專利名稱：燃料燃燒特性分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文檔涉及對各種燃料的燃燒特性的確定和分析。
背景技術(shù)：
燃料的一些燃燒特性能被測量以預(yù)測該燃料在特定引擎中的性能。例如，
常常分析可用在包括一些柴油機的均質(zhì)充量壓燃(HCCI)引擎中的燃料以確定 被稱為十六垸值和辛烷值的特性。以前已利用這樣的特性來嘗試幫助引擎設(shè)計 者確定用于特定HCCI引擎的正確燃料混合物。
辛烷值可以指示燃料的抗爆燃性。例如，高辛垸值的燃料將比低辛垸值的 另一燃料更能抗自燃。在引擎中燃料不受控制的自燃是不希望有的，因為它會 導(dǎo)致一種被稱為引擎爆震的現(xiàn)象。強烈的爆震通常伴隨著壓力和震動劇增，這 會損壞引擎。
十六垸值可以指示燃料的自燃傾向。因而，十六垸值會影響引擎冷啟動的 能力，會影響引擎的排放，還會影響引擎的燃燒效率。例如，在典型的柴油機 中，燃料由熱空氣(例如通過壓縮加熱)點燃。通常在活塞到達(dá)上止點位置之 前將燃料噴射至熱空氣中，而且在多數(shù)設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)正當(dāng)活塞到達(dá)該位置時開 始點火。如果當(dāng)活塞位于上止點位置時燃料沒有點火，那么燃料的全部充量會 變得與空氣完全混合，從而在燃料最終點火時會導(dǎo)致更陡峭的壓力上升。相應(yīng) 地，使用比推薦十六烷值低的燃料的柴油機會難以啟動， 一般噪聲更大，會工 作得艱難，且會有更高排放。
由于特定燃料的辛烷值和十六烷值可指示相反的特性，所以通常情況下較 高的十六烷值會導(dǎo)致較低的辛烷值，反之亦然。常規(guī)地，要求引擎設(shè)計者測試 不同的燃料混合物以確定各自的十六垸值或辛垸值，以隨后選擇用于特定引擎 的有十六烷值和辛烷值的期望折衷的燃料。在某些情況下，這些特性(十六烷 值或辛垸值)自身不足以指示燃料在特定引擎中的性能，包括一些使用辛烷和 十六烷燃料的混合物的HCCI引擎。概述
用于確定燃燒特性的系統(tǒng)的一些實施例能夠自動確定多個燃燒特性并在 多軸曲線圖上顯示這些燃燒特性。在這樣的實施例中，在系統(tǒng)的受控燃燒室中 進(jìn)行的單個燃燒測試可向用戶提供對三個、四個、五個、六個、或更多燃燒特 性的自動分析和顯示。例如，該系統(tǒng)可能能夠自動分析和顯示許多燃燒特性， 包括點火延遲、最大燃燒壓力、最高燃燒溫度、熱釋放速率、燃燒周期、以 及形成最大壓力的時間。在這些情況下，用戶可查看單個曲線或其它所顯示的 報告，以容易地收集有關(guān)特定燃料的燃燒特性的豐富信息。
在一些實施例中，用于確定燃料在引擎中的可操作性的方法可包括標(biāo)識所 測試燃料的至少三個燃燒特性的值。該至少三個燃燒特性可選自由點火延遲、
最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率(rate ofheat release area)、 燃燒周期、以及形成最大壓力的時間構(gòu)成的組。該方法還可包括使用所標(biāo)識的 值評估所測試的燃料在引擎構(gòu)造中工作的合適程度。
在特定實施例中，用于評估燃料的燃燒特性的方法可包括標(biāo)識燃料的至少 三個燃燒特性的值。該至少三個燃燒特性可選自由點火延遲、最大壓力增量、 最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu) 成的組。該方法還可包括將所確定值與該燃料相關(guān)聯(lián)。
在一些實施例中，用于評估燃料的燃燒特性的方法可包括確定燃料的至少 一個燃燒特性的值，該燃燒特性選自由單位面積熱釋放率和燃燒周期構(gòu)成的 組。該方法還可包括將所確定值與該燃料相關(guān)聯(lián)。
在特定實施例中，報告燃料的燃燒特性的計算機實現(xiàn)方法可包括在燃料在 燃燒室中燃燒期間以預(yù)定采樣速率接收指示燃燒室中壓力和溫度的數(shù)據(jù)。該方 法還可包括確定與在燃燒室中燃燒的燃料相關(guān)聯(lián)的多個燃燒特性的值。多個燃 燒特性可以是選自以下組的至少三個特性，該組包括點火延遲、最大壓力增 量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間。 該方法還可包括產(chǎn)生指示該至少三個燃燒特性的確定值或換算值的輸出報告。 該輸出報告可包括顯示在多軸曲線圖上的該至少三個燃燒特性的確定值或換 算值，且該多軸曲線圖可具有針對所述至少三個燃燒特性的每一個的軸。
在一些實施例中，標(biāo)識燃料的燃燒特性的方法可包括啟動計算機系統(tǒng)以 確定與在燃燒室中燃燒的第一燃料相關(guān)聯(lián)的多個燃燒特性的值。多個燃燒特性可以是選自以下組的至少三個特性，該組包括點火延遲、最大燃燒壓力、最 大燃燒溫度、熱釋放速率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間。該方法還可 包括使第一燃料被噴入燃燒室以使第一燃料燃燒。燃燒室可包括電耦合到計算 機系統(tǒng)的一個或多個傳感器。該方法還可包括查看由計算機系統(tǒng)產(chǎn)生的指示該 至少三個燃燒特性的確定值或換算值的輸出報告。輸出報告可包括多軸曲線 圖，其中該多軸曲線圖具有針對所述至少三個燃燒特性的每一個的軸。
這些和其它實施例可提供以下優(yōu)點的一個或多個。首先，可從單個燃燒測 試確定多個燃燒特性。例如，單個燃燒測試可產(chǎn)生五個或六個燃燒特性的值， 這些值可與所測試的燃料相關(guān)聯(lián)，以向引擎設(shè)計者或燃料開發(fā)者提供有用信 息。其次，可將多個燃燒特性顯示在多軸曲線圖上，以使用戶通過查看各個曲 線容易地收集有關(guān)特定燃料的有用信息。例如，如果該系統(tǒng)分析六個燃燒特性 (例如點火延遲、最大燃燒壓力、最大燃燒溫度、熱釋放速率、燃燒周期、以 及形成最大壓力的時間)，可顯示一六軸曲線圖以使每個軸表示針對相關(guān)聯(lián)的 燃燒特性的值標(biāo)度。因此，査看該六軸曲線圖的用戶從查看與所測試燃料相關(guān) 聯(lián)的各個曲線可容易地收集關(guān)于所測試燃料的有用信息，從而節(jié)省通常由燃料 特性測試和分析所消耗的時間。
第三，可使用該多軸曲線圖或其它所顯示的用于傳達(dá)所測試燃料的多個燃 燒特性的報告作為燃料形狀因數(shù)，以容易地分析和比較各種不同的燃料混合 物。例如，如果新型引擎設(shè)計的測試揭示出第一燃料混合物在低溫下提供令人 滿意的引擎性能，而第二燃料混合物在高溫下提供令人滿意的引擎性能，那么 引擎設(shè)計者可有效地比較(例如并列地或重疊地)與第一和第二燃料混合物相 關(guān)聯(lián)的多軸曲線以標(biāo)識或歸類所需的燃燒特性的范圍。在該示例中，引擎設(shè)計 者可改變引擎設(shè)計(例如調(diào)節(jié)壓縮比、活塞位置等等)以使第一和第二燃料混 合物之一在低溫和高溫下都能令人滿意地運轉(zhuǎn)。另外或或者，用戶可開發(fā)能令 人滿意地在低溫和高溫下運轉(zhuǎn)的第三燃料混合物，而且這樣的開發(fā)可基于(至 少部分地基于)從對與第一和第二燃料混合物相關(guān)聯(lián)的多軸曲線的定量的或定 性的比較中獲得的知識。在一些實施例中，燃料形狀因數(shù)可至少部分地由多軸 曲線的形狀定義。在其它實施例中，燃料形狀因數(shù)可至少部分地由多軸曲線形 狀的面積值定義，從而可根據(jù)在特定縱坐標(biāo)的不同面積值區(qū)別不同的燃料。
第四，可將來自多軸曲線圖的數(shù)據(jù)輸入到引擎模擬系統(tǒng)(例如在計算機系 統(tǒng)上實現(xiàn)等等)中，以對燃料燃燒特性的特定標(biāo)準(zhǔn)提供反饋。相應(yīng)地，通過允許設(shè)計者容易地在引擎模擬系統(tǒng)中模擬一種或多種燃料，來自多軸曲線圖的數(shù) 據(jù)可便于內(nèi)燃機的設(shè)計或在已知引擎中定制燃料的設(shè)計。
本發(fā)明的一個或多個實施例的細(xì)節(jié)將在以下的附圖和說明中陳述。從說明 和附圖以及權(quán)利要求中，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的分析測量系統(tǒng)的示意圖。
圖2是圖1的系統(tǒng)的計算機顯示器的前視圖。
圖3A是示出根據(jù)一些實施例的用于確定燃料的燃燒特性的方法的流程圖。
圖3B是示出根據(jù)一些實施例的用于報告燃料的燃燒特性的方法的流程圖。
圖4是根據(jù)一些實施例的所測量的點火延遲特性的報告表格的示例。
圖5是示出圖4的點火延遲特性的值的多軸曲線圖的示例。
圖6是根據(jù)一些實施例的所測量的最大壓力增量特性的報告表格的示例。
圖7是示出圖6的最大壓力增量特性的值的多軸曲線圖的示例。
圖8是根據(jù)一些實施例的所測量的最大溫度增量特性的報告表格的示例。
圖9是示出圖8的最大溫度增量特性的值的多軸曲線圖的示例。
圖10是根據(jù)一些實施例的所測量的單位面積熱釋放率特性的報告表格的示例。
圖11是示出圖10的單位面積熱釋放率特性的值的多軸曲線圖的示例。
圖12是根據(jù)一些實施例的所測量的燃燒周期特性的報告表格的示例。
圖13是示出圖12的燃燒周期特性的值的多軸曲線圖的示例。
圖14是根據(jù)一些實施例的所測量的最大壓力形成時間特性的報告表格的示例。
圖15是示出圖14的最大壓力形成時間特性的值的多軸曲線圖的示例。 圖16是根據(jù)一些實施例的可用作燃料形狀因數(shù)的多軸曲線圖的示例。 在各個附圖中相同的參考記號表示相同的元件。
說明性實施例的詳細(xì)描述
參考圖1，分析測量系統(tǒng)100可包括燃燒室102和燃料噴射系統(tǒng)104。在該實 施例中，燃燒室102可包括從噴射系統(tǒng)104中接收燃料樣品的定容燃燒室。其它實 施例可包括變?nèi)萑紵摇Ｔ撓到y(tǒng)還可包括配置成與控制系統(tǒng)124通信的多個設(shè)備傳感器雨、110、 112、 114、 116、 117、 118、 120和122。此外，該系統(tǒng)可包括冷 卻系統(tǒng)106和一個或多個壓縮氣體壓力源126和128。
分析測量系統(tǒng)100可用來確定所測試燃料的多個燃燒特性，諸如點火延遲 (ID)、最大壓力增量(MDP)、最大溫度增量(MDT)、單位面積熱釋放率(ROHRA)、 燃燒周期(CP)、最大壓力形成時間(TAMPD)等等。在該實施例中，當(dāng)燃料樣 品在燃燒室102中燃燒時，其燃燒特性可由分析測量系統(tǒng)100利用來自一個或多個 測量壓力、溫度、或其它參數(shù)的傳感器108、 110、 112、 114、 116、 117、 118、 120 和122的數(shù)據(jù)確定。在一些實施例中，燃燒室102可用來模擬HCCI引擎(諸如真 實的或原型的柴油機)燃燒過程的情況。可由控制系統(tǒng)124接收來自傳感器108、 110、 112、 114、 116、 117、 118、 120和122的數(shù)據(jù)輸出，以供確定(例如傳感器 直接測量、計算算法、統(tǒng)計計算、數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換或推導(dǎo)、其它確定技術(shù)、或其組合)燃 燒特性。
燃燒室102可包括有基本上定容的圓柱氣缸體130。在該實施例中，例如，圓 柱氣缸體的基本定容可為0.60±0.03L。此外，燃燒室102可包括多個外部加熱元件 132、隔熱罩134、進(jìn)氣閥136、和排氣閥138。在燃燒室102的第一端處的開口 140 可容納燃料噴嘴組件142的插入部分，而在燃燒室102的第二端處的多個開口 144 可容納進(jìn)氣管146、排氣管148、以及多個傳感器110、 114、和116的插入部分。
在該實施例中，進(jìn)氣管146的一端可與在燃燒室102底部的開口 144之一流體 連通，而進(jìn)氣管146的另一端可與充氣氣源128流體連通。進(jìn)氣管146可在燃燒過 程(以下更詳細(xì)說明)之前向燃燒室102供應(yīng)充氣氣源?？捎蛇M(jìn)氣閥136控制對燃 燒室102的進(jìn)氣輸入，而在一些實施例中該進(jìn)氣輸入可電子操縱，可計量進(jìn)入空氣， 或兩者均可。此外，進(jìn)氣管146可包括安全閥150，在進(jìn)氣閥136失效的情況下該 安全閥擔(dān)當(dāng)備用閥?？捎烧{(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)來自充氣氣源128的壓縮氣體供給。在一個實 例中，該調(diào)節(jié)器是兩級調(diào)節(jié)器，能夠?qū)⑦M(jìn)氣壓力控制到例如約2.40MPa的最小壓 力。不過，其它單級或多級調(diào)節(jié)器，以及最小壓力更小或更大的調(diào)節(jié)器，都在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
仍參考圖1，排氣管148的一端可與在燃燒室102底部的開口 144之一流體連 通，而排氣管148的另一端可與排氣通風(fēng)系統(tǒng)152流體連通。排氣管148可從燃燒 室102中排出燃燒過程的副產(chǎn)物。從燃燒室102中排出燃燒過程的副產(chǎn)物可由排氣 閥138控制，而在一些實施例中該排出過程可電子操縱。排氣管148可包括串聯(lián)式 過濾器154，該過濾器部分過濾地燃燒過程的副產(chǎn)物。燃料噴射系統(tǒng)104可包括燃料噴射泵156、噴射泵致動器158、前述的燃料噴 嘴組件142、以及燃料樣品油箱160。在這種情況下，可控制燃料噴射系統(tǒng)104從 油箱160輸送燃料樣品至燃燒室(例如，通過噴嘴組件142)。
燃料噴嘴組件142可包括燃料噴嘴162，諸如標(biāo)準(zhǔn)單孔噴嘴或標(biāo)準(zhǔn)多孔噴嘴。 燃料噴嘴162可包括裝有彈簧的針狀物延伸部164，其包括螺桿和緊固螺母166， 用于調(diào)節(jié)燃料噴嘴162開啟壓力設(shè)置。另外，燃料噴嘴組件142可包括放油通道 168，用于與一個或多個外部放油閥170流體連通(用于從燃料噴嘴組件142放油)。 外部放油閥170可通過放油管174與樣品廢料排放設(shè)備172流體連通。燃料噴嘴組 件142可包括安裝在裝有彈簧的針狀物延伸部164的頂部附近的噴嘴運動傳感器 122。噴嘴運動傳感器122可用來確定何時裝有彈簧的針狀物延伸部164上升，從 而允許控制系統(tǒng)124確定燃料噴射周期的開始、結(jié)束、以及持續(xù)時間。
燃料噴嘴組件142可耦合到燃料噴射泵156。燃料噴射泵156可通過內(nèi)部燃料 供給通道175將燃料供應(yīng)給燃料噴嘴組件142。在一些實施例中，分析測量系統(tǒng)100 的燃料噴射系統(tǒng)104可氣動。為此目的，燃料噴射泵156可耦合到噴射泵致動器 158，該致動器通過氣動氣體供給管176與氣動氣源126流體連通?？捎烧{(diào)節(jié)器開 關(guān)表112調(diào)節(jié)從氣動氣源126到噴射泵致動器158的壓縮氣體供給。在該實施例中， 調(diào)節(jié)器開關(guān)表112可為兩級調(diào)節(jié)器，能夠?qū)⑾滦袎毫刂浦晾缂s0.75MPa的最 小壓力。使用單級或多級調(diào)節(jié)器，以及最小壓力更小或更大的調(diào)節(jié)器，都在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。因而，從氣動氣源126到噴射泵致動器158的壓縮氣體供給(由致動器 閥178控制)引起噴射泵致動器158對燃料噴射泵的機械作用。在其它實施例中， 可全部地或部分地利用液壓或電子系統(tǒng)致動燃料噴射系統(tǒng)。
仍參考圖1，燃料樣品油箱160可有基本固定的容積，例如約100mL。油箱 160可包括油箱體180和油箱蓋182，該油箱蓋通過螺紋連接、卡合連接、或螺栓 連接可除去地附連。油箱160可通過氣動氣體供給管184與氣動氣源126流體連通。 可由油箱閥186調(diào)節(jié)從氣動氣源126到油箱160的壓縮氣體供給。油箱160可通過 燃料供給管187與燃料噴射泵156流體連通。
冷卻系統(tǒng)106可包括閉環(huán)冷卻系統(tǒng)以控制燃料噴嘴162的溫度。冷卻系統(tǒng)106 可包括輔助熱交換器188，該熱交換器有內(nèi)建的環(huán)流泵和控制冷卻劑流量的流量控 制閥。冷卻劑可通過冷卻劑供給管190和冷卻劑回流管192在輔助熱交換器188 和燃料噴嘴162之間流動。冷卻液可包括水、基于乙二醇的防凍劑、水和基于乙二 醇的防凍劑的混合物(例如50:50體積比)等等。如圖1所示，分析測量系統(tǒng)100可包括多個傳感器108、 110、 112、 114、 116、
117、 118、 120和122。在該實施例中，傳感器108、 110、 112、 114、 116、 117、
118、 120和122的至少一部分可用來測量參數(shù)，諸如分析測量系統(tǒng)100內(nèi)部的壓 力、溫度、或其它情況。例如，傳感器可包括靜態(tài)壓力傳感器108、動態(tài)壓力傳感 器110、噴射壓力表112、內(nèi)壁溫度傳感器114、充氣溫度傳感器116、燃料噴射溫 度傳感器117、噴嘴溫度傳感器118、冷卻系統(tǒng)傳感器110以及噴嘴運動傳感器122。
靜態(tài)壓力傳感器108可以是壓力換能器，該壓力換能器被安裝用來在每個燃燒 周期之前和之后探測燃燒室102內(nèi)部的靜態(tài)壓力。動態(tài)壓力傳感器110也可以是壓 力換能器。動態(tài)壓力傳感器110可被配置成在每個燃燒周期期間以預(yù)定采樣速率探 測燃燒室內(nèi)的壓力。例如，動態(tài)壓力傳感器110的采樣速率可為0.2ms或更小，可 為O.lms或更小，且可為約0.05ms，而采樣過程持續(xù)時間為約100ms。在一些實施 例中，動態(tài)壓力傳感器IIO可包括集成溫度傳感器，用來同時探測燃燒室102內(nèi)的 溫度。
噴射壓力表112可以是經(jīng)過校準(zhǔn)的壓力調(diào)節(jié)器，安裝在氣動氣源126與燃料噴 射泵致動器158之間。在該實施例中噴射壓力調(diào)節(jié)表112被配置成監(jiān)控和調(diào)節(jié)氣動 氣體供給管176中的氣壓。
內(nèi)壁溫度傳感器114可為熱耦，諸如有不銹鋼外殼的K型熱耦，該熱耦可固 定到圓柱氣缸130的內(nèi)表面上。內(nèi)壁溫度傳感器114可被配置成監(jiān)控圓柱氣缸130 內(nèi)表面的溫度。
充氣溫度傳感器116也可為熱耦，諸如有不銹鋼外殼的K型熱耦，該熱耦可 插入燃燒室102的內(nèi)部空間。充氣溫度傳感器116可被配置成在燃燒過程之前、之 中、和之后監(jiān)控燃燒室102內(nèi)的溫度。
在該實施例中，燃料噴射溫度傳感器117可為有不銹鋼外殼的鉑電阻溫度計， 該溫度計可插入燃料噴射泵156中。在這種情況下，燃料噴射溫度傳感器117可能 能夠探測燃料噴射泵156的溫度。同樣在該實施例中，噴嘴溫度傳感器118可為有 不銹鋼外殼的鉑電阻溫度計，該溫度計可插入燃料噴嘴組件142中以探測燃料噴嘴 162的溫度。冷卻劑溫度傳感器120可為外部傳感器，該傳感器可用來探測輔助熱 交換器188處的冷卻劑的溫度。噴嘴運動傳感器122可被配置成在感測表面與裝有 彈簧的針狀物延伸部164的末端之間提供合適的間隙。這樣的配置允許傳感器122 探測燃料噴射的開始和結(jié)束，而該數(shù)據(jù)可被控制系統(tǒng)124用來計算燃料噴射周期的 持續(xù)時間。傳感器108、 110、 112、 114、 116、 117、 118、 120和122可通過控制卡194 等等與控制系統(tǒng)124通過接口相連。在該實施例中，控制卡194可包括控制器電路， 且可通過諸如USB電纜之類的電纜196連接到計算機系統(tǒng)198?；蛘撸刂瓶?94 可直接安裝到計算機系統(tǒng)198中。在一些實施例中，計算機198可包括個人計算機 系統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)有計算機控制柜200和顯示裝置202。計算機控制柜200可包 括輸入/輸出接口 204、處理器206、和計算機存儲器208 (例如計算機可讀介質(zhì)， 諸如半導(dǎo)體存儲器裝置、閃存存儲器裝置、包括內(nèi)部硬盤或可移動盤的磁性盤、或 磁一光盤)，以便于提供特定燃燒分析部件的自動控制。例如，處理器206可被配 置成執(zhí)行存儲在存儲器208上的計算機軟件代碼，以便在被執(zhí)行時該計算機軟件代 碼可接收來自傳感器的數(shù)據(jù)、處理這些數(shù)據(jù)、并產(chǎn)生輸出報告210，該報告在顯示 裝置202上顯示多個燃燒特性。可將輸出報告210存儲在計算機存儲器208中，以 及顯示在顯示裝置202上。
參考圖2，計算機系統(tǒng)198可向用戶提供輸出報告210，該報告同時顯示多個 燃燒特性的值。在該實施例中，輸出報告210包括多軸曲線圖212，該曲線圖示出 六個燃燒特性的值ID、 MDP、 MDP、 ROHRA、 CP以及TAMPD。例如，ID (點 火延遲)燃燒特性的值可繪制在ID軸214上。同樣，MDP (最大壓力增量)燃燒 特性的值可繪制在MDP軸216上，MDT (最大溫度增量)燃燒特性的值可繪制在 MDT軸218上，ROHRA (單位面積熱釋放率)燃燒特性的值可繪制在ROHRA軸 220上，CP (燃燒周期)燃燒特性的值可繪制在CP軸222上，TAMPD (最大壓 力形成時間)燃燒特性的值可繪制在TAMPD軸224上。多軸曲線圖212可包括一 條連接各軸上取值點的線(例如，圖2中所示的本實施例中的虛線)，從而提供取 決于燃料燃燒特性可對每種所測試的燃料各不相同的形狀。所得的多軸曲線圖212 可用作燃料形狀因數(shù)，該因數(shù)可用來定量地或定性地說明一種或多種燃料的燃燒特 性。
應(yīng)當(dāng)理解，多軸曲線圖212可示出除6個特性之外的多個燃燒特性的值。例如， 在一些實施例中，多軸曲線圖212可示出三個燃燒特性的集合(例如，諸如ID、 ROHRA、 TAMPD、 ID、 MDP以及CP等等之類三個的集合)。在另一個示例中， 多軸曲線圖212可示出二個、三個、四個、五個或更多燃燒特性。在這種情況下， 該多軸曲線圖可包括針對每個所選擇的燃燒特性的軸。系統(tǒng)IOO和控制系統(tǒng)124(圖 1)可被配置成至少確定所選擇的燃燒特性。此外，應(yīng)當(dāng)理解，多軸曲線圖212或 輸出報告210的其它部分可另外地或替換地示出除前述ID、 MDP、 MDP、 ROHRA、CP、和TAMPD特性之外的燃燒特性的值。例如，在一些實施例中，多軸曲線圖 212可示出除ID、 MDP、 MDP、 ROHRA、 CP、以及TAMPD之外的燃燒特性的 值，諸如十六垸值、辛垸值、芳香族含量等等。如果需要，系統(tǒng)100和控制系統(tǒng) 124 (圖1)可被配置成確定這些替換燃燒特性。
在一些實施例中，顯示在顯示裝置202上的輸出報告210可示出壓力軌跡曲線 226，該曲線指示了在燃燒過程之前和期間來自燃燒室102中動態(tài)壓力傳感器110 的數(shù)據(jù)。壓力軌跡曲線226可用來圖形化地査看燃燒過程的點火延遲228。在該實 施例中點火延遲228可被定義為從開始噴射230到開始燃燒232 (開始燃燒232可 從所探測到的燃燒室102中由燃燒過程開始產(chǎn)生的初始燃燒室靜態(tài)壓力234上的壓 力改變來確定)的大概時間。此外，壓力軌跡曲線226可用來圖形化地查看由燃燒 周期產(chǎn)生的最大燃燒壓力236。應(yīng)當(dāng)理解，除顯示壓力軌跡曲線226之外或替換地， 輸出報告210可顯示溫度軌跡曲線(例如，指示在燃燒過程之前或期間來自充氣溫 度傳感器116的數(shù)據(jù))、導(dǎo)出壓力軌跡曲線(例如，自在燃燒過程之前或期間來自 動態(tài)壓力傳感器110的數(shù)據(jù)導(dǎo)出)等等。
仍參考圖2，顯示在顯示裝置202上的輸出報告210也可示出數(shù)字顯示區(qū)域 238，該區(qū)域顯示由分析測量系統(tǒng)100確定的燃燒特性值(例如，ID、 MDP、 MDP、 ROHRA、 CP以及TAMPD)。通過從下拉菜單240選擇以前所測試的燃料(例如 燃料A、燃料B、燃料C、或燃料D)，可在數(shù)字顯示區(qū)域238中和多軸曲線圖212 中交替地顯示不同燃料的燃燒特性。
可使用燃料顯示框242單獨或同時在多軸曲線圖212中顯示先前確定的一種或 多種燃料的燃燒特性。可在燃料顯示框242中選擇一種或多種燃料(例如，通過用 戶使用鼠標(biāo)或其它輸入設(shè)備點擊燃料名稱)。通過選擇載入按鈕244，計算機198 從存儲器208中載入所選擇的輸出報告。此外，通過選擇比較按鈕246，計算機198 產(chǎn)生顯示在顯示裝置202上的輸出報告210。輸出報告210包括在多軸曲線圖212 上的所選擇的一種或多種燃料樣品的燃燒特性的曲線。此外，顯示裝置202可同時 示出所選擇的一種或多種燃料樣品的每一種的壓力軌跡曲線226。
在該實施例中，選擇編輯按鈕248允許輸出報告210中的源數(shù)據(jù)被編輯。此外 或替換地，編輯按鈕248可允許用戶編輯軸標(biāo)簽、曲線標(biāo)題、線標(biāo)題、線顏色、曲 線取向、曲線中軸的排列、以及其它這樣的編輯。選擇重新定標(biāo)按鈕250允許重新 定標(biāo)多軸曲線圖212或壓力軌跡曲線226。可將該曲線圖重新定標(biāo)至最佳適合比例、用戶定義比例等等。此外，保存按鈕252可允許當(dāng)前顯示在監(jiān)視器202上的輸出報 告210和其它數(shù)據(jù)存儲在存儲器208中。
參考圖3A， 一種確定所測試燃料的燃燒特性的示例性方法300可包括燃燒室 102的啟動和暖機的操作305。例如，可打開在充氣氣源128的源處的充氣閥136 (圖1)，以便于將燃燒室102充滿空氣?？稍谛枰獣r調(diào)節(jié)充氣氣源壓力調(diào)節(jié)器(未 在圖1中示出)以向燃燒室102提供例如約為2.4碰&+/-0.02^1 &的靜態(tài)氣壓。在 方法300的該實施例中，可將燃燒室102充滿空氣，包括約20.9%氧氣、約78-79% 氮氣、和小百分比的可在大氣中找到的其他氣體。作為啟動和暖機操作305的一部 分，可啟動計算機198、冷卻系統(tǒng)106、和氣動氣源126?？墒褂每刂葡到y(tǒng)124啟 動暖機序列(例如，在計算機198.上執(zhí)行啟動序列)。在暖機序列期間，加熱燃燒 室102直到達(dá)到平衡溫度，例如約575°。。
方法300還可包括過濾和準(zhǔn)備燃料樣本的操作310。例如，用戶可在室溫下用 玻璃注油器和一次性過濾元件過濾燃料以準(zhǔn)備該燃料，諸如約220mL或更多的燃 料樣本。在方法300的操作315期間，可從油箱體180移除油箱蓋182 (圖l)， 并對油箱體180加注燃料。然后再蓋上油箱蓋182。所有燃料都可流經(jīng)燃料噴射系 統(tǒng)，直到油箱160為空。在操作315中，可接著移除油箱蓋182并對油箱體180 再加注燃料?？稍僖淮紊w上油箱蓋182。
仍參考圖3，方法300可包括發(fā)起燃燒特性的自動確定的操作325。在操作325 中，可使用計算機系統(tǒng)198或控制系統(tǒng)124 (圖l)的其它部分啟動燃燒特性的確 定。在操作325中所說明的啟動期間或之后，可將少量燃料樣品噴射到已加熱的、 溫度控制的燃燒室102中，該燃燒室先前已充滿壓縮空氣。在該實施例中，每次噴 射可產(chǎn)生單發(fā)的、壓縮點火燃燒過程。系統(tǒng)100的一些實施例可提供諸如ID、MDP、 MDT、 ROHRA、 CP、 TAMPD等等(例如結(jié)合圖4一 16所描述的)之類的燃燒特 性值的確定。
在操作330中，可監(jiān)控燃燒室中的一個或多個燃燒過程。例如，用戶可監(jiān)控燃 燒過程以驗證噴射時間在合適的范圍內(nèi)，諸如在4.0ms和6.0ms之間。在一些實施 例中，通過啟動系統(tǒng)IOO以執(zhí)行兩次預(yù)備燃燒過程和多次連續(xù)燃燒過程(例如，三 次、五次、十次、十五次、二十次、二十五次、或更多次)，在連續(xù)燃燒過程期間 由用戶監(jiān)控燃燒過程，且傳感器傳送每個連續(xù)過程的數(shù)據(jù)，可完成一個更全面的測 試序列。在那些情況下，可監(jiān)控燃燒過程，例如用來驗證噴射周期平均值和各個噴 射周期在合適范圍內(nèi)，諸如平均值為5.001^+/-0.251115而各個周期在4.01115和6.0ms之間。如果噴射周期平均值或各個噴射周期落在相應(yīng)限制值之外，可要求作出調(diào)節(jié)，
諸如調(diào)節(jié)燃料噴嘴162和裝有彈簧的針狀物延伸部164。在任一這樣的調(diào)節(jié)之后， 可從準(zhǔn)備更多燃料310開始，重復(fù)方法300。如果噴射周期平均值和各個噴射周期 均落在限制值內(nèi)，可接受該測試并可分析結(jié)果。
方法300還可包括查看由系統(tǒng)100產(chǎn)生的輸出報告的操作335。在操作335中， 可由計算機系統(tǒng)198產(chǎn)生輸出報告210并將其顯示在顯示裝置200上(例如，參考 圖2)。輸出報告210可包括所確定的多個燃燒特性的值，諸如ID、 MDP、 MDT、 ROHRA、 CP、 TAMPD等等。
在操作345中，用戶可運用一選項來將輸出報告210與先前所測試燃料樣品的 一個或多個輸出報告210相比較。例如，在操作350中，用戶可針對如上關(guān)于圖2 所述的燃料A、燃料B、燃料C、以及燃料D中的一個或多個比較它們的輸出報告 210?？蓪⑾惹八_定的針對所測試燃料的燃燒特性的值單獨或同時顯示在多軸曲 線圖212中。
在操作355中，可使所有剩余燃料流過燃料噴射系統(tǒng)104直到油箱為空?？扇?選的是，可移除油箱蓋182以在視覺上檢查油箱180是否為空?？稍偕w上油箱蓋 182。在操作360中，可重新準(zhǔn)備系統(tǒng)IOO用于不同的燃料樣品?；蛘撸申P(guān)閉燃 燒室102。
如果燃燒室102即將關(guān)閉，用戶可確認(rèn)所有燃料已從燃料噴射系統(tǒng)104中排出， 且油箱體180已空。另外，可關(guān)閉充氣氣源128的源處的充氣閥136。在一些實施 例中，計算機198可用于關(guān)閉燃燒室102。在完全關(guān)閉期間，可關(guān)閉計算機198、 循環(huán)冷卻系統(tǒng)106、氣動氣源126，并使燃燒室102減壓并冷卻至環(huán)境溫度。
參考圖3B， 一種報告所測試燃料的燃燒特性的示例性方法365可包括在燃燒 過程之前接收指示燃燒室102中的壓力和溫度的數(shù)據(jù)的操作370。如上結(jié)合圖1-2 所述，可使用諸如計算機198 (圖l)之類的計算機系統(tǒng)至少部分地實現(xiàn)確定和報 告燃燒特性的程序。這樣，通過計算機系統(tǒng)198從靜態(tài)壓力傳感器108和充氣溫度 傳感器116接收一個或多個數(shù)據(jù)(例如，通過控制卡194傳送給計算機系統(tǒng)198)， 可至少部分地實現(xiàn)操作370。如果燃燒室中的靜態(tài)壓力和溫度均在合適范圍內(nèi)，則 燃燒室102可使用并且已為燃料燃燒作好準(zhǔn)備。
方法365還可包括在燃料燃燒期間接收指示燃燒室中壓力和溫度的數(shù)據(jù)的操 作375。在其中操作375至少部分地由計算機系統(tǒng)198實現(xiàn)的那些實施例中，數(shù)據(jù) 可從動態(tài)壓力傳感器IOO和充氣溫度傳感器166中接收。例如，在測試燃料樣品時所進(jìn)行的一個或多個燃燒過程期間，動態(tài)壓力傳感器110和充氣溫度傳感器116 可以預(yù)定采樣速率探測壓力和溫度的動態(tài)變化。計算機系統(tǒng)198可從動態(tài)壓力傳感 器110和充氣溫度傳感器116接收一個或多個數(shù)據(jù)信號(例如，由控制卡194傳送)。 在該特定實施例中，用于從動態(tài)壓力傳感器110和充氣溫度傳感器116接收數(shù)據(jù)的 采樣速率可為約0.05ms，而每個燃燒過程會出現(xiàn)約100ms的持續(xù)時間。在其它實 施例中，可使用不同的采樣速率。
方法365可包括確定與所噴射燃料相關(guān)聯(lián)的多個燃燒特性的操作385。在一些 計算機實現(xiàn)的實施例中，計算機系統(tǒng)198可包括至少一個硬件組件或存儲在計算機 存儲器208上的軟件程序，該硬件組件或軟件程序被配置成至少部分地基于從傳感 器接收的數(shù)據(jù)確定多個燃燒特性值(例如，從傳感器數(shù)據(jù)直接歸結(jié)、計算算法、統(tǒng) 計計算、數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換或推導(dǎo)、其它確定方法、或其組合)。例如，在一個或多個燃燒 過程期間或之后，計算機系統(tǒng)198可至少部分地基于從傳感器所接收的數(shù)據(jù)確定多 個諸如ID、 MDP、 MDT、 ROHRA、 CP、以及TAMPD之類的燃燒特性的值。在 該實施例中，計算機系統(tǒng)198可適于使用通過動態(tài)壓力傳感器110和噴嘴運動傳感 器122所探測到的壓力和運動數(shù)據(jù)確定ID的值。同樣在該實施例中，計算機系統(tǒng) 198可適于使用以預(yù)定釆樣速率從動態(tài)壓力傳感器110接收的壓力數(shù)據(jù)確定MDP、 ROHRA、 CP、和TAMPD的值。另夕卜，在該實施例中，計算機系統(tǒng)198可適于使 用通過充氣溫度傳感器116以該采樣速率探測到的溫度數(shù)據(jù)確定MDT的值。
方法365還可包括產(chǎn)生指示多個燃燒特性值的輸出報告的操作390。在一些計 算機實現(xiàn)的實施例中，計算機系統(tǒng)198可產(chǎn)生輸出報告(例如，參考結(jié)合圖2說明 的報告210)。例如，計算機存儲器208可包括軟件程序，該軟件程序被配置成產(chǎn) 生指示在操作385中所確定的燃燒特性值的報告(例如，顯示在顯示裝置202上、 打印到硬拷貝上、保存到計算機存儲器208中、或其組合)。在操作395中，可顯 示輸出報告以供用戶查看。例如，在計算機實現(xiàn)的實施例中，可將輸出報告顯示在 顯示裝置202上、通過網(wǎng)絡(luò)傳送之后顯示在遠(yuǎn)程顯示裝置上、或從計算機系統(tǒng)198 或遠(yuǎn)程計算機系統(tǒng)打印到硬拷貝打印輸出上。輸出報告可包括多軸曲線圖(例如， 參考結(jié)合圖2說明的曲線圖212)、壓力軌跡曲線、或兩者。
如上所述，可使用計算機系統(tǒng)至少部分地實現(xiàn)方法365。而且，可在一個或多 個計算機程序中實現(xiàn)裝置或方法的一些實施例，這些計算機程序可在包括至少一個 處理器的計算機系統(tǒng)上執(zhí)行。計算機程序可以是能直接或間接用于計算機系統(tǒng)中以 執(zhí)行某些行動或產(chǎn)生某些結(jié)果的指令集。計算機程序可用任一形式的包括匯編或解釋語言的編程語言寫成，且它能以任何形式使用，包括作為獨立程序或作為模塊、 組件、子例程或適合用于計算環(huán)境中的其它單元。而且，應(yīng)當(dāng)理解計算機系統(tǒng)的部 件能連接到諸如通信網(wǎng)絡(luò)之類的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信介質(zhì)中。通信網(wǎng)絡(luò)的例子包括例如局 域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、以及構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機和網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)參考圖4和圖5，報告表格400和多軸曲線圖500可用于顯示與多種燃料(例 如，燃料A410、燃料B415、燃料C420、燃料D425)相關(guān)聯(lián)的點火延遲(ID) 燃燒特性405的值。在一些實施例中，可將報告表格400和曲線圖500顯示在例如 計算機顯示裝置上。報告表格400和多軸曲線圖500可提供不同燃料410、 415、 420、和425的ID值的定量和定性的比較。
如上所述，點火延遲燃燒特性可定義為從燃料噴射開始到燃燒開始的時間。燃 燒的開始通過燃燒室壓力的增大超過初始燃燒室靜態(tài)壓力234來指示。出于實用目 的，燃燒的開始可被定義為燃燒室中壓力的增大超過所選擇的指定值，因為這明確 地指示了燃燒的開始。在該特定實施例中，點火延遲燃燒特性可被定義為從燃料噴 射開始的時間到燃燒室102壓力升高為2.4 MPa+/-0.02 MPa的初始靜態(tài)壓力以上 +0.02 MPa的時間。例如，可由動態(tài)壓力傳感器IIO探測燃燒室102中的壓力升高， 而由噴嘴運動傳感器122探測燃料樣品噴射的開始。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中， ID值可用其它方式定義，這取決于用來監(jiān)控(多個)燃燒過程的傳感器類型、計 算機軟件的設(shè)置、或系統(tǒng)100的其它組件。在其中測試序列包括多個連續(xù)燃燒過程 (例如，燃燒室中二十五次過程)的一些實施例中，通過對連續(xù)燃燒過程的各個點 火延遲測量值取平均值，可獲得ID特性405的值。而且，如圖4中所示，報告表 格400可包括示出測量單位(例如，毫秒)的類別435和示出比例換算值(可任選 地用來在比例曲線圖中顯示值)的類別440。
多軸曲線圖500可用來圖形化地顯示所確定的ID特性405的值。例如，可將 ID特性405的值繪制在多軸曲線圖500的ID軸505上。在該實施例中，該值可適 于0.5ms至20ms的范圍，因此，可采用將0.5ms ID值與換算值0關(guān)聯(lián)、將20ms ID 值與換算值IOO關(guān)聯(lián)的最適配比例(參考類別440)。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中， 該比例取決于曲線圖中值的可視性和系統(tǒng)100中所使用的傳感器和采樣速率而不 同。顯示在報告表格400的類別445、 450、 455、和460中的ID值顯示出從一種 燃料到另一種燃料會出現(xiàn)的示例變化。該實施例中的ID值的變化范圍是，從燃料 D 425的值2.16ms到燃料B 415的值3.12ms和燃料A 410的值4.35ms，以及到燃 料C 420的值11.5ms?？蓪⑦@些實際確定的值顯示在多軸曲線圖500中，或可將這些值換算為換算值(參考報告表格400的類別445、 450、 455和460)顯示在曲 線圖500中。在該實施例中，多軸曲線圖500顯示ID確定值的換算值。在一些實 施例中，多軸曲線圖500可包括圖例510，該圖例將所測試燃料與視覺標(biāo)識符關(guān)聯(lián) (例如，單一線、點、顏色、等等)。
參考圖6和圖7，報告表格600和多軸曲線圖700可用于顯示與多種不同燃料 (例如，燃料A410、燃料B415、燃料C420、燃料D425)相關(guān)聯(lián)的最大壓力增 量(MDP)特性的值。如上所述，可在例如計算機顯示裝置上向用戶顯示報告表 格600和曲線圖700。報告表格600和多軸曲線圖700可提供不同燃料410、 415、 420、和425的MDP值的定量和定性的比較。
在該特定實施例中，MDP燃燒特性605的值可被定義為在燃燒過程期間所形 成的最大壓力變化(例如，在特定燃燒過程期間燃燒室中所形成的最大壓力減去燃 燒過程開始時的靜態(tài)壓力)?？捎蓜討B(tài)壓力傳感器110探測燃燒過程期間的燃燒室 壓力值。在其中測試程序包括多個連續(xù)燃燒過程的一些實施例中，可通過對連續(xù)燃 燒過程的各個最大壓力增量確定值取平均值來計算MDP值。報告表格600可包括 指示用于MDP值的諸如巴(bar)之類的測量單位635的類別635。應(yīng)當(dāng)理解，在 其它實施例中，MDP值可用其它方式定義，這取決于用來監(jiān)控燃燒過程的傳感器 類型、計算機軟件的設(shè)置、或系統(tǒng)100的其它組件。
多軸曲線圖700可用來圖形化地顯示所確定的MDP特性605的值。例如，可 根據(jù)圖例510將MDP特性605的值繪制在多軸曲線圖的MDP軸705上。在該實 施例中，實際確定的值會落在0bar至40bar的范圍內(nèi)。因而，可使用將ObarMDP 值與換算值0關(guān)聯(lián)、以及將40 bar MDP值與換算值100關(guān)聯(lián)的最適配比例(參考 類別640)。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中，該比例取決于曲線圖中值的可視性和系 統(tǒng)100中所使用的傳感器和采樣速率而不同。顯示在報告表格600的類別645、650、 655、和660中的MDP值顯示出不同燃料之間會出現(xiàn)的示例變化。該實施例中的 MDP實際值的范圍是，從燃料A 410的值9.75 bar到燃料B 415的值11.45 bar和 燃料C 420的值22 bar、以及燃料D 425的值35 bar。在該實施例中，多軸曲線圖 700顯示MDP確定值的換算值(參考報告600的類別645、 650、 655、和660中 的換算值)，但在一些實施例中多軸曲線圖700可顯示如報告表格600所示的實際 確定值。
參考圖8和圖9，報告表格800和多軸曲線圖900可用于顯示與多種不同燃料 (例如，燃料A410、燃料B415、燃料C420、燃料D425)相關(guān)聯(lián)的最大溫度增量(MDT)特性的值。在一些實施例中，報告表格800和多軸曲線圖900可顯示 在計算機顯示裝置上，并可提供不同燃料410、 415、 420、和425的MDT值的定 量和定性的比較。報告表格800可包括指示用于MDT值的諸如"C之類的測量單位 835的類別835。MDT燃燒特性805的值可定義為在燃燒過程期間所形成的最大溫 度變化(例如，在特定燃燒過程期間燃燒室中所測得的最高溫度減去燃燒過程開始 時的初始溫度)。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中，MDT值可用其它方式定義，這取 決于用來監(jiān)控燃燒過程的傳感器類型、計算機軟件的設(shè)置、或系統(tǒng)100的其它組件。 多軸曲線圖900可用來圖形化地顯示MDT特性805的值(例如，換算值或?qū)嶋H確 定值)。例如，可根據(jù)圖例510和最適配比例(參考報告表格800中的類別840) 將MDT的換算值繪制在MDT軸905上。在該實施例中，多軸曲線圖900顯示 MDT確定值的換算值(參考報告800的類別845、 850、 855、和860中的換算值)， 但在一些實施例中多軸曲線圖900可顯示如報告表格800所示的實際確定值。
參考圖10和圖11，報告表格IOOO和多軸曲線圖UOO可用于顯示與多種不同 燃料(例如，燃料A410、燃料B415、燃料C420、燃料D425)相關(guān)聯(lián)的單位面 積熱釋放率(ROHRA)特性的值。在一些實施例中，報告表格IOOO和多軸曲線圖 1100可顯示在計算機顯示裝置上，并可提供不同燃料410、 415、 420、和425的 ROHRA值的定量和定性的比較。報告表格1000可包括指示用于MDT值的諸如 Bar/msZ之類的測量單位的類別1035。在該實施例中，ROHRA燃燒特性1005的值 可定義為在燃燒過程期間所產(chǎn)生的最大溫度變化(例如，可通過對壓力軌跡的導(dǎo)數(shù) 曲線下的面積的計算確定)。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中，ROHRA值可用其它方 式定義，這取決于用來監(jiān)控燃燒過程的傳感器類型、計算機軟件的設(shè)置、或系統(tǒng) 100的其它組件。多軸曲線圖IIOO可用來圖形化地顯示ROHRA特性1005的值(例 如，換算值或?qū)嶋H確定值)。例如，可根據(jù)圖例510和最適配比例(參考報告表格 1000中的類別1040)將ROHRA的換算值繪制在ROHRA軸1105上。在該實施例 中，多軸曲線圖UOO顯示ROHRA確定值的換算值(參考報告1000的類別1045、 1050、 1055、和1060中的換算值)，但在一些實施例中多軸曲線圖1100可顯示如 報告表格1000所示的實際確定值。
參考圖12和圖13，報告表格1200和多軸曲線圖1300可用于顯示與多種不同 燃料(例如，燃料A410、燃料B415、燃料C420、燃料D425)相關(guān)聯(lián)的燃燒周 期(CP)特性的值。在一些實施例中，報告表格1200和多軸曲線圖1300可顯示 在計算機顯示裝置上，并可提供不同燃料410、 415、 420、和425的CP值的定量和定性的比較。報告表格1200可包括指示用于CP值的諸如毫秒之類的測量單位 的類別1235。 CP燃燒特性1205的值可定義為燃燒過程的持續(xù)時間。出于實用目 的，燃燒過程可定義為在由燃燒引起的壓力持續(xù)增大超出特定值之時發(fā)生。在該實 施例中，燃燒過程被定義為由燃燒引起的持續(xù)壓力增大超出0.05 bar/ms2。應(yīng)當(dāng)理 解，在其它實施例中，CP值可用其它方式定義，這取決于用來監(jiān)控燃燒過程的傳 感器類型、計算機軟件的設(shè)置、或系統(tǒng)100的其它組件。多軸曲線圖1300可用來 圖形化地顯示CP特性1205的值(例如，換算值或?qū)嶋H確定值)。例如，可根據(jù) 圖例510和最適配比例(參考報告表格1200中的類別1240)將CP的換算值繪制 在CP軸1305上。在該實施例中，多軸曲線圖1300顯示CP確定值的換算值(參 考報告1200的類別1245、 1250、 1255、和1260中的換算值)，但在一些實施例 中多軸曲線圖1300可顯示如報告表格1200所示的實際確定值。
參考圖14和圖15，報告表格1400和多軸曲線圖1500可用于顯示與多種不同 燃料(例如，燃料A410、燃料B415、燃料C420、燃料D425)相關(guān)聯(lián)的最大壓 力形成時間(TAMPD)特性的值。在一些實施例中，報告表格1400和多軸曲線圖 1500可顯示在計算機顯示裝置上，并可提供不同燃料410、 415、 420、和425的 TAMPD值的定量和定性的比較。報告表格1400可包括指示用于TAMPD值的諸 如毫秒之類的測量單位的類別1435。 TAMPD燃燒特性1405的值可定義為從燃燒 開始(例如，用于確定點火延遲燃燒特性405的燃燒開始)到最大燃燒壓力的持續(xù) 時間。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實施例中，TAMPD值可用另一方式定義，這取決于用來 監(jiān)控燃燒過程的傳感器類型、計算機軟件的設(shè)置、或系統(tǒng)100的其它組件。多軸曲 線圖1500可用來圖形化地顯示TAMPD特性1405的值(例如，換算值或?qū)嶋H確定 值)。例如，可根據(jù)圖例510和最適配比例(參考報告表格1400中的類別1440) 將TAMPD的換算值繪制在TAMPD軸1505上。在該實施例中，多軸曲線圖1500 顯示TAMPD確定值的換算值(參考報告1400的類別1445、 1450、 1455、和1460 中的換算值)，但在一些實施例中多軸曲線圖1500可顯示如報告表格1400所示的 實際確定值。
參考圖16，多軸曲線圖1600可用作燃料形狀因數(shù)。曲線圖1600可提供一個 模型用于燃燒特性的有效比較和分析，例如上述的ID、 MDP、 MDT、 ROHRA、 CP、和TAMPD特性的部分或全部以及其它特性(例如辛垸值、十六烷值、芳香 族含量等等)。多種不同燃料(例如，燃料A410、燃料B415、燃料C 420、燃 料D 425)的燃燒特性值可同時顯示在多軸曲線圖1600上，以提供一種有效比較和分析的工具。在一些實施例中，顯示在多軸曲線圖1600中的燃料形狀因數(shù)可用 于評估所測試的燃料在特定弓i擎配置中工作的合適程度。
可用類似于關(guān)于圖5、 7、 9、 11、 13、和15所描述的多軸曲線圖500、 700、 900、 1100、 1300、和1500的方式生成曲線圖1600。在一些情況下，可通過連接 與四種內(nèi)燃機燃料410、415、420、和425分別關(guān)聯(lián)的燃燒特性值畫出線1610、 1615、 1620、和1625,從而提供對各種不同燃料可能不同的形狀。如上結(jié)合圖2、 3A和 3B所述，在燃燒室102(圖1)內(nèi)進(jìn)行一個或多個燃燒過程之后，可產(chǎn)生多軸曲線 圖1600以供用戶查看。然后允許用戶同時分析感興趣的不同燃料的多個燃燒特性。 通過用作形狀因數(shù)，多軸曲線圖1600可提供一種有效的比較所測試燃料的多個特 性的工具。應(yīng)當(dāng)理解，在一些實施例中，燃料形狀因數(shù)至少部分地由多軸曲線圖的 形狀定義。在其它實施例中，燃料形狀因數(shù)至少部分地由多軸曲線圖形狀的面積值 定義，從而通過在特定縱坐標(biāo)的不同面積值可區(qū)別不同的燃料。
在一些實施例中，所得的燃料形狀因數(shù)可向引擎設(shè)計者提供一種在給定條件下 比較燃料性能特性的方法。例如，如果一種引擎設(shè)計在第一溫度下使用燃料A410 運轉(zhuǎn)得更好，而在第二溫度下使用燃料D425運轉(zhuǎn)得更好，則引擎設(shè)計者可查看顯 示在多軸曲線圖1600上的形狀因數(shù)以便于定量或定性地比較燃料A 410至燃料D 425的特性。這樣的工具可允許引擎設(shè)計者或其它用戶開發(fā)一種在第一溫度和第二 溫度下均可令人滿意地工作的替換性燃料混合物。該替換性燃料混合物，例如燃料 B415，可提供該情況下燃料A410和燃料D425未能提供的燃燒特性(例如ID、 MDP、 MDT、 ROHRA、 CP、 TAMPD、或由系統(tǒng)100所確定的其它特性)的適當(dāng) 折衷。這樣的對燃料特性的比較可被實現(xiàn)為如結(jié)合圖1、 2、和3A-B所說明的系統(tǒng) 和方法的一部分。
例如，在特定實施例中，多軸曲線圖1600可用作為燃料形狀因數(shù)以選擇用在 特定引擎設(shè)計中的商用燃料。在該實施例中，用戶可在特定引擎中測試燃料A，并 確定燃料A提供所需的燃燒特性。如果燃料A是一種昂貴的測試燃料，則燃料A 在該引擎設(shè)計中的廣泛商用不可行。在這種情況下，該用戶可將燃料A的形狀因 數(shù)1610 (在多軸曲線圖1600中示出)與其它燃料的形狀因數(shù)相比較，以査看是否 有一種更便宜的燃料提供相似的燃燒特性。在這個例子中，用戶可至少部分基于對 形狀因數(shù)1610和1615的形狀的比較選擇燃料B。燃料B可為更便宜的、更易于 買到的燃料的混合物，或有添加劑使得其燃燒特性與所測試的燃料A類似的商用 混合燃料。通過這個過程， 一個用戶或一群用戶可構(gòu)成一個有各種類型燃料的燃料形狀因數(shù)的數(shù)據(jù)庫(例如，存儲在計算機存儲器208 (圖2)上且通過顯示裝置208 可讀取)。因此，系統(tǒng)IOO可用于開發(fā)一個全面的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫示出多種燃料 的燃料形狀因數(shù)形狀與這些燃料在特定引擎設(shè)計中的燃燒結(jié)果之間的相關(guān)性。另 外，燃燒模型軟件可使用這樣的數(shù)據(jù)庫來將燃料形狀因數(shù)形狀直接輸入到燃燒模型 軟件的附加模塊中，從而消除燃料燃燒特性的重復(fù)。應(yīng)當(dāng)理解，用戶在引擎模擬系 統(tǒng)中而不是在實際的內(nèi)燃機中測試不同的燃料。例如，可將來自多軸曲線圖的數(shù)據(jù) 輸入到引擎模擬系統(tǒng)(例如，GT-動力引擎模擬軟件系統(tǒng)、CFD (計算流體力學(xué)) 模型和模擬軟件系統(tǒng)、Matlab模擬模型、以及在計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)的其它模擬系 統(tǒng)等等)中，以便為該燃料的燃燒特性的特定標(biāo)準(zhǔn)提供反饋。相應(yīng)地，通過允許設(shè) 計者容易地使用引擎模擬系統(tǒng)在模擬引擎中模擬一種或多種燃料的燃燒，來自多軸 曲線圖的數(shù)據(jù)可便于定制燃料的設(shè)計或選擇。
仍參考圖16，在其它實施例中，顯示在多軸曲線圖1600中的燃料形狀因數(shù)可 向引擎設(shè)計者提供一種用于基于燃料特性的比較改變引擎設(shè)計的方法。在一個實施 例中，引擎設(shè)計者可比較和分析燃料A410和燃料C420的燃燒特性。如果當(dāng)前引 擎設(shè)計用燃料A 410工作得更好(即使假設(shè)因為商業(yè)原因或其它原因使用燃料C 420)，顯示在曲線圖1600上的形狀因數(shù)可指示哪個特性影響了燃料C 420的性能。 這樣定量或定性的比較可使設(shè)計者或其它用戶改變引擎的設(shè)計以更好適應(yīng)燃料C 420。例如，可促使該引擎設(shè)計者基于燃料C420的燃燒特性405、 605、 805、 1005、 1205、和1405改變壓縮比、活塞頂設(shè)計、圓柱頭燃燒室形狀、缸徑與沖程、或凸 輪軸升程和持續(xù)時間。
例如，在特定實施例中， 一些引擎設(shè)計(例如HCCI等等)可能需要一種在低 負(fù)荷或低溫情況下容易自燃而在高負(fù)荷情況下不太容易燃燒的燃料。在這種情況 下，用戶可在系統(tǒng)100的燃燒室102中對該燃料在低負(fù)荷情況下和高負(fù)荷情況下均 進(jìn)行測試。通過評估所測試燃料在低負(fù)荷情況下和高負(fù)荷情況下的燃料形狀因數(shù) (在多軸曲線圖1600中示出)，用戶可標(biāo)識一種在低負(fù)荷情況下和高負(fù)荷情況下 有合適的自燃特性的燃料?；蛘?，通過評估所測試燃料在低負(fù)荷情況下和高負(fù)荷情 況下的燃料形狀因數(shù)(在多軸曲線圖1600中示出)，用戶可確定該燃料在高負(fù)荷 情況(例如，更大的點火延遲)下有合適的抗自燃性，然后可量化在低負(fù)荷情況下 應(yīng)當(dāng)減少多少點火延遲。在這種情況下，用戶可調(diào)節(jié)引擎設(shè)計或其它特征以適應(yīng)所 測試燃料的使用。例如，用戶可在引擎控制系統(tǒng)中采用一種在低負(fù)荷情況下會改變 紊流量(或旋流比)的算法，這樣可在低負(fù)荷情況下減小點火延遲。如上所述，應(yīng)當(dāng)理解，用戶可在多個模擬引擎中而不是在實際內(nèi)燃機中測試一種特定燃料。例如，
可將來自多軸曲線圖的數(shù)據(jù)輸入到引擎模擬系統(tǒng)(例如，GT-動力引擎模擬軟件系 統(tǒng)、CFD (計算流體力學(xué))模型和模擬軟件系統(tǒng)、Matlab模擬模型、以及實現(xiàn)在計 算機系統(tǒng)上的其它模擬系統(tǒng)等等)中，以便為該燃料的燃燒特性的特定標(biāo)準(zhǔn)提供反 饋。因而，通過允許設(shè)計者使用引擎模擬系統(tǒng)容易地在多個模擬引擎設(shè)計中模擬該 特定燃料的燃燒，來自多軸曲線圖的數(shù)據(jù)可便于引擎的設(shè)計。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個實施例。然而應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神 和范圍的情況下可作各種修改。相應(yīng)地，其它實施例在所附權(quán)利要求書的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于確定燃料在引擎中的可操作性的方法，所述方法包括標(biāo)識所測試燃料的選自由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組的至少三個燃燒特性的值；用所標(biāo)識的值評估所測試的燃料在一引擎配置中工作的適合程度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，多個燃燒特性至少包括由點火 延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形 成最大壓力的時間所構(gòu)成的組。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃燒特性的值的至少一個 由計算機系統(tǒng)自動標(biāo)識。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，用所標(biāo)識的值評估所測試燃料 的適合程度包括評估標(biāo)識所述燃料并指示所述至少三個燃燒特性值的確定值 或換算值的輸出報告。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述輸出報告包括顯示在多軸 曲線圖上的所述至少三個燃燒特性的確定值或換算值，且所述多軸曲線圖具有 針對所述至少三個燃燒特性的每一個的軸。
6. —種用于評估燃料的燃燒特性的方法，所述方法包括 確定燃料的選自由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組的至少三個燃燒特性 的值；將所確定的值與所述燃料關(guān)聯(lián)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述多個燃燒特性至少包括由 點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以 及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少三個燃燒特性的值至 少部分地基于指示在所述燃料在燃燒室中燃燒期間以預(yù)定采樣速率0.2ms所測 得的燃燒室中壓力、溫度、或兩者的數(shù)據(jù)確定。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，至少一個所述燃燒特性的值由計算機系統(tǒng)自動確定。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在標(biāo)識所述燃料并指示所述 至少三個燃燒特性值的確定值或換算值的輸出報告中所確定的值與所述燃料 關(guān)聯(lián)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述輸出報告包括顯示在多 軸曲線圖上的所述至少三個燃燒特性的確定值或換算值，所述多軸曲線圖具有 針對所述至少三個燃燒特性的每一個的軸。
12. —種用于評估燃料的燃燒特性的方法，所述方法包括確定燃料的選自由單位面積熱釋放率和燃燒周期所構(gòu)成的組的至少一個燃燒特性的值；將所述確定值與所述燃料關(guān)聯(lián)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括確定選自由點火延遲、最大壓力增 量、最大溫度增量、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組的至少一個燃燒特性 的值。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一個燃燒特性的值 至少部分地基于指示在所述燃料在燃燒室中燃燒期間以預(yù)定采樣速率所測得 的燃燒室中壓力、溫度、或兩者的數(shù)據(jù)確定。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定采樣速率為0.2ms 或更小。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，至少一個所述燃燒特性的值 由計算機系統(tǒng)自動確定。
17. —種計算機實現(xiàn)的報告燃料的燃燒特性的方法，包括 在燃料在燃燒室中燃燒期間以預(yù)定采樣速率接收指示燃燒室中壓力和溫度的數(shù)據(jù)；確定與在燃燒室中燃燒的所述燃料關(guān)聯(lián)的多個燃燒特性的值，所述多個燃 燒特性為選自由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、 燃燒周期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組的至少三個特性；以及產(chǎn)生指示所述至少三個燃燒特性的確定值或換算值的輸出報告，所述輸出 報告包括顯示在多軸曲線圖上的所述至少三個燃燒特性的確定值或換算值，所 述多軸曲線圖具有針對所述至少三個燃燒特性的每一個的軸。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述多個燃燒特性至少包括由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、 以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述指示燃料燃燒期間燃燒 室中壓力的數(shù)據(jù)以0.2ms或更小的采樣速率從至少一個動態(tài)壓力傳感器接收。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述輸出報告包括所述至少 三個燃燒特性的所述確定值的列表，所述列表與多軸曲線圖同時顯示。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述輸出報告包括在燃料燃 燒之前或期間指示燃燒室中壓力的壓力軌跡曲線，所述壓力軌跡曲線與多軸曲 線圖同時顯示。
22. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括在所述燃料在燃燒室中燃燒之前接 收指示燃燒室中壓力和溫度的數(shù)據(jù)。
23. —種標(biāo)識燃料的燃燒特性的方法，包括啟動計算機系統(tǒng)以確定與在燃燒室中燃燒的第一燃料關(guān)聯(lián)的多個燃燒特 性的值，所述多個燃燒特性為選自由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、 單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組的至少三 個特性；使第一燃料噴射到燃燒室中，以使第一燃料燃燒，所述燃燒室包括電耦合 到所述計算機系統(tǒng)的一個或多個傳感器；查看由所述計算機系統(tǒng)產(chǎn)生的指示所述至少三個燃燒特性的確定值或換 算值的輸出報告，所述輸出報告包括具有針對所述至少三個燃燒特性的每一個 的軸的多軸曲線圖。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述多個燃燒特性至少包括 所述由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周 期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述燃燒特性的至少一個值 基于在所述燃料燃燒期間從所述一個或多個傳感器接收的數(shù)據(jù)自動確定，所述 數(shù)據(jù)指示燃燒室中的壓力和溫度。
26. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述輸出報告同時指示與所 述第一燃料關(guān)聯(lián)的第一燃燒特性值和與第二燃料關(guān)聯(lián)的第二燃燒特性值。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一值和所述第二值同 時顯示在所述多軸曲線圖上。
全文摘要
一種用于確定燃料在引擎中的可操作性的方法，所述方法包括標(biāo)識所測試燃料的選自由點火延遲、最大壓力增量、最大溫度增量、單位面積熱釋放率、燃燒周期、以及形成最大壓力的時間所構(gòu)成的組的至少三個燃燒特性的值；使用所標(biāo)識的值來評估所測試燃料在一引擎配置中工作的適合程度。
文檔編號G01N33/28GK101416053SQ200780011913
公開日2009年4月22日 申請日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者J·J·比祖伯 申請人:德雷瑟股份有限公司