CN1875177A - 内燃机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种包括燃烧室(11)和催化剂(40)的类型的燃烧设备(10)的控制和调整系统，该系统包括：一个正比于表示燃烧设备(10)的功能状态特征的功能参数的信号的获得装置，一个连接在从其接收信号的信号获得装置上的电子数据处理装置(30)，一种与所述电子信号处理装置(30)联接的控制和调整程序，一个第一燃料分配阀(20)，一个第二空气分配阀(21)，一个与所述电子数据处理装置(30)联接的数据库，该电子数据处理装置(30)接收从信号获得装置来的信号，对其进行处理并调整第一阀(20)和第二阀(21)的开度，以尽可能减少燃烧装置(10)的CO和NOx的污染排放。

Description

内燃机的控制系统
发明领域
本发明涉及一种装有催化剂的燃烧设备的控制和调整系统，特别用于控制和调整该催化剂的行使功能，以便减少污染排放和提高催化剂寿命。
背景技术
一台燃烧设备通常包括一个第一燃烧室、一种催化剂和一个第二燃烧室。
该燃烧室还包括一根供燃料用的入口导管、一根供从压缩机来的压缩空气用的第二入口导管和一根排放烟气的第三出口导管。
当催化剂的起作用温度处于通常用于其正确地行使功能的预定的温度范围内时，该催化剂正确地起作用并因而能减少污染排放如CO和NOx。
另一方面，对于没有落入该温度范围内的操作温度，该催化剂不能正确地起作用而不能充分地减少CO和NOx污染排放。
一个缺点是，采用目前的催化剂燃烧设备，不能保证污染物质的减少，因为该催化剂的起作用温度可能并不在其正确地行使功能的典型温度范围内。
另一缺点是，采用目前的催化剂燃烧设备，如果所述催化剂在比典型温度范围的温度低的温度起作用，催化剂可能受污染而需要提早替换。
另一缺点是，采用当前使用的催化剂燃烧设备，如果这些功能处在比包括在催化剂正确地起作用的典型范围内的温度高的温度，那么所述催化剂变坏而更快地老化，从而使用寿命缩短。
又一缺点是，随着环境条件如空气的温度、压力和湿度的变化，催化剂不可能有正确地起作用的温度。
发明概述
本发明的一个目的是，提供一种即使环境条件如空气的温度、压力和湿度发生变化也能尽可能减少污染排放和燃烧设备的控制和调整系统。
另一目的是，提供一种其中催化剂的起作用温度始终处在其正确行使功能的典型温度范围内的燃烧设备的控制和调整系统。
按照本发明，这些目的是利用一个燃烧设备的控制和调整系统来达到的，该系统通过检测和处理燃烧设备本身的特征性功能参数而调整该设备，从而将CO和NOx污染排放减少到最少。
本发明的一个方面涉及一种包括一个燃烧室(11)和一种催化剂(40)的类型的燃烧设备(10)的控制和调整系统，所述控制和调整系统包括：
一个正比于燃烧设备(10)的表示功能状态特征的功能参数的信号的获得装置；
一个连接在从其接收信号的信号获得装置上的电子数据处理装置(30)；
一个与所述电子数据处理装置(30)联接的控制和调整程序；
一个第一燃料分配阀(20)；
一个第二燃烧空气调整阀(21)；
一个与所述电子数据处理装置(30)联接的数据库；
所述电子数据处理装置(30)接收从该信号获得装置来的信号，对其进行处理，并调整第一阀(20)和第二阀(21)的开度，以尽可能减少燃烧设备(10)的CO和NOx的污染排放。
从下面参考附图的不起限制作用的例示的描述中，将更清楚地显示按照本发明的一种燃烧设备的控制和调整系统的特性和优点。
附图简述
图1是按照本发明的一种燃烧设备的控制和调整系统的示意图。优选实施例说明
参考该图，此图例示一种燃烧设备10的控制和调整系统的优选实施例。
该控制和调整系统包括一个能够检测至少一个表示燃烧设备10的行使功能的特征的信号的信号获得装置。
该控制和调整系统最好包括一个第一燃料分配阀20和一个第二空气流调节阀21。
该控制和调整系统包括一个电子装置30和一个信号获得装置，后者能够检测正比于燃烧设备10的特征性功能参数的信号。
电子装置30连接在信号获得装置上。
其次，所述电子装置30连接在第一阀20和第二阀21上并控制它们。
该控制和调整系统还包括一个与所述电子数据处理装置30联接的程序。
该控制和调整系统最好包括一个与所述电子数据处理装置30联接的数据库。
所述电子装置30控制表示燃烧设备10的功能状态特征的参数，并在其基础上，调整第一阀20和第二阀21的开度。
所述燃烧设备10包括一个燃烧室11，后者转而包括第一区12、其中安置催化剂40的第二中心区13和第三区14。
所述燃烧设备10最好包括一根供燃料用的第一入口导管71、一根供压缩空气用的第二入口导管72和一根供废气用的出口导管73。
所述燃烧设备10包括一根供燃料用的第三入口导管74。
所述燃烧设备10还包括一根连接燃烧室11的第一区12和第三区14的导管75。
第二阀21调整流过该阀的空气，阀21置于导管75上。
所述燃烧设备10连接在压缩机50和涡轮80上。
所述压缩机50压缩空气，而后空气被引入第二入口导管72中。
所述涡轮80接受从出口导管73来的热空气。
第二入口导管72连接在燃烧室11的第一区12上，使得来自压缩机50的压缩空气流入燃烧室11。
第一入口导管71连接在燃烧室上，以允许燃料进入第一区12，而第三入口导管74连接在燃烧室上，以允许燃烧进入第一区12和第二区13之间。
第一阀20接受从主导管70来的燃料并将其分配在第一入口导管71和第三入口导管74之间。
信号获得装置包括一系列传感器，它们适合于检测正比于表示燃烧设备10的功能状态特征的参数的信号。
这一系列传感器包括许多个安置在燃烧室11中的温度传感器。
所述一系列传感器包括第一组温度传感器60、第二组温度传感器61和第三组温度传感器62。
所述一系列传感器还包括用于测量来自压缩机50的压缩空气的压力的压力传感器63、用于测量离开压缩机50的压缩空气的温度的温度传感器64、在涡轮80的出口76处的废气的压力传感器65和温度传感器66。
涡轮80的出口处的废气的压力和温度分别利用压力传感器65和温度传感器66来检测。
第一系列的温度传感器60和第二系列的温度传感器61的位置靠近催化剂40。
特别是，第一系列的温度传感器60位于燃烧室11的第一区12和第二区13之间，而第二系列的温度传感器61位于燃烧室11的第二区13和第三区14之间。
来自压缩机50的压缩空气的大部分通过第二入口导管72而进入燃烧室11的第一区12，并与引入第一入口导管71的燃料混合，压缩空气的其余部分通过导管75，重新进入燃烧室11的区域14的下游而并不参加燃烧过程。
然后发生燃料与压缩空气、与后续的空气和燃料的混合物的加热的燃烧反应。
这能够提高催化剂的起作用的温度。
然后来自第三燃料入口导管74的燃料加入这样加热的混合物。
燃烧反应主要发生在燃烧室11的第二区13中并在第三区14中完成。
第一系列的温度传感器60检测催化剂40的入口温度，第二系列的温度传感器61检测催化剂40的中间温度，第三系列的温度传感器62检测催化剂40的出口温度。
在一定的环境条件下应当被达到而使催化剂40能够正确地起作用的理想的出口温度值被相应地称为作为目标入口温度和目标中间温度的函数的绝热温度(Tad_catinter)和作为目标入口温度和目标出口温度的函数的绝热温度(Tad_catout)。
电子处理装置30利用压缩机50的出口处的压缩空气压力、催化剂的目标中间温度和催化剂的目标入口温度来计算Tad_catinter。
然后电子处理装置30利用压缩机50的出口处的压缩空气压力、催化剂40的目标入口温度和催化剂40的目标出口温度来计算Tad_catout。
Tad_catout和Tad_catintef是通过对催化剂入口温度、催化剂中间相中的温度和催化剂出口温度进行确定而计算的，一个预定的值称为目标值。
电子装置30随后将Tad_catinter值与Tad_catout值进行比较，选出两者中的最低值。
该最低值是目标绝热温度。
电子处理装置30然后在目标绝热温度的基础上确定对第二空气分配阀21的调整，以达到该目标绝热温度。
第二空气分配阀21的位置是利用电子处理装置30通过计算被压缩机50抽吸的空气的流动速率而评估的。
电子数据处理装置30利用储存在数据库中的压缩机50的布局图来计算进入燃烧室11的空气流。
这些布局图将压缩机50的空气流量与被测量的涡轮的不同速率下和压缩机50的口处定子叶片的不同位置处的压缩比的测量进行比较。
因为燃料流动速率是已知的，所以该控制和调整系统而后计算多大的流量必须分配到第二调节阀21中，以便获得为达到上述绝热温度而需要的进入燃烧室的空气流动速率。
催化剂在保证其正确地起作用的温度范围内的起作用是通过在第一燃烧区12和第二燃烧区13之间的第一燃料分配阀20的调节而达到的。该调整系统保证催化剂40的入口温度达到这样一个值，该值能保证催化剂的温度保持在保证其正确起作用的范围内。
电子装置30首先在测量由压缩机50提供的压力和温度的基础上、在涡轮80的出口处的压力和温度测量的基础上、在燃料的流动速率的基础上和在大气温度值的基础上来计算绝热温度的评估值。
在这样计算的绝热温度、由压缩机50提供的压力和催化剂40的中间相处待达到的温度值的测量的基础上，电子装置30计算保证催化剂10的中间相处所要的温度的催化剂的入口温度。
用同样方法，与计算的绝对温度、由压缩机50提供的压力和所要的催化剂出口温度有关，电子装置30计算保证催化剂40的出口温度等于要达到的出口温度的催化剂40的入口温度。
该控制系统将计算的催化剂40的入口温度与同一催化剂40的最大可容忍值相比较，然后该控制系统选择所有温度中的最低值。
其次，该控制系统将这样获得的温度与能在燃烧室的第一区12中产生燃烧的最低值相比较，并然后采用两者中的较高者。
这样获得的催化剂40的入口温度是必须通过燃料分配阀的调整来达到的入口温度，因此催化剂的温度保持在保证其正确地起作用的范围内。
以这种方式，通过将催化剂的入口温度保持在一预定值和同时限制催化剂40的入口温度和中间温度，始终可以随环境条件的变化而减少燃烧设备10的CO和NOx的排放，从而提高其使用寿命。
因此可以看出，按照本发明的一种燃烧设备的控制和调整系统达到了上述目的。
可以对这样考虑的本发明的燃烧设备的控制和调整系统施加许多修改和变化，所有这些都被包含在该同一发明概念中。

Claims (10)

1.一种其类型为包括一个燃烧室(11)和一种催化剂(40)的燃烧设备(10)的控制和调整系统，所述控制和调整系统包括：
一个正比于表示燃烧设备(10)的功能状态的特征的功能参数的信号的获得装置；
一个连接在从其接收信号的信号获得装置上的电子数据处理装置(30)；
一个与所述电子数据处理装置(30)联接的控制和调整程序；
一个第一燃料分配阀(20)；
一个第二空气分配阀(21)；
一个与所述电子数据处理装置(30)联接的数据库；
所述电子数据处理装置(30)接收来自信号获得装置的信号，对其进行处理而调整第一阀(20)和第二阀(21)的开度，以尽可能减少燃烧设备(10)的CO和NOx的污染排放。
2.按照权利要求1的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述信号获得装置包括至少一个能检测至少一个正比于表示燃烧设备(10)的功能状态的特征的功能参数的信号的传感器。
3.按照权利要求1和2的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述信号获得装置包括一系列适合于检测正比于表示燃烧设备(10)的功能状态的特征的功能参数的信号的传感器。
4.按照权利要求3的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述一系列传感器包括一组温度传感器。
5.按照权利要求4的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述一系列温度传感器包括第一组温度传感器(60)、第二组温度传感器(61)和第三组温度传感器(62)。
6.按照权利要求3的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述一系列传感器包括压力传感器(63)和压力传感器(65)。
7.按照权利要求4的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述一系列温度传感器包括温度传感器(64)和温度传感器(66)。
8.按照任何上述权利要求的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述燃烧室(11)包括一个第一区(12)、一个其中安置催化剂(40)的第二区(13)、一个第三区(14)、一个第一燃料入口导管(71)、一个来自压缩机50的空气的第二入口导管(72)和废气的出口导管(73)。
9.按照权利要求8的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，所述燃烧室(11)包括一个第三燃料入口导管(74)、一个空气分配导管(75)和一个主燃料导管(70)。
10.按照权利要求9的一种燃烧设备(10)的控制和调整系统，其特征在于，主燃料导管(70)连接在第一阀(20)上，后者又连接在第一燃料入口导管(71)和第三燃料入口导管(74)上，以便分配燃烧室(11)的第一区(12)和第二区(13)中的燃料。
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