起動以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的發(fā)動機(jī)的制作方法
【專利摘要】在低溫時起動采用引燃燃料的以氣態(tài)燃料為燃料的發(fā)動機(jī)是有挑戰(zhàn)性的，這是因為所述燃料的可點燃性和燃燒效率降低，并且發(fā)動機(jī)機(jī)油的粘度升高。一種用于起動采用引燃燃料的以氣態(tài)燃料為燃料的壓燃式內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)包括：確定正常起動條件和冷起動條件中的一者；在所述正常起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第一壓力時，將所述引燃燃料引入所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中；在所述冷起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第二壓力時，將所述引燃燃料引入所述燃燒室中，所述第二壓力高于所述第一壓力；以及選擇性地將所述氣態(tài)燃料引入所述燃燒室中。
【專利說明】
起動以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的發(fā)動機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及一種起動以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)，并且更具體地涉及冷起動發(fā)動機(jī)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]當(dāng)冷起動內(nèi)燃機(jī)時，燃料的可點燃性和燃燒效率降低。在本公開的上下文內(nèi)，冷起動被定義為在較冷環(huán)境下起動發(fā)動機(jī)，例如，當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定的值使得燃料在正常起動過程下不能點燃時。對于以狄塞爾循環(huán)工作的發(fā)動機(jī)，在壓縮沖程接近結(jié)束時在燃燒室中形成的溫度和壓力提供適于燃料的自燃的條件。當(dāng)環(huán)境空氣溫度降低，在壓縮沖程結(jié)束時可達(dá)到的溫度就會降低，并且因此這種燃料的可點燃性和燃燒效率也會降低。隨著環(huán)境空氣溫度進(jìn)一步地降低，最終，燃燒室溫度在燃燒室內(nèi)的壓力下將會下降到低于燃料自燃溫度，并且燃料將不點燃。
[0003]公知的是，使用引燃燃料(諸如柴油)點燃狄塞爾循環(huán)內(nèi)燃機(jī)中的氣態(tài)燃料。對于在采用常規(guī)的壓縮比的內(nèi)燃機(jī)中以可靠的方式發(fā)生壓燃而言，典型氣態(tài)燃料諸如天然氣的自燃溫度是過高的。出于這個原因，稍后在壓縮沖程中引入通過壓燃來點燃的少量柴油燃料，并且柴油燃料燃燒引發(fā)其中氣態(tài)燃料點燃。
[0004]在冷起動條件中，在從儲罐中栗送時采用柴油輸送栗加熱器將柴油燃料加熱至高于凝點溫度。另外，公知的是，采用電缸體加熱器加熱發(fā)動機(jī)機(jī)油和發(fā)動機(jī)冷卻液。然而，一些管制地區(qū)缺少必要基礎(chǔ)設(shè)施支持普遍使用電缸體加熱器。作為替代，在極冷環(huán)境中，采用其中溫度被維持高于環(huán)境空氣溫度的溫室容納一臺或多臺車輛，雖然這些溫室在特性上仍遠(yuǎn)低于〇攝氏度。以柴油為燃料的冷卻液加熱器栗系統(tǒng)還用于將溫水栗送通過冷卻液回路以預(yù)熱發(fā)動機(jī)。
[0005]對于以氣態(tài)燃料和另一燃料為燃料的發(fā)動機(jī)，公知的是，在冷起動發(fā)動機(jī)時增加采用的氣態(tài)燃料量。一般來說，當(dāng)以氣態(tài)燃料為燃料時，排放減少。Ulrey等人在2009年6月 16日公布的美國專利號7,546,834中公開了一種多燃料發(fā)動機(jī)，所述多燃料發(fā)動機(jī)以氣態(tài)燃料和/或液態(tài)燃料為燃料，并且當(dāng)所述多燃料發(fā)動機(jī)冷起動(未經(jīng)預(yù)熱)時，優(yōu)選的是，在排放控制設(shè)備已到達(dá)其工作溫度前，使用氣態(tài)燃料減少起動排放。在燃料效率降低的情況 (諸如冷起動)下，期望減少排放。在處于極冷起動溫度過程中，以氣態(tài)燃料或其他燃料起動由于降低的可點燃性和燃燒效率而具有挑戰(zhàn)性。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)缺少用于冷起動以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)。本方法和裝置提供一種用于冷起動這種內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—種用于起動采用引燃燃料的以氣態(tài)燃料為燃料的壓燃式內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)方法包括:確定正常起動條件和冷起動條件中的一者;在所述正常起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第一壓力時，將所述引燃燃料引入所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中；在所述冷起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第二壓力時，將所述引燃燃料引入所述燃燒室中，所述第二壓力高于所述第一壓力；以及選擇性地將所述氣態(tài)燃料引入所述燃燒室中。所述第二壓力高于所述第一壓力，以便在冷起動過程中噴射引燃燃料的同時，防止引燃燃料壓力下降到低于噴射壓力。更具有挑戰(zhàn)性的是在冷起動過程中維持合適的引燃燃料噴射壓力，因為加壓引燃燃料的栗相較于正常起動情況而言變得更慢，從而導(dǎo)致花費更多時間加壓引燃燃料。另外，相較于正常起動情況，在冷起動過程中，引入更多引燃燃料。引燃燃料可由所述發(fā)動機(jī)的功率輸出裝置機(jī)械驅(qū)動的栗加壓?；蛘?，引燃燃料可由電驅(qū)動栗加壓，使得可以在所述引燃燃料已被加壓后盤車起動所述發(fā)動機(jī)。當(dāng)環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、控制器溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度中的至少一者低于相應(yīng)溫度閾值時，冷起動條件存在。所述第二壓力可以根據(jù)所述相應(yīng)溫度閾值確定。第一引燃燃料噴射正時可替代地通過以下方式確定:確定引燃燃料壓力升高速率何時升高超過預(yù)定的值；以及在所述引燃燃料壓力升高速率超過所述預(yù)定的值后、在引入所述引燃燃料以使所述引燃燃料升高超過所述第二壓力前，等待預(yù)定量的時間?？梢员O(jiān)測所述控制器溫度，以便確定所述發(fā)動機(jī)最近是否運行。當(dāng)控制器溫度和蓄電池溫度中的一者比所述環(huán)境空氣溫度大預(yù)定容限時，可以采用第一冷起動校準(zhǔn)，并且當(dāng)所述控制器溫度和所述蓄電池溫度中的一者小于所述環(huán)境空氣溫度與所述預(yù)定容限的總和時，可以采用第二冷起動校準(zhǔn)。所述氣態(tài)燃料是生物氣、二甲醚、乙烷、氫氣、垃圾填埋氣、液化天然氣、液化丙烷氣、甲烷、天然氣和丙烷中的至少一者。所述引燃燃料是任何可壓燃的燃料，并且示例性的引燃燃料是柴油。
[0008]在優(yōu)選實施方式中，相較于所述正常起動條件過程中的噴射起動正時，當(dāng)所述冷起動條件存在時，可將噴射起動正時提前。噴射起動正時可以根據(jù)環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、控制器溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度中的至少一者確定?；蛘?，或另外地，噴射起動正時可以根據(jù)引燃燃料噴射量確定。
[0009]在優(yōu)選實施方式中，相較于所述正常起動條件過程中的燃料噴射量，當(dāng)所述冷起動條件存在時，可使燃料噴射量增加。燃料噴射量可以根據(jù)環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、控制器溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度中的至少一者確定。[〇〇1〇] —種以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)包括氣態(tài)燃料供源和引燃燃料供源。栗送裝置加壓從所述引燃燃料供源接收的引燃燃料。燃料噴射器與所述栗送裝置流體連通并被配置成將引燃燃料直接引入所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。所述控制器可操作地與所述栗送裝置和所述燃料噴射器連接，并被編程為執(zhí)行以下操作:當(dāng)起動所述內(nèi)燃機(jī)時，命令所述栗送裝置加壓所述引燃燃料;確定正常起動條件和冷起動條件中的一者;在所述正常起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第一壓力時，命令所述燃料噴射器將所述引燃燃料引入所述燃燒室中；以及在所述冷起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第二壓力時，命令所述燃料噴射器將所述引燃燃料引入所述燃燒室中，所述第二壓力高于所述第一壓力。所述第二壓力高于所述第一壓力，以便在冷起動過程中噴射引燃燃料的同時，防止引燃燃料壓力下降到低于噴射壓力?？蓪⑺隹刂破骶幊虨槊钇饎与妱訖C(jī)來盤車起動所述內(nèi)燃機(jī)，以使所述栗送裝置由于所述盤車起動來對所述引燃燃料加壓?；蛘?，可將所述控制器編程為命令所述起動電動機(jī)在所述引燃燃料壓力升高超過(a)所述正常起動條件過程中的所述第一壓力以及(b)所述冷起動條件過程中的所述第二壓力后，盤車起動所述內(nèi)燃機(jī)。[〇〇11]所述燃料噴射器可與所述氣態(tài)燃料供源流體連通并被配置成將氣態(tài)燃料直接引入所述燃燒室中。所述控制器被編程為選擇性地命令所述燃料噴射器引入所述氣態(tài)燃料。 或者，可存在氣態(tài)燃料噴射器，所述氣態(tài)燃料噴射器與所述氣態(tài)燃料供源流體連通并被配置成將氣態(tài)燃料直接引入所述燃燒室中?？蓪⑺隹刂破鬟M(jìn)一步編程為選擇性地命令所述氣態(tài)燃料噴射器引入所述引燃燃料。位于所述氣態(tài)燃料供源下游的截止閥可由所述控制器命令在所述冷起動條件過程中將所述氣態(tài)燃料供源與所述燃燒室流體斷開。在優(yōu)選實施方式中，壓力調(diào)節(jié)裝置向所述燃料噴射器或所述氣態(tài)燃料噴射器供應(yīng)氣態(tài)燃料。所述壓力調(diào)節(jié)裝置與所述氣態(tài)燃料供源流體連通以基于引燃燃料壓力來調(diào)節(jié)氣態(tài)燃料壓力?！靖綀D說明】
[0012]圖1是根據(jù)第一實施方式的以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的內(nèi)燃機(jī)的示意圖。
[0013]圖2是根據(jù)第二實施方式的以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的內(nèi)燃機(jī)的示意圖。
[0014]圖3是根據(jù)第一實施方式的用于圖1和圖2的內(nèi)燃機(jī)的起動算法的流程圖。
[0015]圖4是根據(jù)第一實施方式的用于確定冷起動條件和正常起動條件中的一者的冷起動確定算法的流程圖。
[0016]圖5是根據(jù)第二實施方式的用于圖1和圖2的內(nèi)燃機(jī)的起動算法的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0017]參考圖1，示出用于以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的壓燃式壓縮機(jī)的燃料系統(tǒng)10。 僅示出了用于理解本發(fā)明技術(shù)的相關(guān)部件，如本技術(shù)的技術(shù)人員將了解，存在未示出的與燃料系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的其他部件?？刂破?00發(fā)送命令信號來操作燃料系統(tǒng)10中的部件并從部件接收狀態(tài)信號以監(jiān)測該燃料系統(tǒng)的各種工作參數(shù)，如以下將更詳細(xì)地描述。附圖中的虛線表示從控制器100載送命令信號和/或向控制器載送狀態(tài)信號的電線。虛線連接到部件的端部的箭頭指示電線載送命令信號，并且虛線連接到控制器100的端部的箭頭指示電線載送由控制器100接收的狀態(tài)信號?？刂破?00可以包括硬件部件和軟件部件兩者。硬件部件可以包括數(shù)字和/或模擬電子部件。在本文中的實施方式中，控制器100包括處理器和存儲器， 包括一個或多個參數(shù)存儲器(諸如閃存、EEPR0M和硬盤)以及用于存儲程序和執(zhí)行程序的暫時存儲器(諸如SRAM和DRAM)。在其他實施方式中，控制器100可以包括與控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN)總線或可在控制單元之間交換信息的其他常規(guī)總線互連的基本發(fā)動機(jī)電子控制單元和次級電子控制單元。如本文所使用，術(shù)語“算法”和“步驟”是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、可執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或群組)和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所描述功能的其他合適部件。由控制器100執(zhí)行的算法和步驟是控制器的部分。
[0018]引燃燃料供應(yīng)裝置50將加壓引燃燃料供應(yīng)至栗送裝置60,以便將引燃燃料加壓至更高壓力。在優(yōu)選實施方式中，當(dāng)引燃燃料是液態(tài)燃料(諸如柴油時)，引燃燃料供應(yīng)裝置50 可以包括儲液罐和輸送栗(兩者均未示出)。栗送裝置60可以包括入口計量閥和共軌栗(兩者均未示出)。共軌栗可由發(fā)動機(jī)的功率輸出裝置(PT0)機(jī)械驅(qū)動，或者可被電氣驅(qū)動。當(dāng)共軌栗是由PTO驅(qū)動時，控制器100至少命令栗送裝置60來對燃料加壓?；蛘撸跛脱b置60可以包括整體式噴射器，所述整體式噴射器采用電器控制的機(jī)械栗?？刂破?00命令栗送裝置60 將加壓引燃燃料供應(yīng)至引燃燃料軌道70和壓力調(diào)節(jié)裝置30。
[0019]氣態(tài)燃料供應(yīng)裝置20通過截止閥40將加壓氣態(tài)燃料供應(yīng)至壓力調(diào)節(jié)裝置30。在優(yōu)選實施方式中，當(dāng)氣態(tài)燃料是液化氣態(tài)燃料(諸如液化天然氣(LNG))時，氣態(tài)燃料供應(yīng)裝置 20可以包括用于液化天然氣的低溫存儲容器(未示出)、用于通過汽化器(未示出)加壓液化天然氣的低溫栗(未示出)。氣態(tài)燃料是在標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力下處于氣態(tài)的任何燃料，在本公開的上下文中，標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力被定義為20攝氏度(°C)和1大氣壓(atm)。控制器 100可命令截止閥40來截斷至壓力調(diào)節(jié)裝置30的氣態(tài)燃料供應(yīng)，例如當(dāng)發(fā)動機(jī)僅僅以引燃燃料為燃料時。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)停機(jī)時，截止閥40通常關(guān)閉。在所示的實施方式中，壓力調(diào)節(jié)裝置 30采用來自栗送裝置60的引燃燃料來調(diào)節(jié)來自氣態(tài)燃料供應(yīng)裝置20的氣態(tài)燃料的壓力。在其他實施方式中，壓力調(diào)節(jié)裝置可采用氣態(tài)燃料來調(diào)節(jié)引燃燃料壓力。在優(yōu)選實施方式中， 壓力調(diào)節(jié)裝置30包括圓頂裝載式調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)裝置30被采用來調(diào)整和維持引燃燃料與氣態(tài)燃料之間的壓差在公差范圍內(nèi)，并且在這種壓力下將氣態(tài)燃料供應(yīng)至氣態(tài)燃料軌道 80。在優(yōu)選實施方式中，引燃燃料壓力被保持高于氣態(tài)燃料壓力，并且控制壓差會防止或減少引燃燃料泄漏到氣態(tài)燃料中。在其他實施方式中，無需壓力調(diào)節(jié)裝置30,并且引燃燃料可通過栗送裝置60來調(diào)節(jié)，并且氣態(tài)燃料可通過氣態(tài)燃料供應(yīng)裝置30來調(diào)節(jié)，而且控制器100 監(jiān)測引燃燃料和氣態(tài)燃料的相應(yīng)壓力，以使軌道70和80中的引燃燃料與氣態(tài)燃料之間的壓差維持在公差范圍內(nèi)。然而，壓力調(diào)節(jié)裝置30可以提供改進(jìn)的瞬時響應(yīng)。
[0020]軌道80中的氣態(tài)燃料壓力由壓力傳感器90監(jiān)測，所述壓力傳感器將表示氣態(tài)燃料壓力的信號發(fā)送至控制器100。軌道70中的引燃燃料壓力由壓力傳感器110監(jiān)測，所述壓力傳感器將表示引燃燃料壓力的信號發(fā)送至控制器100?？刂破?00可采用氣態(tài)燃料壓力和引燃燃料壓力以及其他發(fā)動機(jī)工作參數(shù)來命令氣態(tài)燃料供應(yīng)裝置20、液態(tài)燃料供應(yīng)裝置50和栗送裝置60維持軌道80中的氣態(tài)燃料壓力處于預(yù)定的值并將軌道70中的引燃燃料壓力維持處于預(yù)定的值，兩個值均在相應(yīng)公差范圍內(nèi)。軌道70中的引燃燃料分別通過管件130a和 130b來輸送到燃料噴射器120a和120b，并且軌道80中的氣體燃料分別通過管件140a和140b 來輸送到燃料噴射器。在優(yōu)選實施方式中，燃料噴射器120a和120b是噴射引燃燃料和氣態(tài)燃料的液壓致動的噴射器，所述液壓致動的噴射器可被致動以單獨并獨立于氣態(tài)燃料引入引燃燃料。在另一優(yōu)選實施方式中，燃料噴射器120a和120b包括用于引入引燃燃料和氣態(tài)燃料的同心針頭，所述同心針頭在引燃燃料與氣態(tài)燃料之間的預(yù)定壓差下工作。雖然在圖1 中僅僅示出這兩個燃料噴射器120a和120b，但應(yīng)理解，優(yōu)選實施方式包括用于將燃料直接噴射到每個相關(guān)聯(lián)發(fā)動機(jī)燃燒室中的至少一個燃料噴射器。來自控制器100的控制總線150 包括致動相應(yīng)燃料噴射器120a和120b來噴射引燃燃料的控制線路150a和150b。類似地，來自控制器100的控制總線160包括致動相應(yīng)燃料噴射器120a和120b來噴射氣態(tài)燃料的控制線路160a和160b。
[0021]控制器100可從一個或多個溫度傳感器(未示出)接收表示進(jìn)氣溫度、環(huán)境空氣溫度、蓄電池溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度的信號。這些溫度傳感器中的一個或多個可連接到CAN總線，或替代地，可通過數(shù)字接口或模擬接口與控制器1〇〇通信。這些溫度可被采用來確定是否存在冷起動條件，如下文將更詳細(xì)地解釋。一般來說，進(jìn)氣溫度與環(huán)境空氣溫度相關(guān)。蓄電池溫度指示蓄電池將功率供應(yīng)至起動電動機(jī)和燃料噴射器的能力。另外，控制器100可以具有內(nèi)部溫度傳感器，所述內(nèi)部溫度傳感器提供表示通常與發(fā)動機(jī)不同于發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度和發(fā)動機(jī)冷卻液溫度的區(qū)域關(guān)聯(lián)的控制器溫度的信號。當(dāng)在停機(jī)達(dá)預(yù)定量的時間后起動發(fā)動機(jī)時，控制器溫度與環(huán)境空氣溫度相關(guān)，并且可被采用來估計進(jìn)氣溫度。當(dāng)在發(fā)動機(jī)已處于停機(jī)狀態(tài)達(dá)預(yù)定量的時間前起動發(fā)動機(jī)時，控制器溫度通常將會高于環(huán)境空氣溫度，并且可被采用來監(jiān)測發(fā)動機(jī)先前是否已運行?？刂破鳒囟缺硎救剂蠂娚淦黩?qū)動器溫度。隨著燃料噴射器驅(qū)動器溫度降低，施加到燃料噴射器的電壓降低，從而導(dǎo)致性能降低。施加到燃料噴射器的脈寬可能需要增加，以使預(yù)定量的燃料由燃料噴射器引入發(fā)動機(jī)中。
[0022]現(xiàn)在參考圖2,燃料系統(tǒng)11根據(jù)類似于第一實施方式的第二實施方式示出，其中相似部分具有相似參考數(shù)字，并且如果存在的話，可能不再詳細(xì)描述。燃料噴射器121a和121b 是僅引入引燃燃料的引燃燃料噴射器，并且燃料噴射器122a和122b是僅引入氣態(tài)燃料的氣態(tài)燃料噴射器。燃料噴射器121[a_b]和122[a_b]不需要引燃燃料與氣態(tài)燃料之間的壓差來工作。因此，氣態(tài)燃料軌道80中的氣態(tài)燃料壓力獨立于引燃燃料軌道70中的引燃燃料壓力來控制。也就是說，引燃燃料壓力可升高或降低，而不影響氣態(tài)燃料壓力，并且氣態(tài)燃料壓力可升高或降低，而不影響引燃燃料壓力。在其他實施方式中，可將每個燃料噴射器121和 122中的一者組合到單個殼體中。
[0023]現(xiàn)在討論一種起動采用圖1和圖2中示出的燃料系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)。參考圖3，示出被編程在控制器100中并由控制器100執(zhí)行以起動發(fā)動機(jī)的起動算法200,其中栗送裝置 60由發(fā)動機(jī)的功率輸送裝置直接或間接地驅(qū)動。算法200中的步驟以接續(xù)的方式呈現(xiàn);然而可能的是，這些步驟中的一些可并行地執(zhí)行。算法200是以步驟210中的來自于用戶的發(fā)動機(jī)起動命令開始。這可源于轉(zhuǎn)動點火開關(guān)、按下儀表板或鑰匙墜上的點火按鈕等等。在步驟 220中，命令起動電動機(jī)(未示出)來盤車起動發(fā)動機(jī)，從而致使活塞進(jìn)行往復(fù)運動并致使功率輸出裝置為栗送裝置60通電。起動電動機(jī)可由通過轉(zhuǎn)動點火開關(guān)(或類似物)來直接通電的點火電路致動?；蛘?，起動電動機(jī)可由控制器1 〇〇致動來為點火電路通電。當(dāng)控制器100命令起動電動機(jī)時，曲柄位置可以在起動電動機(jī)被致動前檢測，以便獲得更進(jìn)一步了解以更好地確定何時可以發(fā)生第一燃料噴射。在步驟230中，命令栗送裝置60加壓引燃燃料，這可包括調(diào)整入口計量閥來對栗送裝置中的栗的出口壓力進(jìn)行控制。在步驟240中，控制器100 確定是否存在冷起動條件，并且如果冷起動條件存在，那么在步驟250中執(zhí)行冷起動算法， 并且當(dāng)冷起動條件不存在時，則在步驟260中執(zhí)行正常起動條件和正常起動算法。
[0024]可以多種方式確定冷起動條件，并且可采用不同準(zhǔn)則來做出確定。例如，可采用表示為進(jìn)氣溫度的溫度來確定冷起動條件。這種溫度可為環(huán)境空氣溫度、控制器溫度或?qū)嶋H進(jìn)氣溫度。當(dāng)表示為進(jìn)氣溫度的溫度低于第一溫度閾值時，則冷起動條件存在，否則冷起動條件不存在。隨著進(jìn)氣溫度降低，在壓縮沖程結(jié)束時、在燃燒室中的進(jìn)氣的溫度也會降低。 由此，較少熱量可提供來點燃引燃燃料，從而降低燃燒效率并且增加排放。類似地，氣態(tài)燃料溫度和/或引燃燃料溫度可被監(jiān)測以評估冷起動條件。比較而言，在燃燒室中，空氣質(zhì)量大于氣體燃料和/或引燃燃料質(zhì)量，以使空氣對進(jìn)氣的溫度產(chǎn)生較大影響?；蛘?，發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度可被采用來確定冷起動條件。當(dāng)發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度低于第二溫度閾值時，則冷起動條件存在。隨著發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度降低，發(fā)動機(jī)機(jī)油粘度升高。在由于發(fā)動機(jī)機(jī)油粘度而造成的冷起動條件過程中，其顯著花費更多蓄電池電力來盤車起動發(fā)動機(jī)，并且因此隨著發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度降低，曲柄速度降低。其他溫度可被采用來確定冷起動條件。發(fā)動機(jī)冷卻液溫度可為發(fā)動機(jī)是否最近已運行的指示，由此提供對發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度的間接測量。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度低于第三溫度閾值時，則冷起動條件存在。一般來說，發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度在很大程度上隨著發(fā)動機(jī)輸出量而變，而發(fā)動機(jī)冷卻液溫度則隨著發(fā)動機(jī)輸出量、氣流和散熱器的容量而變。由此，發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度在很大程度上不相關(guān)于發(fā)動機(jī)冷卻液溫度，除非當(dāng)機(jī)油溫度變暖從而使得冷卻液溫度變暖時。可采用控制器溫度來確定發(fā)動先前是否已運行，在這種情況下，控制器溫度將會高于環(huán)境空氣溫度。還可監(jiān)測蓄電池溫度，以便確定冷起動條件。當(dāng)蓄電池溫度低于第四溫度閾值時，則冷起動條件存在。隨著溫度降低，蓄電池內(nèi)部電阻升高，這降低了輸出電壓和蓄電池容量，由此減少可提供用于盤車起動發(fā)動機(jī)的蓄電池電力。 在非常冷的工作環(huán)境中，例如，在鉛酸蓄電池中的電解質(zhì)存在凍結(jié)危險時，則可采用外部熱源來加熱蓄電池，從而減少蓄電池溫度單獨作為冷起動指示的有效性。環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度的任一者可被采用來確定冷起動條件是否存在。
[0025]參考圖4,用于冷起動確定算法300的優(yōu)選實施方式被示出為在步驟240(參見圖3) 中，在冷起動確定過程中采用環(huán)境空氣溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度和控制器溫度。算法300確定如果環(huán)境空氣溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度和發(fā)動機(jī)冷卻液溫度的任一者低于相應(yīng)閾值，則冷起動條件存在。在步驟310中，控制器100確定環(huán)境空氣溫度(Ta)是否小于第一溫度閾值，并且如果如此，那么起動標(biāo)記被設(shè)定為指示冷起動條件存在并將控制轉(zhuǎn)移至步驟340，并且如果不是，那么可能正常起動條件存在并將控制轉(zhuǎn)移至步驟320。起動標(biāo)記是由控制器100存儲，并被采用來表示多個起動條件，如以下所解釋。在步驟320中，控制器100 確定發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度(??)是否小于第二溫度閾值，并且如果如此，那么起動標(biāo)記被設(shè)定為指示冷起動條件存在并將控制轉(zhuǎn)移至步驟340,并且如果不是，那么可能正常起動條件存在并將控制轉(zhuǎn)移至步驟330。在步驟330中，控制器100確定發(fā)動機(jī)冷卻液溫度(Tegt)是否小于第三溫度閾值，并且如果如此，那么起動標(biāo)記被設(shè)定為指示冷起動條件存在并將控制轉(zhuǎn)移至步驟340,并且如果不是，那么起動標(biāo)記被設(shè)定為指示正常起動條件存在并將控制轉(zhuǎn)移至步驟350。當(dāng)進(jìn)入步驟340時，已經(jīng)確定冷起動條件存在。在冷起動過程中，可根據(jù)發(fā)動機(jī)是否最近已運行來采用不同校準(zhǔn)。在步驟340中，控制器100確定控制器溫度(TECU)是否大于環(huán)境空氣溫度與溫度容限Tm的總和，并且如果如此，那么在步驟360中，采用第一冷起動校準(zhǔn) (CAL1)并相應(yīng)地設(shè)置起動標(biāo)記，否則在步驟370中，采用第二冷起動校準(zhǔn)(CAL2)并相應(yīng)地設(shè)置起動標(biāo)記。施加到燃料噴射器的電壓取決于控制器溫度和蓄電池溫度，并且不同冷起動校準(zhǔn)被采用來補償較冷燃料噴射器驅(qū)動器。在其他實施方式中，可以存在根據(jù)控制器溫度來選擇的兩個或更多個冷起動校準(zhǔn)。冷起動確定算法300允許更準(zhǔn)確地檢測冷起動條件，使得在一方面，增加起動發(fā)動機(jī)的可能性，并且在另一方面，不會在等待期望工作參數(shù)的同時非必須地延遲發(fā)動機(jī)的起動。環(huán)境空氣溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度和發(fā)動機(jī)冷卻液溫度中的每者影響發(fā)動機(jī)的冷起動行為。[〇〇26]返回參考圖3,現(xiàn)在描述起動標(biāo)記指示正常起動條件存在時執(zhí)行的正常起動算法 260。在步驟270中，控制器100監(jiān)測引燃燃料壓力，并且等待直到所述引燃燃料壓力高于第一預(yù)定壓力。在控制器100正在等待引燃燃料壓力升高時，盤車起動發(fā)動機(jī)，但是不將引燃燃料噴射到燃燒室中。在引燃燃料已經(jīng)達(dá)到所需壓力后，在步驟275中，控制器100致動燃料噴射器120[a-b]或121[a-b]來將引燃燃料噴射到燃燒室中。除了引燃燃料之外，在步驟280 中，控制器100還可選擇性地將氣態(tài)燃料噴射到燃燒室中。通過采用氣態(tài)燃料作為按能量計引入的總?cè)剂系囊徊糠?，可以減少排放，并且可以獲得經(jīng)濟(jì)性優(yōu)點。一旦發(fā)動機(jī)可轉(zhuǎn)動曲柄而無起動電動機(jī)輔助，那么由于引燃燃料和氣態(tài)燃料(如果采用的話)的燃燒，可將起動電動機(jī)停用。這個條件可例如通過操作人員來檢測或根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高來自動檢測。 [〇〇27]起動標(biāo)記指示冷起動條件存在時執(zhí)行的冷起動算法250在至少一個方面不同于正常起動算法260,即，相較于正常起動，冷起動在更高壓力下噴射引燃燃料。在冷起動條件過程中，控制器100命令栗送裝置60(在步驟230中)提供最大引燃燃料流率，這可包括命令入口計量閥完全打開，以便盡可能快速地升高引燃燃料壓力，并且可以在不降低引燃燃料壓力的情況下滿足燃料加注需求。在步驟285中，控制器100監(jiān)測引燃燃料壓力，并且等待直到所述引燃燃料壓力高于第二預(yù)定壓力。第二預(yù)定壓力高于第一預(yù)定壓力，使得相較于正常起動，在冷起動過程中，引燃燃料噴射存在延遲，因為在冷起動過程中，引燃燃料壓力被升高至更高閾值。相較于正常起動條件，曲柄旋轉(zhuǎn)速度在冷起動過程中更慢，這是因為發(fā)動機(jī)機(jī)油粘度增加并且可提供用于起動電動機(jī)的蓄電池電力減少。由此，在冷起動過程中，栗送裝置60花費更長時間加壓引燃燃料。如果引燃燃料在引燃燃料壓力達(dá)到第二預(yù)定壓力前噴射，則引燃燃料壓力將降低至低于所需噴射壓力，因為栗送裝置60無法滿足冷起動條件過程中的燃料加注需求。當(dāng)引燃燃料在小于所需噴射壓力下引入時，結(jié)果可能是無法將足夠引燃燃料引入燃燒室中，使得后續(xù)燃燒無法充分促成將發(fā)動機(jī)起動，從而致使盤車起動時段延長。在最壞情況下，發(fā)動機(jī)將不會起動。在步驟285中，在控制器100正在等待引燃燃料壓力升高時，盤車起動發(fā)動機(jī)，但是不將引燃燃料噴射到燃燒室中。在引燃燃料已經(jīng)達(dá)到第二預(yù)定壓力后，在步驟290中，控制器100致動燃料噴射器120[a-b]或121[a-b]來將引燃燃料噴射到燃燒室中。引燃燃料壓力通常在冷起動時開始緩慢上升，并且接著不久之后，開始非常快速地朝第二預(yù)定壓力上升?？赡艿氖?，檢測引燃燃料壓力上的這種快速升高，并且在檢測后的預(yù)定量的時間后開始噴射引燃燃料，以使引燃燃料壓力處于適于在冷起動條件過程中進(jìn)行噴射的水平。除了引燃燃料之外，在步驟295中，控制器100還可選擇性地將氣態(tài)燃料噴射到燃燒室中。[〇〇28]引燃燃料噴射起動(SOI)正時在冷起動過程中提前，以使燃燒起動(S0C)正時提前，從而引起缸內(nèi)峰值燃燒壓力升高，這會增加使活塞往復(fù)運動的動力，從而改進(jìn)發(fā)動機(jī)起動的能力。SOI正時可根據(jù)用來檢測先前提到的冷起動的溫度的任一者來確定。在冷起動條件過程中，燃料加注命令增加，以使更多燃料(引燃燃料并且可能地氣態(tài)燃料)噴射到燃燒室中，從而升高缸內(nèi)峰值燃燒壓力。SOI正時同樣提前，以使綜合放熱中間部分在預(yù)定范圍內(nèi)發(fā)生，在優(yōu)選實施方式中，所述預(yù)定范圍在上止點后(ATDC)O度與ATDC 15度之間。一旦發(fā)動機(jī)已起動(例如，當(dāng)已檢測到發(fā)動機(jī)速度顯著升高時)，可將起動電動機(jī)停用。在冷起動過程中，并不一定噴射氣態(tài)燃料。當(dāng)氣態(tài)燃料為液化天然氣時，可能的是，氣態(tài)燃料供源20下游處的氣態(tài)燃料溫度低于環(huán)境溫度，這可降低在燃燒室內(nèi)的燃料的可點燃性。當(dāng)起動時的氣態(tài)燃料壓力較低時，就需要低溫栗來對氣態(tài)燃料加壓。在起動時來操作低溫栗可能需要多得多的能量或比發(fā)動機(jī)起動時可提供的更多的能量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，更為有利的是僅僅引入引燃燃料，所述引燃燃料在特性上比氣態(tài)燃料更容易壓燃點燃。
[0029]現(xiàn)在參考圖5,起動算法201根據(jù)類似于圖3中的第一實施方式的第二實施方式示出，其中相似步驟具有相似參考數(shù)字，并且如果存在的話，可能不再詳細(xì)描述。起動算法201 被編程在控制器1〇〇中并且在起動發(fā)動機(jī)時將由控制器1〇〇執(zhí)行，其中栗送裝置60不由發(fā)動機(jī)的功率輸出裝置驅(qū)動。在優(yōu)選實施方式中，栗送裝置60是電驅(qū)動的。因此，當(dāng)在步驟210中接收起動命令時，在步驟230中，控制器100命令栗送裝置60加壓引燃燃料，而不命令起動電動機(jī)轉(zhuǎn)動曲柄，因為栗送裝置由于曲柄旋轉(zhuǎn)而不會被驅(qū)動。在正常起動算法261中，當(dāng)在步驟270中確定引燃燃料壓力高于第一預(yù)定壓力后，在步驟220中，控制器100命令起動電動機(jī)轉(zhuǎn)動曲柄。當(dāng)曲柄正在旋轉(zhuǎn)并且燃燒室內(nèi)的活塞正在往復(fù)運動時，控制器100致動燃料噴射器120[a-b]或121[a-b]以便在步驟275中噴射引燃燃料并且在步驟280中選擇性地噴射氣態(tài)燃料。類似地，在冷起動算法251中，當(dāng)在步驟285中確定引燃燃料壓力高于第二預(yù)定壓力后并且當(dāng)在步驟290中致動燃料噴射器120[a-b]或121[a-b]以引入引燃燃料前，在步驟220 中，控制器100命令起動電動機(jī)轉(zhuǎn)動曲柄。除了引燃燃料之外，在步驟295中，控制器100還可選擇性地將氣態(tài)燃料噴射到燃燒室中。
[0030]本公開的技術(shù)擴(kuò)展了可以起動以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的內(nèi)燃機(jī)的較冷環(huán)境溫度范圍。冷起動確定算法被呈現(xiàn)為允許更準(zhǔn)確地檢測冷起動條件，使得在一方面，增加起動發(fā)動機(jī)的可能性，并且在另一方面，不會在等待期望工作參數(shù)的同時非必須地延遲發(fā)動機(jī)的起動。
[0031]雖然已示出并描述本發(fā)明的特定元件、實施方式和應(yīng)用，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于此，因為在不背離本公開的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出修改，尤其是依據(jù)先前教示。
【主權(quán)項】
1.一種用于起動采用引燃燃料的以氣態(tài)燃料為燃料的壓燃式內(nèi)燃機(jī)的方法，所述方法 包括:確定正常起動條件和冷起動條件中的一者；在所述正常起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第一壓力時，將所述引燃 燃料引入所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中；在所述冷起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第二壓力時，將所述引燃燃 料引入所述燃燒室中，所述第二壓力高于所述第一壓力；以及選擇性地將所述氣態(tài)燃料引入所述燃燒室中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括盤車起動所述內(nèi)燃機(jī)，以便加壓所述引燃 燃料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在引燃燃料壓力升高超過(a)所述正常起 動條件過程中的所述第一壓力以及(b)所述冷起動條件過程中的所述第二壓力后，正時盤 車起動所述內(nèi)燃機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、控制器溫 度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度中的至少一者低于 相應(yīng)溫度閾值時，所述冷起動條件存在。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第二壓力根據(jù)所述相應(yīng)溫度閾值而變。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括:監(jiān)測控制器溫度和蓄電池溫度中的一者；當(dāng)所述控制器溫度和所述蓄電池溫度中的一者比所述環(huán)境空氣溫度大預(yù)定容限時，采 用第一冷起動校準(zhǔn)；以及當(dāng)所述控制器溫度和所述蓄電池溫度中的一者小于所述環(huán)境空氣溫度與所述預(yù)定容 限的總和時，采用第二冷起動校準(zhǔn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括:確定引燃燃料壓力升高速率何時升高超 過預(yù)定的值；以及在所述引燃燃料壓力升高速率超過所述預(yù)定的值后、在引入所述引燃燃 料以使所述引燃燃料升高超過所述第二壓力前，等待預(yù)定量的時間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)所述冷起動條件存在時，其進(jìn)一步包括相較于所 述正常起動條件過程中的噴射起動正時，噴射起動正時提前。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中噴射起動正時根據(jù)以下至少一者確定:環(huán)境空氣溫 度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、控制器溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫 度和引燃燃料溫度中的至少一者和引燃燃料噴射量。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)所述冷起動條件存在時，其進(jìn)一步包括相較于 所述正常起動條件過程中的引燃燃料噴射量來增加引燃燃料噴射量。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中引燃燃料噴射量根據(jù)環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、 蓄電池溫度、控制器溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料 溫度中的至少一者確定。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣態(tài)燃料是生物氣、二甲醚、乙烷、氫氣、垃圾 填埋氣、液化天然氣、液化丙烷氣、甲烷、天然氣和丙烷中的至少一者。13.—種以氣態(tài)燃料和引燃燃料為燃料的內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包括:氣態(tài)燃料供源；引燃燃料供源；栗送裝置，所述栗送裝置用于加壓從所述引燃燃料供源接收的引燃燃料；燃料噴射器，所述燃料噴射器與所述栗送裝置流體連通并被配置成將引燃燃料直接引 入所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中；以及控制器，所述控制器可操作地與所述栗送裝置和所述燃料噴射器連接，并被編程為執(zhí) 行以下操作:當(dāng)起動所述內(nèi)燃機(jī)時，命令所述栗送裝置加壓所述引燃燃料；確定正常起動條件和冷起動條件中的一者；在所述正常起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第一壓力時，命令所述燃 料噴射器將所述引燃燃料引入所述燃燒室中；以及在所述冷起動條件過程中，當(dāng)所述引燃燃料壓力升高超過第二壓力時，命令所述燃料 噴射器將所述引燃燃料引入所述燃燒室中，所述第二壓力高于所述第一壓力。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)一步包括起動電動機(jī)，所述控制器進(jìn)一步被編 程以命令所述起動電動機(jī)盤車起動所述內(nèi)燃機(jī)，以使所述栗送裝置由于所述盤車起動來對 所述引燃燃料加壓。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)一步包括起動電動機(jī)，所述控制器進(jìn)一步被編 程以命令所述起動電動機(jī)在所述引燃燃料壓力升高超過(a)所述正常起動條件過程中的所 述第一壓力以及(b)所述冷起動條件過程中的所述第二壓力時，盤車起動。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其中當(dāng)環(huán)境空氣溫度、進(jìn)氣溫度、蓄電池溫度、控制 器溫度、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度、氣態(tài)燃料溫度和引燃燃料溫度中的至少一者 低于第一溫度閾值時，所述冷起動條件存在。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃料噴射器與所述氣態(tài)燃料供源流體連 通并被配置成將氣態(tài)燃料直接引入所述燃燒室中，并且所述控制器進(jìn)一步被編程為選擇性 地命令所述燃料噴射器引入所述氣態(tài)燃料。18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)一步包括氣態(tài)燃料噴射器，所述氣態(tài)燃料噴射 器與所述氣態(tài)燃料供源流體連通并被配置成將氣態(tài)燃料直接引入所述燃燒室中，其中所述 控制器進(jìn)一步被編程為選擇性地命令所述氣態(tài)燃料噴射器引入所述氣態(tài)燃料。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)一步包括截止閥，所述截止閥位于所述氣態(tài)燃 料供源下游，其中所述控制器進(jìn)一步被編程為命令所述截止閥在所述冷起動條件過程中將 所述氣態(tài)燃料供源與所述燃燒室流體斷開。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的內(nèi)燃機(jī)，其進(jìn)一步包括壓力調(diào)節(jié)裝置，所述壓力調(diào)節(jié)裝置與 所述氣態(tài)燃料供源流體連通以基于引燃燃料壓力調(diào)節(jié)氣態(tài)燃料壓力并向所述燃料噴射器 供應(yīng)所述氣態(tài)燃料。
【文檔編號】F02D41/06GK105980694SQ201580007705
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月10日
【發(fā)明人】W·費, J·D·沃爾克
【申請人】西港電力公司