[发明专利]用于在燃料切断事件后操作均质充量压燃式发动机的控制策略

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年5月19日提交的美国临时申请61/179404的权益，在此通过引用将其并入本文。

技术领域

本发明涉及均质充量压燃(HCCI)式发动机的操作和控制。

背景技术

本节内容仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

已知的火花点火(SI)式发动机将空气/燃料混合物引入各汽缸中，该空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并被火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加压燃料喷入燃烧汽缸中并在刚一喷射后就将其点燃。SI式发动机和压燃式发动机两者的燃烧涉及受流体力学控制的预混合或扩散的火焰。

SI式发动机能够以多种燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI式发动机能被构造成在预定的速度/载荷操作条件下以均质充量压燃(HCCI)燃烧模式操作，均质充量压燃(HCCI)燃烧也可互换地称为受控自动点火燃烧。受控自动点火(HCCI)燃烧包括分散的、无火焰的、自动点火的燃烧过程，该过程受氧化化学性质控制。以受控自动点火(HCCI)燃烧模式操作的发动机具有汽缸充量，该充量优选在成分、温度、以及在进气门关闭时刻的剩余排气方面是均匀的。在发动机以稀的空气/燃料混合物(也就是稀的空气燃料化学当量点)进行操作时，受控自动点火(HCCI)燃烧是分散的动力学受控的燃烧过程，具有相对低的峰值燃烧温度，从而导致较低的氮氧化物(NO_X)排放。均匀的空气/燃料混合物最小化了会形成烟尘和颗粒物排放的高浓度区域的产生。

受控自动点火(HCCI)燃烧取决于下列因素：例如汽缸充量的成分、温度、以及进气门关闭时的压力。因此，给发动机的控制输入必须小心协调，以确保自动点火燃烧。受控自动点火(HCCI)燃烧策略可以包括利用排气再压缩阀门策略。排气再压缩阀门策略包括：通过对阀门的关闭正时进行调节从而经由从前一发动机循环所捕获的热的剩余气体来控制汽缸充量的温度。在排气再压缩策略中，在TDC之前关闭排气门并在TDC之后打开进气门从而形成负阀门重叠(NVO)时段，在该时段内进气门和排气门都关闭，因此捕获了排气。进气门和排气门的开启正时优选相对于TDC-进气是对称的。汽缸充量的成分和温度都强烈地受到排气门关闭正时的影响。特别是，越早关闭排气门就能保留来自前一发动机循环的更多的热剩余气体，从而留下了更少的空间用于引入新鲜空气质量，因此增加了汽缸充量温度并降低了汽缸的氧浓度。在排气再压缩策略下，通过NVO时段来测量排气门关闭正时和进气门开启正时。

通过选择性调节节气门位置以及调节进气门和排气门的开启和关闭来控制发动机气流。在如此配置的发动机系统上，进气门和排气门的开启和关闭正时是利用可变阀门致动系统来实现的，所述可变阀门致动系统包括可变的凸轮定相和可选的多级阀门升程，例如提供两个或多个阀门升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置改变不同的是，多级阀门升程机构的阀门升程位置的改变是离散的改变，不是连续的改变。

当发动机以受控自动点火(HCCI)燃烧模式操作时，发动机控制包括稀的或化学当量的空气/燃料比操作，其中节气门完全打开以最小化发动机泵送损失。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机控制包括化学当量的空气/燃料比操作，其中节气门被在0％到100％全部打开位置的范围内进行控制，以便控制进气气流从而达到化学当量的空气/燃料比。

一种已知的燃料控制策略包括：在行进车辆的操作期间，当操作者释放加速器踏板时切断给所有发动机汽缸的燃料供给，这被称为燃料切断(FCO)事件。当随后操作者轻触加速器踏板时，发动机被再次供给燃料和重新着火。使以受控自动点火(HCCI)模式操作的发动机重新着火利用了来自前一燃烧循环的余热，以便引发自动点火的燃烧。但是，由于不能利用来自前一燃烧循环的余热，所以当以受控自动点火(HCCI)模式操作时，在燃料切断事件后使发动机重新着火可能会导致不稳定的燃烧。

一种在任意的发动机载荷情况下在受控自动点火(HCCI)模式中引发重新着火的方法包括：恰在火花点火正时之前将总的发动机燃料质量的一小部分喷向火花塞附近，以便在总体上稀薄的燃烧充量混合物内引发火焰传播。这种重新着火的方法可能由于在喷射大量燃料时的大量火焰燃烧的缘故从而导致在持续的一些发动机循环期间生成过多的NO_X排放物。

发明内容