本發(fā)明涉及用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的一種方法和用于實(shí)施所述方法的控制裝置。

背景技術(shù)：

所謂的雙燃料發(fā)動機(jī)從拖拉機(jī)中已知，其中一方面在液體燃料運(yùn)行模式中，液體燃料（例如柴油）可以被燃燒，另一方面在氣體燃料運(yùn)行模式中，氣體燃料（例如天然氣）可以被燃燒。此外，已知作為主要能量載體的氣體發(fā)動機(jī)燃燒氣體燃料。下文中，氣體燃料以簡化形式被描述為“氣體”。在雙燃料發(fā)動機(jī)的氣體燃料運(yùn)行模式中和在氣體發(fā)動機(jī)情況下，氣體/空氣混合物通常被引入發(fā)動機(jī)的氣缸并通過將點(diǎn)火能量引入氣缸被點(diǎn)火。在此情況下，點(diǎn)火能量可以（例如但不排他地）以電能的形式或以點(diǎn)火流體的形式被引入氣缸。點(diǎn)火流體可以是點(diǎn)火油或柴油燃料。此外，根據(jù)擴(kuò)散燃燒原理運(yùn)行的氣體燃燒方法是已知的。通過這些燃燒方法，沒有氣體/空氣混合物而是純空氣（柴油發(fā)動機(jī)就是如此）被引入氣缸。燃燒氣體隨后在高壓下被噴射進(jìn)入少量已經(jīng)過熱的點(diǎn)火流體，因此過熱并擴(kuò)散燃燒。由于擴(kuò)散燃燒方法不會爆震（在最終氣體范圍內(nèi)不受控制的反應(yīng)），相對于可實(shí)現(xiàn)的發(fā)動機(jī)輸出的甲烷數(shù)是無關(guān)緊要的。

對于運(yùn)行雙燃料發(fā)動機(jī)和氣體發(fā)動機(jī)，越來越多地必須要保持更加嚴(yán)格的廢氣排放規(guī)定。特別地，這也適用于應(yīng)用在船只上作為驅(qū)動單元的雙燃料發(fā)動機(jī)和氣體發(fā)動機(jī)。相應(yīng)地，已知靠近海岸比在遠(yuǎn)海上適用于更加嚴(yán)格的排放規(guī)定。在航運(yùn)中適用更加嚴(yán)格的排放規(guī)定的這些區(qū)域也被描述為排放控制區(qū)域（ecas）。位于排放控制區(qū)域之外的區(qū)域也被稱為非排放控制區(qū)域（necas）。為了能夠特別地在所謂的排放控制區(qū)域保持嚴(yán)格的排放規(guī)定，船只上越來越多地需要昂貴的廢氣后處理裝置。

因此需要用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的方法和用于實(shí)施所述方法的控制裝置，借助于所述方法和控制裝置，即使沒有昂貴和復(fù)雜的廢氣后處理，也可以保持可適用的排放規(guī)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由此出發(fā)，本發(fā)明基于產(chǎn)生用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的新型方法和控制裝置的目標(biāo)。

此目標(biāo)通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明并根據(jù)要保持的廢氣排放規(guī)定，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)被實(shí)施為往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)，或者在具有氣體擴(kuò)散燃燒的第一運(yùn)行模式中運(yùn)行，或者在具有氣體/空氣混合物預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式中運(yùn)行。通過本發(fā)明，第一次提出根據(jù)要保持的廢氣排放規(guī)定，或者在具有氣體擴(kuò)散燃燒的第一運(yùn)行模式中或者可替代地在具有氣體/空氣混合物預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式中運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以氣體（存儲在容器中的液體或氣體）作為主要能量載體運(yùn)行。

特別地當(dāng)必須要保持嚴(yán)格的排放規(guī)定時，發(fā)動機(jī)在具有氣體/空氣混合物預(yù)混稀燃燃燒的第二運(yùn)行模式中運(yùn)行，從而特別減少氮氧化物的排放。

特別地當(dāng)必須要保持較不嚴(yán)格的廢氣排放限制值時，特別在所謂的非排放控制區(qū)域，發(fā)動機(jī)在具有氣體擴(kuò)散燃燒的第一運(yùn)行模式中運(yùn)行，從而以盡可能高的效率運(yùn)行發(fā)動機(jī)而不受爆震的限制。

在發(fā)動機(jī)的第一運(yùn)行模式中，在氣體的擴(kuò)散燃燒期間，點(diǎn)火流體在每個氣缸的每個工作沖程中被引入每個氣缸，所述點(diǎn)火流體在熱氣缸充氣（空氣、殘余氣體和（如果適用的）agr）上過熱，氣體燃料隨后被引入此過熱點(diǎn)火流體量。優(yōu)選地，在第一運(yùn)行模式中的氣體擴(kuò)散燃燒的情況下，點(diǎn)火流體在相應(yīng)氣缸的點(diǎn)火上止點(diǎn)之前被引入相應(yīng)氣缸，隨后，氣體燃料在點(diǎn)火上止點(diǎn)之前和部分地在相應(yīng)氣缸的點(diǎn)火上止點(diǎn)之后被引入相應(yīng)氣缸。特別地也在氣體量波動時，這種具有氣體擴(kuò)散燃燒的該第一運(yùn)行模式允許氣體類似于柴油機(jī)原理高效燃燒，而沒有爆震趨勢。然而會引起相對高的廢氣排放，特別是高氮氧化物排放，從而當(dāng)適用較不嚴(yán)格的廢氣排放限制值時，特別在所謂的非排放控制區(qū)域，應(yīng)用這種運(yùn)行模式。

在具有氣體/空氣混合物預(yù)混燃燒的發(fā)動機(jī)第二運(yùn)行模式中，氣體燃料在每個氣缸的工作循環(huán)首先被引入每個氣缸，隨后排放流體被引入相應(yīng)氣缸。優(yōu)選地在具有氣體/空氣混合物均質(zhì)燃燒的第二運(yùn)行模式中，點(diǎn)火流體在相應(yīng)氣缸的點(diǎn)火上止點(diǎn)之前被引入，在此之前，優(yōu)選地在進(jìn)氣沖程期間，氣體燃料被引入相應(yīng)氣缸。這種具有氣體/空氣混合物預(yù)混稀燃燃燒的運(yùn)行模式允許遵循更加嚴(yán)格的排放規(guī)定，從而在所謂的排放控制區(qū)域中優(yōu)選地使用。特別地，使用氣體/空氣混合物均質(zhì)燃燒，氮氧化物的排放相比于擴(kuò)散燃燒可以被大大降低。

根據(jù)本發(fā)明的有利其他擴(kuò)展，在具有氣體/空氣混合物預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式中，氣體在每種情況下以兩個階段在點(diǎn)火流體之前被引入相應(yīng)氣缸，即在第一階段（優(yōu)選地在相應(yīng)氣缸的進(jìn)氣沖程期間）為了使增壓空氣和氣體最優(yōu)地均質(zhì)化，在第二階段（優(yōu)選地在相應(yīng)氣缸的壓縮沖程期間）為了在點(diǎn)火噴流周圍區(qū)域的局部富集，因此保證快速過熱，還保證在最終氣體范圍（稀燃外范圍（leanedoutrange））內(nèi)的低爆震趨勢。優(yōu)選地，引入氣體/空氣混合物的第二階段在引入點(diǎn)火油之前的5°曲柄角和引入點(diǎn)火油之前的80°曲柄角之間。優(yōu)選地，在第二階段中引入的氣體/空氣混合物量是在第一階段中引入的氣體/空氣混合物量的3%到20%之間。這種用于氣體/空氣混合物預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式的其他擴(kuò)展特別有利于遵循嚴(yán)格的廢氣排放規(guī)定和影響爆震行為。通過將氣體/空氣混合物在每種情況下以兩個階段在點(diǎn)火流體之前引入，可以提高氣體/空氣混合物的燃燒效率，并可以減少在此運(yùn)行模式中的爆震趨勢。此種運(yùn)行策略因此是部分均質(zhì)運(yùn)行模式。

用于實(shí)施所述方法的控制裝置在權(quán)利要求12中限定。

附圖說明

本發(fā)明的優(yōu)選其他擴(kuò)展由從屬權(quán)利要求和下述描述中獲得。本發(fā)明的典型實(shí)施例借助于附圖更加詳細(xì)地說明但不限制于此。附圖示出：

圖1：根據(jù)所述方法運(yùn)行的發(fā)動機(jī)的方框圖；

圖2：說明根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的方法的第一示意圖；

圖3：進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的方法的第二示意圖；和

圖4：進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的方法的第三示意圖。

具體實(shí)施方式

在圖1中，發(fā)動機(jī)的組件被示出，其中圖1示出此種發(fā)動機(jī)的氣缸2。氣缸2包括氣缸蓋3。在氣缸2中，被連桿5引導(dǎo)的活塞4上下移動。在氣缸蓋3中，燃料噴射器6被附接，液體燃料特別是柴油燃料可以經(jīng)由燃料管路7通過燃料噴射器從壓力發(fā)生單元8直接噴射到氣缸2的燃燒室9。在此情況下壓力的發(fā)生優(yōu)先通過發(fā)動機(jī)機(jī)械驅(qū)動。燃料噴射器6、燃料管路7和壓力發(fā)生單元8是燃料供應(yīng)裝置的元件，所述燃料供應(yīng)裝置用于將液體燃料提供進(jìn)入氣缸2的燃燒室9。為了燃燒，增壓空氣10可以經(jīng)由入口閥門17被額外引入雙燃料發(fā)動機(jī)的相應(yīng)氣缸2，其中在燃料燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣15可以經(jīng)由排放閥門18從氣缸2排出。

此外，氣缸2的燃燒室9包括將氣體直接噴射進(jìn)燃燒室的高壓氣體噴射器，經(jīng)由氣體供應(yīng)管路21供應(yīng)氣體。

在發(fā)動機(jī)的氣缸2的（部分）均質(zhì)氣體運(yùn)行模式中，點(diǎn)火流體用于點(diǎn)火氣體/空氣混合物。

圖1中所示的氣缸2的點(diǎn)火流體噴射器13是發(fā)動機(jī)點(diǎn)火流體噴射系統(tǒng)的部分，其中點(diǎn)火流體噴射系統(tǒng)包括用于發(fā)動機(jī)的每個氣缸2的各個氣缸點(diǎn)火流體噴射器13。點(diǎn)火流體噴射器13能優(yōu)選地經(jīng)由從點(diǎn)火流體噴射系統(tǒng)的共同點(diǎn)火流體儲存器22出發(fā)的點(diǎn)火流體管路14供應(yīng)點(diǎn)火流體，其中點(diǎn)火流體儲存器22被分配點(diǎn)火流體輸送泵16，所述點(diǎn)火流體輸送泵向點(diǎn)火流體儲存器22供應(yīng)點(diǎn)火流體。點(diǎn)火流體輸送泵16優(yōu)選地是機(jī)械運(yùn)行的高壓泵。點(diǎn)火流體輸送泵16在此情況下被分配進(jìn)氣節(jié)流閥19。

原則上，對于此發(fā)動機(jī)構(gòu)思還可以想到的是，此外，另一柴油噴射器被布置在燃燒室內(nèi)（例如還用于重質(zhì)燃料油），借助于所述另一柴油噴射器，發(fā)動機(jī)可以被運(yùn)行為純柴油發(fā)動機(jī)。

如上文已經(jīng)解釋過的，圖1示出了設(shè)計為雙燃料發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)的氣缸2。所述發(fā)動機(jī)可以在液體燃料運(yùn)行模式和氣體燃料運(yùn)行模式中運(yùn)行，其中本發(fā)明涉及此種雙燃料發(fā)動機(jī)的氣體燃料運(yùn)行模式。

然而，本發(fā)明不限制于在雙燃料發(fā)動機(jī)中使用。相反，本發(fā)明還可以被應(yīng)用于氣體發(fā)動機(jī)，其中排他地，氣體燃料和空氣的氣體/空氣混合物利用點(diǎn)火流體在發(fā)動機(jī)氣缸中被點(diǎn)火和燃燒。相應(yīng)地，本發(fā)明可以在氣體燃料運(yùn)行模式中應(yīng)用于雙燃料發(fā)動機(jī)，并也應(yīng)用在氣體發(fā)動機(jī)中。

本發(fā)明提出在氣體燃料運(yùn)行模式中運(yùn)行雙燃料發(fā)動機(jī)和運(yùn)行氣體發(fā)動機(jī)，使得根據(jù)要遵循的廢氣排放規(guī)定，發(fā)動機(jī)或者在具有氣體/空氣混合物的擴(kuò)散燃燒的第一運(yùn)行模式中運(yùn)行，或者在具有氣體/空氣混合物的均質(zhì)燃燒的第二運(yùn)行模式中運(yùn)行。特別地當(dāng)必須要遵循相對嚴(yán)格的廢氣排放規(guī)定時，特別地在所謂的排放控制區(qū)域中，發(fā)動機(jī)在具有氣體/空氣混合物的均質(zhì)燃燒的第二運(yùn)行模式中運(yùn)行。特別地當(dāng)適用相比而言相對低的廢氣排放規(guī)定時，發(fā)動機(jī)在具有氣體/空氣混合物的擴(kuò)散燃燒的第一運(yùn)行模式中運(yùn)行。由于此，可以在氣體燃料運(yùn)行模式中運(yùn)行雙燃料發(fā)動機(jī)和運(yùn)行氣體發(fā)動機(jī)，使之保持可適用的廢氣排放規(guī)定，具有高效率，而無需昂貴和復(fù)雜的廢氣后處理。

用于氣體/空氣混合物燃燒的兩種運(yùn)行模式的細(xì)節(jié)在下文中參考圖2到4被描述，根據(jù)要遵循的廢氣排放規(guī)定選擇運(yùn)行氣體發(fā)動機(jī)或在氣體燃料運(yùn)行模式中運(yùn)行雙燃料發(fā)動機(jī)，其中在圖2到4中，在相應(yīng)氣缸中的氣體/空氣混合物和排放流體的引入對于根據(jù)本發(fā)明要運(yùn)行的發(fā)動機(jī)的氣缸的工作沖程在每種情況下被示出。

圖2示出了在氣體的擴(kuò)散燃燒期間在氣體燃料運(yùn)行模式中的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)第一運(yùn)行模式的細(xì)節(jié)。在第一運(yùn)行模式中，點(diǎn)火流體23在第一運(yùn)行模式的每個工作沖程中被首先引入每個氣缸中，隨后氣體燃料被引入相應(yīng)氣缸。

圖2示出，在氣體的擴(kuò)散燃燒期間在第一運(yùn)行模式中，點(diǎn)火流體在相應(yīng)氣缸2的上止點(diǎn)（也稱為點(diǎn)火上止點(diǎn)）前被完全引入氣缸2，其中在點(diǎn)火流體引入之后，氣體在點(diǎn)火上止點(diǎn)之前和部分地在所述氣缸的點(diǎn)火上止點(diǎn)之后被引入相應(yīng)氣缸2，并在已經(jīng)燃燒的點(diǎn)火流體上過熱，因此氣體擴(kuò)散燃燒。類似柴油的燃燒可以因此保證高效率，而沒有要運(yùn)行的發(fā)動機(jī)的爆震趨勢，然而其中相對高的污染物排放形成，從而這種第一運(yùn)行模式特別地當(dāng)必須要遵循較不嚴(yán)格的廢氣排放限制值時被使用，特別地在所謂的非排放控制區(qū)域。

用于氣體發(fā)動機(jī)或者在具有氣體/空氣混合物的預(yù)混燃燒的氣體燃料運(yùn)行模式中的雙燃料發(fā)動機(jī)的第二運(yùn)行模式在圖3和4中被示出，其中根據(jù)圖3和4，在第二運(yùn)行模式中，點(diǎn)火流體26在相應(yīng)氣缸的點(diǎn)火上止點(diǎn)前被引入相應(yīng)氣缸，然而氣體25在點(diǎn)火流體26之前（即在相應(yīng)氣缸2的負(fù)荷變化上止點(diǎn)之后）被引入相應(yīng)氣缸2。

在圖3的型式中，在第二運(yùn)行模式中，氣體25以單個階段（即部分地在相應(yīng)氣缸2的下止點(diǎn)之前）被引入氣缸2，在負(fù)荷變化上止點(diǎn)之后且在點(diǎn)火流體的引入之前，并部分地在相應(yīng)氣缸2的此下止點(diǎn)之后。在此下止點(diǎn)之前，氣體25在第二運(yùn)行模式中相應(yīng)氣缸2的進(jìn)氣沖程中被引入，壓縮沖程在此下止點(diǎn)之后出現(xiàn)。

特別優(yōu)選地，在具有氣體25的預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式中，氣體25在每種情況下以兩個階段25a、25b在點(diǎn)火流體26之前被引入相應(yīng)氣缸。

根據(jù)圖4，氣體25的兩個階段的引入以這樣的方式發(fā)生：在第一階段25a中，氣體在氣缸的下止點(diǎn)之前被引入，所述下止點(diǎn)位于相應(yīng)氣缸的負(fù)荷變化上止點(diǎn)和點(diǎn)火上止點(diǎn)之間，而在第二階段25b中，氣體在此下止點(diǎn)之后和在點(diǎn)火流體26被引入相應(yīng)氣缸2之前被引入。氣體引入的第二階段25b完全位于下止點(diǎn)和點(diǎn)火流體的引入（即壓縮沖程）之間，所述下止點(diǎn)位于負(fù)荷變化上止點(diǎn)和點(diǎn)火上止點(diǎn)之間。在第一階段25b之前完成的氣體引入的第一階段25a在圖4中完全位于負(fù)荷變化上止點(diǎn)和下止點(diǎn)之間，所述下止點(diǎn)完全位于負(fù)荷變化上止點(diǎn)和點(diǎn)火上止點(diǎn)之間（即在進(jìn)氣沖程中）。如果適用，第二階段25a也延伸越過此下止點(diǎn)是可能的。根據(jù)圖4，特別地當(dāng)在具有氣體/空氣混合物的預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式中時，氣體25在兩個階段25a、25b中被引入相應(yīng)氣缸，氣體/空氣混合物的預(yù)混燃燒以最優(yōu)的效率、減少的爆震趨勢和低廢氣排放發(fā)生，從而此運(yùn)行模式特別優(yōu)選地用于在所謂的排放控制區(qū)域保持嚴(yán)格的排放規(guī)定。

氣體25引入的第二階段25b位于第一階段25a之后，并位于引入點(diǎn)火流體26之前的5°曲柄角和80°曲柄角之間。優(yōu)選地，此氣體25引入的該第二階段25b位于引入點(diǎn)火流體之前的5°曲柄角和60°曲柄角之間。在第二階段25b中引入的氣體質(zhì)量是在第一階段25a中引入的氣體質(zhì)量的3%到20%之間，優(yōu)選地在3%到15%之間。

第一運(yùn)行模式和第二運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)變優(yōu)選地根據(jù)船只的位置數(shù)據(jù)自動發(fā)生，相應(yīng)發(fā)動機(jī)在所述船只上運(yùn)行，其中基于優(yōu)選地通過gps系統(tǒng)提供的位置數(shù)據(jù)，自動地判定船只位于非排放控制區(qū)域還是排放控制區(qū)域，其中然后根據(jù)此自動地選擇發(fā)動機(jī)的運(yùn)行模式，即在非排放控制區(qū)域選擇第一運(yùn)行模式，在排放控制區(qū)域選擇第二運(yùn)行模式。然而與此不同，也可以允許在兩種運(yùn)行模式之間的人工轉(zhuǎn)變或改變。

在用于氣體/空氣混合物的預(yù)混燃燒的第二運(yùn)行模式中，具有過量空氣或者lambda值大于1的稀燃?xì)怏w/空氣混合物優(yōu)選地被使用。

借助于本發(fā)明，在氣體燃料運(yùn)行模式中以最優(yōu)的效率、低爆震趨勢同時保持可應(yīng)用的廢氣排放規(guī)定（即無需昂貴和復(fù)雜的廢氣后處理方法或者廢氣后處理裝置）來運(yùn)行發(fā)動機(jī)是可能的。本發(fā)明優(yōu)選地應(yīng)用于在船只上運(yùn)行的發(fā)動機(jī)。

此外，本發(fā)明涉及用于自動實(shí)施所述方法的控制裝置?？刂蒲b置包括用于實(shí)施所述方法的器件。這些包括硬件器件例如用于與涉及實(shí)施所述方法的組件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)接口、用于數(shù)據(jù)存儲的存儲器和用于數(shù)據(jù)處理的處理器，以及軟件器件例如程序模塊。