用于內燃機的控制方法
【技術領域】
[0001]1.本發明總體上涉及內燃機。更具體地，本發明涉及一種用于控制被供給以具有不同氣體組分的氣態燃料的內燃機的方法。
【背景技術】
[0002]2.氣態燃料運轉的內燃機通常使用天然氣或沼氣作為用于燃燒的能量來源。這些氣態燃料通常包括諸如甲烷的不同烴類和更高烴類以及惰性氣體的混合物。例如，當使用來自天然氣田或其它氣藏的氣態燃料時，在內燃機運轉期間氣態燃料的組分可能變化。氣體組分的變化可在長時間段——例如在數分鐘或數小時——發生并且可由這些氣藏中存在的氣體品質的變化導致。
[0003]3.氣體組分的變化還會例如由于更高烴類的變化的量而影響氣態燃料的含能量。結果，內燃機利用不同含能量的氣態能量運轉。因此，氣體組分的變化會影響內燃機的運轉。
[0004]4.本發明至少部分針對于改善或克服現有技術系統的一個或多個方面。
【發明內容】
[0005]5.根據本發明的一個方面，公開了一種用于控制至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態燃料來運轉的內燃機的方法。該方法包括:接收與在變化的氣體組分時間段期間的爆震水平對應的爆震數據，由該爆震數據來確定爆震水平有在該時間段期間改變的傾向并且相應地已發生被供給到內燃機的氣態燃料的氣體組分的變化。該方法還包括調節內燃機的運轉狀態(例如一個或多個運轉參數)以使內燃機的爆震敏感性適應變化的氣體組分。
[0006]6.根據本發明的另一方面，公開了一種用于至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態燃料來運轉的內燃機的控制系統。該控制系統包括爆震傳感器和控制單元，所述爆震傳感器構造成連續檢測內燃機或內燃機的每個單獨的氣缸的爆震水平，所述控制單元與爆震傳感器連接并且構造成執行如文中示例性地公開的方法。
[0007]7.根據本發明的又一方面，一種至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態燃料來運轉的內燃機包括如文中示例性地公開的控制系統。
[0008]8.本發明的其它特征和方面將從下文的描述和附圖而顯而易見。
【附圖說明】
[0009]9.結合在本文中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的示例性實施例，并連同說明書一起用于解釋本發明的原理。在附圖中:
[0010]10.圖1示出了可至少部分地利用氣態燃料運轉的示例性內燃機的示意圖；
[0011]11.圖2示出了雙燃料(DF)內燃機的氣缸的示意性的截面圖；
[0012]12.圖3示出了氣態燃料內燃機的氣缸的示意性的截面圖；
[0013]13.圖4示出了至少部分地利用具有變化的氣體組分的氣態燃料來運轉的內燃機的示例性的時間-爆震水平圖；
[0014]14.圖5示出了用于響應于氣態燃料的變化的氣體組分來控制內燃機的示例性程序的通用流程圖；
[0015]15.圖6示出了用于使用一系列閉環控制響應于變化的氣體組分來控制內燃機的示例性程序的流程圖；以及
[0016]16.圖7示出了用于使用閉環控制響應于變化的氣體組分來控制內燃機的示例性程序的流程圖，其中兩個控制動作被同時執行。
【具體實施方式】
[0017]17.以下是對本發明的示例性實施例的詳細描述。文中所述和附圖所示的示范性的實施例旨在教導本發明的原理，從而使本領域的普通技術人員能夠在許多不同的環境中并針對許多不同應用實施并使用本發明。因此，示例性實施例并非旨在成為且不應該被認為是對專利保護范圍的限制性說明。確切而言，專利保護范圍應該通過所附權利要求來限定。
[0018]18.本發明部分基于以下認識:氣體組分的變化可以與供給到內燃機的氣態燃料的變化的低熱值(LHV)和/或甲烷值相關聯。LHV通常代表氣態燃料的含能量并且是燃燒放熱的度量。甲烷值表示氣態燃料的爆震敏感性并且通常處于從O至140的范圍內，其中較高甲烷值表示燃料的較低爆震敏感性。
[0019]19.還認識到變化的LHV和/或甲烷值會導致內燃機的爆震水平的變化。特別地，發現在LHV上升和/或甲烷值降低的情況下，內燃機的爆震水平可能有升高傾向。同樣，LHV降低和/或甲烷值升高可對應于爆震水平降低的傾向。這些升高或降低的爆震水平的傾向通常可例如在數十秒到120min的時間段發生。該時間段比通常與不同于所述的變化的氣體組分的現象導致的發動機爆震一一這種發動機爆震將要求即時的對策一一相關聯的時間段長。
[0020]20.本發明還部分基于以下認識:一旦已確定爆震水平有升高或降低傾向且相應地氣態燃料的LHV和/或甲烷值的變化已發生，就調節內燃機的運轉狀態以使內燃機的爆震敏感性適應變化的氣體組分。在爆震水平有升高傾向的情況下，例如可以通過升高進氣的進氣歧管氣壓(IMAP)、延遲內燃機的氣缸的點火正時和/或用液態燃料代替一部分氣態燃料來調節運轉狀態。同樣，如果爆震水平有降低傾向，則可以例如通過降低進氣的IMAP、提前氣缸的點火正時和/或用氣態燃料代替一部分液態燃料來調節運轉狀態。
[0021]21.在下文中，分別結合圖1至圖3和圖4至圖7描述可至少部分地利用氣態燃料來運轉的內燃機和用于控制該內燃機的示例性方法。
[0022]22.圖1示意性地示出了至少部分地利用氣態燃料來運轉的示例性內燃機100，例如DF發動機(在圖2中示意性地示出)或氣態燃料發動機(在圖3中示意性地示出)。
[0023]23.內燃機100包括發動機缸體2、進氣系統4、排氣系統5、包括吹掃氣體系統7的氣態燃料系統6和/或液態燃料系統8。內燃機100可以在液態燃料模式(LFM)下由諸如柴油的液態燃料提供動力，而在氣態燃料模式(GFM)下由諸如例如由LNG系統提供的天然氣的氣態燃料提供動力。
[0024]24.發動機缸體2包括多個氣缸。示范性地，在圖1中示出了四個氣缸9。發動機缸體2可具有任何尺寸，具有任何數量的氣缸，例如6、8、12、16或20個氣缸，并呈任何構型，例如“ V ”形、直列或徑向構型。”
[0025]25.每個氣缸9都配備有至少一個進氣門16和至少一個排氣門18。進氣門16與進氣系統4流體連接并且構造成向氣缸9中提供進氣或進氣和氣態燃料的混合物。類似地，排氣門18與排氣系統5流體連接并且構造成將排氣從相應氣缸9引出。
[0026]26.進氣由進氣系統4提供，該進氣系統4包括進氣管20、用于充入空氣的壓縮機22、壓縮機出口 21和進氣冷卻器24。進氣歧管26流體連接在進氣冷卻器24的下游并且經由氣缸專用流入通道28將進氣引導到相應氣缸9中。
[0027]27.進氣系統4還可包括放氣系統44。放氣系統44包括例如放氣管路441和設置在放氣管路441內的至少一個放氣閥442。放氣管路441可在進氣冷卻器24的上游或下游與壓縮機出口 21流體連接且在壓縮機22的上游與進氣管20流體連接。替代地，放氣管路441可以不與進氣管20連接，而是可向環境開放。放氣閥442可構造成允許進氣的一部分返回進氣管20，由此例如在壓縮機出口 21中的壓力超過預設的臨界水平的情況下經由放氣管路441避開壓縮機22。放氣閥442還可幫助控制進入氣缸9的燃料-空氣混合物的期望的燃料-空氣比。當放氣管路441未與進氣管20連接時，進氣的避開壓縮機22的部分可被釋放到環境。
[0028]28.排氣系統5包括經由軸32與壓縮機22連接的排氣渦輪30和將排氣從各個排氣流出通道35引導到排氣渦輪30并且進一步引導到排氣出口 33的排氣歧管34。
[0029]29.排氣系統5還可包括廢氣門系統55。廢氣門系統55包括例如廢氣門管路551和設置在廢氣門管路551內的至少一個廢氣門閥552。廢氣門551可在排氣渦輪30的上游與排氣歧管34并在排氣渦輪30的下游與排氣出口 33流體連接。技術人員可了解，廢氣門管路551和廢氣門閥552可以以與這里示出的構型不同的構型設置。廢氣門閥552可構造成例如在進氣的壓縮應當未超過預設的壓縮率的情況下允許排氣的一部分經由廢氣門管路551避開排氣渦輪30。
[0030]30.進氣系統4還可包括一個或多個進氣歧管26。類似地，排氣系統5可包括一個或多個排氣歧管34。
[0031]31.此外，進氣門16和排氣門18可分別安裝在流入通道28和流出通道35內。流入通道28以及流出通道35可設置在共同的氣