[发明专利]内燃发动机系统及用于这种发动机系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机系统及用于发动机系统的方法，该发动机系统包括具有至少一 个汽缸的内燃发动机，在该汽缸处提供活塞、至少一个进气门、至少一个排气门，及 用于直接喷射燃料到汽缸中的燃料喷射装置。该方法包括在至少一个汽缸中执行下述 步骤：

控制进气门中的至少一个以便引入空气到汽缸中；

执行至少一次主燃烧燃料喷射以用于与引入汽缸中的空气一起进行主燃烧；

在排气行程和进气行程期间控制进气门和排气门以便形成负气门重叠(NVO)以 截留主燃烧的残留气体；及

在负气门重叠期间执行至少一次燃料预喷射。

背景技术

在内燃发动机的均质充气压缩点火(HCCI)操作中，用于燃烧的充气的温度不应 过低。如果温度过低，则燃烧会在相位上延迟而造成燃烧效率低，如果延迟更多还会 增加一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的排放。在更低的温度下，燃烧甚至不能发 生，即出现不点火，这会造成用该发动机运行的汽车中的乘员的舒适度降低。

为了解决此问题，US7194996B2提出在直喷式发动机中，在HCCI操作期间，在 活塞的排气行程和进气行程中的负气门重叠期间执行燃料预喷射，以使预喷燃料与上 次燃烧的残留气体反应。接下来，在进气行程和/或主燃烧的压缩行程期间引入空气 和附加的燃料。预喷燃料和残留气体反应的目的是加热充气以用于下次主燃烧。加热 的充气可以防止主燃烧过晚发生。

虽然已证实该现有方法是有利的，但在HCCI操作下的增进燃烧控制的解决方案 仍然有用。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提高内燃发动机在均质充气压缩点火操作下 的燃烧稳定性。

本发明所要解决的另一个技术问题是提高内燃发动机在均质充气压缩点火操作 下的效率。

本发明所要解决的又一个技术问题是减少内燃发动机在均质充气压缩点火操作 下的排放。

此外，本发明所要解决的再一个技术问题是降低使用以均质充气压缩点火操作的 发动机的汽车中的乘员不舒适的风险。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供一种用于发动机系统的方法，该发动 机系统包括具有至少一个汽缸的内燃发动机，在该汽缸处提供活塞、进气门、至少一 个排气门，及用于直接喷射燃料到汽缸中的燃料喷射装置。该方法包括在至少一个汽 缸中执行下述步骤：控制进气门中的至少一个以便引入空气到汽缸中；执行至少一次 主燃烧燃料喷射以用于与引入汽缸中的空气一起进行主燃烧；在排气行程和进气行程 期间控制进气门和排气门以便形成负气门重叠(NVO)以截留主燃烧的残留气体；及 在负气门重叠期间执行至少一次燃料预喷射；其中至少一次燃料预喷射的燃料量至少 部分地取决于所述空气的引入及至少一次主燃烧燃料喷射中的至少一次。

与预喷射的燃料发生反应需要在残留气体中有氧气，因此上次主燃烧必须用稀混 合气进行，从而有富余的空气，且在负气门重叠期间留住部分空气。然而，发明人发 现，可与残留气体中的空气一起提供浓混合气的富余的预喷燃料对下次主燃烧的充气 具有冷却效应。由于根据本发明，预喷燃料量是至少部分地基于主燃烧喷射的燃料和 引入的空气确定的，因此可以确保预喷燃料量相对于残留气体中的氧气量没有富余， 以避免未氧化的预喷燃料使下次主燃烧的充气冷却。

此外，通过本发明，可以确保相对于残留气体中的氧气量喷射足够的预喷燃料， 以对主燃烧的充气实现充分的加热。

HCCI操作中较晚的主燃烧会降低燃烧效率和热力学效率。通过避免主燃烧充气 的冷却，发生较晚的主燃烧的风险降低，从而发动机效率增加、燃料消耗减少，且 CO和HC排放增加的风险降低。此外，由于不点火的风险降低，因此可以确保使用该 发动机运行的汽车中的乘员的舒适度。

对于本发明的方法的各个步骤，执行至少一次主燃烧燃料喷射以用于主燃烧的步 骤可以这样进行：在活塞的进气行程和/或压缩行程期间执行至少一次主燃烧燃料喷 射。控制进气门和排气门以形成负气门重叠以截留主燃烧的残留气体的步骤可以这样 进行：在紧接活塞的动力行程之后的活塞的排气行程期间关闭排气门，所述动力行程 紧接所述压缩行程，及在紧接所述排气行程的活塞进气行程期间开启进气门，以在所 述排气门关闭和所述进气门开启之间形成负气门重叠。