[发明专利]利用汽缸压力测量来加强轻载HCCI燃烧控制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及均质压燃(HCCI)发动机的操作和控制。

背景技术

在均质压燃(HCCI)发动机中，汽缸填料(charge)在遍及整个燃烧室容积内同时燃烧。随着汽缸填料被压缩并且其温度升高，均匀混合的汽缸填料被自动点燃。

HCCI发动机中的燃烧过程强烈依赖于诸如汽缸填料成分、温度和进气阀关闭时的压力等因素。因此，给发动机的控制输入，例如燃料质量和喷射正时以及进气/排气阀轮廓(profile)，必须被仔细地协调以确保稳定可靠的自动点燃的燃烧。一般而言，为了最佳的燃料经济性，HCCI发动机不需要节气门并且以贫燃空气-燃料混合物工作。而且，在采用排气再压缩阀策略的HCCI发动机中，通过改变排气阀关闭正时从而捕获来自前面循环的不同量的热残余气体，汽缸填料温度得到控制。进气阀的打开正时从正常延迟到较后时间，优选地关于上止点(TDC)进气与排气阀关闭正时对称。汽缸填料成分和温度强烈地受到排气阀关闭正时的影响。具体地，将排气阀更早地关闭可保留更多来自前面循环的热残余气体，而这给进入的新鲜空气质量留下了较少的空间。净效果是更高的汽缸填料温度和更低的汽缸氧气浓度。在排气再压缩策略中，排气阀关闭正时(由此，进气阀打开正时)通常由阀重叠来定量，而阀重叠是负数，负阀重叠(NVO)被定义为排气阀关闭和进气阀打开之间的曲轴角持续时间。

除了阀控制策略之外，还必须有合适的燃料喷射策略以便于稳定燃烧。例如，在低燃料供应率(例如，1000rpm时的燃料供应率小于7毫克/循环)下，不管所允许的NVO的最高值，汽缸填料可能不是足够热以便获得稳定的自动点燃的燃烧，从而导致部分燃烧或不点火。提高填料温度的一种方法是在再压缩期间当活塞接近进气上止点(TDC)时预喷射少量燃料。一部分预喷射的燃料由于再压缩期间的高压高温而重整，从而释放热能，将汽缸填料温度提升得足够高以便于成功地实现从主燃料喷射得到的燃烧填料的自动点燃燃烧。自热燃料重整的量取决于预喷射质量和正时，通常较早的预喷射正时和较大的预喷射燃料质量将提高燃料的重整。

重要的是精确控制燃料重整的量，因为过多的燃料重整降低了总体的燃料经济性，而过少的燃料重整可导致燃烧不稳定。在更低的发动机负载(从而更低的汽缸内温度)情况下，再压缩期间一部分燃料的重整可能不足以触发自动点燃。在这个工作范围(接近怠速工作)内，燃料质量的主要部分在主压缩后期而不是在进气期间被喷射。燃料的分层部分由火花点燃并且进一步压缩剩余的燃料-空气混合物以达到自动点燃。被喷射的可重整燃料量由再压缩温度、压力和可用氧气决定，而再压缩温度、压力和可用氧气强烈取决于前面循环的发动机工作。因此，如果密切监测并控制循环到循环的燃料重整量，则可实现更好或更稳定可靠的低装载HCCI燃烧。精确的燃料重整控制改善了燃烧性能，因为过多的重整降低了燃料经济性，而过少的燃料重整可导致燃烧不稳定。

重整过程的有效控制需要精确估计重整的程度。已知一种方法，利用UEGO(通用排气氧气)传感器的独特特性来估计燃料重整量。还已知一种控制策略，通过下述步骤来间接控制HCCI发动机中的燃料重整量：监测发动机工作条件(包括进气质量空气流和排气空气/燃料比)；控制负阀重叠以控制进气空气流，从而对于给定的燃料供应率实现期望的实际空气-燃料比；并且调节燃料预喷射正时以将测得的空气-燃料比控制到期望的第二空气/燃料比，该期望的第二空气/燃料比小于期望的实际空气-燃料比。然而，对于适当重整必需的燃烧室内的条件可在从燃烧循环到燃烧循环而变化，而用于估计重整的已知方法不是过度地计算机密集就是基于历史数据来估计重整要求。

发明内容

一种内燃发动机构造成利用排气再压缩策略选择性地工作在均质压燃燃烧模式。一种用于控制所述发动机内燃料重整量的方法，包括：在当前燃烧循环期间监测汽缸内压力；利用所监测的汽缸内压力来规划下一个燃烧循环中所需的重整；和基于所规划的所述下一个燃烧循环中所需的重整来控制所述下一个燃烧循环。

附图说明

一个或多个实施例将以示例的方式参见附图而得到描述，附图中：

图1是根据本公开的发动机系统的示意图；

图2是表示根据本公开的已知均质压燃发动机的工作的曲线图；

图3是表示根据本公开燃烧相位和在重整期间已燃烧的燃料质量之间关系的图；

图4是表示根据本公开在重整期间已燃烧的燃料质量和IMEP的COV之间关系的图；

图5是表示根据本公开在重整期间已燃烧的燃料质量和NOx排放之间关系的图；