發(fā)動機(jī)可構(gòu)造成用于例如軌道車輛的車輛。例如，圖1示出了車輛系統(tǒng)100的實(shí)施例的框圖，其在此繪制為軌道車輛106(例如，火車頭)，構(gòu)造成經(jīng)由多個輪112在軌道102上行駛。如圖所繪，軌道車輛106包括發(fā)動機(jī)104。在其它非限制性實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)104可為靜止發(fā)動機(jī)(例如在發(fā)電廠應(yīng)用中)，或者是船舶或上文指出的其它越野車輛推進(jìn)系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)。
[0039]發(fā)動機(jī)104從進(jìn)氣通路114接收用于燃燒的進(jìn)入空氣。進(jìn)氣通路114從空氣過濾器160接收環(huán)境空氣，空氣過濾器160過濾來自軌道車輛106外的空氣。發(fā)動機(jī)104中的燃燒引起的排氣供應(yīng)至排氣通路116。排氣流過排氣通路116，且流出軌道車輛106的排氣管。在一個實(shí)例中，發(fā)動機(jī)104為柴油發(fā)動機(jī)，其通過壓縮點(diǎn)火來燃燒空氣和柴油燃料。在其它非限制性實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)104可通過壓縮點(diǎn)火(和/或火花點(diǎn)火)附加地燃燒燃料，包括汽油、煤油、天然氣、生物柴油或類似密度的其它石油餾分。
[0040]在一個實(shí)施例中，軌道車輛106為柴油電動車輛。如圖1中所繪，發(fā)動機(jī)104聯(lián)接到發(fā)電系統(tǒng)上，發(fā)電系統(tǒng)包括變流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)122和電力牽引電機(jī)124。例如，發(fā)動機(jī)104為柴油和/或天然氣發(fā)動機(jī)，其生成轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)矩輸出輸送至機(jī)械地聯(lián)接到發(fā)動機(jī)104上的發(fā)電機(jī)122。在本文的一個實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)104為以柴油燃料和天然氣操作的多燃料發(fā)動機(jī)，但在其它實(shí)例中，發(fā)動機(jī)104可使用除柴油和天然氣之外的各種燃料組合。
[0041]發(fā)電機(jī)122產(chǎn)生電力，其可儲存和應(yīng)用于隨后傳送至多種下游的電氣構(gòu)件。舉例來說，發(fā)電機(jī)122可電聯(lián)接到多個牽引電動機(jī)124上，且發(fā)電機(jī)122可將電力提供至多個牽引電動機(jī)124。如圖所繪，多個牽引電動機(jī)124各自連接到多個輪112中的一個上，以提供牽引功率來推進(jìn)軌道車輛106 ο 一個示例性構(gòu)造包括每個輪組一個牽引電動機(jī)。如本文所繪，六對牽引電動機(jī)對應(yīng)于軌道車輛的六對活動輪中的每一對。在另一個實(shí)例中，交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)122可聯(lián)接到一個或更多個電阻電網(wǎng)126上。電阻電網(wǎng)126可構(gòu)造成通過電網(wǎng)由交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)122生成的熱來產(chǎn)生熱而消散多余的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩。
[0042]在一些實(shí)施例中，車輛系統(tǒng)100可包括渦輪增壓器120，其布置在進(jìn)氣通路114與排氣通路116之間。渦輪增壓器120增加吸入進(jìn)氣通路114的環(huán)境空氣的充氣，以便在燃燒期間提供更大的電荷密度，以提高功率輸出和/或發(fā)動機(jī)操作效率。渦輪增壓器120可包括壓縮機(jī)(未示出)，其至少部分地由渦輪(未示出)驅(qū)動。盡管在此情況下包括單個渦輪增壓器，但系統(tǒng)可包括若干渦輪機(jī)和/或壓縮機(jī)級。
[0043]在一些實(shí)施例中，車輛系統(tǒng)100還可包括聯(lián)接在渦輪增壓器120上游和/或下游的排氣通路中的后處理系統(tǒng)(圖3中示為后處理裝置314)。在一個實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)可包括柴油氧化催化器(DOC)和柴油顆粒過濾器(DPF)。在其它實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)此外或作為備選可包括一個或更多個排放控制裝置。此排放控制裝置可包括選擇性催化還原(SCR)催化器、三元催化器、NOx捕集器，或各種其它裝置或系統(tǒng)。
[0044]車輛系統(tǒng)100還可包括聯(lián)接到發(fā)動機(jī)104上的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)130，其將排氣從發(fā)動機(jī)104的排氣通路116運(yùn)送至渦輪增壓器120下游的進(jìn)氣通路114。在一些實(shí)施例中，排氣再循環(huán)系統(tǒng)130可專門地聯(lián)接到發(fā)動機(jī)的一個或更多個供體汽缸的組(也稱為供體汽缸系統(tǒng))上。如圖1中所繪，EGR系統(tǒng)130包括EGR通路132和EGR冷卻器134，以在其進(jìn)入進(jìn)氣通路114之前降低排氣的溫度。通過將排氣引入發(fā)動機(jī)104，可減少用于燃燒的氧量，由此降低了燃燒火焰溫度且減少了氮氧化物形成(例如，NOx)。
[0045]在一些實(shí)施例中，EGR系統(tǒng)130還可包括用于控制從發(fā)動機(jī)104的排氣通路116再循環(huán)至發(fā)動機(jī)104的進(jìn)氣通路114的排氣的量的EGR閥。例如，EGR閥可為由控制器110控制的開/關(guān)閥，或其可控$ijEGR的可變量。如圖1的非限制性示例性實(shí)施例中所示，EGR系統(tǒng)130為高壓EGR系統(tǒng)。在其它實(shí)施例中，車輛系統(tǒng)100此外或作為備選可包括低壓EGR系統(tǒng)，其將EGR從渦輪的下游運(yùn)送至壓縮機(jī)上游。
[0046]如圖1中所繪，車輛系統(tǒng)100還包括冷卻系統(tǒng)150。冷卻系統(tǒng)150通過發(fā)動機(jī)104循環(huán)冷卻劑，以吸收發(fā)動機(jī)廢熱，且將加熱的冷卻劑分配至例如散熱器152的換熱器。風(fēng)扇154可聯(lián)接到散熱器152上，以便在車輛106緩慢移動或停止而發(fā)動機(jī)運(yùn)行時維持空氣流穿過散熱器152。在一些實(shí)例中，風(fēng)扇速度可由例如控制器110的控制器來控制。由散熱器152冷卻的冷卻劑進(jìn)入罐156中。冷卻劑然后可由水或冷卻劑栗(未示出)栗送回發(fā)動機(jī)104或車輛系統(tǒng)的另一構(gòu)件，諸如EGR冷卻器。
[0047]軌道車輛106還包括發(fā)動機(jī)控制器110(下文稱為控制器)，以控制關(guān)于軌道車輛106的各種構(gòu)件。舉例來說，車輛系統(tǒng)的各種構(gòu)件可經(jīng)由通信信道或數(shù)據(jù)總線聯(lián)接到控制器110上。在一個實(shí)例中，控制器110包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。控制器110此外或作為備選可包括保持非暫時性計(jì)算機(jī)可讀儲存介質(zhì)(未示出)的存儲器，該介質(zhì)包括用于允許軌道車輛操作的機(jī)載監(jiān)測和控制的代碼。
[0048]控制器110可從多個傳感器接收信息，且可將控制信號發(fā)送至多個促動器。如本文進(jìn)一步詳述那樣，控制器110在監(jiān)督軌道車輛106的控制和管理的同時，可構(gòu)造成從多種發(fā)動機(jī)傳感器接收信號，以便確定操作參數(shù)和操作條件，且對應(yīng)地調(diào)整各種發(fā)動機(jī)促動器來控制軌道車輛106的操作。例如，發(fā)動機(jī)控制器110可從各種發(fā)動機(jī)傳感器接收信號，包括但不限于發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)載、進(jìn)氣歧管空氣壓力、升壓、排氣壓力、環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、排氣溫度、顆粒過濾器溫度、顆粒過濾器背壓、發(fā)動機(jī)冷卻劑壓力、EGR冷卻器中的氣體溫度等。對應(yīng)地，控制器110可通過將命令發(fā)送至例如牽引電動機(jī)124、交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)122、汽缸閥、燃料噴射器、缺口節(jié)流閥等的各種構(gòu)件來控制軌道車輛106。其它促動器可聯(lián)接到軌道車輛中的各種位置。
[0049]圖2繪出了例如上文參照圖1所述的發(fā)動機(jī)14的多汽缸內(nèi)燃機(jī)的燃燒室或汽缸200的實(shí)施例。汽缸200可由收納下文所述的進(jìn)氣閥和排氣閥和燃料噴射器的汽缸蓋201和汽缸體203限定。在一些實(shí)例中，多汽缸發(fā)動機(jī)的各個汽缸可包括聯(lián)接到公共汽缸體上的單獨(dú)的汽缸蓋。
[0050]發(fā)動機(jī)可由包括控制器110的控制系統(tǒng)至少部分地控制，控制器110可與例如上文參照圖1所述的車輛系統(tǒng)100的車輛系統(tǒng)進(jìn)一步連通。如上文所述，控制器110還可從各種發(fā)動機(jī)傳感器接收信號，包括但不限于來自曲軸速度傳感器209的發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)載、升壓、排氣壓力、環(huán)境壓力、CO2水平、排氣溫度、NOx排放、來自聯(lián)接到冷卻套筒228的溫度傳感器230的發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT)等。在一個實(shí)例中，曲軸速度傳感器可為霍爾效應(yīng)傳感器、可變磁阻傳感器或線性可變差動換能器，其構(gòu)造成基于曲軸的輪上的一個或更多個齒的速度來確定曲軸速度。對應(yīng)地，控制器110可通過將命令發(fā)送至諸如交流發(fā)電機(jī)、汽缸閥、節(jié)流閥、燃料噴射器等各種構(gòu)件來控制車輛系統(tǒng)。
[0051 ]汽缸(S卩，燃燒室)200可包括帶有定位在其中的活塞206的燃燒室壁204。活塞206可聯(lián)接到曲軸208上，使得活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)可為四沖程發(fā)動機(jī)，其中各個汽缸在曲軸208的兩次回轉(zhuǎn)期間以著火順序著火。在其它實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)可為二沖程發(fā)動機(jī)，其中各個汽缸在曲軸208的一次回轉(zhuǎn)期間以著火順序著火。
[0052]汽缸200從包括進(jìn)氣流道210的進(jìn)入口接收進(jìn)入空氣來用于燃燒。進(jìn)氣流道210經(jīng)由進(jìn)氣歧管接收進(jìn)入空氣。進(jìn)氣轉(zhuǎn)輪210可與除例如汽缸200之外的發(fā)動機(jī)的其它汽缸連通，或進(jìn)氣流道210可專門地與汽缸200連通。
[0053]由發(fā)動機(jī)中的燃燒引起的排氣供應(yīng)至包括排氣流道212的排氣口。排氣流過排氣流道212，在一些實(shí)施例(圖2中未示出)流至渦輪增壓器，且經(jīng)由排氣歧管流至大氣。排氣流道212還可從例如除汽缸200之外的發(fā)動機(jī)的其它汽缸接收排氣。
[0054]發(fā)動機(jī)的各個汽缸均可包括一個或更多個進(jìn)氣閥和一個或更多個排氣閥。例如，汽缸200示為包括位于汽缸200的上方區(qū)域的至少一個進(jìn)氣提升閥214和至少一個排氣提升閥216。在一些實(shí)施例中，包括汽缸200的發(fā)動機(jī)的各個汽缸均可包括位于汽缸蓋處的至少兩個進(jìn)氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
[0055]進(jìn)氣閥214可由控制器110經(jīng)由促動器218控制。類似地，排氣閥216可由控制器110經(jīng)由促動器220控制。在一些情況期間，控制器110可改變提供至促動器218和220的信號，以控制相應(yīng)的進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和閉合。進(jìn)氣閥214和排氣閥216的位置可分別由相應(yīng)的閥位置傳感器222和224確定。例如，閥促動器可為電動閥促動類型或凸輪促動類型或它們的組合。
[0056]進(jìn)氣閥和排氣閥的定時可同時控制，或可使用可變進(jìn)氣凸輪定時、可變排氣凸輪定時、雙獨(dú)立可變凸輪定時或固定凸輪定時的任何可能性。在其它實(shí)施例中，進(jìn)氣閥和排氣閥可由公共閥促動器或促動系統(tǒng)，或可變閥定時促動器或促動系統(tǒng)控制。此外，進(jìn)氣閥和排氣閥可由控制器基于操作條件控制成具有可變升力。
[0057]在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)的各個汽缸可構(gòu)造成帶有用于將燃料提供至汽缸的一個或更多個燃料噴射器。作為非限制性實(shí)例，圖2示出了包括燃料噴射器226的汽缸200。燃料噴射器226示為直接地聯(lián)接到汽缸200上，以用于將燃料直接地噴射到其中。以此方式，燃料噴射器226將所謂的燃料直接噴射提供至燃燒汽缸200中。燃料可從包括燃料箱232、燃料栗和燃料軌道(未示出)的高壓燃料系統(tǒng)輸送至燃料噴射器226 ο在一個實(shí)例中，燃料為柴油燃料，其在發(fā)動機(jī)中通過壓縮點(diǎn)火來燃燒。在其它非限制性實(shí)施例中，燃料可為汽油、煤油、生物燃料或通過壓縮點(diǎn)火(和/或火花點(diǎn)火)的類似密度的其它石油餾分。此外