在瞬时负载变化下操作内燃活塞式发动机的方法、控制内燃发动机操作的控制系统和活塞式发动机技术方案

本发明专利技术涉及一种在瞬时负载变化下操作内燃活塞式发动机(10)的方法，所述方法包括以下步骤：将含有氧气的气体引入发动机的燃烧室，将气态燃料引入发动机的燃烧室，将液态燃料引入发动机的燃烧室，通过利用氧气在燃烧室内燃烧第一和液态燃料，产生指示发动机负载的一个或更多个信号。基于所述指示发动机负载的一个或更多个信号，确定被引入燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值。本发明专利技术还涉及控制系统和设置有该控制系统(100)的发动机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在瞬时负载变化下操作内燃活塞式发动机的方法、控制内燃发动机操作的控制系统和活塞式发动机
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的操作内燃活塞式发动机的方法。本专利技术还涉及一种控制适用于燃烧气态燃料的内燃活塞式发动机的操作的控制系统，该控制系统包括:被设置为接收表示发动机负载的一个或更多个信号的输入单元、被设置为处理所述一个或更多个信号的处理单元，以及被设置为发送一个或更多个控制信号以控制将气态燃料引入发动机燃烧室的和将液态燃料引入发动机燃烧室的输出单元。本专利技术还涉及一种包括控制系统的活塞式发动机。
技术介绍
即使用于产生动力的大型发动机一般是在适当的负载变化下操作，也存在要求负载变化大致很快速的情形。在本文中，大型发动机被认为是指每个汽缸可以产生超过150kW动力的活塞式发动机。存在与海洋船舶上的发动机特别相关的问题，其中快速提高发动机负载的能力是很重要的安全特征。通常地，要求可以提供在0-33 %，33-66 %和66-100 %的发动机负载之间的负载步长，从而为船舶快速地提供转向功率。如果不能实现这种功率快速提高，那么可能导致机动性不足，甚至更危险的情况。尤其在发动机直接连接到推进器轴的装备中，另一个问题是当在环境恶劣的海面上操作时发动机将经历负载的突然变化。随着发动机被安装在产生电功率和/或热功率的发电场中，能够非常快速带动负载也变得越来越重要。和发电厂发动机的操作相关的方面是连接到电网的风力发电系统的数量不断增加，这还导致更加不稳定的电网频率。为了提高电网频率的稳定性，所谓的电网规范已经被制定得更加严格，所谓的电网规范为电网系统中的不同操作商制定了以有效、可靠、经济和稳定的方式规划、开发、维护和操作发电系统而需要遵守的规则、方针和/或标准，其中要求非风力发电场以比之前更大的程度支持电网频率。大型燃气发动机有利地操作以使得汽缸内的空气和气态燃料混合物具有比完全燃烧所需的空气更多的空气。贫燃降低了峰值温度，因此降低NOX排放。提高了效率，达到了更高的输出，同时避免爆震。通过将少量的液态引燃燃料比如轻燃油(LFO)喷入汽缸，启动贫空气-燃料混合物的燃烧。引燃燃料按照常规的迪塞尔过程点火，向发动机燃烧室内提供用于对空气-气态燃料混合物进行点火的高能量点火源。燃气发动机对空气-燃料比的偏差特别敏感。因此,对于发动机负载的大变化而言，发动机会变得倾向于发生汽缸爆震和不点火，这潜在地可能导致危险情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在负载瞬时变化时操作内燃活塞式发动机的方法，该方法能提供安全而可靠的操作。本专利技术的目的也是提供一种用于诸如双燃料发动机这样的可以用气态燃料操作的活塞式发动机的控制系统，该操作系统提高发动机处理负载突然变化的能力。本专利技术的一个具体目的是提供一种用于以气态燃料操作的活塞式发动机的控制系统，该发动机使用气态燃料作为其主燃料并且使用液态燃料作为弓I燃燃料。通过一种在瞬时负载变化下操作内燃活塞式发动机的方法基本上实现本专利技术的目的，该发动机使用气态燃料作为其主燃料并且使用液态燃料作为引燃燃料，所述方法包括以下步骤:[0011 ]-将含有氧气的气体弓I入发动机的燃烧室，-将气态燃料弓I入发动机的燃烧室，-将液态燃料弓I入发动机的燃烧室，-通过利用氧气在燃烧室内燃烧气态燃料和液态燃料，-产生指示发动机负载的一个或更多个信号，-基于所述指示发动机负载的一个或更多个信号确定被引入燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值，-在所述指示发动机负载的一个或更多个信号增大的情况下，改变被引入的气态燃料量和被引入的液态燃料量的比值，其中，本专利技术的特征在于-确定被引入燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值以使得限定指示发动机负载的一个或更多个信号的时间导数，-限定所述时间导数的变化边际值或者使其可用于确定气态燃料量和液态燃料量的比值，以及-在实际的时间导数大于针对所述时间导数的变化边际值的情况下，减小气态燃料量和液态燃料量的比值。这样，通过控制被喷射的气态燃料量和引燃燃料量之间的比值，可以应对突然负载变化，而不危及发动机操作的操作稳定性。通过本专利技术，可以降低以气态燃料操作的双燃料发动机的不点火和/或汽缸爆震的风险。根据本专利技术的实施方式，根据本专利技术的一个实施方式，在指不发动机负载的一个或更多个信号增大的情况下，也增加引入燃烧室中的氧气量。通过增加进入燃烧室的空气量来增加引入燃烧室的氧气量。当发动机设置有涡轮增压器时，这可以通过控制废气门的操作来实现。如果可用，则可以通过从可连接到发动机的增压空气室提供空气，另选地或额外地增加引入燃烧室的氧气量。根据本专利技术的另一个实施方式，双燃料发动机可以被认为是以组合的迪塞尔循环和奥托循环操作，其中液态(引燃)燃料的燃烧采用迪塞尔循环，而利用液态燃料压燃来点火气态燃料奥托循环，通过增加液态燃料量来改变比值较不容易产生扰动。根据本专利技术的另一个实施方式，所述操作内燃活塞式发动机的方法包括利用增压器(super charger)将含有氧气的气体引入发动机燃烧室，通过控制增压器以提高增压器的压缩器部分的功率来增加被引入燃烧室的氧气量。所述增压器可以被机械地驱动，在此情况下，可以通过选择性地结合到该增压器的电动马达来获得功率增加。可以利用涡轮增压器来实现将含有氧气的气体引入发动机的燃烧室，其中在涡轮增压器的涡轮机部分使用废气的能量来驱动其压缩器部分。因为可以通过控制涡轮增压器的涡轮机部分废气门的状态来增加被引入燃烧室的氧气量，所以这是有利的。根据本专利技术的另一个实施方式，通过增加发动机进气阀的打开时间来增加被引入燃烧室的氧气量。这可以通过代替地或附加地提高增压器的压缩器部分的功率来实现。当达到期望负载时，气态燃料和引燃燃料之间的比值被调整回之前比值或标称比值。通过一种用于控制适合燃烧气态燃料的内燃活塞式发动机的操作的控制系统也基本上实现本专利技术的目标，该控制系统包括:-输入单元，所述输入单元被设置为接收指示发动机负载的一个或更多个信号；-处理单元，所述处理单元被设置为处理所述一个或更多个信号；-输出单元，所述输出单元被设置为发送一个或更多个控制信号以控制将气态燃料引入到发动机的燃烧室以及将液态燃料引入到发动机的燃烧室；-所述控制系统包括逻辑单元，所述逻辑单元被设置为在操作时基于输入单元所接收到的所述指示发动机负载的一个或更多个信号限定控制信号，以控制气态燃料和液态燃料的引入，其中，所述逻辑单元被设置为限定控制信号以控制气态燃料和液态燃料的引入，以使得在所述指示发动机负载的一个或更多个信号增大的情况下，气态燃料量和液态燃料量的比值减小。有利地，所述逻辑单元被设置为:-限定所述指示发动机负载的一个或更多个信号的时间导数，-限定所述时间导数的变化边际值或使所述时间导数的变化边际值可用，-在实际的时间导数大于时间导数的所述变化边际值的情况下，发送命令信号以减小被引入燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值。更有利的是，所述逻辑单元被设置为，在实际的时间导数大于所述变化边际的情况下，发送命令信号以增加被引入燃烧室的氧气。有利的是，所述控制系统包括存储单元或被设置为与存储单元通信，在存储单元中作为发动机速度和负载的函数给出所述比值。通过一种用气态燃料操作的活塞式发动机也基本上实现本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.15 FI 201063251.一种在瞬时负载变化下操作内燃活塞式发动机的方法，所述内燃活塞式发动机使用气态燃料作为主燃料并且使用液态燃料作为引燃燃料，所述方法包括以下步骤: -将含有氧气的气态燃料引入所述发动机的燃烧室， -将气态燃料引入所述发动机的燃烧室， -将液态燃料引入所述发动机的燃烧室， -通过利用氧气在所述燃烧室内燃烧第一燃料和液态燃料， -产生指示发动机负载的一个或更多个信号， -基于所述指示发动机负载的一个或更多个信号确定被引入所述燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值， -在所述指示发动机负载的一个或更多个信号增大的情况下，改变被引入的气态燃料量和被引入的液态燃料量的比值， 其中， -确定被引入所述燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值，使得限定指示发动机负载的一个或更多个信号的时间导数， -限定所述时间导数的变化边际值或者使所述时间导数的变化边际值可用，用于确定气态燃料量和液态燃料量的比值，以及 -在实际的时间导数大于针对所述时间导数的变化边际值的情况下，减小被引入所述燃烧室的气态燃料量和液态燃料量的比值。2.根据权利要求1所述的操作内燃活塞式发动机的方法，其中， -在指示发动机负载的一个或更多个信号增大的情况下，增加被引入所述燃烧室的氧气量。3.根据权利要求1所述的操作内燃活塞式发动机的方法，其中， -通过增加液态燃料的引入量来改变被引入的气态燃料量与被引入的液态燃料量的比值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的操作内燃活塞式发动机的方法，其中， -所述气态燃料是气态燃料并且与含氧气的气体一起被引入所述燃烧室，以及 -液态燃料是液态燃料并且被直接引入所述燃烧室或所述燃烧室的前室。5.根据权利要求2所述的操作内燃活塞式发动机的方法，其中， -使用增压器来实现将含氧气的气体引入所述发动机的燃烧室， -通过控制所述增压器以提高所述增压器的压缩器部分的功率来增加被引入所述燃烧室的氧气量。6.根据权利要求5所述的操作内燃活塞式发动机的方法，其中， -使用涡轮增压器来实现将含氧气的气体引...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·波尔廷，弗雷德里克·奥斯特曼，
申请(专利权)人：瓦锡兰芬兰有限公司，
类型：
国别省市：