專利名稱：控制內(nèi)燃機(jī)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1和11的前序部分的控制內(nèi)燃機(jī)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
這種內(nèi)燃機(jī)的一種類型稱為HCCI(均質(zhì)充氣壓燃)發(fā)動(dòng)機(jī)，其可以被當(dāng)作奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的組合體。在HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中，在燃燒室中壓縮燃料和空氣的均勻混合物，直到出現(xiàn)燃料混合物的自燃。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是它們產(chǎn)生氧化氮(NOX)和灰粒的低排放量，而同時(shí)具有高效率。傳統(tǒng)上不使用HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)原因很大程度上在于很難將燃料混合物的自燃控制到正確的曲軸轉(zhuǎn)角。
已知在實(shí)驗(yàn)室條件中控制燃料混合物白燃的兩種不同的氣門控制策略。第一種策略在燃燒室排空來(lái)自在前的燃燒過(guò)程中的排氣之前必須關(guān)閉排氣門，并比平常更遲打開進(jìn)氣門。這種所謂的負(fù)重疊導(dǎo)致可變量的排氣留在燃燒室中，以用于隨后的燃燒過(guò)程。留在燃燒室的熱排氣升高了下一個(gè)燃燒過(guò)程的燃料混合物的溫度。因此適宜量的留下的排氣能給燃料混合物一個(gè)初始溫度，以便它在基本上最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角下自燃。
第二策略包含控制進(jìn)氣門的關(guān)閉。能夠通過(guò)改變進(jìn)氣門關(guān)閉的曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)改變氣缸中的壓縮比。進(jìn)氣門關(guān)閉越遲，壓縮燃料混合物所需的活塞移動(dòng)越短。通過(guò)改變進(jìn)氣門的關(guān)閉，因此改變氣缸內(nèi)的有效壓縮比，能夠使燃料混合物的自燃出現(xiàn)在基本上最優(yōu)的曲軸轉(zhuǎn)角處。
這種氣門控制策略的困難在于它們使氣門不得不在燃燒過(guò)程的基本上每個(gè)周期之間得到快速和準(zhǔn)確的控制，從而即使需要在不同運(yùn)行點(diǎn)之間快速變換時(shí)，也能使HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中的自燃出現(xiàn)在基本上最優(yōu)的曲軸轉(zhuǎn)角處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種即使需要在不同運(yùn)行點(diǎn)之間快速轉(zhuǎn)換時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)自燃的功能控制的裝置和方法。
該目的通過(guò)在前言中提及的那種裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其由權(quán)利要求1的特征部分表示的特征來(lái)表征。有利地，使用例如圖表形式的存儲(chǔ)裝置，該圖表包含了一個(gè)或多個(gè)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)和曲軸轉(zhuǎn)角的相關(guān)值之間的相互關(guān)系；曲軸轉(zhuǎn)角的相關(guān)值為如果自燃將發(fā)生在期望的曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，進(jìn)氣門和/或排氣門不得不開啟或關(guān)閉時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角。關(guān)于與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的當(dāng)前值的這種存儲(chǔ)圖表和信息能用于提供關(guān)于接近每個(gè)燃燒過(guò)程時(shí)需要進(jìn)行氣門調(diào)節(jié)的曲軸轉(zhuǎn)角的相關(guān)值的信息。因此即使當(dāng)需要在不同運(yùn)行點(diǎn)之間快速變換時(shí)，也能提供內(nèi)燃機(jī)的快速可調(diào)的控制。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述存儲(chǔ)裝置適于存儲(chǔ)當(dāng)曲軸在預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)所述曲軸轉(zhuǎn)角和與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的值。所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置需要接近出現(xiàn)自燃的曲軸轉(zhuǎn)角處，但在自燃開始之前處于精心選擇的距離處。有利地，所述曲軸的預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置在它到達(dá)某個(gè)旋轉(zhuǎn)位置前8°到12°的范圍內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)位置相應(yīng)于燃料混合物基本上出現(xiàn)自燃的活塞的上止點(diǎn)位置。在該范圍內(nèi)，可能提供預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)角，其接近自燃但遠(yuǎn)離自燃過(guò)程的開始有一個(gè)明顯的距離。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述參數(shù)估計(jì)裝置包括適于檢測(cè)作為與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是非常適用于全文的相關(guān)參數(shù)。由于內(nèi)燃機(jī)通常已經(jīng)包含檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的現(xiàn)有裝置，因此也容易估計(jì)該參數(shù)。所述參數(shù)估計(jì)裝置優(yōu)選地包括至少一個(gè)單元，其適于計(jì)算或估計(jì)作為與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的點(diǎn)火延遲，點(diǎn)火延遲是從曲軸在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)角時(shí)到自燃的時(shí)間。但是，對(duì)該與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的估計(jì)或計(jì)算涉及多個(gè)其它與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的信息，例如當(dāng)曲軸在預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置處時(shí)燃燒室的壓力和溫度。為此，裝置可能包含適于檢測(cè)當(dāng)曲軸在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)燃燒室當(dāng)前壓力的傳感器，和適于計(jì)算當(dāng)曲軸在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)燃燒室當(dāng)前溫度的計(jì)算單元。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，裝置包括適于檢測(cè)實(shí)際燃料混合物自燃的開始的檢測(cè)裝置。燃燒過(guò)程的開始可以例如由前述的壓力傳感器檢測(cè)，其基本上連續(xù)地檢測(cè)燃燒室的壓力。在這種情況下，當(dāng)檢測(cè)到燃燒過(guò)程引起的壓力上升時(shí)，基本上能直接檢測(cè)燃燒過(guò)程的開始。另一種選擇，例如檢測(cè)已經(jīng)消耗一半燃料時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角。其后，基于例如為拉姆達(dá)λ的關(guān)于參數(shù)的信息，能計(jì)算燃燒過(guò)程的開始。裝置可能包含適于比較自燃的實(shí)際曲軸轉(zhuǎn)角和自燃的期望值的反饋裝置，在這種情況下，控制單元適于基于該比較來(lái)控制下一個(gè)燃燒過(guò)程的自燃。知道這種差額，可以進(jìn)行下一個(gè)燃燒過(guò)程的調(diào)節(jié)，以便降低控制誤差等的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，控制單元適于在第一負(fù)荷范圍內(nèi)啟動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)角下的排氣門關(guān)閉和曲軸轉(zhuǎn)角下的進(jìn)氣門開啟，如此可以給燃燒室供給或留下可變量的熱排氣，以便下一個(gè)燃燒過(guò)程的自燃基本上出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角處。該策略用于比理想燃燒混合物稀薄的混合物。有利地，控制單元適于在第二負(fù)荷范圍內(nèi)啟動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)角的進(jìn)氣門關(guān)閉，如此可以改變?nèi)紵业挠行嚎s比。該策略用于比理想燃料混合物濃度更高的混合物。使用這兩種互相靠近的策略，使得可以在連續(xù)相當(dāng)大的負(fù)荷范圍內(nèi)提供對(duì)內(nèi)燃機(jī)的控制。
本發(fā)明的目的也通過(guò)在前言提及的那種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法由權(quán)利要求11特征部分表示的特征來(lái)表征。存儲(chǔ)作為至少一種與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的函數(shù)的所述曲軸轉(zhuǎn)角的相關(guān)值，可在每個(gè)內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程的周期中容易地提供需要進(jìn)行氣門調(diào)節(jié)的曲軸轉(zhuǎn)角的相關(guān)值。因此可以提供一種快速適于普遍環(huán)境的控制，以便基本上總是在曲軸位于基本上最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角度時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的自燃。


以下根據(jù)參照附圖的示例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的具有該裝置的內(nèi)燃機(jī)；圖2描述了根據(jù)第一策略的內(nèi)燃機(jī)的氣門調(diào)節(jié)；圖3描述了根據(jù)第二策略的內(nèi)燃機(jī)的氣門調(diào)節(jié)；圖4描述了確定用于進(jìn)氣門關(guān)閉的曲軸轉(zhuǎn)角的第一圖表；圖5描述了確定用于進(jìn)氣門關(guān)閉的曲軸轉(zhuǎn)角的第二圖表；圖6描述了確定排氣門和進(jìn)氣門之間的負(fù)重疊的第三圖表；圖7描述了用于在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角下調(diào)節(jié)排氣門和進(jìn)氣門的裝置的控制回路的第一實(shí)施例；
圖8描述了用于在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角下調(diào)節(jié)排氣門和進(jìn)氣門的裝置的控制回路的第二實(shí)施例；和圖9描述了用于在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角下調(diào)節(jié)排氣門和進(jìn)氣門的裝置的控制回路的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了控制四沖程內(nèi)燃機(jī)1的裝置，在該發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料和空氣的均勻混合物被壓縮，直到在壓縮期間產(chǎn)生的熱量引起混合物自燃。這種內(nèi)燃機(jī)通常稱為HCCI(均質(zhì)充氣壓燃)發(fā)動(dòng)機(jī)。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)可以當(dāng)作奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的組合體。這里發(fā)動(dòng)機(jī)1被描述為具有一個(gè)氣缸2，但是當(dāng)然基本上可以具有任何期望數(shù)量的這種氣缸2。發(fā)動(dòng)機(jī)1包含燃燒室3，其由可移動(dòng)活塞4在氣缸2中向下限制。該活塞通過(guò)連桿6連接到曲軸5上?；钊?在氣缸2中的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸5的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)活塞4在氣缸2中向下移動(dòng)并且打開進(jìn)氣門8時(shí)，空氣通過(guò)進(jìn)氣管路7吸入擴(kuò)展的燃燒室3。同時(shí)燃料泵9通過(guò)噴油嘴10將燃料噴入燃燒室3。進(jìn)氣門8在當(dāng)活塞4于最低位置改變方向時(shí)的期間通常是關(guān)閉的。活塞4隨后的向上移動(dòng)引起燃燒室3中的燃料混合物壓縮。燃料混合物經(jīng)受與壓縮度有關(guān)的溫度上升?；旧袭?dāng)活塞4通過(guò)氣缸2中的最高位置的期間，燃料混合物應(yīng)當(dāng)達(dá)到出現(xiàn)燃料混合物自燃的溫度。在燃燒過(guò)程中，強(qiáng)大的膨脹出現(xiàn)在燃燒室3中，將活塞4向下推。當(dāng)活塞4通過(guò)最低位置時(shí)，打開排氣門11。然后活塞4隨后的向上移動(dòng)通過(guò)排氣門11將燃燒過(guò)程中形成的排氣推入排氣管路12中。
該裝置包含了用于排氣再循環(huán)的回流管路13，回流管路從排氣管路12延伸到進(jìn)氣管路7。回流管路13包含了閥14和冷卻器15。該裝置也包含了適于檢測(cè)燃燒室3內(nèi)壓力的壓力傳感器16，和適于計(jì)算燃燒室3內(nèi)溫度的計(jì)算單元17。傳感器18適于檢測(cè)曲軸5的旋轉(zhuǎn)位置。傳感器18例如可以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的位置。傳感器19適于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速。該裝置包含示意性示出的用于控制進(jìn)氣門8的開閉的液壓系統(tǒng)20a，和示意性示出的用于控制排氣門11開閉的液壓系統(tǒng)20b。在這種情況下，可不管曲軸的旋轉(zhuǎn)位置如何，進(jìn)行進(jìn)氣門8和排氣門11的開閉。該裝置包括控制單元21，其適于將發(fā)動(dòng)機(jī)1控制成使燃料混合物的自燃出現(xiàn)在基本上最優(yōu)的曲軸轉(zhuǎn)角處。控制單元21連接到壓力傳感器16、計(jì)算單元17、傳感器18和傳感器19上。控制元件21適于將控制信號(hào)送到液壓系統(tǒng)20a、b，以使進(jìn)氣門8和排氣門11的開閉出現(xiàn)在期望的曲軸轉(zhuǎn)角處?？刂茊卧?1可以是具有存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)支持件21a上的軟件的計(jì)算機(jī)單元。
圖2用實(shí)線描述了在進(jìn)氣門8和排氣門11的常規(guī)控制的情況下進(jìn)氣門的升程8a和排氣門的升程11a，其為曲軸轉(zhuǎn)角cad(曲軸轉(zhuǎn)角度數(shù))的函數(shù)。在這種情況下，進(jìn)氣門開啟ivo基本上發(fā)生在這里將曲軸轉(zhuǎn)角指定為0°的活塞4的最高位置。同樣在這種情況下，進(jìn)氣門關(guān)閉ivc發(fā)生在活塞恰好通過(guò)曲軸轉(zhuǎn)角為180°的最低位置之后。排氣門開啟evo基本上發(fā)生在曲軸轉(zhuǎn)角大約為500°處，排氣門關(guān)閉evc基本上發(fā)生在曲軸轉(zhuǎn)角720°的活塞的最高位置。由于發(fā)動(dòng)機(jī)1是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作周期包含曲軸720°的旋轉(zhuǎn)。因此從工作周期觀點(diǎn)看曲軸轉(zhuǎn)角0°和720°相等。在常規(guī)氣門控制下，排氣門關(guān)閉evc和進(jìn)氣門開啟ivo基本上同時(shí)發(fā)生或有某些重疊，以確保燃燒過(guò)程后燃燒室排空排氣。應(yīng)當(dāng)發(fā)生燃燒混合物的自燃SOCbr(燃燒的開始)的最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角接近曲軸轉(zhuǎn)角360°的活塞4的最高位置。供應(yīng)基本上恰好在曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)下自燃的燃料混合物的困難是傳統(tǒng)基本上仍然不使用的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的附帶原因。
將燃料混合物的自燃控制到最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角SOCbr處的第一策略I是在活塞4到達(dá)它的最高位置720°前關(guān)閉排氣門11，并在活塞4通過(guò)它的最高位置0°之后開啟進(jìn)氣門8。這種氣門的上升包含在圖2中由虛線表示的早的排氣門關(guān)閉evc’和遲的進(jìn)氣門開啟ivo’。早的排氣門關(guān)閉evc’和遲的進(jìn)氣門開啟ivo’導(dǎo)致所謂的在曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的負(fù)重疊，其中進(jìn)氣門8和排氣門11都是關(guān)閉的。在這種情形下，排氣門11在720°之前的曲軸轉(zhuǎn)角范圍a內(nèi)關(guān)閉，進(jìn)氣門在0°之后的曲軸轉(zhuǎn)角范圍b內(nèi)關(guān)閉。產(chǎn)生的負(fù)重疊將是曲軸轉(zhuǎn)角范圍a和b的集合。早的排氣門關(guān)閉evc’導(dǎo)致了燃燒室3沒(méi)完全排空排氣，使得一定數(shù)量的排氣留在燃燒室3中。晚的進(jìn)氣門8的開啟，意味著留下的排氣壓力將降低到當(dāng)進(jìn)氣門8開啟時(shí)排氣不能通過(guò)進(jìn)氣門8流出的水平。因此負(fù)重疊導(dǎo)致來(lái)自燃燒過(guò)程的熱排氣留在燃燒室中，直到隨后的燃燒過(guò)程。因此熱排氣加熱燃料混合物，以便它提早自燃。能夠應(yīng)用進(jìn)氣門8和排氣門11適當(dāng)?shù)目刂疲箍勺兞康呐艢饬粼谌紵?中，以便下個(gè)燃燒過(guò)程的自燃出現(xiàn)在基本上最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角SOCbr處。
用于不同負(fù)荷的將燃料混合物自燃控制到基本上最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角SOCbr處的第二策略II，是提供遲的進(jìn)氣門關(guān)閉ivc’。圖3用實(shí)線描述了進(jìn)氣門8和排氣門11的常規(guī)上升的情況下進(jìn)氣門升程8a和排氣門升程11a，其為曲軸轉(zhuǎn)角cad(曲軸轉(zhuǎn)角度數(shù))的函數(shù)。導(dǎo)致遲的進(jìn)氣門關(guān)閉ivc’的氣門上升由虛線表示。在其它方面，根據(jù)策略II的氣門上升以常規(guī)的方式根據(jù)實(shí)線發(fā)生。在遲的曲軸轉(zhuǎn)角ivc’處關(guān)閉進(jìn)氣門減少了壓縮燃料混合物的所需的活塞移動(dòng)，并導(dǎo)致了在氣缸2中有效壓縮比的降低。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1具有與燃料和空氣的完全理想組合物相應(yīng)的負(fù)荷時(shí)，壓縮熱量引起的燃料混合物自燃位于最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角SOCbr處。在發(fā)動(dòng)機(jī)1具有比理想負(fù)荷更低的負(fù)荷和比理想燃料混合物更稀薄的混合物的情況下，壓縮熱量不可能引起自燃。在這種情況下，能將策略I應(yīng)用于供給適當(dāng)數(shù)量的熱排氣以提高燃料混合物的溫度，以便自燃出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角SOCbr處。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1具有比理想負(fù)荷更高的負(fù)荷和比理想燃料混合物濃度更高的混合物時(shí)，壓縮熱量引起的自燃出現(xiàn)得太早。在這種情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)亟档蜌飧?中的有效壓縮比應(yīng)用策略II，以延遲自燃，以使它出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角SOCbr處。策略I和策略II因此可適用于分離的但是互相相鄰的負(fù)荷范圍。將策略I用于比理想燃料混合物稀薄的混合物和將策略II用于比理想燃料混合物濃度更高的混合物，使在連續(xù)相對(duì)大的負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)自燃成為可能。
點(diǎn)火延遲τ，即到自燃開始SOC的時(shí)間，可以由以下等式表示τ＝A*P-k*eB/T[1]其中A，k，B為正的恒量，P是燃燒室的主要壓力，以及T是燃燒室中的主要溫度。
如果壓力P和溫度T在點(diǎn)火延遲τ期間和在氣缸的壓縮期間改變，點(diǎn)火延遲τ由以下等式估計(jì)∫tIVCtIVC+tSOC1τ(s)ds=1---[2]]]>其中tIVC為進(jìn)氣門關(guān)閉的時(shí)間點(diǎn)，和tIVC+tSOC是燃料混合物白燃的基礎(chǔ)的時(shí)間點(diǎn)。
等式[2]中的積分僅僅在燃燒室3中的燃料混合物的后部分壓縮期間顯著增加。因此由等式[1]推算的點(diǎn)火延遲τ更與根據(jù)等式[2]的點(diǎn)火延遲τ相關(guān)，其中該等式[1]基于相對(duì)接近最高位置360°的曲軸轉(zhuǎn)角處的燃燒室中壓力P和溫度T來(lái)推算。因此在這種狀況下采用的選項(xiàng)來(lái)測(cè)量在350°的預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角下的燃燒室3的壓力P和計(jì)算燃燒室3的溫度T，即在最高位置前10°。結(jié)果是一個(gè)預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)角，其足夠接近最高位置同時(shí)明顯地在燃燒過(guò)程開始SOC之前。
為了能夠計(jì)算點(diǎn)火延遲τ，假定例如內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣壓力、排氣壓力、進(jìn)氣溫度、燃燒時(shí)間和拉姆達(dá)λ的參數(shù)為恒量。相反的，將氣門8、11的調(diào)節(jié)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n當(dāng)作變量。因此，可能采用關(guān)于預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角下的壓力P的信息建立圖表，其示出了燃燒室的壓力P是用于氣門調(diào)節(jié)的曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。也可能建立相應(yīng)的第二圖表，其示出燃燒室溫度T是用于氣門調(diào)節(jié)的曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。根據(jù)這兩個(gè)圖表，可能采用等式[1]計(jì)算點(diǎn)火延遲τ，其為用于氣門調(diào)節(jié)的曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。在這種情況下，因此確定旋轉(zhuǎn)角度為350°，即最高位置前10°。在此點(diǎn)火延遲指定為τt010，并且用時(shí)間表示。點(diǎn)火延遲τt010的值存儲(chǔ)在τt010圖表中，其中用于氣門調(diào)節(jié)的曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n也構(gòu)成了獨(dú)立的變量。點(diǎn)火延遲τt010能從時(shí)間轉(zhuǎn)換為曲軸轉(zhuǎn)角。以曲軸轉(zhuǎn)角表示的點(diǎn)火延遲這里用τc010表示，并且以相應(yīng)的方式存儲(chǔ)在τc010圖表中。
圖4描述了包含三維坐標(biāo)系的τt010圖表22的示例。τt010圖表具有以毫秒為單位表示點(diǎn)火延遲的第一軸23，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的第二軸24，和表示進(jìn)氣門的關(guān)閉ivc的曲軸轉(zhuǎn)角的第三軸25。τt010圖表22包含了表示所述參數(shù)相互關(guān)系的表面26。τt010圖表22適于使根據(jù)策略II控制內(nèi)燃機(jī)1變得可能。應(yīng)當(dāng)注意，表面26具有像拋物線的形狀。像拋物線的表面26的底部限定了從策略II到策略I的過(guò)渡中的ivc的值。τt010圖表22存儲(chǔ)在控制單元21的存儲(chǔ)單元22a中。
圖5描述了包含三維坐標(biāo)系的τc010圖表27的示例。其具有以毫秒為單位表示點(diǎn)火延遲的第一軸28，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的第二軸29，和表示用于進(jìn)氣門的關(guān)閉ivc的曲軸轉(zhuǎn)角的第三軸30。τc010圖表27包含了表示所述參數(shù)相互關(guān)系的表面31。τc010圖表27適于根據(jù)策略II確定進(jìn)氣門關(guān)閉ivc。τc010圖表27存儲(chǔ)在控制單元21的存儲(chǔ)單元27a中。
圖6描述了τt010圖表32的示例。τt010圖表32包含三維坐標(biāo)系，具有以毫秒為單位表示點(diǎn)火延遲τt010的第一軸33，表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的第二軸34，和表示負(fù)重疊(即排氣門關(guān)閉evc和進(jìn)氣門開啟ivo之間的差額)的值的第三軸35。τt010圖表包含了表示所述參數(shù)相互關(guān)系的表面36。τt010圖表適于根據(jù)策略I提供HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)1的控制。相應(yīng)的圖表當(dāng)然可以用曲軸轉(zhuǎn)角表示點(diǎn)火延遲τ，并將其指定為τc010圖表，其中第三軸表示負(fù)重疊的值。τt010圖表32存儲(chǔ)在控制單元21的存儲(chǔ)單元32a中。
圖7描述了控制內(nèi)燃機(jī)1的裝置的控制回路。在內(nèi)燃機(jī)1的運(yùn)行期間，控制單元21接收來(lái)自壓力傳感器16關(guān)于燃燒室3的壓力P的信息。由于燃燒室中的壓力P在燃料自燃時(shí)增大，控制單元21可能估計(jì)實(shí)際的燃燒過(guò)程的開始SOCr。在第一求和單元37中接收表示估計(jì)的燃燒過(guò)程開始SOCr的信號(hào)和表示期望的燃燒過(guò)程開始SOCbr的信號(hào)，借此確定SOCr和SOCbr之間的差額。來(lái)自第一求和單元37的表示所述差額的信號(hào)進(jìn)入PI調(diào)節(jié)器38，以進(jìn)一步處理。該裝置還包括重新計(jì)算SOCbr的計(jì)算單元39，以便將后者SOCbr表示為相應(yīng)的τc010值。其后該τc010值在第二求和單元40中修正，第二求和單元給它加入來(lái)自PI調(diào)節(jié)器38的基于控制誤差的調(diào)節(jié)。
因此第二求和單元40發(fā)出表示修正過(guò)的τc010值的信號(hào)給用于不同策略I、II的兩個(gè)τc010圖表27、27′。關(guān)于點(diǎn)火延遲τc010和發(fā)動(dòng)機(jī)速度n的信息能用于確定各個(gè)τc010圖表27、27′中的氣門調(diào)節(jié)。如果接收的τc010值足夠低，τc010圖表27′根據(jù)策略I提供用于必需負(fù)重疊的值，同時(shí)τc010圖表27提供常規(guī)進(jìn)氣門關(guān)閉ivc。如果接收的τc010值足夠高，τc010圖表27根據(jù)策略II提供必需的進(jìn)氣門關(guān)閉值ivc，同時(shí)τc010圖表27′提供常規(guī)排氣門關(guān)閉evc和進(jìn)氣門開啟ivo。
圖8描述了用于控制HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置的替換控制回路。在內(nèi)燃機(jī)1運(yùn)行期間，控制單元21接收來(lái)自壓力傳感器16關(guān)于燃燒室3的壓力P的信息?？墒牵ǔ：茈y足夠準(zhǔn)確地直接檢測(cè)燃燒過(guò)程開始SOCr。通常更容易基于壓力P很準(zhǔn)確確定例如已經(jīng)消耗一半燃料時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角。這里將此曲軸轉(zhuǎn)角指定為CA50。在這種情況下，第一求和單元37接收在最后的燃燒過(guò)程中表示應(yīng)當(dāng)已經(jīng)消耗一半數(shù)量的燃料時(shí)的曲軸旋轉(zhuǎn)角度的信號(hào)CA50br，和表示已經(jīng)消耗一半數(shù)量的燃料的信號(hào)CA50r。第一求和單元37確定CA50r和CA50br之間的差額。表示所述差額的信號(hào)進(jìn)入PI調(diào)節(jié)器38。在這種情況下裝置具有進(jìn)一步的計(jì)算單元41，其適于將CA50br轉(zhuǎn)換為SOCbr值。熟知的是，例如拉姆達(dá)λ和燃料燃燒率mfb(燃燒質(zhì)量百分比)的參數(shù)能夠用于確定燃燒持續(xù)時(shí)間，并因此計(jì)算實(shí)際燃燒過(guò)程開始SOCr。SOCr的計(jì)算值隨后在計(jì)算單元39中轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的τc010值。該τc010值在第二求和單元40中由來(lái)自PI調(diào)節(jié)器38的基于控制誤差的調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)來(lái)修正。于是第二求和單元40發(fā)出表示修正過(guò)的τc010值的信號(hào)給圖7中所用的兩個(gè)相應(yīng)的τc010圖表27、27′。
圖9描述了用于控制HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置的另一個(gè)替換控制回路。在該示例中，第一求和單元37接收在最后的燃燒過(guò)程中表示應(yīng)當(dāng)已經(jīng)消耗一半數(shù)量的燃料時(shí)的信號(hào)CA50br，和表示已經(jīng)消耗一半數(shù)量的燃料的信號(hào)CA50r。第一求和單元37確定CA50r和CA50br之間的差額。表示所述差額的信號(hào)進(jìn)入PI調(diào)節(jié)器38。計(jì)算單元41基于關(guān)于參數(shù)λ和mfb的信息將CAbr轉(zhuǎn)換為SOCbr值。SOCbr的計(jì)算值隨后在計(jì)算單元39中轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的τc10值。該τc10值在第二求和單元40中由來(lái)自PI調(diào)節(jié)器38的基于控制誤差的調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)修正。于是第二求和單元40發(fā)出一個(gè)表示修正過(guò)的τc10值的信號(hào)。該修正τc10值在計(jì)算單元42中轉(zhuǎn)換為τt10值，由此點(diǎn)火延遲τ以時(shí)間表示，而不是用旋轉(zhuǎn)角度表示。
圖4、5和6中的圖表22、27、32是基于表示進(jìn)氣壓力、排氣壓力、進(jìn)氣溫度、燃燒時(shí)間和拉姆達(dá)λ的參數(shù)的恒定值的模擬的。因此圖表僅用于當(dāng)以上提及的參數(shù)基本上為恒量時(shí)，非常精確地確定氣門調(diào)節(jié)。但是，可能要補(bǔ)償輸入值，以便圖表變得通用，由此以上所述的參數(shù)，進(jìn)氣壓力、排氣壓力、進(jìn)氣溫度、燃燒時(shí)間和拉姆達(dá)λ可以假定為可變值?？墒?，這種情況涉及更高級(jí)的計(jì)算操作。這種計(jì)算操作在計(jì)算單元43中完成。于是計(jì)算單元43發(fā)出表示補(bǔ)償過(guò)的計(jì)算值τt010給兩個(gè)τt010圖表32、32′。關(guān)于點(diǎn)火延遲τt010和發(fā)動(dòng)機(jī)速度n的信息能用于確定各個(gè)τt010圖表32、32′中的氣門調(diào)節(jié)。τt010圖表32能用于根據(jù)策略I確定用于負(fù)重疊的必需值，并且τt010圖表32′能用于根據(jù)策略II確定進(jìn)氣門關(guān)閉值ivc。
以上所描述的所有過(guò)程的步驟和任何期望的步驟順序，當(dāng)然能由直接裝載于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序控制，而且計(jì)算機(jī)程序包括了當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序時(shí)控制必需的步驟的適宜的軟件。此外，即使本發(fā)明參照附圖的實(shí)施例由計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序軟件控制，本發(fā)明也擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)程序，特別是這種存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)支持件上適于執(zhí)行本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序。程序可以是源代碼、目標(biāo)代碼或構(gòu)成在源代碼和目標(biāo)代碼之間水平的代碼，例如部分編譯形式或其它任何適于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法使用的期望的形式。數(shù)據(jù)支持件可以是任何期望的能夠存儲(chǔ)程序的實(shí)體或裝置。例如，數(shù)據(jù)支持件可以包含存儲(chǔ)介質(zhì)，如ROM(只讀存儲(chǔ)器)、PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPROM(可擦PROM)、閃存或EEPROM(電EPROM)。而且，數(shù)據(jù)支持可以采用可傳輸支持件的形式，例如能夠通過(guò)電纜或光纜或無(wú)線電或某種其它方式傳輸?shù)碾娦盘?hào)或光信號(hào)。當(dāng)程序包含在信號(hào)中，信號(hào)能夠直接通過(guò)線纜或其它設(shè)備或裝置引導(dǎo)時(shí)，數(shù)據(jù)支持件可以采用這種線纜、設(shè)備或裝置的形式。作為另一種選擇，數(shù)據(jù)支持件可以是存儲(chǔ)程序的集成電路，由此集成電路適于執(zhí)行相關(guān)程序，或在相關(guān)程序的執(zhí)行中使用。
本發(fā)明絕不局限于附圖中的所示實(shí)施例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)自由改變。內(nèi)燃機(jī)不需要為HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)，可以是在均勻燃料混合物壓縮中自燃的任何期望的內(nèi)燃機(jī)。附圖描述了具有一個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī)1，但是氣缸的數(shù)量當(dāng)然可以改變，這種氣門、噴射裝置等包含的部件數(shù)量也可以改變。
權(quán)利要求
1.一種控制內(nèi)燃機(jī)的裝置，所述內(nèi)燃機(jī)(1)包括燃燒室(3)、適于壓縮燃燒室(3)中的燃料混合物以使燃料混合物自燃的可移動(dòng)的活塞(4)、由活塞(4)的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的曲軸(5)、燃燒室(3)的至少一個(gè)進(jìn)氣門(8)、和燃燒室(3)的至少一個(gè)排氣門(11)，所述裝置包括一個(gè)控制單元(21)，所述控制單元適于啟動(dòng)在曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，evc)下的至少一個(gè)進(jìn)氣門(8)和/或至少一個(gè)排氣門(11)的關(guān)閉和/或開啟，以使燃料混合物的自燃出現(xiàn)在曲軸(5)基本上處于期望的曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)處，其特征在于所述裝置包括存儲(chǔ)裝置(22a，27a，32a)、和用于估計(jì)在內(nèi)燃機(jī)(1)運(yùn)行期間與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)值的參數(shù)估計(jì)裝置(19，37-43)，所述存儲(chǔ)裝置適于存儲(chǔ)作為至少一個(gè)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的函數(shù)的所述曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，evc)的相關(guān)值，控制單元(21)適于采用與所述與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的估計(jì)的當(dāng)前值相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，evc)的存儲(chǔ)值，來(lái)啟動(dòng)所述進(jìn)氣門(8)和/或排氣門(11)的關(guān)閉和/或開啟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述存儲(chǔ)裝置(22a，27a，32a)適于存儲(chǔ)當(dāng)曲軸(5)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度時(shí)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于曲軸(5)的所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度在它到達(dá)某個(gè)旋轉(zhuǎn)位置之前8°至12°的范圍內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)位置相應(yīng)于活塞(4)的上止點(diǎn)位置，燃料混合物的自燃基本上出現(xiàn)在所述上止點(diǎn)位置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述參數(shù)估計(jì)裝置包括傳感器(19)，其適于檢測(cè)作為所述與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速(n)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述參數(shù)估計(jì)裝置包含至少一個(gè)適于估計(jì)作為所述與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的點(diǎn)火延遲(τt10，τt010)的單元(37-43)，點(diǎn)火延遲(τt10，τt010)是從曲軸(5)位于所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度時(shí)到自燃的時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述裝置包括適于檢測(cè)當(dāng)曲軸(5)在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)燃燒室的當(dāng)前壓力(P)的傳感器(16)，和適于計(jì)算當(dāng)曲軸(5)在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)燃燒室的當(dāng)前溫度(T)的計(jì)算單元(17)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述裝置包括適于檢測(cè)實(shí)際燃料混合物自燃開始(SOCr)的檢測(cè)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述裝置包含反饋裝置(37，38，40)，該反饋裝置適于比較自燃的實(shí)際曲軸轉(zhuǎn)角(SOCr)和自燃的期望值(SOCbr)，由此控制單元(21)適于基于所述比較來(lái)控制下個(gè)燃燒過(guò)程的自燃。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述控制單元(21)適于在第一負(fù)荷范圍啟動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)角下的排氣門關(guān)閉(evc)和曲軸轉(zhuǎn)角下的進(jìn)氣門開啟(ivo)，如此可以給燃燒室(3)供給或留下可變量的熱排氣，以便下個(gè)燃燒過(guò)程的自燃基本上出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)處。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述控制單元(21)適于在第二負(fù)荷范圍內(nèi)啟動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)角下的進(jìn)氣門關(guān)閉(ivc)，如此可以改變?nèi)紵?3)中的有效壓縮比，以便下一個(gè)燃燒過(guò)程的自燃基本上出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)處。
11.一種控制內(nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)(1)包括燃燒室(3)、適于壓縮燃燒室(3)中的燃料混合物以使燃料混合物自燃的可移動(dòng)的活塞(4)、由活塞(4)的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的曲軸(5)、燃燒室(3)的至少一個(gè)進(jìn)氣門(8)、和至少一個(gè)燃燒室(3)的排氣門(11)，所述方法包括啟動(dòng)在曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，evc)下的至少一個(gè)進(jìn)氣門(8)和/或至少一個(gè)排氣門(11)的關(guān)閉和/或開啟的步驟，以使燃料混合物的自燃出現(xiàn)在曲軸(5)基本上處于期望的曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)處，其特征在于，包括以下步驟存儲(chǔ)作為至少一個(gè)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的函數(shù)的所述曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，evc)的相關(guān)值；估計(jì)在內(nèi)燃機(jī)(1)運(yùn)行期間與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)值(n，τ)；和用所述與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的估計(jì)的當(dāng)前值相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，evc)的存儲(chǔ)值來(lái)啟動(dòng)所述進(jìn)氣門(8)和/或排氣門(11)的關(guān)閉和/或開啟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于包括存儲(chǔ)當(dāng)曲軸(5)在預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度時(shí)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的值的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于曲軸(5)的所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度在它到達(dá)某個(gè)旋轉(zhuǎn)位置之前8°至12°的范圍內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)位置相應(yīng)于活塞(4)的上止點(diǎn)位置，燃料混合物的自燃基本上出現(xiàn)在所述上止點(diǎn)位置。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于檢測(cè)作為所述與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速(n)的步驟。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括估計(jì)作為所述與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)的點(diǎn)火延遲(τt10，τt010)的步驟，點(diǎn)火延(τt10，τt010)是從曲軸(5)位于所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)角度時(shí)到自燃的時(shí)間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于包括檢測(cè)當(dāng)曲軸(5)在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)燃燒室(3)內(nèi)的當(dāng)前壓力(P)，和計(jì)算當(dāng)曲軸(5)在所述預(yù)定旋轉(zhuǎn)位置時(shí)燃燒室(3)內(nèi)的當(dāng)前溫度(T)的步驟。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括檢測(cè)實(shí)際燃料混合物自燃開始(SOCr)的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于包括比較自燃的實(shí)際曲軸轉(zhuǎn)角(SOCr)和自燃的期望值(SOCbr)的步驟，和基于所述比較來(lái)控制下個(gè)燃燒過(guò)程的自燃的步驟。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求11-18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括在第一負(fù)荷范圍內(nèi)啟動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)角下的排氣門關(guān)閉(evc)和曲軸轉(zhuǎn)角下的進(jìn)氣門開啟(ivo)的步驟，如此可以給燃燒室(3)供給或留下可變量的熱排氣，以便下個(gè)燃燒過(guò)程的自燃基本上出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)處。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求11-19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括在第二負(fù)荷范圍內(nèi)啟動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)角下的進(jìn)氣門關(guān)閉(ivc)的步驟，如此可以改變?nèi)紵?3)中的有效壓縮比，以便下個(gè)燃燒過(guò)程的自燃基本上出現(xiàn)在最優(yōu)曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbr)處。
21.一種可直接裝載于計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)程序，包含當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行該程序時(shí)，控制根據(jù)權(quán)利要求11-20中任一項(xiàng)所述的方法的軟件。
22.一種存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(9a)，適于使計(jì)算機(jī)控制根據(jù)權(quán)利要求11-20中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置和方法。該裝置包括適于在曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，eve)下啟動(dòng)進(jìn)氣門(8)和/或排氣門(11)的關(guān)閉和/或打開的控制單元，以便當(dāng)曲軸(5)處于理想的曲軸轉(zhuǎn)角(SOCbβr)時(shí)出現(xiàn)燃料混合物的自燃。該裝置包含適于存儲(chǔ)所述曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，eve)的相關(guān)值作為至少一個(gè)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的函數(shù)的圖表(22，27，32)，和在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間估計(jì)與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的裝置(19，37－43)。控制單元(21)適于采用存儲(chǔ)的曲軸轉(zhuǎn)角(ivc，ivo，eve)值來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門(8)和/或排氣門(11)，該曲軸轉(zhuǎn)角相應(yīng)于與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)(n，τ)的估計(jì)的當(dāng)前值。
文檔編號(hào)F02D43/04GK101044306SQ200580035833
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者弗雷德里克·阿格雷爾 申請(qǐng)人:斯堪尼亞有限公司