CN103688037B - 控制压力增益燃烧器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制压力增益燃烧器的操作的方法，包括：确定满足燃烧器的目标负荷设定点和目标填充分数的燃料喷射器的燃烧频率和负载循环；确定实现所确定的燃料喷射器负载循环和燃烧频率的点火正时设定值、燃料供给压力设定值和燃料喷射器定时设定值；以及发送具有燃料供给压力设定值的燃料供给压力控制信号到燃烧器的燃料加压装置，发送具有燃料喷射器定时设定值的燃料喷射器控制信号到燃烧器的燃料喷射器，以及发送具有点火正时设定值的点火正时控制信号到燃烧器的点火组件。

Description

控制压力增益燃烧器的装置和方法
技术领域
本发明总体涉及一种用于控制压力增益燃烧器的操作的装置和方法。
背景技术
压力增益的燃烧器——它的一个例子是脉冲爆震发动机（PDE）——是这样一种内燃机，该内燃机使用爆震波以燃烧燃料和氧化剂（如空气）的混合物。每个爆震波由点火源开始，并且燃烧过程是脉动的以允许混合物在爆震波之间被补充进燃烧器中。不同于传统的脉冲式喷气发动机，燃料/空气混合物在其中经历亚音速爆燃燃烧，而压力增益燃烧器中脉冲爆震经历超音速爆震。燃烧过程中极大地增加了在燃烧室内燃烧产物的压力，燃烧产物然后膨胀通过喷嘴以用于产生推力或动力。此推力可以被用于驱动车辆，或者例如通过被联接到驱动轴上的旋转式正位移装置，如涡轮机，被转换成机械动力。
在过去的几十年中，已经积极推行了压力增益燃烧器作为一个最有前途的产生动力的循环。相较于其它产生动力的循环而言，压力增益燃烧器具有潜力以提供明显更高的效率。为实现这一潜力，必须优化燃烧过程的操作。用于燃烧发动机的传统控制系统监视发动机的操作并基于输入变量控制燃料供给、空气/燃料比率、点火正时和其它功能。然而，给定压力增益燃烧器和传统内燃发动机之间的差异，例如瞬态操作和通过压力增益燃烧器的脉动流，传统的控制系统不能很好地适合于控制压力增益燃烧器的操作。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种以高效率且有效的工作方式控制压力增益燃烧器的操作的方法，该燃烧器具有燃料加压装置、燃料喷射器和点火组件。所述方法包括：确定燃料喷射器负载循环和燃烧频率，所述燃烧频率达到了燃烧器的目标负荷设定点和目标填充分数；确定燃料供给的压力设定值、燃料喷射器的定时设定值和点火正时设定值，其达到了所确定的燃料喷射器的负载循环和燃烧频率；并且发送具有燃料供给压力设定值的燃料供给压力控制信号到燃料泵，发送具有燃料喷射器定时设定值的燃料喷射器控制信号到燃料喷射器，以及发送具有点火正时设定值的点火正时控制信号到点火组件。目标填充分数优先是1.0，但也可以是介于0.8和1.1之间。
确定燃料喷射器的负载循环的步骤可以包括测量通过燃烧器的空气流率和确定达到目标负荷设定点的燃料流率，或确定空气和燃料的流率，其达到了目标负荷设定点和化学计量的氧化剂/燃料比率两者。确定燃烧频率的步骤可以包括：确定在燃烧器中最大燃料喷射持续时间（“MID”），其是目标填充分数的函数，并且所需的每爆震循环的燃料喷射持续时间（IDDC）为负载循环除以燃烧频率，并选择燃烧频率，使得IDDC小于或等于MID。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制器，其包括被以上述方法编程的存储器和用于执行被编程的方法的处理器。处理器可以是燃烧器的一部分，所述燃烧器包括燃料加压装置、流体地联接到燃料加压装置的燃料喷射器、流体地联接到燃料喷射器和氧化剂供给源的混合室；与混合室流体连通的燃烧室；以及与燃烧室流体连通的点火组件。
控制器可被进一步编程有这样的步骤：选择至少一个当量比和确定该燃料流率达到了目标负荷设定点和所选择的当量比率的燃料流率。控制器还可以进一步编程有这样的步骤：测量燃烧器的氧化剂/燃料混合室内部的压力，并且其中燃料供给压力设定值提供了足以输送燃料到混合室中以实现所确定的燃料流率的燃料供给压力。控制器还可以被进一步编程有这样的步骤：确定用于燃烧器的点火相位滞后，并且其中点火正时控制信号还包括确定点火相位滞后。
附图说明
图1是压力增益燃烧器的控制系统的实施方式的示意图。
图2是由控制器执行的以控制压力增益燃烧器的操作的步骤的流程图。
图3和图4是由控制器控制的压力增益燃烧器的一个实施方式的示意性侧面外部和剖面视图。
图5是图3和图4中所示燃烧器的混合室和燃烧室的立体剖面图。
具体实施方式
此处所描述的是压力增益燃烧器控制系统的实施方式，其根据输入变量监视和操作压力增益燃烧器的至少燃料喷射和点火组件，并且通过这样一种方式来优化压力增益燃烧器的单位尺寸的可用输出功率和固有效率。通过对那些本技术领域技术人员而言将是显而易见的本方法的较小的改变，这里所描述的控制系统可以被用在各种类型的压力增益燃烧器中。
通过背景介绍，用于传统内燃机的控制系统使用的测量在燃烧过程中的空气/燃料比率的常用方法是在排气流中利用氧传感器。通过测量燃烧产物中的残余氧含量，控制器可以计算出在燃烧之前存在于燃烧室中的空气/燃料比率，并且使用反馈控制环路调节该比率（通常是通过调节燃料流率）以获得所需的输出功率和在燃烧室中的适当的空气/燃料比率。
然而，在压力增益燃烧器中，每个燃烧周期包括以下普通阶段：进气、爆震、排气和净化。在净化过程中，空气通过燃烧器而不在燃烧过程中使用。净化空气通过燃烧室并且通过排气系统排出，因此出现在净化空气中的额外的氧将使得压力增益燃烧器的排气系统中的氧传感器的读数出现偏差。因此，氧传感器不能被有效地利用于测量或控制压力增益燃烧器中的空气/燃料比率。
监视和调节空气/燃料比率的另一种方法是测量空气流率并基于空气流率调节燃料流率。这种方法被称为“前馈”方法，并且对压力增益燃烧器一般是更合适的和有效的。如在下面进一步详细描述的，根据本发明某些实施方式的控制系统使用前馈方法用于空气和燃料流量的调节。
在传统的内燃机中，发动机的输出功率与在燃烧中是活跃的空气的质量流率成比例。如上文所述，在压力增益燃烧器的每个燃烧循环中，燃烧器体积填充空气和燃料的混合物、燃烧然后排出并净化。因此，为了使得给定压力增益内燃机的单位尺寸的输出功率最大化，燃烧器的工作频率必须最大化。然而，最大工作频率可能受一些因素的限制，例如燃烧器腔室的空气动力学性能、点火系统和/或燃料喷射系统的限制和所需的空气/燃料混合时间，其任何一个都可以降低高工作频率下的效率。
考虑与压力增益燃烧器的效率有关的另一个参数是填充分数。填充分数是在每个燃烧循环中燃烧的空气/燃料体积与燃烧器的总体积的比例。在利用爆燃转爆震（“DDT”）的压力增益燃烧器中，空气/燃料的部分在爆震前在DDT过程中被燃烧。此DDT燃烧过程并不像定容爆震一样高效，因此可取的是使DDT距离最小化，其反过来将使得在爆震过程中空气/燃料混合物的可用于被消耗的部分最大化。用于DDT过程所需的空气和燃料的量不取决于爆震实现之后燃烧的空气和燃料的量。因此，如果使用较低的填充分数，空气和燃料的相对高的比例将被用在相对低效率的DDT过程中，并且相对小的可燃混合物将是可用在爆震过程中。这降低了燃烧器的效率。另一方面，如果空气和燃料混合物的最大体积被制备在燃烧室中，爆震燃烧与DDT过程的比例增加了，因此提高了燃烧器的效率。
根据本发明的一个实施方式并参照图1至图5中，用于压力增益燃烧器12的控制系统10设置有控制器14，所述控制器14具有编程有控制程序的存储器，该控制程序调节燃料喷射组件16的空气和燃料流率并控制燃烧器12的点火组件18的操作，以获得所需的输出功率（或“负载”）。控制程序包括由控制器14执行的指令以在燃烧器12的燃烧室20中维持适当的空气/燃料比率，这以使填充分数最大化的方式进行，从而在任何给定的工作频率下优化燃烧效率。为了优化操作频率和燃烧器的单位尺寸的可用功率输出，在整个燃烧周期的进气阶段控制器14也调节燃料输送，以便使空气/燃料混合所需的时间最小化。为了实现这一点，控制器14调节燃料喷射流率，该燃料喷射流率与燃烧器12中的空气流量成比例，使得它提供了在整个燃烧器腔室20中空气和燃料的基本上化学计量混合物，同时使空气和燃料混合所需的时间和空间最小化。
具体地参照图3至图5，合适的燃烧器12是脉冲爆震装置，其在本实施方式中被显示为与旋转运动正位移装置22联接，该装置将从燃烧器发出的推力转化为有用的旋转运动。可替代地，燃烧器12可以被联接到压缩机和涡轮机系统（图中未示出）。推力从旋转运动正位移装置22的排出口24作为排气被发出。燃烧器包括爆震区26，所述爆震区26在本实施方式中为内管状体27，该内管状体具有安装在其内的施高琴（Schelkin）螺旋部28，所述施高琴螺旋部可以沿着螺旋形的方向并其中一个形式是插件，例如被插入并被固定地附接到管状体的螺旋构件。按照气体速度，施高琴螺旋线28的螺旋部分的旋转之间的距离可以增加频率，或否则螺旋线之间的螺距可被减小（或根据气体膨胀在某些形式下增加了）。
传热组件包括环形通道30，所述环形通道30被限定为内管状体27与外管状体32之间的空间。入口端口34被设置在外管状体32上，并允许气态氧化剂，如压缩空气，从爆震区域26进入到环形通道30内并以逆流方式前进，其中热从爆震区域26内被传递到环形通道30内并用于预热穿过其中的氧化剂。可以在图5中看得最清楚的是，翅片42可以被设置在传热组件内，以进一步允许氧化剂传输通过环形通道30。
然后氧化剂前进通过气体输送管36到氧化剂/燃料混合室38，其中预热的氧化剂将与燃料喷射装置16喷射的燃料混合以形成氧化剂/燃料混合物。燃料喷射装置16用于根据控制器14所规定时刻按量将燃料喷射到混合室内。更具体地，燃料喷射器组件16包括具有与混合室连通的喷射口的燃料喷射器，以及燃料加压装置44（在图1中示意性地示出），所述燃料加压装置44被流体地联接到燃料喷射器并与控制器14通信且可受其控制。合适的燃料加压装置可以是具有压力调节器的泵或压缩机。燃料喷射器包括控制阀46（在图10中示意性地示出，所述控制阀也与控制器14通信且可受其控制以控制燃料喷射器每单位时间被致动（即控制阀打开）的持续时间；换句话说，控制器14通过控制控制阀的打开控制燃料喷射器的负载循环。
一旦在混合室38中被混合，氧化剂/空气混合物将通过扩散器40并进入燃烧室20。扩散器40被设计为在到燃烧室40之前使气体混合物分层。一般情况下，扩散器可有多种设计，其中在如图3至图5所示的实施方式中，被确定为纵向延伸的多个孔用于减少用于适当爆震的混合物的螺旋动作。
在通过扩散器40之后，现在已分层的氧化剂/燃料混合物流入到爆震区域26中。在燃烧室20中的爆震区域26的部分的氧化剂/燃料混合物通过点火组件18提供的能量被燃烧。点火组件18包括一个或多个流体连通燃烧室20的氧化剂/燃料引爆装置，所述引爆装置与控制器14通信且可受其控制。引爆装置可以是传统的火花塞或电热塞，或可替代的是激光点火装置或提供足够的能量以引爆氧化剂/燃料混合物的其它设备。
一旦在燃烧室20中的燃料/空气混合物被燃烧，火焰前缘被联接到冲击波并且以超音速扩散通过爆震区域26，从而引爆其中的其余的燃料/空气混合物。
如上文所述，控制器14以有效的方式被编程以控制燃烧器的操作以产生所需的功率输出。如将要在下面详细描述的，控制器14通过调节燃料流率维持适当的氧化剂/燃料比率以达到所需的负载。这是通过控制燃料供给压力和燃料喷射持续时间完成的。通过控制燃料加压装置44的操作控制燃料供给压力，并且通过控制燃料喷射器的控制阀46控制燃料喷射持续时间和时刻。在一般情况下，改变燃料供给压力改变了燃料喷射过程中的燃料流率。改变燃料喷射持续时间也可以被用于控制每单位时间喷射到燃烧室20内的燃料的量。
为了优化燃料输送到燃烧器腔室20的效率（以及优化随后的每个燃烧循环的爆震阶段的效率），控制器14被编程以“按比例”的方式喷射燃料，从而使燃料喷射流率被控制以使其在各进气周期期间与通过燃料喷射器的空气流率成比例，以便获得通过燃料喷射器24喷射点的基本上化学计量的空气/燃料混合物。因此，空气流量传感器54被设置在混合室38中靠近燃料喷射器端口，并且发送空气流量的测量数据到控制器14。
以这种方式成比例地喷射燃料预计将减少在混合室38中的氧化剂/燃料混合所需要的时间，并减少了在燃烧器腔室20中不同区域之间的燃料分散的需要。相反，如果燃料喷射流率不被调节成与空气流率成比例，那么在燃烧循环的进气阶段过程中空气流率的变化可能导致使被喷射的燃料更高度地集中在混合物的一个区域中，并因此，需要明显更多的时间以将燃料的较高浓度分散到低浓度区域。
在本实施方式中，控制器14被进一步编程，通过连续地调节在整个燃烧周期的进气阶段的燃料流率，以始终维持基本上化学计量的空气/燃料混合物，使得燃料流率在燃料喷射过程中在整个燃料喷射持续时间的每个时间点上与空气流率是成比例的。在这种方式中，用于混合空气和燃料所需的时间应大幅减少，从而使燃烧器12在更高的工作频率或爆震率下工作。如上所述，应期望的是优化燃烧器12的输出功率与尺寸的比率。此外，更高的工作频率提供了更连续的动力传送，并且对于给定范围内的输出功率要求允许使用更紧凑的燃烧器。连续地与空气流流率成比例地调节燃料喷射流率预计将增加燃烧器12中对流的混合性能，并减少空气和燃料通过扩散被混合所需的时间和距离。
控制器14可以通过调节横越燃料喷射器的压力差来调节燃料流率。压力传感器50位于混合室38中，并与控制器14连通以提供混合室的压力测量。利用此读数，控制器14被编程以计算所需的压力差，以获得所要求的燃料流率，并为了实现此所需的压力差，调节燃料加压装置44的设定值以改变燃料管路压力（喷射器24的上游）。对于气态燃料燃烧器，控制器14控制压缩器/压力调节器，所述压缩器/压力调节器将气态燃料泵入混合室38内。在液态燃料燃烧器，控制器12被编程以通过其它方式控制燃料流率，例如通过控制燃料喷射器的控制阀46，从而控制在喷射点处的燃料喷射率。
对于本技术领域的那些技术人员来说显而易见的是，本实施方式的控制器14可以被编程以控制两个压力增益燃烧器，所述两个压力增益燃烧器使用阀以控制空气流量或以无阀的空气流量设计为特征。如图3至图5所示，压力增益燃烧器的当前实施方式为无阀的空气流量设计。
虽然，本说明书解释了没有空气阀的用于燃烧周期的控制，但具有空气阀的燃烧器可以被类似地控制。具有空气阀（未示出）的压力燃烧器中，控制器14在燃料喷射时段期间将打开空气阀，以提供用于燃烧的空气，并将在净化过程中也打开空气阀以提供净化空气。控制器14在所有其它时间关闭空气阀。
然而，本实施方式中的控制器14是具有比例-积分-微分功能的可编程逻辑控制器（“PID控制器”），具有相似功能的其它控制器是可以代替的，这对于本领域技术人员将是显而易见的。具体参照图2，控制器14包括处理器和具有已被编程有控制算法的存储器，该控制算法包括以下步骤，确定控制回路，并且该控制算法由处理器执行，以实现操作燃烧器12的目标，以用有效方式达到所需的功率输出：
1-测量燃烧器中的目前的操作条件
传感器位于燃烧器12中或其周围以监视它们的各种操作条件，并且由这些传感器采集的测量值被控制器14用作输入。这些测量值包括：由空气流量计54测量到的空气流率和由压力传感器50测量到的混合室压力。
另一个输入到控制器14的操作条件为负载输入52。负载输入52可以由直接输入装置提供，所述直接输入装置例如是油门踏板、计算机键盘、或任何其它人类用户界面（未示出），或由用于测量使用在间接计算所需负载输入的数据的传感器提供，所述传感器例如是用于测量旋转运动正位移装置的旋转速度的传感器。
2-确定负载输入并计算所需的燃烧器功率输出
在大多数传统内燃机中，控制器从外部信号源，如油门踏板获得用于所需的载荷的输入信号。控制器14基于所需的输出功率调节发动机的实际输出功率，该所需输出功率由输入信号表示。负载输入也可以被间接地确定以用于发动机。例如，在固定式发动机中，发动机控制器通常是被编程的以将发动机转速保持在特定的设定点。控制器监视轴的速度，并不断地调节功率输出以维持所需的轴速度。如果实际负载增加了，轴的速度将降低，所以控制器将增加发动机的输出功率，以补偿增加的功率要求，并将轴的速度提高到所需的设定点。类似地，如果实际负载降低了，轴的速度将增加，控制器会降低发动机的输出功率以达到速度设定点。
在本实施方式中，控制器14可以直接和间接所需的负载输入信号二者操作。当负载输入52测量到直接输入时，所需的燃烧器功率输出可以从此输入所接收到的信息被直接计算出来，以产生目标负荷设定点。如果负载输入52测量到间接输入，例如转速，控制器14将已在其存储器中存储旋转运动正位移装置所需的旋转速度，并通过减去所存储的和所测量的值来计算目标负荷设定点。
3-基于从步骤1得到的所需负载输入或目标负荷设定点调节所需 的燃料流率
在此步骤中，控制器14基于步骤2中确定的所需的负载输入计算出所需的燃料流率。如果需要比目前规定的（基于建立的用于上一个燃烧循环的目标负荷设定点）更高或更低的燃烧器输出功率，那么所需的燃料流率被相应地增加或减少，使得达到所需的新的目标负荷设定点。
在一个实施方式中，控制器14被编程以在燃料供给管路（燃料喷射器的上游）中连续地改变燃料供给的压力，使得在整个燃料喷射的持续时间内燃料流率是与空气流率成比例。特别地，控制器14被编程以计算燃料流率，该燃料流率使用负载输入和测量的空气流率维持了在燃烧器12中的基本上化学计量的空气/燃料比率。
4-计算用于当前状态的喷射器负载循环（即每单位时间的喷射器 持续时间）
在此步骤中，控制器14计算燃料喷射器的负载循环。燃料喷射器负载循环为每单位时间燃料喷射器致动的测量值（即每单位时间燃料喷射器需要被致动的时间量）并且可以数学表达为
其中
mf为在步骤3中计算出的所需的燃料流率；以及
minjector为当燃料喷射器被连续致动时通过燃料喷射器的燃料流率，其是上游燃料管路压力与混合室压力之间的压力差的函数。
5-计算用于所需燃料流率的所需的爆震率（燃烧频率）。
燃烧频率是基于空气流率、燃烧器体积和填充分数被计算出的。如上所述，填充分数为每个燃烧循环中的空气和燃料的被燃烧的体积与燃烧器12的总体积的比值。
如果在步骤4中已经计算出每单位时间所需要的燃料喷射持续时间（即燃料喷射器的负载循环），现在控制器14确定了燃烧频率和每个燃烧循环的燃料喷射持续时间，其是被要求达到燃烧室的目标填充分数，（以下简称为“所需的燃烧频率”和“每个爆震循环所需的燃料喷射持续时间”或“IDDC”）。
填充分数的下限被点火源和燃料-空气混合物的点火性所限制。例如填充分数可能低至0.1。但是，目标填充分数被优先选择成对于每个爆震尽可能地接近统一；较大的填充分数给出了较高的燃烧效率，这是由于在爆震过程中，相对较多的燃料将被燃烧。考虑到实践的限制，如非线性和其它非理想条件，目标填充分数可以被选择为稍小于或大于1，特别地，控制器14可以被编程以便以0.8到1.1之间的目标填充分数操作。
为了实现统一的最大填充分数，空气和燃料的化学计量混合物应填满整个燃烧室20。由于燃料喷射率与空气流率（组合成基本上化学计量的混合物）是成比例的，并且由于空气和燃料前部以相同的速率前进通过燃烧器腔室20；用于燃料从燃料喷射器16前进到燃烧器12的排出口的距离的持续时间可以通过燃料喷射器16与燃烧器排出口之间的距离除以氧化剂/燃料混合物的速度计算出。控制器14参考燃烧器12中的平均空气速度估计氧化剂/燃料混合物的速度，该平均空气速度如由空气流量计54计算。因此，每个爆震循环的可能最大燃料喷射持续时间而不允许燃料离开燃烧器（当填充分数为1时）可以由控制器14计算出为：
如果已经计算出每个燃烧循环中最大燃料喷射持续时间，控制器14将该值（“最大喷射持续时间”或“MID”）与每个爆震循环所需的燃料喷射持续时间（“IDDC”）相比较。控制器14使用通过先前的控制循环所确定的值，通过以步骤4中计算出的负载循环除以每单位时间内的爆震循环数目（即所需的燃烧频率）来计算出IDDC。如果IDDC大于当前的MID，那么控制器14增加燃烧频率值，直到IDDC被降低到低于MID为止；这用来容纳每单位时间所需的燃料喷射持续时间，同时保持IDDC低于或等于MID。然后控制器14为当前的控制回路存储新确定的燃烧器频率值。
如上所述，MID是目标填充分数的函数，并且填充分数可以被选择为略低于或高于1.0以考虑到实践限制。如果目标填充分数被编程为不是1.0的值，那么MID值将相应地变化，并且燃烧器14将调节燃烧频率以保持IDDC低于这个MID值。
另外，用于当前控制循环的燃烧频率可以被计算为导致IDDC等于MID的数值，在这种情况下，燃烧频率等于负载循环除以MID。此燃烧频率代表了可以由控制器14设定而没有未燃烧的燃料从燃烧器排气开口泄漏的最低燃烧频率。
对于本技术领域的那些技术人员来说是显而易见的是，燃烧频率值仅在燃烧器12的操作范围内被调节，使得燃烧器12可以连续操作（类似的概念为内燃机中容许的转速范围）。
6-计算用于当前状态的点火正时（步骤70）。
点火正时，另外也称为“点火相位滞后”，为燃烧频率、空气流率、燃烧器尺寸和喷射持续时间的函数。如在步骤3中计算出的所需的燃料流率，在另一个实施方式中，点火正时可以由PID控制器14计算，或者使用模糊逻辑控制，或任何其它对于本技术领域的技术人员是已知的常规的控制方法。
控制器14可被用来调节点火相位滞后以获得最佳的爆震特性。这可以实现最高的动力，最少的未燃烧燃料，最大的燃烧压力或其它发动机参数。控制回路（例如PID回路）将基于从这些信号中的任意信号的反馈而改变点火正时以达到所需的过程变量。
7-为下一个燃烧循环保存由步骤1-6的计算，并发送控制信号到 燃料喷射和点火组件。
步骤1-6计算得出的更新的操作参数被保存在控制器14中以便在下一个燃烧循环中使用。这些操作参数包括：所需的燃烧器输出（目标负荷设定点）、所需的燃料流率、喷射器负载循环、燃烧频率值和点火相位滞后。
然后，控制器14确定了所需的燃料泵压力设定值、燃料喷射器定时和点火正时，其需要达到更新的操作参数，并且所述控制器14发送相应的控制信号到燃料泵44、燃料喷射组件46和点火组件18，以根据需要而调节它们的操作设定值。
8-返回到步骤1并重复。
步骤1-7代表了用于燃烧器控制的主操作控制回路，并可在选定的频率重复进行，所述选定的频率不取决于爆震频率。例如，控制回路可以在每秒10-1000个燃烧周期之间的速率下重复进行。
结论
除非另有说明外，本文所描述的所有步骤和任务可以由计算机系统执行并完全自动化，并且可以具体为由一个或多个通用计算机执行的软件代码模块。所述代码模块可以被存储在任何类型的计算机可读介质中或其它计算机存储设备中。所述方法的一部分或全部可以可替换地具体为专门的计算机硬件。在某些情况下，计算机系统可以包括多个不同的计算机或计算设备（例如，物理服务器、工作站、存储阵列等），其通过网络进行通信和相互操作以执行所描述的功能。每一个这样的计算设备通常包括处理器（或多个处理器），其执行存储在存储器或其它计算机可读介质中的程序指令。所公开方法的结果可以通过将物理存储装置如固态存储器芯片和/或磁盘转变成不同的状态而被持久地存储。
在前面的描述中，控制器14被描述了与维持基本化学计量的空气和燃料混合物有关的内容。虽然化学计量的混合物是用于许多应用中的最有可能的空气/燃料混合物，但控制器也能够混合富或贫的空气和燃料混合物。为了获得贫或富的燃料混合物，控制器14可以减少或增大燃料管路的压力以获得所需的当量比。当量比被定义为实际的率或所需的燃料-空气比率与化学计量的燃料-空气比率的比值。因此，当量比大于1代表富的混合物，而当量比小于1代表贫的混合物。化学计量的混合物具有统一的当量比。
在另一个实施方式中，控制器14被编程有一个或多个选定的当量比。为了获得所需的当量比，控制器14改变了跨越燃料喷射器的压力降（这通过改变燃料供给管路中的压力而实现）。控制器14基于喷射持续时间和跨越喷射器的压力差而计算出实际的燃料流率，并相应地调节燃料管路压力以获得选定的当量比。对本技术领域的那些技术人员来说显而易见的是，在步骤1-8中的其它参数不必受当量比的影响。但是，可以施加某些修正以提高燃烧过程（这例如对点火正时的方式）。
本说明书是执行由本文公开并要求保护的主题的目前最好的设想模式。所作出的描述是以说明主题的一般原理为目的，不具有限制意义；所述主题可以应用于多种实施方式，而不脱离本公开所作出的范围，该范围对于本技术领域的那些技术人员而言，理解构成主题基础的原理的将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种控制压力增益燃烧器的操作的方法，所述压力增益燃烧器具有燃料加压装置、燃料喷射器和点火组件，所述方法包括：
(a)确定满足所述压力增益燃烧器的目标负荷设定点和目标填充分数的燃烧频率和燃料喷射器负载循环；
(b)确定实现所确定的燃料喷射器负载循环和燃烧频率的点火正时设定值、燃料供给压力设定值和燃料喷射器定时设定值；以及
(c)发送具有所述燃料供给压力设定值的燃料供给压力控制信号到所述燃料加压装置、发送具有所述燃料喷射器定时设定值的燃料喷射器控制信号到所述燃料喷射器、以及发送具有所述点火正时设定值的点火正时控制信号到所述点火组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述燃料喷射器负载循环的步骤包括测量通过所述压力增益燃烧器的空气流率、以及确定与所述空气流率成比例且满足所述目标负荷设定点的燃料流率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述燃料喷射器负载循环的步骤还包括测量通过所述压力增益燃烧器的空气流率、以及确定满足所述目标负荷设定点并实现化学计量的氧化剂/燃料比率的燃料流率。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：选择至少一个当量比、以及确定满足所述目标负荷设定点和所选择的当量比的燃料流率。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：测量所述压力增益燃烧器的氧化剂/燃料混合室内部的压力，并且其中，以所述燃料供给压力设定值工作的所述燃料加压装置提供足以将燃料输送至所述混合室内以实现所确定的燃料流率的压力。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定用于所述压力增益燃烧器的点火相位滞后，并且其中，所述点火正时控制信号还包括所确定的点火相位滞后。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标填充分数为介于0.8与1.1之间的值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述燃烧频率的步骤包括：
确定作为所述目标填充分数的函数的所述压力增益燃烧器中的最大燃料喷射持续时间即MID，以及确定每个爆震循环所需的燃料喷射持续时间即IDDC，所述IDDC是所述燃料喷射器负载循环除以所述燃烧频率；以及
选择所述燃烧频率，使得所述IDDC小于或等于所述MID。
9.一种用于具有燃料加压装置、燃料喷射器和点火组件的压力增益燃烧器的控制器，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器被编程成具有能够由所述处理器执行的步骤和指令，以便：
(a)确定满足所述压力增益燃烧器的目标负荷设定点和目标填充分数的燃烧频率和燃料喷射器负载循环；
(b)确定实现所确定的燃料喷射器负载循环和燃烧频率的点火正时设定值、燃料供给压力设定值和燃料喷射器定时设定值；以及
(c)发送具有所述燃料供给压力设定值的燃料供给压力控制信号到所述燃料加压装置、发送具有所述燃料喷射器定时设定值的燃料喷射器控制信号到所述燃料喷射器、以及发送具有所述点火正时设定值的点火正时控制信号到所述点火组件。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中，确定所述燃料喷射器负载循环的步骤包括：测量通过所述压力增益燃烧器的空气流率以及确定满足所述目标负荷设定点的燃料流率。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中，确定所述燃料喷射器负载循环的步骤还包括：测量通过所述压力增益燃烧器的空气流率、以及确定满足所述目标负荷设定点和化学计量的氧化剂/燃料比率的燃料流率。
12.根据权利要求11所述的控制器，所述控制器被进一步编程成具有如下步骤：选择至少一个当量比、以及确定满足所述目标负荷设定点和所选择的当量比的燃料流率。
13.根据权利要求9所述的控制器，所述控制器被进一步编程成具有如下步骤：测量所述压力增益燃烧器的氧化剂/燃料混合室内部的压力，并且其中，所述燃料供给压力设定值提供足以将燃料输送至所述混合室内以实现所确定的燃料流率的燃料供给压力。
14.根据权利要求9所述的控制器，所述控制器被进一步编程成具有如下步骤：确定用于所述压力增益燃烧器的点火相位滞后，并且其中，所述点火正时控制信号还包括所确定的点火相位滞后。
15.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述目标填充分数是介于0.8与1.1之间的值。
16.根据权利要求9所述的控制器，其中，确定所述燃烧频率的步骤包括：
确定所述压力增益燃烧器中的最大燃料喷射持续时间即MID，以及确定每个爆震循环所需的燃料喷射持续时间即IDDC，所述IDDC是所述燃料喷射器负载循环除以所述燃烧频率；以及
选择所述燃烧频率，使得所述IDDC小于或等于所述MID。
17.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述压力增益燃烧器流体地联接至压缩机与涡轮机系统，以产生机械动力。
18.一种压力增益燃烧器，包括：
(a)燃料泵；
(b)燃料喷射器，所述燃料喷射器流体地联接至所述燃料泵；
(c)混合腔室，所述混合腔室流体地联接至所述燃料喷射器并且联接至氧化剂供给源；
(d)燃烧室，所述燃烧室与所述混合腔室流体连通；
(e)点火组件，所述点火组件与所述燃烧室流体连通；以及
(f)控制器，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器被编程成具有能够由所述处理器执行的步骤和指令，以便：
(i)确定满足所述压力增益燃烧器的目标负荷设定点和目标填充分数的燃料喷射器负载循环和燃烧频率；
(ii)确定实现所确定的燃料喷射器负载循环和燃烧频率的点火正时设定值、燃料泵压力设定值和燃料喷射器定时设定值；以及
(iii)发送具有所述燃料泵压力设定值的燃料泵控制信号到所述燃料泵、发送具有所述燃料喷射器定时设定值的燃料喷射器控制信号到所述燃料喷射器、以及发送具有所述点火正时设定值的点火正时控制信号到所述点火组件。
19.根据权利要求18所述的压力增益燃烧器，其中，所述压力增益燃烧器的排气出口流体地联接至压缩机与涡轮机系统以产生机械动力。
20.根据权利要求19所述的压力增益燃烧器，其中，用于所述目标负荷设定点的输入负载是所述涡轮机系统的涡轮机轴的旋转速度。
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