專利名稱：火花輔助hcci燃燒模式中的燃燒定相控制的制作方法
技術領域：
本公開涉及均質充量壓縮點火(HCCI)發動機的操作和控制。
背景技術：
本部分的陳述僅提供與本公開相關的背景信息，并可能不構成現有技術。內燃發動機，尤其是汽車內燃發動機，通常分為兩種類型火花點火和壓縮點火。 火花點火發動機，諸如汽油發動機，將燃料/空氣混合物引入燃燒氣缸，然后該燃料/空氣混合物在壓縮沖程中壓縮并由火花塞點火。壓縮點火發動機(諸如柴油發動機)在壓縮沖程的上止點(TDC)附近將加壓燃料引入或噴入燃燒氣缸內，該加壓燃料在噴射后被點火。汽油發動機和柴油發動機的燃燒涉及通過流體力學控制的預混火焰或擴散火焰。各類型的發動機具有優點和缺點。總體而言，汽油發動機產生較少的排放，但是效率較差。總體而言， 柴油發動機更有效率，但產生更多的排放。最近，其它類型的燃燒方法已經被引入內燃發動機中。這些燃燒概念中的一種在本領域中已知為均質充量壓縮點火(HCCI)。HCCI燃燒模式包括分布式的、無火焰、自動點火燃燒過程，其由氧化化學而不是流體力學來控制。在典型的操作于HCCI燃燒模式的發動機中，在進氣閥關閉時刻，氣缸充量的成分溫度接近均勻。操作于HCCI燃燒模式的典型的發動機還可以利用分層充量燃料噴射操作，來控制和改變燃燒過程，包括使用分層充量燃燒來觸發HCCI燃燒。因為自動點火是分布式動力學控制的燃燒過程，因此，發動機操作于非常稀的燃料/空氣混合物(即，燃料/空氣化學計量點的貧側)并具有相對低的峰值燃燒溫度，因此形成非常低的氮氧化物(NOx)的排放。與用于柴油發動機的分層燃料/空氣燃燒混合物相比，自動點火的燃料/空氣混合物是比較均勻的，因此，顯著地消除了在柴油發動機中形成煙霧和顆粒排放物的濃區域。由于這種非常稀的燃料/空氣混合物，操作在自動點火燃燒模式的發動機能夠非節流地操作以獲得柴油發動機般的燃料經濟性。HCCI發動機能夠以大量的排氣再循環(EGR)操作于化學計量點，從而獲得有效的燃燒。對操作于自動點火模式的發動機燃燒的起始沒有直接的控制，因為氣缸充量的化學動力學決定了燃燒的起始和過程。化學動力學對溫度是敏感的，因此，受控的自動點火燃燒過程對溫度是敏感的。影響燃燒開始和過程的一個重要變量是氣缸結構的有效溫度，即， 氣缸壁、蓋、閥和活塞冠的溫度。另外，已知火花輔助點火在某些操作范圍內有助于燃燒。在較高的負荷操作于HCCI模式可能是很困難的，因為燃燒室內的能量隨著增加的負荷而增加。這種增加的能量，由例如正在燃燒的空氣燃料充量中的較高的溫度來表現， 增加了空氣燃料充量在預期的燃燒點之前燃燒的可能性，導致來自燃燒室的不期望的壓力波動或激振。

發明內容
—種用于控制多氣缸火花點火直噴內燃發動機中的燃燒的方法，包括確定用于維持可接受的燃燒性質的期望燃燒定相；監測每個氣缸的燃燒定相；選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相；調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時，以獲得所述目標燃燒定相，以使所有氣缸中的燃燒定相平衡于所述目標燃燒定相；以及調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到所述期望的燃燒定相。此外，本發明涉及以下技術方案。1. 一種用于控制多氣缸火花點火直噴內燃發動機中的燃燒的方法，包括 確定用于維持可接受的燃燒性質的期望燃燒定相；
監測每個氣缸的燃燒定相；
選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相； 調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時，以獲得所述目標燃燒定相，以使所有氣缸中的燃燒定相平衡于所述目標燃燒定相；以及
調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到所述期望的燃燒定相。2.如技術方案1所述的方法，其中，所述燃燒性質包括燃燒噪聲、燃燒效率和燃燒穩定性。3.如技術方案1所述的方法，其中，調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時包括
將所監測的每個氣缸的燃燒定相與所述目標燃燒定相比較； 基于所述比較來確定每個相應氣缸的相應燃燒定相差；以及
以基于所述相應的燃燒定相差的量來調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時。4.如技術方案3所述的方法，其中，調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時包括基于所述相應的燃燒定相差來產生每個氣缸的相應積分器值，所述相應積分器值直接對應于必須調節不具有最為延遲的燃燒定相的對應氣缸中的火花正時以獲得所述目標燃燒定相的量。5.如技術方案4所述的方法，其中，在反饋控制回路中利用所述相應積分器值來在緊接下來的發動機循環中調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時。6.如技術方案3所述的方法，其中，調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時包括以基于每個相應氣缸的相應燃燒定相差的量來延遲不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時。7.如技術方案1所述的方法，還包括監測操作員扭矩請求；以及
其中，調節所述外部EGR百分比包括將所述外部EGR百分比調節到對應于所述操作員扭矩請求的值。8.如技術方案7所述的方法，其中，將所述外部EGR百分比調節到對應于所述操作員扭矩請求的值包括調節所述外部EGR百分比以保持化學計量點的空氣燃料比。9.如技術方案7所述的方法，還包括
響應于增加的操作員扭矩請求而增加噴射的燃料質量；以及
其中，調節所述外部EGR百分比包括降低所述外部EGR百分比以獲得對應于所監測到的操作員扭矩請求的值。10.如技術方案1所述的方法，其中，選擇所述目標燃燒定相包括確定通過單獨的火花正時調節使不具有最為延遲的燃燒定相的氣缸的燃燒定相收斂到所述目標燃燒定相的可實現性。11. 一種用于控制多氣缸火花點火直噴內燃發動機中的燃燒的方法，包括 監測操作于扭矩請求；
基于所監測的操作員扭矩請求來確定用于維持可接受的燃燒噪聲和燃燒效率所期望的燃燒定相；
監測每個氣缸的燃燒定相；
選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相；
平衡所有氣缸中的燃燒定相，包括
將所監測的每個氣缸的燃燒定相與所述目標燃燒定相比較；
基于所述比較來確定每個相應氣缸的燃燒定相差；
以基于所述相應燃燒定相差的量來延遲每個氣缸中的火花正時；以及
調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到所述期望的燃燒定相。12.如技術方案11所述的方法，還包括
以包括火花輔助點火的高負荷均質充量壓縮點火模式操作所述發動機，對于每個氣缸包括
基于所述操作員扭矩請求在進氣沖程期間利用單次噴射而輸送噴射燃料質量； 在所述單次噴射之后，在壓縮沖程期間對所述噴射燃料質量火花點火，能夠開始足以增加噴射燃料質量的溫度的火焰傳播，以實現自動點火。13.如技術方案12所述的方法，其中，對所述噴射燃料質量火花點火延遲自動點火以擴展受控自動點火燃燒的高負荷操作極限。14.如技術方案11所述的方法，還包括
利用包括負閥重疊時間段的排氣再壓縮策略來提供足夠用于受控自動點火的剩余熱量。15.如技術方案14所述的方法，其中，監測操作員扭矩請求包括
基于所述操作員扭矩請求以包括火花輔助點火的高負荷均質充量壓縮點火模式操作所述發動機；
減小負閥重疊以增加質量空氣流可進入每個氣缸的氣缸體積；以及降低所述外部EGR百分比以維持基于所述操作員扭矩請求的空氣燃料比。


現在參考附圖，通過實例描述一個或多個實施例，其中 圖1是根據本公開的示例性發動機系統的示意圖2是描述根據本公開的在火花輔助HCCI燃燒期間的熱釋放速率曲線的圖； 圖3是根據本公開的、示出排氣再壓縮閥策略300的圖，顯示了排氣閥曲線310和進氣閥曲線320，包括一段時間的負閥重疊(NVO) 315 ；
圖4根據本公開示意性地示出了燃燒定相控制器400，用于平衡多氣缸發動機的每個氣缸中的燃燒定相，以及調節外部EGR百分比，使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到期望的燃燒定相；以及圖5根據本公開圖形地示出了來自示例性發動機的實驗和導出數據，示出了 EGR閥開度510、火花點火正時520和CA50 (S卩，燃燒50%的燃料質量的曲柄角位置)530。
具體實施例方式現在參考附圖，其中的描繪僅僅是用于對某些示例性實施例進行說明的目的，而不是用于對其進行限制，圖1示意性示出了根據本公開的一個實施例構造的示例性內燃發動機10和所附控制模塊5。發動機10選擇性地操作在多種燃燒模式，包括受控自動點火 (HCCI)燃燒模式和均質火花點火(Si)燃燒模式。發動機10可選擇性地以化學計量比空氣 /燃料比操作以及以主要在化學計量比的貧側的空氣/燃料比操作。要認識到的是，本公開中的概念可以應用到其它內燃發動機系統和燃燒循環。在一個實施例中，發動機10可聯接到變速器裝置，以將牽引功率傳輸給車輛的傳動系。變速器可包括具有扭矩機器的混合動力變速器，該扭矩機器可操作將牽引功率傳輸給傳動系。示例性發動機10包括多氣缸、直噴式四沖程內燃發動機，具有在氣缸15內可滑動地移動的往復活塞14，其限定可變體積的燃燒室16。每個活塞14連接到旋轉的曲軸12， 線性往復運動通過該曲軸12轉換為旋轉運動。空氣進氣系統將進氣空氣提供給進氣歧管 29，該進氣歧管四將空氣引導并分配到燃燒室16的進氣流道中。空氣進氣系統包括氣流管道系統和用于監測和控制氣流的裝置。空氣進氣裝置優選地包括用于監測質量空氣流量和進氣空氣溫度的質量空氣流量傳感器32。節氣門閥34優選地包括用于響應于來自控制模塊5的控制信號(ETC)控制到發動機10的空氣流的電子控制裝置。進氣歧管四內的壓力傳感器36配置為監測歧管絕對壓力和大氣壓力。外部流通道再循環來自發動機排氣的排氣到進氣歧管四，其具有被稱為排氣再循環(EGR)閥38的流量控制閥。控制模塊5可操作以通過控制EGR閥38的開度來控制流向進氣歧管四的排氣的質量流量。從進氣歧管四進入到燃燒室16中的空氣流由一個或多個進氣閥20控制。通過一個或多個排氣閥18來控制離開燃燒室16進入排氣歧管39的排氣流。發動機10配備有控制并調節進氣閥20和排氣閥18的打開和關閉的系統。在一個實施例中，進氣閥20和排氣閥18的打開和關閉可通過分別控制進氣和排氣可變凸輪定相/可變升程控制(VCP/VLC) 裝置22和M來控制并調節。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M配置成分別控制并操作進氣凸輪軸21和排氣凸輪軸23。進氣凸輪軸21和排氣凸輪軸23的旋轉被聯系到曲軸12的旋轉并以曲軸12的旋轉來分度(indexed),因此，將進氣閥20和排氣閥18的打開和關閉與曲軸12和活塞14的位置聯系起來。進氣VCP/VLC裝置22優選包括可操作以響應于控制模塊5的控制信號(INTAKE) 來切換和控制一個或多個進氣閥20的閥升程并可變地調節和控制每個氣缸15的進氣凸輪軸21的定相的機構。排氣VCP/VLC裝置M優選包括可操作以響應于控制模塊5的控制信號(EXHAUST)來可變地切換和控制一個或多個排氣閥18的閥升程并可變地調節和控制每個氣缸15的排氣凸輪軸23的定相的可控機構。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M均優選包括可操作以分別將一個或多個進氣閥20和排氣閥18的閥升程大小或開度控制為兩個離散級之一的可控兩級可變升程控制 (VLC)機構。優選地，兩個離散級包括優選用于低速和低負荷操作的低升程閥打開位置(在一個實施例中為大約4-6 mm)和優選用于高速和高負荷操作的高升程閥打開位置(在一個實施例中為大約8-13 mm)。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M每個都優選包括可變凸輪定相(VCP)機構，以便分別控制和調節進氣閥20和排氣閥18的打開和關閉的定相(即相對正時)。調節定相指的是相對于各個氣缸15中的曲軸12和活塞14的位置來變換進氣閥20 和排氣閥18的打開時間。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M的VCP機構每個都優選地具有大約60° -90°的曲柄旋轉的定相權度的范圍，從而允許控制模塊5相對于每個氣缸15 的活塞14的位置使進氣閥20和排氣閥18中的一個的打開和關閉超前或延遲。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和M限定且限制了定相權度的范圍。進氣和排氣VCP/VLC裝置22和 24包括凸輪軸位置傳感器，以便確定進氣和排氣凸輪軸21和23的旋轉位置。通過控制模塊5控制，采用電動液壓、液壓和電控制力中的一種來對VCP/VLC裝置22和M加以致動。發動機10包括燃料噴射系統，包括多個高壓燃料噴射器觀，每個高壓燃料噴射器觀均配置成響應于來自控制模塊5的信號將一定質量的燃料直接噴射到一個燃燒室16中。 從燃料分配系統向燃料噴射器觀供給加壓的燃料。發動機10包括火花點火系統，火花點火系統可將火花能量提供給火花塞沈，用于響應于來自控制模塊5的信號(IGN)對每個燃燒室16中的氣缸充量進行點火或輔助點火。發動機10配備有用以監測發動機操作的各種傳感裝置，包括具有輸出RPM并且可操作監測曲軸旋轉位置(即曲軸角和速度)的曲軸傳感器42、在一個實施例中配置成監測燃燒的燃燒傳感器30、以及配置成監測排氣的排氣傳感器40 (通常為空氣/燃料比傳感器)。 燃燒傳感器30包括可操作監測燃燒參數狀態的傳感器裝置并被示出為可操作監測缸內燃燒壓力的氣缸壓力傳感器。燃燒傳感器30和曲柄傳感器42的輸出由控制模塊5監測，控制模塊5確定燃燒定相，即對于每個燃燒循環中的每個氣缸15，燃燒壓力相對于曲軸12的曲柄角度的正時。燃燒傳感器30也能夠由控制模塊5監測，以確定每個燃燒循環中每個氣缸15的平均有效壓力(IMEP)。優選地，發動機10和控制模塊5均設計為在每個氣缸點火事件期間針對每個發動機氣缸15監測并確定IMEP的狀態。替代性地，其它傳感系統可以用來監測本公開范圍內的其它燃燒參數的狀態，例如離子傳感點火系統以及非侵入式氣缸壓力傳感器。控制模塊、模塊、控制器、控制單元、處理器及類似的術語意味著下列項中的一個或多個的任意恰當的一種或各種組合專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一種或多種軟件或固件程序的中央處理單元(優選為微處理器)和相關聯的存儲器和儲存器(只讀、可編程只讀、隨機存取、硬盤等)、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、恰當的信號調節和緩沖電路、及提供所述功能的其它適當部件。控制模塊5具有一組控制算法，包括存儲在存儲器中并被執行以提供所需功能的常駐軟件程序指令和校準。算法優選地在預設循環周期期間執行。可以通過例如中央處理單元來執行算法，并且該算法可操作以監測來自傳感裝置和其他聯網控制模塊的輸入，并且執行控制和診斷例程從而控制致動器的操作。循環周期可以規則的時間間隔執行，例如在進行著的發動機和車輛操作期間每3. 125,6. 25,12. 5、25 和100毫秒。可替代地，算法可以響應事件的發生而執行。在操作中，控制模塊5監測來自于前述傳感器的輸入以確定發動機參數的狀態。 控制模塊5被構造成接收來自操作員的輸入信號(例如，通過加速踏板和制動踏板)，從而確定扭曲請求(To_req)。要認識到的是，扭矩請求能夠響應操作者的輸入(例如，通過加速踏板和制動踏板)，或者扭矩請求能夠響應于由控制模塊5監測到的自動起動情況。控制模塊 5監測指示發動機速度和進氣空氣溫度、以及冷卻劑溫度和其它周圍環境狀況的傳感器。控制模塊5執行存儲在其中的算法代碼以控制上述致動器從而形成氣缸充量，包括控制節氣門位置、火花點火正時、燃料噴射質量和正時、EGR閥位置開度以控制再循環排氣流量，以及在配備有進氣和/或排氣閥的發動機上控制進氣和/或排氣閥正時和定相。在一個實施例中閥正時和定相可包括NVO和排氣閥重新開啟的升程(在排氣再吸入策略中)。 控制模塊5可操作以在運行的車輛操作期間將發動機10開啟和關閉，并且可操作通過控制燃料和火花以及閥的停用來選擇性地停用一部分燃燒室15或一部分的進氣閥20和排氣閥 18。控制模塊5可基于來自排氣傳感器40的反饋控制空氣/燃料比。在發動機操作期間，節氣門閥34優選在受控自動點火(HCCI)燃燒模式(例如，單個和雙重噴射受控自動點火(HCCI)燃燒模式)下基本全開，其中發動機10被控制在稀的空氣/燃料比。基本全開的節氣門可包括完全非節流或輕微節流地操作以在進氣歧管四內產生真空以影響EGR流量。在一個實施例中，缸內的EGR質量被控制到較高的稀釋率。進氣閥20和排氣閥18在低升程閥位置且進氣和排氣升程正時以NVO方式操作。在發動機循環期間能夠執行一個或多個燃料噴射事件，包括在壓縮階段期間的至少一個燃料噴射事件。在發動機操作在均質火花點火(Si)燃燒模式期間，控制節氣門閥34以調節空氣流量。將發動機10控制到化學計量比的空氣/燃料比，進氣閥20和排氣閥18處于高升程閥打開位置且進氣和排氣升程正時以正閥重疊的方式操作。優選地，在發動機循環的壓縮階段(優選基本上在TDC之前)執行燃料噴射事件。當氣缸內空氣充量基本均勻時，火花點火優選在燃料噴射之后的預先確定時刻放出。參照圖2，圖2是描述根據本公開的在火花輔助HCCI (自動點火)燃燒期間的熱釋放速率曲線200的圖。χ軸202表示燃燒的質量分數(％)，y軸201表示熱釋放速率(J/ deg)。受控自動點火(HCCI)的高負荷操作極限可以通過在由虛線60表示的自動點火點之前對空氣燃料充量火花點火而擴展。將空氣燃料充量火花點火將開始火焰傳播，其中，利用火焰傳播來延遲自動點火而擴展高負荷操作極限，因此實現可接受的燃燒噪聲。在高負荷操作期間，火花輔助的自動點火包括在進氣沖程期間利用單次噴射將燃料質量輸送到發動機，在壓縮沖程期間對噴射的燃料質量火花點火，開始火焰傳播，并且當由于火焰傳播使氣缸充量的溫度上升到足以自動點火的溫度時，對噴射的燃料質量的剩余部分進行自動點火。火焰傳播發生至虛線60并且由箭頭58表示。自動點火發生在虛線60并且由箭頭62 表示。在進氣沖程的單次噴射之后，在壓縮沖程對噴射的燃料質量火花點火而開始火焰傳播能夠延遲自動點火以擴展受控自動點火燃燒的高負荷操作極限。可選地，火花輔助自動點火還可以構造成包括利用多次燃料噴射(例如，進氣沖程期間的第一噴射和壓縮沖程期間的第二噴射)。如將清楚地，火花輔助HCCI燃燒的燃燒噪聲能夠通過擴展燃燒持續時間和通過利用火花正時延遲燃燒定相來降低，而不會損失燃燒穩定性。參考圖3，圖3是根據本公開的、示出排氣再壓縮閥策略(即，排氣再吸入策略)300 的圖，顯示了排氣閥曲線310和進氣閥曲線320，包括一段時間的負閥重疊(NV0)315。χ軸 302表示曲軸角位置(度)。y軸301表示閥曲線(mm)。虛的豎直線305表示TDC。如前所述， 當發動機在高負荷操作期間操作在包括火花輔助點火的受控自動點火(HCCI)模式，由發動機能夠吸入的質量空氣流量(Aair)限制最大負荷。為了降低泵送損失，已知將發動機操作為不節流，其中，調節正時來打開和關閉進氣閥和排氣閥，以控制發動機能夠吸入的質量空氣流和外部EGR的量。利用控制模塊5控制EGR閥38的打開百分比來控制流到進氣歧管四的排氣的質量流量來調節外部 EGR的量。應該認識到，調節外部EGR的量對于所有的氣缸都有影響。因此，外部EGR閥38 的打開百分比可以被調節以使所有氣缸中的平衡燃燒定相收斂到獲得期望的燃燒定相。利用期望的燃燒定相來保持可接受的燃燒性質，包括燃燒噪聲、燃燒穩定性和燃燒效率。下面將更詳細地論述平衡每個氣缸中的燃燒定相。外部EGR的量還將稱為外部EGR百分比。可以利用排氣再壓縮閥策略300 (例如，排氣再吸入策略)來控制氣缸內的質量流 (例如，質量空氣流和外部EGR百分比)的量，其中，通過在排氣沖程期間早期關閉排氣閥以及稍后與排氣閥關閉正時對稱地打開進氣閥使來自前一發動機循環的熱排氣(即，剩余氣體)被捕獲在氣缸中，以將質量空氣流和外部EGR百分比吸入氣缸，用于在緊接下來的氣缸事件期間的即將到來的燃燒。NVO時間段315描述了進氣閥和排氣閥都在氣缸TDC305附近關閉的曲柄角時間段。應該認識到，氣缸充量溫度、質量空氣流量和外部EGR百分比的量強烈地依賴于NVO時間段315的大小。例如，排氣沖程期間的較早的排氣閥關閉正時導致較大的NVO時間段315，其中，來自前一發動機循環的較大量的剩余氣體停留在氣缸中。較大的 NVO時間段315造成增加的氣缸充量溫度并造成氣缸內被進入的質量空氣流和外部EGR百分比所占據的較小的體積。因此，存在的關系是當NVO時間段315被最小化時，被質量空氣流和外部EGR百分比所占據的可用的氣缸體積被最大化。當操作員扭矩請求(例如，通過加速踏板和制動踏板)指示將發動機操作于包括火花輔助點火的高負荷均質充量壓縮點火時，可以降低NVO時間段315來增加可用于質量空氣流進入氣缸的氣缸體積，并且外部EGR 百分比可以被降低以保持基于操作員扭矩請求的空氣燃料比。當發動機在高負荷操作期間操作于包括火花輔助點火的受控自動點火(HCCI)模式時，每個氣缸中的燃燒定相取決于每個氣缸內的熱環境。燃燒定相描述了循環中燃燒的進程，由循環的曲柄角測量。判斷燃燒定相的一種度量是CA50，或者說是空氣燃料充量的 50%被燃燒時的曲柄角。燃燒循環的性質，諸如效率、燃燒噪聲和燃燒穩定性，受到循環的 CA50的影響。因此，在高負荷HCCI操作期間希望保持最優/期望的燃燒定相。在氣缸事件的具體的噴射正時、火花正時和閥正時期間，由于不均勻的缸內情況可以導致每個氣缸中的不平衡的燃燒定相，不均勻的缸內情況包括不均勻的外部EGR百分比分布、不均勻的缸內熱狀況和/或每個氣缸中的噴射器之間的不同。延遲火花正時來延遲氣缸內的燃燒定相能夠顯著地降低由于不均勻的缸內狀況導致的過度的燃燒噪聲。如將變得清楚的，各個氣缸之間的平衡的燃燒定相能夠通過調節每個氣缸中的火花正時以獲得目標燃燒定相而實現，期望的燃燒定相可以通過調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到期望的燃燒定相而實現。具體而言，如果延遲了氣缸內的火花正時，可以在帶有較少的外部EGR百分比的氣缸內實現期望的燃燒定相。本文討論的實施例采用控制策略，在發動機在高負荷操作期間操作于包括火花輔助點火的受控自動點火(HCCI)模式時，該策略平衡和控制各氣缸中的燃燒定相。控制策略不限于高負荷自動點火(HCCI)操作，能夠類似地應用于低負荷和中等負荷的自動點火 (HCCI)操作。設想的實施例包括確定在包括火花輔助點火的受控自動點火模式中保持可接受的燃燒性質所需的燃燒定相。燃燒性質可以包括燃燒噪聲、燃燒效率和燃燒穩定性。監測每個氣缸內的燃燒定相。如前所述，由于不均勻的缸內狀況，每個氣缸內的燃燒定相可能不同，所述不均勻的缸內狀況包括不均勻的外部EGR百分比分布、不均勻的缸內熱狀況和燃料噴射器的不同。基于監測到的每個氣缸內的燃燒定相，可以選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相。可以通過調節不具有最為延遲的火花正時的每個氣缸中的火花正時來平衡每個氣缸中的燃燒定相。可以利用不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的經調節的火花正時來獲得目標燃燒定相。具體而言，可以通過延遲相應的氣缸中的火花正時在不具有最為延遲的燃燒定相的氣缸中延遲燃燒定相。此后，可以調節外部 EGR百分比來使得所有的氣缸的平衡的燃燒定相(S卩，目標燃燒定相)收斂到期望的燃燒定相。如前所述，調節外部EGR百分比對所有氣缸都具有影響，因此能夠當平衡所有氣缸時被用于使燃燒定相收斂。參考圖4，根據本公開示出了燃燒定相控制器400，用于平衡和控制每個氣缸的單獨的燃燒定相，同時將發動機操作于火花輔助受控自動點火(HCCI)模式。燃燒定相控制器 400與控制模塊5相關聯，并且包括燃燒定相平衡控制器470和全局燃燒定相控制器460。 燃燒定相平衡控制器470包括目標燃燒定相模塊(TCPM) 402、差單元408、單獨積分控制器 412、校準模塊418和火花正時調節模塊(STAM)422。將認識到，燃燒定相可以通過CA50指示，CA50對應于50%的空氣燃料充量被燃燒時的曲柄角位置aTDC。能夠在每個發動機循環期間監測每個氣缸的CA50。TCPM402選擇和產生發動機循環k期間的目標燃燒定相CA50T(k) 406。TCPM 402 可以利用公式1來計算目標燃燒定相(CA50T(k)) 406，如下
CA50T(k) = max{ CA50n(k) | In (k) < ε } [1] 其中，CA50n(k)表示單個的燃燒定相404， η表示被監測的氣缸， k表示發動機循環，
In(k)是對應于火花正時量的積分器值，以及 ε是用于CA50平衡和對于所有發動機事件有界的可調節參數。將認識到，可調節參數ε是足夠小的正數。監測每個氣缸的單獨的燃燒定相 CA50n(k) 404，并輸入到TCPM402和差單元408。由TCPM402選擇的目標燃燒定相CA50T(k) 406可以對應于具有最為延遲的燃燒定相的氣缸η的單獨的燃燒定相。TCPM402能夠確定不具有最為延遲的燃燒定相的氣缸通過單獨的火花正時調節而將它們的各自獨立的燃燒定相CA50n(k)收斂到目標燃燒定相CA50T(k)的可實現性。In(k)表示由單獨的積分控制器 412產生的積分器值414并且輸入到STAM422以及利用反饋控制環路輸入給TCPM402。以下將更詳細地論述積分器值In (k) 414。目標燃燒定相CA50T(k) 406被輸入到差單元408 并且與各個燃燒定相CA50n(k) 404比較，其中，對于各個相應的氣缸產生燃燒定相差410 并輸入到單獨的積分控制器412。單獨的積分控制器412因此為每個氣缸產生積分器值 In(k) 414，并輸入到TCPM402和STAM422。積分器值In(k) 414直接對應于必須調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時以獲得目標燃燒定相CA50T(k) 406的量。 換句話說，積分器值In(k) 414表示對每個氣缸的火花正時的調節以最小化各個燃燒定相 CA50n(k) 404和目標燃燒定相CA50T(k) 406之間的差(S卩，燃燒定相差410)。因為目標燃燒定相CA50T(k) 406代表具有最為延遲的燃燒定相的氣缸，因此積分器值In(k) 414直接對應于需要對每個相應氣缸延遲不具有最為延遲的火花正時的每個氣缸中的火花正時以獲得目標燃燒定相CA50T(k) 406以由此平衡所有氣缸中的燃燒定相的量。除了通過反饋控制回路被輸入到TCPM402并用于接下來的發動機循環之外，積分器值In(k) 414還被輸入 STAM422，并根據每個氣缸的未修改火花正時420來調節，未修改的火花正時420基于發動機參數416，該發動機參數416被輸入校準模塊418并由該校準模塊418校準。發動機參數 416可以包括發動機速度和基于操作員扭矩請求的對于每個發動機循環的期望的噴射燃料質量。全局燃燒定相控制器460包括外部EGR模塊430。發動機參數416還輸入到外部 EGR模塊430，其中，外部EGR模塊產生對外部EGR百分比的外部EGR調節432。外部EGR調節432操作來調節外部EGR百分比，使氣缸的平衡的燃燒定相收斂(即，利用燃燒定相平衡控制器470)，以獲得期望的燃燒定相。期望的燃燒定相基于對應于操作員扭矩請求的發動機參數416，其中，保持期望的燃燒定相能夠獲得可接受的水平的燃燒噪聲、燃燒效率和燃燒穩定性(即，燃燒性質)。設想的實施例包括利用外部EGR調節432來保持化學計量的空氣燃料比，利用三元催化轉換器在高負荷操作期間滿足期望的NOx排放水平。例如，操作員扭矩請求可以指示增加的噴射燃料質量，其中，可以降低外部EGR百分比以獲得對應于操作員扭矩請求的空氣燃料比。因此，可以調節外部EGR百分比來以目標燃燒定相使得氣缸的平衡的燃燒定相收斂，以獲得期望的燃燒定相。圖5根據本公開圖形地示出了來自示例性發動機的實驗和導出數據，示出了 EGR 閥開度510、火花點火正時520 (TDC之前)和CA50 (S卩，在TDC之后燃燒50%的燃料質量的曲柄角位置)530。χ軸表示用于曲線510、520和530的時間(秒)502。EGR閥開度510曲線包括隨時間502變化的外部EGR百分比514。火花點火正時520曲線分別包括第一、第二、第三和第四氣缸的火花正時曲線501、502、503和504，其中，曲線(例如，第一氣缸)501 具有最為延遲的火花正時，曲線(例如，第三氣缸)503具有最小延遲的火花正時。CA50 530 曲線包括由虛線532表示的期望CA50 (即，期望的燃燒定相)以及分別對應于第一、第二、第三和第四氣缸的CA50曲線501、502、503和504。應該認識到，當調節外部EGR百分比514 時，CA50曲線被平衡并收斂到期望的CA50 532。本公開已經描述了特定優選實施例及其改型。在閱讀和理解本說明書的情況下可以進行其它改型和替代。因此，本發明不限于作為用于實現本公開的最佳模式而公開的一個(多個)具體實施例，而是本公開將包括落入所附權利要求范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用于控制多氣缸火花點火直噴內燃發動機中的燃燒的方法，包括確定用于維持可接受的燃燒性質的期望燃燒定相；監測每個氣缸的燃燒定相；選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相；調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時，以獲得所述目標燃燒定相，以使所有氣缸中的燃燒定相平衡于所述目標燃燒定相；以及調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到所述期望的燃燒定相。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述燃燒性質包括燃燒噪聲、燃燒效率和燃燒穩定性。
3.如權利要求1所述的方法，其中，調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時包括將所監測的每個氣缸的燃燒定相與所述目標燃燒定相比較；基于所述比較來確定每個相應氣缸的相應燃燒定相差；以及以基于所述相應的燃燒定相差的量來調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時。
4.如權利要求3所述的方法，其中，調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時包括基于所述相應的燃燒定相差來產生每個氣缸的相應積分器值，所述相應積分器值直接對應于必須調節不具有最為延遲的燃燒定相的對應氣缸中的火花正時以獲得所述目標燃燒定相的量。
5.如權利要求4所述的方法，其中，在反饋控制回路中利用所述相應積分器值來在緊接下來的發動機循環中調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時。
6.如權利要求3所述的方法，其中，調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時包括以基于每個相應氣缸的相應燃燒定相差的量來延遲不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時。
7.如權利要求1所述的方法，還包括監測操作員扭矩請求；以及其中，調節所述外部EGR百分比包括將所述外部EGR百分比調節到對應于所述操作員扭矩請求的值。
8.如權利要求7所述的方法，其中，將所述外部EGR百分比調節到對應于所述操作員扭矩請求的值包括調節所述外部EGR百分比以保持化學計量點的空氣燃料比。
9.如權利要求7所述的方法，還包括響應于增加的操作員扭矩請求而增加噴射的燃料質量；以及其中，調節所述外部EGR百分比包括降低所述外部EGR百分比以獲得對應于所監測到的操作員扭矩請求的值。
10.一種用于控制多氣缸火花點火直噴內燃發動機中的燃燒的方法，包括監測操作于扭矩請求；基于所監測的操作員扭矩請求來確定用于維持可接受的燃燒噪聲和燃燒效率所期望的燃燒定相；監測每個氣缸的燃燒定相；選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相；平衡所有氣缸中的燃燒定相，包括將所監測的每個氣缸的燃燒定相與所述目標燃燒定相比較；基于所述比較來確定每個相應氣缸的燃燒定相差；以基于所述相應燃燒定相差的量來延遲每個氣缸中的火花正時；以及調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到所述期望的燃燒定相。
全文摘要
本發明提供一種用于控制多氣缸火花點火直噴內燃發動機中的燃燒的方法，包括確定用于維持可接受的燃燒性質的期望燃燒定相；監測每個氣缸的燃燒定相；選擇對應于具有最為延遲的燃燒定相的一個氣缸的目標燃燒定相；調節不具有最為延遲的燃燒定相的每個氣缸中的火花正時，以獲得所述目標燃燒定相，以使所有氣缸中的燃燒定相平衡于所述目標燃燒定相；以及調節外部EGR百分比以使所有氣缸中的平衡的燃燒定相收斂到所述期望的燃燒定相。
文檔編號F02D21/08GK102465783SQ20111036297
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者常 C-F., 允 H., 康 J-M. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司