具有改进型瞬态响应的天然气发动机系统技术方案

天然气发动机系统(10)可具有带至少一个汽缸(24)的发动机(12)。发动机还可具有被配置为将用于燃烧的空气输送至汽缸的进气歧管(28)和被配置为将排气从汽缸中排出的排气歧管(30)。天然气发动机系统可具有联接至发动机的发电机(104)。发电机可被配置为产生用于电负载(108)的电功率。天然气发动机系统可具有被配置为供应用于在发动机中燃烧的天然气的燃料源(66)以及与进气歧管和排气歧管流体连通的空气罐(78)。另外，天然气发动机系统可具有控制器(20)。控制器可被配置为将第一空气量从空气罐引导至排气歧管并且将第二空气量从空气罐引导至进气歧管。

Natural gas engine system with improved transient response

The natural gas engine system (10) can have an engine (12) with at least one cylinder (24). The engine can also have an intake manifold (28) configured to transport the air to the cylinder for combustion and an exhaust manifold (30) configured to discharge the exhaust from the cylinder. The natural gas engine system may have a generator connected to the engine (104). The generator can be configured to generate electrical power for electrical load (108). A natural gas engine system can have a fuel source (66) configured to supply a natural gas for combustion in the engine and an air tank (78) connected with the intake manifold and the exhaust manifold. In addition, the natural gas engine system can have a controller (20). The controller can be configured to guide the first air volume from the air tank to the exhaust manifold and guide the second air volume from the air tank to the intake manifold.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进型瞬态响应的天然气发动机系统
本专利技术总体上涉及一种天然气发动机系统，并且更具体地涉及一种具有改进型瞬态响应的天然气发动机系统。
技术介绍
天然气动力内燃机已经用于各种应用中，例如在用作主电功率源或备用电功率源的发电机组中使用。天然气发动机也越来越广泛地用于海洋、非公路和机车应用。具体地，天然气发动机由于它们与汽油发动机或柴油发动机相比减少排放、占地面积少以及操作和维护成本相对较低而变得受关注。然而，由于发动机尺寸较小，天然气发动机可能不像它们的汽油或柴油动力同类产品那样有效地响应瞬态动力需求。改进天然气发动机瞬态响应能力的一种可能的解决方案包括使用更大排量的发动机。然而，使用较大的发动机增加了发动机的操作和维护成本，从而抵消了与使用较小的火花点火天然气发动机相关联的一些成本优势。因此，需要改进天然气发动机的瞬态响应，以使得这些发动机能够充分响应它们的所需动力输出的突然和瞬态变化。Cieslar等人在2013年4月8日发布题为“用于通过将压缩气体喷射至排气歧管中减少涡轮滞后的新型系统(ANovelSystemforReducingTurbo-LagbyInjectionofCompressedGasintotheExhaustManifold)”的SAE出版物(“SAE出版物”)。该SAE出版物公开了一种用于改进内燃机瞬态响应的排气辅助系统。在SAE出版物中公开的系统中，当发动机突然需要满足更高转矩输出时，来自贮存器的压缩空气被喷射至发动机的排气歧管中以加速涡轮增压器。SAE出版物公开了其排气辅助系统优于将压缩空气喷射至进气歧管中的进气辅助系统。具体地，SAE出版物指出了当所喷射的压缩空气进入压缩机而不是进入发动机的燃烧室时引起的众所周知的压缩机喘振问题。虽然SAE出版物公开了一种用于加速涡轮增压器以满足发动机负载的突然增加的系统，但是该系统仍然可能不是最佳的。具体地，所公开的系统仅使用压缩空气来加速涡轮增压器。然而，为了对发动机上增加的负载供应足够的动力，通常将附加的燃料喷射至发动机的燃烧室中。然而，在所公开的系统中，即使在使用压缩空气进行加速之后，涡轮增压器压缩机也可能不能供应足够的空气来燃烧额外的燃料，从而导致发动机低于所需动力输出。这在发电机组操作中尤其如此，其中发动机可能必须从冷起动状态开始，并且在突然和接近瞬态电功率需求的情况下将期望转矩输出输送至发电机。本专利技术的天然气发动机系统解决了上述的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术涉及一种天然气发动机系统。天然气系统可包括发动机。发动机可包括至少一个汽缸。发动机还可包括进气歧管，其被配置为将用于燃烧的空气输送至汽缸。另外，发动机可包括排气歧管，其被配置为将排气从汽缸中排出。天然气发动机系统可包括联接至发动机的发电机。发电机可被配置为产生用于电负载的电功率。天然气发动机系统可包括燃料源，其被配置为供应用于在发动机中燃烧的天然气。天然气发动机系统可包括空气罐，其与进气歧管和排气歧管流体连通。另外，天然气发动机系统可包括控制器。控制器可被配置为将第一空气量从空气罐引导至排气歧管。控制器还可被配置为将第二空气量从空气罐引导至进气歧管。在另一个方面中，本专利技术涉及一种操作天然气发动机发电机组的方法，该天然气发动机发电机组具有发电机和联接至发电机的发动机。该方法可包括确定将发电机联接至电负载的转换开关的状态。该方法还可包括当转换开关闭合时确定目标发动机参数。另外，该方法可包括基于目标发动机参数使用控制器来确定目标燃料量。该方法还可包括基于目标发动机参数来确定驱动与发动机相关联的涡轮增压器所需的第一空气量。另外，该方法可包括确定用于燃烧发动机中的燃料量的第二空气量。该方法可包括从燃料源向发动机输送一定量的燃料。该方法可进一步包括将第一空气量从空气罐引导至发动机的排气歧管。该方法还可包括将第二空气量从空气罐引导至发动机的进气歧管。在又一方面中，本专利技术涉及一种天然气发动机。天然气发动机可包括多个汽缸。天然气发动机还可包括进气歧管，其被配置为将用于燃烧的空气输送至汽缸。天然气发动机可进一步包括排气歧管，其被配置为将排气从汽缸中排出。天然气发动机可包括燃料源，其被配置为供应用于在发动机中燃烧的天然气。另外，天然气发动机可包括空气罐，其与进气歧管和排气歧管流体连通。天然气发动机还可包括控制器。控制器可被配置为将第一空气量从空气罐引导至排气歧管。控制器还可被配置为将第二空气量从空气罐引导至进气歧管。天然气发动机可包括涡轮增压器。涡轮增压器可包括涡轮级，其被配置为由排气和第一空气量中的至少一个驱动。涡轮增压器还可包括联接至涡轮级的压缩机级。压缩机级可被配置为将来自环境的空气的第三部分引导至进气歧管。附图说明图1是示例性公开的天然气发动机系统的图示；且图2是示出操作图1的天然气发动机系统的示例性方法的流程图。具体实施方式图1说明了示例性发动机系统10，其可用于诸如辅助或备用发电、海洋、采矿、建筑、农业、铁路或本领域已知的另一种工业等应用中。发动机系统10可包括发动机12、燃料系统14、空气喷射系统16、发电机装置18和控制器20。发动机12可为任何类型的发动机，诸如例如火花点火气态燃料发动机、柴油发动机、汽油发动机、双燃料发动机等。在一个示例性实施例中，发动机12可为使用天然气作为燃料的气态燃料动力发动机。发动机12可包括汽缸体22，其可包括一个或多个汽缸24。在一个示例性实施例中，如图1中所说明，汽缸体22可包括以“直列式”配置设置的四个汽缸24。然而，可预期的是，汽缸体22可包括任何数量的汽缸24，汽缸24可以“V”配置或以任何其它合适的配置设置。每个发动机汽缸24可包括连接至曲轴26的往复式活塞(未示出)。发动机汽缸24内的燃料的燃烧可引起活塞往复运动并且使曲轴26旋转以从发动机12产生转矩和/或动力输出。发动机12可包括进气歧管28，其可与一个或多个汽缸24流体连通。进气歧管28可被配置为将新鲜空气引导至汽缸24以在汽缸24内燃烧燃料。发动机12还可包括排气歧管30，其可与汽缸24流体连通。排气歧管30可被配置为将排气从汽缸24中排出。发动机12可包括废气再循环(EGR)装置32。EGR装置32可包括通路34和EGR阀36。通路34可将排气歧管30与进气歧管28连接，以将排气的一部分从排气歧管30引导至进气歧管28。EGR阀36可调节通路34中的排气流量。例如，EGR阀36可选择性地将来自排气歧管30的排气的一部分经由通路34引导至进气歧管28。空气与进气歧管28中的排气的部分的混合物可在后续燃烧循环期间进入汽缸24。发动机12可包括涡轮增压器38，其可包括压缩机级40和涡轮级42。轴44可连接压缩机级40和涡轮级42。压缩机级40可实施为固定几何形状压缩机，其被配置为将从环境接收的空气压缩至预定压力水平。例如，如图1中所说明，压缩机级40可经由通路46从环境接收空气。压缩机级40可压缩空气并且将压缩空气经由通路48输送至进气歧管28。涡轮级42可包括附接至轴44的涡轮叶轮(未示出)。当排气离开排气歧管30移动通过涡轮级42时，排气可使涡轮叶轮旋转，这进而可经由轴44驱动压缩机级40。本领域一般技术人员将认识到，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气发动机系统(10)，包括：发动机(12)，其包括：至少一个汽缸(24)；进气歧管(28)，其被配置为将用于燃烧的空气输送至所述汽缸；排气歧管(30)，其被配置为将排气从所述汽缸中排出；发电机(104)，其联接至所述发动机并且被配置为产生用于电负载(108)的电功率；燃料源(66)，其被配置为供应用于在所述发动机中燃烧的天然气；空气罐(78)，其与所述进气歧管和所述排气歧管流体连通；以及控制器(20)，其被配置为将第一空气量从所述空气罐引导至所述排气歧管并且将第二空气量从所述空气罐引导至所述进气歧管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.11 US 14/8511291.一种天然气发动机系统(10)，包括：发动机(12)，其包括：至少一个汽缸(24)；进气歧管(28)，其被配置为将用于燃烧的空气输送至所述汽缸；排气歧管(30)，其被配置为将排气从所述汽缸中排出；发电机(104)，其联接至所述发动机并且被配置为产生用于电负载(108)的电功率；燃料源(66)，其被配置为供应用于在所述发动机中燃烧的天然气；空气罐(78)，其与所述进气歧管和所述排气歧管流体连通；以及控制器(20)，其被配置为将第一空气量从所述空气罐引导至所述排气歧管并且将第二空气量从所述空气罐引导至所述进气歧管。2.根据权利要求1所述的天然气发动机系统，进一步包括涡轮增压器(38)，所述涡轮增压器(38)包括：与所述排气歧管和所述空气罐流体连通的涡轮级(42)，所述涡轮级被配置为由所述排气和所述第一空气量中的至少一个驱动；以及联接至所述涡轮级的压缩机级(40)，所述压缩机级被配置为将第三空气量从环境引导至所述进气歧管。3.根据权利要求2所述的天然气发动机系统，其中所述控制器进一步被配置为基于所述第三空气量确定所述第二空气量。4.根据权利要求2所述的天然气发动机系统，进一步包括：第一控制阀(90)，其被设置在所述空气罐与所述排气歧管之间；以及第二控制阀(98)，其被设置在所述空气罐与所述进气歧管之间，其中所述控制器被配置为：调整所述第一控制阀以引导所述第一空气量；以及调整所述第二控制阀以引导所述第二空气量。5.根据权利要求4所述的天然气发动机系统，进一步包括：第一压力调节器(88)，其被设置在所述空气罐与所述第一控制阀之间并且被配置为调节所述第一空气量的压力；以及第二压力调节器(88)，其被设置在所述空气罐与所述第二控制阀之间并且被配置为调节所述第二空气量的压力。6.根据权利要求4所述的天然气发动机系统，进一步包括：第一止回阀(92)，其被设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·霍华德，T·B·詹姆斯，T·A·热扎克，B·A·祖克，D·J·林，G·波伊尔，R·马克森，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US