[发明专利]从怠速到中间负载的多次喷射HCCI燃烧策略的应用扩展

说明书

技术领域

本公开涉及火花点燃直喷(SIDI)均质充量压燃(HCCI)式内燃机。

背景技术

这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现有技术。

内燃机，尤其是汽车内燃机，通常落入两种之一——火花点燃式发动机和压燃式发动机。传统的火花点燃式发动机(例如汽油机)已知通过将燃料/空气混合物引入燃烧汽缸来发挥作用，然后燃料/空气混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点燃。传统的压燃式发动机(例如，柴油机)通常通过在压缩冲程的上止点(TDC)附近将增压燃料引入或喷入燃烧汽缸中、在喷射时点燃来发挥作用。传统汽油机和柴油机的燃烧都包括由液体机械控制的预混合或扩散火焰。每种发动机都具有优点和缺点。通常，汽油机产生的排放更少但是效率较低，而通常柴油机效率更高但产生的排放更多。

近来，内燃机引入了其它种燃烧方法。这些燃烧概念之一在本领域中已知为HCCI燃烧。HCCI燃烧(也称为受控自点燃燃烧)包括由氧化化学控制而不是液体机械控制的分布无火焰的自点燃燃烧过程。在操作于HCCI燃烧模式的发动机中，进气充量在进气门关闭时在成分、温度和残留水平中几乎是均匀的。因为受控自点燃是分布动态受控燃烧过程，所以发动机在非常稀的燃料/空气混合物操作(即，稀燃料/空气化学计量点)，并具有较低的峰值燃烧温度，因此形成极低的NO_X排放。与柴油机使用的分层燃料/空气燃烧混合物相比，受控自点燃的燃料/空气混合物相对均质，所以基本消除了柴油机中形成烟和微粒排放的浓区域。因此这种非常稀的燃料/空气混合物，所以操作于受控自点燃燃烧模式的发动机可无节流地操作，以获得类似于柴油机的燃料经济性。

在HCCI发动机中，汽缸充量的燃烧是无火焰的，并在整个燃烧室容积中自然地发生。随着汽缸充量被压缩和其温度升高，均匀混合的汽缸充量自点燃。

HCCI发动机中的燃烧过程强烈依赖于进气门关闭时的参数，例如汽缸充量成分、温度和压力。这些参数受预期燃烧时在燃烧室内产生残留能量的当前和之前发动机操作状态的影响。发动机操作状态通过发动机速度和发动机负载来频繁地估计。因为HCCI燃烧对缸内条件特别敏感，所以发动机仔细地协调发动机的控制输入，例如燃料量和喷射正时以及进气/排气门升程曲线，以确保充沛的自点燃燃烧。

通常，为了最佳燃料经济性，HCCI发动机未节流并以稀空气-燃料混合物操作。另外，在使用废气再压缩阀策略的HCCI发动机中，汽缸充量温度通过改变排气门关闭正时而从前一循环捕集不同量的热残留气体来控制。优选与排气门关闭正时关于TDC进气对应延迟进气门的打开正时。汽缸充量成分和温度都强烈受排气门关闭正时影响。特别地，通过更早地关闭排气门，可从前一循环保留更多的残留气体，给进入的新鲜空气量留下更少的空间。其实际效果是更高的汽缸充量温度和更低的汽缸氧气浓度。在废气再压缩策略中，排气门关闭正时和进气门打开正时通过负气门重叠(NVO)来测量，该NVO定义为排气门关闭与进气门打开之间曲轴角的持续时间。

除了气门控制策略外，为了稳定燃烧必须具有适当的燃料喷射策略。例如，在低燃料供给率(例如，在示例性0.55公开的燃烧室中，1000rpm时，燃料供给率＜7毫克/循环)时，不管允许的最高NVO值，汽缸充量可能不足以稳定自点燃燃烧，导致部分燃烧或不发火。提高充量温度的一种方式是在NVO再压缩期间活塞接近TDC进气时预先喷射小量燃料。由于再压缩期间的高压和高温，一部分预先喷射的燃料重整，并释放热量，提高汽缸充量温度，对后续主燃料喷射产生的汽缸充量的自点燃燃烧足够了。这种自热燃料重整的量是基于预先喷射量和正时，通常预先喷射正时越早和预先喷射燃料量越大，燃料重整就越多。

过多的燃料重整降低了整体燃料经济性，燃料重整不足导致燃烧不稳定。因此，重整的精确估计有益于对重整过程的有效控制。已知一种使用宽域型废气氧(UEGO)传感器的独特特征来估计燃料重整量的方法。还已知一种通过如下操作间接控制HCCI发动机中燃料重整量的方法：监测发动机操作状况，包括进气气流量和排气空气/燃料比；控制负气门重叠，以控制进气流，从而为给定燃料供给率获得期望实际空气-燃料比；和调节预喷射燃料正时，以将测量的空气-燃料比控制为小于期望实际空气-燃料比的期望第二空气/燃料比。控制燃料重整量的另一方法包括：在当前燃烧循环期间测量缸内压力；基于缸内压力估计当前循环中的重整燃料量；利用估计的当前循环重整燃料量来计划下一循环中需要的重整；和基于下一循环中需要的计划重整实施下一循环的控制。