CN109983212B - 通过跳过火花/燃料策略对减载进行的发动机响应 - Google Patents

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Abstract

系统、设备和方法包括用于响应于减载事件而控制预混合内燃机的操作的控制技术。所述控制技术：响应于所述减载事件而基于排气流中的空燃比极限来确定要跳过燃烧至少一个气缸中的燃料的循环数目；在所述跳过的循环数目期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料；并且每当所述跳过的循环数目完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。

Description

通过跳过火花/燃料策略对减载进行的发动机响应
技术领域
本发明总体涉及预混合内燃机，并且更具体地，涉及用于减少或消除此类内燃机的排气歧管过压事件而同时使发动机超速最小化的系统和方法。
背景技术
在预混合火花点火式和/或双燃料发动机的操作期间的快速减载导致发动机转速的快速增加。为了使发动机减速，现有控制策略防止做功冲程期间气缸中的燃烧。然而，对于预混合和双燃料类型发动机，这可能导致排气歧管过压(EMOP)事件，因为排气lambda(λ)或空燃比(AFR)低于其可燃性极限。因此，仍然需要对控制发动机超速同时避免响应于减载事件的EMOP事件的系统和方法进行额外改进。
发明内容
公开用于响应于减载事件而控制内燃机的操作的独特系统和方法。当施加在发动机上或从发动机请求的负载突然减小时，发生减载事件。减载事件的示例包括发动机的突然关闭、发动机与负载机械地断开(例如通过脱离离合器)、由发动机驱动的发电机上的电负载突然减小、所命令负载的突然减小(例如，因加速器踏板的提升)、以及变速器换档到空档中。
EMOP事件导致排气系统中的意外能量释放，并且可能例如增加排放，损坏后处理部件，和/或引起损坏排气系统部件的意外燃烧。本文所公开的控制技术通过基于排气可燃性的实时限制来控制未燃烧的预混合燃料(诸如，进入排气和/或后处理系统中的气体燃料)的量以缓解或减少EMOP事件，并且所述控制技术可同时或替代地帮助响应于确定或检测到减载事件而使发动机超速最小化。
在一种形式中，所述减载事件是发动机需求的扭矩小于当前扭矩输出达阈值量以上的指示。在一个实施方案中，所述控制技术包括仅在跳过所涉及的每个气缸的所计算或确定的循环数目之后才点燃火花点火式发动机的火花塞，使得不违反排气AFR极限。在双燃料发动机的另一实施方案中，所述控制技术包括仅在跳过所计算或确定的循环数目之后喷射柴油燃料，使得不违反AFR极限。提出所述控制技术可在逐气缸的基础上应用在发动机的多于一个但少于所有气缸上，或发动机的所有气缸上。所述排气AFR极限基于所假设或测量的排气温度和燃料成分的函数是动态的。
提供本发明内容来介绍下文在说明性实施方案中进一步描述的概念的选择。本发明内容既不意图识别所要求保护主题的关键或本质特征，也不意图用作限制所要求保护主题的范围的辅助。根据以下描述和附图，其他实施方案、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。
附图说明
图1是内燃机系统的部分的示意图。
图2是图1的内燃机系统的气缸的示意图。
图3是用于控制图1的内燃机系统的控制器的示意图。
图4是用于响应于减载事件而控制内燃机的操作的程序的流程图。
具体实施方式
出于促进对本发明原理的理解的目的，现在将参考在附图中示出的实施方案，并且将使用特定的语言对其进行描述。然而应理解，不意图将本发明的范围限于此，本文涵盖所示实施方案中的任何更改和其他修改形式以及如其中所示的对本发明的原理的任何其他应用，如本发明相关领域技术人员通常所知的。
参考图1，以示意图形式示出内燃机系统20。燃料供给系统21也以示意图的形式示出，所述燃料供给系统21可与内燃机系统20一起操作以从第一燃料源102为发动机30提供燃料供给。在一个实施方案中，仅提供一个燃料源102并且将其定位成使得燃料在发动机气缸的燃烧室上游与充气流预混合。在另一实施方案中，燃料供给系统21包括用于提供燃料供给的任选第二燃料源104，并且内燃机系统20是双燃料系统。
内燃机系统20包括发动机30，所述发动机30与用于向发动机30提供充气流的进气系统22和用于输出排气流中的排气的排气系统24连接在一起。在某些实施方案中，发动机30包括预混合内燃机，在所述预混合内燃机中气体燃料流与充气流预混合。所述气体燃料可以是例如天然气、生物气、甲烷、丙烷、乙醇、发生炉煤气、消化气、场气、液化天然气、压缩天然气或填埋气。
在另一实施方案中，发动机30包括稀燃发动机，诸如使用第二燃料源104中的液体燃料(诸如，柴油燃料)和第一燃料源102中的气体燃料(诸如，天然气)的柴油循环发动机。所述气体燃料可以是例如天然气、生物气、甲烷、丙烷、乙醇、发生炉煤气、消化气、场气、液化天然气、压缩天然气或填埋气。然而，不排除其他类型的液体和气体燃料，诸如任何合适的液体燃料和气体燃料。在所示实施方案中，发动机30包括呈双气缸组36a、36b布置的六个气缸34a-34f。然而，气缸(统称为气缸34)的数目可以是任何数目，并且除非另有说明，否则气缸34的布置可以是包括直列布置的任何布置，并且不限于图1所示的数目和布置。
发动机30包括至少部分地限定气缸34的发动机缸体32。多个活塞(诸如，图2所示的活塞70)可以可滑动地设置在相应气缸34内，以在旋转曲轴78的同时在上止点位置与下止点位置之间往复运动。气缸34中的每一个、其相应活塞70和气缸盖72形成燃烧室74。在所示实施方案中，发动机30包括六个此类燃烧室74。然而，预期发动机30可包括更多或更少数目的气缸34和燃烧室74，并且气缸34和燃烧室74可设置成“直列”配置、“V”型配置或呈任何其他合适的配置。
在一个实施方案中，发动机30是四冲程发动机。也就是说，对于每个完整的发动机燃烧循环(即，对于每两个完整的曲轴78旋转)，每个气缸34的每个活塞74移动通过进气冲程、压缩冲程、燃烧或做功冲程和排气冲程。因此，在所描绘六缸发动机的每个完整燃烧循环期间，存在空气从进气供应管道26被抽吸到各个燃烧室74中的六个冲程和将排气供应到排气歧管38的六个冲程。如下文进一步论述的，本发明确定响应于减载事件而跳过燃烧以减少或防止EMOP事件并改进对发动机超速的控制的循环的数目，并且在所述跳过的循环数目完成之后且在发起跳过燃烧的下一跳过的循环数目之前，在所述一个或多个气缸中提供燃烧事件。
发动机30包括气缸34，所述气缸34连接到用于接收充气流的进气系统22并连接到用于释放由一种或多种燃料的燃烧产生的排气的排气系统24。发动机30可包括一个或多个可变阀正时(VVT)布置，诸如凸轮相位或可变阀升程。排气系统24可将排气提供给涡轮增压器40，但并不要求涡轮增压器。在又一些实施方案中，包括多个涡轮增压器以提供压缩进气流的高压涡轮增压阶段和低压涡轮增压阶段。
此外，排气系统24可通过高压排气再循环(EGR)系统50和低压EGR系统60中的一者或两者连接到进气系统22。EGR系统50、60可分别包括冷却器52、62和旁路54、64。在其他实施方案中，并不提供EGR系统50、60中的一者或两者。一个或多个EGR系统50、60(在提供的情况下)在某些工况下向发动机30提供排气再循环。在至少某些工况期间的任何EGR布置中，一个或多个气缸34的排气输出的至少一部分再循环到发动机进气系统22。
在高压EGR系统50中，来自一个或多个气缸34的排气在涡轮增压器40的涡轮机42上游从排气系统24离开，并且在涡轮增压器40的压缩机44下游且在发动机30的进气歧管28上游的某个位置处与进气流组合。在低压EGR系统60中，来自一个或多个气缸34a-34f的排气在涡轮增压器40的涡轮机42上游从排气系统24离开，并且在涡轮增压器40的压缩机44上游的某个位置处与进气流组合。再循环排气可在进气系统22的混合器(未示出)中或通过任何其他布置与进气组合。在某些实施方案中，再循环排气直接返回进气歧管28。
进气系统22包括连接到发动机进气歧管28的一个或多个入口供应管道26，所述发动机进气歧管28将充气流分配到发动机30的气缸34。排气系统24也通过发动机排气歧管38联接到发动机30。排气系统24包括从排气歧管32延伸到排气阀的排气管道46。在所示实施方案中，排气管道46延伸到涡轮增压器40的涡轮机42。涡轮机42包括阀，诸如可控废气门48或可操作以在某些工况下选择性地分流来自涡轮机42的排气流的至少一部分从而降低增压压力和发动机扭矩的其他合适的旁路。在另一实施方案中，涡轮机42是具有尺寸可控入口开口的可变几何形状涡轮机。在另一实施方案中，排气阀是可关闭或打开的排气节流阀。
后处理系统(未示出)可与出口管道66连接。后处理系统可视需要包括例如三元催化剂(TWC)、氧化装置(DOC)、微粒去除装置(DPF、CDPF)、成分吸收剂或还原剂(SCR、AMOX、LNT)、还原剂体系和其他组分。
在一个实施方案中，排气管道46流动联接到排气歧管32，并且还可包括一个或多个中间流动通路、管道或其他结构。排气管道46延伸到涡轮增压器40的涡轮机42。涡轮增压器40可以是本领域中已知的任何合适的涡轮增压器，包括可变几何形状涡轮涡轮增压器和废气门涡轮增压器。涡轮增压器40还可包括多个涡轮增压器。涡轮机42经由轴43连接到压缩机44，所述压缩机44流动联接到入口供应管道26。
压缩机44接收来自进气供应管道23的新鲜空气流。燃料源102也可在入口下游或上游流动联接到压缩机44，所述压缩机44向气缸34提供预混合充气流。进气系统22还可包括将压缩机44的下游或出口侧连接到压缩机44的上游或入口侧的压缩机旁路(未示出)。入口供应管道26可包括位于压缩机44和进气节流阀58下游的增压空气冷却器56。在另一实施方案中，增压空气冷却器56定位于进气系统22中进气节流阀58上游。增压空气冷却器56可在入口供应管道26内设置在发动机30与压缩机44之间，并且体现为例如空气对空气热交换器、空气对液体热交换器或两者的组合，以促进将热能传递到被引导到发动机30的流或从被引导到发动机30的流传递热能。
在内燃机系统20的操作中，新鲜空气通过入口供应管道23来供应。在与来自EGR系统50、60(在提供的情况下)的EGR流混合之前或之后，可以任何已知方式对新鲜空气流或组合流进行过滤、不过滤和/或调节。进气系统22可包括被配置来促进或控制充气流到发动机30的引入的部件，并且可包括进气节流阀58、一个或多个压缩机44和增压空气冷却器56。进气节流阀58可经由流体通路连接在压缩机44上游或下游，并且被配置来调节大气空气流和/或组合的空气/EGR流到发动机30的流动。压缩机44可以是被配置来接收来自燃料源102的空气或空气和燃料混合物并在发动机30之前将空气或组合流压缩到预定压力水平的固定几何形状压缩机或可变几何形状压缩机。充气流通过压缩机44加压并被发送通过增压空气冷却器56，并且通过进气供应管道26供应到发动机30，到达发动机进气歧管28。
燃料系统21被配置来提供来自单一燃料源的燃料供给，或者在另一实施方案中，提供来自燃料源102、104中的一者或两者的对发动机30进行的双燃料供给。在一个双燃料实施方案中，燃料系统21包括第一燃料源102和第二燃料源104。第一燃料源102通过位于压缩机44的入口处或附近的混合器或连接而连接到进气系统22。第二燃料源104被配置来通过位于每个气缸处或附近的一个或多个喷射器提供通向气缸34的液体燃料流的流动。在某些实施方案中，气缸34各自包括至少一个直接喷射器76，用于将燃料从液体燃料源(诸如，第二燃料源104)递送到其燃烧室74。此外，可提供位于每个气缸处的至少一个进气道喷射器或位于压缩机44的入口处的混合器，以用于递送或引入来自第一燃料源102的燃料和被递送到气缸34的充气流。
如本文所用的直接喷射器包括将燃料直接喷射到气缸容积(燃烧室)中并且在一个或多个进气阀和一个或多个排气阀关闭时能够将燃料递送到气缸容积中的任何燃料喷射装置。直接喷射器可被构造来在气缸的顶部处或气缸侧面喷射燃料。在某些实施方案中，直接喷射器可被构造来将燃料喷射到预燃室。在双燃料发动机实施方案中，每个气缸34(诸如，图2所示的气缸34)可包括一个或多个直接喷射器76。直接喷射器76可以是用于气缸34的液体第二燃料源104的主要燃料供给装置。
如本文所用的进气道喷射器包括将发动机气缸外部的燃料喷射到进气歧管中以形成空气燃料混合物的任何燃料喷射装置。进气道喷射器朝向进气阀喷射燃料。在进气冲程期间，向下移动的活塞将空气/燃料混合物抽吸经过打开的进气阀并进入燃烧室中。每个气缸34可包括一个或多个进气道喷射器(未示出)。在一个实施方案中，进气道喷射器可以是用于第一燃料源102到气缸34的主要燃料供给装置。在另一实施方案中，第一燃料源102可通过在进气歧管28上游的混合器(诸如，在压缩机44的入口处或上游)连接到进气系统22。
在某些双燃料实施方案中，每个气缸34包括能够在任何工况下为气缸34提供来自燃料源104的所有设计的主要燃料供给量的至少一个直接喷射器。第一燃料源102通过位于进气歧管28上游的进气道喷射器或天然气连接向每个气缸34提供气体燃料流来向气缸34提供第二燃料流(在双燃料实施方案中)或唯一燃料流(在单一燃料源实施方案中)，以实现期望的操作结果，诸如改进的效率、改进的燃料经济性、改进的高负载操作和其他结果。
在双燃料实施方案中，来自第二液体燃料源104的燃料供给被控制来在发动机30的某些工况下提供唯一燃料供给，并且在其他工况下提供来自第一燃料源102的燃料供给以代替来自第二燃料源104的燃料供给，从而向发动机30提供双燃料流。在第一燃料源102是气体燃料而第二燃料源104是液体燃料的双燃料实施方案中，包括控制器100的控制系统被配置来例如根据发动机转速、发动机负载、进气歧管压力和燃料压力来控制来自第二燃料源104的液体燃料流和来自第一燃料源102的气体燃料流。在唯一燃料源102是气体燃料的单一燃料实施方案中，包括控制器100的控制系统被配置来例如根据发动机转速、发动机负载、进气歧管压力和燃料压力来控制来自第一燃料源102的气体燃料流。
图2所示的系统20的一个实施方案包括与图1的所示气缸34a-34f中的每一个相关联的气缸34中的每一个，所述每一个具有直接喷射器76(在双燃料实施方案中)和/或火花塞80。直接喷射器76与控制器100电连接以接收根据燃料指令向相应气缸34提供燃料流的燃料供给命令，所述燃料命令根据发动机工况和操作者需求通过参考燃料供给图、控制算法或存储在控制器100中的其他燃料供给速率/量确定源来确定。火花塞80与控制器100电连接以接收根据火花正时命令在相应气缸34中提供火花的火花或点燃命令，所述火花正时命令根据发动机工况和操作者需求通过参考燃料供给图、控制算法或存储在控制器100中的其他燃料供给速率/量确定源来确定。
直接喷射器76中的每一个可连接到燃料泵(未示出)，所述燃料泵可控且可操作，以便以由控制器100确定的实现来自气缸34的期望扭矩和排气输出的速率、量和正时将来自第二燃料源104的流或燃料提供给气缸34中的每一个。来自第一燃料源102的燃料流可被提供到压缩机44的入口或气缸34上游的一个或多个进气道喷射器。关断阀82可设置在燃料管线108中和/或燃料系统21中的连接到控制器100的一个或多个其他位置处。气体燃料流是以由控制器100确定的实现来自气缸34的期望扭矩和排气输出来从第一燃料源102提供的。
控制器100可连接到致动器、开关或与一个或多个燃料泵相关联的其他装置、关断阀82、进气节流阀58、废气门48或者到VGT或排气节流阀的入口、火花塞80和/或喷射器76，并且被配置来向上述各者提供控制命令，所述控制命令调节到气缸34的气体和/或液体燃料流的量、正时和持续时间、充气流和排气流，以提供期望扭矩和排气输出。此外，控制器100可连接到发动机30并且被配置来在发动机30的操作期间检测与发动机30相关联的减载事件。
减载事件可通过例如施加到发动机30的负载的阈值减小、发动机30所需求的功率的阈值减小、连接到发动机的输出轴中扭矩的阈值减小和/或发动机转速的阈值或突然增加或发动机转速来检测。因此，一个或多个发动机传感器90可连接到控制器110并且可操作以提供指示发动机30的一个或多个操作参数或状况的操作信号。指示减载事件的所施加负载、需求功率的阈值减小、扭矩减小和/或阈值发动机转速增加或发动机转速的速率增加可对应于在发动机30的典型、正常或预期操作期间遇到的标称值的变化。
如上所述，致动器、开关或与一个或多个燃料泵相关联的其他装置、关断阀82、进气节流阀58、废气门48或到VGT或排气节流阀的入口、火花塞80以及/或喷射器76中的每一个的定位可经由来自控制器100的控制命令来控制。在本文所公开的系统的某些实施方案中，控制器100被构造来执行某些操作以控制发动机操作和通过燃料供给系统21对气缸34进行的燃料供给，以提供期望发动机转速和扭矩输出并减少或消除EMOP事件。
在某些实施方案中，控制器100形成包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或多个计算装置的处理子系统的部分。控制器100可以是单个装置或分布式装置，并且控制器100的功能可由硬件或软件执行。控制器100可包括在发动机控制器(未示出)内，部分地包括在发动机控制器内或与发动机控制器完全分离。控制器100与本文公开的系统中的任何传感器或致动器通信，包括通过直接通信、通过数据链路进行的通信、和/或通过与将传感器和/或致动器信息提供给控制器100的其他控制器或处理子系统的部分的通信。
控制器100包括存储在计算机可读介质上的所存储数据值、常数和函数以及操作指令。本文所述的示例性过程的任何操作可至少部分地由控制器执行。执行类似的总体操作的其他群组被理解为在本申请的范围内。模块可以硬件和/或在一种或多种计算机可读介质上实现，并且模块可分布在所实现的各种硬件或计算机上。本文结合图3至图5论述控制器操作的某些实施方案的更具体描述。所示操作应被理解为仅是示例性的，并且操作可进行组合或划分，和添加或移除，以及整体或部分地重新排序。
本文所述的某些操作包括用于解译或确定一个或多个参数的操作。如本文所用，解译或确定包括通过任何方法接收值，至少包括从数据链路或网络通信接收值、接收指示值的电子信号(例如，电压、频率、电流或脉冲宽度调制(PWM)信号)、接收指示值的软件参数、从计算机可读介质上的存储器位置读取值、通过本领域中已知的任何手段接收作为运行时间参数的值、和/或通过接收可用来计算所解译或所确定参数的值，和/或通过引用将被解译或确定为参数值的默认值。
参考图3，示出包括减载事件确定模块132的控制器100的一个实施方案，所述减载事件确定模块132被配置来在发动机30以来自燃料源102、104中的至少一者的燃料进行燃料供给时基于来自一个或多个传感器90的一个或多个工况输入106而确定与发动机30相关联的减载事件134。
控制器100还包括减载响应模块108，所述减载响应模块108被配置来响应于减载事件确定134而基于排气流中的AFR极限118来确定要跳过燃烧多个气缸34中的至少一个中的燃料的燃烧循环110的数目。在一个实施方案中，AFR极限118是排气流中的气体燃料的排气可燃性极限。排气可燃性极限是排气温度和排气流中的AFR和燃料成分的函数。在一个具体实施方案中，排气中的AFR极限118被选择为约2.5。然而，取决于发动机类型、工况、燃料类型、烟囱温度和其他因素，其他AFR限值也是可能的。
在一个实施方案中，根据以下情况，减载响应模块108根据AFR极限110、燃烧情况下排气AFR 120和未燃烧情况下排气AFR 122来确定要跳过火花/点燃的气缸的数量：
Figure BDA0002064790930000111
其中在等式1中，0≤y≤1并且y是来自所切出/跳过气缸的总排气质量流的分数，并且
Figure BDA0002064790930000112
是来自一个或多个跳过或切出的气缸的以
Figure BDA0002064790930000113
收敛的排气质量流，所述是来自一个或多个非切出(点燃)气缸的排气质量流，并且
Figure BDA0002064790930000114
是来自两组气缸的总收敛排气质量流。在等式1-3中，下标1表示跳过/切出的气缸，下标2表示经燃料供给/点燃的气缸，而下标3表示来自跳过/切出的气缸和经燃料供给/点燃的气缸的组合输出。让A表示给定燃料的化学计量空燃比，并且让λ表示过量空气系数，然后求解y：
Figure BDA0002064790930000115
对于来自点燃的气缸的排气中未燃烧的碳氢化合物较低的工况，等式2可近似为：
Figure BDA0002064790930000121
最后，对于切出/跳过的n个气缸的N缸发动机，那么：
Figure BDA0002064790930000122
并且
Figure BDA0002064790930000123
其中
Figure BDA0002064790930000124
表示“floor”函数。
可为所有气缸34、气缸34的仅一部分(诸如，气缸组36a和36b中的仅一者)或仅一个气缸34或两个或更多气缸34的子集确定用于跳过火花/点燃的燃烧循环的数目。此外，可经由校准设置或者使用响应于来自例如与排气歧管38连接或相关联的氧或λ传感器92的信号的反馈来预先确定燃烧情况和未燃烧情况下的排气的AFR。
控制器100还包括燃料控制模块112，所述燃料控制模块112被配置来输出用于在跳过的循环数目期间防止燃烧至少一个气缸34中的燃料的第一命令114，以及用于每当跳过的循环数目完成时燃烧所述至少一个气缸中的燃料的第二命令116。例如，如果跳过的循环数目是两个或更多个，那么燃烧室74中的活塞70的两个循环的完成发生在气体燃料在气缸中燃烧之前，并且重复跳过的循环数目直到下一燃烧事件发生为止。
在一个实施方案中，燃料控制模块112被配置来输出第二命令116，所述第二命令116在完成跳过的循环数目时点燃至少一个气缸34中的火花塞以燃烧至少一个气缸34中的燃料。在与双燃料发动机相关联的另一实施方案中，燃料控制模块112被配置来输出第二命令116，所述第二命令116将液体燃料喷射到至少一个气缸34中，这在至少一个气缸34中提供对气体燃料的压缩点火。
现在参考图4，示出了用于响应于减载事件而减少或消除EMOP事件和/或减少发动机超速的程序200的一个实施方案。以下示意性流程描述提供用于在气体燃料供给操作模式期间和/或在内燃机系统20的双燃料供给操作模式期间提供对减载事件的响应的方法的说明性实施方案。所示的操作应被理解为仅是示例性的，并且操作可进行组合或划分，和添加或移除，以及整体或部分重新排序，除非本文明确相反地陈述。所示的某些操作可由执行非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序产品的诸如控制器100的计算机来实施，其中所述计算机程序产品包括致使计算机执行操作中的一个或多个或向其他装置发出执行操作中的一个或多个的命令的指令。
程序200以操作202开始，所述操作202可通过解译钥匙接通事件、发动机30的起动和/或通过操作员或技术人员的启动来开始。替代地或补充地，操作202可包括解译通信或其他参数，所述通信或其他参数指示在完成程序200时采样间隔的操作将重新开始程序200。
在操作204处，发动机30的工况被确定为检测减载事件。可指示减载事件的发动机工况可包括例如发动机扭矩或功率请求的减少、发动机扭矩或动力输出超过阈值量、或发动机30的突然速度增加，其中的任一者不同于基于当前工况的标称预期量。可指示减载事件的其他发动机工况可包括例如紧急关闭状况、操作员输入、加速器踏板位置、变速器状态和离合器位置。如果条件句204是否定的，那么程序200在214处结束，然后在开始202处重新开始进行下一执行循环，或者保持在用于监测减载条件的模式，直到程序200结束为止。
基于在操作204处检测到减载事件，程序200在操作206处继续，其中基于排气流中的空燃比或λ极限来确定要跳过燃烧发动机30的一个或多个气缸34中的燃料的循环和/或气缸的数目。
响应于操作206中的确定，程序200在操作208处继续，以在已计算出要跳过的循环数目期间防止燃烧至少一个气缸34中的燃料。在一个实施方案中，操作208在所跳过的循环期间防止所有气缸34中的燃烧。在另一实施方案中，操作208包括防止气缸34中的仅部分中(诸如，仅一个气缸组36a、36b中)的燃烧。在又一个实施方案中，操作208包括防止气缸34中的仅一个的燃烧。
程序200在操作210处继续，以在跳过的循环数目完成时燃烧至少一个气缸中的燃料。在燃料是气体燃料的实施方案中，操作210包括每当跳过的循环数目完成时并且在启动要跳过的下一循环数目之前，通过点燃至少一个气缸34中的火花塞80来燃烧燃料。在双燃料发动机实施方案中，操作210包括在跳过的循环数目之后通过将柴油燃料喷射到至少一个气缸中来燃烧气体燃料。在某些实施方案中，跳过的循环数目被确定为两个或更多个循环，并且在减载事件期间所述两个或更多个跳过的循环完成至少两次，使得每当两个或更多个跳过的循环中的一个完成时发生燃烧事件。
程序200在条件句212处继续，以确定减载事件是否完成。如果条件句212是否定的，那么程序200返回到操作208并且如上所述继续，以防止在操作206中确定的要跳过的循环数目期间一个或多个气缸34中的燃烧。如果减载事件完成，那么程序200在214结束。
预期本文所公开的系统和方法的各方面。例如，一个方面涉及一种用于减少和/或消除排气歧管过压事件并同时减少用于操作内燃机系统的发动机超速的方法。所述内燃机系统包括进气系统，所述进气系统连接到具有至少一个气缸的发动机和可操作地连接到所述内燃机系统的至少一个燃料源，以便向所述至少一个气缸提供燃料流以产生扭矩输出。所述进气系统联接到所述至少一个气缸，以从所述进气系统向所述至少一个气缸的燃烧室和排气系统提供充气流。所述方法还包括：确定与所述内燃机相关联的减载事件，并且响应于确定所述减载事件，基于所述排气流中的空燃比极限而确定要跳过燃烧所述燃料的循环和/或气缸的数目；以及在所述跳过的循环数目期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料并且每当所述跳过的循环数目完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
根据另一方面，公开一种系统，其包括：内燃机，所述内燃机包括多个气缸；排气系统，所述排气系统被配置来接收来自所述多个气缸的排气；以及进气系统，所述进气系统被配置来将充气流引导到所述多个气缸。所述系统还包括燃料系统，所述燃料系统具有至少一个燃料源，所述至少一个燃料源可操作以向所述多个气缸提供燃料流。所述系统还包括连接到所述发动机和所述至少一个燃料源的控制器。所述控制器被配置来在所述发动机以所述燃料进行燃料补给时确定与所述发动机相关联的减载事件，并且响应于所述减载事件，基于所述排气流中的空燃比极限而确定要跳过燃烧所述多个气缸中的至少一个中的所述燃料的循环数目，并且在所确定的跳过的循环数目期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料，并且每当所述跳过的循环数目完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
预期系统和方法的各种实施方案。在一个实施方案中，通过以下来操作所述内燃机系统：从可操作地连接到所述内燃机系统的至少两个燃料源提供所述燃料流，以向所述至少一个气缸提供液体燃料并向发动机提供气体燃料流，从而产生扭矩输出。在此实施方案的细化中，所述液体燃料是柴油燃料并且所述气体燃料是天然气。在另一细化中，每当所述跳过的循环数目完成时通过将柴油燃料喷射到所述至少一个气缸中来燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
在另一实施方案中，所述燃料流是气体燃料。在此实施方案的细化中，每当所述跳过的循环数目完成时通过点燃所述至少一个气缸中的火花塞来燃烧所述燃料。
在又一实施方案中，所述至少一个气缸包括多个气缸，并且防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料是针对所述多个气缸中的一部分执行的。在又一实施方案中，所述至少一个气缸包括多个气缸，并且防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料是针对所有所述多个气缸执行或控制的。在另一实施方案中，所述方法包括和/或所述控制器被配置来响应于所述减载事件而降低通向所述至少一个气缸的所述燃料流的速率。
在另一实施方案中，所述方法包括和/或所述控制器被配置来在所确定跳过的循环数目期间防止燃烧所有所述多个气缸中的所述燃料。在又一实施方案中，所述多个气缸形成第一气缸组和第二气缸组，并且所述方法包括和/或所述控制器被配置来在所确定跳过的循环数目期间防止燃烧所述第一气缸组和所述第二气缸组中仅一者中的所述燃料。在又一实施方案中，所述跳过的循环数目包括至少两个循环，并且在所述减载事件期间所述跳过的循环数目完成至少两次。
根据另一方面，提供一种控制器设备，以便与上文所述的发动机一起操作。所述控制器设备包括多个模块，所述多个模块包括：减载事件确定模块，所述减载事件确定模块被配置来在所述发动机以燃料进行燃料供给时确定与所述发动机相关联的减载事件；减载响应模块，所述减载响应模块被配置来基于排气流中的空燃比极限来确定要跳过燃烧所述多个气缸中的至少一个中的所述燃料的多个循环；燃料控制模块，所述燃料控制模块被配置来在所述多个跳过的循环期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料，并且每当所述多个跳过的循环完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
在一个实施方案中，在所述减载事件期间所述多个跳过的循环完成至少两次，并且所述燃料控制模块被配置为每当所述多个跳过的循环完成时点燃所述至少一个气缸中的火花塞以燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。在另一实施方案中，在所述减载事件期间所述多个跳过的循环完成至少两次，并且所述燃料控制模块被配置来在所述多个跳过的循环期间防止燃烧所有所述多个气缸中的所述燃料并且每当所述多个跳过的循环完成时燃烧所有所述多个气缸中的所述燃料。
在一个实施方案中，所述减载响应模块被配置来确定要跳过燃烧所述多个气缸中的至少一个中的所述燃料的多个循环的数目。在另一实施方案中，所述减载响应模块被配置来确定在一个或多个循环中要跳过燃烧所述燃料的气缸的数目。
虽然本发明已在附图和前述描述中进行详细示出和描述，但所述附图和前述描述应被视为在本质上是说明性的而非限制性的，应理解仅示出和描述了某些示例性实施方案。本领域技术人员应理解，在不实质地脱离本发明的情况下，可在示例性实施方案中进行许多修改。因此，所有此类修改意图包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。
在阅读权利要求时，意图是，当使用诸如“一个”、“一种”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，并不意图将权利要求限制于仅一个项目，除非权利要求中明确相反地陈述。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，所述项目可包括一部分和/或整个物品，除非明确相反地陈述。

Claims (21)

1.一种用于减少和/或消除排气歧管过压事件并同时减少内燃机超速的方法，其包括：
操作内燃机系统，所述内燃机系统包括进气系统，所述进气系统连接到具有至少一个气缸的内燃机和可操作地连接到所述内燃机系统的至少一个燃料源，以便向所述至少一个气缸提供燃料流，其中所述进气系统联接到所述至少一个气缸以从所述进气系统向所述至少一个气缸的燃烧室提供充气流，所述内燃机系统还包括用于接收来自所述至少一个气缸的排气流的排气系统；
确定与所述内燃机相关联的减载事件；
响应于确定所述减载事件：
确定要跳过燃烧所述燃料的循环和/或气缸的数目，使得不违反所述排气流中的空燃比极限；
在所述跳过的循环数目期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料；以及
每当所述跳过的循环数目完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
2.如权利要求1所述的方法，其中操作所述内燃机系统包括：从可操作地连接到所述内燃机系统的至少两个燃料源提供所述燃料流，以向所述至少一个气缸提供液体燃料并向所述内燃机提供气体燃料流，从而产生扭矩输出。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述液体燃料是柴油燃料并且所述气体燃料是天然气。
4.如权利要求3所述的方法，其中燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料包括：每当所述跳过的循环数目完成时将柴油燃料喷射到所述至少一个气缸中。
5.如权利要求1所述的方法，其中燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料包括：每当所述跳过的循环数目完成时点燃所述至少一个气缸中的火花塞。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个气缸包括多个气缸，并且防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料是针对所述多个气缸中的一部分执行的。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个气缸包括多个气缸，并且防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料是针对所有所述多个气缸执行的。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述跳过的循环数目包括至少两个循环，并且在所述减载事件期间所述跳过的循环数目完成至少两次。
9.一种用于减少和/或消除排气歧管过压事件并同时减少内燃机超速的系统，其包括：
内燃机，所述内燃机包括多个气缸；
排气系统，所述排气系统被配置来接收来自所述多个气缸的排气流；
进气系统，所述进气系统被配置来将充气流引导到所述多个气缸；
燃料系统，所述燃料系统包括至少一个燃料源，所述至少一个燃料源可操作以将燃料流提供到通向所述多个气缸的所述充气流中；以及
控制器，所述控制器连接到所述内燃机和所述至少一个燃料源，其中所述控制器被配置来在所述内燃机以所述燃料进行燃料供给以产生扭矩输出时确定与所述内燃机相关联的减载事件，并且响应于所述减载事件，确定要跳过燃烧所述多个气缸中的至少一个气缸中的所述燃料的循环数目，使得不违反所述排气流中的空燃比极限，并且在所确定跳过的循环数目期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料，并且每当所述跳过的循环数目完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述燃料是气体燃料。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述至少一个燃料源包括：第一燃料源，所述第一燃料源用于在所述多个气缸上游将所述气体燃料提供到所述充气流中；以及第二燃料源，所述第二燃料源用于将液体燃料提供到所述多个气缸中。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述控制器被配置为每当所述跳过的循环数目完成时将所述液体燃料喷射到所述至少一个气缸中以燃烧所述至少一个气缸中的所述气体燃料。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器被配置为每当所述跳过的循环数目完成时点燃所述至少一个气缸中的火花塞以燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
14.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器被配置来在所确定跳过的循环数目期间防止燃烧所有所述多个气缸中的所述燃料。
15.如权利要求9所述的系统，其中所述多个气缸形成第一气缸组和第二气缸组，并且所述控制器被配置来在所确定的循环数目期间防止燃烧所述第一气缸组和所述第二气缸组中仅一者中的所述燃料。
16.如权利要求11所述的系统，其中所述跳过的循环数目是至少两个循环，并且在所述减载事件期间所述跳过的循环数目完成至少两次。
17.一种用于减少和/或消除排气歧管过压事件并同时减少内燃机超速的设备，其包括：
电子控制器，所述电子控制器与包括多个气缸的内燃机操作性地连接，所述内燃机连接到被配置来接收来自所述多个气缸的排气的排气系统和被配置来将充气流引导到所述多个气缸的进气系统，所述电子控制器还与燃料系统操作性地连接，所述燃料系统包括至少一个燃料源，所述至少一个燃料源可操作以在所述多个气缸上游将燃料流提供到通向所述气缸的所述充气流中，所述电子控制器包括多个模块，所述多个模块包括：
减载事件确定模块，所述减载事件确定模块被配置来在所述内燃机以所述燃料进行燃料供给时确定与所述内燃机相关联的减载事件；
减载响应模块，所述减载响应模块被配置来确定要跳过燃烧所述多个气缸中的至少一个气缸中的所述燃料的多个循环，使得不违反所述排气流中的空燃比极限；以及
燃料控制模块，所述燃料控制模块被配置来在所述多个跳过的循环期间防止燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料，并且每当所述多个跳过的循环完成时燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
18.如权利要求17所述的设备，其中在所述减载事件期间所述多个跳过的循环完成至少两次，并且所述燃料控制模块被配置为每当所述多个跳过的循环完成时点燃所述至少一个气缸中的火花塞以燃烧所述至少一个气缸中的所述燃料。
19.如权利要求17所述的设备，其中在所述减载事件期间所述多个跳过的循环完成至少两次，并且所述燃料控制模块被配置来在所述多个跳过的循环期间防止燃烧所有所述多个气缸中的所述燃料，并且每当所述多个跳过的循环完成时燃烧所有所述多个气缸中的所述燃料。
20.如权利要求17所述的设备，其中所述减载响应模块被配置来如下确定要跳过燃烧所述燃料的所述多个气缸的数目：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中y等于0或1或在0和1之间并且是来自跳过的气缸的总排气质量流量的分数，A是所述燃料的化学计量空燃比，λ1是跳过的气缸的过量空气系数，λ2是点燃的气缸中的过量空气系数，λ3是跳过的气缸和点燃的气缸的组合的过量空气系数，N是气缸总数，并且n是要跳过的气缸的数目。
21.如权利要求17所述的设备，其中所述减载响应模块被配置来如下确定要跳过燃烧所述燃料的所述多个气缸的数目：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
=
Figure DEST_PATH_IMAGE004
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中y*等于0或1或在0和1之间并且是来自跳过的气缸的总排气质量流量的分数，A是所述燃料的化学计量空燃比，λ1是跳过的气缸的过量空气系数，λ3是跳过的气缸和点燃的气缸的组合的过量空气系数，N是气缸总数，并且n*是要跳过的气缸的数目。
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