[发明专利]内燃机速度控制

说明书

技术领域

本发明总体上涉及内燃机的速度控制。更具体地，本发明涉及通过闭环歧管压力或密度控制实现的发动机速度控制。

背景技术

长期以来，内燃机在很多应用中用作动力源。例如，由于电能的开发及其广泛可用，液体燃料内燃机已经广泛用于电力发电机。但是，在大多数燃料的燃烧过程中，某些气体或微粒污染物可能是造成麻烦的副产品。近年来，尤其是在电力生产运行中，气体燃料内燃机已经变得很普遍。尽管很多气体燃料本质上比液体燃料例如汽油和柴油燃烧得更清洁，但气体燃料发动机存在排放物控制问题。而且，日益严格的政府规章对工程师提出了持续的挑战，为了清洁有效地运行，需要设计和运行满足或超出目前和未来标准的内燃机。

现有技术中广泛已知，将发动机速度的变化降到最小能促使燃料更清洁地燃烧，并且改善运行效率。而且，很多发动机具有与预期性能水平相关的特定速度或发动机速度范围。为此，许多发动机以预定的发动机速度设定值或接近该设定值运行。但是，在内燃机与发电机连接的情况下，已经证实，当发电机上的电负荷发生变化，例如相关电网上的动力需求较大地增加或降低时，难以避免发动机速度的不适当变化。

在某些发动机设计中，电子控制器通过检测负载变化或预料负载变化来调节发动机节气门。这种设计通常致力于将节气门位置与发动机负载相关联，并且理论上将会最终将进气歧管压力调节到其中发动机输出转矩与调节好的负载相配的值。然而，在很多种这类设计中，发动机速度会在稳定到—如果能稳定的话—设定值的可接收范围内之前发生不希望的波动，这至少部分是因为进气歧管动态特性的快速变化。

特别地，进气歧管中气体的温度和压力的快速变化可能暂时比改变节气门位置对发动机输出转矩的冲击更大。这种问题在发动机上连接有涡轮增压器时特别尖锐，从而使进气歧管的动态特性更复杂。当发动机转矩的输出不适合负载时，不平衡可能造成发动机加速或减速而不是趋于常速。当进气歧管压力和/或温度正常或连续地波动时，进入发动机汽缸内的气体混合物的密度可能发生变化，从而影响发动机转矩输出并使得难以通过调节节气门位置将发动机速度维持在预期范围内。节气门的调节可能被进气歧管的动态特性削弱。

由于增加了由进气歧管的动态特性带来的挑战，节气门位置和负载的关系更难以预计。发动机速度和负载、涡轮增压、节气门位置和进气歧管压力及温度可为交叉相关的变量，其中，仅其中一个值的变化就可影响到其它值。例如，在某些发动机系统中，节气门位置或节气门角度的调节不必与发动机的输出转矩呈线性关系。换句话说，增大或减小节气门角度不一定导致发动机输出转矩相应地增加或减少。在某些情况下，节流增加可能与发动机输出转矩成反比，至少暂时成反比，尤其是在较高的发动机速度和负载以及涡轮增压较高的发动机中。因此，在早期的设计中，例如通过打开节气门以补偿增大的负载需求的努力实际上可能瞬间降低了发动机输出转矩，从而带来速度控制的问题。

授予Gopp等的美国专利No.6,715,476中说明了一种用于进气歧管压力控制的内燃机系统的示例。在Gopp等的专利中，所说明的发动机具有与进气歧管相连的废气再循环系统。调节废气再循环阀以控制进气歧管压力，从而将进气歧管压力调节至预期压力，该预期压力基于可自动控制的气流致动器的位置。Gopp等的设计看起来具有某些应用，例如，控制排放物，但看起来并不适合通过调节进气歧管压力来控制发动机速度，因为该发明主要关注的是增加或降低进气歧管中惰性废气的程度。

本发明的目的在于克服上述一项或多项问题或缺陷。

发明内容

一方面，本发明提供了一种运行内燃机的方法。该方法包括如下步骤：确定预期发动机速度和实际发动机速度之间的差值的表观值，以及至少部分基于预期发动机速度和实际发动机速度之间的差值的表观值来确定预期进气歧管压力和预期进气歧管气体密度中的至少一项。该方法还包括如下步骤：确定实际进气歧管压力的表观值，以及至少部分基于实际进气歧管压力的表观值以及所述预期进气歧管压力和预期进气歧管气体密度中的至少一项来调节进气歧管压力。

另一方面，本发明提供了一种物品，该物品包括其上记录有控制算法的计算机可读介质。该控制算法包括第一闭环控制算法，第一闭环控制算法用于至少部分基于预期发动机速度与实际发动机速度之间的差值的表观值来确定内燃机中的预期进气歧管压力和预期进气歧管气体密度之一或全部两者。该控制算法还包括第二闭环控制算法，第二闭环控制算法用于至少部分基于所述预期压力和密度之一或两者以及实际进气歧管压力的确定的表观值来控制该发动机中的节气门位置。