[发明专利]HCCI燃烧中的燃烧定相控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及均质充气压缩点火（HCCI）发动机的运转和控制。

背景技术

本节陈述只是提供与本发明相关的背景信息。因此，这些陈述不意图构成对现有技术的认可。

内燃发动机，特别是汽车内燃发动机，通常属于两类中的一种，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，一般通过引进燃料/空气混合物到燃烧气缸中而运行，燃料/空气混合物然后在压缩冲程中被压缩并且被火花塞点燃。传统的压缩点火发动机例如柴油发动机，一般通过在压缩冲程的上止点（TDC）附近引进或喷射增压燃料到燃烧气缸中而运行，增压燃料在喷射时点燃。传统的汽油发动机和柴油发动机的燃烧都涉及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点和缺点。一般来说，汽油发动机产生较少的排放物但是效率较低，而，一般来说，柴油发动机效率更高但产生更多的排放物。

最近，已经提出用于内燃发动机的其它类型的燃烧方法。这些中的一种是本领域公知的均质充气压缩点火（HCCI）。HCCI燃烧包括由氧化化学而不是流体力学控制的分布式、无焰、自燃燃烧过程。在以HCCI燃烧模式运转的典型发动机中，气缸充气在进气门关闭时刻温度下的成分几乎是均质的。因为自燃是分布式动力学控制的（kinetically-controlled）燃烧过程，发动机以非常稀薄的燃料/空气混合物（即贫于燃料/空气化学计量点）运转并且具有较低的最高燃烧温度，因而形成极低的氮氧化物（NOx）排放。与用于柴油发动机中的分层燃料/空气燃烧混合物相比，用于自燃的燃料/空气混合物是相对均质的，因此，基本上消除了柴油发动机中的形成烟和微粒排放的高浓度区（rich zones）。因为这种非常稀薄的燃料/空气混合物，以自燃燃烧模式运转的发动机能够无节流地运转以获得像柴油发动机的燃料经济性。HCCI发动机还能够在有大量排气再循环（EGR）的情况下以化学计量进行运转。

没有对以自燃模式运转的发动机的燃烧开始的直接控制，因为，气缸充气的化学动力学决定燃烧的开始和进程。化学动力学对温度敏感，因而，受控制的自燃燃烧过程对温度敏感。影响燃烧开始和进展的一个变量是气缸结构的有效温度，即，气缸壁、气缸盖、气门和活塞冠的温度。另外，已知的是，火花助燃在某些运转范围中有助于燃烧。

较高负荷下以HCCI模式运转可能成问题，因为，燃烧室内存在的能量随着负荷增加而增大。该增大的能量（例如表现为正燃烧的空气燃料充气内更高的温度）增大了空气燃料充气在预期燃烧点之前燃烧的可能性，从而导致来自燃烧室的不希望有的压力波或鸣振（ringing）。

发明内容

控制火花点火直喷式内燃发动机中的燃烧包括提供初始喷射燃料质量正时和初始火花点火正时。监测燃烧定相误差并将其与初始喷射燃料质量正时和初始火花点火正时中的每个作比较。基于这个比较来确定调整的喷射燃料质量正时和调整的期望火花点火正时，用于维持期望燃烧定相。

本发明还涉及以下技术方案。

方案1. 一种用于控制火花点火直喷式内燃发动机中的燃烧的方法，包括：

提供初始喷射燃料质量正时和初始火花点火正时；

监测燃烧定相误差；

将所述燃烧定相误差与所述初始喷射燃料质量正时和所述初始火花点火正时中的每一个进行比较；和

基于所述比较来确定调整的喷射燃料质量正时和调整的火花点火正时用于维持期望燃烧定相。

方案2. 如方案1所述的方法，其中，所述喷射燃料质量正时包括喷射结束时的曲柄转角位置，所述喷射燃料质量以单喷射输送。

方案3. 如方案1所述的方法，其中，提供初始喷射燃料质量正时和初始火花点火正时包括：

为所述初始喷射燃料质量正时和所述初始火花点火正时中的每一个提供相应的上界，所述上界对应于具有为避免过多燃烧噪声而可接受的最提前正时的相应曲柄转角位置；和

为所述初始喷射燃料质量正时和所述初始火花点火正时中的每一个提供相应的下界，所述下界对应于具有为避免燃烧稳定性恶化而可接受的最延迟正时的相应曲柄转角位置。

方案4. 如方案3所述的方法，其中，提供初始喷射燃料质量正时和初始火花点火正时进一步地包括：

基于吸入O₂浓度误差调整所述初始喷射燃料质量正时和所述初始火花点火正时中的每一个的相应上界和下界中的至少一个。