[发明专利]利用离子信号对燃料和空气属性的改变进行补偿

说明书

背景技术

离子信号被用于各种工业中不同类型的发动机的多种控制，例如轻型和重型运输工具、机车、公路旁设备、轮船以及许多其它的工业应用。例如，在燃烧不足的发动机中已经使用离子流来检测爆震和不能点火的情况、检测在连续燃烧系统中的燃烧不稳定性、确定NO_x排放、控制废气再循环等。

离子信号由于多种因素而改变，其中包括A/F比(空气/燃料比)、火焰接近性、湿度以及燃料属性。例如，影响离子流(和燃烧过程)的重要的燃料属性包括氢与碳的比、蒸馏范围、挥发性以及十六烷值。从一个发动机到另一个发动机的设计参数以及燃料属性的不同影响汽缸气体温度和压力、混合物构成、以及燃烧室中的当量比的分布，所有这些都影响离子的构成。离子信号可被认为是一个具有许多未知量的方程式。虽然许多未知量对离子信号的影响很小，但是它们足以降低控制的效力。

离子信号改变的一个例子如图7a和7b所示。在某些条件下，离子信号(用附图标记700来表示)根据燃料类型表现出较小或较大的“第二峰值”。图7a表示一个初发的爆震事件，其中燃料类型是纯天然气。图7b表示一个初发的爆炸事件，其燃料类型是天然气和丙烷混合物，其它因素保持相同。可以看出，由不同的燃料类型引起的离子信号改变的程度和初始爆震信号同一个数量级。结果，爆震检测控制不像一些燃料那样有效，并且可能导致错误的检测。

发明内容

这里描述的是一种用于补偿在操作环境中改变的燃料和空气属性的方法和设备，其中检测和使用随燃料和空气属性的改变而改变的离子流信号。所述方法和设备解决了燃料和空气属性的改变，而不需要对影响离子流信号的因素进行透彻的分析和理解。此外，所述方法和设备不需要知道燃料的精确成分或湿度。

所述方法和设备接收表示在参考燃烧室内的离子浓度的参考离子流信号。确定参考离子流信号是否相对于先前的参考离子流信号发生了改变。如果参考离子流信号已经改变，则确定比例系数，并将该比例系数传送到接收离子流信号的至少一个控制器。控制器根据所述比例系数对离子流信号进行缩放。或者，控制器对在控制器中用于确定燃烧条件的至少一个校准点进行缩放。

通过周期性地接收参考离子流信号的采样，对比例系数周期性地进行更新。比例系数可以是线性的或非线性的。例如，它可以和参考离子流信号与先前的参考离子流信号之间比率的平方成正比，以及和所述参考离子流信号与先前的参考离子流信号之间比率的自然对数成正比，等等。

所述设备包括用于产生参考离子流信号的装置，用于接收表示参考燃烧室中离子浓度的参考离子流信号的装置，以及处理装置，用于确定参考离子流信号是否相对于先前的参考离子流信号发生了改变，如果参考离子流信号相对于先前的参考离子流信号已经改变，则确定比例系数，并将该比例系数传送到接收离子流信号的控制器。

在一个实施例中，用于产生参考离子流信号的装置包括位于参考燃烧室内的参考燃烧器附近的离子传感器，其中参考燃烧器适用于燃烧燃料和空气。所述离子传感器位于这样的位置，使得离子传感器可以检测来自参考燃烧器所产生的火焰的离子。

由下面参照附图的示意性实施例的详细说明可以看出本发明的其它特征和优点。

附图说明

包括在本说明书中作为本说明书的一部分的附图用于描述这里所述技术的若干方面，并和说明书一起用于说明所述技术的原理。图中：

图1是可应用该技术的代表性环境的示意图；

图2是和这里所述的技术相互作用的离子化模块的方块图；

图3是在图1所示环境中该技术的一个实施例的方块图；

图4是图3所示离子参考传感器模块的一个实施例的方块图；

图5是用于说明用于补偿改变的燃料和空气属性的步骤的流程图；

图6是说明用于补偿改变的燃料和空气属性的步骤的另一个实施例的流程图；以及

图7a和7b是用于说明离子信号和气缸压力如何随不同的燃料混合而改变的图表。

虽然将结合特定的实施例来说明该技术，但并不是要把其局限于这些实施例。与此相反，意图在于覆盖由所附权利要求限定的本发明的构思和范围内的所有的替代、改进和等效方案。

具体实施方式

这里所描述的设备和方法利用离子信号补偿了燃料和空气属性的改变，而不需要对影响离子信号的因素进行彻底的分析或理解。