[发明专利]用于控制内燃发动机的燃烧模式转换的方法

说明书

技术领域

本公开涉及能够操作在火花点火和受控自动点火(HCCI)燃烧模式下的内燃发动机的操作和控制。

背景技术

这部分的叙述仅仅是提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

已知的火花点火(SI)发动机将空气/燃料混合物引入各气缸，该混合物在压缩冲程中被压缩，并由火花塞点燃。已知的压缩点火发动机在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加压的燃料喷射进入燃烧气缸，燃料在喷射之后被点燃。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的火焰。

SI发动机能够在各种不同的燃烧模式下操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。在预定的速度/负荷操作条件下，SI发动机可以构造成在均质充气压缩点火燃烧模式，也称为受控自动点火燃烧模式下操作。受控自动点火燃烧包括受到氧化化学控制的分布式的、无焰的、自动点火燃烧过程。操作在受控自动点火(HCCI)燃烧模式的发动机在进气阀关闭时间具有优选在成分、温度和残余排气方面是均一的气缸充气。受控自动点火燃烧是分布式动力学受控的燃烧过程，发动机操作在稀空气/燃料混合物下，即空气/燃料化学计量点的贫侧，因此产生相对低的峰值燃烧温度，导致较低的NOx排放。均质空气/燃料混合物将会使产生烟雾和颗粒排放物的浓区的发生机会最小。

在分层充气SI燃烧模式中，发动机操作在贫燃的空气/燃料比下，其中喷射的燃料在燃烧室中分层，其中浓层靠近火花塞尖端，而较贫燃的空气/燃料比区域则在离开该火花塞尖端的远端。燃料喷射正时优选在时间上接近火花正时，以防止空气/燃料混合物均质成为均匀分散的混合物。燃料喷射脉冲宽度在火花事件开始时或基本上在其开始之前结束。在点火后，浓层快速且高效地燃烧。当燃烧过程进行到较贫燃的区域时，火焰前锋快速冷却，降低整体燃烧温度并降低NOx的形成。

已知的受控自动点火燃烧策略可包括使用排气再压缩阀策略。排气再压缩阀策略包括通过调整阀关闭正时来从前一个发动机循环捕获热残余气体而控制气缸充气温度。在排气再压缩策略中，排气阀在TDC之前关闭，进气阀在TDC之后打开，从而形成负气门重叠(NVO)时间段，在该时间段中，排气阀和进气阀都关闭，从而捕获排气。进气阀和排气阀的打开正时优选相对于TDC是对称的。气缸充气成分和温度都强烈地受到排气阀关闭正时的影响。具体地说，排气阀的较早关闭，会从前一个循环保留更多的热残余气体，而给进入的新鲜气流留下更少的空间，从而升高了气缸充气温度并降低了气缸氧气浓度。

在发动机操作中，可以通过选择性地调节节气阀的位置以及调节进气阀和排气阀的打开和关闭来控制发动机气流。在如此配备的发动机系统中，进气阀和排气阀的打开和关闭是通过使用可变的阀致动系统来实现的，该可变的阀致动系统包括可变的凸轮定相和可选的多级阀升程，例如，提供两个或多个阀升程轮廓的多级凸轮凸角。多级阀升程机构中的阀升程的切换是离散的变化。

当发动机操作在受控自动点火(HCCI)燃烧模式下时，发动机控制包括贫燃的空气/燃料比操作，其中节气门全开以最小化发动机泵送损失。当发动机操作在SI燃烧模式下时，发动机控制优选地包括化学计量空气/燃料比操作，其中节流阀被控制在从0％至100％全开的位置范围内，以控制进入的空气流。

在构造成操作在SI和受控自动点火(HCCI)燃烧模式下的发动机中，燃烧模式之间的转换可能是复杂的。发动机控制模块必须协调多个设备的致动，以为不同的模式提供所需的空气/燃料比，从而维持燃烧稳定性。在受控自动点火(HCCI)燃烧模式和SI燃烧模式的转换期间，切换发动机阀升程几乎是瞬间发生的，而调节可变的凸轮相位器和节气门将会引入响应时间，从而导致较慢的动态特性。

发明内容

一种用于操作火花点火直喷式内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括具有进气阀和排气阀的可控的阀机构并构造成可操作在多个燃烧模式中，所述方法包括：以第一燃烧模式操作发动机；确定操作员扭矩需求；启动转换，使发动机从操作在第一燃烧模式转换到操作在第二燃烧模式，其中所述转换包括使发动机操作在中间燃烧模式；确定与将发动机操作在所述第二燃烧模式以获得所述操作员扭矩需求相关联的优选燃料质量。该方法还包括将发动机从操作在所述第一燃烧模式转换到操作在所述中间燃烧模式，并且当所述中间燃烧模式的允许燃料质量范围与所述优选燃料质量一致时，调节所喷射的燃料质量以对应所述优选的燃料质量。该方法还包括将发动机从操作在所述中间燃烧模式转换到操作在所述第二燃烧模式，并且当所述第二燃烧模式的允许燃料质量范围与所述优选燃料质量一致时，调节所喷射的燃料质量以对应所述优选的燃料质量。