CN113692485B - 热值估计 - Google Patents

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Abstract

根据非限制性示例实施方式，提供了一种用于分析在燃烧式发动机(106)运行期间供应给该发动机(106)的燃料的方法(200)，该方法(200)包括获得(202)供应给发动机(106)的燃料的温度和供应给发动机(106)的燃料的密度的相应指示；根据所指示的燃料的温度与预定义参考温度之间的关系，基于所指示的燃料的密度得出(204)经温度调整的燃料密度；以及至少基于经温度调整的燃料密度得出(206)热值，该热值描述在预定义量的燃料的燃烧期间释放的热量。

Description

热值估计
技术领域
本发明涉及供应给发动机的燃料的热值的估计。
背景技术
可以使用热值来描述从特定燃料获得的能量的量，该热值描述了指定量的特定燃料在燃烧期间释放的热量。换言之，热值用作特定燃料的能量含量的指示。因此，当热值应用于被供应给给定燃烧式发动机的燃料时，其描述了能够通过给定燃烧式发动机的运行从特定燃料获得的机械能。由于燃料的质量就可从中获得的机械能而言各不相同，因此特定燃料的热值可以用作一种度量，该度量一方面能够得出给定燃烧式发动机的燃料消耗的指示，并且另一方面能够得出给定燃烧式发动机的实际效率的指示。
因此，从发动机操作员的角度来看，对实际供应给燃烧式发动机的燃料的热值的可靠估计提供了关于燃料质量就经由发动机中燃烧的运行可从中获得的机械能而言的有价值信息，而同时热值还能够监测和/或估计发动机运行的各个方面，例如燃烧式发动机的效率、燃烧式发动机的燃料消耗以及由燃烧式发动机燃烧燃料产生的排放。
在依赖于中燃料(MFO)或重燃料(HFO)之类的剩余燃料燃烧的燃烧式发动机的背景下，一种能量含量的关注度量是低热值(LHV)，低热值可以被表示为每质量单位的能量含量(例如，每千克兆焦耳)，并且可以被计算为例如根据ISO 8217：2012附录E的E.2点的净比能。对于馏分燃料，LHV可以被计算为根据ISO 8217：2012附录E的E.3点的净比能。虽然LHV或燃料质量的对应度量用作剩余燃料质量的一种有用指示，但目前已知获得这种质量度量的方法需要在实验室环境中对燃料样品进行分析，这不仅使得不可能在线监测燃料质量和发动机效率，而且使监测与燃料相关的这些方面成为既昂贵又耗时的过程。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种技术，该技术能够快速且可靠地计算或估计剩余燃料的热值，以促进对燃料质量、发动机效率、燃料消耗和/或燃料燃烧产生的排放进行在线估计。
本发明的目的由相应独立权利要求限定的装置、方法和计算机程序来实现。
根据示例实施方式，提供了一种用于分析燃烧式发动机运行期间供应给该发动机的燃料的装置，该装置包括燃料流测量组件，该燃料流测量组件用于测量供应给发动机的燃料的温度和供应给发动机的燃料的密度的相应指示；以及控制实体，该控制实体用于至少基于燃料的温度和燃料的密度来得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数，控制实体被布置成：根据所指示的燃料的温度与预定义参考温度之间的关系，基于所指示的燃料的密度得出经温度调整的燃料密度；并且至少基于经温度调整的燃料密度得出热值，该热值描述在预定义量的燃料燃烧期间释放的热量。
根据另一个示例实施方式，提供了一种用于分析在燃烧式发动机运行期间供应给该发动机的燃料的方法，该方法包括：获得供应给发动机的燃料的温度和供应给发动机的燃料的密度的相应指示；根据所指示的燃料的温度与预定义参考温度之间的关系，基于所指示的燃料的密度得出经温度调整的燃料密度；以及至少基于经温度调整的燃料密度得出热值，该热值描述在预定义量的燃料燃烧期间释放的热量。
根据另一个示例实施方式，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码被配置为当所述程序代码在一个或更多个计算装置上运行时使得至少执行根据前文所述的示例实施方式的方法。
根据示例实施方式的计算机程序可以实施在易失性或非易失性计算机可读记录介质上，例如作为包括至少一个计算机可读非暂时性介质的计算机程序产品，所述至少一个计算机可读非暂时性介质上存储有程序代码，当由一个或更多个装置执行该程序时使该一个或更多个装置至少执行根据前文所述的示例实施方式的方法。
本专利申请中呈现的本发明的示例性实施方式不应被解释为对所附权利要求的适用性造成限制。动词“包括”及其派生词在本专利申请中用作开放式限制，该开放式限制不排除还存在未列举的特征。除非另有明确说明，否则下文描述的特征可相互自由组合。
在所附权利要求中阐述了本发明的一些特征。然而，当结合附图阅读时，根据以下对一些示例性实施方式的描述，将最好地理解本发明的多个方面(既关于其构造和其操作方法，还连同其附加目的和优点)。
附图说明
本发明的实施方式以示例而非限制的方式在附图的图中示出，其中：
图1示意性地示出了根据示例的用于燃料质量在线分析的框架；
图2示出了根据示例的方法；以及
图3示出了根据示例的装置的一些元件的框图。
具体实施方式
诸如内燃机(ICE)之类的燃烧式发动机可以应用于要求苛刻的工业环境，例如发电厂、船舶、石油钻井平台和其他海上平台等，其中单个发动机或多个(例如，两个或更多个)发动机的发动机系统可以被应用为船舶中推进的机械能的供应或被应用为发电机的输入以提供电力。通常，在这样的使用场景中，发动机长时间连续运行，并且高效率运行就保持尽可能低的燃料消耗和排放而言是重要的。燃烧式发动机可能能够燃烧馏分燃料、剩余燃料或这两种燃料中的任何一种。这两种燃料类型之间的区别之一是它们的粘度：馏分燃料具有更低的粘度，并且因此它们可以在相对低的温度下被供应(例如，泵送)以用于发动机中的燃烧，而剩余燃料具有更高的粘度，并且通常需要加热剩余燃料以提供粘度，使得可以泵送剩余燃料以用于发动机中的燃烧。适用于以上概述类型的ICE的剩余燃料类型的示例包括中燃料(MFO)或重燃料(HFO)。诸如HFO之类的剩余燃料的优点是成本低，而另一方面，由于剩余燃料的高粘度，它们需要在使用前被加热到100摄氏度左右范围内的温度，以确保粘度水平能够将剩余燃料泵送到发动机。剩余燃料的另一个缺点是它们通常还包括一些杂质，例如水、灰分和/或硫，这些杂质可能会在一定程度上降低燃料的能量值。
本公开描述了一种技术，该技术能够进行在线分析以评估供应给一个或更多个发动机的燃料的热值。对燃料质量的这种监测提供了有价值的信息，例如可以在尽可能考虑观测到的燃料质量的情况下调整发动机运行，以尝试优化发动机运行效率、燃料消耗和/或所产生的排放。燃料质量的监测还为估计或计算发动机的实际效率提供进一步的输入，如果不考虑燃料质量中的可能变化，所述发动机的实际效率可能会被错误地估计。进而，对发动机效率的连续监测提供了关于发动机在较长时间段内状况的有价值的附加信息，因为低效率运行(由于燃料质量差)显然很需要更大量燃料的燃烧以从发动机得到特定输出功率，与使用更高质量燃料的发动机运行相比，这进而会导致发动机摩擦和磨损增加。此外，燃料质量的这种监测进一步使得能够向燃料供应商提供关于实际观测到的燃料质量的基于事实的反馈。
图1示意性地示出了根据示例的用于燃料质量的在线分析的框架，该框架包括从燃料箱104到发动机106的燃料供应线102。发动机106可以包括例如燃烧式发动机，例如内燃机。此外，燃料流测量组件108被布置在燃料箱104与发动机106之间的燃料供应线中。燃料流测量组件通信地联接到控制实体110并且被布置成向控制实体110提供一个或更多个测量信号，所述测量信号描述燃料供应线102中的燃料流特性，控制实体110被布置成基于一个或更多个测量信号中指示的燃料流特性来得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数。描述观测燃料质量的一个或更多个参数可以包括例如热值，该热值描述了在预定义量的所述燃料(例如，LHV)的燃烧期间释放的热量。
应注意，图1的示例是一个概念性的示例，并且省略了为发动机106提供燃料供应的现实解决方案中所需的许多元件，而且可以在不脱离本公开中描述的燃料质量监测技术的范围的情况下以多种方式变化或补充该示例。作为这方面的一个示例，燃料流测量组件108可以包括单个燃料流测量实体、被布置在单个物理实体中或以其他方式被布置在燃料供应线102中的相同位置处的两个或更多个燃料流测量实体、被布置在燃料供应线102的相同位置或不同位置处的各个单独物理实体中的两个或更多个燃料流测量实体等。作为另一个示例，控制实体110可以与图1的示例中描绘的其他元件共同定位(例如，作为发动机104的控制系统的一部分提供)或者它可以位于远处。此外，控制实体110应该被解释为逻辑实体，其可以被提供为一个或更多个单独的实体或部件，这些实体或部件中的一些可以与图1的示例中描绘的其他元件共同定位，并且这些实体或部件中的一些可以位于远处。然而，图1的框架足以描述根据本公开的在线燃料质量监测技术的各种特性。然而，本文稍后将描述使用所公开的经由燃料供应线102的燃料质量监测技术的一些示例可能涉及更多实体，以便说明实施该燃料质量监测技术的各个有利示例。
在此，对“在线”燃料质量监测的提及涉及在其运行过程中实际供应给发动机106的燃料质量的即时监测。沿着以上概述的线，这种在线燃料质量监测产生的优点包括以改善的准确性和/或可靠性来估计或计算描述发动机实际效率的参数的可能性，这导致获得在发动机状况的短期监测和长期监测两者中都有用的信息：对于短期监测，观测燃料质量的指示可能例如能够区分由燃料质量变化导致的发动机效率变化和由某些其他因素(例如，发动机故障)导致的变化，而对于长期监测，观测燃料质量指示的历史可能适用于评估发动机效率在同一时间段内的变化是否遵循观测燃料质量，或者是否(还)存在导致发动机效率的长期趋势(例如，发动机的使用持续低于最佳，发动机的维护受到损害或被忽视，......)的其他因素。此外，“在线”燃料质量监测还可以允许执行(立即)纠正措施和/或调整发动机106的运行，以考虑观测不符合预定义标准的燃料质量，并进一步确保观测质量度量用于指示在特定时间实际供应给发动机106的燃料的质量。
本公开中描述的在线燃料质量监测技术对于被设计成燃烧液体剩余燃料(例如上文中提到的MFO或HFO)的发动机可能特别有益。然而，所公开的燃料质量监测技术的应用不限于剩余燃料，而是也适用于其他液体燃料类型。
燃料流测量组件108被布置成测量燃料供应线102中的燃料流的特性，并且向控制实体110提供描述所测量的燃料供应线102中的燃料流的特性的一个或更多个测量信号。优选地，燃料流测量组件108被布置成测量从燃料供应线102供应给发动机106的燃料流的特性，以便尽可能接近地反映由发动机106接收的燃料的特性。在一个示例中，所测量的燃料流特性直接指示燃料温度和燃料密度。在另一个示例中，所测量的特性包括能够得出燃料温度和/或燃料密度的特性(其中另一个可以被直接指示)。燃料流测量组件108还可被布置成测量燃料流的其他特性。
在此，应注意，燃料流测量组件108基本上测量在该燃料流测量组件108中流动的燃料，并且在从流测量组件108获得的测量信号中传送的信息没有考虑例如燃料供应线102中的、燃料供应线102和/或发动机108中布置的部件中的内部燃料泄漏。然而，这种可能影响发动机中实际燃烧的燃料量的因素是系统和发动机特有的，并且可以通过以下方式来考虑到这种因素：通过相应地调整控制实体110中得出的一个或更多个燃料质量参数(例如，热值)，或者鉴于这种因素以其他方式考虑控制实体110中得出的一个或更多个燃料质量参数。
在一个示例中，燃料流测量组件108包括单个实体，该单个实体被布置为测量燃料温度和燃料密度(可能具有燃料的一个或更多个其他特性)。这种测量实体的一个示例包括一个或更多个质量流量计，该质量流量计被布置成测量燃料温度和燃料密度。适用于该目的的各种流量计在本领域中是已知的，而在这方面的具体示例包括科里奥利(Coriolis)型质量流量计。在另一个示例中，燃料流测量组件108可以包括用于测量燃料温度和燃料密度的各个单独实体。作为这方面的一个示例，燃料流测量组件108可以包括被布置成测量燃料温度的一个或更多个温度传感器和被布置成测量燃料密度的一个或更多个流量计组件，其中相应的温度传感器可以被布置为测量相应质量流量计组件中或附近的燃料温度。同样在该布置中，每个质量流量计组件可以包括相应的科里奥利型质量流量计。在这样的布置中，流量计组件可以包括被布置为直接提供燃料密度测量的单个实体，或者它可以包括两个或更多个子实体，其中每个子实体被布置为提供相应的测量值，该相应的测量值的组合能够得出(例如，控制实体110中的)燃料密度。作为后一种方法的示例，两个或更多个子实体可以被布置为分别测量供应给发动机106的燃料的质量和供应给发动机106的燃料的体积。
如前文所述，燃料流测量组件108通信地联接到控制实体110。在这方面，燃料流测量组件108被布置为向控制实体110提供一个或更多个测量信号，控制实体110被布置为基于在测量信号中接收到的信息得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数。测量信号包括相应的电信号，该相应的电信号传送描述在燃料流测量组件108中测量的燃料特性的当前值的信息。测量信号可以包括相应的模拟信号或数字信号。作为这方面的一个示例，可以采用相应的模拟信号，该模拟信号各自呈现出可以被控制实体110转换成燃料流的相应特性(例如，温度或密度)的电压或电流。作为另一个示例，可以采用相应的数字信号，该数字信号各自传送用于指示燃料流的相应特性(例如，温度或密度)的数字信息。在应用数字信号作为测量信号的情境下，单个数字信号可以传送与燃料流的多个特性(例，如温度和密度)有关的信息。
如前文所述，控制实体108被布置成基于一个或更多个测量信号中指示的燃料流特性得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数。在这方面，控制实体108可以被布置为执行图2中的流程图所示的方法200的步骤。
方法200开始于获得在一个或更多个测量信号中指示的观测燃料温度和观测燃料密度的相应指示(如框202中所示)，并且根据观测燃料温度与预定义参考温度之间的关系，基于所指示的燃料密度得出经温度调整的燃料密度(如框204中所示)。方法200还包括基于经温度调整的燃料密度得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数(如框206中所示)。描述观测燃料质量的一个或更多个参数可以包括例如热值，该热值描述在发动机106中预定义量的所述燃料的燃烧期间释放的热量。方法200可以以多种方式补充和/或改变，例如在以下提供的非限制性示例中所描述的。
返回参考图2的框202描述的操作，观测燃料温度和观测燃料密度可以从前文经由多个非限制性示例描述的燃料流测量组件108接收到的一个或更多个测量信号中获得。沿着上述线，在一个示例中，控制实体108可以接收燃料温度和燃料密度的相应(直接)指示。在另一个示例中，控制实体108可以接收例如燃料温度的直接指示以及能够得出控制实体108中的燃料密度(例如，供应给发动机106的燃料的质量和供应给发动机的燃料的体积)的一个或更多个燃料流特性的相应指示，并根据这些燃料流特性来计算燃料密度(例如，燃料质量除以燃料体积)。
返回参考图2的框204描述的操作，得出经温度调整的燃料密度可以包括使用预定义的转换函数将在观测燃料温度下的观测燃料密度转换成在所述预定义参考温度下的经温度调整的燃料密度。例如，可以将转换函数提供为存储在可由控制实体110访问的存储器中的映射表，该映射表可能随附有映射函数。查找表也可以称为查找矩阵、映射表或映射矩阵。在下文中，主要应用术语映射表。该转换用于使得能够将观测燃料温度下的观测燃料密度映射到预定义参考温度下的在ρmin至ρmax的预定义范围内的对应的经温度调整的燃料密度。转换函数可以被设计用于蒸馏燃料或预定义类型的剩余燃料，例如HFO或MFO。下面提供转换函数的非限制性示例。
根据一个示例，转换函数涉及映射表和映射函数。映射表可以包括表条目列表，每个表条目包括经温度调整的燃料密度ρj候选值和对应的调整因子Fj候选值的对，它们可以经由以下映射函数来应用，以识别与观测燃料密度ρobs和观测燃料温度Tobs相对应的参考温度Tref下的温度调整后密度ρadj：
ρadj＝ρobs/(1-Fadj*(Tobs-Tref))。
特别地，通过使用上述映射函数和上述映射表来得出经温度调整的燃料密度可以包括搜索映射表，以识别映射表条目j，该映射表条目j包括经温度调整的燃料密度ρj候选值和对应的调整因子Fj候选值，通过使用映射函数，产生最接近表条目j中经温度调整的燃料密度ρj候选值的经温度调整的燃料密度ρadj。因此，所识别的映射表条目中的经温度调整的燃料密度ρj候选值可以被用作经温度调整的燃料密度ρadj。
与涉及映射表和映射函数的转换函数有关的上述示例假设在映射表中进行最近邻搜索，其中所识别的映射表条目中的经温度调整的燃料密度ρj候选值被应用为例如经温度调整的燃料密度ρadj。在另一个示例中，假设所识别的映射表条目中的经温度调整的燃料密度ρj候选值与经由使用映射函数获得的对应的经温度调整的燃料密度ρadj不(完全)匹配，可以通过将合适的插值技术应用于在值上与经由在映射表条目的上述识别中应用映射函数获得的经温度调整的燃料密度ρj候选值最接近的两个经温度调整的燃料密度ρj候选值来得出经温度调整的燃料密度ρadj的最终值。
在与包括映射表和映射函数的转换函数有关的上述示例中，在映射表的表条目中，调整因子Fj候选值的值随着经温度调整的燃料密度ρj候选值的增加而减小。因此，温度调整的作用是将观测燃料密度ρobs调整为值更高的经温度调整的燃料密度ρadj，而应用温度调整的程度随着燃料密度的增加而减小并随着观测燃料温度Tobs与参考温度Tref之间的差异增加而增加。
根据另一个示例，转换函数可以经由包括二维表的映射表来提供，在二维表中，每一行代表在由相应的最小燃料密度和最大燃料密度限定的预定义范围内的相应的(观测)燃料密度，并且每一列代表在由相应的最低温度和最高温度限定的预定义范围内的相应的(观测)燃料温度。在该方法的变型中，每一列可以代表(观测)燃料温度与参考温度之间的相应差异。因此，二维表的每个单元格代表(观测)燃料密度和(观测)燃料温度(或(观测)燃料温度与参考温度的差异)的相应组合，并包括在被指派用于观测燃料密度和观测燃料温度(或温度差异)的相应组合的参考温度下的相应燃料密度。
因此，经温度调整的燃料密度可以通过识别二维表中代表最接近观测燃料密度的(观测)燃料密度的行并识别二维表中代表最接近观测燃料温度的(观测)燃料温度的列(或识别二维表中代表最接近观测燃料温度与参考温度之间差异的温度差异的列)来找到，并将在所识别的行和列限定的单元格中找到的参考温度下的燃料密度应用为经温度调整的燃料密度。
在上述示例的变型中，二维表的行和列的角色可以颠倒，使得每一行代表相应的(观测)燃料温度(或观测温度差异)并且每一列代表相应的(观测)燃料密度。在上述示例的进一步变型中，映射表包括针对预定义温度范围内的多个(观测)燃料温度中的每一者(或针对观测燃料温度与参考温度之间的多个差异中的每一者)的相应子表，其中每个子表包括相应的多个表条目，这些表条目覆盖了预定义密度范围内的相应多个(观测)燃料密度，其中每个表条目将相应(观测)燃料密度ρj映射到参考温度下的对应燃料密度ρadj。在上述示例的进一步变型中，子表的角色及其内容可以颠倒，使得针对预定义范围内的相应(观测)燃料密度提供每个子表，而每个子表的表条目覆盖了针对相应(观测)燃料密度的预定义温度范围内的多个(观测)燃料温度(或观测燃料温度与参考温度之间的差异)。
参考温度可以是任何期望的温度。例如，参考温度可以是15摄氏度，这是根据ISO8217：2012附录E得出LHV的温度。
以上关于转换函数的非限制性示例隐含地假设了单个参考温度的可用性。在其他示例中，可以为多个不同的参考温度提供相应的转换函数，其中，可以例如使用前文描述的示例性方法中的一种来提供每个转换函数。在这种情境下，通过以下方式开始得出经温度调整的燃料密度：通过选择关注的转换函数并考虑到观测燃料密度和观测燃料温度来应用所选择的转换函数以找到经温度调整的燃料密度。
转换函数(例如，映射表)、或者作为转换函数的映射表及相关联的映射函数可以基于随时间收集的实验数据得出。例如，这样的实验数据可以包括相对大量的数据点，这些数据点覆盖了从Tmin至Tmax的预定义范围内的多个不同的燃料温度下的在ρmin至ρmax的预定义范围内的多个不同的燃料密度，以及在参考温度下的对应测量燃料密度值。例如，此类实验数据的数据点可以使用一个或更多个发动机在其正常使用过程中(例如，在发电厂或船舶中)进行的测量中获得，而参考温度下的对应燃料密度值可以经由对收集相应数据点中使用的燃料进行实验室分析来获得。作为另一个示例，实验数据的数据点和参考温度下的对应燃料密度值都可以在实验室条件下获得。
返回参考针对图2的框206描述的操作，如前文所述，得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数可以包括：基于经温度调整的燃料密度得出热值。基于经温度调整的燃料密度得出热值而不是直接使用观测燃料密度作为所述得出的基础是有利的，因为这导致更准确且可靠地得出热值：例如，在诸如MFO和HFO之类的剩余燃料的情况下，燃料密度甚至会随着温度的升高而显著降低，而另一方面，此类燃料通常需要被加热，以将燃料粘度调整到使该燃料适合被供应给发动机106的水平。这在HFO的情况下尤其明显，对于这种情况，当燃料被供应给发动机106时的温度通常需要高于100度以确保合适的粘度，而在MFO的情况下，供应给发动机106的燃料的温度可以在大约30摄氏度至40摄氏度的范围内。由于运行温度取决于发动机106和供应给发动机106的燃料的特性，因此观测燃料密度通常是在不同于参考温度的温度下获得的。这种燃料密度的差异随着参考温度与实际测量温度之间的差异的增加而增加，而另一方面，当依赖于在燃料被供应给发动机106时的温度下反映燃料流特性的燃料密度测量时，可以预期燃料质量分析的可靠性和准确性会提高。因此，由于供应给发动机106的燃料的温度可能显著高于参考温度，因此在许多情况下直接使用观测燃料密度来估计热值会产生不准确或甚至非常不正确的结果。
可应用热值的特定(而非限制性)示例是前文提及的低热值(LHV)。一种众所周知的LHV估计方法是ISO 8217：2012附录E的E.2点定义的净比能，其中参考温度被定义为15摄氏度。在其他示例中，可以应用用于估计LHV和/或不同参考温度的不同方法。另一方面，如前文所述，一个典型的温度(例如，在该温度下，将诸如MFO或(尤其是)HFO之类的剩余燃料供应给发动机106)可能显著高于参考温度，这使得直接使用(处于或接近将燃料供应给发动机106时的温度下的)观测燃料密度来计算LHV不可行。相反，例如，包括根据ISO 8217：2012附录E(或其衍生物)的净比能的LHV可以根据经温度调整的燃料密度来计算，以提高所得LHV的准确性和可靠性。
而燃料热值的主要贡献方是观测(但是温度调整后的)燃料密度，并因此可以直接根据经温度调整的燃料密度获得合理的热值估计，而无需考虑其他因素，进一步可以通过考虑通常存在于燃料中的预定义杂质的不利影响来提供热值估计的准确性和可靠性的改进。这种杂质的示例包括水、灰分和/或硫，它们可能自然存在于燃料中和/或(意外地)被混合到燃料中。在大多数实际使用情况下，供应给发动机106的燃料是从所谓的日用油箱供应的，该日用油箱包括已经经过清洁过程以去除(大部分)水和不利于发动机106效率的其他杂质的燃料。
因此，控制实体110可以获得燃料中的水含量、燃料中的灰分含量和燃料中的硫含量的相应估计值。例如，这些估计值可以基于经由对从特定燃料源获得的燃料进行实验室分析获得的实验数据来获得。水含量、灰分含量和硫含量的相应估计值可以被提供为基于可用实验数据得出的相应平均值。尽管这样的估计值可能不能完美地反映燃料供应线102中实际燃料流的相应特性，但实际研究表明，它们仍然有助于提高热值估计的准确性和可靠性。
依赖于经温度调整的燃料密度的LHV得出可能正好是ISO 8217：2012附录E或其调整版本中定义的净比能。通常，LHV可以被计算为经温度调整的燃料密度的二阶函数，该LHV的值是通过修正项来进一步调整的，该修正项引入燃料中包括的杂质的贡献度，该修正项作为燃料的含水量、灰分以及硫含量的函数而得出。作为这方面的一个示例，可以应用ISO8217：2012附录E中提供的公式的广义版本来计算作为净比能QRnp的LHV：
其中，ρadj表示在15摄氏度的参考温度下的经温度调整的燃料密度(单位为千克/立方米)，ww表示燃料的水含量(表示为质量百分比)，wa表示燃料的灰分含量(表示为质量百分比)，并且ws表示燃料的硫含量(表示为质量百分比)。根据ISO 8217：2012附录E，可以将常数A、B、C、a、b和c设定为以下值以用于计算HFO或MFO的LHV：
常数 根据ISO 8217：2012附录E的值
A 8.802*10-6
B 3.167*10-3
C 46.704
a 0.01
b 0.0942
c 0.02449
在(与FIFO或MFO或其他类型的燃料有关的)其他示例中，可以应用上述公式的调整版本，其中调整可以涉及常数A、B、C、a、b和c中的一个或更多个常数的调整。另选地或另外地，公式的调整可以包括省略考虑燃料中包括的杂质的贡献度的修正项，或者将修正项作为以下一项或更多项的不同函数而得出：燃料的水含量、灰分含量和硫含量。
控制实体110可以被布置为直接使用所得出的热值和/或可以将热值存储在存储器中以供后续使用。对于后一种方法，存储器可以包括可由控制实体110(直接)访问的存储器或另一个设备或实体中的存储器。在后一种情境下，将热值存储在存储器中的动作还包括经由控制实体110可用的通信网络将所得出的热值传输到另一个设备或实体以存储在所述另一个设备或实体中。
作为示例，在控制实体110中直接应用热值可以包括：至少部分地基于所得出的热值(例如，LHV)得出燃料消耗指示(例如，比燃油消耗(SFOC))。作为示例，SFOC可以按照ISO-3046标准中的定义得出，例如如下所述：
其中，
并且
其中，K表示指示功率的比率，∝表示功率调整因子，Px表示测量期间的气压(以hPA为单位)，Pra表示标准参考气压(以1000hPA为单位)，m表示可以被设定为例如值0.7的指数，Tra表示参考空气温度(以K为单位，例如，Tra＝298K)，Tx表示测量期间的气温(以K为单位)，n表示可以被设定为例如值1.2的指数，Tcr表示参考增压空气冷却剂温度(以K为单位，例如Tcr＝298K)，Tcx表示测量期间的增压空气冷却剂温度(以K为单位)，s表示可以设定为例如1的指数，ηmek表示发动机106的机械效率，M表示测得的燃料量(以kg为单位)，S表示时间(以s为单位)，MLS表示燃料泵中清洁泄漏燃料的流(以kg/h为单位)，P表示发动机功率(以kW为单位)，LHVtest表示得出的LHV(MJ/kg)，LHVISO表示根据ISO的LHV(MJ/kg)，EDP表示发动机驱动泵的燃料消耗量(g/kWh)，Be表示没有根据燃料的实际能量含量进行修正的、试验台上的燃油消耗(以g/kWh为单位)，并且BISO表示根据ISO修正的发动机效率(以g/kWh为单位)。
在控制实体110中使用得出的热值的另一个示例包括至少部分地基于所得出的热值估计燃料质量和/或估计发动机106的效率。质量估计可能涉及质量监控，例如从而将所得出的热值与预定义的阈值进行比较，并且响应于所得出的热值未能超过阈值而发出警告消息或其他种类的警告指示。例如，可以经由联接到控制实体110的用户界面将警告指示提供为听觉指示和/或视觉指示。
在控制实体110中使用所得出的热值的另一个示例包括至少部分地基于所得出的热值调整发动机106的运行和/或调整供应给发动机106的燃料的特性。作为这种使用的变型，控制实体110可以被布置成经由联接到控制实体110的用户界面显示所得出的热值的指示，以使得负责发动机106的操作员能够至少部分地基于所显示的热值来调整发动机106的运行和/或调整供应给发动机106的燃料的特性。所得出的热值的这种使用的又一步变型涉及使用从热值得出的另一量度(例如，上述的SFOC)作为调整发动机106的操作和/或供应给发动机106的燃料的基础。
通常，控制实体110可以被布置为连续地执行方法200。在这方面，连续执行方法200可以包括，例如，以预定义的时间间隔执行方法200，例如从而能够监测热值的变化，所述变化例如是从热值中得出的值(例如，SFOC)的变化、观测燃料质量的变化等，和/或能够至少部分基于所得出的热值连续地调整发动机106的运行或供应给发动机106的燃料。
图1的示例中示意性示出的框架可以包括布置在燃料箱104与发动机106之间的燃料供应线102中的多个附加实体。作为这方面的一个示例，可以有一个或更多个实体，其被布置为调整适合供应给发动机106的燃料的粘度，例如，通过加热或冷却燃料，将燃料从燃料箱104经由燃料供应线102泵送到发动机106，管理燃料供应线102中的(足够的)燃料压力和/或管理燃料的循环。
尽管图1中所示的示例涉及燃料供应线102仅用于为发动机106供料的示例，但在其他示例中，燃料供应线102可以替代地应用于为两个或更多个发动机的装置供料。在这种情境下，在控制实体110中基于从燃料流测量组件108接收到的一个或更多个测量信号中指示的燃料流特性得出的描述观测燃料质量的一个或更多个参数(例如，诸如LHV之类的热值)用于指示供应给两个或更多个发动机的燃料的特性。在其他示例中，可以运行用于两个或更多个发动机的燃料供应系统，使得两个或更多个发动机中的一个发动机被提供有过量的燃料，例如大约是发动机中实际燃烧量的三到五倍，并且发动机未燃烧的燃料循环回到所谓的脱气罐(或混合罐)，在脱气罐处，将从发动机循环回的燃料与从燃料箱102泵送的新燃料(在将新燃料供应回发动机之前)进行混合。在这样的装置中，燃料流测量组件108被布置成测量发动机中实际燃烧的燃料的燃料温度和燃料密度。在一个示例中，为了能够在这种布置中观测到个体发动机的燃料流特性，燃料流测量组件108可以包括用于测量到发动机的燃料流的第一子组件和用于测量从发动机循环回的燃料流的第二子组件。因此，由第一子组件和第二子组件测量的燃料流特性的差异能够推断出发动机燃烧的燃料的实际量，从而能够例如得出燃料消耗的可靠估计值，例如经由根据前文描述的方法200的热值的估计值。
前文描述的方法200可以通过硬件装置、软件装置或者硬件装置和软件装置的组合来实现。作为这方面的一个示例，图4示意性地描绘了装置400的一些部件，所述部件可用于实现控制实体110并使控制实体110执行在前文描述的方法200。装置400包括处理器410和存储器420。存储器420可以存储数据和计算机程序代码425。装置400还可包括用于与其他装置进行有线或无线通信的通信装置430，和/或被布置为与处理器410和一部分计算机程序代码425一起以提供用于接收来自用户的输入和/或向用户提供输出的用户界面的用户I/O(输入/输出)部件440。特别地，用户I/O部件可以包括用户输入装置，例如一个或更多个键或按钮、键盘、触摸屏或触摸板等。用户I/O部件可以包括输出装置，例如显示器或触摸屏。装置400的部件经由总线450彼此通信联接，总线450能够在部件之间传输数据和控制信息。
存储器420和存储在存储器420中的一部分计算机程序代码425还可以被布置为与处理器410一起使得装置400执行在前文中描述的方法200。处理器410被配置为从存储器420读取和写入。虽然处理器410被描述为相应的单个部件，但它可以被实现为相应的一个或更多个单独的处理部件。类似地，虽然存储器420被描绘为相应的单个部件，但它可以被实现为相应的一个或更多个单独的部件，其中一些或全部部件可以是集成的/可移除的，和/或可以提供永久存储/半永久存储/动态存储/缓存存储。
计算机程序代码425可以包括计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令加载到处理器410中时实现与前文描述的方法200的步骤相对应的功能。作为一个示例，计算机程序代码425可以包括由一个或更多个指令的一个或更多个序列组成的计算机程序。处理器410能够通过从存储器420读取包含在其中的一个或更多个指令的一个或更多个序列来加载和执行计算机程序。一个或更多个指令的一个或更多个序列可以被配置为在由处理器410执行时使装置400执行在前文中描述的方法200。因此，装置400可以包括至少一个处理器410和至少一个存储器420，所述至少一个存储器420包括用于一个或更多个程序的计算机程序代码425，至少一个存储器420和计算机程序代码425被配置为与至少一个处理器410一起使装置400执行前文描述的方法200。
可以提供计算机程序代码425，例如一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读非暂时性介质，所述计算机可读非暂时性介质上存储有至少一个计算机程序代码425，当处理器410执行该计算机程序代码425时，使装置400执行前文所述的方法200。计算机可读非暂时性介质可以包括存储设备或记录介质，例如CD-ROM、DVD、蓝光光盘或有形地体现计算机程序的另一制品。作为另一个示例，计算机程序可以被提供为被配置为可靠地传输计算机程序的信号。
此处对处理器的引用不应理解为仅包括可编程处理器，还包括专用电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、专用电路(ASIC)、信号处理器等。前面描述中描述的特征可以在与明确描述的组合不同的组合中使用。
可以在与明确描述的组合不同的组合中使用在前面描述中描述的特征。尽管已经参考某些特征描述了功能，但是那些功能都可以由其他特征执行(无论是否描述)。尽管已经参考某些实施方式描述了特征，但是那些特征也可以存在于其他实施方式中(无论是否描述)。

Claims (29)

1.一种用于分析在燃烧式发动机(106)运行期间供应给所述发动机(106)的燃料的装置，所述装置包括：
燃料流测量组件(108)，所述燃料流测量组件(108)用于测量供应给所述发动机(106)的所述燃料的温度和供应给所述发动机(106)的所述燃料的密度的相应指示；以及
控制实体(110)，所述控制实体(110)用于至少基于所述燃料的所述温度和所述燃料的所述密度来得出描述观测燃料质量的一个或更多个参数，所述控制实体(110)被布置成：
根据所指示的所述燃料的温度与预定义参考温度之间的关系，基于所指示的所述燃料的密度得出经温度调整的燃料密度，所述经温度调整的燃料密度能够用于得出低热值LHV，所述LHV描述在预定义量的所述燃料燃烧期间释放的热量；并且
使用所述经温度调整的燃料密度的二阶函数得出作为净比能的所述LHV。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制实体(110)被配置为：
获得供应给所述发动机的所述燃料的水含量、灰分含量和硫含量的相应估计值；并且
至少基于所述经温度调整的燃料密度和所述燃料的所述水含量、所述灰分含量和所述硫含量的所述估计值来得出所述LHV。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，使用所述经温度调整的燃料密度的所述二阶函数计算的所述净比能由作为所述燃料的所述水含量、所述灰分含量和所述硫含量的函数得出的修正项进行调整。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述净比能使用以下公式计算：
其中，ρadj表示在15摄氏度的所述参考温度下的所述经温度调整的燃料密度(单位为千克/立方米)，ww表示所述燃料的所述水含量(表示为质量百分比)，wa表示所述燃料的所述灰分含量(表示为质量百分比)，ws表示所述燃料的所述硫含量(表示为质量百分比)，并且其中A、B、C、a、b和c表示相应的预定义常数值。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，A、B、C、a、b和c被设定为以下预定义值：
A＝8.802*10-6，
B＝3.167*10-3，
C＝46.704，
a＝0.01，
b＝0.0942，并且
c＝0.02449。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述控制实体(110)被布置为经由使用预定义的转换函数得出所述经温度调整的燃料密度，所述预定义的转换函数将在所指示的所述燃料的所述温度下的所指示的所述燃料的所述密度转换成在所述预定义参考温度下的所述经温度调整的燃料密度。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述转换函数包括基于实验数据得出的映射表，所述映射表提供从在第二预定义范围内的多个燃料温度下的第一预定义范围内的多个燃料密度到在所述预定义参考温度下的对应的经温度调整的燃料密度的映射。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述预定义的参考温度是15摄氏度。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述燃料包括剩余燃料。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述剩余燃料是重燃油HFO。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述控制实体(110)被配置为执行以下至少一项：
至少部分基于所述LHV估计比燃油消耗SFOC值，
至少部分地基于所述LHV估计供应给所述发动机(106)的所述燃料的质量，
至少部分地基于所述LHV调整所述发动机(106)的运行和/或调整供应给所述发动机(106)的所述燃料，
经由联接到所述控制实体(110)的用户界面显示所得出的LHV的指示，以使得能够至少部分地基于所述LHV调整所述发动机(106)的运行和/或调整供应给所述发动机(106)的所述燃料。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述燃料流测量组件(108)包括科里奥利型质量流量计。
13.一种燃料质量监测装置，所述燃料质量监测装置包括根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述燃料流测量组件(108)被布置在燃料箱(104)与所述发动机(106)之间的燃料供应线(102)中，以测量供应给所述发动机(106)的所述燃料的温度和供应给所述发动机(106)的所述燃料的密度。
14.根据权利要求13所述的燃料质量监测装置，其中，所述燃料流测量组件被布置在所述燃料供应线(102)的以下位置中：在该位置处，所述燃料被加热到将所述燃料供应给所述发动机(106)的温度。
15.一种用于分析在燃烧式发动机(106)运行期间供应给所述发动机(106)的燃料的方法(200)，所述方法(200)包括：
获得(202)供应给所述发动机(106)的所述燃料的温度和供应给所述发动机(106)的所述燃料的密度的相应指示；
根据所指示的所述燃料的温度与预定义参考温度之间的关系，基于所指示的所述燃料的密度得出(204)经温度调整的燃料密度，所述经温度调整的燃料密度能够用于得出低热值LHV，所述LHV描述在预定义量的所述燃料燃烧期间释放的热量；以及
使用所述经温度调整的燃料密度的二阶函数得出(206)作为净比能的所述LHV。
16.根据权利要求15所述的方法(200)，其中，所述方法(200)包括：
获得供应给所述发动机的所述燃料的水含量、灰分含量和硫含量的相应估计值；以及
至少基于所述经温度调整的燃料密度和所述燃料的所述水含量、所述灰分含量和所述硫含量的所述估计值来得出(206)所述LHV。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用所述经温度调整的燃料密度的所述二阶函数计算的所述净比能由作为所述燃料的所述水含量、所述灰分含量和所述硫含量的函数而得出的修正项进行调整。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，使用以下公式计算净比能：
其中，ρadj表示在15摄氏度的所述参考温度下的所述经温度调整的燃料密度(单位为千克/立方米)，ww表示所述燃料的所述水含量(表示为质量百分比)，wa表示所述燃料的所述灰分含量(表示为质量百分比)，ws表示所述燃料的所述硫含量(表示为质量百分比)，并且其中A、B、C、a、b和c表示相应的预定义常数值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，A、B、C、a、b和c被设定为以下预定义值：
A＝8.802*10-6，
B＝3.167*10-3，
C＝46.704，
a＝0.01，
b＝0.0942，并且
c＝0.02449。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，得出所述经温度调整的燃料密度包括：使用预定义的转换函数将在所指示的所述燃料的所述温度下的所指示的所述燃料的所述密度转换成在所述预定义参考温度下的所述经温度调整的燃料密度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述转换函数包括基于实验数据得出的映射表，所述映射表提供从在第二预定义范围内的多个燃料温度下的第一预定义范围内的多个燃料密度到在所述预定义参考温度下的对应的经温度调整的燃料密度的映射。
22.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，所述预定义参考温度是15摄氏度。
23.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，所述燃料包括剩余燃料。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述剩余燃料是重燃油HFO。
25.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，所述方法还包括以下至少一项：
至少部分基于所述LHV估计比燃油消耗SFOC值，
至少部分地基于所述LHV估计供应给所述发动机(106)的所述燃料的质量，
至少部分地基于所述LHV调整所述发动机(106)的运行和/或调整供应给所述发动机(106)的所述燃料，
显示所得出的LHV的指示，以使得能够至少部分地基于所述LHV调整所述发动机(106)的运行和/或调整供应给所述发动机(106)的所述燃料。
26.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，所述方法包括：
使用被布置在燃料箱(104)与所述发动机(106)之间的燃料供应线(102)中的燃料流测量组件(108)，来测量供应给所述发动机(106)的所述燃料的所述温度和供应给所述发动机(106)的所述燃料的所述密度。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述燃料流测量组件(108)包括科里奥利型质量流量计。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述燃料流测量组件(108)被布置在所述燃料供应线(102)的以下位置中：在该位置处，所述燃料被加热到将所述燃料供应给所述发动机(106)的温度。
29.一种非易失性计算机可读记录介质，所述非易失性计算机可读记录介质包含计算机可读程序代码(425)，所述计算机可读程序代码被配置为当所述程序代码在一个或更多个计算装置(400)上运行时使得执行根据权利要求15至28中任一项所述的方法，所述一个或更多个计算装置(400)被布置为接收供应给所述发动机(106)的所述燃料的温度和供应给所述发动机(106)的所述燃料的密度的相应指示。
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