CN108779726B - 用于控制高压气体喷射内燃发动机的方法 - Google Patents

用于控制高压气体喷射内燃发动机的方法 Download PDF

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Abstract

控制高压气体喷射内燃发动机(1)的方法，包括：‑在第一燃烧模式下，将第一气态燃料喷射到所述发动机的气缸(101)中，和‑在第二气体喷射系统的容器(501)中积聚来自第一燃料系统的过量气态燃料，‑在气缸(101)中从第一燃烧模式到第二燃烧模式的转换包括：‑确定指示流入到气缸(101)中的空气质量的与空气流量相关的参数的值，‑基于所确定的与空气流量相关的参数值，确定指示过量气态燃料的质量流量的与燃料流量相关的参数的值，和‑根据所确定的与燃料流量相关的参数值从容器(501)供给过量气态燃料，以将空气和过量气态燃料的预混合物提供到气缸(101)。

Description

用于控制高压气体喷射内燃发动机的方法
技术领域
本发明涉及用于控制高压气体喷射内燃发动机的方法。
本发明可应用于重载车辆(例如卡车、大客车)和施工设备(例如作业机械)。本发明也可应用于小汽车。虽然本发明将参考卡车进行说明，但本发明不限制于此特定的车辆类型。
背景技术
一段时间以来，高压气体喷射(HPGI)内燃发动机一直是人们越来越感兴趣和使用的主题。HPGI技术也称为高压直接喷射(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，这取决于所用气态燃料的组成。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，其提供用于混合有限燃烧或混合受控燃烧的条件。气体使用专用高压气体喷射器来供应。额外的先导量的柴油被喷射，以实现点火。
在HPGI发动机中，通常要求分配高压气体，例如在喷射系统中由于发动机负载的降低而快速压力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必要的影响。
CA2868338A1中指出，对于具有直接气体喷射的内燃发动机，捕获排出的气态燃料，将其存储在积聚器中，并在稍后的时间将其重新引入用于发动机燃烧。来自积聚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中的循环中添加气体和空气预混合物。这种解决方案的问题在于，所捕获的燃料的大部分(至少30％)可能不会在气缸中燃烧，因此，从环境的角度来看，提供的缓解相对较小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，减少从带有高压气体喷射的内燃发动机的燃料系统的排放。
此目的利用用于控制高压气体喷射内燃发动机的方法实现，所述方法包括：
–在第一燃烧模式下，通过第一气体喷射系统将第一气态燃料喷射到发动机的气缸中，和
–在第二气体喷射系统的容器中积聚来自第一燃料系统的过量气态燃料，
–其特征在于，在气缸中，从第一燃烧模式转换到第二燃烧模式，包括：
–确定与空气流量相关的参数值，所述与空气流量相关的参数值指示进入所述气缸中的空气质量流量，
–基于所确定的与空气流量相关的参数值，确定与燃料流量相关的参数值，所述与燃料流量相关的参数值指示所述过量气态燃料的质量流量，和
–根据所确定的与燃料流量相关的参数值，从所述容器供给所述过量气态燃料，以将空气和所述过量气态燃料的预混合物提供到所述气缸。
本发明通过燃烧大部分过量气态燃料来允许避免将过量气态燃料释放到大气中。更具体地，基于所确定的与空气流量相关的参数值来确定燃料流量参数值，这允许将过量气态燃料受控地供给以用于空气和燃料的预混合物，这使得可获得过量气态燃料的燃烧，所述燃烧比已知的解决方法中明显更彻底。作为第二燃烧模式的结果，低至仅2％至5％的过量气态燃料可能保持未被燃烧。原因是，可确定燃料流量相关的参数值，以提供在气缸中的预混合的火焰传播，由此大部分过量气态燃料在第二气缸中燃烧。因此，本发明可大体上降低由于高压气体喷射发动机中的过量气态燃料造成对环境的干扰。此外，由于更高比例的所述过量气态燃料在发动机中被燃烧，从而本发明可大体上增加由过量气态燃料提供的有用功量。
与本发明不同的是，如在所述CA2868338A1中所示，将被捕获的排出的气态燃料和空气的预混合物在常规的直接气体喷射前添加而无任何对于预混合物的燃料流量的控制可能导致预混合物中的燃料的大部分未燃烧而离开气缸。如果预混合物稀薄且发动机负载低，则燃烧可能限制于常规直接气体喷射的受控燃烧与在此燃烧中局部地涉及的预混合物的受控燃烧的组合。然而，在燃烧室的其它部分中，预混合物可能不燃烧，且其中的燃料可能逃逸到大气。
由本发明可实现的预混合的火焰传播类似于汽油发动机中的过程。然而，基于涉及空气流量的参数值确定涉及燃料流量的参数值使得可获得如下空燃比，该空燃比即使在发动机不装配有用于空气的节气门时也提供了预混合的火焰传播。在不存在节气门的情况中，通向发动机的空气流量将主要取决于发动机转速。因此，本发明被提供用以根据检测到的空气流量调整过量气态燃料供给，且因此确保预混合的火焰传播燃烧。即，即使发动机是典型地不具有节气门的“柴油型”HPGI发动机，也可供给提供了“奥托型”预混合火焰传播燃烧的过量气态燃料和空气预混合物。因此，与所述CA2868338A1中的建议不同，即使发动机处于低负载状态，过量气态燃料的大部分也可以燃烧。在一些实施例中，过量气态燃料的提供被控制，以提供用于气缸中的负载的预混合物，所述负载保持在气缸中的全负载的50％至70％之间。
应注意的是，除供给提供预混合物的过量气态燃料外，第二燃烧模式可包括通过第一气态燃料的第一气体喷射系统的向气缸中的喷射。对于气缸的不改变的负载，此第一气态燃料在第二燃烧模式下的喷射优选地小于第一气态燃料在第一燃烧模式下的喷射。如下文中将解释的，第二燃烧模式下的第一气态燃料喷射可用作引燃喷射，以便于预混合的火焰传播燃烧。
第一气体喷射系统可包括容器，所述容器在此也称为第一容器，第二气体喷射系统的容器在此也称为第二容器。第一容器可以是存储容器，例如液体天然气(LNG)罐。第一气体喷射系统也可包括具有高压缓冲罐的形式的第三容器，所述第三容器布置成从第一容器通过高压泵被送给以第一气态燃料。
第二容器，即用于积聚过量气态燃料的第二气体喷射系统的容器，可以是小的低压气体积聚器。在积聚时，通过从第一燃烧模式到第二燃烧模式的所述转换，过量气态燃料可根据需要有效地在发动机中燃烧。应理解的是第二燃烧模式不同于第一燃烧模式。
如下文中示例，第二容器中的积聚可作为从第一容器接收的汽化气体的结果而提供，或在从第一气体喷射系统在其中压力降低时的运输时或在发动机停止期间提供。在此积聚时，气态燃料将处于低压且不能作为燃料在正常的HPGI发动机模式下被利用。因此，带有根据本发明的受控的过量气态燃料供给的第二气态燃料在第二燃烧模式下的燃烧将提供此燃料的有效的且可控的利用方式。
优选地，预混合物具有1.3至1.7的λ值，更优选地具有1.4至1.6的λ值，例如大致1.5的λ值。这确保了预混合的火焰传播，并且由此确保了过量气态燃料的大部分在气缸中的燃烧。因此，可实现过量气态燃料排放的最小化。
优选地，供给过量气态燃料的步骤包括将过量气态燃料喷射到气缸中，或喷射到布置成将空气引导到气缸的导管中。例如，在带有多个气缸的发动机的情况中，第二气体喷射系统可包括一个或多个燃料喷射器，并且可布置成将过量气态燃料直接提供到气缸中的一个或多个气缸中。如下文中将解释，此喷射可足够早地提供，以使得被喷射的过量气态燃料与空气在气缸(多个气缸)中混合。替代地，第二气体喷射系统可布置成将过量气态燃料直接喷射到仅专用于相应的气缸的空气导管中的一个或多个空气导管中。此专用的导管也称为进气口。因此，过量气态燃料可被喷射到入口(多个入口)中且与空气在燃烧前预混合。布置成将过量气态燃料直接提供到气缸中的一个或多个气缸中或直接提供到仅专用于相应的气缸的导管中的一个或多个导管中的第二气体喷射系统允许将过量气态燃料仅供给到气缸的选择的子组。如下文所述，这允许在将用于积聚过量气态燃料的容器排空时的改进的发动机负载控制。在替代的实施例中，过量气态燃料喷射到如下空气导管中，所述空气导管被布置成将空气引导到多缸发动机的气缸的多个或全部气缸。
优选地，喷射第一气态燃料的步骤包括以第一压力喷射第一气态燃料，且喷射过量气态燃料的步骤包括以比第一压力低的第二压力喷射过量气态燃料。在第一燃烧模式是高压气体喷射(HPGI)燃烧模式时，第一压力相对高。与此相反，过量气态燃料以相对低的压力下积聚和喷射。应注意到的是在第一燃烧模式期间喷射的压力可改变，例如基于发动机负载改变。因此，在此所谓的第一压力可取决于发动机的运行情况改变。然而在许多实施例中，第一压力在任何运行情况中优选地高于第二压力。
优选地，喷射过量气态燃料的步骤包括在气缸的压缩冲程结束时的上止点位置处之前90度曲轴角度之前喷射过量气态燃料。更优选地，过量气态燃料在气缸的进气冲程结束时喷射，或在气缸的压缩冲程开始时喷射。因此，过量气态燃料足够早地被喷射，以用于空气和过量气态燃料的均匀的预混合。
优选地，喷射第一气态燃料的步骤包括在气缸的压缩冲程结束时的上止点位置之前90度曲轴角度之后喷射第一气态燃料。在第一燃烧模式是HPGI燃烧模式时，第一气态燃料可在气缸的压缩冲程结束时喷射，或在气缸的膨胀冲程开始时喷射。应注意的是，优选地第一燃烧模式不包括过量气态燃料供给。
优选地，第二燃烧模式包括例如柴油燃料的液体燃料的引燃喷射。因此，第二燃烧模式可提供涉及空气和过量气态燃料的预混合的双燃料燃烧。引燃喷射优选地根据预混合物中的空气和过量气态燃料的比例控制。液体燃料引燃喷射自点燃，且因此提供预混合火焰传播燃烧的引发。优选地，喷射正时类似于纯柴油燃烧模式的喷射正时。
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，且第二燃烧模式包括通过第一喷射器喷射第一气态燃料的引燃喷射。这在第一气态燃料且因此过量气态燃料是天然气的情况中是特别有利的。与以汽油工作的发动机相比，天然气对于点火系统提出了更高的要求，因为需要更多的来自火花的能量。第一气态燃料的引燃喷射辅助了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，因为与第二燃烧模式的总引燃燃料喷射的要求相比，这允许使用更小容量的柴油引燃喷射器。更具体地，在第一燃烧模式是HPGI燃烧模式的情况中，可能要求与第二燃烧模式相比每个循环中的更小的引燃燃料的量。在第二燃烧模式下使用第一喷射器用于第一燃料的引燃喷射可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对于第二燃烧模式的增加的引燃燃料要求定尺寸。因此，可使用容量相对小的柴油喷射器，这在成本控制方面是有益的。然而，应注意到的是在替代实施例中在第二燃烧模式下不将第一气态燃料喷射到气缸中。
优选地，所述方法包括：在供给过量气态燃料以将空气和过量气态燃料的预混合物提供到气缸的所述步骤的同时，在第一燃烧模式下通过第一气体喷射系统将第一气态燃料喷射到发动机的另外的气缸中，另外的气缸在此指第一气缸且其中燃烧模式从第一燃烧模式转换到第二燃烧模式的气缸在此指第二气缸。应理解的是第二气缸不是第一气缸。应注意到的是第一气态燃料可在第一燃烧模式下喷射到气缸中的一个或多个气缸(但是少于全部气缸)中。过量气态燃料可被提供以用于在剩余气缸的一个或多个气缸中的第二燃烧模式，例如在气缸的仅单独的气缸中的第二燃烧模式。应注意到的是在一些实施例中在分开的气缸中的同时燃烧模式可通过剩余气缸的一个或多个气缸的解除激活实现。
在分开的气缸中的同时的第一和第二燃烧模式允许在气缸的一些气缸中保持有效的且完全可控的高压喷射燃烧循环，而过量气态燃料的燃烧可在另一个气缸中或在其它的多个气缸中被优化。模式混合也使得可为气缸的仅一个或一些气缸装配以用于允许使用过量气态燃料的第二燃烧模式的硬件，这在成本控制方面是有益的。因为过量气态燃料仅在气缸中的一个气缸或气缸子组中提供，所以可确保存在足够的过量气态燃料以用于维持受控的预混合，所述受控的预混合促进了预混合火焰传播燃烧。这在适合于气态燃料的柴油型发动机中是特别有益的，因为不存在节流提供到发动机的空气的装置。将第二燃烧模式集中到气缸的仅一个气缸或气缸子组中可允许在第二燃烧模式下的预混合火焰传播燃烧的λ值。
优选地，所述方法包括在第二气缸中从第一燃烧模式转换到第二燃烧模式的所述步骤之前，在第一燃烧模式下通过第一气体喷射系统将第一气态燃料喷射(S1)到所有气缸中。
优选地，所述方法包括确定要求的发动机的负载并且在第一燃烧模式下控制第一气态燃料到第一气缸的喷射，以提供对应于要求负载的发动机的总负载。由此，可调整在第一气缸(多个第一气缸)中的同时的第一燃烧模式，以允许优化在第二气缸(多个第二气缸)中的第二燃烧模式，而与发动机的负载要求无关。更具体地，供给过量气态燃料供给以将空气和过量气态燃料的预混合物提供到第二气缸的所述步骤可被控制，以提供用于预混合物的1.3至1.7的λ值，由此确保第二气缸中的预混合的火焰传播，且因此允许过量气态燃料的大部分在第二气缸中的燃烧。在发动机上不存在节气门的情况中，这可导致控制第二气缸中的负载的受限的可能性。然而，通过在第一燃烧模式下控制第一气态燃料到第一气缸中的喷射以提供对应于所要求的负载的发动机的总负载，满足变化的负载要求且最小化过量气态燃料排放的两个可能性都可实现。
优选地，第二气缸中的大体上恒定的负载对应于第二气缸中的全负载的50％至70％之间的负载，优选地大致为所述全负载的65％的负载。因此，过量气态燃料的提供可被控制，以在第二气缸中提供保持在第二气缸中的全负载的50％至70％之间的负载，并且同时可控制第一气态燃料到第一气缸(多个第一气缸)中的所述喷射，以提供对应于要求的负载的发动机上的总负载。因此，第二燃料的几乎全部可被燃烧，且同时可控制第一气缸(多个第一气缸)中的第一燃烧模式，以补偿要求的负载和第二气缸中的负载之间的差异。例如，如果第二气缸在全负载的65％下在第二模式下运行，且要求的负载为50％，则可控制第一燃烧模式，以在第一气缸(所有第一气缸)中提供少于全负载的50％的负载，使得通过发动机提供的总负载对应于所要求的负载。
优选地，所述方法包括确定容器中的压力或气体含量，并且取决于所确定的容器中的压力或气体含量执行从第一燃烧模式到第二燃烧模式的所述转换。在一些实施例中，转换在第二容器中的压力或气体含量高于阈值的条件下执行。由此，在容器中的积聚已达到第二容器的容量时，可执行转换。根据此实施例的转换也可确保在容器中存在足够的过量气态燃料，以允许以受控的方式执行第二燃烧模式。
本发明的目的也使用根据权利要求14所述的计算机程序、根据权利要求15所述的计算机可读取的介质和根据权利要求16所述的控制单元实现。
本发明的另外的优点和有利特征在如下描述中公开。
附图说明
下面参照附图，对作为示例引用的本发明的实施例进行更详细的描述。在附图中：
图1是卡车形式的车辆的局部截面侧视图。
图2是图1所示车辆中的发动机系统的图。
图3和图4是描绘图2中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，车辆可以是多种备选类型，例如，它可以是轿车、公共汽车或诸如轮式装载机的作业机器。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。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提供专用于气缸101-104中的相应的气缸的空气导管201-204。
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。可以使用任何合适类型的气态燃料；在该示例中，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(在此也称为第三容器)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载改变燃料喷射压力。因此，本文所称的第一压力可以根据发动机的操作情况而变化。
发动机系统还包括用于将引燃燃料喷射到气缸101-104中的引燃燃料系统4。可以使用任何合适类型的引燃燃料；在该示例中，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，在每个气缸101-104中，相应的高压喷射器311-314和引燃燃料喷射器411-414可以设置为单独的单元或者组合在单个组合喷射器中，如本身所已知的。
根据本发明的该实施例，发动机系统包括第二气体喷射系统5，用于以低于喷射第一气态燃料的第一压力的第二压力向发动机1提供第二气态燃料。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，并且如下所述积聚。第二气体喷射系统5包括喷射器502，这里也称为低压喷射器502，喷射器502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可以被布置成将燃料喷射到多个空气导管201-204中的相应的空气导管中，所述多个空气导管201-204可少于导管201-204的全部或为导管201-204的全部。在另外的实施例中，低压喷射器502可被布置成将第二气态燃料直接喷射到一个或多个气缸101-104中的相应的气缸中。
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设置低压泵503。相反，压力调节器或压力调节阀可以被布置成控制低压喷射器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之间不设置泵、压力调节器或压力调节阀。
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，如下文所例示。
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，第一气态燃料和第二气态燃料在该实施例中是相同类型的。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的输送可以以至少三种方式发生，由此在本实施例的该呈现中，气态燃料的名称从第一气态燃料改变为第二气态燃料或改变为过量气态燃料：
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导致饱和气体压力增加时。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载的降低而降低时，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。
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的信号以确定其中的压力。
控制单元7还被布置成接收来自空气导管201-204上游的位于进气系统2中的空气质量流量(MAF)传感器702的信号。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，空气流量相关参数可以是一些其它参数，其仍然指示进入气缸101-104中的空气质量流量。例如，空气流量相关参数可以是进气系统2中的压力，该进气系统2中的压力通过歧管绝对压力(MAP)传感器确定。
如下文所例示，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，以便根据第二气态燃料流量的确定值从第二容器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合物。
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载，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。
作为该示例中的起始点，发动机1在所有气缸处于相同燃烧模式(这里称为第一燃烧模式)的情况下运行。因此，以第一压力将第一气态燃料喷射S1到所有气缸101-104中。因此，所有气缸的高压喷射器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，第一气态燃料以类似于仅用柴油燃料燃烧的过程燃烧。
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的第一气态燃料例如如上所述的积聚S2在第二容器501中，即(a)作为经由汽化导管601接收的汽化气体或(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输送。
此外，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而被连续监测。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发动机的负载是否低于负载阈值，该负载阈值在本文中也称为第一负载阈值。
如果第二容器压力高于第一压力阈值，并且负载低于第一负载阈值，则如上所述的第一燃烧模式在气缸的第一子集(在本文中也称为第一气缸102-104)中继续S5。然而，在气缸中的一个气缸(在本文中称为第二气缸101)中，第一燃烧模式由第二燃烧模式代替S6。
参考图4，图4示出了控制第一和第二燃烧模式的步骤。当在第二气缸101中引入第二燃烧模式时，存储在第二燃料容器501中的第二气态燃料被泵送到低压喷射器502，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以所述低于喷射第一气态燃料的第一压力的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便提供具有大约1.5的λ值的预混合物。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合物。大约1.5的λ值将在第二气缸101中提供预混合火焰传播燃烧，导致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保持λ值恒定，连续重复确定S601空气质量流量和确定S602第二气态燃料质量流量的步骤。作为发动机未节流的结果，如果发动机转速在提供稳定空气质量流量的非瞬态条件期间通常提供的范围内，则在该示例中，所述预混合物控制将在第二气缸101中提供与第二气缸中的全负载的大约65％相对应的恒定负载。
由于由第二气缸101提供的负载基本上恒定，所以执行以下步骤以补偿发动机的所需负载与由第二气缸提供的发动机负载的份额之间的任何差异。控制单元7确定S604发动机的所需负载，并且控制S605在第一燃烧模式下第一气态燃料向第一气缸102-104中的喷射，以便提供与所需负载相对应的发动机总负载。
例如，当第二气缸101在第二模式下运行以提供全负载的65％的基本上恒定的负载，并且所需负载为50％时，控制第一燃烧模式以在第一气缸102-104中提供小于全负载的50％的负载，使得由发动机提供的总负载对应于所需负载。
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下的燃料喷射的图。这种燃烧模式是作为HPGI燃烧模式本身已知的。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的主喷射在膨胀冲程的开始处提供。
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，过量的气态燃料被足够早地喷射，以使空气和燃料的预混合物被引入第二气缸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。此外，备选地，第二燃料可以在气缸的压缩冲程开始时喷射。
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。引燃喷射自动点燃并由此提供空气燃料预混合物的预混火焰传播燃烧的引发。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空气和燃料预混合物所需的附加能量。
然而，在第二燃烧模式下的压缩冲程期间，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，点火通过柴油燃料和第一气态燃料的引燃喷射和自动点火来实现。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来控制引燃喷射，例如在每个循环中喷射的引燃燃料的量。预混合的第二气态燃料和空气装料随后在受控火焰传播过程中燃烧。
应当注意，在发动机的双燃烧模式操作期间，除了如上文所例示的发动机负载控制之外，还控制第一气缸102-104中的第一气态燃料喷射，以便优化双燃料操作的点火事件。更具体地，控制双燃烧模式操作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。
如果在双燃烧模式期间发动机的负载增加到第二负载阈值以上，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操作。因此，在特定车辆操作情况下可以优先考虑功率要求。
当第二容器501中的压力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第一燃烧模式。因此，当收集在第二容器501中的气态燃料的主要部分或全部已经在第二气缸101中燃烧掉时，所有气缸将再次以第一燃烧模式操作。
因此，由于第二容器501被布置成如所述地积聚来自第一容器301的第一气态燃料，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的尺寸可以相对于第一容器301较小。在一些实施例中，设置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。此外，第二容器的尺寸应当足够大，以便在发动机如上所述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气压缩点火(HCCI)。在这种情况下，在第二燃烧模式下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2.0-2.5的预混装料的λ值。
如所提及的，在一些实施例中，低压喷射器502可被布置成将第二气态燃料分别喷射到空气导管201至204的全部空气导管中，或低压喷射器502可被布置成将第二气态燃料分别直接喷射到气缸101至104的所有气缸中。在另外的实施例中，低压喷射器502可被布置成将第二气态燃料在空气导管201至204上游喷射到进气系统2中，以使得第二燃料到达所有气缸101至104。在其中一个或多个低压喷射器502被布置成将第二气态燃料提供到所有气缸的实施例中，所有气缸可同时在第二燃烧模式下运行。
应当理解，本发明不限于上述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。

Claims (13)

1.一种用于控制柴油型高压气体喷射内燃发动机(1)的方法，所述方法包括：
–在第一燃烧模式下，通过第一气体喷射系统(3)将第一气态燃料喷射到所述发动机的气缸(101)中，喷射所述第一气态燃料的步骤包括：在所述气缸(101)的压缩冲程结束时的上止点位置之前的90度曲轴角度之后喷射所述第一气态燃料，
–在第二气体喷射系统的容器(501)中积聚(S2)来自所述第一气体喷射系统的过量气态燃料，和
–在所述气缸(101)中，从所述第一燃烧模式转换(S6)到第二燃烧模式，包括：
–确定(S601)与空气流量相关的参数值，所述与空气流量相关的参数值指示进入所述气缸(101)中的空气质量流量，
–其特征在于，所述第二燃烧模式还包括：基于所确定的与空气流量相关的参数值，确定(S602)与燃料流量相关的参数值，所述与燃料流量相关的参数值指示所述过量气态燃料的质量流量，和
–根据所确定的与燃料流量相关的参数值，从所述容器(501)供给(S603)所述过量气态燃料，以将空气和所述过量气态燃料的预混合物提供到所述气缸(101)，所述与燃料流量相关的参数值被确定为提供在所述气缸中的预混合的火焰传播，其中，所述预混合物具有1.3至1.7的λ值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，供给所述过量气态燃料的步骤包括：将所述过量气态燃料喷射到所述气缸(101)中，或喷射到被布置成将空气引导到所述气缸(101)的导管中。
3.根据权利要求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：以第一压力来喷射所述第一气态燃料；喷射所述过量气态燃料的步骤包括：以比所述第一压力低的第二压力来喷射所述过量气态燃料。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，喷射所述过量气态燃料的步骤包括：在所述气缸(101)的压缩冲程结束时的上止点位置处之前的90度曲轴角度之前喷射所述过量气态燃料。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求1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来进行所述第一气态燃料的引燃喷射。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在供给所述过量气态燃料、以将空气和所述过量气态燃料的预混合物提供到所述气缸(101)的步骤的同时，在所述第一燃烧模式下，通过所述第一气体喷射系统(3)将所述第一气态燃料喷射到所述发动机的其它气缸(102至104)中，所述其它气缸(102至104)为第一气缸，并且，其中燃烧模式从所述第一燃烧模式转换到所述第二燃烧模式的气缸(102)为第二气缸。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定(S604)所述发动机的所需负载，并且通过在所述第一燃烧模式下控制(S605)所述第一气态燃料到所述第一气缸(102至104)的喷射，从而提供对应于所述所需负载的所述发动机的总负载。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二气缸中的负载对应于所述第二气缸中的全负载的50％至70％之间的负载。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定(S3)所述容器(501)中的压力或气体含量，并且根据所确定的所述容器(501)中的压力或气体含量来进行从所述第一燃烧模式到所述第二燃烧模式的所述转换。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述容器(501)中的压力或气体含量高于阈值的情况下来进行所述转换。
12.一种计算机可读取介质，所述计算机可读取介质携带计算机程序，所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于当所述程序在计算机上运行时执行根据权利要求1至11中任一项所述的步骤。
13.一种控制单元，所述控制单元被布置成执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤。
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