[发明专利]HCCI和SI燃烧之间的控制转换

说明书

技术领域

本发明主要涉及内燃机控制系统，并且更具体地涉及用于控制均质 充量压燃发动机操作的方法和装置。

背景技术

本部分内的说明仅提供与本公开相关的背景技术信息，并且可能并 不构成现有技术。

内燃机，特别是机动车内燃机，基本上都会落入两类即火花点火式 发动机和压缩点火式发动机中的一类。传统的火花点火式发动机，例如 汽油发动机，通常通过将空气/燃料混合物引入燃烧气缸，然后将其在 压缩冲程时压缩并用火花塞点火来进行工作。传统的压缩点火式发动 机，例如柴油发动机，通常通过在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加 压燃料引入或喷入燃烧气缸，以在喷射时点火来进行工作。对于传统的 汽油发动机和柴油发动机来说燃烧都包括由流体力学控制的预混火焰 或扩散火焰。每种类型的发动机都有优点和缺点。通常汽油发动机产生 的排放较少但是效率较低，而柴油发动机通常效率较高但是产生的排放 较多。

最近，已经提出了用于内燃机的其他类型的燃烧方法。一种这样的 发动机系统包括设计用于在特定的发动机操作条件下以受控的自动点 火模式操作的内燃机以实现发动机燃效的改进，也被称为均质充量压燃 (HCCI)燃烧模式。火花点火系统在特定的操作条件期间被用于辅助自 动点火燃烧过程。

典型的HCCI发动机是在受控的自动点火燃烧模式下还是在火花点 火模式下操作要取决于发动机的转速和负荷。HCCI燃烧模式包括由氧化 反应而不是流体力学控制的分布式，无火焰，自动点火燃烧过程。气缸 进气的点燃是通过在特定的发动机操作条件下压缩气缸进气而导致的。 在典型的HCCI燃烧模式下的发动机操作中，气缸进气在成分，温度， 和在进气气门关闭正时处的残留量等方面都几乎是均质的。典型的HCCI 燃烧模式下的发动机操作可以进一步使用分层进气的燃料喷射操作以 控制和调整燃烧过程，包括使用分层进气燃烧来触发HCCI燃烧。因为 自动点火是一种分布式动态控制的燃烧过程，发动机在很稀的空气/燃 料混合下(也就是贫的空气/燃料化学计量点)操作并具有相对低的最 大燃烧温度，所以形成了非常低的NOx排放。用于自动点火的空气/燃 料混合物与柴油机中使用的分层空气/燃料燃烧混合物相比是相对均质 的，并因此基本消除了柴油机中形成烟尘和颗粒排放物的富油区。因为 这种很稀的空气/燃料混合物，所以在自动点火燃烧模式下操作的发动 机能够非节流地操作以实现类似于柴油的燃料经济性。而且，HCCI发动 机能够在具有大量EGR的化学计量比下操作以实现有效燃烧。在中等发 动机转速和负荷下，已经发现发动机气门特性和正时的结合(例如排气 再压缩和排气再呼吸)以及供油策略对于给气缸进气提供足够的热能是 有效的以使压缩冲程期间的自动点火带来低噪音的稳定燃烧。在自动点 火燃烧模式下有效操作发动机的主要问题之一是准确地控制燃烧过程 以使得导致低排放，最优的放热速率，和低噪音的鲁棒和稳定的燃烧在 一定范围的操作条件内是可实现的。自动点火燃烧的优点多年来早已被 公知。

因为气缸进气的化学动力学决定了燃烧的启动和过程，所以对于在 自动点火模式下操作的发动机没有启动燃烧的直接控制手段。在高于某 些限制的发动机操作条件下，HCCI发动机在化学计量关系上转换为火花 点火燃烧，以实现稳定燃烧，管理排放，和满足操作者的转矩请求。典 型的HCCI发动机在HCCI燃烧模式和火花点火(SI)燃烧模式之间根据 预先校准和预定的操作条件进行转换。通常，SI模式包括在化学计量空 燃比下非节流地操作。

根据发动机硬件，特别是由凸轮轴形状决定的升程和气门开启持续 时间，在HCCI和SI之间转换时的发动机操作速度有可能是有限的。作 为示例，当凸轮提供4毫米的最大升程和120度CA的开启持续时间时， HCCI和SI操作之间的转换已被证实无法在发动机转速超过2000rpm的 情况下实现。

对于HCCI发动机来说具有能有效地在HCCI燃烧模式和火花点火燃 烧模式之间转换的控制系统是有利的。而且，在较高的发动机操作速度 下需要有效地在SI和HCCI操作之间转换。以下介绍的本发明包括用于 操作发动机在HCCI和SI燃烧模式的转换期间控制并保持有效燃烧的方 法和控制方案。

发明内容