系统、系统的控制方法以及包括系统的车辆与流程

1.本公开涉及低十六烷值燃料在内燃机中的燃烧。特别地，本公开涉及一种用于车辆的内燃机(ice)系统。此外，本公开涉及一种用于控制车辆的这种ice系统的方法。另外，本公开涉及一种包括这种ice系统的车辆。本公开可以典型地应用于被用作重型车辆(例如卡车、公共汽车和建筑设备)的动力传动系的一部分的ice系统。本公开同样可以应用于诸如轿车和其它轻型车辆之类的其它车辆，而且也可以应用于海洋船舶等。其它应用也是可以的，例如本公开在固定发电厂系统中的应用。


背景技术：

2.车辆的推进系统不断发展，以满足来自市场的需求。车辆推进系统的特定技术领域涉及对环境有害的废气的排放。因此，在车辆中评估和实施了与常规柴油内燃机相比更环保的其它替代方案。这种替代方案的一个示例是氢气内燃机。这种替代方案的另一示例为甲醇内燃机。
3.此外，内燃机不断发展以满足至少部分地与环境和排放有关的许多其它需求。作为示例，提高发动机效率和降低ice系统的噪音水平是在设计和选择重型车辆的内燃机(ice)系统时已变得更重要的一些标准。
4.此外，在重型车辆(例如卡车)领域，有许多现行的环境条例对车辆设置了特定要求，例如，关于最大允许废气污染物量的限制。
5.有可以满足现行和未来环境法规的一种类型的ice系统是氢ice系统，其中，氢与氧的燃烧产生作为副产品的水、热量和nox。氢是一种低十六烷值燃料。氢既可以作为氢气提供，也可以作为氢流体提供。有可以满足现行和未来环境法规的另一种类型的ice系统是甲醇ice系统。
6.在用于ice系统的燃料系统和燃料喷射系统领域中，对于提高向ice供应燃料的效率的需求进一步增加。因此，ice系统通常包括所谓共轨系统形式的燃料喷射系统，特别是用于其中燃料直接喷射到ice的气缸中的ice系统。这些类型的燃料喷射系统通常可以被表示为直接燃料喷射系统。典型的共轨系统流体连接到高压燃料泵，该高压燃料泵经由高压管线向共轨输送燃料。该共轨为蓄能器的形式。术语“共轨系统”表示其中存在向多个喷射器供应燃料的共轨的燃料喷射系统。该共轨被构造成经由多个高压管将燃料输送到多个喷射器。该系统例如可以包括六个喷射器、六个高压管和一个共轨(对于6缸发动机)。
7.在一些ice系统中，燃料被喷射到ice的气缸中，然后被火花塞设备点火。也可设想对燃料点火的其它解决方案，这取决于燃料的类型和ice的类型。
8.为了满足上述需求中的至少一些需求，多年来已经开发了各种发动机构思，其中，常规燃烧气缸和燃料系统已经以几种不同的方式组合，以提供高效且可靠的ice系统。
9.然而，仍然需要一种改进的、能够以低十六烷值燃料运行的ice系统。


技术实现要素：

10.本公开的目的是在车辆的内燃机系统(其中，内燃机能够以低十六烷值燃料运行)的宽运行范围内提供增加的热力学效率。该目的至少部分地通过根据本公开的第一方面的内燃机系统来实现。
11.根据本公开的第一方面，提供了一种用于车辆的内燃机系统。该内燃机系统包括：内燃机(ice)，其能够以低十六烷值燃料运行，并具有至少部分地限定燃烧室的气缸和用于低十六烷值燃料的点火源；燃料喷射器，其用于将低十六烷值燃料喷射到燃烧室中；点火改进剂设备，其与燃料喷射器流体连通，并被进一步配置成向低十六烷值燃料供应点火改进剂流体。该内燃机系统还包括控制单元，该控制单元被配置成使ice选择性地以火花点火(si)模式和压缩点火(ci)模式运行。另外，该控制单元被配置成确定ice运行条件并控制点火改进剂设备，以基于所确定的ice运行条件向低十六烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。
12.本公开是基于如下的见解：即，许多低十六烷值燃料可以提供co2排放物的大幅减少和运营成本的降低。然而，许多低十六烷值燃料也容易遭受不良自动点火。因此，向低十六烷值燃料供应点火改进剂流体以便至少部分地克服低十六烷值燃料在ice系统的燃烧缸中的不良自动点火的问题是一个优点。
13.通过提供被配置成确定ice运行条件并控制点火改进剂设备以基于所确定的ice运行条件向低十六烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体的控制单元，可以提供更高效和可控的点火改进剂流体供应，同时以成本有效的方式提高了低十六烷值燃料的可点火性。这对于点火改进剂流体和低十六烷值燃料的某些组合可以是特别有益的。另外，对点火改进剂设备的这种控制不同于用于供应点火改进剂流体的可用系统，在这些可用系统中，点火改进剂的量通常被选择为能够应对ice的所有发动机负载情况。由于较低的发动机负载和冷启动通常会需要较高量的点火改进剂，所以这样的现有技术点火改进剂设备通常与高供应成本相关联。
14.另外，通过提供被配置成使ice选择性地以火花点火(si)模式和压缩点火(ci)模式运行的控制单元，可以以许多不同的ice模式运行ice系统，由此，在车辆的不同行驶运行期间提供高效而可靠的ice系统。作为示例，具有点火改进剂的ci燃烧模式在高负载下是有利的，以实现高效率和足够的功率密度，同时可以在低负载下在没有点火改进剂的情况下使用si燃烧模式从而实现相对低的排放。
15.因而，所提出的系统提供了在ice系统的宽运行范围内的、增加的热力学效率。
16.该控制单元可以被配置成：响应于接收到表明从si模式切换到ci模式的控制信号，该控制单元控制点火改进剂设备以将给定量的点火改进剂流体供应到低十六烷值燃料，使得在从si模式到ci模式的所述切换期间，所述点火改进剂流体被供应到低十六烷值燃料。以这种方式，点火改进剂流体恰好在从si模式切换到ci模式之前被供应到低十六烷值燃料，由此在开始ice系统的ci模式时促进了低十六烷值燃料的自动点火。
17.虽然出于可控性的原因尽可能晚地将点火改进剂流体供应到燃料可以是有益的，但是可以以几种不同的方式供应点火改进剂流体，如下文中所述。
18.点火改进剂流体可以在布置于燃料喷射器上游的流体导管中的位置处被供应到低十六烷值燃料。以这种方式，可以为某些类型的ice系统提供点火改进剂流体到低十六烷
值燃料的受控供应。
19.所述燃料喷射器可适于经由分开的第一入口和第二入口接收低十六烷值燃料和点火改进剂流体，使得低十六烷值燃料和点火改进剂流体在燃料喷射器处混合。以这种方式，可以为某些类型的ice系统提供点火改进剂流体到低十六烷值燃料的受控供应。
20.替代地，该燃料喷射器可适于经由公共出口向燃烧室供应混合量的低十六烷值燃料和点火改进剂流体。对于其它类型的ice系统，燃料喷射器的这种构造对于改进点火改进剂流体到低十六烷值燃料的供应可以是有益的。另外，这种构造可以对ice系统的可控性具有积极影响。
21.点火改进剂流体的供应和控制可以几种不同的方式执行。可选地，该控制单元和点火改进剂设备被配置成根据以下示例中的一个或多个来控制点火改进剂流体的供应。
22.作为示例，该控制单元可以被配置成基于所确定的ice运行条件的量值来确定点火改进剂流体的所述给定量。该控制单元可以被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于非有利的自动点火ice条件，则增加点火改进剂流体的量。另外或替代地，该控制单元可以被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于有利的自动点火ice条件，则减少点火改进剂流体的量。
23.有利的自动点火ice条件是当低十六烷值燃料被供应到发动机气缸的燃烧室中时有利于低十六烷值燃料的自动点火的ice运行条件。非有利的自动点火ice条件是当低十六烷值燃料被供应到发动机气缸的燃烧室中时对低十六烷值燃料的自动点火不利的ice运行条件。
24.所述ice运行条件可以指示ice负载、ice转速值、气缸压力水平和温度水平中的任一个。这样的参数和值可以存储在控制单元的存储器中和/或在ice的运行期间被从ice系统接收到控制单元处。
25.该控制单元通常可以配置成将所确定的ice运行条件与参考值进行比较，以确定所确定的ice运行条件是非有利的自动点火ice条件还是有利的自动点火ice条件。
26.这样的参考值通常是通过实际实验、分析推导、计算机模拟或上述的组合确定的。在实践中，这些参考值可以由通过参考值索引的查找表(lut)表示。作为示例，该查找表包含各种转速值、气缸压力水平和温度水平的数据。这些转速值、气缸压力水平和温度水平的参考值可以被用来确定所确定的ice条件是非有利的自动点火ice条件还是有利的自动点火ice条件。
27.作为示例，所述火花点火(si)模式对应于奥拓循环模式。
28.作为示例，所述低十六烷值燃料为氢、甲醇、氨、e85、纯乙醇和石脑油中的任一种。氢燃料可以是氢气或氢流体。
29.点火改进剂流体可以包括含有影响低十六烷值燃料的自动点火温度的物质的液体或气体。因此，点火改进剂流体通常影响低十六烷值燃料的燃烧特性。
30.在一些示例中，所述点火改进剂流体的物质包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种。可以认为这种类型的改进剂流体比在双燃料ice系统中使用例如单个燃料来改进另一燃料的点火更高效。
31.所述点火改进剂流体可以包含多种物质的组合。
32.作为示例，所述点火改进剂流体的物质包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧
化物。
33.在一些示例中，该内燃机(ice)系统可以是单一燃料ice系统。在一些示例中，该内燃机因而可以以单一燃料运行。单一燃料ice系统不同于双燃料ice系统。该单一燃料可以是低十六烷值燃料。在这样的示例中，点火改进剂流体可以有利地包括含有影响低十六烷值燃料的自动点火温度的物质的液体或气体，其中，点火改进剂流体的物质包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种。通过在以ci燃烧模式运行的单一低十六烷值燃料ice系统中使用这样的点火改进剂流体，可以提供ice系统的更高效的运行。另外，在单一低十六烷值燃料ice系统中使用这种类型的点火改进剂流体提供了与使用燃料之一作为点火改进剂化合物的双燃料ice系统相比更高效的ice系统，因为这样的双燃料ice系统通常可能与较高的燃料供应成本相关联。因此，该单一低十六烷值燃料ice系统使用的点火改进剂流体包括含有硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种的物质，这允许在ci燃烧模式期间和/或在从si模式到ci模式的上述切换时更高效和可控地使用点火改进剂流体。
34.用于在si模式下运行ice的所述点火源可以是火花塞、电热塞和引燃燃料喷射(pilotfuelinjection)中的任一种。
35.该控制单元可以被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于低负载ice条件，则增加点火改进剂流体的量。该控制单元可以被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于高负载ice条件，则减少点火改进剂流体的量。
36.根据第二方面，提供了一种用于控制车辆的内燃机系统的方法。该内燃机系统包括：内燃机(ice)，其能够以低十六烷值燃料运行，并具有至少部分地限定燃烧室的气缸和用于低十六烷值燃料的点火源；燃料喷射器，其用于将低十六烷值燃料喷射到燃烧室中；点火改进剂设备，其与燃料喷射器流体连通，用于向低十六烷值燃料供应点火改进剂流体。该方法包括：使ice以火花点火(si)模式运行；确定ice运行条件；以及。基于所确定的ice运行条件，向低十六烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。
37.本公开的该第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合本公开的第一方面所述的那些效果和特征。关于本公开的第一方面提及的实施例在很大程度上与本公开的第二方面兼容。
38.根据示例实施例的该方法可以几种不同方式执行。根据一个示例实施例，该方法的步骤由控制单元在车辆的ice系统的使用期间执行。根据一个示例实施例，该方法的步骤按顺序执行。然而，该方法的至少一些步骤可以并行执行。
39.该方法可以进一步包括从si模式切换到压缩点火(ci)模式。
40.从si模式到ci模式的切换可以在其中ice系统可以以各种临时的中间ice模式(例如火花辅助ci模式等)运行的过渡时间段期间执行。
41.该方法可以进一步包括：如果所确定的ice运行条件对应于非有利的自动点火ice条件，则增加点火改进剂流体的量。
42.该方法可以进一步包括：如果所确定的ice运行条件对应于有利的自动点火ice条件，则减少点火改进剂流体的量。
43.该方法可以进一步包括：控制燃料喷射器，以将混合的低十六烷值燃料和点火改进剂流体供应到气缸的燃烧室。
44.该方法可以进一步包括：基于所确定的ice运行条件，以不同的模式运行不同的气缸。
45.根据第三方面，提供了一种包括程序代码组件的计算机程序，用于当所述程序在计算机上或在控制系统的处理电路上运行时执行上文关于第二方面所述的任一个实施例的步骤。该计算机程序可以存储或分布在数据载体上。如本文中使用的，“数据载体”可以是瞬态数据载体，例如调制的电磁波或光波，或者是非瞬态数据载体。非瞬态数据载体包括易失性存储器和非易失性存储器，例如磁性、光学或固态类型的永久和非永久存储设备。仍在“数据载体”的范围内，这样的存储器可以是固定安装的或便携式的。
46.根据第四方面，提供了一种携带计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序组件，用于当所述程序组件在计算机上或在控制系统的处理电路上运行时执行上文关于第二方面所述的任一个实施例的步骤。
47.第三和第四方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一和第二方面所述的那些效果和特征。
48.根据第五方面，提供了一种包括根据本公开的第一方面所述的内燃机系统的车辆。本公开的该第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一公开所述的那些效果和特征。关于本公开的第一方面提及的实施例在很大程度上与本公开的第五方面兼容。
49.在以下描述中公开了本公开的进一步的优点和有利特征。还应容易明白，在不脱离本公开的范围的情况下，不同的特征可以组合以产生除了下文中描述的实施例之外的实施例。
50.本文中使用的术语仅用于描述特定示例，并非旨在限制本公开。本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应理解，当在本文中使用时，术语“包含(“comprises”)”、“包含(“comprising”)”、“包括(“includes”)”和/或“包括(“including”)”是指存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
51.除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。应进一步理解，本文中使用的术语应被解释为具有与它们在本说明书和相关技术的背景中的含义一致的含义，并且，除非本文明确如此定义，否则不应以理想化或过于正式的意义进行解释。
附图说明
52.通过以下对本公开的示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本公开的上述以及其它目的、特征和优点，其中：
53.图1是根据本公开的示例实施例的包括内燃机(ice)系统的车辆的侧视图；
54.图2是根据本公开的示例实施例的ice系统的另外部件的示意图，其中，该ice系统可以被包括在图1所示的车辆中；并且
55.图3是根据本公开的示例实施例的用于执行控制ice系统的方法的流程图。
具体实施方式
56.现在将在下文中参考附图更充分地描述本公开，附图中示出了本公开的示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式体现，且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供该实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
57.特别参考图1，提供了卡车形式的车辆1。车辆1包括内燃机(ice)系统10，用于为车辆1提供动力并驱动车辆1。图1中的ice系统10还包括ice20。在本示例中，ice系统10是氢活塞ice系统。如本领域通常已知的，这种氢ice系统中的燃烧是基于空气和氢的燃烧。虽然氢与氧的燃烧可能仅在氢与氧之间的纯燃烧过程中产生作为其唯一产物的水，但基于空气和氢的燃烧的氢ice系统通常会产生水、热量和nox，如本领域通常已知的。另外，氢可以在内燃机中以各种各样的燃料-空气混合物燃烧。氢ice系统可以在某些条件下运行以产生非常低的排放。氢ice系统可以基于氢液体或氢气体运行。
58.为了便于参考，参照图1至图3描述的ice系统10为氢气ice系统，即，低十六烷值燃料为氢气。然而，作为替选方案，该ice系统可以包括另一类型的能够以另一类型的低十六烷值燃料运行的ice。另一可设想类型的低十六烷值燃料为甲醇。因此，下面的示例同样适用于甲醇ice系统。
59.另外，参照图1至图3描述的ice系统为单一燃料ice系统。因而，ice系统10为单一低十六烷值燃料ice系统。因而，ice系统20能够以低十六烷值燃料形式的单一燃料运行。
60.如图1中描绘的，ice系统10还包括控制单元90。控制单元90被布置成与ice系统10的部件通信。如将参照图3进一步描述的，控制单元90被配置成执行用于控制ice系统10的方法的多个步骤中的任一个。这里，控制单元90是用于控制车辆和该车辆的各个部分的主电子控制单元的一部分。
61.现在参考图2，其中描绘了如上文参照图1描述的用于包括在车辆中的ice系统10的一个示例实施例。如ice系统10领域中通常已知的，ice20包括多个气缸14，这些气缸14运行以燃烧燃料32(例如氢气)，由此，活塞16在气缸14内往复进行的运动被传递为曲轴18的旋转运动。曲轴18进一步联接到变速器(未示出)，用于向驱动元件(未示出)提供扭矩。在重型车辆(例如卡车)的情况下，所述驱动元件是车轮；然而，ice20也可以用于其它设备，例如建筑设备、海洋应用等。
62.通常，每个气缸14设有对应的活塞16，该活塞16连接到ice20的曲轴18。ice系统10还包括：进气歧管(未示出)，该进气歧管形成被布置成将空气引导至气缸14的进气引导件；和排气引导件(未示出)，该排气引导件被布置成引导来自气缸14的气体。
63.ice系统10还包括排气装置(未示出)，该排气装置起到输送排气和回收排气流中的至少一些能量以提高ice性能的目的。
64.每个气缸14还可以包括：在其竖直顶端处的至少一个(通常是多个)进气通道，用于进气；和至少一个(通常为多个)排气通道，用于来自发生在气缸14内的燃料燃烧过程的排气。仅以常规术语来描述气缸，因为其部件和功能在本领域中是众所周知的。气缸的构造例如可以是直列的、v形的或任何其它合适的种类。ice系统10还可以包括额外的发动机部件和系统部件。
65.气缸14中的每一个都至少部分地限定有燃烧室15。同样常见的是，气缸腔的一端
被气缸盖封闭。活塞16在气缸内往复运动并且连接到曲轴18，使得活塞被设置成在气缸内在上止点和下止点位置反转。
66.这里，ice系统10还包括共轨燃料喷射系统24，如本领域通常已知的。如图2所示，共轨燃料喷射系统24限定了公共燃料管线25(“共轨”)，并且被配置成通过多个喷射器30向气缸16供应氢气。因而，这里的共轨燃料喷射系统24包括所述多个喷射器30。喷射器30的数量可以等于ice20的气缸的数量。这里，共轨燃料喷射系统24包括六个喷射器30，如图2中所示。燃料喷射器30被布置成与共轨燃料喷射系统24的公共燃料管线25流体连通。共轨燃料喷射系统24通常被布置在ice20内部。因而，为了将燃料喷射到气缸的燃烧室中，ice通常包括一个或多个燃料喷射器30。
67.另外，ice20包括点火源17。点火源17被布置在气缸内并在面向燃烧室的位置处。作为示例，点火源17被布置在燃烧气缸的上端处并与燃料喷射器间隔开，如图2中所示。也可设想该点火源和燃料喷射器的其它布置。
68.点火源17被配置成点燃经由公共燃料管线25供应的氢气32。作为示例，该点火源是火花塞17。火花塞是一种设备，用于将电流从点火系统输送到火花点火式发动机的燃烧室，以通过电火花来点燃被压缩的燃料/空气混合物，同时在发动机内保持燃烧压力。通常，在每个气缸14中存在一个对应的火花塞，该火花塞被布置成点燃气缸中的燃料和氧气的混合物。氢燃料通常被压缩到一定水平。由此，压缩的空气-燃料混合物被火花塞点燃。
69.在氢ice20中，气态氢形式的燃料从燃料箱经由燃料系统供应到ice20。因此，ice系统10该包括燃料系统50、燃料泵51和燃料导管回路58，如图2中所示。燃料导管回路58被布置和构造成容纳和输送燃料，如图2中的箭头所示。
70.燃料泵51被布置并配置成将燃料加压到高压水平。燃料泵51被布置在燃料系统50中，以将高压燃料传送到布置在ice20内的燃料喷射器30，如图2中所示。燃料泵51是常规类型的，因而在本文中不再进一步描述。另外，燃料泵51与用于容纳燃料的燃料箱52流体连通。如图2中描绘的，燃料泵51可以与入口燃料管线55和燃料返回管线56二者流体连通。其它设计和系统也是可以想到的，并且通常用于向ice20供应燃料。
71.如图2中所示，燃料泵51通过燃料导管回路58与共轨燃料喷射系统24流体连通。所述一个或多个燃料喷射器30适于经由一个或多个入口接收氢气态燃料32。在图2中，所述一个或多个燃料喷射器30适于经由入口57接收氢气态燃料32。作为示例，燃料导管回路58包括入口燃料管线55和燃料返回管线56。入口燃料管线55连接到共轨燃料喷射系统24的入口57。因而，燃料泵51经由入口燃料管线55和燃料返回管线56而与共轨燃料喷射系统24流体连通。
72.可选地，燃料系统50还包括设置在燃料导管回路58中的燃料过滤器53。燃料过滤器53被构造成用于过滤燃料。通常，燃料过滤器是燃料管线中的过滤器，它从燃料中筛掉污垢和其它颗粒，通常被制成含有滤纸的滤芯。此外，这里的燃料系统50包括设置在燃料导管回路58的入口燃料管线55中的燃料预过滤器54，如图2中所示。通常，该燃料预过滤器布置在燃料系统中，其目的是从燃料中分离出水并去除燃料中的残留物，从而防止它们被泵入ice中并在气缸中引起氧化、腐蚀和气蚀问题。该预过滤器对于延长喷射器的使用寿命也是有用的。
73.此外，ice系统10包括点火改进剂设备40，如图2中所示。点火改进剂设备40被布置
成与各个一个或多个燃料喷射器30流体连通。作为示例，点火改进剂设备40被布置成经由共轨系统24与所述一个或多个燃料喷射器30流体连通。另外，该点火改进剂设备被构造成将点火改进剂流体44供应到氢气态燃料，例如图2所示。这里的点火改进剂设备40包括用于储存点火改进剂流体44的点火改进剂流体罐45。点火改进剂流体含有影响燃料的自动点火的物质。作为示例，点火改进剂流体44是含有用于影响甲醇燃料的自动点火的物质的液体或气体。在所述燃料是氢气的另一示例中，点火改进剂流体44是含有用于影响氢气燃料的自动点火的物质的液体或气体。
74.因此，点火改进剂流体通常影响低十六烷值燃料的燃烧特性。
75.作为示例，点火改进剂流体的物质包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种。这些物质通常已知对低十六烷值燃料(例如甲醇、氢，等等)的自动点火有积极影响。
76.如上所述，ice系统10的ice能够基于低十六烷值燃料形式的单一燃料运行。在这样的示例中，特别有益的是使用具有包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种的物质的专用点火改进剂流体。
77.为了在氢气燃烧之前将点火改进剂流体从点火改进剂流体罐45供应到氢气中，ice系统10包括在点火改进剂流体罐45与ice20之间延伸的点火改进剂流体回路42，如图2中所示。可选地，还存在被设置在点火改进剂流体回路42中的流体泵41，用于将点火改进剂流体44引导到所述一个或多个燃料喷射器30。在图2中，点火改进剂设备40包括流体泵41、点火改进剂流体回路42、点火改进剂流体44以及点火改进剂流体罐45。也可设想其它类型的点火改进剂设备40，这取决于ice系统的类型。此外，虽然点火改进剂设备40在此是燃料电池系统50的一体部分，但点火改进剂设备40同样可以是ice系统10的分开的部件。所述一个或多个燃料喷射器30适于经由对应的入口47接收点火改进剂流体44。
78.再次转向图2，所述一个或多个燃料喷射器30适于经由入口57接收氢气燃料32，并经由入口47接收点火改进剂流体44。因此，所述一个或多个燃料喷射器30适于分别经由单独的第一入口57和第二入口47接收氢气燃料32和点火改进剂流体44。这样，氢气燃料32和点火改进剂流体44在所述一个或多个燃料喷射器30处混合。
79.在另一示例中，虽然未示出，但是点火改进剂流体44在布置于所述一个或多个燃料喷射器30上游的流体导管58中的位置处被供应到氢气燃料32。替代地，虽然未示出，但燃料喷射器30适于经由公共出口向燃烧室15供应混合量的氢气燃料32和点火改进剂流体44。
80.如上所述，ice系统10包括控制单元90。这里，该控制单元被配置成使ice选择性地以火花点火(si)模式和压缩点火(ci)模式运行。作为示例，控制单元90包括处理电路，该处理电路被配置成使ice选择性地以火花点火(si)模式和压缩点火(ci)模式运行。该处理电路可以包含软件和/或算法，该软件和/或算法包含使ice20以si模式和ci模式中的每一个模式运行的指令。作为示例，火花点火(si)模式对应于奥拓循环模式。奥拓循环模式例如是常规的四冲程模式。在这样的si模式下，在进气冲程期间通过燃料喷射器(氢气燃料和点火改进剂流体)和进气门(压缩空气)将燃料-空气混合物引入到气缸中。随后，燃料-空气混合物在压缩冲程中被压缩。之后，执行燃烧冲程(或做功冲程)(恒定体积)，其中，所产生的气体膨胀。最后，ice20执行排气冲程，其中，所产生的气体通过排气门从气缸中排出。
81.在ci模式下，ice20通常根据如下顺序工作：燃料被喷射到压缩空气的装料中，并
且通过因为压缩热引起的所引入空气的高温而自发地点燃。
82.为了便于ice系统20的运行，点火改进剂设备40被配置成由控制单元90控制，如下文进一步描述的。特别地，点火改进剂设备40被控制成将点火改进剂流体44供应到氢气流体32，以便在ice系统20要在si模式下运行时促进燃料的点火。因此，控制单元90被配置成响应于接收到表明从si模式切换到ci模式的控制信号来控制点火改进剂设备40，以将给定量的点火改进剂流体44供应到氢气流体32。由此，点火改进剂流体44在从si模式切换到ci模式期间被供应到氢气流体32。
83.为了使点火改进剂流体44的消耗最小化并因而使所使用的点火改进剂流体44的成本最小化，还基于当前发动机运行条件来计量供应点火改进剂流体44。如上所述，点火改进剂流体44经由单独的入口47靠近燃料喷射器30引入到燃料系统或直接引入到燃料喷射器30。在ice20上的低负载下，通常可能需要较多的点火改进剂流体，而在ice20上的较高负载下，可能需要较少的点火改进剂。此外，如上所述，点火改进剂流体44可以在单元喷射器燃料系统的情况下刚好在喷射器30之前被添加到燃料系统中。在共轨系统的情况下，如图2中所示，点火改进剂流体44通常被添加到低压侧或添加到高压燃料轨中。通过靠近喷射器30添加点火改进剂流体44，通常在可控性方面促进了点火改进剂流体44的供应。
84.此外，这里，控制单元90被进一步配置成确定ice运行条件并控制点火改进剂设备40，以基于所确定的ice运行条件向氢气流体32供应给定量的点火改进剂流体44。控制单元90被配置成基于所确定的ice运行条件的量值来确定点火改进剂流体44的所述给定量。作为示例，控制单元90被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于不利于燃料的自动点火的条件(即，非有利的自动点火ice条件)，则增加点火改进剂流体44的量。仅作为示例，所述非有利的自动点火ice条件也是低负载ice条件。
85.另外，或者替代地，控制单元90被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于有利于燃料的自动点火的条件(即，有利的自动点火ice条件)，则减少点火改进剂流体44的量。仅作为示例，所述有利的自动点火ice条件也是高负载ice条件。
86.由于低十六烷值燃料的自动点火通常取决于温度，所以ice运行条件通常也可以直接或间接地指示燃烧室内部的温度。该温度是直接对引发化学反应以点燃燃料有影响的一个因素。然而，由于不同的发动机负载和rpm通常给出不同的压力，进而给出不同的温度，所以也可以确定其它ice运行条件，例如压力、发动机负载等，以便决定ice运行条件是非有利的自动点火ice条件还是有利的自动点火ice条件。
87.ice运行条件指示了ice负载、ice转速值、气缸压力水平和温度水平中的任一个。这样的参数和值可以存储在控制单元的存储器中和/或在ice的运行期间被从ice系统接收到控制单元处。作为示例，ice的温度水平由布置在ice的一个或多个气缸内的温度传感器测量。类似地，气缸内的压力水平(即，气缸的燃烧室内的压力水平)由布置在燃烧室中的压力传感器测量。ice负载和ice转速值可以用几种不同的方式来测量和确定，如ice系统的领域中公知的。
88.所确定的ice运行条件的参数和值可以与参考值进行比较。这样的参考值通常是通过实际实验、分析推导、计算机模拟或上述的组合来确定的。在实践中，这些参考值可以由通过参考值索引的查找表(lut)表示。作为示例，该查找表包含各种转速值、气缸压力水平和温度水平的数据。这些转速值、气缸压力水平和温度水平的参考值被用来确定所确定
的ice条件是非有利的自动点火ice条件还是有利的自动点火ice条件。
89.因而，该控制单元通常被配置成将所确定的ice条件与参考值进行比较，以确定ice条件是非有利的自动点火ice条件还是有利的自动点火ice条件。
90.总之，图1和图2中的示例实施例示出了用于车辆1的内燃机系统10的一个示例，该内燃机系统10包括：内燃机(ice)20，其能够以低十六烷值燃料32运行，并具有至少部分地限定燃烧室的气缸且还包括用于低十六烷值燃料的点火源；燃料喷射器30，其用于将低十六烷值燃料喷射到燃烧室中；点火改进剂设备40，其与燃料喷射器流体连通，并被进一步配置成向低十六烷值燃料供应点火改进剂流体；控制单元90，其被配置成使ice选择性地以火花点火(si)模式和压缩点火(ci)模式运行，并且其中，控制单元90进一步被配置成确定ice运行条件并控制点火改进剂设备，以基于所确定的ice运行条件向低十六烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。
91.如上所述，参照图1和图2描述的示例实施例也适用于其中低十六烷值燃料为液相甲醇的ice系统。此外，参照图1和图2描述的示例实施例也适用于其它类型的改进剂点火流体，包括液体流体和气体流体。
92.还应注意，在上述单一低十六烷值燃料ice系统中使用上述点火改进剂流体(其具有包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种的物质)允许在ci燃烧模式期间和/或在上述从si模式切换到ci模式时更高效且可控地使用点火改进剂流体。
93.在图3中，其中描绘了用于控制如上文参照图1和图2描述的ice系统20的方法200。该方法通常由控制单元90在ice系统20的运行期间执行。该方法包括使ice20在火花点火(si)模式下运行s10的步骤。
94.另外，该方法包括确定s20ice运行条件的步骤。随后，该方法包括基于所确定的ice运行条件向低十六烷值燃料供应s30给定量的点火改进剂流体的步骤。
95.可选地，该方法进一步包括从si模式切换s40到压缩点火(ci)模式。
96.该方法可以进一步包括：如果所确定的ice运行条件对应于非有利的自动点火ice条件，则增加点火改进剂流体44的量。
97.该方法可以进一步包括：如果所确定的ice运行条件对应于有利的自动点火ice条件，则减少点火改进剂流体44的量。
98.该方法可以进一步包括：控制燃料喷射器，以将混合的低十六烷值燃料和点火改进剂流体供应到气缸的燃烧室。
99.该方法可以进一步包括：基于所确定的ice运行条件以不同的模式运行不同的气缸。
100.该方法的步骤通常由控制系统90执行，如上文参照图1和图2所描述的。因此，应当注意，该方法的实施例可以使用现有的计算机处理器来实施，或者通过为此或另一目的而并入的用于适当系统的专用计算机处理器来实施，或者通过硬线系统来实施。本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于携带或其上存储有机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这样的机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。作为示例，这样的机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或任何其它介质(这些介质可以用于携带或存储机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码，并
且可以由通用或专用计算机或其它带有处理器的机器访问)。当信息通过网络或另一通信连接(硬连线、无线、或者硬连线或无线的组合)传输或提供到某一机器时，该机器适当地将连接视为机器可读介质。因而，任何这样的连接被适当地称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括引起通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或功能组的指令和数据。虽然上述ice系统的示例实施例包括作为其一体部分的控制单元，但也可以的是，该控制单元可以是车辆的单独部件，和/或被布置成远离该系统并与该系统通信。
101.该控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。因而，该控制单元通常包括电子电路和连接以及处理电路，使得该控制单元可以与ice系统的不同部分(例如ice、点火改进剂设备、燃料喷射器和点火源)通信，或者与车辆的任何其它部件(例如离合器、齿轮箱，和/或需要运行以便提供这些示例实施例的功能的任何其它部分)通信。通常，该控制单元还可以被配置成与车辆的其它部分(例如制动器、悬架和电气辅助设备(例如空调系统))通信，以便根据驾驶员的需要操作车辆。该控制单元可以包括呈硬件或软件形式或者部分地呈硬件或软件形式的模块，并且使用已知的传输总线(例如can总线)和/或无线通信能力进行通信。该处理电路可以是通用处理器或专用处理器。该控制单元通常包括用于在其上存储计算机程序代码和数据的非瞬态存储器。因而，该控制单元可以通过许多不同的构造来实施。
102.控制单元90可以是或可以包括任何数量的用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码的硬件组件。该存储器可以是用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个设备，以完成或促进本说明书中描述的各种方法。该存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。该存储器可以包括数据库组件、目的代码组件、脚本组件或任何其它类型的用于支持本说明书的各种活动的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或本地存储器设备可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据示例性实施例，该存储器通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行本文所述的一个或多个过程的计算机代码。
103.而且，虽然图中可能示出了方法步骤的特定顺序，但这些步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。另外，两个或更多步骤可以同时或部分同时地执行。这样的变形例将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这样的变形例都在本公开的范围内。同样，软件实施方式可以用基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
104.应当理解，本公开不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变型。作为示例，低十六烷值燃料是氢气、氢液体、甲醇和氨中的任一种。另外，用于在si模式下运行ice的点火源是火花塞、电热塞和引燃燃料喷射中的任一种。

技术特征：
1.一种用于车辆的内燃机系统(10)，包括：内燃机ice(20)，所述内燃机能够以低十六烷值燃料(32)运行，所述内燃机具有至少部分地限定燃烧室的气缸(14)和用于所述低十六烷值燃料的点火源(17)；燃料喷射器(30)，所述燃料喷射器(30)用于将所述低十六烷值燃料喷射到所述燃烧室中；点火改进剂设备(40)，所述点火改进剂设备(40)与所述燃料喷射器流体连通，并被进一步构造成向所述低十六烷值燃料供应点火改进剂流体；控制单元(90)，所述控制单元(90)被配置成使所述ice选择性地以火花点火si模式和压缩点火ci模式运行，其中，所述控制单元被配置成确定ice运行条件并控制所述点火改进剂设备，以基于所确定的ice运行条件向所述低十六烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元被配置成：响应于接收到表明从所述si模式切换到所述ci模式的控制信号，所述控制单元控制所述点火改进剂设备以将所述给定量的点火改进剂流体供应到所述低十六烷值燃料，使得在从所述si模式到所述ci模式的所述切换期间，所述点火改进剂流体被供应到所述低十六烷值燃料。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述点火改进剂流体在布置于所述燃料喷射器上游的流体导管中的位置处被供应到所述低十六烷值燃料。4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述燃料喷射器适于经由分开的第一入口和第二入口接收所述低十六烷值燃料和所述点火改进剂流体，使得所述低十六烷值燃料和所述点火改进剂流体在所述燃料喷射器处混合。5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述燃料喷射器适于经由公共出口向所述燃烧室供应混合量的低十六烷值燃料和点火改进剂流体。6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制单元被配置成基于所确定的ice运行条件的量值来确定点火改进剂流体的所述给定量。7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制单元被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于非有利的自动点火ice条件，则增加点火改进剂流体的量，和/或其中，所述控制单元被配置成：如果所确定的ice运行条件对应于有利的自动点火ice条件，则减少点火改进剂流体的量。8.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述ice运行条件指示了ice负载、ice转速值、气缸压力水平和温度水平中的任一个。9.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述低十六烷值燃料为氢、甲醇、氨、e85、纯乙醇和石脑油中的任一种。10.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述点火改进剂流体包括含有影响所述低十六烷值燃料的自动点火温度的物质的液体或气体。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述点火改进剂流体的所述物质包含硝酸盐、硝基烷烃、硝基碳酸盐和过氧化物中的任一种。12.根据权利要求1或2所述的系统，其中，用于在所述si模式下运行所述ice的所述点火源是火花塞、电热塞和引燃燃料喷射中的任一种。13.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述ice系统是单一燃料ice系统。
14.一种用于控制车辆的内燃机系统(10)的方法(100)，所述系统包括：内燃机ice(20)，所述内燃机能够以低十六烷值燃料运行，并且所述内燃机具有至少部分地限定燃烧室的气缸和用于所述低十六烷值燃料的点火源；燃料喷射器，所述燃料喷射器用于将所述低十六烷值燃料喷射到所述燃烧室中；点火改进剂设备(40)，所述点火改进剂设备与所述燃料喷射器流体连通，用于向所述低十六烷值燃料供应点火改进剂流体，所述方法包括：使所述ice以火花点火si模式运行(s10)；确定(s20)ice运行条件；以及基于所确定的ice运行条件，向所述低十六烷值燃料供应(s30)给定量的点火改进剂流体。15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括从所述si模式切换(s40)到压缩点火ci模式。16.根据权利要求14或15所述的方法，进一步包括：如果所确定的ice运行条件对应于非有利的自动点火ice条件，则增加点火改进剂流体的量，和/或进一步包括：如果所确定的ice运行条件对应于有利的自动点火ice条件，则减少点火改进剂流体的量。17.根据权利要求14或15所述的方法，进一步包括：控制所述燃料喷射器，以将混合的低十六烷值燃料和点火改进剂流体供应到所述气缸的所述燃烧室。18.根据权利要求14或15所述的方法，进一步包括：基于所确定的ice运行条件，以不同的模式运行不同的气缸。19.一种车辆，其包括根据权利要求1至13中的任一项所述的内燃机系统。

技术总结
系统、系统的控制方法以及包括系统的车辆。尤其是，本公开涉及一种用于车辆的内燃机系统(10)，包括：内燃机ICE(20)，其能够以低十六烷值燃料(32)运行，所述内燃机具有至少部分地限定燃烧室的气缸和用于所述低十六烷值燃料的点火源；燃料喷射器(30)，其用于将所述低十六烷值燃料喷射到所述燃烧室中；点火改进剂设备(40)，其与所述燃料喷射器流体连通，并被进一步配置成向所述低十六烷值燃料供应点火改进剂流体；控制单元(90)，所述控制单元被配置成使所述ICE选择性地以火花点火SI模式和压缩点火CI模式运行，其中，所述控制单元被配置成确定ICE运行条件并控制所述点火改进剂设备，以基于所确定的ICE运行条件向所述低十六烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。烷值燃料供应给定量的点火改进剂流体。


技术研发人员：约翰
受保护的技术使用者：沃尔沃卡车集团
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/5/24