CN104895702A - 评估气体燃料进气阀可操作性 - Google Patents

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Abstract

本发明公开评估气体燃料进气阀可操作性，具体地，一种例如在从液体燃料到气体燃料的过渡过程中执行的评估双燃料内燃发动机(100)的气体燃料进气阀(58)的可操作性的方法。该方法包括以液体燃料运行(步骤312)双燃料内燃发动机(100)；在进气歧管空气压强之上的压强下向气体燃料进气阀(58)供应(步骤354)气体燃料，由此设置经过气体燃料进气阀(58)的气体压差；在主要以液体燃料运行双燃料内燃发动机(100)的同时，操作(步骤356)气体燃料进气阀(58)以向进入的空气增加气体燃料；针对多个气缸中的每个气缸测量(步骤360)诸如气缸压强的燃烧过程参数；以及基于所测量的燃烧过程参数评估(步骤362)气体燃料进气阀(58)的可操作性。偏离气体燃料量会导致特定气缸偏离燃烧过程参数，允许识别故障的气体燃料进气阀。

Description

评估气体燃料进气阀可操作性
技术领域
本发明整体涉及双燃料内燃发动机，更具体地，涉及转换为用气体燃料运行双燃料内燃发动机。
背景技术
双燃料(DF)内燃发动机通常能够以液体燃料模式(LFM)和气体燃料模式(GFM)运行。例如，德国的Caterpillar Motoren GmbH&Co.KG于2013年6月28日提交的欧洲专利申请No.13 174 377.5公开了一种示例性DF内燃发动机。在LFM中，诸如柴油燃料或重燃料油(HFO)的液体燃料在燃烧过程中经由主液体燃料喷射器作为唯一能量源提供。在GFM中，提供诸如天然气的气体燃料例如与气缸的进气口中的空气混合。可以利用少量液体燃料来执行气体燃料的点燃，所述少量液体燃料例如经由同一主燃料液体喷射器或单独的点燃燃料喷射器直接喷射到气缸中。
在DF内燃发动机中，对于每个气缸，至少一个气体燃料进气阀，这里也称为气体进气阀(GAV)可以定位在气体燃料源与发动机的空气进气处之间。当在GFM中打开GAV时，气体燃料通入空气进入处用于与进入的空气混合。欧洲专利1040264B1公开了螺线管致动的气体燃料进气阀的例子。螺线管致动的GAV包括螺线管线圈、可动板以及固定板或盘，由此输送至螺线管线圈的电流通过将可动板从固定板提升来致动阀。
由于GAV靠近燃烧室定位，GAV可能易于污染和增加磨损。例如，在LFM中运行过程中，螺线管致动的GAV的可动板可能由于燃烧而在关闭的气体燃料进气阀的固定板或盘上颤振。由此，可动板和固定板或盘可能暴露于增加的磨损。此外，GAV可能不仅在GFM中打开，而且可能在LFM过程中打开。例如，在螺线管致动的GAV的情况中，在LFM过程中空气进入处与气体燃料管系统之间的压强差可以导致打开。接着，小的颗粒可能被捕获在阀中，例如在螺线管致动的GAV的可动板与固定板或座之间，并且阀可能不再适当地关闭。GAV的磨损以及污染可以导致在GFM过程中甚至经过关闭的GAV的泄漏或者经过打开的GAV的增加的通过率。
本发明至少部分地旨在改进或克服现有系统的一个或多个方面。
发明内容
本发明的一方面，公开一种评估双燃料内燃发动机的气体燃料进气阀的可操作性的方法，所述双燃料内燃发动机包括多个气缸和用于多个气缸的每个气缸的至少一个气体燃料进气阀。所述方法包括：以液体燃料运行双燃料内燃发动机；在进气歧管空气压强之上的压强下向气体燃料进气阀供应气体燃料，由此设置经过气体燃料进气阀的气体压差；在主要以液体燃料运行双燃料内燃发动机的同时，操作气体燃料进气阀以向进入的空气增加气体燃料；针对多个气缸中的每个气缸测量燃烧过程参数；以及基于所测量的燃烧过程参数评估气体燃料进气阀的可操作性。
另一方面，一种控制从双燃料内燃发动机的液体燃料运行到气体燃料运行的转换过程的方法，包括：执行上述方法；和一旦基于燃烧过程参数的气体燃料进气阀的可操作性的评估指示可操作性错误，就中止转换过程。
另一方面，一种双燃料内燃发动机，包括：液体燃料系统；气体燃料系统；多个气缸；用于多个气缸中的每个气缸的气体燃料进气阀，其将气体燃料系统与气缸流体地连接；传感器，其用于确定多个气缸中的每个气缸的燃烧过程参数；和控制单元，其能够执行例如上述方法中的至少一种。
本发明的其它特征和方面将通过以下说明和附图变得明显。
附图说明
合并在此并且构成说明书的一部分的附图图示本发明的示例性实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出尤其可部分地以气体燃料运行的示例性DF内燃发动机的示意图；
图2示出DF内燃发动机的气缸的示意性剖视图；
图3示出尤其使用评估GAV可操作性的示例性方法从DF内燃发动机的液体燃料运行到气体燃料运行的示例性转换过程的流程图；以及
图4示出在燃烧过程中气缸压强的示例性时间-压强图。
具体实施方式
以下是本发明的示例性实施方式的详细说明。这里描述的示例性实施方式意于教导本发明的原理，使本领域普通技术人员能够在许多不同的环境中并且针对许多不同的应用执行并利用本发明。因此，示例性实施方式并不意于且不应当被考虑为保护范围的限制性说明。而是，保护范围应当由所附权利要求限定。
如上指出的，DF内燃发动机的GAV可能被污染或磨耗。污染可能由于GAV不仅在GFM中而且在LFM过程中打开引起的。例如，在螺线管致动的GAV的情况中，在LFM过程中空气进入处与气体燃料管系统之间的压强差可以导致打开。接着，小颗粒可能被捕获在阀中，例如在螺线管致动的GAV的可动板与固定板或座之间，并且阀可能不再适当地关闭。类似地，在LFM中操作的过程中，颗粒能够在空气进入侧处靠近GAV积累。接着，如果DF内燃发动机从LFM转换到GFM，GAV将在过渡的第一阶段中打开(例如，仍处于由液体燃料提供的100％功率)并且这些颗粒可以被拉入阀，再次潜在地导致例如由于污垢被卡在板之间而不适当地关闭。
本发明可以部分地基于以下认识：未适当地运行GAV可能导致在GFM启用时相应的气缸突然且大量过填充气体燃料。这可能导致对发动机的严重损害。因此，意识到在转换到GFM之前和过程中评估GAV的可操作性可以允许避免用一个或多个故障的GAV运行。
本发明还可以部分地基于以下认识：在充分启用气体燃料供应系统之前评估GAV的可操作性可以使用诸如气缸压强测量的特定气缸燃烧过程参数来完成。具体地，相比于那些适当地运行的GAV，故障的GAV将给气缸提供例如过多的气体燃料。接着，多于用于其它气缸的燃料量将燃烧并且导致相应气缸的偏离燃烧过程参数，诸如增大的压强值(例如，增大的平均压强和/或增大的峰值压强)和/或能量值(例如，气缸功率、指示的平均有效压强(IMEP)和/或放热率)。
燃烧过程参数可以利用电离检测传感器基于气缸压强、排气口温度、发动机速度的波动或燃烧持续时间(燃烧率)的测量来确定。燃烧过程参数还可以与单个燃烧循环相关联或者从多个燃烧循环导出。
以下结合图1和图2描述可以液体燃料和气体燃料运行的内燃发动机。结合图3和图4示例性地描述一种尤其基于用于评估气体燃料进气阀的可操作性的方法来控制从DF内燃发动机的液体燃料运行变为气体燃料运行的示例性方法。
内燃发动机100包括发动机缸体2、增压空气系统4、排气系统5、包括吹扫气体系统7的气体燃料系统6、以及液体燃料系统8。内燃发动机100能够由例如通过LNG系统提供的诸如像LFM中的柴油燃料的液体燃料以及GFM中诸如天然气的气体燃料供以动力。
发动机缸体2包括多个气缸。示例性地，图1中描绘了四个气缸9。发动机缸体2可以具有任何尺寸、任何数量的气缸(诸如6、8、12、16或20)、以及以任何构造(例如“V”、直列或径向构造)。
每个气缸9装备有至少一个入口阀16(例如两个)和至少一个出口阀18(也例如两个)。入口阀16流体地连接至增压空气系统4并且能够向气缸9中提供增压空气或者增压空气与气体燃料的混合物。类似地，出口阀18流体地连接至排气系统5并且能够将排气从相应的气缸9引出。
增压空气(也称为入口空气)通过包括空气进入处20、用以加压空气的压缩器22以及增压空气冷却器24的增压空气系统4来提供。(增压空气)入口歧管26流体地连接在增压空气冷却器24的下游并且经由特定气缸入口通道28将增压空气引入相应的气缸9。在入口歧管26内，压强通过压缩器22设置并且也称为入口歧管空气压强(IMAP)。
排气系统5包括经由轴32连接至压缩器22的排气涡轮机30和将排气从各个排气出口通道35引导至排气涡轮机30的(排气)出口歧管34。
增压空气系统4可以包括一个或多个入口歧管26。类似地，排气系统5可以包括一个或多个出口歧管34。
排气涡轮机30和压缩器22可以是单级或多级涡轮增压系统的部分。涡轮增压系统允许在预设范围内修改提供至入口歧管26的增压空气的常压(IMAP)。
另外，入口阀16和出口阀18可以分别安装在入口通道28和出口通道35内。入口通道28以及出口通道35可以设置在共用气缸盖内或覆盖相应气缸9的单独的气缸盖内。
操作入口阀16和出口阀18可以在活塞振动过程中经历特定气缸定时，即，打开时间和关闭时间，以及由此打开持续时间。依赖这些参数，提供到每个气缸内用于燃烧的空气量能够被调节。
气体燃料系统6包括连接到气体燃料管件42的气体燃料源36。气体燃料源36构成用于为在GFM中燃烧而供应气体燃料的气体燃料供给装置。例如，气体燃料源36包括气体阀单元和包含加压状态的天然气的气体燃料箱。
气体燃料系统6的气体阀单元可以被构造成允许、阻止以及控制从气体燃料箱到气体燃料管件42中的流动。气体阀单元可以包括气体燃料控制阀、气体燃料切断阀和通流阀。
如图1所示，气体燃料管件42流体地连接至气体燃料歧管54，该气体燃料歧管54包括多个气体燃料通道56。每个气体燃料通道56流体地连接至多个入口通道28中的一个入口通道。为了将气体燃料配量到各个入口通道28中，例如每个气体燃料通道56中，安装气体燃料进气阀(GAV)58。在一些实施方式中，内燃发动机100可以包括多于一个气体燃料歧管54。
相应地，在图1的实施方式中，气体燃料系统6包括以下在GFM过程中被填充有气体燃料的体积：气体燃料源36的气体阀单元和气体燃料箱；可自其经由阀37、气体燃料管件42和气体燃料歧管54与气体燃料通道56分开。每个气体燃料通道56可通过相应GAV 58流体地连接至入口歧管26的相应入口通道28。
每个GAV 58在GFM中能够允许或阻止气体燃料流入相应入口通道28以与来自增压空气系统4的压缩增压空气混合。例如，在GAV 58的下游设置特定气缸混合区域。例如，GAV 58可以是螺线管致动的板阀，其中，弹簧相对于固定盘或板的上表面保持可动盘的下表面，两个表面能够在GAV 58的关闭状态中提供密封关系。每个GAV 58可以安装到覆盖至少一个气缸9的气缸盖。
通常，提供到相应气缸的气体燃料量确定特定气缸动力输出。在运行过程中，所提供的气体燃料量可以依赖于GAV 58上游和下游的压强条件(经过气体燃料进气阀58的气体压强差)以及其打开时间。
在图1所示的实施方式中，吹扫气体系统7包括串联连接的吹扫气体箱60、吹扫气体控制阀62和吹扫气体切断阀64。吹扫气体箱60构成吹扫气体源以利用加压状态的诸如氮的吹扫气体来冲洗包括气体燃料管件42、气体燃料歧管54等的气体燃料系统6。在LFM过程中，出于安全原因，靠近发动机的管件没有气体燃料，并且由此空气和水可在LFM过程中进入管件。在以气体燃料填充气体燃料系统6的空置区段之前，出于安全考虑用例如氮冲洗该空置区段以例如从其移除任何空气(及由此氧气)和湿气(凝结水)。对于冲洗，可以设置在气体燃料系统的多个位置处的泄压阀可打开，并且内容物可以经由诸如图1中示例性示出的泄压路径41的泄压路径被冲洗到安全位置。在一些操作程序中，气体燃料进气阀58也可以用作冲洗出口，由此将吹扫气体和/或吹扫气体与气体燃料的混合物释放到增压空气中。
吹扫气体系统7可以在多个位置处流体地连接至气体燃料系统6。例如，在图1中，第一连接部66靠近气体燃料歧管54设置。第二连接部70设置在气体燃料源36处或靠近气体燃料源36设置。第一切断阀68和第二切断阀72能够分别阻止或允许吹扫气体流经第一连接部66和第二连接部70。可以整合附加连接部以选择性地冲洗气体燃料系统6的各个区段，诸如气体燃料源36的气体阀单元。
再次参照图1，液体燃料系统8包括连接至液体燃料管件44的液体燃料箱40。液体燃料箱40可以包括用于储存例如重燃料油(HFO)的第一液体燃料的第一液体燃料箱和用于储存例如柴油燃料的第二液体燃料的第二液体燃料箱。液体燃料箱40构成在LFM中用于供应燃烧用液体燃料的液体燃料源。附加地，液体燃料箱40可以构成在GFM中用于供应点燃燃料的液体燃料源。在一些实施方式中，用于点燃的液体燃料可以贡献多达例如在GFM中燃烧的5％或10％或更多的燃料量。
液体燃料管件44流体地连接至具有多个液体燃料入口通道48的液体燃料歧管46。为了将液体燃料配量到气缸9的燃烧室中，在每个液体燃料入口通道48中安装燃料喷射系统50。
在DF内燃发动机的一些实施方式中，GFM可以基于火花点火气体燃料燃烧并且燃料喷射系统50可以流体地连接至气体燃料源36(图1中以虚线49指示)。在该实施方式中，燃料喷射系统50可以包括用于提供火花点火先导火焰(未示出)的预燃烧室以点燃气体燃料和空气的混合物。在火花点火的一些实施方式中，预燃室点火可以贡献例如范围从2％至8％(诸如5％)的燃烧燃料量。
如图1进一步所示，内燃发动机100包括多个压强传感器77，对于每个气缸9(至少)一个。每个压强传感器77能够在发动机运行过程中，例如在除气阶段和/或燃烧过程中产生对应于内部气缸压强的暂时发展的信号。参照图2进一步描述了压强传感器。
为了控制发动机100的运行，提供控制单元76。控制单元76形成发动机的控制系统的部分。控制单元76能够经由读出连接线102接收压强传感器77的数据。控制单元76还可以被构造成经由控制连接线104控制发动机100的诸如气体燃料进气阀58的各种部件，并且经由控制连接线106控制燃料喷射系统50。控制单元76还可以被构造成控制入口阀16、出口阀18，以及经由控制连接线107控制吹扫气体系统7和吹扫气体系统7的阀。在一些实施方式中，可以提供第二控制单元以控制如上所述的发动机运行。控制单元76和发动机的其它部件之间的控制系统和附加控制线(诸如燃料喷射系统50)的进一步说明将结合图2给出。通常，控制系统可以包括控制单元76的电子控制元件以及机械控制元件。
另外或替代地，控制单元76可以连接至图1中未示出的其它传感器，诸如发动机载荷传感器、发动机速度传感器、温度传感器以及提供用于多个气缸的共同排气的NOX传感器。控制单元76还可以连接至用于向操作者发出警报的操作员面板(未示出)，指示发动机故障、模式之间的转换等。
参照图2更详细描述用于DF内燃发动机的燃料喷射系统50的示例性实施方式。具体地，图2示出DF内燃发动机200的气缸9，DF内燃发动机200是图1的内燃发动机100的示例性实施方式。已结合图1描述的元件具有相同的附图标记，诸如发动机缸体2、控制单元76、压强传感器77和气缸9。
气缸9提供用于燃烧气体燃料和空气的混合物的至少一个燃烧室10、活塞84、和经由活塞杆82驱动地连接至活塞84的曲柄轴80。活塞84能够在气缸9内往复运动。
气缸9经由入口通道28连接至入口歧管26并且经由出口通道35连接至出口歧管34(也参照图1)。入口阀16设置在入口通道28中，并且出口阀18设置在出口通道35中。GAV 58控制气体燃料通至气缸9的燃烧室10。
图2还通过虚线框示意性地图示燃料喷射系统50。当DF内燃发动机200在LFM中运行时，燃料喷射系统50用于将液体燃料喷射到燃烧室10中，液体燃料是唯一能量源。当DF内燃发动机200在GFM中运行时，燃料喷射系统50可以用于将液体(点火)燃料的点火量喷射到燃烧室10内以点燃气体燃料和空气的混合物。在GFM中，燃料喷射系统50因此可以用作气体燃料点火系统。在从LFM到GFM的过渡过程中并且反之亦然，液体燃料对燃烧过程的贡献逐渐被气体燃料对燃烧过程的贡献取代，并且反之亦然。用于过渡的特定控制程序可以例如基于将发动机的相应动力输出保持恒定或至少在预设范围内，并且通过分别增加螺线管致动的GAV的打开持续时间且减少液体燃料量例如基于预定过渡速率来执行过渡。
在图2中，这种气体燃料点火系统的示例性实施方式基于主液体燃料喷射器38，其用于在LFM中将大量液体燃料喷射到燃烧室10内以及在GFM中将点火量的液体燃料喷射到燃烧室10内以点燃气体燃料和空气的混合物。在其它实施方式中，诸如对于重载DF内燃发动机，气体燃料点火系统可以包括单独的点火液体燃料喷射器39以在GFM中将点火量的液体燃料喷射到燃烧室10内。
气缸9还包括压强传感器77以在发动机运行过程中测量内部气缸压强的暂时发展。压强传感器77可以是电容式压强传感器、电磁式压强传感器、压电式压强传感器、光学压强传感器或本领域已知的任何其它压强传感器。压强传感器77可以安装在气缸9的方便在发动机运行过程中测量气缸压强的任何位置处。例如，压强传感器77可以安装在气缸侧壁内或者气缸盖面处。压强传感器77可以至少部分地达到气缸9的燃烧室内，例如经过气缸侧壁中的孔。有关内部气缸压强的信息可以附加地或替代地通过针对每个气缸的入口和/或排出压强的压强分析提供。
压强传感器77还可以设置在燃烧室10的外侧，以间接检测气缸压强。例如，压强传感器77可以安装在发动机的现有部件处，诸如螺栓头、火花塞凸台等。压强传感器77可以感测在燃烧过程中那个部件的应力，该应力对应于在燃烧过程中的内部气缸压强。
DF内燃发动机200附加地包括具有控制单元76的控制系统。控制单元76经由控制连接线108连接至主液体燃料喷射器38，并且在重载DF内燃发动机的情况下，还经由单独的控制连接线(未示出)连接至点火液体燃料喷射器39。
通常，结合图1和图2公开的发动机的控制单元76可以是单个微处理器或多个微处理器，其包括用于控制尤其内燃发动机的各个部件的运行的机构。控制单元76可以是能够控制与内燃发动机和/或其关联的部件相关联的众多功能的通用发动机控制单元(ECU)。控制单元76可以包括运行应用程序所需的所有部件，诸如像存储器、辅助存储装置、和诸如中央处理单元的处理器或本领域已知的用于控制内燃发动机及其部件的任何其它机构。各种其它已知的线路可以与控制单元76相关联，包括电源电路、信号调节电路、通信线路和其它适当的线路。控制单元76可以分析并比较所接收和所存储的数据，并且基于存储在存储器中或者由使用者输入的指令和数据确定是否需要动作。例如，控制单元76可以将从压强传感器77接收的压强数据与存储在存储器中的目标值进行比较，并且基于比较结果将信号传送至发动机的一个或多个部件以改变发动机的运行。
当内燃发动机运行时，压强情况可以关于增压空气、排气、气体燃料从气缸到气缸变化。接着，提供至燃烧室的空气以及燃烧量也可以变化，并且类似地，气缸功率以及相应排气压强也可以变化。
当转换到GFM时，可以期望的是测量并评估特定气缸的一个或多个燃烧过程参数并且自此得知GAV的可操作性以避免用故障的GAV转换到GFM。
工业实用性
适于本发明方法的示例性内燃发动机例如是由德国的Caterpillar Motoren GmbH&Co.KG，Kiel制造的系列M46DF和M34DF的DF内燃发动机。但是，本领域技术人员将理解本发明方法也能够适用于其它内燃发动机。
下面结合图3和图4公开参照图1和图2示例性描述的DF内燃发动机的运行和控制。出于图示目的，参照结合图1和图2公开的结构元件公开方法。但是，技术人员将理解相应步骤也能够在其它实施方式上执行。
参照图3，图示从DF内燃发动机的液体燃料运行到气体燃料运行的示例性转换过程300的流程图。转换过程300包括第一GAV测试阶段310和第二GAV测试阶段350。虽然组合且以特定顺序公开，这两个测试阶段原则上彼此独立并且由此可以独立于彼此执行。
转换过程300以在LFM中运行DF内燃发动机100开始(步骤312)。接着，例如由操作者开启转换到气体燃料运行的控制信号。
作为第一GAV测试阶段310的第一步骤，用吹扫气体冲洗气体燃料系统6的不在气体燃料的压强下的那些区段(步骤314)。例如，吹扫气体系统7被操作以在增压空气压强(IMAP)之上的压强下经由阀68向气体燃料歧管54提供加压氮，特别地，所述压强至少0.2bar，诸如0.5bar之上，例如在1bar至2bar的范围内或者甚至高达5bar或远高于IMAP。冲洗通过例如经由泄压路径41吹扫氮来维持，直到假定只有吹扫气体在气体燃料歧管54和气体燃料通道56内。在冲洗结束时，所有阀可以关闭以包含在加压惰性气体下的冲洗区段。
在加压惰性气体下冲洗和/或维持过程中，监控冲洗区段(例如气体燃料歧管54)内的压强(步骤316)。接着，将检测的压强动态与期望的压强动态进行比较，其能够被假定用于冲洗和/或压强的维持(例如恒定压强)。
在监控阶段316过程中，连续执行压强的评定(步骤318)。如果识别出测量的压强动态偏离期望的压强动态，中止转换过程300(步骤320)。例如，由于气体系统和/或GAV中的泄露，可能无法达到要求的吹扫气体压强。对于泄露(缺陷)GAV，泄露的吹扫气体可能不影响相应气缸中的燃烧过程，使得在此阶段仍避免损坏发动机。假定第一GAV测试阶段310成功地完成，吹扫气体阀关闭(步骤322)，特别是气体阀68以使系统准备用于气体燃料运行。
在此阶段，可以继续第二GAV测试阶段350。但是，如之前指出的第一GAV测试阶段310可能不执行或者只要达到针对第二GAV测试阶段350的类似开始条件就可以执行类似测试。
在第二GAV测试阶段350中，最初，惰性气体填充压强关于增压空气压强以超压提供。超压例如是至少0.1bar，特别地例如自0.02bar至0.2bar的范围(步骤352)。自第一GAV测试阶段310，可以通过打开冲洗阀之一和/或通过操作GAV 58中的一个或多个来调节超压，由此将吹扫气体释放到相应气缸内。
接着，气体燃料供应打开，同时维持设置超压，例如在0.02bar至0.2bar或直到0.5bar的范围内(步骤354)。(这基本对应于到GFM过渡的开始。)
相应地，自此打开GAV 58将在多个气缸9中向燃烧过程增加气体燃料。GAV 58初始地可以以短的打开时间操作。打开可以针对所有GAV 58或针对包括至少两个GAV 58的子组执行。在图3中，GAV 58的操作被指示为步骤356。
假定GAV 58的适当可操作性，其打开时间将增加，同时所提供的液体燃料将减少(步骤358)。此外，气体燃料系统6内，特别是气体燃料歧管54和气体燃料通道56内的压强增加至GFM操作水平。
还假定GAV 58仍然没有出现错误并且DF内燃发动机100的运行仅以气体燃料执行，转换过程完成并且GFM操作进行(步骤380)。
现在参照GAV的可操作性的评估，评估能够从开始(即已在步骤352过程中)以及在步骤354中供应气体燃料时执行。
评估基于测量待执行GAV评估的针对每个气缸的至少一个燃烧过程参数(步骤360)。在各个步骤过程中燃烧过程参数的连续监控由箭头363指示。在评估情况下，连续监控包括在整个燃烧循环的所有时间、在燃烧循环的短暂部分、或在燃烧循环的特定时序监控燃烧过程参数，只要得到的参数允许对与要求的响应速度一致的故障GAV反应，则可以排除燃烧循环。
通常，如果例如只有子组应当变为气体燃料模式，燃烧过程参数可以仅针对气缸的子组测量。但是，通常整个发动机将转换为GFM，并且相应地所有GAV 58将被操作并且所有相应燃烧过程参数将被测量。
基于测量的燃烧过程参数，执行GAV 58的可操作性的评估(步骤362)。如果评估产生GAV 58中的至少一个故障的指示，转换过程300中止(步骤320)。只要转换过程300未中止或者甚至有一次中止，测量燃烧过程参数的步骤可以继续(环364)。
评估步骤362可以包括将各个燃烧过程参数相互比较，或者与从测量的燃烧过程参数得到的值进行比较，或者与测量数据的子组甚至与预设值进行比较。例如，可以确定针对多个气缸9中的至少一个气缸9的测量的燃烧过程参数为超过阈值，并且由此识别相应的GAV 58故障。阈值可以基于所有气缸或气缸的子组的测量的燃烧过程参数的平均值。子组可以包括除待评估的气缸值之外的所有气缸值。例如，阈值可以限定大约平均值的范围，其指示在该范围内相应GAV 58的可操作性正确，而在该范围之外GAV 58故障。
阈值还可以被预设或者依赖于GAV 58的打开时间、DF内燃发动机100的载荷以及温度条件中的至少一者。
关于转换过程300，可以应用以下特定实施方式。燃烧过程参数可以是诸如平均压强或压强峰值的压强值以及从检测的压强值得到的诸如气缸功率的能量值、平均指示有效压强(IMEP)以及放热重量，每个可从压强值得到，例如由压强传感器77检测。
通常，基于燃烧过程参数的评估可以基于阈值评估或来自剩余GAV的相应值的比较或所有(或剩余)测量的燃烧过程参数的平均值。在阈值分析的情况下，阈值可以例如依赖于GAV 58的打开时间、DF发动机的载荷、增压空气温度等。
压强可以逐步增加，使得在固定时间间隔过程中，测量的燃烧过程参数的评估以较高准确率执行。
关于第一GAV测试阶段310，惰性气体压强的评估可以基于寻找增加的压强下降动态以指示气体燃料进气阀中的至少一个故障。相比于第二GAV测试阶段350，第一GAV测试阶段310可能不具体指定气缸。因此，其可以与诸如单独地或逐步开启气体燃料进气阀的方面结合，由此将惰性气体加至入口空气并且潜在地清洁气体燃料进气阀的密封表面。但是，这甚至可能导致GAV的污染。此外，压强动态监控(步骤314-318)重复以增加准确性。
下面结合图4讨论示例性地将气缸压强的测量作为示例性燃烧过程参数。
图4示出针对正确运行GAV(曲线400)和故障GAV(曲线410)的在燃烧过程中的气缸压强的示例性发展。
假定测试的GAV正确地操作，每个气缸中的相应燃料量(气体和液体燃料贡献)基本相同。相应地，任何正确地操作GAV将导致类似于曲线400的压强动态。曲线400包括压强增大到特定最大压缩压强(峰值压强402)，接着压强衰减回到初始压强。通常由于有限燃烧时间，峰值压强402在晚于TDC的时间出现。对于中等速度内燃发动机，峰值压强402的示例性值分别处于自例如100bar和180bar的范围。
现在假定故障导致GAV的较长的打开时间或不太紧的关闭，增加的气体燃料量将提供至相应气缸。相应地，相比于正确地操作GAV，更多的燃料燃烧并且由曲线410指示的压强动态将被测量。在图4中，为了图示强调差别。例如，曲线410的峰值压强412相比于曲线400的峰值压强402可以衰减和/或显著增大。注意到特别是对于低速至中速发动机，已能够充分准确地观察压强动态中的小变化。
在燃烧过程参数从一系列燃烧事件得到的一些实施方式中，燃烧过程参数可以例如针对连续燃烧事件或针对燃烧事件的每隔一个、第三、第四或任何其它部分得到。燃烧过程参数也可以仅针对特定曲柄角区域得到。
这里公开的转换程序能够例如使用控制单元76控制。例如，控制单元76接收相应气缸9的压强数据并且对其进行分析。压强数据可以在燃烧循环过程中针对离散时间获得，例如依赖于压强传感器77的瞬时分辨力针对0.1°曲柄角或准连续地获得。燃烧过程参数可以例如通过利用熟知的公式用所接收的压强数据(曲线400、410)乘以相应气缸体积导出为燃烧释热率。如上所述，燃烧过程参数的另一例子是气缸9的平均指示有效压强(IMEP)，其中，IMEP通过用所接收的压强数据对燃烧循环周期进行积分得到。此外，燃烧过程参数可以例如从与燃烧关联的压强数据和与发动机的马达运行关联的压强数据之间的压强差得到。
在一些实施方式中，阈值水平可以存储在控制单元76的存储器上作为固定值，或者可以基于通常针对发动机的经验值确定。预定燃烧阈值水平还可以依赖于诸如内燃发动机的载荷的另外的参数。在这种情况中，控制单元76可以附加地连接至能够接收这些参数的例如发动机载荷传感器。
在一些实施方式中，经过气体燃料进气阀的气体压强差可能不需要用于适当地密封气体燃料进气阀。在这些实施方式以及当发动机未在LFM运行时，用于冲洗的适当的压强范围可能在环境压强之上，例如在环境压强之上至少0.2bar，至少0.5bar，或至少1bar，例如在从1bar至2bar或甚至高达5bar或更高的范围内。
也如上述，有效和灵活的分析能够基于针对各种气缸接收的数据之间的比较，因为这些数据原则上独立于进一步的外部影响，只要这些影响基本类似地影响所有气缸。因此，提出将一个燃烧过程参数与针对所有(或剩余)气缸确定的平均参数值进行具体比较。
这里公开的方面例如与船用DF内燃发动机的安全运行相关。对于这些发动机，海洋权威机构可能要求在LFM和GFM之间转换时的特定安全程序。第一和第二GAV测试阶段可以确保或至少帮助诸如系列M46DF和M34DF的DF内燃发动机的发动机通过开启适当的控制步骤来满足这些规定，诸如一旦检测到故障GAV，就不允许或终止转换过程。
如这里公开的，通常在充分启用气体供应且转换至GFM之前检查GAV的可操作性。这里公开的构思涉及从LFM到GFM的过渡。在到GFM的过渡过程中，观察气缸功率(例如，基于IMEP)。如果一个气缸相比于气缸的平均显示显著增大的功率，则立即停止过渡。如果没有，正常过渡进行并且GAV打开时间和/或气体燃料压强增加至期望值。
在一些实施方式中，为了防止在开始时气体燃料压强超越，以无气体压强差并且例如低气体燃料部分压强开启到GFM的过渡。在过渡开始之后，例如在1％的气体百分比处，期望的气体压差可能增大直至低水平，例如入口空气歧管压强(IMAP)之上0.2bar。接着，例如在5％的气体百分比处，气体压差可以以增加的气体百分比缓慢地上升，直至用于GFM的所需水平。另外或替代地，能够观察峰值燃烧压强和/或释热。
这里公开的用于评估GAV的可操作性的方法还可以允许检测阻塞的GAV。例如，外在物体可能移入或者甚至污染可能积累在螺线管致动的GAV的机械止挡件和可动板之间的位置处并且由此以闭合状态或基本闭合状态阻塞GAV。通常当从LFM转换至GFM时，假定输出功率维持基本恒定，增加气体燃料贡献(并由此减小液体燃料贡献)可以导致基本不变的燃烧过程参数。由于稍微更有效的气体燃烧潜在地例如导致稍微减少的释热，可能出现较小变化。阻塞的GAV将影响IMEP和/或释热率，因为没有或至少低于预期的气体燃料燃烧。相应地，例如，IMEP和/或释热率、峰值压强等下降。因此，监控相应燃烧过程参数可以允许识别由阻塞引起的自相应测量值的期望发展或自剩余气缸的相应参数或其导出的值偏离。
这里公开的用于评估GAV的可操作性的方法可以每次在从LFM转换到GFM之前执行。
虽然在这里已描述本发明的优选实施方式，改进和修改可以被并入而不脱离所附权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种评估双燃料内燃发动机(100)的气体燃料进气阀(58)的可操作性的方法，所述双燃料内燃发动机(100)包括多个气缸(9)和用于多个气缸(9)的每个气缸(9)的至少一个气体燃料进气阀，所述方法包括：
以液体燃料运行(步骤312)双燃料内燃发动机(100)；
在进气歧管空气压强之上的压强下向气体燃料进气阀(58)供应(步骤354)气体燃料，由此设置经过气体燃料进气阀(58)的气体压差；
在主要以液体燃料运行双燃料内燃发动机(100)的同时，操作(步骤356)气体燃料进气阀(58)以向进入的空气增加气体燃料；
针对多个气缸中的每个气缸测量(步骤360)燃烧过程参数；以及
基于所测量的燃烧过程参数评估(步骤362)气体燃料进气阀(58)的可操作性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，评估(步骤362)气体燃料进气阀(58)的可操作性包括：
确定针对多个气缸(9)中的至少一个气缸(9)所测量的燃烧过程参数超过阈值；以及
识别相应的气体燃料进气阀(58)故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，阈值基于所有气缸或至少气缸的子组的所测量的燃烧过程参数的平均值，诸如除了预设或依赖于气体燃料进气阀(58)的打开时间、DF内燃发动机(100)的载荷以及温度条件中的至少一者的至少一个气缸和/或阈值之外的所有气缸值。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，燃烧过程参数基于气缸压强确定。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，燃烧过程参数是诸如平均压强或峰值压强的压强值和/或诸如气缸功率的能量值、平均指示有效压强、和相应气缸的释热率。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，燃烧过程参数与单个燃烧循环相联或者从多个燃烧循环的数据导出。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，在初始评估阶段过程中，经过气体燃料进气阀(58)的气体压差是至少0.02bar，例如气体压差在从0.02bar至0.2bar或直到0.5bar的范围内。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括：
只要没有一个燃烧过程参数被确定指示故障，则例如连续地或逐步增加气体燃料的供应压强和/或气体燃料进气阀(58)的打开时间。
9.一种控制从双燃料内燃发动机(100)的液体燃料运行到气体燃料运行的转换过程(300)的方法，所述双燃料内燃发动机(100)包括多个气缸(9)和用于多个气缸(9)的每个气缸(9)的至少一个气体燃料进气阀，所述方法包括：
执行根据前述任一项权利要求所述的评估双燃料内燃发动机(100)的气体燃料进气阀(58)的可操作性的方法；和
一旦基于燃烧过程参数的气体燃料进气阀(58)的可操作性的评估指示可操作性错误，就中止(步骤320)转换过程(300)。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
例如连续地或逐步增加气体燃料的供应压强和/或气体燃料进气阀(58)的打开时间；和
同时，减小提供给气缸(9)的液体燃料量，直到双燃料内燃发动机(100)仅以气体燃料运行。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，还包括：
在向气体燃料进气阀(58)供应气体燃料之前，在大于入口歧管空气压强的压强下，例如入口歧管空气压强之上至少0.2bar、至少0.5bar、或至少1bar，例如在从1bar至2bar或甚至直到5bar或更大的范围内，以吹扫气体至少部分地冲洗(步骤314)气体燃料供应系统(6)；
关闭(步骤316)气体燃料供应系统(6)或其区段；和
评估(步骤318)吹扫气体压强的暂时发展。
12.根据权利要求9至权利要求11中任一项所述的方法，还包括：
当吹扫气体压强的评估鉴于增加的压强下降动态指示气体燃料进气阀(58)中的至少一个故障时，例如单独地或逐步开启气体燃料进气阀(58)，由此将吹扫气体加至入口空气并且潜在地清洁气体燃料进气阀(58)的密封表面；和
重复关闭(步骤316)和评估(步骤318)吹扫气体压强的暂时发展的步骤。
13.根据权利要求9至权利要求12中任一项所述的方法，其中，当评估(步骤318)吹扫气体压强的暂时发展指示气体燃料进气阀的可操作性时，减小(步骤352)吹扫气体压强以提供例如至少0.02bar，诸如在从0.02至0.2bar直到0.5bar的范围内的经过气体燃料进气阀的气体压差；和/或
在维持气体压差的同时通过向气体燃料进气阀供应气体燃料开始用气体燃料替代吹扫气体。
14.一种双燃料内燃发动机(100)，包括：
液体燃料系统(8)；
气体燃料系统(6)；
多个气缸(9)；
用于多个气缸(9)中的每个气缸(9)的气体燃料进气阀(58)，其将气体燃料系统(6)与气缸(9)流体地连接；
传感器(77)，其用于确定多个气缸(9)中的每个气缸(9)的燃烧过程参数；和
控制单元(76)，其能够执行根据前述任一项权利要求所述的方法。
15.根据权利要求14所述的内燃发动机(100)，还包括：
吹扫气体系统(7)，其用于例如至少在气体燃料进气阀的上游至少部分地冲洗和填充气体燃料系统(6)。
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