[发明专利]用于双燃料发动机的气体燃料置换比率的数字控制

说明书

技术领域

双燃料发动机典型地是燃料的约百分之九十可以是天然气的柴油机或者液体燃料发动机。双燃料发动机经常用于与诸如医院的关键设施相关联的电力应急发电机或者备用发电机。双燃料发动机也用于驱动井口发电机，所述井口发电机使用从相关联的油井回收的天然气体燃料。在大部分应用中，重要的是对液体/气体燃料比率的可变控制。本申请涉及借助多个数字致动的气体燃料阀对液体/气体燃料比率的开环控制。

背景技术

众所周知，需要基于负荷和其它因素控制双燃料发动机中的液体/气体燃料比率。普通的柴油机可以转化成通过使输入空气与天然气混合并且通过在压缩冲程的顶部处将减少量的柴油燃料喷射到气缸中而使用柴油和天然气(或者类似物)的混合物运行。在题名为“Bi-FuelControl System and Assembly for Reciprocating Diesel EnginePowered Electric Generator”的绿色(Green)美国专利No.6,256,260中说明了这样方式的双燃料发动机的操作，该专利通过参考包含于此。如在该绿色专利中所解释，随着气体燃料的量增加，柴油燃料的量通过调速器自动地减少，所述调速器控制在每个压缩冲程的终点处喷射到气缸中的柴油燃料的量。为了确保点火，通常燃料的至少百分之十必须是直接喷射到气缸中的液体燃料。为了安全起见，这些系统具有螺线管操作的关闭阀以用于断开气体燃料供给。

可以由气体燃料安全地或者有利地替换的总燃料的百分比随着操作条件改变。因而，必要的是控制气体燃料置换比率。事先已经使用传统的模拟控制环路在闭环基础上进行对气体燃料置换比率的控制，由此通过将反馈信号与命令信号相比较并且通过基本上持续地调节可变的装置的输出以减小命令信号和反馈信号之间的差异，从而调节可持续改变的装置。在每次调节之后，新的操作条件与期望(命令)的条件相比较，直到达到期望的置换比率为止。在典型执行的数字闭环系统中，通常采用多次迭代以达到期望的操作条件。甚至在纯模拟系统中，这本质上是迭代处理，在所述迭代处理中会采取数十秒或者数十分钟的数量级。

在例如油井钻机发电机驱动器的某些应用中，发动机负荷是循环的并且从不在任何时间段上保持恒定的操作条件。在这些应用中，用于气体燃料置换的闭环系统没有如所期望的那样起作用。操作条件的变化比控制环路所能进行的需要的调节更快；因此，从不会达到在设定的点处期望的平衡。

发明内容

简要地，根据本发明，提供一种用于双燃料内燃机的气体控制系统，所述双燃料内燃机包括一个或多个燃烧气缸，并且在所述双燃料内燃机中气体燃料与进气混合并且液体燃料在压缩冲程的终点附近被喷射到气缸中。改进之处在于包括气体燃料控制系统，所述气体燃料控制系统用于控制供给到发动机的一个或多个气缸的气体燃料的量，所述气体燃料控制系统包括入口和多个阀，所述入口可连接到加压气体燃料源，所述多个阀迅速地从全开运动到全闭。多个阀具有可调节的全开流量并且能够响应于数字信号从全开运动到全闭。这些阀并联地布置在可连接到加压气体燃料源的入口与发动机的一个或多个气缸之间。电子系统监测至少一个发动机操作参数并且具有计算装置，所述计算装置用于对一个或多个发动机操作参数的值进行查表(mapping)以控制多个阀中的一个或多个阀的打开和关闭来建立起期望的气体燃料流量。优选地，多个阀是具有可调节的流量控制孔径的电磁阀。

简单地，根据本发明的另一个实施例，提供一种发电机组，所述发电机组包括驱动发电机的双燃料内燃机。发动机包括一个或多个燃烧气缸。气体燃料与用于气缸的进气混合，并且液体燃料在压缩冲程的终点附近被喷射到气缸中以导致点火。改进之处在于包括气体燃料控制系统，所述气体燃料控制系统用于控制供给到发动机的一个或多个气缸的气体燃料的量，所述气体燃料控制系统包括入口和多个阀，所述入口可连接到加压气体燃料源，所述多个阀迅速地从全开运动到全闭。多个阀具有可调节的全开流量并且能够响应于数字信号从全开运动到全闭。这些阀并联地布置在可连接到加压气体燃料源的入口与发动机的一个或多个气缸之间。电子系统监测至少一个发动机操作参数并且具有计算装置，所述计算装置用于对一个或多个发动机操作参数的值进行查表以触发多个阀中的一个或多个阀的打开来建立起期望的气体燃料流量。优选地，多个阀是具有可调节的流量控制孔径的电磁阀。

附图说明

其它特征和其它目的以及优点将从以下参照附图的详细说明而变得明显，其中：

图1是发电机组和负荷的示意图；

图2是具有根据本发明的气体控制系统的双燃料发动机的示意图；