[发明专利]用于在内燃发动机中控制燃烧模式转换的方法

说明书

技术领域

本公开涉及内燃发动机的操作和控制，并且更详细地，涉及控制发动机燃烧模式的转换。

现有技术

本节的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。

已知的火花点火（SI）发动机将空气-燃料混合物引入每个气缸，该混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点燃，以生成能够传递给曲轴的动力。已知的压缩点火发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷射到燃烧气缸中，加压燃料在喷射后被点燃，以生成能够传递给曲轴的动力。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。

配置成用于包括直接燃料喷射的SI操作的发动机能够以受控自动点火燃烧模式操作，也称为在预定速度/载荷操作条件下的均质充量压缩点火（HCCI）。受控自动点火燃烧模式包括分布的、无火焰的自动点火燃烧过程，该过程由氧化化学控制。在受控自动点火燃烧模式中操作的发动机具有优选在进气阀关闭时间时在成分、温度和剩余排气方面都是均匀的进气/燃料充量。通过以稀的空气-燃料混合物（即，化学计量点的贫侧的混合物）操作的发动机，受控的自动点火燃烧导致了分布的动力学受控的燃烧。该发动机操作导致相对低的峰值燃烧温度以及低NOx排放。均匀的空气-燃料混合物使得形成烟和颗粒排放的富区域的产生最小化。

在发动机操作中，通过选择性地调节节气门阀的位置并且调节进气阀和排气阀的打开和关闭来控制发动机气流，其中进气阀和排气阀对进入到每个燃烧室内的空气流进行控制。发动机能够装配有可变阀致动（VVA）系统，该系统包括凸轮定相和可选择的多级阀升程，例如，提供了两个或更多个阀升程廓形以控制进气阀和排气阀的打开和关闭的多个凸轮凸角。多级阀升程机构的阀升程廓形的变化是离散变化。

当发动机在受控自动点火燃烧模式中操作时，发动机控制包括以贫空气-燃料比操作，其中节气门阀全开以最小化发动机泵送损失。当发动机在火花点火燃烧模式中操作时，发动机控制包括以化学计量的空气-燃料比操作，其中节气门阀被控制在从0%至100%全开位置的位置范围内，以控制进气气流来实现化学计量的空气-燃料比。通过控制至发动机的燃料流来控制发动机输出功率。

在能够选择性地以火花点火燃烧模式和受控自动点火燃烧模式之一进行操作的发动机中，燃烧模式之间的转换可能是复杂的。发动机控制器必须协调多个致动器，以便为不同的模式提供期望的空气-燃料比。在HCCI至SI转换期间，多级阀升程的切换几乎即时发生，而对凸轮定相和节气门阀的调节则包括较慢的动态特性。当没有适当地管理多级阀升程切换和可变阀致动系统的凸轮定相的调节时，在燃烧模式转换期间可能发生发动机扭矩扰动和断火。

发明内容

内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程机构，可变凸轮定相机构和多级阀升程机构可操作用于控制进气阀和排气阀的相位和升程。内燃发动机选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作。用于操作内燃发动机的方法包括：命令将发动机操作从第一燃烧模式转换至第二燃烧模式；调节进气阀和排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；切换进气阀和排气阀中的一个的升程幅度，从而与第二燃烧模式对应；调节进气阀和排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；切换进气阀和排气阀中另一个的升程幅度，从而与第二燃烧模式对应；以及调节进气阀和排气阀的定相，从而与在第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积对应。

本发明还包括以下方案：

方案1. 一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程机构，所述可变凸轮定相机构和所述多级阀升程机构可操作用于控制进气阀和排气阀的相位和升程，所述内燃发动机能够选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作，所述方法包括：

命令将发动机操作从所述第一燃烧模式转换至所述第二燃烧模式；

调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；

切换所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；

调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；

切换所述进气阀和所述排气阀中的另一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；以及

调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与在所述第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积对应。

方案2. 根据方案1所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括火花点火燃烧模式，并且所述第二燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式。