專利名稱：多模式2沖程/4沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多模式的、2沖程/4沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，其使得效率和功率最 大化，同時(shí)排放最小化。
背景技術(shù)：
在美國(guó)的客運(yùn)車輛中廣泛運(yùn)用的火花點(diǎn)火(SI)發(fā)動(dòng)機(jī)特別是在由于節(jié)流而引起 的部分負(fù)載的情況下相對(duì)壓燃(CI)發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)經(jīng)受低的效率。然而，CI發(fā)動(dòng) 機(jī)由于其燃燒性質(zhì)而表現(xiàn)出高的顆粒和NOx排放特征。近來(lái)，引入了均值充量壓燃(HCCI) 發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有相對(duì)CI發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)更高的效率以及最小的顆粒和N0x排放特征，并且具有 使用汽油燃料以及柴油燃料的通用性。 在HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中，火花塞或高壓噴射器并不被用于發(fā)起燃料的著火；替代地，通 過(guò)在壓縮沖程開(kāi)始時(shí)提供提高的初始溫度實(shí)現(xiàn)燃料(汽油或柴油)和空氣的混合物在壓縮 沖程的末尾處的自燃。所述提高的溫度主要通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)加熱進(jìn)氣空氣或使用來(lái)自 前一循環(huán)的廢氣。在后一種系統(tǒng)中，可以通過(guò)改變氣門正時(shí)重新引入或捕捉來(lái)自前一循環(huán) 的熱廢氣。 在HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中捕捉的廢氣的量通常大約為氣缸內(nèi)部總氣體質(zhì)量的50%。盡 管所述廢氣提高了燃燒前混合物的溫度，但由于稀釋效應(yīng)其實(shí)際上降低了燃燒后的最高溫 度。結(jié)果，相對(duì)氣體溫度成指數(shù)比例的NOx排放低于傳統(tǒng)SI或CI發(fā)動(dòng)機(jī)中的N0x排放大 約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。由于進(jìn)氣總管的去節(jié)流(dethrottling)和接近于理想奧拓循環(huán)的燃燒形 狀，還可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)CI發(fā)動(dòng)機(jī)更高的效率。 然而，有限的輸出功是HCCI運(yùn)行中的主要挑戰(zhàn)之一，所述局限性由氣缸中混合物 的高稀釋引起。熱廢氣的所述稀釋不僅被要求提高混合物溫度以實(shí)現(xiàn)自燃，而且被要求限 制壓力升高的高速率，否則所述壓力升高的高速率會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件有害。在這種情況下，氣 缸的幾乎一半被廢氣填充，這導(dǎo)致產(chǎn)生相對(duì)于同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)容積的SI中輸出功的一半的 輸出功。 為了克服所述負(fù)載局限性，現(xiàn)有技術(shù)使用HCCI/SI或增壓式HCCI的混合形式。在 混合形式的方式中，當(dāng)要求SI具有糟糕效率的低負(fù)載時(shí)，從SI到HCCI的模式切換發(fā)生(參 見(jiàn)例如美國(guó)專利No. 6， 390， 054 Bl和No. 6， 742， 494 B2)。然而，在這種情況下，在中到高負(fù) 載范圍內(nèi)失去了 HCCI運(yùn)行的排放和效率的優(yōu)勢(shì)，并且在現(xiàn)有的研究和工業(yè)中，在模式切換 中HCCI的瞬態(tài)燃燒控制不是一個(gè)小問(wèn)題。其次，增壓式HCCI可以提供更高的功率，但由于 來(lái)自迅速燃燒速率的高速率的壓力升高導(dǎo)致燃燒變得噪音過(guò)大而且有害，因此其也是有局限性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在不犧牲效率和排放優(yōu)勢(shì)的情況下實(shí)現(xiàn)HCCI運(yùn)行 的寬負(fù)載范圍的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種以平滑過(guò)渡實(shí)現(xiàn)極高負(fù)載范圍且保持高效率的 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。 根據(jù)本發(fā)明，相對(duì)于傳統(tǒng)SI/CI發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)沖程從4沖程("4S") 切換到2沖程("2S")，以使得燃燒頻率翻倍，因此甚至在每循環(huán)的相同輸出功下，發(fā)動(dòng)機(jī) 也可以使功率翻倍，從而HCCI的固有負(fù)載局限性被克服。盡管本發(fā)明的沖程切換產(chǎn)生與4S HCCI到4S SI的模式切換所產(chǎn)生的大致類似的功率范圍，但其區(qū)別在于排放和效率。甚至 在2S運(yùn)行中，HCCI運(yùn)行也是固有地清潔和高效的燃燒。此外，相同的燃燒策略之間的沖程 切換比不同策略之間的模式切換簡(jiǎn)單和平滑得多。因此，所述沖程切換優(yōu)于模式切換。
為了運(yùn)行在2S HCCI模式下，要求如下第一是例如為電動(dòng)液壓氣門系統(tǒng)(EHVS) 的靈活的氣門系統(tǒng)或凸輪移相器以在不同的氣門曲線下運(yùn)行，以用于在2S到4S HCCI之間 的沖程切換。第二，機(jī)械增壓器或渦輪和機(jī)械增壓器的組合以對(duì)進(jìn)氣總管增壓以使得2S運(yùn) 行能夠?qū)崿F(xiàn)快速氣體交換。值得注意的是，在2S HCCI中，因?yàn)閺U氣的大部分被用于下一循 環(huán)，因此不需要完整的掃氣，這使得系統(tǒng)和控制器比4S/2S SI的混合形式更簡(jiǎn)單，例如，如 美國(guó)專利No. 5， 007， 382中可看出的那樣，所述混合形式具有用于2S運(yùn)行的額外的進(jìn)氣系 統(tǒng)。在本發(fā)明中，可能需要進(jìn)氣門中微小的改動(dòng)以增強(qiáng)用于快速氣體交換過(guò)程的流動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 最后，需要直噴系統(tǒng)以精確地控制HCCI燃燒并防止2S運(yùn)行中進(jìn)氣充氣的短路。
為了滿足極高功率的要求，在本發(fā)明中發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)設(shè)的功率水平和曲柄速度需求 下運(yùn)行在從2S HCCI過(guò)渡來(lái)的4S增壓式SI上。具有靈活的氣門系統(tǒng)、機(jī)械增壓器或與渦 輪增壓器組合的機(jī)械增壓器、以及直噴系統(tǒng)允許在從2S HCCI到4S增壓式SI的平滑過(guò)渡 上的完全可控性。在本發(fā)明中4S增壓式SI產(chǎn)生比2S HCCI運(yùn)行高出達(dá)40-80%的更多的 功率?？傊鄬?duì)于傳統(tǒng)的SI或SI/HCCI策略，通過(guò)將多沖程(2沖程HCCI和4沖程HCCI) 和多模式運(yùn)行(2沖程HCCI和4沖程增壓式SI)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍和高的總效率 以及最小化的N0x排放。


圖la示出了針對(duì)傳統(tǒng)多模式運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速度的曲線圖。
圖lb示出了針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的多模式/多沖程運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速 度的曲線圖。 圖2示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示例實(shí)施方式。
圖3a、3b和3c分別示出了針對(duì)4S HCCI、2S HCCI和4S SI的氣門正時(shí)圖表。
圖4示出了針對(duì)4S SI、4S HCCI和2S HCCI的功率、效率、氮氧化物排放、以及一 氧化碳排放特征。 圖5示出了根據(jù)4S HCCI和2S HCCI運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的壓力曲線和計(jì)算的熱釋放 速率。
具體實(shí)施例方式
圖la和lb示出了在輸出功率相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速度方面模式切換和模式/沖程切換之間發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行策略的比較。圖la表示傳統(tǒng)的4S SI/HCCI多模式策略。在低功率輸出時(shí)，傳統(tǒng)的SI發(fā)動(dòng)機(jī)主要由于進(jìn)氣節(jié)流而經(jīng)受較低的效率。典型的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)使用節(jié)氣門全開(kāi)，并且通過(guò)改變被稱為殘余分?jǐn)?shù)(RF)的廢氣和新鮮充量之間的比例控制輸出功率。與幾乎恒定容積的燃燒過(guò)程結(jié)合的去節(jié)流導(dǎo)致低功率下HCCI運(yùn)行的高效率。除了所述效率的優(yōu)勢(shì)以外，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)還如上所提及的那樣根據(jù)稀釋效應(yīng)使NOx排放最小化。為此，多模式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于低功率輸出區(qū)域中的4S HCCI中。另一方面，在高功率極限處，HCCI運(yùn)行中的RF應(yīng)該降低以提供足夠的新鮮充量，這由于廢氣的較低稀釋導(dǎo)致熱釋放的高速率和高的最高壓力和溫度，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)非常有害。因此，隨著功率要求提高，從4S HCCI到4S SI的模式切換發(fā)生以滿足功率需求。在高功率輸出時(shí)，SI運(yùn)行通過(guò)降低節(jié)流水平而彌補(bǔ)了效率，但仍然犧牲了 HCCI優(yōu)于SI的效率和排放優(yōu)勢(shì)。在高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，由于升高的被捕捉的氣體的溫度因此4S HCCI運(yùn)行受到限制，因此在燃燒過(guò)程中經(jīng)受迅速的熱釋放。甚至在低功率輸出時(shí)，這設(shè)定了 4S HCCI的更高的發(fā)動(dòng)機(jī)極限而發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于4S SI中。因此，進(jìn)氣節(jié)流是不可避免的，并且多模式發(fā)動(dòng)機(jī)在該運(yùn)行區(qū)域中經(jīng)受低的效率。
圖lb示出了結(jié)合多模式和多沖程運(yùn)行策略的本發(fā)明的運(yùn)行策略。在低功率輸出和低到中的發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)，出于與傳統(tǒng)的多模式相同的原因，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于4S HCCI中。當(dāng)需要中間或高的功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)被切換到2SHCCI而不是4S SI。運(yùn)行于2S HCCI中具有優(yōu)于使用4S SI的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，在2S HCCI中使燃燒頻率翻倍的同時(shí)產(chǎn)生與4S SI相當(dāng)?shù)墓β瘦敵?，HCCI運(yùn)行的高效率和低NOx排放的優(yōu)勢(shì)得以保留。第二，所述沖程切換能夠比模式切換更平滑地實(shí)現(xiàn)。廢氣的溫度范圍在4S HCCI和2S HCCI中類似，但典型地4S SI具有高出200-300度的廢氣溫度?？紤]到HCCI的相位調(diào)整敏感于被捕捉的氣體的溫度，沖程切換實(shí)現(xiàn)比模式切換更平滑的過(guò)渡運(yùn)行。此外，2S HCCI可以以適中的熱釋放速率覆蓋高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍。在2S運(yùn)行中，由于被縮短的氣體交換過(guò)程和壓縮沖程，混合物沒(méi)有足夠的時(shí)間完全混合，因此均勻程度更低的混合物導(dǎo)致比在4S HCCI中更慢的熱釋放，并且使得2S HCCI成為可行的方案以運(yùn)行于更高的速度下。此外，對(duì)于極高的功率和發(fā)動(dòng)機(jī)速度需求，發(fā)動(dòng)機(jī)可以切換到4S增壓式SI運(yùn)行，以使得輸出功率的更高的極限可以在整個(gè)2SHCCI運(yùn)行上延續(xù)。由于靈活的氣門正時(shí)和進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，所述模式切換還是方便可行的。因此，根據(jù)本發(fā)明，HCCI的效率和排放優(yōu)勢(shì)可以在多模式策略的典型運(yùn)行范圍中使用，并且4S增壓式SI運(yùn)行將運(yùn)行范圍擴(kuò)展到更高的功率和速度區(qū)域。 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的框圖。用于多模式/多沖程運(yùn)行的啟動(dòng)技術(shù)包括可變氣門驅(qū)動(dòng)，例如EHVS(或凸輪移相器)3、 EHVS控制器4、液壓供給源13、直接噴射器9、以及機(jī)械增壓器10、壓縮機(jī)11和渦輪12的組合。此外，電子控制單元(ECU) 5監(jiān)測(cè)功率需求和發(fā)動(dòng)機(jī)速度，并且根據(jù)預(yù)設(shè)運(yùn)行圖表從4S HCCI、2S HCCI和4S增壓式SI中確定最佳燃燒策略。用于沖程/模式切換的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和活塞位置的信息從與曲軸連接的增量式編碼器6傳輸。缸內(nèi)壓力曲線通過(guò)壓力傳感裝置或離子傳感器7測(cè)量并由ECU 5監(jiān)測(cè)。根據(jù)所述壓力信號(hào)，ECU 5定位當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的燃燒定相，并且通過(guò)改變氣門正時(shí)或燃料噴射正時(shí)執(zhí)行燃燒正時(shí)的反饋控制。A傳感器14中的測(cè)量值提供點(diǎn)火失敗的信息，并且圖2中未示出的進(jìn)氣和冷卻劑溫度傳感器被用于提供反饋信號(hào)以抑制來(lái)自真實(shí)環(huán)境運(yùn)行的干擾。 圖3a、3b和3c示出了用于不同燃燒策略的氣門正時(shí)圖表，即排氣門和進(jìn)氣門正時(shí)圖表。在圖3a、3b和3c中，SOI表示噴射開(kāi)始，BDC表示下止點(diǎn)，而TDC表示上止點(diǎn)。燃燒TDC被明確地標(biāo)示為"TDC"和"燃燒"，而進(jìn)氣TDC被簡(jiǎn)單地標(biāo)示為"TDC"。在圖3a、3b和3c中的每一個(gè)中，示出了兩次發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，即720度曲柄轉(zhuǎn)角(CAD)運(yùn)行。
圖3a示出了用于4S HCCI的氣門正時(shí)。為了捕捉一定量的廢氣，排氣門在TDC之前關(guān)閉，而進(jìn)氣門在TDC之前開(kāi)啟。不存在氣門重疊，稱為負(fù)氣門重疊(NVO)。如圖3a中以橫向箭頭所示的那樣，排氣門關(guān)閉正時(shí)(EVC)和進(jìn)氣門開(kāi)啟正時(shí)(IVO)被對(duì)稱地調(diào)節(jié)以改變下一循環(huán)中的RF :較早的EVC、較高的RF。燃料在IVO之后噴射，但是這可以靈活地改變以滿足功率輸出和燃燒相位調(diào)整的要求。在壓縮沖程的末尾處，燃燒相位調(diào)整在TDC附近發(fā)生，如紅色所示。圖3a中示出的氣門正時(shí)和噴射策略表示4S HCCI的一個(gè)示例實(shí)施方式。利用例如為延遲進(jìn)氣門關(guān)閉的其它氣門策略、例如為多重噴射策略的其它噴射策略的其它實(shí)施方式是可行的。 圖3b示出了用于2S HCCI運(yùn)行的氣門正時(shí)。應(yīng)該注意的是，每一次旋轉(zhuǎn)有一次燃燒事件，這是4S運(yùn)行中的頻率的兩倍。排氣門在膨脹沖程過(guò)程中開(kāi)啟并在BDC之后關(guān)閉。進(jìn)氣門在EVO之后開(kāi)啟并在壓縮沖程的中間關(guān)閉。因此，在2S HCCI運(yùn)行中存在氣門重疊，并且這就是掃氣發(fā)生的時(shí)間。氣門重疊的量被用于控制功率輸出在較大的氣門重疊處，由于較高的掃氣和功率輸出將增大因此氣流增大。由于HCCI運(yùn)行需要?dú)飧變?nèi)部大量的燃燒廢氣，因此不需要發(fā)生完整的掃氣，因?yàn)橥暾膾邭馐冀K是2S運(yùn)行的一個(gè)問(wèn)題，因此這使得系統(tǒng)更簡(jiǎn)單。 高效的掃氣和壓縮沖程過(guò)程中進(jìn)氣的傳送需要進(jìn)氣增壓系統(tǒng)。IVC被優(yōu)化以使得對(duì)進(jìn)氣增壓壓力的需要最小化，因此使得總系統(tǒng)效率在給定條件下最大化。例如，提早的IVC導(dǎo)致糟糕的充氣效率而延遲的IVC將混合物氣體的逆流引入進(jìn)氣總管中，這導(dǎo)致下一循環(huán)中混合物成分的不確定性。用于2S HCCI運(yùn)行的燃料在EVC之后被直接噴射進(jìn)氣缸中，以防止燃料逃逸到排氣口中。噴射正時(shí)和持續(xù)時(shí)間應(yīng)該被優(yōu)化以確保發(fā)生最優(yōu)的燃燒相位調(diào)整。還可以通過(guò)控制其它氣門正時(shí)而優(yōu)化效率、排放和功率。 圖3c示出了用于4S增壓式SI的氣門正時(shí)。盡管其具有包括氣體交換過(guò)程中的氣門重疊、進(jìn)氣沖程過(guò)程中的噴射、以及TDC之前的火花點(diǎn)火的與4S DISI(直噴火花點(diǎn)火)的典型氣門正時(shí)的一些相似性，但是其不同在于進(jìn)氣具有提高功率輸出的增壓壓力，并且IVC、火花正時(shí)、以及噴射正時(shí)應(yīng)該被調(diào)節(jié)以防止在具有比典型DISI發(fā)動(dòng)機(jī)高的增壓壓力和壓縮比時(shí)發(fā)生爆震。 為了根據(jù)功率和速度的需求切換沖程/模式，以上提及的氣門正時(shí)以及火花點(diǎn)火、進(jìn)氣的增壓和噴射正時(shí)都被改變?yōu)轭A(yù)設(shè)配置。所述切換應(yīng)該在燃燒上止點(diǎn)(TDC)處發(fā)生，因?yàn)檫@允許發(fā)動(dòng)機(jī)做好準(zhǔn)備用于下一循環(huán)中不同的沖程/模式運(yùn)行。各種模式中運(yùn)行的細(xì)節(jié)說(shuō)明如下。 在4S HCCI運(yùn)行中，廢氣在NVO過(guò)程中被捕捉并且與新鮮空氣和燃料混合。被捕捉的氣體提升初始混合物的溫度，因此所述混合物將在壓縮沖程的末尾處點(diǎn)燃。為了改變功率輸出，RF通過(guò)調(diào)節(jié)NOV的持續(xù)時(shí)間而改變，而燃燒相位調(diào)整通過(guò)噴射正時(shí)被控制。在所述運(yùn)行中機(jī)械增壓器和渦輪增壓器以及火花點(diǎn)火系統(tǒng)被關(guān)閉。 當(dāng)燃燒模式被切換到2S HCCI時(shí)，機(jī)械增壓器和渦輪增壓器被啟動(dòng)。所述機(jī)械增壓和渦輪增壓組合被配置為優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率。例如，在廢氣中沒(méi)有足夠能量可用的低發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，主要是機(jī)械增壓器運(yùn)行，而在高速度下，機(jī)械增壓器和渦輪增壓器都被啟動(dòng)以使進(jìn)氣增壓。機(jī)械增壓器和渦輪增壓器之間的運(yùn)行的精確平衡取決于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)?？梢越Y(jié)合中冷器以提高增壓系統(tǒng)的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出通過(guò)氣門重疊的持續(xù)時(shí)間、即掃氣的時(shí)長(zhǎng)而被控制。由于被縮短的氣體交換過(guò)程，2S HCCI可能更敏感于周期性變化，這需要對(duì)燃燒事件進(jìn)行反饋控制。所述燃燒控制通過(guò)兩種因素實(shí)現(xiàn)確定有效壓縮比的IVC、以及影響混合物均勻性的噴射正時(shí)。 在4S增壓式SI運(yùn)行中，機(jī)械增壓器和渦輪增壓器充分運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)高的發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出。由于渦輪增壓器在2S HCCI運(yùn)行中已經(jīng)被開(kāi)啟，因此在2S HCCI和4S之間的過(guò)渡中渦輪遲滯被最小化。由于用于HCCI運(yùn)行的高幾何壓縮比，典型的4S SI運(yùn)行經(jīng)受爆震的高可能性。為了解決這一問(wèn)題，采用降低有效壓縮比的延遲IVC、或者由燃料直噴實(shí)現(xiàn)的分層和更稀薄的燃燒。 圖4示出了在實(shí)驗(yàn)室中單缸發(fā)動(dòng)機(jī)上多沖程運(yùn)行中的性能比較。幾何壓縮比為13，而發(fā)動(dòng)機(jī)固定運(yùn)行于1000PRM。標(biāo)記為SI-EHVS的數(shù)據(jù)來(lái)自相同發(fā)動(dòng)機(jī)配置中4S SI的典型運(yùn)行，并且因此用于參照。如在"凈指示功率"比較的圖表中所示出的那樣，4S SI的功率輸出從如4S HCCI—樣低到如2S HCCI—樣高。對(duì)于HCCI運(yùn)行，燃燒過(guò)程中最高壓力的角度被調(diào)節(jié)為燃燒TDC之后10度曲柄轉(zhuǎn)角左右，以使輸出功最大化。 在圖4中，非常清楚地示出的是，傳統(tǒng)4S HCCI具有相對(duì)于4S SI的更高的效率和更低得多的NOx排放，然而功率輸出范圍特別是在上限處相當(dāng)有限。2S HCCI通過(guò)在保持高效率和低NOx排放的同時(shí)使燃燒頻率翻倍，從而彌補(bǔ)了功率局限性。因此，相對(duì)于4S SI，2SHCCI運(yùn)行可以以高效率和低排放達(dá)到功率輸出要求。在圖4所反映的特定實(shí)驗(yàn)中，HCCI運(yùn)行中的一氧化碳排放也比在4S SI中的更低。 在圖5中，示出了壓力曲線和計(jì)算的熱釋放速率。所選擇的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于來(lái)自2SHCCI和4S HCCI模式的大約4巴的MEP(指示平均有效壓力)。清楚的是，4S HCCI具有快得多的熱釋放速率和更高的最高壓力。圖5中的數(shù)據(jù)點(diǎn)僅表示一個(gè)特定示例，然而在未在此示出的其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中觀察到類似的燃燒特征。這與上述陳述密切相關(guān)，所述陳述為2SHCCI由于被縮短的氣體交換周期而具有更不均勻的混合物的，這導(dǎo)致更慢的熱釋放速率。所述較慢的熱釋放速率能夠?qū)崿F(xiàn)高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度運(yùn)行，而在所述高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度運(yùn)行下4SHCCI經(jīng)受高的熱釋放速率。 盡管在以上已經(jīng)結(jié)合示例實(shí)施方式和示例方法描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于所述示例實(shí)施方式和方法，而應(yīng)該是修改、變化、和/或替換都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種運(yùn)行包括具有活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括提供用于具有上邊界的第一特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、均值充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，所述上邊界通過(guò)第一功率輸出閾值和第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值限定；提供用于具有上邊界的第二特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、均值充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，所述上邊界通過(guò)第二功率輸出閾值和第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值限定，其中所述第二功率輸出閾值大于所述第一功率輸出閾值，并且其中所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值大于所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值；以及提供用于具有上邊界的第三特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、增壓式火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，所述上邊界通過(guò)第三功率輸出閾值和第三發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值限定，其中所述第三功率輸出閾值大于所述第二功率輸出閾值，并且其中所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值大于所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值；其中所述第一特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域、第二特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域和第三特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域依次毗鄰。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有帶有配氣系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 四沖程設(shè)計(jì)，所述配氣系統(tǒng)具有被配置為獨(dú)立于所述氣缸中的活塞的位置而執(zhí)行正時(shí)和行 進(jìn)曲線的完全可變氣門。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載要求和當(dāng)前狀態(tài)，確定待執(zhí)行的所述完全可變氣門的正時(shí)和行進(jìn)曲線。
4. 一種用于實(shí)施包括具有活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的多沖程、多模式運(yùn)行的系 統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括被配置為實(shí)施用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的三個(gè)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的電子控制器；與所述電子控制器聯(lián)接、并且響應(yīng)于由所述電子控制器/觀測(cè)器傳輸?shù)男盘?hào)從而以完 全可變的方式啟動(dòng)所述氣缸的進(jìn)氣門和排氣門的可變配氣系統(tǒng)；以及與所述氣缸聯(lián)接并且由所述電子控制器控制、以提供壓力增壓的充氣到氣缸、從而能 夠在活塞不運(yùn)動(dòng)的情況下引入充氣的渦輪增壓器；其中用于具有上邊界的第一特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、均值充量壓燃 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行被實(shí)施，所述上邊界通過(guò)第一功率輸出閾值和第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值限定；其中用于具有上邊界的第二特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、均值充量壓燃 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行被實(shí)施，所述上邊界通過(guò)第二功率輸出閾值和第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值限定，其中 所述第二功率輸出閾值大于所述第一功率輸出閾值，并且其中所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值大 于所述第一發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值；其中用于具有上邊界的第三特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、增壓式火花點(diǎn) 火發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行被實(shí)施，所述上邊界通過(guò)第三功率輸出閾值和第三發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值限定，其 中所述第三功率輸出閾值大于所述第二功率輸出閾值，并且其中所述第三發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值 大于所述第二發(fā)動(dòng)機(jī)速度閾值；其中所述第一特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域、第二特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域和第三特征發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 區(qū)域依次毗鄰。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)四沖程設(shè)計(jì)，并且其中所述可變配氣系統(tǒng)具有被配置為獨(dú)立于所述氣缸中的活塞的位置而執(zhí)行正時(shí)和行進(jìn)曲線 的完全可變氣門。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器基于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載要求和 當(dāng)前狀態(tài)，確定待執(zhí)行的所述完全可變氣門的正時(shí)和行進(jìn)曲線。
全文摘要
在一種多模式、2沖程/4沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)沖程從4沖程運(yùn)行切換到2沖程運(yùn)行以使得燃燒頻率被翻倍，甚至在每一循環(huán)的輸出功相同時(shí)也實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的翻倍。為了滿足極高功率的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)設(shè)的功率水平和曲柄速度需求下運(yùn)行在從2沖程HCCI運(yùn)行過(guò)渡來(lái)的4沖程增壓式SI運(yùn)行中。通過(guò)將多沖程(2沖程HCCI和4沖程HCCI)和多模式運(yùn)行(2沖程HCCI和4沖程增壓式SI)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了全負(fù)載范圍和高的總效率以及最小化的NOx排放。
文檔編號(hào)F02B1/12GK101779029SQ200880102440
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者A·科伊奇, J·F·克里斯滕森, J·艾哈邁德, J-p·哈斯奧特, M·勞舍爾, 宋漢虎, 樸盛培 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司