柴油機(jī)排放測量的制作方法
【專利摘要】可從發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和自發(fā)動機(jī)的排氣體積確定諸如柴油發(fā)電機(jī)的發(fā)動機(jī)的排放輸出。對于所測量的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，可計(jì)算諸如氮氧化物（NOx）的化學(xué)品。計(jì)算可包括從空氣壓力測量值和渦輪壓縮機(jī)速度測量值來確定發(fā)動機(jī)中的空氣流量。計(jì)算還可包括通過從已知的測試結(jié)果導(dǎo)出燃料流量來確定進(jìn)入發(fā)動機(jī)的氣體流量?？墒褂糜?jì)算的排放輸出來確保發(fā)動機(jī)符合環(huán)境法規(guī)。當(dāng)發(fā)動機(jī)未能符合環(huán)境法規(guī)時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)視程序可生成警報(bào)。
【專利說明】柴油機(jī)排放測量
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2011年8月16日提交的、授予Douglas Robertson等人的名稱為“Measurement of Diesel Engine Emissions (柴油機(jī)排放測量)”的美國臨時(shí)申請N0.61/524,053的優(yōu)先權(quán)，該申請以引用的方式合并到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本申請涉及環(huán)境測試。更具體而言，本申請涉及船用柴油機(jī)的排氣測試。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)動機(jī)通常通過燃燒燃料而發(fā)電。在發(fā)動機(jī)中在燃燒期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，除了發(fā)電外，還形成具有多種化合物的排氣?；衔飶陌l(fā)動機(jī)排放到環(huán)境中。但是，各地政府部門常常調(diào)控化合物到環(huán)境中的排放。例如，在美國，環(huán)境保護(hù)署(EPA)可以調(diào)控特定化學(xué)品到環(huán)境中的釋放。
[0004]柴油機(jī)在燃燒期間生成氮氧化物(N0X)，其通過柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)釋放。由EPA來監(jiān)視NOx，這對于可排放到環(huán)境中的NOx量設(shè)置限制。但是，NOxS發(fā)動機(jī)(無論是柴油機(jī)還是其它發(fā)動機(jī))所產(chǎn)生的多種化學(xué)品中的僅一種，其受到監(jiān)視和限制。由發(fā)動機(jī)釋放的排氣和化學(xué)品量隨發(fā)動機(jī)的操作條件而不同。例如，由發(fā)動機(jī)生成的排氣可關(guān)于置于發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷而不同。
[0005]當(dāng)至電網(wǎng)的連接不可用或不起作用時(shí)，柴油機(jī)常常用作發(fā)電機(jī)。例如，柴油發(fā)電機(jī)可用在船上和海上平臺上以生成用于船載和平臺上電氣裝置的電力。但是，當(dāng)用作發(fā)電機(jī)時(shí)，柴油機(jī)可能經(jīng)受可變的負(fù)荷。圖1為示出鉆機(jī)的發(fā)電機(jī)的負(fù)荷隨著時(shí)間快速變化的曲線圖。曲線圖100中的線102示出了 y軸上以千瓦為單位的發(fā)電機(jī)的負(fù)荷與X軸112上以秒為單位的時(shí)間。當(dāng)柴油機(jī)上的負(fù)荷快速變化時(shí)，由柴油機(jī)生成的排氣也快速地變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一實(shí)施例，一種方法包括:確定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷。該方法還包括:確定發(fā)動機(jī)的排氣體積。該方法還包括:部分地基于負(fù)荷、排氣體積和化學(xué)品的密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品量。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施例，一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括:非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其具有用來確定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷的代碼。該介質(zhì)還包括確定發(fā)動機(jī)的排氣體積的代碼。該介質(zhì)還包括用來部分地基于負(fù)荷、排氣體積和化學(xué)品的密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品量的代碼。
[0008]根據(jù)又一實(shí)施例，一種設(shè)備包括功率計(jì)，其聯(lián)接到發(fā)動機(jī)的輸出。該設(shè)備還包括聯(lián)接到發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)監(jiān)視器。該設(shè)備還包括存儲器。該設(shè)備還包括處理器，其聯(lián)接到功率計(jì)并且聯(lián)接到發(fā)動機(jī)監(jiān)視器并且聯(lián)接到存儲器。該處理器被配置成從功率計(jì)來確定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷。該處理器還被配置成從發(fā)動機(jī)監(jiān)視器來確定發(fā)動機(jī)的排氣體積。處理器還被配置為:部分地基于負(fù)荷、排氣體積和化學(xué)品密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品量。[0009]前文的描述相當(dāng)概括性地?cái)⑹霰竟_的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)以能更好地理解下面的本公開的詳細(xì)描述。本公開的額外特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下文中描述，其形成本公開的權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解所公開的概念和具體實(shí)施例可以容易地用作修改或設(shè)計(jì)用來執(zhí)行本公開相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這樣的等效構(gòu)造并不偏離如所附權(quán)利要求所闡述的本公開的精神和范圍。在結(jié)合附圖考慮時(shí)，從以下描述可以更好地理解被認(rèn)為是本公開的特征的、關(guān)于其組織和操作方法的新穎特點(diǎn)以及另外的目的和優(yōu)點(diǎn)。但是，應(yīng)當(dāng)明確地理解，附圖中的每一個(gè)僅僅為了說明和描述目的提供并且不意圖限定對本公開的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖來參考以下描述。
[0011]圖1為示出了鉆機(jī)的發(fā)電機(jī)的負(fù)荷隨著時(shí)間快速變化的曲線圖。
[0012]圖2為示出了根據(jù)本公開的一實(shí)施例用來計(jì)算發(fā)動機(jī)排放的方法的流程圖。
[0013]圖3為根據(jù)本公開的一實(shí)施例用于發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器的壓縮機(jī)特性線圖。
[0014]圖4為示出根據(jù)本公開的一實(shí)施例獲得用于計(jì)算發(fā)動機(jī)排放的值的方法的流程圖。
[0015]圖5示出了根據(jù)本公開的一實(shí)施例用來計(jì)算發(fā)動機(jī)的排放的設(shè)備的框圖。
[0016]圖6為根據(jù)本公開的一實(shí)施例用來記錄發(fā)動機(jī)的排放的計(jì)算機(jī)程序的屏幕截圖。
[0017]圖7為示出根據(jù)本公開的一實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]發(fā)動機(jī)例如柴油機(jī)的排放可通過測量從發(fā)動機(jī)和/或其它部件得到的參數(shù)并且使用那些參數(shù)來計(jì)算排放量而確定。該量可為例如由發(fā)動機(jī)生成的以克每千瓦小時(shí)為單位的輸出的值。由發(fā)動機(jī)排放的不同化學(xué)品量可從相關(guān)化學(xué)品的密度、發(fā)動機(jī)負(fù)荷、排氣體積和/或其它參數(shù)來確定。在一實(shí)施例中，氮氧化物(NOx)排放量從發(fā)動機(jī)負(fù)荷和從發(fā)動機(jī)排放的排氣體積來確定。
[0019]圖2示出了根據(jù)本公開的一實(shí)施例用來計(jì)算發(fā)動機(jī)排放的方法的流程圖。方法200始于框202，確定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷。根據(jù)一實(shí)施例，發(fā)動機(jī)軸負(fù)荷可從電氣配電板負(fù)荷來計(jì)算。根據(jù)另一實(shí)施例，發(fā)動機(jī)總負(fù)荷為發(fā)動機(jī)軸負(fù)荷。
[0020]方法200繼續(xù)至框204，確定自發(fā)動機(jī)的排氣體積。排氣體積可從一種或多種組分諸如像燃料流量與空氣流量之和來確定。
[0021]根據(jù)一實(shí)施例，可部分地基于發(fā)動機(jī)增壓空氣壓力從壓縮機(jī)特性線圖來確定空氣流量并且利用渦輪壓縮機(jī)速度來驗(yàn)證。空氣壓力和渦輪壓縮機(jī)速度可由發(fā)動機(jī)監(jiān)視器傳感器來測量并且報(bào)告給處理器。處理器可被配置成存取在存儲器中存儲的壓縮機(jī)特性線圖。存儲器可包括多個(gè)壓縮機(jī)特性線圖，每個(gè)壓縮機(jī)特性線圖適于特定發(fā)動機(jī)。圖3為根據(jù)本公開的一實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)特性線圖。曲線圖300可包括具有增加的空氣壓力值的X軸304。曲線圖300還可包括具有增加的渦輪壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)閥的y軸302。曲線圖300的線310可連接y軸302上的空氣壓力比與x軸304上以m /s為單位的渦輪壓縮機(jī)空氣流量。
[0022]已知以g/kW*hr為單位的燃料消耗和測量的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，可基于發(fā)動機(jī)測試臺結(jié)果來確定燃料流量。例如，在更高負(fù)荷下，發(fā)動機(jī)消耗額外燃料。根據(jù)一實(shí)施例，對于具有高空氣流量與燃料流量比(例如，25:1至75:1)的發(fā)動機(jī)而言，用于不同發(fā)動機(jī)負(fù)荷的燃料流量數(shù)量的查找表可存儲于存儲器中并供參考。因?yàn)榭諝饬髁颗c燃料流量的比很高并且燃料流量與空氣流量相比較低，所以燃料流量數(shù)量中的誤差并未給排氣體積的計(jì)算引入較大誤差。因此，查找值，盡管是基于估計(jì)而不是基于實(shí)際測量，可用來確定燃料流量而不會給排氣體積確定添加較大誤差。根據(jù)另一實(shí)施例，具有空氣流量與燃料流量較低比例的發(fā)動機(jī)可具有發(fā)動機(jī)監(jiān)視器用來連續(xù)地或以規(guī)定的間隔地測量燃料流量。
[0023]返回參考圖2，然后該方法200繼續(xù)到框206，部分地基于負(fù)荷、排氣體積和化學(xué)品密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品量。所計(jì)算的量可從下面的公式來確定:
Q =P /L*Ve,
其中P為以克每千瓦小時(shí)為單位的量，P為相關(guān)化學(xué)品的密度，L為發(fā)動機(jī)的負(fù)荷，并且VeS發(fā)動機(jī)所生成的排氣體積。密度P可如下來計(jì)算:
P = ppm*k*MW/T,
其中ppm為化學(xué)品的百萬分之幾的濃度泌為比例常數(shù)，MW為化學(xué)品的摩爾重量，并且T為排氣溫度。根據(jù)一實(shí)施例，可通過設(shè)置MW = 46.01和A = 12.187來計(jì)算氮氧化物(NOx)的排放量。比例常數(shù)k可從下式計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 確定發(fā)動機(jī)的第一負(fù)荷； 確定第一負(fù)荷下發(fā)動機(jī)的排氣流量；以及 部分地基于第一負(fù)荷、排氣流量和化學(xué)品密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品的第一量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 確定發(fā)動機(jī)的第二負(fù)荷； 確定第二負(fù)荷下發(fā)動機(jī)的第二排氣流量；以及 部分地基于第二負(fù)荷、第二排氣流量和化學(xué)品密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品的第——里， 其中以部分地由采樣率限定的離散時(shí)間來執(zhí)行第二負(fù)荷的確定和第一負(fù)荷的確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定第一負(fù)荷的步驟包括下列中的至少一個(gè):從電氣配電板確定負(fù)荷、從發(fā)動機(jī)軸確定負(fù)荷和從發(fā)電機(jī)效率測量負(fù)荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定排氣流量的步驟包括: 確定空氣流量；以及 確定燃料流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，確定空氣流量的步驟包括部分地基于發(fā)動機(jī)排氣的壓力比和發(fā)動機(jī)的渦輪壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率來確定空氣流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，確定空氣流量的步驟包括從發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)特性線圖來確定空氣流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，確定燃料流量的步驟包括在燃料流量表中查找值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算化學(xué)品量的步驟包括計(jì)算氮氧化物(NOxMA量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:當(dāng)化學(xué)品量超過第一值時(shí)生成警報(bào)。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括: 非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括: 用來確定發(fā)動機(jī)的第一負(fù)荷的代碼； 用來確定第一負(fù)荷下發(fā)動機(jī)的排氣流量的代碼；以及 用來部分地基于負(fù)荷、排氣體積和化學(xué)品的密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品量的代碼。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述介質(zhì)還包括: 用來確定發(fā)動機(jī)的第二負(fù)荷的代碼； 用來確定發(fā)動機(jī)的第二排氣流量的代碼； 用來部分地基于第二負(fù)荷、第二排氣流量和化學(xué)品的密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品的第二量的代碼， 其中以部分地由采樣率限定的 離散時(shí)間來執(zhí)行用來確定第二負(fù)荷的代碼和用來確定第一負(fù)荷的代碼。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用來確定排氣流量的代碼包括:用來確定空氣流量的代碼；以及 用來確定燃料流量的代碼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用來確定空氣流量的代碼包括用來從發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)特性線圖確定空氣流量的代碼。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用來計(jì)算化學(xué)品量的代碼包括用來計(jì)算氮氧化物(NOx)的量的代碼。
15.一種設(shè)備，包括: 功率計(jì)，其聯(lián)接到發(fā)動機(jī)的輸出端； 發(fā)動機(jī)監(jiān)視器，其聯(lián)接到發(fā)動機(jī)； 存儲器；以及 處理器，其聯(lián)接到功率計(jì)、聯(lián)接到發(fā)動機(jī)監(jiān)視器并且聯(lián)接到存儲器， 其中所述處理器被配置成: 從功率計(jì)來確定發(fā)動機(jī)的第一負(fù)荷； 從發(fā)動機(jī)監(jiān)視器來確定發(fā)動機(jī)的排氣流量；以及 部分地基于第一負(fù)荷、排氣流量和化學(xué)品密度來計(jì)算從發(fā)動機(jī)排放的化學(xué)品量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述發(fā)動機(jī)監(jiān)視器包括: 空氣壓力傳感器； 空氣溫度傳感器；以及 渦輪壓縮機(jī)速度傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述處理器被配置成部分地基于發(fā)動機(jī)中的空氣流量和發(fā)動機(jī)中的燃料流量來確定發(fā)動機(jī)的排氣流量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述處理器被配置成: 從空氣壓力傳感器接收空氣壓力測量值； 從渦輪壓縮機(jī)速度傳感器接收渦輪壓縮機(jī)速度；以及 部分地基于空氣壓力測量值和渦輪壓縮機(jī)速度來確定空氣流量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述處理器被配置成: 部分地基于存儲于存儲器中的發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)特性線圖來確定空氣流量；以及 部分地基于存儲于存儲器中的發(fā)動機(jī)的燃料流量來確定燃料流量。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述處理器被配置成計(jì)算氮氧化物(NOx)的量。
【文檔編號】F01N11/00GK103890341SQ201280039774
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】D.A.羅伯森, N.薩納尼康, M.塔戈莫里 申請人:越洋塞科外匯合營有限公司