用于双燃料发动机的燃料控制制造技术

公开了用于控制双燃料内燃发动机的加燃料的系统和方法。本控制技术通过确定液体燃料的目标加燃料量且然后响应于发动机速度和功率变化来调控液体燃料的实际加燃料量，并且通过调整去往发动机的气体燃料的流速，来使气体燃料对液体燃料的替代率最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用：本申请要求于2013年10月10日提交的临时申请序列号61/889,163的提交日的权益，该文献全文以引用方式并入本文。专利
本专利技术总体涉及双燃料内燃发动机，并且更具体而言，关于用于双燃料内燃发动机的加燃料控制的系统和方法。
技术介绍
示例双燃料发动机为包括第一燃料源和第二燃料源的发动机，第一燃料源在一定的工作条件期间用作唯一的燃料源，并且第二燃料源在其他工作条件下与第一燃料源结合。在某些应用中，所述第一燃料源为柴油燃料，并且第二燃料源为天然气。在某些情况下，柴油燃料提供初始的、低负荷工作水平，并且用于在较高负荷条件下点燃天然气。用天然气替换柴油燃料降低了操作发动机的成本，特别是当在天然气丰富或以低成本可用的位置使用发动机时。当发动机以双燃料模式进行工作时，天然气燃料被引入进气系统。来自进气管的空气和天然气混合物被吸入气缸，正如它在火花点火发动机中那样，但充气混合物的空气-燃料比可比典型的火花点火发动机更稀。柴油燃料在接近压缩冲程结束时喷射，正如它在传统的压缩点火发动机中那样。柴油燃料通过充气的能量压缩加热而被点燃，并且从柴油燃料的燃烧中释放的能量使天然气燃烧。双燃料发动机可完全利用柴油燃料工作或者利用柴油和天然气的替代混合物工作，但通常不可仅利用天然气工作，除非对气缸提供辅助点火源。由于在可用于发动机工作的天然气中的不同组分和变型以及发动机可在其中进行工作的不同场地条件，所以双燃料发动机在工作期间遭遇困难。此外，现有的控制方案在宽范围的工作条件和天然气质量内实现天然气对柴油的高替代率具有困难。尽管一些控制策略通过控制气体替换以获得期望的空气-燃料比，来补偿天然气质量的变化，但此类方法受到准确测量和/或预测空气流速、燃料特性并且有时是气体燃料流速的能力的限制。其他燃烧策略，诸如引燃式点火气体燃料发动机，仅利用柴油燃料用于气体燃料和空气混合物的引燃点火。使用这种方法，必须小心控制空气和气体燃料的混合物，以维持整个气缸的燃烧并且远离小型的柴油引燃点火源。可实现极高的替代率，但这些系统要求进气节流和控制以便有效地保持所需的空气-燃料比，并且相比于可使用非节流的双燃料压缩点火发动机工作来说，这些系统限于较低的增压压力、较低的压缩比和较低的功率密度。此外，与非节流发动机相比，引燃式点火气体燃料发动机所需的进气节流降低了发动机的整体效率。双燃料发动机能够以极稀的充气和气体燃料混合物运行，因为柴油机燃料的扩散燃烧在气缸内产生了具有极高温度的湍流区域，该区域可驱动气体燃料的的氧化反应，即使当混合物过稀以致于其无法维持链式反应或无法从点火源向前传播火焰时。专利技术概要公开了用于控制双燃料发动机工作的独特系统和方法，通过调整去往发动机的第二燃料的流速，所述系统和方法将由第一燃料提供的加燃料量调控到目标值，目标值基于发动机工作条件和极限。在一个实施方案中，第一燃料喷射速率的目标值为最小化的值，以便第二燃料对第一燃料的替代率最大化。所请求的发动机速度和扭矩输出(并且由此功率输出)通过调整第一燃料的加燃料量得以满足，以实现期望的功率输出，且调整第二燃料流以朝目标值推动第一燃料的加燃料量，同时保持期望的功率输出。当第一燃料的实际加燃料量大于目标值时，第二燃料的流速增加，并且当第一燃料的加燃料量小于目标值时，第二燃料的流速减小。在一个实施方案中，将第一燃料的加燃料量的目标值保持为确定的值，且调整第二燃料的流速以实现发动机的期望速度和扭矩输出。在另一实施方案中，第二燃料流速的增加或减小导致发动机调速器减小或增加由第一燃料提供的加燃料量，以保持发动机速度和/或扭矩。在一个示例中，控制技术提供双燃料发动机工作，该工作以独立于变化的工作条件、变化的场地条件、第二燃料的变化和进气流的变化的方式或者响应变化的工作条件、变化的场地条件、第二燃料的变化和进气流的变化已经改善的方式最大化或增加第二燃料对第一燃料的替代率。提供该
技术实现思路
以介绍以下在示例性实施方案中进一步描述的所选概念。该
技术实现思路
并非只在确立所要求主体的关键特征或基本特征，也并非旨在用于帮助限制所要求主题的范围。通过以下描述和附图，更多实施方案、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。附图简述图1为具有双燃料系统的内燃发动机系统的一部分的示意图。图2为图1的内燃发动机系统的一部分的另一个示意图，其示出了双重加燃料系统的各种实施方案。图3为用于内燃发动机的双燃料工作的程序流程图。图4为用于内燃发动机双燃料工作的控制装置的一个实施方案的示意图，其中将用于第一燃料的加燃料量保持在目标值，并且调整第二燃料的流速以满足期望的发动机性能。图5为用于内燃发动机双燃料工作的控制装置的另一个实施方案的示意图，其中响应发动机性能来调整第一燃料的量，同时地修改第二燃料的流速以使第一燃料的量达到目标值。具体实施方式出于促进对本专利技术原理的理解的目的，现在将参考在附图中示出的实施方案，并且将使用特定的语言对其进行描述。然而应当理解，并非因此旨在限制本专利技术的范围，本文设想了在所示实施方案中的任何变化和进一步的修改，以及如在其中所示的本专利技术原理的任何进一步的应用，正如本领域的技术人员通常所想到的那样。参照图1和图2，内燃发动机系统20以示意的形式示出。加燃料系统21(图2)也以示意的形式示出，其可与内燃发动机系统20一起工作，以为发动机30提供来自第一燃料源102和第二燃料源104的加燃料。内燃发动机系统20包括与进气系统22和排气系统24连接的发动机30，进气系统22用于向发动机30提供充气流，排气系统24用于输出排气。在某些实施方案中，发动机30包括稀燃烧发动机，诸如柴油循环发动机，柴油循环发动机使用为液体燃料的主燃料或第一燃料诸如柴油燃料，以及为气体燃料的次级燃料或第二燃料诸如天然气。第二燃料可以为，例如，天然气、生物气、市售气、甲烷、乙烷、丙烷(LPG)、丁烷、乙醇、发生炉煤气、场气、名义上处理的场气、井气、名义上处理的井气、液化天然气(LNG)、压缩天然气、沼气、浓缩煤层气(CBM)、容易蒸发的液体燃料(诸如汽油)，以及它们的混合物。然而，并不排除其他类型的第一燃料和第二燃料，诸如任何合适的液体燃料和气体燃料。在某些实施方案中，第一燃料为适合稀燃的燃料，并且第二燃料为利用化学计量燃烧或接近化学计量燃烧的燃料，除了在双重加燃料操作期间与第一燃料组合时。在所示实施方案中，发动机30包括成直列布置的六个气缸31a-31f。然而，气缸(统称为气缸31)的数目可以为任何数目，并且气缸31的布置可以为任何布置，且不限于图1所示的数目和布置。发动机30包括发动机缸体70，其至少部分地限定气缸31a、31b、31c、31d、31e、31f(统称为气缸31)。多个活塞(未示出)可以可滑动地设置在相应的气缸31内，以在上止点位置和下止点位置之间往复运动。气缸31中的各个，其相应的活塞，和气缸盖形成燃烧室。在所示的实施方案中，发动机30包括六个这样的燃烧室。然而，可以设想，发动机30可包括更多或更少数目的气缸和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：操作内燃发动机系统，所述内燃发动机系统包括进气系统和至少两个燃料源，所述进气系统连接到具有至少一个气缸的发动机，所述至少两个燃料源可操作地连接到所述内燃发动机系统，以对所述至少一个气缸提供液体燃料且对所述发动机提供气体燃料流，其中，所述进气系统耦接到所述至少一个气缸，以从充气流在所述至少一个气缸的燃烧室中提供充气，所述内燃发动机系统还包括排气系统；通过改变去往所述至少一个气缸的所述液体燃料的加燃料量来调整所述发动机的速度和扭矩中的至少一者；基于参考表和感测的发动机工作参数来确定所述液体燃料的目标加燃料量；和调整去往所述发动机的所述气体燃料的流速，以朝所述目标加燃料量推动所述液体燃料的改变的加燃料量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.10 US 61/8891631.一种方法，包括：
操作内燃发动机系统，所述内燃发动机系统包括进气系统和至少两个燃料源，所述进气系统连接到具有至少一个气缸的发动机，所述至少两个燃料源可操作地连接到所述内燃发动机系统，以对所述至少一个气缸提供液体燃料且对所述发动机提供气体燃料流，其中，所述进气系统耦接到所述至少一个气缸，以从充气流在所述至少一个气缸的燃烧室中提供充气，所述内燃发动机系统还包括排气系统；
通过改变去往所述至少一个气缸的所述液体燃料的加燃料量来调整所述发动机的速度和扭矩中的至少一者；
基于参考表和感测的发动机工作参数来确定所述液体燃料的目标加燃料量；和
调整去往所述发动机的所述气体燃料的流速，以朝所述目标加燃料量推动所述液体燃料的改变的加燃料量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体燃料为柴油燃料且所述气体燃料为天然气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标加燃料量为最小值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述最小值是响应于指示所述充气流的空气-燃料比的测量结果来确定的，所述最小值提供所述液体燃料在所述气缸中的压缩时的自动点火和点燃所述气缸中的所述充气的足够的能量释放。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述最小值还基于所述感测的发动机工作参数来确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述发动机工作参数包括发动机速度、所述充气流中的空气-燃料比、所述第一燃料的一个或更多个喷射器的喷射器前端温度、爆震水平和、排气温度中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述气体燃料的流速包括：响应于测得的发动机速度与期望发动机速度不同，响应于改变所述液体燃料的加燃料量，来调整流速。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标加燃料量为所述液体燃料的流速、喷射持续时间、喷射压力、和量中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标加燃料量大于所述液体燃料的引燃喷射量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在调整去往所述发动机的所述气体燃料的流速时，所述发动机在稀燃条件下工作。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述液体燃料的目标加燃料量是基于待通过所述液体燃料的燃烧提供的最小发动机速度和指示所述充气流的空气-燃料比的测量结果中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感测的发动机工作参数包括发动机速度、节流阀位置、扭矩反馈、扭矩估计值、进气歧管压力、和环境空气压力中的一个或更多个。
13.一种方法，包括：
使用来自第一燃料源的第一燃料和来自第二燃料源的第二燃料操作内燃发动机，所述第二燃料和进气形成去往所述内燃发动机的至少一个气缸中的预混充气流，其中喷射到所述至少一个气缸中的所述第一燃料的量对应于目标加燃料量，该量的第一燃料在由所述充气流提供到所述至少一个气缸中的充气的压缩时自动点燃，并且释放足以点燃所述充气中的所述第二燃料的能量；
通过从所述目标加燃料量改变喷射到所述至少一个气缸中的所述第一燃料的量来响应于所述内燃发动机的速度变化和扭矩变化中的一者；和
通过改变去往所述进气中的所述第二燃料的流速以朝所述目标加燃料量推动所述第一燃料的所述量，来响应于所喷射的所述第一燃料的量的变化。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述进气与所述进气中的所述第二燃料之比太稀，以至于在所述至少一个气缸中没有所述第一燃料的扩散燃烧的情况下不能够支持所述第二燃料在所述至少一个气缸中的燃烧。
15.一种方法，包括：
操作内燃发动机系统，所述内燃发动机系统包括进气系统和至少两个燃料源，所述进气系统连接到具有至少一个气缸的发动机，所述至少两个燃料源可操作地连接到所述内燃发动机系统，以对所述至少一个气缸提供液体燃料并且对所述发动机提供气体燃料流，其中，所述进气系统耦接到所述至少一个气缸以从充气流在所述至少一个气缸的燃烧室中提供充气，所述内燃发动机系统还包括排气系统；
确定所述发动机的期望扭矩和速度输出；
基于待通过所述液体燃料的燃烧提供的最小发动机速...

【专利技术属性】
技术研发人员：RC博雷加，RJ托马斯，AO祖尔罗耶，C波利特，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US