CN104508278A - 温度控制的燃烧系统和方法 - Google Patents

温度控制的燃烧系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104508278A
CN104508278A CN201380039724.0A CN201380039724A CN104508278A CN 104508278 A CN104508278 A CN 104508278A CN 201380039724 A CN201380039724 A CN 201380039724A CN 104508278 A CN104508278 A CN 104508278A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
engine
combustion
internal
firing chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380039724.0A
Other languages
English (en)
Inventor
C·格尔克
G·唐纳森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN104508278A publication Critical patent/CN104508278A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0692—Arrangement of multiple injectors per combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269—Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0602—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/0607—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/061—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0649—Liquid fuels having different boiling temperatures, volatilities, densities, viscosities, cetane or octane numbers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0689—Injectors for in-cylinder direct injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/081—Adjusting the fuel composition or mixing ratio; Transitioning from one fuel to the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/08—Introducing corrections for particular operating conditions for idling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F02D41/3041—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • F02D41/3047—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug said means being a secondary injection of fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
    • F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D2041/3052—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used the mode being the stratified charge compression-ignition mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/021—Engine temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101—Engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1446—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being exhaust temperatures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

内燃机(102)系统经配置使用第一反应性的第一燃料(182)和第二反应性的第二燃料(202)操作。发动机系统(100)测量内部燃烧系统的操作参数。发动机系统(100)还引入到发动机系统(100)的燃烧室(106)并且在高温/高速(HTS)条件期间在其中燃烧第一燃料(182)和第二燃料(202)。发动机系统(100)也引入到燃烧室(106)并且在低温/低速(LTS)条件期间主要仅燃烧第一燃料(182)或第二燃料(202)中的一种。

Description

温度控制的燃烧系统和方法
技术领域
本发明一般涉及内燃机，并且更具体地涉及使用不止一种燃料操作的内燃机。
背景技术
用不止一种燃料操作的内燃机是已知的。某些发动机使用具有不同反应性的两种或更多种燃料。此类发动机的一个示例可以见于2011年8月11日公开的Reitz等人(下文中称为“Reitz”)的美国专利申请公开号2011/0192367，其全部内容以引用方式并入本文。Reitz描述了在有时称为反应性控制压缩点火(“RCCI”)的燃烧过程中使用具有两种或更多种反应性的燃料供给的压缩点火发动机。根据Reitz，两种燃料可以在进气压缩冲程期间的不同时间引入燃烧室中，以产生在压缩下会自发点火的具有不同反应性的分层区域。燃料的相对反应性和及其引入的正时部分确定了点火正时、燃烧率、燃料效率、发动机功率输出和排放等。
气缸内温度在可以影响Reitz的点火正时的因素中。当内燃机在其额定速度范围内运行时，在燃烧之前发动机气缸内的空气/燃料混合物的温度可以部分地控制燃烧室内两种燃料的分层区域的自发点火和彻底燃烧。然而，在低操作温度下诸如在发动机启动期间或当发动机空转时，可能难以控制点火正时并且因此难以控制燃烧的速率或持续时间。因此，在这些低温条件期间，不可实现Reitz的双反应性系统的一些益处和效率。
发明内容
在一个方面，本发明描述操作经配置利用两种不同反应性的燃料的内燃机的方法。该方法包括测量内部燃烧系统的操作参数。该方法可以引入到燃烧室并且在内部燃烧系统的高温/高速(HTS)条件下燃烧具有第一反应性的第一燃料和具有第二反应性的第二燃料。第一燃料和第二燃料的引入可以发生在内部燃烧循环期间的不同时间。该方法也可以引入到燃烧室并且在内部燃烧系统的低温/低速(LTS)条件下主要仅燃烧第一燃料或第二燃料中的一种。
在另一个方面，本发明还描述了内燃机系统，该内燃机系统具有储存第一反应性的第一燃料的第一燃料储器和储存第二反应性的第二燃料的第二燃料储器。内燃机包括具有在气缸中可移动的活塞的燃烧室。与燃烧室相关联的第一喷射器可以将第一燃料引入到燃烧室，并且与内部燃烧室相关联的第二喷射器可以引入第二燃料。内燃机也可以包括测量与内燃机相关联的操作参数的传感器。控制器与传感器连通以接收操作参数。在内燃机的低温/低速(LTS)条件期间，控制器控制第一喷射器和第二喷射器，以在内部燃烧过程期间主要仅将第一燃料或第二燃料中的一种引入到燃烧室。然而，在内部燃烧系统的高温/高速(HTS)条件期间，控制器控制第一喷射器和第二喷射器，以在内部燃烧循环期间的不同时间将第一燃料和第二燃料两者都引入到燃烧室。
在另一个方面，本发明也描述了待由操作内燃机系统的电子控制器执行的方法。该方法包括由电子控制器接收指示内燃机系统的操作参数的信号。该方法确定操作参数是否指示内燃机在低温/低速(LTS)条件下还是在高温/高速(HTS)条件下。如果在LTS条件下，则该方法发出第一指令以主要使用具有第一反应性的第一燃料来操作内燃机系统。当在HTS条件下时，该方法发出第二指令以使用具有第一反应性的第一燃料和具有第二反应性的第二燃料来操作内燃机系统。该方法重复以根据操作参数的变化在发出第一指令和发出第二指令之间切换。
附图说明
图1是具有内燃机的发动机系统的方框图，该内燃机通过燃烧具有不同反应性的燃料适于RCCI操作，经进一步配置用于在低发动机温度和速度下操作。
图2是其中具有可以设置在内燃机中的可移动活塞的发动机气缸的横截面图，并且示出结合彼此操作的阀、凸轮轴和燃料喷射器。
图3至图5是发动机气缸和在压缩循环期间在各个点处可移动地设置在其中的活塞的横截面图，在压缩循环期间不同反应性的分层区域在气缸内形成。
图6是用所公开的发动机系统运行米勒热动力循环的阀正时图。
图7是表示运行发动机系统的可能程序或步骤的示意流程图，该发动机系统在高温/高速条件期间和低温/低速条件期间适于操作RCCI燃烧过程。
具体实施方式
本发明涉及内燃机，并且更具体地涉及例如在RCCI燃烧过程中使用不止一种燃料操作的内燃机和包括此类发动机系统的机器。内燃机燃烧烃基燃料或另一种可燃燃料源，以将其中的潜在能或化学能转换为物理运动形式的可用于其他工作的机械能。在一个实施例中，所公开的发动机使用高反应性燃料诸如柴油与低反应性燃料诸如汽油一起操作，但是考虑了另选实施例，其中单一燃料被加工以便具有两种不同反应性或预期两种其他种类的燃料。在预期的各种实施例中，具有不同反应性的燃料通过各种方法引入到发动机气缸，这些方法包括一种或多种燃料对气缸内的直接喷射和/或间接喷射方法。间接燃料喷射方法可以适合使用中的具体类型的燃料。例如，气体燃料诸如丙烷或天然气可以分散在发动机的进气歧管中用于与发动机进气空气混合，而液体燃料诸如汽油可以在气缸进气口处或靠近气缸进气口处喷射用于与进入气缸的空气混合。
参考图1，其中相同标识号表示相同元件，描绘了发动机系统100的方框图。发动机系统100包括内燃机102并且具体地为压缩点火发动机，其中空气/燃料混合物被压缩，从而将压力和温度上升到发生自动点火或自发点火的点。在另选实施例中，根据所使用的燃料类型，发动机可以是火花点火发动机，其中火花塞发起点火。所示的内燃机102包括其中设置了多个燃烧室106的发动机组104。虽然示出了六个燃烧室，但是在其他实施例中，更少或更多的燃烧室可以以串联配置或另一个配置诸如V配置布置。
参考图2，每个燃烧室106包括镗孔或气缸108，镗孔或气缸108可以钻孔或成型为发动机组104并且可以可滑动地容纳其中的可移动活塞110。成轮廓的碗状部111可以设置在活塞110的顶面或表面中，该成轮廓的碗状部111可以被成形用于燃烧室106内的通道或直接气流。气缸108的一端由沿火焰板(flame deck)表面112关闭，该火焰板112沿覆盖发动机组104的气缸盖114的最低的表面设置。燃烧室106因此通常由气缸108、可移动活塞110和火焰板表面112围住。往复式活塞110在气缸108中、在其中活塞最接近火焰板表面112上止点(TDC)位置和其中活塞离火焰板表面最远的下止点(BDC)位置之间移动。燃烧室106从而限定可变容积116，可变容积116随着活塞110在气缸108内在其中可变容积最小的TDC位置和其中可变容积最大的BDC位置之间往复运动而膨胀或收缩。
活塞110在气缸内的往复运动和可变容积116的膨胀和收缩完成了内部燃烧循环。内部燃烧循环可以包括进气冲程，其中随着活塞110从TDC位置移动到BDC位置空气和/或燃料可以独立或单独地引入到燃烧室106。内部燃烧循环也可以包括压缩冲程，其中活塞110移回到TDC位置，该位置将空气/燃料混合物压缩到点火的点。典型的燃烧柴油的内燃机的压缩比可以为大约15:1，但是其他压缩比也是常见的。在动力冲程期间，燃烧混合物膨胀并且迫使活塞110再次向下到BDC位置。活塞110可以连接或连结至曲轴，使得活塞的线性运动转换成可用于向应用或机器提供动力的旋转运动。为了将燃烧的排气从气缸108中排出，来自曲轴的惯性和/或在其他燃烧室106中发生的动力冲程在排气冲程期间将活塞110驱动返回到TDC位置。
参考图1和图2，为了引导压缩过程中使用的进气空气，进气歧管120可以设置在发动机组104中或附接至发动机组104并且沿燃烧室106中的每个延伸和/或在燃烧室106的上方延伸。进气歧管120和燃烧室106的流体连通可以由多个进气流道122建立，进气流道122从进气歧管延伸并且在所示的实施例中设置完全或部分通过气缸盖114。至少一个进气流道122与每个燃烧室106相关联并且终止于进气口124处，进气口124可以设置通过火焰板表面112或气缸的另一部分并且可以由进气阀126选择性地打开和关闭。如果活塞110通过进气冲程从TDC位置向下移动到BDC位置同时进气阀136打开，可变容积116将膨胀以在其中接收来自进气流道122通过进气口124的进气空气。虽然在所示的实施例中，进气口124和进气阀126具有大体圆形截面，但是在其他实施例中可以具有其他合适的形状并且可以在除了火焰板表面112的位置处形成。为了从环境中接收进气空气并且与进气系统的其他部件连通，进气歧管120可以与设置通过发动机系统100的进气管路128相关联。
为了接收通过排气冲程从燃烧室106排出的排气，排气歧管130可以以功能上反射进气歧管120的方式设置在发动机组104中或附接至发动机组104。排气歧管130通过多个排气流道132与燃烧室106连通，排气流道132从排气歧管延伸并且终止于邻近气缸108的排气口134。至少一个排气流道132和一个排气阀136可以与每个气缸108相关联。类似于进气系统，排气流道132和排气口134可以设置在气缸盖114中并且可以由排气阀136选择性地打开和关闭。如果当活塞110在气缸108中从BDC位置移动到TDC位置时排气阀136打开，则其中的排气将被推动通过排气口134并且进入排气歧管130中。为了将排气返回到大气中，排气歧管130可以与设置通过发动机系统100的相关联的排气管路138流体连通。
进气阀126和排气阀136的选择性打开和关闭可以由旋转凸轮轴140控制，该旋转凸轮轴140可以支撑在发动机组104的上方并且通常在多个燃烧室106上方延伸。参考图2，凸轮轴140沿其长度可以包括延其长度的多个偏心凸角142，其中每个凸角相对于相邻凸角异相。多个阀杆或推杆146可以从发动机组104垂直突出，阀杆或推杆146中每个可滑动地设置通过发动机盖114并且连接至相关联的进气阀126或排气阀136。阀横臂144在凸轮轴140和设置在阀推杆146中的每个的远侧端部上的凸轮从动件148之间延伸。随着凸轮轴140旋转，偏心凸角142使阀横臂144枢转，使进气阀126和/或排气阀136交替地相对于进气口124和排气口134向上和向下移动。单个凸轮轴140可以致动进气阀126和排气阀136两者，如图1所示，或平行于彼此布置的两个专用凸轮轴可以单独地分别与进气阀和排气阀相关联，如图2所示。再参考图1，凸轮轴140的旋转以及因此进气阀和排气阀打开和关闭的正时可以由凸轮轴致动器149控制。
在实施例中，发动机系统可以根据米勒热动力循环操作，其中进气阀126中的一个或多个在活塞110移动远离BDC位置之后保持打开一段时间或在活塞到达BDC位置之前关闭。这导致存在于可变容积116中的进气空气的容积小于在进气冲程和压缩冲程之间活塞110处于BDC位置时的过渡期间如果进气阀126关闭则存在的进气空气的容积。例如，如果进气阀126延迟关闭，抽吸到可变容积中的进气空气的一部分从仍然打开的进气口124中排出。米勒循环的一个效果是如果压缩被认为是燃烧室中的压力增加，一旦进气阀126实际关闭时实际压缩在压缩冲程期间稍后发生。压缩冲程可以因此被认为已由米勒循环缩短。米勒循环的可能益处包括改善的燃料经济性、排放减少、自发点火正时的变化和给定发动机负载的效率改善。
为了启用米勒循环，凸轮轴140和偏心凸角142可以经布置根据图6所示的定性阀正时图来操作进气阀126和排气阀136。图300是相对于活塞的线性平移和曲轴的旋转的各种阀打开和关闭事件的图示，曲轴的旋转表示为在由箭头R指示的顺时针方向上旋转。因此，在表300的顶部表示活塞的TDC位置或曲轴的旋转0度，并且由表的底部表示活塞的BDC位置或曲轴的旋转180度。表300表示结合进气阀打开条件发生的进气冲程302，如从TDC位置到BDC位置之后大约0到45度处发生。进气冲程302的持续时间由角α指示。结合进气阀关闭条件发生的压缩冲程304在进气冲程300结束至大约TDC位置处发生。然后，当迫使活塞从TDC位置到BDC位置时结合排气阀关闭条件发生的动力冲程306可以发生，并且结合排气阀打开条件发生的随后的排气冲程308可以从BDC位置到TDC位置发生。
为了延长进气冲程302并且缩短压缩冲程304，在活塞离开由阴影区310指示的BDC位置之后，进气阀可以保持打开额外的一部分时间。在该时间期间，进气空气的一部分从气缸中排出使开始压缩延迟直到进气阀关闭。该时间的持续时间可以控制为被称为可变阀正时的过程的一部分。参考图2，偏心凸角142沿凸轮轴140的布置、凸轮轴的旋转速度和/或凸轮轴相对于阀的位置可以选择性地调节以改变阀打开和关闭的正时。美国专利申请序列号12/952,033提供了可变阀正时的示例，其全部内容以引用方式并入本文。众所周知，存在实施可变阀正时的其他方法诸如附加致动器作用在阀杆等上。
再参考图1，为了帮助将进气空气引导到内燃机102并且从内燃机102引导排气，发动机系统100可以包括涡轮增压器150。涡轮增压器150包括设置在进气管路128中的压缩机152，该压缩机152将从大气中抽吸的进气空气压缩通过空气过滤器154并且将压缩空气引导到进气歧管120。虽然示出了单个涡轮增压器150，但是可以使用不止一个彼此串联连接和/或并联连接的此类设备。空气过滤器154可以用来过滤从大气中抽吸的空气中的微粒、水分和污染物。在一些实施例中，为了控制或调整抽吸到发动机系统100中的空气量，可调节调整器或进气歧管155可以设置在空气过滤器154和压缩机152之间的进气管路128中。进气歧管155可以由操作员致动的踏板157连结或控制以调节发动机速度，但是在其他实施例中该踏板可以以不同方式控制发动机速度。因为进气空气可以在压缩期间变热，所以中间空气冷却器156可以设置在压缩机152和进气歧管120之间的进气管路128中以冷却压缩空气。为了向压缩机152提供动力，涡轮158可以设置在排气管路138中并且可以接收通过排气歧管130从燃烧室106排出的加压的排气。引导通过涡轮158的加压的排气可以旋转其中的一系列叶片，这些叶片可旋转地耦接到压缩机中的一系列叶片。一个或多个排气后处理设备159诸如柴油微粒过滤器、催化转换器、消声器等可以设置在涡轮158下游的排气管路138中，以便在排气被排到大气之前进一步处理这些排气。
为了减少排放以及帮助对燃烧过程的调节控制，发动机系统100也可以包括排气再循环(“EGR”)系统，该排气再循环系统操作以从发动机排气系统中抽吸排气并且将其与进气空气混合。EGR系统形成进气空气/排气混合物，该混合物在添加燃料之前或之时引入燃烧室。虽然在图1中示出与发动机系统100相关联的两个示例性EGR系统，但是应当理解这些例示是示例性的并且一者、两者可以用在发动机上或两者都不可以用在发动机上。可以预期，具体类型的EGR系统的选择可以取决于每个发动机应用的具体要求。
在第一实施例中，高压EGR系统160操作以将高压排气引导到与进气流道122连通的进气歧管120。高压EGR系统160包括与排气歧管130下游和涡轮158上游的排气管路138连通的高压EGR管路162，以接收从燃烧室106排出的高压排气。因为接收到的排气仍需要通过涡轮158减压，该系统因此被称为高压EGR系统160。高压EGR管路162也与进气歧管120流体连通。为了控制与进气空气结合的排气的量或数量，高压EGR系统160可以包括沿高压EGR管路162设置的可调节EGR阀164。因此，与进气空气混合的排气的比在操作期间可以通过可调节阀164的调节而变化。因为排气可以处于可以影响燃烧过程的足够高的温度下，所以高压EGR系统也可以包括沿高压EGR管路162设置的EGR冷却器166以冷却排气。
在第二实施例中，低压EGR系统170在低压排气到达进气歧管120之前将其引导到进气管路128。低压EGR系统170包括与涡轮158下游的排气管路138连通的低压EGR管路172，使得其接收通过涡轮减压的低压排气。因为该系统使用减压的排气操作，因此该系统被称为低压EGR系统。为了控制转向的排气的数量，低压EGR管路172也可以包括可调节EGR阀174。低压EGR管路172可以与中间冷却器156上游的进气管路128连通，使得排气可以在进入燃烧室106之前被冷却。
为了向RCCI燃烧过程提供两种不同反应性的燃料，发动机系统100可以配备有经配置输送第一反应性的第一燃料182的第一燃料系统180和经配置输送第二反应性的第二燃料202的第二燃料系统200。在实施例中，第一燃料182可以具有比第二燃料202低的反应性，例如，第一燃料可以是汽油并且第二燃料可以是柴油。反应性通常是指当压缩点火时燃料燃烧的准备状态，其中较高反应性燃料通常比较低反应性燃料点火更加迅速。反应性可以与燃料的十六烷值相关，十六烷值是在压缩下燃料开始自动点火的速度的测量。常见柴油燃料可以具有约40到约55的十六辛烷值，而常见汽油可以具有90-100的研究法辛烷值RON，其中与十六烷相反辛烷额定值可以被认为是抗燃料自动点火。实际效果是汽油通常比柴油反应小。但是根据添加剂、条件作用等额定值可以变化。
第一燃料182和第二燃料202可以储存并且分别供应到内燃机102。为了储存第一燃料182例如汽油，第一燃料系统180可以包括可以定期再装满的第一燃料箱或贮存器184。为了将第一燃料182引导到内燃机102，第一燃料系统180可以包括与多个电致动的第一燃料喷射器188流体连通的第一燃料管路186，第一燃料喷射器188与每个燃烧室106相关联。为了使第一燃料182加压并且迫使其流动通过第一燃料管路186，第一燃料泵190可以设置在第一燃料贮存器184和第一燃料喷射器188之间的第一燃料管路中。用于过滤或调制第一燃料182的第一过滤器或第一调制模块192也可以设置在第一燃料管路182中。类似地，第二燃料系统200可以包括用于储存第二燃料202的第二燃料贮存器204。第二燃料贮存器204可以经由通过发动机系统100设置的第二燃料管路206与多个电致动第二燃料喷射器208连通，第二燃料喷射器208与燃烧室106相关联。第二燃料管路206也可以包括用于使第二燃料加压的第二燃料泵210和用于过滤或调制第二燃料的第二燃料模块212。在所示的实施例中，第一燃料喷射器188和第二燃料喷射器208可以专用于分别引入不同反应性的燃料。然而，在其他实施例中，单个共用燃料喷射器可以用于引入不同反应性的燃料。另外，第一燃料喷射器188和第二燃料喷射器208可以在气缸侧上方或通过气缸侧直接接近燃烧室106以直接喷射燃料或可以与间接喷射特征结构诸如预喷射室相关联以间接引入燃料。在其他实施例中，可以利用除燃料喷射器诸如汽化器等之外的引入方法。
除了本文所述的两种燃料布置之外或代替两种燃料布置，发动机系统100可经配置使用来自单一燃料源的反应性被修改的单一燃料操作。燃料反应性可以由添加剂诸如十六烷强化剂等修改，添加剂可以与第一燃料的一部分混合以产生第二较高反应性的第二燃料。另外，第一燃料的反应性可以由催化转换器、渗透膜分离、燃料反应器等修改。
为了配合和控制与发动机系统100相关联的各种系统和部件，该系统可以包括电子或计算机化的控制单元，模块或控制器220。控制器220适于监测各种操作参数并且适于响应地调控影响发动机操作的各种变量。控制器220可以包括微处理器、专用集成电路(ASIC)或其他适当的电路系统并且可以具有存储器或其他数据存储容量。控制器可以包括保存在只读存储器并且可从只读存储器执行的功能、步骤、程序、数据表、数据图、图表等以控制发动机系统。虽然在图1中将控制器220示为单个的离散单元，但是在其他实施例中，控制器及其功能可以分布在多个不同和单独部件中。为了接收操作参数并且发送控制命令或指令，控制器可以可操作地与发动机系统100上的各种传感器和控制相关联并且可以与其连通。控制器和传感器之间的连通可以通过横跨电子连通线路或连通总线发送和接收数字或模拟信号来建立。为了例示的目的，各种连通和命令通道以虚线指示。
例如，为了监测燃烧室106中的压力和/或温度，控制器220可以与室传感器222诸如换能器等连通，室传感器222中的一个可以与发动机组104中的每个气缸108相关联。室传感器222可以直接或间接监测燃烧室条件。例如，在燃烧期间通过测量施加到与燃烧气缸诸如电热塞直接或间接连通的进气阀或排气阀或其他部件的反压力，室传感器222和控制器220可以间接测量气缸108中的压力。控制器也可以与设置在进气歧管120中并且可以感测或测量其中条件的进气歧管传感器224连通。为了监测排气歧管130中的条件诸如压力和/或温度，控制器220可以类似地与设置在排气歧管130中的排气歧管传感器226连通。从排气歧管130中的排气温度中，控制器220可能够推断燃烧室106中燃烧发生的温度。为了测量进气空气的质量、数量和/温度，控制器220也可以与进气空气传感器228连通，如图所示，进气空气传感器228可以与进气空气过滤器154或进气系统部件诸如进气歧管相关联。进气空气传感器228也可以确定或感测正在操作的发动机系统所处的大气压力或其他环境条件。
为了确定第一燃料182的第一反应性，控制器220可以与第一贮存器传感器230连通，该第一贮存器传感器230设置在第一燃料贮存器184中或与其相关联并且可以感测例如第一燃料的十六烷值。同样地，控制器220可以与第二贮存器传感器232连通，该第二贮存器传感器232与第二燃料贮存器204相关联，以确定第二燃料202的第二反应性。另外，控制器220可以通过减法确定第一燃料162和第二燃料182之间的相对反应性或差。
为了进一步控制燃烧过程，控制器220可以与喷射器控制240连通，该喷射器控制240可以与第一燃料喷射器188和第二燃料喷射器208中的每个相关联。喷射器控制204可以选择性地致动或停用第一燃料喷射器188和第二燃料喷射器208，以确定引入正时和由每个燃料喷射器引入的燃料数量。另外，喷射器控制240可以确定第一燃料182和第二燃料202的相对和对应数量并且因此控制燃烧室106中的反应性的实际定量差异。为了进一步控制燃烧操作的正时，控制器220也可以与可操作地与凸轮轴140相关联的凸轮轴控制242连通。通过管理凸轮轴140的速度和旋转，控制器220可以控制哪个阀打开以及打开多长时间，从而控制进入燃烧室106的进气空气的数量和离开燃烧室106的排气的数量。另外，凸轮轴控制242可以控制以上讨论的与米勒循环有关的可变阀正时。凸轮轴控制242也可以通过例如测量凸轮轴140的旋转速度确定发动机速度，凸轮轴140的旋转速度表示曲轴和平移活塞在燃烧室106中的速度。
在具有进气节流阀155的这些实施例中，控制器220可以与节流阀控制244连通，该节流阀控制244与节流阀相关联并且可以控制抽吸到发动机系统100中的空气量。为了测量踏板157的致动，控制器也可以与踏板传感器246连通。控制器220也可以可操作地与高压EGR系统160和低压EGR系统170中的任一个或两者和相关联。例如，控制器220连通地连结到与设置在高压EGR管路162中的可调节EGR阀164相关联的高压EGR控制250。类似地，控制器也可以连通地连结到与低压EGR管路172中的可调节EGR阀174相关联的低压EGR控制252。通过致动节流阀控制、高压EGR控制250和/或低压EGR控制252，控制器220从而可以调节排气的量和引入到燃烧过程的进气空气/排气的比。
控制器250可以包括用于在不同操作条件下通过选择性地利用配备有发动机系统的两种燃料源来操作发动机系统100的编程或指令。例如，在正常操作条件下，当发动机达到一定速度并且处于正常操作温度下时，发动机系统100在燃烧过程期间可以燃烧两种燃料182，202，但是如果操作速度和温度无规律诸如在启动或空转期间，发动机系统100可以切换到主要燃烧的一种燃料。控制器从而可以根据占优势的操作条件改变燃烧过程。在正常操作条件下，参考图2至图5示出例如在RCCI过程中燃烧具有两种不同反应性燃料的发动机的一系列示例性事件或阶段。从图2开始，在进气冲程期间，当活塞110从TDC位置朝BDC位置移动时，进气阀126打开使得进气空气可以通过进气口124进入膨胀的可变容积116。另外，较低反应性的初始燃料供给引入到可变容积116。这可以由通过第一燃料喷射器169喷射第一燃料例如汽油的羽流300完成。这可以在进气冲程期间或仅在活塞110到达BDC位置之后发生，使得第一羽流300有时间与进气空气/排气混合物均匀地混合并且不均匀地分散通过可变容积116。在另选实施例中，当进气空气进入进气口时第一燃料可以与进气空气混合。
参考图3，当活塞110开始从BDC位置朝邻近火焰板表面112的TDC位置移动时，由进气空气和第一燃料形成的空气/燃料混合物302在早期的压缩冲程期间被压缩。在压缩期间，燃烧室中的压力和温度会开始上升。此时，可以具有较高反应性的第二燃料诸如柴油可以由通过第二燃料喷射器188的喷射引入到可变容积。第二燃料羽流310可以在任何时候在活塞110的BDC位置(TDC之前曲轴旋转180度)和TDC位置之前10度处(0度位置)之间喷射。在压缩冲程期间控制器使用燃料喷射器控制可以确定第二引入的正时。
参考图4，如果在压缩冲程期间第二燃料羽流的引入的正时发生足够早，第二燃料可以形成混合物302内的较高反应性的第一区域312，该混合物302可以朝可变容积116的外周边迁移或前进。如果活塞110具有带有相关联的指向上方的最外边缘的碗状部111，则第一区域312可以在可变容积116的外周边处在活塞和火焰板表面112之间被压缩或“挤压”。在该阶段，较高反应性燃料的另一引入可以通过将第三羽流320喷射到可变容积116中完成。第三羽流320可以包括较高反应性第二燃料诸如柴油，或在其他实施例中，第三羽流320可以从具有不同于第一燃料或第二燃料的反应性的不同源中获得。第三羽流320在可变容积116内可以相对更集中，并且其通常可以朝活塞110的碗状部111引导。
在活塞110到达TDC位置时，如图5所示，由第三羽流引入的较高反应性燃料可以形成第二区域322，该第二区域322位于可变容积116的外周边和中心之间的中间并且可以邻近地位于活塞110的碗状部111内。另外，可以存在通常在可变容积116的中心处形成的较高反应性燃料的第三区域324，其在第三喷射事件之后由维持邻近于第二燃料喷射器188的扩散燃料产生。第一区域312可以维持位于挤压在活塞110和火焰板表面112之间的外周边处，但是随着时间的推移，第一区域312可扩散使得它们与混合物302与第二区域322和第三区域324相比具有中级反应性。
因此，在仅在燃烧之前的TDC处，可变容积包括相对于彼此分层的不同反应性的多个区域。这些区域包括：(1)通常分散在整个可变容积116中的相对低反应性的混合物302；(2)在外周边处的中级反应性的第一区域312；以及(3)通常位于中心的较高反应性的第二区域322和第三区域324。在活塞110到达TDC时，可变容积116的压缩和相关联的压力和温度的上升可达到其中可变容积的内容物自发点火的点。燃烧可以在较高反应性的第二区域322和第三区域324中发起或开始并且传播到中级反应性的第一区域312然后通过分散通过可变容积116的混合物302。反应性和不同反应性的区域的相对布置的差异确定了较高反应性的区域自动点燃的时间和/或火焰传播通过可变容积的燃烧率或速度，并且由此确定了燃烧效率、最高火焰温度和排放。
然而，发动机的无规律操作条件可以影响这些结果或效果，诸如在发动机温度低于正常的冷启动期间或在发动机操作而没有任何负载的空转期间，使得其温度和/或速度可以下降。更具体地，由于无规律温度或发动机速度分层区域可能不会正确地形成，并且区域的自发点火可变得不可预知。这继而可以影响燃烧效率、功率输出和排放。因此，控制器可以切换到主要使用单一燃料操作发动机。再参考图1，为了确定发动机系统100正在低温/低速(LTS)条件下是否操作使得单一燃料燃烧是适当的，控制器220可以使用室传感器222、排气歧管传感器226或凸轮轴控制器242测量或感测操作参数诸如气缸压力、发动机冷却剂或油温度、排气温度或发动机温度。这些参数的低值可以指示发动机102正在空转下启动或操作。在进一步的实施例中，控制器220可以例如测量踏板传感器246以确定踏板157是否被压下和/或监测其他参数以确定发动机速度和负载从而断定发动机在低空转点下操作。如本领域的技术人员所理解，使用其他传感器以更间接的方式可以感测低温/低速条件。如果发动机系统100的操作条件上升到温度和速度更适合具有不同反应性燃料的燃烧，即高温/高速(HTS)条件，控制器可以切换到在相同燃烧循环期间引入第一燃料和第二燃料以在燃烧室中产生分层区域。
如果控制器确定低温/低速条件发生，控制器220可以选择具有第一反应性的第一燃料182或具有第二反应性的第二燃料202用于燃烧。例如，在实施例中，控制器220可以仅将可以是较高反应性柴油的第二燃料202引导到燃烧室106并且切断第一燃料系统180的操作。为了从第一燃料系统180中排除第一燃料182，第一燃料喷射器188或第一燃料泵190的操作可以停止。第二燃料202在一个或多个喷射中可以通过仍然有效的第二燃料喷射器208引入到燃烧室106，但是在缺乏第一燃料182的情况下，在可变容积116中不可形成分层区域。第二燃料202在点火之前可以不均匀地分散通过燃烧室106，该点火仍可在压缩冲程期间在活塞110移动到TDC位置时自发发生。发动机系统将因此在每个相关联的内部燃烧循环期间作为严格燃烧柴油燃料的柴油发动机运行。
在另一个实施例中，控制器220可以主要使用可以是汽油的较低反应性第一燃料182以操作到基本上排除较高反应性第二燃料202。然而，在此类实施例中不是完全停止第二燃料系统200，第二燃料202的一小部分可以持续引入到燃烧室106作为先导发射或先导喷射。这是因为较低反应性第一燃料182在完全缺乏较高反应性第二燃料202的情况下在压缩冲程期间可以不自发点火。主要第一燃料供给对先导供给的容积比仍可是大的，例如为20:1。此类实施例将基本上操作为主要燃烧汽油的汽油发动机。
依靠较高反应性第二燃料诸如柴油操作发动机系统或依靠较低反应性第一燃料诸如汽油操作发动机系统之间的选择可以部分基于发动机可尝试实现的具体标准诸如功率输出或排放考虑因素。例如，主要燃烧较高反应性柴油通常相对于基于汽油的发动机系统改善了燃料效率。另外，柴油发动机通常在较低速度下产生更多功率或扭矩，其在发动机正从冷启动或从空转状态操作可以是有利的。更具反应性的柴油也可以在通常冷启动条件下更容易地自发点火，并且柴油的燃烧可以导致一氧化碳排放减少。相反地，主要是汽油的燃烧可以以排气或加热发动机部件的形式释放更多的热，使得发动机操作温度可以迅速地上升到可以代替两种燃料燃烧过程的点。另外，燃烧汽油通常比燃烧柴油导致较少的煤烟产生，并且可以产生较少的其他排放诸如氧化氮。
柴油燃烧和汽油燃烧之间的进一步差异涉及调节功率输出，其在柴油发动机中主要根据引入到燃烧室的燃料数量，而在汽油发动机中根据引入的进气空气的数量。因此，在柴油发动机中功率调节主要由燃料喷射器控制，而在柴油发动机中其主要由进气节流阀控制。
工业实用性
本发明适用于内燃机，更具体地适用于在用单一燃料操作和用不同反应性的两种燃料操作之间切换的压缩点火发动机。参考图7，示出内部控制过程400的流程图，该内部控制过程400可以由电子控制器执行并且与配置有具有不同反应性的第一燃料和第二燃料的两种燃料源的发动机系统一起使用。在开始步骤402中发起之后，在测量步骤404中，过程400可以测量内燃机的操作参数诸如发动机温度、排气温度或发动机速度。众所周知，发动机温度与发动机速度和负载是相关的，其在于发动机运行越快并且发动机功率越大，发动机气缸释放的热越多，并且因此在操作期间较高温度存在于发动机气缸内。这些参数反映了发动机系统的操作状态，诸如发动机系统是否从冷启动条件启动或发动机是否在空转条件下。
在随后的判定步骤410中，控制过程400可以接近所测量的参数以判定低温/低速(LTS)条件和高温/高速(HTS)条件是否存在。例如，如果发动机系统在启动或空转条件下，在燃烧之前发动机气缸中的空气/燃料混合物的低温可妨碍双反应性操作模式以及不同反应性的分层区域的形成或燃烧。相反地，如果气缸温度足够高，指示发动机系统在正常条件、负载和/或速度下操作，双反应性燃烧过程可以是适当的。为了帮助执行判定步骤410，关于预定阈值温度或速度的数据412可以输入到控制过程400。数据412可以理论确定或经验确定并且可以存储在与控制器相关联的存储器中。控制器也可以接近反映操作参数和发动机条件之间的已知关系的数据表或数据图，并且控制器可以依赖这些表或图来执行判定步骤412。
如果确定步骤420中确定发动机系统在LTS条件下，则控制器可实行第一指令步骤422以指示发动机系统主要使用单一燃料来操作。例如，发动机系统可以依靠较高反应性第二燃料诸如柴油运行，以提供柴油燃烧过程的特性，较高反应性第二燃料被包括作为双反应性系统的一部分。另选地，发动机系统可以主要依靠较低反应性第一燃料如汽油运行，使用自发点火的柴油的先导供给来提供汽油燃烧过程的特性。如果相反在确定步骤430中确定发动机系统在HTS条件下，控制器在第二指令步骤432期间可以发出指令来以使用低反应性第一燃料和高反应性第二燃料两者的双燃料模式操作发动机以产生和燃烧不同反应性的分层区域。
接下来，控制过程400可以确定是否在米勒步骤440中运行如上所述的可选的米勒循环。例如，如果发动机系统以单一燃料模式具体地主要使用汽油操作，执行米勒循环可以有助于使发动机系统节流到较低或控制速度并且在燃烧之前通过从气缸中排出一部分进气空气减少功率。米勒循环也可以以双燃料模式运行以产生附加益处。过程400可以执行返回到开始步骤442以重复。通过持续执行过程400具体地为判定步骤410，该过程可以在单一燃料和双燃料模式操作之间切换作为发动机系统变化的操作条件。
应当理解，前述描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可以预期，本公开的其他具体实施在细节上可以与前述示例不同。对本发明或其示例的所有参考旨在参考在那一点所讨论的具体示例而非旨在一般来说暗示对本发明的范围的任何限制。除非另外指明，否则关于某些特征的区别性或贬义性的所有语言都旨在指示那些特征不是优选的，而不是将此类特征完全排除在本发明的范围之外。
除非本文中另外指明，否则本文的值的范围的叙述仅仅旨在用作单独指代落入该范围内的每个单独的值的简略表示方法，并且每个单独的值就如同被单独记载在本文中一样被结合在本说明书中。除非另外指明或在上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。

Claims (11)

1.一种操作经配置利用两种不同反应性的燃料(182)的内燃机(102)的方法，所述方法包括：
测量内部燃烧系统的操作参数；
引入到燃烧室(106)并且在所述内部燃烧系统的高温/高速(HTS)条件期间燃烧具有第一反应性的第一燃料(182)和具有第二反应性的第二燃料(202)，其中所述第一燃料(182)和第二燃料(202)的引入发生在内部燃烧循环期间的不同时间；以及
引入到所述燃烧室(106)并且在所述内部燃烧系统的低温/低速(LTS)条件期间主要仅燃烧所述第一燃料(182)或第二燃料(202)中的一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一燃料(182)的引入发生在所述第二燃料(202)的引入之前，使得所述第一燃料(182)基本上均匀地分散在所述燃烧室(106)内，并且所述第二燃料(202)在所述燃烧室(106)中形成分层区域(312，322)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一燃料(182)是汽油并且所述第二燃料(202)是柴油。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述汽油在所述LTS条件期间引入并且在压缩冲程(304)期间由所述柴油的先导供给的引入点火。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述柴油在所述LTS期间引入并且由压缩冲程(304)点火。
6.根据权利要求1所述的方法，其中活塞(110)通过包括进气冲程(300)和压缩冲程(304)的内部燃烧循环在所述燃烧室(106)的气缸(108)中移动，其中所述活塞(110)从上止点(TDC)位置移动到下止点(BDC)位置并且返回，所述内部燃烧循环还包括动力冲程(306)和排气冲程，其中所述活塞(110)再次从所述TDC位置移动到所述BDC位置并且返回。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一燃料(182)在进气冲程(300)期间引入并且所述第二燃料(202)在压缩冲程(304)期间引入。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括根据米勒热动力循环在所述活塞(110)开始朝所述TDC位置移动远离所述BDC位置之后，在所述压缩冲程(304)期间关闭与所述燃烧室(106)相联的进气阀(126)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述LTS条件对应于所述内燃机(102)的启动条件或空转条件。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作参数选自发动机温度、排气温度和发动机速度组成的组。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
在所述LTS条件期间用进气节流阀(155)调整发动机速度；以及
在所述HTS条件期间用第一喷射器和第二喷射器调整发动机速度。
CN201380039724.0A 2012-07-27 2013-07-18 温度控制的燃烧系统和方法 Pending CN104508278A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/559,801 US20140032084A1 (en) 2012-07-27 2012-07-27 Temperature-Controlled Combustion System and Method
US13/559,801 2012-07-27
PCT/US2013/051049 WO2014018364A1 (en) 2012-07-27 2013-07-18 Temperature-controlled combustion system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104508278A true CN104508278A (zh) 2015-04-08

Family

ID=49995654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380039724.0A Pending CN104508278A (zh) 2012-07-27 2013-07-18 温度控制的燃烧系统和方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140032084A1 (zh)
CN (1) CN104508278A (zh)
DE (1) DE112013003698T5 (zh)
GB (1) GB2519018B (zh)
WO (1) WO2014018364A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108026854A (zh) * 2015-07-14 2018-05-11 马尔莫多斯有限公司 通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8851045B2 (en) * 2011-03-31 2014-10-07 Wisconsin Alumni Research Foundation Engine combustion control at low loads via fuel reactivity stratification
GB2543714B (en) * 2014-07-31 2020-08-26 Cummins Inc Method for reducing carbon/coke in fuel injectors in dual fuel applications
DE102014226757B3 (de) * 2014-12-22 2016-03-31 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Glühzündungen bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
JP2017057797A (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射制御装置
DE102015221325B4 (de) * 2015-10-30 2017-06-29 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
CN106246437B (zh) * 2016-08-26 2019-01-04 重庆隆鑫机车有限公司 基于发动机循环的发动机点火控制控制方法
US10282630B2 (en) * 2017-03-08 2019-05-07 Raytheon Company Multi-channel compressive sensing-based object recognition
DE102017130554A1 (de) * 2017-12-19 2019-06-19 Man Energy Solutions Se Dual-Fuel-Motor
US11578674B2 (en) 2018-04-25 2023-02-14 Volvo Truck Corporation Internal combustion engine arrangement and method of controlling operation thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1076995A (zh) * 1992-01-24 1993-10-06 通用电气公司 双燃料发动机的燃烧方法
JP2007231937A (ja) * 2006-02-06 2007-09-13 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料供給装置
US7284506B1 (en) * 2006-05-08 2007-10-23 Ford Global Technologies, Llc Controlling engine operation with a first and second fuel
CN101275491A (zh) * 2007-03-27 2008-10-01 日产自动车株式会社 内燃机的燃烧控制装置
US20110192367A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Rolf Deneys Reitz Engine combustion control via fuel reactivity stratification

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5287381B2 (ja) * 2009-03-13 2013-09-11 日産自動車株式会社 エンジン
US8275538B2 (en) * 2009-06-12 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Multi-fuel engine starting control system and method
JP5313185B2 (ja) * 2010-01-29 2013-10-09 本田技研工業株式会社 圧縮着火内燃機関
US8776764B2 (en) * 2011-01-04 2014-07-15 Ford Global Technologies, Llc Fuel system for a multi-fuel engine
US8851045B2 (en) * 2011-03-31 2014-10-07 Wisconsin Alumni Research Foundation Engine combustion control at low loads via fuel reactivity stratification
US8706386B2 (en) * 2011-06-30 2014-04-22 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling fuel injection for a dual fuel engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1076995A (zh) * 1992-01-24 1993-10-06 通用电气公司 双燃料发动机的燃烧方法
JP2007231937A (ja) * 2006-02-06 2007-09-13 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料供給装置
US7284506B1 (en) * 2006-05-08 2007-10-23 Ford Global Technologies, Llc Controlling engine operation with a first and second fuel
CN101275491A (zh) * 2007-03-27 2008-10-01 日产自动车株式会社 内燃机的燃烧控制装置
US20110192367A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Rolf Deneys Reitz Engine combustion control via fuel reactivity stratification

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108026854A (zh) * 2015-07-14 2018-05-11 马尔莫多斯有限公司 通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的方法
CN108026854B (zh) * 2015-07-14 2020-08-07 马尔莫多斯有限公司 通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014018364A1 (en) 2014-01-30
GB201500653D0 (en) 2015-03-04
US20140032084A1 (en) 2014-01-30
GB2519018A (en) 2015-04-08
DE112013003698T5 (de) 2015-04-09
GB2519018B (en) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104508278A (zh) 温度控制的燃烧系统和方法
US8977469B2 (en) Multi-fuel control system and method
CN104727981B (zh) 减少排气排放的气态燃料的后燃料喷射
CN101196143B (zh) 使用直接喷射酒精的多燃烧模式发动机
CN103154474B (zh) 气态燃料化学计量的内燃发动机及操作内燃发动机的方法
CN100362223C (zh) 发动机的燃烧控制装置
CN102374058B (zh) 控制具有强制进气系统的柴油发动机的方法和装置
CN103256134B (zh) 喷射燃料的系统和方法
CN101313136B (zh) 直接喷射式内燃发动机及制造和操作该内燃发动机的方法
CN101046176B (zh) 双燃烧模式发动机
US8991358B2 (en) Reactivity controlled compression ignition engine with exhaust gas recirculation
CN100439680C (zh) 四冲程预混压缩点火式内燃机的控制装置和控制方法
US20050224045A1 (en) Homogeneous charge compression ignition engine and method for operating homogeneous charge compression ignition engine
CN104454184B (zh) 用于在燃烧气体燃料的排气行程期间控制点火能量以减少涡轮迟滞的系统和方法
CN102016275A (zh) 多燃料内燃机
WO2014093030A1 (en) Temperature-controlled exhaust gas recirculation system and method for dual fuel engine
CN101415927B (zh) 用于运行内燃机的方法
CN103161587A (zh) 可变点火型柴油-汽油双燃油动力燃烧发动机、系统和方法
CN107965392A (zh) 用于操作采用专用汽缸egr系统的内燃机的方法
CN103726899B (zh) 能够以液态和气态燃料运行的内燃发动机和运行这种内燃发动机的方法
GB2525706A (en) Fuel selection system and method for dual fuel engines
JP2002004899A (ja) デュアルフューエルエンジン
CN101846001A (zh) 内燃发动机
CN103375285A (zh) 部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法
CN103375283A (zh) 部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150408