用於氣體發動機的監測系統的製作方法
2023-05-20 18:09:26 1
本發明涉及用於氣體發動機的監測系統，所述發動機是使用氣體作為燃料的往復式內燃發動機，該發動機被連接到用於將排氣引出發動機的出口通道，布置有與所述出口通道相關的風扇，用於在發動機未啟動的情況下以及在所述出口通道中積聚有未燃燒的燃料氣體時使用空氣衝洗所述出口通道。
背景技術：
往復式氣體內燃發動機通常使用甲烷或其它比空氣輕的氣體作為燃料。在啟動期間，氣體燃料被供應給氣缸。在正常情況下，燃料被供應給氣缸，被壓縮，然後氣體/空氣混合物點燃或被點燃，在燃燒之後，燃燒過的排氣在排氣衝程期間從氣缸中排出。如果點火由於某種原因沒有發生，未燃燒的燃料氣體在接下來的排氣衝程期間被排出到排氣系統，即，出口通道。發動機的這種未啟動，換句話說，當發動機還沒有基於燃料的燃燒而啟動運行時，可能是由於幾種因素而引起的，比如，過稀的混合物、弱點火裝置等等。在氣體發動機設備中，在未成功啟動的情況下，存在未燃燒的燃料氣體在排氣系統中聚集的風險。另外，這意味著存在大量爆炸性燃料氣體混合物在管道中積聚的風險。如果發動機稍後被啟動，且熱的排氣提供了點火源，那麼這可能在排氣管中引起爆炸。這也可能在長時間嘗試啟動的情況下發生，排氣出口通道至少部分地填充有爆炸性燃料氣體混合物。
為了消除上述風險，氣體發動機通常具有衝洗系統，它包括以與出口通道相關的方式布置的通風風扇。該通風風扇被用於在發動機未啟動且在出口通道中具有或者可能具有積聚的未燃燒的燃料氣體的情況下，利用空氣衝洗出口通道。發動機/功率設備的操作者作出這種決定，並在需要時衝洗出口通道。通常地，該防範時機由發動機/設備提供。
如前所述，且為了消除這種風險，氣體發動機設備裝備了被用於在新的啟動嘗試之前將清潔空氣吹入出口通道的通風風扇。因為這種類型的氣體發動機通常被用作後備功率，所以要求對功率需求作出較快速的響應，而較長的衝洗時間是一個缺點。
發明概述
本發明的目的是提供一種用於氣體發動機的監測系統，該監測系統可以縮短出口通道的預防衝洗時間。
現有技術中的問題是沒有手段來控制通風是否足以將管道清空。過短的通風時間意味著爆炸的風險，而長時間通風又是有問題的，尤其是在要求設備對功率需求作出快速響應時。因此，快速的通風，即，出口通道的衝洗時間將被實現。
本發明的特徵在於，在出口通道中的可能會積聚未燃燒的燃料氣體的位置定位有至少一個NOx傳感器。本發明解決了所述問題，並實現了短的衝洗時間。另外，本發明的系統顯著地提高了發動機設備的安全性。
根據本發明系統的實施方式，傳感器被定位以及未燃燒的燃料氣體可能會積聚的位置是消聲器、鍋爐、催化器、熱回收系統、出口通道的閉合的弧形頂部或對應位置。因此，傳感器位置被選擇成使燃料氣體能被收集在出口通道的口袋形位置中。自然地，如果被使用的燃料氣體重於空氣，例如丙烷之類，那麼將需要相反的方式，即，傳感器需要被定位在底部封閉的碗型位置。在這兩種情況下，優選地，在選擇所述位置時都要考慮到口袋的容積。非常小的口袋不如能收集大量燃料氣體的大口袋重要。
根據其它實施方式，傳感器是能測量NO濃度和O2濃度的NOx傳感器。被用於發動機控制功能的普通NOx傳感器典型地位於不能測量口袋中積聚的氣體的位置。本發明中，傳感器可能正好與發動機控制傳感器相似，但是位置不同。由於燃燒環境的高溫，只有某些類型的材料能在這種位置工作。大部分被研發出來的市售NOx傳感器由陶瓷型金屬氧化物製造，最常見的是釔穩定的氧化鋯(YSZ)，目前它也被用在氧傳感器中。YSZ被壓縮成一種密度陶瓷並實際地在出口通道的高溫下，比如在400℃下甚至更高，傳導氧離子(O2-)。根據實施方式，傳感器是雙傳感器裝置，其中至少有兩個傳感器，一個NOx傳感器能測量NO濃度，另一個傳感器能測量O2濃度。
還根據本發明的實施方式，所述系統被配置成在不成功的啟動嘗試之後執行檢查程序。在檢查程序期間，傳感器檢測或測量該傳感器所在的位置處的氧和NO的含量。然後，基於所述測量，所述系統被布置成基於O2濃度和NO濃度在至少三種可能的狀態之間進行區分，其中所述至少三種可能的狀態包括：
-指示出口通道還沒有被通風但在出口通道中不存在爆炸風險的第一狀態，
-指示出口通道還沒有被通風但在出口通道中存在爆炸風險的第二狀態，
-指示出口通道已經被充分地通風的第三狀態。
附圖說明
下文中，將參考下列附圖更詳細地描述本發明，其中，
圖1示出了系統的總體概況，
圖2示出了檢查程序的實施方式。
具體實施方式
在圖1中，它示出了發動機1設備，包括用於氣體發動機1的監測系統2，發動機1是一種使用氣體作為燃料的往復式內燃發動機1，發動機1被連接到用於將排氣引出發動機1的出口通道3，布置有與出口通道3相關的風扇30，用於在發動機1未啟動的情況下(換句話說，當發動機還沒有基於燃料的燃燒而啟動運行時)以及在出口通道3中可能積聚有未燃燒的燃料氣體G時使用空氣A衝洗出口通道3。在出口通道3中的可能會積聚未燃燒的燃料氣體G的位置定位有至少一個NOx傳感器5。傳感器5被定位以及未燃燒的燃料氣體G可能會積聚的位置例如可以是消聲器7，如圖1所示，但是也可能是鍋爐、催化器、熱回收系統、出口通道的某種閉合的弧形頂部或相應位置。
傳感器5的布置優選地使得傳感器5是能測量NO濃度和O2濃度的NOx傳感器。對傳感器5存在某些要求，它需要足夠準確以能夠相對準確地測量不同溫度下出口通道內氣體的含量。它還要耐用，以承受熱排氣環境。傳感器也可以是一種雙傳感器裝置，其中存在至少兩個傳感器，一個NOx傳感器能測量NO濃度，另一個傳感器能測量O2濃度。但是，針對所述目的的指定傳感器5的選擇與特性被規定的普通傳感器選擇相同。
根據本發明的實施方式，所述系統可與發動機主控制系統集成在一起。它可以被部分地或全部地集成到發動機主控制系統，或者它可以被設置成獨立的系統。系統的傳感器5測量NO和O2的含量，發動機主控制系統或輔助控制系統讀取測量值，然後像下文所描述那樣使用這些數據。系統被布置成基於所測得的O2和NO濃度在至少三種可能的狀態之間進行區分，其中所述至少三種可能的狀態包括：
-指示出口通道還沒有被通風但在出口通道中不存在爆炸風險的第一狀態，
-指示出口通道還沒有被通風但在出口通道中存在爆炸風險的第二狀態，
-指示出口通道已經被充分地通風的第三狀態。
更詳細地，所述系統被布置成：
-響應於O2濃度低於低O2閾值且NO濃度超過高NO閾值而檢測第一狀態，
-響應於O2濃度在預定範圍內且NO濃度低於低NO閾值而檢測第二狀態，
-響應於O2濃度超過高O2閾值而檢測第三狀態。這裡所述的預定範圍是從18％到20％的範圍。
根據實施方式，所述監測系統可被如下設置：
-低O2閾值是在從A％到B％的範圍內的閾值，
-高O2閾值是在從C％到D％的範圍內的閾值，
-低NO閾值是在從X％到Y％的範圍內的閾值，
-高NO閾值是在從Z％到W％的範圍內的閾值。
A、B、C、D、X、Y、Z和W的準確值取決於不同的因素，比如實際氣體成分、環境空氣溼度以及相應的因素。
在圖2中，之前所描述的過程的實施方式以流程圖的形式被示出。該過程能夠以很多不同的形式被引導，並且步驟的順序不必按照下面所示，這只是選擇之一。基本理念是獲得O2濃度和NO濃度的指示，如框200中所示。在框201中，第一比對核查被執行。如果所測得的O2濃度低於低O2閾值，且所測得的NO濃度高於高NO閾值，則框判定是真，然後前進到框204。因為框判定被滿足，所以測量的含量對應於燃燒後的排氣。因此可以得出出口通道3沒有被通風但不存在爆炸風險的結論。然後，例如，批准新的啟動嘗試。如果框201的結果是假，則前進到框202。
在框202中，檢查所測得的NO濃度是否大於高NO閾值以及O2濃度是否在預定範圍之間Tho2_1＜O2＜Tho2_2。如果框判定為真，則前進到框205。因為框判定被滿足，所以測量的含量對應於未燃燒的燃料氣體/氧氣混合物。因此，可以得出出口通道3沒有被通風但存在爆炸風險的結論。然後，例如，新的啟動嘗試不被批准，衝洗動作應當被執行。如果框202的結果是假，則前進到框203。
在框203中，檢查O2濃度是否大於高O2閾值。如果為真，則前進到框206。因為框203判定被滿足，所以測量的含量對應於普通空氣。因此，可以得出出口通道3被恰當地通風且沒有爆炸風險的結論。然後，例如新的啟動嘗試被批准。如果框203的值為假，則這種狀態的爆炸危險不明確。
因為之前所描述的實施方式僅示出了部分選擇，尤其是流程圖可能被布置而按照多種順序被執行，所以上述內容僅是一種示例。因此，對本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明及其實施方式不限於以上的示範實施方式。表示某些特徵的存在的表達是非限制性的，從而使得對特徵的描述不排除或者不要求在獨立權利要求或從屬權利要求中沒有提及的其它特徵的存在。