CN105980694B - 起动以气态燃料和引燃燃料为燃料的发动机 - Google Patents

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Abstract

在低温时起动采用引燃燃料的以气态燃料为燃料的发动机是有挑战性的，这是因为所述燃料的可点燃性和燃烧效率降低，并且发动机机油的粘度升高。一种用于起动采用引燃燃料的以气态燃料为燃料的压燃式内燃机的技术包括：确定正常起动条件和冷起动条件中的一者；在所述正常起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第一压力时，将所述引燃燃料引入所述内燃机的燃烧室中；在所述冷起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第二压力时，将所述引燃燃料引入所述燃烧室中，所述第二压力高于所述第一压力；以及选择性地将所述气态燃料引入所述燃烧室中。

Description

起动以气态燃料和引燃燃料为燃料的发动机
技术领域
本申请涉及一种起动以气态燃料和引燃燃料为燃料的内燃机的技术，并且更具体地涉及冷起动发动机。
背景技术
当冷起动内燃机时，燃料的可点燃性和燃烧效率降低。在本公开的上下文内，冷起动被定义为在较冷环境下起动发动机，例如，当环境空气温度低于预定的值使得燃料在正常起动过程下不能点燃时。对于以狄塞尔循环工作的发动机，在压缩冲程接近结束时在燃烧室中形成的温度和压力提供适于燃料的自燃的条件。当环境空气温度降低，在压缩冲程结束时可达到的温度就会降低，并且因此这种燃料的可点燃性和燃烧效率也会降低。随着环境空气温度进一步地降低，最终，燃烧室温度在燃烧室内的压力下将会下降到低于燃料自燃温度，并且燃料将不点燃。
公知的是，使用引燃燃料(诸如柴油)点燃狄塞尔循环内燃机中的气态燃料。对于在采用常规的压缩比的内燃机中以可靠的方式发生压燃而言，典型气态燃料诸如天然气的自燃温度是过高的。出于这个原因，稍后在压缩冲程中引入通过压燃来点燃的少量柴油燃料，并且柴油燃料燃烧引发其中气态燃料点燃。
在冷起动条件中，在从储罐中泵送时采用柴油输送泵加热器将柴油燃料加热至高于凝点温度。另外，公知的是，采用电缸体加热器加热发动机机油和发动机冷却液。然而，一些管制地区缺少必要基础设施支持普遍使用电缸体加热器。作为替代，在极冷环境中，采用其中温度被维持高于环境空气温度的温室容纳一台或多台车辆，虽然这些温室在特性上仍远低于0摄氏度。以柴油为燃料的冷却液加热器泵系统还用于将温水泵送通过冷却液回路以预热发动机。
对于以气态燃料和另一燃料为燃料的发动机，公知的是，在冷起动发动机时增加采用的气态燃料量。一般来说，当以气态燃料为燃料时，排放减少。Ulrey等人在2009年6月16日公布的美国专利号7,546,834中公开了一种多燃料发动机，所述多燃料发动机以气态燃料和/或液态燃料为燃料，并且当所述多燃料发动机冷起动(未经预热)时，优选的是，在排放控制设备已到达其工作温度前，使用气态燃料减少起动排放。在燃料效率降低的情况(诸如冷起动)下，期望减少排放。在处于极冷起动温度过程中，以气态燃料或其他燃料起动由于降低的可点燃性和燃烧效率而具有挑战性。
现有技术缺少用于冷起动以气态燃料和引燃燃料为燃料的内燃机的技术。本方法和装置提供一种用于冷起动这种内燃机的技术。
发明内容
一种用于起动采用引燃燃料的以气态燃料为燃料的压燃式内燃机的改进方法包括：确定正常起动条件和冷起动条件中的一者；在所述正常起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第一压力时，将所述引燃燃料引入所述内燃机的燃烧室中；在所述冷起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第二压力时，将所述引燃燃料引入所述燃烧室中，所述第二压力高于所述第一压力；以及选择性地将所述气态燃料引入所述燃烧室中。所述第二压力高于所述第一压力，以便在冷起动过程中喷射引燃燃料的同时，防止引燃燃料压力下降到低于喷射压力。更具有挑战性的是在冷起动过程中维持合适的引燃燃料喷射压力，因为加压引燃燃料的泵相较于正常起动情况而言变得更慢，从而导致花费更多时间加压引燃燃料。另外，相较于正常起动情况，在冷起动过程中，引入更多引燃燃料。引燃燃料可由所述发动机的功率输出装置机械驱动的泵加压。或者，引燃燃料可由电驱动泵加压，使得可以在所述引燃燃料已被加压后盘车起动所述发动机。当环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者低于相应温度阈值时，冷起动条件存在。所述第二压力可以根据所述相应温度阈值确定。第一引燃燃料喷射正时可替代地通过以下方式确定：确定引燃燃料压力升高速率何时升高超过预定的值；以及在所述引燃燃料压力升高速率超过所述预定的值后、在引入所述引燃燃料以使所述引燃燃料升高超过所述第二压力前，等待预定量的时间。可以监测所述控制器温度，以便确定所述发动机最近是否运行。当控制器温度和蓄电池温度中的一者比所述环境空气温度大预定容限时，可以采用第一冷起动校准，并且当所述控制器温度和所述蓄电池温度中的一者小于所述环境空气温度与所述预定容限的总和时，可以采用第二冷起动校准。所述气态燃料是生物气、二甲醚、乙烷、氢气、垃圾填埋气、液化天然气、液化丙烷气、甲烷、天然气和丙烷中的至少一者。所述引燃燃料是任何可压燃的燃料，并且示例性的引燃燃料是柴油。
在优选实施方式中，相较于所述正常起动条件过程中的喷射起动正时，当所述冷起动条件存在时，可将喷射起动正时提前。喷射起动正时可以根据环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者确定。或者，或另外地，喷射起动正时可以根据引燃燃料喷射量确定。
在优选实施方式中，相较于所述正常起动条件过程中的燃料喷射量，当所述冷起动条件存在时，可使燃料喷射量增加。燃料喷射量可以根据环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者确定。
一种以气态燃料和引燃燃料为燃料的改进的内燃机包括气态燃料供源和引燃燃料供源。泵送装置加压从所述引燃燃料供源接收的引燃燃料。燃料喷射器与所述泵送装置流体连通并被配置成将引燃燃料直接引入所述内燃机的燃烧室中。所述控制器可操作地与所述泵送装置和所述燃料喷射器连接，并被编程为执行以下操作：当起动所述内燃机时，命令所述泵送装置加压所述引燃燃料；确定正常起动条件和冷起动条件中的一者；在所述正常起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第一压力时，命令所述燃料喷射器将所述引燃燃料引入所述燃烧室中；以及在所述冷起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第二压力时，命令所述燃料喷射器将所述引燃燃料引入所述燃烧室中，所述第二压力高于所述第一压力。所述第二压力高于所述第一压力，以便在冷起动过程中喷射引燃燃料的同时，防止引燃燃料压力下降到低于喷射压力。可将所述控制器编程为命令起动电动机来盘车起动所述内燃机，以使所述泵送装置由于所述盘车起动来对所述引燃燃料加压。或者，可将所述控制器编程为命令所述起动电动机在所述引燃燃料压力升高超过(a)所述正常起动条件过程中的所述第一压力以及(b)所述冷起动条件过程中的所述第二压力后，盘车起动所述内燃机。
所述燃料喷射器可与所述气态燃料供源流体连通并被配置成将气态燃料直接引入所述燃烧室中。所述控制器被编程为选择性地命令所述燃料喷射器引入所述气态燃料。或者，可存在气态燃料喷射器，所述气态燃料喷射器与所述气态燃料供源流体连通并被配置成将气态燃料直接引入所述燃烧室中。可将所述控制器进一步编程为选择性地命令所述气态燃料喷射器引入所述引燃燃料。位于所述气态燃料供源下游的截止阀可由所述控制器命令在所述冷起动条件过程中将所述气态燃料供源与所述燃烧室流体断开。在优选实施方式中，压力调节装置向所述燃料喷射器或所述气态燃料喷射器供应气态燃料。所述压力调节装置与所述气态燃料供源流体连通以基于引燃燃料压力来调节气态燃料压力。
附图说明
图1是根据第一实施方式的以气态燃料和引燃燃料为燃料的内燃机的示意图。
图2是根据第二实施方式的以气态燃料和引燃燃料为燃料的内燃机的示意图。
图3是根据第一实施方式的用于图1和图2的内燃机的起动算法的流程图。
图4是根据第一实施方式的用于确定冷起动条件和正常起动条件中的一者的冷起动确定算法的流程图。
图5是根据第二实施方式的用于图1和图2的内燃机的起动算法的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出用于以气态燃料和引燃燃料为燃料的压燃式压缩机的燃料系统10。仅示出了用于理解本发明技术的相关部件，如本技术的技术人员将了解，存在未示出的与燃料系统关联的其他部件。控制器100发送命令信号来操作燃料系统10中的部件并从部件接收状态信号以监测该燃料系统的各种工作参数，如以下将更详细地描述。附图中的虚线表示从控制器100载送命令信号和/或向控制器载送状态信号的电线。虚线连接到部件的端部的箭头指示电线载送命令信号，并且虚线连接到控制器100的端部的箭头指示电线载送由控制器100接收的状态信号。控制器100可以包括硬件部件和软件部件两者。硬件部件可以包括数字和/或模拟电子部件。在本文中的实施方式中，控制器100包括处理器和存储器，包括一个或多个参数存储器(诸如闪存、EEPROM和硬盘)以及用于存储程序和执行程序的暂时存储器(诸如SRAM和DRAM)。在其他实施方式中，控制器100可以包括与控制器区域网络(CAN)总线或可在控制单元之间交换信息的其他常规总线互连的基本发动机电子控制单元和次级电子控制单元。如本文所使用，术语“算法”和“步骤”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、可执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他合适部件。由控制器100执行的算法和步骤是控制器的部分。
引燃燃料供应装置50将加压引燃燃料供应至泵送装置60，以便将引燃燃料加压至更高压力。在优选实施方式中，当引燃燃料是液态燃料(诸如柴油时)，引燃燃料供应装置50可以包括储液罐和输送泵(两者均未示出)。泵送装置60可以包括入口计量阀和共轨泵(两者均未示出)。共轨泵可由发动机的功率输出装置(PTO)机械驱动，或者可被电气驱动。当共轨泵是由PTO驱动时，控制器100至少命令泵送装置60来对燃料加压。或者，泵送装置60可以包括整体式喷射器，所述整体式喷射器采用电器控制的机械泵。控制器100命令泵送装置60将加压引燃燃料供应至引燃燃料轨道70和压力调节装置30。
气态燃料供应装置20通过截止阀40将加压气态燃料供应至压力调节装置30。在优选实施方式中，当气态燃料是液化气态燃料(诸如液化天然气(LNG))时，气态燃料供应装置20可以包括用于液化天然气的低温存储容器(未示出)、用于通过汽化器(未示出)加压液化天然气的低温泵(未示出)。气态燃料是在标准温度和标准压力下处于气态的任何燃料，在本公开的上下文中，标准温度和标准压力被定义为20摄氏度(℃)和1大气压(atm)。控制器100可命令截止阀40来截断至压力调节装置30的气态燃料供应，例如当发动机仅仅以引燃燃料为燃料时。当内燃机停机时，截止阀40通常关闭。在所示的实施方式中，压力调节装置30采用来自泵送装置60的引燃燃料来调节来自气态燃料供应装置20的气态燃料的压力。在其他实施方式中，压力调节装置可采用气态燃料来调节引燃燃料压力。在优选实施方式中，压力调节装置30包括圆顶装载式调节器。压力调节装置30被采用来调整和维持引燃燃料与气态燃料之间的压差在公差范围内，并且在这种压力下将气态燃料供应至气态燃料轨道80。在优选实施方式中，引燃燃料压力被保持高于气态燃料压力，并且控制压差会防止或减少引燃燃料泄漏到气态燃料中。在其他实施方式中，无需压力调节装置30，并且引燃燃料可通过泵送装置60来调节，并且气态燃料可通过气态燃料供应装置30来调节，而且控制器100监测引燃燃料和气态燃料的相应压力，以使轨道70和80中的引燃燃料与气态燃料之间的压差维持在公差范围内。然而，压力调节装置30可以提供改进的瞬时响应。
轨道80中的气态燃料压力由压力传感器90监测，所述压力传感器将表示气态燃料压力的信号发送至控制器100。轨道70中的引燃燃料压力由压力传感器110监测，所述压力传感器将表示引燃燃料压力的信号发送至控制器100。控制器100可采用气态燃料压力和引燃燃料压力以及其他发动机工作参数来命令气态燃料供应装置20、液态燃料供应装置50和泵送装置60维持轨道80中的气态燃料压力处于预定的值并将轨道70中的引燃燃料压力维持处于预定的值，两个值均在相应公差范围内。轨道70中的引燃燃料分别通过管件130a和130b来输送到燃料喷射器120a和120b，并且轨道80中的气体燃料分别通过管件140a和140b来输送到燃料喷射器。在优选实施方式中，燃料喷射器120a和120b是喷射引燃燃料和气态燃料的液压致动的喷射器，所述液压致动的喷射器可被致动以单独并独立于气态燃料引入引燃燃料。在另一优选实施方式中，燃料喷射器120a和120b包括用于引入引燃燃料和气态燃料的同心针头，所述同心针头在引燃燃料与气态燃料之间的预定压差下工作。虽然在图1中仅仅示出这两个燃料喷射器120a和120b，但应理解，优选实施方式包括用于将燃料直接喷射到每个相关联发动机燃烧室中的至少一个燃料喷射器。来自控制器100的控制总线150包括致动相应燃料喷射器120a和120b来喷射引燃燃料的控制线路150a和150b。类似地，来自控制器100的控制总线160包括致动相应燃料喷射器120a和120b来喷射气态燃料的控制线路160a和160b。
控制器100可从一个或多个温度传感器(未示出)接收表示进气温度、环境空气温度、蓄电池温度、发动机机油温度、发动机冷却液温度、气态燃料温度和引燃燃料温度的信号。这些温度传感器中的一个或多个可连接到CAN总线，或替代地，可通过数字接口或模拟接口与控制器100通信。这些温度可被采用来确定是否存在冷起动条件，如下文将更详细地解释。一般来说，进气温度与环境空气温度相关。蓄电池温度指示蓄电池将功率供应至起动电动机和燃料喷射器的能力。另外，控制器100可以具有内部温度传感器，所述内部温度传感器提供表示通常与发动机不同于发动机机油温度和发动机冷却液温度的区域关联的控制器温度的信号。当在停机达预定量的时间后起动发动机时，控制器温度与环境空气温度相关，并且可被采用来估计进气温度。当在发动机已处于停机状态达预定量的时间前起动发动机时，控制器温度通常将会高于环境空气温度，并且可被采用来监测发动机先前是否已运行。控制器温度表示燃料喷射器驱动器温度。随着燃料喷射器驱动器温度降低，施加到燃料喷射器的电压降低，从而导致性能降低。施加到燃料喷射器的脉宽可能需要增加，以使预定量的燃料由燃料喷射器引入发动机中。
现在参考图2，燃料系统11根据类似于第一实施方式的第二实施方式示出，其中相似部分具有相似参考数字，并且如果存在的话，可能不再详细描述。燃料喷射器121a和121b是仅引入引燃燃料的引燃燃料喷射器，并且燃料喷射器122a和122b是仅引入气态燃料的气态燃料喷射器。燃料喷射器121[a-b]和122[a-b]不需要引燃燃料与气态燃料之间的压差来工作。因此，气态燃料轨道80中的气态燃料压力独立于引燃燃料轨道70中的引燃燃料压力来控制。也就是说，引燃燃料压力可升高或降低，而不影响气态燃料压力，并且气态燃料压力可升高或降低，而不影响引燃燃料压力。在其他实施方式中，可将每个燃料喷射器121和122中的一者组合到单个壳体中。
现在讨论一种起动采用图1和图2中示出的燃料系统的内燃机的技术。参考图3，示出被编程在控制器100中并由控制器100执行以起动发动机的起动算法200，其中泵送装置60由发动机的功率输送装置直接或间接地驱动。算法200中的步骤以接续的方式呈现；然而可能的是，这些步骤中的一些可并行地执行。算法200是以步骤210中的来自于用户的发动机起动命令开始。这可源于转动点火开关、按下仪表板或钥匙坠上的点火按钮等等。在步骤220中，命令起动电动机(未示出)来盘车起动发动机，从而致使活塞进行往复运动并致使功率输出装置为泵送装置60通电。起动电动机可由通过转动点火开关(或类似物)来直接通电的点火电路致动。或者，起动电动机可由控制器100致动来为点火电路通电。当控制器100命令起动电动机时，曲柄位置可以在起动电动机被致动前检测，以便获得更进一步了解以更好地确定何时可以发生第一燃料喷射。在步骤230中，命令泵送装置60加压引燃燃料，这可包括调整入口计量阀来对泵送装置中的泵的出口压力进行控制。在步骤240中，控制器100确定是否存在冷起动条件，并且如果冷起动条件存在，那么在步骤250中执行冷起动算法，并且当冷起动条件不存在时，则在步骤260中执行正常起动条件和正常起动算法。
可以多种方式确定冷起动条件，并且可采用不同准则来做出确定。例如，可采用表示为进气温度的温度来确定冷起动条件。这种温度可为环境空气温度、控制器温度或实际进气温度。当表示为进气温度的温度低于第一温度阈值时，则冷起动条件存在，否则冷起动条件不存在。随着进气温度降低，在压缩冲程结束时、在燃烧室中的进气的温度也会降低。由此，较少热量可提供来点燃引燃燃料，从而降低燃烧效率并且增加排放。类似地，气态燃料温度和/或引燃燃料温度可被监测以评估冷起动条件。比较而言，在燃烧室中，空气质量大于气体燃料和/或引燃燃料质量，以使空气对进气的温度产生较大影响。或者，发动机机油温度可被采用来确定冷起动条件。当发动机机油温度低于第二温度阈值时，则冷起动条件存在。随着发动机机油温度降低，发动机机油粘度升高。在由于发动机机油粘度而造成的冷起动条件过程中，其显著花费更多蓄电池电力来盘车起动发动机，并且因此随着发动机机油温度降低，曲柄速度降低。其他温度可被采用来确定冷起动条件。发动机冷却液温度可为发动机是否最近已运行的指示，由此提供对发动机机油温度的间接测量。当发动机冷却液温度低于第三温度阈值时，则冷起动条件存在。一般来说，发动机机油温度在很大程度上随着发动机输出量而变，而发动机冷却液温度则随着发动机输出量、气流和散热器的容量而变。由此，发动机机油温度在很大程度上不相关于发动机冷却液温度，除非当机油温度变暖从而使得冷却液温度变暖时。可采用控制器温度来确定发动先前是否已运行，在这种情况下，控制器温度将会高于环境空气温度。还可监测蓄电池温度，以便确定冷起动条件。当蓄电池温度低于第四温度阈值时，则冷起动条件存在。随着温度降低，蓄电池内部电阻升高，这降低了输出电压和蓄电池容量，由此减少可提供用于盘车起动发动机的蓄电池电力。在非常冷的工作环境中，例如，在铅酸蓄电池中的电解质存在冻结危险时，则可采用外部热源来加热蓄电池，从而减少蓄电池温度单独作为冷起动指示的有效性。环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度的任一者可被采用来确定冷起动条件是否存在。
参考图4，用于冷起动确定算法300的优选实施方式被示出为在步骤240(参见图3)中，在冷起动确定过程中采用环境空气温度、发动机机油温度、发动机冷却液温度和控制器温度。算法300确定如果环境空气温度、发动机机油温度和发动机冷却液温度的任一者低于相应阈值，则冷起动条件存在。在步骤310中，控制器100确定环境空气温度(TA)是否小于第一温度阈值，并且如果如此，那么起动标记被设定为指示冷起动条件存在并将控制转移至步骤340，并且如果不是，那么可能正常起动条件存在并将控制转移至步骤320。起动标记是由控制器100存储，并被采用来表示多个起动条件，如以下所解释。在步骤320中，控制器100确定发动机机油温度(T机油)是否小于第二温度阈值，并且如果如此，那么起动标记被设定为指示冷起动条件存在并将控制转移至步骤340，并且如果不是，那么可能正常起动条件存在并将控制转移至步骤330。在步骤330中，控制器100确定发动机冷却液温度(TECT)是否小于第三温度阈值，并且如果如此，那么起动标记被设定为指示冷起动条件存在并将控制转移至步骤340，并且如果不是，那么起动标记被设定为指示正常起动条件存在并将控制转移至步骤350。当进入步骤340时，已经确定冷起动条件存在。在冷起动过程中，可根据发动机是否最近已运行来采用不同校准。在步骤340中，控制器100确定控制器温度(TECU)是否大于环境空气温度与温度容限TM的总和，并且如果如此，那么在步骤360中，采用第一冷起动校准(CAL1)并相应地设置起动标记，否则在步骤370中，采用第二冷起动校准(CAL2)并相应地设置起动标记。施加到燃料喷射器的电压取决于控制器温度和蓄电池温度，并且不同冷起动校准被采用来补偿较冷燃料喷射器驱动器。在其他实施方式中，可以存在根据控制器温度来选择的两个或更多个冷起动校准。冷起动确定算法300允许更准确地检测冷起动条件，使得在一方面，增加起动发动机的可能性，并且在另一方面，不会在等待期望工作参数的同时非必须地延迟发动机的起动。环境空气温度、发动机机油温度和发动机冷却液温度中的每者影响发动机的冷起动行为。
返回参考图3，现在描述起动标记指示正常起动条件存在时执行的正常起动算法260。在步骤270中，控制器100监测引燃燃料压力，并且等待直到所述引燃燃料压力高于第一预定压力。在控制器100正在等待引燃燃料压力升高时，盘车起动发动机，但是不将引燃燃料喷射到燃烧室中。在引燃燃料已经达到所需压力后，在步骤275中，控制器100致动燃料喷射器120[a-b]或121[a-b]来将引燃燃料喷射到燃烧室中。除了引燃燃料之外，在步骤280中，控制器100还可选择性地将气态燃料喷射到燃烧室中。通过采用气态燃料作为按能量计引入的总燃料的一部分，可以减少排放，并且可以获得经济性优点。一旦发动机可转动曲柄而无起动电动机辅助，那么由于引燃燃料和气态燃料(如果采用的话)的燃烧，可将起动电动机停用。这个条件可例如通过操作人员来检测或根据发动机转速的升高来自动检测。
起动标记指示冷起动条件存在时执行的冷起动算法250在至少一个方面不同于正常起动算法260，即，相较于正常起动，冷起动在更高压力下喷射引燃燃料。在冷起动条件过程中，控制器100命令泵送装置60(在步骤230中)提供最大引燃燃料流率，这可包括命令入口计量阀完全打开，以便尽可能快速地升高引燃燃料压力，并且可以在不降低引燃燃料压力的情况下满足燃料加注需求。在步骤285中，控制器100监测引燃燃料压力，并且等待直到所述引燃燃料压力高于第二预定压力。第二预定压力高于第一预定压力，使得相较于正常起动，在冷起动过程中，引燃燃料喷射存在延迟，因为在冷起动过程中，引燃燃料压力被升高至更高阈值。相较于正常起动条件，曲柄旋转速度在冷起动过程中更慢，这是因为发动机机油粘度增加并且可提供用于起动电动机的蓄电池电力减少。由此，在冷起动过程中，泵送装置60花费更长时间加压引燃燃料。如果引燃燃料在引燃燃料压力达到第二预定压力前喷射，则引燃燃料压力将降低至低于所需喷射压力，因为泵送装置60无法满足冷起动条件过程中的燃料加注需求。当引燃燃料在小于所需喷射压力下引入时，结果可能是无法将足够引燃燃料引入燃烧室中，使得后续燃烧无法充分促成将发动机起动，从而致使盘车起动时段延长。在最坏情况下，发动机将不会起动。在步骤285中，在控制器100正在等待引燃燃料压力升高时，盘车起动发动机，但是不将引燃燃料喷射到燃烧室中。在引燃燃料已经达到第二预定压力后，在步骤290中，控制器100致动燃料喷射器120[a-b]或121[a-b]来将引燃燃料喷射到燃烧室中。引燃燃料压力通常在冷起动时开始缓慢上升，并且接着不久之后，开始非常快速地朝第二预定压力上升。可能的是，检测引燃燃料压力上的这种快速升高，并且在检测后的预定量的时间后开始喷射引燃燃料，以使引燃燃料压力处于适于在冷起动条件过程中进行喷射的水平。除了引燃燃料之外，在步骤295中，控制器100还可选择性地将气态燃料喷射到燃烧室中。
引燃燃料喷射起动(SOI)正时在冷起动过程中提前，以使燃烧起动(SOC)正时提前，从而引起缸内峰值燃烧压力升高，这会增加使活塞往复运动的动力，从而改进发动机起动的能力。SOI正时可根据用来检测先前提到的冷起动的温度的任一者来确定。在冷起动条件过程中，燃料加注命令增加，以使更多燃料(引燃燃料并且可能地气态燃料)喷射到燃烧室中，从而升高缸内峰值燃烧压力。SOI正时同样提前，以使综合放热中间部分在预定范围内发生，在优选实施方式中，所述预定范围在上止点后(ATDC)0度与ATDC 15度之间。一旦发动机已起动(例如，当已检测到发动机速度显著升高时)，可将起动电动机停用。在冷起动过程中，并不一定喷射气态燃料。当气态燃料为液化天然气时，可能的是，气态燃料供源20下游处的气态燃料温度低于环境温度，这可降低在燃烧室内的燃料的可点燃性。当起动时的气态燃料压力较低时，就需要低温泵来对气态燃料加压。在起动时来操作低温泵可能需要多得多的能量或比发动机起动时可提供的更多的能量。已经发现，更为有利的是仅仅引入引燃燃料，所述引燃燃料在特性上比气态燃料更容易压燃点燃。
现在参考图5，起动算法201根据类似于图3中的第一实施方式的第二实施方式示出，其中相似步骤具有相似参考数字，并且如果存在的话，可能不再详细描述。起动算法201被编程在控制器100中并且在起动发动机时将由控制器100执行，其中泵送装置60不由发动机的功率输出装置驱动。在优选实施方式中，泵送装置60是电驱动的。因此，当在步骤210中接收起动命令时，在步骤230中，控制器100命令泵送装置60加压引燃燃料，而不命令起动电动机转动曲柄，因为泵送装置由于曲柄旋转而不会被驱动。在正常起动算法261中，当在步骤270中确定引燃燃料压力高于第一预定压力后，在步骤220中，控制器100命令起动电动机转动曲柄。当曲柄正在旋转并且燃烧室内的活塞正在往复运动时，控制器100致动燃料喷射器120[a-b]或121[a-b]以便在步骤275中喷射引燃燃料并且在步骤280中选择性地喷射气态燃料。类似地，在冷起动算法251中，当在步骤285中确定引燃燃料压力高于第二预定压力后并且当在步骤290中致动燃料喷射器120[a-b]或121[a-b]以引入引燃燃料前，在步骤220中，控制器100命令起动电动机转动曲柄。除了引燃燃料之外，在步骤295中，控制器100还可选择性地将气态燃料喷射到燃烧室中。
本公开的技术扩展了可以起动以气态燃料和引燃燃料为燃料的内燃机的较冷环境温度范围。冷起动确定算法被呈现为允许更准确地检测冷起动条件，使得在一方面，增加起动发动机的可能性，并且在另一方面，不会在等待期望工作参数的同时非必须地延迟发动机的起动。
虽然已示出并描述本发明的特定元件、实施方式和应用，但应理解，本发明并不局限于此，因为在不背离本公开的范围的情况下，本领域的技术人员可以做出修改，尤其是依据先前教示。

Claims (20)

1.一种用于起动采用引燃燃料的以气态燃料为燃料的压燃式内燃机的方法，所述方法包括：
确定正常起动条件和冷起动条件中的一者；
在所述正常起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第一压力时，将所述引燃燃料引入所述内燃机的燃烧室中；
在所述冷起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第二压力时，将所述引燃燃料引入所述燃烧室中，所述第二压力高于所述第一压力；以及
选择性地将所述气态燃料引入所述燃烧室中。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括盘车起动所述内燃机，以便加压所述引燃燃料。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在引燃燃料压力升高超过(a)所述正常起动条件过程中的所述第一压力以及(b)所述冷起动条件过程中的所述第二压力后，正时盘车起动所述内燃机。
4.根据权利要求1所述的方法，其中当环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者低于相应温度阈值时，所述冷起动条件存在。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二压力根据所述相应温度阈值而变。
6.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
监测控制器温度和蓄电池温度中的一者；
当所述控制器温度和所述蓄电池温度中的一者比所述环境空气温度大预定容限时，采用第一冷起动校准；以及
当所述控制器温度和所述蓄电池温度中的一者小于所述环境空气温度与所述预定容限的总和时，采用第二冷起动校准。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：确定引燃燃料压力升高速率何时升高超过预定的值；以及在所述引燃燃料压力升高速率超过所述预定的值后、在引入所述引燃燃料以使所述引燃燃料升高超过所述第二压力前，等待预定量的时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中当所述冷起动条件存在时，其进一步包括相较于所述正常起动条件过程中的喷射起动正时，喷射起动正时提前。
9.根据权利要求8所述的方法，其中喷射起动正时根据以下至少一者确定：环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者和引燃燃料喷射量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中当所述冷起动条件存在时，其进一步包括相较于所述正常起动条件过程中的引燃燃料喷射量来增加引燃燃料喷射量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中引燃燃料喷射量根据环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者确定。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态燃料是生物气、二甲醚、乙烷、氢气、垃圾填埋气、甲烷、天然气和丙烷中的至少一者。
13.一种以气态燃料和引燃燃料为燃料的内燃机，所述内燃机包括：
气态燃料供源；
引燃燃料供源；
泵送装置，所述泵送装置用于加压从所述引燃燃料供源接收的引燃燃料；
燃料喷射器，所述燃料喷射器与所述泵送装置流体连通并被配置成将引燃燃料直接引入所述内燃机的燃烧室中；以及
控制器，所述控制器可操作地与所述泵送装置和所述燃料喷射器连接，并被编程为执行以下操作：
当起动所述内燃机时，命令所述泵送装置加压所述引燃燃料；
确定正常起动条件和冷起动条件中的一者；
在所述正常起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第一压力时，命令所述燃料喷射器将所述引燃燃料引入所述燃烧室中；以及
在所述冷起动条件过程中，当所述引燃燃料压力升高超过第二压力时，命令所述燃料喷射器将所述引燃燃料引入所述燃烧室中，所述第二压力高于所述第一压力。
14.根据权利要求13所述的内燃机，其进一步包括起动电动机，所述控制器进一步被编程以命令所述起动电动机盘车起动所述内燃机，以使所述泵送装置由于所述盘车起动来对所述引燃燃料加压。
15.根据权利要求13所述的内燃机，其进一步包括起动电动机，所述控制器进一步被编程以命令所述起动电动机在所述引燃燃料压力升高超过(a)所述正常起动条件过程中的所述第一压力以及(b)所述冷起动条件过程中的所述第二压力时，盘车起动。
16.根据权利要求13所述的内燃机，其中当环境空气温度、进气温度、蓄电池温度、控制器温度、发动机冷却液温度、发动机机油温度、气态燃料温度和引燃燃料温度中的至少一者低于第一温度阈值时，所述冷起动条件存在。
17.根据权利要求13所述的内燃机，其中所述燃料喷射器与所述气态燃料供源流体连通并被配置成将气态燃料直接引入所述燃烧室中，并且所述控制器进一步被编程为选择性地命令所述燃料喷射器引入所述气态燃料。
18.根据权利要求13所述的内燃机，其进一步包括气态燃料喷射器，所述气态燃料喷射器与所述气态燃料供源流体连通并被配置成将气态燃料直接引入所述燃烧室中，其中所述控制器进一步被编程为选择性地命令所述气态燃料喷射器引入所述气态燃料。
19.根据权利要求13所述的内燃机，其进一步包括截止阀，所述截止阀位于所述气态燃料供源下游，其中所述控制器进一步被编程为命令所述截止阀在所述冷起动条件过程中将所述气态燃料供源与所述燃烧室流体断开。
20.根据权利要求19所述的内燃机，其进一步包括压力调节装置，所述压力调节装置与所述气态燃料供源流体连通以基于引燃燃料压力调节气态燃料压力并向所述燃料喷射器供应所述气态燃料。
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