多燃料發動機系統的制作方法
【專利說明】多燃料發動機系統
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求享有2014年12月16日提交的美國專利申請第62/092,313號，該申請出于所有目的通過引用以其整體并入本文中。
技術領域
[0002]本文公開的主題的實施例涉及例如發動機、發動機構件及發動機系統。
【背景技術】
[0003]鑒于其有利的能含量，天然氣可用作用于發動機的燃料源。為了在較寬操作條件范圍內獲得燃料經濟性利益和滿足功率輸出需求，一些發動機可構造成利用天然氣和諸如柴油的液體燃料兩者來操作。在此多燃料發動機中，發動機的各個汽缸中的天然氣/進氣混合物可響應于液體燃料的噴射而燃燒。盡管一些操作條件可受益于天然氣與液體燃料的相對較高的比率(例如，90%天然氣或更高)，但用于給定發動機循環中的天然氣的量可由各個燃料噴射器能夠噴射的最低可能的液體燃料量限制。

【發明內容】

[0004]在一個實施例中，一種系統包括具有聯接至曲軸的多個汽缸的發動機、曲軸速度傳感器和控制器。控制器構造成基于來自曲軸速度傳感器的信號測量發動機的一個或個多個扭轉振動階次，確定一個或更多個扭轉振動階次的幅度，且當幅度大于閾值幅度時，指出多個汽缸中的至少一個中的不著火。
[0005]本發明的第一技術方案提供了一種系統，包括:發動機，其具有聯接至曲軸的多個汽缸；曲軸速度傳感器；以及控制器，其構造成:基于來自曲軸速度傳感器的信號測量發動機的一個或更多個扭轉振動階次;確定一個或更多個扭轉振動階次的幅度；以及當幅度大于閾值幅度時，指出多個汽缸中的至少一個中的不著火。
[0006]本發明的第二技術方案是在第一技術方案中，控制器還構造成在指出不著火時，基于一個或更多個扭轉振動階次的相位確定多個汽缸中的哪個汽缸不著火。
[0007]本發明的第三技術方案是在第二技術方案中，控制器還構造成在指出不著火時，增大對不著火汽缸的燃料噴射量。
[0008]本發明的第四技術方案是在第三技術方案中，發動機構造成以至少第一燃料和第二燃料操作，且其中為了增大對不著火汽缸的燃料噴射量，控制器構造成相對于第二燃料增大第一燃料的燃料噴射量。
[0009]本發明的第五技術方案是在第四技術方案中，第一燃料為液體燃料，且第二燃料為氣態燃料。
[0010]本發明的第六技術方案是在第五技術方案中，控制器構造成基于跨過多個操作點測得的一個或更多個扭轉振動階次的幅度來針對多個汽缸中的每一個汽缸確定多個操作點的各個操作點的不著火極限。
[0011]本發明的第七技術方案是在第六技術方案中，多個汽缸的給定汽缸的不著火極限包括用于聯接至給定汽缸的液體燃料噴射器的最低開啟持續時間。
[0012]本發明的第八技術方案是在第七技術方案中，控制器還構造成在氣態燃料與液體燃料的相應的預定比率下操作多個汽缸中的各個汽缸，各個預定比率包括輸送所需的發動機輸出的同時保持高于相應的不著火極限的氣態燃料的最高量。
[0013]本發明的第九技術方案是在第一技術方案中，控制器還構造成基于幅度確定多個汽缸之間的燃燒變化水平。
[0014]本發明的第十技術方案是在第九技術方案中，控制器還構造成在燃燒變化水平大于閾值變化時調整至發動機的一個或更多個汽缸的燃料噴射量。
[0015]本發明的第十一技術方案提供一種系統，包括:具有多個汽缸的發動機，發動機構造成以至少第一燃料和第二燃料操作;將第一燃料噴射至多個汽缸的多個燃料噴射器；以及控制器，其構造成:在調節模式下操作時，以第一燃料和第二燃料兩者操作發動機，且確定維持燃燒的多個噴射器中的每一個的最低開啟持續時間；以及在第二燃料模式下操作時，以自身確定的最低開啟持續時間開啟各個噴射器來開始燃燒，其中多個噴射器中的每一個的最低開啟持續時間基于不著火監測器來確定，該不著火監測器基于來自曲軸速度傳感器的信號來確定汽缸不著火。
[0016]本發明的第十二技術方案是在第十一技術方案中，第一燃料為液體燃料，而第二燃料為氣態燃料，并且其中控制器構造成在第二燃料模式期間將氣態燃料空氣混合物供應至各個汽缸。
[0017]本發明的第十三技術方案是在第十二技術方案中，調節模式在給定發動機速度和/或負載下執行，且其中第二燃料模式包括在給定發動機速度和/或負載下的后續發動機操作。
[0018]本發明的第十四技術方案是在第十一技術方案中，各個相應的最低開啟持續時間包括不引起發動機不著火的相應的最低開啟持續時間，且其中控制器構造成通過基于來自曲軸速度傳感器的信號確定發動機的曲軸的半階扭轉振蕩來以不著火監測器確定汽缸不著火。
[0019]本發明的第十五技術方案是在第十一技術方案中，多個燃料噴射器的第一噴射器具有第一最低開啟持續時間，且多個燃料噴射器的第二噴射器具有不同于第一最低開啟持續時間的第二最低開啟持續時間，且其中第一最低開啟持續時間下由第一噴射器輸送的燃料量與第二最低開啟持續時間下由第二噴射器輸送的燃料量相同。
[0020]本發明的第十六技術方案提供一種系統，包括:發動機，其具有聯接至曲軸的多個汽缸；曲軸速度傳感器；以及控制器，其構造成:基于來自曲軸速度傳感器的信號測量發動機的半階扭轉振動；基于測得的半階扭轉振動確定多個汽缸的變化系數(COV);以及基于COV調整對多個汽缸中的一個或更多個的供燃料持續時間。
[0021]本發明的第十七技術方案是在第十六技術方案中，C0V包括多個汽缸的功率輸出除以平均功率輸出的標準偏差。
[0022]本發明的第十八技術方案是在第十七技術方案中，控制器還構造成基于多個汽缸中的每一個的峰值汽缸壓力確定C0V。
[0023]本發明的第十九技術方案是在第十六技術方案中，發動機構造成燃燒至少第一燃料和第二燃料，且其中為了調整對多個汽缸中的一個或更多個的供燃料持續時間，控制器構造成相對于第二燃料調整第一燃料的供燃料持續時間。
[0024]本發明的第二十技術方案是在第十九技術方案中，第一燃料為液體燃料，且其中第二燃料為氣態燃料。
[0025]應當理解的是，以上簡要描述提供成以簡化形式介紹原理的選擇，這在詳細描述中進一步描述。未意味著識別提出的主題的關鍵或基本特征，主題的范圍僅由詳細描述之后的權利要求限定。此外，提出的主題不限于解決上文和本公開內容的任何部分中指出的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0026]將通過閱讀參照附圖的非限制性實施例的以下描述來更好理解本發明，在以下附圖中:
圖1示出了帶有發動機的車輛的實施例的示意圖。
[0027]圖2不出了圖1的發動機的汽缸的不意圖。
[0028]圖3示出了包括圖1的發動機的發動機系統的示意圖。
[0029]圖4為示出用于調節多個汽缸的方法的高水平流程圖。
[0030]圖5-7為示出了用于運行不著火監測器的方法的流程圖。
[0031]圖8-9示出了示例性噴射器輸送曲線。
[0032]圖10為示出作為燃燒變化的函數的1/2階幅度的圖表。
[0033 ]圖11 -14為示出以2%的燃燒變化或10%的燃燒變化操作的發動機中的各種參數的圖表。
【具體實施方式】
[0034]以下描述涉及調節發動機的各個液體燃料噴射器以便允許發動機的各個汽缸在氣態燃料與液體燃料的最高可能比率(也稱為置換比)下的操作的各種實施例。各個液體燃料噴射器的調節可基于調節過程期間各個汽缸中的不著火的檢測。各個汽缸中的不著火可使用不著火監測器檢測，監測器使用例如來自曲軸傳感器的信號來檢測扭轉振蕩。
[0035]如上文所解釋的，可能有挑戰的是在高氣態燃料利用(例如，低液體燃料使用)下控制多燃料發動機的燃燒，因為液體燃料噴射器可具有非線性的輸送特征。當液體燃料輸送緩降以允許較高氣態燃料使用時，標準液體燃料噴射器可在大約15%的最大噴射率(稱為下調點)下突然減小其流動。多汽缸發動機中的各個噴射器可具有其自身的下調點。如果噴射器所有都同樣處理，則總氣態燃料使用將由在最高燃料輸送量下關閉的噴射器確定。因此，如果噴射器具有5%到15%的范圍的下調點，則發動機可限于85%的置換比(例如，85%氣態燃料，15%液體燃料)。
[0036]根據本文公開的實施例，不著火監測器可啟用，其在液體燃料噴射量減少時檢測獨立汽缸中的不良燃燒，且然后獨立地調節各個汽缸的最低可能的液體燃料噴射率，以提供各個汽缸中的穩定燃燒。多燃料發動機可設計成在非常高的氣態燃料置換比下運行，諸如按能含量為99%的氣態燃料和1%的液體燃料。在調節過程期間，發動機可開始燃燒所有液體燃料，且然后將氣態燃料加到所有汽缸的安全水平，諸如80%氣態燃料。燃燒強度將由不著火監測器測量。在一些實例中，不著火監測器可為控制器中的扭轉振動階次監測器，其監測一個或更多個扭轉振動階次，諸如半階。當所有汽缸均勻地著火時，半階水平將會是低的。各個汽缸的液體燃料噴射量將減少，直到其不著火由半階監視器檢測到。然后，液體燃料噴射量將增大來得到該汽缸的適當燃燒。該過程將在各個汽缸上重復，以將整個發動機調節至液體燃料使用的最低安全水平。燃燒的穩定性將由半階檢測系統監測，且如果任何汽缸開始不著火，則液體燃料噴射率可在該獨立汽缸上增大。
[0037]本文所述的途徑可用于多種發動機類型和多種發動機驅動系統。這些系統中的一些可為靜止的，而其它可為半活動或活動平臺。半活動平臺可在操作周期之間重新放置，諸如安裝在平板拖車上。活動平臺包括自動推進的車輛。此類車輛可包括道路運輸車輛以及采礦設備、船舶、軌道車輛和其它越野車輛(0HV)。為了圖示清楚，火車頭提供為自動推進軌道車輛的實例，且更寬泛地，作為活動平臺的實例，支承結合本發明的實施例的系統。
[0038]在進一步論述用于在多燃料發動機中提供調節液體燃料噴射的途徑之前，公開了平臺的實例，其中