用于操作双燃料发动机的方法和控制装置的制造方法
【专利摘要】一种用于操作双燃料发动机(10)的方法，其中该发动机包括多个缸(11)，其中，在液体燃料操作模式中，在所有的缸(11)中排他地燃烧液体燃料(FK)，且其中，在气体燃料操作模式中，在所有的缸(11)中如果合适则利用点火流体(ZF)来排他地燃烧气态燃料(GK)，且其中，在组合燃料共用操作模式中，在至少一个第一缸(11)中排他地燃烧液体燃料(FK)，且在至少一个第二缸(11)中，如果合适则利用点火流体(ZF)来排他地燃烧气态燃料(GK)。
【专利说明】
用于操作双燃料发动机的方法和控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及用于操作双燃料发动机的方法。本发明还涉及用于执行该方法的控制
目.0
【背景技术】
[0002]根据现有技术，众所周知如下的双燃料发动机，其中在液体燃料操作模式中在所有的缸中排他地燃烧液体燃料，且其中在气体燃料操作模式中在所有的缸中如果合适则利用点火流体来排他地燃烧气态燃料。因此，DE 196 21 297 Cl公开了此种双燃料发动机的细节，其中在气体燃料操作模式中，利用点火流体来点燃气体-空气混合物。
[0003]而且，通过实践已知的是，在双燃料发动机中在其各缸中同时地燃烧液体燃料和气体燃料，其中，此种操作模式称为联合燃料共用操作模式(joint fuel sharingoperating mode)。双燃料发动机的该联合燃料共用操作模式(其中在各缸中同时地燃烧液体燃料和气体燃料二者)的特征在于低效率和高燃料消耗，且特征在于未燃烧的烃和氮氧化物的高排放。
【发明内容】
[0004]着手于此，本发明基于创造用于操作双燃料发动机的新型的方法和控制装置。
[0005]该目标通过根据权利要求1的方法来解决。根据本发明，在组合燃料共用操作模式(combined fuel sharing operating mode)中在至少一个第一缸中排他地燃烧液体燃料，且在至少一个第二缸中排他地燃烧气态燃料(如果合适则利用点火流体)。
[0006]本发明提出了用于双燃料发动机的新型操作模式。在根据本发明的组合燃料共用操作模式中，在至少一个第一缸中排他地燃烧液体燃料，且在至少一个第二缸中排他地燃烧气体燃料(如果合适则利用点火流体以用于点燃气体燃料)。
[0007]因此，所有的缸在单价(monovalent)操作模式下操作，且具体而言至少一个缸排他地使用液体燃料且至少一个缸排他地使用气态燃料(如果合适则使用点火流体以用于点燃气态燃料)。
[0008]通过这样做，与已知的联合燃料共用操作模式相比，可改善燃料消耗且因此改善效率，此外可减少未燃烧的烃和氮氧化物的排放。
[0009]根据本发明的有利的进一步发展，发动机对于所有的缸具有公共的填充压力供应源，其中，在组合燃料共用操作模式中，使用以下填充压力，该填充压力在用于液体燃料操作模式的填充压力与用于气体燃料操作模式的填充压力之间。通过调节用于根据本发明的组合燃料共用操作模式的此种填充压力，可减少燃料消耗，同样地可减少发动机的排放。
[0010]根据本发明的有利的进一步的发展，在组合燃料共用操作模式中，排他地燃烧液体燃料的缸或各缸的燃烧中心相对于液体燃料操作模式提前，其中为此，对于排他地燃烧液体燃料的缸或各缸，点火流体输送开始优选地相对于液体燃料操作模式提前。通过燃烧中心的此种调节，可有利地减少组合燃料共用操作模式中的燃料消耗，同样地减少污染排放。
[0011]根据本发明的有利的进一步的发展，在组合燃料共用操作模式中，利用点火流体排他地燃烧气态燃料的缸或各缸的燃烧中心相对于气体燃料操作模式推后，其中为此，对于排他地燃烧气态燃料的缸或各缸，点火流体输送开始相对于气体燃料操作模式推后。通过燃烧中心的此种调节，可有利地减少组合燃料共用操作模式中的燃料消耗，同样地减少污染排放。
[0012]根据本发明的有利的进一步发展，在组合燃料共用操作模式中对于如果合适则利用点火流体来燃烧气态燃料的所有的缸调节相同的平均压力，其中，而且优选地对于排他地燃烧液体燃料的所有的缸，调节以下平均压力，该平均压力的平均值对应于燃烧气态燃料的缸的平均压力。通过平均压力的此种影响，在组合燃料共用操作模式中可进一步地减少燃料消耗和污染排放。
[0013]优选地，在组合燃料共用操作模式中，排他地燃烧液体燃料的缸或各缸，以及利用点火流体排他地燃烧气态燃料的缸或各缸周期地交替。因此可检查且优化驱动系中的扭转振动水平。
[0014]用于执行该方法的控制装置在权利要求1O中限定。
【附图说明】
[0015]从从属权利要求和以下说明中获得本发明的优选的其他发展。本发明的示范实施例在附图的帮助下得到更详细的说明，而不限于其。其示出:
图1为双燃料发动机的框图；
图2为双燃料发动机的缸的框图。
【具体实施方式】
[0016]图1示出了双燃料发动机10的框图，该双燃料发动机10包括多个缸11。
[0017]在液体燃料操作模式中，在所有的缸11中排他地燃烧液体燃料FK。
[0018]在气体燃料操作模式中，在双燃料发动机的所有的缸11中排他地燃烧气态燃料GK，即，使用点火流体ZF以用于点燃气态燃料GK。
[0019]在图1所示的示范实施例中，双燃料发动机10被分配有排气涡轮增压器12，其中，(在双燃料发动机10的缸11中的燃料燃烧期间形成的)排气AG被供应至排气涡轮增压器12的涡轮13，以便使排气AG在涡轮13中膨胀且在该过程中提取机械能。该机械能用在排气涡轮增压器12的压缩机14中，以便压缩填充空气LL，填充空气LL待供给至双燃料发动机10的缸11以用于燃料燃烧。在气体燃料操作模式中，气体-空气混合物优选地从填充空气LL和气态燃料GK形成，其被供应至缸11且其通过点火流体ZF而被点燃。
[0020 ]图2示出双燃料发动机1的在其缸11的区域中的更多细节，其中，缸11的活塞15可通过连接杆16来向上和向下移动。
[0021]在液体燃料操作模式中，液体燃料FK被经由燃料喷射器19，且填充空气LL被经由入口阀17引入缸11的燃烧室26中，其中，在燃烧期间形成的排气AG被通过排气阀18从燃烧室26排放。液体燃料FK通过燃料栗20提供至喷射器19。
[0022]在气体燃料操作模式中，填充空气LL和气态燃料GK的混合物被经由入口阀17引入缸11的燃烧室26中，其中，点火流体ZF用于点燃该气体-空气混合物，从点火流体栗23、点火流体储存单元22开始，经由点火流体喷射器21的该点火流体ZF被提供至缸11，即，在图2的示范实施例中提供至缸11的另一燃烧室24，该燃烧室24经由至少一个连接通道25联接到燃烧室26。应指出的是，点火流体ZF也可被直接引入燃烧室26中。
[0023]本发明如今具有用于双燃料发动机10的全新类型的操作模式，即组合燃料共用操作模式，在该模式中，双燃料发动机1的至少一个第一缸11排他地用于燃烧液体燃料FK，且双燃料发动机10的至少一个第二缸11排他地用于利用点火流体ZF以用于点燃气态燃料GK来燃烧气态燃料GK。
[0024]因此，双燃料发动机10的所有的缸11在单价操作模式下操作，其中，在至少一个第一缸11中排他地燃烧液体燃料FK，且在至少一个第二缸中通过利用点火流体ZF以用于点燃气态燃料来排他地燃烧气态燃料GK。
[0025]如从图1清楚的，对于所有的缸11，双燃料发动机10具有公共的填充空气供应源，该填充空气供应源具有填充空气LL。对于根据本发明的组合燃料共用操作模式，利用填充空气LL的以下填充压力，该填充压力在用于液体燃料操作模式的填充压力与用于气体燃料操作模式的填充压力之间。
[0026]在具体的示范实施例中，假设在双燃料发动机的具有例如85%的满发动机负载的限定的操作点，具体而言当液体燃料操作模式启动时，选择2.8 bar的用于填充空气LL的填充压力，而具体而言当在该操作点气体燃料操作模式启动时，选择2.2 bar的填充空气LL的填充压力。对于组合燃料共用操作模式，用于填充空气LL的填充压力选择为其在例如85%的满发动机负载的操作点在2.8 bar与2.2 bar之间，例如处于2.5 bar。
[0027]除了填充压力之外，双燃料发动机10的缸11的燃烧中心也优选地被影响以用于组合燃料共用操作模式。
[0028]此外，排他地燃烧液体燃料FK的缸11或各缸11的燃烧中心优选地在组合燃料共用操作模式中相对于液体燃料操作模式而提前，并且/或者在组合燃料共用操作模式中利用点火流体ZF排他地燃烧气态燃料GK的缸11或各缸11的燃烧中心相对于气体燃料操作模式推后。
[0029]在例如85%满发动机负载的操作点的以上具体示范实施例中，在液体燃料操作模式中燃烧中心在所有的缸11上例如处于在上死点之后的14°曲柄角处，而在气体燃料操作模式中在该操作点，燃烧中心在上死点之后的8°曲柄角处。对于组合燃料共用操作模式，对于排他地燃烧液体燃料FK的缸11，上死点之后的14°角度的燃烧中心例如转移至上死点之后的12°曲柄角，其中，对于在组合燃料共用操作模式中燃烧利用点火流体ZF的气态燃料的缸11，燃烧中心从在上死点之后的8°曲柄角转移至例如在上死点之后的10°曲柄角。
[0030]因此，在组合燃料共用操作模式中排他地燃烧液体燃料FK的缸11上的燃烧中心相对于液体燃料操作模式提前，而在组合燃料共用操作模式中燃烧气态燃料的缸或各缸上的燃烧中心相对于气体燃料操作模式推后。
[0031 ]在组合燃料共用操作模式中排他地燃烧液体燃料FK的缸11或各缸11上的燃烧中心的调节优选地以如下方式来执行:相应的缸11上的燃料输送开始相对于液体燃料操作模式提前。
[0032]在组合燃料共用操作模式中燃烧气态燃料GK的缸11或各缸11上的燃烧中心的调节优选地以如下方式来执行:在相应的缸11上，点火流体ZF的点火流体输送开始推后。
[0033]根据本发明的另一有利的进一步发展，规定在组合燃料共用操作模式中，对于双燃料发动机的燃烧气态燃料GK (即利用点火流体ZF以用于点燃气态燃料GK)的所有的缸11，调节相同的平均压力。平均压力是本领域技术人员熟悉的力矩替换变量，其指示为了提供期望的力矩而要求的作用在相应缸的活塞15上的压力。在于组合燃料共用操作模式中排他地燃烧液体燃料FK的所有的缸11上，调节平均压力，该平均压力的平均值对应于在组合燃料共用操作模式中燃烧气态燃料GK的缸11的平均压力。因此，在组合燃料共用操作模式中，在燃烧气态燃料的所有的缸11上，平均压力是相同的，而在燃烧液体燃料FK的缸11上，平均压力可与彼此偏离，然而该平均压力的平均值对应于燃烧气态燃料GK的缸11的平均压力。在具有用于液体燃料FK的公共轨道喷射系统的双燃料发动机中，也在于组合燃料共用操作模式中燃烧液体燃料的所有的缸上调节相同的平均压力。
[0034]燃烧中心和平均压力的影响可通过基于缸压力的闭环燃烧控制或特性曲线控制来实现。
[0035]优选地，排他地燃烧液体燃料的缸11或各缸11的缸填充在组合燃料共用操作模式中相对于液体燃料操作模式额外地降低，而在组合燃料共用操作模式中，燃烧气态燃料的缸11或各缸11的缸填充相对于气体燃料操作模式升高。
[0036]根据本发明的有利的进一步发展，规定在根据本发明的组合燃料共用操作模式中，排他地燃烧液体燃料FK的缸11或各缸11以及燃烧气态燃料GK的缸或各缸11周期地交替。因此可有利地调节驱动系中的扭转振动水平。
[0037]组合燃料共用操作模式中在排他地燃烧液体燃料FK到利用点火流体ZF燃烧气态燃料GK之间的转变过程，以及从燃烧气态燃料GK到燃烧液体燃料FK的反向转变可发生在相应的缸上，这与从实践中已知的双燃料发动机知道的类似，其中转变是从液体燃料操作模式到气体燃料操作模式，或者从气体燃料操作模式到液体燃料操作模式。根据本发明的组合燃料共用操作模式中的缸选择性转变类似地发生。
[0038]通过利用根据本发明的组合燃料共用操作模式的根据本发明的方法，液体燃料FK且还有气态燃料GK 二者在双燃料发动机10的缸11中缸选择性地燃烧。在此，液体燃料FK在至少一个第一缸中排他地燃烧，且利用点火流体ZF以用于点燃气态燃料GK的气态燃料GK在至少一个第二缸中排他地燃烧。从而与已知的联合燃料共用操作模式(其中在各缸中，同时地燃烧液体燃料且还有气态燃料二者)相比，可实现用于双燃料发动机10的燃料减少和排放减少。
[0039]组合燃料共用操作模式优选地在发动机的限定的负载范围中利用，优选地在满发动机负载的15%和110%之间。
[0040]在六缸发动机中，依赖于排他地燃烧液体燃料的第一缸的数量，且依赖于排他地燃烧气态燃料(如何合适则利用点火流体)的第二缸的数量，总燃料消耗中的气态燃料消耗的相对构成处于0%或16.5%或33%或50%或66%或84.5%或100%。在八缸发动机中，该相对构成处于 0% 或 12.5% 或 25% 或 37.5% 或 50% 或 62.5% 或 75% 或 87.5% 或 100%。
[0041]本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的用于发动机的控制装置。该控制装置优选地为发动机控制单元。其包括用于执行该方法的手段，其中这些手段为硬件手段和软件手段。
[0042]硬件手段包括数据接口，以便与在执行根据本发明的方法时涉及的组件交换数据。硬件手段还包括用于数据储存的储存单元和用于数据处理的处理器。
[0043]软件手段为用于执行根据本发明的方法的程序模块。
【主权项】
1.一种用于操作包括多个缸的双燃料发动机的方法，其中，在液体燃料操作模式中，在所有的缸中排他地燃烧液体燃料，且在气体燃料操作模式中，在所有的缸中如果合适则利用点火流体来排他地燃烧气态燃料，其特征在于组合燃料共用操作模式，在至少一个第一缸中排他地燃烧液体燃料，且在至少一个第二缸中，如果合适则利用点火流体来排他地燃烧气态燃料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在组合燃料共用操作模式中，排他地燃烧液体燃料的缸或各缸，以及如果合适则利用点火流体来排他地燃烧气态燃料的缸或各缸周期地交替。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所有的缸，发动机具有公共的填充压力供应源，其中，在组合燃料共用操作模式中，使用以下填充压力，该填充压力在用于液体燃料操作模式的填充压力与用于气体燃料操作模式的填充压力之间。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，在组合燃料共用操作模式中，排他地燃烧液体燃料的缸或各缸的燃烧中心相对于液体燃料操作模式提前。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为此，在组合燃料共用操作模式中，对于排他地燃烧液体燃料的缸或各缸，燃料输送开始相对于液体燃料操作模式提前。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，在组合燃料共用操作模式中，如果合适则利用点火流体来排他地燃烧气态燃料的缸或各缸的燃烧中心相对于气体燃料操作模式推后。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为此，在组合燃料共用操作模式中，对于排他地燃烧气态燃料的缸或各缸，点火流体输送开始相对于气体燃料操作模式推后。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，在组合燃料共用操作模式中，对于如果合适则利用点火流体来排他地燃烧气态燃料的所有的缸，调节相同的平均压力。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，在组合燃料共用操作模式中，对于排他地燃烧液体燃料的所有的缸，调节平均压力，该平均压力的平均值对应于排他地燃烧气态燃料的缸的平均压力。10.—种发动机的控制装置，其特征在于用于执行根据权利要求1至9中的任一项的方法的手段。
【文档编号】F02D19/08GK105937452SQ201610126657
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】M.维尔纳
【申请人】曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司