多燃料发动机和多燃料发动机运行的方法技术

本发明专利技术公开了多燃料发动机和多燃料发动机运行的方法。具体地，公开了一种用于控制多燃料发动机中燃料流量的方法。该方法包括通过至少将映射的体积流量值与输入体积流量值比较确定气体燃料的估计低热值(LHV)，输入体积流量值基于输入功率。该方法还包括确定气体燃料的气体燃料流量率，气体燃料流量率至少基于气体燃料与次级燃料的特定的燃料置换比和气体燃料源的估计LHV。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及内燃机并且尤其涉及可以多种类型的燃料运行的多燃料发动机。
技术介绍
多燃料发动机通常是设计用于在运行期间燃烧多种类型的燃料的任意类型的发动机、锅炉、加热器或其他燃烧燃料的装置。这种多燃料发动机可用于多个适用的领域以满足与运行环境相关的特别的运行要求。例如，多燃料发动机可用于军用车辆，从而车辆在多个部署位置中可充分利用各种不同的备选的燃料，例如汽油、柴油或航空燃料。在可供更廉价的燃料源(例如天然气)，但是出于性能原因(例如，对短期负荷需求更快速的反应)需要备选或次级燃料(例如柴油燃料)作为备用的情况下，当发生首级燃料源供应中断或者对于其他运行或发动机性能状况，尤其需要多燃料发动机。通常，多燃料发动机可以可用燃料的指定的混合物运行。如果只规定液体燃料混合物，则将液体燃料(例如，柴油燃料、汽油或者任意其他液体碳氢化合物燃料)直接喷射进入发动机气缸或者预燃室中，作为燃烧期间的唯一能量源。当规定是液体和气体燃料混合物时，可将气体燃料(例如，天然气、甲烷、乙烷、戊烷或者任意其他合适的液体碳氢化合物燃料)在气缸的进气道与空气混合，并且以根据指定置换比的量将少量或者先导量的液体燃料喷射进入气缸或者预燃室中，以点燃空气和气体燃料的混合物。一些多燃料发动机已设计具有发动机转速控制器，其作用于转速误差以设置燃料率。对于可以多种燃料运行的发动机，基于燃料分数或者要求的燃料比例设置多种燃料率。但是，上述典型的转速控制器(例如，比例-积分(PI)控制器)只可设置单种燃料的燃料率。在这种情况下，每种燃料的每个PI控制器将对于相应的燃料设置单独的燃料率，而忽视供应发动机动力的其他燃料；犹似其他燃料不存在。这些需要大量设计时间和工作的发动机转速控制器需要多个PI控制器，并且也包括复杂的切换策略以保障整体可靠设计。因此，已开发多燃料发动机控制策略以简化确定可用于发动机的多个燃料的燃料流量率的过程。例如在申请号为13/919，166的美国专利中(“Fuel Apportionment for Multi-fuel Engine System”)已公开了这种控制策略。在上述公开文本中，公开了多燃料发动机控制策略，其使用PI控制器确定发动机运行的输入功率并且使用燃料分配模块确定每种燃料的燃料流量率。这种燃料分配模块的分配可基于指定的燃料比例和要求的输入功率。控制系统执行分配多种燃料，而不需要多个PI控制器。但是，当在多燃料发动机中使用气体燃料作为一个或多个燃料源时，某一种或多种燃料中包含的相关能量必然影响发动机性能。因此，在多燃料发动机中存在考虑这种变化的燃料能级的需求。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，公开了一种用于多燃料发动机中控制燃料流量的方法。多燃料发动机至少由气体燃料源和次级燃料源提供动力。本方法可包括确定输入功率，以使多燃料发动机以要求的发动机转速运行。本方法还可包括至少基于输入功率和分配次级燃料源和气体燃料源的指定燃料置换比确定次级燃料源的次级燃料流量率。本方法还可包括至少通过将映射的体积流量值与输入体积流量值相比较确定气体燃料的估计低热值(LHV)，输入体积流量值基于输入功率。本方法还可包括确定气体燃料的气体燃料流量率，气体燃料流量率至少基于指定的燃料置换比和气体燃料源的估计LHV。根据本专利技术的另一方面，公开了一种多燃料发动机。本多燃料发动机可至少由气体燃料源和次级燃料源提供动力。本多燃料发动机可包括：至少一个气缸；燃料喷射器，其在运行时与至少一个气缸相关联；和燃料控制阀，其在运行时与至少一个气缸相关联。本多燃料发动机可包括：发动机转速控制器，其能够输出表示要求的发动机转速的发动机转速控制信号；转速控制器，其用于至少基于要求的发动机转速确定输入功率；和燃料混合输入控制器，其用于提供气体燃料源和次级燃料源的指定燃料置换比。本多燃料发动机还可包括低热值(LHV)预估器，该LHV预估器至少通过将映射的体积流量值与输入体积流量值相比较确定气体燃料的估计LHV，输入体积流量值基于输入功率。本多燃料发动机还可包括燃料分配模块，其用于至少基于输入功率和指定燃料置换比确定次级燃料源的次级燃料流量率，并且用于确定气体燃料的气体燃料流量率，气体燃料流量率至少基于指定燃料置换比和气体燃料源的估计LHV。本多燃料发动机还可包括：第一执行器，其用于指导燃料控制阀以气体燃料流量率输出气体燃料至多燃料发动机；和第二执行器，其用于指导燃料喷射器以次级燃料流量率输出次级燃料至多燃料发动机。根据本专利技术的又一方面，公开了一种用于多燃料发动机中动态确定气体燃料的低热值(LHV)方法。本多燃料发动机可至少由气体燃料和次级燃料提供燃料。本方法可包括从与多燃料发动机相关的控制器接收多燃料发动机的计算的体积流量值，并且从与多燃料发动机相关的发动机转速传感器接收测量的发动机转速。本方法还可包括基于传感器的输入确定多燃料发动机的测量的指示平均有效压力(IMEP)，和基于测量的发动机转速与IMEP确定映射的体积流量值。本方法还可包括将映射的体积流量值与计算的体积流量值相比较以确定体积流量误差并且至少基于体积流量误差确定气体燃料的LHV。连同附图一起阅读时将更好地理解本专利技术的这些和其他方面。附图说明图1是根据本专利技术的多燃料发动机系统实例的示意性的视图。图2是电子控制单元和控制部件实例的示意性的框图，其可实施成与图1的多燃料发动机系统相关联。图3是燃料分配系统实例的示意性的框图，其根据图2的电子控制单元和图1的多燃料发动机系统。图4是与图3的燃料分配系统相关联的燃料分配模块实例的示意性的框图。图5是与图3的燃料分配系统相关联的动态的基于指示平均有效压力(IMEP)的低热值(LHV)预估器的示意性的框图。图6是一种用于多燃料发动机中控制燃料流的示范性的方法的流程图，该多燃料发动机根据本专利技术至少由一个气体燃料源和一个次级燃料源提供动力。图7是一种用于多燃料发动机中动态确定气体燃料的LHV的示范性的方法的流程图，其中，该多燃料发动机根据本专利技术至少由该气体燃料和一种次级燃料提供燃料。当关于一些示意性实施例给出以下具体实施方式时，应理解为，附图不必是按比例的并且有时以图解的方式且以局部视图阐明所公开的实施例。额外地，在某些情况下，可忽略对于理解所公开的主旨非必须的细节或者为提供其他细节可忽略难以觉察的细节。因此，应理解为，本专利技术不限制于在此公开且阐明的特定的实施例，而是限制于整体专利技术和权利要求以及其任何等效物的正确解读。具体实施方式本专利技术提供了基于气体燃料低热值(LHV)控制并且使多种燃料的分配适应多燃料发动机的系统和方法。这种系统和方法可基于气体燃料的指示平均有效压力(IMEP)自动地适应气体燃料LHV改变。平均有效压力，通常是涉及发动机运行的量并且可在测量与发动机排量无关的发动机工作能力中非常重要。尤其，指示平均有效压力(IMEP)是从经历发动机循环的缸内压力计算出的平均有效压力。在多燃料发动机中，IMEP可基于在发动机的区域中测量的压力、例如测量发动机气缸处的压力来计算。燃料在多燃料发动机中的比例可受燃料的低热值(LHV)影响。LHV可理解为所有燃烧产物的焓，减去燃料在参考温度时的焓，减去化学计量比的氧在参考温度时的焓，减去燃烧产物的水汽含量的蒸发热。已知L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制多燃料发动机中燃料流量的方法，多燃料发动机至少由气体燃料源和次级燃料源提供动力，该方法包括：确定输入功率，以使多燃料发动机以要求的发动机转速运行；至少基于输入功率和分配所述次级燃料源与所述气体燃料源的指定燃料置换比来确定所述次级燃料源的次级燃料流量率；至少通过将映射的体积流量值与输入体积流量值相比较来确定所述气体燃料的估计低热值(LHV)，所述输入体积流量值基于所述输入功率；以及确定所述气体燃料的气体燃料流量率，所述气体燃料流量率至少基于所述指定燃料置换比和所述气体燃料源的估计LHV。

【技术特征摘要】
2015.01.20 US 14/600,8411.一种用于控制多燃料发动机中燃料流量的方法，多燃料发动机至少由气体燃料源和次级燃料源提供动力，该方法包括：确定输入功率，以使多燃料发动机以要求的发动机转速运行；至少基于输入功率和分配所述次级燃料源与所述气体燃料源的指定燃料置换比来确定所述次级燃料源的次级燃料流量率；至少通过将映射的体积流量值与输入体积流量值相比较来确定所述气体燃料的估计低热值(LHV)，所述输入体积流量值基于所述输入功率；以及确定所述气体燃料的气体燃料流量率，所述气体燃料流量率至少基于所述指定燃料置换比和所述气体燃料源的估计LHV。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述气体燃料的估计LHV还包括：从与所述多燃料发动机相关联的发动机转速传感器接收测量的发动机转速；基于来自传感器的输入确定所述多燃料发动机的测量指示平均有效压力(IMEP)；以及基于所述测量的发动机转速和所述IMEP确定映射的体积流量值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定映射的体积流量值包括将所述测量的发动机转速和所述IMEP与查询表相比较，所述查询表包括多个预定的发动机转速值、多个预定的IMEP值和多个预定的体积流量值，多个预定的体积流量值中的每个与多个预定的发动机转速值中的至少一个和至少一个预定的IMEP值相关联。4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述映射的体积流量值还包括通过以下各项确定所述映射的体积流量：确定映射的发动机转速值，所述映射的发动机转速值是所述多个预定的发动机转速值中最近似于所述测量的发动机转速值的那一个；确定映射的IMEP值，所述映射的IMEP值是多个预定的IMEP值中最近似于所述测量的IMEP值的那一个；以及确定所述映射的体积流量值，所述映射的体积流量值是多个预定的体积流量值中与所述映射的发动机转速值和所述映射的IMEP值相关联的那一个。5.根据权利要求1所述方法，其中,确定所述输入功率包括：接收所述要求的发动机转速；确定所述多燃料发动机的测量的发动机转速；确定转速误差，其等于所述要求的发动机转速与所述测量的发动机转速之间的差值；以及基于所述测量的发动机转速和所述转速误差确定所述输入功率。6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述气体燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·西瓦苏布拉马尼安，V·特拉帕蒂，C·高尔迈耶，J·拉斯马森，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US