[發(fā)明專利]內(nèi)燃機(jī)速度控制

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580047818.8
• 申請日: 2005-12-12
• 公開（公告）號: CN101115914A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·C·呂丁
• 申請（專利權(quán)）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: F02D31/00
• 分類號: F02D31/00;F02D41/14
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 吳鵬;馬江立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機(jī)的速度控制。更具體地，本發(fā)明涉及通過閉環(huán)歧管壓力或密度控制實(shí)現(xiàn)的發(fā)動機(jī)速度控制。

背景技術(shù)

長期以來，內(nèi)燃機(jī)在很多應(yīng)用中用作動力源。例如，由于電能的開發(fā)及其廣泛可用，液體燃料內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)廣泛用于電力發(fā)電機(jī)。但是，在大多數(shù)燃料的燃燒過程中，某些氣體或微粒污染物可能是造成麻煩的副產(chǎn)品。近年來，尤其是在電力生產(chǎn)運(yùn)行中，氣體燃料內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)變得很普遍。盡管很多氣體燃料本質(zhì)上比液體燃料例如汽油和柴油燃燒得更清潔，但氣體燃料發(fā)動機(jī)存在排放物控制問題。而且，日益嚴(yán)格的政府規(guī)章對工程師提出了持續(xù)的挑戰(zhàn)，為了清潔有效地運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)和運(yùn)行滿足或超出目前和未來標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃機(jī)。

現(xiàn)有技術(shù)中廣泛已知，將發(fā)動機(jī)速度的變化降到最小能促使燃料更清潔地燃燒，并且改善運(yùn)行效率。而且，很多發(fā)動機(jī)具有與預(yù)期性能水平相關(guān)的特定速度或發(fā)動機(jī)速度范圍。為此，許多發(fā)動機(jī)以預(yù)定的發(fā)動機(jī)速度設(shè)定值或接近該設(shè)定值運(yùn)行。但是，在內(nèi)燃機(jī)與發(fā)電機(jī)連接的情況下，已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)上的電負(fù)荷發(fā)生變化，例如相關(guān)電網(wǎng)上的動力需求較大地增加或降低時(shí)，難以避免發(fā)動機(jī)速度的不適當(dāng)變化。

在某些發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中，電子控制器通過檢測負(fù)載變化或預(yù)料負(fù)載變化來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門。這種設(shè)計(jì)通常致力于將節(jié)氣門位置與發(fā)動機(jī)負(fù)載相關(guān)聯(lián)，并且理論上將會最終將進(jìn)氣歧管壓力調(diào)節(jié)到其中發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與調(diào)節(jié)好的負(fù)載相配的值。然而，在很多種這類設(shè)計(jì)中，發(fā)動機(jī)速度會在穩(wěn)定到—如果能穩(wěn)定的話—設(shè)定值的可接收范圍內(nèi)之前發(fā)生不希望的波動，這至少部分是因?yàn)檫M(jìn)氣歧管動態(tài)特性的快速變化。

特別地，進(jìn)氣歧管中氣體的溫度和壓力的快速變化可能暫時(shí)比改變節(jié)氣門位置對發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的沖擊更大。這種問題在發(fā)動機(jī)上連接有渦輪增壓器時(shí)特別尖銳，從而使進(jìn)氣歧管的動態(tài)特性更復(fù)雜。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出不適合負(fù)載時(shí)，不平衡可能造成發(fā)動機(jī)加速或減速而不是趨于常速。當(dāng)進(jìn)氣歧管壓力和/或溫度正常或連續(xù)地波動時(shí)，進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的氣體混合物的密度可能發(fā)生變化，從而影響發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出并使得難以通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置將發(fā)動機(jī)速度維持在預(yù)期范圍內(nèi)。節(jié)氣門的調(diào)節(jié)可能被進(jìn)氣歧管的動態(tài)特性削弱。

由于增加了由進(jìn)氣歧管的動態(tài)特性帶來的挑戰(zhàn)，節(jié)氣門位置和負(fù)載的關(guān)系更難以預(yù)計(jì)。發(fā)動機(jī)速度和負(fù)載、渦輪增壓、節(jié)氣門位置和進(jìn)氣歧管壓力及溫度可為交叉相關(guān)的變量，其中，僅其中一個(gè)值的變化就可影響到其它值。例如，在某些發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中，節(jié)氣門位置或節(jié)氣門角度的調(diào)節(jié)不必與發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩呈線性關(guān)系。換句話說，增大或減小節(jié)氣門角度不一定導(dǎo)致發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)地增加或減少。在某些情況下，節(jié)流增加可能與發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩成反比，至少暫時(shí)成反比，尤其是在較高的發(fā)動機(jī)速度和負(fù)載以及渦輪增壓較高的發(fā)動機(jī)中。因此，在早期的設(shè)計(jì)中，例如通過打開節(jié)氣門以補(bǔ)償增大的負(fù)載需求的努力實(shí)際上可能瞬間降低了發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，從而帶來速度控制的問題。

授予Gopp等的美國專利No.6,715,476中說明了一種用于進(jìn)氣歧管壓力控制的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的示例。在Gopp等的專利中，所說明的發(fā)動機(jī)具有與進(jìn)氣歧管相連的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)閥以控制進(jìn)氣歧管壓力，從而將進(jìn)氣歧管壓力調(diào)節(jié)至預(yù)期壓力，該預(yù)期壓力基于可自動控制的氣流致動器的位置。Gopp等的設(shè)計(jì)看起來具有某些應(yīng)用，例如，控制排放物，但看起來并不適合通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣歧管壓力來控制發(fā)動機(jī)速度，因?yàn)樵摪l(fā)明主要關(guān)注的是增加或降低進(jìn)氣歧管中惰性廢氣的程度。

本發(fā)明的目的在于克服上述一項(xiàng)或多項(xiàng)問題或缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

一方面，本發(fā)明提供了一種運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法。該方法包括如下步驟：確定預(yù)期發(fā)動機(jī)速度和實(shí)際發(fā)動機(jī)速度之間的差值的表觀值，以及至少部分基于預(yù)期發(fā)動機(jī)速度和實(shí)際發(fā)動機(jī)速度之間的差值的表觀值來確定預(yù)期進(jìn)氣歧管壓力和預(yù)期進(jìn)氣歧管氣體密度中的至少一項(xiàng)。該方法還包括如下步驟：確定實(shí)際進(jìn)氣歧管壓力的表觀值，以及至少部分基于實(shí)際進(jìn)氣歧管壓力的表觀值以及所述預(yù)期進(jìn)氣歧管壓力和預(yù)期進(jìn)氣歧管氣體密度中的至少一項(xiàng)來調(diào)節(jié)進(jìn)氣歧管壓力。

另一方面，本發(fā)明提供了一種物品，該物品包括其上記錄有控制算法的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。該控制算法包括第一閉環(huán)控制算法，第一閉環(huán)控制算法用于至少部分基于預(yù)期發(fā)動機(jī)速度與實(shí)際發(fā)動機(jī)速度之間的差值的表觀值來確定內(nèi)燃機(jī)中的預(yù)期進(jìn)氣歧管壓力和預(yù)期進(jìn)氣歧管氣體密度之一或全部兩者。該控制算法還包括第二閉環(huán)控制算法，第二閉環(huán)控制算法用于至少部分基于所述預(yù)期壓力和密度之一或兩者以及實(shí)際進(jìn)氣歧管壓力的確定的表觀值來控制該發(fā)動機(jī)中的節(jié)氣門位置。