專利名稱：均質進氣壓縮點火發(fā)動機以及該發(fā)動機的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種均質進氣壓縮點火發(fā)動機(HCCI發(fā)動機)。在本發(fā) 明的HCCI發(fā)動機中，燃燒模式可在均質進氣壓縮點火燃燒(HCCI燃 燒)和火花點火燃燒(SI燃燒)之間切換。
背景技術：
近些年，均質進氣壓縮點火(HCCI)發(fā)動機已引起關注，并且在 這種發(fā)動機上已經進行了各種研究。HCCI發(fā)動機可獲得卓越的燃料經 濟性和熱效率以及低排放。在某些HCCI發(fā)動機中，在進氣行程期間， 燃料直接噴射到燃燒室中。換言之，僅將空氣從進氣通道吸入到燃燒室， 燃料與空氣在燃燒室中首次混合。但是，在大多數(shù)的HCCI發(fā)動機中， 燃料與空氣在進氣通道中混合從而產生空氣一燃料混合物。這些空氣一 燃料混合物從進氣通道供給至燃燒室。
在發(fā)動機處于壓縮行程時，隨著活塞上升，容納在燃燒室內的空氣 —燃料混合物的溫度升高，壓力增大，以致該混合物自發(fā)點火。在使 HCCI發(fā)動機實用方面需要克服的障礙是，使得均質進氣壓縮點火 (HCCI)燃燒能夠穩(wěn)定受控的發(fā)動機的運行范圍仍然很窄。為了克服 該障礙，存在一種趨勢，即在通常使用的運行范圍相對較窄的固定發(fā)動 機中，例如用于GHP (燃氣熱泵)的燃氣發(fā)動機，執(zhí)行HCCI燃燒。
在HCCI發(fā)動機的實際操作中，頻繁使用的是發(fā)動機低轉速范圍、 中等轉速范圍、低負載范圍和中等負載范圍。已經提出，根據(jù)發(fā)動機的 運行狀態(tài)，將燃燒模式在HCCI燃燒范圍和火花點火(SI)燃燒范圍之 間切換?；鸹c火(SI)燃燒在高轉速范圍、極低負載范圍和高負載范 圍中執(zhí)行。
例如，日本專利特開No. 2003-106184 ( JP 2003-106184 A)公開了 一種結構，其中，當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時，節(jié) 氣門關閉以便將空燃比恢復到化學計量空燃比。而后，增大排氣門的提 升量以降低內部廢氣再循環(huán)(EGR)的量。換言之，當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時，首先將節(jié)氣門關閉。這會導致進氣不足或 力矩較低，并使燃燒困難。因此，這會導致發(fā)動機扭矩出現(xiàn)波動或扭矩 發(fā)生劇烈變化。
日本專利特開No. 2004-150383 ( JP 2004-150383 A)公開了 一種結 構，其中，燃燒模式首先從HCCI燃燒切換至分層火花點火燃燒，而后 切換到火花點火燃燒。因此，在燃燒室中，缸內噴射器是必不可少的。 當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時，在分層火花點火燃燒 狀態(tài)下，逐漸增大燃料噴射量.當空氣一燃料混合物的空燃比降低至預 定值時，提前燃料噴射正時，并減小節(jié)氣門的開度。相應地，燃燒模式 切換至化學計量狀態(tài)下的正?；鸹c火燃燒。換言之，在增大節(jié)氣門開 度后，燃燒模式從分層火花點火燃燒切換至化學計量狀態(tài)下的正常火花 點火燃燒。這樣，如果減小節(jié)氣門開度，則扭矩會發(fā)生劇烈變化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是，當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時， 抑制HCCI發(fā)動機的扭矩發(fā)生劇烈變化。
本發(fā)明的一個方面提供了一種均質進氣壓縮點火(HCCI)發(fā)動機， 該HCCI發(fā)動機允許燃燒模式在HCCI燃燒和火花點火燃燒之間切換。該 HCCI發(fā)動機包括燃燒室、進氣門和排氣門?？勺冞M氣門W^J改變進氣提 升量，即進氣門的提升量。在HCCI燃燒中進氣提升量設定為第一進氣提 升量，并且在火花點火燃燒中進氣提升量設定為第二進氣提升量?？勺兣?氣門^)改變排氣提升量，即排氣門的提升量。在HCCI燃燒中排氣提升 量設定為第 一排氣提升量，并且在火花點火燃燒中排氣提升量設定為第二 排氣提升量。控制器控制該可變進氣門機構和該可變排氣門機構。控制器 設定內部EGR的量，它包括HCCI燃燒時保留在燃燒室中的燃燒氣體量 和通過排氣口再次抽回到燃燒室的燃燒氣體量。控制器設定負的氣門重疊 期，在這期間，進氣門和排氣門均被關閉，以致并非所有燃燒氣體都排出 燃燒室.當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時，在進氣提升量 從第一進氣提升量切換至第二進氣提升量之前，控制器執(zhí)行如下操作a) 和b):
a):將排氣提升量從第一排氣提升量切換至第二排氣提升量，同 時確保內部EGR的量；和b ):在將排氣提升量從第一排氣提升量切換至第二排氣提升量后， 延遲排氣門的關閉正時，以減少內部EGR的量。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將通過結合附圖進行的如下說明變得清 楚，該說明以示例的方式示出了本發(fā)明的原理。


本發(fā)明的認為具有新穎性的特征具有所附權利要求中的特性。通過 參照結合附圖對當前優(yōu)選實施例的如下描述，可最好地了解本發(fā)明及其 目的和優(yōu)點，附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的HCCI發(fā)動機的框圖2的曲線圖示出了發(fā)動機負栽和發(fā)動機速度之間的關系，并示出 了圖1中的HCCI發(fā)動機在HCCI燃燒和在火花點火燃燒中的運行范 圍；
圖3的正時圖示出了當圖1所示的HCCI發(fā)動機的燃燒模式從 HCCI燃燒切換成火花點火燃燒時的(a)節(jié)氣門開度、(b)最大排氣 提升量、(c)最大進氣提升量、(d)內部EGR的量，和(e)扭矩波動；
圖4A的正時圖示出了在圖3所示的時間點t0處，處于HCCI燃燒 中的進氣提升量和排氣提升量；
圖4B的正時圖示出了在時間點tl處，在排氣提升量從圖4A所示 的狀態(tài)增大的狀態(tài)下的進氣提升量和排氣提升量；
圖5A的正時圖示出了在時間點t2處，在排氣門正時從圖4B所示 的狀態(tài)延遲的狀態(tài)下的進氣提升量和排氣提升量；和
圖5B的正時圖示出了在時間點t4處，在火花點火燃燒中，在進氣 提升量從圖5A所示的狀態(tài)增大的狀態(tài)下的進氣提升量和排氣提升量。
具體實施例方式
圖1至圖5B示出了本發(fā)明的一個實施例。圖l示出了根據(jù)一個實 施例的HCCI發(fā)動機1。
如圖1所示，HCCI發(fā)動機1具有燃燒室10、進氣通道llp、進氣 門llv、排氣門12v、排氣通道12p和活塞20。進氣通道llp連接至燃燒室10。根據(jù)諸如發(fā)動機負載和發(fā)動機轉數(shù)的運行條件，在HCCI燃 燒和火花點火燃燒之間切換HCCI發(fā)動機1的操作狀態(tài)。ECU (電子控 制單元)5是切換HCC1發(fā)動機1的操作狀態(tài)的控制器。結果，按照需 要，燃燒模式在減少燃料消耗的HCCI燃燒和增加輸出功率的火花點火 燃燒之間切換。
混合部分4設置在進氣通道lip上.燃料從燃料箱(未示出)通過 燃料供給通道2p供給至混合部分4，以使空氣和燃料在該混合部分4 中混合。汽油或諸如城市煤氣或液化石油氣的氣體燃料可用作燃料。混 合部分4是化油器。如果將氣體用作燃料，則混合部分4可以是混合器。
節(jié)氣門3設置在混合部分4和燃燒室10之間的進氣通道llp上。 燃料閥2v設置在燃料供給通道2p上。燃料閥2v起到燃料供給裝置的 作用。ECU5控制燃料閥2v、節(jié)氣門3、進氣門llv、火花塞60c和排 氣門12v的操作?；鸹ㄈ?0c是在火花點火燃燒時使用的點火部分。當 燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒以穩(wěn)定燃燒時，可使用火花 塞60c。 ECU5分別通過控制電纜5a至5e來控制燃料閥2v、節(jié)氣門3、 進氣門llv、火花塞60c和排氣門12v。
ECU 5控制燃料閥2v的開度，從而控制供給至進氣通道llp的燃 料供給量。
節(jié)氣門3具有軸3c、葉片3v和步進馬達(未示出)。葉片3v圍繞 軸3c旋轉。ECU5控制步進馬達，繼而控制葉片3v的開度，即節(jié)氣門 開度TA。結果，控制了至燃燒室10的進氣供應量。
可變進氣門機構lla通過進氣凸輪llc來控制進氣門llv的提升量 和開/關正時。在該實施例中，進氣門llv的提升量代表進氣門的特性。 最大進氣提升量IL表示進氣門llv的最大提升量?？勺兣艢忾T機構12a 控制排氣門12v的提升量和開/關正時。在該實施例中，排氣門12v的 提升量代表排氣門的特性。最大排氣提升量EL表示排氣門12v的最大 提升量.
ECU 5控制可變進氣門機構lla和可變排氣門機構12a。可變進氣 門機構lla和可變排氣門機構12a是可變氣門機構，其根據(jù)HCCI發(fā)動 機l的運行條件來改變氣門特性，例如進氣門llv和排氣門12v的提升 量和氣門開/關正時。如日本專利特開No. 5-106411和No. 10畫18826( JP 5-106411 A和JP 10-18826 A)所公開的那樣，進氣凸輪llc在低升程凸輪和高升程凸輪 之間切換。當設定第一進氣提升量IL1時，ECU5使用低升程凸輪，當 設定第二進氣提升量IL2時，ECU5使用高升程凸輪。在HCCI燃燒中 最大進氣提升量IL設定為第一進氣提升量IL1，并且在火花點火燃燒 中最大進氣提升量IL設定為第二進氣提升量IL2。第一進氣提升量IL1 小于第二進氣提升量IL2。根據(jù)HCCI發(fā)動機1的運行條件，ECU5在 低升程凸輪和高升程凸輪之間切換進氣凸輪llc。結果，改變了最大進 氣提升量IL。
同樣，排氣凸輪12c在低升程凸輪和高升程凸輪之間切換。當設定 第一排氣提升量EL1時，ECU5使用低升程凸輪，當設定第二排氣提 升量EL2時，ECU5使用高升程凸輪。在HCCI燃燒中最大排氣提升 量設定為第一排氣提升量EL1，并且在火花點火燃燒中最大排氣提升量 設定為第二排氣提升量EL2。第一排氣提升量EL1小于第二排氣提升 量EL2。
進氣凸輪llc設置在進氣凸輪軸(未示出)上。燃燒室10中產生的 動力經由HCCI發(fā)動機1的曲軸傳送至進氣凸輪軸，以旋轉進氣凸輪 llc。進氣凸輪傳動裝置(未示出)設置在進氣凸輪軸端部。該進氣凸 輪傳動裝置將曲軸的驅動力傳送至進氣凸輪軸。ECU 5根據(jù)公知的方法 來控制進氣凸輪傳動裝置和進氣凸輪軸之間的相位差。同樣，排氣凸輪 12c設置在排氣凸輪軸(未示出)上.燃燒室10中產生的動力也傳送至 排氣凸輪軸以旋轉排氣凸輪12c。排氣凸輪傳動裝置(未示出)設置在 排氣凸輪軸端部。排氣凸輪傳動裝置將曲軸的驅動力傳送至排氣凸輪 軸。ECU5根據(jù)公知的方法來控制排氣凸輪傳動裝置和排氣凸輪軸之間 的相位差。
ECU 5控制可變進氣門機構lla和可變排氣門機構12a，以{更在 HCCI燃燒期間提供負的氣門重疊期。結果，產生了內部EGR氣體， 并執(zhí)行了HCCI燃燒。負的氣門重疊期是這樣一個時期，在此期間，當 活塞位于排氣上止點TDC附近時，排氣門12v和進氣門llv均被關閉。 排氣上止點TDC是發(fā)動機的排氣行程結束時的上止點。ECU 5在先于 排氣上止點TDC的正時關閉排氣門12v。由于部分燃燒氣體保留在燃 燒室10中，因此，產生內部EGR氣體。內部EGR量Qegr代表保留在燃燒室10中而沒有從燃燒室IO排出的燃燒氣體以及臨時從燃燒室10 排出然后當排氣門12v隨后打開時通過排氣門12v從排氣通道12p回到 燃燒室10的燃燒氣體的總和。內部EGR氣體保持在燃燒室10中直到 下一個燃燒循環(huán)。具有高溫的內部EGR氣體與重新供給至燃燒室10 的空氣一燃料混合物混合.這提高了燃燒室10中的溫度。因此，空氣 —燃料混合物在HCCI燃燒期間的可燃性得到改進。ECU 5控制負的氣 門重疊期的時長，從而在某種程度上控制了 HCCI燃燒的點火正時。
圖2示出了 HCCI發(fā)動機1的HCCI燃燒和火花點火燃燒中每一種 燃燒的運行范圍。圖2所示的曲線圖包括表示發(fā)動機負栽的縱軸和表示 發(fā)動機轉速的橫軸?；鸹c火燃燒范圍包圍HCCI燃燒范圍。圖2所示 的箭頭表示從HCCI燃燒到火花點火燃燒的多種切換方式。圖3至圖5 所示的切換模式是圖2所示的多種燃燒模式切換方式的示例。
圖3至圖5B示出了根據(jù)本實施例的從HCCI燃燒到火花點火燃燒 的切換方式。
圖3的縱軸示出了
(a) 節(jié)氣門開度TA;
(b) 最大排氣提升量EL;
(c) 最大進氣提升量IL;
(d) 燃燒室10中的內部EGR量Qegr;以及
(e) HCCI發(fā)動機的扭矩T。
圖3的橫軸表示燃燒循環(huán)數(shù)。圖3示出了
(A) HCCI燃燒的穩(wěn)定運轉期；
(B) 從HCCI燃燒至火花點火燃燒的切換期；以及
(C )火花點火燃燒(SI燃燒)的穩(wěn)定運轉期。
ECU 5控制節(jié)氣門的開度TA、最大排氣提升量EL和最大進氣提 升量IL,從而控制了內部EGR量Qegr和扭矩T。
圖4A、 4B、 5A和5B示出當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點 火燃燒時的進氣提升量和排氣提升量。圖4A示出HCCI燃燒穩(wěn)定運轉 時的第一進氣提升量和第一排氣提升量。即，圖4A示出在圖3所示的時間點t0處的進氣門llv的進氣凸輪輪廓和排氣門12v的排氣凸輪輪 廓。圖5B示出火花點火燃燒穩(wěn)定運轉時的第二進氣提升量和第二排氣 提升量。即，圖5B示出圖3所示的時間點t4處的進氣門llv的進氣凸 輪輪廓和排氣門12v的排氣凸輪輪廓。圖4A至圖5B中的橫軸示出了 曲柄角。圖4A至圖5B中的縱軸示出了進氣提升量和排氣提升量。
如圖3 (a)所示，節(jié)氣門開度TA在HCCI燃燒時的時間點tO處 設定為第一節(jié)氣門開度TA1，并在火花點火燃燒時的時間點t4處設為 第二節(jié)氣門開度TA2。第一節(jié)氣門開度TA1大于第二節(jié)氣門開度TA2。
在本實施例中，第一節(jié)氣門開度TA1設定為節(jié)氣門3的全開狀態(tài)。 在進氣通道llp內相對于節(jié)氣門3的上游部分和下游部分之間產生壓 差。在進氣通道llp內相對于節(jié)氣門3的下游部分中產生進氣負壓.進 氣通道llp內相對于節(jié)氣門3的上游部分為大氣壓。第一節(jié)氣門開度 TA1優(yōu)選地設定為節(jié)氣門3的全開狀態(tài)，從而通過將進氣負壓設定為接 近大氣壓，而減小了泵送損耗。第二節(jié)氣門開度TA2為根據(jù)HCCI發(fā) 動機l的運轉范圍火花點火燃燒所必需的節(jié)氣門開度。
圖4A中的實線表示第一進氣提升量IL1和第一排氣提升量EL1。 圖4A中的虛線表示第二進氣提升量IL2和第二排氣提升量EL2。即， 在圖4A至圖5B中，虛線表示比較示例。
ECU 5在時間點tl處將最大排氣提升量EL從第 一排氣提升量ELI 切換至第二排氣提升量EL2。圖4B示出了切換排氣門12v后即刻的即 時狀態(tài)，或時間點tl后的即時狀態(tài)。換言之，圖4B示出了最大排氣提 升量EL從虛線表示的第 一排氣提升量EL1轉換至實線表示的第二排氣 提升量EL2后的即時狀態(tài)。可變排氣門機構12a將排氣凸輪12c從低 升程凸輪切換至高升程凸輪，以切換排氣門12v。因此，增大了最大排 氣提升量EL，并增長了排氣門的氣門開啟持續(xù)時間。排氣門的氣門開 啟持續(xù)時間的增長改變了排氣門的開/關正時。換言之，與排氣門12v 的關詢正時相同的排氣關閉正時ETcls略有延遲。
ECU 5在時間點tl處設定排氣關閉正時ETcls,以致維持HCCI燃 燒而不會執(zhí)行火花點火，并且確保了內部EGR的量。如圖4B所示， 排氣關閉正時設定在排氣上止點TDC前。當排氣關閉正時ETcls延遲 時，排氣關閉正時ETcls接近排氣上止點TDC。ECU 5在時間點t3處將最大進氣提升量IL從第一進氣提升量IL1 切換至笫二進氣提升量IL2。換言之，ECU 5在時間點tl處切換排氣門 12v，以維持在時間點t3處切換進氣門llv之前的存在內部EGR氣體 的狀態(tài)。即，當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時，ECU 5 切換排氣門12v，同時在切換進氣門llv之前確保內部EGR氣體。
由于在時間點tl和時間點t2之間排氣關閉正時ETcls略有延遲， 因此，如圖3(d)所示，內部EGR的量Qegr在時間點tl和時間點t2 之間減少。在時間點t2處，節(jié)氣門開度TA仍然等于全開的第一節(jié)氣門 開度TA1。內部EGR的量Qegr減少意味著從進氣通道llp至燃燒室 IO的進氣量增多。但是，由于ECU 5將最大排氣提升量EL從第一排 氣提升量EL1切換至第二排氣提升量EL2，從而確保了內部EGR的量 Qegr，所以進氣量的波動是適度的。因此，HCCI發(fā)動機1的扭矩T少 量增加，但是，防止了扭矩T大大增加。這抑制了 HCCI發(fā)動機1的扭 矩T出現(xiàn)劇烈改變。
圖3 (e)中的虛線示出了比較示例的扭矩曲線。根據(jù)該比較示例， 例如，當最大進氣提升量IL從第一進氣提升量IL1切換至第二進氣提 升量IL2時，與此同時，最大排氣提升量EL從第一排氣提升量EL1 切換至第二排氣提升量EL2。在比較示例的情況下，由于不存在內部 EGR氣體，因此進氣量發(fā)生劇烈變化，且扭矩T顯著增大。換言之， 根據(jù)比較示例，在燃燒模式從HCCI燃燒切換成火花點火燃燒前后，吸 入燃燒室10的進氣量發(fā)生劇烈變化。根據(jù)本實施例，當燃燒模式從 HCCI燃燒切換成火花點火燃燒時，與節(jié)氣門開度TA首先變得較小的 情況相比，扭矩T的波動是適度的。
在時間點t2后，ECU 5延遲排氣關閉正時ETcls以減少內部EGR 的量Qegr,如圖3 ( d )所示。相應地，ECU 5控制排氣關閉正時ETcls， 從而控制到達燃燒室10的進氣量。在本實施例中，到達燃燒室10的進 氣指的是混合部分4中產生的空氣一燃料混合物。圖5A示出了時間點 t2和t3之間的狀態(tài)。圖5A中的排氣關閉正時ETcls自圖4B中的排氣 關閉正時ERcls延遲。因此，ECU5延遲了排氣關閉正時ETcls,以逐 漸減少內部EGR的量Qegr。結果，抑制了到達燃燒室10的進氣量發(fā) 生突然變化。這抑制了如圖3 (e)中實線所示的扭矩T出現(xiàn)劇烈的變 化。在時間點t2和時間點t3之間的期間，ECU 5延遲排氣關閉正時 ETcls，以便如圖3 (d)所示減少內部EGR的量Qegr,并如圖3(a) 所示減少節(jié)氣門開度TA。圖3(d)所示的內部EGR的量Qegr的減少 意味著到達燃燒室10的進氣量的增多。另一方面，圖3(a)所示的節(jié) 氣門開度TA的減小意味著到達燃燒室10的進氣量的減少。因此，在 時間點t2和時間點t3之間的期間，減小節(jié)氣門開度TA和減少內部EGR 的量Qegr的同時操作進一步抑制了達到燃燒室10的進氣量的劇烈波 動。換言之，燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒，同時進一步 抑制了扭矩T發(fā)生劇烈變化。
在時間點t3處，節(jié)氣門開度TA減小至第二節(jié)氣門開度TA2。根據(jù) HCCI發(fā)動機1的運轉范圍，防止HCCI燃燒難于進行的所需內部EGR 的量Qegr被稱作臨界EGR量Qegr0。 HCCI燃燒難于進行的狀態(tài)指的 是，內部EGR的量Qegr減少以致HCCI發(fā)動機l的氣釭中的溫度并 未充分升高且HCCI燃燒中的空氣一燃料混合物的可燃性顯著惡化的 狀態(tài)。在本實施例中，時間點t3處的內部EGR的量Qegr大于臨界EGR 量QegrO。因此，ECU5在時間點t3處將最大進氣提升量IL從第一進 氣提升量IL1切換至第二進氣提升量IL2。
如果在節(jié)氣門開度TA減小至第二節(jié)氣門開度TA2時所得到的內部 EGR的量Qegr將小于臨界EGR量QegrO，則ECU 5在內部EGR的 量Qegr大于臨界EGR量Qegr0時將最大進氣提升量IL從第一進氣提 升量IL1切換至第二進氣提升量IL2。換言之，ECU 5可在時間點t3 前將最大進氣提升量IL從第一進氣提升量IL1切換至第二進氣提升量 IL2。如果在節(jié)氣門開度TA減小至第二節(jié)氣門開度TA2之前HCCI燃 燒將難于進行，則ECU 5在HCCI燃燒將難于進行的時間點之前將最 大進氣提升量IL從第一進氣提升量IL1切換至第二進氣提升量IL2。
在時間點t3處，ECU 5將最大進氣提升量IL從第 一進氣提升量IL1 切換至第二進氣提升量IL2。換言之，可變進氣門機構lla將進氣凸輪 llc從低升程凸輪切換至高升程凸輪。因此，最大進氣提升量IL從圖 5A所示的第 一進氣提升量IL1切換至圖5B所示的第二進氣提升量IL2。 即，最大進氣提升量IL增大且進氣門的氣門開啟持續(xù)時間增長。如圖 5B所示，進氣門llv的開啟正時從TDC提前，罔為開啟進氣門llv之 后才稍微開始燃燒室10的進氣操作。當內部EGR的量Qegr在時間點t4處為零時，ECU 5通過火花塞 60c開始火花點火的穩(wěn)定操作。由于從第一進氣提升量IL1至笫二進氣 提升量IL2的切換，到達燃燒室10的進氣量將增多。但是，由于節(jié)氣 門開度TA已減小至第二節(jié)氣門開度，因此進氣量的波動并不大。所以， 扭矩T的波動被抑制為較小。相應地，ECU 5將燃燒模式從HCCI燃 燒切換至火花點火燃燒。
本實施例具有如下優(yōu)點。
(1) 當燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒時，在最大進 氣提升量IL從第一進氣提升量IL1切換至第二進氣提升量IL2之前， ECU 5執(zhí)行如下操作a)和b ):
a) :將最大排氣提升量EL從第一排氣提升量ELI切換至第二排 氣提升量EL2，同時確保內部EGR的量Qegr;并且
b ):在最大排氣提升量EL從第一排氣提升量ELI切換至第二排 氣提升量EL2后，延遲排氣關閉正時ETcls，以減少內部EGR的量 Qegr。
因此，在最大排氣提升量EL從第一排氣提升量ELI切換至第二排 氣提升量EL2后的即刻，確保了內部EGR的量Qegr。這抑制了在最 大排氣提升量EL從第一排氣提升量ELI切換至第二排氣提升量EL2 的前后之間的時期從進氣通道lip至燃燒室10的進氣量發(fā)生劇烈變化。 此外，在切換最大排氣提升量EL后，ECU5延遲排氣關閉正時ETcls， 以減少內部EGR的量Qegr。相應地，隨著進氣量逐漸改變，燃燒模式 切換至火花點火燃燒。換言之，當延遲了排氣關閉正時ETcls時，防止 進氣量的跟隨變化能力的惡化。這抑制了燃燒模式從HCCI燃燒切換至 火花點火燃燒時進氣量發(fā)生劇烈變化。相應地，抑制了扭矩T發(fā)生劇烈 變化。此外，防止了 HCCI發(fā)動機1的提前點火或過大的燃燒噪音。
(2) 在切換至第二排氣提升量EL2后，ECU 5:
b) :延遲排氣關閉正時ETcls，且同時減小節(jié)氣門開度TA。換言 之，在時間點t2至時間點t3期間，由于節(jié)氣門開度TA的減小，導致 進氣量減少，與此同時，由于內部EGR的量Qegr的減少，導致進氣 量增多。相應地，燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒，同時 在時間點t2至時間點t3期間逐漸改變了進氣量.(3 )可變進氣門機構lla將進氣凸輪lie從低升程凸輪切換至高升 程凸輪?？勺兣艢忾T機構12a將排氣凸輪12c從低升程凸輪切換至高升 程凸輪。因此，不像復雜的電磁驅動型可變氣門機構，每個可變進氣門 機構lla和可變排氣門機構12a均具有簡單的結構。
(4 )在內部EGR氣體開始減少后，ECU 5在早于以下兩個正時之 一的正時處切換進氣門llv， 一個正時是節(jié)氣門開度TA減小至火花點 火燃燒所需開度的正時，另一個正時是HCCI燃燒變得難于進行的時間 點前的正時。結果，ECU 5將燃燒模式從HCCI燃燒可靠地切換至火花 點火燃燒。根據(jù)本實施例，即使HCCI發(fā)動機1未設有缸內噴射器，也 可以將燃燒模式從HCCI燃燒可靠地切換至火花點火燃燒。
可對本實施例進行如下修改.
可通過電磁驅動機構切換進氣門特性，例如進氣門llv的氣門提升 量和氣門開/關正時。同樣，可通過電磁驅動機構切換排氣門特性EL， 例如排氣門12v的氣門提升量和氣門開/關正時。
第一節(jié)氣門開度TA1可小于節(jié)氣門3的全開狀態(tài)。
可變進氣門機構lla可具有獨立的用于改變最大進氣提升量IL的 機構和用于改變氣門開/關正時的機構。同樣，可變排氣門機構12a可 具有獨立的用于改變最大排氣提升量EL的機構和用于改變氣門開/關 正時的機構。
當最大排氣提升量EL從第一排氣提升量EL1切換至第二排氣提升 量EL2時，可能減小內部EGR氣體，且HCCI發(fā)動機1的可燃性可能 惡化。在這種情況下，火花塞60c可輔助點燃發(fā)動機。不管可變進氣門 機構lla和可變排氣門機構12a的操作如何，ECU5均能夠控制火花點 火。
在時間點t2后，ECU 5可利用火花塞60c以輔助的方式點燃發(fā)動機， 從而穩(wěn)定HCCI發(fā)動機1的燃燒，同時減少內部EGR的量Qegr。
權利要求
1. 一種均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)，其中所述均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)允許燃燒模式在均質進氣壓縮點火燃燒和火花點火燃燒之間切換，所述均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)包括燃燒室(10)；進氣門(11v)；排氣門(12v)；可變進氣門機構(11a)，其用于改變進氣提升量(IL)，所述進氣提升量(IL)是所述進氣門(11v)的提升量，其中在所述均質進氣壓縮點火燃燒中所述進氣提升量設定為第一進氣提升量(IL1)，并且在所述火花點火燃燒中所述進氣提升量設定為第二進氣提升量(IL2)；可變排氣門機構(12a)，其用于改變排氣提升量(EL)，所述排氣提升量(EL)是所述排氣門(12v)的提升量，其中在所述均質進氣壓縮點火燃燒中所述排氣提升量設定為第一排氣提升量(EL1)，并且在所述火花點火燃燒中所述排氣提升量設定為第二排氣提升量(EL2)；和控制器(5)，其用于控制所述可變進氣門機構(11a)和所述可變排氣門機構(12a)；其中，所述均質進氣壓縮點火發(fā)動機的特征在于，所述控制器(5)通過設定負的氣門重疊期來設定內部EGR的量(Qegr)使得并非所有燃燒氣體從所述燃燒室(10)排出，所述內部EGR的量(Qegr)包括所述均質進氣壓縮點火燃燒時保留在所述燃燒室(10)中的燃燒氣體量，在所述負的氣門重疊期中，所述進氣門(11v)和所述排氣門(12v)均被關閉，并且當所述燃燒模式從所述均質進氣壓縮點火燃燒切換至所述火花點火燃燒時，在所述進氣提升量從所述第一進氣提升量(IL1)切換至所述第二進氣提升量(IL2)之前(t3)，所述控制器(5)執(zhí)行如下操作a)和b)，a)將所述排氣提升量從所述第一排氣提升量(EL1)切換至所述第二排氣提升量(EL2)(t1)，同時確保所述內部EGR的量(Qegr)；和b)在將所述排氣提升量從所述第一排氣提升量(EL1)切換至所述第二排氣提升量(EL2)后，延遲所述排氣門(12v)的關閉正時(ETcls)(t2至t3)，以減少所述內部EGR的量(Qegr)。
2. 如權利要求l所述的均質進氣壓縮點火發(fā)動機(l)，其特征在于進 一步包括節(jié)氣門(3)，其中，控制所述節(jié)氣門(3)的開度(TA)從而控制到達所述燃燒室 (10)的所述進氣量，并且在切換至所述第二排氣提升量(EL2)后，所述控制器(5)減小節(jié)氣 門開度(TA) (t2至t3 )，同時延遲所述排氣門(12v)的關閉正時(ETcls )。
3. 如權利要求2所述的均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)，其特征在于， 所述可變排氣門機構(12a)具有用于驅動所述排氣門(12v)的低升程凸 輪和高升程凸輪，并且所述可變排氣門機構(12a)在所述低升程凸輪和所 述高升程凸輪之間切換所述排氣門，以控制所述排氣提升量。
4.如權利要求2所述的均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)，其特征在于， 在所述均質進氣壓縮點火燃燒中所述節(jié)氣門開度(TA)設定為第一節(jié)氣門 開度(TA1),在所述火花點火燃燒時所述節(jié)氣門開度(TA)設定為第二 節(jié)氣門開度(TA2 )，并且所述第二節(jié)氣門開度(TA2 )小于所述第 一節(jié)氣 門開度(TA1)，其中，所述控制器(5 )在早于以下兩個正時之一的正時開始將所述進 氣提升量從所述第一進氣提升量(IL1)切換至所述第二進氣提升量(IL2 ) (t3)，所述兩個正時為c) :所述節(jié)氣門開度(TA)減小至所述第二節(jié)氣門開度(TA2)時的 時間點(t3),和d) :由于內部EGR的量(Qegr)的減小而難以執(zhí)行均質進氣壓縮 點火燃燒時的時間點前的即刻。
5. —種用于控制均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)的方法，其中，所述 i^J盾ii^壓縮點火發(fā)劫機M )介/E牟嫩樣拔iC.在^j庸拚年壓狳.在女傲樣知^花點火燃燒之間切換，所述均質進氣壓縮點火發(fā)動機(1)包括 燃燒室(10); 進氣門(llv); 排氣門(12v);可變進氣門機構(lla)，其用于改變進氣提升量(IL )，所述進氣提升 量(IL)是所述進氣門(llv)的提升量，其中在所述均質進氣壓縮點火燃 燒中所述進氣提升量設定為第 一進氣提升量(IL1 )，并且在所述火花點火 燃燒中所述進氣提升量設定為第二進氣提升量(IL2 );和可變排氣門^J (12a)，其用于改變排氣提升量(EL)，所述排氣提 升量(EL)是所述排氣門(12v)的提升量，其中在所述均質進氣壓縮點 火燃燒中所述排氣提升量設定為第一排氣提升量(EL1 )，并且在所述火花 點火燃燒中所述排氣提升量設定為第二排氣提升量(EL2 );其中所述控制方法的特征在于包括通過設定負的氣門重疊期來設定內部EGR的量(Qegr)使得并非所 有燃燒氣體從所述燃燒室(10)排出，所述內部EGR的量(Qegr)包括 所述均質進氣壓縮點火燃燒時保留在所述燃燒室(10)中的燃燒氣體量， 在所述負的氣門重疊期中，所述進氣門(llv)和所述排氣門(12v)均被 關閉，并且當所述燃燒模式從所述均質進氣壓縮點火燃燒切換至所述火花點火 燃燒時，在所述進氣提升量從所述第一進氣提升量(IL1)切換至所述第 二進氣提升量(IL2 )之前(t3 )，執(zhí)行如下操作a)和b ),a) :將所述排氣提升量從所述第一排氣提升量(EL1)切換至所 述第二排氣提升量(EL2 )(tl )，同時確保所述內部EGR的量(Qegr ); 和b) :在將所述排氣提升量從所述第一排氣提升量(EL1)切換至 所述第二排氣提升量(EL2)后，延遲所述排氣門(12v)的關閉正時(ETcls) (t2至t3)，以減少所述內部EGR的量(Qegr )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種均質進氣壓縮點火發(fā)動機以及該發(fā)動機的控制方法。ECU(5)將HCCI發(fā)動機(1)的燃燒模式從HCCI燃燒切換至火花點火燃燒。在進氣提升量從第一進氣提升量(IL1)切換至第二進氣提升量(IL2)之前(t3)，ECU(5)執(zhí)行如下操作a)和b)，a)將排氣提升量從第一排氣提升量(EL1)切換至第二排氣提升量(EL2)(t1)同時確保內部EGR的量(Qegr)；和b)在將排氣提升量從第一排氣提升量(EL1)切換至第二排氣提升量(EL2)后，延遲排氣門(12v)的關閉正時(ETcls)(t2至t3)，以減少內部EGR的量(Qegr)。
文檔編號F02D43/00GK101413448SQ20081017112
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權日2007年10月15日
發(fā)明者葛山裕史 申請人:株式會社豐田自動織機