CN110469413A - 用于发动机控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于基于个体气缸爆震传感器输出来调整对发动机的气缸组的进行燃料供给的方法和系统。作为一个示例，用于发动机的系统包括：具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，当该指令在发动机运行期间被执行时，促使所述控制器：以产生共同的、天然气的第一共同替代率的量向第一气缸组输送天然气燃料和柴油燃料；以产生共同的、天然气的第二替代率的量向第二气缸组输送天然气燃料和柴油燃料；以及基于第一气缸组和第二气缸组中的每个气缸的个体爆震传感器输出，改变第一气缸组和第二气缸组各自的组成。

Description

用于发动机控制的方法和系统
本申请要求于2018年5月11日提交的名称为“用于基于个体气缸爆震传感器输出减轻发动机气缸的爆震的方法和系统”的第62/670,567号美国临时专利申请的优先权。上述专利申请的全部内容通过引用包含于此用于所有目的。
技术领域
本文公开的主题的实施例涉及发动机控制。其他实施例涉及减轻多燃料发动机的爆震燃烧。
背景技术
多燃料发动机可在发动机的发动机气缸中燃烧不止一种燃料。作为一个示例，多燃料发动机可以燃烧天然气燃料和柴油燃料。调整多燃料发动机的发动机气缸的燃料供给可包括调整输送到发动机气缸的两种燃料的替代率。作为一个示例，替代率可被定义为二次燃料(例如，天然气)与输送到发动机以供燃烧的总燃料(二次燃料和一次燃料(例如，柴油燃料))之比。作为另一示例，替代率可根据总指示扭矩基础来定义，其中，替代率为气体燃料能量(例如，气体扭矩)与总燃料能量(例如，来自气体燃料和柴油燃料的总扭矩)之比。在不同的燃料供给和发动机运行条件下，一个或多个发动机气缸可经历爆震。耦合到发动机的爆震传感器可在爆震发生时指示。调整发动机气缸的替代率可减小爆震。在诸如汽油或纯天然气发动机的单燃料发动机中，可通过调整点火正时来减小和控制爆震。
发明内容
在一个实施例中，一种系统(例如，用于发动机的系统)包括具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，当所述指令在发动机运行期间被执行时，促使所述控制器：以产生天然气的共同的第一替代率的量向第一气缸组输送天然气燃料和柴油燃料；以产生天然气的共同的第二替代率的量向第二气缸组输送天然气燃料和柴油燃料，第二替代率小于第一替代率；以及基于第一气缸组和第二气缸组中的每个气缸的个体爆震传感器输出，改变第一气缸组和第二气缸组各自的组成。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的具有发动机的车辆的框图。
图2示出了根据本发明的实施例的多燃料发动机的气缸示例的框图。
图3至图4示出了根据本发明的实施例的，基于个体气缸爆震传感器输出减轻发动机气缸组的爆震并调节所述组的组成的方法。
图5至图7示出了根据本发明的实施例的，气缸气体扭矩限制、设置的组替代率、以及基于气缸气体扭矩限制和对应的个体气缸替代率调整的组的组成的示例。
具体实施方式
以下描述涉及调整发动机气缸的第一燃料(例如，气体燃料)扭矩的替代率以减小爆震的实施例。在一个示例中，用于发动机的系统包括具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，当该指令在发动机运行期间被执行时，促使所述控制器：以产生天然气的共同的第一替代率的量向第一气缸组输送天然气燃料和柴油燃料；以产生天然气共同的的第二替代率的量向第二气缸组输送天然气燃料和柴油燃料，第二替代率小于第一替代率；以及基于第一气缸组和第二气缸组中的每个气缸的个体爆震传感器输出改变第一气缸组和第二气缸组各自的组成。如本文所使用的，“共同的替代率”是指将同一替代率应用于同一组内的每个气缸。例如，第一气缸组内的每个气缸以产生相同(例如，共同)第二替代率的量接收天然气燃料和柴油燃料。以这种方式，对于仅两气缸组，在任一时间仅命令两个替代率(针对第一组的相同的第一替代率和针对第二组的相同的第二替代率)。在一个示例中，发动机是燃烧包括天然气燃料和柴油燃料的至少两种燃料的多燃料发动机。然而，在可选实施例中，可由多燃料发动机燃烧可选的或不同的燃料。此外，在可选示例中，发动机的气缸可以被分成两组以上，例如三组，其中每组以不同的替代率接收天然气燃料和柴油燃料。例如，以不同替代率进行接收的气缸组的数量可以是一至发动机气缸数之间的任何数量。此外，在发动机运行期间的某些时间，发动机的所有气缸可以在第一气缸组中。例如，在发动机启动时，所有发动机气缸可以在第一气缸组中，然后，响应于一个或多个气缸正经历爆震，一个或多个气缸可从第一气缸组移动到第二气缸组。在一些示例中，天然气的替代率被定义为输送到发动机的气缸以供燃烧的天然气与总燃料(天然气燃料加柴油燃料)之比。如本文所使用的，替代率或天然气扭矩的替代率可被定义为气体燃料对总指示扭矩的贡献(例如，气体扭矩)与总指示扭矩(例如，气体燃料加柴油燃料对总指示扭矩的贡献)之比。在一个示例中，减小天然气的替代率可减小气缸中的爆震。
由于天然气是一种比柴油燃料更便宜的燃料，因此可能期望在发动机的发动机气缸处使用更多的天然气和更少的柴油燃料用于燃烧。例如，可能期望相对高的天然气与总燃料之比的替代率，使得相对于柴油燃料，更多的天然气在发动机气缸处被燃烧。然而，在特定的发动机运行条件下，诸如相对高的负载，过多使用天然气(例如，相对高的替代率，诸如天然气占总燃料的90％)可导致发动机爆震。例如，一个或多个发动机气缸可在发动机运行期间经历爆震。减少发动机爆震的一个方法可包括：降低天然气替代率，其在减少天然气的量同时增加输送到发动机气缸的柴油燃料的量，以维持期望的发动机输出(例如，驾驶员需求的扭矩)。
发动机多个气缸中的一个或子集可能比其他气缸更容易爆震。解决一个或多个发动机气缸中的爆震的一个方法包括：针对整个发动机，调整发动机运行参数(诸如燃料供给，包括输送到发动机的两种或更多种燃料的替代率)。例如，这可包括：即使仅一个气缸正在爆震，针对发动机的每个气缸，通过将输送到每个气缸的天然气和柴油的燃料供给量调整至相同的水平来调整天然气扭矩的替代率。然而，本文的发明人已认识到该方法会导致因一个气缸经历爆震而使发动机的所有气缸的替代率减小。通过使用更多的柴油燃料量，这会增加发动机成本。本文的发明人还认识到基于个体气缸爆震输出单独地控制每个个体气缸的燃料供给，包括控制每个单独的气缸的替代率，会导致更复杂且昂贵的发动机控制。例如，利用十二气缸发动机中的每个气缸的个体替代率，可能导致任一时刻命令十二个不同的替代率。这导致复杂且低效的发动机控制，增加了发动机成本。
本文公开的方法利用完全通用且单独的气缸爆震控制至少部分上解决这些问题。作为一个示例，方法可包括以共同的天然气扭矩的第一替代率将天然气燃料和柴油燃料输送到第一气缸组中的每个气缸；以共同的天然气扭矩的第二替代率将天然气燃料和柴油燃料输送到第二气缸组中的每个气缸，第二替代率小于第一替代率。在一个示例中，第一气缸组可包括轻微爆震和/或无爆震气缸，而第二气缸组可包括较严重爆震气缸(例如，更高水平的爆震)。因此，较小的第二替代率可以设定在能够减轻第二气缸组中的爆震的水平。此外，第一气缸组和第二气缸组中的多个气缸组成发动机的全部数量的气缸。该方法还可包括基于个体气缸爆震传感器输出调整第一气缸组和第二气缸组的组成。以这种方式，发动机控制器可具有两个组或容器(bin)：第一个用于无爆震或减小爆震的气缸(例如，轻微爆震的气缸，或者以比第二组更低的水平爆震的气缸)和第二个用于已被识别为较严重爆震的气缸(例如，爆震被限制至或所经历爆震比第一组中的气缸的爆震更高水平)。如果在气缸中检测到超过阈值的爆震，则将其放置在更严重爆震容器(例如，第二组)中，并且对其应用与其他气缸相比较小的天然气扭矩与总燃料能量之比的替代率以减轻爆震，而减小爆震容器(例如，第一组)中的其他无爆震或更轻微爆震气缸被控制在较大的替代率。当检测到其他气缸中的爆震或者个体气缸中的爆震水平改变(例如，提高/降低)时，可调整每组的替代率和组的组成(例如，哪些气缸被分配到哪个组)。以这种方式，在任一时刻命令有限数量(例如，两个，每个气缸组一个)的替代率，从而简化了发动机控制。此外，通过基于个体气缸爆震传感器输出调整组的组成(例如，在两组之间移转气缸)和/或组的替代率，可在发动机中使用尽可能多的天然气，以减轻气缸爆震并降低了发动机消耗。
图1示出了安装有发动机的车辆的示例、诸如轨道车辆。发动机可包括多个发动机气缸和用于每个气缸的爆震传感器(例如，动力总成)。图2中示出了可燃烧诸如天然气燃料和柴油燃料的两种燃料的发动机的单个气缸的示例。发动机控制器可从多个爆震传感器接收输出。如图3至图4中所示，控制器可基于发动机期望的扭矩输出和设置的两个替代率之一调整对发动机气缸的燃料供给。具体地，控制器可调整输送到每个气缸的天然气量和柴油燃料量，使得第一气缸组中的每个气缸以较高的第一替代率接收燃料，第二气缸组中的每个气缸以较低的第二替代率接收燃料。图3至图4中示出的方法还包括：基于个体气缸爆震传感器输出调整两组的组成(例如，哪些气缸被置于哪个组从而接收第一替代率和第二替代率中的哪个)。图5至图7示出了基于个体爆震传感器输出调整第一替代率和第二替代率以及两组的组成的示例。
本文描述的方法可在各种发动机类型和各种发动机驱动的系统中运用。这些系统中的一些可以是固定的，而其他一些可以在半移动或移动平台上。半移动平台可在运行周期之间被重新定位，诸如安装在平板拖车上。移动平台包括自行式车辆。这种车辆可包括道路交通车辆以及采矿设备、船舶、轨道车辆和其他非公路车辆(OHV)。为了清楚地说明，提供机车作为支持结合本发明的实施例的系统的移动平台的示例。
在进一步论述用于基于爆震传感器输出调整发动机的个体气缸的运行的方法之前，公开了发动机可被安装在诸如轨道车辆的车辆中的平台的示例。图1示出了本文描述为车辆106的车辆系统100(例如，机车系统)实施例的框图。示出的车辆是被配置为通过多个车轮112在轨道102上运行的轨道车辆。如所描绘的，车辆包括具有发动机104的发动机系统。在本文的一个实施例中，发动机是利用柴油燃料和天然气工作的多燃料发动机，而在其他示例中，发动机可使用除了柴油和天然气之外的各种燃料的组合。而在另一实施例中，发动机可以是仅利用诸如汽油或天然气的一种燃料工作的单燃料发动机。
发动机从进气通道114接收进气用于燃烧。进气通道从空气过滤器(未示出)接收环境空气，该空气过滤器过滤来自车辆外部的空气。由发动机中的燃烧产生的废气被提供给排气通道116。废气流经排气通道，并且流出至车辆的排气管外。
发动机系统可包括被布置在进气通道与排气通道之间的涡轮增压器120(“TURBO”)(或增压器)。涡轮增压器增加吸入进气通道的环境空气的空气充入，以便在燃烧期间提供更大的输入密度从而提高功率输出和/或发动机运行效率。涡轮增压器可包括至少部分由涡轮(在图1中未示出)驱动的压缩机(在图1中未示出)。而在此情况中，示出了单个涡轮增压器，其他系统可包括多个涡轮和/或压缩机级。在其他实施例中，发动机系统可不包括涡轮增压器。
在一些实施例中，发动机系统可包括耦合在涡轮增压器的排气通道上流或下流中的废气处理系统。在具有柴油发动机的一个示例实施例中，废气处理系统可包括柴油氧化催化器(DOC)和柴油颗粒过滤器(DPF)。在其他实施例中，废气处理系统可附加地或可选地包括一个或多个排放控制设备。这种排放控制设备可包括选择性催化还原(SCR)催化剂、三效催化剂、氮氧化物捕集器，以及过滤器或其他系统和设备。
可采用控制器(例如，电子控制器)148控制与车辆系统相关的各种组件。在一个示例中，控制器包括计算机控制系统。控制器还包括计算机可读存储介质(未示出)，所述介质包括用于实现车载监控和控制轨道车辆操作的代码。控制器在监督车辆系统的控制和管理的同时，可从各种传感器150接收信号，如本文进一步详述的，以确定运行参数和运行条件，并相应地调整各种发动机致动器152以控制车辆的操作。例如，控制器可从各种发动机传感器接收信号，该信号包括但不限于发动机速度、发动机负载、进气压力、排气压力、环境压力、废气温度等。相应地，控制器可通过向诸如牵引电机、交流发电机、气缸阀、油门等的各种组件发送命令来控制车辆系统的方面和操作。
如图1所示，发动机包括多个气缸108。虽然图1描绘了具有8个气缸的发动机，其他数量的气缸是可能的(诸如十二个，在发动机的每侧包括六个气缸)。发动机的每个气缸包括爆震传感器110。以这种方式，发动机的每个气缸包括一个爆震传感器。这样，每个个体气缸爆震传感器可测量与其耦合的气缸关联的数据。在一个示例中，爆震传感器可以是基于应变计的爆震传感器，或基于加速度计的爆震传感器。爆震传感器可输出电压，该电压随后被控制器接收作为电压信号。在一个实施例中，如以下参照图3至图4进一步详细描述的，控制器处理来自爆震传感器的电压信号，以确定与爆震传感器耦合的个体气缸的相应爆震水平(例如，爆震信号或输出)。控制器可响应于爆震水平在指示气缸爆震的阈值爆震水平之上，确定和/或指示个体气缸正在爆震(在一个示例中，通过设置诊断码或将信号发送到燃油供给控制器)。以这种方式，控制器从发动机的每个发动机气缸的每个爆震传感器接收数据，并处理接收的数据以指示发动机气缸爆震，随后基于接收的数据调整发动机的运行。例如，如以下参照图3至图7进一步描述的，控制器可基于从个体气缸爆震传感器接收的数据，调整有限数量的发动机气缸组的天然气扭矩与总燃料能量/扭矩之比的替代率和/或调整这些组的组成。
图2描绘了诸如以上参照图1描述的发动机的多气缸内燃发动机的燃烧室或气缸200的实施例。例如，气缸可以是图1中示出的气缸108中的任何一个。气缸可由气缸盖201和气缸体203限定，如下所述，气缸盖201覆盖进气阀和排气阀以及液体燃料喷射器。
发动机可至少部分地受控于包括控制器148的控制系统，控制器148还可进一步与诸如以上参照图1描述的机车的车辆系统通信。如上所述，控制器还可从各种发动机传感器接收信号，包括但不限于发动机速度、发动机负载、进气压力、排气压力、涡轮增压器速度、环境压力、二氧化碳水平、废气温度、氮氧化物排放、来自耦合到冷却套管228的温度传感器230的发动机冷却温度(ECT)、爆震传感器数据等。相应地，控制器可通过向诸如交流发电机、气缸阀、油门、燃料喷射器等的各种组件发送命令来控制车辆系统。
气缸(即，燃烧室)可包括其中置有活塞206的气缸套204。活塞可耦合到曲轴208，使得活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的旋转运动。曲轴可包括用于输出曲轴的速度(例如，瞬时速度)的曲轴速度传感器。在一些实施例中，发动机可以是四冲程发动机，其中，每个气缸在曲轴的两次旋转期间按点火顺序点火。在其他实施例中，发动机可以是两冲程发动机，其中，每个气缸可以在曲轴的一次旋转期间按点火顺序点火。
气缸从包括进气通道210的进气口接收进气以供燃烧。进气通道通过进气歧管接收进气。除该气缸之外，进气通道还可与发动机的其他气缸连通，例如，或者，进气通道可仅与该气缸连通。
发动机中的燃烧产生的废气被提供给包含排气通道212的排出。在一些实施例(图2中未示出)中，废气流经排气通道，流至涡轮增压器，并经由排气歧管流至大气。例如，排气管还可从发动机的除了该气缸之外的其他气缸接收废气。
发动机的每个气缸可包括一个或多个进气阀及一个或多个排气阀。例如，示出包括位于气缸的上部区域中的至少一个进气提升阀214和至少一个排气提升阀216的气缸。在一些实施例中，发动机的每个气缸、包括该气缸可包括位于气缸盖的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
可由控制器经由致动器218控制进气阀。相似地，可由控制器经由致动器220控制排气阀。在某些条件下，控制器可改变提供给致动器的信号以控制进气阀和排气阀各自的打开和关闭。进气阀和排气阀的位置可分别由各自的阀位置传感器222和224确定和/或由凸轮位置传感器确定。例如，阀致动器可以是电阀致动型或凸轮致动型，或者两者的组合。
可同时控制进气阀正时和排气阀正时，或者可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中的任何一种可能。在其他实施例中，进气阀和排气阀可由常用的阀致动器或致动系统、或者可变阀正时致动器或致动系统控制。此外，可由控制器基于运行条件将进气阀和排气阀控制为具有可变升程。
在另一实施例中，机械凸轮片可用于打开和关闭进气阀和排气阀。此外，虽然以上描述了四冲程发动机，但在一些实施例中可使用两冲程发动机，其中配有进气阀，且气缸壁中存在通道以在活塞移动使通道打开时允许进气进入气缸。虽然在一些示例中可使用排气阀，但这也可延伸至排气。
在一些实施例中，发动机的每个气缸可配置有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，图2示出包括燃料喷射器226的气缸。燃料喷射器被示出为直接耦合至气缸以直接向气缸喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器向燃料气缸提供所谓的燃料直接喷射。可从第一液体燃料系统232向燃料喷射器输送燃料，该第一液体燃料系统232可包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨。在一个示例中，燃料是通过压缩点火在发动机中燃烧的柴油燃料。在其他非限制性实施例中，燃料可以是通过压缩点火(和/或火花点火)的汽油、煤油、生物柴油或其他类似密度的石油馏分。在一个示例中，控制器可控制经由燃料喷射器输送到气缸的燃料的量、持续时间、正时和喷射模式。如以下进一步解释的，可由控制器基于命令的替代率对燃料喷射器进行致动来控制气缸的燃料供给。
此外，发动机的每个气缸可被配置为接收气体燃料(例如，天然气)作为柴油燃料的替代或者附加。气体燃料可经由进气歧管被提供给气缸。如图2中所示，进气通道可经由位于气缸的上流的一个或多个气体燃料管、泵、调压器等从第二气体燃料系统234接收气体燃料的供应。在一些实施例中，气体燃料系统可远离发动机，例如在不同车辆上(例如，在燃料输送汽车上)，并且气体燃料可经由横穿分开的车辆的一个或多个燃料管被供应给发动机。然而，在其他实施例中，气体燃料系统可与发动机位于同一车辆之上。
诸如进气阀236的多个进气阀可被配置为，经由各自的进气通道将气体燃料从气体燃料系统供应到每个相应的气缸。例如，可调整打开时间(在发动机曲柄位置或在发动机曲柄角度内)和/或进气阀的打开持续时间，以调节提供给气缸的气体燃料的量。调整打开正时(例如，进气阀什么时候打开和关闭)在本文可被称为调整气体燃料的进气正时。作为一个示例，进气(或进气阀)打开的持续时间由与进气阀的打开和关闭对应的发动机曲柄角度限定。可从个体进气阀向每个相应的气缸提供气体燃料，从而允许对提供给气缸的气体燃料的量进行个体气缸控制。在另一实施例中，来自气体燃料系统的气体燃料可被直接喷射到发动机气缸中。例如，每个气缸可包括直接耦合到发动机气缸的直接燃料喷射器或进气阀(类似于阀236)。以这种方式，柴油燃料和气体燃料都可被直接喷射到个体发动机气缸(例如，诸如在高压“双燃料”直接喷射系统中)中。此外，在一个示例中，每个发动机气缸可包括用于在发动机气缸点燃诸如天然气的燃料的火花塞。在另一实施例中，每个发动机气缸可包括诸如激光器或备用点火源的备用点火设备(除火花塞之外)以在发动机气缸点燃燃料。
如上所述，发动机的每个气缸可具有专用爆震传感器。这样，发动机控制器可接收针对每个发动机气缸的爆震传感器输出。控制器随后可基于相应爆震传感器输出确定每个个体气缸的爆震水平，并通过将爆震水平(或原始爆震传感器输出或信号)与指示气缸爆震的阈值爆震水平(或阈值爆震传感器输出，诸如阈值电压)进行比较，来确定每个个体气缸是否正在经历爆震。例如，响应于个体气缸爆震传感器的爆震输出高于设置的阈值爆震输出或水平(其可被存储在控制器存储器中)，控制器可确定与该爆震传感器耦合的气缸正在爆震。控制器还可基于每个气缸的爆震传感器输出(或基于气缸的爆震量级)，确定该气缸的气体扭矩限制。气体扭矩限制可以是针对当前爆震水平/量级，由气缸(根据在气缸内燃烧的燃料)产生的气体燃料扭矩(例如，能量)的最大值(例如，不会使得爆震变得更糟)。随后可确定气体扭矩(与总燃料扭矩之比)相应的替代率。可以根据设定的替代率命令燃料(气体和柴油)供给量，以产生期望的气体扭矩水平和柴油扭矩水平。
控制器可将所有发动机气缸分为两组(这还可被称为“容器(bin)”)。第一组可以是爆震减小组，第二组可以是爆震组，其中，第一组中的气缸没有在经历爆震或者正在经历较低(不严重)水平的爆震，第二组可以是爆震组，其中第二组中的所有气缸正在经历或最近已经历较高(较严重)水平的爆震。如以下进一步描述的，可基于气缸的确定的气体扭矩限制和相应的替代率以及针对第一组设置的替代率将气缸分为多个组。
作为一个实施例，第一组中的所有气缸可按照导致天然气扭矩(与总指示扭矩之比)的第一替代率(例如，诸如天然气扭矩与总扭矩之比为80％)的量，接收天然气燃料和柴油燃料以供燃烧，第二组中的所有气缸可按照导致天然气扭矩的第二替代率(例如，诸如天然气扭矩与总扭矩之比为60％)的量，接收天然气燃料和柴油燃料以供燃烧。因此，第二替代率小于第一替代率。控制器可将第二替代率设置和调整为与具有最小气体扭矩限制的气缸(例如，具有最高爆震量级因此正在经历最大爆震)的气体扭矩限制(基于爆震水平)对应的水平。在一些示例中，第二替代率可以减小第二组中的所有气缸中的爆震。控制器还可以将第一替代率设置和调整为使发动机的总体(例如，平均)替代率最大化的水平(例如，针对所有气缸)。然后，控制器可基于每个气缸的当前爆震受限气体扭矩能力(例如，气体扭矩限制和相应的替代率)将气缸动态地分配到两个组中。在发动机运行的不同时期，诸如在发动机启动期间和/或之后的时段内，所有发动机气缸可以在第一组中。如下面参照图3至图7进一步解释的，控制器可基于各个气缸爆震输出和相应的气体扭矩限制及替代率来调整组的组成(例如，通过将一个或多个气缸从第一组移动到第二组或从第二组移动到第一组)。以这种方式，在任何一个时刻，燃料可以以对应于两种可能的替代率之一的量被输送到每个发动机气缸。然后，可以由控制器基于各个气缸爆震输出来调整两个替代率以及哪些气缸以两个替代率中的哪一个接收燃料。以这种方式，以多个组控制发动机气缸的燃料供给，但还基于各个气缸爆震传感器数据。与完全通用或单独的燃料供给和爆震控制相比，以这种方式控制燃油供给可以降低控制复杂性和发动机消耗，同时提供提高的爆震控制。此外，通过调整第一替代率和第二替代率，如上文和下文所述，发动机可以燃烧尽可能多的气体燃料量，从而降低成本。
作为另一实施例，第一组中的所有气缸可以在第一点火(例如，火花点火或柴油喷射)正时工作(例如，在气缸的燃料周期期间，在相对于一曲轴角度的第一火花点火正时通过耦合到气缸的火花塞来点火或通过柴油燃料喷射器喷射)，并且第二组中的所有气缸可以在第二点火正时工作。第一点火正时可以是基准或推迟较少的点火正时，第二点火正时可以是推迟较多正时，其减小第二组的气缸中的爆震并且基于具有最高爆震水平的气缸的扭矩限制。在此实施例中，发动机可以是单个燃料发动机，其使用与气缸耦合的火花塞来点燃和燃烧气缸内的燃料，或者使用利用压缩点火的柴油喷射来燃烧气缸内的燃料。类似于如上所述，控制器可基于各个气缸爆震输出，调整组的组成(例如，通过将一个或多个气缸从第一组移动到第二组或者将一个或多个气缸从第二组移动到第一组)。以这种方式，控制器可以基于各个气缸爆震传感器输出分别控制两个不同气缸组的爆震。
现在翻到图3至图4，示出了用于基于各个气缸爆震传感器输出调整发动机气缸组的替代率及调整组的组成的方法300。可由控制器(例如，图1至图2中示出的控制器)基于存储在控制器的存储器上并与从发动机系统的传感器(诸如以上参照图1描述的传感器)接收的信号结合的指令执行用于实施方法300和本文包括的其他方法的指令。根据以下描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机的运行。以下针对被配置为燃烧天然气燃料和柴油燃料的发动机描述方法300。然而，将理解，方法300和本文描述的其他方法同样适用于被配置燃烧其他类型的气体燃料和非气体燃料的发动机，诸如氢气、合成气、和丙烷(作为气体燃料)以及汽油、乙醇和煤油(作为非气体燃料)。还将理解，术语“天然气扭矩”包括气体燃料扭矩，例如，从包括但不限于天然气的气体燃料的燃烧产生的扭矩。同样，术语“柴油燃料扭矩”包括液体(或非气体)燃料扭矩，例如，从包括但不限于柴油燃料的液体燃料的燃烧产生的扭矩。
该方法在302处通过估计和/或测量发动机运行条件开始。发动机运行条件可包括发动机速度、发动机负载(例如，诸如档位)、发动机爆震指示、气缸压力(诸如IMEP和/或峰值气缸压力)、MAF(大量气流)、MAP(进气歧管气压)、MAT(进气歧管空气温度)、增压水平和第一燃料(例如，诸如天然气的气体燃料)对总指示扭矩的贡献与总指示扭矩之比的替代率(例如，来自两种燃料，包括第一燃料和诸如柴油燃料的第二燃料)。
该方法进行到304以将气体燃料(例如，天然气(NG))和液体燃料(例如，柴油燃料(DF))输送到针对每组具有不同替代率(SR)的固定(例如，有限)数量的气缸组。在一个示例中，可以存在两个气缸组。在另一示例中，可以存在一个气缸组或多于两个的气缸组(至多等于发动机的气缸总数量)。如上所述，替代率或天然气扭矩的替代率被定义为气体燃料对总指示扭矩(例如，气体扭矩)的贡献与总指示扭矩(例如，气体燃料加柴油燃料对总指示扭矩的贡献)之比。换句话说，替代率可以是通过在发动机气缸处燃烧相应量的气体燃料和柴油燃料而产生的气体燃料能量(扭矩)与总燃料能量(扭矩)之比。响应于设置或命令特定替代率，控制器可命令柴油燃料喷射器和进气阀(或喷射器)喷射导致设置的替代率的相应量的柴油燃料和气体燃料。另外，如上所述，发动机的所有气缸可以在第一气缸组中或在第二气缸组中(或者正在使用的许多组中)。例如，发动机的所有气缸可以在第一组中，并且第二组中可以没有气缸(例如在发动机启动期间)。在另一示例中，如果发动机包括总共八个气缸，则六个气缸可以在第一组中，而其余两个气缸可以在第二组中。以这种方式，两个组(或固定数量的组)包括了发动机的所有气缸。
虽然本文的方法仅用两个气缸组进行讨论，但在可选实施例中，可以有两个以上的气缸组，或者只有一个气缸组，其中，所有气缸都被分组并且针对每个组接收与不同SR对应的燃料。
返回到304，方法在304处可以包括通过调整喷射正时、开启正时、和/或柴油燃料喷射器(例如，图2中示出的燃料喷射器226)和进气阀(例如，图2中示出的进气阀236)的打开持续时间，按照导致第一SR的量将天然气燃料和柴油燃料输送到第一气缸组中的所有气缸，其中，进气阀耦合到第一气缸组中的每个气缸，以输送天然气燃料和柴油燃料，来获得期望的SR和发动机输出(例如，扭矩)。在一个示例中，这可包括控制器将致动信号发送到第一气缸组中的每个气缸的燃料喷射器和进气阀，以按照第一SR将一定量的天然气燃料和柴油燃料输送到每个气缸中以供燃烧，来产生扭矩。例如，控制器可根据设置的SR和驾驶员扭矩需求和/或在查找表中查看燃料供给量或脉冲宽度/阀门打开信号，以发送到燃料喷射器和进气阀，在查找表中，设置的SR和驾驶员扭矩输入为输入，燃料供给控制信号为输出。同样地，方法在304处还可包括通过调整喷射正时、开启正时、和/或柴油燃料喷射器(例如，图2中示出的燃料喷射器226)和进气阀(例如，图2中示出的进气阀236)的打开持续时间，按照导致第二SR的量将天然气燃料和柴油燃料输送到第二气缸组中的所有气缸，其中，进气阀耦合到第二气缸组中的每个气缸，以输送天然气燃料和柴油燃料，来获得期望的SR和发动机输出(例如，扭矩)。以这种方式，发动机的每个气缸接收天然气燃料和柴油燃料以产生第一SR或第二SR。如下面进一步讨论的，可以根据每个气缸的各个爆震传感器输出来设置第一SR和第二SR。因此，方法在304处根据这些设置的SR值进行。然而，在启动发动机时，在可获得任何爆震传感器输出之前，可根据单个基准SR操作所有气缸。然后，根据下面描述的方法，因为针对每个个体气缸获得爆震输出的，气缸可以被分成具有相应的唯一设置的SR的组。
在306处，该方法包括获得和处理各个气缸爆震传感器输出(例如，爆震传感器数据)。如上所述，专用爆震传感器(例如，诸如图1中示出的爆震传感器110之一)可耦合到每个发动机气缸。控制器接收来自每个爆震传感器的输出，然后将接收的输出与参考、阈值或其他气缸爆震值进行比较。例如，每个爆震传感器可输出电压值。然后，控制器可将该电压值与爆震水平相关联，并将爆震水平与阈值爆震水平进行比较，或者控制器可以将原始电压值与阈值电压值进行比较。阈值爆震水平和/或阈值电压值可以是存储在控制器存储器中指示气缸爆震的(例如，高于这些阈值的爆震水平或电压可指示相应气缸正在经历爆震或主动爆震)设置的(例如，预定的)值经历。
在308处，该方法包括基于在306处获得并处理的各个爆震传感器输出来确定是否在一个或多个气缸中检测到爆震。在一个示例中，方法在308处可包括确定每个单独的气缸爆震传感器的爆震水平或爆震输出是否高于阈值水平(如以上在306处所论述的)。如果确定气缸的各个气缸爆震传感器输出大于阈值水平，则控制器可确定在该气缸中检测到爆震。可对发动机的每个气缸执行该方法以确定哪个气缸正在经历爆震。
如果在一个或多个气缸中检测到爆震，则方法继续到310。在310处，该方法包括针对检测到爆震的每个气缸，基于气缸的先前条件(例如，先前爆震水平)和当前爆震水平确定更新的气体扭矩限制。如上所述，气体扭矩限制可以是可由气缸产生的、针对当前爆震水平/量级(并且还可基于先前的爆震水平)的气体燃料扭矩(例如，能量)的最大值(来自燃烧气缸处的燃料)。该方法在310处还可包括针对气体扭矩限制确定气体扭矩(与总燃料扭矩之比)的相应SR。例如，SR可根据爆震事件的大小(以及所致的气体扭矩限制)和发动机的当前运行点(例如，发动机速度和/或负载以及发动机扭矩需求)而变化。作为一个示例，控制器可将当前爆震水平(例如，来自各个传感器的输出)和/或先前爆震条件(例如，水平)作为输入，将气体扭矩限制作为输出，使用存储在控制器的存储器中的关系或查找表查看每个爆震气缸的气体扭矩限制。控制器可以将所确定的气体扭矩限制和当前发动机运行点(例如，发动机速度、功率和歧管温度)作为输入并且将接收SR作为输出，使用类似存储的关系或查找表，来查看相应的SR。用于确定气体扭矩限制和/或SR的这些查找表的附加输入可包括在当前空气和气体歧管压力/温度下进气阀的能力值。如上所述，这是针对每个爆震气缸执行的。
返回到308，如果在一个或多个气缸中未检测到爆震，则该方法继续到312以确定是否在阈值时间量内检测到爆震。例如，如果在先前距当前时间设置的阈值时间内在气缸中检测到爆震，但当前未检测到爆震，则该方法继续到314。否则，如果当前在气缸中未检测到爆震并且在大于阈值时间量内尚未检测到爆震，则方法继续到316。如上所述，在312处对每个单独的气缸执行该决定。
在314处，该方法包括，对于当前未检测到爆震但先前已在阈值时间量内检测到爆震的任何气缸，将该气缸的气体扭矩限制(和相应的SR)保持在先前确定的值(例如，如在先前爆震检测时所确定的)。
在316处，该方法包括：对于当前未检测到爆震并且在大于阈值时间量内尚未检测到爆震的任何气缸，将气缸的气体扭矩限制从先前确定的值增加确定的量。恢复速率或气体扭矩限制增加的速率可根据气缸的先前SR而变化。例如，对于较小的SR，可以以较高的速率(例如，先前值的40％)增加气体扭矩限制，但是对于较大的SR，可以以较低的速率(例如，先前值的20％)增加气体扭矩限制。
如图4所示，在310、314和316处的所有方法继续到318。方法在318处包括确定所有气缸气体扭矩限制是否允许以设置的第一SR或在第一SR之上运行。例如，方法在318处可包括：对于每个气缸，将针对该气缸确定的与气体扭矩限制对应的SR与设置的第一SR进行比较。如果每个气缸的SR等于或大于针对第一组设置的第一SR，则方法继续到320以保留发动机的所有气缸或将其移动至第一组，并根据第一个SR为单个第一组中的每个气缸供给燃料。然后，该方法继续到322以针对每个气缸命令气体燃料供给和柴油燃料供给至产生第一SR的水平(例如，量和/或定时)。命令这些燃料供给水平可类似于上面在304处所解释的那样进行。
可选地，如果至少一个气缸具有不允许以第一SR或在第一SR之上运行的气体扭矩限制(例如，其确定的SR小于第一SR)，则该方法继续到324。在324处，该方法包括基于更新的各个气缸气体扭矩限制和相应的各个SR更新组的组成，以使发动机的总气体消耗最大化。这可以包括在326处将最低组的SR(例如，针对总共两个组的SR中的第二SR)设置为用于最小的个体气缸气体扭矩限制的SR。例如，具有最小设置SR的组或最重爆震组的SR可以设置为具有最小气体扭矩限制(因此最小SR)的气缸的SR。该方法还包括在328处将(第一最高组的)第一SR设置为与各个气缸的气体扭矩限制中导致了发动机的最高加权平均SR对应的SR。如下面进一步描述的，在图5至图7中示出了用于设置组的SR和调整组的组成的示例。例如，如下面参考图5至图7进一步说明的，将导致发动机(对于所有气缸)的最高可能的气体消耗的个体气缸SR选择作为第一SR。
该方法还包括：在330处，将每个单独的气缸移动到导致各个气缸不被命令产生多于各自限制或第一SR(无论哪个更具限制性)的气体扭矩的组。例如，对于总共两个组来说，与气缸的各自的气体扭矩限制相对应的SR大于或等于第一SR的所有气缸可被移动到(或如果已被分配到该组则保持在该组中)第一组。然后将所有其他气缸放入第二组。以这种方式，没有气缸以产生比其各自的气体扭矩限制更多的气体扭矩的SR运行。
然后，该方法继续到332以根据天然气扭矩的设置的SR为每气缸组供给燃料。该方法在332处可类似于参照322和304处的方法描述的燃料供给方法进行。然后该方法结束。
虽然图3至图4的方法300示出了用于根据设置的SR调整向发动机气缸组的燃料供给并基于各个气缸爆震传感器输出调整组的组成，在可选实施例中，类似的方法可被应用于利用不同类型的诸如点火正时调整的爆震减轻操作的单燃料发动机。例如，在气缸燃烧一种燃料并经由耦合到该气缸的火花塞点燃燃料的单燃料发动机中，推迟设置的火花点火正时可以减小爆震。遵循类似于方法300的方法，可以将气缸拆分为两个不同的组，其中每组气缸在不同的火花点火正时接收火花。具体地，第一组中的所有气缸可以在第一火花点火正时工作且第二组中的气缸可以在第二火花点火正时工作。第二点火正时可以是比第一点火正时更推迟的正时。与以上描述类似地，控制器可以基于各个气缸爆震输出调整组的组成(例如，通过将一个或多个气缸从第一组移动至第二组或将一个或多个气缸从第二组移动至第一组)，如以上参考方法300描述的。
图5至图7示出了表明发动机运行期间的气缸气体扭矩限制的不同示例、不同的设置组SR和调整的组的组成。例如，图5示出了第一表500，其表明了基于在发动机运行期间在第一时间点获得的每个气缸的各个爆震传感器输出，针对发动机每个气缸(图5至图7中示出的12个气缸，但发动机也可能具有不同于12的数量的气缸)计算的气体扭矩限制。图6示出了第二表600，其表明了基于在发动机运行期间在第二时间点获得的每个气缸的各个爆震传感器输出，针对发动机的每个气缸计算的气体扭矩限制，第二时间点在第一时间点之后且在第一时间点的阈值时间量(例如，如上参考图3中的312处的方法讨论的阈值时间量)内出现。最后，图7示出了第三表700，其表明了基于在发动机运行期间在第三时间点获得的每个气缸的各个爆震传感器输出，针对发动机的每个气缸计算的气体扭矩限制，第三时间点在第二时间点之后且在第二时间点的阈值时间量内出现。第一表500、第二表600以及第三表700各自包括显示气缸编号(对于12气缸发动机的1-12)的第一列502以及显示针对每个气缸计算的气体扭矩限制的第二列504，该气体扭矩限制是根据图3至图4的方法300基于该气缸的爆震传感器输出(例如，爆震水平)计算的。第一表500、第二表600以及第三表700各自还包括第三列506、第四列508和第五列510，其中，第三列显示在该气缸的SR被选为集1的SR(如第五列510中所列出的)的情况下，被称为集1的第一气缸集(例如，组)中气缸的数量，第四列508显示在该气缸被选择用于集1的SR的情况下，被称为集2的第二气缸集(例如，组)中的气缸的数量，以及第五列显示在该气缸被选择用于集1的SR的情况下，与该气缸的气体扭矩限制对应且将为集1的SR的SR。第一表500、第二表600以及第三表700各自还包括显示集2的SR的第六列512以及第七列，其中，该集2的SR被选择为具有最低气体扭矩限制的气缸的SR，第七列514显示在用于该气缸的SR被选择为集1的SR的情况下，用于发动机的平均SR。图5至图7中示出的示例是针对总共两个组(集)的气缸(其包括了发动机的全部气缸)。然而，在可选实施例中，气缸被划分成的组的数量可多于或少于两组(例如，一组、三组、四组等)。
如以上参考图3的310所解释的，每个气缸的气体扭矩限制是基于该气缸的个体爆震传感器输出确定的且用于该气缸的对应的SR是基于气体扭矩限制和发动机运行条件(例如，扭矩输出要求)确定的。在列510中示出了针对每个气缸的与个体气体扭矩限制对应的SR。因此，随着气体扭矩限制的增加，列510中显示的将在气体扭矩限制下产生气体扭矩的SR将增加。同样，随着气缸的气体扭矩限制减小，列510中显示的该气缸的SR也将降低。列514中输出的平均SR是总发动机SR的加权平均且根据以下公式计算：
其中集1气缸#从列506中得出，集1的SR从列510中得出，集2气缸#从列508中得出，集2的SR从列512中得出，且对于此示例气缸的总数量为12。如上所阐述的，集2的SR(来自列510)被选择为具有最低气体扭矩限制的气缸的SR。应当注意到，表500、600和700中示出的数字(例如，气体扭矩限制值和SR值)本质上是示例性的，且并不意味着作为限制性的。例如，这些表中示出的数字旨在说明如以上参考图3至图4所描述的，选择组的SR并调整组的组成的方法。在可选实施例中，气体扭矩限制和SR的不同值可能用于不同水平的爆震。
首先转向图5的表500，气缸1至气缸4正经历无爆震(爆震水平可能处于阈值之上)且他们的气体扭矩限制被设置在相对高的值(1000牛米)。这样，在列510中，他们对应的SR被设置为80％(在一个示例中，这可以是发动机被允许的最高SR)。其余的气缸正经历从更轻的爆震(例如，气缸5至气缸8)到更严重的爆震(例如，气缸9至气缸12)范围内的各种水平的爆震。气缸12具有最低的气体扭矩限制和对应的SR。这样，集2的SR被设置在40％(并且填入整个列512)。计算列514中的平均SR并随后做出评估以找出用于发动机的最高平均SR，该最高平均SR将导致最大化的发动机气体消耗(相对于液体燃料消耗)。在此示例中，在气缸8的SR(65％)被选为集1的SR情况下，气缸8的SR(65％)产生用于发动机的最高平均SR(57％)。因此，用于集1的SR被设置在65％。具有此选择的集1的SR或之上的SR的所有气缸被置于集1中，而具有此选择的集1的SR之下的SR的所有气缸被置于集2中。如表500中所示出的，8个气缸(气缸1至气缸8)位于集1中并以产生集1的SR的水平(例如，量)接收气体燃料和柴油燃料，以及4个气缸(气缸9至气缸12)位于集2中并以产生集2的SR的水平接收气体燃料和柴油燃料。集1的气缸可以是无爆震的或较轻爆震的气缸，而集2的气缸可以是较严重爆震的气缸。按这种方式将气缸分成多个组导致了将在发动机消耗的气体燃料量的最大化，而不超过任何气缸的气体扭矩限制。以这种方式，提高了发动机效率而降低了燃料供给成本。
现在看图6的表600，获得了新的各个气缸爆震输出。气缸1至气缸3中没有检测到爆震，并且因此气体扭矩限制保持在先前最高水平。气缸4中第一次检测到了爆震，且因此基于爆震水平(作为来自用于气缸4的爆震传感器的输出)计算气体扭矩限制并确定对应的SR(保持在80％)。然后将这些值在表600中更新(从表500中的先前水平)。如表600中所见的，气缸4的气体扭矩限制(对应的列504和列510)相对于先前的值降低。在气缸5至气缸7中没有检测到爆震。然而，由于先前检测到了爆震(如表500中示出的，在阈值时间量内)，对于这些气缸，气体扭矩限制(和对应的SR)保持在他们之前的值(来自表500)。作为一个示例，阈值时间量可以是自从上次爆震的确定。在另一示例中，阈值时间量可以在5秒至30秒范围内。可以基于发动机速度/负载状况和/或爆震水平的量级调整阈值时间量。例如，对于在全速/负载下较严重的爆震事件，阈值时间量可以为30秒，而在较轻微的爆震水平和较低速度下，阈值时间量可以更接近5秒。对于气缸8至气缸12，再次检测到了爆震，但比先前检测到的水平要低(例如，对比在表500的时刻检测到的水平)。响应于在这些气缸中检测到爆震，控制器基于各个气缸爆震传感器输出，针对每个气缸确定更新的气体扭矩限制以及对应的更新的SR。如表600的列504和列510中示出的，对于气缸8至气缸12中的每个，这些值从表500中示出的值增加了。因为用于气缸12的气体扭矩限制和对应的SR从先前的值增加，但气缸12仍是具有最低气体扭矩限制和SR的气缸，因此集2的SR(列512)被更新为气缸12的最新更新的SR(41％)。在必要地更新了气体扭矩限制和SR之后，对于每个气缸，如果该气缸的SR被选择为集1的SR(如列506和列508中所示出的)，每个气缸的排名(例如，气体扭矩限制值与其他气缸的值比较)被用于集1和集2中更新的气缸#。然后根据更新的表600的值重新计算列514中用于发动机的平均SR。如列514中所见的，用于发动机的最高的平均SR增加到了61％并且现在对应于气缸10的SR(而不是表500中的气缸8)。因此集1的SR被设置为气缸10的SR(65％)。尽管集1的SR保持相同且集2的SR从表500中确定的水平进行了调整，但两个组的组成都改变了(例如，气缸1至气缸10现在处于集1中而气缸11至气缸12现在处于集2中)。
在图7的表700中，对于当前时间点获得了新的各个气缸爆震输出。对于气缸1至气缸3、气缸5和气缸7没有检测到爆震，且在阈值时间量内尚未检测到爆震。因此，响应于在这些气缸中超过阈值时间量没有检测到爆震，对于气缸5和气缸7(因为这些不在最高水平)中的每个，气体扭矩限制从先前水平(表600的先前水平)增加。在当前时间点没有在气缸4、气缸8至气缸10和气缸12中检测到爆震，但先前在阈值时间量内检测到了爆震。因此，对于这些气缸保持先前的气体扭矩限制和对应的SR。在气缸11和气缸6中均检测到了爆震，且因此重新计算气体扭矩限制和对应的SR并在表700内更新。气缸12和气缸6共享相同的、最低的气体扭矩限制和SR，并且因此保持了此SR(41％)作为集2的SR。在每个气缸重新计算用于发动机的平均SR。如表700中所示的，列514中用于发动机的最高平均SR是用于气缸7的62.8％。因此气缸7的SR(70％)被选择并被设置为集1的SR。由于7个气缸(气缸1至气缸5、气缸7和气缸9)具有集1的SR或之上的SR且5个气缸(气缸6、气缸8和气缸10至气缸12)具有集1的SR之下的SR，两个气缸集中的气缸的组成也被调整。因此，气缸6、气缸8和气缸10从集1被移动至集2，而所有其他气缸保留在他们先前被分配的集中。
以这种方式，天然气燃料和柴油燃料可以以产生有限数量的天然气扭矩的替代率的量输送至有限数量的气缸组(例如，两组)。在一个示例中，第一气缸组中的每个气缸以产生天然气扭矩的共同的、第一替代率的量接收燃料(天然气燃料和柴油燃料)且第二气缸组中的每个气缸以产生天然气扭矩的共同的、第二替代率的量接收燃料(天然气燃料和柴油燃料)，其中发动机的所有气缸位于第一组或第二组中。第一替代率可以是较高的替代率，而第二替代率可以是较低的替代率。第一替代率和第二替代率都是可独立调整的。如上所讨论的，可以基于气缸的各个爆震传感器输出调整第一替代率和第二替代率并且可以基于第一气缸组和第二气缸组中的每个气缸的各个爆震传感器输出调整(例如，改变)组的组成(例如，哪些气缸在哪个组中)。以下操作的技术效果是为了在简化发动机控制的同时减少发动机爆震的发生，从而降低发动机消耗并提高发动机效率：以天然气(扭矩)的共同的、第一替代率，向第一气缸组中的每个气缸输送天然气燃料和柴油燃料；以天然气(扭矩)的共同的、第二替代率，向第二气缸组中的每个气缸输送天然气燃料和柴油燃料；以及基于各个气缸爆震传感器输出调整第一气缸组和第二气缸组的组成。例如，通过以仅产生两种不同替代率的水平提供燃料，在任一时刻，在所有气缸中替换率没有被不断改变，因此降低了控制的复杂性并降低了发动机消耗。与此同时，基于各个气缸爆震传感器输出调整哪个气缸接收两种替代率中的哪个可以允许有效的爆震控制被提供给多个气缸中需要它的更小子集的气缸，同时在其他气缸中维持较高的替代率，从而降低燃料供给成本。此外，通过基于各个气缸爆震传感器输出调整每个组的替代率，用于发动机的气体燃料消耗可以被最大化，同时处于所有气缸的气体扭矩限制内，从而降低燃料供给成本并提高发动机效率。
在一个实施例中，提供了用于发动机的系统。该系统包括控制器，该控制器能促使该发动机：以共同的、气体相对于液体的第一替代率，向第一气缸组输送气体燃料和非气体燃料；以共同的、气体相对于液体的第二替代率，向第二气缸组输送气体燃料和非气体燃料，第二替代率低于第一替代率；以及基于第一气缸组和第二气缸组中的每个气缸的各个爆震传感器输出改变第一气缸组和第二气缸组各自的组成。合适的气体燃料可以包括氢气、合成气、丙烷和天然气。合适的非气体燃料可以包括，例如柴油、汽油、煤油/JP1和乙醇。在一个实施例中，气体燃料可以是气体的混合物，并可以进一步包括，例如，水蒸气、补充的空气/氧气、氢气或再循环废气。对于气体混合物，这些气体成分可以是在进入气缸中之前预先混合或可以是进入然后混合，或者可以是在注入气缸时混合。
如本文所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”描述的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明这种排除。此外，对本发明的“一个实施例”的引用并不排除也包含所述特征的另外的实施例的存在。另外，除非明确相反地说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特征的元件或多个元件的实施例可包括不具有该特征的其他此类元件。术语“包括”和“其中”用作各个术语“包括”和“其中”的简单语言等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。
本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器，致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行执行、或者在某些情况下省略。同样地，处理顺序不一定是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过执行系统中的指令来执行所描述的动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最优模式，并且还使相关领域的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利保护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他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的系统，包括：
具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令的控制器，当所述指令在所述发动机运行期间被执行时，促使所述控制器：
以产生共同的、气体燃料的第一替代率的量，向第一气缸组输送气体燃料和液体燃料；
以产生共同的、气体燃料的第二替代率的量，向第二气缸组输送气体燃料和液体燃料，所述第二替代率低于所述第一替代率；以及
基于所述第一气缸组和所述第二气缸组中的每个气缸的个体爆震传感器输出，改变所述第一气缸组和所述第二气缸组各自的组成。
2.如权利要求1所述的系统，其中，
所述第一替代率和所述第二替代率是包括气体燃料扭矩与总燃料扭矩之比的气体燃料扭矩的替代率，且
所述第一气缸组与所述第二气缸组包括了所述发动机的所有气缸。
3.如权利要求1所述的系统，其中，
所述第一替代率和所述第二替代率均是能够基于个体气缸爆震传感器输出调整的，
所述第一替代率是使所述发动机的气体燃料消耗最大化的最大替代率，且
所述第二替代率是与第一气缸的气体扭矩限制对应的替代率，所述第一气缸是所述发动机的所有气缸中正在经历最高水平的爆震的气缸。
4.如权利要求3所述的系统，其中，改变所述第一气缸组和所述第二气缸组各自的组成，包括：
响应于第二气缸的个体爆震传感器输出指示所述第二气缸的气体扭矩限制比所述第一替代率允许的大，将所述第二气缸从所述第一气缸组移至所述第二气缸组，并
转变为以产生所述第二替代率的量向所述第二气缸输送气体燃料和液体燃料。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述计算机可读指令还促使所述控制器：
响应于所述第二气缸的个体爆震传感器输出高于所述第一气缸的个体爆震传感器输出，减小所述第二替代率。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机可读指令还促使所述控制器：
针对每个气缸，基于个体气缸爆震传感器输出确定气体扭矩限制，并确定所确定的气体扭矩限制对应的替代率，因此生成每个气缸的确定替代率；
将所述第二替代率设置为所述发动机的所有气缸各自的确定替代率中的最低替代率，并将所述第一替代率设置为导致所述发动机的所有气缸的最高平均替代率的确定替代率；以及
基于每个气缸的确定替代率和所设置的所述第一替代率改变所述第一气缸组和所述第二气缸组各自的组成。
7.如权利要求6所述的系统，其中，基于每个气缸的确定替代率和所设置的所述第一替代率改变所述第一气缸组和所述第二气缸组各自的组成，包括：
将确定替代率等于或大于所述第一替代率的每个气缸移至所述第一气缸组，并
将确定替代率小于所述第一替代率的每个气缸移至所述第二气缸组。
8.如权利要求6所述的系统，其中，所述计算机可读指令还包括促使所述控制器：
响应于每个气缸的气体扭矩限制允许在所设置的所述第一替代率或以上运行，将所有气缸移至所述第一气缸组，并将所有气缸作为单个组根据所述第一替代率进行燃料供给。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述计算机可读指令还促使所述控制器：
在启动所述发动机时，将所述发动机的所有气缸移至所述第一气缸组并将所述第一替代率设置为基准替代率。
10.如权利要求1所述的系统，其中，
所述气体燃料为天然气，且所述液体燃料为柴油燃料，
所述发动机是包括燃烧所述天然气和所述柴油燃料的多个气缸的双燃料发动机，且
天然气的替代率被定义为通过在气缸燃烧天然气和柴油燃料产生的天然气燃料扭矩与总燃料扭矩之比，总燃料扭矩包括由所述气缸产生的天然气燃料扭矩和柴油燃料扭矩的总和。
11.一种用于发动机的方法，包括
以产生共同的、天然气扭矩的第一替代率的量，向第一气缸组中的每个气缸输送天然气燃料和柴油燃料；
以产生共同的、天然气扭矩的第二替代率的量，向第二气缸组中的每个气缸输送天然气燃料和柴油燃料，所述第二替代率低于所述第一替代率；以及
基于个体气缸爆震传感器输出，调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一气缸组和所述第二气缸组中的气缸的数量组成了所述发动机的气缸总数量。
13.如权利要求11所述的方法，其中，基于个体气缸爆震传感器输出调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成，包括：
基于个体气缸气体扭矩限制调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成，针对每个气缸，基于对应的个体气缸爆震传感器输出确定所述个体气缸气体扭矩限制。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：
将所述第二替代率设置为与所有确定的个体气缸气体扭矩限制中的最低个体气缸气体扭矩限制对应的水平，所述最低个体气缸气体扭矩限制为所述发动机的所有气缸中正在经历最高水平的爆震的气缸的个体气缸气体扭矩限制。
15.如权利要求13所述的方法，
还包括：对于每个气缸，针对所述第一气缸组和所述第二气缸组确定加权平均替代率，
假设选择与气缸的个体气缸气体扭矩限制对应的替代率作为所述第一替代率，则还包括：将所述第一替代率设置为具有最高的确定的加权平均替代率的气缸的替代率。
16.如权利要求15所述的方法，其中，调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成，包括：
将所有的如下气缸移至所述第一气缸组，与该气缸的所述个体气缸气体扭矩限制对应的替代率等于或高于所设置的所述第一替代率，并
将剩余的所有气缸移至所述第二气缸组。
17.如权利要求15所述的方法，其中，调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成，包括：
响应于与气缸的所述个体气缸气体扭矩限制对应的替代率低于所设置的所述第一替代率，将所述气缸从所述第一气缸组移至所述第二气缸组。
18.如权利要求11所述的方法，还包括：
基于个体气缸爆震传感器输出单独地调整所述第一替代率和所述第二替代率中的每个，且随后
基于单独调整的所述第一替代率和所述第二替代率以及所述个体爆震传感器输出，调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成。
19.一种用于发动机的方法，包括：
在启动发动机时，以产生天然气扭矩的第一替代率的量，向第一气缸组中的每个气缸输送天然气燃料和柴油燃料，其中，所述第一替代率是基准替代率，且所述第一气缸组包括所述发动机的所有气缸；以及
响应于检测到所述第一气缸组中的一个或多个气缸内的爆震，
基于个体气缸气体扭矩限制和相应的个体气缸替代率，调整所述第一替代率并设置第二气缸组的第二替代率，所述个体气缸替代率用以将气缸的运行维持在所述个体气缸气体扭矩限制或之上，并
基于所调整的第一替代率调整所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成，所述调整的第一替代率设置为导致所述发动机的所有气缸的平均替代率最高的水平。
20.如权利要求19所述的方法，其中，
所述个体气缸气体扭矩限制基于根据个体气缸爆震传感器确定的个体气缸爆震水平，且
所述方法进一步包括：随着所述个体气缸气体扭矩限制变化，继续调整所述第一替代率、所述第二替代率以及所述第一气缸组和所述第二气缸组的组成。
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