CN108368785B - 用于控制内燃发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控制具有多个气缸(101‑104)的内燃发动机(1)的方法，其特征在于：在第一燃烧模式下，以第一压力将第一气态燃料喷射(S5)到所述气缸中的至少第一气缸(102‑104)内，并且同时，在与第一燃烧模式不同的第二燃烧模式下，以不同于第一压力的第二压力向所述气缸中的至少第二气缸(101)提供(S6)第二气态燃料，其中，该第二气缸不是第一气缸。

Description

用于控制内燃发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃发动机(例如高压气体喷射内燃发动机)的方法。本发明还涉及一种内燃发动机系统。
本发明可应用于重型车辆(例如卡车、公共汽车)和建筑设备(例如工程机械)。本发明也可应用于轿车。虽然将针对卡车描述本发明，但本发明不限于这种特定的车辆类型。
背景技术
高压气体喷射(HPGI)内燃发动机已经是人们越来越感兴趣且使用了一段时间的对象。HPGI技术也被称为高压直接喷射(HPDI)技术。它允许天然气发动机以与现代重型柴油发动机相同的效率和功率运行，但具有更好的燃料效率和减少的温室气体排放，这取决于所使用的气态燃料的组成。HPGI重型气体发动机技术基于气态燃料的缸内直接喷射，类似于常规柴油发动机中的过程，它为混合有限燃烧或混合受控燃烧提供了条件。该气体是使用专用高压气体喷射器供应的。额外的引燃量(pilot quantities)的柴油被喷射，以实现点火。
在带有HPGI的内燃发动机中，通常需要分配高压气体，例如在喷射系统中由于发动机负荷的降低而压力快速降低期间或者在发动机停止期间。需要从液化气态燃料存储器排出汽化气体是处置气体的另一常见原因。这种处置当然会造成环境干扰，因为它涉及将未燃烧的碳氢化合物排放到大气中。在甲烷气体的情况下，这种排放也对全球变暖造成不希望的影响。
CA2868338A1提出：对于带有直接气体喷射的内燃发动机，捕获所排出的气态燃料，将其存储在蓄积器中，并在稍后的时间将其重新引入以用于发动机燃烧。在发动机的高负荷运行期间，来自蓄积器的气态燃料被引入进气压缩机的上游，由此，在常规的直接气体喷射之前在气缸内的循环中添加气体和空气预混物。这种解决方案的问题在于所捕获的燃料的大部分(至少30％)可能不会在气缸内燃烧，因此，从环境的角度来看，所提供的缓解相对较小。此外，所述解决方案几乎没有提供快速控制发动机负荷的可能性。这种控制在车辆中是期望的，在车辆中，发动机在相对短的时间跨度内会经历大量的负荷变化。
发明内容
本发明的目的是减少来自内燃发动机(例如带有高压气体喷射的发动机)的燃料系统的排放。
该目的通过如下一种控制具有多个气缸的内燃发动机的方法来实现，该方法的特征在于：
-在第一燃烧模式下以第一压力将第一气态燃料喷射到所述气缸中的至少第一气缸内，并且
-同时在与第一燃烧模式不同的第二燃烧模式下以不同于第一压力的第二压力向所述气缸中的至少第二气缸提供第二气态燃料，其中，该第二气缸不是第一气缸。
本发明特别适用于发动机是高压气体喷射内燃发动机的情况。应当注意，将第一气态燃料喷射到至少第一气缸内的步骤可以包括将第一气态燃料喷射到所述气缸中的一个或多个气缸(但少于所有气缸)内。第一气态燃料被喷射到其内的一个或多个气缸在本文中也统称为气缸的第一子集。类似地，同时向所述气缸中的至少第二气缸提供第二气态燃料的步骤可以包括向所述气缸中的一个或多个气缸(但少于所有气缸)提供第二气态燃料。被提供所述第二气态燃料的一个或多个气缸在本文中也统称为气缸的第二子集。应当注意，本发明的实施例可以包括停用一个或多个气缸。
在本发明的实施例中，第二压力低于第一压力。第一压力优选相对较高，例如典型的高压气体喷射(HPGI)发动机中那样。应当注意，在一些实施例中，第一燃烧模式期间的喷射压力可以例如基于发动机负荷而变化。因此，本文所称的第一压力可以根据发动机的运行情形而变化。然而，在许多实施例中，第一压力在任何运行情形下都高于第二压力。
因此，本发明允许仅在气缸的子集(例如气缸之一)中提供第二燃烧模式。这允许在一些气缸中保持有效和完全可控的高压喷射燃烧循环，而第二气态燃料的燃烧可以在其余气缸中得到优化。该方法还使得能够仅为所述气缸中的一个或一些气缸配备硬件以允许利用第二气态燃料的第二燃烧模式，这有利于成本控制。
不同于所述的CA2868338A1，本发明允许显著减少气体蒸气排放，因为：在第二燃料如下文例示的那样是由于处理第一气态燃料而积聚的过量气态燃料的情况下，本发明可以允许燃烧几乎所有第二燃料。在正常的HPGI燃烧循环中，取决于负荷，存在一定量的残余空气，即基本上只有被夹带在喷射火焰中的空气将参与燃烧。因此，当如CA2868338A1中提议的那样将所捕获的气体引入到所有气缸内的预混物中时，该预混物的一部分(即，所捕获的气体的一部分)将不燃烧。在低负荷下，当HPGI燃烧空气利用率相对较小时，该预混物的大部分将在未燃烧的情况下通过气缸。
与此不同的是，由于仅在一个气缸中或气缸的子集中提供第二燃料，所以可以增加第二燃料的浓度，由此能够调节第二燃烧模式，以便使第二燃料的相当大的部分燃烧。这在适合于气态燃料的柴油式发动机中尤其有用，因为没有装置来节流被提供到发动机的空气。如下文所例示的，第二气缸中的增加的第二燃料浓度可以允许燃烧消耗第二燃料的主要部分的λ值。因此，作为第二燃烧模式的结果，仅有少至2-5％的第二燃料可以保持未燃烧。而且，如下文进一步例示的，第一气缸中的第一燃烧模式可以被调节，以根据负荷要求来优化第二燃烧模式。
因此，本发明可以显著减少由高压气体喷射发动机中的过量气态燃料引起的环境干扰。此外，由于过量气态燃料的较大部分在发动机中被燃烧掉，本发明可以显著增加由所述过量气态燃料提供的有用功的量。
优选地，如还从下文关于第一气态燃料的有利积聚的示例中所理解的，第一气态燃料和第二气态燃料是相同类型的。
优选地，喷射第一气态燃料的步骤包括将第一气态燃料喷射到所述气缸中的多个气缸内。优选地，同时提供第二气态燃料的步骤包括同时仅向所述气缸中的一个或两个气缸提供第二气态燃料。因此，在一些实施例中，该方法包括仅向所述气缸中的单个气缸提供第二气态燃料，并且在一些实施例中，仅向所述气缸中的两个气缸提供第二气态燃料。由此，将进一步促进由本发明提供的低负荷运行能力。
在为喷射第一气态燃料的所述步骤提供第一气体喷射系统的情况下，该方法优选还包括：在容器中积聚来自第一气体喷射系统的第一气态燃料；以及，以第二压力从该容器供应用于第二气态燃料供应的第二气态燃料。该第一气体喷射系统可以包括第一容器，该第一容器可以是液体天然气(LNG)罐。在此，其中可以积聚第一气态燃料的容器也被称为第二容器。可以是第二气体喷射系统的一部分的第二容器可以是小型低压气体蓄积器。来自第一气体喷射系统的第一气态燃料可以积聚在第二容器中。由此，可以减少或避免来自第一气体喷射系统的排放，从而减少发动机在其中运行的车辆的环境影响。应当注意，第一气体喷射系统还可以包括高压缓冲罐形式的第三容器，由此，第一气态燃料可以通过高压泵从第一容器被馈送到该高压罐。
因此，从HPGI发动机或LNG罐释放的第一气态燃料可以被收集在第二容器中，在本文的这种实施例中，第一气态燃料的名称变为第二气态燃料。此后，通过将气缸子组中的燃烧模式从HPGI模式切换到第二燃烧模式，燃料可以根据需求在发动机内有效地燃烧。
如下文所例示的，在第二容器中的积聚可以是由于从燃料存储罐接收的汽化气体、或者在从第一气体喷射系统输送时在其中的压力降低时或者在发动机停止期间而提供的。在这种积聚时，气态燃料将处于低压，并且在正常HPGI燃烧模式下不能用作燃料。因此，在第二气缸内以第二燃烧模式燃烧第二气态燃料将提供利用该燃料的有效且可控的方式。
优选地，在第一燃烧模式下以第一压力将第一气态燃料喷射到所有气缸内，随后转换到在第一燃烧模式下以第一压力将第一气态燃料喷射到所述气缸中的至少第一气缸内的步骤以及同时在第二燃烧模式下以第二压力向所述气缸中的至少第二气缸提供第二气态燃料的步骤。这样的实施例可以涉及根据需要将气缸的第二子集中的燃烧模式转换到能够有效地利用低压第二气态燃料的燃烧过程。
优选地，该方法包括确定发动机的负荷，并且根据所确定的负荷执行所述转换。更具体地，该方法可以涉及根据所确定的负荷执行向以下步骤的转换：在第一燃烧模式下以第一压力将第一气态燃料喷射到所述气缸中的至少第一气缸内的步骤以及同时在第二燃烧模式下以第二压力向所述气缸中的至少第二气缸提供第二气态燃料的步骤。在一些实施例中，可以在负荷低于负荷阈值的条件下执行所述转换。由此，可以在执行转换之前识别适合于燃烧模式转换的条件，并且可以在发动机的功率要求规定在第一燃烧模式下使用所有气缸时避免这种转换。
优选地，选择第二燃烧模式期间的燃料量以确保甲烷氧化效率和爆震安全裕度方面的最佳条件。该最佳燃料量例如可以对应于气缸的第二子集中的满负荷的50-70％范围内的负荷。
优选地，在该方法包括以第一压力从第一容器供应用于第一气态燃料喷射的第一气态燃料的情况下，该方法还包括：以第二压力从第二容器供应用于第二气态燃料供应的第二气态燃料；确定第二容器中的压力或气体含量；并且根据所确定的第二容器中的压力或气体含量执行所述转换。更具体地，该方法可以包括根据所确定的第二容器中的压力或气体含量执行向在第一燃烧模式下以第一压力将第一气态燃料喷射到所述气缸中的至少第一气缸内的步骤以及同时在第二燃烧模式下以第二压力向所述气缸中的至少第二气缸提供第二气态燃料的步骤的转换。所述转换可以在第二容器中的压力或气体含量高于阈值的条件下执行。因此，当第二容器中的积聚已经达到第二容器的容量时，可以执行该转换。而且，根据这种实施例的转换可以确保第二容器中有足够的第二气态燃料，以允许以受控方式进行第二燃烧模式。
优选地，第二燃烧模式包括以第二压力将用于空气和气体的预混物的第二气态燃料提供到第二气缸。
优选地，第二燃烧模式包括：
-确定表示流入第二气缸中的空气质量流量的空气流量相关参数值，
-基于所确定的空气流量相关参数值来确定表示第二气态燃料的质量流量的燃料流量相关参数值，
-根据所确定的燃料流量相关参数值来提供第二气态燃料，以将空气和所述过量气态燃料的预混物提供到气缸。
由此，通过燃烧掉在本文中也被称为过量气态燃料的燃料的主要部分，能够进一步确保避免其从第一燃料喷射系统释放到大气中。更具体地，基于所确定的空气流量相关参数值确定燃料流量参数值允许用于空气和燃料预混物的第二气态燃料(过量气态燃料)的受控供应，这使得能够获得比已知解决方案中的燃烧彻底得多的第二气态燃料的燃烧。原因在于，可以确定该燃料流量相关参数值，以便在气缸中提供预混合火焰传播，因此在第二气缸中提供所述过量气态燃料的主要部分的燃烧。除了减少由过量气态燃料引起的环境干扰之外，由于过量气态燃料的较大部分在发动机中被燃烧，因此可以显著增加由所述过量气态燃料提供的有用功的量。
通过基于空气流量相关参数值确定燃料流量相关参数值，使得：即使发动机未配备用于空气的节流，也能够获得提供预混合火焰传播的空燃比。在没有节流的情况下，流向发动机的空气流量将主要取决于发动机转速。因此，本发明中的实施例允许根据检测到的空气流量调节第二气态燃料供应，从而确保预混合火焰传播燃烧。即，即使发动机是典型无节流的“柴油型”HPGI发动机，也可以提供所述过量气态燃料和空气的预混物，其提供了“奥托型”预混合火焰传播燃烧。在一些实施例中，控制第二气态燃料的供应，以便针对保持在气缸中的满负荷的50-70％的区间内的气缸中的负荷提供该预混物。
第二燃烧模式可以包括以第二压力提供λ值为1.3-1.7(优选为1.4-1.6，例如约1.5)的空气和第二气态燃料。因此，第二燃烧模式可以具有均匀的气体和空气混合物，以用于消耗掉该混合物中的几乎所有气体的燃烧。优选地，该方法包括：确定发动机上的所需负荷；控制第二气态燃料的供应，以便在第二气缸中提供基本恒定的负荷；以及同时控制第一气态燃料的所述喷射，以便在发动机上提供对应于所需负荷的总负荷。由此，能够使第二气缸中的λ值保持为基本恒定的值，例如约1.5，从而允许第二燃料的主要部分或几乎全部在第二燃烧模式下连续燃烧。同时，通过对第一燃烧模式的适当控制可以满足发动机上的变化的负荷要求。
优选地，第二气缸中的基本恒定的负荷对应于第二气缸中的满负荷的50-70％的区间内的(优选约为满负荷的65％)的负荷。因此，几乎所有第二燃料都可以燃烧掉。同时，可以控制第一气缸中的第一燃烧模式，以便补偿所需负荷与第二气缸中的恒定负荷之间的任何差异。例如，如果第二气缸在第二模式下以满负荷的65％运行且所需负荷为50％，则可以控制第一燃烧模式，以在第一气缸中提供小于满负荷的50％，使得由发动机提供的总负荷对应于所需负荷。
优选地，第二燃烧模式包括液体燃料的引燃喷射。由此，提供了涉及气体和空气的预混物以及柴油引燃点火的双燃料燃烧，这将进一步改善对燃烧过程的控制。优选地，喷射第一气态燃料的步骤包括通过第一喷射器喷射第一气态燃料，并且第二燃烧模式包括通过第一喷射器进行第一气态燃料的引燃喷射。这在第一气态燃料是天然气且因此第二气态燃料是天然气的情况下是特别有利的。与用汽油作为燃料的发动机相比，天然气对点火系统提出了更高的要求，因为需要来自火花的更多能量。第一气态燃料的引燃喷射有助于第二燃烧模式的预混合火焰传播燃烧的引发。这是特别有利的，因为其允许使用比第二燃烧模式的总引燃燃料喷射所需的容量小的柴油引燃喷射器。更具体地，在第一燃烧模式是HPGI燃烧模式的情况下，在每个循环中可能需要比第二燃烧模式更少量的引燃燃料。在第二燃烧模式下使用用于第一燃料的引燃喷射的第一喷射器可以补充柴油燃料的引燃喷射。因此，柴油引燃燃料喷射器的容量不需要针对第二燃烧模式的增大的引燃燃料需求而设定尺寸。因此，可以使用相对小容量的柴油喷射器，这有利于成本控制。然而，应当注意，在备选实施例中，在第二燃烧模式下没有第一气态燃料被喷射到气缸内。
为了进一步改进燃烧控制，该方法可以包括：确定第二燃烧模式下的空气与气体的比率；以及根据所确定的空气与气体的比率来控制所述引燃喷射。
上述目的还通过如下一种内燃发动机系统来实现，该系统包括：
-内燃发动机，所述内燃发动机具有多个气缸，
-进气系统，所述进气系统为每个气缸提供仅专用于相应气缸的空气导管，
-第一气体喷射系统，所述第一气体喷射系统用于以第一压力将第一气态燃料喷射到所述气缸内，
-第二气体喷射系统，所述第二气体喷射系统用于以不同于第一压力的第二压力将第二气态燃料提供到发动机，
-第一气体喷射系统包括用于第一气态燃料的第一容器，该第一气态燃料将由第一气体喷射系统喷射，
-第二气体喷射系统包括用于第二气态燃料的第二容器，该第二气态燃料将由第二气体喷射系统提供，
-其特征在于，第二气体喷射系统被布置成将第二气态燃料直接提供到所述气缸中的一个或多个气缸内，或者直接提供到仅专用于相应气缸的所述空气导管中的一个或多个空气导管。
在发动机是高压气体喷射内燃发动机的情况下，本发明的此方面是特别有用的。此方面提供了用于以第一压力将第一气态燃料喷射到气缸内的第一气体喷射系统，并且优选地，所有气缸都适于例如通过高压气体喷射(HPGI)喷射器供给第一气态燃料。
专用于相应气缸的进气系统空气导管也被称为进气端口。第二气体喷射系统被布置成将第二气态燃料直接提供到所述气缸中的一个或多个气缸内或者直接提供到仅专用于相应气缸的所述空气导管中的一个或多个空气导管，这允许仅将第二气态燃料供应到气缸的选定子组中。进而，这允许该子组(在本文中也被称为第二子组)中的气缸仅在低负荷下且利用第二气态燃料运行。如上所述，这在蓄积器罐排空时提供了改进的控制。
上述目的还通过根据本发明的计算机程序、计算机可读介质以及控制单元来实现。
在下面的描述中，公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下面是作为示例给出的本发明的实施例的更详细描述。在这些图中：
图1是卡车形式的车辆的局部剖面侧视图。
图2是图1的车辆中的发动机系统的图。
图3和图4是描绘图2的发动机系统中的方法中的步骤的流程图。
图5和图6示出了描绘作为曲轴角度的函数的、由图3和图4中的方法提供的燃烧模式中的燃料喷射的图。
具体实施方式
图1示出了卡车或半挂车牵引车形式的车辆。应当注意，该车辆可以具有各种备选类型，例如，它可以是轿车、公共汽车或诸如轮式装载机的工程机械。该车辆包括具有高压气体喷射(HPGI)内燃发动机1的发动机系统。
图2描绘了包括具有四个气缸101-104的发动机1的发动机系统的部件。该发动机系统包括用于发动机1的进气系统2。进气系统2为每个气缸101-104提供了专用于气缸101-104中的相应气缸的空气导管201-204。
该发动机系统还包括用于以第一压力将第一气态燃料喷射到气缸101-104中的第一气体喷射系统3。可以使用任何适当类型的气态燃料；在本示例中，第一气态燃料是包含甲烷的天然气。其它可能的气体包括丙烷和丁烷。第一气体喷射系统3包括用于将由第一气体喷射系统3喷射的第一气态燃料的第一容器301。第一容器301是液体天然气(LNG)罐。第一气体喷射系统3还包括在每个气缸101-104处的高压喷射器311-314。第一气体喷射系统3还包括在第一容器301和高压喷射器311-314之间的高压泵302。第一气体喷射系统3还包括蒸发器(未示出)。因此，高压泵302被布置成经由高压缓冲罐304(在本文中也被称为第三容器)和高压燃料导管303将第一气态燃料从第一容器301提供到高压喷射器311-314。
应当注意，高压喷射器311-314被布置成例如基于发动机负荷来改变燃料喷射压力。因此，本文中所称的第一压力可以根据发动机的运行情况而变化。
该发动机系统还包括用于将引燃燃料(pilot fuel)喷射到气缸101-104内的引燃燃料系统4。可以使用任何适当类型的引燃燃料；在本示例中，引燃燃料是柴油。在备选实施例中，引燃燃料可以是二甲酯(DME)。引燃燃料系统4包括在每个气缸101-104处的引燃燃料罐401和引燃燃料喷射器411-414。引燃燃料系统4还包括在引燃燃料罐401和引燃燃料喷射器411-414之间的引燃燃料泵402。因此，引燃燃料泵402被布置成将引燃燃料从引燃燃料罐401提供到引燃燃料喷射器411-414。应当注意，如本身所已知的，在每个气缸101-104中，各个高压喷射器311-314和引燃燃料喷射器411-414可以作为独立单元被提供或者组合在单个组合式喷射器中。
根据本发明的该实施例，所述发动机系统包括第二气体喷射系统5，用于以比第一气态燃料被喷射时的第一压力低的第二压力向发动机1提供第二气态燃料。该第二气态燃料是来自第一气体喷射系统3的过量气态燃料，并且被如下文所述地积聚。第二气体喷射系统5包括喷射器502(在本文中也被称为低压喷射器502)，它被布置成将燃料喷射到空气导管201之一中。
在其它实施例中，低压喷射器502可以布置成将燃料喷射到多个空气导管201-204中的相应空气导管中，所述多个空气导管可少于全部导管201-204或者是全部导管201-204。在另外的实施例中，低压喷射器502可布置成将第二气态燃料直接喷射到一个或多个气缸101-104中的相应气缸内。
第二气体喷射系统5包括用于第二气态燃料的第二容器501。第二气体喷射系统5还包括在第二容器501和低压喷射器502之间的低压燃料泵503。因此，低压泵503被布置成将第二气态燃料从第二容器501提供到低压喷射器502。应当注意，在一些实施例中，第二容器501中的压力可以使得不需要提供低压泵503。相反，可以布置有压力调节器或阀以控制低压喷射器502处的压力。在另外的实施例中，在第二容器501和低压喷射器502之间未设置有泵、压力调节器或压力调节阀。
如下文所例示的，低压喷射器502被布置成基于来自第二容器501中的压力传感器701的信号并且根据第二气态燃料的流量形式的燃料流量相关参数的确定值来控制第二气态燃料的供应。
根据本发明的该实施例，第二容器501被布置成积聚来自第一容器301的第一气态燃料。因此，在本实施例中，第一气态燃料和第二气态燃料是相同类型的。积聚在第二容器501中的第一气态燃料在本文中也被称为来自第一气体喷射系统3的第二气态燃料或过量气态燃料。气态燃料从第一容器301到第二容器501的输送(因此，在本实施例的此呈现中，该气态燃料的名称从第一气态燃料变为第二气态燃料或变为过量气态燃料)可以以至少三种方式发生：
a)来自第一容器的汽化气体；即，当第一气态燃料的温度增加时，导致饱和气体压力增加。形成汽化气体的第一气态燃料经由汽化导管601从第一容器301输送到第二容器501。
b)当第一气体喷射系统3中的气体喷射压力在发动机运行期间例如由于发动机负荷的降低而降低时，高压燃料导管303中的第一气态燃料经由高压燃料导管303中的减压阀602和减压导管603输送到第二容器501。减压阀602适于基于超过期望喷射压力的实际喷射压力来调节其设置。当高压燃料导管303中存在过压时，减压阀602将打开高压燃料导管303和减压导管603之间的连接。
c)当发动机停止时，高压燃料导管303将第一气态燃料排空，第一气态燃料经由高压燃料导管303中的减压阀602和减压导管603输送到第二容器501。
所述发动机系统还包括控制单元7，该控制单元7被布置成单独地控制高压喷射器311-314，单独地控制引燃燃料喷射器411-414，并且控制低压喷射器502。控制单元7还被布置成接收来自第二容器501中的压力传感器701的信号，以确定第二容器501中的压力。
控制单元7还被布置成接收来自空气质量流量(MAF)传感器702的信号，该空气质量流量(MAF)传感器702在空气导管201-204的上游，位于进气系统2中。该控制单元被布置成基于来自MAF传感器702的信号来确定到气缸101-104的空气质量流量形式的空气流量相关参数的值。
应当注意，在备选实施例中，所述空气流量相关参数可以是一些其它参数，但其仍然表示到气缸101-104内的空气质量流量。例如，所述空气流量相关参数可以是通过歧管绝对压力(MAP)传感器确定的进气系统2中的压力。
如下文所例示的，控制单元7被布置成基于所确定的空气质量流量来确定第二气态燃料的流量值。控制单元7还被布置成控制低压喷射器502，以便根据所确定的第二气态燃料流量值而从第二容器501供应第二气态燃料，以向气缸101提供空气和第二气态燃料的预混物。
此外，控制单元7被布置成例如基于来自MAF传感器702和/或加速器踏板位置(APP)传感器(未示出)的信号来确定发动机在车辆中运行期间的负荷，这本身是已知的。
参照图3和图4，将描述根据本发明的实施例的方法。
作为本示例中的起始点，发动机1在所有气缸处于相同燃烧模式(在本文中被称为第一燃烧模式)的情况下运行。由此，以第一压力将第一气态燃料喷射S1到所有气缸101-104内。因此，所有气缸处的高压喷射器311-314和引燃燃料喷射器411-414被控制用于来自第一容器301的第一气态燃料的主喷射和用于柴油燃料自动点火的引燃燃料喷射。因此，第一气态燃料以与仅使用柴油燃料时的燃烧过程类似的过程燃烧。
在发动机在所有气缸都处于第一燃烧模式的情况下运行的同时，来自第一容器301的第一气态燃料积聚S2在第二容器501中，例如，如上所述，即(a)作为经由汽化导管601接收的汽化气体，或者(b或c)在第一气体喷射系统压力降低时或在发动机暂时停止期间经由减压阀602和减压导管603被输送。
而且，在发动机在所有气缸都处于第一燃烧模式的情况下运行的同时，第二燃料容器501中的压力由控制单元7通过压力传感器701连续地监测。控制单元7确定S3第二燃料容器压力是否高于阈值，该阈值在本文中也被称为第一压力阈值。如果第二燃料容器压力高于第一压力阈值，则控制单元7确定S4发动机的负荷是否低于负荷阈值，该负荷阈值在本文中也被称为第一负荷阈值。
如果第二容器压力高于第一压力阈值且所述负荷低于第一负荷阈值，则在气缸的第一子集(在本文中也被称为第一气缸102-104)中继续S5上述第一燃烧模式。然而，在所述气缸中的一个气缸(在本文中被称为第二气缸101)中，第一燃烧模式被第二燃烧模式取代S6。
参考图4，图4示出了第一燃烧模式和第二燃烧模式的控制中的步骤。当在第二气缸101中引入第二燃烧模式时，储存在第二燃料容器501中的第二气态燃料被泵送到低压喷射器502，该第二气态燃料被从低压喷射器502提供到通向第二气缸101的空气导管201。低压喷射器502以比第一气态燃料喷射时的第一压力低的所述第二压力喷射第二气态燃料。低压喷射器502被控制成以如下方式控制所喷射的第二气态燃料的流量：
控制单元7基于来自MAF传感器702的信号确定S601空气质量流量的值。基于所确定的空气质量流量，控制单元确定S602第二气态燃料的质量流量的值。选择燃料质量流量以提供具有约1.5的λ值的预混物。然后，控制单元7控制低压喷射器502，以便通过以所确定的燃料质量流量值将第二气态燃料喷射到通向第二气缸101的空气导管201中而从第二容器501供应S603第二气态燃料。这将向第二气缸101提供空气和第二气态燃料的预混物。约1.5的λ值将在第二气缸101中提供预混合的火焰传播燃烧，从而引起第二气态燃料的主要部分燃烧。
为了在空气质量流量波动的情况下使λ值保持恒定，连续地重复确定S601空气质量流量和确定S602第二气态燃料质量流量的步骤。作为发动机未被节流(un-throttled)的结果，如果发动机转速处于提供稳定空气质量流量的非瞬态条件期间所通常提供的范围内，则在本示例中，所述预混物的控制将在第二气缸101中提供与第二气缸中的满负荷的约65％相对应的恒定负荷。
因为由第二气缸101提供的负荷基本恒定，所以执行以下步骤以补偿发动机上的所需负荷与由第二气缸提供的发动机负荷的份额之间的任何差异。控制单元7确定S604所需的发动机负荷，并且控制S605在第一燃烧模式下第一气态燃料到第一气缸102-104内的喷射，以便提供与所需负荷相对应的发动机总负荷。
例如，当第二气缸101在第二模式下运行以提供满负荷的65％的基本恒定的负荷且所需负荷为50％时，控制第一燃烧模式以在第一气缸102-104中提供小于满负荷的50％的负荷，使得由发动机提供的总负荷对应于所需负荷。
图5示出了描绘作为第一气缸102-104的曲轴角度(CAD)的函数的、第一燃烧模式中的燃料喷射的图。该燃烧模式作为HPGI燃烧模式本身是已知的。它涉及在压缩冲程结束时在接近上止点(TDC)位置处通过柴油燃料的第一气缸102-104中的引燃燃料喷射器412-414进行引燃喷射。第一气态燃料通过第一气缸102-104中的高压喷射器312-314的主喷射是在膨胀冲程的开始处提供的。
图6示出了描绘作为第二气缸101的曲轴角度的函数的、第二燃烧模式中的燃料喷射的图。第二气态燃料在第二气缸101的进气冲程结束时被良好地喷射到通向第二气缸101的空气导管201中。由此，该过量气态燃料被足够早地喷射，以使空气和燃料预混物被引入到第二气缸101并均匀地混合。如上所述，低压喷射器502可以备选地被布置成将燃料直接喷射到第二气缸101中。而且，备选地，第二燃料可以在该气缸的压缩冲程开始时被喷射。
此外，在压缩冲程结束时，通过第二气缸101中的引燃燃料喷射器411提供柴油燃料的引燃喷射。此外，在膨胀冲程开始时，通过第二气缸101中的高压喷射器311提供第一气态燃料的引燃喷射。所述引燃喷射自动点燃并因此引发空气燃料预混物的预混火焰传播燃烧。与第一燃烧模式中所需的点火能量相比，第一气态燃料的附加引燃喷射提供了点燃该空气和燃料预混物所需的附加能量。
然而，在第二燃烧模式下的压缩冲程期间，该预混合装料的压力和温度增加到不会发生过早自燃的水平。相反，点火是通过柴油燃料和第一气态燃料的引燃喷射和自动点火实现的。应当注意，如上所述，根据所确定的空气与第二气态燃料的比率来控制这些引燃喷射，例如在每个循环中喷射的引燃燃料的量。该预混合的第二气态燃料和空气装料随后主要在受控的火焰传播过程中燃烧。
应当注意，在发动机的双燃烧模式运行期间，除了如上文所例示的发动机负荷控制之外，还控制第一气缸102-104中的第一气态燃料喷射，以便优化双燃料运行的点火事件。更具体地，控制双燃烧模式运行期间的第一气态燃料的量，以确保在功率效率、甲烷氧化效率和爆震安全裕度方面的最佳条件。
如果发动机负荷在双燃烧模式期间增加到高于第二负荷阈值，则第二气缸101中的燃烧模式从第二燃烧模式转换S7回到第一燃烧模式，使得所有气缸都以高压第一气态燃料喷射运行。因此，在特定的车辆运行情形下，可以优先考虑功率要求。
当第二容器501中的压力已降低到低于第二阈值S8时，第二气缸101中的燃烧模式从第二燃烧模式转换回到第一燃烧模式。因此，当第二容器501中收集的气态燃料的主要部分或全部已经在第二气缸101内燃烧掉时，所有气缸将再次以第一燃烧模式运行。
因此，由于第二容器501被布置成如上文所述地积聚来自第一容器301的第一气态燃料，所以可以避免来自第一气体喷射系统3的第一气态燃料的排放，由此减小车辆的环境影响。应当注意，第二容器501的尺寸相对于第一容器301而言可以较小。在一些实施例中，提供管道形式的第二容器501可能就足够了。然而，第二容器的尺寸应当足以允许具有如上文所例示的空燃比的第二燃烧模式。而且，第二容器的尺寸应足够大，以便在发动机如上所述地停止时接收所有气态燃料。由于第二容器301中的压力(例如10-15巴)低于第三容器304中的压力，所以允许降低第二容器501的强度。
可以考虑用于第二燃烧模式的几种备选燃烧过程。在备选实施例中，第二燃烧模式可以包括以第二压力提供的第二气态燃料的均质充量压缩点火(HCCI)。在这种情况中，在第二燃烧模式下将不需要引燃燃料喷射。适当地，在第二燃烧模式涉及HCCI的情况下，控制基于空气质量流量的第二气态燃料的供应，以便提供预混装料的、2.0-2.5的λ值。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims (26)

1.一种控制具有多个气缸(101-104)的内燃发动机(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-在第一燃烧模式下以第一压力将第一气态燃料喷射(S5)到所述气缸中的至少第一气缸(102-104)内，
-其中，提供第一气体喷射系统(3)以用于喷射(S5)所述第一气态燃料的步骤，
所述方法进一步包括以下步骤：
-在容器(501)中积聚(S2)来自所述第一气体喷射系统的第一气态燃料；
-与喷射(S5)所述第一气态燃料的步骤同时以与所述第一压力不同的第二压力向所述气缸中的至少第二气缸(101)提供(S6)第二气态燃料，以及
-从所述容器(501)供应用于第二气态燃料供应的所述第二气态燃料，
-其特征在于，所述第二气态燃料的所述同时提供是在与所述第一燃烧模式不同的第二燃烧模式下进行的，其中所述第二气缸不是所述第一气缸，其中，同时向所述气缸中的至少第二气缸提供所述第二气态燃料的步骤包括向所述气缸中的一个或多个气缸提供所述第二气态燃料，所述一个或多个气缸少于所有气缸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一气态燃料和所述第二气态燃料是相同类型的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，喷射(S5)所述第一气态燃料的步骤包括将所述第一气态燃料喷射到所述气缸中的多个气缸(102-104)内。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，同时提供(S6)所述第二气态燃料的步骤包括同时仅向所述气缸中的单个气缸(101)提供所述第二气态燃料。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述第一燃烧模式下以所述第一压力将所述第一气态燃料喷射(S1)到所有气缸(101-104)内，随后转换到在第一燃烧模式下以所述第一压力将所述第一气态燃料喷射(S5)到所述气缸中的至少第一气缸(102-104)内的步骤以及同时在所述第二燃烧模式下以所述第二压力向所述气缸中的至少第二气缸(101)提供(S6)所述第二气态燃料的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定(S4)所述发动机的负荷，并且根据所确定的负荷执行所述转换。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定(S4)所述发动机的负荷，并且在所述负荷低于负荷阈值的条件下执行所述转换。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述容器(501)是第二容器，其特征在于，以所述第一压力从第一容器(301)供应用于第一气态燃料喷射的所述第一气态燃料，以所述第二压力从所述第二容器(501)供应用于所述第二气态燃料供应的所述第二气态燃料，确定(S3)所述第二容器(501)中的压力或气体含量，并且根据所确定的所述第二容器(501)中的压力或气体含量执行所述转换。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第二容器(501)中的所述压力或气体含量高于阈值的条件下执行所述转换。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二燃烧模式(S6)包括以所述第二压力将用于空气和气体的预混物的所述第二气态燃料提供到所述第二气缸(101)。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二燃烧模式包括：
-确定(S601)表示流入所述第二气缸(101)中的空气质量流量的空气流量相关参数值，
-基于所确定的空气流量相关参数值来确定(S602)表示所述第二气态燃料的质量流量的燃料流量相关参数值，
-根据所确定的燃料流量相关参数值来提供(S603)所述第二气态燃料，以将空气和过量气态燃料的预混物提供到所述气缸(101)。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二燃烧模式(S6)包括以所述第二压力提供λ值为1.3-1.7的空气和所述第二气态燃料。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定(S604)所述发动机上的所需负荷，并且控制所述第一气态燃料的所述喷射(S5)，以便在所述发动机上提供对应于所述所需负荷的总负荷。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二气缸中的基本恒定的负荷对应于所述第二气缸中的满负荷的50-70％的区间内的负荷。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二燃烧模式(S6)包括液体燃料的引燃喷射。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，喷射所述第一气态燃料的步骤包括通过第一喷射器喷射所述第一气态燃料，并且所述第二燃烧模式(S6)包括通过所述第一喷射器进行所述第一气态燃料的引燃喷射。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述第二燃烧模式下确定空气与气体的比率，并且根据所确定的空气与气体的比率来控制所述引燃喷射。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二燃烧模式(S6)包括以所述第二压力提供的所述第二气态燃料的均质充量压缩点火(HCCI)。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二燃烧模式(S6)涉及以所述第二压力仅喷射所述第二气态燃料。
20.一种内燃发动机系统，包括：
-内燃发动机(1)，所述内燃发动机(1)具有多个气缸(101-104)，
-进气系统(2)，所述进气系统(2)为每个气缸提供仅专用于相应气缸(101-104)的空气导管(201-204)，
-第一气体喷射系统(3)，所述第一气体喷射系统(3)用于以第一压力将第一气态燃料喷射到所述气缸(101-104)内，
-第二气体喷射系统(5)，所述第二气体喷射系统(5)用于以不同于所述第一压力的第二压力将第二气态燃料提供到所述发动机(1)，
-所述第一气体喷射系统(3)包括用于所述第一气态燃料的第一容器(301)，所述第一气态燃料将由所述第一气体喷射系统(3)喷射，
-所述第二气体喷射系统(5)包括用于所述第二气态燃料的第二容器(501)，所述第二气态燃料将由所述第二气体喷射系统(5)提供，
-其特征在于，所述第二气体喷射系统(5)被布置成将所述第二气态燃料直接提供到所述气缸中的一个或多个气缸内，或者直接提供到仅专用于相应气缸(101-104)的所述空气导管(201-204)中的一个或多个空气导管，从而允许仅将所述第二气态燃料供应到所述气缸的选定子组。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述第一气态燃料和所述第二气态燃料是相同类型的。
22.根据权利要求20至21中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第二气体喷射系统(5)包括至少一个喷射器(502)，所述至少一个喷射器(502)被布置成将燃料喷射到至少一个所述空气导管(201-404)中的相应空气导管中。
23.根据权利要求20至21中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一容器(301)是液体天然气(LNG)罐。
24.根据权利要求20至21中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第二容器(501)被布置成积聚来自所述第一容器(301)的第一气态燃料。
25.一种载有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码组件，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码组件执行根据权利要求1至19中的任一项所述的方法的步骤。
26.一种控制单元，所述控制单元被布置成执行根据权利要求1至19中的任一项所述的方法的步骤。
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