氢内燃机系统中基于成本的替代率控制
操作内燃机系统(10)包括在发动机(12)的多个气缸(16)中以第一替代率燃烧气态氢燃料和气态碳氢化合物燃料、将排放成本值和氢成本值输入到用于发动机(12)的燃料混合控制系统(60)，并通过燃料混合控制系统(60)的电子控制单元(62)基于各个成本值确定燃料混合控制项。操作发动机系统(12)还包括基于燃料混合控制项，改变用于发动机(12)的进气系统(28)的氢燃料或碳氢化合物燃料中的至少一种进气，以及燃烧由在发动机(12)的多个气缸(16)中改变进气产生的以第二替代率的氢燃料和碳氢化合物燃料。
发明专利
CN202280080972.9
2022-12-01
CN118369498A
2024-07-18
F02D19/08(2006.01)
卡特彼勒公司
S·J·比克特;M·R·戴克德
美国伊利诺伊州
北京泛华伟业知识产权代理有限公司
徐舒
美国;US
1.一种操作内燃机系统(10，110)的方法，包括： 在发动机(12，112)的多个气缸(16，116)中以第一H2与HC替代率燃烧包含气态氢燃料(H2)和气态碳氢化合物燃料(HC)的混合物； 将排放成本值和氢成本值输入到所述发动机(12，112)的燃料混合控制系统(60，160)； 通过所述燃料混合控制系统(60，160)的电子控制单元(62，162)，基于所述排放成本值和所述氢成本值确定燃料混合控制项； 基于所述燃料混合控制项，改变用于所述发动机(12，112)的进气系统(28)的所述H2或所述HC中的至少一种的进气；以及 通过在所述发动机(12，112)的多个气缸(16，116)中，由所述H2或所述HC中的至少一种改变的进气产生的第二H2与HC替代率来燃烧包含所述H2和所述HC的混合物。 2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机(12，112)是在工作现场具有固定操作位置的固定式发动机(12，112)，并且还包括将包括所述HC的管线气体甲烷进料供应到位于所述固定操作位置的所述发动机(12，112)的所述进气系统(28)； 所述方法还包括通过所述发动机(12、112)的驱动轴(36)旋转包括泵(42)、压缩机或发电机(142)的负载(38，138)。 3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，改变所述H2或所述HC中的至少一种的进气包括调节H2进气阀(48)以改变通过熏蒸供应给所述进气系统(28)的包含所述HC的进料流中允许进入的所述H2的量。 4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中： 所述第一H2至HC替代率和所述第二H2至HC替代率中的每一个为25％或更小； 所述输入排放成本值和氢成本值包括在所述燃料混合控制系统(60，160)的用户接口装置(72，172)上输入各自的值；以及 所述排放成本值包括碳成本值。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括液体燃料引燃以H2至HC的所述第一替代率的所述混合物和以H2至HC的所述第二替代率的所述混合物中的每一个。 6.一种内燃机系统(10，110)，包括： 发动机(12，112)，所述发动机(12，112)内形成有多个燃烧气缸(16，116)，以及多个活塞(18)，所述每个活塞在所述多个燃烧气缸(16，116)中的一个中往复运动； 气态氢燃料(H2)进气阀(48，148)； 气态碳氢化合物燃料(HC)进气阀(50，150)； 进气系统(28)，所述进气系统(28)被构造成将包含所述H2、所述HC和空气的混合物传送至所述多个燃烧气缸(16，116)； 燃料混合控制系统(60，160)，所述燃料混合控制系统(60，160)包括与所述H2进气阀(48，148)和所述HC进气阀(50，150)进行控制通信的电子控制单元(62，162)，并且所述电子控制单元(62，162)被构造成： 接收输入的排放成本值和氢成本值； 基于所述排放成本值和所述氢成本值确定燃料混合控制项；以及 控制所述H2进气阀(48，148)和所述HC进气阀(50，150)以将所述H2和所述HC以基于所述燃料混合控制项的H2至HC替代率供应到所述进气系统(28)。 7.根据权利要求6所述的系统(10，110)，其中： 所述电子控制单元(62，162)还被构造成调节所述H2进气阀(48，148)或所述HC进气阀(50，150)中的至少一个以基于所述燃料混合控制项来改变所述H2至HC的替代率； 所述电子控制单元(62，162)还被构造为在0％至25％的替代率范围内改变所述H2至HC的替代率； 所述系统(10，110)还包括用户接口装置(72，172)，所述用户接口装置(72,172)被构造为接收所述排放成本值和所述氢成本值中的每一个作为用户输入；以及 其中，所述电子控制单元(62，162)耦接到所述用户接口装置(72，172)并且被构造成从具有排放成本坐标、氢成本坐标和燃料混合控制项坐标的存储图来确定所述燃料混合控制项。 8.根据权利要求6或7所述的系统(10)，其中，所述H2进气阀(48)和所述HC进气阀(50)中的每一个被布置成在压缩机(30)流体上游的位置处，分别将H2和HC供应至所述进气系统(28)。 9.根据权利要求6或7所述的系统(110)，其中，所述HC进气阀(150)被布置成在压缩机流体下游的位置处将所述HC供应到所述进气系统。 10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统(10)，还包括可操作地耦接到所述发动机(12)的驱动轴(36)的压裂泵(42)。