[发明专利]均质充气压缩点火和火花点火燃烧模式之间过渡的控制方案

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年5月24日提交的美国临时申请No. 61/347,507的权益，上述申请在此作为参考引入。

技术领域

本发明涉及能以两个分立燃烧模式操作的发动机。

背景技术

该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

已知的火花点火（SI）发动机将空气/燃料混合物引入每个气缸中，空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点火。已知的压缩点火发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷入燃烧气缸内，加压燃料在喷射后被点火。汽油发动机和柴油发动机两者的燃烧均包括由流体力学控制的预混合或扩散火焰。

SI发动机能够以多种不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机能够被设置用于在预定速度/负载操作条件下以均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式操作，也称为受控自动点火燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学作用控制的分布式、无火焰、自动点火燃烧过程。以HCCI燃烧模式操作的发动机在进气阀关闭时间时具有在组分、温度以及残余排气方面优选是均质的气缸充气。HCCI燃烧是一种分布式动力受控燃烧过程，其中发动机用稀释的空气/燃料混合物（即，稀于化学计量比空气/燃料点）操作，具有相对低的峰值燃烧温度，从而得到低NO_X排放。均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和颗粒排放物的浓区域的出现最小化。

在发动机操作中，发动机空气流通过选择性地调节节气门阀的位置、以及控制进气阀和排气阀的开启和关闭来控制。在如此配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开启和关闭可以使用可变阀致动系统来调节，所述可变阀致动系统包括可变凸轮定相和可选择多级阀升程，例如提供两个或更多阀升程曲线的多级凸轮凸角。与连续的节气门位置变化不同，多级阀升程机构的阀位置的变化是离散变化。

当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机以稀或化学计量比空气/燃料比操作来操作，其中，节气门宽开启以使得发动机泵送损失最小化。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机以化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门阀在从宽开启位置的0％至100％的位置范围内控制，以控制进气空气流从而实现化学计量比空气/燃料比。

在配置成以SI和HCCI燃烧模式操作的发动机中，燃烧模式之间的过渡会是复杂的。发动机控制模块必须协调多个装置的致动，以便为不同模式提供期望空气/燃料比。在HCCI燃烧模式和SI燃烧模式之间过渡期间，几乎瞬时地发生阀升程曲线切换，同时对凸轮移相器和歧管压力的调节具有较慢动态特性。可能发生不完全燃烧和不点火，直到实现期望空气/燃料比，从而导致扭矩扰动。

发明内容

一种直接喷射内燃机，包括：进气凸轮轴，所述进气凸轮轴具有低升程进气凸轮和高升程进气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程进气凸轮以低升程进气阀曲线和借助于高升程进气凸轮以高升程进气阀曲线中的一种来选择性地操作进气阀；可变凸轮相位控制器，能在进气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程进气凸轮和高升程进气凸轮的相位；点火火花控制器；燃料喷射控制器；排气再循环控制器；以及进气节气门控制器。一种操作发动机的方法包括：在发动机负载和凸轮轴定相的预定范围内以如下方式中的一种操作发动机：a）包括低升程进气阀曲线的均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式，和b）包括高升程进气阀曲线的火花点火（SI）燃烧模式，其中，低升程进气阀曲线和高升程进气阀曲线排他地通过燃料和火花控制在相应HCCI燃烧模式和SI燃烧模式中实现有益于稳定燃烧的相应进气空气流量。所述方法还包括：排他地通过对可变升程控制器、点火火花控制器和燃料喷射控制器进行调节而在HCCI和SI燃烧模式之间过渡。

方案1. 一种操作直接喷射内燃机的方法，所述内燃机包括：进气凸轮轴，所述进气凸轮轴具有低升程进气凸轮和高升程进气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程进气凸轮以低升程进气阀曲线和借助于高升程进气凸轮以高升程进气阀曲线中的一种来选择性地操作进气阀；可变凸轮相位控制器，能在进气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程进气凸轮和高升程进气凸轮的相位；点火火花控制器；燃料喷射控制器；排气再循环控制器；以及进气节气门控制器，所述方法包括：

在发动机负载和凸轮轴定相的预定范围内以如下方式中的一种操作发动机：

a）包括低升程进气阀曲线的均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式，和