用于發動機的最佳燃料加注的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及發動機，且具體而言，涉及用于確定燃料的最佳置換比率(substitut1n rate)和控制待注射至此種發動機的多個缸的燃料的系統和方法。
【背景技術】
[0002]大體而言，發動機(諸如雙燃料發動機)為設計成依靠多于一個燃料(其各自儲存在分開的容器中)運行的備選內燃發動機。雙燃料發動機已知用于各種應用，諸如發電機組、發動機驅動的壓縮機、發動機驅動的栗、機械機器、非公路用車和其他。此種雙燃料發動機能夠在燃燒室中點燃燃料的不同比例的所得摻合物，且可根據燃燒室中的燃料摻合物而調整燃料注射和/或火花定時。
[0003]在利用高比例的未預混合、直接注射的燃料(諸如柴油燃料)且利用較小比例的預混合的燃料(諸如天然氣)而操作的雙燃料發動機在缸之間可具有因流動動力而導致不均勻的排出殘余，這可限制一個或更多個缸中的天然氣置換。此種排出殘余可包括污染物，諸如碳氧化物(例如，一氧化碳)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、和顆粒物質(PM)，這可對環境有害。這些污染物的量和相對比例可根據燃料-空氣混合物、壓縮比率(compress1nrat1)、注射定時、環境條件(例如，大氣壓力、溫度等)等等而改變。類似地，利用高比例的預混合燃料且利用較小比例的非預混合燃料而操作的雙燃料發動機可為易受各缸中爆震的影響且可具有峰缸壓力問題。因此，使用一種或更多種已知技術來確定用較輕燃料對一定量的重燃料的最佳置換比率可能是困難且無法預測的。
[0004]因此，期望用于依靠多于一種燃料而操作的發動機的改善的系統和方法。

【發明內容】

[0005]在一個實施例中，提供用于發動機的最佳燃料加注(optimalfueling)的方法。該方法包括確定發動機中多個缸之中的各缸中的排出殘余的量和確定吸入和排出歧管溫度中的至少一者、吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量。此外，該方法包括基于該排出殘余的量、該吸入和排出歧管溫度中的至少一者、該吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和該第一燃料的量來計算各缸的特征溫度。該方法還包括基于該特征溫度來確定用于各缸的第一燃料的最大可允許的置換比率，和基于該置換比率來控制注射至各缸的第一燃料的量和第二燃料的量中的至少一者。在此種實施例中，注射至各缸的第一燃料的量少于或等于按照該確定的置換比率計算的第一燃料的量。此種實施例中的排出殘余包括在多個發動機循環之中的各發動機循環之間殘留在各缸中的小部分的點燃燃燒氣體。在一個實施例中，用語“置換比率”可定義為來自第一燃料的能量相對于各缸中的總燃料能量(即，第一和第二燃料之和)的百分率。
[0006]在另一實施例中，提供用于對發動機(諸如雙燃料發動機)最佳地加注燃料的系統。該系統包括雙燃料發動機和基于處理器的裝置。該雙燃料發動機包括:多個缸，其聯接至吸入歧管，該吸入歧管構造成將空氣流通過多個吸入通道供給至該多個缸;端口注射器，其配置在該多個吸入通道中的各個中且構造成注射來自第一燃料源的第一燃料;和直接注射器，其配置在各缸中且構造成注射來自第二燃料源的第二燃料。該基于處理器的裝置構造成通信地聯接至多個傳感器、端口注射器和直接注射器。此外，該基于處理器的裝置構造成確定各缸中的排出殘余的量、吸入和排出歧管溫度中的至少一者、吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量。該基于處理器的裝置構造成基于該排出殘余的量、該吸入和排出歧管溫度中的至少一者、該吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和該第一燃料的量來計算各缸的特征溫度。此外，該基于處理器的裝置構造成基于特征溫度來確定用于各缸的第一燃料的最大可允許的置換比率，和基于該確定的置換比率來控制注射至各缸的第一燃料的量和第二燃料的量中的至少一者。
[0007]在又一實施例中，提供用于對發動機(諸如雙燃料發動機)最佳地加注燃料的系統。該系統包括雙燃料發動機和基于處理器的裝置。該雙燃料發動機包括:多個缸，其聯接至吸入歧管，該吸入歧管構造成將空氣和第一燃料的混合物通過多個吸入通道供給至該多個缸;和直接注射器，其配置在多個缸之中的各缸中且構造成注射來自第二燃料源的第二燃料。在此種實施例中，從第一燃料源提供第一燃料。該基于處理器的裝置構造成通信地聯接至多個傳感器、第一燃料源、和直接注射器。此外，該基于處理器的裝置構造成確定各缸中的排出殘余的量和確定吸入和排出歧管溫度中的至少一者、吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量。該基于處理器的裝置構造成基于該排出殘余的量、該吸入和排出歧管溫度中的至少一者、該吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和第一燃料的量來計算各缸的特征溫度。此外，該基于處理器的裝置構造成基于該特征溫度來確定用于各缸的第一燃料的置換比率，和基于該確定的置換比率來控制注射至各缸的第一燃料的量和第二燃料的量中的至少一者。
[0008]技術方案1.一種方法，其包括:
確定發動機中的多個缸之中的各缸中的排出殘余的量，其中，所述排出殘余包括在多個發動機循環之中的各發動機循環之間殘留在各缸中的小部分的點燃的燃燒氣體；
確定吸入和排出歧管溫度中的至少一者、吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量；
基于所述排出殘余的量、所述吸入和排出歧管溫度中的至少一者、所述吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和所述第一燃料的量來計算各缸的特征溫度；
基于所述特征溫度來確定用于各缸的所述第一燃料的置換比率;和基于該確定的置換比率來控制注射至各缸的所述第一燃料的量和第二燃料的量中的至少一者。
[0009]技術方案2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一燃料包括以下中的至少一者:天然氣、氮、氫、合成氣、汽油、乙醇、一氧化碳、丙燒、生物氣、液化石油氣(LPG)。
[0010]技術方案3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二燃料包括柴油燃料。
[0011]技術方案4.根據權利要求1所述的方法，其中，確定排出殘余的量包括:
確定來自各缸的排出壓力和各缸處的吸入壓力;和
基于所述排出壓力和所述吸入壓力來計算所述排出殘余的量。
[0012]技術方案5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述計算還基于所述發動機的多個操作參數，其中，所述多個操作參數包括以下中的至少一者:周圍溫度、周圍海拔高度、所述發動機上的負載、排出氣體再循環比率、吸入閥關閉定時、可變壓縮比率、水注射量、水與空氣之比、所述吸入閥關閉時的溫度、排出溫度、發動機速度、和系統的速度。
[0013]技術方案6.根據權利要求1所述的方法，其中，確定置換比率包括將所述特征溫度與相關查詢表映射，以用于測量所述置換比率。
[0014]技術方案7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述控制還基于所述多個缸的平均有效壓力。
[0015]技術方案8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述特征溫度包括各缸的預燃燒溫度。
[0016]技術方案9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述特征溫度包括以下中的至少一者:各缸中的點燃氣體溫度、各缸中的未點燃氣體溫度、和各缸中燃燒開始之前的平均溫度。
[0017]技術方案10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述控制包括通過基于處理器的裝置來調整端口注射器和直接注射器中的至少一者或第一燃料源和所述直接注射器中的至少一者。
[0018]技術方案11.一種系統，其包括:
發動機，其包括:
多個缸，其聯接至吸入歧管，所述吸入歧管構造成將空氣流通過多個吸入通道供給至所述多個缸;和
端口注射器和直接注射器，所述端口注射器配置在所述多個吸入通道中的各個中且構造成注射來自第一燃料源的第一燃料，所述直接注射器配置在各缸中且構造成注射來自第二燃料源的第二燃料;和
基于處理器的裝置，其構造成通信地聯接至多個傳感器、所述端口注射器、和所述直接注射器，其中，所述基于處理器的裝置構造成:
確定各缸中的排出殘余的量，其中，所述排出殘余包括在多個發動機循環之中的各發動機循環之間殘留在各缸中的小部分的點燃的燃燒氣體；
確定吸入和排出歧管溫度中的至少一者、吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和注射至各缸的所述第一燃料的量；
基于所述排出殘余的量、所述吸入和排出歧管溫度中的至少一者、所述吸入和排出歧管壓力中的至少一者、和所述第一燃料的量來計算各缸的特征溫度；
基于所述特征溫度來確定用于各缸的所述第一燃料的置換比率;和基于該確定的置換比率來控制注射至各缸的所述第一燃料的量和所述第二燃料的量中的至少一者。
[0019]技術方案12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述第一燃料包括以下中的至少一種:天然氣、氮、氫、合成氣、汽油、乙醇、一氧化碳、丙烷、生物氣、液化石油氣(LPG)。
[0020]技術方案13.根據權利要求11所述的系統，其中，所述第二燃料包括柴油燃料。
[0021]技術方案14.根據權利要求11所述的系統，其中，構造成確定排出殘余的量的所述基于處理器的裝置包括通過:
確定來自各缸的排出壓力和各缸處的吸入壓力;和基于所述排出壓力和所述吸入壓力來計算所述排出殘余的量。
[0022]技術方案15.根據權利要求11所述的系統，其中，構造成用于計算的所述基于處理器的裝置還基于所述發動機的多個操作參數，其中，所述多個操作參數包括以下中的至少一者:周圍溫度、周圍海拔高度、所述發動機上的負載、排出氣體再循環比率、吸入閥關閉定時、可變壓縮比率、水注射量、水與空氣之比、所述吸入閥關閉時的溫度、發動機速度、排出溫度、和所述系統的速度。
[0023]技術方案16.根據權利要求11所述的系統，其中，構造成確定置換比率的所述基于處理器的裝置包括通過將所述特征溫度與相關的查詢表映射以用于測量所述置換比率。
[0024]技術方案17.根據權利要求11所述的系統，其中，構造成用于控制的所述基于處理器的裝置還基于所述多個缸的平均有效壓力。
[0025]技術方案18.根據權利要求11所述的系統，其中，所述特征溫度包括各缸的預燃燒溫度。
[0026]技術方案19.根