[发明专利]控制以HCCI燃烧模式操作的内燃机的操作的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年5月24日提交的美国临时申请No. 61/347,798的权益，上述申请在此作为参考引入。

技术领域

本发明涉及配置成以均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式操作的内燃机。

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。

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，空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点火。已知的压缩点火（CI）发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷入燃烧气缸内，加压燃料在喷射后被点火。SI发动机和CI发动机两者的燃烧均包括由流体力学控制的预混合或扩散火焰。

SI发动机能够以多种不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可被设置用于在预定速度/负载操作条件下以均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式操作，也称为受控自动点火燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学作用控制的分布式、无火焰、自动点火燃烧过程。以HCCI燃烧模式操作的发动机在进气阀关闭时间时具有在组分、温度以及残余排气方面优选是均质的气缸充气。HCCI燃烧是一种分布式动力受控燃烧过程，其中发动机用稀释的空气/燃料混合物（即，稀于化学计量比空气/燃料点）操作，具有相对低的峰值燃烧温度，从而得到低NO_X排放。均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和颗粒排放物的浓缸内燃烧区域的出现最小化。

发动机空气流可以通过选择性地调节节气门阀的位置、以及开启和关闭进气阀和排气阀来控制。在如此配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开启和关闭可以使用可变阀致动系统来调节，所述可变阀致动系统包括可变凸轮定相和可选择多级阀升程，例如提供两个或更多阀升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置变化不同，多级阀升程机构的阀位置的变化是离散梯级变化。

当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机以稀或化学计量比空气/燃料比操作来操作，其中，节气门宽开启以使得发动机泵送损失最小化。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机以化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门阀在从宽开启位置的0％至100％的位置范围内控制，以控制进气空气流从而实现化学计量比空气/燃料比。

在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，燃烧受到在压缩之前和在点火之前压缩期间的气缸充气温度以及受到气缸充气的混合物组分影响。在自动点火燃烧模式操作的已知发动机使用标定表作为总体发动机控制方案的一部分而考虑环境和发动机操作状况的变化。已知HCCI发动机控制方案包括用于使用输入参数控制发动机参数的标定值，包括例如发动机负载、发动机速度和发动机冷却剂温度。气缸充气温度可以通过经由发动机阀重叠来控制热气体残余物和经由排气再循环率来控制冷气体残余物而影响。气缸充气温度可以受到发动机环境因素的影响，包括例如空气温度、湿度、海拔、和燃料参数（例如，RVP、能量含量和质量）。

在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，燃烧可以根据燃烧放热来表征，可包括相对于活塞位置的燃烧定时，即燃烧定相。燃烧定相可根据燃烧质量比例描述，其表示在燃烧气缸充气的质量比例的一部分时的活塞曲轴角位置。感兴趣的燃烧质量比例包括CA50点（相对于TDC的曲轴角），此时，燃烧充气的累计放热达到总放热的50％。已知控制系统使用反馈控制算法来控制燃烧定相，以补偿环境和大气参数对燃烧定时和空气/燃料比的多种影响。可选地，可以使用复杂的多维标定表以考虑所有发动机环境因素。

发明内容

一种内燃机配置成以均质充气压缩点火燃烧模式操作。操作内燃机包括根据发动机环境因素汇总确定综合热状态参数。执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态。发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应。内燃机的操作使用发动机控制参数的状态控制以实现优选燃烧定相。

方案1. 一种以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法，所述方法包括：

确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数；

执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应；以及

使用发动机控制参数的状态控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。

方案2. 根据方案1所述的方法，其中，确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。