專利名稱：用于控制雙燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓燃式內(nèi)燃機(jī)，例如二沖程十字頭式柴油機(jī)或四
沖程柴油機(jī)，所述壓燃式內(nèi)燃機(jī)包括氣缸，其設(shè)有用于將燃料直接 噴射到氣缸內(nèi)的燃燒室中的燃料噴射器；用于探測(cè)氣缸中的燃料的燃 燒的燃燒傳感器；以及接收來自燃燒傳感器的信號(hào)的至少一個(gè)電子控 制單元。
背景技術(shù)：
這種發(fā)動(dòng)機(jī)從市場(chǎng)上已知為MAN Diesel的ME發(fā)動(dòng)機(jī)，其中燃 燒傳感器例如是排氣溫度傳感器。該發(fā)動(dòng)機(jī)通常以諸如重質(zhì)燃料油的 單一的燃料進(jìn)行操作，或者以主要燃料和引燃燃料(pilot fuel)進(jìn)行 操作，例如將氣作為主要燃料而將油作為引發(fā)燃燒室中壓縮點(diǎn)火開始 的引燃燃料。當(dāng)兩種燃料同時(shí)使用時(shí)，例如在主要燃料和引燃燃料的 情況下，兩種燃料所消耗的相對(duì)量或多或少是靜態(tài)的，或者經(jīng)過多個(gè) 燃燒周期變化得非常緩慢。
多年來，在得到較低的燃料油消耗率(即，產(chǎn)生的功率中每kWh 消耗較少的燃料)的方向上已經(jīng)有所進(jìn)展。而對(duì)于最近十年，在該方 向上沒有大的成就，主要是因?yàn)榇笮筒裼蜋C(jī)以非常接近理論上可得到 的效率進(jìn)行操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，期望的是使燃料消耗的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化，以便降低操 作發(fā)動(dòng)機(jī)的成本。
以此為目的，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的特征在于燃料混合單元至 少與第 一燃料的第 一源以及燃料調(diào)理劑的第二源連接，基于探測(cè)到的單獨(dú)氣缸中的燃料點(diǎn)火的開始與所述氣缸中的燃料噴射的開始相比 較，至少一個(gè)電子控制單元控制由混合單元輸送到燃料噴射器的燃料 混合物中的第 一燃料與燃料調(diào)理劑的混合比，以便當(dāng)點(diǎn)火延遲處在用
于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值時(shí)，使燃料混合物的可燃性(ignitability )降低。 電子控制單元可以基于探測(cè)到的點(diǎn)火的開始并基于燃料噴射的開 始來確定代表氣缸中燃燒處所發(fā)生的實(shí)際點(diǎn)火延遲的時(shí)間差。電子控 制單元將該時(shí)間差與用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值相比較，并且如果該時(shí)間 差幾乎和用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值一樣短，則電子控制單元控制混合比， 以便降低燃燒混合物的可燃性。電子控制單元因而以增加使用低質(zhì)量 的燃料的方式控制燃料混合物。
因?yàn)樵谌紵^程中電子控制單元接收來自氣缸中的單獨(dú)的燃燒過 程的信息，所以探測(cè)單獨(dú)氣缸中的燃料點(diǎn)火開始確保了混合比的快速 調(diào)節(jié)。電子控制單元因此可以在同 一氣缸中執(zhí)行下一次燃料噴射之前 調(diào)節(jié)混合比。這樣使得調(diào)節(jié)混合比所必要的探測(cè)比基于排氣中溫度測(cè) 量的探測(cè)快得多，所述排氣中的溫度測(cè)量實(shí)際上是對(duì)許多燃燒循環(huán)加 以平均。
快速探測(cè)點(diǎn)火延遲中的變化使控制單元可以有效地補(bǔ)償點(diǎn)火延遲 變化，所述點(diǎn)火延遲變化與燃料成分無關(guān)而是由諸如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、進(jìn) 氣中的濕度、氣缸部件的溫度(當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)剛投入操作時(shí)，氣缸套、氣 缸蓋、以及活塞是較冷的)、進(jìn)氣中的氧含量等的其它因素所引起的。 這種變化不能避免，并且到目前為止都認(rèn)為需要利用足夠高質(zhì)量的燃 料，以確保在不利的發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)下進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵＜磿r(shí)探測(cè)實(shí) 際點(diǎn)火延遲中的變化使得當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)是有利的時(shí)利用非常低質(zhì) 量的燃料混合物是安全的，這是因?yàn)槿绻僮鳡顟B(tài)中的變化需要，電 子控制單元?jiǎng)t將燃料混合物調(diào)整成較高的質(zhì)量。
當(dāng)探測(cè)到的點(diǎn)火延遲與用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值一樣短時(shí)，電子控 制單元將低質(zhì)量的燃料增加到燃料混合物中。增加燃料混合物中的低 質(zhì)量燃料導(dǎo)致增加點(diǎn)火延遲，并且降低用于所消耗的燃料混合物的成 本。
5在一優(yōu)選的實(shí)施例中，第一燃料是成本低于燃料調(diào)理劑的燃料， 所述燃料調(diào)理劑是質(zhì)量好于所述第一燃料的燃料。當(dāng)可用的燃料成分 具有這些質(zhì)量時(shí)，電子控制單元將燃料混合物控制成包含較少的較昂 貴且較高質(zhì)量的燃料調(diào)理劑和較多的第一燃料，并且這樣導(dǎo)致節(jié)省消 耗的燃料的成本。如果電子控制單元已經(jīng)調(diào)節(jié)燃料混合物，使得僅使 用質(zhì)量最差的燃料，即，燃料混合物僅由第一燃料組成，則發(fā)動(dòng)機(jī)必 須以由該燃料導(dǎo)致的點(diǎn)火延遲進(jìn)行操作，即使是用于點(diǎn)火延遲的該值 應(yīng)該小于用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)能夠以比最差的燃料更 容易點(diǎn)火的燃料運(yùn)行，所以這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)將不存在任何問題，但是不會(huì) 得到用于節(jié)省成本的全部潛能?？梢栽谙乱淮钨徺I燃料時(shí)利用這種狀 況的信息，可以得到更便宜的、質(zhì)量甚至更低于先前購買的第一燃料 的燃料。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，第一燃料具有高于燃料調(diào)理劑的CCAI值
的CCAI值。燃料的計(jì)算碳芳香度指數(shù)值(CCAI值)是取決于燃料
的粘度和密度的值，并且在較低的CCAI值表示具有該值的燃料油比
具有較高的CCAI值的燃料油更容易點(diǎn)火的意義上，可以用于表示燃
料油的點(diǎn)火性能。
尤其對(duì)于作為船舶中的主發(fā)動(dòng)機(jī)操作的內(nèi)燃機(jī)，第一燃料和燃料
調(diào)理劑二者都可以是重質(zhì)燃料油。這些產(chǎn)品可容易地用于船舶中的燃
料貯存，并且發(fā)動(dòng)機(jī)以不同質(zhì)量的重質(zhì)燃料油運(yùn)行的能力允許船舶運(yùn) 營者與較好質(zhì)量的重質(zhì)燃料油一起購買和存儲(chǔ)非常便宜的或者可買到 的最便宜的重質(zhì)燃料油。
在一實(shí)施例中，燃料調(diào)理劑的消耗量通過將用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定 值設(shè)定成接近用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定最大極限而最小化。如果第一燃料 是一種質(zhì)量差的燃料，以致由于無法接受的長的點(diǎn)火延遲使得發(fā)動(dòng)機(jī) 無法僅以該燃料令人滿意地運(yùn)行時(shí)，則可以相應(yīng)地給電子控制單元提 供用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定最大極限。并且當(dāng)設(shè)置這種值時(shí)，能夠?qū)⒂糜?點(diǎn)火延遲的預(yù)定值設(shè)定成接近所述最大極限。這種設(shè)定的優(yōu)點(diǎn)是電子 控制單元將保持燃料的混合物接近能夠維持發(fā)動(dòng)機(jī)操作的最低燃料質(zhì)量，并因此對(duì)于可買到的用在發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料類型而言，燃料的成本 將盡可能低。
在一實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下操作時(shí)僅第一燃 料供應(yīng)到燃料噴射器。在100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)更能忍耐低質(zhì)量
的燃料，并且通過給發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)最低質(zhì)量的燃料并因而是最便宜的燃 料而利用這一點(diǎn)。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在從 45rpm至175rpm的范圍內(nèi)。利用質(zhì)量差的燃料的能力在低速下運(yùn)行 的發(fā)動(dòng)機(jī)中是較顯著的，這是因?yàn)槭紫龋捎诋?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)持續(xù)較長，所以有可用于單獨(dú)的燃燒過程的較長的周期； 其次，低速發(fā)動(dòng)機(jī)通常是非常大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于燃燒消耗量高而 使用較低質(zhì)量的燃料是非常重要的。在非常低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的某些發(fā) 動(dòng)機(jī)是用于集裝箱船的發(fā)動(dòng)機(jī)，并且這種發(fā)動(dòng)機(jī)具有例如75，000kW 或更高的功率。
如上所述，燃料調(diào)理劑可以是比第一燃料更容易點(diǎn)火的燃料。然 而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)第一燃料也可以是重質(zhì)燃料油且燃料調(diào)理劑是 水。水和燃料的混合物增加點(diǎn)火延遲(降低可燃性)。
本發(fā)明還涉及一種混合燃料混合物的方法，所述燃料混合物通過 燃料噴射器直接噴射到壓燃式內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的燃燒室中，所述壓燃 式內(nèi)燃機(jī)例如是二沖程十字頭式柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)?；谔綔y(cè)到 的單獨(dú)氣缸中的燃料點(diǎn)火的開始并與所述氣缸中的燃料噴射的開始相 比較，將輸送到燃料噴射器的燃料混合物中的至少第一燃料與燃料調(diào) 理劑的混合比調(diào)節(jié)成維持燃料混合物的點(diǎn)火延遲長于用于點(diǎn)火延遲的 預(yù)定值。已經(jīng)在上述說明中解釋了這樣節(jié)省燃料成本的優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì) 此進(jìn)行參考。
優(yōu)選地，根據(jù)變化的發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)調(diào)節(jié)混合比，從而使燃料混 合物的成本最小化。該方法因此包括對(duì)輸送到燃料噴射器的燃料混合 物進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)(running adaptation )以適應(yīng)發(fā)動(dòng)才幾當(dāng)前實(shí)際的操作 狀態(tài)。


以下將參照高度示意性的視圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例和實(shí)施
例，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的總體端視圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料油供給系統(tǒng)的示例；
圖3是光學(xué)類型的燃燒傳感器的圖示；
圖4是一個(gè)光學(xué)類型的燃燒傳感器的更詳細(xì)的圖示；
圖5示出圖4中的燃燒傳感器的光纖的端部；以及
圖6是將光纖的端部形狀設(shè)計(jì)成具有不同角度的效果的圖示。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的壓燃式內(nèi)燃機(jī)可以是如圖1中所示的二沖程十字頭 式柴油機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)例如可以是制造商MAN Diesel的MC或ME 型發(fā)動(dòng)機(jī)，或者是制造商Wartsim的Sulzer RTflex或Sulzer RTA型 發(fā)動(dòng)機(jī)，或者是制造商三菱重工的發(fā)動(dòng)機(jī)。該類型的發(fā)動(dòng)機(jī)是大型發(fā) 動(dòng)機(jī)，典型地用作船舶中的主發(fā)動(dòng)機(jī)或用作發(fā)電廠中的固定發(fā)動(dòng)機(jī)。 氣缸例如可以具有從25cm至120cm范圍內(nèi)的膛孔，并且發(fā)動(dòng)才幾例如 可以具有從3000kW至120，000kW范圍內(nèi)的功率。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速通常在 從40rpm至250rpm的范圍內(nèi)。才艮據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)或者可以是發(fā)動(dòng) 才幾轉(zhuǎn)速例如在從300rpm至1400rpm范圍內(nèi)的四沖程柴油機(jī)，并且發(fā) 動(dòng)機(jī)功率例如在從1300 kW至30,000 kW的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的壓 燃式內(nèi)燃機(jī)通常能夠使用重質(zhì)燃料油作為燃料。
圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)具有氣缸，所述氣缸具有安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)框架3的氣 缸段2中的氣缸套(liner) 1。排氣門外殼4安裝在氣缸蓋5中，并且 排氣管6從單獨(dú)的氣缸延伸到為幾個(gè)或全部氣缸所共用的排氣接收器 7。在排氣接收器中，由從排氣管排出的排氣脈動(dòng)所導(dǎo)致的壓力變化被 平衡成較平穩(wěn)的壓力，并且一個(gè)或多個(gè)渦輪增壓器8從排氣接收器7 接收排氣并將壓縮空氣輸送到包括掃氣接收器9的掃氣系統(tǒng)，所述掃 氣接收器9和排氣接收器一樣是長形的壓力容器。在圖2中，氣缸段2被示出為僅有單個(gè)氣缸，但是發(fā)動(dòng)機(jī)具有多 個(gè)氣缸，當(dāng)它是二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)例如是4至15個(gè)氣缸，并且當(dāng)它是四 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)例如是4至20個(gè)氣缸。每個(gè)氣缸都與一個(gè)或多個(gè)燃料定 量供給裝置IO相聯(lián)。燃料定量供給裝置可以是燃料泵，并且在該情況 下，燃料系統(tǒng)僅需要在燃料供給管道ll中的較低的供給壓力(例如從 2巴至15巴范圍內(nèi)的壓力)下將燃料輸送至燃料定量供給裝置?；蛘?， 燃料定量供給裝置可以是閥或與計(jì)量裝置連接的閥，而燃料供給管道 則是高壓管道，在所述高壓管道中燃料處在高于噴射壓力的壓力下， 例如是500巴至1500巴范圍內(nèi)的供給壓力。這種燃料系統(tǒng)稱為共軌系 統(tǒng)。不論在哪種情況下，燃料定量供給裝置IO通過具有閥13的分支 導(dǎo)管12連接至燃料供給管道11，所述閥13在正常發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間維 持在打開位置。燃料定量供給裝置10經(jīng)由高壓燃料導(dǎo)管15連接至燃 料噴射器14?；亓鲗?dǎo)管16從噴射器通向燃料回流管路17。每個(gè)氣缸 的噴射器的數(shù)目取決于氣缸的功率。在較小型的發(fā)動(dòng)機(jī)中，單個(gè)噴射 器可以足夠用于噴射對(duì)于一個(gè)燃燒過程所需要的燃料的量，然而在較 大型且較大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)中，會(huì)需要兩個(gè)或三個(gè)噴射器。當(dāng)每個(gè)氣缸 都設(shè)有若干噴射器時(shí)，每個(gè)噴射器都可以有一個(gè)燃料定量供給裝置 10，或者若干噴射器共用一個(gè)燃料定量供給裝置，如圖2中所示。
在單獨(dú)的氣缸中，活塞18安裝在活塞桿19上，所述活塞桿19 經(jīng)由十字頭和連辟桿(未示出)與曲軸上的曲柄銷連接。如果發(fā)動(dòng)機(jī) 是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，則活塞直接連接至連接桿。'燃料噴射器將燃料噴射 到燃燒室20中，在該處燃料由于活塞上方空氣中的高溫而自動(dòng)點(diǎn)火。 因?yàn)樵谙蛏蠅嚎s沖程中活塞已經(jīng)壓縮進(jìn)氣，所以存在高溫。因而點(diǎn)火 方式是壓縮點(diǎn)火，這與根據(jù)奧托循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作中使用的火花點(diǎn)火 不同。
當(dāng)噴射器將燃料霧化或噴射到燃燒室中的壓縮空氣中時(shí)，則燃料 由熱空氣加熱，并且一段時(shí)間以后(點(diǎn)火延遲)燃料點(diǎn)火并開始燃燒。 點(diǎn)火延遲從燃料的噴射開始。通過實(shí)測(cè)或基于激活燃料定量供給裝置 10的信號(hào)的定時(shí)都能得到時(shí)間上的起點(diǎn)。
9安裝在燃料噴射器14處的傳感器可以執(zhí)行實(shí)測(cè)并經(jīng)由線路22將 信號(hào)發(fā)送至電子控制單元21。測(cè)量噴射開始的傳感器可以是由噴射器 中的針體的位移激活的磁性傳感器，或者是由同樣的位移激活或由霧 化器的燃料通道中的高壓激活的壓力傳感器，或者是連接至霧化器的 后端面的振動(dòng)傳感器。當(dāng)燃料噴射器中的閥座打開并且燃料朝霧化器 的膛孔的端部流動(dòng)并擊中該端部時(shí)，產(chǎn)生能夠由振動(dòng)傳感器探測(cè)的壓 力脈沖。
可替代地，在激活燃料定量供給裝置時(shí)為開端估計(jì)起點(diǎn)。對(duì)于特 定發(fā)動(dòng)機(jī)，可以確定在燃料定量供給裝置的激活與燃料噴射到燃燒室 中的實(shí)際開始之間發(fā)生的延遲。電子控制單元21繼而可以將起點(diǎn)計(jì)算 為激活燃料定量供給裝置的時(shí)間點(diǎn)加上預(yù)定延遲期。尤其當(dāng)電子控制 單元也發(fā)送激活信號(hào)至燃料定量供給裝置時(shí)，執(zhí)行時(shí)間上的起點(diǎn)的確 定是非常簡(jiǎn)單的。如果燃料性質(zhì)與確定延遲期時(shí)所使用的燃料性質(zhì)顯 著不同，則在該確定中將自然地有較小的誤差。能夠通過允許手動(dòng)修 改延遲期而對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，例如通過輸入用于待增加到預(yù)定延遲期的 修正系數(shù)的正值或負(fù)值。
燃料在燃燒室中實(shí)際點(diǎn)火時(shí)，點(diǎn)火延遲結(jié)束。該時(shí)間上的終點(diǎn)可 以通過使用探測(cè)氣缸中燃料的燃燒的燃燒傳感器而以多種方式確定。 在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒傳感器是探測(cè)由燃燒所引起的氣缸壓力升高的 壓力傳感器。這種壓力傳感器可以在當(dāng)活塞處在上止點(diǎn)位置時(shí)上活塞 環(huán)上方位置處安裝在氣缸套的側(cè)壁中，或者可以安裝在氣缸蓋中?；?者，壓力傳感器可以是測(cè)量蓋螺柱中的張力的應(yīng)變計(jì)裝置，所述蓋螺 柱將氣缸蓋5壓緊到氣缸段2，因?yàn)楫?dāng)燃燒室中的壓力增加時(shí)螺柱中 的張力增加，所以所述張力可以轉(zhuǎn)化成壓力值。為了確定時(shí)間上的終 點(diǎn)，不必將應(yīng)變轉(zhuǎn)化成壓力，因?yàn)樗P(guān)心的事件是壓力開始升高的時(shí) 刻，為此，記錄應(yīng)變?cè)黾拥臅r(shí)刻就足夠了。
燃燒傳感器可替代地是安裝在氣缸蓋中或安裝在氣缸套或壁中的 溫度傳感器。點(diǎn)火導(dǎo)致容納在燃燒室中的氣體溫度升高，而這是可通 過溫度傳感器探測(cè)的。壓力升高和溫度升高二者的作用特性都相當(dāng)慢。因此可以從溫度 或壓力升高的探測(cè)時(shí)刻扣除修正值，以便得到時(shí)間上的終點(diǎn)。該修正
值可以是基于經(jīng)驗(yàn)或存儲(chǔ)在電子控制單元21中作為預(yù)定修正值，或者 它可以基于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)如何運(yùn)行的觀察而手動(dòng)地輸入到系統(tǒng)中。
燃燒傳感器或者可以是能夠探測(cè)燃燒室中從燃料的點(diǎn)火發(fā)出的光 (優(yōu)選地是UV光和/或人眼可見的光)的光傳感器。這種燃燒傳感器 23作用非常快并且立即探測(cè)點(diǎn)火開始的時(shí)刻，并因而以高精度探測(cè)上 述用于點(diǎn)火延遲的時(shí)間上的終點(diǎn)。用于感測(cè)光的燃燒傳感器23在一個(gè) 實(shí)施例中安裝成如圖4中所示，其中氣缸蓋中設(shè)有膛孔24，并且具有 外螺紋的支架25擰緊到通向燃燒室的膛孔中的配合內(nèi)螺紋中。支架 25具有中心通孔，在該通孔中安裝兩個(gè)光纖，以便使它們的內(nèi)端定位 在燃燒室中，或者它們?cè)诳?4中如此接近燃燒室以致于能夠自由觀察 燃燒室中的情況。
光纖中的一個(gè)光纖26是實(shí)際上構(gòu)成燃燒傳感器的光電探測(cè)器纖 維。光纖26在其外端處連接至光傳感器裝置29，當(dāng)接收的光強(qiáng)度在 閾值以上時(shí)所述光傳感器裝置29經(jīng)由線路30將信號(hào)傳送到電子控制 單元21。光傳感器裝置29可以是光敏二極管。另一個(gè)光纖27安裝成 用于測(cè)試目的并在其外端處連接至諸如LED(發(fā)光二級(jí)管)的光源28。
如圖3中所示，氣缸設(shè)有兩個(gè)燃燒傳感器23，每個(gè)燃燒傳感器都 包括所述兩個(gè)光纖26、 27和相關(guān)聯(lián)的部件。完全相同的傳感器23在 另 一個(gè)傳感器失靈的情況下用作備用的傳感器，并且另外該完全相同 的傳感器23也使探測(cè)系統(tǒng)成為檢驗(yàn)系統(tǒng)正確功能的自測(cè)試系統(tǒng)。在正 常操作中，系統(tǒng)處在測(cè)量模式中，在該測(cè)量模式中每個(gè)傳感器都單獨(dú) 地操作并將探測(cè)到的點(diǎn)火信號(hào)輸送到電子控制單元21。電子控制單元 21可以將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，這兩個(gè)信號(hào)應(yīng)該是幾乎相同的，并且如 果這些信號(hào)相互偏離多于預(yù)定閾值，則電子控制單元21可以啟動(dòng)自我 控制程序。
在沒有燃燒的燃燒周期部分期間，在激活自我控制程序時(shí)就會(huì)檢 查燃燒傳感器的功能。該檢查例如可以在活塞的壓縮沖程期間執(zhí)行。
ii優(yōu)選的檢查程序如下A)所述傳感器中的一個(gè)中的光源28被激活發(fā) 光，該光穿過光纖27并進(jìn)入燃燒室，在該燃燒室處另一個(gè)傳感器探測(cè) 該光，由此表明光源和另一個(gè)傳感器二者都可正確操作；B)所述傳 感器中的另一個(gè)中的光源28被激活發(fā)光，該光穿過光纖27并進(jìn)入燃 燒室，而傳感器中的所述一個(gè)探測(cè)該光，由此表明光源和所述一個(gè)傳 感器二者都可正確操作；C)來自A)和B)的探測(cè)信號(hào)在電子控制 單元21中進(jìn)行比較，并且如果兩個(gè)信號(hào)之間的偏差在閾值以下，則接 受兩個(gè)傳感器的正確功能并且繼續(xù)正常操作。如果該偏差在閾值以上， 則探測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)值比較，并且傳感器中的一個(gè)被接受為處在正常功 能中，而另一個(gè)傳感器無效，并且故障信號(hào)發(fā)送給操作者。
在一優(yōu)選的實(shí)施例中，光纖26在面對(duì)燃燒室的端部中成形為以便 使端部具有至少一個(gè)平的端面31,所述端面31與光纖的縱向軸線形 成角a (圖5)。角a影響光纖可以探測(cè)光的方向p。圖5中的線32 表示引入的光，并且該圖示出光是如何進(jìn)入光纖中以及如何在纖維材 料與纖維上的涂層33之間的過渡處反射。在圖6中更詳細(xì)地示出角a 的影響。在圖6的左邊視圖中，端面的角a = 60。而且光纖可以在由 暗帶示出的角扇形34中探測(cè)光。在圖6的中間視圖中，圖示出成形有 具有角a-45。的端面的光纖能夠在覆蓋大于180。的扇形35、 35'以 及35"中探測(cè)光，然而在圖6的右邊的圖示出當(dāng)端面的角a = 35。時(shí)， 則光纖僅可以在較小的角扇形36中探測(cè)光。角a-45。是優(yōu)選的。
點(diǎn)火延遲被確定為噴射開始與點(diǎn)火開始之間的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)本 發(fā)明，點(diǎn)火延遲用于向噴射器14供給低質(zhì)量的燃料，以便在低成本下 產(chǎn)生期望的發(fā)動(dòng)機(jī)軸功率。通過將至少兩種不同的燃料混合成燃料混 合物而執(zhí)行燃料質(zhì)量的調(diào)節(jié)，所述燃料混合物一方面滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的要 求而另一方面具有有利的低成本。
圖2中示出設(shè)計(jì)成用于使用重質(zhì)燃料油的燃料系統(tǒng)的一個(gè)示例。 因?yàn)橹刭|(zhì)燃料油通常在室溫下不流動(dòng)，所以重質(zhì)燃料油的使用對(duì)燃料 系統(tǒng)有特定的要求。為了能夠泵送重質(zhì)燃料油，重質(zhì)燃料油需要加熱 到明顯高于室溫的溫度，例如大約70。至80。的溫度。此外，要求超出消耗量的加熱的重質(zhì)燃料油可以通過燃料系統(tǒng)循環(huán)，以便加熱的燃 料油的循環(huán)使系統(tǒng)中的所有部件都維持在充分高溫下以避免由于缺乏 流動(dòng)性而引起阻塞。并且系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成可以清洗所有精細(xì)部件的重 質(zhì)燃料油，這通常通過在發(fā)動(dòng)機(jī)停止以前將操作從重質(zhì)燃料油切換至
船用柴油(ISO 8217)或類似的油而執(zhí)行。燃料系統(tǒng)具有柴油箱37， 所述柴油箱37在持續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間通過將閥38設(shè)置在使油箱37 與燃料系統(tǒng)阻斷的位置中而保持備用。油箱可以通過管道39注入油并 通過通風(fēng)管40通氣。
第一燃料的第一源設(shè)置成油箱41的形式，所述油箱41可以保持 通過管道42填充到油箱中的第一重質(zhì)燃料油。燃料調(diào)理劑的第二源設(shè) 置成油箱43的形式，所述油箱43可以保持通過管道44填充到油箱中 的第二重質(zhì)燃料油。通風(fēng)管40使油箱通氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)的正常操作期間， 閥47保持使在來自油箱41的出口管道49與第一組燃料油泵48流通 連接的位置中，如箭頭B所指示，并阻斷通向油箱37的路徑。在發(fā) 動(dòng)機(jī)的正常操作期間，閥38保持在使來自油箱43的出口管道45與第 二組燃料油泵46流通連接的位置中，如箭頭A所指示，并且阻斷通 向油箱37的路徑。
第一燃料通過第一組燃料油泵48加壓，并可以經(jīng)由過濾器51、 經(jīng)由導(dǎo)管53流到燃料混合單元52，所述導(dǎo)管53設(shè)有僅允許朝混合單 元52的方向流動(dòng)的止回閥'。燃料調(diào)理劑通過第二組燃料油泵46加壓， 并可以經(jīng)由過濾器54、經(jīng)由導(dǎo)管55流到燃料混合單元52。
燃料混合單元52將從油箱41和43提供的燃料混合成燃料混合 物，所述燃料混合物經(jīng)由導(dǎo)管56輸送到第三組燃料油泵57，所述第 三組燃料油泵57將燃料混合物加壓到允許進(jìn)入燃料定量供給裝置10 所要求的壓力。燃料系統(tǒng)可優(yōu)選地在第三組燃料油泵的下游具有燃料 加熱單元58和額外的燃料過濾器59。
燃料回流管路17與燃料供給管道11中的壓力調(diào)節(jié)閥60連接并且 與除氣裝置61連接，所述除氣裝置61經(jīng)由導(dǎo)管62連接到導(dǎo)管56， 以便提供用于燃料供給管道11和燃料回流管路17中的燃料混合物的
13再循環(huán)。再循環(huán)確保燃料混合物的成分中的變化快速地循環(huán)到燃料油
消耗點(diǎn)，在所述燃料油消耗點(diǎn)處向?qū)Ч?2供應(yīng)燃料混合物。
燃料混合單元52由電子控制單元21控制，所述電子控制單元21 調(diào)節(jié)從油箱41和43提供的燃料的混合比。電子控制單元經(jīng)由上述對(duì) 噴射開始與點(diǎn)火開始之間的持續(xù)時(shí)間的確定而持續(xù)地對(duì)當(dāng)前的點(diǎn)火延 遲進(jìn)行更新。可以從僅安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)中的單個(gè)氣缸上的傳感器、或從 安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)中的幾個(gè)或全部氣缸上的傳感器得到該點(diǎn)火延遲。
當(dāng)操作狀態(tài)或燃料成分改變而使得點(diǎn)火延遲變得較短時(shí)，則電子 控制單元通過改變?nèi)剂匣旌衔锏幕旌媳仁沟幂^不易點(diǎn)火(并因而較差 且較便宜的)燃料的比率增大而補(bǔ)償該變化。這種增大的效果是降低 燃料混合物的可燃性并因而增加點(diǎn)火延遲。對(duì)于特定發(fā)動(dòng)機(jī)，可以在 電子控制單元中設(shè)定預(yù)定最小點(diǎn)火延遲。預(yù)定最小點(diǎn)火延遲取決于發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。通常，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)則較長的點(diǎn)火延遲是可接受的。 對(duì)于在100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下具有大約80rpm發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(在本文中發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是指100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下的轉(zhuǎn)速)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，用于點(diǎn) 火延遲的預(yù)定值優(yōu)選地設(shè)定為大約3.5至3.9ms。
電子控制單元可以除了設(shè)有用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值以外還設(shè)有用 于點(diǎn)火延遲的最大極限。該極限可以設(shè)定成保證適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火，可以在 實(shí)際類型的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況下基于經(jīng)驗(yàn)的而設(shè)置安全裕度。對(duì)于具 有大約70rpm發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，用于點(diǎn)火延遲的最大極限 優(yōu)選地設(shè)定在大約4.0ms。
當(dāng)正常的發(fā)動(dòng)機(jī)操作即將終止且發(fā)動(dòng)機(jī)即將停機(jī)時(shí)，燃料系統(tǒng)可 以通過將閥38和47設(shè)置在打開從油箱37至燃料油泵46和48的通路 的位置，且關(guān)閉出口管道45和49中的閥，而轉(zhuǎn)換成以來自油箱37 的柴油進(jìn)行操作。
除了重質(zhì)燃料油以外的其它燃料自然也是可以的。燃料調(diào)理劑例 如可以是生物產(chǎn)生的(bio-generated)燃料，例如乙醇；并且第一燃 料可以是質(zhì)量非常低的燃料，例如含焦油或?yàn)r青的燃料。尤其因?yàn)樵?發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，燃料混合物被調(diào)節(jié)成正好能夠提供期望的可燃性能的混合物而不必使用太高質(zhì)量的燃料，所以范圍廣泛的其它燃料也是可 以的。
當(dāng)然可以多于兩種燃料，例如三種、四種、五種或更多種燃料， 所述多種燃料保持在各個(gè)燃料油箱中并經(jīng)由分開的泵和導(dǎo)管供應(yīng)到燃 料混合單元。
單獨(dú)的燃料的可燃性可以由計(jì)算碳芳香度指數(shù)(CCAI)值表示。 該值取決于燃料油的粘度和密度。CCAI值通過使用以下公式計(jì)算
CCAI = D - 81 - 141 LoglOLoglO ( Vk + 0.85 ) - 483 LoglO ( ( T + 273 ) /323 )
其中
Vk=溫度T。C下的動(dòng)粘度(mm2/s); D = 15'C下的密度kg/m3。
優(yōu)選的是第一燃料具有高于燃料調(diào)理劑的CCIA值，以便使燃料 以消耗具有高CCIA值的燃料最多的方式混合。
在實(shí)施例中，點(diǎn)火延遲的測(cè)量?jī)H在單個(gè)單獨(dú)的氣缸中執(zhí)行。因?yàn)?僅單個(gè)氣缸需要設(shè)有能夠用于探測(cè)燃料噴射開始的傳感器和燃燒傳感 器，所以該實(shí)施例容易實(shí)施。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)上的若干 氣缸(例如全部氣缸)配置成進(jìn)行點(diǎn)火延遲的測(cè)量。因?yàn)楫?dāng)更多的氣 缸可以執(zhí)行點(diǎn)火延遲的測(cè)量時(shí)可以探測(cè)一個(gè)氣缸上的故障狀態(tài)，這提 高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可.靠性。
在本權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進(jìn)行修改，并且尤其能夠?qū)碜运?開的實(shí)施例的細(xì)節(jié)結(jié)合到新的實(shí)施例中。
1權(quán)利要求
1.一種壓燃式內(nèi)燃機(jī)，例如二沖程十字頭式柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)，所述壓燃式內(nèi)燃機(jī)包括氣缸，其設(shè)有用于將燃料直接噴射到所述氣缸內(nèi)的燃燒室中的燃料噴射器；用于探測(cè)所述氣缸中的燃料的燃燒的燃燒傳感器；以及，接收來自所述燃燒傳感器的信號(hào)的至少一個(gè)電子控制單元，其特征在于，燃料混合單元至少與第一燃料的第一源以及燃料調(diào)理劑的第二源連接，基于探測(cè)到的單獨(dú)氣缸中的燃料點(diǎn)火的開始與所述氣缸中的燃料噴射的開始相比較，所述至少一個(gè)電子控制單元控制由所述混合單元輸送到所述燃料噴射器的燃料混合物中的所述第一燃料與所述燃料調(diào)理劑的混合比，以便當(dāng)所述點(diǎn)火延遲處在用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值時(shí)，使所述燃料混合物的可燃性降低。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述第一燃 料是成本低于所述燃料調(diào)理劑的燃料，所述燃料調(diào)理劑是質(zhì)量好于所 述第一燃料的燃料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述第 一燃料的CCAI值高于所述燃料調(diào)理劑的CCAI值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述第一燃 料和所述燃料調(diào)理劑是重質(zhì)燃料油產(chǎn)品。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃料調(diào) 理劑的消耗量通過將用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值設(shè)定成接近用于點(diǎn)火延遲 的預(yù)定最大極限而最小化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 在100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下，所述混合比使得僅所述第一燃料供應(yīng)到所述 燃料噴射器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 在100%發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下，所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在從45rpm至175rpm的范 圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述第一燃料是重質(zhì)燃料油，并且所述燃料調(diào)理劑是水。
9. 一種混合燃料混合物的方法，所述燃料混合物通過燃料噴射器直接噴射到壓燃式內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的燃燒室中，所述壓燃式內(nèi)燃機(jī)例 如是二沖程十字頭式柴油機(jī)或四沖程柴油機(jī)，其特征在于，基于探測(cè)到的單獨(dú)氣缸中的燃料點(diǎn)火的開始與所述氣缸中的燃料噴射的開始相 比較，將輸送到所述燃料噴射器的燃料混合物中的至少第一燃料與燃 料調(diào)理劑的混合比調(diào)節(jié)成維持所述燃料混合物的點(diǎn)火延遲長于用于點(diǎn) 火延遲的預(yù)定值。
10. —種根據(jù)權(quán)利要求9混合燃料混合物的方法，其特征在于， 根據(jù)變化的發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)調(diào)節(jié)所述混合比，從而使所述燃料混合物 的成本最小化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓燃式內(nèi)燃機(jī)，其具有用于探測(cè)氣缸中的燃料的燃燒的燃燒傳感器和接收來自該燃燒傳感器的信號(hào)的至少一個(gè)電子控制單元。燃料混合單元至少與第一燃料的第一源和燃料調(diào)理劑的第二源連接?；谔綔y(cè)到的單獨(dú)氣缸中的燃料點(diǎn)火的開始與所述氣缸中的燃料噴射的開始相比較，至少一個(gè)電子控制單元控制由混合單元輸送到燃料噴射器的燃料混合物中的第一燃料與燃料調(diào)理劑的混合比，以便當(dāng)點(diǎn)火延遲處在用于點(diǎn)火延遲的預(yù)定值時(shí)，使燃料混合物的可燃性降低。
文檔編號(hào)F02D41/14GK101589213SQ200780045497
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2007年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者S·邁爾 申請(qǐng)人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司曼柴油機(jī)德國分公司