用于发动机的最佳燃料加注的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及发动机，且具体而言，涉及用于确定燃料的最佳置换比率(substitut1n rate)和控制待注射至此种发动机的多个缸的燃料的系统和方法。
【背景技术】
[0002]大体而言，发动机(诸如双燃料发动机)为设计成依靠多于一个燃料(其各自储存在分开的容器中)运行的备选内燃发动机。双燃料发动机已知用于各种应用，诸如发电机组、发动机驱动的压缩机、发动机驱动的栗、机械机器、非公路用车和其他。此种双燃料发动机能够在燃烧室中点燃燃料的不同比例的所得掺合物，且可根据燃烧室中的燃料掺合物而调整燃料注射和/或火花定时。
[0003]在利用高比例的未预混合、直接注射的燃料(诸如柴油燃料)且利用较小比例的预混合的燃料(诸如天然气)而操作的双燃料发动机在缸之间可具有因流动动力而导致不均匀的排出残余，这可限制一个或更多个缸中的天然气置换。此种排出残余可包括污染物，诸如碳氧化物(例如，一氧化碳)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、和颗粒物质(PM)，这可对环境有害。这些污染物的量和相对比例可根据燃料-空气混合物、压缩比率(compress1nrat1)、注射定时、环境条件(例如，大气压力、温度等)等等而改变。类似地，利用高比例的预混合燃料且利用较小比例的非预混合燃料而操作的双燃料发动机可为易受各缸中爆震的影响且可具有峰缸压力问题。因此，使用一种或更多种已知技术来确定用较轻燃料对一定量的重燃料的最佳置换比率可能是困难且无法预测的。
[0004]因此，期望用于依靠多于一种燃料而操作的发动机的改善的系统和方法。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，提供用于发动机的最佳燃料加注(optimalfueling)的方法。该方法包括确定发动机中多个缸之中的各缸中的排出残余的量和确定吸入和排出歧管温度中的至少一者、吸入和排出歧管压力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量。此外，该方法包括基于该排出残余的量、该吸入和排出歧管温度中的至少一者、该吸入和排出歧管压力中的至少一者、和该第一燃料的量来计算各缸的特征温度。该方法还包括基于该特征温度来确定用于各缸的第一燃料的最大可允许的置换比率，和基于该置换比率来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。在此种实施例中，注射至各缸的第一燃料的量少于或等于按照该确定的置换比率计算的第一燃料的量。此种实施例中的排出残余包括在多个发动机循环之中的各发动机循环之间残留在各缸中的小部分的点燃燃烧气体。在一个实施例中，用语“置换比率”可定义为来自第一燃料的能量相对于各缸中的总燃料能量(即，第一和第二燃料之和)的百分率。
[0006]在另一实施例中，提供用于对发动机(诸如双燃料发动机)最佳地加注燃料的系统。该系统包括双燃料发动机和基于处理器的装置。该双燃料发动机包括:多个缸，其联接至吸入歧管，该吸入歧管构造成将空气流通过多个吸入通道供给至该多个缸;端口注射器，其配置在该多个吸入通道中的各个中且构造成注射来自第一燃料源的第一燃料;和直接注射器，其配置在各缸中且构造成注射来自第二燃料源的第二燃料。该基于处理器的装置构造成通信地联接至多个传感器、端口注射器和直接注射器。此外，该基于处理器的装置构造成确定各缸中的排出残余的量、吸入和排出歧管温度中的至少一者、吸入和排出歧管压力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量。该基于处理器的装置构造成基于该排出残余的量、该吸入和排出歧管温度中的至少一者、该吸入和排出歧管压力中的至少一者、和该第一燃料的量来计算各缸的特征温度。此外，该基于处理器的装置构造成基于特征温度来确定用于各缸的第一燃料的最大可允许的置换比率，和基于该确定的置换比率来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]在又一实施例中，提供用于对发动机(诸如双燃料发动机)最佳地加注燃料的系统。该系统包括双燃料发动机和基于处理器的装置。该双燃料发动机包括:多个缸，其联接至吸入歧管，该吸入歧管构造成将空气和第一燃料的混合物通过多个吸入通道供给至该多个缸;和直接注射器，其配置在多个缸之中的各缸中且构造成注射来自第二燃料源的第二燃料。在此种实施例中，从第一燃料源提供第一燃料。该基于处理器的装置构造成通信地联接至多个传感器、第一燃料源、和直接注射器。此外，该基于处理器的装置构造成确定各缸中的排出残余的量和确定吸入和排出歧管温度中的至少一者、吸入和排出歧管压力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量。该基于处理器的装置构造成基于该排出残余的量、该吸入和排出歧管温度中的至少一者、该吸入和排出歧管压力中的至少一者、和第一燃料的量来计算各缸的特征温度。此外，该基于处理器的装置构造成基于该特征温度来确定用于各缸的第一燃料的置换比率，和基于该确定的置换比率来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]技术方案1.一种方法，其包括:
确定发动机中的多个缸之中的各缸中的排出残余的量，其中，所述排出残余包括在多个发动机循环之中的各发动机循环之间残留在各缸中的小部分的点燃的燃烧气体；
确定吸入和排出歧管温度中的至少一者、吸入和排出歧管压力中的至少一者、和注射至各缸的第一燃料的量；
基于所述排出残余的量、所述吸入和排出歧管温度中的至少一者、所述吸入和排出歧管压力中的至少一者、和所述第一燃料的量来计算各缸的特征温度；
基于所述特征温度来确定用于各缸的所述第一燃料的置换比率;和基于该确定的置换比率来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]技术方案2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一燃料包括以下中的至少一者:天然气、氮、氢、合成气、汽油、乙醇、一氧化碳、丙烧、生物气、液化石油气(LPG)。
[0010]技术方案3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二燃料包括柴油燃料。
[0011]技术方案4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定排出残余的量包括:
确定来自各缸的排出压力和各缸处的吸入压力;和
基于所述排出压力和所述吸入压力来计算所述排出残余的量。
[0012]技术方案5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算还基于所述发动机的多个操作参数，其中，所述多个操作参数包括以下中的至少一者:周围温度、周围海拔高度、所述发动机上的负载、排出气体再循环比率、吸入阀关闭定时、可变压缩比率、水注射量、水与空气之比、所述吸入阀关闭时的温度、排出温度、发动机速度、和系统的速度。
[0013]技术方案6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定置换比率包括将所述特征温度与相关查询表映射，以用于测量所述置换比率。
[0014]技术方案7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制还基于所述多个缸的平均有效压力。
[0015]技术方案8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征温度包括各缸的预燃烧温度。
[0016]技术方案9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征温度包括以下中的至少一者:各缸中的点燃气体温度、各缸中的未点燃气体温度、和各缸中燃烧开始之前的平均温度。
[0017]技术方案10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制包括通过基于处理器的装置来调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]技术方案11.一种系统，其包括:
发动机，其包括:
多个缸，其联接至吸入歧管，所述吸入歧管构造成将空气流通过多个吸入通道供给至所述多个缸;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个吸入通道中的各个中且构造成注射来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构造成注射来自第二燃料源的第二燃料;和
基于处理器的装置，其构造成通信地联接至多个传感器、所述端口注射器、和所述直接注射器，其中，所述基于处理器的装置构造成:
确定各缸中的排出残余的量，其中，所述排出残余包括在多个发动机循环之中的各发动机循环之间残留在各缸中的小部分的点燃的燃烧气体；
确定吸入和排出歧管温度中的至少一者、吸入和排出歧管压力中的至少一者、和注射至各缸的所述第一燃料的量；
基于所述排出残余的量、所述吸入和排出歧管温度中的至少一者、所述吸入和排出歧管压力中的至少一者、和所述第一燃料的量来计算各缸的特征温度；
基于所述特征温度来确定用于各缸的所述第一燃料的置换比率;和基于该确定的置换比率来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]技术方案12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一燃料包括以下中的至少一种:天然气、氮、氢、合成气、汽油、乙醇、一氧化碳、丙烷、生物气、液化石油气(LPG)。
[0020]技术方案13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二燃料包括柴油燃料。
[0021]技术方案14.根据权利要求11所述的系统，其中，构造成确定排出残余的量的所述基于处理器的装置包括通过:
确定来自各缸的排出压力和各缸处的吸入压力;和基于所述排出压力和所述吸入压力来计算所述排出残余的量。
[0022]技术方案15.根据权利要求11所述的系统，其中，构造成用于计算的所述基于处理器的装置还基于所述发动机的多个操作参数，其中，所述多个操作参数包括以下中的至少一者:周围温度、周围海拔高度、所述发动机上的负载、排出气体再循环比率、吸入阀关闭定时、可变压缩比率、水注射量、水与空气之比、所述吸入阀关闭时的温度、发动机速度、排出温度、和所述系统的速度。
[0023]技术方案16.根据权利要求11所述的系统，其中，构造成确定置换比率的所述基于处理器的装置包括通过将所述特征温度与相关的查询表映射以用于测量所述置换比率。
[0024]技术方案17.根据权利要求11所述的系统，其中，构造成用于控制的所述基于处理器的装置还基于所述多个缸的平均有效压力。
[0025]技术方案18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述特征温度包括各缸的预燃烧温度。
[0026]技术方案19.根