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CN115875142B - 大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机及其操作方法 - Google Patents

大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机及其操作方法 Download PDF

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CN115875142B CN202211185872.0A CN202211185872A CN115875142B CN 115875142 B CN115875142 B CN 115875142B CN 202211185872 A CN202211185872 A CN 202211185872A CN 115875142 B CN115875142 B CN 115875142B
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Abstract

提供了双燃料大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机及其操作方法。发动机包括：多个气缸；在气缸中的每个气缸中的BDC与TDC之间进行往复运动的活塞；与气缸相关联且用于准许第一燃料在活塞的从BDC至TDC的冲程期间进入的至少一个燃料进入阀；与气缸中的至少一个气缸关联且用于在活塞处于或接近TDC时喷射第二燃料的至少一个燃料喷射阀；及控制器，控制器配置成默认使气缸中的所有气缸根据预混合过程操作，控制器配置成：确定根据预混合过程操作的气缸的实际燃烧条件是否使得存在提前点火事件或失火的不可接受风险；及当控制器确定存在提前点火事件或失火的不可接受风险时，将多个气缸中的至少一个气缸从根据预混合过程操作改变成根据压缩点火过程操作。

Description

大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机及其操作方法
技术领域
本公开涉及双燃料大型二冲程单流扫气式内燃发动机，特别地涉及具有十字头的大型二冲程单流扫气式内燃发动机，该发动机在借助于在活塞的从BDC至TDC的冲程期间准许从燃料阀进入的第一燃料的操作模式下运行。
背景技术
具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机例如用于对大型远洋航行的船舶进行推进或者用作发电厂中的初级原动机。不仅由于庞大的尺寸，而且这些二冲程柴油发动机构建成不同于任何其他内燃发动机。大型二冲程涡轮增压单流型扫气内燃发动机的排出阀可以重达400kg，活塞的直径达100cm，并且在燃烧室中的最大操作压力通常为数百bar。在这些高的压力水平和活塞尺寸处所涉及的力是巨大的。
利用通过通常沿着气缸套(liner)的长度或在气缸盖中居中布置的燃料阀而准许进入的通常为气态的燃料操作的大型二冲程涡轮增压内燃发动机——即，在刚好在排气阀关闭前启用的活塞的从下止点(BDC)至TDC的向上冲程期间准许气态燃料进入的发动机——对燃烧室中的气态燃料与扫气空气的混合物进行压缩(因此根据预混合过程进行操作)，并且通过定时点火装置、比方说例如先导液体喷射件或先导气体喷射件在上止点(TDC)处或在上止点(TDC)附近对经压缩的混合物进行点火。
使用布置在气缸套中或气缸盖中的燃料阀(气体准许进入阀)的这种类型的气体准许进入具有可以使用低得多的准许燃料进入压力(通常在约10ba与约25bar之间)的优点，这是因为当与在活塞接近活塞的上止点(TDC)或者处于活塞的上止点(TDC)处时、即当燃烧室中的压缩压力处于其最大值或接近其最大值时喷射气态燃料的大型二冲程涡轮增压内燃发动机相比时，气态燃料是在压缩压力相对较低时被喷射的。后一类型的发动机需要的燃料喷射压力(通常在300bar以上)显著高于已经较高的最大燃烧压力。能够在这些极高压力处对气态燃料进行处理的燃料系统是昂贵且复杂的，这是由于气态燃料的挥发性质以及气态燃料在这种高压下的行为，该行为包括扩散进入燃料系统的钢部件中并穿过燃料系统的钢部件。
因此，当与在活塞处于TDC处或者接近TDC时在较高压力处喷射气态燃料的发动机相比时，用于在压缩冲程期间喷射气态燃料的发动机的燃料供应系统显著更便宜。
然而，当在压缩冲程期间喷射气态燃料时，活塞对气态燃料与扫气空气的混合物进行压缩，并且因此存在提前点火的风险。提前点火的风险可以通过用非常稀的混合物操作而被降低，但是稀的混合物使失火(misfire)或部分失火/延迟点火以及由此产生的不希望的燃料泄露(slip)的风险增加。
在发动机的稳态运行期间，发动机的性能布设通常确保避免提前点火。这是通过对燃烧室设计、燃料喷射正时和排气阀正时进行仔细选择来实现的。当根据预混合过程运行时，提前点火风险与失火之间存在窄的窗口。在达到一定的指示的平均压力(该指示的平均压力低于用于压缩点火发动机的水平/最大值)时，气缸条件可以得到足够精确地控制，从而避免提前点火事件和失火。然而，在瞬态负载条件下，空燃比会迅速地变化，并且空燃比会在瞬态负载条件是由发动机负载的增加引起时招致导致提前点火事件的风险的气缸条件，以及空燃比会在瞬态条件由发动机负载的减小引起时招致导致失火的风险的气缸条件。此外，外部影响、比如环境温度和压力也会导致空燃比和整体压缩温度(bulkcompression temperature)的变化，从而使燃烧行为改变。热带条件例如处于高发动机负载会导致提前点火的风险。
提前点火会导致发动机的损坏，并且失火会导致未燃烧的燃料泄漏到大气中，并且因此需要避免。
因此，需要确保能够避免在根据预混合过程运行的发动机中发生提前点火事件和失火的措施。
DK201970370公开了一种大型二冲程涡轮增压单流扫气操作式内燃发动机，该发动机具有多个燃烧室、与该发动机相关联的至少一个控制器，控制器配置成对燃烧开始时燃烧室中的平均压缩空燃比和整体圧缩温度进行确定，该控制器配置成：
-当所确定的或所测量的平均压缩空燃比低于压缩空燃比下限阈值时，执行至少一个压缩空燃比增大措施，
-当所确定的或所测量的平均压缩空燃比在压缩空燃比上限阈值以上时，执行至少一个压缩空燃比减小措施，
-当所确定的或所测量的整体圧缩温度低于整体圧缩温度下限阈值时，执行至少一个整体圧缩温度增大措施，以及
-当所确定的或所测量的整体圧缩温度在整体圧缩温度上限阈值以上时，执行至少一个整体圧缩温度减小措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服或至少减少上述问题的发动机。
前述及其他目的通过独立权利要求的特征来实现。另外的实施形式通过从属权利要求、描述和附图而是明显的。
根据第一方面，提供了一种双燃料大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机，所述发动机处于至少一种操作模式，并且所述发动机构造成以第一燃料作为主要燃料进行操作，所述发动机包括：多个气缸；活塞，活塞在气缸中的每个气缸中的BDC(下止点)与TDC(上止点)之间进行往复运动，至少一个燃料准许进入阀，燃料准许进入阀与气缸相关联，以用于准许第一燃料在活塞的从BDC至TDC的冲程期间进入；至少一个燃料喷射阀，燃料喷射阀与气缸中的至少一个气缸相关联，以用于在活塞处于TDC处或接近TDC时喷射第二燃料；以及控制器，该控制器配置成：当发动机在所述至少一种操作模式中运行时，
-默认使所述多个气缸中的所有气缸根据预混合过程操作，并且准许所述第一燃料在活塞(10)的从BDC到TDC的冲程期间进入，
-对根据预混合过程操作的气缸的实际燃烧条件是否使得存在提前点火事件或失火的不可接受的风险进行确定，并且控制器配置成：当控制器已经确定存在提前点火事件或失火的不可接受的风险时，
通过使对于所述多个气缸中的至少一个气缸而言在活塞的从BDC至TDC的冲程期间第一燃料的准许进入终止，将所述多个气缸中的相关的所述至少一个气缸从根据所述预混合过程的操作改变成根据压缩点火过程的操作，以及
当活塞处于TDC处或接近TDC时，在所述气缸中的相关的所述至少一个气缸中喷射一定量的所述第二燃料。
对于根据压缩点火过程操作的气缸而言，与根据预混合过程操作的气缸相比，空燃比的关键性要低得多，因此，通过使一个或更多个气缸根据压缩点火过程操作，可以对根据预混合过程操作的其余气缸的操作条件进行调节以避免提前点火和/或失火事件。
所指示的平均有效压力(MIP，Mean Effective Pressure)是作用在活塞上的假想的压力，该压力起与在操作循环中的实际压力相同的作用。
在第一方面的可能的实现形式中，控制器配置成对喷射到相关的所述至少一个气缸中的第二燃料的量进行选择，以使得：当确定提前点火的风险时，所述多个气缸中的根据预混合过程进行操作的其余气缸的指示的平均压力(mean indicated pressure)被减小；当确定失火的风险时，所述多个气缸中的根据预混合过程进行操作的其余气缸的指示的平均压力被增大。
因此，提前点火事件和/或失火事件的风险可以通过下述方式而被有效地缓解：对由根据压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸传递的扭矩(MIP)进行调节，使得根据预混合过程进行操作的其余气缸的操作条件改变，从而使得这些条件不再存在提前点火或失火的风险。发明人认为，这是可能的，因为根据压缩点火过程操作的气缸对空燃比不敏感并且对整体压缩温度也不太敏感。
在第一方面的可能的实现形式中，控制器配置成：当自一个或更多个气缸从根据预混合过程的操作变化为根据压缩点火过程的操作起经过了预定的时间跨度或发动机转数时，使相关的气缸从根据压缩点火过程的操作返回至根据预混合过程的操作。
在第一方面的可能的实现形式中，控制器配置成：对根据预混合过程进行操作的气缸的空燃比和整体压缩温度进行监测，并且当这些值在可接受的范围内时，控制器配置成将根据压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸的操作改变成根据预混合过程的操作；优选地，当这些值在对于给定的时间跨度而言的可接受范围内时，控制器配置成将根据压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸的操作改变成根据预混合过程的操作。
在第一方面的可能的实现形式中，没有第二燃料或仅少量的第二燃料作为先导燃料被喷射至根据预混合过程操作的气缸。
在第一方面的可能的实现形式中，每个气缸均设置有可变正时排气阀致动系统，该可变正时排气阀致动系统用于对居中地布置在气缸盖中的排气阀进行致动，以及其中，所述控制器配置成对所述排气阀的打开正时及关闭正时进行确定及控制，并且所述控制器配置成：
对适于用于所述多个气缸中的根据预混合过程进行操作的气缸的预混合操作的排气阀的打开及关闭进行定时，以及
对适于用于所述多个气缸中的根据压缩点火过程进行操作的气缸的压缩点火过程的排气阀的打开及关闭进行定时。
在第一方面的可能的实现形式中，控制器配置成对准许进入气缸的第一燃料的量进行确定和控制。
在第一方面的可能的实现形式中，所述控制器配置成对所述气缸的空燃比进行确定或测量，并且控制器配置成在空燃比在空燃比最大阈值以上时确定失火事件的不可接受的风险，以及控制器配置成当空燃比低于空燃比最小阈值时确定提前点火事件的不可接受的风险。
在第一方面的可能的实现形式中，所述控制器配置成对燃烧开始时所述气缸中的整体压缩温度进行确定或测量，并且控制器配置成当整体压缩温度低于整体压缩温度最小阈值时确定失火事件的不可接受的风险，以及控制器配置成当整体压缩温度在整体压缩温度最大阈值以上时确定提前点火事件的不可接受的风险。
在第一方面的可能的实现形式中，控制器包括用于对所述气缸中的平均瞬时空燃比进行确定的空燃比观测器，或者控制器连接至用于对所述气缸中的平均瞬时空燃比进行确定的空燃比观测器。
在第一方面的可能的实现形式中，控制器包括用于对所述气缸中的平均瞬时整体压缩温度进行确定的整体压缩温度观测器，或者控制器连接至用于对所述气缸中的平均瞬时整体压缩温度进行确定的整体压缩温度观测器。
根据第二方面，提供了一种对双燃料大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机进行操作的方法，所述发动机处于至少一种操作模式下并且构造成以第一燃料作为主要燃料进行操作，所述发动机包括：多个气缸；活塞，活塞在气缸中的每个气缸中的BDC与TDC之间进行往复运动；至少一个燃料准许进入阀，燃料准许进入阀与气缸相关联，以用于准许第一燃料在活塞的从BDC至TDC的冲程期间进入；至少一个燃料喷射阀，燃料喷射阀与气缸中的至少一个气缸相关联，以用于在活塞处于TDC处或接近TDC时喷射第二燃料，
该方法包括：
-默认使所述多个气缸中的所有气缸根据预混合过程操作并且准许所述第一燃料在活塞的从BDC至TDC的冲程期间进入，
-确定根据预混合过程操作的气缸的实际燃烧条件是否使得存在提前点火事件或失火的不可接受的风险，并且当已经确定存在提前点火事件或失火的不可接受的风险时：
通过使对于气缸中的至少一个气缸而言在活塞的从BDC到TDC的冲程期间第一燃料的准许进入终止，将多个气缸中的相关的所述至少一个气缸从根据预混合过程操作改变成根据压缩点火过程操作，以及当活塞处于TDC处或接近TDC时，在气缸中的相关的所述至少一个气缸中喷射一定量的第二燃料。
在第二方面的可能的实现形式中，该方法包括对喷射到相关的所述至少一个气缸(1)中的第二燃料的量进行选择，以使得：
当确定提前点火的风险时，所述多个气缸中的根据预混合过程操作的其余气缸的指示的平均压力被减小，
当确定失火的风险时，所述多个气缸中的根据预混合过程操作的其余气缸的指示的平均压力被增大。
在第二方面的可能的实现形式中，该方法包括：当自一个或更多个气缸从根据预混合过程的操作变化为根据压缩点火过程的操作起经过了预定时间跨度或发动机转数时，使相关的气缸从根据压缩点火过程的操作返回至根据预混合过程的操作。
在第二方面的可能的实现形式中，该方法包括：对根据预混合过程操作的气缸的空燃比和整体压缩温度进行监测，并且当这些值在可接受的范围内时，将根据压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸的操作改变成根据预混合过程的操作；优选地，当这些值在对于给定的时间跨度而言的可接受范围内时，将根据压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸的操作改变成根据预混合过程的操作。
在第二方面的可能的实现形式中，该方法包括：不将第二燃料或仅将少量的第二燃料作为先导燃料喷射至根据预混合过程操作的气缸。
在第二方面的可能的实现形式中，每个气缸均设置有居中地布置在气缸盖中的可变正时排气阀，并且所述方法包括：
对适于用于所述多个气缸中的根据预混合过程进行操作的气缸的预混合操作的排气阀的打开及关闭进行定时，以及
对适于用于所述多个气缸中的根据压缩点火过程进行操作的气缸的压缩点火过程的排气阀的打开及关闭进行定时。
这些和其他方面将通过下面描述的实施方式而变得明显。
附图说明
在本公开的以下详细部分中，将参照附图中所示的示例性实施方式对各方面、各实施方式和各实施形式进行更详细地说明，在附图中：
图1是根据示例性实施方式的大型二冲程柴油发动机的前视图，
图2是图1的大型二冲程发动机的侧视图，
图3是根据图1的大型二冲程发动机的第一示意图，
图4是图1的发动机的气缸架和气缸套的截面图，其中，示出了气缸盖、配装至气缸盖的排气阀、以及使用虚线示出的处于TDC和BDC两者的活塞，
图5是图1的发动机的第二示意图，
图6是压缩温度观测器和压缩空燃比观测器的示意图，
图7是用在竖向轴线上的压缩空燃比和在水平轴线上的整体气缸温度示出的图，该图示出了最佳燃烧条件区域，该最佳燃烧条件区域是由需要采取动作以返回至该安全区域的次佳动作区域包围，该次佳动作区域进而由要被避免的临界区域包围，
图8是示出了对于包括失火、正常燃烧和提前点火(爆震)在内的各种燃烧条件的气缸压力对曲柄(crank)角度的曲线图，
图9是示出了用于对图1的大型二冲程发动机的燃烧条件进行控制的过程的流程图，以及
图10至图15是示出了各个气缸在各种情况下的操作的图。
具体实施方式
在以下详细描述中，将参照示例性实施方式中的带十字头的大型二冲程低速涡轮增压单流扫气式内燃发动机对内燃发动机进行描述。图1、图2和图3示出了具有曲轴8和十字头9的大型二冲程低速涡轮增压柴油发动机的实施方式。图1和图2分别是前视图和侧视图。图3是图1和图2的大型二冲程低速涡轮增压内燃发动机的示意图，该发动机具有其进气系统和排气系统。在该示例性实施方式中，发动机具有直列(in line)的五个气缸。大型二冲程低速涡轮增压单流扫气式内燃发动机通常具有由发动机框架11承载的直列的四个至十四个气缸。该发动机可以例如用作航海船舶中的主发动机或者用作发电站中用于对发电机进行操作的固定发动机。该发动机的总输出可以例如在从1,000kW至110,000kW的范围内。
该示例性实施方式中的发动机是二冲程单流扫气型的发动机，该发动机具有位于气缸套1的下部区域中的扫气端口18和位于气缸套1的顶部处的气缸盖22中的中央排气阀4。当活塞10在扫气端口18下方时，扫气空气从扫气空气接收器2穿行通过各个气缸套1的扫气端口18。在借助于第一燃料(通常是气态燃料，例如天然气、石油气或氨气)的默认操作期间，当活塞处于其向上运动中时并且在活塞经过准许进入阀30(气体准许进入阀)之前，第一燃料在电子控制器60的控制下被准许从气态燃料喷射阀30进入。第一燃料是被准许以相对较低的压力进入的，该相对较低的压力低于30bar，优选地低于25bar，更优选地低于20bar。燃料阀30优选地围绕气缸套的圆周部均匀分布并且置于气缸套1的长度的中央区域中的某处。因此，第一燃料的准许进入发生在压缩压力相对较低、即远低于活塞10到达TDC时的压缩压力时，从而允许在相对较低的压力下进入。第一燃料通常是气态燃料，气态燃料以气态的形式(气相)例如天然气或石油气而被供应至燃料准许进入阀并且被准许进入到气缸中。然而，第一燃料也可以是液体燃料，例如为氨水。
气缸套1中的活塞10对第一燃料和扫气空气的混合物进行压缩，从而发生压缩，并且在TDC处或在TDC附近，点火通过例如来自专用的先导液体阀(未示出)的先导液体(任何其他适合的点火液体)的喷射或者来自优选地布置在气缸盖22中的燃料喷射阀50的先导液体((或任何其他合适的点火液体)的喷射而被触发的，随后燃烧并且产生排气。代替先导液体阀或者除了先导液体阀之外，可以使用点火系统的替代性形式、比方说例如预燃室(未示出)、激光点火(未示出)或电热塞(未示出)来启动点火。
当排气阀4打开时，排气穿过与气缸1相关联的排气管道而流动到排气接收器3中，并且继续穿过第一排气导管19而流动至涡轮增压器5的涡轮6，排气从该涡轮6穿过第二排气导管经由节能器20而流动至出口21，并且然后进入大气。涡轮6通过轴而对经由空气进口12被供以新鲜空气的压缩机7进行驱动。压缩机7将加压的扫气空气输送至通向扫气空气接收器2的扫气空气导管13。导管13中的扫气空气穿过中间冷却器14以用于对扫气空气进行冷却。
经冷却的扫气空气经过由电动马达17驱动的辅助鼓风机16，当涡轮增压器5的压缩机7没有为扫气空气接收器2输送足够的压力、即在发动机的低负载或部分负载状态时，该辅助鼓风机16对扫气空气流进行加压。在较高发动机负载处，涡轮增压器的压缩机7输送经充分压缩的扫气空气，并且然后经由单向阀15而绕过辅助鼓风机16。
图4示出了通常指定用于带十字头的大型二冲程发动机的气缸套1。根据发动机的尺寸，气缸套1可以以不同的尺寸制造，其中，气缸孔通常在250mm至1000mm的范围内，并且对应的典型长度在1000mm至4500mm的范围内。
在图4中，气缸套1被示出为安装在气缸架23中，其中，气缸盖22安置在气缸套1的顶部上，其中，气缸盖22与气缸套1之间具有气密性接合部。在图4中，活塞10是由在下止点(BDC)和上止点(TDC)中的虚线而被示意性地示出的，但当然明显的是，这两个位置不会同时发生并且是由曲轴8的180度旋转而被分开的。气缸套1设置有气缸润滑孔25和气缸润滑管路24，当活塞10经过润滑管路24时，该气缸润滑管路24提供对气缸润滑油的供应，随后活塞环(未示出)将气缸润滑油分布在气缸套1的运行表面上。
先导阀(通常每个气缸具有多于一个的先导阀)或者具有先导阀的预燃室安装在气缸盖22中并且连接至先导液体源或先导气体源(未示出)。先导液体喷射的正时是由电子控制单元60控制的。
燃料准许进入阀30安装在气缸套1中(或者安装在气缸盖22中)，其中，燃料准许进入阀的喷嘴是与气缸套1的内表面大致齐平的并且燃料阀30的后端部从气缸套1的外部壁伸出。通常，在每个气缸套1中设置有围绕气缸套1沿周向分布(优选地，沿周向均匀分布)的一个或两个燃料阀30，但可能多达三个或四个燃料阀30。在实施方式中，燃料阀30是沿着气缸套1的长度大致居中地布置的。用于以高的压力喷射第二燃料的燃料喷射阀50安装在气缸盖22中，通常每个气缸1设置有两个或三个燃料喷射阀50，所述两个或三个燃料喷射阀50布置在气缸盖22中，其中，燃料阀50的喷嘴略微伸入到燃烧室中。第二燃料可以是液体燃料。第二燃料可以是燃油、重燃油、船用柴油中的一者或更多者。
此外，图4示意性地示出了第一燃料供应系统和第二燃料供应系统，第一燃料供应系统包括第一加压燃料源44，第一加压燃料源44连接至燃料准许进入阀30中的每个燃料准许进入阀的入口，第二燃料供应系统包括第二加压燃料源41，第二加压燃料源41连接至燃料喷射阀50中的每个燃料喷射阀的入口。
图5示出了类似于图2的发动机的示意图，但具有关于发动机的气体交换基础结构的更多细节。环境空气是以环境空气压力和温度而进入的并且是通过空气入口12被输送至涡轮增压器5的压缩机7的。来自压缩机7的经压缩的扫气空气通过空气导管32被输送至分布点28。
分配点28允许将扫气空气通过热气缸旁路导管29而分支至第一排气导管19中的涡轮连接件32。通过热气缸旁路导管29的流(flow)是由热气缸旁路控制阀31来调节的。热气缸旁路控制阀31是由控制器60电子控制的。使热气缸旁路导管29打开或者使热气缸旁路中的控制阀31的节流减少的效果是使空燃比增大以及使整体圧缩温度增大，以及使热气缸旁路导管29关闭或者使热气缸旁路中的控制阀31的节流增大的效果是使空燃比减小以及使整体圧缩温度减小。
空气导管13还包括在中间冷却器14的上游的第一扫气空气控制阀33。第二扫气空气控制阀34布置在中间冷却器14的下游。空气导管13延续至扫气空气接收器2。包括辅助鼓风机16的导管是从中间冷却器14分支出来的。
冷气缸旁路导管35将扫气空气接收器2连接至第一排气导管19中的涡轮连接件32。通过气缸旁路35的流是由冷气缸旁路控制阀36调节的。冷气缸旁路控制阀36是由控制器60电子控制的。使冷气缸旁路35打开或使冷气缸旁路阀36的节流减少的效果是使整体圧缩温度增大。
冷扫气旁路导管37允许扫气空气从扫气空气接收器26逸出至环境。通过冷扫气旁路导管37的流是由冷扫气旁路控制阀38控制的。冷扫气旁路控制阀38是由控制器60电子控制的。使冷扫气旁路控制阀38打开或使冷扫气旁路控制阀38的节流减少的效果是使扫气空气压力减小并且使空燃比减小，以及，使冷扫气旁路控制阀38关闭或使冷扫气旁路控制阀38的节流增大的效果是使扫气空气压力增大并且使空燃比增大。冷扫气旁路导管37不需要从扫气空气接收器2分支出来，而是还可以在中间冷却器14的下游的任何位置处从空气导管13分支出来。
排气再循环导管42将排气接收器3连接至扫气空气接收器2，并且排气再循环导管42包括排气再循环控制阀45、排气再循环冷却器44和排气再循环鼓风机43。排气再循环鼓风机43和排气再循环控制阀45两者都用于在控制器60的电子控制下对通过排气再循环导管42的流进行调节。在正常操作条件下，除非排气再循环鼓风机43被启用，否则不会出现通过排气再循环导管42的流，这是因为排气接收器42中的压力通常低于扫气空气接收器2中的压力(因此，当排气再循环鼓风机43未启用时，需要将排气再循环控制阀45关闭)。排气再循环导管42不需要从排气接收器3连接，而是还可以在任意点处连接至第一排气导管19，并且排气再循环导管42不需要连接至扫气空气接收器2，而是还可以连接至中间冷却器14的下游的空气导管13上的任意位置。
将排气再循环导管42中的排气再循环鼓风机43启用或者将排气再循环导管42中的排气再循环鼓风机43的速度增大使得压缩空燃比减小并且使整体圧缩温度略微减小，以及将排气再循环导管42中的排气再循环鼓风机43停用或者将排气再循环导管42中的排气再循环鼓风机43的速度减小使得压缩空燃比增大并且使整体圧缩温度略微增大。
排气旁路39从排气接收器3或第一排气导管19分支出来并且在给定背压(backpressure)处连接至大气27。排气旁路控制阀40通过排气旁路导管39和控制器60的电子控制对流进行调节。
将排气旁路控制阀40打开或者使排气旁路控制阀40的节流减少使得气缸中的压缩空燃比减小，以及，将排气旁路控制阀40关闭或者使排气旁路控制阀40的节流增大使得气缸中的压缩空燃比增大。
在设置有选择性催化接收器(SVR)反应器的发动机中，反应器旁路阀(RVB)在控制器60的电子控制下对从扫气空气接收器3到涡轮增压器5的涡轮6的流中的穿过SCR反应器的份额(fraction)进行调节。
所有以上提到的部件都是由通过在图5中用虚线表示的信号线连接至这些部件的控制器60控制的。
图6示出了空燃比观测器46和整体压缩温度观测器47。
空燃比观测器46是计算机实现的算法，该算法拥有关于扫气空气压力、排气阀关闭正时、气缸几何结构、化学计量的空燃比、以及所喷射气体的量的信息。压缩空燃比观测器46可以是控制器60的一部分或者可以是单独的计算机或控制器。压缩空燃比观测器46提供作为对经(完全)压缩的空气-燃料混合物(当活塞10位于TDC处时)的压缩空燃比的估计值的输出并且将该输出发送至控制器60。该估计值是基于下述比率的：当排气阀4落在该排气阀4的坐置部上时在燃烧室中所捕获的新鲜空气质量除以对总喷射气体质量的化学计量的燃烧所需的新鲜空气的质量的比率。
整体压缩温度观测器47是计算机实现的算法，该算法拥有关于扫气空气压力、扫气空气温度、排气阀关闭正时和曲轴速度的信息。整体压缩温度观测器47可以是控制器60的一部分或者可以是单独的计算机或控制器。整体压缩温度观测器47提供作为对Tcomp(Tc)的估计值的输出；从气体喷射开始到先导喷射时的时间窗口内燃烧室中的整体压缩温度。压缩空燃比观测器47将该估计值发送至控制器60。在实施方式中，Tcomp的估计值参照的是处于TDC处的活塞10。
图7是示出了整体压缩温度Tcomp对空燃比(λ)的图表。稳态默认区域51落在由空燃比下限阈值(λ-下限值)、空燃比上限阈值(λ-上限值)、整体压缩温度下限阈值(Tc-下限值)和整体压缩温度上限阈值(Tc-上限值)限定的边界内。在该稳态默认区域51中，控制器60为每个气缸1分别提供当前发动机负载所需的第一燃料的量，并且控制器60不采取使整体压缩温度改变的任何措施，并且将每个气缸的空燃比根据发动机操作条件分别控制到这样的水平：该水平具有与已知的不希望燃烧状态相距的呈裕度形式的安全距离，在该已知的不希望燃烧状态下，当空燃比超过已知的与操作条件相关的临界水平时可能发生部分失火事件、失火事件和/或提前点火。第一裕度的水平具有大于0的第一值。
当气缸1中的燃烧条件预示会离开正常运行区域51且进入动作区域(actionzone)52时，控制器60将采取措施以防止这种情况发生。
对此，控制器60分别针对每个气缸配置成：
-当所确定或测量的平均压缩空燃比低于压缩空燃比下限阈值时，执行至少一个压缩空燃比增大措施(CAERIM)，
-当所确定或测量的平均压缩空燃比在压缩空燃比上限阈值以上时，执行至少一个压缩空燃比减小措施(AERDM)，
-当所确定或测量的整体压缩温度低于整体压缩温度下限阈值时，执行至少一个整体压缩温度增大措施(BCTIM)，以及
-当所确定或测量的整体压缩温度在整体压缩温度上限阈值以上时，
执行至少一个整体压缩温度减小措施(BCTDM)。
通过执行这些措施，控制器60将气缸套1中的每个气缸套的条件保持在正常运行区域51内，并且至少仅临时允许所述条件移至正常运行区域51外并进入动作区域52。动作区域52被临界区域53包围，在临界区域53中非常可能发生提前点火和/或失火事件。
区域51、区域52、和区域53的边界可以由整体压缩温度的上限阈值和下限阈值以及压缩空燃比的上限值和下限值来限定。对于特定的发动机，这些阈值可以通过反复实验凭经验地确定或者通过对发动机循环进行计算机模拟来确定。
当观测器指示压缩空燃比和整体压缩温度两者都在正常运行区域51之外时，控制器60将采取分别对每个气缸的压缩空燃比和整体压缩温度进行调节的两种措施，以将气缸套1中的条件移回至正常运行区域51。
通过对排气旁路控制阀40进行调节(将排气旁路控制阀40移动至更大程度地打开的位置)而将排气旁路(EGB)导管39打开(从TC涡轮入口至涡轮出口或环境的流)使得扫气空气压力减小，并且因此使得燃烧室中捕获的空气质量减小。因此，该措施适于使压缩空燃比减小，而对整体压缩温度仅有微小的影响。在发动机具有更多涡轮增压器的情况下，仍可以使用来自排气接收器的单个EGB，只要该EGB的位置是根据从其他流至排气接收器的其他潜在混合点来选择的即可。
将热气缸旁路控制阀31打开(从TC压缩机出口至TC涡轮入口的流)使得燃烧室中的压缩空燃比和整体压缩温度增大。
将扫气旁路控制阀38打开形成从扫气空气接收器2至压缩机入口或从扫气空气接收器2至环境的流，并且这种打开对压缩空燃比具有与排气旁路类似的定性影响，但对扫气过程有不同的影响(并且因此对燃烧室中的整体压缩温度有不同的影响)。当与排气旁路相比较时，将扫气旁路控制阀38打开对燃烧室条件的影响是更快的。
将冷气缸旁路阀36打开使得从扫气空气接收器至TC涡轮入口的流增加并且使得整体压缩温度增大，而对压缩空燃比具有非常小的影响。
排气阀关闭正时决定燃烧室中压缩空气压力与扫气空气压力之间的比率。将正时改变对燃烧室中的压缩空燃比和整体压缩温度两者都具有显著的影响。
排气阀打开正时对燃烧室的扫气过程的第一阶段产生影响：将正时改变将对发动机效率和扫气过程产生影响。随着扫气过程改变，所产生的整体温度也会改变。通过将排气阀4过早地打开，当活塞10随后将扫气端口18打开时，没有至扫气空气接收器2的流。当排气阀4过晚地打开时，在活塞随后将扫气端口18打开时，存在至扫气空气接收器2的较大流。这些措施使扫气过程改变，并且因此使来自前一次燃烧的参与下一压缩冲程的“污热”气体的份额改变。
因此，通过将排气阀4较晚地打开，将存在来自前一次燃烧的更多的“污热”气体并且因此压缩空燃比将减小且整体压缩温度将增大。将排气阀4过早地打开将存在来自前一次燃烧的更少的“污热”气体并且因此压缩空燃比将增大且整体压缩温度将减小。当通过将排气阀4更早地关闭来使压缩增大时，更少的气体通过排气阀4逸出，并且因此更多的气体被捕获在燃烧室中。这使空燃比增大。此外，将压缩增大导致活塞10对燃烧室中的气体做更多的压缩功。这导致燃烧室中的气体温度更高。
通过将排气再循环鼓风机43启用或通过将排气再循环鼓风机43的速度增加来将排气再循环流增加，更多的排气从排气接收器3流动至涡轮增压器压缩机的出口或扫气空气接收器2，并且这将使压缩空燃比减小。
将辅助鼓风机16的速度增加将使得压缩空燃比略微增大。
对于具有喷水件的发动机而言，在压缩期间将水喷射到燃烧室中将使整体压缩温度降低。
扫气空气冷却器旁路(未示出)：绕过中间冷却器14将使燃烧室中的整体压缩温度显著增大，而对压缩空燃比具有微小的影响。
对于设置有可变几何形状的涡轮6的发动机而言，将涡轮流动面积减少的影响是使扫气空气压力增大，并且因此使捕获在燃烧室中的空气质量增加。因此，这种措施适于将压缩空燃比减小，而对整体压缩温度仅具有微小的影响。
对于设置有涡轮增压器辅助装置的发动机而言，通过增加辅助装置将涡轮增压器5加速将使得压缩空燃比增大，而对压缩温度具有微小的影响。
另一种措施是将气态燃料与液态燃料(例如，柴油或船用柴油)之间的比率改变。将总喷射燃料能量的气体燃料的份额降低使得压缩期间的压缩空燃比增加。液态燃料的份额相应地增加，从而确保曲轴扭矩得以维持。
对于在排气接收器中安装有热交换器(或者具有对排气中的部分排气进行接收的热交换器)的发动机而言，将穿过热交换器的排气的份额增加、即从排气提取更多的热使得扫气空气压力减小，并且因此使捕获在燃烧室中的空气质量减小。因此，这种措施适于使压缩空燃比减小，而对整体压缩温度仅具有微小的影响。热交换器可以用于产生蒸汽。
对于具有热扫气旁路的发动机而言，将热扫气旁路控制阀打开建立从压缩机出口至环境或从压缩机出口至压缩机入口的流或使从压缩机出口至环境或从压缩机出口至压缩机入口的流增加，从而使扫气空气压力显著减小，并且因此使捕获在燃烧室中的空气质量减小。因此，这种措施适于使压缩空燃比减小。
在实施方式中，压缩空燃比下限阈值、压缩空燃比上限阈值、整体压缩温度下限阈值、整体压缩温度上限阈值是与发动机操作条件相关的参数。发动机操作条件是由比如发动机负载、环境温度、环境湿度、发动机速度等的参数来确定的。这些与操作条件相关的参数的值可以通过例如查找表或算法或者查找表和算法的组合而用于控制器60。
当上述措施不足以将燃烧过程保持在动作区域52中时，控制器60采取另外的措施以确保该过程不会进入临界区域53中。这些另外的措施是在燃烧室中的条件已经移出动作区域52而进入围绕动作区域52的临界区域53中之前或者在燃烧室中的条件已经移出动作区域52而进入围绕动作区域52的临界区域53中时采取的。因此，控制器60配置成：将气缸1中的至少一个气缸从预混合操作改变成压缩点火操作，并且选择下述量的第二燃料：该量的第二燃料在以压缩点火的方式操作的气缸1中的TDC处或TDC附近喷射，以协助仍以预混合过程的方式操作的其余气缸1移动远离临界区域53。第二燃料是例如可以相对容易地以在TDC处或TDC附近喷射所需的非常高的压力(通常需要至少300bar的压力)喷射的燃料、即液体燃料。这种液体燃料的示例是燃油、重燃油、甲醇、乙醇、二甲醚(DME)和氨水(这些燃料中的任一燃料都可以添加水)。除了将一个或更多个气缸1改变成根据压缩点火过程操作之外，控制器60还对喷射至根据压缩点火过程操作的所述一个或更多个气缸1的第二燃料的量进行调节，使得需要由根据预混合过程进行操作的其余气缸传递的扭矩(MIP)在检测到提前点火事件的风险时被减小以及在检测到失火事件的风险时被增大。增大根据预混合过程进行操作的其余气缸的扭矩(MIP)是通过使根据压缩点火过程进行操作的所述一个或更多个气缸用相对较少量的第二燃料来运行而实现的，使得这些气缸提供相对较低量的扭矩(MIP)。降低根据预混合过程进行操作的剩余气缸的扭矩(MIP)是通过使根据压缩点火过程进行操作的气缸用相对较高量的第二燃料来运行而实现的，使得这些气缸提供相对较高量的扭矩(MIP)。
控制器60被配置成使约束因素最小化，即，使上述措施最小化，以使发动机移回至正常区域51内的操作条件，并且以使根据压缩点火过程的气缸1的操作最小化。因此，控制器配置成：当燃烧室中的条件已经恢复至正常运行区域时，终止所有上述措施。
图9是示出了根据上述控制器60的构型使发动机操作的过程的流程图。
在该过程开始后，控制器60开启默认以根据预混合过程进行操作的所有气缸1，这是图10中所示的情形，其中，所有气缸都根据预混合过程进行操作，并且假设条件是最佳的，所有气缸1的空燃比在介于λ-最小值与λ-最大值之间的允许范围内，并且由每个气缸1传递的扭矩(MIP)是与由每个气缸1传递的平均扭矩大致相同的(这是图10中所示的情形)。应当注意的是，在实施方式中，每个气缸1是单独受控制的以使相关的气缸1的操作最佳化，这可以导致由每个单独气缸1传递的扭矩的微小偏差。
接下来，控制器60检查压缩空燃比(λ)是否低于下限阈值(λ-下限值)，优选地，控制器60分别地检查每个气缸的压缩空燃比(λ)是否低于下限阈值(λ-下限值)。如果答案为否，则控制器60检查是否超出压缩空燃比上限阈值(λ-上限值)，以及如果答案为是，则控制器60采取来自上述措施中的一个措施的压缩空燃比增大措施。接下来，控制器60检查压缩空燃比是否在最大阈值(λ-最大值)以上。如果答案为否，控制器将转至检查是否超过压缩空燃比上限阈值(λ-上限值)，如果答案为是(这是图11所示的情形，其中，存在提前点火的风险)，控制器60将一个或更多个气缸1从根据预混合过程的运行改变为根据压缩点火过程的运行，还对在TDC处或TDC附近喷射的第二燃料的量进行调节，以增大根据压缩点火过程进行操作的所述一个或更多个气缸1的MIP，从而降低根据预混合过程进行操作的其余气缸1的MIP，并且从而增大根据预混合过程进行操作的气缸1的空燃比，因此气缸1中不再存在提前点火的风险。这是图12中所示的情形。接下来，控制器60检查空燃比是否介于根据预混过程运行的气缸1的下限阈值与上限阈值之间并且整体燃烧温度是否介于根据预混过程运行的气缸1的上限阈值与下限阈值之间。如果答案为否，则过程返回至开始，以及如果答案为是，则其他一个或更多个气缸1从根据压缩点火过程的操作改变为根据预混合过程的操作以进一步降低根据预混合过程进行操作的气缸的扭矩(MIP)，然后该过程返回至开始。
如果确定空燃比在下限阈值(λ-下限值)以上，则控制器60检查压缩空燃比是否在上限阈值(λ-上限值)以上。如果答案为否，则控制器转至检查是否超过整体压缩温度下限阈值(Tc-下限值)，如果答案为是，控制器60采取来自上述措施中的一个措施的压缩空燃比减小措施。接下来，控制器60检查压缩空燃比是否在最大阈值(λ-最大值)以上。如果答案为否，控制器转至检查是否超过整体压缩温度下限阈值(Tc-下限值)，如果答案为是(这是图13中所示的情形)，控制器60将一个或更多个气缸1从根据预混过程运行改变为根据压缩点火过程运行，并且对在TDC处或TDC附近喷射的第二燃料的量进行调节，以降低根据压缩点火过程进行操作的所述一个或更多个气缸1的MIP，从而增大根据预混合过程进行操作的其余气缸1的MIP，并且从而减少根据预混合过程进行操作的气缸1的空燃比，从而降低失火的风险。这是图14中所示的情形。接下来，控制器60检查根据预混合过程运行的气缸1的空燃比是否介于下限阈值与上限阈值之间并且整体燃烧温度是否介于上限阈值与下限阈值之间。如果答案为否，则过程返回至开始，如果答案为是，一个或更多个气缸1被从根据压缩点火过程的操作改变为根据预混合过程的操作，然后过程返回至开始。
如果确定空燃比不在上限阈值(λ-上限值)以上，则控制器60检查整体压缩温度是否低于下限阈值(Tc-下限值)。如果答案为否，则控制器60转至检查整体压缩温度是否在上限阈值(Tc-上限值)以上的下一步骤，如果答案为是，则控制器60采取整体压缩温度增大措施。此后，控制器60检查整体压缩温度是否低于最小阈值(Tc-最小值)，并且如果答案为否，则控制器60的过程转至检查整体压缩温度是否在最大阈值(Tc-最大值)以上的步骤，并且如果答案为是，则控制器60将一个或更多个气缸1从根据预混合过程运行改变为根据压缩点火过程运行，并且对在TDC处或TDC附近喷射的第二燃料的量进行调节，以降低根据压缩点火过程进行操作的所述一个或更多个气缸1的MIP，从而增大根据预混合过程进行操作的其余气缸1的MIP，并且从而增大根据预混合过程进行操作的气缸1的整体燃烧温度。接下来，控制器60检查根据预混合过程进行操作的气缸1的空燃比是否介于下限阈值与上限阈值之间并且整体燃烧温度是否介于上限阈值与下限阈值之间。如果答案为否，则过程返回至开始，如果答案为是，则一个或更多个气缸1被从根据压缩点火过程的操作改变为根据预混合过程的操作，然后过程返回至开始。
如果确定整体压缩温度不低于下限阈值(Tc-下限值)，则控制器60检查是否超过整体压缩温度上限阈值(Tc-上限值)，如果答案为否，则控制器60转回至检查压缩空燃比是否低于下限阈值的步骤，以及如果答案为是，则控制器60采取来自根据上述措施中的一个措施的整体温度减小措施。接下来，控制器60检查整体压缩温度是否在最大阈值(Tc-最大值)上，如果答案为否，则控制器60转回至检查压缩空燃比是否低于下限阈值的步骤，以及如果答案为是，则控制器60将一个或更多个气缸1从根据预混合过程运行改变成根据压缩点火过程运行，并对在TDC处或TDC附近喷射的第二燃料的量进行调节，以增大根据压缩点火过程进行操作的所述一个或更多个气缸1中的MIP，从而降低根据预混合过程进行操作的其余气缸1中的MIP，并且从而降低根据预混合过程进行操作的气缸1的整体压缩温度，由此降低提前点火事件的风险。
在实施方式中，控制器60设置有算法、查找表或其他信息，以决定用于使空燃比增大或减小的可用措施中的哪种措施是在发动机的当前操作条件下最适合的措施。
在实施方式中，用于空燃比的上限阈值和下限阈值的值以及用于空燃比的最大阈值和最小阈值的值是由发动机根据测试或计算机模拟的测试运行来确定的。用于空燃比的上限阈值和下限阈值的值以及用于空燃比的最小阈值和最大阈值的值不一定是恒定值并且通常取决于其他参数、比如发动机负载和速度、环境条件等。控制器60将这些值存储在查找表或类似物中、或使用算法来确定用于实际条件的正确值。
在实施方式中，用于整体压缩温度的上限阈值和下限阈值的值以及用于整体压缩温度的最小阈值和最大阈值的值是由发动机根据测试或计算机模拟的测试运行来确定的。用于整体压缩温度的上限阈值和下限阈值的值以及用于整体压缩温度的最小阈值和最大阈值不一定是恒定值并且通常取决于其他参数、比如发动机负载和速度、环境条件等。控制器60将这些值存储在查找表或类似物等中、或者使用算法来确定用于实际条件的正确值。
安全区域51、动作区域52和临界区域53在图7中示意性地示出，并且这些区域不一定具有倒圆的矩形形状，并且图7仅是示例。实际上，动作区域52将始终位于临界区域53内，并且安全区域51将始终位于动作区域52内，但这些区域51、52的轮廓的形状可以是任何形式的闭合线并且将取决于相关发动机的设计和特性。
在另一实施方式中，控制器基于气缸压力曲线来确定将多个气缸1中的一个或更多个气缸从根据预混合操作来操作改变成根据压缩点火操作来操作的需要。图8是示出了当延迟点火/失火发生时的压力曲线(具有最低峰值的曲线)、正常燃烧情况下的曲线(具有中间峰值的曲线)和当提前点火/爆震发生情况下的曲线(具有最高峰值的曲线)的示例的曲线图。应当注意的是，这些曲线是示例，并且特别地，延迟点火/失火的曲线以及提前点火/爆震的曲线可以与所示的示例显著不同。
在该实施方式中，控制器60配置成：通过对气缸压力曲线进行分析来检测不希望的燃烧事件、比如失火和/或提前点火事件的发生，并且基于该信息，确定是否发生提前点火或失火事件。
当控制器60检测到提前点火事件时，控制器60将一个或更多个气缸1从根据预混合过程的操作改变为根据压缩点火过程的操作，并且对根据压缩点火过程进行操作的气缸1中喷射的第二燃料的量进行调节，以减少需要由仍根据预混合过程进行操作的气缸1传递的扭矩(MIP)，从而避免在根据预混合过程进行操作的气缸1中发生提前点火事件。
当控制器60检测到失火或延迟点火事件时，控制器60将一个或更多个气缸1从根据预混合过程的操作改变成根据压缩点火过程的操作，并且对根据压缩点火过程进行操作的气缸1中喷射的第二燃料的量进行调节，以增大需要由仍根据预混合过程进行操作的气缸1传递的扭矩(MIP)，从而避免根据预混合过程进行操作的气缸1中发生延迟点火/失火事件。
在实施方式中，控制器60配置成：在根据压缩点火过程运行的气缸1的预定时间跨度(或者发动机转数)之后，将根据压缩点火过程进行操作的气缸1的操作返回至根据预混合过程的操作。
在另一实施方式中，控制器60配置成：对根据预混合过程进行操作的气缸1的空燃比和整体压缩温度进行监测；以及当这些值在优选地对于给定的时间跨度而言的可接受的范围内、例如在TC-下限值与TC-上限值之间以及在λ-下限值与λ-上限值之间时，将根据压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸1的操作变回至根据预混合过程的操作。
在实施方式中，对于具有大量气缸1的发动机而言，例如在具有七个或更多个气缸的发动机中，控制器60配置成将至少两个气缸1的操作从预混合操作改变成压缩点火操作、以及将至少两个气缸1的操作从压缩点火操作改变成预混合操作，以对根据预混合过程进行操作的剩余气缸1的操作条件(比如，空燃比和/或整体压缩温度)产生实质性影响。
通常，控制器60配置成使根据压缩点火过程的气缸的操作最小化，以使第二燃料的使用最小化，这是因为使第二燃料的使用最小化通常将使排放物最小化。
在实施方式中，每个气缸1均设置有可变正时排气阀4，该可变正时排气阀4居中地布置在气缸盖22中，并且控制器60配置成对多个气缸1中的根据预混过程进行操作的气缸1的适于预混合过程的排气阀4的打开及关闭进行定时，并且控制器60配置成对所述多个气缸1中的根据压缩点火过程进行操作的气缸1的适于压缩点火过程的排气阀4的打开和关闭进行定时。
图15是控制器的实施方式的示意图，该示意图示出了基于速度组对输送至发动机的燃料的控制，该速度组即为与发动机的实际旋转速度“速度”相比较的发动机的期望旋转速度。比较的结果被发送至产生燃料指数的调节器，而燃料指数分为分别用于气态燃料和液体燃料的气体指数和燃油指数。因此，当对燃油的需求更大时，气态油的量相应地减少。燃油量或燃油指数是基于一系列的信号而确定的。对气缸压力和燃油先导角度进行处理以检测提前点火事件，并且燃油量是通过“Fo命令(燃油命令)”增加的。
所测量的气缸压力是通过监测随时间的偏差(导数)来处理的，并且当导数超过阈值时，通过Fo命令在给定的时间段X内提供固定量的燃油。如果气缸压力超过最大设计压力，则通过Fo命令增加燃油量，直到气缸压力再次低于最大设计压力。发动机速度信号与速度指数进行比较，如果发动机速度信号与速度指数之间的比率超过最大水平，则确定发动机正在负重运行，并且燃料量通过Fo命令以与负重运行的程度成正比的方式增加。扫气压力用于对气态燃料的最大量进行限制，因此燃油指数是通过Fo命令而增加的。对各种燃料命令(Fo命令)的信号进行求和，并且在发布燃油指数之前，将燃油命令(Fo命令)的总数(总和)限制在最大值。
已经结合本文中的各个实施方式描述了各个方面和实现形式。然而，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的主题时可以理解和实现对所公开的实施方式的其他变型。在权利要求中，用语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一种”不排除多个。单个处理器、控制器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能有利地使用。
权利要求中使用的附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (18)

1.一种双燃料大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机，所述发动机处于至少一种操作模式并且构造成以第一燃料作为主要燃料进行操作，所述发动机包括：
-多个气缸(1)，
-活塞(10)，所述活塞(10)在所述气缸(1)中的每个气缸中的BDC与TDC之间进行往复运动；
-至少一个燃料准许进入阀(30)，所述燃料准许进入阀(30)与气缸(1)相关联，以用于准许第一燃料在所述活塞(10)的从BDC至TDC的冲程期间进入，
-至少一个燃料喷射阀(50)，所述燃料喷射阀(50)与所述气缸(1)中的至少一个气缸相关联，以用于在所述活塞(10)处于TDC处或接近TDC时喷射第二燃料，以及
-控制器(60)，所述控制器(60)配置成：在所述发动机在所述至少一种操作模式中运行时，
-默认使所述多个气缸(1)中的所有气缸根据预混合过程操作，并且准许所述第一燃料在所述活塞(10)的从BDC至TDC的冲程期间进入，
-对根据所述预混合过程操作的所述气缸(1)的实际燃烧条件使得存在提前点火事件或失火的不可接受的风险进行确定，其特征在于，所述控制器(60)配置成：当所述控制器(60)已经确定存在提前点火事件或失火的不可接受的风险时，
所述控制器(60)通过使对于所述多个气缸(1)中的至少一个气缸而言在所述活塞(10)的从BDC至TDC的冲程期间所述第一燃料的准许进入终止，将所述气缸(1)中的相关的所述至少一个气缸从根据所述预混合过程的操作改变成根据压缩点火过程的操作，以及
所述控制器(60)当所述活塞(10)处于TDC处或接近TDC时在所述气缸(1)中的相关的所述至少一个气缸(1)中喷射一定量的所述第二燃料。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述控制器(60)配置成对喷射到相关的所述至少一个气缸(1)中的所述第二燃料的所述量进行选择，以使得：
当确定提前点火的风险时，所述多个气缸(1)中的根据所述预混合过程进行操作的其余气缸(1)的指示的平均压力被减小，
当确定失火的风险时，所述多个气缸(1)中的根据所述预混合过程进行操作的其余气缸(1)的指示的平均压力被增大。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)配置成：当自一个或更多个气缸(1)从根据所述预混合过程的操作变化为根据所述压缩点火过程的操作起经过了预定的时间跨度或发动机转数时，使相关的所述气缸(1)从根据压缩点火过程的操作返回至根据所述预混合过程的操作。
4.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)配置成：对根据所述预混合过程进行操作的所述气缸(1)的空燃比和整体压缩温度进行监测，并且当所监测到的所述空燃比和所述整体压缩温度在可接受的范围内时，所述控制器(60)将根据所述压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸(1)的操作改变成根据所述预混合过程的操作。
5.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)配置成：对根据所述预混合过程进行操作的所述气缸(1)的空燃比和整体压缩温度进行监测，并且，当所监测到的所述空燃比和所述整体压缩温度在对于给定的时间跨度而言的可接受范围内时，所述控制器(60)将根据所述压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸(1)的操作改变成根据所述预混合过程的操作。
6.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，没有所述第二燃料或仅少量的所述第二燃料作为先导燃料被喷射至根据所述预混合过程操作的所述气缸(1)。
7.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，每个气缸(1)均设置有可变正时排气阀致动系统，所述可变正时排气阀致动系统用于对居中地布置在气缸盖(22)中的排气阀(4)进行致动，以及其中，所述控制器(60)配置成对所述排气阀(4)的打开正时及关闭正时进行确定及控制，并且所述控制器(60)配置成：
对适于用于所述多个气缸(1)中的根据所述预混合过程进行操作的气缸(1)的所述预混合操作的所述排气阀(4)的打开及关闭进行定时，以及
对适于用于所述多个气缸(1)中的根据所述压缩点火过程进行操作的气缸(1)的所述压缩点火过程的所述排气阀(4)的打开及关闭进行定时。
8.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)配置成对所述气缸(1)的空燃比进行确定或测量，并且所述控制器(60)配置成在所述空燃比在空燃比最大阈值以上时确定失火事件的不可接受的风险，以及所述控制器(60)配置成当所述空燃比低于空燃比最小阈值时确定提前燃烧事件的不可接受的风险。
9.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)配置成对燃烧开始时所述气缸(1)中的整体压缩温度进行确定或测量，并且所述控制器(60)配置成当所述整体压缩温度低于整体压缩温度最小阈值时确定失火事件的不可接受的风险，以及所述控制器(60)配置当所述整体压缩温度在整体压缩温度最大阈值以上时确定提前燃烧事件的不可接受的风险。
10.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)包括用于对所述气缸(1)中的平均瞬时空燃比进行确定的空燃比观测器(46)，或者，所述控制器(60)连接至用于对所述气缸(1)中的平均瞬时空燃比进行确定的空燃比观测器(46)。
11.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制器(60)包括用于确定所述气缸(1)中的平均瞬时整体压缩温度的整体压缩温度观测器(47)，或者，所述控制器(60)连接至用于对所述气缸(1)中的平均瞬时整体压缩温度进行确定的整体压缩温度观测器(47)。
12.一种对双燃料大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机进行操作的方法，所述发动机处于至少一种操作模式下并且构造成以第一燃料作为主要燃料进行操作，所述发动机包括：
-多个气缸(1)，
-活塞(10)，所述活塞(10)在所述气缸(1)中的每个气缸中的BDC与TDC之间进行往复运动，
-至少一个燃料准许进入阀(30)，所述燃料准许进入阀(30)与气缸(1)相关联，以用于准许第一燃料在所述活塞(10)的从BDC至TDC的冲程期间进入，
-至少一个燃料喷射阀(50)，所述燃料喷射阀(50)与所述气缸(1)中的至少一个气缸相关联，以用于在所述活塞(10)处于TDC处或接近TDC时喷射第二燃料，
-所述方法包括：
-默认使所述多个气缸(1)中的所有气缸根据预混合过程操作并且准许所述第一燃料在所述活塞(10)的从BDC至TDC的冲程期间进入，
-确定根据所述预混合过程操作的所述气缸(1)的实际燃烧条件是否使得存在提前点火事件或失火的不可接受的风险，
所述方法的特征在于：当已经确定存在提前点火事件或失火的不可接受的风险时，
通过使对于所述气缸(1)中的至少一个气缸而言在所述活塞(10)的从BDC到TDC的冲程期间所述第一燃料的准许进入终止，将所述多个气缸(1)中的相关的所述至少一个气缸从根据所述预混合过程操作改变成根据压缩点火过程操作，以及
当所述活塞(10)处于TDC处或接近TDC时，在所述气缸(1)中的相关的所述至少一个气缸中喷射一定量的所述第二燃料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法包括：对喷射到相关的所述至少一个气缸(1)中的所述第二燃料的所述量进行选择，以使得：
当确定提前点火的风险时，所述多个气缸(1)中的根据所述预混合过程操作的其余气缸(1)的指示的平均压力被减小，
当确定失火的风险时，所述多个气缸(1)中的根据所述预混合过程操作的其余气缸(1)的指示的平均压力被增大。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述方法包括：当自一个或更多个气缸(1)从根据所述预混合过程的操作变化为根据所述压缩点火过程的操作起经过了预定的时间跨度或发动机转数时，使相关的所述气缸(1)从根据所述压缩点火过程的操作返回至根据所述预混合过程的操作。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述方法包括：对根据所述预混合过程操作的所述气缸(1)的空燃比和整体压缩温度进行监测，并且当所监测到的所述空燃比和所述整体压缩温度在可接受的范围内时，将根据所述压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸(1)的操作改变成根据所述预混合过程的操作。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述方法包括：对根据所述预混合过程操作的所述气缸(1)的空燃比和整体压缩温度进行监测，并且当所监测到的所述空燃比和所述整体压缩温度在对于给定的时间跨度而言的可接受范围内时，将根据所述压缩点火过程进行操作的一个或更多个气缸(1)的操作改变成根据所述预混合过程操作。
17.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述方法包括：不将所述第二燃料或仅将少量的所述第二燃料作为先导燃料喷射至根据所述预混合过程操作的所述气缸(1)。
18.根据权利要求12或13所述的方法，其中，每个气缸均设置有居中地布置在气缸盖(22)中的可变正时排气阀，并且所述方法包括：
对适于用于所述多个气缸(1)中的根据所述预混合过程进行操作的气缸(1)的所述预混合操作的所述可变正时排气阀的打开及关闭进行定时，以及
对于适于用于所述多个气缸(1)中的根据所述压缩点火过程进行操作的气缸(1)的所述压缩点火过程的所述可变正时排气阀的打开及关闭进行定时。
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