动机的燃料通常被给予与辛烷定额正好相反的十六烷定额，因为十六烷定额是燃料自动点燃趋势的度量。诸如CNG的气体燃料比柴油燃料更难以自动点燃，通常自动点燃所需的压缩比可以是造成柴油燃料自动点燃的压缩比的十倍以上那样高。因此，出于点燃目的，已经开发出将气体燃料与液体燃料混合的不同方法。在气体燃料模式期间，诸如天然气的气体燃料可以受控地释放到连接到缸104的气体引入端口，产生充量空气/气体燃料混合物。在组合的液体和气体燃料模式中，在预定时间周期之后，少量柴油燃料可喷射到容纳充量空气/气体燃料混合物的缸104内，以点燃燃料混合物。用作点燃燃料的柴油燃料量可以是液体燃料模式期间喷射的燃料量的大约3％。压缩点燃柴油燃料，继而点燃充量空气/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多燃料内燃发动机的控制系统，包括：至少一个缸压力传感器，其与发动机的每个缸相联；数据收集模块，其被构造成接收来自至少一个缸压力传感器的每个的实时缸压力测量值并由实时缸压力测量值计算一个或多个实际燃烧参数值；比较模块，其被构造成接收来自数据收集模块的计算的一个或多个实际燃烧参数值，并将每个缸的计算的一个或多个实际燃烧参数值与预定理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中预定理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧参数值导出；以及过程控制模块，其被构造成控制供应到每个缸的至少两种不同类型的燃料的燃料喷射以减小每个缸的计算的实际燃烧参数值与预定理论燃烧参数值之间的任何差别。

【技术特征摘要】
2014.12.11 US 14/567,3501.一种用于多燃料内燃发动机的控制系统，包括：
至少一个缸压力传感器，其与发动机的每个缸相联；
数据收集模块，其被构造成接收来自至少一个缸压力传感器的
每个的实时缸压力测量值并由实时缸压力测量值计算一个或多个实
际燃烧参数值；
比较模块，其被构造成接收来自数据收集模块的计算的一个或
多个实际燃烧参数值，并将每个缸的计算的一个或多个实际燃烧参
数值与预定理论燃烧参数值比较，以确定其之间的任何差别，其中
预定理论燃烧参数值独立于基于实时传感器测量值的任何实际燃烧
参数值导出；以及
过程控制模块，其被构造成控制供应到每个缸的至少两种不同
类型的燃料的燃料喷射以减小每个缸的计算的实际燃烧参数值与预
定理论燃烧参数值之间的任何差别。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，比较模块还被构造
成接收来自记忆存储装置的预定理论燃烧参数值。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，来自记忆存储装置
的预定理论燃烧参数值是基于理论功率输出的燃烧参数值，该理论
功率输出能够由多燃料内燃发动机通过与发动机正在燃烧的相同类
型和数量的燃料产生并保持在发动机的许可应力极限内。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其中，来自记忆存储装置
的预定理论燃烧参数值是基于理论排放量的燃烧参数值，该理论排
放量能够由多燃料内燃发动机通过与发动机正在燃烧的相同类型和
数量的燃料产生。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，计算的一个或多个
实际燃烧参数值和预定理论燃烧参数值包括峰值缸压力、指示平均
有效压力(IMEP)、最大释放热量、燃烧起始的曲轴角度、燃烧中
间的曲轴角度以及多燃料内燃发动机的每个缸的入口或出口阀的打

\t开或关闭的曲轴角度中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，预定理论燃烧参数
值是基于理论功率输出的燃烧参数值，该理论功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·耶格尔，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US