用于主动空气-燃料比控制的方法和系统与流程

1.本文公开的主题的实施例涉及一种用于减轻发动机爆震的多燃料发动机系统和方法。


背景技术：

2.当以多燃料模式运行时，一些发动机(例如，氢/柴油多燃料发动机)易于爆震或快速燃烧，这可能使发动机劣化。这主要是因为预混合燃料(例如，氢)比柴油燃烧得更快并且可自动点火，从而导致爆震或爆炸。在一些情况下，可通过增大空气-燃料比(afr)来减轻火焰速度和自动点火特性，从而降低预混合燃料的可燃烧性，并且减小自动点火的可能性和严重性。
3.诸如轨道车辆和其它非公路车辆的车辆可利用多燃料发动机系统来推进。多燃料发动机系统可允许通过在发动机处燃烧多于一种类型的燃料而产生的扭矩来驱动车辆导航。一些燃料虽然能量密集，但由于汽化的高热量、不良混合和/或低火焰速度，可能易于产生不良的燃烧条件。在一些实施例中，多于一种类型的燃料可包括氢和柴油。氢可以以气相而被输送到发动机，而柴油可以以液相而被输送。由于燃料的不同物理性质，燃烧参数可以根据在发动机处注射的氢与柴油的比例而变化。例如，氢可以具有比柴油更高的重量能量密度、更低的点火能量和更宽的可燃性范围。因此，发动机效率、功率输出和排放(例如，碳基排放和no
x
)可能受到氢和柴油的共同燃烧的影响。特别地，发动机性能可以根据在发动机处注射的燃料混合物的替换比例(例如，氢对于柴油的替换比例)而变化。燃烧参数还可根据燃烧混合物内的燃料与空气的比例而变化。可能期望具有与当前可用的系统和方法不同的系统和方法。例如，用于多燃料发动机的方法可包括：afr的主动调整和/或替换比例的调整，使得氢和柴油的燃烧可以稳定化。这可以控制发动机爆震的可能性并且控制某些排放的量和特性。


技术实现要素：

4.在一个实施例中，用于发动机的方法包括：将一定量的第一燃料与一定量的第二燃料混合以燃烧具有第一燃料相对于第二燃料的燃料比的燃料混合物，第一燃料具有相对于第二燃料更快的燃烧火焰速度，燃料混合物具有空气-燃料比，其具有被输送到发动机的一定量的空气；以及，通过改变燃料比和/或空气-燃料比，来控制具有被输送到发动机的一定量的空气的燃料混合物的燃烧速度和/或燃烧稳定性。
附图说明
5.图1示出了包括机车编组的列车的示例实施例。
6.图2示出了来自图1的机车的示例实施例的示意图，该机车具有双燃料发动机。
7.图3示出了可包括在图1的列车中的燃料供给车的示例实施例。
8.图4示出了用于调整多燃料发动机的空气-燃料比(afr)的示例方法。
9.图5示出了对多燃料发动机的运行参数进行调整以调整afr的时间线。
具体实施方式
10.以下描述中公开的实施例可以涉及用于运行内燃发动机(ice)的方法和系统。ice可以经由不同燃料的组合作为混合物的燃烧来运行，并且以相对于彼此不同的比例，以形成一种燃料相对于由至少两种燃料类型组成的燃料总量的替换比例来运行。燃料可以具有不同量的碳，并且合适的燃料可包括汽油、柴油、氢化衍生可再生柴油(hdrd)、酒精、醚、氨、生物柴油、氢、天然气、煤油、合成气等中的一种或多种。多种燃料可单独地或组合地包括气体燃料和液体燃料。
11.在一个实施例中，用于多燃料发动机的系统和方法可包括燃烧第一燃料与第二燃料的组合。多燃料发动机可单独燃烧第二燃料，或作为与第一燃料的燃料混合物。在一些条件下，多燃料发动机可以通过将第一燃料替换进入燃烧混合物来减少所使用的第二燃料的量。第一燃料可包括相对于第二燃料减少的碳含量。另外地或可选地，第一燃料可以更便宜、更可用和/或更有效。与第一燃料相比，第二燃料的点火性和燃烧率可变。由于增加或降低的点火性，某些燃料可能导致发动机温度升高或不期望的燃烧条件。
12.ice的第二燃料与第一燃料的替换比例可以由控制器确定。控制器可至少部分地基于当前发动机负载、当前发动机温度、当前歧管温度、当前注射时机和当前空气-燃料比中的一者或多者来确定替换比例。控制器可以至少部分地基于混合物中所使用的燃料及其相关特性来确定替换比例。替换比例可以是第一燃料对于燃料总量(例如，第一燃料和第二燃料的总和)的比例。随着替换比例增加，第一燃料相对于燃料总量的相对比例增加。在一个示例中，相对于第二燃料，第一燃料可具有更低碳含量或零碳含量。替换比例可对应于由第一燃料和第二燃料中的每一个所提供的总燃料能量含量的百分比。例如，如果期望的替换比例为60％，则第一燃料可提供总燃料能量含量的60％，而第二燃料可提供总燃料能量含量的40％。
13.在一个实施例中，ice可燃烧包括柴油和氢的燃料混合物。在一些运行模式期间，ice可以仅燃烧柴油、仅燃烧氢、或燃烧其组合。当提供氢时，可以调整运行条件以考虑氢并促进氢的增强燃烧。例如，调整运行条件可包括：增加要与氢和柴油的燃料混合物一起燃烧的空气量，使得气流增加，从而减慢通过氢进行燃烧的速率并允许更高的替换比例。此外，增加替换比例可以利用氢的较宽的可燃性范围(例如相对于柴油)，以允许在稀薄燃烧下增加发动机性能。可以调整进一步的运行条件，使得氢优先于柴油燃烧，其中柴油燃烧减少。
14.在另一实施例中，除了氢的燃料源之外或作为氢的替代燃料源，可以提供氨。当提供氨时，可以调整运行条件以考虑氨并促进氨的增强燃烧。考虑氨的运行条件的调整可以类似于或不同于考虑氢的运行条件的调整。例如，空气-燃料比(afr)可以在氨与柴油比的调整期间增加或减少。关于氨注射的afr调整的进一步细节超出本公开的范围。
15.当发动机以柴油模式运行(例如，仅注射和燃烧柴油)时，可以选择在发动机处所燃烧的afr，以允许柴油完全燃烧，可以减少排放，并且可以提高发动机燃烧效率。然而，当以多燃料模式运行时(例如，多于一种燃料类型被注射并燃烧)，可以增加afr，以减少自动点火和爆震倾向。afr调整的量可取决于环境条件(例如，温度、压力/海拔、湿度)以及发动机功率和/或扭矩。例如，在较高环境温度和较高功率下的发动机运行可能导致较高的爆震
可能性，因此相对于在较低环境温度和较低功率下的运行要求更大的afr调整，以减轻爆震可能性。由于多燃料模式运行固有地包括替换比例(例如，用一定量的氢替换柴油)，afr的调整可产生不同的燃烧条件。因此，可能受afr影响的替换比例也可以被调整以降低爆震的可能性。例如，较高afr可实现较高替换比例。因此，可以通过主动调整afr来实现更高的替换比例。
16.允许增加替换比例(例如增加afr)的对发动机运行的调整可有益于双燃料发动机。例如，可通过增加afr而建立的燃烧条件可导致功率输出的增加和排放的减少。本文所述的实施例详细描述了氢替换柴油的替换比例调整。其它实施例可包括以下的替换比例：天然气、酒精和氨，以及其它类型的燃料。某些燃料(例如，氨)可以依赖于不同的调整(例如，afr的增加或减少)来增加燃料汽化和燃烧的量。
17.本文描述的系统的实施例可包括多种发动机类型和多种发动机驱动的系统。这些系统中的一些可以是固定的，而其他系统可以在半移动或移动平台上。半移动平台可在运行时段之间重新定位，例如安装在平板拖车上。移动平台可包括自推进车辆。这种车辆可包括公路运输车辆和其它非公路车辆(ohv)。合适的公路车辆可包括：汽车、公共汽车和半卡车。合适的越野车辆可包括：采矿设备、海上船只、轨道车辆、农用车辆等。为了清楚说明，诸如机车的轨道车辆用作移动平台的示例。合适的系统可包括：发动机、涡轮增压器、燃料系统和控制器或控制系统。一些实施例可包括：后处理系统或其它减排系统。车辆可以单独运行或者可以作为一组移动。车辆组可以机械地(如在编组中)和/或虚拟地(如在队或群中)联接在一起，以协调它们的移动。
18.在进一步讨论用于通过主动调整afr来降低由于燃料自动点火引起的发动机爆震的可能性的方法之前，示出了可以实施该方法的示例平台。主动调整afr包括：选择性地修改afr以实现期望的燃料替换比例，而不是根据对应于发动机运行条件的设定afr来调整替换比例。图1描绘了可以在轨道110上运行的示例列车100，其包括多个轨道车辆102、104、106、燃料供给车160和车厢108。多个轨道车辆、燃料供给车和车厢通过联接器112而彼此联接。在一个实施例中，多个轨道车辆可以是机车，包括牵引机车和一个或多个远程机车。列车中的机车可形成编组。例如，在所描绘的实施例中，机车可以形成编组101。如所示的，列车包括一个编组。各种车辆可以形成车辆组(诸如编组、队、群、车队、排等)。一组中的车辆可以机械地和/或虚拟地联接在一起。例如，油门和制动命令可通过无线电链路或物理电缆从牵引机车中继到远程机车。
19.机车可以由发动机10提供动力，而车厢可不提供动力。在所示实施例中，发动机是多燃料发动机，并且可以燃烧气体和/或液体燃料或具有不同量的碳的燃料，并且以一种燃料与另一种燃料的不同比例(例如，替换比例)来如此运行。在一些实施例中，多燃料发动机可以例如是燃烧两种燃料的双燃料发动机，两种燃料中的任一种可以是基于烃或非烃的气体燃料或液体燃料。在其他实施例中，发动机可以是能够燃烧气体燃料或液体燃料的单一燃料发动机。
20.列车可包括控制系统。控制系统可包括发动机控制器12，并且其还可包括编组控制器22。如图1所示，每个机车包括发动机控制器。发动机控制器可与编组控制器进行通信。编组控制器可位于列车的一个车辆上，例如牵引机车上，或者可远程地位于例如调度中心处。编组控制器可从编组的每个机车接收信息，并且向编组的每个机车传送信号。例如，编
组控制器可从列车上的各种传感器接收信号，并且相应地调整列车运行。编组控制器可联接到每个发动机控制器，用于调整每个机车的发动机运行。
21.如参考图4-5所详细描述的，每个发动机控制器可确定当前发动机条件并调整其afr。可以调整排气再循环(egr)、废气门位置、注射时机和替换比例中的至少一个的设置以调整afr。前述设置可以基于大气压力、环境温度、湿度、发动机转速、发动机功率、歧管空气温度和歧管空气压力中的一者或多者来调整。如上所述，替换比例对应于用第一燃料替换第二燃料。发动机可以在一种运行模式下单独燃烧第二燃料。然而，在其他运行模式中，发动机可以进行多燃料燃烧。可以完成运行模式的切换，例如，以减少一种或多种排放类型、降低燃烧成本、提高发动机效率、适应一种或多种燃料的低可用性等。第一燃料和第二燃料可选自汽油、柴油、酒精、醚、氨、氢、天然气、煤油、合成气等。合适的柴油燃料可包括常规柴油、氢衍生可再生柴油(hdrd)和生物柴油。在一个实施例中，推进系统可增加燃料电池和/或能量存储装置，其接受和/或提供电能至牵引马达。在本文所述的实施例中，第二燃料是柴油，并且第一燃料是氢。
22.列车可包括至少一个燃料供给车，其可以承载一个或多个燃料存储箱162并且包括控制器164。虽然燃料供给车可以位于远程机车106的前方，但是在其他示例中，它可以在沿着列车的其他位置。
23.在一个实施例中，燃料供给车可以是无动力的，例如，没有发动机或电牵引马达(例如，图2中所示的电牵引马达124)。然而，在其它实施例中，燃料供给车可以被提供动力用于推进。例如，如图3所示，燃料供给车可以包括发动机302。燃料供给车的发动机可以燃烧存储在燃料存储箱中的燃料和/或存储在列车的另一车辆处的燃料。
24.燃料供给车的一个或多个燃料存储箱可以具有适合于存储特定类型的燃料的结构。在一个实施例中，燃料储存箱可适于液化天然气(lng)的低温存储。作为另一个实施例，燃料储存箱可以在环境温度和压力下存储液态状态的燃料，例如柴油或氨。在又一个实施例中，燃料储存箱可以将燃料存储为压缩气体，例如氢或天然气。在每种情况下，燃料供给车可以配备有用于存储特定燃料的各种机构和装置。下面参考图3进一步示出燃料供给车的详细细节。
25.在一些示例中，燃料可以仅存储在燃料供给车处。然而，在其他示例中，燃料可以存储在燃料供给车处和一个或多个机车上，如图2所示。此外，在一些情况下，燃料供给车可以具有燃料电池系统。该燃料电池系统可以包括燃料电池和一个或多个氢罐。
26.图2描绘了作为列车的一部分的机车的示例实施例200，其可以经由多个车轮116而在轨道114上行进。用于推进机车的动力可至少部分地由发动机提供。发动机从吸入通道118接收用于燃烧的吸入空气。吸入通道从过滤来自机车外部的空气的空气过滤器(未示出)接收环境空气。由发动机中的燃烧所产生的排气被供应到排放通道120。排气流过排放通道，并且流出机车的排放管(未示出)。
27.在一个实施例中，发动机作为压缩点火发动机运行，其可以燃烧至少一种类型的燃料。压缩点火发动机可以根据多种方法进一步燃烧燃料。更具体地，压缩点火发动机可以利用燃烧策略来降低燃烧温度，这可以使得能够减少no
x
和微粒物质排放。例如，当afr大于第一空气-燃料阈值且替换比例大于第一替换阈值时，发动机可经由均质充量压缩点火(hcci)来燃烧燃料，其中充分混合的燃料和氧化剂(例如，空气)可被压缩以自动点火。因
此，稀薄混合物可以燃烧，进一步抑制no
x
形成。作为另一示例，当afr小于第二空气-燃料阈值并且替换比例小于第二替换阈值时，多燃料发动机可以经由预混合充量压缩点火(pcci)来燃烧燃料。第一空气-燃料阈值可以大于第二空气-燃料阈值(例如，第一空气-燃料阈值处的空气量大于第二afr处的空气量)。第一替换阈值大于第二替换阈值(例如，第一替换阈值处的第一燃料量大于第二替换阈值处的燃料量)。使用pcci的燃烧可类似于使用hcci的燃烧，但可具有增加的发动机运行范围、爆震倾向和对燃烧参数的控制。当利用pcci进行燃烧时，燃料/空气混合物可能不完全均匀。这可以允许通过提前的直接注射、后期注射和端口注射来注射燃料。因此，燃料注射可以在燃烧开始之前完成，从而减少颗粒物质，同时允许排气再循环(egr)流来减少no
x
排放。
28.在另一个实施例中，发动机作为火花点火发动机运行。作为压缩点火发动机或火花点火发动机的发动机可以仅燃烧一种特定类型的燃料，或者能够燃烧两种或更多种类型的燃料，例如多燃料发动机。因此，不同的燃料类型可以在发动机处单独燃烧或共同燃烧，例如同时燃烧。在一个实施例中，多燃料发动机可以是双燃料发动机。如图2所示，双燃料发动机可以接收来自第一燃料贮存器134的第一燃料和来自第二燃料贮存器136的第二燃料。
29.虽然机车在图2中配备有两个燃料贮存器，但是在其它实施例中，机车可以仅包括一个燃料贮存器或不包括燃料贮存器。例如，至少一个燃料贮存器可以存储在燃料供给车处，例如图1中的燃料供给车。或者，除了机车的第一燃料贮存器处的第一燃料和第二燃料贮存器处的第二燃料之外，至少一种附加的燃料(例如，第三燃料)可储存在燃料供给车处。在一个实施例中，可以在没有任何附加设备或专用存储箱配置的情况下，在环境压力和温度下存储的燃料可以存储在机车上。需要专用设备的燃料(如低温或高温储存)可以存储在燃料供给车上。然而，在其他实施例中，机车和燃料供给车可以各自存储不需要专用设备的燃料。
30.第一燃料和第二燃料(例如，存储在列车上的任何燃料)可各自为多种不同燃料类型中的任一种。例如，燃料的类型可包括烃基燃料，例如柴油、天然气、甲醇、乙醇、二甲醚(dme)等。或者，燃料可为非烃基燃料，诸如氢、氨等。上面列出的燃料是可以在发动机处燃烧的燃料的非限制性示例，并且各种其他类型的燃料也是可能的。
31.另外，每种存储的燃料可以是气相或液相燃料。因此，当压缩点火发动机燃烧单一燃料类型时，发动机可以消耗气体燃料或液体燃料。当压缩点火发动机是多燃料发动机时，发动机可以仅燃烧液体燃料、仅燃烧气体燃料、或燃烧液体燃料和气体燃料的组合。类似地，当火花点火发动机燃烧单一燃料类型时，发动机也可以消耗气体燃料或液体燃料。多燃料火花点火发动机可以仅燃烧液体燃料、仅燃烧气体燃料、或燃烧液体燃料和气体燃料的组合。
32.作为火花点火或压缩点火多燃料发动机配置中的任一种，发动机可以以不同的方式燃烧燃料组合。例如，一种燃料类型可以是第一燃烧燃料，另一种燃料类型可以是在某些条件下用于调整燃烧特性的第二添加的燃料。例如，在发动机起动期间，燃料燃烧混合物可以包括较小比例的柴油以种子点火，而氢可以形成混合物的较大比例。在其它实施例中，一种燃料可在注射第一燃烧燃料之前用于试点注射。在一些实施例中，替换比例可基于一个或多个条件设定，以增加无碳燃料的量来减少碳排放。可以基于期望的点火时机来调整所使用的无碳燃料的比例，其中期望的点火时机基于发动机负载、吸入歧管温度和压力以及
燃料混合物的点火性中的一者或多者，如本文进一步所描述的。
33.作为多燃料发动机，发动机可燃烧燃料的各种组合，并且燃料可在燃烧之前预混合或不预混合。在一个示例中，第一燃料和第二燃料可以被单独地引入缸体，其可以包含要与燃料一起燃烧的空气。第一燃料和第二燃料中的每一个可以以不同的速率与空气混合。例如，第一燃料可与空气混合多于与第二燃料混合。因此，在一个示例中，混合一定量的第一燃料和一定量的第二燃料以燃烧具有确定的第一燃料相对于第二燃料的燃料比的燃料混合物可包括：在缸体中混合第一燃料和第二燃料。
34.在一个实施例中，第一燃料可以是氢，第二燃料可以是柴油。在另一个实施例中，第一燃料可以是氨，第二燃料可以是柴油。在燃料供给车上存储第三燃料的情况下，还可以有进一步的组合。例如，lng可储存在燃料供给车处，并且发动机可燃烧lng和氢，或lng、柴油和氢，或lng、氨和氢。因此，还可以有燃料类型的许多组合，其中组合可以基于燃料的兼容性来确定。将燃料输送到发动机用于燃烧的方法可以类似地取决于燃料类型的特性。
35.当发动机是单一燃料燃烧发动机(火花点火或压缩点火)时，发动机可以消耗单一液相燃料。例如，发动机可燃烧柴油、氢、氨、lng或其它液相燃料。类似地，发动机可以燃烧单一气体燃料，例如氢或其它气相燃料。
36.以一种物理状态(例如，气体或液体)车载存储的燃料可以以相同状态或不同状态而被输送到发动机。例如，lng可低温储存为液相中，但可在发动机处注射之前经历到气相的转变，例如，在燃料供给车中的再气化单元处。然而，其它燃料可作为液体存储且作为液体注射或可作为气体存储并作为气体注射。
37.例如，可以根据多于一种注射技术在发动机处注射燃料。在一个实施例中，一种或多种燃料可以经由间接注射方法(诸如端口注射)而被输送到发动机缸体。在另一实施例中，至少一种燃料可以经由直接注射而被引入发动机缸体。在又一实施例中，至少一种燃料可以通过中心歧管注射来进行注射。发动机可以仅通过间接注射、仅通过直接注射或通过间接注射和直接注射的组合来接收燃料。作为一个示例，可以在低负载期间经由端口注射并且在高负载期间通过直接注射来注射燃料。具体地，当其中一种燃料是气体燃料时，可能期望经由端口注射对气体燃料进行预混合。当通过中心歧管注射引入时，燃料也可以预混合。通过直接注射的预混合也是可能的，如通过在发动机缸体的吸入冲程期间注射气体燃料。另外地或可选地，一种或多种燃料的注射位置可以基于燃料的可燃性。例如，氨可以间接注射并与增压空气和/或egr预混合以增强其可燃性和汽化。在另一示例中，如上所述，第一燃料和第二燃料可以独立地被注射到缸体中，并且因此独立地与缸体中的空气和其他所注射的燃料(例如，第一燃料或第二燃料)混合。
38.在运行期间，发动机内的每个缸体可以经由沿轴线致动活塞来使用四冲程循环。该循环包括吸入冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排放冲程。在吸入冲程期间，排放阀可以关闭并且吸入阀可以打开。空气经由进入歧管而被引入燃烧室，并且活塞移动到缸体的底部，以便增加燃烧室内的容积。活塞靠近缸体底部并且在其冲程结束的位置(例如，当燃烧室处于其最大容积时)被本领域技术人员称为下止点(bdc)。在压缩冲程期间，吸入阀和排放阀关闭。活塞朝向缸体头部移动，以压缩燃烧室内的空气。活塞在其冲程结束时并且最靠近缸体头部的点(例如，当燃烧室处于其最小容积时)被本领域技术人员称为上止点(tdc)。在下文中被称为直接注射的过程中，燃料被引入燃烧室。在一些实施例中，燃料可以在单个缸体循
环期间多次被注射到缸体。在下文被称为点火的过程中，注射的燃料通过压缩点火被点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞推回到bdc。曲轴将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排放冲程期间，排放阀打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排放歧管，并且活塞返回到tdc。注意，以上仅作为示例描述，并且注射时机可以变化，例如提前或延迟注射时机以减少排放。例如，注射时机可以基于发动机循环期间的活塞的位置，并且可以期望接近压缩冲程的tdc。更提前的注射时机可包括：将注射时机移至在压缩冲程的tdc之前；并且，延迟的注射时机可包括：将注射时机移至在压缩冲程的tdc之后。在一些实施例中，标称注射时机可以在压缩冲程的tdc之后(例如，在膨胀冲程开始时)而发生，并且延迟注射时机可以在膨胀冲程期间随着活塞接近bdc而发生。此外，在一些示例中，可以使用二冲程循环而不是四冲程循环。
39.每种类型的注射可以包括气相或液相燃料的注射。然而，取决于燃料类型的特定性质，一些注射方法可能更适合于某些燃料。例如，可以通过端口注射或直接注射来注射氢。诸如柴油的液相燃料可以通过直接注射来注射。氨和天然气可各自通过端口注射或直接注射而被选择性地注射。类似地，诸如甲醇和乙醇的燃料可以通过端口注射或直接注射。在一些情况下，发动机可以具有能够在气体燃料的注射和液体燃料的注射之间切换的燃料注射器。
40.根据燃料的类型，由双燃料发动机燃烧的燃料，无论是气相还是液相，在燃烧前都可以预混合或可以不预混合。例如，取决于运行条件，可能期望预混合氢、天然气、氨、甲醇、乙醇和dme。在其他运行条件下，诸如柴油、氢、天然气、甲醇和乙醇的燃料可以不预混合。燃料的预混合可以包括将至少一种燃料通过端口注射到入口歧管或入口端口中，其中燃料可以在进入缸体之前与空气混合。作为另一示例，每种燃料可以被端口注射，从而允许燃料在燃烧之前相互混合并且与空气混合。在其他实施例中，燃料可以被注射到流体地联接到缸体头部的预燃烧室中，其中第一燃料和第二燃料中的每一个可以在流到缸体头部之前在预燃烧室中独立地与空气混合并且相互混合。此外，第一燃料和第二燃料可以独立地被注射到缸体头部中，并且独立地与空气混合并且相互混合。
41.用于共同燃烧的燃料的替换比例可根据运行条件而变化。例如，当第一燃料是氢并且第二燃料是柴油时，可以响应于发动机处的功率需求的增加而减小氢-柴油比。在一些情况下，可以调整比例，使得仅一种燃料在发动机处燃烧。替换比例可以根据afr而变化，使得当经由运行参数的调整来调整afr时，替换比例可以增加到最大替换比例(例如，与柴油一起燃烧的氢的最大量)。在一个实施例中，最大替换比例可以是氢的量(例如，替换于柴油)，高于该量可能无法获得期望的发动机功率。在另一实施例中，最大替换比例可以是氢的量，高于该量发生发动机爆震或发动机爆震的可能性增加到爆震阈值以上。
42.如图2所示，发动机联接到发电系统，该发电系统包括交流机/发电机122和电牵引马达。例如，发动机产生扭矩输出，该扭矩输出被传递到机械地联接到发动机的交流机/发电机。交流机/发电机产生电力，该电力可以被存储并应用于随后传输到各种下游电部件。作为示例，交流机/发电机可以电联接到电牵引马达，并且交流机/发电机可以向电牵引马达提供电力。如所示的，电牵引马达分别连接到多个车轮中的一个，以提供牵引动力来推进机车。机车配置的一个实施例包括：每个车轮对应于一个牵引马达。如本文所述，六对牵引马达对应于机车的六对车轮中的每一对。
43.发动机可以具有布置在吸入通道和排放通道之间的一个或多个涡轮增压器126。涡轮增压器对吸收至吸入通道的环境空气进行充气，以在燃烧期间提供更大的充气密度(例如，以增加增压空气量)，从而增加功率输出和/或发动机运行效率。涡轮增压器可以包括压缩机(未示出)，该压缩机至少部分地由涡轮(未示出)驱动。虽然在这种情况下包括单个涡轮增压器，但是系统可以包括多个涡轮和/或压缩机级。在一个示例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器。因此，涡轮增压器的纵横比可以根据运行条件而变化，从而在高发动机转速下提高效率并减少涡轮迟滞。此外，在一些实施例中，可以提供允许排气绕过涡轮增压器的废气门171。废气门可以被打开，例如，以将排气流出远离涡轮机。以这种方式，可以控制压缩机的转速，并且因此可以控制由涡轮增压器提供给发动机的增压。当涡轮增压器是可变几何涡轮增压器时，涡轮几何形状的调整可以与废气门的打开/关闭协调，以实现对发动机的增压空气供应的期望效果。在一些实施例中，可以包括电子涡轮。电子涡轮可以是联接到涡轮增压器的轴的电马达，其可以从涡轮增压器提取过量的排气能量和/或驱动压缩机以增加空气流。在存在电子涡轮的情况下，控制器可以使用电子涡轮通过以电力为代价增加扭矩或通过用电子涡轮马达动态地制动系统以产生电力来控制涡轮速度。
44.发动机可具有排气再循环(egr)系统170。egr系统可以将排气从涡轮增压器上游的排放通道引导到涡轮增压器下游的吸入通道。egr系统包括egr通道172和egr阀174，其用于控制从发动机的排放通道再循环到发动机的吸入通道的排气量。通过将排气引入发动机，可用于燃烧的可用氧的量减少，从而降低燃烧火焰温度并减少氮氧化物(例如，no
x
)的形成。调整再循环的排气的量因此调整可用于燃烧的氧化剂含量。例如，egr阀可以是由机车控制器控制的开/关阀，或者其可以控制egr的可变量。
45.egr系统还可以包括egr冷却器176，以在排气达到吸入通道中之前降低排气的温度。如图2的非限制性示例实施例所示，egr系统是一个高压egr系统。在其它实施例中，机车可另外地或可选地包括低压egr系统，其将egr从涡轮增压器下游的位置传送到涡轮增压器上游的位置。另外，egr系统可以是供体缸体egr系统，其中一个或多个缸体仅将排气提供至egr通道，然后至吸入处。
46.发动机系统可进一步包括提供egr的多种方法。在本文中，egr被定义为来自先前循环的排气，该先前循环由一个或多个缸体保持或重新吸入以用于随后的燃烧事件。egr可经由专用供体缸体、经调整的排放阀时机和/或egr通道来进行提供。供体缸体可从其内部容积排出排气，并且使排气流到流体地联接到其上的另一个缸体。另外地或可选地，供体缸体可将排气直接排出到egr通道，因此调整可用于燃烧的氧化剂含量。经调整的排放阀时机可包括：排放阀打开可重叠于吸入阀打开，从而导致缸体的真空将排出的排气吸收至缸体中。egr率可经由供体缸体、经调整的排放阀时机和/或egr通道中的阀位置来进行设定。例如，调整阀时机可包括：相对于缸体循环改变在发动机处打开/关闭吸入阀和排放阀的时机。
47.机车可包括联接在排放通道中的排气处理系统，以减少可控的排放。在一个实施例中，排气处理系统可包括柴油氧化催化器(doc)130和柴油颗粒过滤器(dpf)132。doc可以氧化排气成分，从而减少一氧化碳、碳氢(化合物)和颗粒物质排放。dpf可以捕获在燃烧期间产生的微粒，称为微粒物质(其示例是碳烟)。合适的doc可以由陶瓷或金属陶瓷制成。合适的材料可以是氧化铝或碳化硅。在其他实施例中，排气处理系统还可以包括选择性催化
还原(scr)催化剂、三元催化剂、no
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捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。在一些实施例中，排气处理系统可位于涡轮增压器的上游，而在其它实施例中，排气处理系统可位于涡轮增压器的下游。
48.机车可包括联接到发动机的节流阀142，以指示功率水平。在该实施例中，节流阀可具有多个槽口。每个槽口可对应于确定的离散功率水平，诸如已知的峰值效率运行点。功率水平指示机车上的负载或发动机输出的量，并且控制机车将行驶的速度。尽管图2的实施例中描绘了八个槽口设置，但是在其他实施例中，节流阀槽口可具有八个以上的槽口或八个以下的槽口，以及用于空载和动态制动模式的槽口。在一些实施例中，槽口设置可以由机车的操作者进行选择。在其它实施例中，编组控制器可以确定行程计划(例如，行程计划可使用行程优化软件来生成，如trip optimizer系统(从wabtec公司获得)和/或负载分布计划可使用组优化软件来生成，例如consist manager(从wabtec公司获得))，其包括基于发动机和/或机车运行条件的槽口设置，下面将更详细进行说明。
49.发动机控制器可以控制与机车相关的各种部件。作为示例，机车的各种部件可以经由通信信道或数据总线而被联接到发动机控制器。在一个示例中，发动机控制器和编组控制器均包括计算机控制系统。发动机控制器和编组控制器可另外地或可选地包括：存储器，其存储非临时计算机可读存储介质(未示出)，其包括用于实现机车运行的车载监测和控制的代码。发动机控制器例如可经由数字通信信道或数据总线而被联接到编组控制器。
50.发动机控制器和编组控制器都可从多个传感器接收信息，并且可将控制信号发送到多个致动器。在监督机车的控制和管理的同时，发动机控制器可以从各种发动机传感器150接收信号，如本文进一步详细描述的，以确定运行参数和运行条件，并且相应地调整各种发动机致动器152以控制机车的运行。例如，发动机控制器可以从各种发动机传感器接收信号，包括但不限于发动机转速、发动机负载、吸入歧管空气压力、增压空气压力、排放压力、环境压力、环境温度、排放温度、发动机温度、排放氧水平，等等。发动机传感器可以包括联接到发动机的燃烧室的一个或多个爆震传感器173。爆震传感器可以检测来自燃烧室的振动和声音，并将振动和声音转换成传递到发动机控制器的电信号。相应地，发动机控制器可以通过向各种部件(诸如电牵引马达、交流机/发电机、缸体阀、燃料注射器、槽口节流阀等)发送命令来控制机车。其他致动器可以联接到机车中的各个位置。
51.编组控制器可包括可运行地联接到控制信号部分的通信部分。通信部分可以从机车传感器接收信号，机车传感器包括机车位置传感器(例如，gps设备)、环境条件传感器(例如，用于感测海拔、环境湿度、温度和/或大气压力等)、机车耦合器力传感器、轨道坡度传感器、机车槽口传感器、制动位置传感器等。各种其它传感器可联接到机车中的各种位置。控制信号部分可以生成控制信号以触发各种机车致动器。示例性机车致动器可以包括空气制动器、制动空气压缩机、牵引马达等。其他致动器可以联接到机车中的各个位置。编组控制器可接收来自各种机车传感器的输入，处理数据，并且基于其中与一个或多个例程相对应的编程于其中的指令或代码而响应于所处理的输入数据来触发机车致动器。此外，编组控制器可从发动机控制器接收(如由各种发动机传感器所确定的，例如由发动机冷却剂温度传感器所确定的)发动机数据，处理发动机数据，确定发动机致动器设置，以及基于由编组控制器所执行的例程而将用于触发发动机致动器的指令或代码传输(如下载)回发动机控制器。
52.例如，编组控制器可基于运行条件来确定在列车中的所有机车之间分配负载的行程计划。在某些条件下，编组控制器可不均地分配负载，即，一些机车可在比其它机车更高的功率设置或更高的节流阀设置来运行。负载分布可以基于多个因素，例如燃料经济性、耦合力、隧道运行、坡度等。在一个示例中，负载分布可基于机车编组在整个列车的分布(例如，机车编组的每个机车的位置)来进行调整。例如，至少一个机车可位于列车的末端，并且至少一个机车可位于列车的前端。列车的末端的机车可以推动列车的推进，并且列车前端的机车可牵引列车，特别是在上坡航行期间。这样，更大的负载可被放置在列车的末端的推进机车上。
53.现在转向图3，其示出了图1的燃料供给车的实施例300。如上所述，燃料供给车包括燃料储存箱、控制器和发动机302。燃料供给车还可以包括第一单元304，其可以是用于控制燃料存储箱内的温度和压力的装置。例如，当lng储存在燃料储存箱中时，第一单元可以是低温单元。燃料储存器尺寸和配置可以基于最终使用参数来进行选择，可以从燃料供给车移除，并且可以经由端口306而从外部燃料供给站来接收燃料。
54.燃料储存箱可以向燃料修改单元312供应燃料。燃料修改单元可以调整燃料的特性。例如，当燃料是lng时，燃料可在燃料修改单元处从液相转换成气相。作为另一示例，燃料修改单元可以是泵，以在燃料存储在气相中时调整燃料的输送压力。在不需要燃料修改的其他示例中，可以省略燃料修改单元。燃料可以从燃料修改单元输送到机车的发动机。
55.通过将燃料从燃料储存箱供应到机车发动机和燃料供给车的发动机，燃料可以由分布在整个列车上的发动机来进行燃烧。在另一非限制性实施例中，燃料供给车发动机可以产生电力，该电力可以被输送到燃料供给车和/或机车上的一个或多个部件。在一个实施例中，如图3所示，燃料供给车发动机可以产生扭矩，该扭矩经由驱动轴316而被传递到功率转换单元314。功率转换单元可将扭矩转换成电能，该电能经由电力总线318而被输送到燃料供给车中的各种下游电部件。这样的部件可以包括但不限于：第一单元、燃料修改单元、控制器、压力传感器320、温度传感器322、一个或多个电池324、各种阀、流量计、附加的温度和压力传感器、压缩机、鼓风机、散热器、(蓄)电池、灯、车载监测系统、显示器、气候控制装置等，为了简洁起见，其中一些未在图3中示出。另外，来自电力总线的电能可提供至机车的一个或多个部件。
56.在一个实施例中，功率转换单元包括串联连接到一个或多个整流器(未示出)的交流机(未示出)，整流器在沿着电力总线传输之前将交流机的交流电输出转换成直流电能。基于从电力总线接收电力的下游电力部件，一个或多个逆变器可以在向下游部件供应电力之前逆变来自电力总线的电力。在一个实施例中，单个逆变器可以从直流电力总线向多个部件供应交流电。在另一非限制性实施例中，多个不同的逆变器中的每一个可以向不同的部件供电。
57.燃料供给车上的控制器可以通过向这些部件发送命令来控制燃料供给车上的各种部件，诸如燃料修改单元、燃料供给车发动机、功率转换单元、第一单元、控制阀和/或燃料供给车上的其他部件。控制器还可监测活动运行、空载和关闭状态下的燃料供给车运行参数。这些参数可以包括但不限于：燃料储存箱的压力和温度、燃料修改单元的压力和温度、燃料供给车发动机温度、压力和负载、压缩机压力、加热流体温度和压力、环境空气温度等。在一个实施例中，燃料供给车控制器可以响应于一个或多个控制系统例程来执行代码，
以自动停止、自动起动、运行和/或谐调发动机和燃料修改单元。计算机可读存储介质可以执行代码，以向机车上的发动机控制器发送和接收通信。
58.图3中描绘的燃料供给车是非限制性实施例的燃料供给车。在其他实施例中，燃料供给车可以包括附加的或替代的部件。作为示例，燃料供给车还可以包括一个或多个附加的传感器、流量计、控制阀、用于控制燃料输送和存储条件的各种其他装置和机构等。
59.ice可以是机车的多燃料发动机，其中机车可以是列车的机车编组中的多个机车之一，如图1所示。图2示出了图1的机车编组的机车的示例实施例的示意图，该机车具有多燃料发动机。本文所述的方法可在机车编组的至少一个多燃料发动机中实施。图1的列车还可包括用于存储可由多燃料发动机使用的至少一种燃料的燃料供给车，其实施例在图3中示出。在本文所述的实施例中，多燃料发动机可使用第一燃料和第二燃料的燃料混合物，第一燃料相对于第二燃料具有更快的燃烧火焰速度。例如，第一燃料可以是氢，第二燃料可以是柴油。包括第一量的氢和第二量的柴油的燃料混合物可以与一定量的空气一起燃烧以向车辆提供动力。可调整燃烧混合物(例如，空气量和燃料混合物)以在改变发动机运行条件和环境条件期间提供所需的功率输出，减少排放，并且降低发动机爆震的可能性。例如，可以基于发动机运行条件和环境条件来调整空气-燃料比(afr)(例如，燃烧混合物中的空气量与燃料混合物量的比例)，使得可以最大化氢至柴油的替换比例。图4示出了用于调整多燃料发动机的afr的示例方法。afr可以通过调整发动机运行参数的设置来进行调整，发动机运行参数可包括：涡轮转速、废气门位置、注射时机和排气再循环(egr)。另外，可以响应于经调整的afr来调整(例如，燃料混合物的)氢对于柴油的替换比例。图5示出了时间线，其示出了对多燃料发动机的运行参数的调整以调整afr，以及导致的排放和发动机爆震的倾向的变化。
60.afr被主动调整以实现期望的替换比例。由于多燃料发动机可以稀薄运行，可以期望在多燃料燃烧期间增加afr。可以通过相对于所注射的燃料量增加输送到发动机的增压空气量来增加afr。可以调整包括egr、增压空气和废气门位置的发动机设置和运行参数，以增加增压空气量。
61.期望的afr增加量可以由期望的替换比例来确定。当多燃料发动机从单一燃料燃烧模式转换到双燃料燃烧模式时，由于两种或更多种燃料的共同燃烧，发动机爆震和排放的可能性可能增加。例如，发动机效率、功率输出和排放可能受到氢和柴油的共同燃烧的影响。afr可以基于当前运行条件被调整到期望的afr，例如，由车辆制造商或发动机控制系统确定的afr。然而，发动机爆震的可能性可能较高，并且排放水平可能大于期望的排放阈值。替换比例可以独立地或响应于afr的调整而独立地调整至预定替换比例，以降低发动机爆震的可能性和排放水平。将预定afr和替换比例用于多燃料发动机的双燃料燃烧仍然可能允许发动机爆震的较高可能性和排放水平高于排放阈值，例如，当环境条件和/或发动机运行条件不同于用于设置预定afr和替换比例的那些时。因此，期望一种方法来调整第一燃料与燃料总量(例如，第一燃料和第二燃料的总和)的替换比例，使得替换比例最大化(例如，以允许稳定燃烧)，同时减轻发动机爆震的可能性和减少排放。替换比例可以响应于afr的调整而被调整，例如，替换比例可以由于afr的增加而增加。如本文进一步描述的，可以使用基于发动机运行条件和环境条件所确定的发动机设定来调整afr。可以确定发动机设置，使得当实施时，afr可以增加，替换比例可以增加，排放可以保持低于排放阈值，并且可以减轻
发动机爆震的可能性。
62.对afr进行的调整可以由可允许的运行条件控制。例如，调整afr可以包括：打开或关闭废气门。废气门位置可以在100％打开和100％关闭之间变化。然而，如果废气门100％关闭并且要求对afr的进一步调整，则可以使用不同的发动机设置来调整afr。afr可以通过改变输送到发动机的增压空气量来进行调整，例如，通过调整涡轮转速、废气门位置、发动机转速(例如，其中废气门位置和发动机转速影响涡轮转速)、与空气一起燃烧的燃料量(例如，注射时机)和歧管空气温度(mat)，来调整afr。可以通过调整可用于燃烧的氧化剂含量来调整egr以帮助维持排放低于排放阈值。
63.调整afr可包括：发信号给发动机的涡轮增压器以调整涡轮增压器的空气输出水平，使得可以改变引入到燃料混合物的空气量。因此，可至少部分地基于实现燃烧混合物中的相对于燃料混合物的量的所期望的空气量，来调整空气输出水平。所期望的空气量可以基于发动机运行条件(诸如发动机转速、歧管空气温度等)和环境条件(诸如温度和压力)来确定。例如，车辆的控制器可以经由传感器监测环境条件和发动机运行条件，如上所述，并且确定排放低于排放阈值且功率输出等于期望功率输出的期望afr。可以响应于例如测量到环境温度大于确定的阈值且发动机功率大于功率阈值，从而来调整afr。例如，功率阈值可以是巡航期间的发动机功率，并且功率阈值可以在加速期间被超过。在另一个示例中，afr和/或替换比例可以响应于发动机爆震(例如，如由发动机爆震传感器测量)或排放超过排放阈值而被调整。
64.发信号给涡轮增压器以调整空气输出水平以实现期望的afr可增加增压空气量。发信号给涡轮增压器可以包括：关闭废气门，关闭涡轮喷嘴环，当涡轮增压器是可变几何涡轮增压器时调整喷嘴叶片，或者对发动机系统进行可导致增加的增压空气量的其他调整。例如，可以运行电子涡轮以消耗能量并旋转压缩机，或者其可以作为发电机运行并收集多余能量。增压空气增加量可以至少部分地基于一个或更多个发动机设置来进行选择。例如，如在图4-5中进一步描述的，可以调整包括排气再循环(egr)、注射时机、涡轮增压器设置(例如，以调整增压空气量)和废气门位置中的一者或多者的发动机设置。发动机设置可以在预定参数内调整，例如，废气门位置可以在0％和100％打开之间调整，并且注射时机可以提前或延迟。在这些参数之内，可以单独调整每个发动机设置，并且可以监测发动机功率输出和排放以实现期望的功率输出和排放。如图4中进一步描述的，用于确定将发动机功率和排放维持在相应的期望范围内并且允许期望的增压空气量增加以用于调整afr的发动机设置的方法可以包括：使用发动机校准映射、查找表或用于确定发动机设置的其他方法。在一些实施例中，替换比例可以在不调整afr的情况下变化，例如，当运行条件允许对替换比例进行调整(例如，增加氢的量)同时相对于燃料的量不增加空气量时。
65.可影响替换比例的条件可包括：发动机空气流、发动机负载、吸入歧管温度、环境压力和环境温度、发动机温度和排放歧管压力。最大替换比例可以由爆震阈值来进行约束。爆震阈值可以基于压力升高率或最大缸体压力。例如，可以使用爆震传感器或振动传感器或使用相对于预期燃烧时机的所测量/推断的燃烧时机，来测量发动机爆震。
66.例如，可以增加替换比例，使得只要发动机爆震的可能性保持低于爆震阈值并且多燃料发动机可以燃烧燃料混合物以向车辆提供期望的动力，氢的量就大于柴油的量。
67.在一个实施例中，一定量的第一燃料可与一定量的第二燃料混合，以产生具有第
一燃料相对于燃料总量(例如，第一燃料和第二燃料的总和)的确定的燃料比的燃料混合物。在本文所述的实施例中，确定的燃料比等于替换比例，其中确定的燃料比可以是第一燃料与燃料总量的体积比或第一燃料与燃料总量的能量输出比。第一燃料可具有相对于第二燃料更快的燃烧火焰速度。在本文所述的实施例中，第一燃料是氢，而第二燃料是柴油。然而，可以使用其他燃料。所确定的燃料比可以是由车辆制造商根据环境条件(例如，温度、大气压力等)和发动机运行点所设置的标称比。此外，所确定的替换比例可以是被估计以提供目标功率输出同时维持排放低于排放阈值(例如，如由车辆制造商或政府设置)的比例。还可以基于发动机校准映射来估计确定的替换比例，该发动机校准映射输入各种参数(例如，马力、发动机转速、大气压力、环境温度、mat、map)并且输出替换比例、egr、废气门位置和注射时机的标称设置。这些标称设置可使得排放能够保持低于排放阈值。一定量的燃料混合物可以与一定量的空气一起燃烧以形成具有确定的空气-燃料比(afr)的燃烧混合物。燃料混合物的燃烧速度和燃烧稳定性中的任一者或两者可通过改变燃料比(例如，调整替换比例)和afr中的至少一者来进行控制。
68.替换比例可以响应于调整的afr来进行调整，如在图4-5中进一步描述的。例如，随着燃烧混合物中的空气量增加，可能期望增加燃料混合物中的氢量，因为氢相对于柴油具有更快的燃烧火焰速度。较快的燃烧火焰速度可在发动机处的多燃料燃烧期间稳定燃烧。另外，增加替换比例减少了柴油的燃烧和相应的碳基排放物。此外，增加替换比例可以利用氢的宽可燃性范围，例如相对于柴油，从而允许在稀薄燃烧下增加发动机性能。
69.车辆系统的控制器可以使用多个不同的控制策略来调整诸如注射时机、egr、废气门位置和替换比例的参数的设置，以选择性地控制afr，如图4所示。在一些情况下，参数可以处于使得能够在不调整afr的情况下增加置换比例的设置。在一个示例中，afr可以在发动机约束内增加而不调整发动机设置。示例运行顺序在图5中示出，其中替换比例和afr都被调整。图5可以是图4的方法的示例运行顺序。
70.现在转向图4，流程图示出了一种方法400，该方法400用于通过主动调整机车编组的至少一个多燃料发动机内的afr和替换比例中的至少一者来控制燃烧速度和燃烧稳定性中的任一者或两者。多燃料发动机可燃烧多于一种燃料，其包括第一燃料和第二燃料。第一燃料可以是氢，第二燃料可以是柴油。afr和/或替换比例的主动控制可减轻氢自动点火，该氢自动点火可在多燃料发动机以多燃料模式运行期间发生。该方法可以由车辆的控制器(诸如图1-3的发动机控制器)基于存储在控制器的存储器中的指令来执行。
71.在步骤402，该方法包括：估计和/或测量车辆运行参数和/或条件。车辆运行参数和/或条件可以基于车辆的各种传感器(例如，诸如一个或多个排放温度传感器、发动机转速传感器、车轮转速和/或涡轮轴转速传感器、扭矩传感器、歧管压力传感器等，如上面参考图1-3所述)的一个或多个输出来进行估计。车辆运行条件可包括：发动机转速、当前afr、发动机负载、发动机功率、涡轮转速、注射时机、废气门位置、车辆速度、传送油温度、排气流速、质量气流速率、冷却剂温度、冷却剂流速、发动机油压(例如，油道压力)、歧管空气温度和压力、缸体温度、一个或多个吸入阀和/或一个或多个排放阀的运行模式、电马达速度、电池荷电、发动机扭矩输出、车轮扭矩等。另外，可以估计和/或测量环境条件，其包括大气压力、环境温度、湿度等。
72.在步骤404，该方法包括：确定发动机是否以多燃料模式运行或者是否要求多燃料
模式。基于各种条件，可以期望多燃料燃烧，这些条件包括但不限于：发动机负载、排放目标、燃料成本、燃烧混合物效率和燃料可用性中的一者或多者。例如，在高发动机负载下，可能期望柴油的排他性燃烧以最大化功率输出。排放目标可以基于根据政府标准的个体车辆排放目标。另外地或可选地，排放目标可以基于地理围栏位置的地方政府标准。例如，城市可以包括与乡村位置不同的排放目标。可以为在城市中运行的多个车辆定制燃烧混合物，使得来自多个车辆的总排放可满足本地排放目标。这样，可以在某些运行点处超过单个车辆的排放目标，以平衡多个车辆的排放以满足本地排放目标。
73.在一些示例中，可以基于燃料成本期望双燃料燃烧。燃料成本可以经由来自多个车辆、燃料供给站、车辆操作者等中的一者或多者的反馈来确定。包括在编组中的每种类型的燃料的平均燃料成本可以被确定。例如，如果编组包括柴油和氢，则可确定各燃料类型的成本，并且可至少基于燃料类型的成本来调整燃烧混合物(例如，替换比例)。在一个实施例中，可能期望最小化燃烧混合物的成本。
74.在另外的实施例中，另外地或可选地，燃烧混合物效率可决定燃烧混合物。在一个实施例中，可调整替换比例以使燃烧混合物效率最大化，如本文进一步所述。在其他实施例中，可以调整燃烧混合物以最大化发动机功率输出。车辆操作者可以选择优先考虑发动机功率输出或燃烧混合物效率。
75.另外地或可选地，车辆控制器可以基于燃料可用性来选择是否期望多燃料燃烧。例如，某些位置可以不包括燃料站，包括诸如hdrd、氨、氢等的替代燃料。例如，如果其他燃料源在本地燃料站处不可用，则车辆控制器可以请求燃烧单一燃料。根据所选择的配置，车辆控制器可以在车辆上或车辆外。在一个实施例中，车辆控制器是在运行期间位于车辆上的操作者。作为另一实施例，可基于燃料成本期望双燃料燃烧。平均燃料成本可经由从不同车辆系统的多个控制器中的控制器接收反馈的中央服务器的处理器来确定。可以针对各种地理围栏区域内的每种燃料类型确定平均燃料成本。例如，地理围栏区域可以包括街道、城市、学校、邮政编码、州、距当前车辆位置的半径以及地标。
76.如果不期望双燃料燃烧，则在步骤406，该方法包括仅燃烧单一燃料。在一个实施例中，单一燃料可以是含碳燃料或不可再生燃料。例如，单一燃料可以是柴油。在其它实施例中，单一燃料可以是可再生燃料，例如hdrd、氢和/或生物柴油。
77.如果需要多燃料燃烧，则在步骤408，该方法包括：确定目标替换比例并燃烧氢和柴油。可以基于诸如当前发动机运行点(例如，负载和速度)、环境温度和环境压力的变量来估计目标替换比例。例如，查找表或映射可以存储在控制器的存储器中，从而根据变量的不同值提供替换比例。氢和柴油以目标替换比例燃烧。由于预混合氢相对于柴油或其它不含碳的燃料的较快燃烧率，可增加自动点火和爆震的可能性。
78.可以通过增加afr来减轻氢的火焰速度和自动点火特性，从而降低燃料混合物的可燃性并降低燃料自动点火的可能性和严重性。afr可以基于发动机条件和环境条件而被主动地调整，例如，通过调整包括排气再循环、废气门位置、注射时机和涡轮增压器设置的发动机设置。afr的主动调整可包括：响应于当前(例如，实时)运行条件将发动机设置调整到确定的发动机设置，并且基于当前运行条件利用afr中的可允许变化量来最大化替换比例，提供足够的发动机功率，并且将排放维持在排放阈值以下，如上所述。替换比例也可以响应于修改的afr以及当前运行条件而被调整以减轻发动机爆震。由于在较高负载下爆震
和/或预点火的可能性升高，在较低发动机负载期间可以向发动机提供更高的替换(例如，相对于柴油量增加氢的量)。例如，相对于以较低的替换比例注射混合物，当以较高的替换比例注射混合物时，可以通过氢提供氢/柴油混合物的更多燃料能量含量。在一些实施例中，燃烧混合物可包括在较高发动机负载下比氢更少的可燃的附加的燃料，以减少柴油或其它不可再生含碳燃料的消耗。
79.在步骤410，该方法包括：确认是否可以调整afr。例如，可能期望根据运行条件在可允许的afr范围内增加afr，以最大化替换比例，增加燃烧效率和燃料效率，并且降低排放。更具体地，氢/柴油混合物的燃烧可以允许发动机总体上在比柴油的排他性燃烧更高的afr下运行。例如，控制器可以从监测发动机设置的各种传感器获得信息，并且确定是否可以修改发动机设置中的一个或多个以增加afr。
80.将afr增加到最大afr可包括：将afr增加到发动机排放等于或接近排放阈值的值。另外地或可选地，最大afr可以被定义为将afr增加到发动机约束内可允许的最大程度。例如，afr可以增加到最高afr值，在该最高afr值处，峰值缸体压力处于或低于缸体压力阈值，和/或no
x
排放低于no
x
排放阈值。在进一步的示例中，最大afr可以被识别为由于稀薄燃料混合物而发生失火的afr值，因此，afr可以被调整到小于最大afr的afr。
81.增加afr可通过在第一组条件下减慢燃烧来降低峰值缸体压力，并且由于引入燃料混合物的空气量的增加而可在第二组条件下增加峰值缸体压力。因此，afr可以被调整，以使得峰值缸体压力低于缸体压力阈值，这可以包括根据发动机条件增加或减小afr。在一些发动机条件下，由于afr的调整引起的峰值缸体压力的变化可以是可忽略的(例如，由于afr的调整，峰值缸体压力可以不增加至接近缸体压力阈值)。控制器可以参考存储在控制器的存储器处的发动机校准映射图，该校准映射图根据确定的平均发动机性能的海拔、环境温度来提供发动机参数的标称设置。变量(诸如马力、发动机转速、大气压力、环境温度、歧管空气温度和歧管压力)可被输入到发动机校准映射图。影响afr的参数(诸如egr、注射时机、废气门位置)的标称设置以及替换比例的标称设置可以从发动机校准映射图输出。标称设置可以被选择为允许发动机运行满足功率需求，同时维持排放低于排放阈值，其中排放的控制至少部分地由egr流提供。
82.在一个示例中，可以确定目标替换比例，其中目标替换比例可以是对应于发动机校准映射图和发动机运行点处的输入的最大替换比例。输出标称设置可以提供用于调整afr以使得能够注射目标替换比例的合适设置。例如，最大替换比例可以基于包括上述最大afr的条件，以及基于包括涡轮转速、峰值缸体压力等的各种参数的发动机条件。
83.在一个实施例中，当环境温度大于温度阈值并且发动机功率大于功率阈值时，可以期望afr调整。例如，功率阈值可以是巡航期间的发动机功率。在加速期间、在多个车厢(例如，图1中的车厢108)的拖运期间等，发动机功率可以大于功率阈值。温度阈值可以是大于由车辆制造商确定的区域的历史平均温度的温度。在另一实施例中，温度阈值可以是环境温度，若高于该环境温度，则燃料自动点火的可能性增加。当用户需要时，例如，当需要槽口增加时，发动机功率可以大于功率阈值。在另一示例中，当机车编组负载较高时，例如当机车正在拖运和/或推动多节车厢上坡时，发动机功率可大于功率阈值。
84.如果期望afr调整，则可以使用当前环境温度和压力进一步确定期望的afr。在其他实施例中，期望的afr可以基于碳排放(例如，co
x
、碳氢(化合物)和其他含碳燃烧副产物)
和/或no
x
排放来确定。例如，高afr可以导致高co
x
和碳氢(化合物)排放，以及在燃料混合物的燃烧或低压直接注射(lpdi)期间的大量未燃烧燃料。当使用高压直接注射(hpdi)时，低afr可导致高未燃烧燃料、高co排放和高no
x
排放。高no
x
排放也可以在lpdi期间所使用的低afr情况下发生。例如，如果hpdi燃料是含碳燃料，则高afr可导致高co和颗粒物质排放。
85.如果影响afr的一个或多个参数处于尚未对afr提供最大影响的当前设置，则可以调整(例如，增加)afr。例如，当发动机转速处于最大转速时，不能增加发动机转速以增加afr。类似地，当废气门完全关闭并且涡轮增压器以最大速度运行时，afr不能通过调整废气门或涡轮增压器速度而被增加。
86.此外，响应于对egr流的修改，对afr的调整可能是期望的。例如，可以检测到发动机温度升高，增加no
x
排放的可能性。另外地或可选地，发动机排放中的no
x
水平可以基于来自排气传感器的信号而增加。由此，可以增加egr流以降低发动机处的峰值缸体温度，这可以降低发动机放中的no
x
水平。输送到发动机的egr的量可以取决于发动机温度、发动机排气中的no
x
水平和峰值缸体内压力。作为示例，如果峰值缸体内压力处于或接近发动机缸体的最大容许压力，则可以减小afr以允许在不超过缸体的最大容许压力的情况下向发动机提供egr，同时保持目标替换比例。可选地，如果需要减少egr流，例如，由于在高发动机负载下的运行，考虑到基于影响afr的参数的设置而使得增加，则afr可以增加，如上所述。
87.如果影响afr的每个参数处于抑制增加afr的相应设置，和/或不需要响应egr流的变化而调整afr，则不调整afr，并且该方法继续到步骤412以继续在当前设置和条件下运行发动机。该方法返回到开始。如果影响afr的参数中的至少一个被确定为具有增加输送到发动机的增压空气的能力，和/或egr被改变，则该方法进行到步骤414以调整afr，同时最大化在发动机处所注射的燃料混合物的替换比例。
88.如上所述，调整afr可包括：改变影响afr的一个或多个参数。例如，可以通过增加燃料供给速率和/或调整注射时机来增加发动机转速，可以通过限制通过废气门的排气流来增加涡轮增压器转速，并且可以通过调整egr水平和/或后冷却器或egr冷却器出口温度来调整mat。例如，可通过降低冷却流体温度或增加到后冷却器和/或egr冷却器的冷却剂流率来降低mat。
89.增加afr可包括：调整涡轮增压器的设置，使得增加量的空气可以与柴油和氢混合。发信号给涡轮增压器以调整空气输出水平以实现期望的afr可包括：增加增压空气量。增压空气增加量可以至少部分地基于一个或更多个发动机设置来进行选择。例如，发动机设置可以包括当前排气再循环、注射时机、涡轮增压器设置(例如，以调整增压空气量)和废气门位置中的一者或多者。在一个实施例中，在步骤402测量和/或估计的发动机运行条件和环境条件以及当前发动机设置可以被输入到查找表或发动机校准映射方法，以确定增加增压空气的期望量。增压空气可以基于峰值缸体压力、最大涡轮增压器转速和最大期望排放而朝向期望增压空气量来得以增加。峰值缸体压力可以经由缸体内压力传感器来进行感测或基于歧管压力和温度来进行估计。最大涡轮增压器转速可以基于最大阻塞、压缩机和/或涡轮的机械性能、歧管压力和温度、发动机温度、缸体内压力和egr流率中的一者或多者。另外地或可选地，当前最大涡轮增压器转速可以在阈值峰值缸体压力下最大化。如果峰值缸体压力接近阈值峰值缸体压力，则可以减小当前最大涡轮增压器转速以避免超过阈值峰值缸体压力。
90.可以基于afr与替换比例之间的设置关系来相应地调整替换比例。例如，替换比例可以随着afr的增加而线性增加，或者非线性增加。作为另一实施例，替换比例可以具有与afr的加权相关性。替换比例可以相对于多维映射或传递函数来进行调整，其中期望的替换比例可以取决于发动机转速、发动机负载、mat、egr率、afr或其他发动机参数中的一者或多者。
91.在一些实施例中，替换比例可以独立于afr而进行调整。例如，当发动机在低功率和/或低吸入歧管温度下运行时，可以独立地调整替换比例。另外地或可选地，当替换比例相对较低(例如，比最大afr更接近用于单一燃料燃烧的afr)时，对替换比例进行的调整可以独立于afr调整来进行。此外，一些发动机可以不包括afr控制，但是可以调整替换比例。
92.在另一实施例中，除了氢之外或代替氢，可以注射氨，以降低发动机处的燃烧率。作为附加燃料的氨的注射可以类似于氢的注射。例如，氨对柴油的替换比例可以与afr调整成比例，或者可以是相对于afr调整量的加权量。
93.在步骤416，该方法包括：确定是否在发动机的一个或多个缸体处检测到爆震。可以通过联接到缸体的爆震传感器来监测爆震，并且可以将信号的幅度(该信号与在缸体处观察到的振动或声音水平成比例)传输到控制器并与阈值爆震信号水平进行比较。作为一个示例，阈值爆震信号水平可以是对应于指示爆震的校准振动/声音水平的信号幅度。作为另一示例，阈值爆震信号水平可以表示接近指示爆震的校准水平的信号水平(例如，在指示爆震的校准水平的裕度内)，从而使得能够在爆震发生之前对替换比例、注射时机和/或egr流进行调整。
94.如果在一个或多个缸体(以下称为受影响的缸体)处检测到爆震(或即将发生的爆震)，则该方法进行到步骤418，以调整受影响的缸体处的替换比例和注射时机中的至少一者。例如，可以提前或延迟注射时机以修改峰值缸体内压力和温度，从而减轻爆震。可以减小替换比例以减轻受影响的缸体处的爆震。在一些示例中，注射时机可以优先于减小替换比例以保持最大可允许替换比例。例如，可响应于燃料可用性来调整燃烧混合物的替换比例。在某些位置，包含在编组中的一种或多种燃料可包括低可用性。在一些示例中，可以减少具有低可用性的燃料的消耗。可以增加具有较高可用性的燃料的消耗。可以基于来自多个车辆和燃料供给站的反馈来确定燃料可用性。可以基于距车辆的当前位置的距离来确定可用性。该距离可以等于基于当前燃料水平的剩余英里。
95.在一个实施例中，egr流率可进一步影响注射时机。在一个实施例中，第一燃料注射时机和/或第二燃料注射时机可以响应于流到发动机的egr而延迟。延迟的幅度可以与egr流率成比例。例如，由于吸入歧管温度的增加，注射时机可以响应于egr流而延迟。在另一示例中，注射时机可以响应于egr流而提前，因为egr可以帮助减少爆震的可能性并且减少可以允许提前注射时机的no
x
排放。因此，随着egr流率增加，第一燃料注射时机和第二燃料注射时机可以被更多地延迟。因此，如果仅修改注射时间不减轻爆震，则除了调整注射时机之外，可以减小替换比例。该方法返回到步骤416，以确认在剩余缸体处是否检测到爆震。图5中示出了对发动机设置的示例调整以及afr和替换比例的结果变化的时间线。
96.如果在缸体处未检测到爆震，则该方法进行到步骤420，以确定是否达到每个缸体处的最大可允许afr。例如，每个缸体的最大可允许afr可以取决于缸体的最大压力和温度公差。作为另一示例，最大可允许afr可以对应于通过改变影响afr的参数能够在当前运行
点处输送到发动机的增压空气的最大量。例如，当发动机转速和涡轮增压器转速处于最大转速设置时，可以实现输送的增压空气的最大量，调整注射时机以允许由注射时机实现的afr的最大增加，歧管空气温度处于用于最大化afr而不引起爆震的最佳温度，并且废气门关闭。
97.如果在一个或多个缸体处未实现最大可允许afr，则该方法返回到步骤414，以继续增加afr并最大化替换比例。如果在所有缸体处实现最大可允许afr，则该方法继续到步骤422，以维持发动机设置，其中替换比例在每个缸体处最大化而不引起爆震。因由，每个缸体可以被单独地优化，从而以最大替换比例来燃烧氢/柴油混合物，同时允许满足发动机功率需求。通过使在发动机处注射的燃料的总燃料能量含量的更大比例由氢提供，可以保持低排放，例如低于排放阈值。
98.可以针对发动机的单个缸体、针对缸体组(例如，双燃料模式下的缸体)或针对发动机的所有缸体，来重复方法400。例如，发动机的不同缸体可以具有不同的条件，例如缸体温度。在该实施例中，方法400可以单独地应用于发动机的每个缸体以调整每个缸体的替换比例，使得可以减少发动机的排放。
99.现在转向图5，其示出了图500，该图500示出了对发动机运行条件的一个或多个调整以调整afr。使用图4中描述的方法确定图5中所示的涡轮转速、废气门位置、egr和注射时机的设置，以最大化替换比例，同时保持排放水平低于期望的排放阈值，如上所述。
100.绘线510示出了替换比例，并且虚线512示出了期望的(例如，确定的)替换比例。绘线520示出了输送到发动机的第二燃料(柴油)的量。绘线530示出了输送到发动机的第一燃料(氢)的量。绘线540示出了发动机的空气-燃料比(afr)，并且最大afr由虚线545指示。发动机afr可以是化学计量的，沿着纵坐标从化学计量向上变得更稀薄，或者沿着纵坐标从化学计量向下变得更浓。如本文所述的发动机的运行可能主要需要稀薄条件，因此，afr在绘线540中保持高于化学计量。绘线550示出了涡轮(例如，涡轮增压器)转速，并且虚线555示出了最大涡轮转速。绘线560示出了废气门位置，其沿着纵坐标在关闭和打开之间连续变化。绘线570示出了egr流率。绘线580示出了注射时机，其沿着纵坐标在早时机、标称时机和迟时机之间变化。绘线590指示了发动机爆震传感器输出，其中爆震传感器输出可以是电压信号。虚线595表示爆震阈值，当爆震传感器输出等于或大于虚线595时，则发生发动机爆震。时间从图的左侧到右侧沿着横坐标增加。绘线510、520、530、550和570的值可沿着纵坐标增加。
101.在t1之前，替换比例相对低且等于期望的替换比例。相对低的替换比例导致大量的第二燃料(例如柴油)和少量的第一燃料(例如氢)提供给发动机。在一个实施例中，相对低的替换比例可对应于单一燃料运行，其中第二燃料提供给发动机，而第一燃料不提供给发动机。afr近似等于化学计量，这可能是柴油单独燃烧所期望的。废气门部分打开(例如，50％打开)，egr是低的，涡轮转速是低的，并且燃料注射时机可以是标称的。爆震传感器输出的幅度低，指示不存在发动机爆震。
102.在t1，选择的替换比例增加。在一个实施例中，发动机运行条件可从其中仅期望第二燃料的第一条件改变到其中期望第一燃料和第二燃料两者的第二条件。因此，发动机可以从单一燃料燃烧模式改变为双燃料模式。替换比例可增加到新的期望替换比例，例如，如在给定大气压力和温度的方法的步骤408处所确定的。因此，在t1和t2之间，第二燃料量减
少并且第一燃料量增加。
103.当发动机已经从单一燃料燃烧模式切换到双燃料模式时，由于氢的自动点火引起的发动机爆震的可能性可能增加。由于发动机爆震可随时间使发动机劣化，因此期望一种用于降低发动机爆震的可能性并减少排放的方法。在一个示例中，这可以通过主动调整发动机的afr来完成，如在该方法中所述。
104.可通过调整发动机设置在t1与t2之间主动地调整afr。可以使用如上所述的发动机校准映射方法、查找表或用于确定发动机设置的其他方法来确定用于涡轮转速、废气门位置、egr流和注射时机的发动机设置。例如，可以基于环境温度和压力、期望的替换比例和发动机运行条件来确定发动机设置。
105.涡轮转速可以在t1和t2之间增加到等于最大涡轮转速。例如，当废气门从50％打开关闭到10％打开时，增加的排气量可以流过涡轮，这可以增加压缩机转速和涡轮转速。在t2处，其中涡轮转速等于最大涡轮转速，废气门的调整可以结束。废气门可以部分地打开，例如10％打开。在t2处afr可以等于最大afr，然而发动机爆震的可能性可继续接近爆震阈值。
106.在t1之前，发动机爆震的可能性可接近爆震阈值，并且在t2处，可发生发动机爆震。当接近爆震阈值时，增压空气量可以增加。因此，可以确定当前实施的发动机设置(包括替换比例)可能不足以降低爆震的可能性。在t2与t3之间，替换比例可减小到小于先前期望的替换比例并且大于t1之前的替换比例。调整替换比例可以有助于降低发动机爆震的可能性。可以在t3与t4之间对egr流和注射时机进行额外地调整，以在替换比例增加时将排放维持在排放阈值以下。
107.在t4处，可以减轻发动机爆震。因此，当前发动机设置可以被维持在发动机双燃料模式的剩余持续时间内。如果在双燃料模式运行期间发生发动机爆震，则可以进一步调整发动机设置以降低发动机爆震的可能性，如前所述。在指示发动机处于单一燃料燃烧模式时，发动机设置可以返回到标称设置。
108.afr可以在多燃料发动机的双燃料模式期间被主动地调整。afr的主动调整和可选地替换比例的调整可以通过减轻燃料混合物中的氢的火焰速度和自动点火特性来降低发动机爆震的可能性并减少排放。在一些情况下，增大空气-燃料比(afr)可降低燃料混合物的可燃性(例如，第一燃料和第二燃料在缸体内独立地注射且独立地与空气以及彼此混合)，且减小自动点火的可能性和严重性。
109.基于发动机运行条件和环境条件，使用发动机设置主动调整afr以及可选地调整替换比例的技术效果是：降低发动机爆震和不稳定燃烧的可能性，这可以降低发动机的劣化。
110.如本文所用，以单数形式列举且以单词“一”或“一个”开头的元素或步骤应理解为不排除所述元素或步骤的复数形式，除非明确说明了此类排除。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不排除也包含所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反地陈述，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定性质的元素或多个元件的实施例可包含不具有所述性质的额外此类元素。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。
111.本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且
可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各动作、运行或功能可以所示顺序执行、并行执行，或者在一些条件下被省略。根据所使用的特定策略，所示出的动作、运行和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、运行和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码，其中通过结合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而使所描述的动作得以实施。
112.如本文所使用的，除非另有说明，否则术语“约/大约”是指给定值或范围的正负百分之五。
113.本公开还提供对用于发动机的方法的支持，包括：混合第一量的第一燃料和第二量的第二燃料以燃烧具有第一燃料相对于第二燃料的燃料比的燃料混合物，第一燃料具有相对于第二燃料更快的燃烧火焰速度，燃料混合物具有空气-燃料比，其具有输送到发动机的第三量的空气，以及通过改变燃料比和/或空气-燃料比来控制由燃料混合物和输送到发动机的空气所组成的燃烧混合物的燃烧速度和燃烧稳定性中的任一者或两者。在该方法的第一示例中，该方法还包括：控制空气-燃料比，其中，控制包括发信号给涡轮增压器以至少部分地基于相对于燃料混合物的量在燃烧混合物中实现期望量的空气来调整涡轮增压器的空气输出水平。在该方法的第二示例中(可选地包括第一示例)，发信号给涡轮增压器包括：至少部分地基于一个或多个发动机设置选择增加增压空气量的量，使得当实施发动机设置时，空气-燃料比增加，产生的排放小于对应的排放阈值，发动机爆震的可能性降低，并且燃料比最大化。在该方法的第三示例中(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)，该方法还包括：通过调整排气再循环水平、注射时机、涡轮增压器设置和废气门位置中的一者或多者来控制发动机设置。在该方法的第四示例中(任选地包括第一示例至第三示例中的一者或多者或每一者)，该方法还包括：至少部分地基于与大气压力、环境温度、湿度、发动机转速、发动机功率水平、歧管空气温度和歧管空气压力中的至少一者相关的发动机读数中的一者或多者来确定期望的发动机设置。在该方法的第五示例中(任选地包括第一示例至第四示例中的一者或多者或每一者)，该方法还包括：至少部分地响应于测量到环境温度高于确定的阈值并且发动机功率大于功率阈值，从而来调整发动机运行。在该方法的第六示例中(任选地包括第一示例至第五示例中的一者或多者或每一者)，该方法还包括：将一定量的排气再循环添加到燃烧混合物以降低燃烧混合物的燃烧率。在该方法的第七示例中(任选地包括第一示例至第六示例中的一者或多者或每一者)，第一燃料的量响应于空气-燃料比的增加而增加。在该方法的第八示例中(任选地包括第一示例至第七示例中的一者或多者或每一者)，第一燃料是氢并且第二燃料是柴油。
114.本公开还提供对用于多燃料发动机的方法的支持，包括：将多燃料发动机从第一单一燃料燃烧模式切换到第二多燃料燃烧模式，在第一单一燃料燃烧模式中液体燃料以第一空气-燃料比燃烧，在第二多燃料燃烧模式中氢和液体燃料的混合物以第二空气-燃料比燃烧，第二空气-燃料比高于第一空气-燃料比。在该方法的第一示例中，该方法还包括：将混合物中的氢与液体燃料的比例调整到多燃料发动机的确定的爆震阈值。在该方法的第二示例中(任选地包括第一示例)，确定的爆震阈值基于压力上升率或最大缸体压力。在该方法的第三示例中(任选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)，当接近确定的爆震阈
值时，减少氢的量。在该方法的第四示例中(任选地包括第一示例至第三示例中的一者或多者或每一者)，当接近确定的爆震阈值时，增压空气量增加。在该方法的第五示例中(任选地包括第一示例至第四示例中的一者或多者或每一者)，通过调整排气再循环、注射时机、可变几何涡轮增压器设置、电涡轮增压器的运行、多燃料发动机的阀时机和废气门位置中的至少一者来控制增压空气量。在该方法的第六示例中(任选地包括第一示例至第五示例中的一者或多者或每一者)，通过调整排气再循环量结合增压空气量来降低氢和液体燃料的混合物的燃烧率，从而调整可用于燃烧的氧化剂含量。在方法的第七示例中(任选地包括第一示例至第六示例中的一者或多者或每一者)，当第一空气-燃料比大于第一空气-燃料比阈值且第一替换比例大于第一替换阈值时，多燃料发动机使用均质充量压缩点火(hcci)运行，并且当第二空气-燃料比小于第二空气-燃料比阈值且第二替换比例小于第二替换阈值时，多燃料发动机使用预混合充量压缩点火(pcci)运行。在该方法的第八示例中(任选地包括第一示例至第七示例中的一者或多者或每一者)，该方法还包括：至少部分地基于与大气压力、环境温度、湿度、发动机转速、发动机功率、歧管空气温度和歧管空气压力中的至少一者相关的发动机读数中的一者或多者来确定期望的发动机设置。在该方法的第九示例中(任选地包括第一示例至第八示例中的一者或多者或每一者)，该方法还包括：响应于测量到环境温度高于确定的阈值并且发动机功率相对较高，从而来调整发动机设置以增加空气-燃料比。
115.本公开还提供了对包括控制器的系统的支持，该控制器具有一个或多个处理器，该处理器被配置为响应于空气-燃料比的增加而使发动机相对于第二燃料的第二量来调整第一燃料的第一量。
116.在一个实施例中，控制系统或控制器可以具有部署的本地数据收集系统，并且可以使用机器学习来启用基于推导的学习成果。控制器可以通过根据数据集进行数据驱动的预测和适配来从一组数据(包括由各种传感器提供的数据)学习并做出决定。在实施例中，机器学习可以涉及由机器学习系统执行多个机器学习任务，诸如受监督的学习、无监督的学习和强化学习。受监督的学习可以包括向机器学习系统呈现一组示例性输入和期望的输出。无监督的学习可以包括通过诸如模式检测和/或特征学习的方法来构造其输入的学习算法。强化学习可以包括在动态环境中执行机器学习系统，然后提供关于正确和错误决策的反馈。在示例中，机器学习可以包括基于机器学习系统的输出的多个其他任务。任务可以是机器学习问题，例如分类、回归、聚类、密度估算、降维、异常检测等。在示例中，机器学习可以包括多种数学和统计技术。机器学习算法可以包括基于决策树的学习、关联规则学习、深度学习、人工神经网络、遗传学习算法、归纳逻辑编程、支持向量机(svm)、贝叶斯网络、强化学习、表示学习、基于规则的机器学习、稀疏字典学习、相似性和度量学习、学习分类器系统(lcs)、逻辑回归、随机森林、k均值、梯度提升、k最近邻(knn)、先验算法等。在实施例中，可以使用某些机器学习算法(例如，用于解决可能基于自然选择的约束和无约束优化问题两者)。在实例中，该算法可用于解决混合整数编程的问题，其中一些分量被限制为整数值。算法和机器学习技术和系统可以用于计算智能系统、计算机视觉、自然语言处理(nlp)、推荐系统、强化学习、构建图形模型等。在示例中，机器学习可以用于车辆性能和控制、行为分析等。
117.在一个实施例中，控制器可以包括可以应用一个或多个策略的策略引擎。这些策
略可以至少部分地基于给定的装备或环境的项目的特性。关于控制策略，神经网络可以接收多个环境和任务相关参数的输入。可以训练神经网络以基于这些输入生成输出，其中输出表示发动机系统应当采取的动作或动作顺序。这对于平衡发动机上的竞争约束可能是有用的。在一个实施例的运行期间，可以通过处理神经网络的参数输入以在输出节点处生成将该动作指定为期望动作的值来进行确定。该动作可以转换成使发动机运行的信号。这可以通过反向传播、前馈过程、闭环反馈或开环反馈来实现。可选地，控制器的机器学习系统可以使用演化策略技术来调整人工神经网络的各种参数，而不是使用反向传播。控制器可以使用神经网络结构，其函数具有可能不总是能够使用反向传播来求解，例如非凸的函数。在一个实施例中，神经网络具有一组表示其节点连接的权重的参数。生成该网络的多个副本，然后对参数进行不同调整，并且进行模拟。一旦获得了来自各模型的输出，就可以使用所确定的成功度量来对它们的性能进行评估。选择最佳模型，并且车辆控制器执行该计划以实现期望的输入数据以反映预测的最佳结果场景。另外，成功度量可以是优化结果的组合。这些可以相对于彼此进行加权。
118.本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用装置或系统以及执行所结合的方法。本发明的可专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的普通技术人员想到的其它实施例。其他这样的实施例如果具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们应属于本技术权利要求的范围之内。

技术特征：
1.一种用于发动机的方法，包括：混合第一量的第一燃料和第二量的第二燃料以燃烧具有所述第一燃料相对于所述第二燃料的燃料比的燃料混合物，所述第一燃料相对于所述第二燃料具有更快的燃烧火焰速度，所述燃料混合物具有空气-燃料比，其具有被输送到所述发动机的第三量的空气；以及通过改变所述燃料比和/或所述空气-燃料比，来控制由所述燃料混合物和被输送到所述发动机的空气所组成的燃烧混合物的燃烧速度和/或燃烧稳定性。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：控制所述空气-燃料比，其中，所述控制包括：发信号给涡轮增压器，以至少部分地基于相对于所述燃料混合物的量在所述燃烧混合物中实现期望的空气量来调整所述涡轮增压器的空气输出水平。3.根据权利要求2所述的方法，其中，发信号给所述涡轮增压器包括：增加增压空气量，至少部分地基于一个或多个发动机设置选择增加所述增压空气量的量，使得当实施发动机设置时，所述空气-燃料比增加，产生的排放小于对应的排放阈值，发动机爆震的可能性降低，并且所述燃料比最大化。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过调整排气再循环的水平、注射时机、涡轮增压器设置和废气门位置中的一者或多者来控制发动机设置。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：至少部分地基于与大气压力、环境温度、湿度、发动机转速、发动机功率的水平、歧管空气温度和歧管空气压力中的至少一者有关的发动机读数中的一个或多个来确定期望的发动机设置。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：至少部分地响应于测量到所述环境温度高于确定的阈值并且发动机功率大于功率阈值，从而来调整发动机运行。7.根据权利要求4所述的方法，还包括：向所述燃烧混合物添加一定量的排气再循环，以降低所述燃烧混合物的燃烧率。8.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述空气-燃料比的增加，来增加所述第一燃料的量。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一燃料是氢，所述第二燃料是柴油。10.一种用于多燃料发动机的方法，包括：将所述多燃料发动机从第一单一燃料燃烧模式切换到第二多燃料燃烧模式，在所述第一单一燃料燃烧模式中液体燃料以第一空气-燃料比燃烧，在所述第二多燃料燃烧模式中氢和所述液体燃料的混合物以第二空气-燃料比燃烧，所述第二空气-燃料比高于所述第一空气-燃料比。11.根据权利要求10所述的方法，还包括：将所述混合物中的氢与液体燃料的比例调整到所述多燃料发动机的确定的爆震阈值。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述确定的爆震阈值基于压力上升率或最大缸体压力。13.根据权利要求11所述的方法，其中，当接近所述确定的爆震阈值时，减少氢的量。14.根据权利要求11所述的方法，其中，当接近所述确定的爆震阈值时，增加增压空气量。15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过调整排气再循环、注射时机、可变几何涡轮增压器设置、电涡轮增压器的运行、所述多燃料发动机的阀时机以及废气门位置中的至少
一者，来控制所述增压空气量。16.根据权利要求10所述的方法，其中，通过调整与所述增压空气量结合的排气再循环量来降低氢和所述液体燃料的所述混合物的燃烧率，从而调整可用于燃烧的氧化剂含量。17.根据权利要求10所述的方法，其中，当第一空气-燃料比大于第一空气-燃料阈值且第一替换比例大于第一替换阈值时，所述多燃料发动机使用均质充量压缩点火(hcci)来运行，并且当第二空气-燃料比小于第二空气-燃料阈值且第二替换比例小于第二替换阈值时，所述多燃料发动机使用预混合充量压缩点火(pcci)来运行。18.根据权利要求10所述的方法，还包括：至少部分地基于与大气压力、环境温度、湿度、发动机转速、发动机功率、歧管空气温度和歧管空气压力中的至少一者有关的发动机读数中的一个或多个来确定期望的发动机设置。19.根据权利要求18所述的方法，还包括：响应于测量到所述环境温度高于确定的阈值并且发动机功率相对较高，从而来调整发动机设置以增加所述空气-燃料比。20.一种包括控制器的系统，所述控制器具有一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：响应于空气-燃料比的增加而致使发动机调整相对于第二燃料的第二量而言的第一燃料的第一量。

技术总结
提供了用于在多燃料发动机中的燃烧期间控制排放和发动机爆震的可能性的各种方法和系统。一种用于发动机的方法包括：混合一定量的第一燃料和一定量的第二燃料以燃烧具有第一燃料相对于第二燃料的燃料比的燃料混合物，第一燃料具有相对于第二燃料更快的燃烧火焰速度，燃料混合物具有空气-燃料比，其具有输送到发动机的空气量的空气-燃料比。该方法还包括：通过改变燃料比和/或空气-燃料比来控制燃料混合物与被输送到发动机的空气量的燃烧速度和/或燃烧稳定性以及输送到发动机的空气量。量。量。


技术研发人员：亚当
受保护的技术使用者：运输IP控股有限责任公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/7/6