多燃料發動機和多燃料發動機運行的方法技術

本發明專利技術公開了多燃料發動機和多燃料發動機運行的方法。具體地，公開了一種用于控制多燃料發動機中燃料流量的方法。該方法包括通過至少將映射的體積流量值與輸入體積流量值比較確定氣體燃料的估計低熱值(LHV)，輸入體積流量值基于輸入功率。該方法還包括確定氣體燃料的氣體燃料流量率，氣體燃料流量率至少基于氣體燃料與次級燃料的特定的燃料置換比和氣體燃料源的估計LHV。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術通常涉及內燃機并且尤其涉及可以多種類型的燃料運行的多燃料發動機。
技術介紹
多燃料發動機通常是設計用于在運行期間燃燒多種類型的燃料的任意類型的發動機、鍋爐、加熱器或其他燃燒燃料的裝置。這種多燃料發動機可用于多個適用的領域以滿足與運行環境相關的特別的運行要求。例如，多燃料發動機可用于軍用車輛，從而車輛在多個部署位置中可充分利用各種不同的備選的燃料，例如汽油、柴油或航空燃料。在可供更廉價的燃料源(例如天然氣)，但是出于性能原因(例如，對短期負荷需求更快速的反應)需要備選或次級燃料(例如柴油燃料)作為備用的情況下，當發生首級燃料源供應中斷或者對于其他運行或發動機性能狀況，尤其需要多燃料發動機。通常，多燃料發動機可以可用燃料的指定的混合物運行。如果只規定液體燃料混合物，則將液體燃料(例如，柴油燃料、汽油或者任意其他液體碳氫化合物燃料)直接噴射進入發動機氣缸或者預燃室中，作為燃燒期間的唯一能量源。當規定是液體和氣體燃料混合物時，可將氣體燃料(例如，天然氣、甲烷、乙烷、戊烷或者任意其他合適的液體碳氫化合物燃料)在氣缸的進氣道與空氣混合，并且以根據指定置換比的量將少量或者先導量的液體燃料噴射進入氣缸或者預燃室中，以點燃空氣和氣體燃料的混合物。一些多燃料發動機已設計具有發動機轉速控制器，其作用于轉速誤差以設置燃料率。對于可以多種燃料運行的發動機，基于燃料分數或者要求的燃料比例設置多種燃料率。但是，上述典型的轉速控制器(例如，比例-積分(PI)控制器)只可設置單種燃料的燃料率。在這種情況下，每種燃料的每個PI控制器將對于相應的燃料設置單獨的燃料率，而忽視供應發動機動力的其他燃料；猶似其他燃料不存在。這些需要大量設計時間和工作的發動機轉速控制器需要多個PI控制器，并且也包括復雜的切換策略以保障整體可靠設計。因此，已開發多燃料發動機控制策略以簡化確定可用于發動機的多個燃料的燃料流量率的過程。例如在申請號為13/919，166的美國專利中(“Fuel Apportionment for Multi-fuel Engine System”)已公開了這種控制策略。在上述公開文本中，公開了多燃料發動機控制策略，其使用PI控制器確定發動機運行的輸入功率并且使用燃料分配模塊確定每種燃料的燃料流量率。這種燃料分配模塊的分配可基于指定的燃料比例和要求的輸入功率。控制系統執行分配多種燃料，而不需要多個PI控制器。但是，當在多燃料發動機中使用氣體燃料作為一個或多個燃料源時，某一種或多種燃料中包含的相關能量必然影響發動機性能。因此，在多燃料發動機中存在考慮這種變化的燃料能級的需求。
技術實現思路
根據本專利技術的一方面，公開了一種用于多燃料發動機中控制燃料流量的方法。多燃料發動機至少由氣體燃料源和次級燃料源提供動力。本方法可包括確定輸入功率，以使多燃料發動機以要求的發動機轉速運行。本方法還可包括至少基于輸入功率和分配次級燃料源和氣體燃料源的指定燃料置換比確定次級燃料源的次級燃料流量率。本方法還可包括至少通過將映射的體積流量值與輸入體積流量值相比較確定氣體燃料的估計低熱值(LHV)，輸入體積流量值基于輸入功率。本方法還可包括確定氣體燃料的氣體燃料流量率，氣體燃料流量率至少基于指定的燃料置換比和氣體燃料源的估計LHV。根據本專利技術的另一方面，公開了一種多燃料發動機。本多燃料發動機可至少由氣體燃料源和次級燃料源提供動力。本多燃料發動機可包括：至少一個氣缸；燃料噴射器，其在運行時與至少一個氣缸相關聯；和燃料控制閥，其在運行時與至少一個氣缸相關聯。本多燃料發動機可包括：發動機轉速控制器，其能夠輸出表示要求的發動機轉速的發動機轉速控制信號；轉速控制器，其用于至少基于要求的發動機轉速確定輸入功率；和燃料混合輸入控制器，其用于提供氣體燃料源和次級燃料源的指定燃料置換比。本多燃料發動機還可包括低熱值(LHV)預估器，該LHV預估器至少通過將映射的體積流量值與輸入體積流量值相比較確定氣體燃料的估計LHV，輸入體積流量值基于輸入功率。本多燃料發動機還可包括燃料分配模塊，其用于至少基于輸入功率和指定燃料置換比確定次級燃料源的次級燃料流量率，并且用于確定氣體燃料的氣體燃料流量率，氣體燃料流量率至少基于指定燃料置換比和氣體燃料源的估計LHV。本多燃料發動機還可包括：第一執行器，其用于指導燃料控制閥以氣體燃料流量率輸出氣體燃料至多燃料發動機；和第二執行器，其用于指導燃料噴射器以次級燃料流量率輸出次級燃料至多燃料發動機。根據本專利技術的又一方面，公開了一種用于多燃料發動機中動態確定氣體燃料的低熱值(LHV)方法。本多燃料發動機可至少由氣體燃料和次級燃料提供燃料。本方法可包括從與多燃料發動機相關的控制器接收多燃料發動機的計算的體積流量值，并且從與多燃料發動機相關的發動機轉速傳感器接收測量的發動機轉速。本方法還可包括基于傳感器的輸入確定多燃料發動機的測量的指示平均有效壓力(IMEP)，和基于測量的發動機轉速與IMEP確定映射的體積流量值。本方法還可包括將映射的體積流量值與計算的體積流量值相比較以確定體積流量誤差并且至少基于體積流量誤差確定氣體燃料的LHV。連同附圖一起閱讀時將更好地理解本專利技術的這些和其他方面。附圖說明圖1是根據本專利技術的多燃料發動機系統實例的示意性的視圖。圖2是電子控制單元和控制部件實例的示意性的框圖，其可實施成與圖1的多燃料發動機系統相關聯。圖3是燃料分配系統實例的示意性的框圖，其根據圖2的電子控制單元和圖1的多燃料發動機系統。圖4是與圖3的燃料分配系統相關聯的燃料分配模塊實例的示意性的框圖。圖5是與圖3的燃料分配系統相關聯的動態的基于指示平均有效壓力(IMEP)的低熱值(LHV)預估器的示意性的框圖。圖6是一種用于多燃料發動機中控制燃料流的示范性的方法的流程圖，該多燃料發動機根據本專利技術至少由一個氣體燃料源和一個次級燃料源提供動力。圖7是一種用于多燃料發動機中動態確定氣體燃料的LHV的示范性的方法的流程圖，其中，該多燃料發動機根據本專利技術至少由該氣體燃料和一種次級燃料提供燃料。當關于一些示意性實施例給出以下具體實施方式時，應理解為，附圖不必是按比例的并且有時以圖解的方式且以局部視圖闡明所公開的實施例。額外地，在某些情況下，可忽略對于理解所公開的主旨非必須的細節或者為提供其他細節可忽略難以覺察的細節。因此，應理解為，本專利技術不限制于在此公開且闡明的特定的實施例，而是限制于整體專利技術和權利要求以及其任何等效物的正確解讀。具體實施方式本專利技術提供了基于氣體燃料低熱值(LHV)控制并且使多種燃料的分配適應多燃料發動機的系統和方法。這種系統和方法可基于氣體燃料的指示平均有效壓力(IMEP)自動地適應氣體燃料LHV改變。平均有效壓力，通常是涉及發動機運行的量并且可在測量與發動機排量無關的發動機工作能力中非常重要。尤其，指示平均有效壓力(IMEP)是從經歷發動機循環的缸內壓力計算出的平均有效壓力。在多燃料發動機中，IMEP可基于在發動機的區域中測量的壓力、例如測量發動機氣缸處的壓力來計算。燃料在多燃料發動機中的比例可受燃料的低熱值(LHV)影響。LHV可理解為所有燃燒產物的焓，減去燃料在參考溫度時的焓，減去化學計量比的氧在參考溫度時的焓，減去燃燒產物的水汽含量的蒸發熱。已知L本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制多燃料發動機中燃料流量的方法，多燃料發動機至少由氣體燃料源和次級燃料源提供動力，該方法包括：確定輸入功率，以使多燃料發動機以要求的發動機轉速運行；至少基于輸入功率和分配所述次級燃料源與所述氣體燃料源的指定燃料置換比來確定所述次級燃料源的次級燃料流量率；至少通過將映射的體積流量值與輸入體積流量值相比較來確定所述氣體燃料的估計低熱值(LHV)，所述輸入體積流量值基于所述輸入功率；以及確定所述氣體燃料的氣體燃料流量率，所述氣體燃料流量率至少基于所述指定燃料置換比和所述氣體燃料源的估計LHV。

【技術特征摘要】
2015.01.20 US 14/600,8411.一種用于控制多燃料發動機中燃料流量的方法，多燃料發動機至少由氣體燃料源和次級燃料源提供動力，該方法包括：確定輸入功率，以使多燃料發動機以要求的發動機轉速運行；至少基于輸入功率和分配所述次級燃料源與所述氣體燃料源的指定燃料置換比來確定所述次級燃料源的次級燃料流量率；至少通過將映射的體積流量值與輸入體積流量值相比較來確定所述氣體燃料的估計低熱值(LHV)，所述輸入體積流量值基于所述輸入功率；以及確定所述氣體燃料的氣體燃料流量率，所述氣體燃料流量率至少基于所述指定燃料置換比和所述氣體燃料源的估計LHV。2.根據權利要求1所述的方法，其中，確定所述氣體燃料的估計LHV還包括：從與所述多燃料發動機相關聯的發動機轉速傳感器接收測量的發動機轉速；基于來自傳感器的輸入確定所述多燃料發動機的測量指示平均有效壓力(IMEP)；以及基于所述測量的發動機轉速和所述IMEP確定映射的體積流量值。3.根據權利要求2所述的方法，其中，確定映射的體積流量值包括將所述測量的發動機轉速和所述IMEP與查詢表相比較，所述查詢表包括多個預定的發動機轉速值、多個預定的IMEP值和多個預定的體積流量值，多個預定的體積流量值中的每個與多個預定的發動機轉速值中的至少一個和至少一個預定的IMEP值相關聯。4.根據權利要求3所述的方法，其中，確定所述映射的體積流量值還包括通過以下各項確定所述映射的體積流量：確定映射的發動機轉速值，所述映射的發動機轉速值是所述多個預定的發動機轉速值中最近似于所述測量的發動機轉速值的那一個；確定映射的IMEP值，所述映射的IMEP值是多個預定的IMEP值中最近似于所述測量的IMEP值的那一個；以及確定所述映射的體積流量值，所述映射的體積流量值是多個預定的體積流量值中與所述映射的發動機轉速值和所述映射的IMEP值相關聯的那一個。5.根據權利要求1所述方法，其中,確定所述輸入功率包括：接收所述要求的發動機轉速；確定所述多燃料發動機的測量的發動機轉速；確定轉速誤差，其等于所述要求的發動機轉速與所述測量的發動機轉速之間的差值；以及基于所述測量的發動機轉速和所述轉速誤差確定所述輸入功率。6.根據權利要求1所述的方法，其中，確定所述氣體燃料...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·西瓦蘇布拉馬尼安，V·特拉帕蒂，C·高爾邁耶，J·拉斯馬森，
申請(專利權)人：卡特彼勒公司，
類型：發明
國別省市：美國;US