CN103097707A - 发动机系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种发动机系统。该发动机系统包括多个气缸，其包括一个或更多输出气缸和一个或更多非输出气缸。控制模块相对于或基于一个或更多非输出气缸的操作而控制一个或更多输出气缸的操作。

Description

发动机系统和方法
技术领域
本文所述的主题涉及内燃发动机，并且涉及排气再循环系统和方法。
背景技术
发动机包括具有燃烧室的多个气缸，在燃烧室中设置有活塞。进入空气被导入燃烧室中且在燃烧室中被压缩。点燃的燃料在燃烧室中产生使活塞移动的压力。燃料的点燃在燃烧室中形成气态排气。一些发动机尝试通过使排气的一部分再循环回到进气中而改变进入空气的组成。排气再循环可称为“EGR”。
在某一构造中，EGR发动机使气态排气从一个或更多专用气缸再循环回到空气进气流中。提供气态排气的气缸可称为耗体、供体或输出气缸(donating cylinder)。
有时可能希望有具有不同于目前可用的那些EGR发动机的构件、特征或功能的发动机系统。同样，可能希望有具有与在目前的EGR发动机上可用的那些操作模式不同的操作模式的发动机系统。
发明内容
提供一种发动机系统。该发动机系统包括多个气缸，其包括一个或更多输出气缸和一个或更多非输出气缸。控制模块相对于或基于一个或更多非输出气缸的操作而控制一个或更多输出气缸的操作。
在一个实施例中，提供一种柴油发动机系统。该系统包括非输出气缸、输出气缸和控制模块。非输出气缸具有第一活塞，该第一活塞接合到轴并且能够按照多冲程循环在非输出气缸的第一燃烧室内移动。输出气缸具有第二活塞，该第二活塞接合到轴并且能够按照多冲程循环在输出气缸的第二燃烧室内移动。非输出气缸和输出气缸根据非输出气缸和输出气缸的操作参数来接收空气和柴油燃料，以点燃柴油燃料并使第一活塞和第二活塞分别在第一燃烧室和第二燃烧室内移动。操作参数限定多冲程循环的阀定时、多冲程循环的喷射定时、或者在多冲程循环期间由非输出气缸和输出气缸接收的柴油燃料的量中的至少一个。控制模块与非输出气缸和输出气缸通信联接。控制模块基于发动机性能指数或由输出气缸和非输出气缸中的一个或更多产生的气态排气的流出物特性指数中的一个或更多而相对于非输出气缸的操作参数来改变输出气缸的操作参数中的至少一个。
在一个实施例中，提供一种用于柴油发动机系统的控制方法。该方法包括操作发动机的输出气缸和非输出气缸。
附图说明
图1是根据一个实施例的动力轨道交通工具的图。
图2是根据一个实施例的图1所示的柴油发动机系统的图。
图3是根据一个实施例的图2所示的输出气缸的图。
图4示出根据一个实施例的图2所示的输出气缸按照多冲程循环的操作的时间线。
图5是根据一个实施例的用于图1所示的柴油发动机系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
提供了发动机系统以及操作该发动机系统的对应方法。在一个实施例中，发动机系统包括多个气缸，这些气缸包括一个或更多输出气缸和一个或更多非输出气缸。控制模块相对于或基于一个或更多非输出气缸的操作而控制一个或更多输出气缸的操作。
为说明清楚起见，一个或更多实施例可结合动力轨道交通工具系统进行描述，动力轨道交通工具系统具有带尾随的客车厢或货车厢的柴油电力机车，然而，本文所述的实施例不限于这样的机车或柴油发动机。例如，发动机系统可以是移动的或固定的。如果是移动的，则发动机系统可以是交通工具的构件。合适的交通工具包括在一个或更多轨道上行进的那些、采矿车、汽车、航海船舶等。这些实施例可提供这样的系统和方法，其相对于发动机中的其它非输出气缸而控制例如柴油或汽油动力发动机的输出气缸的操作参数，以减少诸如氮氧化物(NOx)的排气组分的排放，同时避免操作效率的降低。
图1是根据一个实施例的动力轨道交通工具100的图。轨道交通工具100包括牵引动力单元102，其联接有沿一个或更多轨道106行进的若干拖车104。在一个实施例中，牵引动力单元102是设置在轨道交通工具100的前端的机车，而拖车104是用于承载乘客和/或其它货物的货车厢。牵引动力单元102包括柴油发动机系统116。柴油发动机系统116提供牵引作用以推进轨道交通工具100。柴油发动机系统116包括柴油发动机108，其为与轨道交通工具100的车轮112联接的牵引马达110提供动力。例如，柴油发动机系统可使与交流发电机或发电机(未示出)联接的轴204(图2中示出)旋转。交流发电机或发电机基于轴204的旋转而形成电流。电流被供应至牵引马达110，牵引马达110转动车轮112并推进轨道交通工具100。
轨道交通工具100包括与柴油发动机系统通信联接的控制模块114。例如，控制模块114可通过一个或更多有线和/或无线连接而与柴油发动机系统联接。控制模块114改变柴油发动机系统的操作参数，以改变来自柴油发动机系统的组分的排放，同时避免柴油发动机系统的效率的显著降低。例如，控制模块114可切换和/或调整柴油发动机系统的操作参数，以减少来自柴油发动机系统的NOx排放，同时将发动机系统在将燃料转换为功率方面的效率保持在效率阈值以上。
此外，当发动机系统的负荷需求改变时，控制模块可改变操作参数。负荷需求表示所需要或要求的来自发动机系统的功率。例如，对发动机系统的负荷需求可表示沿确定路线推进交通工具和关联的货物和/或乘客所需的马力。负荷需求可由于路线的等级、限速等的变化而沿路线改变。控制模块随负荷需求改变而调整操作参数，以落入排放限制内或低于排放限制，同时避免发动机系统的效率的显著降低。
合适的控制模块可包括处理器，例如计算机处理器、控制器、微控制器或其它类型的逻辑装置，其基于存储在有形和非易失性计算机可读存储介质118上的指令集而操作。计算机可读存储介质可以是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、简单的只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、闪存、硬盘或其它类型的计算机存储器。此外，控制模块可与远程数据中心通信以交换数据、接收操作指令和/或软件版本更新和补丁、提供法规遵从信息和报告、以及提供诊断和/或预测信息服务。
图2是根据一个实施例的发动机系统116的图。发动机系统包括与控制模块联接的发动机系统。发动机系统包括若干气缸200、202，本文称之为非输出气缸和排气输出气缸202。非输出气缸可以是排气再循环(EGR)气缸，其可称为普通EGR气缸。在图示实施例中，发动机系统包括四个非输出气缸200和两个输出气缸202。其它系统可包括不同数量的非输出气缸和/或输出气缸。
参照图示实施例，非输出气缸200和输出气缸202包括在非输出气缸200和输出气缸202内移动的活塞302(图3中示出)。活塞302的移动转变为轴204的旋转。如上所述，轴204的旋转用来推进交通工具。
非输出气缸200与排气歧管206流体联接。排气歧管206包括将气态排气从非输出气缸200引导至涡轮增压器208的一个或更多导管。非输出气缸200作为燃料在非输出气缸200中燃烧的结果而产生气态排气。气态排气由涡轮增压器208接收并可用来吸入和将环境空气泵入输入歧管210中。输入歧管210通过歧管阀214与发动机系统116的进气歧管212流体联接。
输出气缸202与EGR歧管216流体联接。所谓“流体联接”是指输出气缸202与EGR歧管216联接，使得诸如气体或液体的流动的材料可从输出气缸202行进或流动至EGR歧管216。EGR歧管216包括将气态排气从输出气缸202引导至EGR冷却器218的一个或更多导管。EGR冷却器218是降低来自输出气缸202的气态排气的温度或热能的装置。例如，EGR冷却器218可包括冷却来自输出气缸202的气态排气的一个或更多压缩机或风扇。EGR冷却器218与歧管阀214流体联接。歧管阀214将输入歧管210与EGR冷却器218流体联接，使得由EGR冷却器218冷却的输出气缸202的气态排气与来自输入歧管210的环境空气混合。环境空气与冷却的气态排气的混合物可称为“进入空气”或由非输出气缸和/或输出气缸接收的空气。
进入空气由歧管阀214导入进气歧管212中。进气歧管212将进入空气引导至非输出气缸200和输出气缸202。非输出气缸200和输出气缸202使用进入空气来燃烧非输出气缸200和输出气缸202内的燃料。
图3是根据一个实施例的输出气缸中的一个的图。虽然图3的讨论集中在输出气缸上，但输出气缸202的操作也可适用于非输出气缸(如图2所示)。输出气缸包括燃烧室300。活塞302设置在燃烧室300内。在图3所示的视图中，活塞302在燃烧室300内上下移动。活塞302由曲轴304联接到轴204。曲轴304将活塞302在燃烧室300中的线性移动转化为轴204的旋转。在一个实施例中，轴204是公共轴，在非输出气缸200(图2中示出)和输出气缸202中的每一个中的活塞302通过曲轴304接合到该公共轴。
输出气缸202包括进气阀308，其打开以允许进入空气进入燃烧室300中，并且关闭以防止另外的进入空气进入燃烧室300。例如，输出气缸202可包括与进气歧管212(图2中示出)流体联接的入口306。进气阀308设置在燃烧室300和入口306之间。进气阀308打开以允许进入空气从进气歧管212进入燃烧室300中，并且关闭以防止进入空气从进气歧管212进入燃烧室300中。进气阀308可由控制模块114打开或关闭。诸如可变阀定时(VVT)凸轮(未示出)的固定或可变凸轮可与进气阀308联接并且构造成由控制模块114操作，以便打开或关闭进气阀308。
输出气缸202包括排气阀310，其打开以将燃烧室300中的气态排气导出燃烧室300，并且关闭以防止气态排气和/或进入空气离开燃烧室300。例如，输出气缸200可包括与排气歧管206(图2中示出)流体联接的出口312。排气阀310设置在燃烧室300和出口312之间。排气阀310打开以允许燃烧室300中的气态排气离开燃烧室300进入出口312和排气歧管206中。排气阀310关闭以防止燃烧室300中的气态排气和/或空气离开燃烧室300进入排气歧管206中。排气阀310可由控制模块114打开或关闭。诸如可变阀定时(VVT)凸轮(未示出)的固定或可变凸轮可与排气阀310联接并且构造成由控制模块114操作，以便打开或关闭排气阀310。
输出气缸202包括燃料喷射器314，其将燃料(例如燃料)导入燃烧室300中。燃料喷射器314设置在诸如气罐的燃料源或供应(未示出)和燃烧室300之间。在一个实施例中，燃料喷射器314基于来自控制模块114的命令或指令而将燃料喷入燃烧室300中。
继续参照图3，图4示出根据一个实施例的输出气缸202按照多冲程循环的操作的时间线400。虽然时间线400关于输出气缸202的操作进行描述，但备选地，时间线400可适用于非输出气缸200(图2中示出)的操作。
在一个实施例中，输出气缸202基于多冲程循环而操作。活塞302在多冲程循环期间在燃烧室300内移动以使轴204旋转。备选地，输出气缸202可基于不同循环而操作。多冲程循环在时间线400上示出。在图示实施例中，多冲程循环为四冲程循环，其包括进气冲程402、压缩冲程404、燃烧冲程406和排气冲程408。备选地，多冲程循环可包括不同数量的冲程。进气冲程402从第一时间412持续到随后的第二时间414。压缩冲程404从第二时间414持续到随后的第三时间416。燃烧冲程406从第三时间416持续到随后的第四时间418。排气冲程408从第四时间418持续到随后的第五时间420。
在进气冲程402期间，进气阀308打开以将进入空气导入燃烧室300中。进入空气到燃烧室300中的流入驱动活塞302远离进气阀308并朝向轴204。在图示实施例中，进入空气使活塞302向下移动。
在进气冲程402之后是压缩冲程404。在压缩冲程404期间，活塞302在相反方向上朝燃料喷射器314移动。例如，在图示实施例中，活塞302朝燃烧室300的顶部向上移动。当活塞302向上移动时，燃烧室300内的体积减小，而燃烧室300中的进入空气保持相同。结果，燃烧室300中的进入空气被活塞302压缩。进入空气的压缩加热燃烧室300内部的进入空气。
在压缩冲程404之后是燃烧冲程406。在燃烧冲程406期间，燃料由燃料喷射器314喷入燃烧室300中。例如，在图示实施例中，当活塞302到达或接近燃烧室300的顶部时，燃料喷射器314可将燃料喷入燃烧室300中。燃烧室300中的压缩且加热的进入空气点燃燃烧室300中的燃料。燃料在燃烧室300内点燃并燃烧。燃料的燃烧在燃烧室300内形成增加的压力，并且迫使活塞302远离燃料喷射器314。例如，在图3所示的视图中，燃料的燃烧可迫使活塞302向下。
在燃烧冲程406之后是排气冲程408。燃料在燃烧室300内的燃烧在燃烧室300中产生气态排气。气态排气可包括诸如NOx、SOx和颗粒物(PM)的组分。在排气冲程408期间，活塞302朝燃料喷射器314向上移回，并且排气阀310打开以将气态排气导出燃烧室300。例如，排气阀310可打开以允许气态排气从燃烧室300流入出口312中，以及从出口312流入EGR歧管216(图2中示出)中。关于非输出气缸200(图2中示出)，排气阀310打开以将气态排气导入出口312中并从出口312导入排气歧管206中。活塞302的移动迫使气态排气离开燃烧室300。
四冲程循环的四个冲程402、404、406、408在发动机系统的操作期间重复。例如，在第一四冲程循环的排气冲程408之后是随后的第二四冲程循环的进气冲程402。
输出气缸202和非输出气缸200的若干操作参数限定了阀定时、喷射定时、和/或在多冲程循环中使用的燃料的量。在一个实施例中，这些参数对于非输出气缸200可以是确定或固定的，但对于输出气缸202是可变的。例如，非输出气缸200的操作参数可以是确定的和/或不可改变的，例如确定的彼此的比率，其不基于发动机系统的负荷需求和/或改变的排放限制而改变或相对于彼此改变。另一方面，输出气缸202的操作参数可相对于非输出气缸200的操作参数进行调整，使得输出气缸202的操作参数可在不改变非输出气缸200的参数的情况下改变。可调整输出气缸202的操作参数，以将输出气缸202和/或发动机系统所选择的排气组分的排放减少至排放限制以下，同时避免发动机系统效率的降低。
下面描述非输出气缸200和输出气缸202的若干操作参数。本文所述的参数的列表不是详尽的，而是仅仅提供对于输出气缸202可相对于非输出气缸200的参数改变的参数的示例。在一个实施例中，非输出气缸200根据本文讨论的操作参数中的一个或更多操作，其中操作参数是固定的或基于其它参数。相反，输出气缸202的操作参数可在不改变非输出气缸200的相同操作参数的情况下改变。
进气阀闭合(IVC)参数410表示进气阀308保持打开以允许进入空气流入燃烧室300中的时间段。IVC参数410可表示为进气阀308保持打开的时间段、相对于发动机旋转角度和进气阀308关闭的时间、和/或进气阀308的阀门升程。阀门升程可以是进气阀308打开的距离。IVC参数410在图4中示出为从第一时间412持续到第二时间414的时间段。第一时间412可指示进气阀308打开时的时间，并且第二时间414可指示进气阀308关闭时的时间。控制模块可通过将IVC参数410增加至更长的IVC参数410A而改变IVC参数410。更长的IVC参数410A将第二时间414延长至更长的第二时间414A，以便使进气阀308在更长时间段内保持打开并允许更大体积的进入空气被导入燃烧室300中。备选地，可通过将第一时间412移至更早的时间点以及更早打开进气阀308而增加IVC参数410。IVC参数410可被缩短至更短或更小的IVC参数410B。更小的IVC参数410B将第二时间414缩短至更短的第二时间414B或者更靠近第一时间412发生的第二时间414B。备选地，第一时间412可更晚发生以缩短IVC参数410。缩短IVC参数410B导致进气阀308打开更短的时间段，以导致更小体积的进入空气被导入燃烧室300中。
喷射起点(SOI)参数422表示燃料喷射器314开始将燃料喷入燃烧室300中的时间。例如，SOI参数422可表示为在燃烧冲程406期间燃料喷射器314开始将燃料喷入燃烧室300中的时间。SOI参数422可由控制模块114调整以改变燃料何时被喷入燃烧室300中。如图4所示，SOI参数422可延迟到SOI参数422A。延迟的SOI参数422A导致燃料喷射器314在更晚的时间点将燃料导入燃烧室300中。SOI参数422可改变至更快发生或在更早的时间点发生的SOI参数422B。SOI参数422B导致燃料喷射器314将燃料在更早的时间导入燃烧室300中。
加燃料(fueling)参数表示由燃料喷射器314喷入燃烧室300中的燃料的量。例如，加燃料参数可表示为在燃烧冲程406期间被导入燃烧室300中的燃料的体积。控制模块114可增加或减小加燃料参数。增加加燃料参数导致在燃烧冲程406期间更多的燃料被燃料喷射器314喷入燃烧室300中。相反，减小加燃料参数导致在燃烧冲程406期间更少的燃料被喷入燃烧室300中。
在一个示例实施例中，在发动机系统116的操作期间，操作者可将发动机系统负荷从相对较低的负荷点增加至相对较高的负荷点。增加至较高负荷点可导致由燃料系统(例如，燃料箱或储存室及关联泵)提供给非输出气缸200和输出气缸202的燃料的总量增加。在给定的加燃料速率(例如，由加燃料系统向气缸200、202供应燃料的速率)下，实际发动机旋转速度可相对于较高负荷点的所需或所要求的发动机旋转速度而减小。例如，发动机系统116可能无法实现与较高负荷点对应的发动机旋转速度。然而，发动机系统116可在较低的实际旋转速度下操作。控制模块114可监测并响应于在实际旋转速度和要求的旋转速度之间的差值。控制模块114可比较实际旋转速度与所需旋转速度以确定旋转速度的差值。控制模块114可查阅查找表功能或等同物(其可存储在存储介质118中)，以确定加燃料速率或将供应至输出气缸202的燃料的量。即，控制模块114可确定或者在使用查找表时可返回可适用于非输出气缸200和输出气缸202的加燃料速率的比率。例如，该加燃料比率可为输出气缸202的加燃料速率与非输出气缸200的比率。加燃料速率可基于所要求的旋转速度和/或发动机系统116的负荷操作条件。在一个实施例中，将该加燃料比率乘以非输出气缸200的加燃料速率得到输出气缸202的加燃料速率。
排气阀闭合(EVC)参数424表示排气阀310保持打开以允许燃烧室300中的气态排气流出燃烧室300的时间段。例如，EVC参数424可表示为排气阀310保持打开的时间段。EVC参数424在图4中示出为从第四时间418持续到第五时间420的时间段，或者经过排气冲程408的持续时间。第四时间418可表示排气阀310打开时的时间，并且第五时间420可表示排气阀310关闭时的时间。
控制模块114可改变EVC参数424以增加或减少排气阀310打开的时间段。如图4所示，通过将排气阀310打开的时间或第四时间418移至更快发生的第四时间418A，可将EVC参数424增加至更长的EVC参数424A。备选地，可通过将排气阀310关闭的时间或第五时间420移至更晚的时间点而增加EVC参数424。由于排气阀310保持打开更长时间，因而更大体积的气态排气可被导出燃烧室300。
通过将排气阀310打开的时间或第四时间418移至更晚的第四时间418B，可将EVC参数424缩短至更短的EVC参数424B。备选地，可通过将排气阀310关闭的时间或第五时间420移至更早的时间点而缩短EVC参数424。缩短EVC参数424B导致排气阀310打开更短的时间段。由于排气阀310保持打开的时间量减少，因而更少的气态排气能够从燃烧室300逸出。
IVC参数410、SOI参数422、加燃料参数以及EVC参数424可统称为非输出气缸200和输出气缸202的操作参数。控制模块可调整或改变输出气缸的操作参数中的一个或更多，而不改变非输出气缸的操作参数中的一个或更多。备选地，控制模块可基于非输出气缸的操作参数的变化而为输出气缸和非输出气缸两者同步或同时改变操作参数。
输出气缸可具有不同于另一输出气缸操作参数的操作参数。操作参数可对于所有输出气缸相同。控制模块可将输出气缸的操作参数中的一个或更多改变与另一输出气缸的操作参数的变化不同的量。备选地，操作参数的变化可对于所有输出气缸相同。
控制模块可基于发动机系统的一个或更多指数而改变输出气缸的操作参数中的一个或更多。例如，控制模块可基于发动机性能指数而改变操作参数。发动机性能指数表示发动机系统的操作的量度或可量化特性。在一个示例中，发动机性能指数表示置于发动机系统上的负荷或发动机系统的功率需求。在另一示例中，发动机性能指数表示发动机系统的速度。发动机性能指数可表示通过发动机系统的空气流的量度。在另一示例中，发动机性能指数包括由输出气缸202产生的功率的量度。例如，发动机性能指数可以是由发动机系统的输出气缸产生的马力的量度。
发动机性能指数可包括发动机系统的效率的量度。例如，发动机性能指数可包括输出气缸在将燃料转化为功率方面的效率的量度。发动机性能指数可包括发动机系统的性能或操作的其它量度。在一个实施例中，发动机性能指数包括发动机系统的性能的多个量度。例如，发动机性能指数可包括或基于由输出气缸202产生的功率和输出气缸的效率的量度。与控制模块通信的一个或更多传感器可测量发动机性能指数。
用于确定发动机性能指数的合适参数的其它示例可包括下列中的一个或更多：置于发动机系统上的负荷、发动机系统的速度、发动机系统的温度、通过发动机系统的空气流率、流过联接到发动机系统的歧管的空气的温度、流过发动机系统的冷却剂的温度、置于发动机系统上的所要求的功率水平需求、进入发动机系统的空气的氧含量、邻近发动机系统测量的大气压、测量的涡轮增压器速度、检测到的涡轮增压器喘振(surge)事件、或者前述中的一个或更多具有即将跨过确定阈值的值的指示。
控制模块可基于流出物特性指数而改变输出气缸的操作参数。在一个实施例中，流出物特性指数表示由非输出气缸和/或输出气缸产生的气态排气的量度或可量化特性。在一个示例中，流出物特性指数包括来自输出气缸的气态排气的排气体积流率的量度。流出物特性指数可以是当输出气缸的排气阀310打开时从输出气缸202流出的气态排气的质量流率的量度。排气体积流率可由传感器(未示出)测量，例如与控制模块114联接的质量流传感器。排气体积流率可表示为每单位时间穿过表面区域的来自输出气缸202的气态排气的质量。在一个实施例中，排气体积流率可以是每单位时间穿过表面的来自输出气缸202的气态排气中的一种或多种成分的质量的量度。例如，排气体积流率可表示可在气态排气中流动的一种或多种排气组分(例如NOx)的量。
在另一示例中，流出物特性指数可包括由发动机系统产生的气态排气的一种或多种组成的成分的量度。例如，流出物特性指数可以是由非输出气缸200和/或输出气缸202产生的一种或多种气态排气组分(例如颗粒物、NOx或SOx)的浓度。备选地，流出物特性指数可以是由非输出气缸200和/或输出气缸202产生的气态排气的氧浓度的量度。
在一个实施例中，流出物特性指数包括发动机系统的气态排气的多个量度。例如，流出物特性指数可包括或基于来自输出气缸202的气态排气的排气体积流率的量度、以及来自输出气缸202的气态排气中的一种或多种组成的浓度。
图5是根据一个实施例的用于发动机系统116的控制方法500的流程图。控制方法500可用来相对于非输出气缸200(图2中示出)的操作参数而调整输出气缸202(图2中示出)的操作参数，以便减少来自发动机系统的排放，同时作为减少组分排放的结果而限制发动机系统的效率的损失。一个或更多输出气缸202的第一加燃料参数可基于非输出气缸200中的一个或更多的第二加燃料参数，例如通过使第一加燃料参数为第二加燃料参数的几十倍。
在502，发动机的非输出气缸和输出气缸根据操作参数操作。例如，发动机系统的非输出气缸和输出气缸基于或相对于一个或更多操作参数而操作。操作参数可包括例如冲程402、404、406、408的定时和/或用来使活塞302(图3中示出)在非输出气缸200和输出气缸202内移动的燃料的量。其它操作参数可包括IVC参数410(图4中示出)、SOI参数422(图4中示出)、加燃料参数、和/或EVC参数424(图4中示出)。
IVC参数410(图4中示出)、SOI参数422(图4中示出)和EVC参数424(图4中示出)限定在活塞302(图3中示出)在非输出气缸200和输出气缸202(图2中示出)内移动的四冲程循环期间发生的不同事件的定时。例如，IVC参数410限定进气阀308(图3中示出)的打开或关闭的定时，SOI参数422限定燃料喷入非输出气缸200和输出气缸202的燃烧室300(图3中示出)中的定时，并且EVC参数424限定排气阀310(图3中示出)的打开或关闭的定时。加燃料参数限定喷入燃烧室300中的燃料的量。
在504，监测发动机性能指数。例如，控制模块114可测量发动机性能指数为由输出气缸202(图2中示出)产生的功率和/或输出气缸202在将喷入输出气缸202中的燃料转化为功率方面的效率。控制模块114可定期测量输出气缸202的功率和/或效率，以反复监测输出气缸202的发动机性能指数。
在506，将发动机性能指数与一个或更多阈值相比较。例如，发动机性能指数可包括与功率阈值相比较的由输出气缸202(图2中示出)产生的功率的量度。如果由输出气缸202产生的功率超出功率阈值，则发动机性能指数可指示，输出气缸202基于当前操作参数的操作正产生足够的功率。例如，由输出气缸202产生的功率可足以满足由轨道交通工具100置于发动机系统上的负荷需求。
相反，如果发动机性能指数不超出功率阈值，则发动机性能指数可指示，输出气缸202(图2中示出)基于当前操作参数的操作可能不足以产生满足发动机系统的负荷需求的足够功率。结果，输出气缸202的操作参数中的一个或更多可能需要调整，以增加由输出气缸202输出的功率。
在另一示例中，发动机性能指数可包括与效率阈值相比较的输出气缸202(图2中示出)的效率的量度。如果输出气缸202的效率超出效率阈值，则发动机性能指数可指示，输出气缸202基于当前操作参数的操作正以足够高的效率操作。另一方面，如果发动机性能指数不超出效率阈值，则发动机性能指数可指示，输出气缸202的当前操作参数可能需要调整，以便增加输出气缸202的效率。
在一个实施例中，将多于一个发动机性能指数与关联的阈值相比较。例如，可将由输出气缸202(图2中示出)产生的功率与功率阈值相比较，同时将输出气缸202的效率与效率阈值相比较。如果至少确定数量的发动机性能指数超出关联的阈值，则发动机性能指数可指示，不需要改变操作参数以改进发动机性能指数。备选地，如果少于确定数量的发动机性能指数超出关联的阈值，则发动机性能指数可指示，需要改变操作参数以改进发动机性能指数。
如果发动机性能指数不超出(多个)关联的阈值，则方法500的流程前进至508。如果一个或多个发动机性能指数确实超出(多个)关联的阈值，则方法500的流程前进至510。
在508，改变操作参数中的一个或更多以增加发动机性能指数。例如，由控制模块114改变输出气缸202(图2中示出)的一个或更多操作参数，以便增加由输出气缸202产生的功率和/或输出气缸202的效率。在一个实施例中，IVC参数410(图4中示出)增加以将更多进入空气喷入输出气缸202的燃烧室300(图3中示出)中。燃烧室300中增加的进入空气的量可增加燃烧室300内部的压力，并且增加输出气缸202的功率和/或效率。
可改变加燃料参数以增加输出气缸202(图2中示出)的功率和/或效率。例如，加燃料参数可增加以在燃烧冲程406(图4中示出)期间喷射更多燃料。当更多的燃料被喷入输出气缸202的燃烧室300(图3中示出)中时，燃料的燃烧可在燃烧室300中形成更大压力并以更大的力向下驱动活塞302(图3中示出)。因此，轴204(图2中示出)可被活塞302用更大扭矩旋转。当轴204以更大的扭矩旋转时，产生更大的功率或电流。
在另一示例中，可减小加燃料参数，使得在燃烧冲程406(图4中示出)期间更少的燃料被喷入输出气缸202(图2中示出)的燃烧室300(图3中示出)中。减少喷入输出气缸202中的燃料可导致更低的压力和更高的空气燃料比。另外，在输出气缸202(图2中示出)中燃烧更少燃料可提供用于以相比非输出气缸200更低的效率操作输出气缸202，这可增加发动机系统的效率。
可改变SOI参数422(图4中示出)以增加输出气缸202(图2中示出)的功率和/或效率。例如，可改变SOI参数422，使得燃料在更早的时间喷入输出气缸202的燃烧室300(图3中示出)中。将燃料在更早的时间喷入燃烧室300中可增加当燃料在燃烧室300中燃烧时所产生的压力。当压力增加时，活塞302(图3中示出)可产生更大功率，如上所述。
虽然以上描述了为了改变发动机性能指数而改变输出气缸202(图2中示出)的不同操作参数的某些示例，但是备选地，可以基于一个或多个发动机性能指数而改变输出气缸202的其它操作参数。
在510，监测流出物特性指数。控制模块114可通过测量气态排气从输出气缸202(图2中示出)流出的排气体积流率和/或来自输出气缸202的气态排气中的一种或多种组分的浓度而监测流出物特性指数。控制模块114可定期测量排气体积流率和/或输出气缸202的组分浓度，以反复监测输出气缸202的流出物特性指数。
在512，将流出物特性指数与一个或更多阈值相比较。例如，流出物特性指数可包括与流率阈值相比较的来自输出气缸202的气态排气的排气体积流率。如果测量的排气体积流率超出流率阈值，则流出物特性指数可指示，输出气缸202基于当前操作参数的操作正产生过多的气态排气，或者正以相对较大的速率产生气态排气。当从输出气缸202流出的气态排气的量增加时，由发动机系统产生的排气组分浓度的量可增加。因此，输出气缸202的操作参数中的一个或更多可能需要调整，以减小由输出气缸202产生的气态排气的排气体积流率。
流率阈值可以是确定的速率和/或可基于发动机系统的位置。例如，交通工具可行进通过对于排气组分浓度具有不同标准或阈值的区域。当轨道交通工具100进入带有不同标准或阈值的区域时，流率阈值可调整至该区域的阈值。区域可由GPS位置、地理围栏、环境测量、路旁或路边的信号装置等限定。
相反，如果流出物特性指数不超出流率阈值，则流出物特性指数可指示，排气体积流率足够低，以至于不需要调整当前操作参数。例如，输出气缸202可基于当前操作参数而产生足够少量的气态排气，以至于不需要调整操作参数以减小排气体积流率。
在另一示例中，流出物特性指数可包括由输出气缸202产生的气态排气中的一种或多种组分的浓度的量度。将组分浓度与一个或更多浓度阈值相比较，以确定气态排气是否包括过高的组分浓度。如果组分浓度超出浓度阈值，则流出物特性指数可指示，发动机系统基于当前操作参数的操作正产生过多的特定组分。例如，输出气缸可能正产生过多的NOx。结果，输出气缸的一个或更多操作参数可能需要调整，以减小来自发动机系统的气态排气中的NOx浓度。类似于流率阈值，浓度阈值可基于交通工具的位置或环境条件而改变。
另一方面，如果流出物特性指数不超出浓度阈值，则流出物特性指数可指示，当前操作参数不需要调整或者可调整以增加效率。例如，发动机系统可能正基于当前操作参数产生具有相对较低浓度的一种或多种组分的气态排气。结果，输出气缸的操作参数可能不需要改变或者可改变以增加效率，同时将组分浓度增加至高达但不超出限定的阈值。
在一个实施例中，将多于一个流出物特性指数与关联的阈值相比较。例如，可将由输出气缸202产生的气态排气的排气体积流率与流率阈值相比较，同时可将来自输出气缸202的气态排气的组分浓度与浓度阈值相比较。如果至少确定数量的流出物特性指数超出关联的阈值，则流出物特性指数可指示，可能需要改变操作参数以改进流出物特性指数。备选地，如果少于确定数量的流出物特性指数超出关联的阈值，则流出物特性指数可能不指示，需要改变操作参数以改进流出物特性指数。
如果流出物特性指数不超出(多个)关联的阈值，则方法500的流程返回至502，在此发动机系统继续基于可能已基于方法500调整或未调整的操作参数而操作。如果流出物特性指数确实超出(多个)关联的阈值，则方法500的流程前进至514。
在514，改变输出气缸202的操作参数中的一个或更多。可改变操作参数以减小由输出气缸202产生的气态排气的排气体积流率和/或减小由输出气缸202产生的气态排气中的组分浓度。
在一个实施例中，改变IVC参数410(图4中示出)以减小来自输出气缸202的气态排气的排气体积流率。可减小IVC参数410以将较少的空气喷入燃烧室300(图3中示出)中。输出气缸响应于输出气缸202的燃烧室300中减少的空气量而形成相对较少的气态排气。如果来自输出气缸202的气态排气的排气体积流率超出流率阈值，则可减小IVC参数410以减小排气体积流率。
可改变SOI参数422(图4中示出)以减小排气体积流率和/或由输出气缸202形成的气态排气的组分浓度。例如，改变SOI参数422使得燃料在更晚的时间被喷入输出气缸202的燃烧室300(图3中示出)中可减小燃烧室300内部的压力。减小压力还可减小气态排气的组分浓度。
可改变加燃料参数以调整由输出气缸202形成的排气中的燃烧气体的功率、压力和浓度。例如，增加加燃料参数使得更多燃料被喷入输出气缸202的燃烧室300(图3中示出)中可减少保持在气态排气中的氧的量，同时增加二氧化碳(CO2)和水的浓度。减少氧的量并增加将会再循环的排气中的燃烧气体的量可防止氮氧化物(NOx)在非输出气缸200的气态排气中形成。
一旦操作参数改变，方法500的流程便返回到502，在此输出气缸202继续基于依据方法500调整的操作参数而操作。方法500可继续以正向回路或反馈回路方式利用基于发动机性能指数和/或流出物特性指数调整的操作参数来操作，以便减少由输出气缸202产生的组分，同时避免输出气缸202的效率的显著降低。例如，可定期改变操作参数以满足发动机系统的排放和效率目标两者。当发动机系统推进轨道交通工具100所需的功率改变时，方法500可改变操作参数以满足排放和效率阈值或目标。
除了以上结合方法500所描述的反馈回路之外或作为备选方案，可基于特性图和发动机参数(例如速度和负荷以及所需的排放限制)来控制或改变操作参数。例如，控制模块114可基于发动机系统的速度、对发动机系统的负荷需求、和/或确定的排放限制而改变操作参数中的一个或更多。特性图可基于速度、负荷需求和/或排放限制的不同值而提供操作参数中的一个或更多的值或设置。当速度、负荷需求和/或排放限制改变时，控制模块114可参考特性图来确定操作参数的新的或调整后的值。特性图可存储在计算机可读存储介质118上并可从其中读取。
然而，为了满足发动机系统的排放和效率目标两者，方法500可尝试以相反方式改变一个或更多操作参数。例如，在508，为了增加发动机性能指数，方法500可确定IVC参数410(图4中示出)应被延长以增加由燃烧室300(图3中示出)接收的进入空气的量和燃烧室300内部的压力。但是，在514，为了减小流出物特性指数，方法500还可确定IVC参数410应被缩短以减少由燃烧室300接收的进入空气的量和燃烧室300内部的压力。
在一个实施例中，方法500将优先准则或规则应用于对由方法500确定的操作参数的相反改变。例如，相比基于发动机性能指数与阈值的比较而对操作参数的改变，方法500可以为基于流出物特性指数与阈值的比较而对操作参数的改变赋予优先权。如果基于流出物特性指数与阈值的比较而对操作参数的改变与基于发动机性能指数与阈值的比较而对操作参数的改变相反或以其它方式冲突，则将基于流出物特性指数的改变应用于操作参数，而不应用基于发动机性能指数的改变。备选地，如果基于发动机性能指数与阈值的比较而对操作参数的改变与基于流出物特性指数与阈值的比较而对操作参数的改变相反或以其它方式冲突，则将基于发动机性能指数的改变应用于操作参数，而不应用基于流出物特性指数的改变。
如本文所用，以单数形式叙述和前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非明确叙述了这种排除。此外，对当前描述主题的“一个实施例”的引用并非意图被解释为排除也并入所陈述特征的另外实施例的存在。此外，除非叙述为相反，否则“包括”或“具有”具有特定性质的一个或多个元件的实施例可包括没有那种性质的另外的此类元件。
应当理解，以上描述意图为说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。此外，可做出许多修改以使特定情形或材料适合本文阐述的主题的教导，而不脱离其范围。虽然本文所述材料的尺寸和类型意图限定所公开主题的参数，但是它们决不是限制性的，而只是示例性的实施例。通过回顾以上描述，许多其它实施例对本领域普通技术人员将显而易见。因此，本文所述主题的范围应当参照所附权利要求连同授予这些权利要求的等同物的全部范围来共同确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通英语等同物。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标签，而并不意图对其对象强加数字要求。
本书面描述使用示例来公开本文所阐述的主题的若干实施例，包括最佳方式，并且还使本领域普通技术人员能够实践所公开主题的实施例，包括制造和使用装置或系统以及执行方法。本文所述主题的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言没有差别的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这样的其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种发动机系统，包括：
多个气缸，其包括一个或更多输出气缸和一个或更多非输出气缸；以及
控制模块，其相对于或基于所述一个或更多非输出气缸的操作而控制所述一个或更多输出气缸的操作。
2. 根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块通过以相对于所述非输出气缸对应操作参数的操作的确定比率影响输出气缸操作参数而控制所述输出气缸的操作。
3. 根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于所述非输出气缸的空气燃料比而控制所述输出气缸的操作。
4. 根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块基于发动机性能指数或流出物特性指数而控制所述输出气缸的操作。
5. 根据权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述发动机性能指数基于下列中的一个或更多：置于所述发动机系统上的负荷、所述发动机系统的速度、所述发动机系统的温度、通过所述发动机系统的空气流率、流过联接到所述发动机系统的歧管的空气的温度、流过所述发动机系统的冷却剂的温度、置于所述发动机系统上的所要求的功率水平需求、进入所述发动机系统的空气的氧含量、邻近所述发动机系统测量的大气压、测量的涡轮增压器速度、检测到的涡轮增压器喘振事件、或者前述中的一个或更多具有即将跨过确定阈值的值的指示。
6. 根据权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述流出物特性指数表示气态排气的组分浓度，并且所述组分为颗粒物或者氧、一氧化碳、二氧化碳或氮氧化物中的一种或多种。
7. 根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块与下列中的一个或更多通信联接：
至少一个输出气缸的进气阀，以控制限定所述进气阀何时打开或关闭的进气阀闭合(IVC)参数；
所述输出气缸的排气阀，以控制限定所述排气阀何时打开或关闭的排气阀闭合(EVC)参数；或者
燃料喷射器，以控制喷射起点(SOI)参数。
8. 根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块与所述输出气缸的燃料喷射器通信联接，以控制：
燃料何时被喷入所述一个或更多输出气缸中，
多少燃料被喷入所述一个或更多输出气缸中，
喷入所述一个或更多输出气缸中的燃料/空气混合物的燃料空气比，
所述燃料被喷入所述一个或更多输出气缸中的压力，或者
用于从所述燃料喷射器接收燃料的碗状构造。
9. 根据权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块与发动机性能传感器通信联接，以监测所述输出气缸的发动机性能指数为由所述输出气缸产生的功率或所述输出气缸的效率中的至少一个。
10. 根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述控制模块与流出物传感器通信联接，以监测由所述输出气缸产生的气态排气的流出物特性指数为来自所述输出气缸的气态排气的排气体积流率或组分浓度中的至少一个。
11. 一种用于控制多个气缸的方法，所述多个气缸包括一个或更多输出气缸和一个或更多非输出气缸，所述方法包括：
相对于或基于所述一个或更多非输出气缸的操作而控制所述一个或更多输出气缸的操作。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，控制所述操作包括按照由操作参数限定的多冲程循环来操作发动机系统的非输出气缸和输出气缸，所述操作参数包括所述多冲程循环的阀定时、所述多冲程循环的喷射定时、或者在所述多冲程循环期间由所述非输出气缸和所述输出气缸接收的燃料的量中的至少一个；并且，所述方法还包括：
监测所述输出气缸的发动机性能指数或者由所述非输出气缸或所述输出气缸中的至少一个产生的气态排气的流出物特性指数中的至少一个；以及
基于所述发动机性能指数或所述流出物特性指数中的至少一个，相对于所述非输出气缸的多冲程循环的操作参数而改变所述输出气缸的多冲程循环的操作参数中的至少一个。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述改变包括调整所述输出气缸的操作参数中的进气阀闭合(IVC)参数，所述IVC参数限定所述输出气缸的进气阀何时打开或关闭。
14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述改变包括调整所述输出气缸的操作参数中的喷射起点(SOI)参数，所述SOI参数限定所述燃料何时被喷入所述输出气缸中。
15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述改变包括调整所述输出气缸的操作参数中的加燃料参数，所述加燃料参数限定喷入所述输出气缸中的燃料的量。
16. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述改变包括调整所述输出气缸的操作参数中的排气阀闭合(EVC)参数，所述EVC参数限定所述输出气缸的排气阀何时打开或关闭。
17. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述监测包括测量所述输出气缸的发动机性能指数为由所述输出气缸产生的功率或所述输出气缸的效率中的至少一个。
18. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，控制所述操作包括响应性地调整所述输出气缸的操作参数中的进气阀闭合(IVC)参数、喷射起点(SOI)参数、加燃料参数以及排气阀闭合(EVC)参数中的一个或更多，所述IVC参数限定所述输出气缸的进气阀何时打开或关闭，所述SOI参数限定所述燃料何时被喷入所述输出气缸中，所述加燃料参数限定喷入所述输出气缸中的燃料的量，并且所述EVC参数限定所述输出气缸的排气阀何时打开或关闭。
19. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
感测下列中的一个或更多：置于所述发动机系统上的负荷值、所述发动机系统的速度、所述发动机系统的温度、通过所述发动机系统的空气流率、流过联接到所述发动机系统的歧管的空气的温度、流过所述发动机系统的冷却剂的温度、置于所述发动机系统上的所要求的功率水平需求、进入所述发动机系统的空气的氧含量、邻近所述发动机系统的大气压、涡轮增压器速度、或者涡轮增压器喘振事件；以及
通过以下方式控制所述输出气缸的操作：调整所述输出气缸中的进气阀的定时、改变由燃料喷射器喷入输出气缸中的燃料的量或定时、或者调整所述输出气缸中的排气口的定时。
20. 一种发动机系统，包括：
非输出气缸，其具有第一活塞，所述第一活塞接合到轴并且能够按照多冲程循环在所述非输出气缸的第一燃烧室内移动；
输出气缸，其具有第二活塞，所述第二活塞接合到所述轴并且能够按照所述多冲程循环在所述输出气缸的第二燃烧室内移动，所述非输出气缸和所述输出气缸根据所述非输出气缸和所述输出气缸的操作参数来接收空气和燃料，以点燃所述燃料并使所述第一和第二活塞分别在所述第一和第二燃烧室内移动，所述操作参数限定所述多冲程循环的阀定时、所述多冲程循环的喷射定时、或者在所述多冲程循环期间由所述非输出气缸和所述输出气缸接收的燃料的量中的至少一个；以及
控制模块，其与所述非输出气缸和所述输出气缸通信联接，所述控制模块基于发动机性能指数或由所述输出气缸和非输出气缸中的一个或更多产生的气态排气的流出物特性指数中的一个或更多而相对于所述非输出气缸的操作参数来改变所述输出气缸的操作参数中的至少一个。
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