專利名稱：用于在均質(zhì)充量壓縮點火和火花點火燃燒模式之間進行轉(zhuǎn)換的控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)發(fā)動機的操作和控制。
技術(shù)背景
本節(jié)中的陳述僅僅提供了與本發(fā)明有關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技 術(shù)。
已知的火花點火61)發(fā)動機將空氣/燃料混合物引入到每個氣缸中，空氣/燃 料混合物在壓縮沖程中被壓縮并且由火花塞點燃。已知的壓縮點火發(fā)動機在壓縮沖程的 上止點(TDC)附近將加壓的燃料噴射到燃燒氣缸中，該燃料在噴射后點燃。汽油發(fā)動機 和柴油發(fā)動機兩者的燃燒都涉及通過流體力學來控制的預(yù)先混合或擴散的火焰。
SI發(fā)動機能夠以各種不同的燃燒模式操作，包括均質(zhì)幻燃燒模式和分層充量幻 燃燒模式。^[發(fā)動機能夠被配置成在預(yù)定速度/負載工況下以均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI) 燃燒模式操作，也可互換地被稱作受控自動點火(HCCI)燃燒。該受控自動點火(HCCI) 燃燒包括由氧化化學過程控制的分布的、無焰的、自動點火燃燒過程。操作在受控自動 點火(HCCI)燃燒模式中的發(fā)動機具有優(yōu)選在進氣門關(guān)閉時刻在成分、溫度和剩余排氣中 均勻的氣缸充量。受控自動點火(HCCI)燃燒是一種分布運動式受控的燃燒過程，其中 發(fā)動機以稀的空氣/燃料混合物(也就是說，空氣/燃料化學計量點的貧側(cè))進行操作， 具有相對低的峰值燃燒溫度，導致低的氮氧化物(NOx)排放。均質(zhì)的空氣/燃料混合物 最大限定減少了形成煙和顆粒排放物的高濃度區(qū)的發(fā)生。
受控自動點火(HCCI)燃燒強烈地依賴于諸如在進氣門關(guān)閉時的氣缸充量成分、 溫度和壓力之類的因素。因此，發(fā)動機的控制輸入必須被仔細協(xié)調(diào)，以便確保自動點火 燃燒。受控自動點火(HCCI)燃燒策略可以包括使用排氣再壓縮氣門策略。排氣再壓縮 氣門策略包括通過調(diào)整氣門關(guān)閉正時來捕集來自先前發(fā)動機循環(huán)的熱剩余氣體從而控制 氣缸充量的溫度。在排氣再壓縮策略中，排氣門在上止點(TDC)之前關(guān)閉并且進氣門在 TDC之后打開，從而產(chǎn)生負氣門重疊(NVO)時間段，其中排氣門和進氣門兩者都關(guān)閉， 由此來捕集排氣。進氣門及排氣門的打開正時優(yōu)選相對于TDC進氣是對稱的。氣缸充量 成分和溫度兩者都強烈地受排氣門關(guān)閉時間的影響。特別地，能夠利用排氣門的更早關(guān) 閉來保持來自先前循環(huán)的更多的熱剩余氣體，從而為進入的新鮮空氣留下較少的空間， 由此增加了氣缸充量溫度以及減小了氣缸的氧濃度。在排氣再壓縮策略中，排氣門關(guān)閉 正時和進氣門打開正時都通過NVO時間段來測量。
在發(fā)動機操作中，通過選擇性地調(diào)整節(jié)氣門的位置以及調(diào)整進氣門和排氣門的 打開和關(guān)閉來控制發(fā)動機空氣流量。在如此裝備的發(fā)動機系統(tǒng)上，使用可變氣門致動系 統(tǒng)來實現(xiàn)進氣門和排氣門的打開和關(guān)閉，該可變氣門致動系統(tǒng)包括可變凸輪定相和可選 的多級氣門升程，例如，提供了兩個或更多氣門升程位置的多級凸輪凸角。與節(jié)氣門位 置變化相反，多級氣門升程機構(gòu)的氣門位置的變化是離散的變化，是不連續(xù)的。
當發(fā)動機操作在受控自動點火(HCCI)燃燒模式中時，發(fā)動機控制包括貧的或化 學計量的空氣/燃料比操作，其中節(jié)氣門全開以最小化發(fā)動機泵送損耗。當發(fā)動機以幻 燃燒模式操作時，發(fā)動機控制包括化學計量的空氣/燃料比操作，其中節(jié)氣門被控制在 從0%到100%的全開位置的位置范圍上，以便控制進氣流量，從而獲得化學計量的空氣 /燃料比。
在配置為^[和受控自動點火(HCCI)燃燒模式的發(fā)動機中，燃燒模式之間的轉(zhuǎn) 換可能是復雜的。發(fā)動機控制模塊必須協(xié)調(diào)多個裝置的致動，以便為不同的模式提供期 望的空氣/燃料比。在受控自動點火(HCCI)燃燒模式和^[燃燒模式之間進行轉(zhuǎn)換期間， 氣門升程切換幾乎瞬間發(fā)生，而凸輪相位器和歧管中的壓力則具有較慢的動態(tài)特性。直 到獲得期望的空氣/燃料比，不完全燃燒和不點火都可能發(fā)生，導致扭矩擾動。發(fā)明內(nèi)容
一種火花點火直接噴射內(nèi)燃發(fā)動機，包括具有進氣門及排氣門的可控制的氣門 機構(gòu)，以及可控制的進氣節(jié)氣門。一種用于控制該發(fā)動機的方法，包括命令發(fā)動機操作 在受控自動點火燃燒模式和均質(zhì)火花點火燃燒模式之間轉(zhuǎn)換，以及在轉(zhuǎn)換期間使該發(fā)動 機操作在分層充量火花點火燃燒模式中。


現(xiàn)在參考附圖并且通過示例來對一個或多個實施例進行描述，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖2根據(jù)本發(fā)明，圖示出了用于相應(yīng)燃燒模式的示例性速度和負載操作區(qū)；
圖3根據(jù)本發(fā)明，圖示出了在燃燒模式轉(zhuǎn)換期間的致動器命令和發(fā)動機參數(shù)的 對應(yīng)狀態(tài)；和
圖4根據(jù)本發(fā)明，圖示出了發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)。
具體實施方式
現(xiàn)在參考附圖，其中所進行的描述僅僅是為了對某些示例性實施例進行例示的 目的，而并非為了限制這些實施例的目的，圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例構(gòu)造 的內(nèi)燃發(fā)動機10和附連的控制模塊5。發(fā)動機10選擇性地操作在多個燃燒模式中，包括 受控自動點火(HCCI)燃燒模式，均質(zhì)火花點火6I-H)燃燒模式，以及中間的分層充量 火花點火燃燒模式。發(fā)動機10可選擇性地以化學計量的空氣/燃料比和以主要在化學計 量的貧側(cè)的空氣/燃料比來操作。本發(fā)明可以應(yīng)用于各種各樣的內(nèi)燃發(fā)動機系統(tǒng)以及燃 燒循環(huán)。
在一個實施例中，發(fā)動機10可以聯(lián)接到傳動裝置(未示出)，以便將牽引動力傳 輸?shù)杰囕v的傳動系(未示出)。傳動裝置可以包括混合動力傳動裝置，該混合動力傳動裝 置包括可操作以將牽引動力傳送到傳動系的扭矩機。
示例性發(fā)動機10包括多缸直接噴射四沖程內(nèi)燃發(fā)動機，其具有可在氣缸15內(nèi)滑 動地運動的往復式活塞14，活塞14和氣缸15限定了可變?nèi)莘e的燃燒室16。每個活塞14 連接到旋轉(zhuǎn)的曲軸12，通過曲軸12將線性往復運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。進氣系統(tǒng)提供到進5氣歧管四的進氣，進氣歧管四將空氣引導并分配到燃燒室16的進氣支管中。進氣系統(tǒng) 包括氣流管道系統(tǒng)和用于監(jiān)測和控制該氣流的裝置?？諝膺M氣裝置優(yōu)選包括用于監(jiān)測質(zhì) 量空氣流量和進氣溫度的質(zhì)量空氣流量傳感器32。節(jié)氣門34優(yōu)選包括電子控制的裝置， 響應(yīng)于來自控制模塊5的控制信號(ETC)來控制到發(fā)動機10的氣流。進氣歧管四中的 壓力傳感器36構(gòu)造成監(jiān)測歧管絕對壓力和大氣壓。外部流動通道將來自發(fā)動機排氣的排 氣再循環(huán)到進氣歧管四，外部流動通道具有被稱為排氣再循環(huán)(EGR)閥38的流量控制 閥?？刂颇K5可操作以控制排氣再循環(huán)閥38的開度來控制到進氣歧管四的排氣的質(zhì) 量流量。
通過一個或多個進氣門20來控制從進氣歧管四到燃燒室16里的空氣流量。通 過一個或多個排氣門18來控制流出燃燒室16到排氣歧管39的排氣流。發(fā)動機10裝備 了控制和調(diào)整進氣門20及排氣門18的打開和關(guān)閉的系統(tǒng)。在一個實施例中，進氣門20 及排氣門18的打開和關(guān)閉可以通過分別控制進氣和排氣的可變凸輪定相/可變升程控制 (VCP/VLC)裝置22和M來控制和調(diào)整。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M被配置成 分別控制和操作進氣凸輪軸21和排氣凸輪軸23。進氣和排氣凸輪軸21和23的旋轉(zhuǎn)被聯(lián) 系到曲軸12的旋轉(zhuǎn)，并和曲軸12的旋轉(zhuǎn)掛鉤，從而將進氣門20及排氣門18的打開和關(guān) 閉聯(lián)系到曲軸12和活塞14的位置。
進氣VCP/VLC裝置22優(yōu)選包括可操作為響應(yīng)于來自控制模塊5的控制信號 (INTAKE)而為每個氣缸15切換和控制進氣門20的氣門升程以及可變地調(diào)整和控制進氣 凸輪軸21的定相的機構(gòu)。排氣VCP/VLC裝置M優(yōu)選包括可操作為響應(yīng)于來自控制模 塊5的控制信號(EXHAUST)而為每個氣缸15可變地切換和控制排氣門18的氣門升程以 及可變地調(diào)整和控制排氣凸輪軸23的定相的可控制的機構(gòu)。
進氣以及排氣VCP/VLC裝置22和和M都優(yōu)選包括可控制的兩級可變升程控制 (VLC)機構(gòu)，其可操作以分別將進氣門及排氣門20和18的氣門升程的大小或開度控制到 兩個離散級中的一個。該兩個離散級優(yōu)選包括優(yōu)選用于低速、低負載操作的低升程氣門 打開位置(在一個實施例中為大約4-6mm)，和優(yōu)選用于高速和高負載操作的高升程氣門 打開位置(在一個實施例中為大約8-13mm)。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M都優(yōu) 選包括可變凸輪定相(VCP)機構(gòu)，以便分別控制和調(diào)整進氣門20和排氣門18的打開和 關(guān)閉的定相(即，相對正時)。調(diào)整該定相指的是相對于各氣缸15中的曲軸12以及活塞 14的位置來改變進氣門20及排氣門18的打開時間。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和 M WVCP機構(gòu)優(yōu)選具有曲柄轉(zhuǎn)動的大約60° -90°的定相許可范圍，因而允許控制模塊 5使得進氣門20及排氣門18中的一個的打開和關(guān)閉相對于每個氣缸15的活塞14的位置 超前或延遲。定相許可的范圍通過進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M來限定和限制。 進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M包括凸輪軸位置傳感器(未示出)，以便確定進氣和 排氣凸輪軸21和23的旋轉(zhuǎn)位置。VCP/VLC裝置22和M使用電動液壓的、液力的、以 及電氣控制的力中的一種來致動，并且通過控制模塊5控制。
發(fā)動機10包括燃料噴射系統(tǒng)，其包括多個高壓燃料噴射器觀，每個燃料噴射器 28都配置成響應(yīng)于來自控制模塊5的信號將一定質(zhì)量的燃料直接噴射到燃燒室16中的一 個中。燃料噴射器觀由燃料分配系統(tǒng)(未示出)供給加壓燃料。
發(fā)動機10包括火花點火系統(tǒng)(未示出)，可以響應(yīng)于來自控制模塊5的信號6(IGN)通過該火花點火系統(tǒng)將火花能量提供到火花塞沈，用于點燃或幫助點燃每一燃燒 室16中的氣缸充量。
發(fā)動機10裝備了用于監(jiān)測發(fā)動機操作的各種傳感裝置，包括具有輸出的每分鐘 轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)和可操作以監(jiān)測曲軸旋轉(zhuǎn)位置(也就是說，曲柄角度和速度)的曲柄傳感器 42，在一個實施例中還包括配置成監(jiān)測燃燒的燃燒傳感器30以及配置成監(jiān)測排氣的排氣 傳感器40，通常還包括空氣/燃料比傳感器。燃燒傳感器30包括可操作以監(jiān)測燃燒參數(shù) 狀態(tài)的傳感器裝置，并且被描述為可操作以監(jiān)測氣缸內(nèi)燃燒壓力的氣缸壓力傳感器。通 過控制模塊5來監(jiān)測燃燒傳感器30和曲柄傳感器42的輸出，控制模塊5關(guān)于每個燃燒循 環(huán)為每個氣缸15確定燃燒定相，也就是說，燃燒壓力相對于曲軸12的曲柄角度的正時。 燃燒傳感器30還可以通過控制模塊5監(jiān)測，以關(guān)于每個燃燒循環(huán)為每個氣缸15確定平均 有效壓力(IMEP)。優(yōu)選地，發(fā)動機10和控制模塊5被加工成監(jiān)測和確定每個氣缸點火 事件期間發(fā)動機氣缸15中每一個的IMEP狀態(tài)。可替代地，在本發(fā)明范圍內(nèi)也可使用其 它傳感系統(tǒng)來監(jiān)測其它燃燒參數(shù)的狀態(tài)，例如離子感測點火系統(tǒng)和非侵入式氣缸壓力傳 感器。
控制模塊5優(yōu)選是通用數(shù)字計算機，其包括微處理器或中央處理單元，存儲介 質(zhì)(其包括非易失性存儲器和隨機存取存儲器，其中非易失性存儲器包括只讀存儲器和 電可編程序只讀存儲器)，高速時鐘，模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，輸入/輸出電路和裝 置，以及適當?shù)男盘栒{(diào)節(jié)和緩存電路?？刂颇K具有一組控制算法，其包括保存在非易 失性存儲器中并且被執(zhí)行以提供期望功能的常駐程序指令和校準程序。算法優(yōu)選在預(yù)置 的循環(huán)周期期間執(zhí)行。使用預(yù)置的校準，通過中央處理單元來執(zhí)行算法，所述算法可 操作以監(jiān)測來自上述的傳感裝置的輸入，并且執(zhí)行控制和診斷例程以控制對致動器的操 作?？梢悦扛粢欢ㄩg隔執(zhí)行循環(huán)周期，例如在正在進行的發(fā)動機和車輛操作期間每隔 3.125、6.25、12.5、25以及100毫秒?？商娲?，算法可以響應(yīng)于事件的發(fā)生而被執(zhí)行。
在操作中，控制模塊5監(jiān)測來自上述傳感器的輸入以確定發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)。 控制模塊5配置成接收來自操作者(例如，經(jīng)由節(jié)氣門踏板和制動器踏板，未示出)的輸 入信號以確定操作者扭矩請求，控制模塊5監(jiān)測指示發(fā)動機速度和進氣溫度以及冷卻液 溫度及其它周圍情況的傳感器。
控制模塊5執(zhí)行存儲在其中的算法代碼，以便控制上述致動器從而形成氣缸充 量，包括控制節(jié)氣門位置、火花點火正時、燃料噴射質(zhì)量和正時、控制再循環(huán)排氣的流 量的EGR閥位置、以及在如所述裝備的發(fā)動機上的進氣和/或排氣門正時和定相。在一 個實施例中，氣門正時和定相可以包括NVO和排氣門再打開的升程(在排氣再換氣策略 中)?？刂颇K5可以操作以便在正在進行的車輛操作期間打開和關(guān)閉發(fā)動機10，并且 可以操作以便通過對燃料、火花以及氣門停用的控制來選擇性地停用一部分燃燒室15或 一部分進氣門及排氣門20和18?？刂颇K5可以基于來自排氣傳感器40的反饋來控制 空氣/燃料比。
在發(fā)動機操作期間，節(jié)氣門34在受控自動點火(HCCI)燃燒模式(例如單噴射 和雙噴射的受控自動點火(HCCI)燃燒模式)中優(yōu)選基本上全開，其中以貧燃的空氣/燃 料比來控制發(fā)動機10?；旧先_的節(jié)氣門可以包括完全未節(jié)流或輕微節(jié)流的操作，以 便在進氣歧管四中產(chǎn)生真空，從而影響EGR流動。在一個實施例中，缸內(nèi)EGR質(zhì)量被控制到高稀釋率，例如大于氣缸空氣充量的40%。進氣門及排氣門20和18處于低升程 氣門位置中，并且以NVO進行進氣和排氣升程正時操作。一個或多個燃料噴射事件可以 在發(fā)動機循環(huán)期間執(zhí)行，其中在壓縮階段中包括至少一次噴射。
在發(fā)動機以均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式的操作期間，節(jié)氣門34被控制以便 調(diào)節(jié)空氣流量。發(fā)動機10被控制到化學計量的空氣/燃料比，并且進氣門及排氣門20 和18處于高升程氣門打開位置，并且以正氣門重疊進行進氣和排氣升程正時操作。優(yōu)選 地，在發(fā)動機循環(huán)的壓縮階段期間執(zhí)行燃料噴射事件，優(yōu)選基本上在TDC之前。當氣缸 內(nèi)的空氣充量基本上均質(zhì)時，優(yōu)選在燃料噴射后預(yù)定時間時進行火花點火。
中間的分層充量火花點火燃燒模式包括基本上在化學計量值的貧側(cè)來操作。燃 料噴射正時優(yōu)選在時間上接近火花點火正時，以便防止空氣/燃料混合物均質(zhì)化變成均 勻分布的混合物。所噴射的燃料被噴射在燃燒室15中，其中在火花點火的時候在火花塞 周圍具有富燃層，而在更遠處具有更貧燃的空氣/燃料比區(qū)域。燃料脈沖寬度可以在火 花事件開始時或者恰好在其之前結(jié)束。
圖2示意性示出了優(yōu)選燃燒模式，包含與所指示的發(fā)動機操作區(qū)相關(guān)聯(lián)的均質(zhì) 火花點火(SI-H)燃燒模式和受控自動點火(HCCI)燃燒模式。發(fā)動機操作區(qū)由發(fā)動機 參數(shù)的狀態(tài)限定并且對應(yīng)于發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)，在該實施例中，發(fā)動機參數(shù)包括發(fā)動 機速度和負載。發(fā)動機負載可以從包括燃料流量和進氣歧管壓力的發(fā)動機參數(shù)中推導 出。燃燒模式優(yōu)選包括均質(zhì)火花點火6I-H)燃燒模式，第一受控自動點火(HCCI)燃 燒模式(HCCI-I)，第二受控自動點火(HCCI)燃燒模式(HCCI-2)，和第三受控自動點 火(HCCI)燃燒模式(HCCI-3)。優(yōu)選地，每個燃燒模式都與燃料噴射策略相關(guān)聯(lián)，例 如，第一受控自動點火(HCCI)燃燒模式可以與單噴射燃料噴射策略相關(guān)聯(lián)。與發(fā)動機 操作區(qū)相關(guān)聯(lián)的優(yōu)選燃燒模式可以基于具體的硬件應(yīng)用和發(fā)動機操作參數(shù)來預(yù)定，其中 發(fā)動機操作參數(shù)包括燃燒穩(wěn)定性、燃料消耗、排放物、發(fā)動機扭矩輸出等等。在一個實 施例中，發(fā)動機操作區(qū)的限定優(yōu)選燃燒模式的邊界可以被預(yù)先校準并且保存在控制模塊5 中。
控制模塊5將發(fā)動機操作轉(zhuǎn)換到與發(fā)動機10相關(guān)聯(lián)的優(yōu)選燃燒模式，以便增加 燃料效率和發(fā)動機穩(wěn)定性，和/或減少排放。發(fā)動機參數(shù)(例如速度和負載)中的一個 的變化可能影響發(fā)動機操作區(qū)的變化?？刂颇K5命令與發(fā)動機操作區(qū)的變化相關(guān)聯(lián)的 優(yōu)選燃燒模式的變化。
在燃燒模式轉(zhuǎn)換期間，發(fā)動機10被控制成以優(yōu)選空氣/燃料比操作，并且進氣 空氣流量被控制成實現(xiàn)該優(yōu)選空氣/燃料比。這包括基于在選擇的燃燒模式中的發(fā)動機 操作來估計氣缸空氣充量。節(jié)氣門34和進氣及排氣VCP/VLC裝置22和M被控制，以 便基于估計的氣缸空氣充量實現(xiàn)進氣流率，包括在均質(zhì)火花點火6I-H)和受控自動點火 (HCCI)燃燒模式之間的轉(zhuǎn)換期間。通過調(diào)整節(jié)氣門34和進氣及排氣VCP/VLC裝置22 和M以控制進氣門20及排氣門18的打開正時和輪廓來控制空氣流量。在兩種燃燒模式 中的操作需要就進氣門20及排氣門18的氣門正時和輪廓對進氣和排氣VCP/VLC裝置22 和M進行不同的設(shè)定，以及就節(jié)氣門位置對節(jié)氣門34進行不同的設(shè)定。
圖3圖示出了在均質(zhì)火花點火(幻-H)燃燒模式I)和受控自動點火(HCCI)燃燒 模式(III)之間的燃燒模式(包括對應(yīng)的發(fā)動機參數(shù)狀態(tài))轉(zhuǎn)換期間的致動器命令以及對應(yīng)的發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)。從均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式到受控自動點火(HCCI)燃燒 模式的每一次轉(zhuǎn)換都包括以分層充量火花點火燃燒模式(II)的中間的操作。從受控自動 點火(HCCI)燃燒模式到均質(zhì)火花點火6I-H)燃燒模式的每一次轉(zhuǎn)換都包括以分層充量 火花點火燃燒模式(II)的中間的操作。
在從受控自動點火(HCCI)燃燒模式到均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式的轉(zhuǎn)換期 間，發(fā)動機10轉(zhuǎn)換到以化學計量的空氣/燃料比操作，并且空氣流量被控制以實現(xiàn)化學 計量的空氣/燃料比?？刂颇K5控制節(jié)氣門34到預(yù)定位置，并且命令進氣和排氣VCP/ VLC系統(tǒng)22和對調(diào)整進氣和排氣凸輪相位器到正氣門重疊(PVO)，由此減小歧管壓力。 進氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和M將進氣門及排氣門20和18從低升程氣門位置切換到 高升程氣門位置，由此增加空氣流量。所噴射的燃料質(zhì)量對應(yīng)于發(fā)動機負載。
在從均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式到受控自動點火(HCCI)燃燒模式的轉(zhuǎn)換期 間，發(fā)動機10轉(zhuǎn)換到以貧燃或化學計量的空氣/燃料比操作，并且空氣流量被控制以實 現(xiàn)期望的空氣/燃料比?？刂颇K5命令節(jié)氣門34打開到預(yù)定位置，并且命令進氣和排 氣VCP/VLC系統(tǒng)22和對調(diào)整進氣和排氣凸輪相位器到負氣門重疊(NVO)，由此增加歧 管壓力。由于增加了歧管壓力，所以空氣流量隨后增加，直到進氣和排氣VCP/VLC系 統(tǒng)22和M的VLC部分將進氣門及排氣門20和18從高升程氣門位置切換到低升程氣門 位置時為止。燃料質(zhì)量對應(yīng)于發(fā)動機負載。
在均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式和受控自動點火(HCCI)燃燒模式之間的燃燒 模式轉(zhuǎn)換期間，在氣缸16內(nèi)的期望氣缸空氣充量和真實氣缸空氣充量之間存在時間滯 后。這是由于進氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和M的進氣和排氣凸輪相位器、節(jié)氣門34、 和歧管壓力的動態(tài)響應(yīng)時間的緣故。因而，在燃燒模式轉(zhuǎn)換期間的短暫時間中，真實空 氣/燃料比可以是比期望的更稀薄，這取決于發(fā)動機的工況和動態(tài)響應(yīng)。在期望氣缸空 氣充量和真實氣缸空氣充量之間的滯后發(fā)生在燃燒模式從受控自動點火(HCCI)燃燒模 式中的一個切換到均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式時。當節(jié)氣門34和進氣及排氣VCP/ VLC系統(tǒng)22和M的進氣及排氣凸輪相位器被調(diào)整以減小空氣流量時，在均質(zhì)火花點火 (SI-H)模式中改善了燃燒穩(wěn)定性。同樣，從均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式到受控自動 點火(HCCI)燃燒模式中的一個的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了到氣缸16中的增大的空氣流量，并因而產(chǎn) 生了氣缸空氣充量中的期望變化的穩(wěn)定狀態(tài)識別和真實氣缸空氣充量之間的時間滯后。
在每一燃燒模式轉(zhuǎn)換期間，發(fā)動機10操作在分層充量火花點火燃燒模式中。如 所示，發(fā)動機10以固定的燃料供給速率轉(zhuǎn)換?？刂颇K5調(diào)整節(jié)氣門34，并且給進氣和 排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24發(fā)送信號以便調(diào)整凸輪定相。這些致動器變化影響進氣歧 管壓力和由氣缸空氣充量占據(jù)的氣缸容積，以便實現(xiàn)期望的氣缸空氣充量。該期望的氣 缸空氣充量基于所噴射的燃料質(zhì)量和期望空氣/燃料比來確定，其取決于選擇的燃燒模 式是化學計量的空氣/燃料比和貧燃的空氣/燃料比中的一個。在燃燒模式之間的轉(zhuǎn)換 時間段期間，當空氣流量增加(如在轉(zhuǎn)換啟動后以高空氣/燃料比偏移所顯示的)時，控 制模塊5將以分層充量火花點火燃燒模式操作發(fā)動機10，優(yōu)選在實現(xiàn)預(yù)定氣缸空氣充量 之后，也就是說在超過預(yù)定氣缸空氣充量閾值之后?？刂颇K5優(yōu)選在達到第二預(yù)定氣 缸空氣充量之后(也就是說在從預(yù)定氣缸空氣充量閾值減小后)中斷中間的分層充量火花 點火燃燒模式。9
當從均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式轉(zhuǎn)換到受控自動點火(HCCI)燃燒模式時， 啟動分層充量火花點火燃燒模式優(yōu)選在緊接著燃燒模式轉(zhuǎn)換命令之后開始。分層充量火 花點火燃燒模式優(yōu)選在進氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和M將進氣門及排氣門20和18從 高升程氣門位置切換到低升程氣門位置的時候中斷?？商娲?，控制模塊可以在達到受 控自動點火(HCCI)燃燒模式的期望氣缸空氣充量時，或者在進氣空氣流量在預(yù)定空氣流 量范圍內(nèi)的時候中斷分層填充火花點火燃燒模式。在從受控自動點火(HCCI)燃燒模式 轉(zhuǎn)換到均質(zhì)火花點火(SI-H)燃燒模式的時候，啟動中間的分層充量火花點火燃燒模式優(yōu) 選在進氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和M將進氣門及排氣門20和18從低升程氣門位置切 換到高升程氣門位置之后立刻開始。優(yōu)選在達到均質(zhì)火花點火6I-H)燃燒模式的期望氣 缸空氣充量時，或者在進氣空氣流量在預(yù)定空氣流量范圍內(nèi)的時候中斷中間的分層充量 火花點火燃燒模式。
圖3示出了在燃燒模式轉(zhuǎn)換期間導致更稀薄的空氣/燃料比的空氣流量增加。在 期望氣缸空氣充量和真實氣缸空氣充量之間的滯后期間，中間的分層充量火花點火燃燒 模式可以將發(fā)動機10操作在貧燃的空氣/燃料比狀況中。在模式轉(zhuǎn)換期間空氣流量增加 的時候，期望在恰好火花點火之前的壓縮沖程期間噴射燃料脈沖，以便實施分層充量火 花點火燃燒模式。優(yōu)選地，燃料脈沖剛好在發(fā)生從火花塞26的火花放電之前，或者在發(fā) 生從火花塞沈的火花放電時結(jié)束。中間的分層充量火花點火燃燒模式可以在燃燒模式轉(zhuǎn) 換期間持續(xù)，直到質(zhì)量空氣流量軌跡達到該期望燃燒模式的期望狀態(tài)(即，均質(zhì)火花點 火6I-H)到受控自動點火(HCCI)燃燒模式轉(zhuǎn)換的化學計量值的貧側(cè)，以及受控自動點 火(HCCI)燃燒模式到均質(zhì)火花點火6I-H)燃燒模式轉(zhuǎn)換的化學計量值)時為止。如圖 3所示，在從受控自動點火(HCCI)燃燒模式到均質(zhì)火花點火6I-H)燃燒模式的轉(zhuǎn)換以及 在從均質(zhì)火花點火(SI-H)到受控自動點火(HCCI)燃燒模式的轉(zhuǎn)換中實施中間的分層充 量火花點火燃燒模式。
圖4圖示出了示例性發(fā)動機從受控自動點火(HCCI)燃燒模式(III)到均質(zhì)火花點 火6I-H)燃燒模式⑴的轉(zhuǎn)換的操作，其中包括中間的分層充量火花點火燃燒模式(II)。 在燃燒模式轉(zhuǎn)換期間，該分層充量火花點火燃燒模式操作在期望氣缸空氣充量和真實氣 缸空氣充量(由控制模塊5估計)之間的時間滯后上。如圖4所示，中間的分層充量火 花點火燃燒模式的實施增加了發(fā)動機穩(wěn)定性并且改善了扭矩輸出的一致性。
替代性實施例可以包括具有可控制的多級氣門打開控制器的其它內(nèi)燃發(fā)動機， 其中該控制器包括那些使用了僅用于進氣門或排氣門的多級氣門打開和/或可變凸輪定 相的控制器。
本發(fā)明已經(jīng)描述某些優(yōu)選實施例以及對其的修改。在閱讀和理解說明書后，本 領(lǐng)域技術(shù)人員會想到更多的修改和變化。因此，本發(fā)明并不意在被限制于作為實現(xiàn)本發(fā) 明的最佳方式的，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍中的全部實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于控制火花點火直接噴射內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述發(fā)動機包括具有進氣門 和排氣門的可控制的氣門機構(gòu)，以及可控制的進氣節(jié)氣門，所述方法包括命令發(fā)動機操作在受控自動點火燃燒模式和均質(zhì)火花點火燃燒模式之間轉(zhuǎn)換；以及 在所述轉(zhuǎn)換期間，以分層充量火花點火燃燒模式來操作所述發(fā)動機。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括 監(jiān)測發(fā)動機操作點；以及基于所述發(fā)動機操作點，命令發(fā)動機操作轉(zhuǎn)換到所述受控自動點火燃燒模式和所述 均質(zhì)火花點火燃燒模式中優(yōu)選的一個。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括，當所述發(fā)動機操作點對應(yīng)于相關(guān)聯(lián)的發(fā)動 機操作區(qū)時，命令所述發(fā)動機的操作轉(zhuǎn)換到所述受控自動點火燃燒模式和所述均質(zhì)火花 點火燃燒模式中優(yōu)選的一個。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括使所述受控自動點火燃燒模式與第一發(fā)動機操作區(qū)相關(guān)聯(lián)； 使所述均質(zhì)火花點火燃燒模式與第二發(fā)動機操作區(qū)相關(guān)聯(lián)；當所述發(fā)動機操作點對應(yīng)于所述第一發(fā)動機操作區(qū)時，以所述受控自動點火燃燒模 式來操作所述發(fā)動機；以及當所述發(fā)動機操作點從所述第一發(fā)動機操作區(qū)轉(zhuǎn)換到所述第二發(fā)動機操作區(qū)時，命 令發(fā)動機操作轉(zhuǎn)換到所述均質(zhì)火花點火燃燒模式。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進一步包括 當所述發(fā)動機操作點對應(yīng)于所述第二發(fā)動機操作區(qū)時，以所述均質(zhì)火花點火燃燒模 式來操作所述發(fā)動機；以及當所述發(fā)動機操作點從所述第二發(fā)動機操作區(qū)轉(zhuǎn)換到所述第一發(fā)動機操作區(qū)時，命 令發(fā)動機操作轉(zhuǎn)換到所述受控自動點火燃燒模式。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分層充量火花點火燃燒模式包括 在壓縮沖程期間噴射足以給所述發(fā)動機供以動力的燃料脈沖；以及在緊接著所述噴射的燃料脈沖之后執(zhí)行火花放電。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從所述均質(zhì)火花點火燃燒模式到所述受控自動點 火燃燒模式的轉(zhuǎn)換包括打開所述節(jié)氣門；將所述進氣門和排氣門控制到負氣門重疊；以及 控制所述進氣門從高升程到低升程。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述可控制的氣門機構(gòu)進一步包括可變凸輪定 相機構(gòu)，并且其中控制所述進氣門和排氣門到負氣門重疊包括控制所述可變凸輪定相機 構(gòu)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述可控制的氣門機構(gòu)進一步包括兩級可變升程 控制機構(gòu)，并且其中控制所述進氣門從高升程到低升程包括控制所述兩級可變升程控制 機構(gòu)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括，在命令發(fā)動機操作轉(zhuǎn)換到所述受控自動 點火燃燒模式之后，立即以所述分層充量火花點火燃燒模式來操作所述發(fā)動機。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從所述從受控自動點火燃燒模式到所述均質(zhì)火 花點火燃燒模式的轉(zhuǎn)換包括控制所述節(jié)氣門以達到預(yù)定的位置；控制所述進氣門和排氣門到正氣門重疊；以及控制所述進氣門從低升程到高升程。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述可控制的氣門機構(gòu)進一步包括可變凸輪定 相機構(gòu)，并且其中控制所述進氣門和排氣門到正氣門重疊包括控制所述可變凸輪定相機 構(gòu)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述可控制的氣門機構(gòu)進一步包括兩級可變升 程控制機構(gòu)，并且其中控制所述進氣門從低升程到高升程包括控制所述兩級可變升程控 制機構(gòu)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括在控制所述進氣門從低升程到高升程之后以所述分層充量火花點火燃燒模式來操作 所述發(fā)動機。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括監(jiān)測進氣空氣流量；以及在轉(zhuǎn)換期間，當所述進氣空氣流量超過預(yù)定閾值時，以所述分層充量火花點火燃燒 模式來操作所述發(fā)動機，并且當所述進氣空氣流量從所述預(yù)定閾值減小時，中斷以所述 分層充量火花點火燃燒模式來操作所述發(fā)動機。
16.一種用于控制火花點火直接噴射內(nèi)燃發(fā)動機的方法，其中所述發(fā)動機被配置成以 受控自動點火燃燒模式和均質(zhì)火花點火燃燒模式中的一種來操作，所述方法包括操作在初始燃燒模式中，所述初始燃燒模式包括所述受控自動點火燃燒模式和所述 均質(zhì)火花點火燃燒模式之一；監(jiān)測發(fā)動機操作點；確定對應(yīng)于所述發(fā)動機操作點的優(yōu)選燃燒模式；當所述優(yōu)選燃燒模式不是所述初始燃燒模式時，命令發(fā)動機操作從所述初始燃燒模 式轉(zhuǎn)換到所述優(yōu)選燃燒模式；以及在轉(zhuǎn)換到所述優(yōu)選燃燒模式期間，以分層充量火花點火燃燒模式來操作所述發(fā)動機。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括在從所述初始燃燒模式轉(zhuǎn)換到所述優(yōu)選燃燒模式期間，調(diào)整進氣空氣流量；以及當所述進氣空氣流量在預(yù)定空氣流量范圍之內(nèi)時，從所述初始燃燒模式操作在所述 分層充量火花點火燃燒模式。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括當所述進氣空氣流量在預(yù)定空氣流量范圍之外時，從所述分層充量火花點火燃燒模 式操作在所述優(yōu)選燃燒模式。
全文摘要
一種用于使火花點火直接噴射內(nèi)燃發(fā)動機在受控自動點火燃燒模式和均質(zhì)火花點火燃燒模式之間進行轉(zhuǎn)換的方法，包括在所述轉(zhuǎn)換期間以分層充量火花點火燃燒模式來操作發(fā)動機。
文檔編號F02D41/02GK102027218SQ200980116953
公開日2011年4月20日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者A·B·雷爾, C-F·常, J-M·康, V·拉馬潘 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司