EA043325B1 - METHOD FOR LIMITING ENGINE EMISSIONS - Google Patents

METHOD FOR LIMITING ENGINE EMISSIONS Download PDF

Info

Publication number
EA043325B1
EA043325B1 EA202192384 EA043325B1 EA 043325 B1 EA043325 B1 EA 043325B1 EA 202192384 EA202192384 EA 202192384 EA 043325 B1 EA043325 B1 EA 043325B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
engine
fuel injection
governor
fuel
injection timing
Prior art date
Application number
EA202192384
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мэттью Харт
Томас Лаверту
Адам Фелтон
Прити Вайдья
Дэниел Лорингер
Вену Гупта
Джесси Бригден
Джастин Брумберг
Тэйлор Грэй
Шон Гэллэгер
Original Assignee
ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС
Ллс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС, Ллс filed Critical ТРАНСПОРТЕЙШН АйПи ХОЛДИНГС
Publication of EA043325B1 publication Critical patent/EA043325B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications

Приоритет заявки на данное изобретение испрашивается по дате подачи предварительной заявки на патент США № 63/091212, озаглавленной Системы и способы для двигателя локомотива и поданной октября 2020 г. Все содержание вышеупомянутой заявки включено в настоящий документ посредством ссылки для всех целей.This invention is claimed to have priority as of the filing date of U.S. Provisional Patent Application No. 63/091212, entitled Systems and Methods for a Locomotive Engine, filed October 2020. The entire contents of the foregoing application are incorporated herein by reference for all purposes.

Область техникиField of technology

Варианты выполнения изобретения, раскрытого в настоящем документе, относятся к двигателям внутреннего сгорания.Embodiments of the invention disclosed herein relate to internal combustion engines.

Обсуждение уровня техникиDiscussion of the state of the art

Транспортные средства, использующие источники энергии, полученной в результате сгорания, такие как двигатели внутреннего сгорания, могут ограничивать количество выбросов транспортных средств (например, выбросы газов и твердых частиц) и повышать эффективность использования топлива транспортного средства. Для некоторых существующих двигателей их эксплуатация для ограничения выбросов и повышения эффективности использования топлива может привести к тому, что двигатель будет работать за пределами аппаратных ограничений. Например, работа двигателя может быть ограничена давлением в цилиндре. В качестве другого примера работа двигателя может быть ограничена рабочим диапазоном компрессора турбонагнетателя двигателя. Например, исходя из рабочего диапазона компрессора турбонагнетателя двигателя, во время работы двигателя турбонагнетатель может обеспечивать ограниченное количество наддувочного воздуха. Поскольку из-за ограничения выбросов транспортного средства и повышения эффективности использования топлива может потребоваться, чтобы двигатель работал за пределами аппаратных ограничений, вероятность ухудшения характеристик компонентов может увеличиться, а срок службы двигателя может уменьшиться. Кроме того, низкая эффективность использования топлива может привести к увеличению общей стоимости топлива для двигателя, что может снизить удовлетворенность потребителя. По существу, может быть желательным иметь систему ограничения выбросов и повышения эффективности использования топлива двигателем, которая отличается от систем, доступных в настоящее время. Вышеупомянутые проблемы не признаются в современном уровне техники.Vehicles using combustion energy sources, such as internal combustion engines, can limit vehicle emissions (such as gases and particulate matter) and improve vehicle fuel efficiency. For some existing engines, operating them to control emissions and improve fuel efficiency may cause the engine to operate beyond hardware limitations. For example, engine operation may be limited by cylinder pressure. As another example, engine operation may be limited by the operating range of the engine's turbocharger compressor. For example, based on the operating range of an engine turbocharger compressor, the turbocharger may provide a limited amount of charge air during engine operation. Because vehicle emissions controls and improved fuel efficiency may require the engine to operate beyond hardware limitations, the potential for component performance degradation may increase and engine life may be reduced. In addition, poor fuel efficiency can increase the overall fuel cost of the engine, which can reduce customer satisfaction. As such, it may be desirable to have a system for controlling emissions and improving engine fuel efficiency that is different from systems currently available. The above problems are not recognized in the current state of the art.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В одном варианте выполнения способ ограничения выбросов в двигателе включает регулировку момента впрыска топлива топливных форсунок двигателя внутреннего сгорания относительно верхней мертвой точки (ВМТ) в ответ на потребляемую эффективную мощность двигателя, пропорциональную позиции регулятора двигателя, причем, когда потребляемая эффективная мощность двигателя увеличивается, величину опережения момента впрыска топлива уменьшают в первом диапазоне позиций регулятора двигателя, а затем увеличивают во втором диапазоне позиций регулятора двигателя, содержащем большие позиции регулятора двигателя, чем первый диапазон.In one embodiment, a method for controlling engine emissions includes adjusting the fuel injection timing of fuel injectors of an internal combustion engine relative to top dead center (TDC) in response to engine effective power input proportional to an engine governor position, whereby, as engine effective engine power input increases, an amount of advance is achieved. The fuel injection timing is decreased in a first range of engine governor positions and then increased in a second range of engine governor positions comprising larger engine governor positions than the first range.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 изображает схематическую диаграмму транспортного средства с двигателем в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.Fig. 1 is a schematic diagram of a vehicle with an engine in accordance with one embodiment of the present invention.

Фиг. 2 изображает иллюстративный график зависимости между позициями регулятора двигателя и оборотами двигателя в минуту (RPM) для двигателя.Fig. 2 depicts an exemplary graph of the relationship between engine governor positions and engine revolutions per minute (RPM) for an engine.

Фиг. 3 изображает иллюстративный график зависимости между позициями регулятора двигателя и моментом впрыска топлива для двигателя.Fig. 3 depicts an exemplary graph of the relationship between engine governor positions and fuel injection timing for an engine.

Фиг. 4 изображает иллюстративный график зависимости между позициями регулятора двигателя и магистральным давлением для системы впрыска топлива двигателя.Fig. 4 depicts an exemplary graph of the relationship between engine governor positions and line pressure for an engine fuel injection system.

Фиг. 5 изображает иллюстративный график зависимости между числом оборотов двигателя и пределами магистрального давления для двигателя.Fig. 5 depicts an illustrative graph of the relationship between engine speed and engine line pressure limits.

Фиг. 6 изображает иллюстративный график взаимосвязи между позициями регулятора двигателя и пределами момента впрыска топлива для двигателя.Fig. 6 depicts an illustrative graph of the relationship between engine governor positions and fuel injection timing limits for an engine.

Фиг. 7А изображает иллюстративные графики зависимости между барометрическим давлением, скоростью двигателя и моментом впрыска топлива для двигателя.Fig. 7A depicts exemplary graphs of the relationship between barometric pressure, engine speed, and fuel injection timing for an engine.

Фиг. 7В изображает иллюстративные графики зависимости между температурой на входе в турбонагнетатель, скоростью и моментом впрыска топлива для двигателя.Fig. 7B depicts exemplary graphs of the relationship between turbocharger inlet temperature, fuel injection speed, and fuel injection timing for an engine.

Фиг. 7С изображает иллюстративный график зависимости между высотой расположения двигателя над уровнем моря и характеристиками системы охлаждения двигателя.Fig. 7C depicts an exemplary graph of the relationship between engine altitude and engine cooling system performance.

Фиг. 8 изображает иллюстративный способ регулировки настроек двигателя на основе настройки позиции регулятора двигателя.Fig. 8 depicts an exemplary method for adjusting engine settings based on engine governor position adjustment.

Фиг. 9 изображает иллюстративный способ работы двигателя.Fig. 9 depicts an exemplary method of operating the engine.

Фиг. 10 изображает иллюстративную временную шкалу для регулировки настройки позиции регулятора двигателя, включая переходную настройку.Fig. 10 depicts an exemplary timeline for adjusting the motor governor position setting, including transient setting.

Подробное описаниеDetailed description

Последующее описание относится к вариантам выполнения системы/способа для транспортного средства, имеющего двигатель внутреннего сгорания, выполненный с возможностью ограничения вы- 1 043325 бросов транспортного средства и повышения топливной эффективности. В одном примере система транспортного средства (например, система железнодорожного транспортного средства), такая как показана на фиг. 1, может содержать двигатель для сжигания топливовоздушной смеси и может содержать систему смазки для подачи моторного масла к различным компонентам двигателя. Чтобы повысить эффективность двигателя и снизить расход топлива, двигатель может содержать топливную систему с общим нагнетательным трубопроводом (Common Rail), турбонагнетатель с расширенным рабочим диапазоном компрессора и опережающим моментом закрытия впускного клапана (IVC). Фиг. 2-7С изображают калибровки для работы двигателя, показанного на фиг. 1, для повышения коэффициента полезного действия двигателя. Кроме того, фиг. 8 иллюстрирует способ работы двигателя, а фиг. 9 изображает способ регулировки работы двигателя в ответ на переходное состояние во время изменения потребляемой эффективной мощности двигателя. Кроме того, фиг. 10 изображает иллюстративную временную шкалу для регулировки условий работы двигателя во время переходного режима.The following description relates to embodiments of a system/method for a vehicle having an internal combustion engine configured to control vehicle emissions and improve fuel efficiency. In one example, a vehicle system (eg, a railroad vehicle system) such as that shown in FIG. 1 may include an engine for burning an air-fuel mixture and may include a lubrication system for supplying engine oil to various components of the engine. To improve engine efficiency and reduce fuel consumption, the engine may include a common rail fuel system, a turbocharger with extended compressor operating range and advanced intake valve closing (IVC) timing. Fig. 2-7C depict calibrations for operation of the engine shown in FIG. 1, to increase the efficiency of the engine. In addition, FIG. 8 illustrates the method of operation of the engine, and FIG. 9 depicts a method for adjusting engine operation in response to a transient condition during a change in engine effective power input. In addition, FIG. 10 depicts an exemplary timeline for adjusting engine operating conditions during transient operation.

Подход, описанный в настоящем документе, может использоваться в двигателях различных типов и в различных системах с приводом от двигателя. Для ясности иллюстрации, рельсовое транспортное средство, такое как локомотив, может быть предложено в качестве примера мобильной платформы, поддерживающей систему, содержащую вариант выполнения изобретения. Например, мобильная платформа может представлять собой маневровый локомотив с двигателем, как подробно описано ниже.The approach described in this document can be used in various types of engines and in various engine-driven systems. For clarity of illustration, a rail vehicle such as a locomotive may be offered as an example of a mobile platform supporting a system comprising an embodiment of the invention. For example, the mobile platform may be a shunting locomotive with an engine, as described in detail below.

Фиг. 1 изображает вариант выполнения системы транспортного средства. В частности, фиг. 1 изображает блок-схему варианта выполнения системы 100 транспортного средства, изображенного здесь как локомотивное транспортное средство 106, выполненное с возможностью движения по рельсовому пути 102 с помощью колес 112. Как изображено, локомотив содержит двигатель 104. Двигатель содержит цилиндры 101 (только один репрезентативный цилиндр показан на фиг. 1), каждый из которых содержит по меньшей мере один впускной клапан 103, по меньшей мере один выпускной клапан 105 и по меньшей мере один топливный инжектор 107. Каждый топливный инжектор может содержать привод, который может приводиться в действие по сигналу от контроллера 110 двигателя. В некоторых примерах впускные клапаны и выпускные клапаны могут управляться распределительным валом, который выполнен с возможностью открывать и закрывать клапаны в заданные моменты времени. Например, вращение распределительного вала может быть связано с частотой вращения двигателя, а распределительный вал может содержать кулачки с выступами, так что кулачки открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны в заранее определенных положениях двигателя. В качестве примера, чтобы уменьшить поток воздуха к цилиндрам и уменьшить рост температуры во время такта сжатия, время закрытия впускного клапана может быть установлено с опережением относительно верхней мертвой точки (ВМТ), например, путем регулировки положения кулачков впускного клапана и/или путем регулировки формы кулачков впускного клапана. В других примерах каждый впускной клапан и каждый выпускной клапан могут содержать привод, который может приводиться в действие посредством сигнала от контроллера. В других неограничивающих вариантах выполнения двигатель может представлять собой стационарный двигатель, например, в силовой установке, или двигатель морского судна или другую силовую установку внедорожного транспортного средства, как указано выше.Fig. 1 shows an embodiment of a vehicle system. In particular, FIG. 1 depicts a block diagram of an embodiment of a vehicle system 100, depicted here as a locomotive vehicle 106, configured to move along a rail track 102 using wheels 112. As depicted, the locomotive includes an engine 104. The engine includes cylinders 101 (only one representative cylinder shown in FIG. 1), each of which includes at least one intake valve 103, at least one exhaust valve 105, and at least one fuel injector 107. Each fuel injector may include an actuator that may be actuated by a signal from controller 110 engine. In some examples, the intake valves and exhaust valves may be controlled by a camshaft that is configured to open and close the valves at predetermined times. For example, the rotation of the camshaft may be coupled to engine speed, and the camshaft may include lobe cams such that the cams open and close the intake and exhaust valves at predetermined engine positions. As an example, to reduce air flow to the cylinders and reduce temperature rise during the compression stroke, the intake valve closing timing may be set ahead of top dead center (TDC), for example, by adjusting the position of the intake valve cams and/or by adjusting the shape intake valve cams. In other examples, each inlet valve and each outlet valve may include an actuator that can be actuated by a signal from the controller. In other non-limiting embodiments, the engine may be a stationary engine, such as in a propulsion system, or a marine engine or other off-road vehicle propulsion system, as described above.

Двигатель принимает всасываемый воздух для сгорания из впускного канала 114. Впускной канал содержит воздушный фильтр 160, который фильтрует воздух, поступающий снаружи локомотива. Выхлопной газ, образующийся в результате сгорания в двигателе, подается в выхлопной канал 116. Например, выхлопной канал может содержать датчик 162 выхлопного газа, который может контролировать температуру и/или продукты сгорания выхлопного газа. Выхлопной газ проходит через выхлопной канал и выхлопную систему 170 локомотива. Например, выхлопной канал может быть соединен с искрогасителем для уменьшения образования искр и/или нагара в выхлопе, и глушителем для уменьшения нежелательного шума выхлопа.The engine receives intake air for combustion from an intake passage 114. The intake passage contains an air filter 160 that filters air entering from outside the locomotive. Exhaust gas generated by combustion in the engine is supplied to exhaust passage 116. For example, the exhaust passage may include an exhaust gas sensor 162 that may monitor the temperature and/or combustion products of the exhaust gas. The exhaust gas passes through the exhaust duct and exhaust system 170 of the locomotive. For example, the exhaust duct may be connected to a spark arrester to reduce sparks and/or carbon deposits in the exhaust, and a muffler to reduce unwanted exhaust noise.

Система транспортного средства может дополнительно содержать систему доочистки, подключенную к выхлопному каналу. В одном варианте выполнения система доочистки может содержать одно или несколько устройств контроля выбросов. Такие устройства контроля выбросов могут содержать катализатор избирательного каталитического восстановления (SCR), трехкомпонентный катализатор, ловушку NOx или различные другие устройства или системы доочистки выхлопных газов. В другом варианте выполнения система доочистки может дополнительно или в качестве альтернативы содержать катализатор окисления, такой как катализатор окисления дизельного топлива (DOC) и фильтр твердых частиц (PF).The vehicle system may further comprise an aftertreatment system connected to the exhaust duct. In one embodiment, the aftertreatment system may include one or more emission control devices. Such emission control devices may contain a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, a three-way catalyst, a NOx trap, or various other exhaust gas aftertreatment devices or systems. In another embodiment, the aftertreatment system may additionally or alternatively comprise an oxidation catalyst, such as a diesel oxidation catalyst (DOC) and a particulate filter (PF).

Кроме того, сгорание в цилиндре(ах) приводит во вращение коленчатый вал (не показан). В одном примере двигатель представляет собой дизельный двигатель, который сжигает воздух и дизельное топливо путем воспламенения от сжатия. В другом примере двигатель представляет собой двухтопливный или многотопливный двигатель, который может сжигать смесь газообразного топлива и воздуха при впрыске дизельного топлива во время сжатия воздушно-газовой топливной смеси. В других неограничивающих вариантах выполнения двигатель может дополнительно или в качестве альтернативы сжигать топливо, включая бензин, водород, аммиак, спирт, такой как этанол (EtOH) и/или метанол, керосин, природный газ, биодизель или другие нефтяные дистилляты аналогичной плотности путем воспламенения от сжатия (и/или искрового воспламенения). Топливо может быть жидким, газообразным и/или их комIn addition, combustion in the cylinder(s) rotates a crankshaft (not shown). In one example, the engine is a diesel engine that burns air and diesel fuel by compression ignition. In another example, the engine is a dual-fuel or multi-fuel engine that can burn a mixture of gaseous fuel and air by injecting diesel fuel while compressing the air-gas fuel mixture. In other non-limiting embodiments, the engine may additionally or alternatively burn fuels including gasoline, hydrogen, ammonia, alcohol such as ethanol (EtOH) and/or methanol, kerosene, natural gas, biodiesel, or other petroleum distillates of similar density by ignition from compression (and/or spark ignition). Fuel can be liquid, gaseous and/or their combination

- 2 043325 бинацией.- 2 043325 bination.

Как изображено на фиг. 1, двигатель соединен с системой выработки электроэнергии, которая содержит альтернатор/генератор 122. Например, двигатель представляет собой дизельный двигатель и/или двигатель, работающий на природном газе, который генерирует выходной крутящий момент, который передается на альтернатор/генератор, т.е. механически соединен с коленчатым валом, а также по меньшей мере с одним из колес 112 для обеспечения движущей силы для движения локомотива. Альтернатор/генератор вырабатывает электроэнергию, которая может храниться (например, в аккумуляторной батарее) и/или применяться для последующего распределения на большое количество последующих электрических компонентов. В одном примере альтернатор/генератор может быть соединен с электрической системой 126. Электрическая система может содержать одну или несколько электрических нагрузок, выполненных с возможностью работы на электроэнергии, вырабатываемой альтернатором/генератором, например, фары транспортного средства, систему вентиляции кабины и развлекательную систему, и может дополнительно содержать устройство накопления энергии (например, аккумуляторную батарею), выполненное с возможностью зарядки электричеством, вырабатываемым альтернатором/генератором. В некоторых примерах транспортное средство может представлять собой дизельэлектрическое транспортное средство, а альтернатор/генератор переменного тока может обеспечивать электричеством один или несколько электродвигателей для приведения в движение колес 112.As shown in FIG. 1, the engine is coupled to a power generation system that includes an alternator/generator 122. For example, the engine is a diesel engine and/or a natural gas engine that generates a torque output that is transmitted to the alternator/generator, i.e. mechanically coupled to the crankshaft as well as at least one of the wheels 112 to provide motive force for propulsion of the locomotive. The alternator/generator produces electrical energy that can be stored (eg in a battery) and/or used for distribution to a large number of downstream electrical components. In one example, the alternator/generator may be coupled to the electrical system 126. The electrical system may include one or more electrical loads configured to operate on electrical power generated by the alternator/generator, such as vehicle headlights, a cabin ventilation system, and an entertainment system, and may further comprise an energy storage device (eg, a battery) configured to be charged by electricity generated by the alternator/generator. In some examples, the vehicle may be a diesel-electric vehicle and the alternator/alternator may provide electricity to one or more electric motors to drive the wheels 112.

Как показано на фиг. 1, система транспортного средства дополнительно содержит систему 150 охлаждения (например, систему охлаждения двигателя). Система охлаждения обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через двигатель для поглощения отработанного тепла двигателя и распределения нагретой охлаждающей жидкости по теплообменнику, такому как радиатор 152 (например, теплообменник радиатора). В одном примере охлаждающей жидкостью может быть вода, антифриз или их смесь. В другом примере охлаждающей жидкостью может быть масло. Вентилятор 154 может быть подсоединен к радиатору для поддержания потока воздуха через радиатор, когда транспортное средство движется медленно или останавливается при работающем двигателе. В некоторых примерах скорость вентилятора может регулироваться контроллером. Охлаждающая жидкость, охлаждаемая радиатором, может попасть в бак (не показан). Затем охлаждающая жидкость может перекачиваться насосом 156 обратно в двигатель или в другой компонент системы транспортного средства.As shown in FIG. 1, the vehicle system further includes a cooling system 150 (eg, an engine cooling system). The cooling system circulates coolant through the engine to absorb waste heat from the engine and distribute the heated coolant to a heat exchanger such as radiator 152 (eg, a radiator heat exchanger). In one example, the coolant may be water, antifreeze, or a mixture thereof. In another example, the coolant may be oil. A fan 154 may be connected to the radiator to maintain air flow through the radiator when the vehicle is moving slowly or stopped while the engine is running. In some examples, the fan speed may be controlled by a controller. Coolant cooled by the radiator can enter the tank (not shown). The coolant may then be pumped back to the engine or other vehicle system component by pump 156.

Контроллер может быть выполнен с возможностью управления различными компонентами, относящимися к системе локомотивного транспортного средства. Например, различные компоненты системы транспортного средства могут быть подключены к контроллеру через коммуникационный канал или шину данных. В одном примере контроллер содержит компьютерную систему управления. Контроллер может дополнительно или в качестве альтернативы содержать запоминающее устройство, содержащее энергонезависимые машиночитаемые носители данных (не показаны), включая код для включения бортового мониторинга и управления работой локомотива. В некоторых примерах контроллер может содержать более одного контроллера, каждый из которых обменивается друг с другом данными, например, первый контроллер для управления двигателем и второй контроллер для управления другими рабочими параметрами транспортного средства (такими как нагрузка двигателя, частота вращения двигателя, тормозной крутящий момент и т.д.). Первый контроллер может быть выполнен с возможностью управления различными исполнительными механизмами на основе выходных данных, полученных от второго контроллера, и/или второй контроллер может быть выполнен с возможностью управления различными исполнительными механизмами на основе выходных данных, полученных от первого контроллера.The controller may be configured to control various components related to the locomotive vehicle system. For example, various vehicle system components may be connected to the controller via a communication channel or data bus. In one example, the controller includes a computer control system. The controller may additionally or alternatively comprise a storage device containing non-volatile computer readable storage media (not shown), including code for enabling on-board monitoring and control of locomotive operation. In some examples, the controller may comprise more than one controller, each of which communicates with each other, such as a first controller for controlling an engine and a second controller for controlling other vehicle operating parameters (such as engine load, engine speed, braking torque, and etc.). The first controller may be configured to control various actuators based on output data received from the second controller, and/or the second controller may be configured to control various actuators based on output data received from the first controller.

Контроллер может получать информацию от датчиков и может посылать управляющие сигналы исполнительным механизмам. Контроллер, отслеживая управление и координацию двигателем и/или транспортным средством, может быть выполнен с возможностью приема сигналов от различных датчиков двигателя, как дополнительно описано в настоящем документе, для определения рабочих параметров и условий работы и, соответственно, регулировки различных исполнительных механизмов двигателя для управления работой двигателя и/или транспортного средства. Например, контроллер может получать сигналы от различных датчиков двигателя, включая, помимо прочего, частоту вращения двигателя, нагрузку на двигатель, давление воздуха во впускном коллекторе, давление наддува, давление выхлопных газов, давление окружающей среды, температуру окружающей среды, температуру выхлопных газов, температуру сажевого фильтра, давление на входе в сажевый фильтр или падение давления в сажевом фильтре, давление охлаждающей жидкости двигателя и т.п. Дополнительные датчики, такие как датчики температуры охлаждающей жидкости, могут быть размещены в системе охлаждения. Соответственно, контроллер может управлять двигателем и/или транспортным средством, посылая команды различным компонентам, таким как один или несколько электродвигателей 124, альтернатор/генератор, топливные форсунки, клапаны, насос охлаждающей жидкости и т.п. Например, контроллер может управлять работой ограничительного элемента (например, такого как клапан) в системе охлаждения двигателя. Другие исполнительные механизмы также могут быть подсоединены к различным местам в транспортном средстве.The controller can receive information from sensors and can send control signals to actuators. The controller, while monitoring the control and coordination of the engine and/or vehicle, may be configured to receive signals from various engine sensors, as further described herein, to determine operating parameters and operating conditions and accordingly adjust various engine actuators for control operation of the engine and/or vehicle. For example, the controller may receive signals from various engine sensors including, but not limited to, engine speed, engine load, manifold air pressure, boost pressure, exhaust gas pressure, ambient pressure, ambient temperature, exhaust gas temperature, temperature particulate filter, particulate filter inlet pressure or particulate filter pressure drop, engine coolant pressure, etc. Additional sensors, such as coolant temperature sensors, can be placed in the cooling system. Accordingly, the controller may control the engine and/or vehicle by sending commands to various components, such as one or more electric motors 124, an alternator/generator, fuel injectors, valves, a coolant pump, and the like. For example, the controller may control the operation of a restrictive element (eg, such as a valve) in an engine cooling system. Other actuators may also be connected to various locations in the vehicle.

Кроме того, контроллер может отслеживать потребляемую эффективную мощность двигателя для регулятора двигателя. В иллюстративном варианте выполнения потребляемая эффективная мощностьIn addition, the controller can monitor the effective motor power consumption for the motor governor. In an illustrative embodiment, the effective power consumption is

- 3 043325 двигателя может содержать настройку позиции регулятора или настройку дроссельной заслонки. Например, регулятор двигателя может реагировать на настройку позиции регулятора двигателя, чтобы регулировать работу двигателя. Например, оператор транспортного средства может регулировать устройство ввода с помощью настроек позиции регулятора двигателя. На основе выбранной настройки позиции регулятора двигателя контроллер может регулировать работу двигателя для обеспечения требуемых характеристик двигателя (например, таких как требуемая скорость транспортного средства). В качестве примера настройки позиции регулятора двигателя могут содержать позицию 0, позицию 1, позицию 2, позицию 3, позицию 4, позицию 5, позицию 6, позицию 7 и позицию 8. Увеличение числового значения позиции регулятора может соответствовать увеличению скорости транспортного средства и/или выходной мощности двигателя, а также регулировкам момента впрыска топлива и магистрального давления. Например, позиция 0 может соответствовать тому, что локомотив не движется, позиция 4 может обеспечивать средний уровень скорости, а позиция 8 может быть настройкой максимальной скорости. Например, контроллер может регулировать обороты двигателя в минуту (RPM), передачу, синхронизацию клапанов и другие параметры, чтобы перемещать транспортное средство со скоростью, соответствующей выбранной позиции регулятора двигателя. Например, двигатель может быть отрегулирован для выработки большей мощности для увеличения скорости транспортного средства или для работы с большой нагрузкой (например, груза и/или уклона).- 3 043325 engine may contain adjustment of the governor position or adjustment of the throttle valve. For example, the engine governor may respond to an adjustment of the engine governor position to regulate engine operation. For example, a vehicle operator can adjust the input device using engine governor position settings. Based on the selected engine governor position setting, the controller may adjust engine operation to provide desired engine characteristics (eg, such as desired vehicle speed). As an example, engine governor position settings may include position 0, position 1, position 2, position 3, position 4, position 5, position 6, position 7, and position 8. An increase in the governor position numeric value may correspond to an increase in vehicle speed and/or engine power output, as well as adjustments to fuel injection timing and line pressure. For example, position 0 could be the locomotive not moving, position 4 could be a medium speed setting, and position 8 could be a maximum speed setting. For example, the controller may adjust engine revolutions per minute (RPM), gearing, valve timing, and other parameters to move the vehicle at a speed corresponding to the selected engine governor position. For example, the engine may be adjusted to produce more power to increase vehicle speed or to handle a heavy load (eg, load and/or grade).

Кроме того, транспортное средство может ограничивать количество выбросов и повышать эффективность использования топлива. Например, существующие дизельные двигатели локомотивов могут содержать насос-инжектор, который может связывать давление впрыска с частотой вращения двигателя и синхронизацией распредвала. Кроме того, такая система двигателя может содержать профили впускных и выпускных кулачков с оптимизированным объемным КПД, которые могут быть направлены на то, чтобы обеспечить как можно большему количеству воздуха возможность захватываться в цилиндр для такта сжатия. Кроме того, турбонагнетатель, имеющийся в существующих двигателях тепловозов, может иметь ограниченный рабочий диапазон. Эксплуатация такой системы (например, дизельного локомотива, включающего насос-инжектор, объемный КПД и ограниченный рабочий диапазон) для ограничения количества выбросов и повышения эффективности использования топлива может привести к работе за пределами механических ограничений компонентов двигателя, а также может привести к относительно низкому КПД при работе на механических пределах. Например, работа двигателя за пределами аппаратных ограничений компонентов двигателя может увеличить вероятность деградации компонентов и увеличить затраты на техническое обслуживание.Additionally, the vehicle can limit emissions and improve fuel efficiency. For example, existing diesel locomotive engines may contain a pump injector that can link injection pressure to engine speed and camshaft timing. In addition, such an engine system may include intake and exhaust cam profiles with optimized volumetric efficiency, which may be designed to ensure that as much air as possible can be entrained into the cylinder for the compression stroke. In addition, the turbocharger found in existing diesel locomotive engines may have a limited operating range. Operating such a system (e.g., a diesel locomotive incorporating pump injector, volumetric efficiency, and a limited operating range) to control emissions and improve fuel efficiency may result in operation beyond the mechanical limits of the engine components and may also result in relatively low efficiency at working within mechanical limits. For example, operating an engine beyond the hardware limits of the engine components can increase the likelihood of component degradation and increase maintenance costs.

Чтобы ограничить выбросы и повысить эффективность использования топлива без превышения механических ограничений двигателя, изобретатели здесь реализовали несколько функций, которые могут синергетически сочетаться для уменьшения выбросов транспортного средства и повышения эффективности транспортного средства. Во-первых, вместо насоса-инжектора двигатель может содержать топливную систему с общим нагнетательным трубопроводом, т.е. топливный насос высокого давления с топливными магистралями с общим нагнетательным трубопроводом и с объемом нагнетательного трубопровода соответствующего размера, ведущего к инжекторам с электронным управлением. Использование топливной системы с общим нагнетательным трубопроводом может улучшить распыление топлива во время впрыска и может уменьшить образование твердых частиц (РМ). Кроме того, использование топливной системы с общим нагнетательным трубопроводом разделяет давление и момент впрыска и частоту вращения двигателя и/или фазы газораспределения, что позволяет оптимизировать компромисс между (продуктами сгорания) оксидом азота (NOx), твердыми частицами (РМ) и удельным расходом топлива (SFC), оставаясь в механических пределах двигателя. Во-вторых, синхронизация впускных клапанов может быть установлена опережающей относительно нижней мертвой точки (НМТ) (т.е. опережающий цикл Миллера), чтобы уменьшить поток воздуха в цилиндр при одновременном снижении повышения температуры во время такта сжатия. Например, закрытие впускного клапана (IVC) может происходить раньше. Регулировка фаз впускного клапана, как описано, может уменьшить образование NOx во время сгорания. В частности, синхронизация впускных клапанов может быть опережающей относительно НМТ (например, смещаться относительно НМТ, чтобы уменьшить эффективную степень сжатия). В-третьих, турбонагнетатель может содержать оптимизированное колесо компрессора, диффузор и сопловое кольцо для повышения эффективности турбонагнетателя. Взятые вместе, эти настройки турбонагнетателя могут расширить рабочий диапазон компрессора. Например, расширенный рабочий диапазон компрессора турбонагнетателя увеличивает запас турбонагнетателя по помпажу. Кроме того, образование твердых частиц может быть уменьшено, в то время как механические ограничения турбонагнетателя могут быть увеличены, чтобы увеличить диапазон работы двигателя.To limit emissions and improve fuel efficiency without exceeding the engine's mechanical limitations, the inventors here have implemented several features that can synergistically combine to reduce vehicle emissions and improve vehicle efficiency. Firstly, instead of an injection pump, the engine may contain a fuel system with a common injection pipe, i.e. high pressure fuel pump with fuel lines with a common discharge line and with an appropriately sized discharge line volume leading to the electronically controlled injectors. Using a common rail fuel system can improve fuel atomization during injection and can reduce particulate matter (PM) formation. In addition, the use of a common rail fuel system separates injection pressure and timing from engine speed and/or valve timing, thereby optimizing the trade-off between nitrogen oxide (NOx), particulate matter (PM) and specific fuel consumption ( SFC) while remaining within the mechanical limits of the engine. Second, intake valve timing can be set to advance bottom dead center (BDC) (i.e., advance Miller cycle) to reduce air flow into the cylinder while reducing temperature rise during the compression stroke. For example, intake valve closure (IVC) may occur earlier. Adjusting the intake valve timing as described can reduce NOx formation during combustion. In particular, intake valve timing may be advanced relative to BDC (eg, offset from BDC to reduce the effective compression ratio). Third, the turbocharger may include an optimized compressor wheel, diffuser and nozzle ring to improve the efficiency of the turbocharger. Taken together, these turbocharger settings can extend the operating range of the compressor. For example, an extended turbocharger compressor operating range increases the turbocharger's surge margin. Additionally, particulate generation can be reduced while the mechanical limitations of the turbocharger can be increased to increase the engine's operating range.

Три особенности, описанные выше (например, включение топливной системы с общим нагнетательным трубопроводом, опережающее закрытие впускных клапанов и турбонагнетатель с расширенным рабочим диапазоном), могут быть выгодно объединены, чтобы уменьшить выбросы транспортного средства при одновременном повышении эффективности использования топлива транспортным средством. Кроме того, объединение трех функций может обеспечивать дополнительные преимущества по сравнению с преимуществами, предоставляемыми каждой функцией по отдельности. Например, уменьшениеThe three features described above (i.e., common rail fuel system inclusion, advanced intake valve closing, and extended operating range turbocharger) can be advantageously combined to reduce vehicle emissions while improving vehicle fuel efficiency. In addition, combining the three functions may provide additional benefits over those provided by each function separately. For example, decreasing

- 4 043325- 4 043325

NOx может быть достигнуто в первую очередь путем управления объемной эффективностью воздушного потока и снижения эффективной степени сжатия цилиндров двигателя благодаря опережающему закрытию впускных клапанов. Однако такое изменение воздушного потока может увеличить величину наддува, требуемого от турбонагнетателя. Например, без включения турбонагнетателя с расширенным рабочим диапазоном, как описано выше, опережающее закрытие впускных клапанов может привести к ухудшению характеристик компонентов и может ухудшить работу двигателя в целом. Чтобы снизить вероятность такой деградации компонентов, турбонагнетатель предпочтительно приводится в действие (например, с помощью турбонагнетателя с расширенным рабочим диапазоном) для синергетического уменьшения выбросов транспортного средства. Кроме того, снижение объемного КПД (например, в результате опережающего закрытия впускных клапанов) может уменьшить воздушный поток для заданного уровня наддува на всех позициях регулятора двигателя. Например, уменьшение воздушного потока в средних позициях регулятора может снизить качество сгорания в системах с системой насосовинжекторов. Таким образом, без включения топливной системы с общим нагнетательным трубопроводом преимущества для КПД двигателя и выбросов могут быть перевешены снижением производительности двигателя. Таким образом, включение топливной системы с общим нагнетательным трубопроводом может синергетически решить проблемы с качеством сгорания, так что преимущества снижения объемного КПД от опережающего IVC (например, снижение выбросов транспортных средств) могут быть сохранены без снижения эффективности сгорания или снижения качества сгорания, приводящего к увеличению выбросов отдельных веществ. Например, как давление впрыска топлива, так и момент впрыска топлива могут быть откалиброваны для каждой позиции регулятора двигателя, чтобы преимущественно уменьшить выбросы транспортного средства и повысить эффективность транспортного средства. В целом, три регулировки системы дизельного двигателя, описанные выше, могут взаимодействовать синергетически, так что комбинация трех регулировок обеспечивает большее преимущество, чем каждая из трех регулировок может обеспечить по отдельности, так что КПД двигателя повышается, выбросы уменьшаются, расход топлива снижается, а характеристики работы двигателя сохраняется.NOx can be achieved primarily by controlling the volumetric efficiency of the airflow and reducing the effective compression ratio of the engine cylinders by advancing the closing of the intake valves. However, this change in airflow can increase the amount of boost required from the turbocharger. For example, without enabling an extended-range turbocharger as described above, pre-closing intake valves may result in poor component performance and may impair overall engine performance. To reduce the likelihood of such component degradation, the turbocharger is preferably driven (eg, by an extended-range turbocharger) to synergistically reduce vehicle emissions. In addition, a decrease in volumetric efficiency (for example, as a result of advanced closing of the intake valves) can reduce the airflow for a given boost level at all engine governor positions. For example, reducing the air flow in the middle positions of the regulator can reduce the quality of combustion in systems with a pump injector system. Thus, without incorporating a common rail fuel system, the benefits to engine efficiency and emissions may be outweighed by the reduction in engine performance. Thus, incorporating a common rail fuel system can synergistically address combustion quality issues such that the volumetric efficiency reduction benefits of advanced IVC (e.g., reduced vehicle emissions) can be maintained without reducing combustion efficiency or reducing combustion quality resulting in increased emissions of individual substances. For example, both fuel injection pressure and fuel injection timing can be calibrated for each engine governor position to advantageously reduce vehicle emissions and improve vehicle efficiency. In general, the three diesel engine system adjustments described above can interact synergistically such that the combination of the three adjustments provides a greater benefit than each of the three adjustments could provide individually, so that engine efficiency is increased, emissions are reduced, fuel consumption is reduced, and performance engine operation is maintained.

Чтобы обеспечить эти преимущества при любой потребляемой эффективной мощности двигателя, различные условия работы двигателя могут быть откалиброваны для каждой потребляемой эффективной мощности двигателя, чтобы поддерживать низкие выбросы транспортного средства и высокую эффективность использования топлива. В иллюстративном варианте выполнения условия работы двигателя могут быть откалиброваны при каждой настройке позиции регулятора. В частности, на фиг. 2-7В показаны калибровки двигателя в диапазоне условий работы двигателя в системе, включая топливную систему с общим нагнетательным трубопроводом, опережающее IVC и расширенный рабочий диапазон для турбонагнетателя.To provide these benefits at any effective engine power input, different engine operating conditions can be calibrated for each effective engine power input to keep vehicle emissions low and fuel efficiency high. In an exemplary embodiment, engine operating conditions may be calibrated each time the governor position is adjusted. In particular, in FIG. Figure 2-7B shows engine calibrations over a range of engine system operating conditions, including common rail fuel system, advanced IVC, and extended operating range for the turbocharger.

Обратимся теперь к фиг. 2, на которой график 200 изображает пример взаимосвязи между позициями регулятора двигателя и оборотами двигателя в минуту (RPM). Например, иллюстративная взаимосвязь на графике 200 может соответствовать предписанию позиций регулятора для оборотов двигателя на основе выбранной позиции регулятора двигателя. Целевое число оборотов двигателя для каждой позиции регулятора двигателя показано крестиками 202. Для вышесказанного вертикальная ось изображает относительное число оборотов двигателя в минуту, при этом целевое число оборотов двигателя увеличивается по вертикальной оси снизу вверх. Горизонтальная ось изображает позиции регулятора двигателя, при этом позиции регулятора двигателя увеличиваются по горизонтальной оси слева направо. Как показано, целевое число оборотов двигателя в минуту (крестики 202) может увеличиваться с позициями регулятора двигателя, так что целевое число оборотов двигателя в минуту непрерывно увеличивается пропорционально установке позиции регулятора двигателя. Другими словами, взаимосвязь между целевым числом оборотов двигателя и установкой позиции регулятора двигателя может быть описана монотонной функцией. Например, калибровка содержит более высокие заданные обороты для более высоких позиций регулятора, чтобы увеличить количество воздушного потока через двигатель и избежать работы турбонагнетателя за пределами границы помпажа, увеличить толщину масляной пленки подшипника и увеличить пиковое давление воспламенения в цилиндрах. Кроме того, более высокие целевые обороты на более высоких позициях регулятора могут увеличивать вентиляцию двигателя, поскольку электрическая частота вспомогательного генератора переменного тока может быть привязана к оборотам двигателя. Увеличенный воздушный поток также может обеспечивать возможность впрыска большего количества топлива и увеличения крутящего момента/мощности. Увеличение вентиляции двигателя может снизить температуру двигателя на более высоких позициях регулятора, что может снизить вероятность деградации компонентов.Let us now turn to FIG. 2, graph 200 depicts an example of the relationship between engine governor positions and engine revolutions per minute (RPM). For example, the exemplary relationship in graph 200 may correspond to a prescription of governor positions for engine speeds based on a selected engine governor position. The target engine speed for each engine governor position is shown by crosses 202. For the above, the vertical axis depicts the relative engine speed per minute, with the target engine speed increasing along the vertical axis from bottom to top. The horizontal axis depicts the motor governor positions, with the engine governor positions increasing along the horizontal axis from left to right. As shown, the target engine RPM (crosses 202) may increase with engine governor positions such that the target engine RPM continuously increases in proportion to the engine governor position setting. In other words, the relationship between the target engine speed and the engine governor position setting can be described by a monotonic function. For example, the calibration contains higher RPM setpoints for higher governor positions to increase the amount of airflow through the engine and avoid running the turbocharger beyond the surge limit, increase bearing oil film thickness, and increase peak cylinder ignition pressure. Additionally, higher RPM targets at higher governor positions can increase engine ventilation since the electrical frequency of the auxiliary alternator can be locked to engine RPM. Increased airflow can also provide the ability to inject more fuel and increase torque/power. Increasing engine ventilation can reduce engine temperatures at higher governor positions, which can reduce the likelihood of component degradation.

Далее, на фиг. 3 график 300 изображает пример взаимосвязи между позициями регулятора двигателя и моментом впрыска топлива. Например, на графике 300 показана калибровка момента впрыска топлива для каждой позиции регулятора двигателя, чтобы уменьшить выбросы транспортного средства при одновременном повышении эффективности использования топлива. Целевой момент впрыска топлива для каждой позиции регулятора двигателя показан крестиками 302. Для вышесказанного вертикальная ось изображает относительный момент впрыска топлива, при этом целевой момент впрыска топлива увеличивается вверх по вертикальной оси снизу вверх. Горизонтальная ось изображает позиции регулятораNext, in FIG. 3, graph 300 depicts an example of the relationship between engine governor positions and fuel injection timing. For example, graph 300 shows the calibration of fuel injection timing for each engine governor position to reduce vehicle emissions while improving fuel efficiency. The target fuel injection timing for each engine governor position is shown by crosses 302. For the above, the vertical axis depicts the relative fuel injection timing, with the target fuel injection timing increasing up the vertical axis from bottom to top. The horizontal axis depicts the position of the regulator

- 5 043325 двигателя, при этом позиции увеличиваются по горизонтальной оси слева направо. Как показано, небольшие позиции регулятора (например, позиция 2 и ниже) могут содержать менее опережающие целевые моменты впрыска топлива, потому что потребление топлива может широко варьироваться в этой области, что может лишь минимально влиять на выбросы и расход топлива. В позиции 3 и позиции 4 целевой момент впрыска топлива может быть еще менее опережающим, причем менее опережающий момент снижает пиковые температуры сгорания, которые приводят к более низким выбросам NOx. Кроме того, по мере увеличения мощности (например, позиция 5 и выше) потребление топлива может быть уменьшено благодаря опережающим моментам, чтобы максимально снизить потребление топлива. Например, величина опережения непрерывно уменьшается между позицией 1 и позицией 4 и непрерывно увеличивается между позицией 4 и позицией 8. Например, взаимосвязь между величиной опережения и установкой позиции регулятора двигателя немонотонна. Кроме того, в некоторых примерах рабочие условия с более высокими оборотами двигателя и низкой мощностью могут включать более опережающий целевой момент впрыска топлива для уменьшения выбросов углеводородов при сохранении стабильности сгорания.- 5 043325 engine, with positions increasing along the horizontal axis from left to right. As shown, small governor positions (e.g., position 2 and below) may contain less advanced target fuel injection timing because fuel consumption can vary widely in this area, which may only minimally affect emissions and fuel consumption. In position 3 and position 4, the target fuel injection timing can be even less advanced, with less advanced timing reducing peak combustion temperatures, which result in lower NOx emissions. In addition, as power increases (e.g. position 5 and above), fuel consumption can be reduced thanks to advanced torques to reduce fuel consumption as much as possible. For example, the advance amount decreases continuously between position 1 and position 4 and increases continuously between position 4 and position 8. For example, the relationship between the advance amount and the engine governor position setting is non-monotonic. Additionally, in some examples, higher engine speed, lower power operating conditions may include more advanced target fuel injection timing to reduce hydrocarbon emissions while maintaining combustion stability.

Далее, на фиг. 4 график 400 изображает пример взаимосвязи между позициями регулятора в двигателе и магистральным давлением (например, магистральным давлением для впрыска топлива). Целевое магистральное давление для каждой позиции регулятора двигателя показано крестиками 402. Для вышесказанного вертикальная ось изображает относительное магистральное давление, при этом целевое магистральное давление увеличивается вверх по вертикальной оси снизу вверх. По горизонтальной оси показаны позиции регулятора двигателя, увеличивающиеся по горизонтальной оси слева направо. Как показано, небольшие позиции (например, менее чем позиция 3) могут соответствовать более низкому целевому магистральному давлению из-за изменений расхода топлива в этой области. Например, более низкие позиции регулятора могут соответствовать работе с низкой мощностью. Кроме того, целевое магистральное давление увеличивается для позиции 3 и позиции 4, чтобы ограничить/уменьшить РМ. Например, в позиции 3 и позиции 4 наддув может применяться/реализовываться при работе двигателя, когда требуется относительно низкое соотношение воздуха и топлива (AFR). В целом, магистральное давление может непрерывно увеличиваться (например, увеличиваться монотонно) в ответ на увеличение настройки позиции регулятора двигателя. Для обеспечения низкого AFR может потребоваться среднее магистральное давление, а более высокое давление впрыска может управлять РМ и может улучшать термодинамическую эффективность.Next, in FIG. 4, graph 400 depicts an example of the relationship between engine governor positions and line pressure (eg, fuel injection line pressure). The target line pressure for each engine governor position is shown by crosses 402. For the above, the vertical axis depicts the relative line pressure, with the target line pressure increasing upward along the vertical axis from bottom to top. The horizontal axis shows the engine governor positions increasing along the horizontal axis from left to right. As shown, small positions (eg, less than position 3) may correspond to a lower target line pressure due to changes in fuel flow in that area. For example, lower control positions may correspond to low power operation. In addition, the target main pressure is increased for position 3 and position 4 to limit/reduce PM. For example, in position 3 and position 4, boost can be applied/implemented during engine operation when a relatively low air-fuel ratio (AFR) is required. In general, line pressure may increase continuously (eg, increase monotonically) in response to increasing engine governor position adjustment. Medium line pressure may be required to achieve low AFR, and higher injection pressure may control PM and may improve thermodynamic efficiency.

Далее, на фиг. 5 график 500 изображает пример взаимосвязи между числом оборотов двигателя и пределом магистрального давления. Например, хотя калибровка целевого магистрального давления была приведена на фиг. 4 на основе выбранной позиции регулятора двигателя, другие условия работы двигателя, такие как число оборотов двигателя, могут привести к регулировке контроллером магистрального давления для поддержания работы двигателя. Предел магистрального давления показан пунктирным графиком 502. Для вышеупомянутого вертикальная ось изображает предел магистрального давления, при этом предел магистрального давления увеличивается вверх по вертикальной оси снизу вверх. Горизонтальная ось изображает увеличение оборотов двигателя по горизонтальной оси слева направо. Как показано, до 580 об/мин магистральное давление ограничено до 1000 бар из-за механических ограничений топливного насоса высокого давления. Например, до 580 об/мин магистральное давление не может превышать 1000 бар. Кроме того, выше 580 об/мин система ограничена 1600 бар из-за механических ограничений топливного насоса высокого давления и топливной форсунки. Например, выше 580 об/мин магистральное давление может подняться до 1600 бар.Next, in FIG. 5, graph 500 depicts an example of the relationship between engine speed and line pressure limit. For example, although the target line pressure calibration was shown in FIG. 4 Based on the selected engine governor position, other engine operating conditions, such as engine speed, may cause the controller to adjust line pressure to maintain engine operation. The line pressure limit is shown by the dashed graph 502. For the above, the vertical axis depicts the line pressure limit, with the line pressure limit increasing upward along the vertical axis from bottom to top. The horizontal axis depicts the increase in engine speed along the horizontal axis from left to right. As shown, up to 580 rpm the main line pressure is limited to 1000 bar due to the mechanical limitations of the high pressure fuel pump. For example, up to 580 rpm the main pressure cannot exceed 1000 bar. Additionally, above 580 rpm the system is limited to 1600 bar due to the mechanical limitations of the high pressure fuel pump and fuel injector. For example, above 580 rpm the main pressure can rise to 1600 bar.

Далее, на фиг. 6 график 600 изображает пример взаимосвязи между позициями регулятора двигателя и пределами момента впрыска топлива. Например, хотя целевые моменты времени впрыска топлива показаны на фиг. 3, момент впрыска топлива может регулироваться, исходя из целевого времени впрыска топлива, на основе различных условий работы двигателя, таких как температура двигателя и мощность двигателя. Взаимосвязь, показанная на графике 600, демонстрирует максимальные и минимальные ограничения на момент впрыска топлива в зависимости от позиций регулятора двигателя. Верхний предел момента впрыска топлива показан пунктирным графиком 602, а нижний предел момента впрыска топлива показан пунктирным графиком 604. Для вышесказанного вертикальная ось изображает относительный момент впрыска топлива, причем относительный предел момента впрыска топлива увеличивается по вертикальной оси снизу вверх. По горизонтальной оси показаны позиции регулятора двигателя, увеличивающиеся по горизонтальной оси слева направо. Минимальный момент впрыска топлива может увеличиваться (например, быть более опережающим) с помощью позиций регулятора, так что минимальный момент впрыска топлива будет выше на высоких позициях регулятора и ниже на низких. Например, меньше физических ограничений двигателя присутствует на нижних позициях регулятора, тогда как больше физических ограничений двигателя присутствует на более высоких позициях (например, таких как частота вращения турбонагнетателя, пиковое давление в цилиндре и продолжительность впрыска топлива).Next, in FIG. 6, graph 600 depicts an example of the relationship between engine governor positions and fuel injection timing limits. For example, although target fuel injection timings are shown in FIG. 3, the fuel injection timing can be adjusted based on the target fuel injection time based on various engine operating conditions such as engine temperature and engine power. The relationship shown in Graph 600 demonstrates the maximum and minimum restrictions on the timing of fuel injection depending on the positions of the engine governor. The upper limit of the fuel injection timing is shown by the dashed graph 602, and the lower limit of the fuel injection timing is shown by the dashed graph 604. For the above, the vertical axis depicts the relative fuel injection timing, and the relative limit of the fuel injection timing increases along the vertical axis from bottom to top. The horizontal axis shows the engine governor positions increasing along the horizontal axis from left to right. Minimum fuel injection timing can be increased (e.g., advanced) by governor positions, so that minimum fuel injection timing is higher at high governor positions and lower at low governor positions. For example, fewer engine physical constraints are present at lower governor positions, while more engine physical constraints are present at higher positions (eg, such as turbocharger speed, peak cylinder pressure, and fuel injection duration).

Фиг. 7А изображает иллюстративный график 700 зависимости между атмосферным давлением и условиями работы двигателя, включая частоту вращения двигателя и момент впрыска топлива. ЧастотаFig. 7A depicts an exemplary graph 700 of the relationship between atmospheric pressure and engine operating conditions, including engine speed and fuel injection timing. Frequency

- 6 043325 вращения двигателя в позиции 5 показана графиком 702, частота вращения двигателя в позиции 3 показана графиком 704, а частота вращения двигателя в позиции 1 показана графиком 706. Кроме того, момент впрыска топлива в позиции 3 показан графиком 712, момент впрыска топлива в позиции 4 показан графиком 710, момент впрыска топлива в позиции 5 показан графиком 708, момент впрыска топлива в позиции 6 показан графиком 718, момент впрыска топлива в позиции 7 показан графиком 716, а момент впрыска топлива в позиции 8 показан графиком 714. Для всего вышеперечисленного горизонтальная ось изображает атмосферное давление, увеличивающееся вдоль горизонтальной оси слева направо. Вертикальная ось представляет собой каждый помеченный параметр. Для каждого из графиков 702, 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716 и 718 величина параметра увеличивается вверх по вертикальной оси. В частности, для каждого из графиков 708, 710, 712, 714, 716 и 718 момент впрыска топлива является более опережающим при движении вверх по вертикальной оси. Например, транспортное средство может работать в различных атмосферных условиях, поэтому барометрическое давление меняется. Изменения барометрического давления могут повлиять на условия работы двигателя и, в частности, могут повлиять на качество всасываемого воздуха, например на поток воздуха в двигатель из-за изменения давления/плотности. Более высокое барометрическое давление может увеличить плотность, что может привести к увеличению массового потока в двигатель. По существу, параметры двигателя, такие как частота вращения двигателя и момент впрыска топлива, могут регулироваться на основании атмосферного давления.- 6 043325 engine rotation at position 5 is shown by graph 702, engine speed at position 3 is shown by graph 704, and engine speed at position 1 is shown by graph 706. In addition, the timing of fuel injection at position 3 is shown by graph 712, the timing of fuel injection at position 4 is shown in graph 710, fuel injection timing in position 5 is shown in graph 708, fuel injection timing in position 6 is shown in graph 718, fuel injection timing in position 7 is shown in graph 716, and fuel injection timing in position 8 is shown in graph 714. For all of the above the horizontal axis depicts atmospheric pressure increasing along the horizontal axis from left to right. The vertical axis represents each labeled parameter. For each of plots 702, 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, and 718, the parameter value increases upward along the vertical axis. Specifically, for each of plots 708, 710, 712, 714, 716, and 718, fuel injection timing is more advanced as it moves up the vertical axis. For example, a vehicle may operate in different atmospheric conditions, so the barometric pressure changes. Changes in barometric pressure can affect engine operating conditions and in particular can affect intake air quality, such as air flow into the engine due to changes in pressure/density. Higher barometric pressure can increase density, which can result in increased mass flow into the engine. As such, engine parameters such as engine speed and fuel injection timing can be adjusted based on atmospheric pressure.

Как показано на фиг. 7А, каждая из частоты вращения двигателя в позиции 5 (график 702), частоты вращения двигателя в позиции 3 (график 704) и частоты вращения двигателя в позиции 1 (график 706) уменьшается по мере увеличения барометрического давления. Например, частота вращения двигателя в каждой из позиций 5, 3 и 1 выше при низких барометрических давлениях, что может увеличивать соотношение кислорода и топлива в цилиндрах двигателя и способствовать перемешиванию. Обратите внимание, что тенденция, показанная графиками 702, 704 и 706, может быть аналогичной для позиции 2 и позиции 4, которые не показаны. Это может противодействовать образованию сажи, вызванному пониженным содержанием кислорода во всасываемом воздухе при низком барометрическом давлении. Кроме того, как показано на фиг. 7А, каждый из момента впрыска топлива в позиции 3, момента впрыска топлива в позиции 4 и момента впрыска топлива в позиции 5 может быть менее опережающим при увеличении барометрического давления и может быть более опережающим при понижении барометрического давления. Например, средние настройки позиции регулятора двигателя, такие как позиция 3, позиция 4 и позиция 5, могут быть менее опережающими по мере увеличения атмосферного давления. Например, момент впрыска топлива для позиций 3, 4 и 5 может быть более опережающим при более низких барометрических давлениях, что может улучшить непрозрачность выбросов и снизить выбросы твердых частиц в выхлопных газах. Кроме того, как показано на фиг. 7А, момент впрыска топлива для позиций 6, 7 и 8 (например, высокие настройки позиции регулятора двигателя) может быть более опережающим при увеличении барометрического давления и может быть менее опережающим при понижении барометрического давления. Например, менее опережающий момент впрыска топлива при низком барометрическом давлении может снизить выбросы NOx.As shown in FIG. 7A, each of position 5 engine speed (plot 702), position 3 engine speed (plot 704), and position 1 engine speed (plot 706) decreases as barometric pressure increases. For example, the engine speed at each of positions 5, 3, and 1 is higher at low barometric pressures, which can increase the oxygen-to-fuel ratio in the engine cylinders and promote mixing. Note that the trend shown by graphs 702, 704 and 706 may be similar for position 2 and position 4, which are not shown. This can counteract soot formation caused by the reduced oxygen content of the intake air at low barometric pressure. Moreover, as shown in FIG. 7A, each of the fuel injection timing at position 3, the fuel injection timing at position 4, and the fuel injection timing at position 5 may be less advanced as the barometric pressure increases and may be more advanced as the barometric pressure decreases. For example, the average engine governor position settings, such as position 3, position 4, and position 5, may be less advanced as barometric pressure increases. For example, fuel injection timing for positions 3, 4 and 5 can be advanced at lower barometric pressures, which can improve emissions opacity and reduce exhaust particulate emissions. Moreover, as shown in FIG. 7A, fuel injection timing for positions 6, 7, and 8 (eg, high engine governor position settings) may be more advanced as barometric pressure increases and may be less advanced as barometric pressure decreases. For example, less advanced fuel injection timing at low barometric pressure can reduce NOx emissions.

Фиг. 7В изображает иллюстративный график 750 зависимости между температурой на входе в турбонагнетатель (т.е. температурой на входе компрессора, коррелированной с температурой окружающей среды) и условиями работы двигателя, включая частоту вращения и момент впрыска топлива. Частота вращения двигателя в позиции 5 показана графиком 720, частота вращения двигателя в позиции 3 показана графиком 722, а частота вращения двигателя в позиции 1 показана графиком 724. Обратите внимание, что тенденции частоты вращения двигателя могут быть аналогичными для позиции 4 и позиции 2, которые не показаны. Кроме того, момент впрыска топлива в позиции 6 показан графиком 726, момент впрыска топлива в позиции 5 показан графиком 728, а момент впрыска топлива в позиции 4 показан графиком 730. Для всего вышеперечисленного горизонтальная ось изображает увеличение температуры на входе в турбонагнетатель по горизонтальной оси слева направо. Вертикальная ось изображает каждый помеченный параметр. Для каждого из графиков 720, 722, 724, 726, 728 и 730 величина параметра увеличивается вверх по вертикальной оси. Например, температура на входе в турбонагнетатель также может влиять на условия работы двигателя, например, из-за изменения температуры воздуха в двигателе. Как показано, при температурах на впуске турбонагнетателя ниже 100°F (38°С) частота вращения двигателя может быть постоянной на каждом показанном уровне. В частности, частота вращения в позиции 1 (график 724) постоянна ниже 100°F (38°С), частота вращения в позиции 3 (график 722) постоянна ниже 100°F (38°С), а частота вращения в позиции 5 (график 720) постоянна ниже 100°F (38°С). После того, как температура на входе турбонагнетателя превысит 100°F (38°С), каждая из частоты вращения в позиции 1 (график 724), частоты вращения в позиции 3 (график 722) и частоты вращения в позиции 5 (график 720) может увеличиться. Кроме того, показана взаимосвязь между моментом впрыска топлива и температурой на впуске турбонагнетателя. Как показано, по мере того, как температура на впуске турбонагнетателя увеличивается, момент впрыска топлива может быть отрегулирован на менее опережающие моменты времени. Например, зависимость между моментом впрыска топлива и температурой турбонагнетателя может быть приблизительно обратно пропорциональной.Fig. 7B depicts an exemplary graph 750 of the relationship between turbocharger inlet temperature (ie, compressor inlet temperature correlated with ambient temperature) and engine operating conditions, including engine speed and fuel injection timing. Engine speed at position 5 is shown by graph 720, engine speed at position 3 is shown by graph 722, and engine speed at position 1 is shown by graph 724. Note that engine speed trends may be similar for position 4 and position 2, which not shown. In addition, the fuel injection timing at position 6 is shown by graph 726, the fuel injection timing at position 5 is shown by graph 728, and the fuel injection timing at position 4 is shown by graph 730. For all of the above, the horizontal axis depicts the increase in temperature at the turbocharger inlet on the horizontal axis on the left right. The vertical axis depicts each labeled parameter. For each of plots 720, 722, 724, 726, 728 and 730, the parameter value increases upward along the vertical axis. For example, the turbocharger inlet temperature can also influence engine operating conditions, for example by changing the engine air temperature. As shown, at turbocharger inlet temperatures below 100°F (38°C), engine speed may be constant at each level shown. Specifically, the speed at position 1 (graph 724) is constant below 100°F (38°C), the speed at position 3 (graph 722) is constant below 100°F (38°C), and the speed at position 5 ( chart 720) is constant below 100°F (38°C). After the turbocharger inlet temperature exceeds 100°F (38°C), position 1 speed (graph 724), position 3 speed (graph 722), and position 5 speed (graph 720) may each increase. In addition, the relationship between fuel injection timing and turbocharger inlet temperature is shown. As shown, as the turbocharger inlet temperature increases, the fuel injection timing can be adjusted to less advanced timing. For example, the relationship between fuel injection timing and turbocharger temperature may be approximately inversely proportional.

- 7 043325- 7 043325

Далее, на фиг. 7С показан график 775 иллюстративной зависимости между высотой расположения двигателя над уровнем моря и характеристиками системы охлаждения двигателя (например, характеристиками системы охлаждения). Характеристики системы охлаждения показаны на графике 732. Например, производительность системы охлаждения может отражать чистый эффект системы охлаждения. Производительность системы охлаждения можно регулировать путем регулирования температуры охлаждающей жидкости, давления охлаждающей жидкости, скорости радиатора и т.п. Для вышесказанного горизонтальная ось изображает увеличение высоты над уровнем моря по горизонтальной оси слева направо. Вертикальная ось представляет собой помеченный параметр. Для графика 732 величина параметра увеличивается вверх по вертикальной оси. Например, высота над уровнем моря также может повлиять на условия работы двигателя. В частности, производительность системы охлаждения двигателя (например, производительность системы охлаждения) может зависеть от высоты над уровнем моря или атмосферного давления и температуры окружающей среды. Как показано, эффективность 732 системы охлаждения снижается пропорционально высоте над уровнем моря. Более низкое барометрическое давление (большая высота) может снизить производительность системы охлаждения из-за потери плотности воздуха, используемого при конвективном охлаждении с радиаторами. По мере увеличения высоты над уровнем моря и температуры окружающей среды частота вращения вентилятора радиатора и двигателя может увеличиваться, чтобы попытаться поддерживать температуру воды в двигателе. Воду двигателя можно использовать для охлаждения моторного масла и температуры воздуха в коллекторе. В тяжелых условиях окружающей среды, когда вентиляторы и двигатель могут работать на максимальной скорости, мощность двигателя может быть уменьшена для обеспечения требуемых температур масла.Next, in FIG. 7C shows a graph 775 of an exemplary relationship between engine altitude and engine cooling system performance (eg, cooling system performance). Cooling system performance is shown in graph 732. For example, cooling system performance may reflect the net effect of the cooling system. The performance of the cooling system can be adjusted by adjusting the coolant temperature, coolant pressure, radiator speed, etc. For the above, the horizontal axis depicts the increase in altitude along the horizontal axis from left to right. The vertical axis represents the labeled parameter. For graph 732, the parameter value increases upward along the vertical axis. For example, altitude can also affect engine operating conditions. In particular, engine cooling system performance (e.g., cooling system capacity) may be affected by altitude or atmospheric pressure and ambient temperature. As shown, the efficiency of the cooling system 732 decreases with altitude. Lower barometric pressure (high altitude) can reduce cooling system performance due to loss of air density used in convective cooling with radiators. As altitude and ambient temperature increase, the radiator and engine fan speeds may increase to try to maintain engine water temperature. Engine water can be used to cool the engine oil and manifold air temperature. In severe environmental conditions, when the fans and engine may be running at maximum speed, the engine power may be reduced to maintain the required oil temperatures.

Далее, фиг. 8 иллюстрирует способ 800 работы двигателя, такого как двигатель, описанный со ссылкой на фиг. 1. Например, система двигателя может содержать топливную систему с общим нагнетательным трубопроводом, опережающий момент закрытия впускного клапана (IVC) и турбонагнетатель с расширенным рабочим диапазоном (например, турбонагнетатель с расширенным рабочим диапазоном компрессора). В частности, эти элементы можно выгодно комбинировать для повышения эффективности использования топлива двигателем. Способ 800 будет описан применительно к локомотиву 106, показанному на фиг. 1, и с калибровкой, показанной на фиг. 2-7С, хотя способ 800 может применяться в других системах. Инструкции для выполнения способа 800 и остальных способов, включенных в данный документ, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы транспортного средства, таких как датчики, описанные со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы транспортного средства для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже.Next, FIG. 8 illustrates a method 800 of operating an engine, such as the engine described with reference to FIG. 1. For example, an engine system may comprise a common rail fuel system, an advanced intake valve closing (IVC) timing, and an extended operating range turbocharger (eg, an extended operating range compressor turbocharger). In particular, these elements can be advantageously combined to improve the fuel efficiency of the engine. The method 800 will be described in relation to the locomotive 106 shown in FIG. 1, and with the calibration shown in FIG. 2-7C, although method 800 may be used in other systems. Instructions for performing method 800 and the remaining methods included herein may be executed by the controller based on instructions stored in the controller's memory and in combination with signals received from vehicle system sensors, such as the sensors described with reference to FIG. 1. The controller may use vehicle system actuators to adjust engine operation in accordance with the methods described below.

На этапе 802 способ 800 включает нагнетание всасываемого воздуха с помощью механизма наддува (например, турбонагнетателя), причем рабочий диапазон турбонагнетателя обеспечивает уменьшение выбросов транспортного средства и повышение эффективности транспортного средства. Например, воздух может поступать в систему двигателя через впускной коллектор. Однако для повышения давления воздух можно нагнетать через турбонагнетатель. Например, компрессорная часть турбонагнетателя может обеспечивать сжатый воздух.At step 802, method 800 includes forcing intake air using a boost mechanism (eg, a turbocharger), the operating range of the turbocharger providing reduced vehicle emissions and increased vehicle efficiency. For example, air may enter the engine system through the intake manifold. However, air can be forced through a turbocharger to increase pressure. For example, the compressor portion of a turbocharger may provide compressed air.

На этапе 804 способ 800 включает нагнетание воздуха в цилиндры двигателя. Например, всасываемый воздух после повышения давления турбонагнетателем на этапе 802 может быть введен в цилиндры двигателя. Например, каждый цилиндр двигателя может содержать по меньшей мере один впускной клапан. Исполнительный механизм может регулировать положение впускных клапанов так, чтобы воздух мог поступать в цилиндры. Например, момент открытия впускного клапана может регулироваться в зависимости от условий работы двигателя.At step 804, method 800 includes injecting air into the engine cylinders. For example, intake air after being pressurized by the turbocharger at step 802 may be introduced into the engine cylinders. For example, each engine cylinder may include at least one intake valve. The actuator can adjust the position of the intake valves so that air can enter the cylinders. For example, the opening timing of the intake valve can be adjusted depending on engine operating conditions.

На этапе 806 способ 800 включает регулировку степени эффективного сжатия в цилиндрах путем регулировки момента закрытия впускного клапана (IVC). Например, установкой момента IVC с опережением можно уменьшить эффективную степень сжатия цилиндров. Таким образом, можно управлять объемным КПД двигателя.At step 806, method 800 includes adjusting the effective compression ratio of the cylinders by adjusting intake valve closing (IVC) timing. For example, by setting the IVC torque early, the effective compression ratio of the cylinders can be reduced. In this way, the volumetric efficiency of the engine can be controlled.

На этапе 808 способ 800 включает впрыск топлива в цилиндры двигателя через топливную систему с общим нагнетательным трубопроводом. Например, топливная система с общим нагнетательным трубопроводом может впрыскивать топливо в каждый цилиндр с одинаковым давлением и может управляться независимо от частоты вращения двигателя, так что момент впрыска топлива может регулироваться без регулировки числа оборотов двигателя. Например, момент впрыска топлива может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от позиции регулятора двигателя и других условий работы двигателя. Например, контроллер может настроить сигнал для одной или нескольких топливных форсунок, чтобы отрегулировать момент впрыска топлива.At step 808, method 800 includes injecting fuel into engine cylinders through a common rail fuel system. For example, a common rail fuel system can inject fuel into each cylinder at the same pressure and can be controlled independently of engine speed so that fuel injection timing can be adjusted without adjusting engine speed. For example, fuel injection timing may increase or decrease depending on the position of the engine governor and other engine operating conditions. For example, the controller may adjust a signal to one or more fuel injectors to adjust the timing of fuel injection.

На этапе 810 способ 800 включает сжигание топливовоздушной смеси в цилиндрах. Например, воздух и топливо в каждом из цилиндров могут сгорать для выработки энергии. Кроме того, при сгорании может образовываться горячий выхлопной газ, который может выходить из цилиндров через выпускные клапаны.At step 810, method 800 includes burning the air-fuel mixture in the cylinders. For example, air and fuel in each of the cylinders can be burned to produce energy. In addition, combustion can produce hot exhaust gas, which can exit the cylinders through the exhaust valves.

На этапе 812 способ 800 включает извлечение энергии из выхлопного газа сгорания, чтобы привесAt step 812, method 800 includes extracting energy from combustion exhaust gas to gain

- 8 043325 ти в действие механизм наддува (сопловое кольцо). Например, турбонагнетатель содержит сопловое кольцо на турбине турбонагнетателя. Сопловое кольцо направляет выхлопные газы для преобразования выхлопных газов в кинетическую энергию; таким образом энергия извлекается турбиной. В частности, энергия, извлекаемая турбиной из выхлопного газа, может использоваться для питания компрессора турбонагнетателя. Например, энергия, извлекаемая турбиной, может приводить во вращение вал компрессора турбонагнетателя. Таким образом, горячий выхлопной газ, образующийся при сгорании, может, в свою очередь, использоваться для наддува воздуха, всасываемого в цилиндры. В качестве другого примера сопловое кольцо (на турбине турбонагнетателя) может направлять выхлопной поток в колесо турбины, причем турбина извлекает энергию, а сопловое кольцо может управлять скоростью выхлопа в турбину и давлением на входе.- 8 043325 activates the pressurization mechanism (nozzle ring). For example, a turbocharger includes a nozzle ring on the turbocharger turbine. The nozzle ring directs the exhaust gases to convert the exhaust gases into kinetic energy; thus energy is extracted by the turbine. In particular, the energy extracted by the turbine from the exhaust gas can be used to power the turbocharger compressor. For example, the energy extracted by a turbine can drive the compressor shaft of a turbocharger. In this way, the hot exhaust gas produced by combustion can in turn be used to supercharge the air drawn into the cylinders. As another example, a nozzle ring (on a turbocharger turbine) may direct exhaust flow into a turbine wheel, with the turbine extracting energy, and the nozzle ring may control exhaust velocity into the turbine and inlet pressure.

На этапе 814 способ 800 необязательно включает регулировку по меньшей мере одного из момента впрыска топлива, магистрального давления и момента закрытия впускного клапана. Например, в зависимости от условий работы двигателя, включая позицию регулятора двигателя, частоту вращения двигателя, температуру на впуске турбонагнетателя, барометрическое давление и другие условия, можно отрегулировать одно или несколько из момента впрыска топлива, магистрального давления и момента IVC, чтобы увеличить КПД двигателя и снизить потребление топлива. В частности, чтобы уменьшить выбросы и повысить эффективность, по меньшей мере одно из момента впрыска топлива, магистрального давления и момента IVC можно регулировать в соответствии с калибровками, показанными на фиг. 2-7В.At step 814, method 800 optionally includes adjusting at least one of fuel injection timing, rail pressure, and intake valve closing timing. For example, depending on engine operating conditions, including engine governor position, engine speed, turbocharger inlet temperature, barometric pressure, and other conditions, one or more of fuel injection timing, rail pressure, and IVC timing can be adjusted to increase engine efficiency and reduce fuel consumption. In particular, to reduce emissions and improve efficiency, at least one of fuel injection timing, line pressure and IVC timing can be adjusted in accordance with the calibrations shown in FIG. 2-7V.

Таким образом, система двигателя может обеспечивать энергией транспортное средство, одновременно повышая эффективность, снижая потребление топлива и уменьшая выбросы транспортного средства. В целом удовлетворенность клиентов может быть увеличена. Например, благодаря преимущественному комбинированию механизма наддува с расширенными характеристиками, опережающего IVC и топливной системой с общим нагнетательным трубопроводом, рабочие характеристики двигателя могут быть увеличены, в то время как потребление топлива и выбросы транспортного средства уменьшаются.In this way, the engine system can provide energy to the vehicle while simultaneously increasing efficiency, reducing fuel consumption, and reducing vehicle emissions. Overall, customer satisfaction can be increased. For example, through the advantageous combination of an advanced charging mechanism, advanced IVC and a common rail fuel system, engine performance can be increased while fuel consumption and vehicle emissions are reduced.

В дополнение к калибровкам для каждой позиции регулятора двигателя, показанным на фиг. 2-7С, двигатель может содержать калибровки для переходной работы, например, когда двигатель переключается между потребляемыми эффективными мощностями. Например, когда двигатель переключается между позициями регуляторами двигателя, он может войти в переходное состояние до тех пор, пока переход не будет завершен. В частности, когда при активации дроссельной заслонки переход происходит вверх (например, переход происходит от более низкой позиции регулятора двигателя к более высокой позиции регулятора двигателя), переходное состояние может содержать калибровки для увеличения реакции двигателя на нагрузку.In addition to the calibrations for each engine governor position shown in FIG. 2-7C, the engine may include calibrations for transient operation, such as when the engine switches between effective power inputs. For example, when a motor is switched between positions by the motor governors, it may enter a transition state until the transition is completed. In particular, when an upward transition occurs upon throttle activation (eg, a transition occurs from a lower engine governor position to a higher engine governor position), the transition state may contain calibrations to increase the engine's response to load.

Таким образом, фиг. 9 иллюстрирует способ 900 работы двигателя для перехода от первой потребляемой эффективной мощности двигателя ко второй потребляемой эффективной мощности двигателя. В иллюстративном варианте выполнения способ может управлять двигателем для перехода между настройками позиции регулятора или настройками дроссельной заслонки. Например, при переходе между первой позицией регулятора двигателя и второй позицией регулятора двигателя, где вторая позиция выше первой позиции, двигатель может войти в переходное состояние. Таким образом, когда двигатель переходит вверх по позиции при активации дроссельной заслонки, двигатель переходит в переходное состояние, которое включает переходную калибровку для условий работы двигателя, таких как момент впрыска топлива, магистральное давление и опорная частота вращения двигателя. Например, опорная частота вращения двигателя - это целевая частота вращения двигателя. В частности, чтобы увеличить реакцию двигателя на нагрузку, магистральное давление может быть увеличено, момент впрыска топлива может быть увеличен, а опорная частота вращения двигателя может быть увеличена относительно работы в установившемся режиме (например, работы в установившемся режиме как в первой позиции регулятора двигателя, так и во второй позиции регулятора двигателя). Способ 900 можно описать применительно к локомотиву 106, показанному на фиг. 1, хотя способ 900 может применяться и в других системах. Инструкции для выполнения способа 900 могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы транспортного средства, таких как датчики, описанные со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы транспортного средства для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже.Thus, FIG. 9 illustrates a method 900 of operating an engine to transition from a first effective engine power input to a second effective engine power input. In an exemplary embodiment, the method may control the engine to transition between governor position settings or throttle valve settings. For example, during a transition between a first engine governor position and a second engine governor position, where the second position is higher than the first position, the engine may enter a transition state. Thus, when the engine moves up in position when the throttle valve is activated, the engine enters a transient state that includes transient calibration for engine operating conditions such as fuel injection timing, line pressure, and reference engine speed. For example, the engine speed reference is the target engine speed. In particular, to increase engine load response, line pressure may be increased, fuel injection timing may be increased, and engine reference speed may be increased relative to steady state operation (e.g., steady state operation as in the first position of the engine governor, and in the second position of the engine governor). The method 900 can be described in relation to the locomotive 106 shown in FIG. 1, although method 900 may be used in other systems. Instructions for performing method 900 may be executed by the controller based on instructions stored in the controller's memory and in combination with signals received from vehicle system sensors, such as the sensors described with reference to FIG. 1. The controller may use vehicle system actuators to adjust engine operation in accordance with the methods described below.

На этапе 902 способ 900 включает оценку и/или измерение рабочих условий. Рабочие условия могут включать, например, скорость транспортного средства, частоту вращения двигателя, нагрузку на двигатель, позицию регулятора двигателя, температуру двигателя, температуру на входе турбонагнетателя, атмосферное давление и т.п. Например, контроллер может определять позицию регулятора двигателя на основе положения дроссельной заслонки. В качестве другого примера температура на входе турбонагнетателя может быть измерена датчиком температуры, расположенным рядом со входом турбонагнетателя. В качестве другого примера барометрическое давление может быть определено на основе датчика давления снаружи двигателя. В качестве еще одного примера частота вращения двигателя может быть определена на основе датчика положения коленчатого вала.At step 902, method 900 includes estimating and/or measuring operating conditions. Operating conditions may include, for example, vehicle speed, engine speed, engine load, engine governor position, engine temperature, turbocharger inlet temperature, atmospheric pressure, and the like. For example, the controller may determine the engine governor position based on the throttle position. As another example, the turbocharger inlet temperature may be measured by a temperature sensor located adjacent to the turbocharger inlet. As another example, barometric pressure may be determined based on a pressure sensor outside the engine. As another example, engine speed may be determined based on a crankshaft position sensor.

- 9 043325- 9 043325

На этапе 904 способ 900 включает определение, запрошено ли изменение позиции регулятора. Например, контроллер может определять, отрегулировал ли пользователь позицию регулятора двигателя, например, путем регулировки положения дроссельной заслонки. Например, контроллер может отслеживать положение дроссельной заслонки через датчик положения дроссельной заслонки. В частности, контроллер может определять позицию регулятора двигателя на основе положения дроссельной заслонки.At step 904, method 900 includes determining whether a change in knob position is requested. For example, the controller may determine whether the user has adjusted the engine governor position, such as by adjusting the throttle position. For example, the controller may monitor throttle position through a throttle position sensor. In particular, the controller may determine the position of the engine governor based on the throttle position.

Если способ 900 определяет, на этапе 904, что изменение позиции регулятора не запрашивается, способ 900 переходит к этапу 908, как будет подробно описано ниже. Например, если контроллер определяет, что положение дроссельной заслонки не было отрегулировано на другую позицию регулятора двигателя, способ 900 переходит к этапу 908.If method 900 determines, at block 904, that a change in knob position is not requested, method 900 proceeds to block 908, as will be described in detail below. For example, if the controller determines that the throttle position has not been adjusted to a different engine governor position, method 900 proceeds to block 908.

Если способ 900 определяет, на этапе 904, что запрошено изменение позиции регулятора, способ 900 переходит к этапу 906 и включает настройку параметров двигателя для переходной работы. Например, если контроллер определяет, что изменение позиции регулятора является переходом от первой позиции ко второй позиции, а вторая позиция является более высокой позицией относительно первой позиции, магистральное давление может быть увеличено, момент впрыска топлива может быть установлен с опережением, а опорная частота вращения двигателя может быть увеличена. Другими словами, когда запрашивается изменение позиции регулятора, причем изменение позиции регулятора происходит на более высокую позицию (например, двигатель переходит вверх по позиции при активации дроссельной заслонки), способ 904 включает регулировку настроек двигателя для переходной работы путем увеличения реакции двигателя на нагрузку. Чтобы увеличить реакцию двигателя на нагрузку, магистральное давление увеличивают относительно магистрального давления в каждой из первой и второй позиций, момент впрыска топлива устанавливают с опережением относительно каждой из первой и второй позиций, продолжительность впрыска топлива увеличивается относительно первой позиции регулятора, а опорная частота вращения двигателя увеличивается относительно каждой из первой и второй позиций. Если вторая позиция регулятора двигателя ниже по сравнению с первой позицией, то переходная калибровка может не включать повышение магистрального давления, установку момента впрыска топлива с опережением и увеличение опорной частоты вращения двигателя. Например, переходная калибровка может включать отсутствие регулировки настроек двигателя для увеличения реакции двигателя на нагрузку.If method 900 determines, at block 904, that a change in governor position is requested, method 900 proceeds to block 906 and includes adjusting the engine parameters for transient operation. For example, if the controller determines that a governor position change is a transition from a first position to a second position, and the second position is a higher position relative to the first position, the line pressure may be increased, fuel injection timing may be advanced, and the engine speed reference may be advanced. may be increased. In other words, when a governor position change is requested, and the governor position change is to a higher position (eg, the engine moves up in position when the throttle is activated), method 904 includes adjusting engine settings for transient operation by increasing the engine's response to load. To increase the engine's response to load, the main pressure is increased relative to the main pressure in each of the first and second positions, the fuel injection timing is set ahead of each of the first and second positions, the fuel injection duration is increased relative to the first position of the regulator, and the reference engine speed is increased. relative to each of the first and second positions. If the second position of the engine governor is lower than the first position, then the transient calibration may not include increasing the line pressure, setting the fuel injection timing ahead and increasing the reference engine speed. For example, transient calibration may involve not adjusting engine settings to increase engine response to load.

На этапе 908 способ 900 включает определение калибровок для требуемой настройки позиции регулятора. Например, калибровки для требуемой настройки позиции регулятора могут быть определены на основе набора калибровочных таблиц, таких как показанные на фиг. 2-7С. Например, на основе позиции регулятора двигателя может быть выбрано целевое магистральное давление, целевой момент впрыска топлива, целевая частота вращения двигателя, предел магистрального давления и предел момента впрыска топлива. Кроме того, настройки двигателя могут быть дополнительно отрегулированы в зависимости от условий окружающей среды (например, таких как атмосферное давление).At step 908, method 900 includes determining calibrations for the desired adjustment of the control position. For example, calibrations for a desired control position setting may be determined based on a set of calibration tables such as those shown in FIG. 2-7C. For example, based on the position of the engine governor, a target rail pressure, a target fuel injection timing, a target engine speed, a rail pressure limit, and a fuel injection timing limit may be selected. In addition, engine settings can be further adjusted depending on environmental conditions (such as atmospheric pressure, for example).

На этапе 910 способ 900 включает регулировку работы двигателя до требуемых настроек для требуемой позиции регулятора. Например, контроллер может регулировать исполнительные механизмы двигателя, чтобы регулировать одно или несколько из магистрального давления, момента впрыска топлива, числа оборотов двигателя и т.п. Например, на этапе 910 двигатель работает на требуемой позиции. После этого выполнение способа 900 может закончиться.At step 910, method 900 includes adjusting engine operation to the desired settings for the desired governor position. For example, the controller may regulate engine actuators to regulate one or more of line pressure, fuel injection timing, engine speed, and the like. For example, at step 910, the engine is operated at the desired position. After this, execution of method 900 may end.

Далее, на фиг. 10 показан пример возможного использования временной шкалы 1000 для работы двигателя. Например, как описано в отношении способа 900 на фиг. 9, когда двигатель переключается между потребляемыми эффективными мощностями двигателя, двигатель переходит в переходное состояние, например, между позициями регулятора. Кроме того, поскольку вторая позиция регулятора двигателя находится выше первой позиции регулятора двигателя, переходное состояние включает увеличение опорной частоты вращения двигателя, увеличение магистрального давления топлива и установку момента впрыска топлива с опережением для увеличения реакции двигателя на нагрузку. Настройка позиции регулятора двигателя показана на графике 1002, магистральное давление для системы впрыска топлива показано на графике 1004, момент впрыска топлива показан на графике 1006, а опорная частота вращения двигателя показана на графике 1008. Для всего вышеперечисленного, горизонтальная ось изображает время, при этом время увеличивается по горизонтальной оси слева направо. Вертикальная ось изображает каждый отмеченный параметр. Для каждого из графиков 1004, 1006 и 1008 величина параметра увеличивается вверх по вертикальной оси. Для графика 1002 вертикальная ось изображает, работает ли двигатель в позиции 4 (4), в позиции 5 (5) или в переходном состоянии между позицией 4 и позицией 5 (t).Next, in FIG. 10 shows an example of how time scale 1000 can be used to operate an engine. For example, as described with respect to method 900 in FIG. 9, when the engine switches between consumed effective engine power, the engine enters a transition state, for example, between governor positions. In addition, since the second engine governor position is higher than the first engine governor position, the transition state includes increasing the engine reference speed, increasing the fuel line pressure, and setting the fuel injection timing to advance to increase the engine response to load. Engine governor position setting is shown in graph 1002, line pressure for the fuel injection system is shown in graph 1004, fuel injection timing is shown in graph 1006, and engine speed reference is shown in graph 1008. For all of the above, the horizontal axis represents time, with time increases along the horizontal axis from left to right. The vertical axis depicts each marked parameter. For each of the graphs 1004, 1006 and 1008, the parameter value increases upward along the vertical axis. For graph 1002, the vertical axis depicts whether the engine is running in position 4 (4), in position 5 (5), or in a transition state between position 4 and position 5 (t).

Между моментом времени t0 и моментом времени t1 двигатель устанавливают на позицию 4 (график 1002). Соответственно, магистральное давление (график 1004), момент впрыска топлива (график 1006) и опорная частота вращения двигателя (график 1008) могут быть установлены на основе предварительно определенных калибровочных таблиц для позиции регулятора 4. Например, как показано, магистральное давление, момент впрыска топлива и опорная частота вращения двигателя в позиции 4 относительно малы.Between time t0 and time t1, the motor is set to position 4 (graph 1002). Accordingly, line pressure (graph 1004), fuel injection timing (graph 1006) and reference engine speed (graph 1008) can be set based on predefined calibration tables for governor position 4. For example, as shown, line pressure, fuel injection timing and the reference engine speed at position 4 are relatively small.

В момент времени t1 установка позиции регулятора входит в переходное состояние. В частности,At time t1, the controller position setting enters a transition state. In particular,

- 10 043325 переходное состояние возникает, когда двигатель переключается между двумя позициями регулятора. Кроме того, двигатель может переходить на более высокую позицию, так что двигатель переходит вверх по позиции при активации дроссельной заслонки. Чтобы улучшить реакцию двигателя на нагрузку, регулируют магистральное давление (график 1004), момент впрыска топлива (график 1006) и опорную частоту вращения двигателя (график 1008). Как показано, магистральное давление (график 1004) увеличивается относительно магистрального давления до момента времени t1, момент впрыска топлива (график 1006) увеличивается относительно магистрального давления до момента времени t1, а опорная частота вращения двигателя (график 1008) увеличивается относительно опорной частоты вращения двигателя до момента времени t1. Между моментом времени t1 и моментом времени t2, когда двигатель находится в переходном состоянии между позициями регулятора, каждое из магистрального давления, момента впрыска топлива и опорной частоты вращения двигателя остается постоянным.- 10 043325 A transition state occurs when the motor switches between two governor positions. In addition, the engine can shift to a higher position, so that the engine moves up in position when the throttle is activated. To improve the engine's response to load, the main pressure (graph 1004), fuel injection timing (graph 1006) and reference engine speed (graph 1008) are adjusted. As shown, line pressure (plot 1004) increases relative to line pressure until time t1, fuel injection timing (plot 1006) increases relative to line pressure until time t1, and reference engine speed (plot 1008) increases relative to reference engine speed until moment of time t1. Between time t1 and time t2, when the engine is in a transition state between governor positions, each of the line pressure, fuel injection timing, and reference engine speed remains constant.

В момент времени t2 двигатель выходит из переходного состояния и переходит в режим работы на позиции 5. Например, позиция 5 регулятора представляет собой более высокую настройку мощности, чем позиция 4 регулятора, так что каждое из магистрального давления (график 1004), момента впрыска топлива (график 1006) и опорной частоты вращения двигателя (график 1008) увеличивается по сравнению с работой в позиции 4. Однако каждое из магистрального давления (график 1004), момента впрыска топлива (график 1006) и опорной частоты вращения двигателя (график 1008) ниже в позиции 5 относительно работы в переходном состоянии (например, между временем t1 и временем t2).At time t2, the engine exits the transient state and enters operating mode at position 5. For example, governor position 5 represents a higher power setting than governor position 4, so that each of the line pressure (graph 1004), fuel injection timing ( graph 1006) and reference engine speed (graph 1008) increases compared to operation in position 4. However, each of the main pressure (graph 1004), fuel injection timing (graph 1006) and reference engine speed (graph 1008) is lower in position 5 regarding operation in a transition state (for example, between time t1 and time t2).

Между моментом времени t2 и моментом времени t3 двигатель остается в позиции 5, при этом каждое из магистрального давления (график 1004), момента впрыска топлива (график 1006) и опорной частоты вращения двигателя (график 1008) остается постоянным и выше по уровню, чем при работе в позиции 4 (например, между временем t0 и временем t1), и ниже по уровню, чем при работе в переходном состоянии (например, между временем t1 и временем t2).Between time t2 and time t3, the engine remains in position 5, while each of the main pressure (graph 1004), fuel injection timing (graph 1006) and reference engine speed (graph 1008) remains constant and higher in level than at operating in position 4 (for example, between time t0 and time t1), and lower in level than when operating in a transition state (for example, between time t1 and time t2).

Таким образом, как показано на фиг. 10, когда двигатель переходит от первой настройки позиции регулятора (например, позиции 4) ко второй, более высокой настройке позиции регулятора (например, позиции 5), двигатель переходит в переходное состояние, при этом каждое из магистрального давления, момента впрыска топлива и опорной частоты вращения двигателя выше в переходном состоянии, чем при установке первой позиции регулятора или второй, более высокой позиции регулятора. Увеличение магистрального давления, момента впрыска топлива и опорной частоты вращения двигателя может увеличить нагрузочную способность двигателя, что может повысить эффективность использования топлива транспортным средством.Thus, as shown in FIG. 10, when the engine moves from the first governor position setting (for example, position 4) to the second, higher governor position setting (for example, position 5), the engine enters a transition state, with each of line pressure, fuel injection timing, and reference frequency engine rotation is higher in the transition state than when setting the first position of the regulator or the second, higher position of the regulator. Increasing the line pressure, fuel injection timing, and reference engine speed can increase the engine's load capacity, which can improve the vehicle's fuel efficiency.

Таким образом, система дизельного локомотивного двигателя транспортного средства может работать с уменьшенными выбросами транспортного средства при одновременно повышенной эффективности использования топлива. В частности, двигатель может работать с турбонагнетателем с расширенным рабочим диапазоном, топливной системой с общим нагнетательным трубопроводом и опережающим закрытием впускного клапана для уменьшения потока воздуха в цилиндры двигателя. Эти три функции могут быть синергетически объединены для снижения выбросов транспортных средств, таких как NOx и РМ, при одновременном повышении эффективности использования топлива во всем рабочем диапазоне двигателя. Например, в системе двигателя с этими характеристиками число оборотов двигателя, магистральное давление, момент впрыска топлива, предел магистрального давления, предел момента впрыска топлива и другие параметры двигателя могут быть откалиброваны для каждой позиции регулятора двигателя. Параметры двигателя могут быть дополнительно откалиброваны на основе условий окружающей среды, таких как атмосферное давление, температура на входе турбонагнетателя и высота над уровнем моря. В целом, выбросы транспортного средства могут быть уменьшены, а эффективность использования топлива может быть увеличена. Например, снижение выбросов транспортного средства и повышенная эффективность использования топлива могут обеспечить системе дизельного локомотива возможность соответствия экологическим нормам без эксплуатации двигателя за пределами механических ограничений двигателя. Таким образом, может увеличиваться вероятность деградации компонентов. Кроме того, благодаря повышению эффективности использования топлива транспортным средством стоимость эксплуатации транспортного средства может быть уменьшена. Например, когда транспортное средство работает с повышенной эффективностью использования топлива, для путешествия на такое же расстояние требуется меньше топлива, так что общие затраты на топливо в целом снижаются.In this way, a vehicle's diesel locomotive engine system can operate with reduced vehicle emissions while simultaneously increasing fuel efficiency. Specifically, the engine can operate with an extended-range turbocharger, a common rail fuel system, and advanced intake valve closure to reduce air flow into the engine cylinders. These three functions can be synergistically combined to reduce vehicle emissions such as NOx and PM while improving fuel efficiency throughout the engine's operating range. For example, in an engine system with these characteristics, engine speed, line pressure, fuel injection timing, line pressure limit, fuel injection timing limit, and other engine parameters can be calibrated for each engine governor position. Engine parameters can be further calibrated based on environmental conditions such as barometric pressure, turbocharger inlet temperature, and altitude. Overall, vehicle emissions can be reduced and fuel efficiency can be increased. For example, reduced vehicle emissions and increased fuel efficiency can enable a diesel locomotive system to meet environmental regulations without operating the engine beyond the engine's mechanical limits. Thus, the likelihood of component degradation may increase. In addition, by improving the fuel efficiency of the vehicle, the cost of operating the vehicle can be reduced. For example, when a vehicle operates with increased fuel efficiency, less fuel is required to travel the same distance, so overall fuel costs are reduced.

Технический результат от включения топливной системы с общим нагнетательным трубопроводом, турбонагнетателя и опережающего IVC в систему двигателя локомотивной системы заключается в том, что объемный КПД цилиндров уменьшается, в то время как выбросы уменьшаются, а эффективность использования топлива увеличивается.The technical result of incorporating a common rail fuel system, a turbocharger and an advance IVC into the engine system of a locomotive system is that the volumetric efficiency of the cylinders is reduced while emissions are reduced and fuel efficiency is increased.

Изобретение также обеспечивает способ, включающий регулировку величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок дизельного двигателя внутреннего сгорания относительно верхней мертвой точки (ВМТ) в зависимости от позиции регулятора двигателя, причем по мере увеличения позиции регулятора двигателя величину опережения сначала уменьшают, а затем увеличивают.The invention also provides a method including adjusting the amount of advance of the fuel injection timing of fuel injectors of a diesel internal combustion engine relative to top dead center (TDC) depending on the position of the engine governor, and as the position of the engine governor increases, the amount of advance is first reduced and then increased.

В первом примере способа способ дополнительно включает регулировку верхнего предела для увеличения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ в заIn the first example of the method, the method further includes adjusting the upper limit to increase the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC in advance

- 11 043325 висимости от позиции регулятора двигателя, причем, когда позиция регулятора двигателя увеличивается, верхний предел для увеличения величины опережения топливных форсунок относительно ВМТ уменьшают, и регулировку нижнего предела для уменьшения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ в зависимости от позиции регулятора двигателя, причем, когда позиция регулятора двигателя увеличивается, нижний предел для уменьшения величины опережения момента впрыска топлива для топливных форсунок относительно ВМТ увеличивают.- 11 043325 depending on the position of the engine governor, and when the position of the engine governor increases, the upper limit for increasing the amount of advance of the fuel injectors relative to TDC is reduced, and the adjustment of the lower limit to reduce the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC depending on the position of the engine governor , and when the position of the engine governor increases, the lower limit for reducing the amount of advance of the fuel injection timing for the fuel injectors relative to TDC is increased.

Во втором примере способа, необязательно включающем первый пример, способ дополнительно включает: регулировку количества оборотов двигателя в минуту (RPM) в зависимости от позиции регулятора двигателя, причем по мере увеличения позиции регулятора двигателя количество оборотов двигателя увеличивают.In a second example of the method, optionally including the first example, the method further includes: adjusting the number of engine revolutions per minute (RPM) depending on the position of the engine governor, wherein as the position of the engine governor increases, the number of engine revolutions is increased.

В третьем примере способа, необязательно включающем один или оба из первого и второго примеров, способ дополнительно включает регулировку магистрального давления в системе впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом дизельного двигателя внутреннего сгорания в зависимости от позиции регулятора двигателя, причем, по мере увеличения позиции регулятора двигателя, магистральное давление системы впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом увеличивают.In a third example of the method, optionally including one or both of the first and second examples, the method further includes adjusting the main pressure in the common rail fuel injection system of the diesel internal combustion engine depending on the position of the engine governor, wherein, as the position of the engine governor increases, The main pressure of the fuel injection system with a common discharge pipeline is increased.

В четвертом примере способа, необязательно включающем один, или несколько, или каждый из примеров с первого по третий, способ дополнительно включает в ответ на переход от первой позиции регулятора двигателя ко второй позиции регулятора двигателя, где вторая позиция регулятора двигателя выше первой позиции регулятора, увеличивают магистральное давление системы впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом и опорную частоту вращения двигателя.In a fourth example of a method, optionally including one or more or each of the first through third examples, the method further includes, in response to a transition from a first motor governor position to a second engine governor position, wherein the second engine governor position is higher than the first engine governor position, increasing main pressure of the fuel injection system with a common discharge pipeline and reference engine speed.

В пятом примере способа, необязательно включающем один или несколько примеров с первого по четвертый, способ дополнительно включает в ответ на превышение температуры на входе турбонагнетателя дизельного двигателя внутреннего сгорания 100°F (38°С) увеличивают частоту вращения двигателя и уменьшают опережение момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ по мере увеличения температуры на входе турбонагнетателя.In a fifth example of the method, optionally including one or more of the first through fourth examples, the method further includes, in response to a diesel internal combustion engine turbocharger inlet temperature exceeding 100°F (38°C), increasing engine speed and reducing fuel injection timing advance. injectors relative to TDC as the temperature at the turbocharger inlet increases.

В шестом примере способа, необязательно включающем один, или несколько, или каждый из примеров с первого по пятый, позицию регулятора двигателя определяют на основе состояния ввода пользователя для выбора требуемой позиции регулятора для регулятора дизельного двигателя внутреннего сгорания.In the sixth method example, optionally including one or more or each of the first to fifth examples, the engine governor position is determined based on the user input state for selecting the desired governor position for the diesel internal combustion engine governor.

Изобретение также обеспечивает систему двигателя, содержащую цилиндры, регулятор двигателя с настройками позиции регулятора двигателя, систему впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом, причем система впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом содержит топливные форсунки, соединенные с цилиндрами, турбонагнетатель, содержащий сопловое кольцо на турбине турбонагнетателя, распределительный вал, настроенный на опережающий момент закрытия впускного клапана, контроллер, содержащий исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на увеличение настройки позиции регулятора двигателя с первого уровня на второй уровень выше, чем первый уровень, уменьшает величину опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно верхней мертвой точки (ВМТ) и в ответ на дополнительное увеличение настройки позиции регулятора двигателя со второго уровня до третьего уровня, который выше второго уровня, увеличивает величину опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ.The invention also provides an engine system comprising cylinders, an engine governor with engine governor position settings, a common rail fuel injection system, the common rail fuel injection system comprising fuel injectors coupled to the cylinders, a turbocharger comprising a nozzle ring on a turbocharger turbine, a camshaft configured to advance the closing timing of the intake valve, a controller containing executable instructions stored in non-volatile memory which, when executed, cause the controller to respond to an increase in the engine governor position setting from a first level to a second level higher than the first level , reduces the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to top dead center (TDC) and in response to an additional increase in the engine governor position setting from the second level to the third level, which is higher than the second level, increases the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC.

В первом примере системы контроллер содержит дополнительные исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер: уменьшает верхний предел для увеличения величины опережения момента впрыска топлива для топливных форсунок относительно ВМТ по мере того, как установка позиции регулятора двигателя увеличивается с первого уровня до второго уровня, и увеличивает нижний предел для уменьшения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ по мере того, как установка позиции регулятора двигателя увеличивается с первого уровня на второй уровень.In the first example system, the controller contains additional executable instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to: decrease the upper limit to increase the amount of fuel injection timing advance for the fuel injectors relative to TDC as the engine governor position setting is increased from the first level to the second level, and increases the lower limit to reduce the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC as the engine governor position setting increases from the first level to the second level.

Во втором примере системы, необязательно включающем первый пример, контроллер содержит дополнительные исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер: в ответ на настройку позиции регулятора двигателя увеличиваться с первого уровня до второго уровня, увеличивает число оборотов двигателя в минуту (RPM).In a second example system, not necessarily including the first example, the controller contains additional executable instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to: in response to adjusting the engine governor position, increase from a first level to a second level, increase engine speed per minute (RPM).

В третьем примере системы, необязательно включающем один или оба из первого и второго примеров, контроллер содержит дополнительные исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на увеличение установки позиции регулятора двигателя с первого уровня на второй уровень увеличивает магистральное давление системы впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом.In a third example of a system, optionally including one or both of the first and second examples, the controller includes additional executable instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to respond to increasing the motor governor position setting from the first level to the second level increases the main pressure of the fuel injection system with a common discharge pipeline.

В четвертом примере системы, необязательно включающем один или несколько примеров с первого по третий, контроллер содержит дополнительные исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на обороты двигателя 580 об/мин или ниже ограничивает магистральное давление системы впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом до 1000 бар или ниже и в ответ на частоту вращения двигателя вышеIn a fourth example system, optionally including one or more of examples one through three, the controller includes additional executable instructions stored in nonvolatile memory that, when executed, cause the controller to limit line pressure in response to engine speeds of 580 rpm or below. common rail fuel injection systems up to 1000 bar or lower and in response to engine speeds above

- 12 043325- 12 043325

580 об/мин ограничивает магистральное давление системы впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом на уровне или ниже 1600 бар.580 rpm limits the main fuel injection system pressure at or below 1600 bar.

В пятом примере системы, необязательно включающем один, или несколько, или каждый из примеров с первого по четвертый, контроллер содержит дополнительные исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на переходное состояние во время перехода от настройки первой позиции регулятора двигателя к настройке второй позиции регулятора двигателя, где настройка второй позиции регулятора двигателя выше, чем настройка первой позиции регулятора двигателя, увеличивает как магистральное давление в системе впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом, так и опорную частоту вращения двигателя.In a fifth example system, optionally including one or more or each of the first through fourth examples, the controller includes additional executable instructions stored in nonvolatile memory that, when executed, cause the controller to respond to a transition state during the transition from adjusting the first engine governor position to adjusting the second engine governor position, wherein adjusting the second engine governor position higher than the first engine governor position setting increases both the main line pressure in the common rail fuel injection system and the reference engine speed.

В шестом примере системы, необязательно включающем один, или несколько, или каждый из примеров с первого по пятый, контроллер содержит дополнительные инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на повышение атмосферного давления уменьшает частоту вращения двигателя в системе двигателя, а в ответ на повышение атмосферного давления и установки позиции регулятора двигателя на среднюю позицию регулятора двигателя уменьшает величину опережения момента впрыска топлива относительно ВМТ, а в ответ на увеличение барометрического давления и установки позиции регулятора двигателя на высокую позицию регулятора двигателя устанавливает опережающий момент впрыска топлива относительно ВМТ.In a sixth example system, optionally including one or more or each of examples one through five, the controller contains additional instructions stored in nonvolatile memory that, when executed, cause the controller to reduce engine speed in response to increased atmospheric pressure in the engine system, and in response to an increase in atmospheric pressure and setting the engine governor position to the middle position of the engine governor, it reduces the amount of advance of the fuel injection timing relative to TDC, and in response to an increase in barometric pressure and setting the engine governor position to a high position, the engine governor sets the advance torque fuel injection relative to TDC.

В седьмом примере системы, необязательно включающем один, или несколько, или каждый из примеров с первого по шестой, контроллер содержит дополнительные инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на температуру на входе турбонагнетателя выше 100°F (38°С) увеличивает частоту вращения двигателя и уменьшает величину опережения момента впрыска топлива относительно ВМТ по мере увеличения температуры на входе в турбонагнетатель.In a seventh example system, optionally including one, or more, or each of the first through sixth examples, the controller contains additional instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to respond to a turbocharger inlet temperature greater than 100° F (38°C) increases engine speed and reduces the advance of fuel injection timing relative to TDC as the temperature at the turbocharger inlet increases.

Изобретение также обеспечивает систему, содержащую дизельный двигатель, содержащий цилиндры, регулятор двигателя с настройками позиций регулятора двигателя, систему впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом, причем система впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом содержит топливные форсунки, соединенные с цилиндрами, турбонагнетатель, содержащий кольцо форсунки, распределительный вал, настроенный на увеличенное время закрытия впускного клапана, контроллер, содержащий исполняемые инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на настройки позиции регулятора двигателя регулирует величину опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно верхней мертвой точки (ВМТ) на основе первого немонотонного соотношения между настройкой позиции регулятора двигателя и моментом впрыска топлива.The invention also provides a system comprising a diesel engine comprising cylinders, an engine governor with engine governor position settings, a common rail fuel injection system, the common rail fuel injection system comprising fuel injectors coupled to the cylinders, a turbocharger comprising an injector ring, a camshaft configured for extended intake valve closing time, a controller containing executable instructions stored in non-volatile memory which, when executed, cause the controller, in response to engine governor position settings, to adjust the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to top dead center (TDC) based on the first non-monotonic relationship between the engine governor position setting and the fuel injection timing.

В первом примере системы для регулировки величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ на основе немонотонной зависимости между установкой позиции регулятора двигателя и моментом впрыска топлива контроллер содержит дополнительно инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на увеличение настройки позиции регулятора двигателя с первого уровня до второго уровня, который выше, чем первый уровень, уменьшает величину опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ и в ответ на дальнейшее увеличение настройки позиции регулятора двигателя со второго уровня до третьего уровня, который выше, чем второй уровень, увеличивает величину опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ.In the first example of a system for adjusting the amount of advance of the fuel injection timing of fuel injectors relative to TDC based on a non-monotonic relationship between setting the position of the engine governor and the timing of fuel injection, the controller additionally contains instructions stored in non-volatile memory, which, when executed, cause the controller to respond to increasing the engine governor position setting from the first level to a second level, which is higher than the first level, reduces the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC and in response to a further increase in the engine governor position setting from the second level to the third level, which is higher than the second level increases the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC.

Во втором примере системы, необязательно включающем первый пример, контроллер содержит дополнительные инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер уменьшает верхний предел для увеличения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ по мере того, как установка позиции регулятора двигателя увеличивается, и увеличивает нижний предел для уменьшения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ, когда установка позиции регулятора двигателя уменьшается.In a second example of a system, optionally including the first example, the controller contains additional instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to reduce the upper limit to increase the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC as the position is set the engine governor increases, and increases the lower limit to reduce the amount of advance of the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC when the engine governor position setting is decreased.

В третьем примере системы, необязательно включающем один или оба из первого и второго примеров, контроллер содержит дополнительные инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на настройку позиции регулятора двигателя настраивает число оборотов двигателя в минуту (RPM) на основе монотонной зависимости между настройкой позиции регулятора двигателя и числом оборотов двигателя.In a third example of a system, optionally including one or both of the first and second examples, the controller includes additional instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to adjust the engine's revolutions per minute (RPM) in response to adjusting the engine governor position. ) based on a monotonic relationship between the engine governor position setting and engine speed.

В четвертом примере системы, необязательно включающем один или несколько примеров с первого по третий, контроллер содержит дополнительные инструкции, хранящиеся в энергонезависимой памяти, которые при выполнении приводят к тому, что контроллер в ответ на атмосферное давление регулирует величину опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ на основе второй немонотонной зависимости между установкой позиции регулятора двигателя и моментом впрыска топлива.In a fourth example system, optionally including one or more of examples one through three, the controller includes additional instructions stored in non-volatile memory that, when executed, cause the controller to, in response to atmospheric pressure, adjust the amount of fuel injection timing advance of the fuel injectors relative to TDC. based on the second non-monotonic relationship between setting the position of the engine governor and the timing of fuel injection.

Используемый в настоящем документе элемент или этап, изложенный в единственном числе, следует понимать как не исключающий множественное число упомянутых элементов или этапов, если толь-When used herein, an element or step set forth in the singular is to be understood as not excluding the plurality of said elements or steps, unless

Claims (4)

ко такое исключение не указано явным образом. Кроме того, ссылки на один вариант выполнения изобретения не исключают существования дополнительных вариантов выполнения, которые также включают в себя перечисленные особенности. Более того, если явным образом не указано иное, варианты выполнения, содержащие, включающие или имеющие элемент или множество элементов, обладающих определенным свойством, могут содержать дополнительные такие элементы, не обладающие этим свойством. Термины включающий и в котором используются в качестве эквивалентов на простом языке соответствующих терминов содержащий и где. Более того, термины первый, второй, третий и т.д. используются просто как позиции регулятора и не предназначены для наложения численных требований или определенного позиционного порядка для их объектов.However, such an exception is not explicitly stated. In addition, references to one embodiment of the invention do not preclude the existence of additional embodiments that also include the listed features. Moreover, unless explicitly stated otherwise, embodiments containing, including, or having an element or plurality of elements having a particular property may contain additional such elements not having that property. The terms including and wherein are used as plain language equivalents of the corresponding terms containing and wherein. Moreover, the terms first, second, third, etc. are used simply as adjuster positions and are not intended to impose numerical requirements or a specific positional order on their objects. Раскрытые здесь способы и процедуры управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимой памяти и могут выполняться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные процедуры, описанные в настоящем документе, могут представлять одну или несколько из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерываниями, многозадачность, многопоточность и т.п. По существу, различные проиллюстрированные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях не выполняться. Аналогично, порядок обработки необязательно требуется для достижения характеристик и преимуществ описанных здесь иллюстративных вариантов выполнения, но предоставляется для простоты иллюстрации и описания. Одно или несколько проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован в энергонезависимую память машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются путем выполнения инструкций в системе, включая различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.The control methods and procedures disclosed herein may be stored as executable instructions in nonvolatile memory and may be executed by a control system comprising a controller in conjunction with various sensors, actuators, and other engine hardware. The specific procedures described herein may represent one or more of any number of processing strategies, such as event-driven, interrupt-driven, multitasking, multithreading, and the like. As such, the various illustrated actions, operations and/or functions may be performed in the illustrated sequence, in parallel, or in some cases not performed. Likewise, the processing order is not necessarily required to achieve the characteristics and advantages of the exemplary embodiments described herein, but is provided for ease of illustration and description. One or more of the illustrated actions, operations and/or functions may be performed repeatedly depending on the specific strategy being used. In addition, the described actions, operations and/or functions may graphically represent code to be programmed into a non-volatile memory of a computer readable storage medium in the engine control system, where the described actions are performed by executing instructions in the system, including various engine hardware components in combination with electronic controller. В этом описании для изобретения используются примеры, включая наилучший режим, а также для того, чтобы дать возможность специалисту с обычной квалификацией в соответствующей области техники применять изобретение на практике, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых встроенных способов. Патентоспособный объем изобретения определяется формулой изобретения и может содержать другие примеры, которые приходят на ум обычным специалистам в данной области. Предполагается, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.This specification provides examples of the invention, including best practices, and to enable one of ordinary skill in the art to practice the invention, including making and using any devices or systems and performing any inherent methods. The patentable scope of an invention is defined by the claims and may include other examples that come to mind to those of ordinary skill in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with non-material differences from the literal language of the claims. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ ограничения выбросов в двигателе, включающий регулировку момента впрыска топлива топливных форсунок двигателя внутреннего сгорания относительно верхней мертвой точки (ВМТ) в ответ на потребляемую эффективную мощность двигателя, пропорциональную позиции регулятора двигателя, причем, когда потребляемая эффективная мощность двигателя увеличивается, величину опережения момента впрыска топлива уменьшают в первом диапазоне позиций регулятора двигателя, а затем увеличивают во втором диапазоне позиций регулятора двигателя, содержащем большие позиции регулятора двигателя, чем первый диапазон.1. A method of controlling emissions in an engine, comprising adjusting the timing of fuel injection of fuel injectors of an internal combustion engine relative to top dead center (TDC) in response to the consumed effective engine power, proportional to the position of the engine governor, and, as the absorbed effective engine power increases, the amount of timing advance The fuel injection rate is decreased in a first range of engine governor positions and then increased in a second range of engine governor positions comprising larger engine governor positions than the first range. 2. Способ по п.1, в котором дополнительно:2. The method according to claim 1, in which additionally: регулируют верхний предел для увеличения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ в ответ на потребляемую эффективную мощность двигателя, причем, когда потребляемая эффективная мощность двигателя увеличивается, верхний предел для увеличения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ уменьшают; и регулируют нижний предел для уменьшения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ в ответ на потребляемую эффективную мощность двигателя, причем, когда потребляемая эффективная мощность двигателя увеличивается, нижний предел для уменьшения величины опережения момента впрыска топлива топливных форсунок относительно ВМТ увеличивают.adjusting an upper limit for increasing the amount of fuel injection timing advance of the fuel injectors relative to TDC in response to the consumed effective power of the engine, and when the input effective power of the engine increases, the upper limit for increasing the amount of advancing the fuel injection timing of the fuel injectors relative to TDC is decreased; and adjusting a lower limit for reducing the amount of fuel injection timing advance of the fuel injectors relative to TDC in response to the engine effective power input, wherein, when the engine effective power input increases, the lower limit for decreasing the amount of fuel injection timing advance of the fuel injectors relative to TDC is increased. 3. Способ по п.1, в котором дополнительно регулируют число оборотов двигателя в минуту (RPM) в ответ на потребляемую эффективную мощность двигателя, причем, когда потребляемая эффективная мощность двигателя увеличивается, количество оборотов двигателя увеличивают, при этом двигатель сжигает дизельное топливо.3. The method of claim 1, further comprising adjusting the engine's revolutions per minute (RPM) in response to the engine's effective power input, wherein when the engine's effective engine power input increases, the engine speed is increased and the engine burns diesel fuel. 4. Способ по п.1, в котором дополнительно регулируют магистральное давление в системе впрыска топлива с общим нагнетательным трубопроводом двигателя внутреннего сгорания в ответ на потребляемую эффективную мощность двигателя, причем, когда потребляемая эффективная мощность двигателя4. The method according to claim 1, wherein the main pressure in the common fuel injection system of the internal combustion engine is further adjusted in response to the consumed effective power of the engine, and when the consumed effective power of the engine --
EA202192384 2020-10-13 2021-09-28 METHOD FOR LIMITING ENGINE EMISSIONS EA043325B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US63/091,212 2020-10-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043325B1 true EA043325B1 (en) 2023-05-15

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105275625B (en) System and method for exhaust catalyst temperature control
RU2579616C2 (en) Engine start method and engine system
RU2627762C2 (en) Method of internal combustion engine operation
CN102213159B (en) Internal and external LP EGR for boosted engines
US9790869B2 (en) Method and systems for a multi-fuel engine
US9115639B2 (en) Supercharged internal combustion engine having exhaust-gas recirculation arrangement and method for operating an internal combustion engine
EP2808522B1 (en) System and method of operating an internal combustion engine
US10233850B2 (en) Supervisory control of a compression ignition engine
US9410509B2 (en) Adaptive individual-cylinder thermal state control using intake air heating for a GDCI engine
US8997698B1 (en) Adaptive individual-cylinder thermal state control using piston cooling for a GDCI engine
RU2699149C2 (en) Method of coordinating supply of secondary air and blowdown air to engine (embodiments)
EP3066324A1 (en) Cold-start strategies for opposed-piston engines
US11242784B2 (en) Method and systems for engine control
US9982637B2 (en) Method and system for engine control
EP3163058A1 (en) Charge property based control of gdci combustion
CN108138674A (en) For the method and device of the exhaust after-treatment of internal combustion engine
CN102678347B (en) Control to strengthen combustion stability by internal EGR
US8955310B2 (en) Adaptive regeneration of an exhaust aftertreatment device in response to a biodiesel fuel blend
US8978603B2 (en) Six-stroke internal combustion engine valve activation system and method for operating such engine
US11536216B2 (en) Systems and methods for an engine
Liu et al. Effects of different turbocharging systems on performance in a HD diesel engine with different emission control technical routes
RU2614308C2 (en) Method of engine operation (versions) and engine system
US11598249B1 (en) Methods and systems for multi-fuel engine
US11421621B2 (en) System and method for engine operation
US11572815B2 (en) Methods and systems for turbine bypass