[发明专利]用于控制内燃机的燃烧模式过渡的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机，且更具体地涉及控制内燃机的操作。

背景技术

该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

内燃机，尤其是机动车内燃机，通常落入以下两类之一，即火花点火发动机和压缩点火发动机。传统的火花点火发动机，例如，汽油发动机，通常通过将燃料/空气混合物引入燃烧气缸中来运行，所述燃料/空气混合物然后在压缩冲程中被压缩且由火花塞点火。传统的压缩点火发动机，例如柴油发动机，通常通过在压缩冲程的上止点(TDC)附近将增压燃料引导到或者喷射到燃烧气缸中来运行，所述燃料/空气混合物在喷射时点火。传统的汽油发动机和柴油发动机两者的燃烧都包括由流体力学控制的预混合或扩散火焰。每种发动机都具有优势和缺陷。总体来说，汽油发动机产生较少的排放但是效率较低，而总体来说，柴油发动机效率较高但产生较多的排放。

更近以来，内燃机已经引入其它类型的燃烧方法。这些燃烧构思中的一种在本领域中称为均质充气压缩点火(HCCI)。HCCI燃烧模式包括由氧化化学而不是流体力学控制的分布式无焰自动点火燃烧过程。在以HCCI燃烧模式操作的典型发动机中，气缸充气的组分、温度和在进气阀关闭时间时的残余水平是几乎均质的。由于自动点火是分布式动力学控制燃烧过程，因此发动机是以非常稀的燃料/空气混合物(即，比燃料/空气当量点稀)操作且具有相对低的峰值燃烧温度，从而形成非常少的NO_X排放。与柴油发动机中所使用的分层燃料/空气燃烧混合物相比，自动点火的燃料/空气混合物是相对均质的，因而基本上消除在柴油发动机中形成烟和微粒排放物的浓区域。由于该非常稀的燃料/空气混合物，以自动点火燃烧模式操作的发动机能够以不限流的方式操作，以实现类似柴油燃料的经济性。

在中等发动机速度和负载时，已经发现，阀曲线和定时(例如，排气再压缩和排气再换气)以及燃料供应方案的组合对于提供足够的热量给气缸充气是有效的，使得在压缩冲程期间的自动点火引起具有低噪音的稳定燃烧。以自动点火燃烧模式有效地操作发动机的主要问题之一是适当地控制燃烧过程，使得能够在操作状况范围内实现导致低排放、最佳放热速率和低噪音的稳固且稳定的燃烧。多年来已经知道自动点火燃烧的益处。然而，产品实施的主要障碍是不能控制自动点火燃烧过程。

在能够以自动点火燃烧模式操作的火花点火直接喷射(SIDI)发动机(SIDI/HCCI发动机)中，发动机空气流通过使用可变阀致动(VVA)系统调整进气节气门位置或者调整进气阀的开启和关闭时间和/或曲线来控制。具有VVA的SIDI/HCCI发动机(例如包括提供两个或更多阀升程曲线的多级凸轮凸角的发动机)通常在部分负载和较低发动机速度状况时以自动点火燃烧模式操作且在高负载和高速状况时以常规火花点火燃烧模式操作。然而，这两种燃烧模式需要非常不同的发动机操作来保持稳固燃烧。例如，在自动点火燃烧模式中，发动机在节气门全开的情况下以稀燃料空气比操作以使得发动机泵送损失最小化。相比而言，在火花点火燃烧模式中，节气门被控制成限制进气空气流且发动机以当量燃料空气比操作。

需要在持续进行的发动机操作期间在这两种燃烧模式之间平滑过渡，以保持连续的发动机输出扭矩并防止在过渡期间有任何发动机不点火或者部分燃烧。

因而，需要准确地控制发动机的空气流以防止在过渡期间过稀或者过浓的发动机操作。因而，非常重要的是，在节气门位置和VVA系统的操作期间协调。

还期望控制燃烧模式之间的任何过渡以在过渡期间实现稳固和稳定的燃烧、低排放、最佳放热速率和低噪音。

下文所述的发明包括用于确定操作发动机的优选燃烧模式并将发动机控制为所述优选燃烧模式的方法和控制方案。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供用于在从第一燃烧模式过渡至第二燃烧模式期间控制发动机操作的方法和控制方案。内燃机包括可控节气门阀、用于控制进气阀和排气阀的开启和关闭的可变阀致动系统、以及进气和排气装置。所述方法包括确定以第二燃烧模式操作发动机且满足操作者扭矩请求的空气质量流量、进气歧管压力和气缸容积。确定空气质量流量、进气歧管压力和气缸容积的当前状态。在过渡至第二燃烧模式期间，基于空气质量流量、进气歧管压力和气缸容积的当前状态与以第二燃烧模式操作发动机且满足操作者扭矩请求的空气质量流量、进气歧管压力和气缸容积之间的差来控制所述可控节气门阀的开启位置以及进气阀和排气阀的开启和关闭。

附图说明

本发明可以在某些部件和部件设置中采用物理形式，本发明的实施例被详细描述且在形成本发明一部分的附图中示出，且在附图中：