[发明专利]用于控制内燃机中的燃烧模式转换的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机的运转和控制，更具体地涉及均质充量压缩点火(homogeneous charge compression-ignition，HCCI)发动机。

背景技术

该部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能不构成现有技术。

已知的火花点火(SI)发动机将空气/燃料混合物导入每个气缸中，这些空气/燃料混合物在压缩行程中被压缩并且由火花塞点火。已知的压缩点火发动机在接近压缩行程上止点(TDC)时将加压燃料喷射至燃烧气缸中，压缩行程在喷射时进行点火。汽油发动机和柴油发动机的燃烧都涉及由流体机构控制的预混或扩散火焰。

火花点火(SI)发动机能够在包括均质火花点火(SI)燃烧模式和分层充量火花点火(SI)燃烧模式(stratified-chargespark-ignition(SI)combustion mode)的多种不同燃烧模式下运转。火花点火(SI)发动机能够构造成在预先确定的速度/负载运转条件下以均质充量压缩点火(HCCI)燃烧模式(homogeneous-chargecompression-ignition combustion mode，也称为受控的自动点火(HCCI)燃烧)运转。受控的自动点火(HCCI)燃烧包括由氧化化学控制的分布式的、无火焰的、自动点火燃烧过程。以受控的自动点火(HCCI)燃烧模式运转的发动机的气缸充量在成分、温度和进气门关闭时残余尾气方面优选地是均质的。受控的自动点火(HCCI)燃烧是分布式的运动学控制的燃烧过程，其中发动机在稀的空气/燃料混合物(即稀的空气/燃料计量点)下运转，具有相对较低的峰值燃烧温度，导致低的NOx排放。均质的空气/燃料混合物使得形成烟和颗粒物排放的浓燃区域的出现最小化。

当发动机以受控的自动点火(HCCI)燃烧模式运转时，发动机控制包括节气门大开的稀空/燃比运转以使得发动机泵送损失最小化。能够通过控制发动机进气和排气门的打开和关闭(包括控制其打开和关闭的相位和升程)而控制流入发动机的空气流量。当发动机以火花点火(SI)燃烧模式运转时，发动机控制能够包括计量的空/燃比运转，在从0％至100％的宽范围打开位置的位置范围内控制节气门以控制进气流而获得计量空/燃比。由于燃烧不稳定性或过大的燃烧噪音，在受控的自动点火(HCCI)燃烧模式中发动机具有受限的速度/负载运转范围。

已知使用发动机进气和排气门的可变致动来保留来自前一燃烧循环的大部分残余燃烧产物，以便为很稀的混合物中的自动点火提供条件。

发明内容

一种内燃机包括用于改变进气和排气门的打开和关闭的系统。所述内燃机选择性地以多种燃烧模式之一运转，其中所述多种燃烧模式包括火花点火(SI)燃烧模式、受控的自动点火(HCCI)燃烧模式以及混合燃烧模式。用于运转所述发动机的方法包括：监测发动机运转点；响应于发动机运转点的变化命令从第一燃烧模式转换至第二燃烧模式；命令改变所述进气和排气门的打开和关闭，以实现与第二燃烧模式中的运转相对应的负气门重叠时间段的优选时长；以及仅在负气门重叠时间段的已实现时长超过预定的重叠时间段阈值时调节燃料喷射参数并调节火花点火事件以实现所述第二燃烧模式中的运转。

方案1.一种用于运转火花点火燃料直喷内燃机的方法，所述内燃机包括用于改变进气门和排气门的打开和关闭的系统，所述方法包括：监测发动机运转点；响应于发动机运转点的变化而命令从第一燃烧模式转换至第二燃烧模式；命令改变所述进气门和排气门的打开和关闭，以实现与所述第二燃烧模式中的运转相对应的负气门重叠时间段的优选时长；以及仅当负气门重叠时间段的已实现时长超过预定的重叠时间段阈值时，调节燃料喷射参数并调节火花点火事件以实现所述第二燃烧模式中的运转。

方案2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式，而所述第二燃烧模式包括混合燃烧模式，发动机运转点的变化包括降低至小于预定运转点阈值，并且调节燃料喷射参数和调节火花点火事件包括同时调节燃料喷射参数和火花点火事件。

方案3.如权利要求2所述的方法，其中，调节燃料喷射参数包括在每个气缸事件期间执行三个燃料喷射事件以实现混合燃烧模式中的运转。

方案4.如权利要求3所述的方法，进一步包括在所述负气门重叠时间段期间执行所述燃料喷射事件中的一个。

方案5.如权利要求4所述的方法，包括接着所述负气门重叠时间段期间的燃料喷射事件之后执行火花点火事件。

方案6.如权利要求3所述的方法，进一步包括在后续的压缩行程后期执行所述燃料喷射事件中的一个。