[发明专利]具有燃料气体性质测量系统的内燃机

说明书

本发明涉及一种具有燃料气体性质测量系统的内燃机。所述一种内燃机包括：一个或多个气缸(1)；燃烧室(40)；以及燃料气体供应系统(30)，其被配置为向气缸(1)供应给定压力和温度的燃料气体流且被配置为向燃烧室(40)供应相同的给定压力和温度的燃料气体流。一个或多个气缸(1)各自设置有至少一个进气阀(31)，燃烧室(40)设置有喷嘴(49)，用于将来自燃料气体供应系统(30)的燃料气体流喷入燃烧室(40)。内燃机还包括用于向燃烧室(40)供应氧化剂气体流的供应管线(42)、用于将燃烧气体流从燃烧室(40)输出的排气管道(47)、以及用于测量燃烧气体流中的氧气比例的传感器(48)。

技术领域

本发明涉及一种基于燃料气体运行的内燃机。

背景技术

使用奥托(Otto)或柴油原理的内燃机(例如二冲程内燃机、四冲程内燃机)可以用液体燃料或气态燃料来运行。为了使现代内燃机正确运行，需要准确知道内燃机的负荷。需要该信息来控制各种参数，例如喷射定时和长度排气阀打开定时和长度、可变涡轮增压器设置、SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法)设置、EGR(exhaust gasrecirculation，排气再循环)设置、注入的气体压力、液压系统压力、排气旁路开度、冷却风扇速度、冷却液泵设置。这不是穷举的，并取决于内燃机类型。然而，所有内燃机的共同之处在于：为了正常运行需要准确确定负荷。

在本领域中，已知测量曲轴的转矩和转速并根据该信息得出内燃机负荷。还已知测量所消耗的燃料量以确定负荷。然而，这要求燃料的性质，特别是发热性质和密度是已知的或能够准确地确定。对于气态燃料，由于压力、温度的变化而导致更加难以确定所输送的燃料的密度，并且由于输送到内燃机中的燃烧室的气体的组成的变化而导致通常更加难以确定发热性质。

一种确定气态燃料性质的方法是使用气相色谱仪，并以定时的间隔取样。通过分析气体组成，可以计算关于气体性质的必要信息。然而，用例如气相色谱仪以定时间隔取样是昂贵和耗时的，并且不会提供即时结果，使得内燃机总是基于已经延时的信息运行，通常至少有几分钟的延时。实际气体采样与测量结果输出之间的延迟降低了内燃机运行的准确性。

其它可用的仪器测量或输出标准的沃泊指数(沃泊index)。沃泊指数是燃料气体互换性的指标。沃泊指数I_W被定义为：I_W＝V_C/(sqrt G_S)，其中V_C是较高的热值，G_S是比重。

沃泊指数用于比较装置中不同组成燃料气体的燃烧能量输出。如果两种燃料具有相同的沃泊指数，那么对于给定的压力和阀门设置，能量输出也将是相同的。

然而，沃泊指数并不是准确确定内燃机负荷所需的精确信息，因为沃泊指数仅会提供气体质量/性质之间的比较。

因此，当准确输送到内燃机且不存在明显的延迟时，需要确定燃料气体性质及其状态，以能够改善对基于燃料气体运行的内燃机的控制。

JP2005226621公开了基于第一气体运行的内燃机，其具有用于确定供应到内燃机的气体的性质的仪器。一个或多个其它内燃机利用来自与基于第一气体运行的内燃机相同来源的相同气体供应运行。第一内燃机的设置基于其仪器，并且所述设置用于其它内燃机以基于气体供应正常运行。因此，仅一台内燃机需要设置有仪器，而其它内燃机能够使用第一台内燃机获得的信息而无需仪器即可运行。然而，这并不能提供用于那些只有一台基于单一气体运行的内燃机的情况的解决方案，该情况通常是在海洋船舶中使用大型二冲程柴油内燃机的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服或至少减少上述问题的系统。

上述和其它目的通过第一方面的特征来实现。根据说明书和附图中，进一步的实施形式是显而易见的。