(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
クランクシャフト（２０８）に結合された複数のシリンダ（２００）を有し、第１の燃料である液体燃料および前記第１の燃料よりも失火を発生させやすい第２の燃料である気体燃料で運転されるように構成されたエンジン（１０４）と、
クランクシャフト速度センサ（２０９）と、
前記クランクシャフト速度センサ（２０９）からの信号に基づいて前記クランクシャフト（２０８）のねじり振動次数の振幅を、再帰的Ｇｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムを使用して計算するコントローラ（１１０）を含み、
前記コントローラが、前記ねじり振動次数の振幅が閾値振幅よりも大きいときに前記複数のシリンダ（２００）の少なくとも１つにおける失火を示し、
前記コントローラが、前記失火に応答して、前記第２の燃料の燃料供給量に対する前記第１の燃料の燃料供給量の比率を増加させ、
前記コントローラが、前記計算されたねじり振動次数の振幅に基づいて変動係数（ＣＯＶ）を求め、
前記変動係数（ＣＯＶ）は、前記各シリンダの出力の標準偏差を前記複数のシリンダ（２００）の平均シリンダ出力で除算することで求めており、
前記コントローラが、前記変動係数（ＣＯＶ）に基づいて前記複数のシリンダ（２００）のうちの１つまたは複数の燃料供給持続時間を調整するように構成したことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コントローラ（１１０）が、前記失火が示されたときに、前記クランクシャフト速度センサ（２０９）からの信号に基づいて計算された、前記ねじり振動次数の位相に基づいて前記複数のシリンダ（２００）のうちのどのシリンダ（２００）で失火が発生しているかを求めるようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラ（１１０）が、前記失火が示されたときに、前記失火が発生しているシリンダ（２００）への前記第１の燃料の燃料供給量を増加させるようにさらに構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のシリンダ（２００）の特定のシリンダ（２００）に結合された液体燃料噴射器（２２６）のための最小開放持続時間が速度および／または負荷の異なる複数の動作点の各動作点に対して設定される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラ（１１０）が、気体燃料と液体燃料とのそれぞれの所定の比率で前記複数のシリンダ（２００）の各シリンダ（２００）を動作させるようにさらに構成されており、前記所定の比率のそれぞれが、それぞれの前記失火限界を上回りつつも要求されるエンジン出力を供給する、前記気体燃料の最大量を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
調整モードで、特定のエンジン速度および／または負荷で実行される、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されている主題の実施形態は、例えば、エンジン、エンジンの構成要素、およびエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
その好適なエネルギー含量の観点から、天然ガスは、エンジン用の燃料源として使用される場合がある。燃料の経済的利益を得るために、および広範囲の運転条件にわたる電力出力要求を満たすために、一部のエンジンは、天然ガスおよび液体燃料（ディーゼルなど）の両方で運転されるように構成される場合がある。このような多種燃料エンジンにおいて、エンジンの各シリンダ内の天然ガス／吸気混合気は、液体燃料の噴射に応じて燃焼され得る。いくつかの運転条件は、液体燃料に対する天然ガスの比較的高い比率（例えば、９０％以上の天然ガス）から利益を得ることができるが、特定のエンジンサイクルで使用される天然ガスの量は、各燃料噴射器が噴射することが可能な液体燃料の最小可能量によって制限され得る。複数のシリンダを有するエンジンでの少なくとも１つのシリンダにおける失火を検出することが求められる。
【特許文献１】特開2007-071191号
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態において、システムは、クランクシャフトに結合された複数のシリンダを有するエンジンと、クランクシャフト速度センサと、コントローラとを含む。コントローラは、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてエンジンの１つ以上のねじり振動次数を測定し、１つ以上のねじり振動次数の振幅を求め、振幅が閾値振幅よりも大きいときに複数のシリンダの少なくとも１つにおける失火を示すように構成される。
【０００４】
上記の簡単な説明は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択肢を紹介するために簡略化した形で与えられていることが理解されるべきである。それは、特許請求されている主題の主要なまたは本質的な特徴を確認するためのものではなく、その範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一義的に規定される。さらに、特許されている主題は、上でまたは本開示の部分で指摘されている欠点を解決する実施態様に限定されない。
【０００５】
本発明は、以下のような添付図面を参照しながら非限定的な実施形態に関する以下の説明を検討することによってより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】エンジンを有する車両の実施形態の概略図を示している。
【図２】図１のエンジンのシリンダの概略図を示している。
【図３】図１のエンジンを含むエンジンシステムの概略図を示している。
【図４】複数のシリンダを調整するための方法を示す高レベルフローチャートである。
【図５】失火監視器を動作させるための一方法を示すフローチャートである。
【図６】失火監視器を動作させるための別の方法を示すフローチャートである。
【図７】失火監視器を動作させるためのさらに別の方法を示すフローチャートである。
【図８】例示的な噴射器供給曲線を示している。
【図９】別の例示的な噴射器供給曲線を示している。
【図１０】燃焼変動に応じた１／２次振幅を示すグラフである。
【図１１】２％の燃焼変動で運転されるエンジンのあるパラメータを示すグラフである。
【図１２】１０％の燃焼変動で運転されるエンジンのあるパラメータを示すグラフである。
【図１３】２％の燃焼変動で運転されるエンジンの別のパラメータを示すグラフである。
【図１４】１０％の燃焼変動で運転されるエンジンの別のパラメータを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の説明は、エンジンの各シリンダに関して液体燃料に対する気体燃料の最大可能比率（置換率（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）とも呼ばれる）での動作を可能にするためにエンジンの各液体燃料噴射器を調整する様々な実施形態に関する。各液体燃料噴射器の調整は、調整工程中の、各シリンダにおける失火の検出に基づいてもよい。各シリンダにおける失火は、例えばクランクシャフトセンサからの信号を用いてねじり振動を検出する失火監視器を用いて検出されてもよい。
【０００８】
上で説明したように、高い気体燃料利用率（例えば、低い液体燃料使用量）で多種燃料エンジンの燃焼を制御することは、液体燃料噴射器が、非線形の供給特性を有し得ることから困難であり得る。液体燃料供給が、より高い気体燃料使用量を可能にするために減少されるとき、標準的な液体燃料噴射器は急に、その流量を最大噴射率の約１５％（ターンダウン点と呼ばれる）に低減し得る。多シリンダエンジンの各噴射器は、それ自身のターンダウン点を有し得る。噴射器がすべて、等しく取り扱われる場合、気体燃料使用量の全体は、最も高い燃料供給量で止まる噴射器によって決定される。したがって、複数の噴射器が、５％〜１５％の範囲のターンダウン点を有する場合、エンジンは、８５％の置換率（例えば、８５％の気体燃料、１５％の液体燃料）に制限され得る。
【０００９】
本明細書に開示されている実施形態によれば、液体燃料噴射量が低減されるときに個々のシリンダにおける不十分な燃焼を検出し、次に、各シリンダにおいて安定した燃焼を実現するために各シリンダに関して個別に最小可能液体燃料噴射率を調整する失火監視器が起動され得る。多種燃料エンジンは、非常に高い気体燃料置換率（９９％の気体燃料および１％の液体燃料（エネルギー含量による）など）で運転されるように設計されてもよい。調整工程中、エンジンは、液体燃料のみの燃焼を開始させ、次に、すべてのシリンダに関して安全レベルまで気体燃料を増加させてもよい（８０％の気体燃料など）。燃焼ラフネスが、失火監視器によって測定される。一部の例において、失火監視器は、１つ以上のねじり振動次数（半分の次数（ｈａｌｆ−ｏｒｄｅｒ）など）を監視する、コントローラのねじり振動次数監視器であってもよい。すべてのシリンダが同様に点火されるとき、半分の次数のレベルは低い。各シリンダの液体燃料噴射量は、その失火が半分の次数の監視器によって検出されるまで低減される。次に、液体燃料噴射量は、そのシリンダの適切な燃焼を得るために増加される。この工程は、最も低い、安全レベルの液体燃料使用量にエンジン全体を調整するために各シリンダに対して繰り返される。燃焼の安定性が、半分の次数の検出システムによって監視され、シリンダで失火が発生し始めたら、液体燃料噴射率が、その個別のシリンダにおいて増加されてもよい。
【００１０】
本明細書で説明されている手法は、様々なエンジンタイプおよび様々なエンジン駆動システムに採用されてもよい。これらのシステムには、定置のものもあれば、半可動または可動プラットフォームのものもあり得る。半可動プラットフォームは、運転期間の間に再配置され得る（平床式トレーラに搭載されるなど）。可動プラットフォームは、自己推進車両を含む。このような車両は、オンロード輸送車両ならびに採掘装置、船舶、鉄道車両、および他のオフハイウェイ車両（ＯＨＶ：ｏｆｆ−ｈｉｇｈｗａｙ  ｖｅｈｉｃｌｅ）を含み得る。説明図を簡単にするために、機関車が、自己推進鉄道車両の例として、より広くは、本発明の実施形態を組み込んだシステムを支持する可動プラットフォームの例として提供される。
【００１１】
多種燃料エンジンにおける液体燃料噴射の調整を実現するための手法のさらなる解説の前に、エンジンが車両（鉄道車両など）のために構成され得るプラットフォームの例が開示される。例えば、図１は、複数の車輪１１２を介してレール１０２上を走行するように構成された車両システム１００（本明細書では鉄道車両１０６（例えば、機関車）として描かれている）の実施形態のブロック図を示している。描かれているように、鉄道車両１０６は、エンジン１０４を含む。他の非限定的な実施形態において、エンジン１０４は、定置エンジン（発電所用途などの）であってもよいし、あるいは、上で指摘したように船舶または他のオフハイウェイ車両の推進システムのエンジンであってもよい。
【００１２】
エンジン１０４は、吸気通路１１４から燃焼用の吸気を受け入れる。吸気通路１１４は、鉄道車両１０６の外部からの空気を濾過する空気フィルタ１６０から周囲空気を受け入れる。エンジン１０４における燃焼に起因する排気ガスは、排気通路１１６に供給される。排気ガスは、排気通路１１６を通って流れ、鉄道車両１０６の排気スタックから流れ出る。一例において、エンジン１０４は、圧縮点火によって空気およびディーゼル燃料を燃焼させるディーゼルエンジンである。他の非限定的な実施形態において、さらにエンジン１０４は、ガソリン、ケロシン、天然ガス、バイオディーゼル、または同様の濃度の他の石油蒸留物を圧縮点火（および／または火花点火）によって燃焼させてもよい。
【００１３】
一実施形態において、鉄道車両１０６は、ディーゼル電気車両である。図１に描かれているように、エンジン１０４は、発電システムに接続されており、発電システムは、オルタネータ／発電機１２２および電気トラクションモータ１２４を含む。例えば、エンジン１０４は、エンジン１０４に機械的に結合された発電機１２２に伝達されるトルク出力を発生させるディーゼルおよび／または天然ガスエンジンである。本明細書の一実施形態において、エンジン１０４は、ディーゼル燃料および天然ガスで運転される多種燃料エンジンであるが、他の例において、エンジン１０４は、ディーゼルおよび天然ガス以外の燃料の様々な組み合わせを使用してもよい。
【００１４】
発電機１２２は、様々な下流の電気部品への後の伝達のために蓄積され、使用され得る電力を発生させる。例として、発電機１２２は、複数のトラクションモータ１２４に電気的に接続されてもよく、また、発電機１２２は、複数のトラクションモータ１２４に電力を提供してもよい。描かれているように、複数のトラクションモータ１２４はそれぞれ、鉄道車両１０６を推進させる目的で牽引力を提供するために複数の車輪１１２の１つに結合されている。例示的な一構成は、１組の車輪につき１つのトラクションモータを含む。本明細書に描かれているように、６対のトラクションモータは、鉄道車両の６対の駆動輪のそれぞれに対応する。別の例では、オルタネータ／発電機１２２は、１つ以上の抵抗グリッド１２６に接続されてもよい。抵抗グリッド１２６は、オルタネータ／発電機１２２によって生成される電気からグリッドによって発生する熱を介して過剰なエンジントルクを消失させるように構成されてもよい。
【００１５】
一部の実施形態において、車両システム１００は、吸気通路１１４と排気通路１１６との間に配置されたターボチャージャ１２０を含んでもよい。ターボチャージャ１２０は、電力出力および／またはエンジン運転効率を増加させる目的で燃焼の間により大きな給気密度を提供するために、吸気通路１１４に吸い込まれる周囲空気の給気を増加させる。ターボチャージャ１２０は、少なくとも部分的にタービン（図示せず）によって駆動される圧縮機（図示せず）を含んでもよい。この事例では、単一のターボチャージャが含まれているが、システムは、多数のタービンおよび／または圧縮機段を含んでもよい。
【００１６】
一部の実施形態において、車両システム１００は、ターボチャージャ１２０の上流および／または下流で排気通路に接続される後処理システム（図３に後処理装置３１４として示されている）をさらに含んでもよい。一実施形態において、後処理システムは、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：ｄｉｅｓｅｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）およびディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ：ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を含んでもよい。他の実施形態において、後処理システムは、さらにまたはあるいは、１つ以上の排出制御装置を含んでもよい。このような排出制御装置は、選択的触媒還元（ＳＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒、三元触媒、ＮＯｘトラップ、または様々な他の装置もしくはシステムを含んでもよい。
【００１７】
車両システム１００は、エンジン１０４の排気通路１１６からターボチャージャ１２０の下流の吸気通路１１４に排気ガスを導く、エンジン１０４に接続された排気再循環（ＥＧＲ：ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システム１３０をさらに含んでもよい。一部の実施形態において、排気再循環システム１３０は、エンジンの１群の１つ以上のドナーシリンダ（ｄｏｎｏｒ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）（ドナーシリンダシステムとも呼ばれる）のみに接続されてもよい。図１に描かれているように、ＥＧＲシステム１３０は、排気ガスが吸気通路１１４に流入する前に排気ガスの温度を低下させるためにＥＧＲ通路１３２およびＥＧＲ冷却器１３４を含む。排気ガスをエンジン１０４に導入することによって、燃焼に利用され得る酸素の量が低減され、これにより、燃焼火炎温度が低下し、窒素酸化物（例えば、ＮＯx）の生成が低減される。
【００１８】
一部の実施形態において、ＥＧＲシステム１３０は、エンジン１０４の排気通路１１６からエンジン１０４の吸気通路１１４に再循環される排気ガスの量を制御するためのＥＧＲ弁をさらに含んでもよい。ＥＧＲ弁は、コントローラ１１０によって制御されるオン／オフ弁であってもよいし、あるいは、ＥＧＲ弁は、例えば、ＥＧＲの可変量を制御してもよい。図１の非限定的な例示的な実施形態に示されているように、ＥＧＲシステム１３０は、高圧ＥＧＲシステムである。他の実施形態において、車両システム１００は、さらにまたはあるいは、タービンの下流から圧縮機の上流にＥＧＲを導く低圧ＥＧＲシステムを含んでもよい。
【００１９】
図１に描かれているように、車両システム１００は、冷却システム１５０をさらに含む。冷却システム１５０は、エンジン廃熱を吸収し、加熱された冷媒を熱交換器（ラジエータ１５２など）に供給するためにエンジン１０４を経由して冷媒を循環させる。ファン１５４が、車両１０６がエンジンの運転中にゆっくり移動しているときまたは停止しているときにラジエータ１５２を通る空気流を維持するためにラジエータ１５２に結合されてもよい。一部の例において、ファンの速度は、コントローラ（コントローラ１１０など）によって制御されてもよい。ラジエータ１５２によって冷却された冷媒は、タンク１５６に流入する。その場合、冷媒は、水（または冷媒）ポンプ（図示せず）によって再びエンジン１０４にまたは車両システムの別の構成要素（ＥＧＲ冷却器など）に圧送されてもよい。
【００２０】
鉄道車両１０６は、鉄道車両１０６に関係する様々な構成要素を制御するためにエンジンコントローラ１１０（以下、コントローラと呼ぶ）をさらに含む。例として、車両システムの様々な構成要素が、通信チャネルまたはデータバスを介してコントローラ１１０に接続されてもよい。一例において、コントローラ１１０は、コンピュータ制御システムを含む。コントローラ１１０は、さらにまたはあるいは、鉄道車両の動作のオンボード監視および制御を可能にするためのコードを含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（図示せず）を保持するメモリを含んでもよい。
【００２１】
コントローラ１１０は、複数のセンサから情報を受信してもよく、複数のアクチュエータに制御信号を送信してもよい。コントローラ１１０は、鉄道車両１０６の制御および管理を管轄する一方で、鉄道車両１０６の動作を制御する目的で運転パラメータおよび運転条件を測定し、これに応じて様々なエンジンアクチュエータを調節するために、本明細書でさらに詳しく述べられるように様々なエンジンセンサから信号を受信するように構成されてもよい。例えば、エンジンコントローラ１１０は、様々なエンジンセンサから信号（エンジン速度、エンジン負荷、吸気マニホールド空気圧、ブースト圧、排気圧、周囲圧力、周囲温度、排気温度、微粒子フィルタ温度、微粒子フィルタ背圧、エンジン冷媒圧力、またはＥＧＲ冷却器内のガス温度などを含むが、これらに限定されない）を受信してもよい。これに応じて、コントローラ１１０は、様々な構成要素（トラクションモータ１２４、オルタネータ／発電機１２２、シリンダ弁、燃料噴射器、またはノッチスロットル（ｎｏｔｃｈ  ｔｈｒｏｔｔｌｅ）など）にコマンドを送信することによって鉄道車両１０６を制御してもよい。他のアクチュエータが、鉄道車両の様々な位置に結合されてもよい。
【００２２】
図２は、多シリンダ内燃エンジン（図１を参照して上で説明したエンジン１０４など）の燃焼室（またはシリンダ２００）の実施形態を描いている。シリンダ２００は、吸気弁および排気弁ならびに燃料噴射器（以下で説明される）を収容するシリンダヘッド２０１ならびにシリンダブロック２０３によって形作られてもよい。一部の例において、多シリンダエンジンの各シリンダは、共通のシリンダブロックに結合される別々のシリンダヘッドを含んでもよい。
【００２３】
エンジンは、コントローラ１１０を含む制御システムによって少なくとも部分的に制御されてもよく、制御システムはさらに、車両システム（図１を参照して上で説明した車両システム１００など）と通信してもよい。上で説明したように、コントローラ１１０はさらに、様々なエンジンセンサから信号（クランクシャフト速度センサ２０９からのエンジン速度、エンジン負荷、ブースト圧、排気圧、周囲圧力、ＣＯ2レベル、排気温度、ＮＯx排出、冷却スリーブ２２８に結合された温度センサ２３０からのエンジン冷媒温度（ＥＣＴ：ｅｎｇｉｎｅ  ｃｏｏｌａｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）などを含むが、これらに限定されない）を受信してもよい。一例において、クランクシャフト速度センサは、クランクシャフトのホイールの１つ以上の歯の速度に基づいてクランクシャフトの速度を測定するように構成されたホール効果センサ、可変磁気抵抗センサ、または線形可変差動変圧器であってもよい。これに応じて、コントローラ１１０は、様々な構成要素（オルタネータ、シリンダ弁、スロットル、燃料噴射器など）にコマンドを送信することによって車両システムを制御してもよい。
【００２４】
シリンダ（すなわち、燃焼室）２００は、その中に配置されたピストン２０６と共に燃焼室壁２０４を含んでもよい。ピストン２０６は、ピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されるようにクランクシャフト２０８に結合されてもよい。一部の実施形態において、エンジンは、４ストロークエンジンであってもよく、その場合、シリンダのそれぞれは、クランクシャフト２０８の２回転の間に点火順序で点火される。他の実施形態において、エンジンは、２ストロークエンジンであってもよく、その場合、シリンダのそれぞれは、クランクシャフト２０８の１回転の間に点火順序で点火される。
【００２５】
シリンダ２００は、吸気ランナ２１０を含む吸気部から燃焼用の吸気を受け入れる。吸気ランナ２１０は、吸気マニホールドを介して吸気を受け入れる。吸気ランナ２１０は、例えばシリンダ２００に加えてエンジンの他のシリンダと連通してもよいし、あるいは、吸気ランナ２１０は、シリンダ２００のみと連通してもよい。
【００２６】
エンジンにおける燃焼に起因する排気ガスは、排気ランナ２１２を含む排気部に供給される。排気ガスは、排気ランナ２１２を通り、排気マニホールドを経由して、一部の実施形態ではターボチャージャ（図２には示されていない）におよび大気に流れる。排気ランナ２１２は、例えばシリンダ２００に加えてエンジンの他のシリンダから排気ガスをさらに受け入れてもよい。
【００２７】
エンジンの各シリンダは、１つ以上の吸気弁および１つ以上の排気弁を含んでもよい。例えば、シリンダ２００は、シリンダ２００の上部領域に配置された少なくとも１つの吸気ポペット弁２１４および少なくとも１つの排気ポペット弁２１６を含むものとして示されている。一部の実施形態において、エンジンの各シリンダ（シリンダ２００を含む）は、シリンダヘッドに配置される少なくとも２つの吸気ポペット弁および少なくとも２つの排気ポペット弁を含んでもよい。
【００２８】
吸気弁２１４は、アクチュエータ２１８を介してコントローラ１１０によって制御されてもよい。同様に、排気弁２１６は、アクチュエータ２２０を介してコントローラ１１０によって制御されてもよい。いくつかの条件時に、コントローラ１１０は、吸気弁および排気弁のそれぞれの開放および閉鎖を制御するためにアクチュエータ２１８および２２０に供給される信号を変化させてもよい。吸気弁２１４および排気弁２１６の位置は、それぞれ、弁位置センサ２２２および２２４のそれぞれによって測定されてもよい。弁アクチュエータは、例えば、電気弁駆動式もしくはカム駆動式またはこれらの組み合わせであってもよい。
【００２９】
吸気弁および排気弁のタイミングは同時に制御されてもよいし、あるいは、可変吸気カムタイミング、可変排気カムタイミング、二重の独立した可変のカムタイミング、または固定されたカムタイミングの可能性のいずれかが使用されてもよい。他の実施形態において、吸気弁および排気弁は、共通の弁アクチュエータもしくは駆動システムまたは可変弁タイミングアクチュエータもしくは駆動システムによって制御されてもよい。さらに、可変リフトを有する吸気弁および排気弁は、運転条件に基づいてコントローラによって制御されてもよい。
【００３０】
一部の実施形態において、エンジンの各シリンダは、これに燃料を供給するための１つ以上の燃料噴射器を用いて構成されてもよい。非限定的な例として、図２は、シリンダ２００が燃料噴射器２２６を含むことを示している。燃料噴射器２２６は、シリンダ２００内に直接燃料を噴射するためにシリンダ２００に直接結合されているものとして示されている。このようにして、燃料噴射器２２６は、燃焼シリンダ２００内への燃料の直接噴射として知られているものを実現する。燃料は、燃料タンク２３２、燃料ポンプ、および燃料レール（図示せず）を含む高圧燃料システムから燃料噴射器２２６に供給されてもよい。一例において、燃料は、圧縮点火によってエンジンで燃焼されるディーゼル燃料である。他の非限定的な実施形態において、燃料は、圧縮点火（および／または火花点火）によって燃焼されるガソリン、ケロシン、バイオディーゼル、または同様の濃度の他の石油蒸留物であってもよい。さらに、以下でより詳細に説明されるように、エンジンの各シリンダは、ディーゼル燃料の代わりにまたはこれに加えて気体燃料（例えば、天然ガス）を受け入れるように構成されてもよい。気体燃料は、吸気マニホールド（以下で説明されるように）または他の適切な供給機構を介してシリンダ２００に供給されてもよい。
【００３１】
図３は、複数のシリンダ２００を有する多シリンダエンジン１０４を含むエンジンシステム３００の概略図を示している。したがって、エンジンシステム３００は、図１に関して上で説明したエンジン１０４を含む。エンジン１０４は、吸気マニホールド３０２から燃焼用の吸気を受け入れる。吸気マニホールド３０２は、吸気通路１１４から吸気を受け入れ、吸気通路１１４は、エンジン１０４が配置され得る車両の外部からの空気を濾過する空気フィルタ（図１に示されている）から周囲空気を受け入れる。吸気マニホールド３０２内への吸気の流れは、スロットル３１２によって制御されてもよく、また、スロットル３１２の位置は、コントローラ１１０によって制御されてもよい。
【００３２】
図３に描かれている実施形態において、エンジン１０４は、１２のシリンダを有するＶ−１２エンジンである。他の例において、エンジンは、Ｖ−６、Ｖ−８、Ｖ−１０、Ｖ−１６、Ｉ−４、Ｉ−６、Ｉ−８、対向４、または別のエンジンタイプであってもよい。エンジンのＶ字構成に起因して、エンジンは、６つのシリンダ（例えば、シリンダ１〜６）を有する第１のシリンダバンクおよび６つのシリンダ（例えば、シリンダ７〜１２）を有する第２のシリンダバンクを含む。吸気マニホールド３０２は、２つのシリンダバンク間に配置されており、複数の吸気ランナを介して各バンクの各シリンダに吸気を供給するように構成されている。図３には示されていないが、各吸気ランナは、シリンダを少なくとも部分的に形作る別々のシリンダヘッドに結合されている。このように、吸気マニホールドを通って流れる吸気は、複数の吸気ランナであって、それぞれがエンジンの別々のシリンダヘッドに流体接続されている複数の吸気ランナに分配される。
【００３３】
吸気マニホールド３０２は、上で説明したように、エンジンのシリンダに吸気を供給するように構成されている。しかしながら、吸気マニホールド３０２は、エンジンから冷媒を排出するためのさらなる通路およびエンジンに気体燃料を供給するためのさらなる通路を含む。したがって、吸気マニホールド３０２は、吸気を流すように構成された第１の通路３０４を含む。第１の通路３０４は、複数の吸気ランナに接続されている。第１の通路３０４は、吸気通路１１４から吸気を受け入れる。
【００３４】
エンジンから冷媒を排出するために、吸気マニホールド３０２は、第２の通路３０６を含む。第２の通路３０６は、例えば各シリンダヘッドから外に誘導された冷媒を受け入れ、第２の通路は、再び一般的なエンジン冷媒システム３１８に冷媒を誘導する。エンジン冷媒システム３１８は、１つ以上の冷媒構成要素（ラジエータ（例えば、図１のラジエータ１５２）、冷媒タンク（例えば、タンク１５６）、冷却ライン、ポンプ、および／または他の構成要素など）を含んでもよい。このようにして、エンジン冷媒システムからの冷媒は、エンジン１０４に圧送され、そこでは、冷媒は、エンジンを冷却するためにシリンダブロックおよび／またはシリンダヘッドの１つ以上のジャケット（例えば、冷媒スリーブ２２８）を通って流れる。次に、冷媒は、各シリンダヘッドから第２の通路３０６に通じる排出ラインを介してエンジンから外に排出され、冷媒は、エンジン冷媒システムに戻される。
【００３５】
一部の運転モードにおいて、エンジン１０４は、液体燃料（例えば、ディーゼル燃料）の燃焼および気体燃料（例えば、天然ガス）の燃焼の両方で運転されてもよい。液体燃料は、図２に関して上で説明した構成に従って各シリンダに供給される一方で、気体燃料は、吸気マニホールド３０２の第３の通路３０８を介して各シリンダに供給されてもよい。図３に示されているように、吸気マニホールド３０２の第３の通路３０８は、１つ以上の気体燃料ライン、ポンプ、圧力調整器などを介して気体燃料タンク３１６からの気体燃料の供給を受けてもよい。一部の実施形態において、気体燃料タンク３１６は、エンジン１０４から遠隔に（異なる鉄道車両（例えば、燃料補給車（ｆｕｅｌ  ｔｅｎｄｅｒ  ｃａｒ））に）配置されてもよく、気体燃料は、別個の車両を横断する１つ以上の燃料ラインを介してエンジン１０４に供給されてもよい。しかしながら、他の実施形態において、気体燃料タンク３１６は、エンジン１０４と同じ車両に配置されてもよい。第３の通路３０８は、複数の気体進入弁（ｇａｓ  ａｄｍｉｓｓｉｏｎ  ｖａｌｖｅ）であって、それぞれが第３の通路３０８から各シリンダヘッドに気体燃料を供給するように構成された複数の気体進入弁を含んでもよい。
【００３６】
エンジン１０４における燃焼に起因する排気ガスは、排気通路１１６に供給され、そこでは、排気は、大気に流出する前に後処理装置３１４によって処理され、および／または１つ以上のターボチャージャを通って流れる。図３に示されている構成において、各シリンダバンクは、排気マニホールドを有する。例えば、排気マニホールド３１０ａおよび３１０ｂが、図３に示されている。各排気マニホールドは、各シリンダバンクの各シリンダから放出された排気を受け入れる（各シリンダヘッドの排気ランナ（図２の排気ランナ２１２など）を介して）。排気マニホールド３１０ａ、３１０ｂのそれぞれは、共通の排気通路１１６に排気を誘導する。
【００３７】
このように、上で説明したエンジンシステムは、複数のシリンダであって、各シリンダが、液体燃料（例えば、ディーゼル）を噴射するように構成された液体燃料噴射器を含む複数のシリンダを提供する。さらに、各シリンダは、気体燃料（例えば、天然ガス）を受け入れるように構成される。シリンダ内の気体燃料−空気混合気は、液体燃料噴射器からの液体燃料の噴射によって燃焼されてもよい。エンジンは、広範囲の、気体燃料および液体燃料の量において運転されるように構成されてもよい。例えば、いくつかの条件下において、ゼロの置換率でエンジンを運転することが望ましい場合があり、その場合、燃焼エネルギーのすべては、液体燃料の燃焼から得られる。他の条件下では、ゼロよりも大きな置換率でエンジンを運転することが望ましい場合があり、その場合、燃焼エネルギーの少なくとも一部は、気体燃料から得られる。
【００３８】
上で説明したように、いくつかの条件においては、ほぼ１００％の置換率でエンジンを運転することが望ましい場合がある。気体燃料の燃焼は、少なくともある程度の液体燃料の存在に依存するため、高い置換率での運転中であっても、液体燃料噴射器はやはり、各シリンダにある程度の液体燃料を供給するように動作され得る。しかしながら、各液体燃料噴射器は、最小液体燃料噴射量（ターンダウン点と呼ばれる）を有し得るものであり、それ未満では、噴射量は、噴射器が開放される持続時間（開放持続時間とも呼ばれる）と線形的に相関しない。図８は、液体燃料噴射器に関する例示的な噴射器供給曲線８０２を示すグラフ８００であり、第１の噴射器開放持続時間ｄ１（ここでは、持続時間は、水平軸にプロットされている）を上回ると、燃料噴射量（例えば、体積）（垂直軸にプロットされている）が、持続時間の増加と共に線形的に増加することを示している。しかしながら、この点（ターンダウン点８０４と呼ばれる）を下回ると、燃料供給量は、持続時間の変化と共に線形的に変化し得ない（例えば、この量は、持続時間よりも大きな割合で低下し得る）。燃焼曲線８０６によって示されているように、ターンダウン点を下回る第２の持続時間ｄ２では、噴射される液体燃料が小量であることに起因して、安定した燃焼が行われなくなり得、失火が発生し得る。失火は、以下で説明される、１／２次失火監視器によって測定されるような１／２次周波数成分レベルに基づいて検出されてもよい。
【００３９】
個々の噴射器のそれぞれのターンダウン点は異なり得る。例えば、図９は、複数の液体燃料噴射器に関する複数の噴射器供給曲線９０２を示すグラフ９００である。複数の噴射器供給曲線９０２によって示されているように、任意の１組の噴射器に関して、ターンダウン点は大きく異なり得る。燃焼安定性を確保するために、各燃料噴射器は、典型的には、すべてのシリンダのうちの最も高いターンダウン点に基づいて、または安定した燃焼を保証する、噴射器開放の最も高い持続時間に基づいて動作され得る。曲線９０２によって示されているように、各噴射器が、同じ持続時間（線９０４によって図９に示されている最も高いターンダウン点を有する噴射器において安定した燃焼を発生させるために必要な持続時間など）で動作される場合、複数の噴射器の間で、大きく異なり得る、液体燃料の量が供給される。このような動作は、エンジンを運転させ得る気体燃料の量を低下させ得る。例えば、最も低いターンダウン点を有する噴射器は、そのシリンダの燃焼を維持するために必要な最も低い持続時間よりもかなり高い持続時間で動作され得る。
【００４０】
以下でより詳細に説明されるように、各噴射器を動作させることができ、なおかつ各噴射器が燃焼安定性を維持することができる最も低い持続時間は、調整ルーチン中に求められてもよい。各噴射器の燃料供給量は、各噴射器が開放される持続時間に基づき得る。したがって、燃料量および開放持続時間のそれぞれは、調整ルーチンを説明するときに言及され得る。説明を簡単にするために、残りの説明に関しては開放持続時間が使用される。
【００４１】
調整ルーチンは、各噴射器の開放持続時間を連続的に減少させることおよび失火を監視することを含んでもよい。失火が検出されたら、失火が発生しているシリンダの噴射器の開放持続時間が、失火が発生しなくなるまで増加されてもよい。次に、その開放持続時間が、噴射器が安全に動作することが可能な最も低い開放持続時間として設定されてもよい。非常に高いレベル（例えば、９９％）の気体燃料が要求されるとき、その噴射器は、その調整された最も低い開放持続時間で動作されてもよい。この工程が、各シリンダに対して個々に繰り返されてもよい。結果として、非常に高いレベルの気体燃料（例えば、９９％の気体燃料）が要求されるとき、各噴射器は、異なる持続時間で動作され、同じ液体燃料量が供給されるようになり得る。このことは、図９の複数の噴射器供給曲線９０６によって示されており、そこでは、各噴射器は、同じ燃料供給体積９０８をもたらす異なる持続時間で動作されている。
【００４２】
次に図４を参照すると、エンジン（図１〜図３のエンジン１０４など）の複数の液体燃料噴射器を調整するための方法４００が示されている。方法４００は、コントローラ（図１〜図３のコントローラ１１０など）によって、そこに記憶された非一時的な命令に従って実行されてもよい。４０２において、方法４００は、エンジンの運転パラメータを測定することを含む。測定される運転パラメータは、エンジン速度、エンジントルク要求、エンジン温度、および他の運転パラメータを含み得るが、これらに限定されない。４０４において、方法４００は、噴射器の調整を実行するための条件が満たされているか否かを判定することを含む。噴射器の調整を実行するための条件は、調整ルーチンが前に（例えば、エンジンの製造後の最初の運転期間中にまたは後の保守中に）実行されていないことまたは前の調整ルーチンが実行されてから閾値持続時間（期間、エンジンサイクル、車両の走行距離などの）が経過したことを含んでもよい。
【００４３】
また、調整ルーチンの入口条件は、高レベルの気体燃料使用量（例えば、ほぼ１００％の）を許可する運転条件を含んでもよい。液体燃料および気体燃料の両方で運転されるように構成されたエンジンは、要求されるエンジン出力を維持しながらも可能な限り気体燃料で運転されてもよい。例えば、標準的な液体燃料エンジン（ディーゼルエンジンなど）において、生成されるエンジン出力の１００％が、ディーゼル燃料の燃焼から得られてもよい。多種燃料エンジンにおいて、エンジン出力の一部は、気体燃料から得られてもよい一方で、残りのエンジン出力は、液体燃料から得られてもよい。例えば、生成されるエンジン出力の９９％程度が、気体燃料の燃焼から得られて、残りの１％の出力が、ディーゼル燃料の燃焼から得られてもよい。液体燃料から「置き換えられる」気体燃料の量は、置換率と呼ばれ得る。置換率は、気体燃料から得られる、エンジン出力の部分を反映し得る。例えば、８０の置換率は、出力の８０％が気体燃料から得られることを示し、一方、５０の置換率は、出力の５０％が気体燃料から得られることを示す。０の置換率は、液体のみの運転を示す。
【００４４】
置換率は、エンジン温度、所望の燃料タイプ、ノッチスロットル位置、各燃料タンクの相対燃料レベル（例えば、気体燃料のレベルが閾値未満の場合、より多くの液体燃料が使用されてもよい）、車両の位置（例えば、車両がトンネル内にいるか否か）、および／または他のパラメータに基づいて設定されてもよい。したがって、入口条件は、エンジン温度、スロットル位置、車両の位置などのそれぞれが、高い気体燃料利用率（例えば、９９％）での運転を許可する範囲内にあることを含んでもよい。
【００４５】
入口条件が満たされていない場合、方法４００は、４０２において運転条件を引き続き監視する。条件が満たされている場合、方法４００は、４０６に進み、ゼロの置換率（例えば、気体燃料利用なし）でエンジンのすべてのシリンダを動作させる。次に、４０８において、すべてのシリンダは、所定の安全な置換率（８０など）で動作される。所定の安全な置換率は、安定した（例えば、失火が発生しない）燃焼を発生させるものとして知られているレベルの気体燃料利用率を含んでもよい。
【００４６】
４１０において、失火監視器が、シリンダの失火を監視するために起動される。失火監視器は、図５に関して以下でより詳細に説明される。簡単に言うと、失火監視器は、エンジンによって発生され、クランクシャフト速度センサによって測定される半分の次数またはより高いねじり振動に基づいて１つ以上のシリンダにおける失火を検出してもよい。
【００４７】
４１２において、方法４００は、エンジンの第１のシリンダの噴射器の開放持続時間を減少させることを含む。開放持続時間は、適切な割合で、連続的に減少されてもよいし、あるいは段階的に減少されてもよい。噴射器が開放される持続時間を減少させる間、失火監視器は、失火（これは、液体燃料噴射量が、燃焼を維持しないレベルまで低下していることを示し得る）が第１のシリンダで発生しているか否かを判定するために動作する。
【００４８】
したがって、４１４において、方法４００は、第１のシリンダにおける失火が検出されたか否かを判定することを含む。失火が検出されていない場合、方法４００は、４１２にループバックし、噴射器の開放持続時間を引き続き減少させる。失火が検出された場合、方法４００は、４１６に進み、第１のシリンダの噴射器の開放持続時間を増加させる。噴射器の開放持続時間は、失火監視器が、第１のシリンダにおける失火を検出しなくなるまで増加されてもよい。４１８において、失火が発生しなくなった、第１のシリンダの噴射器の開放持続時間が記憶され、４２０において、調整工程が、残りのシリンダに対して繰り返される（例えば、第２のシリンダの噴射器の開放持続時間が、残りのシリンダの置換率が所定の安全レベルに保持されている間に減少され、失火監視器が、第２のシリンダで失火が検出された時点を示し、第２のシリンダの噴射器の開放持続時間が、失火が発生しなくなるまで増加され、失火が発生しなくなった持続時間が、第２のシリンダの噴射器のために記憶される）。
【００４９】
調整ルーチンが、すべてのシリンダのすべての噴射器に対して実行された後、運転条件が、ほぼ気体燃料のみでの（例えば、燃焼を維持するのに十分な液体燃料のみでの）エンジン運転を許可するとき、各噴射器は、調整ルーチンによって求められた開放持続時間で動作される。一部の例において、これは、各噴射器が同じ量の液体燃料を供給することを含んでもよい。失火監視器は、シリンダのいずれかで失火が発生しているか否かを検出するために引き続き動作してもよい。失火が検出された場合、失火が発生しているシリンダの噴射器の開放持続時間は、失火が発生しなくなるようにするために増加されてもよい。一部の例において、その噴射器に関して記憶されている最小開放持続時間は、未来の失火がそのシリンダに関して確認された場合に調節されてもよい。
【００５０】
上で説明した調整ルーチンは、各噴射器が燃料噴射イベント中に開放され得る最小持続時間であって、各噴射器が特定の１組のパラメータ（例えば、高い気体燃料利用率が可能となるエンジン速度および負荷点）で動作しながらも燃焼を維持し得る最小持続時間を求める。しかしながら、エンジンが、他のエンジン速度および負荷点で運転されるときに、液体燃料噴射器が、上で求められた最小開放持続時間で動作される場合、失火が発生する場合がある。したがって、上で説明した調整工程は、様々な速度および負荷点に対して実行されてもよく、それぞれの速度および負荷点における各噴射器の最小噴射器開放持続時間が求められてもよい。このように、各シリンダは、各エンジン運転点に関して求められた個々の失火限界を有してもよい。この失火限界は、いくつかの条件においては、各噴射器を開放することが可能な絶対最小時間量を上回ってもよく、一方、他の条件においては、失火限界は、各噴射器を開放することが可能な最小時間量以下であってもよい。調整ルーチンが、それぞれの速度および負荷点に対して実行された後で、エンジンが、特定の速度および負荷範囲に入ったとき、その速度および負荷範囲に関する最小液体燃料噴射器開放持続時間が、各噴射器に関して確認されてもよく、各シリンダは、所望の電力出力および最小液体噴射器開放持続時間を満たしつつ最大可能気体燃料量を提供する置換率で動作されてもよい。
【００５１】
上で説明したように、失火監視器は、失火が発生しているシリンダを検出するために調整ルーチンにおいて使用されてもよい。また、失火監視器は、他のエンジン運転イベント中に動作してもよく、一部の例にでは、すべてのエンジン運転イベント中に動作してもよい。図５は、失火監視器を動作させるための方法５００を示すフローチャートである。方法５００は、制御ユニット（コントローラ１１０など）によって、そこに記憶された非一時的な命令に従って実行されてもよい。一部の例において、コントローラ１１０は、多数のノードを含んでもよく、階層構成を有してもよく、マルチスレッド処理を実行することが可能であってもよく、および／または、方法５００の一部がコントローラの第１のレベルによって実行され得る一方で、方法５００の別の部分がコントローラの第２の異なるレベルによって実行され得ることを可能にし得る他の構成を有してもよい。マルチレベル処理についてのさらなる詳細は以下で説明される。方法５００は、半分の次数のまたはより高いねじり振動を単独でまたは組み合わせて検出してもよい。一例において、方法５００は、半分の次数のねじり振動のみを検出してもよい（例えば、エンジンが、４ストロークエンジンの場合）。他の例において、方法５００は、一次ねじり振動を検出してもよい（例えば、エンジンが、２ストロークエンジンの場合）。他のねじり振動次数の検出は、本開示の範囲内である。
【００５２】
５０２において、方法５００は、全エンジンサイクル（例えば、クランクシャフトの２回転）の間にクランクシャフトセンサを通る、クランクシャフトホイールの各歯の通過の間の時間の量（Ｘn）を測定することを含む。一例において、クランクシャフトホイールは、複数の歯を含んでもよく、第１の歯がクランクシャフトセンサを通過する時点と第２の隣の歯がクランクシャフトセンサを通過する時点との間の時間の量が、ホイールの各歯に関して測定されてもよい。一例において、ホイールは、９０の歯を含んでもよく、したがって、約１８０のＸnサンプルが、エンジンサイクルにおいて収集されてもよい。
【００５３】
５０４において、Ｘnの各値が、再帰的ｓｕｍアルゴリズム（Ｇｏｅｒｔｚｅｌ  ｓｕｍなど）に入力される。Ｇｏｅｒｔｚｅｌ  ｓｕｍに関するさらなる詳細は、図６を参照して以下で説明される。簡単に言うと、Ｇｏｅｒｔｚｅｌ  ｓｕｍは、前の２つのＸn項および較正可能係数に基づく、各Ｘnに関する項（Ｓn）を計算する。５０６において、Ｇｏｅｒｔｚｅｌ  ｓｕｍの最後の２つの項ＳNおよびＳN-1が出力され、５０８においてモデルに伝えられ、そこで、それらは、振幅および位相を求めるために使用される。このモデルに関するさらなる詳細は、図７を参照して以下で提示される。簡単に言うと、エンジンサイクル中に収集された複数のＸnサンプルは、信号の振幅および位相を求めるために処理され得る信号を表す。振幅に基づいて、失火が存在するか否かを判定することができ、失火が存在する場合、信号の位相が、どのシリンダで失火が発生しているかを求めるために使用され得る。
【００５４】
したがって、５１０において、方法５００は、振幅が閾値振幅よりも大きいか否かを判定することを含む。閾値振幅は、適切な振幅（失火が発生しているシリンダがないときに前もって決められた振幅など）であってもよい。振幅が、閾値よりも大きい場合、方法５００は、５１２に進み、失火が検出されたことを示す。５１４において、方法５００は随意に、上で計算された信号の位相に基づいて、どのシリンダで失火が発生しているかを求めることを含む。５１６において、１つ以上のエンジン運転パラメータが調節されてもよく、および／または、失火の通知が出力されてもよい。例えば、検出された失火に応じて、液体燃料噴射量が増加されてもよく、燃料噴射タイミングが調節されてもよく、または他のパラメータが調節されてもよい。さらに、通知の出力は、例えば表示灯または診断コードの設定によって、エンジンが取り付けられている車両のオペレータに通知することを含んでもよい。次に、方法５００は戻る。
【００５５】
振幅が、５１０において閾値よりも大きくない場合、方法５００は、５１８に進み、失火が検出されていないことを示し、５２０において現在の運転パラメータを維持する。次に、方法５００は戻る。
【００５６】
このように、方法５００は、燃焼シリンダによって発生するクランクシャフトのねじり振動を分析することによってシリンダの失火を監視する。失火のない運転の間、ねじり振動は比較的小さい。しかしながら、シリンダで失火が発生し、したがって、シリンダが、クランクシャフトのトルクに寄与しない場合、高次ねじり振動が増加し得る。これらは、クランクシャフト速度センサからの出力に基づいて検出され得る。
【００５７】
上で説明したように、失火監視器は、２つの部分を含む。第１の部分では、Ｇｏｅｒｔｚｅｌ  ｓｕｍが、失火監視器の第２の部分に供給される２つの項を出力するために、収集されたクランクシャフトセンサ出力に基づいて計算され、第２の部分では、２つの項が、失火および失火が発生しているシリンダを検出する目的で位相および振幅を計算するために使用される。監視器の各部分は、コントローラの異なるレベルの論理において実行されてもよい。例えば、第１の部分は、下位レベルにおいて実行されてもよく、第２の部分は、高位レベルにおいて実行されてもよい。このことは、異なるノードで２つの部分を実行することまたはマルチスレッドプロセッサの異なるスレッドでこれらを実行することを含んでもよい。
【００５８】
図６〜図７は、上で説明した再帰的Ｇｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムをより詳細に示している。再帰的Ｇｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムは、エンジン運転を測定する目的でエンジンクランクシャフトのねじり振動次数を計算するために既存のクランクシャフト位置センサの歯の時間間隔の変動を使用する。Ｇｏｅｒｔｚｅｌ再帰的ｓｕｍは、コントローラの下位レベルでタイミング歯の通過の間に計算される。１回のエンジンサイクルの後、ｓｕｍの最後の２つの項が、次数の大きさおよび位相（失火が発生している不十分なシリンダを特定するために使用され得る）の計算のために高レベル制御に報告される。４ストロークエンジンにおいて、不十分なまたは失火が発生している単一のシリンダは、半分の次数のねじり振動の増加を示し、失火が発生している多数のシリンダは、一次および高次の増加を示す。
【００５９】
図６の方法６００を最初に参照すると、これは、クランクシャフトセンサ信号に基づいて実行されるサンプル収集および再帰的加算を示している。先に説明したように、エンジンクランクシャフトは、エンジンの正しい角度位置における燃料の噴射を制御するために均等に離間された歯を有するタイミングホイールを有する。各歯の通過は、コントローラによって読み取られる。歯が均等に離間されていても、歯の間の時間（ＤＴ（ｎ））（Ｘnとも呼ばれる）は、個々のシリンダの点火の脈動特性およびクランクシャフトの弾性特性によって発生するクランクシャフトのねじり振動に起因して変動する。すべてのシリンダが同様に点火されるとき、クランクシャフトへのそれらのトルク衝撃はまったく等しく、シリンダ間の位相差は、低い振動次数の値をもたらす。１つのシリンダのトルクが、より低いまたはより高いとき、残りのトルク値は打ち消されず、クランクシャフト振動のより高い次数の値が計算され得る。コントローラの下位部分で個々のタイミング歯の通過の間のＧｏｅｒｔｚｅｌ再帰的ｓｕｍ項を計算することが、より効率的であり得る。
【００６０】
したがって、６０２において、方法６００は、上で説明したように計算されるＸn値（例えば、クランクシャフト速度センサが第１の歯を検出した時点とセンサが第２の歯を検出した時点との間の時間の量（ただし、第２の歯は、第１の歯の直ぐ隣の歯である））を得ることを含む。６０４において、第１の項Ｓnが、Ｘn、Ｓn-1、およびＳn-2に基づいて求められる。Ｓnを求めるために、得られたＸn値は、方程式Ｓn＝Ｘn＋Ｃｏｅｆｆ＊Ｓn-1−Ｓn-2（ただし、ｃｏｅｆｆの値は、計算される次数（例えば、半分の次数、一次数など）に依存し、Ｓｎ−１およびＳｎ−２は、前の２つの計算されたＳｎである）に代入される。Ｓnが計算された後、６０６において、Ｓn-1は、Ｓn-2として設定され、Ｓnは、Ｓn-1として設定され、サンプル計数が、１つインクリメントされる。次に、６０８において、サンプル計数が閾値計数以上であるか否かが判定される。閾値計数は、センサが１回の全エンジンサイクルにおいて検出する歯の数であってもよい（例えば、クランクシャフトの２回転およびしたがってホイールの歯の数の２倍）し、あるいは、ねじり振動次数を求めることを可能にするために収集された十分なデータを示す他の適切な計数であってもよい。ホイールが９０の歯を有する一例において、計数は、１８０であってもよい。計数が、閾値計数よりも大きくない場合、方法６００は、６０２にループバックし、次のＸnに関してＳnが計算される。計数が、閾値計数以上の場合、２つの最後の項ＳnおよびＳn-1が、６１０において出力され、すべての値が、６１２において、次のエンジンサイクルに関して最初からやり直すためにゼロに再設定される。このように、ｓｕｍは、クランクシャフトの２回転の間にすべての歯に対して実行され、次に、振幅が計算される（以下で説明される）。
【００６１】
最後の２つのｓｕｍ項ＳnおよびＳn-1は、コントローラの高レベル論理に報告され、そこで、ねじり振動次数周波数の大きさおよび位相が、そのエンジンサイクルに関して計算される。振幅および／または位相は、エンジンの全体的な燃焼ラフネスの測定または欠陥のある、不十分な、もしくは失火が発生している個々のシリンダの特定のために使用され得る。本明細書の方法は、低レベルの論理において最後の２つのｓｕｍ項を求めることおよびさらなる処理のために高レベルの論理にそれらを報告することに関して説明されているが、他の構成も可能である。例えば、歯データ（例えば、ホイールの各歯の通過の間の時間の量）が、低レベルから高レベルに伝えられてもよく、すべての計算が、高レベルにおいて実行されてもよい。
【００６２】
図７は、方法６００で分析される周波数の振幅および位相を求めるための方法７００を示すフローチャートである。７０２において、方法７００は、コントローラの下位レベル論理からＳNおよびＳN-1を得ることを含む。図６を参照して上で説明したように、ＳNおよびＳN-1は、再帰的Ｇｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムから出力される最後の２つの項である。したがって、ＳNおよびＳN-1は、サンプリングされた信号全体に関する所望の周波数成分（例えば、半分の次数の）を表し、実数および虚数の周波数成分を含む。信号の大きさ（例えば、振幅）および位相は、これらの２つの項から求められてもよい。したがって、７０４において、振幅は、信号電力の測定に基づいて求められる。２つの最後の項は、振幅を計算するために以下の方程式に代入される。
【００６３】
振幅＝（（ＳN＊ｗr−ＳN-1）2＋（ＳN＊ｗi）2）1/2＊２／Ｎ
上記の方程式において、Ｗrは、ｗの実数値（例えば、ｗのコサイン）を表し、ただし、ｗ＝（２π／Ｎ）＊ｋであり、ｋは、サンプルサイズ、ターゲット周波数、およびサンプル周波数に基づく定数である。上記の方程式において、Ｗiは、ｗの虚数値（例えば、ｗのサイン）を表す。
【００６４】
７０６において、位相は、以下の方程式に従って計算されてもよい。
【００６５】
位相＝７２０−ＭＯＤ（ＡＴＡＮ２（ＳN＊ｗr−ＳN-1,ＳN＊ｗi）＊２＋Ｏｆｆ，７２０）
上記の方程式において、ＭＯＤは、モジュロ関数（ｍｏｄｕｌｕｓ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を意味し、ＡＴＡＮ２は、２つの項を有する逆正接関数を意味し、Ｏｆｆは、オフセット（一例においてエンジンサイクルの開始時のエンジン位置に基づき得る）を意味する。上で説明したように、振幅は、失火が存在するか否かを判定するために閾値と比較されてもよい。失火が存在する場合、位相は、どのシリンダで失火が発生しているかを示し得る。一例において、失火が存在しない場合、上で計算される位相は、ゼロと等しくなり得る。失火が存在する場合、エンジンの開始位置に対する位相が、どのシリンダで失火が発生しているかを求めるために使用されてもよい。
【００６６】
一部の例において、燃焼に関するシリンダ間の変動が発生する場合があり、その場合、変動は、より高い１／２次振動の原因となる、圧縮比、リングシール、空気−燃料比、付着物などの変動に起因する。シリンダ間の変動は、噴射器の変動によって発生する変動に加わり、このため、クランクシャフト振動監視器は、変動の原因を識別することが可能ではあり得ないが、改善策は同様である。例えば、液体燃料レベルが、個々のシリンダに関してまたは一般にはエンジン全体に関して増加されてもよい。
【００６７】
噴射器またはシリンダの状態が極めて不適当であることから、エンジンが、さらなる損傷からエンジン自体を保護するために１００％の液体燃料に戻るか、または出力を低下させるか、または遮断される必要がある点が存在し得る。
【００６８】
さらに、ねじり振動クランクシャフト監視器はまた、燃焼品質の漸進的な悪化を検出してもよい。気体燃料の点火が悪化するとき、多シリンダエンジンの個別のシリンダに関しておよびすべてのシリンダ間でサイクル間の出力変動が増加し得る。用語「変動係数」（ＣＯＶ）は、平均出力によって割られるシリンダの出力の標準偏差である。ＣＯＶ値は、監視され、個々のシリンダまたは一般にはエンジン全体に対する燃料持続時間を調節することによって最適化されてもよい。
【００６９】
図１０のグラフ１０００によって示されているように、１／２の次数の反応は、燃焼変動に直接比例する（例えば、線形的に比例する）。さらに、図１１〜図１４によって示されているように、ＣＯＶが大きいほど、１／２の次数の振幅も大きくなる。例えば、図１１のグラフ１１００は、２％のＣＯＶで運転される１２シリンダエンジンの６つのシリンダに関するピークシリンダ圧を示しており、図１２のグラフ１２００は、エンジンが１０％のＣＯＶで運転されるときの６つのシリンダのそれぞれに関するピークシリンダ圧を示している。２％のＣＯＶで運転されるとき、１／２の次数の振幅は、０．０２５に等しく、一方、１０％のＣＯＶで運転されるとき、１／２の次数の振幅は、０．１２０に等しい。図１３〜図１４に見られ得るように、クランクシャフト振動は、エンジンが２％のＣＯＶで運転されるとき（図１４のグラフ１４００によって示されている）に比べて、エンジンが１０％のＣＯＶで運転されるとき（図１３のグラフ１３００によって示されている）、エンジンサイクル（例えば、事例１〜６）間でより高い度合いで変動する。
【００７０】
システムの実施形態は、クランクシャフトに結合された複数のシリンダを有するエンジンと、クランクシャフト速度センサと、コントローラとを備える。コントローラは、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてエンジンの半分の次数のねじり振動を測定し、半分の次数のねじり振動の位相および振幅を求め、振幅が閾値よりも大きい場合に複数のシリンダの少なくとも１つにおける失火を示すように構成される。コントローラは、失火が示された場合に、位相に基づいて複数のシリンダのうちのどのシリンダで失火が発生しているかを求めるようにさらに構成されてもよい。コントローラは、さらにまたはあるいは、失火が示された場合に、失火が発生しているシリンダへの燃料噴射量を増加させるようにさらに構成されてもよい。コントローラは、さらにまたはあるいは、振幅に基づいて複数のシリンダ間の燃焼変動のレベルを求めるように構成されてもよい。
【００７１】
実施形態は、方法であって、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいて、複数のシリンダを有するエンジンの１つ以上のねじり振動次数を測定するステップと、１つ以上のねじり振動次数の位相および振幅を求めるステップと、振幅が閾値よりも大きい場合に複数のシリンダの少なくとも１つにおける失火を示すステップとを含む方法に関する。方法は、失火が示された場合に、位相に基づいて複数のシリンダのうちのどのシリンダで失火が発生しているかを求めるステップをさらに含んでもよい。方法は、さらにまたはあるいは、失火が示された場合に、失火が発生しているシリンダへの燃料噴射量を増加させるステップを含んでもよい。方法は、さらにまたはあるいは、振幅に基づいて複数のシリンダ間の燃焼変動のレベルを求めるステップを含んでもよい。一例において、１つ以上のねじり振動次数は、半分の次数のねじり振動を含んでもよい。
【００７２】
実施形態は、少なくとも第１の燃料および第２の燃料を受け入れることが可能な、複数のシリンダを有するエンジンと、複数のシリンダに第１の燃料を噴射する複数の燃料噴射器と、コントローラとを備えるシステムに関する。コントローラは、調整モードで運転するときに、第１の燃料および第２の燃料の両方でエンジンを運転し、複数の噴射器のそれぞれのための、燃焼を維持する最小開放持続時間を求め、第２の燃料モードで運転するときに、燃焼を開始させるためにその求められた最小開放持続時間で各噴射器を開放するように構成される。複数の噴射器のそれぞれのための最小開放持続時間は、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてシリンダの失火を求める失火監視器に基づいて求められてもよい。システムは、さらにまたはあるいは、液体燃料である第１の燃料および気体燃料である第２の燃料を含んでもよく、コントローラは、さらにまたはあるいは、第２の燃料モード時に各シリンダに気体燃料−空気混合気を供給するように構成されてもよい。システムは、さらにまたはあるいは、特定のエンジン速度および／または負荷で実行される調整モードならびに特定のエンジン速度および／または負荷でのエンジン運転を含む第２の燃料モードを含んでもよい。システムは、さらにまたはあるいは、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてエンジンのクランクシャフトの半分の次数のねじり振動を求めることによって失火監視器を用いてシリンダの失火を求めるように構成されるコントローラを含んでもよい。
【００７３】
実施形態は、少なくとも第１の燃料および第２の燃料を受け入れることが可能な、複数のシリンダを有するエンジンと、複数のシリンダに第１の燃料を噴射する複数の燃料噴射器と、コントローラとを含むシステムのための方法に関する。方法は、調整モードで運転するときに、第１の燃料および第２の燃料の両方でエンジンを運転するステップと、複数の噴射器のそれぞれのための、燃焼を維持する最小開放持続時間を求めるステップと、第２の燃料モードで運転するときに、燃焼を開始させるためにその求められた最小開放持続時間で各噴射器を開放するステップとを含む。複数の噴射器のそれぞれのための最小開放持続時間は、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてシリンダの失火を求める失火監視器に基づいて求められてもよい。方法は、さらにまたはあるいは、第１の燃料が液体燃料であることおよび第２の燃料が気体燃料であることならびに第２の燃料モード時に各シリンダに気体燃料−空気混合気を供給するステップを含んでもよい。方法は、さらにまたはあるいは、調整モードが特定のエンジン速度および／または負荷で実行されることならびに第２の燃料モードが特定のエンジン速度および／または負荷でのエンジン運転を含むことを含んでもよい。方法は、さらにまたはあるいは、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてエンジンのクランクシャフトの半分の次数のねじり振動を求めることによって失火監視器を用いてシリンダの失火を求めるステップを含んでもよい。
【００７４】
実施形態は、クランクシャフトに結合された複数のシリンダを有するエンジンと、クランクシャフト速度センサと、コントローラとを備えるシステムに関する。コントローラは、クランクシャフト速度センサからの信号に基づいてエンジンの半分の次数のねじり振動を測定し、測定された半分の次数のねじり振動に基づいて複数のシリンダの変動係数（ＣＯＶ）を求め、ＣＯＶに基づいて複数のシリンダの１つ以上に対する燃料持続時間を調節するように構成される。ＣＯＶは、平均出力によって割られる複数のシリンダの出力の標準偏差を含んでもよい。
【００７５】
本明細書で使用される場合、単数形で記載される、語「一つの（ａ）」または「一つの（ａｎ）」の後に続く要素またはステップは、前記要素またはステップの複数形を排除していないものとして理解されるべきである（ただし、このような排除が明示的に述べられている場合を除く）。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載されている特徴を同様に含むさらなる実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。さらに、別段の明示的な規定がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さないさらなるそのような要素を含んでもよい。用語「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その場合に（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「その場合に（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な同義語として使用されている。さらに、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、標識として使用されているに過ぎず、その対象に数的要件または特定の位置秩序を課すためのものではない。
【００７６】
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００７７】
１００  車両システム
１０２  レール
１０４  エンジン
１０６  車両
１１０  コントローラ
１１２  車輪
１１４  吸気通路
１１６  排気通路
１２０  ターボチャージャ
１２２  発電機
１２４  トラクションモータ
１２６  抵抗グリッド
１３０  排気再循環システム
１３２  ＥＧＲ通路
１３４  ＥＧＲ冷却器
１５０  冷却システム
１５２  ラジエータ
１５４  ファン
１５６  タンク
１６０  空気フィルタ
２００  シリンダ
２０１  シリンダヘッド
２０３  シリンダブロック
２０４  燃焼室壁
２０６  ピストン
２０８  クランクシャフト
２０９  クランクシャフト速度センサ
２１０  吸気ランナ
２１２  排気ランナ
２１４  吸気ポペット弁
２１６  排気ポペット弁
２１８、２２０  アクチュエータ
２２２、２２４  弁位置センサ
２２６  燃料噴射器
２２８  冷却スリーブ
２３０  温度センサ
２３２  燃料タンク
３００  エンジンシステム
３０２  吸気マニホールド
３０４  第１の通路
３０６  第２の通路
３０８  第３の通路
３１０ａ、３１０ｂ  排気マニホールド
３１２  スロットル
３１４  後処理装置
３１６  気体燃料タンク
３１８  エンジン冷媒システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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