專利名稱：均質(zhì)充氣壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及內(nèi)燃才幾控制系統(tǒng)，更具體地涉及控制均質(zhì)充氣壓 燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
為可控自燃操作研發(fā)的一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括被設(shè)計(jì)成在Otto循環(huán)下
;控自燃沖莫式操作，以實(shí)現(xiàn)改善的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料:率。采用火花點(diǎn)火系統(tǒng): 以在特定的運(yùn)行條件期間補(bǔ)充自燃過程。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為均質(zhì)充氣壓
燃(在下文中的"Hccr)發(fā)動(dòng)機(jī)。
以HCCI燃燒模式運(yùn)行的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒室中形成已燃燒的氣
體、空氣、和燃料的充氣混合物，并且在壓縮沖程期間從充氣混合物內(nèi) 的許多點(diǎn)火部位同時(shí)啟動(dòng)自燃，以產(chǎn)生穩(wěn)定的功率輸出、高的熱效率和 低的排放。遍及整個(gè)充氣混合物，高度地分散并均勻地分布燃燒，導(dǎo)致 低的已燃燒氣體溫度和通常基本低于傳統(tǒng)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)、或傳統(tǒng)柴油
機(jī)的NOx排放的NOx排放。
在利用傳統(tǒng)壓縮比的二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中已證實(shí)了 HCCI 。人們認(rèn) 為，在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)，從前一循環(huán)殘留的高比例燃燒過的氣體、 即殘留成分擔(dān)負(fù)提供為促進(jìn)高度稀釋的混合物中的自燃所需的高的混
合溫度。
在具有傳統(tǒng)氣門裝置的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，殘留成分低并且難于實(shí)現(xiàn) 部分負(fù)荷的HCCI。已知以低的和部分負(fù)荷誘發(fā)HCCI的方法包括l)進(jìn) 氣加熱，2)可變壓縮比，和3)使汽油與點(diǎn)火促進(jìn)劑混合，以形成比汽油 更容易點(diǎn)火的混合物。在以上所有的方法中，能夠?qū)崿F(xiàn)HCCI的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速和負(fù)荷的范圍相對(duì)較窄。已利用具有某些氣門控制策略的可變氣門啟 動(dòng)在四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中證實(shí)了擴(kuò)展范圍的HCCI,該某些氣門控制策略 從前一循環(huán)產(chǎn)生為高度稀釋的混合物中的HCCI所需的高比例的殘留燃 燒產(chǎn)物。采用這樣的氣門策略，利用傳統(tǒng)的壓縮比極大地?cái)U(kuò)展了能實(shí)現(xiàn) HCCI的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的范圍。 一種這樣的氣門策略包括在排氣沖程和低氣門升程期間通過排氣門的早閉來截留并再壓縮廢氣。這樣的氣門 控制可利用可變凸輪相位器和二級(jí)升程凸輪實(shí)現(xiàn)。
鑒于上述HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行策略基于在充分預(yù)熱的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件
下的大范圍穩(wěn)態(tài)測(cè)試，冷啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱操作引起一些另外的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種方法，其用于控制有效用于穩(wěn)健發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱操作的
HCCI內(nèi)燃機(jī)的操作。
四沖程內(nèi)燃機(jī)包括由在氣缸內(nèi)于上止點(diǎn)與下止點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 活塞限定的可變?nèi)萘咳紵?、進(jìn)氣和排氣通路、和在活塞重復(fù)連續(xù)的排 氣、進(jìn)氣、壓縮和膨脹沖程期間受控的進(jìn)氣和排氣門、直噴燃料系統(tǒng)以 及火花點(diǎn)火系統(tǒng)。用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括響應(yīng)于預(yù)定的催化劑和發(fā) 動(dòng)機(jī)溫度條件選擇性地實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)轉(zhuǎn)模式中的幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式。該選擇性 地實(shí)現(xiàn)包括監(jiān)控催化劑溫度。如果催化劑溫度低于閾值催化劑溫度，則 發(fā)動(dòng)機(jī)以高升程凸輪、火花點(diǎn)火模式運(yùn)轉(zhuǎn)，該高升程凸輪、火花點(diǎn)火模 式包括接近化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比和全升程以及持續(xù)時(shí)間的氣門動(dòng)作。 如果催化劑不低于閾值催化劑溫度，則發(fā)動(dòng)機(jī)以低升程凸輪模式運(yùn)轉(zhuǎn)。


本發(fā)明在某些部件和部件的布置中可具有物理形式，將詳細(xì)地描述 并且在下文中結(jié)合的附圖中圖解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，包括
圖1是適于HCCI和SI運(yùn)行模式的示例性內(nèi)燃機(jī)的示意圖2示出在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的曲柄&發(fā)火、火花助燃、HCCI模式中 采用的協(xié)調(diào)的氣門、燃料供給和火花控制；
圖3示出在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的低升程、曲柄&發(fā)火、火花點(diǎn)火模式中 采用的協(xié)調(diào)的氣門、燃料供給和火花控制；
圖4示出在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的冷HCCI模式中采用的協(xié)調(diào)的氣門、燃 料供給和火花控制；
圖5示出在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的向HCCI過渡的模式中采用的協(xié)調(diào)的氣 門、燃料供給和火花控制；
圖6示出在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的高升程、曲柄&發(fā)火、火花點(diǎn)火模式中 采用的協(xié)調(diào)的氣門、燃料供給和火花控制；
6圖7示出在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的催化劑加熱模式中采用的協(xié)調(diào)的氣
門、燃料供給和火花控制；以及
圖8示出根據(jù)本發(fā)明用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和催化劑溫度選擇性地實(shí)現(xiàn)圖 2至圖7的各種模式的過程。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考其中顯示僅為了圖解某些示例性實(shí)施例而非為了限制該 某些示例性實(shí)施例的附圖，圖l示出了內(nèi)燃機(jī)10和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例 構(gòu)造的控制系統(tǒng)2 5的示意圖。將如所示的實(shí)施例用作總體控制方案的一 部分，以使示例性多缸火花點(diǎn)火式直噴汽油四沖程內(nèi)燃機(jī)適于在受控自 燃過程下、也稱為均質(zhì)充氣壓燃('HCCI')模式下運(yùn)行。
在本發(fā)明當(dāng)前的示例性說明中，在實(shí)現(xiàn)氣門和燃料供給控制以及在 此具體化的各種數(shù)據(jù)的獲取中使用自然吸氣、四沖程、單缸、0.55升、 受控自燃的汽油直噴式內(nèi)燃機(jī)，其具有大致12至13的壓縮比。除非以另 外的方式特別地討論，否則所有這樣的實(shí)現(xiàn)和獲取^>設(shè)為在如本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員所理解的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行。
示例性發(fā)動(dòng)機(jī)10包括具有在其中形成的多個(gè)氣缸的鑄造金屬發(fā)動(dòng) 機(jī)缸體和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋27,其中示出該多個(gè)氣缸中的一個(gè)氣缸。各氣缸包 括末端封閉的氣缸，其具有插入該氣缸中的活動(dòng)往復(fù)式活塞ll。在各氣 缸中形成可變?nèi)萘康娜紵?0,并且該可變?nèi)萘咳紵?0由氣缸的壁、 活動(dòng)活塞ll、和缸蓋27限定。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體優(yōu)選地包括冷卻劑通道29,發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻劑流體通過該冷卻劑通道29。可操作以監(jiān)控冷卻劑流體的溫度 的冷卻劑溫度傳感器37位于合適的位置處，并向可用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的控 制系統(tǒng)25提供參數(shù)信號(hào)輸入。發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地包括已知的系統(tǒng)，包括外部 排氣再循環(huán)('EGR，)閥和進(jìn)氣節(jié)氣門(未示出)。
各活動(dòng)活塞11包括根據(jù)已知的活塞成形方法設(shè)計(jì)的裝置，并包括頂 部和本體，該本體大致與該本體在其中運(yùn)轉(zhuǎn)的氣缸相符?；钊哂斜┞?于燃燒室中的頂部或冠部區(qū)域。各活塞經(jīng)由銷34和連桿33連接至曲軸 35。曲軸35在靠近發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的底部的主支承區(qū)域處以可旋轉(zhuǎn)的方式附 接至發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，使得曲軸能夠圍繞與各氣缸限定的縱軸垂直的軸線旋 轉(zhuǎn)。在合適的位置設(shè)置有可操作以產(chǎn)生信號(hào)的曲柄傳感器31,該信號(hào)可 由控制器25用于測(cè)量曲柄角，并且該信號(hào)可轉(zhuǎn)換以提供可用于各種控制方案的曲軸旋轉(zhuǎn)、速度、和加速度的測(cè)量。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，各活塞
11由于與曲軸35的連接和曲軸35的旋轉(zhuǎn)以及燃燒過程而在氣缸中以往 復(fù)方式上下運(yùn)動(dòng)。曲軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)在燃燒期間施加于各活塞上的線 性力到從曲軸的角扭矩輸出的轉(zhuǎn)化，該角扭矩輸出可傳遞至例如車輛傳 動(dòng)系統(tǒng)的另一裝置。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋27包括鑄造金屬裝置，其具有流向燃燒室20的一個(gè)或多 個(gè)進(jìn)氣口 17和一個(gè)或多個(gè)排氣口 19。進(jìn)氣口 17向燃燒室20供應(yīng)空氣。已 燃燒(已燒過)的氣體經(jīng)由排氣口 19從燃燒室20流出。空氣通過各進(jìn)氣口 的流動(dòng)由 一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門21的致動(dòng)控制。已燃燒的氣體通過各排氣口 的流動(dòng)由 一個(gè)或多個(gè)排氣門23的致動(dòng)控制。
進(jìn)氣和排氣門21、 23分別具有頭部，其包括暴露于燃燒室的頂部。 氣門21、 23中的每個(gè)氣門具有連接至氣門驅(qū)動(dòng)裝置的桿部。圖示為60的 氣門驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)以控制進(jìn)氣門21中的每個(gè)進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉，而第 二氣門驅(qū)動(dòng)裝置70運(yùn)轉(zhuǎn)以控制排氣門23中的每個(gè)排氣門的打開和關(guān)閉。 氣門驅(qū)動(dòng)裝置60、 70中的每個(gè)氣門驅(qū)動(dòng)裝置包括信號(hào)連接至控制系統(tǒng)25 的裝置，其運(yùn)轉(zhuǎn)以協(xié)調(diào)地或單獨(dú)地控制各氣門的打開和關(guān)閉的正時(shí)、持 續(xù)時(shí)間、和大小。示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例包括雙頂置式凸輪軸系統(tǒng)， 其具有氣門變升程控制('VLC，)和可變凸輪相位('VCP，)。 VCP裝置運(yùn)轉(zhuǎn) 以控制各進(jìn)氣門和各排氣門的打開和關(guān)閉相對(duì)于曲軸的旋轉(zhuǎn)位置的正 時(shí)，并且打開各氣門固定的曲柄角持續(xù)時(shí)間。示例性VLC裝置運(yùn)轉(zhuǎn)以控 制氣門升程大小為兩個(gè)位置中的一個(gè) 一個(gè)位置是對(duì)于120-150的曲柄角 度的打開持續(xù)時(shí)間的3-5mm升程，和另 一位置是對(duì)于220-260的曲柄角度 的打開持續(xù)時(shí)間的9-12mm升程。單獨(dú)的氣門驅(qū)動(dòng)裝置能起相同的功能達(dá) 到相同的效果。氣門驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選地由控制系統(tǒng)25根據(jù)預(yù)定的控制方案 控制。還可使用例如包括完全靈活可調(diào)的電氣裝置或電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置 的替代性可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，并且其具有在系統(tǒng)的極限范圍內(nèi)獨(dú)立的打 開和關(guān)閉相位控制以及基本無限的氣門升程可變性的其它好處。在此描 述了控制氣門的打開和關(guān)閉的控制方案的特定方面。
通過進(jìn)氣歧管通路50將空氣引至進(jìn)氣口 17,該進(jìn)氣口 17接收穿過已 知的空氣計(jì)量裝置和節(jié)流裝置(未示出)的濾過空氣。排氣通過排氣口 19 到排氣歧管42,該排氣歧管42包括運(yùn)轉(zhuǎn)以監(jiān)控排氣輸入流的成分并確定 與該排氣輸入流相關(guān)的參數(shù)的排氣傳感器40。排氣傳感器40可包括若干
8已知檢測(cè)裝置中的任何一種，其運(yùn)轉(zhuǎn)以便提供排氣輸入流的參數(shù)值，包
括空氣/燃料比，或者提供排氣成分、例如NOx、 CO、 HC等的測(cè)量。系 統(tǒng)可包括用于監(jiān)控燃燒壓力的氣缸內(nèi)傳感器16、或者非插入式壓力傳感 器或(例如通過曲軸加速度的)推理確定的壓力測(cè)定。前述傳感器和計(jì)量 裝置分別向控制系統(tǒng)25提供作為參數(shù)輸入的信號(hào)。這些參數(shù)輸入可由控 制系統(tǒng)用于確定燃燒性能測(cè)定。
控寺'J系統(tǒng)2 5優(yōu)選地包括可運(yùn)轉(zhuǎn)以提供發(fā)動(dòng)機(jī)10和其它系統(tǒng)的協(xié)調(diào) 的系統(tǒng)控制的總體控制體系的子集。在總體操作中，控制系統(tǒng)25可運(yùn)轉(zhuǎn) 以綜合操作器輸入、環(huán)境條件、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、和燃燒性能測(cè)定，并 執(zhí)行算法以控制各種致動(dòng)器，以便實(shí)現(xiàn)包括諸如燃料經(jīng)濟(jì)性、排放、性 能、和駕駛性能的參數(shù)的控制參數(shù)的目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)25以可運(yùn)轉(zhuǎn)的方式 連接至多個(gè)裝置，操作器通常通過該多個(gè)裝置控制或指令發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn) 轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用于車輛時(shí)，示例性操作器輸入包括加速踏板、剎車踏板、 變速器檔位選擇器、和車速巡航控制。控制系統(tǒng)可經(jīng)由優(yōu)選地允許各種 控制器之間的控制參數(shù)和指令的結(jié)構(gòu)通信的局域網(wǎng)('LAN')總線(未示出) 與其它控制器、傳感器、和致動(dòng)器通信。
控制系統(tǒng)25可運(yùn)轉(zhuǎn)地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)10,并用于從傳感器獲取參數(shù)數(shù) 據(jù)，和通過合適的接口45控制發(fā)動(dòng)機(jī)10的各種致動(dòng)器?？刂葡到y(tǒng)25接收 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩指令，并基于操作器輸入產(chǎn)生期望的扭矩輸出。利用前述傳 感器由控制系統(tǒng)25檢測(cè)的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)包括如通過諸如監(jiān)控 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度、油溫、或金屬溫度的方法指示的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度；曲軸 旋轉(zhuǎn)速度('RPM，)和位置；歧管絕對(duì)壓力；環(huán)境氣流和溫度；以及環(huán)境 氣壓。燃燒性能測(cè)定通常包括測(cè)量的和推斷的燃燒參數(shù)，其中包括空氣 /燃料比、峰值燃燒壓力的位置等。
由控制系統(tǒng)25控制的致動(dòng)器包括燃料噴射器12; VCP/VLC氣門驅(qū) 動(dòng)裝置60、 70;以可操作的方式連接至點(diǎn)火模塊用于控制火花時(shí)延和正 時(shí)的火花塞14;排氣再循環(huán)(EGR)閥(未示出)，以及電子節(jié)氣門控制模塊 (未示出)。燃料噴射器12優(yōu)選地可操作用以將燃料直接注入各燃燒室20。 示例性直噴燃料噴射器的具體細(xì)節(jié)是已知的，并且在此不詳述?；鸹ㄈ?M由控制系統(tǒng)25用于增強(qiáng)示例性發(fā)動(dòng)機(jī)的橫跨發(fā)動(dòng)機(jī)速度和載荷運(yùn)行 范圍的部分的點(diǎn)火正時(shí)控制。當(dāng)示例性發(fā)動(dòng)機(jī)以純粹的HCCI沖莫式運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不利用通電的火花塞。然而，已證明期望的是，在某些條件下，例如包括在冷啟動(dòng)期間，以及根據(jù)本發(fā)明的某些方面在靠近低載荷 極限的低載荷運(yùn)行條件下，利用火花點(diǎn)火用于補(bǔ)助HCCI模式，以防止積
炭。此外，證明優(yōu)選的是，在HCCI模式下于高載荷操作極限處、以及在
節(jié)流或未節(jié)流的火花點(diǎn)火操作下的高速/載荷運(yùn)行條件下采用火花點(diǎn)火。
控制系統(tǒng)2 5優(yōu)選地包括通用數(shù)字計(jì)算機(jī)，其通常包括微處理器或中 央處理單元、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、電可編程序 只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、高速時(shí)鐘、模擬數(shù)字(A/D)和數(shù)字模擬(D/A)電路、 和輸入/輸出電路和裝置(I/0)以及合適的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路。各控制器 具有 一組控制算法，其包括存儲(chǔ)在ROM中并且執(zhí)行以提供各計(jì)算機(jī)的相 應(yīng)功能的常駐程序指令和標(biāo)定。
通常在預(yù)置的循環(huán)期間執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)控制的算法，使得每一循環(huán)各算 法執(zhí)行至少 一次。存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的算法由中央處理單元執(zhí)行 并且可運(yùn)轉(zhuǎn)以監(jiān)控來自感測(cè)裝置的輸入并執(zhí)行控制和診斷程序，以利用 預(yù)置標(biāo)定來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間通常以有規(guī)律 的間隔、例如每隔3.125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒沖丸行循環(huán)。替代性地， 可響應(yīng)于動(dòng)作發(fā)生或中斷請(qǐng)求執(zhí)行算法。
現(xiàn)在參考圖2-8,給出了在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速預(yù)熱操作中 協(xié)調(diào)的氣門、燃料供給和火花控制的圖解。圖2-7中的每張圖沿水平軸示 出了發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄角，其在零點(diǎn)處的基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于活塞的排氣與進(jìn)氣沖程之 間的上止點(diǎn)(TDC)。進(jìn)氣和排氣門升程由豎軸表示，并大體上包括如所 示與低和高升程凸輪的升程對(duì)應(yīng)的低和高升程點(diǎn)，該低和高升程凸輪的 升程由示例性硬件實(shí)施例的示例性二級(jí)升程凸輪實(shí)現(xiàn)。圖2-7中的每張圖 與根據(jù)本發(fā)明在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速預(yù)熱程序中選擇性地采用的各種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)模式對(duì)應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速預(yù)熱工作范圍大體上對(duì)應(yīng)于在該示例性實(shí)施例 中通過冷卻劑溫度指示的從30攝氏度和低于30攝氏度到大約80至90攝
氏度的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度。在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速預(yù)熱運(yùn)行范圍內(nèi)，圖2-7 均表示發(fā)動(dòng)機(jī)在具有分段噴射的火花助燃HCCI模式中的運(yùn)轉(zhuǎn)，如以下進(jìn) 一步詳細(xì)討論。對(duì)本發(fā)明的目的，高于大約80至90攝氏度的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 溫度被認(rèn)為是充分預(yù)熱的，并且有助于超出本發(fā)明的范圍的替代性HCCI
運(yùn)行模式。
在圖2 、 4和5中示出的模式使用位于或靠近VCP的NVO極限處優(yōu)選 地在大約180至大約200的曲柄角度之間的NVO(負(fù)氣門重疊)設(shè)定實(shí)現(xiàn)。然而，圖3示出的模式使用適度至最小的NVO設(shè)定，優(yōu)選地在大約0與90 的曲柄角度之間來實(shí)現(xiàn)。在以下進(jìn)一步詳細(xì)說明某些優(yōu)選的噴射正時(shí)， 包括分段噴射的大體燃燒循環(huán)區(qū)域布置以及具體的噴射正時(shí)和趨勢(shì)的 噴射結(jié)束。利用大致800至100轉(zhuǎn)/分鐘的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速。
在如圖2所示的曲柄&發(fā)火(crank&fire)、火花助燃、HCCI模式中， 發(fā)動(dòng)機(jī)以分段噴射方式運(yùn)轉(zhuǎn)，該分段噴射方式具有在NVO期間發(fā)生的噴 射的第 一噴射結(jié)束(EOIO和同樣在NVO期間發(fā)生的噴射的第二噴射結(jié)束 (E〇I2)。更具體地，EOI,優(yōu)選地發(fā)生在TDC燃燒之前的大約350至大約360 的曲柄角度，而EOl2優(yōu)選地發(fā)生在TDC燃燒之前的大約270至大約300的 曲柄角度。在該模式期間優(yōu)選的火花發(fā)送范圍為TD C燃燒之前的大約0 至大約0的曲柄角度。
在圖3中示出了低升程曲柄&發(fā)火的火花點(diǎn)火模式。在該模式期間， 發(fā)動(dòng)機(jī)以接近化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比、適度至最小的NVO、以及分段 噴射的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，該分段噴射具有在NVO期間發(fā)生的噴射的第一噴射結(jié) 束(EOh)和在壓縮沖程之末發(fā)生的噴射的笫二噴射結(jié)束(EOh)。在該模式 期間優(yōu)選的NVO范圍為大約0至大約60的曲柄角度。在該模式期間優(yōu)選 的第 一部分燃料輸送范圍為TDC燃燒之前的大約300至大約360的曲柄 角度，而在SI模式冷啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間優(yōu)選的第二部分燃料輸送范圍為TDC 燃燒之前的大約10至大約60的曲柄角度。在該模式期間優(yōu)選的火花發(fā)送 范圍為TDC燃燒之前的大約0至大約50的曲柄角度。
在如圖4所示的冷HCCI模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)以分段噴射方式運(yùn)轉(zhuǎn)，該分 段噴射具有在NVO期間發(fā)生的噴射的第一噴射結(jié)束(EOh)和在NVO或 早期進(jìn)氣相位期間發(fā)生的噴射的第二噴射結(jié)束(E012)。更具體地，EOI! 優(yōu)選地發(fā)生在TDC燃燒之前的大約360至大約370的曲柄角度，而EOh優(yōu) 選地發(fā)生在TDC燃燒之前的大約270至大約300的曲柄角度。盡管所述的 分段噴射優(yōu)選地用于該模式，但也可令人滿意地采用總循環(huán)燃料質(zhì)量的 -在NVO期間至少部分的-單次噴射。為了簡(jiǎn)化控制算法開發(fā)，在此僅 描述和實(shí)施分段噴射策略。在該模式期間優(yōu)選的火花發(fā)送范圍為TDC燃 燒之前的大約10至大約60的曲柄角度。
在如圖5所示的向HCCI過渡的模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)以分段噴射的方式運(yùn) 轉(zhuǎn)。然而，噴射的第一噴射結(jié)束(EOI!)發(fā)生在NVO期間，而噴射的第二 噴射結(jié)束(E0l2)發(fā)生在壓縮相位期間。更具體地，EOI!優(yōu)選地發(fā)生在TDC
ii燃燒之前的大約370至大約440的曲柄角度，而E0l2優(yōu)選地發(fā)生在TDC燃 燒之前的大約25至大約50的曲柄角度。在該低溫預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)期間，優(yōu)選的 火花發(fā)送范圍為TDC燃燒之前的大約10至大約60的曲柄角度。
在圖6中示出了利用具有分段噴射的高升程凸輪的高升程、曲柄& 發(fā)火的火花點(diǎn)火模式。在該模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)以接近化學(xué)計(jì)量的空氣/ 燃料比、全升程和持續(xù)時(shí)間氣門動(dòng)作、最小氣門重疊、以及在壓縮沖程 期間的單次或分段噴射的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。在該模式期間優(yōu)選的NVO范圍為大 約-40至大約0的曲柄角度。在實(shí)施分段噴射的情況下，在該模式期間優(yōu) 選的噴射的第一噴射結(jié)束(EOh)范圍為TDC燃燒之前的大約120至大約 160的曲柄角度，而優(yōu)選的噴射的第二噴射結(jié)束(E012)范圍為TDC燃燒之 前的大約60至大約90的曲柄角度。另外，在該模式期間實(shí)施單次噴射的 情況下，優(yōu)選的噴射的單次噴射結(jié)束范圍為TDC燃燒之前的大約60至大 約120的曲柄角度。不論實(shí)施單次或分段噴射，在該模式期間優(yōu)選的火 花發(fā)送范圍為TDC燃燒之前的大約O至大約50的曲柄角度。
在圖7中示出利用高升程凸輪的分段噴射的催化劑加熱火花點(diǎn)火模 式。在該模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)以接近化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比、全升程和持 續(xù)時(shí)間的氣門動(dòng)作、使廢氣排放最少的適度NVO水平、在進(jìn)氣沖程(EOIl) 與壓縮沖程(E0I2)之間的分段噴射、和優(yōu)選為在TDC燃燒之后的延遲的 火花正時(shí)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。在該模式期間優(yōu)選的NVO范圍為大約0至大約40 的曲柄角度。在該模式期間優(yōu)選的第 一部分燃料輸送范圍為TDC燃燒之 前的大約250至大約290曲柄角度，而優(yōu)選的第二部分燃料輸送范圍為 TDC燃燒之前的大約10至大約60的曲柄角度。在該4莫式期間優(yōu)選的火花 發(fā)送范圍為TDC燃燒之后的大約0至大約30的曲柄角度。
現(xiàn)在參考圖8，圖解了根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和催化劑溫度選擇性地實(shí)施圖2至 7的各種模式的過程。程序810初始地由控制系統(tǒng)25響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)請(qǐng) 求而被調(diào)用，其后被執(zhí)行，直到例如在催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到各自的 預(yù)定閾值之后控制轉(zhuǎn)移至正常的HCCI控制為止。在程序中的第 一過程 801檢查催化劑溫度，以確定是否已達(dá)到預(yù)定的閾值溫度Tcat。該閾值溫 度例如可在大約150與450攝氏度之間并且可與采用的特定催化劑相關(guān)。 如果催化劑溫度未超過該閾值溫度，則另一過程803確定發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng) 機(jī)起動(dòng)期間是否已完成預(yù)定的旋轉(zhuǎn)數(shù)。如果未發(fā)生預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄旋 轉(zhuǎn)數(shù)，則調(diào)用圖6的高升程曲柄&發(fā)火模式。然而，如果已發(fā)生預(yù)定的發(fā)
12動(dòng)機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)數(shù)，則調(diào)用圖7的催化劑加熱模式。
一旦在過程801處所確定催化劑溫度已超過閾值Tcat,則另一過程805確定發(fā)動(dòng)才幾在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間是否已完成預(yù)定的旋轉(zhuǎn)數(shù)。如果未發(fā)生預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)數(shù)，則調(diào)用圖2的曲柄&發(fā)火、火花助燃的HCCI模式。然而，如果已發(fā)生預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)數(shù)，則另一過程807確定例如通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度指示的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度是否超過第一閾值溫度Tcooll。優(yōu)選地，如通過冷卻劑溫度所測(cè)量地，該閾值溫度Tcooll例如可為大約40至大約60攝氏度。如果發(fā)動(dòng)機(jī)溫度未超過該第一閾值，則調(diào)用圖2的曲柄&發(fā)火、火花助燃的HCCI模式或圖3的低升程&發(fā)火、火花助燃的模式。圖2和圖3的兩種模式為根據(jù)在此未討論的其它因素可調(diào)用的替換性選擇。
809確定發(fā)動(dòng)機(jī)溫度是否超過高于Tcool 1的第二閾值溫度Tcool2 。優(yōu)選地，如通過冷卻劑溫度所測(cè)量地，該閾值溫度Tcool2例如可為大約80至大約90攝氏度，并且通常表示基本充分預(yù)熱的發(fā)動(dòng)機(jī)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)溫度未超過該第二閾值，則調(diào)用圖4的冷HCCI模式。
一旦在過程809處所確定發(fā)動(dòng)機(jī)溫度已超過閾值Tco012,則調(diào)用圖5的向HCCI過渡的模式，并且程序退出，以有利于充分預(yù)熱HCCI模式的燃燒控制。
本發(fā)明描述了某些優(yōu)選的實(shí)施例和它們的變型。此外，人們?cè)陂喿x和理解說明書時(shí)可想到變型和變更。因此，本發(fā)明不局限于作為實(shí)施本發(fā)明構(gòu)思的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明包括屬于所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.操作四沖程內(nèi)燃機(jī)的方法，該四沖程內(nèi)燃機(jī)包括由在氣缸內(nèi)于上止點(diǎn)與下止點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞限定的可變?nèi)萘咳紵?、進(jìn)氣和排氣通路、和在所述活塞重復(fù)連續(xù)的排氣、進(jìn)氣、壓縮和膨脹沖程期間受控的進(jìn)氣門和排氣門、直噴燃料系統(tǒng)以及火花點(diǎn)火系統(tǒng)，所述方法包括響應(yīng)于預(yù)定的催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度條件選擇性地實(shí)施多種運(yùn)轉(zhuǎn)模式中的幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，其中所述選擇性地實(shí)施包括監(jiān)控催化劑溫度；如果所述催化劑溫度低于閾值催化劑溫度，則在高升程凸輪、火花點(diǎn)火模式運(yùn)轉(zhuǎn)所述發(fā)動(dòng)機(jī)，所述高升程凸輪、火花點(diǎn)火模式包括接近化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比和全升程以及持續(xù)時(shí)間的氣門動(dòng)作；以及如果所述催化劑溫度不低于閾值催化劑溫度，則在低升程凸輪模式運(yùn)轉(zhuǎn)所述發(fā)動(dòng)機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述高升程凸輪、火花點(diǎn)火才莫式包括監(jiān)控曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)；如果所述曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)小于閾值曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，則在所述高升程凸輪、火花點(diǎn)火模式中的所述運(yùn)轉(zhuǎn)還包括高升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花點(diǎn)火模式，其具有最小的負(fù)氣門重疊和在上止點(diǎn)燃燒之前的0與50的曲柄角度之間的火花發(fā)送；以及如果所述曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)不小于所述閾值曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，則在所述高升程凸輪、火花點(diǎn)火模式中的所述運(yùn)轉(zhuǎn)還包括高升程凸輪、催化劑加熱、火花點(diǎn)火模式，其具有適度的負(fù)氣門重疊和在上止點(diǎn)燃燒之后的0與30的曲柄角度之間的延遲的火花發(fā)送。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花點(diǎn)火模式還包括單次燃料噴射。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述單次燃料噴射在上止點(diǎn)燃燒之前的6 0與12 0的曲柄角度之間結(jié)束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花點(diǎn)火模式還包括分段燃料噴射。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述分段燃料噴射包括在上止點(diǎn)燃燒之前的120與160的曲柄角度之間結(jié)束的第一燃料噴射和在上止點(diǎn)燃燒之前的60與90的曲柄角度之間結(jié)束的第二燃料噴射。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花點(diǎn)火模式包括在-40與0的曲柄角度之間的最小負(fù)氣門重疊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高升程凸輪、催化劑加熱、火花點(diǎn)火模式還包括分段燃料噴射。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述分段燃料噴射包括在上止點(diǎn)燃燒之前的250與290的曲柄角度之間結(jié)束的第一燃料噴射和在上止點(diǎn)燃燒之前的10與60的曲柄角度之間結(jié)束的第二燃料噴射。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高升程凸輪、催化劑加熱、火花點(diǎn)火模式包括在0與40的曲柄角度之間的適度的負(fù)氣門重疊。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述低升程凸輪模式包括監(jiān)控曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)；如果所述曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)小于閾值曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，則在所述低升程凸輪模式中的所迷運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)一步包括低升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花助燃的HCCI模式；以及如果所述曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)不小于所述閾值曲柄旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，則在所述低升程凸輪模式中的所迷運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)一步包括監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)溫度；如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低于第一發(fā)動(dòng)機(jī)溫度閾值，則在所述低升程凸輪模式中的所述運(yùn)轉(zhuǎn)包括低升程凸輪、曲柄和發(fā)火模式；以及如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不低于所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)溫度闊值，則在所述低升程凸輪模式中的所迷運(yùn)轉(zhuǎn)包括低升程凸輪、改進(jìn)的HCCI模式。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所迷的方法，其中所述低升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花助燃的HCCI模式包括中等的負(fù)氣門重疊和分段燃料噴射。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述分段燃料噴射包括在上止點(diǎn)燃燒之前的350與360的曲柄角度之間結(jié)束的第一燃料噴射、在上止點(diǎn)燃燒之前的270與300的曲柄角度之間結(jié)束的第二燃料噴射，并且所迷火花助燃包括在上止點(diǎn)燃燒之前的0與10的曲柄角度之間的火花發(fā)送。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述低升程凸輪、曲柄和發(fā)火模式包括所述低升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花助燃的HCCI模式。
15.根據(jù)權(quán)利要求ll所迷的方法，其中所述低升程凸輪、曲柄和發(fā)火模式包括低升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花點(diǎn)火模式，其包括接近化學(xué)量的空氣/燃料比、適度至最小的負(fù)氣門重疊、和分段燃料噴射。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述低升程凸輪、曲柄和發(fā)火、火花點(diǎn)火模式包括在0與60的曲柄角度之間的負(fù)氣門重疊，所述分段燃料噴射包括在上止點(diǎn)燃燒之前的300與360的曲柄角度之間結(jié)束的第一燃料噴射和在上止點(diǎn)燃燒之前的10與60的曲柄角度之間結(jié)束的第二燃料噴射，并且所述火花點(diǎn)火包括在上止點(diǎn)燃燒之前的0與50的曲柄角度之間的火花發(fā)送。
17. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述低升程凸輪、改進(jìn)的HCCI模式包括如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低于第二發(fā)動(dòng)機(jī)溫度閾值，則所述低升程凸輪、改進(jìn)的HCCI模式包括低升程凸輪、冷HCCI模式；以及如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不低于所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)溫度閾值，則所述低升程凸輪、改進(jìn)的HCCI模式包括向HCCI過渡的模式。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述低升程凸輪、冷HCCI模式包括中等的負(fù)氣門重疊；分段燃料噴射，其包括在上止點(diǎn)燃燒之前的360與370的曲柄角度之間結(jié)束的第 一 燃料噴射和在上止點(diǎn)燃燒之前的270與3 00的曲柄角度之間結(jié)束的第二燃料噴射；以及在上止點(diǎn)燃燒之前的0與60的曲柄角度之間的火花發(fā)送。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述低升程凸輪、向HCCI過渡的模式包括中等的負(fù)氣門重疊；分段燃料噴射，其包括在上止點(diǎn)燃燒之前的370與440的曲柄角度之間結(jié)束的第 一 燃料噴射和在上止點(diǎn)燃燒之前的2 5與5 0的曲柄角度之間結(jié)束的第二燃料噴射；以及在上止點(diǎn)燃燒之前的10與60的曲柄角度之間的火花發(fā)送。
全文摘要
公開了一種方法，其用于控制有效用于穩(wěn)健發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱操作的HCCI內(nèi)燃機(jī)的操作。該方法包括響應(yīng)于預(yù)定的催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度條件選擇性地實(shí)施多種運(yùn)轉(zhuǎn)模式中的幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
文檔編號(hào)F02D41/06GK101675232SQ200880014460
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者P·M·納特, T-W·郭 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司