[发明专利]用于运行内燃机的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机的运行和控制。

背景技术

此部分的说明仅提供关于本发明的背景信息而不构成现有技术。

已知的火花点火(SI)发动机将空气/燃料混合物引入各气缸，该混合物在压缩行程中被压缩并由火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩行程的上止点(TDC)附近将加压燃料喷射到燃烧气缸中，其依靠喷射点火。对汽油发动机和燃油发动机的燃烧包括由流体力学控制的预混合焰或扩散焰。

SI发动机可以在许多不同的燃烧模式下运行，包括均质火花点火(SI-H)燃烧模式和分层充量火花点火(SI-SI)燃烧模式。当在均质火花点火(SI-H)燃烧模式下运行时，在TDC后，各气缸的发动机进气阀打开，而在TDC后，相应的排气阀关闭，从而产生正阀重叠(PVO)期，在该周期中排气阀和进气阀都打开。

SI发动机可被构造为以均质充量压燃(HCCI)燃烧模式(也可互换地被称为可控的自动点火(HCCI)燃烧)在以预定的速度/负载运行条件下运行。可可控的自动点火(HCCI)燃烧包括分布式的、无火焰的自动点火燃烧过程，该过程由氧化化学控制。在可控的自动点火(HCCI)燃烧模式下的发动机运行具有优选地在组分、温度和进气阀关闭时间内残余废气方面都是均质的气缸充量。可控的自动点火(HCCI)燃烧是分布式的动力可控的燃烧过程，其中发动机在稀薄的空气/燃料混合物，即低含量的空气/燃料计量点下、较低的最高燃烧温度的情况下运行，从而导致低氧化氮(NOx)排放。均质的空气/燃料混合物使形成烟和颗粒排放的富带的形成最小化。

可控的自动点火(HCCI)燃烧取决于以下因素：气缸充量组分、温度以及在进气阀关闭时的压力。向发动机的控制输入是相互配合的以利于有力的自燃燃烧。可控的自动点火(HCCI)燃烧策略可以包括利用排气再压缩阀策略。排气再压缩阀策略包括相对于TDC调整进气和排气阀的正时，以通过从前一发动机循环捕捉残气来控制气缸充量温度。在运行时，在TDC前排气阀关闭，而在TDC后相应的进气阀打开以形成负阀重叠(NVO)期，在负阀重叠期内排气和进气阀都被关闭，由此捕捉废气。进气阀和排气阀的打开时间优选地是相对于TDC对称的。气缸充量组分和温度都受到排气阀关闭时间的影响。具体地，在越早关闭排气阀的情况下，来自上一循环的越多的热殘气可以被保持，从而剩下越少的用于收入新鲜空气量的空间，由此提高了气缸充量温度并降低了气缸氧气浓度。

在相似速度/负载情况下的不同燃烧模式可以具有关于发动机稳定性、排放和燃料经济性的性能差异。发动机运行可以包括转换到在特定情况下具有较佳性能的特定燃烧模式。选择运行的优选燃烧模式可以基于：该燃烧模式在特定发动机负载和速度下导致较佳性能。当在速度和/或发动机负载方面的变化保证向不同燃烧模式转换时，将执行转换策略，从而发动机将转换为不同的燃烧模式。

与在各燃烧模式之间转换发动机运行相关的已知的挑战包括不完全燃烧、发动机不点火、扭矩扰动和增加的不希望的排放。

发明内容

火花点火直喷内燃机包括进气凸轮轴和排气凸轮轴以及进气阀和排气阀。控制发动机的方法包括在进气凸轮轴上设置低升程进气凸角和高升程进气凸角。低升程进气凸角和高升程进气凸角由预定进气凸角分离角分开。类似地，在排气凸轮轴上设置低升程排气凸角和高升程排气凸角并且由预定排气凸角分离角分开。发动机以可控自动点火燃烧模式在负阀重叠时使用低升程进气和排气凸角运行。仅通过在使用高升程进气和排气凸角和使用低升程进气和排气凸角之间的转换来实现这些运行模式之间的转换。

技术方案1：一种用于控制火花点火直喷内燃机的方法，火花点火直喷内燃机包括进气凸轮轴和排气凸轮轴以及进气阀和排气阀，方法包括：

在进气凸轮轴上设置低升程进气凸角和高升程进气凸角，所述低升程进气凸角和所述高升程进气凸角由预定进气凸角分离角分开；

在排气凸轮轴上设置低升程排气凸角和高升程排气凸角，所述低升程排气凸角和所述高升程排气凸角由预定排气凸角分离角分开；

以可控自动点火燃烧模式在正阀重叠时使用高升程进气凸角和高升程排气凸角运行发动机；

以可控自动点火燃烧模式在负阀重叠时使用低升程进气凸角和低升程排气凸角运行发动机；以及

仅通过在使用高升程进气和排气凸角以及低升程进气和排气凸角之间转换实现在以可控自动点火燃烧模式在正阀重叠时和以可控自动点火燃烧模式在负阀重叠时运行发动机之间转换。