检测和缓解异常燃烧特性制造技术

包括双燃料发动机的预混合发动机可能经历包括不发火、提前点火和爆震的异常燃烧特性。一种用于检测以及缓解发动机中的异常燃烧的方法包括：感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；根据声信号确定缸内压力信号；根据缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；检测异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时的不发火事件；(b)在燃烧始点正时先于点火始点正时时的提前点火事件；和(c)在爆震指数大于预定爆震值时的发动机爆震事件；以及针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。

Detection and mitigation of abnormal combustion characteristics

The premixed engine, including a dual fuel engine, may experience abnormal combustion characteristics including non fire, early ignition and detonation. Includes a method for detection and mitigation of abnormal combustion in engine: sensing during the combustion cycle and combustion chamber related frequency component acoustic signal with frequency components, said normal combustion characteristics and abnormal combustion of at least one of the characteristics is determined according to the cylinder pressure signal; acoustic signal; calculating the knock index, according to the pressure signal of cylinder in total the indicated mean effective pressure and ignition timing in at least one of; detection of abnormal combustion characteristics is at least one of the following: (a) in total indicated mean effective pressure is less than the predetermined value does not mean effective pressure.; (b) at the start of combustion ignition timing before the starting point is always the ignition events; and (c) is greater than a predetermined value when the engine knock knock knock index in the event; and the abnormal combustion according to the characteristics of the detected implementation of mitigation strategies.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测和缓解异常燃烧特性
本申请涉及一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧特性的技术。
技术介绍
双燃料发动机被同时供以两种燃料。通常，双燃料发动机由柴油发动机转化而来，并且能够以发动机被供以柴油的柴油模式和发动机被同时供以气体燃料和柴油的双燃料模式运行。气体燃料在本文中被定义为在标准的温度和压力下呈气态的任何燃料，该标准的温度和压力在本申请的情况下被定义为20摄氏度(℃)和1个大气压(atm)。示例性的气体燃料包括生物气、丁烷、乙烷、氢气、垃圾填埋气、甲烷、天然气和丙烷。在双燃料模式下，气体燃料是发动机从中获得其大部分动力的主要燃料，而柴油用作为引燃燃料，引燃燃料被压缩点火使得引燃燃料的燃烧将气体燃料点燃。常规柴油发动机与双燃料发动机之间的一个区别在于，当在双燃料模式下运行时，气体燃料以与在压缩行程后期被喷射到燃烧室内的柴油燃料的压力相比相对较低的压力在进气行程期间或在压缩行程早期被引入进气系统或进气口内或者被引入燃烧室内。气体燃料在燃烧室中形成预混的空气-燃料充气(charge，进气)，该预混的空气-燃料充气在被点燃时以预混火焰燃烧。双燃料发动机通常面临控制异常燃烧事件方面的挑战，异常燃烧事件是因双燃料运行的可供选择的燃烧模式与针对仅柴油运行被优化的诸如压缩比、空气流率和燃烧室几何结构之类的常规柴油发动机参数之间的固有失配导致的。在双燃料发动机中通常遇到三种类型的异常燃烧：爆震、提前点火和不发火。当较大量的未燃烧的燃料-空气混合物在来自正常点火过程的传播火焰前锋到达之前自发地点燃时发生爆震。爆震可导致汽缸压力和温度快速地升高，并且在燃烧室内可能发生强压力振荡。如果未被迅速地控制，爆震可能在短时间段内对活塞和/或汽缸盖造成损害。爆震对于双燃料发动机而言尤其是一个问题，因为这种发动机常常保持高的压缩比以便维持用于基础柴油运行的高热效率。当燃烧室中未燃烧的空气-燃料混合物被除正常点火源(火花塞或引燃燃料的燃烧)以外的热源点燃时发生提前点火，并且提前点火先于正常点火事件发生。热点，诸如由燃烧室的表面上的碳沉积物导致的热点，常常被认为是导致不期望的提前点火的原因。由于因热点导致的点火不受正常点火系统控制，其常常导致不稳定的汽缸压力变化以及比在正常条件下更高的峰值汽缸压力。相较于常规柴油发动机，具有预混燃烧模式的双燃料发动机本质上更容易受到爆震和提前点火的影响，因为燃料在点火事件之前相当久被引入并被混合，由此增加了爆震和提前点火的可能性，尤其是对于具有较低辛烷值的燃料。在常规的柴油发动机中，燃料喷射正时通过被称为点火延迟的因素而与点火正时相关，点火延迟是在压缩行程后期柴油已被喷射之后在燃烧室中发生压缩点火所需的时间，并且该值通常是小数目的曲柄角度。与预混发动机相比，常规柴油发动机具有显著更少的时间来进行混合以及经历爆震和提前点火。不发火可能由引燃点火失败或与燃烧室中的混合物的空燃比有关的问题导致，如混合物太稀薄或太富油。不发火是燃料系统失效的可能标志，燃料系统失效应当在导致对发动机更严重的损害之前被迅速处理。在双燃料发动机中控制不发火的挑战不同于针对常规柴油发动机的情况，因为相较于发动机仅被供以柴油燃料的情况引燃燃料的量更少。1984年10月23日授予Bonitz等人的美国专利第4,478,068号公开了一种内燃发动机爆震感测方法以及系统，其将爆震信号在测量窗口上积分，然后将积分的爆震信号与参照信号进行比较以确定是否在发生爆震。参照信号是积分的爆震信号的过去值与当前的积分的爆震信号的加权平均。在这种技术中，基于燃烧历史确定在发生爆震，并且不能在单个燃烧循环期间仅基于源自该单个燃烧循环的信息确定爆震。此外，只有在来自当前发动机循环和过去发动机循环的爆震强度之间存在显著差异的情况下才能确定爆震，否则从一个循环到另一循环爆震强度的轻微增加可能会导致错误的肯定指示。当对于各发动机循环爆震强度缓慢地提升时，严重的发动机爆震可能不会被确定。现有技术缺乏用于检测以及缓解异常燃烧特性的技术。本方法和装置提供了用于在内燃发动机中检测异常燃烧特性并执行与所检测到的异常燃烧特性相关联的缓解策略的技术。
技术实现思路
一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的改进方法包括：感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，所述频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；根据所述声信号确定缸内压力信号；根据所述缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中的至少一个；检测所述异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时检测到不发火事件；(b)在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时检测到提前点火事件；(c)在所述爆震指数大于预定爆震值时检测到发动机爆震事件，其中，计算所述爆震指数包括使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。在示例性实施方案中，所述方法进一步包括选择性地给所述内燃发动机供以气体燃料。所述气体燃料可包括氢气、甲烷、天然气和丙烷以及这些燃料的组合中至少之一。当所述内燃发动机是双燃料发动机时，所述方法进一步包括引入引燃燃料以辅助点火。当检测到不发火事件时，所述方法可进一步包括根据发动机运行状况计算所述预定平均有效压力值，所述发动机运行状况包括发动机载荷和发动机速度中至少之一。当检测到不发火事件时，所述方法可进一步包括执行燃料系统检查，所述燃料系统检查包括以下至少之一：确定存储容器中剩余的气体燃料的量；确定将所述气体燃料输送到所述内燃发动机的导管中的气体燃料的压力在预定最小值以上；以及通过将输入压力与输出压力进行比较而确定所述存储容器与所述内燃发动机之间的压力调节装置的健康状况。所述点火始点正时可等于引燃喷射正时和点火延迟的总和与火花塞点火事件中之一。所述方法可进一步包括：根据缸内压力信号计算与燃烧循环相关联的热释放信号，以及根据所述热释放信号计算所述燃烧始点正时。所述方法可进一步包括：当所述爆震指数的平均值——而不是所述爆震指数——大于所述预定爆震值时检测到所述发动机爆震事件。计算所述爆震指数可包括：确定经低通滤波的缸内压力信号；计算由所述缸内压力信号与所述经低通滤波的缸内压力信号之间的差限定的差信号；计算被限定为所述差信号的POS函数的正信号；以及将所述正信号在所述燃烧循环期间的预定义窗口上积分。所述预定义窗口可介于所述点火始点正时与主燃烧阶段终点正时之间。所述主燃烧阶段终点正时可在累积热释放率达到预定值时出现。所述缓解策略可包括通知诊断系统所述异常燃烧特性的出现。当所述内燃发动机是能够在单一燃料模式下和双燃料模式下运行的双燃料发动机时，所述方法可进一步包括：在检测到所述不发火事件、所述提前点火事件和所述发动机爆震事件中至少之一时从所述双燃料模式转变到所述单一燃料模式。在示例性实施方案中，所述燃烧室是多个燃烧室中的一个，并且到单一燃料模式的所述转变仅针对经历所述不发火事件、所述提前点火事件和所述发动机爆震事件中所述至少之一的相应燃烧室进行。当检测到提前点火和爆震中至少之一时，所述缓解策略可以为以下至少之一：推迟点火正时；增加排气再循环质量流率(massflowrate，质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的方法，所述方法包括：感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，所述频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；根据所述声信号确定缸内压力信号；根据所述缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；检测所述异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时的不发火事件；(b)在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时的提前点火事件；和(c)在所述爆震指数大于预定爆震值时的发动机爆震事件，其中，计算所述爆震指数包括使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.23 CA 28896051.一种用于检测以及缓解内燃发动机中的异常燃烧的方法，所述方法包括：感测燃烧循环期间的与燃烧室相关联的声信号的频率分量，所述频率分量表示正常燃烧特性和异常燃烧特性中至少之一；根据所述声信号确定缸内压力信号；根据所述缸内压力信号计算爆震指数、总指示平均有效压力和燃烧始点正时中至少之一；检测所述异常燃烧特性是以下至少之一：(a)在所述总指示平均有效压力小于预定平均有效压力值时的不发火事件；(b)在所述燃烧始点正时先于点火始点正时时的提前点火事件；和(c)在所述爆震指数大于预定爆震值时的发动机爆震事件，其中，计算所述爆震指数包括使所述缸内压力信号的上升沿上的异常燃烧特性相比于下降沿上的异常燃烧特性权重更大；以及针对所检测到的异常燃烧特性执行缓解策略。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：选择性地给所述内燃发动机供以气体燃料。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述气体燃料包括氢气、甲烷、天然气和丙烷以及这些燃料的组合中至少之一。4.根据权利要求2或3所述的方法，进一步包括：引入引燃燃料以辅助点火。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，当检测到不发火事件时，所述方法还包括执行燃料系统检查，所述燃料系统检查包括以下至少之一：确定存储容器中剩余的气体燃料的量；确定将所述气体燃料输送到所述内燃发动机的导管中的气体燃料的压力在预定最小值以上；以及通过将输入压力与输出压力比较确定所述存储容器与所述内燃发动机之间的压力调节装置的健康状况。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：根据发动机运行状况计算所述预定平均有效压力值，所述发动机运行状况包括发动机载荷和发动机速度中至少之一。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述点火始点正时等于以下之一：引燃喷射正时和点火延迟的总和；以及，火花塞点火事件。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括：根据缸内压力信号计算与燃烧循环相关联的热释放信号，以及根据所述热释放信号计算所述燃烧始点正时。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括：在所述爆震指数的平均值——而不是所述爆震指数——大于所述预定爆震值时检测到所述发动机爆震事件。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，计算所述爆震指数包括：确定经低通滤波的缸内压力信号；计算由所述缸内压力信号与所述经低通滤波的缸内压力信号之间的差限定的差信号；计算被限定为所述差信号的POS函数的正信号；以及将所述正信号在所述燃烧循环期间的预定义窗口上积分。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预定义窗口介于所述点火始点正时与主燃烧阶段终点正时之间。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述主燃烧阶段终点正时在累...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建，K·D·李，
申请(专利权)人：西港能源有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA