[发明专利]具有HCCI发动机的混合动力系统中的瞬态燃烧噪声控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合动力系统，其包括可运行在HCCI燃烧模式的发动机和扭矩产生装置。

背景技术

在本节中的描述仅仅提供与本发明相关的背景信息，而不构成现有技术。

已知的火花-点火（SI）发动机将空气/燃料混合物引入每个气缸中，它们在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压的燃料喷射到燃烧气缸中，这些燃料在喷射后燃烧。汽油机和柴油机两者的燃烧均涉及由流体力学控制的预混或者扩散的火焰。

SI发动机可运行在多种不同的燃烧模式下，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可构造成在预定的速度/负荷运行条件下，运行在均质压燃（HCCI）燃烧模式，其还称为受控自燃燃烧。HCCI燃烧包括由氧化化学作用所控制的分布式无焰的自燃燃烧过程。运行在HCCI燃烧模式下的发动机具有气缸充气，其优选在进气门关闭时在成分、温度以及剩余排气方面是均质的。HCCI燃烧是一种分布式动力受控的燃烧过程，其中发动机运行在稀薄的空气/燃料混合物下，也就是贫的化学计量空气/燃料点，而且处于相对低的峰值燃烧温度，从而产生低的NOx排放。该均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和微粒排放的浓区域的出现最小化。

在发动机运行中，通过有选择地调节节气门的位置以及进气门和排气门的打开和关闭来控制发动机气流。在如此装备的发动机系统中，进气门和排气门的打开和关闭可采用可变阀致动系统进行调节，该可变阀致动系统包括可变凸轮相位和可选择的多级阀门升程，例如提供两个或更多阀门升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置改变相反，多级阀门升程机构的阀门位置的变化是离散变化，而不是连续的。

当发动机运行在HCCI燃烧模式时，发动机运行在贫的或者化学计量的空燃比操作中，其中节气门较宽的打开以最小化发动机泵送损失。在HCCI燃烧模式下的发动机扭矩响应受到充气温度和成分的限制。因此,如果运行条件发生突然改变，例如需求扭矩的突然增加，对扭矩需求的响应受到较慢的气门正时和废气再循环（EGR）响应的限制。当发动机响应于扭矩需求而被控制时，会产生讨厌的燃烧噪声或者响声。

在具体的实施例中，压燃式发动机运行在15:1和22:1，和更大的范围的较高几何压缩比下。高压缩比增加了压燃发动机的热效率。压燃式发动机通过将未节流的空气引入燃烧室中来进行操作，从而通过减少泵送损失来增加效率。在压燃式发动机中，通过对燃油喷射定时来控制点燃正时，公知为至燃烧室内的喷射开始（SOI），在压缩冲程结束附近，当燃烧室内捕获的空气处于或者高于燃料的自燃温度时或者燃烧开始（SOC）时。燃烧过程的热释放导致缸内压力增加，以与点燃式发动机相同的方式，迫使活塞向下。

压燃式发动机的一个实施例包括发动机运行在预混-充气压燃（PCCI）燃烧模式中。PCCI燃烧模式与压燃式燃烧系统相结合，具有较高流速的冷却废气再循环（EGR）和较早的SOI定时。结合高的EGR率和较早的SOI会导致在SOC之前较长的着火延迟期。在PCCI燃烧期间，着火延迟期超过燃料喷射持续时间，会导致在SOC处的预混燃烧事件。 燃料和空气的充分预混合，与较高的EGR流速一起，降低了有助于颗粒物质形成的局部富区域的形成。较高的EGR率作为充气稀释，会将燃烧温度抑制低于形成大量NOx的温度。

在发动机运行在HCCI或者PCCI燃烧模式下，在低负荷到高负荷之间的转变是复杂的。发动机控制模块必须调整多个装置的致动，以便提供不令人讨厌的燃烧过程。在低到高负荷要求的转变期间，充气温度和成分的改变受到凸轮定相中时间-速率改变、气门正时和EGR流的限制。直到实现了所需的充气温度和成分，可能发生不完全燃烧或者响声，从而分别导致扭矩干扰和令人讨厌的燃烧噪声。

发明内容

一种控制直喷内燃发动机和扭矩机械的方法，其中该内燃机和扭矩机械构造城响应于操作者的扭矩需求将扭矩传送到传动系统上，该方法包括：运行直喷式内燃发动机以传送扭矩到传动系统中，监测操作者扭矩需求，确定与操作者扭矩需求相关的时间常数，检测与操作者扭矩需求相关的快速的瞬变状态，提供与操作者扭矩需求和所述时间常数成函数关系的受限的发动机扭矩命令，且在快速的瞬变状态期间控制发动机运行以实现所述受限的发动机扭矩命令，和响应于电动机扭矩命令来运行扭矩机械，该电动机扭矩命令对应于在操作者扭矩需求和受限的发动机扭矩命令之间的差异。

本发明提供下列技术方案。