CN113944554A - 用于发动机运行的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于在环境温度条件范围内运行发动机并控制发动机参数的系统和方法。一种用于发动机的方法，包括：根据与所选择的油门水平相对应的预校准的发动机映射关系选择发动机转速、发动机负荷、基准正时和燃料共轨压力中的一个或多个，然后基于感测到的环境条件对其进行修改。

Description

用于发动机运行的系统和方法
优先权声明
本申请要求于2020年7月16日提交的印度专利申请202041030365的优先权。
技术领域
本文公开的主题的实施例涉及环境温度条件范围内的发动机参数。
背景技术
一些车辆包括动力源，例如柴油内燃机。在某些地理位置中使用的内燃机系统的环境温度变化很大。在发动机中，操作员可以通过选择油门水平来调节功率输出和发动机转速。选择较高的油门水平对应于进气口的较大开口和至发动机的较大燃料供给。发动机运行参数由发动机控制器根据所选的油门水平确定。由于周围条件的日变化，可能会影响与每个所选的油门水平相对应的发动机系统的性能。可能需要具有与当前可用的系统和方法不同的系统和方法。
发明内容
在一个实施例中，一种用于操作发动机的方法可以包括：获得一个或多个周围环境条件，获得期望的油门水平，至少部分基于期望的油门水平和发动机运行映射关系获得发动机的一个或多个确定的发动机运行参数，以及至少部分基于所获得的周围环境条件在环境条件的限定阈值运行范围之外来改变从发动机运行映射关系获得的一个或多个确定的发动机运行参数。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的包括内燃机的车辆的示意图。
图2A示出了发动机转速随油门水平变化的曲线。
图2B示出了发动机负荷随油门水平变化的曲线。
图2C示出了基准正时(base timing)随油门水平变化的曲线。
图2D示出了燃料共轨压力随油门水平变化的曲线。
图3示出了在多个发动机转速下基准正时随发动机功率变化的曲线。
图4示出了在多个发动机功率下燃料共轨压力(fuel common rail pressure)随发动机转速变化的曲线。
图5示出了对应于多个油门水平的发动机运行参数的示例表。
图6A示出了在多个发动机功率下基准正时随发动机转速变化的曲线。
图6B示出了在多个发动机功率下轨道压力随发动机转速变化的曲线。
图7示出了可以实施以确定与所选油门水平对应的发动机运行参数的示例方法的流程图。
图8示出了可以实施以确定与发动机转速和功率对应的基准正时的示例方法的流程图。
图9示出了可以实施以确定与发动机转速和功率对应的轨道压力的示例方法的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及一种用于估计和/或操作在周围条件(包括一些极端条件)范围下运行的发动机的一个或多个发动机参数的系统和方法。尽管本文考虑了各种发动机和最终用途的应用。合适的发动机可以包括由汽油、柴油、生物柴油、乙醇、天然气以及前述中的两种或更多种的组合提供动力的发动机。合适的车辆可以包括汽车、卡车、采矿和工业设备、机车和轨道车辆、船舶和飞机，以及在某些情况下为固态电力发电机。
轨道车辆可用于移动轨道车，以及用于在轨道场中组装和拆卸火车。一些车辆可能已经确定了油门水平，该油门水平是该发动机的最佳操作点。在轨道车辆中，这些确定的油门水平可以称为“挡位(notch)”。在一个示例中，“挡位”可以对应于不同的速度和负荷设定点。其他发动机应用可采用这种“挡位”技术，其中发动机与负载在物理上分离，但与发电机或交流发电机相耦合。
在一个实施例中，一种系统和方法可以考虑对于在以相对较低额定功率运行的发动机的极端变化条件期间，如在以较高额定功率运行的发动机中使用的、最初针对温度条件的较小变化而校准的发动机模型。
在一个实施例中，提供了一种系统，该系统包括发动机和该发动机的控制器。发动机可以包括组成两个汽缸组的多个汽缸。控制器可从一个或多个传感器获得一个或多个周围环境条件。控制器可以例如从操作员接收发动机的期望油门水平。通过使用该油门水平，控制器可以在发动机运行映射关系上寻找基本发动机运行参数。控制器获得的这些基本发动机运行参数可以是至少部分基于期望油门水平的用于发动机的一个或多个确定的发动机运行参数。然后，控制器可以至少部分基于所获得的周围环境条件在环境条件的限定阈值运行范围之外来改变从发动机运行映射关系获得的一个或多个确定的发动机运行参数。阈值运行范围可以定义环境的极限。例如，极端环境可以是大于约50摄氏度的温度。在一个实施例中，控制器采用发动机的正常运行模式，并且可以响应于极端外部温度而以限定和确定的方式调节发动机运行参数。该调节可以取决于发动机RPM或本文所述的其他因素而不同。
在一个实施例中，发动机运行参数包括相对于第二汽缸组的第一汽缸组的进气量和进气压力，并且通过响应于确定所获得的周围环境条件在环境条件的限定阈值运行范围之外进行控制，控制器可以与第二组的第二运行模式不同且独立地修改第一组的第一运行模式。这可以通过例如独立地控制多个涡轮增压器来完成。
根据一个实施例，图1中所示的发动机系统安装在车辆中以向车辆供电。在图2A至图2D和图5中示出了与每个油门水平相对应的一系列发动机运行参数的变化。如图3和图6A所示，可以根据发动机功率和发动机转速获得发动机的基准正时。供应给发动机的燃料压力可以通过每个汽缸的单个燃料泵，或者通过共轨燃料系统。如图4和6B所示，可以获得对应于发动机功率和发动机转速的合适压力。在运行期间，发动机控制器可以执行控制例行程序，以根据校准的发动机映射关系确定发动机工况。示例例行程序在图7-9中示出。
发动机可以在相对较低的额定功率下运行，并且该运行可以在极端环境条件下进行。极端环境温度可能更接近运行温度的外边界。在寒冷方面，极冷接近并超过负50摄氏度作为阈值温度。而在高温方面，极热可以接近并超过50摄氏度作为阈值温度。这些温度可以进一步受极端湿度、压力等的影响。在一个实施例中，所设想的系统和方法可以在运行期间减少燃料消耗和一些排气成分的废气排放物水平。
在运行期间，操作员可以通过挡位选择手柄选择油门水平(在本文中也称为挡位)。这可以根据选定的周围温度条件下的预校准发动机映射关系来间接或直接控制发动机转速、发动机负荷、基准正时和燃料共轨压力中的一个或多个。通过针对高于或低于阈值的环境条件从发动机映射关系中选择一个或多个发动机运行参数，可以改善发动机性能。
发动机控制器12(在本文中称为控制器)可以形成车辆的控制系统14的一部分。控制系统可以控制与车辆有关的各种部件。作为示例，车辆的各种部件可以经由通信信道或数据总线耦合到控制器。控制器可以附加地或可替代地包括存储器，该存储器容纳非暂时性计算机可读存储介质(未示出)，该非暂时性计算机可读存储介质包括用于启用车载监控和车辆运行控制的代码。
控制器可以从多个传感器16中的一个或多个接收信息。此外，控制器可以向多个致动器18发送控制信号。在监督车辆的控制和管理时，控制器可以从多个传感器接收信号以确定运行参数和工况，并且可以相应地调节各个发动机致动器以控制车辆的运行。例如，发动机控制器可以从各种发动机传感器接收信号，这些信号包括但不限于发动机转速(例如，经由发动机曲轴位置传感器得到)、发动机负荷(由发动机控制器命令的加油量得出，加油量通过测量的燃料系统参数、平均扭矩数据和/或从交流发电机或发电机输出的电功率进行指示)、质量气流量/速率(mass airflow amount/rate)(例如，通过质量气流量计得到)、进气歧管空气压力、增压压力、排气压力、周围压力、周围温度、周围湿度、排气温度(例如进入涡轮的排气温度，由温度传感器确定)、颗粒过滤器温度、颗粒过滤器背压、发动机冷却液压力、氮氧化物排放量(来自NOx传感器)、排气烟灰量(来自烟灰/颗粒物传感器)、排气氧水平传感器等。相应地，控制器可以通过将命令发送到各个部件来控制轨道车辆，各个部件例如为牵引电动机、交流发电机/发电机、汽缸阀、燃料喷射器、油门水平油门、压缩机旁通阀(或者，在可选实施例中，发动机旁通阀)、排气泄压阀等。其他主动操作和控制的致动器可以耦合到轨道车辆中的各个位置。
作为一个示例，可以用与每个油门水平相对应的发动机运行参数来填充发动机映射关系。可以针对以较低额定功率运行的发动机来优化发动机运行参数。并且，发动机运行参数可以在宽范围的环境温度条件下使用。可以填充与发动机运行参数相关的多个表格和曲线图，并且这些表格和曲线图可以保存在控制器的存储器中。在发动机运行期间，发动机操作员可以选择油门水平，并且发动机控制器可以使用发动机映射关系来确定针对所选油门水平的相应发动机工况。并且，在发动机以特定发动机转速运行期间，控制器可以使用发动机映射关系来确定与每个发动机功率相对应的发动机运行参数。
通过从针对以较低额定功率且在环境条件范围内运行的发动机填充的发动机映射关系中选择发动机运行参数，可以通过至少部分基于环境条件调节那些运行参数来控制发动机运行。从发动机映射关系中选择与操作员选择的油门水平相对应的发动机工况、以及然后至少部分基于测量或计算的环境条件来调整那些工况的技术效果是可以减少燃料消耗。通过响应于测量或计算的环境条件(例如在高于或低于阈值的环境温度条件期间)相对于正常发动机运行参数调节发动机运行参数，可以降低排放水平。通过填充发动机映射关系并在所有工况期间使用发动机映射关系，可以在各种油门水平、发动机转速和功率负荷情况下对暖和冷发动机进行发动机操作。
参照图1，示出了可以在由发动机104提供动力的轨道102上运行的轨道车辆系统100的实施例的框图。在所示的实施例中，该车辆系统被描绘为具有多个车轮112的轨道车辆106。合适的轨道车辆可以是调车机车，而发动机可以是调车机车发动机。在该实施例中，与车辆中用于使火车长距离行驶的发动机相比，该发动机可以以相对较低的额定功率运行。作为示例，该发动机可以以1100kw/1475hp的额定功率运行，同时该发动机可以以2500马力(hp)的输出运行。在该实施例中，发动机可以在具有极端(高和低)环境温度的地理位置中使用。
合适的发动机可以包括多个燃烧室(例如，汽缸)。发动机的汽缸经由燃料导管107从燃料系统103接收燃料(例如，柴油机燃料)。燃料导管可以与燃料共轨和多个燃料喷射器耦合。可以基于发动机运行参数和发动机操作员选择的油门门水平来调节燃料共轨的压力。可以基于耦合到燃料共轨的燃料共轨压力传感器来监测燃料轨压力。
发动机104从进气道114接收用于燃烧的进气。进气包括从车辆外部通过空气过滤器160流入进气道的周围空气。进气道可以包括具有油门板的油门162。在该示例中，油门板的位置可以由控制器经由提供给油门所包括的电动机或致动器的信号来改变。油门162可以打开至多个不同的位置，每个位置对应于一个油门水平。以这种方式，油门162可以被操作以改变提供给发动机104中的燃烧室的进气。作为示例，油门控制可以具有八个位置(如以“挡位”为单位)，还有一个怠速位置(idle position)。油门水平1(第一油门水平)可以对应于供应给发动机的最小进气量和燃料量，而油门水平8(第八油门水平)可以对应于供应给发动机的最大进气量和燃料量。发动机操作员可以通过操纵开关或踏板来选择油门水平。进气道可以包括和/或耦合至发动机的进气歧管。由发动机中的燃烧产生的排气被提供到排气道116。排气流经排气道到达消声器117，并且从车辆的排气管119流出。
发动机的每个汽缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸可包括位于汽缸的上部区域的至少一个进气门和至少一个排气门。进气门和排气门可以经由耦合到各个摇臂组件的各个凸轮致动系统来致动。凸轮致动系统各自可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用以下中的一者或多者来改变阀门操作：凸轮轮廓切换(CPS)、可变凸轮正时(variable cam timing，VCT)、可变气门正时(variable valve timing，VVT)和/或可由控制器操作的可变气门升程(variable valve lift，VVL)系统。进气门和排气门的位置可以由阀门位置传感器确定。在可替换的实施例中，进气门和/或排气门可以通过电动阀门致动来控制。例如，汽缸可替换地包括通过电动阀门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
在一个示例中，轨道车辆是柴油电动车辆。如图1所示，发动机可以耦合至发电系统，该发电系统可以包括交流发电机/发电机122。交流发电机可以电耦合至一个或多个电牵引电动机124。并且，在交流发电机和牵引电动机之间可以插入各种电力电子部件和总线元件。合适的交流发电机/发电机可以包括直流(DC)发电机或交流(AC)交流发电机。如所指出的那样，合适的发动机可以包括产生扭矩输出的汽油、柴油和/或天然气发动机，该扭矩输出被传输到电力交流发电机/发电机。交流发电机/发电机可以机械连接至发动机。发动机可以是多燃料发动机。合适的多燃料发动机可以包括使用柴油燃料和天然气两者来运行的发动机。其他合适的发动机可以使用其他直接/单一燃料，例如汽油、柴油或天然气，或者可以使用柴油和天然气以外的燃料的各种组合。
发动机系统可以包括涡轮增压器120。涡轮增压器可以布置在进气道和排气道之间。在可替换的实施例中，涡轮增压器可以由增压器代替。涡轮增压器增加了吸入进气道的周围空气的充气压力，以便在燃烧期间提供更大的充气密度，从而提高动力输出和/或发动机运行效率。如图1所示，涡轮增压器包括压缩机121(布置在进气道中)，该压缩机121至少部分地由涡轮123(布置在排气道中)驱动。虽然在这种情况下是包括单个涡轮增压器，但是系统可以包括多个涡轮和/或压缩机级。涡轮由发动机废气驱动，发动机废气通过涡轮增压器的进气口进入。气体通过涡轮增压器的喷嘴环膨胀，在此气体的压力能转换为动能。这种高速气体被引导到涡轮叶片上驱动涡轮叶轮，进而以高速驱动压缩机。然后，废气穿过涡轮机的出口壳体到达排气道116。由于发动机可以以较低的额定功率以及在极端的环境天气条件下使用，因此可能需要较高的进气气流以降低燃料消耗和排气温度。喷嘴环硬件可以根据需要提供增加的气流。温度传感器125可以置于涡轮机入口上游的排气道中。
在所示的实施例中，六对牵引电动机对应于车辆的六对动力车轮中的每对。合适的电气系统可以耦合到一个或多个电阻网络(resistive grid)126。电阻网络可以通过电阻网络产生的热量来驱散发动机扭矩和/或动能牵引电动机的能量。在其他可替换的实施例中，车辆可以包括电池组、燃料电池和/或允许车辆经由第三轨道或悬链线连接至电网的设备。来自交流发电机/发电机、牵引电动机(以动态制动模式运行)和/或电网连接设备的电能可以由该系统控制，以存储能量、和/或推动车辆、和/或重新发电。
如图1所示，废气门127可以设置在涡轮机周围的旁路通道中，并且可以通过来自控制器的致动来调节，以增加或减少通过涡轮机的排气流量。例如，打开废气门(或增加打开量)可减少通过涡轮机的排气流并相应地降低压缩机的转速。结果，较少的空气可以进入发动机，从而降低了燃烧空燃比(combustion air-fuel ratio)。发动机系统可包括压缩机旁路通道140。可通过通道可直接耦合到进气道、压缩机上游和发动机上游。在一个示例中，压缩机旁路通道可以在发动机的进气歧管的上游耦合至进气道。压缩机旁路通道被配置成将气流(例如，来自压缩机入口之前的气流)转移离开发动机(或发动机的进气歧管)并转移到大气中。压缩机旁路阀(CBV)142位于压缩机旁路通道中，并且包括可由控制器致动的致动器，以调节从发动机转向大气的进气流的量。
在一些实施例中，发动机系统可包括后处理系统，该后处理系统耦合在涡轮增压器的上游和/或下游的排气道中。在一个实施例中，后处理系统可以包括柴油氧化催化剂(DOC)和柴油微粒过滤器(DPF)。在其他实施例中，后处理系统可以附加地或可替换地包括一个或多个排放控制装置。这样的排放控制装置可以包括选择性催化还原(SCR)催化剂、三效催化剂、NOx捕集器(trap)或各种其他装置或系统。虽然图1中所示的发动机系统不包括废气再循环(EGR)系统，但是在可替换的实施例中，发动机系统可以包括EGR系统。如果存在EGR系统，则EGR系统可将废气从发动机的排气道引导至涡轮增压器下游的进气道。在一些实施例中，排气再循环系统可以耦合至发动机的一个或多个供体汽缸的确定的组(也称为供体汽缸系统)。
可以由控制器基于操作员选择的油门水平(或挡位)以及可以用作黑匣子传递函数的预校准发动机映射关系来操作发动机。作为示例，在发动机以大约(例如，在±5％的变化范围内)1100kW或低于大约(例如，在±5％的变化范围内)1100kW的功率输出运行期间，可以在环境条件下根据一组校准表来估计发动机运行参数，该组校准表包括第一校准表、第二校准表和第三校准表，第一校准表用于估计与所选油门水平相对应的发动机转速、发动机负荷、基准正时和燃料共轨压力，第二校准表用于估计与估计的发动机转速和估计的发动机功率相对应的基准正时，第三校准表用于估计与估计的发动机转速和估计的发动机功率相对应的燃料共轨压力。
图7是一种用于确定与以低于最大额定功率运行的发动机的所选油门水平对应的发动机工况的方法的流程图700。发动机映射关系或模型可以被预校准并存储在控制器的存储器中，从而不管极端环境条件如何，都可以获得与每个所选的油门水平相对应的发动机运行参数。控制器(例如，图1的控制器)可以基于存储在控制器的存储器中的指令并结合从发动机系统的传感器(例如上述参考图1描述的传感器)接收的信号来执行用于执行本文所包括的方法和其余方法的指令。根据以下描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机运行。
在701，例行程序包括基于来自与发动机耦合的一个或多个传感器的输入来估计包括周围温度、压力、湿度等的周围环境条件。
在702处，例行程序包括接收由发动机的操作员选择的油门水平(挡位)的输入。操作员可以通过发动机控制面板上的开关或将踏板或操纵杆接合到特定位置来选择油门水平。作为示例，发动机可具有被编号的油门水平(挡位)和怠速油门水平。在发动机的运行期间，操作员可以将操作从一个油门水平改变为另一种油门水平。
在704处，一旦控制器接收到输入，则可以确定针对以所选油门水平和环境条件运行的发动机优化的一组发动机运行参数。选择较高的油门水平对应于进气口的较大开口和至发动机的较大燃料供给。
在705处，发动机运行参数的确定包括确定对应于所选油门水平的发动机转速。控制器可以使用发动机映射关系的曲线图或表格来确定用于在很大的环境温度范围内以较低额定功率运行发动机的发动机转速。
图2A示出了将发动机转速与油门水平相关联的示例校准曲线200。曲线200可以是校准的发动机映射关系的一部分。x轴表示油门水平，y轴表示发动机转速(以RPM为单位)。控制器可以使用所选的油门水平作为输入，以从曲线200提取相应的发动机转速。如线202所示，发动机转速可以随着油门水平的增加而增加，其中发动机转速在怠速时最低，在油门水平8时最高。发动机转速可以从怠速时的大约(例如，在±5％以内变化)500RPM增加到油门水平8时的大约(例如，在±5％变化以内)1800RPM。相对于中间油门水平处的增加速率，对应于两个最低油门水平和两个最高油门水平的发动机转速的增加速率更低。
在706处，发动机运行参数的确定包括确定对应于所选油门水平的发动机负荷。控制器可以使用发动机映射关系的曲线或表格来确定在广泛变化的环境温度下最佳的发动机负荷。图2B示出了将发动机负荷与油门水平相关联的示例校准曲线220。该曲线可以是校准的发动机映射关系的一部分。x轴表示油门水平，y轴表示发动机负荷(与hp相关)。控制器可以使用所选的油门水平作为输入，以从曲线220中提取相应的发动机负荷。在怠速油门水平时发动机负荷可以为大约(例如，在±5％的变化范围内)11hp，然后在油门水平8时增加到大约(例如，在±5％的变化范围内)1475hp。尽管发动机能够以较高的额定功率运行，但为了将发动机作为调车机车发动机运行，也可以使用较低的额定功率。如线204所示，发动机负荷可随着油门水平的增加而增加。相对于较高油门水平的发动机的增加速率，对应于两个最低油门水平的发动机负荷的增加速率更低。
在707处，发动机运行参数的确定包括确定对应于所选油门水平的基准正时。在柴油发动机中，基准正时可以是相对于当前活塞位置和曲轴角度、用于将燃料喷射到燃烧室中的正时。可以相对于燃烧室中的活塞的上止点(TDC)位置来测量基准正时。基准正时可以以相对于TDC位置的曲轴角来测量。控制器可以使用发动机映射关系的曲线或表格来确定基准正时，该基准正时在宽范围的环境温度下是最佳的。
图2C示出了将基准正时与油门水平相关联的示例校准曲线240。曲线240可以是校准的发动机映射关系的一部分。x轴表示油门水平，y轴表示基准正时(以dB TDC为单位)。控制器可以使用所选的油门水平作为输入来从曲线240中提取对应的基准正时。相对于TDC提前基准正时可以导致增加的发动机功率输出。如线206所示，基准正时可以增加直到达到阈值油门水平，在该阈值油门水平处基准正时可以减小，然后在阈值油门水平之上基准正时可以增加。在该示例中，阈值油门水平为4，基准正时从怠速到油门水平3期间一直增加，在油门水平4处减小，然后从油门水平5到油门水平8期间再次一直增加。基准正时可以以较低变化速率稳定在较高油门水平处。基准正时可以从怠速油门水平处的大约(例如，在±5％之内)5dB TDC增加到较低油门水平处的大约(例如±5％之内)17dB TDC，减小到较低油门水平处的大约(例如±5％之内)11.1dB TDC，然后增加到较高油门水平处的大约(例如在±5％之内)22.4dB TDC。
在708处，发动机运行参数的确定包括确定对应于所选油门水平的燃料共轨压力。在柴油发动机中，轨道压力可以是经由耦合到高压燃料共轨的阀/喷射器将燃料供应到燃烧室的高压共轨直接燃料喷射系统的压力。较高的燃料共轨压力可以对应于在喷射器打开的静态时间段内输送到燃烧室的较高的燃料量。
图2D示出了将燃料共轨压力与油门水平相关联的示例校准曲线260。曲线260可以是校准的发动机映射关系的一部分。x轴表示油门水平，y轴表示燃料共轨压力(以bar为单位)。控制器可以使用所选的油门水平作为输入来从曲线260中提取对应的燃料共轨压力。如线208所示，轨道压力可以从怠速油门水平处的大约(例如在±5％之内)600bar增加至油门水平8处的大约(例如在±5％之内)1525bar。基准正时可以以较低变化速率稳定在较高油门水平(例如7-8)。
图5示出了发动机运行参数的示例表格500，其包括发动机转速504、发动机负荷506、基准正时508和与油门水平502相对应的燃料共轨压力510。该表格(与校准无关)可以保存在控制器存储器中。控制器可使用该表格来确定对应于所选油门水平的发动机工况。图2A-2D中所示的每个曲线从表格中导出。以这种方式，可以将适合于所有环境条件的运行参数的发动机映射关系在控制器存储器中保存为曲线或表格。
在710，例行程序包括确定一个或多个环境条件是否高于其各自的阈值。作为示例，控制器可以确定周围温度是否高于预定阈值温度。在一示例中，阈值温度可以是50℃。在712处，如果确定环境条件小于或等于它们各自的阈值，则可以利用在步骤704处确定的运行参数来维持发动机的运行。
在714处，如果确定一个或多个环境条件高于它们各自的阈值，则可以基于环境条件进一步调节发动机运行参数。作为示例，如果周围环境条件被测量为大于阈值温度，则可以减小在步骤704确定的发动机转速。
图8示出了一种用于确定与发动机转速和发动机功率相对应的基准正时的方法800。对应于每个发动机转速，可以在发动机功率输出的范围内校准基准正时的变化，并将其作为发动机映射关系的一部分保存在控制器存储器中。发动机映射关系中的基准正时可在环境条件期间使用以实现发动机性能。
在802处，控制器可以从发动机传感器接收关于发动机转速的输入。作为示例，可以基于来自发动机曲轴位置传感器的输入来感测发动机转速。在804处，控制器可以确定期望的发动机功率输出。作为示例，可以基于发动机操作员选择的油门水平来确定发动机功率输出。控制器可以使用表格(例如，图5中的表格500)或曲线(例如，图2B中的曲线200)来确定与所选油门水平相对应的期望发动机功率输出，其中油门水平被用作输入，而功率输出用作输出。
在806处，可以对应于估计的发动机转速和期望的发动机功率来确定将燃料喷射到燃烧室的基准正时。控制器可以使用诸如图6A中的表格600的表格确定基准正时。表格600提供了针对大约(例如在±5％的变化范围内)225RPM至大约(例如，在±5％的变化范围内)1980RPM的范围内的发动机转速以及0到大约(例如，在±5％之内的变化范围内)1100KW的范围内的发动机功率的组合的预校准基准正时。控制器可以使用诸如表格600之类的表格作为查找表，其中以发动机转速和发动机功率作为输入并且以基准正时作为输出。基准正时可以从较低发动机转速和较低发动机功率处的大约(例如，在±5％的变化范围内)5dBTDC变为较高发动机转速和较高发动机功率处的大约(例如，在±5％的变化范围内)22.4dBTDC。
此外，可以从预校准表格600中选择与发动机转速和发动机功率相对应的基准正时，并且响应于所获得的周围环境条件超出确定的环境条件范围，对于表格中列出的低于第一确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的增长，发动机运行可以相对于基准正时而成比例地增加至第一正时，并且对于低于确定的第二阈值发动机转速的每个发动机转速而言，随着发动机功率的降低，发动机运行可以相对于基准正时而成比例地降低至第二正时。
图3示出了在多个发动机转速(以RPM为单位)下基准正时(以dB TDC为单位)随发动机功率(以kW为单位)变化的曲线300。线302、304、306、308、310、312、314、316、318和320表示针对恒定的发动机转速而言，基准正时随发动机功率的变化。作为示例，线302对应于225RPM和500RPM的发动机转速；线304对应于700RPM的发动机转速；线306对应于840RPM的发动机转速；线308对应于1000RPM的发动机转速；线310对应于1200RPM的发动机转速；线312对应于1350RPM的发动机转速；线314对应于1500RPM的发动机转速；线316对应于1650RPM的发动机转速；线318对应于1800RPM的发动机转速；以及线320对应于1980RPM的发动机转速。
对于恒定的发动机转速，该方法随着发动机功率的增加而增加基准正时，直至达到阈值发动机转速。作为一个示例，在225RPM和500RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率增加大约80％；在700RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率增加大约62.5％；在840RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率增加大约50％；在1000RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率增加大约23％；以及在1200RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率增加大约13％。在1350RPM的发动机转速下，基准正时先增大然后减小，使得基准正时在从0到1100kW的发动机功率范围内没有明显变化(例如，超过2％)。阈值发动机转速可以大约为(例如，在±5％变化范围内)1350RPM。在发动机转速高于1350RPM时，基准正时随着发动机功率的增加而降低。例如，在1500RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率降低大约19％；在1650RPM的发动机转速下，基准正时从0至1100kW功率降低大约3.5％；以及在1800RPM的发动机转速下，基准正时从0到1100kW功率降低大约6.5％。
图9示出了一种用于确定与发动机转速和发动机功率相对应的燃料共轨压力的方法900。对应于每个发动机转速，可以在发动机功率输出范围内校准燃料共轨压力的变化，并将其作为发动机映射关系的一部分保存在控制器存储器中。可以在环境条件期间使用发动机映射关系中的燃料共轨压力来实现发动机性能。
在902处，控制器可以从发动机传感器接收关于发动机转速的输入。作为示例，可以基于来自发动机曲轴位置传感器的输入来感测发动机转速。在904处，控制器可以确定期望的发动机功率输出。作为示例，可以基于发动机操作员选择的油门水平来确定发动机功率输出。控制器可以使用表格(例如，图5中的表格500)或曲线(例如，图2B中的曲线200)来确定与所选油门水平相对应的期望发动机功率输出，其中油门水平被用作输入，而功率输出用作输出。
在906处，可以对应于估计的发动机转速和期望的发动机功率来确定将燃料喷射到燃烧室的轨道压力。控制器可以使用诸如图6B中的表格650的表格来确定轨道压力。表格650提供了针对大约(例如在±5％变化范围内)225RPM到大约(例如在±5％变化范围内)1980RPM范围内的发动机转速以及0至大约(例如在±5％变化范围内)1100kW范围内的发动机功率的组合的预校准的轨道压力。控制器可以使用诸如表格650之类的表格作为查找表，其中以发动机转速和发动机功率作为输入并且以轨道压力作为输出。轨道压力可以从较低发动机转速和较低发动机功率下的大约(例如，在±5％变化范围内)600bar变为较高发动机转速和较高发动机功率下的大约(例如，在±5％变化范围内)1525bar。
此外，可以从预校准表650中选择对应于发动机转速和发动机功率的共轨系统中的基准燃料压力，并且响应于估计的周围环境条件超出确定的环境条件范围，对于表格中列出的低于第一确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的增长，发动机运行可以相对于基准燃料压力而成比例地增加至第一燃料压力，并且对于低于确定的第二阈值发动机转速的每个发动机转速而言，随着发动机功率的降低，发动机运行可以相对于基准燃料压力而成比例地降低至第二燃料压力。
图4示出了在多个发动机转速(以RPM为单位)下燃料共轨压力(以bar为单位)随发动机功率(以kW为单位)变化的曲线400。线402、404、406、408、410、412、414、416和418表示针对恒定发动机转速而言，轨道压力随发动机功率的变化。作为示例，线402对应于225RPM和500RPM的发动机转速；线404对应于700RPM的发动机转速；线406对应于840RPM的发动机转速；线408对应于1000RPM的发动机转速；线410对应于1200RPM的发动机转速；线412对应于1350RPM的发动机转速；线414对应于1500RPM的发动机转速；线416对应于1650RPM的发动机转速；以及线418对应于1800RPM和1980RPM的发动机转速。
在阈值发动机转速之上，对于每个发动机转速，轨道压力随着发动机功率的增加而增加。例如，在225RPM和500RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率保持基本恒定。较高发动机转速下轨道压力的增加可以逐步增加。作为示例，在700RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约43％；在840RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约37.5％；在1000RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约33％；在1200RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约30％；在1350RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约40％；在1500RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约40％；在1650RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约50％；以及在1800RPM和1980RPM的发动机转速下，轨道压力从0到1100kW功率增加大约52.5％。
对于在宽的周围温度变化(例如±50°)下以等于或低于较低功率输出(例如1100kW)运行的发动机而言，可以根据发动机模型的第一预校准表估计发动机运行参数。合适的发动机运行参数可以包括对应于油门水平的发动机转速、发动机负荷、基准正时和燃料共轨压力中的一个或多个。可以基于发动机模型的第二预校准表来估计与估计的发动机转速和估计的发动机负荷相对应的基准正时，并且可以基于发动机模型的第三预校准表估计与估计的发动机转速和估计的发动机负荷相对应的燃料共轨压力。
如本文中所使用的，以单数形式叙述并且与单词“一个”或“一种”一起使用的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地指出了这种排除。对本发明的“一个实施例”或“一个示例”的引用并非旨在被解释为排除也包含所述特征的额外实施例的存在。此外，除非明确相反地指出，否则，“包括”、“包含”或“具有”具有特定特性的一个或多个元件的实施例可以包括不具有该特性的额外元件。术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的简明语言等效形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并非旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，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装置或系统以及执行任何结合的方法。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普通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没有实质性差异的等效结构元件，则这样的示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于运行发动机的方法，该方法包括：
获取一个或多个周围环境条件；
获取所述发动机的期望油门水平；
至少部分基于所述期望油门水平和发动机运行映射关系来获取一个或多个确定的发动机运行参数；以及
至少部分基于所获取的一个或多个周围环境条件超出环境条件的限定阈值运行范围，来改变从所述发动机运行映射关系获取的所述一个或多个确定的发动机运行参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个确定的发动机运行参数包括发动机转速、发动机负荷、基准正时和燃料共轨压力中的一个或多个，以及
其中，该方法还包括：
确定所获取的一个或多个周围环境条件是否是被测量为大于确定的阈值温度的温度；和
如果所获取的一个或多个周围环境条件是被测量为大于所述确定的阈值温度的温度，则降低所述发动机转速。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，改变所述一个或多个确定的发动机运行参数包括：将所述基准正时从怠速油门水平处的大约5dB TDC增加到高于所述怠速油门水平的第一油门门水平处的大约17dB TDC，
可选地，其中改变所述一个或多个确定的发动机运行参数包括：将所述基准正时从高于所述怠速油门水平的所述第一油门水平处的大约17dB TDC减小到高于所述第一油门水平且低于最大油门水平的第二油门水平处的大约11dB TDC，其中所述第一油门水平低于所述第二油门水平，以及
可选地，其中改变所述一个或多个确定的发动机运行参数包括：将所述基准正时从所述第二油门水平处的大约11dB TDC增加到所述最大油门水平处的大约22dB TDC。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，该方法还包括：
从预校准的第一表格中选择与发动机转速和发动机功率相对应的所述基准正时；以及
通过以下中的一个或多个来响应所获取的一个或多个周围环境条件超出所述环境条件的限定阈值运行范围：
对于所述预校准的第一表格中列出的低于第一确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的增长，相对于所述基准正时成比例地增加至第一正时；和
对于所述预校准的第一表格中列出的低于第二确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的降低，相对于所述基准正时成比例地降低至第二正时，
可选地，其中所述基准正时从对应于大约50kW发动机功率和大约225RPM发动机转速的大约5dB TDC增加到对应于大约50kW发动机功率和大约1980RPM发动机转速的大约24dBTDC。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，该方法还包括：
从所述预校准的第一表格中选择共轨系统中的或被供应至所述发动机中的汽缸的基准燃料压力，所述基准燃料压力对应于所述发动机转速和所述发动机功率；以及
通过以下中的一个或多个来响应所获取的一个或多个周围环境条件超出所述环境条件的限定阈值运行范围：
对于所述预校准的第一表格中列出的低于所述第一确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的增长，相对于所述基准燃料压力而成比例地增加至第一燃料压力；和
对于所述预校准的第一表格中列出的低于所述第二确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的降低，相对于所述基准燃料压力而成比例地降低至第二燃料压力，
可选地，其中所述基准燃料压力从对应于大约50kW发动机功率和大约225RPM发动机转速的600bar增加到对应于大约1100kW发动机功率和大约1980RPM发动机转速的大约1525bar。
6.一种系统，该系统包括：
发动机，该发动机包括组成两个汽缸组的多个汽缸；
一个或多个传感器；以及
控制器，该控制器将指令存储在所述控制器的存储器中，所述指令可执行以：
从所述一个或多个传感器获取一个或多个周围环境条件；
获取所述发动机的期望油门水平；
至少部分基于所述期望油门水平和发动机运行映射关系来获取一个或多个确定的发动机运行参数；以及
至少部分基于所获取的一个或多个周围环境条件超出环境条件的限定阈值运行范围，来改变从所述发动机运行映射关系获取的所述一个或多个确定的发动机运行参数。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个确定的发动机运行参数包括发动机转速、发动机负荷、基准正时和燃料共轨压力中的一个或多个，以及
其中所述指令还可执行以：
确定所获取的一个或多个周围环境条件是否是被测量为大于确定的阈值温度的温度；和
如果所获取的一个或多个周围环境条件是被测量为大于所述确定的阈值温度的温度，则降低所述发动机转速，
可选地，其中所述确定的阈值温度为大约50摄氏度。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的系统，其中，改变所述一个或多个确定的发动机运行参数包括：将所述基准正时从怠速油门水平处的大约5dB TDC增加到高于所述怠速油门水平的第一油门水平处的大约17dB TDC，
可选地，其中改变所述一个或多个确定的发动机运行参数包括：将所述基准正时从高于所述怠速油门水平的所述第一油门水平处的大约17dB TDC减小到高于所述第一油门水平且低于最大油门水平的第二油门水平处的大约11dB TDC，其中所述第一油门水平低于所述第二油门水平，以及
可选地，其中改变所述一个或多个确定的发动机运行参数包括：将所述基准正时从所述第二油门水平处的大约11dB TDC增加到所述最大油门水平处的大约22dB TDC。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其中，所述指令还可执行以：
从预校准的第一表格中选择与发动机转速和发动机功率相对应的所述基准正时；以及
通过以下中的一个或多个来响应所获取的一个或多个环境条件超出所述环境条件的限定阈值运行范围：
对于所述预校准的第一表格中列出的低于第一确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的增长，相对于所述基准正时成比例地增加至第一正时；和
对于所述预校准的第一表格中列出的低于第二确定的发动机转速阈值的每个发动机转速而言，随着发动机功率的降低，相对于所述基准正时成比例地降低至第二正时。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统，其中，所述两个汽缸组包括第一汽缸组和第二汽缸组，
其中，所述一个或多个确定的发动机运行参数包括所述第一汽缸组相对于所述第二汽缸组的进气量和进气压力，以及
其中，所述指令还可执行以便以不同于且独立于所述第二汽缸组的第二运行模式的方式来修改所述第一汽缸组的第一运行模式。
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