CN103403323A - 用于双燃料发动机的可变气体置换及方法 - Google Patents

用于双燃料发动机的可变气体置换及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103403323A
CN103403323A CN2012800099162A CN201280009916A CN103403323A CN 103403323 A CN103403323 A CN 103403323A CN 2012800099162 A CN2012800099162 A CN 2012800099162A CN 201280009916 A CN201280009916 A CN 201280009916A CN 103403323 A CN103403323 A CN 103403323A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
secondary fuel
motor
signal
main fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012800099162A
Other languages
English (en)
Inventor
M·L·威利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN103403323A publication Critical patent/CN103403323A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/06—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0626—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/0628—Determining the fuel pressure, temperature or flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0647—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being liquefied petroleum gas [LPG], liquefied natural gas [LNG], compressed natural gas [CNG] or dimethyl ether [DME]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0692—Arrangement of multiple injectors per combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0611—Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • F02D2200/0612—Fuel type, fuel composition or fuel quality determined by estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0614—Actual fuel mass or fuel injection amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

一种具有连接到从动装置的内燃发动机的系统包括主燃料供应装置和副燃料供应装置。主燃料供应传感器能够提供指示通过主燃料供应装置向发动机供应主燃料的速率的主燃料供应信号。副燃料供应传感器能够提供指示通过副燃料供应装置向发动机供应副燃料的速率的副燃料供应信号。功率输出传感器测量指示从动装置的功率输出的参数并且提供功率输出信号。电子控制器接收主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号，并且基于主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号确定副燃料的特征。

Description

用于双燃料发动机的可变气体置换及方法
技术领域
本专利发明整体涉及内燃发动机，更具体地，涉及能够利用诸如柴油和天然气的多于一种类型的燃料来操作的发动机。
背景技术
双燃料发动机已知用于各种应用，诸如发电机组、发动机驱动的压缩机、发动机驱动的泵、机器、越野载重车及其它。通常，这种发动机是固定的并且在现场操作。通过用较轻的燃料(诸如天然气、生物气、液化石油气(LPG)或者可以更容易获得且具有成本效益的其它类型燃料)置换一定量的重燃料(诸如柴油)的这种发动机的操作使其能更有效地操作。
然而，通常的情况是，在特定区域能获得的副燃料的品质不一致。例如，当副燃料是在区域处就地产生的生物气、或甚至是从当地源购买的LPG或天然气时，这些燃料的燃料热值和/或甲烷值必然会随着时间或者所购买的燃料的不同批次改变。甲烷值或燃料热值的这种改变要求对发动机的操作进行多种改变，诸如柴油燃料喷射量、喷射定时等，以使发动机保持高效。
在过去，发动机操作者和发动机制造商已经采用多种方法来解决现场使用的燃料品质的变化。通常，例如以月为周期地针对诸如生物气的连续燃料源，或者针对所购买的每批燃料获取燃料批次样本，用于分析。典型的分析可以包括各种燃料成分的直接测量，这是昂贵且困难的工艺。其它现有的方法包括使用去除燃料中较重的碳氢化合物的气体清洁系统，这是昂贵的工艺，或者利用现场气相色谱法来确定气体成分。这种类型的工艺要求现场使用昂贵且敏感的设备、专业人员对设备周期性校准、以及操作者在场来连续地分析结果并执行对发动机操作的调节。所有这些和其它因素增加了现场发动机操作的成本和复杂性。
发明内容
一方面，本发明描述一种包括连接到从动装置的内燃发动机的系统。该系统具有主燃料供应装置，其连接到发动机并且包括主燃料供应传感器。主燃料供应传感器能够提供指示通过主燃料供应装置向发动机供应主燃料的速率的主燃料供应信号。副燃料供应装置连接到发动机并且包括副燃料供应传感器。副燃料供应传感器能够提供指示通过副燃料供应装置向发动机供应副燃料的速率的副燃料供应信号。功率输出装置连接到从动装置并且包括功率输出传感器。功率输出传感器能够测量指示从动装置的功率输出的至少一个参数并且提供功率输出信号。电子控制器与发动机和从动部件可操作地相联。电子控制器设置成接收主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号，并且基于主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号确定副燃料的至少一个特征。
另一方面，本发明描述一种用于确定副燃料的至少一个性能的方法，该副燃料用于在内燃发动机的操作过程中置换主燃料的一部分。在一种实施方式中，发动机连接到发电机。该方法包括在预定状态下操作发动机和发电机。具有已知性能的主燃料流提供给发动机。主燃料流、发电机输出以及副燃料流被测量。副燃料的至少一个性能是基于主燃料流和发电机输出确定的。
又一方面，本发明描述一种用于发动机的双燃料系统，该发动机具有连接到向功率网提供电功率的功率发电机的发动机输出轴。双燃料系统包括连接到发动机的主燃料供应装置和能够提供指示通过主燃料供应装置向发动机供应主燃料的速率的主燃料供应信号的主燃料供应传感器。副燃料供应装置连接到发动机并且包括能够提供指示通过副燃料供应装置向发动机供应副燃料的速率的副燃料供应信号的副燃料供应传感器。功率输出传感器连接到功率发电机的功率输出装置并且能够测量向功率网提供的电功率和提供功率输出信号。电子控制器与发动机和功率发电机可操作地相联。电子控制器设置成接收主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号。电子控制器还能够基于主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号确定副燃料的至少一个特征。
附图说明
图1是根据本发明能够使用两种燃料供应进行操作的内燃发动机的框图。
图2是根据本发明的发动机控制器的框图。
图3是根据本发明操作具有双燃料能力的内燃发动机的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的内燃发动机100的框图表示。如所示，发动机100是作为发电机组的一部分的固定式发动机。替代地，发动机100可以是机器或越野载重车的一部分，并且连接到作为混合电能驱动系统的一部分的电力发电机、作为静液压驱动系统的一部分的流体泵等。发动机100具有连接到发电机104的输出轴102。在操作过程中，发动机100可以根据发电机104的电功率或电流输出以接近恒定的发动机速度但在变化的负载下操作。控制器105可以与各种发动机和/或发电机系统可操作地相联。在图示实施方式中，控制器105包括到发动机100和发电机104的各种传感器和系统的可操作的连接，并且能够接收有关其操作参数的信息以及通过连接向各种致动器和系统发送指令。
控制器105可以是信号控制器或可以包括设置成控制系统的各种功能和/或特征的多于一个控制器。例如，用于控制发电机组的总体操作和功能的主控制器可以与用于控制发动机100的发动机控制器协作地实施。在该实施方式中，术语“控制器”是指包括可以与发动机100相联并且在控制发动机100和发电机104的各种功能和操作中协作的一个、两个或多个控制器。虽然控制器105的功能性在图2中仅出于图示的目的概念性地示出为包括各种离散功能，但其可以不考虑所示的离散功能性以硬件和/或软件实施。相应地，控制器的各种接口是相对于图1的框图中所示的发电机组的部件来描述的。这些接口并不意于限制所连接的部件的类型和数量，也不意于限制所描述的控制器的数量。
相应地，图示实施方式中的控制器105能够接收指示发动机100的各种操作参数的信息，并且控制发动机100的各种操作参数，诸如燃料喷射定时、根据发动机100的操作点的容许或期望的燃料置换率以及其它。发动机100可以包括诸如润滑和电力系统的各种部件和系统，为了简化在图1中省略了这些部件和系统。有关本发明，发动机100包括在其中形成有一个或多个燃烧气缸108的曲轴箱106。虽然示出了直列式构造的6个气缸108，但可以使用以诸如“V”型构造的不同构造布置的任何其它数量的气缸。
每个气缸108包括往复运动活塞，该往复运动活塞限定能够连接到进气歧管110和排气歧管112的燃烧室。每个气缸108包括直接喷射柴油喷射器126。柴油喷射器126连接到加压柴油燃料源，该加压柴油燃料源经由柴油燃料管线128向每个喷射器126提供燃料。每个喷射器126能够在发动机操作过程中响应于来自控制器105的适当指令向每个气缸108中喷射预定量的柴油燃料130。例如，控制器105能够接收来自发动机100的定时信息，其用于确定针对每个燃烧气缸108的适当喷射定时。
发动机100还包括设置成将预定量的燃料喷射到进气歧管110中的副燃料喷射器114。在图示实施方式中，例如，副燃料喷射器114是可操作地连接到气态燃料供应装置或容器115的气体燃料喷射器114，气态燃料供应装置或容器115可以是罐容器或可以替代地是来自场源的压力调节供应，诸如来自填埋场的沼气、来自油井的天然气等。气体燃料喷射器114操作用以将预定量的气态或另一种副燃料输送到进气歧管110中。所输送的燃料与进入的空气125混合以形成准许经由进气阀122进入气缸108中的空气/燃料混合物。
在操作过程中，来自进气歧管110的空气/燃料混合物准许进入每个气缸108。在发动机操作过程中，柴油燃料以适当定时和持续时间喷射到每个气缸108中，以提供比气缸108中已有的更富足的空气/燃料混合物。该混合物在气缸108内的压缩导致位于其中的柴油燃料的自动点燃，这开始在气缸中的所有可燃燃料的燃烧。其包括柴油燃料以及之前通过副燃料喷射器114输送到进气歧管的副燃料。
通过每个喷射器126提供的柴油燃料的自动点燃导致在每个气缸108中以压缩状态存在的空气/燃料混合物的燃烧。每个气缸108能够选择性地接收来自进气歧管110的空气，该空气可以为用于自然吸气发动机的大气压力或低于此大气压力，或者可以替代地低于涡轮增压或增压式发动机中的正计示压力。在图示实施方式中，发动机100还可以包括以已知构造流体连接在进气歧管110和排气歧管112之间的涡轮增压器(未示出)。
在操作过程中，来自进气歧管110的空气分别经由第一进气口116和第二进气口118提供到每个气缸108。每个气缸108的第一进气口116和第二进气口118可以直接连接到进气歧管110的进气充气容积120，或者可以替代地为流体地通至进气充气容积120的组合进气口(未示出)的分支。第一进气阀122设置成将气缸108与第一进气口116流体地隔离，并且第二进气阀122类似地设置成将气缸108与第二进气口118流体地隔离。当第一和第二进气阀122闭合时，诸如在空气/燃料混合物于气缸108内燃烧的过程中，每个对应的气缸108和进气歧管110之间的流体连通被阻塞。类似地，第一和/或第二进气阀122的至少部分打开允许气缸108与进气充气容积120的流体连通，使得空气125可以进入气缸108。空气/燃料混合物在气缸108内的燃烧产生功率，其作为扭矩传递到输出轴102以驱动发电机104。发电机104能够通过输出节点124提供电功率。虽然在输出节点124中示出了两根导线，但可以设想用于电功率产生和分配的任何其它适当的布置，诸如具有多于两根导线的多相输出。
来自每个喷射器126的燃料与来自第一和第二进气口122的空气在每个气缸108内燃烧之后残留的废气在排气歧管112中被排空和收集。在图示实施方式中，每个气缸108能够经由两个排气口134流体连接到排气充气容积132。每个排气口134能够通过相应的排气阀136与气缸108流体地隔离。所收集的废气138被从排气歧管112去除。虽然对应于每个气缸108显示两个排气阀136，也可以使用每个气缸108在单个排气口中设置单个排气阀。
发动机100和相关的发电机104系统包括与本发明相关的各种传感器。更具体地，在图1中概括性图示的电功率传感器140与输出节点124相联并且能够测量指示发电机104的电功率输出的参数，诸如电压和/或电流。指示通过传感器140测量的电功率的信号被提供到控制器105。柴油流量传感器142与柴油燃料管线128相联，并且能够测量指示在发动机100的操作过程中被提供到喷射器126的柴油燃料的流速的一个或多个参数。替代地，柴油燃料的总的燃料流速的确定可以基于通过每个喷射事件提供的已知柴油喷射量的集合在电子控制器105内执行。在一种替代实施方式中，用于燃料输送确定的基础可以在每个发动机冲程或每个燃料喷射事件的基础上而非以集合形式做出。当使用柴油流量传感器142时，指示提供至发动机100的柴油燃料的流速的信息或信号直接或间接地通信至控制器105。可以使用附加传感器，诸如能够测量进入的气流125的参数的气流、气压和/或氧浓度传感器(未示出)。在图示实施方式中，发动机速度传感器145连接到控制器105并且能够提供指示例如如在轴102处测量的发动机速度的信号。
副燃料流量传感器144在副燃料流量控制阀148下游的位置处与副燃料供应管线146相联。在例如如图1中所示的副燃料是气体的实施方式中，控制阀148可以与控制器105可操作地相联，并且能够响应于来自电子控制器105的适当信号计量从容器115到喷射器114的燃料流量。副燃料流量传感器144可以位于沿着燃料管线146的任意位置处。在图示实施方式中，燃料流量传感器144位于控制阀148的下游。副燃料流量传感器144可以是任何适当类型的数字或模拟输出传感器，其能够向电子控制器105提供指示在发动机操作过程中经过喷射器114的气态流体的质量流量或体积流速的信号。
图2中示出了用于控制器200的框图。控制器200可以是用于控制和监视发动机100(图1)的操作的较大控制方案的一部分。控制器200还可以与电子控制器105(图1)集成并且在电子控制器105内操作，使得控制器200的输入和输出是存在于电子控制器105内的信号。
操作控制器200用以在操作过程中基于各种输入提供容许置换率202和期望柴油燃料喷射定时204。在图示实施方式中，控制器200能够接收电功率信号206、主燃料或柴油燃料流速208和副燃料或气体燃料流速210。电功率信号206可以是指示连接到发动机的发电机(诸如如图1中所示连接到发动机100的发电机104)的功率输出的信号。电功率信号206可以通过由连接到输出124的电功率传感器140提供至控制器105的信号提供，或者基于由连接到输出124的电功率传感器140提供至控制器105的信号。
柴油燃料流速208可以通过设置成实时测量提供至发动机的液体燃料的流速的适当传感器(诸如图1中所示的传感器142)提供。替代地，柴油燃料流速208可以是计算为受操作喷射器126(图1)的燃料控制模块(未示出)操纵的集合燃料的信号。类似地，气体燃料流速210可以通过适当传感器、诸如传感器144(图1)提供，或者可以替代地从操作喷射器114(图1)的启动以输送预定量的燃料到发动机的燃料指令模块(未示出)以分析的方式确定。
在图示实施方式中，控制器200还设置成接收启用信号212。启用信号212可以简单地为0或1的离散值，其中0可以指示正常操作，值1指示控制器200处于校准模式，如以下将描述的。
在本发明的系统中，控制器200有利地能够调节特定发动机操作参数，使得副燃料(在该情况中为气态燃料)的品质和特征的变化随着时间得以补偿。更特别地，当启用信号212指示控制器200处于校准模式时，发动机可以被置于预定操作状态中，使得可以经验地确定第二燃料置换主燃料的期望或容许的置换率。这种校准可以周期性地执行，诸如一周一次或者获得新的一批燃料的任何时间，以确保发动机在最佳水平操作。此外，能够在不需要专用燃料分析器设备和发动机操作参数的手动调节的情况下通过控制器200自动地完成适当操作参数的调节。
更特别地，当控制器200接收启用信号212时，发动机通过发动机控制器(未示出)的适当部分导致在预定发动机速度和负载操作点下操作。发动机速度例如可以通过发动机速度传感器145(图1)测量，并且负载可以通过电功率传感器140测量。预定操作点可以是能够在发电机未接线时运行的单个操作点，或者替代地可以是许多预定点中被选择为在校准过程开始时尽可能接近发动机操作点的一个。在一种实施方式中，当发动机已经以用于预定期间的恒定点操作时，控制器200能够自动地开始校准。在该实施方式中，如果在执行校准时发动机需要改变其操作状态，校准可以终止。
在图2中所示的简化的实施方式中，控制器200包括气体置换率确定214。气体置换率确定214能够将电功率信号206与柴油燃料流速208进行比较以推断理论气体燃料流速，其与已知柴油燃料流速一起提供估算的气体置换率216。在一种实施方式中，气体置换率确定214可以包括基于作为整体的发动机/发电机系统的能量平衡计算。换句话说，给定系统的功率输出(例如，发电机的电功率输出)并给定两个能量输入中的一个(诸如引入的柴油燃料的燃烧的焓)，所需要的附加能量输入的确定(诸如引入的气体燃料的燃烧的焓)可以被估算。该估算还可以基于系统的已知的效率和能量转换率。
柴油燃料流速208还提供给分隔器218的一个输入节点。分隔器218的第二输入节点接收气体燃料流速210，使得分隔器能够执行计算以确定实际或测量的气体置换率220，其在图示实施方式中表示为柴油燃料流速208和气体燃料流速210之间的比率。
估算的气体置换率216在比较器222处与测量的气体置换率220进行比较，以提供置换率偏差224。在图示实施方式中，比较器222将置换率偏差224计算为估算的和测量的气体置换率216和220之差。置换率偏差224可以根据在之前校准中确定的副燃料性能同在随后的校准过程中提供给发动机的副燃料的实际性能相比是正的或负的。
置换率偏差224被提供给气体热值确定功能225。在图示实施方式中包括查询表或一维查询功能的气体热值确定功能225能够确定校正的气体热值226，其基于在置换率偏差224的基础上对之前确定的气体热值的校正。校正的气体热值226基本上匹配当前供应至发动机的气体的实际热值。
校正的气体热值226还向甲烷值相关表228提供燃料热值。相关表228基于预定相关性或关系提供气体的甲烷值230。甲烷值230和校正的气体热值226被提供给双燃料控制232。双燃料控制232能够基于校正的气体热值226和修正的甲烷值230调节并提供容许的置换率202和柴油喷射定时204的更新参数。在一种实施方式中，双燃料控制232包括查询表和包含用于容许的置换率和柴油喷射定时的发动机操作参数列表的其它功能，其被提供至基于诸如发动机速度和负载的特定发动机操作状态来确定适当置换率和喷射定时的其它发动机控制器功能。
图3中示出了用于操作双燃料发动机的方法的流程图。该方法适用于以两种或多种燃料操作的任何发动机。该方法能够基于发动机的至少一种副燃料的品质自动地提供燃料置换参数的周期性调节，并且不需要燃料品质的外部经验确定和发动机操作参数的随后手动调节。如能够理解的，自动地确定副燃料特征而不需要外部测试以确定这些特征的能力是对当前使用的工艺的相当大的改进。通过自动地执行燃料特征的周期性确定和发动机操作的调节，发动机可以在较低成本和较高效率下操作。
在302处开始校准过程。校准过程的开始可以在期望产生副燃料的燃烧特性的可测量的变化的多种状态下完成。例如，如果副燃料源是由钻探或提炼操作提供的天然气流，那么副燃料的性能的校准可以周期性地(诸如每周地)执行，以确保考虑到副燃料的可能变化。替代地，如果副燃料由成批的商业源配备，那么可以针对提供给发动机的每一批新燃料进行一次校准。
在304处，当发动机处于校准模式时，发动机和发电机以预定状态操作。预定状态可以是单个操作点或者其可以是适当地选择的多个操作点中的一个。在使用单个操作点的情况中，发电机可以暂时中断供给功率的电网，使得可以提供预选的额定功率输出。替代地，发电机可以保持连接到电网，并且可以选择最接近随后出现的电网功率消耗的预选功率以执行校准。
在306处，在发动机和发电机以预定状态操作的同时，来自发动机/发电机系统的功率输出和从主燃料到系统的功率输入以来自传感器的数据或其它信号的形式获取。与发动机/发电机系统可操作地相联的电子控制器可以用于该获取，其可以包括测量、计算或用于量化到发动机/发电机系统的功率输入的其它方法。例如，可以使用包含在到发动机的主燃料入流中的化学或燃烧能量以及在发电机的输出处的电功率。执行这些确定的电子控制器还可以包括指示各种相关部件和系统的能量转换效率的各种常量或其它参数，以及指示主燃料的燃烧性能的预定常量，其被假定为已知的并且随着时间保持基本不变。
在308处，副燃料的功率输入是基于来自主燃料的功率输入和系统的功率输出推断的。在图示实施方式中，主燃料是具有已知性能的柴油燃料，并且副燃料是天然气。通过测量副燃料的质量流量或体积流速，从两种燃料源到发动机/发电机系统的能量输入与系统的功率输出之间的能量平衡关系可以用于确定副燃料的能量含量。在一种实施方式中，该能量平衡关系可以被设置为查询表、模型、或使诸如发电机的功率输出、柴油燃料率和气体流速的可应用参数相互关联的任何其它计算或插值类型，以提供气体热值和/或气体甲烷值。
在308处已经确定来自副燃料的功率输入，在310处确定主燃料通过副燃料的先前置换率和当前或测量的置换率之差。该确定可以是发动机的操作参数的改变，其中，主燃料通过副燃料的期望或容许的置换率或比率被确定并存储在控制发动机的电子控制器内。在一种实施方式中，容许置换率由控制器使用以在发动机的操作状态改变时、诸如发电机的电负载响应于消耗的变化而改变时调节主燃料和副燃料供应装置。此外，在312处，对由电子控制器使用以限制副燃料的使用的参数被调节以基于在310处确定的差反映有关副燃料品质的最新信息。
已经确定副燃料的适当参数，在314处确定容许置换率和主燃料喷射定时。在一种实施方式中，该确定是基于在312处调节的副燃料的调节的控制参数。一旦副燃料的性能已知，就可以调节发动机的其它控制参数。例如，除了对主燃料的喷射定时的调节之外，发动机可以根据各种发动机部件和系统的硬件能力以可变阀定时、可变进气和/或排气压力等操作，使得发动机操作可以最佳化。
工业实用性
本发明总的涉及双燃料内燃发动机。这里描述的实施方式特别地相对于以天然气、液化石油气(LPG)、生物气或任何其它可燃燃料操作并且连接到用于产生电功率的电力发电机的发动机，但也可以使用任何其它类型的发动机。设想的附加应用例子是用于驱动机器和/或其它越野载重车的发动机，其连接到作为混合电能驱动系统的一部分的发电机、作为静液压驱动系统的一部分的流体泵等的发电机。相应地，虽然描述了固定式发动机应用，这里公开的系统和方法能够应用到安装在诸如机车或海运应用的大型设备中的发动机、以及安装在诸如货车运输或汽车工业的车辆中的发动机。此外，虽然在上面描述的实施方式中公开了发电机，但也可以使用其它发动机的应用。例如，用于操作气体压缩机的发动机可以以上述方式操作，由此系统的功率输出可以例如通过压缩机的上游和下游气体的压力和密度的测量基于压缩机的工作气体的焓的增加来确定。附加例子包括流体泵，其中，通过泵的液压流体的压力和流速的测量能够是泵的功率输出的指示。在一种替代实施方式中，发动机的校准可以不需要发动机在预定点的操作。虽然这种操作是有利的，但是发动机系统的功率输入和输出的实时测量使得副燃料品质的实时恒定确定成为可能。
可以理解的是，前面的描述提供了本发明的系统和技术的一些例子。尽管如此，可以设想，本发明的其他实施方式可以在细节上和前面所述的例子不同。对本发明或对其例子的所有引用的目的是在当时引用特定的例子来讨论，而不是意味着更概括地对本发明的范围做出限制。对于某些特征的语言上的区别和轻视的目的是指出对这些特征并非优选，并非将其整体上从本发明的范围中排除，除非另有说明。
在此除非另外地说明，对值的范围的记载仅意在作为一种分别指示各个落入到该范围中的单独的值的速记方法，并且每个单独的值都并入到说明书中，如同这些数值被单独地记载。在此所描述的所有方法都能够以任何合适的顺序执行，除非在此有另外的说明或明显地与上下文相矛盾。

Claims (10)

1.一种包括连接到从动装置(104)的内燃发动机(100)的系统，包括：
连接到发动机并且包括主燃料供应传感器(142)的主燃料供应装置(130)，主燃料供应传感器能够提供指示通过主燃料供应装置向发动机供应主燃料的速率的主燃料供应信号(208)；
连接到发动机并且包括副燃料供应传感器(144)的副燃料供应装置(115)，副燃料供应传感器能够提供指示通过副燃料供应装置向发动机供应副燃料的速率的副燃料供应信号(210)；
连接到从动装置并且包括功率输出传感器(140)的功率输出装置(102)，功率输出传感器能够测量指示从动装置的功率输出的至少一个参数并且提供功率输出信号(206)；
与发动机和从动装置可操作地相联的电子控制器(105)，电子控制器设置成接收主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号，
其中，电子控制器能够基于主燃料供应信号、副燃料供应信号和功率输出信号确定副燃料(214)的至少一个特征。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当发动机和从动装置中的至少一个以预定状态(304)操作时并且当主燃料的至少一个特征已知时，电子控制器能够进行副燃料的至少一个特征的确定。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，从动装置是电功率发电机，功率输出传感器是电压表和电流表中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，主燃料是柴油燃料，副燃料是天然气。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，副燃料的至少一个特征包括气体热值和甲烷值中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，电子控制器还能够基于副燃料的至少一个特征确定副燃料置换主燃料的容许置换率。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，电子控制器还能够确定当系统以预定状态操作时副燃料置换主燃料的测量置换率(220)和期望置换率(216)之间的置换率差(224)，测量置换率是基于主燃料供应信号和副燃料供应信号确定的，期望置换率是基于功率输出信号确定的，并且其中副燃料的至少一个特征是基于置换率差确定的。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，电子控制器还能够基于副燃料的至少一个特征确定副燃料的至少一个附加特征。
9.一种用于确定副燃料的至少一个性能的方法，该副燃料用于在包括权利要求1的内燃发动机的系统的操作过程中置换主燃料的一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，主燃料是柴油燃料，副燃料是天然气，主燃料的已知性能是天然气置换柴油燃料的期望置换率，其产生在发电机的输出处测量的电功率输出，并且其中副燃料的至少一个性能基于测量置换率。
CN2012800099162A 2011-02-22 2012-02-21 用于双燃料发动机的可变气体置换及方法 Pending CN103403323A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/031,845 2011-02-22
US13/031,845 US20120210988A1 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Variable gas substitution for duel fuel engine and method
PCT/US2012/025896 WO2012115941A2 (en) 2011-02-22 2012-02-21 Variable gas substitution for dual fuel engine and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103403323A true CN103403323A (zh) 2013-11-20

Family

ID=46651702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012800099162A Pending CN103403323A (zh) 2011-02-22 2012-02-21 用于双燃料发动机的可变气体置换及方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120210988A1 (zh)
CN (1) CN103403323A (zh)
DE (1) DE112012000935T5 (zh)
WO (1) WO2012115941A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104948360A (zh) * 2015-05-28 2015-09-30 同济大学 一种适用于低温地区的燃料供给系统及方法

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160153375A1 (en) * 2012-05-31 2016-06-02 General Electric Company Method for operating an engine
US11578684B2 (en) 2012-05-31 2023-02-14 Transportation Ip Holdings, Llc Method for operating an engine
US20140074380A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 Continental Controls Corporation Gas substitution control system and method for bi-fuel engine
US20140096727A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-10 Hydrogen Injection Technology, Inc. Cooling a supplementary hydrogen fuel system
US20140152007A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Deif A/S Managing Efficiency of a Pool of Engine-Driven Electric Generators
US20140152006A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Deif A/S Managing Efficiency of an Engine-Driven Electric Generator
US20140261333A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine control system having a variable orifice
US20140299106A1 (en) * 2013-04-05 2014-10-09 Compression Generation Services, LLC Autonomous Multi-Fuel Engine Using Gaseous Fuels
US20140352656A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Cummins Inc. Intake port throttling control for dual fuel engines with asymmetric intake passages
US20140366840A1 (en) * 2013-06-17 2014-12-18 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG. Fuel Apportionment for Multi Fuel Engine System
US20140366839A1 (en) * 2013-06-17 2014-12-18 Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG. Transient Event Fuel Apportionment for Multi Fuel Engine System
US9841146B2 (en) * 2014-01-10 2017-12-12 Electro-Motive Diesel, Inc. Gas production system for producing high pressure gas
US9932910B2 (en) * 2014-04-18 2018-04-03 Avl Powertrain Engineering, Inc. Natural gas quality sensor and method for using the same
US9599040B2 (en) 2014-05-28 2017-03-21 Caterpillar Motoren Gmbh & Co. Kg Fuel apportionment for multi fuel engine system
US10570835B2 (en) 2014-09-04 2020-02-25 Transportation Ip Holdings, Llc Substitution rate control system for an engine and an associated method thereof
GB2531024A (en) * 2014-10-07 2016-04-13 Btrack Solutions Ltd Fuel delivery control
WO2016073588A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-12 Cummins Inc. Systems, methods, and apparatus for operation of dual fuel engines
US9556809B2 (en) 2014-12-12 2017-01-31 General Electric Company System and method for optimal fueling of an engine
US20160208749A1 (en) * 2015-01-20 2016-07-21 Caterpillar Inc. Multi-Fuel Engine And Method Of Operating The Same
US9702328B2 (en) 2015-05-01 2017-07-11 Caterpillar Inc. Fuel combustion system having component with knurled conduction surface and method of making same
US9739192B2 (en) 2015-05-04 2017-08-22 Caterpillar Inc. Fuel combustion system, nozzle for prechamber assembly with curved orifices, and method of making same
US9617908B2 (en) 2015-05-11 2017-04-11 Caterpillar Inc. Fuel combustion system, nozzle for prechamber assembly having coolant passage, and method of making same
EP3859137A1 (en) 2016-02-04 2021-08-04 Cummins, Inc. System and method for self-adjusting engine performance parameters during fuel quality variation
IT201600090982A1 (it) * 2016-09-08 2018-03-08 Dimsport S R L Centralina per un motore a due combustibili e metodo per la mappatura della centralina
US9945308B2 (en) 2016-09-13 2018-04-17 Caterpillar Inc. Automatic calibration system and method for a dual fuel internal combustion engine
US10113492B2 (en) * 2016-12-20 2018-10-30 Caterpillar Inc. Hybrid combustion system and method
GB2570461A (en) * 2018-01-24 2019-07-31 Eht P And L Ltd Improved efficiency in combustion engines
US11041434B2 (en) 2018-04-27 2021-06-22 Clark Equipment Company Adaptive protection for a multi-fuel generator system
US11047297B2 (en) * 2018-10-18 2021-06-29 Clark Equipment Company Fuel switchover control system for a multi-fuel generator
US11873772B1 (en) 2022-09-14 2024-01-16 Cummins Power Generation Inc. Dual fuel engine system and method for controlling dual fuel engine system
US11885269B1 (en) 2023-06-08 2024-01-30 Caterpillar Inc. Fuel system for prime mover

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4278064A (en) * 1979-03-07 1981-07-14 Deere & Company Fuel control system for a dual-fueled power unit
US6863034B2 (en) * 2003-01-17 2005-03-08 Robert D. Kern Method of controlling a bi-fuel generator set
CN1611757A (zh) * 2003-10-27 2005-05-04 现代自动车株式会社 用于液化石油气喷射发动机的燃料喷射控制法和相关设备
CN101265843A (zh) * 2007-03-12 2008-09-17 日产自动车株式会社 火花点火式内燃机
CN101454555A (zh) * 2006-05-23 2009-06-10 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制装置和方法及燃料特性确定装置和方法
CN101558226A (zh) * 2006-12-21 2009-10-14 丰田自动车株式会社 用于内燃发动机的控制设备及控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3326000B2 (ja) * 1994-04-07 2002-09-17 株式会社ユニシアジェックス 内燃機関の燃料性状検出装置
JPH08284704A (ja) * 1995-04-07 1996-10-29 Hiraoka Toshihiko ディーゼルエンジン用の圧縮天然ガス燃料供給システム
JPH11166433A (ja) * 1997-12-03 1999-06-22 Tokyo Gas Co Ltd デュアルフューエル機関の出力制御方法及び装置
US7775092B2 (en) * 2008-02-07 2010-08-17 Ssi Technologies, Inc. Fuel delivery system and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4278064A (en) * 1979-03-07 1981-07-14 Deere & Company Fuel control system for a dual-fueled power unit
US6863034B2 (en) * 2003-01-17 2005-03-08 Robert D. Kern Method of controlling a bi-fuel generator set
CN1611757A (zh) * 2003-10-27 2005-05-04 现代自动车株式会社 用于液化石油气喷射发动机的燃料喷射控制法和相关设备
CN101454555A (zh) * 2006-05-23 2009-06-10 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制装置和方法及燃料特性确定装置和方法
CN101558226A (zh) * 2006-12-21 2009-10-14 丰田自动车株式会社 用于内燃发动机的控制设备及控制方法
CN101265843A (zh) * 2007-03-12 2008-09-17 日产自动车株式会社 火花点火式内燃机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104948360A (zh) * 2015-05-28 2015-09-30 同济大学 一种适用于低温地区的燃料供给系统及方法
CN104948360B (zh) * 2015-05-28 2017-07-07 同济大学 一种适用于低温地区的燃料供给方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012115941A3 (en) 2012-11-01
US20120210988A1 (en) 2012-08-23
DE112012000935T5 (de) 2013-11-28
WO2012115941A2 (en) 2012-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103403323A (zh) 用于双燃料发动机的可变气体置换及方法
CN104121102B (zh) 微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统及控制方法
CN101070794B (zh) 内燃机的诊断装置
US20150025774A1 (en) Fuel mixture system and assembly
CN101514940B (zh) 小型汽油机进排气系统流动特性试验装置和排放控制方法
CA2792868A1 (en) Natural gas and diesel fuel blending system
CN102341580A (zh) 燃料喷射系统
CN110173364A (zh) 响应于废气再循环系统条件的内燃机控制
CN104136748A (zh) 燃烧发动机的改进
CN106194451A (zh) 多燃料发动机和多燃料发动机运行的方法
US9599040B2 (en) Fuel apportionment for multi fuel engine system
CN102906399A (zh) 可之后设置于使用液体燃料的内燃机的后置式气体燃料供给成套附件
US9982633B2 (en) Method and device for operating a gas internal combustion engine
CN103375286A (zh) 自适应气体燃料控制系统
CN107816390A (zh) 用于双燃料内燃机的自动校准系统和方法
CN105531468B (zh) 用于驱动内燃机的方法和装置
CN103510987B (zh) 一种多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法
CN203978671U (zh) 微量柴油引燃直喷天然气发动机燃料供给系统
CN102483001A (zh) 用于亚音速流的燃料喷射器增益补偿
CN202033658U (zh) 一种以油田、煤田伴生气为动力的抽油机、抽气机测控系统
US20180149096A1 (en) Hybrid fuel system
CN202756105U (zh) 混燃发动机电控系统
CN101226073A (zh) 燃气汽车燃料消耗量的测量系统
CN102787921A (zh) 混然发动机电控系统及其控制方法
Ambrozik et al. External speed–torque characteristics of Fiat 0.9 TwinAir petroland CNG-fuelled engine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131120