用于驱动双燃料内燃机的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于驱动双燃料内燃机的方法和装置
[0001]本发明涉及一种用于驱动双燃料内燃机的方法，该内燃机带有燃气混合器、进气道和发动机和喷射系统，发动机带有多个气缸，其中，该双燃料内燃机在第一工作状态下在柴油工作中用柴油作为燃料进行工作，而在第二工作状态下在燃气工作中用燃气作为燃料进行工作。本发明还涉及根据权利要求19的前序部分的用于双燃料内燃机的控制机构和根据权利要求21的前序部分的双燃料内燃机。此外，双燃料内燃机在进气道中优选具有、但并非必须具有增压机构和用于绕过增压机构的旁通段。
[0002]这种双燃料内燃机也称为多燃料内燃机，其除了能优选地选择柴油和燃气作为燃料外，还能以各种不同的其它燃料工作。通常，视燃料的可用性而定，双燃料内燃机以一种或另一种燃料工作。
[0003]特别是在燃气工作时(有时也附加地或替代地在柴油工作中)，双燃料内燃机可以在点火射束工作中按照柴油方法工作，并且在外部形成燃气空气混合物，且优选以柴油点火射束工作。由此通常基于柴油发动机结构建造双燃料内燃机的发动机，且其属于最新技术，尤其是在大型发动机的环保使用领域内。开头所述类型的内燃机尤其也可以包括所谓的在内部形成混合物的高压燃气发动机，这种发动机通过在200巴以上的范围内喷射燃气并结合以柴油点火射束可以提供比较高的单位气缸功率。点火射束发动机也可以用液态燃料比如柴油或其它液化燃料比如液化天然气(LNG)工作，或者也可以用液化天然气(LTG)工作。在此方面优选地，双燃料内燃机可以具有用于形成燃气-柴油-内燃机的燃气-柴油-发动机。
[0004]在任何情况下原则上也可行的是，针对燃气工作比如通过燃气混合器来规定进行中央的混合物形成。但在本发明的范围内，尤其燃气工作更为重要，在这种工作中，特定于气缸地、优选直接在气缸之前进行混合物形成。每个气缸都可以配设单独的燃气喷射阀，该喷射阀特定于气缸地受控。尤其可以与一系列气缸的工作循环相匹配地进行控制。优选可以将液化燃料的点火射束用于点燃气缸内的燃烧燃气混合物；原则上也可以规定火花塞点火式的燃气工作。
[0005]双燃料内燃机因而可以优选地具有喷射系统，该喷射系统可以优选电子地控制，且适用于不同的燃气品质，比如液态形式的生物燃气或天然气，或者也适用于油比如植物油等作为液态燃料。在此，尤其共轨喷射系统已表明是适宜的，但有时进行电子控制的栗-喷嘴-喷射系统也是适宜的。燃气工作中的点火介质可以如所述那样在气缸中在高度压缩情况下输送给增压混合物的真正的气态燃料，或者也可以输送给进气道。在燃气工作特别是点火射束工作中按照柴油方法在外部形成混合物情况下(也就是说，在气缸外部形成混合物)工作的双燃料发动机在燃料采用方面在整体上更为灵活，且排放更少。应用领域是移动应用比如船只行驶领域或者载重车和重型车领域，以及是静止应用，比如整体式电厂，其特别有利地被设计用于波动式的燃气供应。由于比较恒定的燃料品质，存在如下优选的方案:双燃料内燃机要么以燃气工作，要么以液态燃料比如柴油或液化燃气工作。
[0006]例如EP 2 069 627 B1公开了一种常见类型的双燃料内燃机，其带有用于匹配液化燃气流和柴油流的配比系统，其中，多余的燃料混合物被收集起来，并回馈到混合腔中，用于在发动机的燃烧腔中进一步燃烧。
[0007]US 6，131，552普遍地公开了一种燃料控制系统，其可以根据发动机的被测得的工作状态来控制将燃气输送给混合腔。
[0008]通常，空气耗费是在增压混合物中输送给内燃机的气态新鲜增压空气的量度，其中，空气耗费也允许判断出进气系统和进气过程的质量。实际空气耗费往往是在增压混合物中的在工作循环期间实际输送给发动机或其气缸的新鲜空气量比例。这种实际上的混合量参照理论上的新鲜增压量，(就自由进气的发动机而言)在环境状态下或者就增压的发动机而言，由冲程几何体积和理论增压密度求得，这里考虑到在压缩机之后或者在增压空气冷却器之后的新鲜增压状态。
[0009]有一系列因素会影响到输送给气缸的新鲜增压，比如阀门的阀控制时间或开启横截面。原则上，所述新鲜增压由用于确定发动机增压的模型来确定，在该模型之后是进气道模型。但实际上，增压混合物中输送给发动机的新鲜增压在例外情况下仅相当于理论情况。对于发动机而言，空气耗费并非恒定的数字，而是与转速且与进气道和燃烧室的当前几何情况明显相关；为了掌握这种关系，例如可以考虑合适的特性曲线族。
[0010]然而，进气道模型在发动机控制器中基本上仅用于通常的比如由EP 1 398 490A2已知的内燃机。这种内燃机的共同之处是，在给进气道-在最简单的情况下作为均匀的压力容器，以便检测空气路径上的动态过程-建模情况下，作为广泛应用的基本构思，通过填充和排空方法来对也称为进气管的进气道的存储特性予以建模。在这里，进气管作为压力容器予以处理，该压力容器通过节流阀瓣被连续地填充空气，发动机通过其进气特性相应于做功冲程通过进气阀从该压力容器吸出空气。
[0011]在燃气发动机工作时，混合物的形成如所述那样在废气涡轮增压的压缩机之前进行，和/或也特定于气缸地在气缸之前进行。同时，在压缩机出口和燃烧室入口之间的进气道由部分较大的体积构成，该体积由此可以存储或排放明显大量的增压流体即特别是混合物，或者也仅仅存储或排放增压空气。这尤其适合于如下情况:在发动机的负载和/或转速变化时在各个部分体积内出现压力变化和/或温度变化。
[0012]与混合物形成的方式无关地，已表明，特别是在内燃机的暂态工作区域内在燃料品质变化情况下对双燃料内燃机的燃料供应非常复杂，和/或对在进气道中的增压流体的状态参数的可靠说明非常复杂。对于双燃料内燃机来说，尤其是为了设计点火射束发动机，特别是已表明，在低负载区域内的工作会有问题。
[0013]对于复杂的控制系统来说，US 6，131，552 A的前述控制方法同样表明不足以解决该问题。这也适用于在复杂控制系统中的其它与负载有关的燃气配给或其它燃料配给，而且特别是当尤其在低负荷区域中要保持碳氢化合物排放(HC-排放)尽可能地低。希望特别是在暂态的优选低负载区域中按照负载要求以及根据排放条件有利地设计内燃机的双燃料工作。
[0014]在此，本发明的目的是，提出一种方法和一种装置，借此将实现使得内燃机作为双燃料内燃机特别是针对低负载区域改善工作。本发明的目的尤其是，尤其在低负载区域中提高负载情况下或者提高超出空载情况下，在暂态工作中实现改善，和/或在排放区域中实现改善。优选要以改善的方式解决燃料组成的在低负载区域中存在的问题，特别是同时避免发动机在进一步的暂态工作中出现扭矩突变。特别是要实现在柴油工作与燃气工作之间的过渡，优选从柴油工作过渡到燃气工作。本发明的目的也是解决上述至少一个问题。至少要提出一种替代的解决方案。
[0015]通过本发明，涉及方法的目的采用根据权利要求1的方法来实现。
[0016]在此，基于开篇所述的方法提出，发动机在第一工作状态下在柴油工作中用柴油或另一种液态燃料工作，而在第二工作状态下在燃气工作中用增压混合物中的燃气(BG)作为燃料工作。根据本发明规定，在通过切换-工作参数确定的特别是预定的切换区域在柴油工作与燃气工作之间进行切换。
[0017]尤其可以通过切换-工作参数的预定值，即内燃机的工作参数的切换值来确定预定的切换区域。切换-工作参数的预定值优选可以是给定值或实际值或虚拟值。它尤其可以是切换点，即恰好是一个或多个所述切换-工作参数的值。
[0018]本发明因而针对燃气发动机特别是点火射束-燃气发动机为特别有利的负载提高超出空载区域或低负载区域提供了基础。
[0019]本发明基于如下考虑:针对燃气发动机特别是点火射束-燃气发动机，对于负载提高超出空载区域或低负载区域来说有诸多挑战，但这些挑战采用本发明的设计方案以有利的方式予以应对。
[0020]首先，本发明基于如下考虑:在发动机负载小时，气缸前必须经历很低的(进气空气)压力，只要给定(燃气)燃烧空气比不超过一定的值(例如2...2.5)，以便实现地排放区域内的改善。但在所述的小压力情况下，只能有限地保证或者无法再保证燃气工作中特别是喷射的点火射束的可靠点火。
[0021]本发明还基于如下考虑:在燃气工作中，特别是在点火射束工作中，在发动机负载小的情况下，若未对进气空气节流，就必定会有很大的(燃气)燃烧空气比例，于是，虽然能可靠地点火，特别是以点火射束可靠地点火，却使得燃气作为燃料在增压混合物中无法彻底燃烧，因而会引起高的HC排放。
[0022]在如下做法中大致会有同样的情况:为了提高负载，在近乎恒定的柴油喷射量情况下，在发动机空载中将增多的燃气配给燃烧空气。换句话说，如果从纯粹的柴油工作起初输送很少的燃烧燃气，且如果在这种情况下燃气混合物过于贫油，则这在燃气工作中利用燃烧燃气之前就会导致燃烧室内的火焰熄火。但双燃料内燃机的仅有条件地匹配于工作点的燃气混合物形成的结果是，由于燃烧燃气未燃烧，预计会有高的碳氢化合物排放(HC排放)或者其它的提高的排放(N0x、C0、颗粒等)以及低劣的效率。比如在EP 2 069 627 B1中将未燃烧的燃料回馈并不能解决这个问题。
[0023]因此，由于前述做法不能提供优点地实现，或者很少能达到目的，所以，按照本发明的认识-在任何情况下在负载提高时而且在以改善的方式要保持排放区域时-只能有条件地经历、或者在点火射束工作中无法经历小负载的工作区域工作。
[0024]因此，特别是为了针对低的发动机负载提高负载，本发明规定，在纯粹的柴油工作中进行柴油喷射量提高。这样就不会出现前述问题。由此得到的任务是，实现从在纯柴油工作中的较高的负载向在点火射束工作中的尽可能相同的负载过渡，特别是不会出现扭矩突变或类似的不连续的工作方式。普遍地表明，特别是在起动工作区或者其他暂态工作区中从纯柴油工作到燃气工作即这里尤其为点火射束工作的切换会有问题。这基本上也适用于从燃气工作特别是点火射束工作到柴油工作的反向过渡。如果从燃气燃料到液态燃料特别是柴油燃料的切换-或者反向切换-未满足发动机的负载要求和其它工作要求，就会出现扭矩突变。
[0025]本发明的设计方案有利地利用了在柴油工作与燃气工作之间的特别是在小的发动机负载区域内的过渡。根据本发明，在柴油工作(DB)和燃气工作(ZB)之间，在通过切换工作参数确定的、特别是预定的切换区域进行切换。这种切换特别是涉及从柴油工作到点火射束工作的切换和针对点火射束燃气发动机的反向切换。该设计方案特别是形成了如下基础:该过渡更加均匀，且优选即使