CN103717863A - 用于在隧道操作中控制发动机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于车辆中的发动机的各种方法和系统，发动机具有进气口和排气口。在一个示例中，一种方法包括响应于进气成分或排气成分中的一个或多个，判定车辆处于隧道操作。该方法还包括响应于隧道操作的判定，调节一个或多个操作参数。

Description

用于在隧道操作中控制发动机的方法和系统
技术领域
本发明公开的主题的实施例涉及用于在隧道操作中控制内燃机的操作的方法和系统。
背景技术
某些车辆（例如轨道车辆）会经历隧道操作，在隧道操作中车辆行驶通过狭窄的空间，例如隧道。在隧道操作中，车辆的各种系统（例如发动机系统和冷却系统）的温度会升高。在某些示例中，温度会很大程度增大，导致轨道车辆的发动机功率降低和过热。
在一个方法中，响应于基于环境温度、涡轮机进口温度或发动机油温度表示出隧道操作，通过调节操作参数（例如发动机排气再循环（EGR））可以减少排出到冷却系统和隧道的热量。例如，可以基本上或完全减少发动机EGR量。但是，在这样的方法中，在发动机进入隧道内足够远从而各种系统的温度已经增加之前不能调节操作参数。此外，如果发动机EGR量被完全减少，会违反排放规定。
发明内容
在一个实施例中，一种用于车辆的发动机的示例性方法，发动机包括进气口和排气口，该方法包括响应于进气成分或排气成分中的一个或多个判定车辆处于隧道操作。此外，该方法还可以包括响应于隧道操作的判定，调节一个或多个操作参数，例如调节发动机EGR量、燃料喷射正时（fuel injection timing）、增压水平和/或其他参数。
这样的方法利用相比于隧道外部隧道内部的周围环境中的成分的变化。具体地，在隧道外部，引入到发动机中的进气主要由环境空气构成，环境空气在给定的气压或高度下具有已知的成分浓度。在车辆进入隧道时，来自其他车辆的排气会被捕获，进气的成分浓度会变化，因此还改变排气成分浓度。例如，在隧道中捕获的更高水平的发动机排气会稀释在隧道中由发动机引入的环境空气。通过检测发动机进气和/或排气成分浓度，在车辆的车辆系统的一个或多个部件的温度升高之前，可以指示出车辆的隧道操作。以此方式，在隧道内部温度开始大幅升高之前，可以调节一个或多个操作参数。此外，操作参数（例如发动机EGR量）可以响应于进气成分浓度被调节，由此，在隧道操作期间可以更好地保持符合排放规定。
应当理解，上面的简要描述用来以简要的形式介绍将要在说明书中更详细描述的选择的概念。这不是要确定要求保护的主题的关键或重要特征，要求保护的主题的范围由说明书后的权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决上面或者本说明书的任何部分中提到的任意缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读对非限制性实施例的下列描述，将更好地理解本发明，其中：
图1示出包括具有微粒过滤器的排气处理系统的发动机的示意图。
图2示出包括多个轨道车辆的火车的示例性实施例的示意图。
图3示出行驶通过隧道的火车的示意图。
图4示出说明用于指示车辆的隧道操作的方法的流程图。
图5示出说明在车辆的隧道操作期间调节一个或多个操作参数的流程图。
具体实施方式
下面的描述涉及用于车辆中的发动机的方法和系统的各种实施例。在一个实施例中，一种示例性方法包括判定进气或排气成分浓度是否超过阈值浓度，并且响应于排气成分浓度超过阈值浓度来指示出车辆处于隧道操作。该方法还可以包括响应于指示出隧道操作来调节一个或多个发动机操作参数。通过检测发动机进气和/或排气成分浓度，可以比环境温度或发动机油温用作隧道操作的指示的情况，更快地识别出车辆的隧道操作。以此方式，可以更快地调节一个或多个操作参数，以使得更好地保持符合排放规定，同时隧道中可获得的功率增加，并且散热到隧道减少。可替换地，通过发动机进气和/或排气成分浓度来识别出隧道操作，还可以是隧道操作的更精确指示，并且还可以是对其他隧道检测技术（例如前述基于温度的识别）的补充。
本发明描述的示例性隧道检测和隧道操作方法可以用于各种发动机类型、各种发动机驱动的系统，包括半机动（semi-mobile）或机动（mobile）平台。半机动平台可以在操作时段之间被重新定位，例如安装在平坦拖车上。机动平台包括自驱式（self-propelled）车辆。这些车辆可以包括采矿设备、船舶、路上交通工具、越野车辆（OHV）和轨道车辆。为便于说明，提供机车作为支持结合有本发明的实施例的系统的示例性机动平台。
在进一步讨论用于隧道操作的方法之前，公开平台的示例，其中发动机定位在车辆中，例如轨道车辆。例如，图1示出车辆系统100（例如机车系统）的示例性实施例的框图，车辆系统100在这里描绘成轨道车辆106，轨道车辆106构造成通过多个车轮112在轨道102上运行。如图所示，轨道车辆106包括内燃机104。在其他非限制性实施例中，如上所述，发动机104可以是例如在发电厂应用中的固定发动机，或者可以是船舶或越野车辆推进系统中的发动机。
发动机104从进气口（例如进气通道114）接收用于燃烧的进气。进气口可以是使气体流过以进入发动机的任意适合的导管。例如，进气口可以包括进气歧管、进气通道等。进气通道114接收来自空气滤清器（未示出）的环境空气，该空气滤清器过滤来自轨道车辆106外部的空气。由于发动机104中燃烧产生的排气被供应至排气口，例如排气通道116。排气口可以是使气体从发动机流出的任意适合的导管。例如，排气口可以包括排气歧管、排气通道等。排气流过排气通道116，并且从轨道车辆106的排气管（未示出）离开。在一个示例中，发动机104是通过压缩点火燃烧空气和柴油的柴油发动机。在其他非限制性实施例中，发动机104可以通过压缩点火（和/或火花点火）燃烧包括汽油、煤油、生物柴油、或具有类似密度的其他石油馏出物的燃料。
在图1所示的示例性实施例中，发动机104是具有十二个汽缸的V-12发动机。在其他示例中，发动机可以是V-6、V-8、V-10、V-16、I-4、I-6、I-8、对置4发动机或其他发动机类型。如图所示，发动机104具有包括八个汽缸的一组非供体汽缸（non-donor cylinders）107和包括四个汽缸的一组供体汽缸（donor cylinders）108。在其他实施例中，发动机可以包括至少一个供体汽缸和至少一个非供体汽缸。例如，发动机可以具有六个供体汽缸和六个非供体汽缸，或者具有三个供体汽缸和九个非供体汽缸。应当理解，发动机可以具有任意期望数量的供体汽缸和非供体汽缸，其中供体汽缸的数量通常小于非供体汽缸的数量。
如图1所示，非供体汽缸107联接到排气通道116以将排气从发动机（在排气经过排气处理系统130和涡轮增压器120之后）引导到大气。提供发动机排气再循环（EGR）的供体汽缸108排他地联接到EGR系统160的EGR通道162，EGR通道162将来自供体汽缸108的排气引导到发动机104的进气通道114而不是大气。通过将排气引入到发动机104，可用于燃烧的氧气量降低，从而降低燃烧火焰温度并减少形成氮氧化物（例如NOX）。在图1所示的示例性实施例中，从供体汽缸108流到进气通道114的排气流过热交换器（例如EGR冷却器166）以在排气返回到进气通道114之前冷却排气。
此外，EGR系统160包括布置在排气通道116和EGR通道162之间的EGR阀164。例如，EGR阀164可以是由控制器148控制的开关阀，或者可以控制EGR的可变量。在某些示例中，EGR阀164可以被致动以使得EGR量减小（排气从EGR通道162流到排气通道116）。在其他示例中，EGR阀164可以被致动，以使得EGR量增加（例如，排气从排气通道116流到EGR通道162）。在某些实施例中，EGR系统160可以包括多个EGR阀以控制EGR量。
在其他实施例中，发动机可以不具有任意为EGR设计的汽缸，例如，发动机可以不包括供体汽缸。在这样的构造中，EGR可以从排气通道中的位置引导至进气通道。在某些示例中，EGR的量可以由设置在位于进气通道和排气通道之间的EGR通道中的一个或多个EGR阀来控制。
在其他实施例中，发动机可以不是构造成用于EGR。例如，发动机可以不包括任意供体汽缸，发动机可以不具有将排气从排气通道引导至进气通道的系统。但是，在这样的实施例中，例如在隧道操作期间，发动机仍然可以接收来自环境的排气，如下文所述。
在某些实施例中，发动机104可以构造成至少部分时间利用米勒循环（Miller cycle）进行操作以增加发动机的容积效率（volumetricefficiency）。在某些示例中，发动机可以利用晚米勒循环进行操作，其中发动机的进气气门（未示出）在发动机循环的压缩冲程的一部分期间保持打开。在其他示例中，发动机可以利用早米勒循环进行操作，其中进气气门相对早地关闭（例如，在进气冲程的下死点之前）。在某些示例中，通过可变气门正时致动器或致动系统可以控制进气气门和排气气门。通过利用米勒循环操作发动机，例如由于更低的满负荷温度，氮氧化物（NOx）排放可以减少。
如图1所示，发动机系统110包括布置在进气通道114和排气通道116之间的涡轮增压器120。涡轮增压器120增加被吸入到进气通道114中的环境空气的空气装载量（air charge），以在燃烧期间提供更大的装载密度，以增加功率输出和/或发动机操作效率。涡轮增压器120可以包括至少部分地由排气涡轮（未示出）驱动的进气压缩机（未示出）。尽管在这种情况下包括单个涡轮增压器，但是系统可以包括多个涡轮机和/或压缩机级。
发动机系统110还包括联接在排气通中的排气处理系统130以减少管制的排放。如图1所示，排气处理系统130布置在涡轮增压器120的下游。在其他实施例中，排气处理系统130可以附加地或可替换地设置在涡轮增压器120的上游。排气处理系统130可以包括一个或多个部件。例如，排气处理系统130可以包括一个或多个柴油机微粒过滤器（DPF）、柴油机氧化催化剂（DOC）、选择性催化还原（SCR）催化剂、三元催化剂、NOx捕获器、各种其他排放控制装置或其组合。
轨道车辆106还包括控制器148以控制与车辆系统100相关的各种部件。在一个示例中，控制器148包括计算机控制系统。控制器148还包括具有代码的计算机可读存储介质（未示出），以能够实现对轨道车辆操作的机载监测和控制。尽管控制器148监管对车辆系统100的控制和管理，但是控制器148可以构造成接收来自如本发明进一步详述的多种发动机传感器的信号，以确定操作参数和操作条件，并相应地调节各种发动机致动器以控制轨道车辆106的操作。例如，控制器148可以接收来自各种发动机传感器的信号，包括但不限于发动机速度、发动机负载、增压压力、排气压力、环境压力、排气温度等。相应地，控制器148可以通过发送命令至各种部件（例如牵引马达、交流发电机、汽缸气门、节气门等）来控制车辆系统100。
作为另一示例，控制器可以接收来自布置在进气通道114中的一个或多个进气成分（例如，O2、NOx、CO2等）传感器146的表示进气成分浓度的信号。传感器146可以定位在进气通道114中的各种位置上，包括涡轮增压器120的上游和/或涡轮增压器120的压缩机的下游、以及将EGR引入到进气系统的上游和/或将EGR引入到进气系统的下游。附加地，传感器146可以联接到发动机的所有汽缸、或者发动机汽缸的子集或发动机的单个汽缸的进气口。
控制器148还可以接收设置在排气通道116和EGR通道162中的一个或多个排气成分（例如，O2、NOx、CO2等）传感器142、144的分别表示排气成分浓度的信号。排气传感器142、144可以定位在排气通道116中的各种位置上，包括涡轮增压器120的涡轮机的上游和/或下游、EGR输出端的上游和/或下游。附加地，传感器142、144可以联接到发动机的所有汽缸、或者发动机汽缸的子集或发动机的单个汽缸的进气口。
例如，环境空气（例如，当车辆不在隧道中操作时车辆周围的环境空气）包括大约0%的NOx和21%的O2。在隧道操作期间，当隧道内部的环境中存在很大量的排气时，由发动机带来的进气可以包括附加的排气（例如隧道环境排气再循环/EGR），并因此NOx的水平增加并O2的水平降低。由发动机带来的环境气体中的这种变化会引起进气通道114中NOx浓度增加并且排气通道116中NOx浓度降低，和/或进气通道114和排气通道116两者中的O2浓度降低。如下文将更详细描述的，响应于接收到进气或排气浓度太低或太高（例如，高于或低于期望阈值）的信号，可以表示隧道操作，控制器148可以调节操作参数。例如，响应于进气通道114中O2浓度太低的指示，控制器148可以调节EGR阀以减少EGR量。
在另一示例中，控制器148可以使用来自定位传感器（例如全球定位系统（GPS）接收器154）的信号来估计轨道车辆106的地理坐标。可以估计或计算车辆106的地理坐标。例如，来自GPS接收器154的GPS信号可以用于计算车辆的地理坐标。车辆（例如轨道车辆106）的路径中地理特征可以由操作者提供信号或者计算。例如，一组预定地理特征的地理坐标可以存储在表中。车辆和预定地理特征组之间的距离可以被计算出，以使得可以确定最近的地理特征以及其距离。可以存储在预定地理特征组中的地理特征的非限制性示例包括隧道进口、陡坡和城市边界。此外，GPS可以包括与预定地理特征有关的存储信息，例如隧道的长度和隧道的坡度。
在某些实施例中，用于控制器的软件升级包括非瞬时、计算机可读介质，该计算机可读介质包括指令，当处理器执行指令时，在由一个或多个发动机进气和/或排气成分传感器指示出隧道操作时，基于发动机进气和/或排气成分变化识别出隧道条件和/或控制轨道车辆以调节一个或多个操作参数。例如，计算机可读介质可以包括用于接收进气或排气成分浓度的指令、和当进气和/或排气浓度超过预定浓度时表示隧道操作的指令。计算机可读介质还可以包括响应于隧道操作指示来调节一个或多个发动机操作参数（例如，EGR量和/或可变气门正时（variable valve timing））的指令。
在某些实施例中，可以安装在轨道车辆上的升级套件可以包括非瞬时计算机可读介质，该计算机可读介质包括指令，以用于通过一个或多个发动机进气或排气成分浓度传感器来识别出隧道操作、和/或响应于由一个或多个发动机进气或排气成分浓度传感器识别出隧道操作的指示来调节一个或多个发动机操作参数。升级套件还可以包括一个或多个传感器或其他机械元件，例如进气成分浓度传感器、排气成分浓度传感器、温度传感器等。此外，升级套件还可以包括具有用于安装附加传感器和/或软件升级的人类可读指令的介质。
图1中所示的轨道车辆106可以是组成轨道车辆编组(consist)或火车（例如图2中所示的示例性火车200）的多个轨道车辆中的任一个。火车200包括构造成在轨道210上运行的多个轨道车辆（例如机车202、204、206）和多个车厢208。多个机车202、204、206包括本务机车(lead locomotive)202和一个或多个远程机车（remote locomotives）204、206。尽管图示示例表示出三个机车和四个车厢，但是火车200中可以包括任意适当数量的机车和车厢。此外，在图2-图3的示例中，火车向右行驶，尽管火车可以沿任一方向行驶。
机车202、204、206由发动机214提供动力，而车厢208可以不被提供动力。在一个示例中，机车202、204、206可以是由柴油机提供动力的柴油电机车。但是，在替换实施例中，例如，机车可以利用替代发动机构造来提供动力，例如汽油发动机、生物柴油发动机、天然气发动机、或路旁（例如，悬链、第三轨）电力。
机车202、204、206和车厢208通过车钩212彼此联接。尽管图示的示例示出机车202、204、206通过穿插的车厢208彼此连接，但是在替换实施例中，一个或多个机车可以连续地连接作为一个编组，而一个或多个车厢208可以连续地联接到远程机车（即，不在引导编组中的机车）。
每个机车可以包括机车控制器218，机车控制器218构造成接收来自火车200的每个机车的信息并将信号传送到每个机车。此外，每个机车控制器218可以接收来自火车200的各种传感器的信号，并且相应地调节火车的操作。每个机车控制器218可以联接到发动机控制器216，例如上文参照图1所述的控制器148，以调节每个机车的发动机操作。如参照图4-图5详述的，每个发动机控制器216可以接收表明排气成分（例如NOx）浓度小于阈值浓度的信号。相应地，每个发动机控制器216可以确定机车在隧道中操作，每个发动机控制器216可以调节一个或多个发动机操作参数。
图3示出在隧道310中操作的具有多个机车302、304和306和多个车厢308的火车300的示例，例如参照图2所述的火车200。在隧道操作期间，发动机控制器可以每个机车为基础来调节发动机操作参数。例如，一个机车中的EGR量可以减少，而另一机车中的EGR量不减少。
如图所示，本务机车302是火车中进入隧道的第一个机车。因为在本务机车302前面不存在机车，所以与远程机车304和306相比，本务机车302可以利用更低的温度进行操作，并且可以摄取更少的排气。由此，与远程机车304和306相比，在本务机车302中进气和排气成分浓度可以不是一样多或一样快地改变。因此，在本务机车302进一步到达隧道内部之前，不会指示出隧道操作，在本务机车302中可以更少地或更晚地调节发动机EGR量和/或可变气门正时。在某些示例中，根据隧道的长度，例如，在本务机车302中可以不指示出隧道操作。
相反，当远程机车306进入隧道310时，远程机车306的温度可以相对快速地增加，远程机车306可以摄取大量的排气（例如，隧道环境EGR），这是由于在远程机车306前方存在两个机车。因此，进气和排气成分浓度传感器可以在远程机车306进入隧道之后不久用信号表示成分浓度的变化。由此，一旦远程机车306进入隧道310，远程机车306的发动机EGR量可以被大幅度减小，甚至减小到零。
因此，在隧道操作期间，可以以单独的机车为基础确定发动机操作参数。以此方式，一个机车可以利用相对高的发动机EGR量进行操作，而另一机车利用为零的发动机EGR量进行操作。
图4-图5示出说明操作车辆（例如，上文参照图1所述的轨道车辆106）中的发动机的方法的流程图。图4中示出基于从进气和/或排气成分浓度传感器接收的信号指示出隧道操作的方法。图5示出响应于指示出隧道操作来调节一个或多个操作参数的方法。操作参数可以包括发动机操作条件、车辆速度等。
图4示出说明用于确定车辆是否在隧道中操作的方法400的流程图。具体地，该方法确定进气成分浓度或排气浓度成分是否已经超过阈值，这指示出当车辆行驶通过狭窄空间（例如隧道）时出现的发动机正在摄取排气。
在402，确定操作条件。操作条件可以包括发动机温度、环境温度、空气-燃料比等。
在404，确定车辆系统是否被预热(warm up)。预热暗示车辆系统的各种部件（包括发动机和各种传感器）已经被加温到相应的操作温度。例如，在进气和排气传感器的输出精确之前，进气和排气传感器需要达到启动(light-off)温度。如果确定车辆系统未被预热，则该方法结束。在某些实施例中，当车辆系统未被预热时，隧道操作可以由GPS信号、空气、油或水的温度、温度上升速率、和/或涡轮增压器进气温度来表示出。
另一方面，如果系统被预热，则该方法继续到406，其中确定进气成分浓度和/或排气成分浓度。例如，进气成分可以是NOx或O2。类似地，排气成分可以是NOx或O2。如上所述，隧道外部的环境空气一般具有浓度约为0%的NOx和浓度约为21%的O2。当车辆进入隧道并且排气被摄取时，进气通道中NOx的浓度可以增大（例如超过阈值进气NOx浓度），且进气通道中的O2的浓度可以减小（例如，降低到低于阈值进气O2浓度）。此外，排气通道中NOx和O2的浓度可以减小（例如降低到低于各自的阈值排气浓度）。在其他示例中，二氧化碳（CO2）的进气和排气浓度可以附加地或可替换地用于确定车辆正在行驶通过隧道。因此，当在408确定进气成分浓度或排气成分浓度中的一个或多个超过阈值浓度时，在410例如通过在车辆上的显示装置和/或通过传送到控制器（例如车辆的或在编组中的联接到该车辆的另一车辆的机车控制器218）的编码消息，指示出隧道操作。例如，编组中的多个车辆可以包括操作发动机，仅某些车辆可以包括升级以识别出隧道操作。由此，升级的车辆可以与编组中的其他未升级车辆通信以指示出隧道操作。其他未升级车辆然后可以根据隧道指示以及该未升级车辆相对于已经识别出隧道操作的车辆的位置来采取动作（例如，减小EGR量）。
在某些示例中，可以基于进气NOx和O2的组合超过阈值来识别出隧道操作。在其他示例中，排气NOx和O2的组合可以超过阈值。阈值可以是恒定值，或者阈值可以作为其他参数（例如，高度和/或大气压力）的函数而成为可变的。
相反，如果确定进气成分浓度和/或排气成分浓度未超过各自的阈值浓度，则方法进行至414并且继续当前发动机操作。
一旦在410指示出隧道操作，该方法进行至412，在此调节一个或多个操作参数（例如，可变气门正时和EGR量）。在某些示例中，可变气门正时可以经调节，以使得进气气门关闭正时被提前以减少晚米勒循环发动机操作。在其他示例中，可变气门正时可以经调节，以使得进气气门关闭正时被推迟以减少早米勒循环发动机操作。在其他示例中，EGR量可以经调节，如下文参照图5所述。例如，可以通过开环或闭环反馈来调节EGR量。在其他实施例中，可变气门正时可以经调节，EGR量可以经调节。
因此，一个或多个进气成分浓度传感器和/或排气成分浓度传感器可以用于指示出车辆的隧道操作。响应于指示出车辆的隧道操作，一个或多个操作参数可以被调节。以此方式，在火车或轨道车辆编组中的一个车辆中被调节的操作参数在该火车或轨道车辆编组中的另一车辆中可以不调节或者按不同的方式被调节。例如，火车的本务车辆中的操作参数可以在隧道中不被调节，而火车的远程车辆中的一个或多个操作参数可以几乎在远程车辆一进入隧道就被调节。由此，车辆和/或火车的隧道性能可以被改善。
图5示出一旦指示出车辆的隧道操作（图4）就调节一个或多个操作参数的方法500。具体地，该方法基于隧道调节策略来调节一个或多个操作参数。如上所述，隧道操作可以由一个或多个排气成分传感器、空气、油和/或水的温度、温度升高速率、GPS信号、涡轮增压器进气温度等来指示出。
在502，选择隧道调节策略。隧道调节策略可以基于车辆的操作条件，例如各种车辆部件（例如，发动机、热交换器等）的温度、环境温度、隧道环境EGR量等。
在504，基于隧道调节策略来调节一个或多个操作参数。操作参数包括在506的开环发动机EGR、在508的闭环发动机EGR、在510的将发动机EGR量减小到0%、和在512的减小米勒循环操作。
在某些实施例中，减小发动机EGR量和/或减小米勒循环操作可以基于操作参数（例如，发动机或空气处理限制或保护参数）发生。例如，操作参数可以是通过涡轮增压器的压缩机的流动。在减小发动机EGR和/或米勒循环操作时，通过涡轮增压器的压缩机的流动增加，导致压缩机性能图上压缩机朝向阻塞（choke）移动。因此，发动机EGR和/或米勒循环操作可以减小的量会受到通过压缩机的最大允许流动限制，以减小压缩机退化。在一个示例中，根据发动机或空气限制或保护参数，发动机EGR可以仅从30%减小到10%，而不是在隧道操作期间将发动机EGR从30%减小到0%。
开环发动机EGR可以如由发动机试验所确定的那样被减小，以使得维持符合排放规定，同时隧道中可获得的动力增加，并且减少散热到隧道。例如，通过减小发动机EGR，减小从EGR冷却器散热到隧道。EGR的开环调节可以不包括感测总EGR量（例如，发动机和隧道环境EGR量）。例如，当指示出隧道操作时，发动机EGR量可以减小预定或恒定的量。再例如，发动机EGR可以减小可变量，该可变量可以是隧道环境EGR的替代物的函数，该替代物例如是测量的环境温度、测量的涡轮增压器进气温度、估计的进入隧道的时间或距离连同机车在火车中的位置的信息等等。应当注意本方法不需要进气或排气成分传感器。
闭环发动机EGR可以基于NOx或O2传感器反馈被减小，以使得保持符合排放规定，同时隧道中可获得的动力增加，并且减少散热到隧道。例如，发动机EGR可以与由进气NOx或O2传感器检测的隧道环境EGR量成比例地减小，或者相对于该隧道环境EGR量减小。
闭环发动机EGR调节可以按照两种方法执行。在第一种方法中，系统可以针对期望的排放输出闭环连续地修正，而不考虑隧道操作。在这样的示例中，可以使用排气NOx传感器，由于排气NOx是关注的受规定排放。在第二种方法中，系统可以仅在检测到隧道时修正。使用GPS系统例如可以装备控制系统，以与在非隧道操作期间不同地调节参数以利用隧道环境EGR。GPS系统可以在发动机某时进入隧道之前使得发动机控制器知道将到达隧道，而其他隧道检测器指示器（例如进气或排气成分传感器）是反应性的，并且仅在车辆在隧道内部时指示出隧道操作。
第二种方法的优点在于，在离开隧道之后，控制器可以使隧道调节“归零”，而不是更慢速地重新修整为正常非隧道条件。仅在隧道内部修正的另一优点在于，如果在来自其他传感器的输出和隧道中的排气NOx之间产生相关性，则可以使用除排气NOx之外的其他传感器。这些其他传感器方法的类别（进气NOx、进气/排气O2、进气/排气CO2等）可以作为代替闭合的开环，由于它们是隧道操作和隧道环境EGR的明确指示器，但是它们不是与关注的参数（排气NOx）直接关联。由此，附加分析可以用于使这些其他参数与总EGR水平（并最终和排气NOx）相关联，并且可以在该相关性中包括其他感测的和/或命令的参数。例如，控制器可以命令多个致动器以朝着控制器正常将期望的30%EGR的参数驱动，但是传感器反馈（例如，O2、NOx、CO2等）指示出估计的总（例如，发动机加上隧道环境）EGR率大约为40%EGR。因此，控制器减少对20%发动机EGR率的命令，以使得估计的总EGR率为30%。
在某些实施例中，发动机EGR量可以减小到0%（例如，完全关闭）以使得隧道中可获得的功率最大化并且使从EGR系统散热到隧道最小化。
在某些示例中，可以通过调节EGR阀来减小发动机EGR量。例如，EGR阀可以经调节，以使得EGR通道中的排气在进入EGR冷却器之前被引导至排气通道。在其他实施例中，可以通过减少对发动机的供体汽缸的燃料供应和/或增加对发动机的非供体汽缸的燃料供应，来调节发动机EGR量。例如，一个或多个供体汽缸可以略过点火（skip-fired），以使得来自略过点火的供体汽缸的排气可以基本上由汽缸中引入的气体组成，并且由于不发生燃烧，所以排气的温度可以被大幅度降低。在某些示例中，可以在每个供体汽缸中减少供应燃料。在其他示例中，可以切断（例如，完全减少）对一个或多个供体汽缸供应燃料。在其他示例中，可以切断对供体汽缸的子集燃料供应。以此方式，可以减少从EGR冷却器散热（例如，EGR冷却器的热负荷）。
通过调节可变气门正时以使得隧道中可获得的功率增加并且向隧道散热减小，可以减少发动机的米勒循环操作。例如，可以通过提前发动机的一个或多个汽缸中的进气气门关闭正时来减少米勒循环操作。当米勒循环操作减少时，在燃烧期间产生的NOx量会降低。但是，隧道环境EGR会补偿增加的NOx量，以使得排放不增加。因此，可以基于由NOx或O2传感器检测到的隧道环境EGR量来减少米勒循环操作。此外，在某些示例中，在米勒循环操作减少的同时，涡轮增压可以减少。
在一个示例中，可以单独地调节操作参数。例如，可以调节一个操作参数。在另一示例中，可以一次或按照具体次序单独地调节操作参数的组合。例如，响应于指示出隧道操作，可以减少开环发动机EGR和米勒循环操作。再例如，可以减少闭环EGR以维持符合排放规定，但是随着达到发热限制，发动机EGR量可以减小到0%。
因此，响应于指示出隧道操作，一个或多个操作参数可以被调节，以减少向隧道散热。通过减少向隧道散热，可以减少车辆系统的过热。此外，通过响应于在进气或排气中由NOx或O2传感器检测到的EGR指示来调节一个或多个操作参数，可以保持符合车辆的排放规定。
一个实施例涉及用于车辆中的发动机的方法；该发动机具有进气口和排气口。该方法包括响应于（例如，基于）进气成分或排气成分中的一个或多个，执行车辆是否处于隧道操作的判定（例如，自动判定）。该方法还包括基于判定来控制车辆，例如控制车辆的发动机从一个操作状态或模式到另一不同的操作状态或模式。控制车辆的步骤可以包括响应于判定出隧道操作来调节一个或多个操作参数。
另一实施例涉及存储一个或多个非易失性电子可读指令集的有形介质，该指令集在由电子设备（例如处理器）访问和执行时引起电子设备根据一个或多个指令集的内容，通过电子设备自身或通过电子设备控制或以其他方式与其他系统和设备通信，来进行下列操作：响应于（例如，基于）与车轮的发动机关联的进气成分或排气成分中的一个或多个，执行车辆是否处于隧道操作的判定（例如，自动判定）；并且基于判定来控制车辆，例如从一个操作状态或模式到另一不同的操作状态或模式。控制车辆可以包括响应于判定出隧道操作产生控制信号，以调节一个或多个操作参数。
在一种用于车辆的发动机的方法的另一实施例中（例如，一种控制发动机的方法），该方法包括判定进气成分浓度或排气成分浓度是否超过预定浓度。该方法还包括响应于进气成分浓度或排气成分浓度中的一个或多个超过预定浓度，产生车辆处于隧道操作的指示。该方法还包括响应于隧道操作的指示，来减少发动机排气再循环量。
另一实施例涉及存储一个或多个非易失性电子可读指令集的有形介质，该指令集在由电子设备（例如处理器）访问和执行时引起电子设备根据一个或多个指令集的内容，通过电子设备自身或通过电子设备控制其他系统和设备或以其他方式与其他系统和设备通信，来进行下列操作：判定（车辆的发动机的）进气成分浓度或排气成分浓度是否超过预定浓度；响应于进气成分浓度或排气成分浓度中的一个或多个超过预定浓度，产生车辆处于隧道操作的指示；和响应于隧道操作的指示，来减少发动机排气再循环量。
在一种用于车辆的发动机的方法的另一实施例中，该方法包括确定与由发动机摄取的隧道环境排气再循环有关的参数。该参数可以是隧道环境排气再循环的量，例如隧道环境排气再循环的浓度，或者隧道环境排气再循环的一个或多个成分的各自浓度。该方法还包括基于该参数控制发动机或车辆的另一系统。
另一实施例涉及存储一个或多个非易失性电子可读指令集的有形介质，该指令集在由电子设备（例如处理器）访问和执行时引起电子设备根据一个或多个指令集的内容，通过电子设备自身或通过电子设备控制其他系统和设备或以其他方式与其他系统和设备通信，来进行下列操作：确定与由车辆的发动机摄取的隧道环境排气再循环有关的参数；和基于该参数控制发动机或车辆的另一系统。该参数可以是隧道环境排气再循环的量，例如隧道环境排气再循环的浓度，或者隧道环境排气再循环的一个或多个成分的各自浓度。
在一种用于车辆的发动机的方法的另一实施例中，该方法包括判定进气成分浓度或排气成分浓度是否超过阈值浓度。（该方法可以包括既判定进气成分浓度是否超过第一阈值浓度，又判定排气成分浓度是否超过第二阈值浓度。）该方法还包括响应于进气成分浓度或排气成分浓度的一个或多个超过阈值浓度来产生控制信号，该控制信号表示车辆处于隧道操作。该方法还包括响应于该控制信号来减少发动机排气再循环量。在另一实施例中，如果进气成分浓度超过第一阈值浓度或者如果排气成分浓度超过第二阈值浓度，产生控制信号。在另一实施例中，仅在进气成分浓度超过第一阈值浓度且排气成分浓度超过第二阈值浓度时，才产生控制信号。
另一实施例涉及存储一个或多个非易失性电子可读指令集的有形介质，该指令集在由电子设备（例如处理器）访问和执行时引起电子设备根据一个或多个指令集的内容，通过电子设备自身或通过电子设备控制其他系统和设备或以其他方式与其他系统和设备通信，来进行下列操作：判定（车辆的发动机的）进气成分浓度或排气成分浓度是否超过阈值浓度（指令可以导致电子设备判定进气成分浓度是否超过第一阈值浓度且排气成分浓度是否超过第二阈值浓度）；响应于进气成分浓度或排气成分浓度的一个或多个超过阈值浓度来产生控制信号，该控制信号表示车辆处于隧道操作；和响应于该控制信号来减少或导致减少排气再循环量。在另一实施例中，一个或多个指令集构造成当被电子设备执行时，导致电子设备在进气成分浓度超过第一阈值浓度或者排气成分浓度超过第二阈值浓度时，产生控制信号。在另一实施例中，一个或多个指令集构造成当被电子设备执行时，导致电子设备仅在进气成分浓度超过第一阈值浓度且排气成分浓度超过第二阈值浓度时，才产生控制信号。
另一实施例涉及一种用于车辆的系统。该系统包括发动机；发动机包括一个或多个供体汽缸和多个非供体汽缸。该系统还包括发动机排气再循环系统，发动机排气再循环系统联接到发动机以将来自一个或多个供体汽缸的发动机排气引导至发动机的进气通道。该系统还包括布置在进气通道中的进气成分传感器和布置在发动机的排气通道中的排气成分传感器。该系统还包括控制器。该控制器构造成通过进气成分传感器识别出进气成分浓度，例如，基于从进气成分传感器接收的第一信号来识别出进气成分浓度。控制器还构造成通过排气成分传感器识别出排气成分浓度，例如，基于从排气成分传感器接收的第二信号来识别出排气成分浓度。控制器还构造成响应于进气成分浓度和/或排气成分浓度超过阈值浓度来产生控制信号，该控制信号表示车辆的隧道操作。例如，控制器可以构造成在进气成分浓度超过第一阈值浓度或者排气成分浓度超过第二阈值浓度时，产生控制信号。再例如，控制器可以构造成仅在进气成分浓度超过第一阈值浓度且排气成分浓度超过第二阈值浓度时，产生控制信号。控制器还构造成响应于或基于控制信号来减少发动机排气再循环量。尽管参照具有（多个）供体汽缸和（多个）非供体汽缸的发动机来说明本发明的实施例，但是其他实施例一般地可应用于发动机，例如不具有供体汽缸的发动机。例如，在方法的一个实施例中，发动机不包括EGR系统，该方法包括基于在发动机的进气口处接收的隧道环境排气再循环的测量结果，来控制发动机或其中可操作地设置发动机的车辆。再例如，在方法的另一实施例中，发动机不包括供体汽缸，但是包括EGR系统，EGR系统可控制（例如，通过控制流体地设置在EGR管线中的阀）以选择性地将公共发动机排气口转向至发动机的进气口。该方法包括响应于发动机的进气成分或排气成分中的一个或多个，基于车辆处于隧道操作的判定来控制发动机的EGR系统。
如本发明所使用的，以单数形式阐述并跟着词语“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地说明不包括。此外，本发明提到的“一个实施例”不应当解释为排除存在也包括阐述的特征的附加实施例。此外，除非明确另有说明，否则“包括”、“包含”或“具有”带特定特性的元件或多个元件的实施例可以包括附加的不具有这样的特性的元件。术语“包含”和“在其中”用作相应的术语“包括”和“其中”的简明等同用语。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，不意在对这些它们的对象赋予数值要求或具体位置顺序。
本书面说明书使用示例来公开本发明（包括最佳模式），还使得任意本领域技术人员可实践本发明（包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法）。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意在落入权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种用于车辆中的发动机的方法，所述发动机具有进气口和排气口，所述方法包括：
响应于进气成分或排气成分中的一个或多个，判定所述车辆处于隧道操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进气成分是氧气，并且隧道操作的判定是基于所述发动机的所述进气口中的氧气浓度下降到低于阈值氧气浓度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进气成分是氮氧化物，并且隧道操作的判定是基于所述发动机的所述进气口中的氮氧化物浓度超过阈值氮氧化物浓度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气成分是氧气，并且隧道操作的判定是基于所述发动机的所述排气口中的氧气浓度下降到低于阈值氧气浓度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气成分是氮氧化物，并且其中隧道操作的判定是基于所述发动机的所述排气口中的氮氧化物浓度下降到低于氮氧化物阈值浓度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括响应于隧道操作的判定，调节一个或多个操作参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，调节一个或多个操作参数包括调节发动机排气再循环量和可变气门正时。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于进气成分的浓度来确定隧道环境排气再循环量，并且其中调节发动机排气再循环量包括与所述隧道环境排气再循环量中的增加成比例地或者相对于所述隧道环境排气再循环量中的增加来减小所述发动机排气再循环量。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，调节一个或多个操作参数包括将发动机排气再循环减小到0%。
10.一种用于车辆中的发动机的方法，所述方法包括：
判定进气成分浓度或排气成分浓度是否超过阈值浓度；
响应于所述进气成分浓度或所述排气成分浓度中的一个或多个超过阈值浓度来指示所述车辆处于隧道操作；并且
响应于隧道操作的指示来减小发动机排气再循环量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括响应于隧道操作的指示来提前所述发动机的进气气门的关闭正时。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述进气成分浓度或所述排气成分浓度来确定隧道环境排气再循环量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括与所述隧道环境排气再循环量中的增加成比例地或者相对于所述隧道环境排气再循环量中的增加来减小所述发动机排气再循环量。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进气成分是氧气、氮氧化物或二氧化碳中的一个，排气成分是氧气、氮氧化物或二氧化碳中的一个。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述发动机排气再循环量减少预定量。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于操作参数来减小所述发动机排气再循环量。
17.一种用于车辆的系统，所述系统包括：
发动机，所述发动机包括一个或多个供体汽缸和多个非供体汽缸；
发动机排气再循环系统，所述发动机排气再循环系统联接到所述发动机以将来自所述一个或多个供体汽缸的发动机排气引导至所述发动机的进气通道；
布置在所述进气通道中的进气成分传感器；
布置在所述发动机的排气通道中的排气成分传感器；和
控制器，所述控制器构造成通过所述进气成分传感器识别出进气成分浓度并且通过所述排气成分传感器识别出排气成分浓度，响应于所述进气成分浓度和所述排气成分浓度中的一个或多个超过阈值浓度来指示所述车辆的隧道操作，并且响应于隧道操作的指示来减小发动机排气再循环量。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述发动机构造成用于米勒循环操作，所述控制器还构造成响应于隧道操作的指示来调节可变气门正时以减少米勒循环操作。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制器还构造成基于操作参数来减少米勒循环操作。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述发动机排气再循环系统包括至少一个排气再循环阀，所述控制器构造成调节所述至少一个排气再循环阀来减小所述发动机排气再循环量。
21.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制器还构造成调节对所述一个或多个供体汽缸的燃料供应以减小所述发动机排气再循环量。
22.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述进气成分传感器构造成检测氮氧化物或氧气，并且其中所述排气成分传感器构造成检测氮氧化物或氧气。
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