[發明專利]檢測和緩解異常燃燒特性

有效

• 申請號: 201680036719.8
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN107709956B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 黃建;K·D·李
• 申請（專利權）人: 西港能源有限公司
• 主分類號: G01M15/05
• 分類號: G01M15/05;F02D41/22;G01L23/22
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 吳煥芳;蔡倫

包括雙燃料發動機的預混合發動機可能經歷包括不發火、提前點火和爆震的異常燃燒特性。一種用于檢測以及緩解發動機中的異常燃燒的方法包括：感測燃燒循環期間的與燃燒室相關聯的聲信號的頻率分量，頻率分量表示正常燃燒特性和異常燃燒特性中至少之一；根據聲信號確定缸內壓力信號；根據缸內壓力信號計算爆震指數、總指示平均有效壓力和燃燒始點正時中至少之一；檢測異常燃燒特性是以下至少之一：(a)在總指示平均有效壓力小于預定平均有效壓力值時的不發火事件；(b)在燃燒始點正時先于點火始點正時時的提前點火事件；和(c)在爆震指數大于預定爆震值時的發動機爆震事件；以及針對所檢測到的異常燃燒特性執行緩解策略。

技術領域

本申請涉及一種用于檢測以及緩解內燃發動機中的異常燃燒特性的技術。

背景技術

雙燃料發動機被同時供以兩種燃料。通常，雙燃料發動機由柴油發動機轉化而來，并且能夠以發動機被供以柴油的柴油模式和發動機被同時供以氣體燃料和柴油的雙燃料模式運行。氣體燃料在本文中被定義為在標準的溫度和壓力下呈氣態的任何燃料，該標準的溫度和壓力在本申請的情況下被定義為20攝氏度(℃)和1個大氣壓(atm)。示例性的氣體燃料包括生物氣、丁烷、乙烷、氫氣、垃圾填埋氣、甲烷、天然氣和丙烷。在雙燃料模式下，氣體燃料是發動機從中獲得其大部分動力的主要燃料，而柴油用作為引燃燃料，引燃燃料被壓縮點火使得引燃燃料的燃燒將氣體燃料點燃。

常規柴油發動機與雙燃料發動機之間的一個區別在于，當在雙燃料模式下運行時，氣體燃料以與在壓縮行程后期被噴射到燃燒室內的柴油燃料的壓力相比相對較低的壓力在進氣行程期間或在壓縮行程早期被引入進氣系統或進氣口內或者被引入燃燒室內。氣體燃料在燃燒室中形成預混的空氣-燃料充氣(charge，進氣)，該預混的空氣-燃料充氣在被點燃時以預混火焰燃燒。雙燃料發動機通常面臨控制異常燃燒事件方面的挑戰，異常燃燒事件是因雙燃料運行的可供選擇的燃燒模式與針對僅柴油運行被優化的諸如壓縮比、空氣流率和燃燒室幾何結構之類的常規柴油發動機參數之間的固有失配導致的。在雙燃料發動機中通常遇到三種類型的異常燃燒：爆震、提前點火和不發火。

當較大量的未燃燒的燃料-空氣混合物在來自正常點火過程的傳播火焰前鋒到達之前自發地點燃時發生爆震。爆震可導致汽缸壓力和溫度快速地升高，并且在燃燒室內可能發生強壓力振蕩。如果未被迅速地控制，爆震可能在短時間段內對活塞和/或汽缸蓋造成損害。爆震對于雙燃料發動機而言尤其是一個問題，因為這種發動機常常保持高的壓縮比以便維持用于基礎柴油運行的高熱效率。

當燃燒室中未燃燒的空氣-燃料混合物被除正常點火源(火花塞或引燃燃料的燃燒)以外的熱源點燃時發生提前點火，并且提前點火先于正常點火事件發生。熱點，諸如由燃燒室的表面上的碳沉積物導致的熱點，常常被認為是導致不期望的提前點火的原因。由于因熱點導致的點火不受正常點火系統控制，其常常導致不穩定的汽缸壓力變化以及比在正常條件下更高的峰值汽缸壓力。

相較于常規柴油發動機，具有預混燃燒模式的雙燃料發動機本質上更容易受到爆震和提前點火的影響，因為燃料在點火事件之前相當久被引入并被混合，由此增加了爆震和提前點火的可能性，尤其是對于具有較低辛烷值的燃料。在常規的柴油發動機中，燃料噴射正時通過被稱為點火延遲的因素而與點火正時相關，點火延遲是在壓縮行程后期柴油已被噴射之后在燃燒室中發生壓縮點火所需的時間，并且該值通常是小數目的曲柄角度。與預混發動機相比，常規柴油發動機具有顯著更少的時間來進行混合以及經歷爆震和提前點火。

不發火可能由引燃點火失敗或與燃燒室中的混合物的空燃比有關的問題導致，如混合物太稀薄或太富油。不發火是燃料系統失效的可能標志，燃料系統失效應當在導致對發動機更嚴重的損害之前被迅速處理。在雙燃料發動機中控制不發火的挑戰不同于針對常規柴油發動機的情況，因為相較于發動機僅被供以柴油燃料的情況引燃燃料的量更少。