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控制内燃 活塞式 发动机的操作的方法和控制系统

阅读：309发布：2024-02-23

专利汇可以提供控制内燃活塞式发动机的操作的方法和控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发明涉及一种控制内燃活塞式发动机的操作的方法，在所述方法中，气体燃料被供应给发动机以在其中燃烧；利用第一间隔间歇地测量燃料的热值；利用第二间隔确定指示发动机的负荷的值；利用第三间隔确定指示供应给发动机的燃料的质量流率的值；确定相对热值；确定校正因子和控制热值，所述控制热值是至少所述校正因子和所述相对热值的函数；并且利用所述控制热值确定发动机的至少一个控制参数。发明还涉及一种控制系统。，下面是控制内燃活塞式发动机的操作的方法和控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种控制内燃活塞式发动机的操作的方法，在所述方法中，
a)气体燃料被供应给所述发动机以在其中燃烧；
b)利用第一间隔间歇地测量所述燃料的热值HVm；
c)利用第二间隔确定指示发动机的负荷Le的值；
d)利用第三间隔确定指示供应给所述发动机的燃料的质量流率qm的值；
e)利用下式确定相对热值HVr
HVr＝Le/qm*η
其中η是估计或确定的发动机效率；
f)确定校正因子Q，所述校正因子Q是至少测量的所述燃料的热值HVm和所述相对热值HVr的函数；
g)确定控制热值HVe，所述控制热值是至少步骤f)中限定的经受滤波处理的所述校正因子Q和步骤e)中确定的所述相对热值HVr的函数；并且
h)利用在步骤g)中确定的所述控制热值HVe确定所述发动机的至少一个控制参数。
2.根据权利要求1所述的控制内燃活塞式发动机的操作的方法，其特征在于：所述校正因子Q是偏移差Δ＝HVm-HVr，所述控制热值通过函数HVe＝HVr+Δ确定。
3.根据权利要求1所述的控制内燃活塞式发动机的操作的方法，其特征在于：所述校正因子Q是比率d＝HVm/HVr，所述控制热值通过函数HVe＝d*HVr确定。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：组合多种质量的燃料，构成供应给所述发动机的燃料。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述第二间隔等于所述第三间隔。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述第一间隔不同于所述第二间隔。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述第一间隔为10秒到10分钟。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述第二间隔为10毫秒到1秒。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述比率d在步骤g)之前经受滤波处理。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述偏移差Δ在步骤g)之前经受滤波处理。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述发动机启动期间，只利用测量的所述热值HVm确定所述发动机的所述至少一个控制参数。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述发动机的燃料供应控制阀的位置状态来确定所述步骤d)。
13.一种控制内燃活塞式发动机的操作的控制系统，该控制系统包括
a)控制模块，该控制模块被设置成接收所述发动机的操作数据并将控制数据发送给所述发动机；
b)测量系统，该测量系统被设置成利用第一间隔间歇地测量要供应给所述发动机的燃料的热值HVm，并且被设置成与所述控制模块通信；
c)发动机负荷确定单元，该发动机负荷确定单元被设置成从所述发动机接收操作数据以利用第二间隔提供指示发动机的负荷Le的值，并且被设置成与所述控制模块通信；
d)所述发动机的燃料质量流率qm确定单元，该燃料质量流率qm确定单元被设置成利用第三间隔确定指示供应给所述发动机的燃料的质量流量qm的值，并且与所述控制模块通信；
e)与所述控制模块连接的处理单元，该处理单元被设置成基于控制热值HVe生成至少一个发动机控制参数，所述控制热值HVe通过被设置成在所述处理单元中进行的以下计算来确定：
-利用下式计算相对热值HVr
HVr＝Le/qm*η
其中，η是所述处理单元存储或可用的估计或确定的发动机效率信息；
-计算校正因子Q，所述校正因子Q是至少测量的所述燃料的热值HVm和所述相对热值HVr的函数；以及
-计算控制热值HVe的值，所述控制热值HVe是至少所述校正因子Q和所述相对热值HVr的函数。

说明书全文

控制内燃活塞式 发动机的操作的方法和控制系统

技术领域

[0001] 发明涉及控制内燃活塞式发动机的操作的方法，在所述方法中气体燃料被供应给发动机以在其中燃烧并且利用第一间隔间歇地测量燃料的热值，并且其中，在控制发动机的操作时利用热值。

背景技术

[0002] 往复活塞式发动机是在固定电站中以及各种类型的船舶中用于发电的已知动力源。还已知利用气体燃料来使这种发动机工作(以下称为气体发动机)。对于使用气体作为燃料的电站，通常可向电站供应各种质量(更具体地讲，各种热值)的气体。通常，为了提供发动机的可靠操作，发动机对燃料质量(也在热值方面)有某些要求。

[0003] 气体发动机(特别是作为船用发动机)的安全且可靠的使用对燃料供应系统设置了特殊要求，其中最重要的要求是发动机的意外关断在任何情况下均是无法接受的。因此，气体发动机包括备用燃料供应系统。通常，用作气体发动机中的主燃料的气体燃料被供应到发动机的燃烧室中与空气混合。其通过注入非常少量的点火燃料来点燃，所述点火燃料由于现有条件而点燃，从而也点燃气体燃料。作为气体发动机，发动机根据奥托过程(otto process)来操作。针对上述操作中的故障影响发动机的运行的情况，发动机可设置有基于仅使用液体燃料的备用燃料供应系统。在这种情况下，执行从基于气体燃料运行向基于液体燃料运行的转变，以使得发动机根据柴油机过程(diesel process)来运行。

[0004] EP1586758A2公开了一种操作气体发动机的方法，该气体发动机包括第一燃料供应系统、第二燃料供应系统和第三燃料供应系统，可在各种操作模式下交替使用这些燃料供应系统来运行发动机。在发动机的第一操作模式下，发动机这样运行：经由第一燃料供应系统将气体燃料引入发动机的燃烧空气中，由此通过经由第二燃料供应系统将点火燃料注入燃烧空气和气体燃料的混合物中来点燃气体燃料。发动机可在第二操作模式下运行，在这种模式下发动机这样运行：仍将气体燃料引入发动机的燃烧空气中，并且通过经由第三燃料供应系统将点火燃料注入燃烧空气和气体燃料的混合物中来点燃气体燃料。

[0005] 本发明的目的是提供控制内燃活塞式发动机的操作的方法和控制系统，通过所述方法和控制系统，在使用质量不一的燃料时发动机的操作更可靠。

发明内容

[0006] 本发明的目的基本上通过控制内燃活塞式发动机的操作的方法来实现，在所述方法中，气体燃料被供应给发动机以在其中燃烧；利用第一间隔间歇地测量燃料的热值HVm；利用第二间隔确定指示发动机的负荷Le的值；利用第三间隔确定指示供应给发动机的燃料的质量流率qm的值；利用下式确定相对热值HVr：

[0007] HVr＝Le/qm*η

[0008] 其中，η是估计或确定的发动机效率；并且确定校正因子Q，所述校正因子Q是至少测量的燃料的热值HVm和相对热值HVr的函数，即，Q＝f(HVm,HVr,…,)；确定控制热值HVe，所述控制热值是至少校正因子Q和相对热值HVr的函数，即，HVe＝f(Q,HVr,…)；并且利用控制热值HVe确定发动机的至少一个控制参数。

[0009] 根据本发明的实施方式，所述校正因子Q是偏移差Δ＝HVm-HVr；并且所述控制热值HVe＝HVr+Δ。

[0010] 根据本发明的另一实施方式，所述校正因子Q是比率d＝HVm/HVr；并且所述控制热值HVe＝d*HVr。

[0011] 根据本发明的实施方式，组合多种质量的燃料，构成供应给发动机的燃料。

[0012] 根据本发明的实施方式，所述第二间隔等于所述第三间隔。

[0013] 根据本发明的实施方式，所述第一间隔不同于所述第二间隔。

[0014] 根据本发明的实施方式，所述偏移差Δ在确定控制热值的值的步骤之前经受滤波处理。

[0015] 根据本发明的实施方式，在发动机启动期间，只利用测量的热值HVm确定发动机的所述至少一个控制参数。

[0016] 根据本发明的另一实施方式，在发动机启动期间，利用预定的常值确定发动机的所述至少一个控制参数。

[0017] 根据本发明的实施方式，基于发动机的燃料供应控制阀的位置状态和所述燃料供应控制阀上的压差来确定指示供应给发动机的燃料的质量流率qm的值。

[0018] 本发明的目的基本上通过控制内燃活塞式发动机的操作的控制系统来实现，所述控制系统包括：控制模块，其被设置成接收发动机的操作数据并将控制数据发送给发动机；测量系统，其被设置成测量要供应给发动机的燃料的热值HVm，并且被设置成与控制模块通信；发动机负荷确定单元，其被设置成从发动机接收操作数据以提供指示发动机的负荷Le的值，并且被设置成与控制模块通信；发动机的燃料质量流率qm确定单元，其被设置成与控制模块通信；与控制模块连接的处理单元，该处理单元被设置成基于控制热值HVe生成至少一个发动机控制参数，所述控制热值HVe通过被设置成在所述处理单元中进行的以下计算来确定：

[0019] I)利用下式计算相对热值HVr

[0020] HVr＝Le/qm*η

[0021] 其中，η是所述处理单元存储或可用的估计或确定的发动机效率信息；

[0022] II)计算校正因子Q，所述校正因子Q是至少测量的燃料的热值HVm和相对热值HVr的函数；

[0023] III)并且计算控制热值HVe的值，所述控制热值HVe是至少校正因子Q和相对热值HVr的函数。

[0024] 利用本发明，可将热值测量的准确性和估计的控制热阀的快速反应的益处组合，以便得到可用于调节发动机的控制系统的行为以确保最佳性能的变量。附图说明

[0025] 以下，将参照示例性、示意性的附图描述本发明，附图中，图1示出包括根据本发明的实施方式的控制系统的内燃活塞式发动机的燃料供应系统。

具体实施方式

[0026] 图1示意性地描绘了设置在电站中发电的两个内燃活塞式发动机12。发动机12是使用气体的活塞式发动机，它们连接到燃料供应系统10。燃料供应系统是电站的所有发动机(这里示出其中两个)共用的。

[0027] 燃料供应系统10包括连接到各个发动机12的供应管线14。燃料供应管线包括混合单元16，不止一个气体燃料源18.1…18.3连接到该混合单元16。测量系统24与燃料供应管线连接，该测量系统24被设置成测量将要供应给一个或多个发动机的燃料的热值HVm。

[0028] 控制系统20与各个内燃发动机连接，该控制系统20被设置用于控制发动机的操作。控制系统包括控制模块22，该控制模块22被设置成接收发动机的操作数据并将控制数据发送给发动机以使得发动机在控制模块的控制下操作。测量系统被设置成与控制模块通信。因此，燃料的热值可供控制模块用在控制过程中。

[0029] 控制系统20还包括发动机负荷确定单元26，该发动机负荷确定单元26被设置成从发动机接收操作数据以提供指示发动机的负荷Le的值。发动机负荷确定单元26被设置成作为控制模块的一体部件(如图1中所描绘的)或者作为外部部件来与控制模块通信。

[0030] 在内燃活塞式发动机的操作期间，气体燃料被供应给各个发动机。还存在发动机的燃料质量流率qm确定单元28，该燃料质量流率qm确定单元28被设置成作为控制模块的一体部件(如图1中所描绘的)或者作为外部部件来与控制模块通信。质量流率qm确定单元28被设置成接收发动机的燃料供应控制阀30的信息。有利地，所述信息包括阀的位置状态和/或阀上的压差(可基于阀的位置状态和/或阀上的压差确定质量流率)。

[0031] 控制模块22还包括处理单元32，该处理单元32被设置成基于或利用控制热值HVe生成至少一个发动机控制参数。发动机的操作的控制使用了热值，所述热值通过利用下式计算相对热值HVr来确定

[0032] HVr＝Le/qm*η

[0033] 其中η是处理单元所存储或者可用的估计或确定的发动机效率信息。另外，在该方法中，确定校正因子Q，所述校正因子Q是至少测量的燃料的热值HVm和相对热值HVr的函数。接下来，确定控制热值HVe，所述控制热值是至少先前限定的校正因子Q和相对热值HVr的函数；并且利用控制热值HVe确定发动机的至少一个控制参数。

[0034] 根据本发明的实施方式，校正因子Q是利用下式确定的偏移差

[0035] Δ＝HVm-HVr

[0036] 并且在这种情况下，利用下式确定控制热值的值

[0037] HVe＝HVr+Δ。

[0038] 根据本发明的另一实施方式，校正因子Q是比率

[0039] d＝HVm/HVr

[0040] 并且在这种情况下，利用下式确定控制热值的值

[0041] HVe＝d*HVr。

[0042] 发动机控制参数包括下列项中的一个或更多个。

[0043] i.点火定时，

[0044] ii.供应管线气体压力

[0045] iii.发动机预燃室(pre-chamber)气体压力

[0046] iv.连接发动机的燃烧空气供应歧管(manifold)和排气歧管的阀的位置[0047] v.废汽门(waste gate)位置

[0048] vi.发动机的燃烧空气供应歧管中的燃烧空气压力

[0049] 上述控制参数的列表中还可包括影响涡轮增压器的工作点和发动机的燃烧空气条件的任何组合的控制阀的位置。

[0050] 在混合单元16中，连接有不止一个气体燃料源18.1…18.3以使得不止一个气体燃料源18.1…18.3中的多种质量的燃料进行组合，构成供应给发动机的燃料。

[0051] 控制内燃活塞式发动机的操作的方法包括利用第一间隔间歇地测量燃料的热值HVm。第一间隔为10秒到10分钟，而利用第二间隔确定指示发动机的负载Le的值，第二间隔为10毫秒到1秒。另外，优选利用第二间隔确定指示供应给发动机的燃料的质量流率qm的值。

[0052] 根据本发明的实施方式，在进行确定控制热值HVe＝HVr+Δ的下一值的步骤之前，偏移差Δ经受滤波处理。

[0053] 所述滤波处理包括增强实际信号并去除或抑制不想要的分量或特征的信号处理。滤波处理可包括对于技术人员而言显而易见的任何滤波，例如低通滤波、卡尔曼(Kalman)滤波或递归最小二乘(Recursice Least Square)滤波、或其组合。

[0054] 在发动机启动期间，因为没有可用的相关数据来确定控制热值，所以只利用测量的热值HVm确定发动机的至少一个控制参数。

[0055] 尽管本文中结合目前被视为最优选的实施方式通过示例描述了本发明，应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在涵盖其特征的各种组合或修改以及包括在所附权利要求中所限定的本发明的范围内的多个其它应用。结合上述任何实施方式提及的细节可结合另一实施方式来使用，如果这种组合在技术上可行的话。

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