用于改进增压发动机的方法和装置
阅读：413发布：2022-05-22
专利汇可以提供用于改进增压发动机的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于改进 增压 发动机 的方法和装置，具体地，一种增压发动机可以使用用于发动机的 气缸 的多个可独立控制的进气 门 。一种操作所述发动机的方法包括：监控用于气缸的多个可独立控制的进气门的未 修改 的正时；监控发动机的操作；基于所监控的发动机的操作和用于气缸的多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时来确定用于气缸的可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时；基于所确定的第一进气门的延迟正时来控制第一进气门；以及基于所监控的未修改的正时来控制用于气缸的可独立控制的进气门的第二进气门。，下面是用于改进增压发动机的方法和装置专利的具体信息内容。
1.操作包括气缸和用于所述气缸的多个可独立控制的进气门的增压内燃发动机的方法，所述方法包括：
监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的未修改的正时；
监控所述发动机的操作；
基于所监控的所述发动机的操作和用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟关闭正时，以在进气冲程穿过下止点结束时保持打开从而实现期望的有效压缩比；
基于所确定的所述第一进气门的延迟关闭正时来控制所述第一进气门；以及基于所监控的未修改的正时来控制用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第二进气门。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的未修改的正时包括：
监控所述气缸的期望的残余气体水平；以及
基于所述气缸的所述期望的残余气体水平来确定用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时包括：
监控所述发动机的速度；
监控所述发动机的负荷；以及
基于所述发动机的所述速度和所述发动机的所述负荷来确定用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述发动机的所述速度和所述发动机的所述负荷来确定用于所述气缸的排气门的正时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括监控发动机负荷，并且其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟关闭正时包括：基于所监控的发动机负荷来确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括监控期望的有效压缩比，并且其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟关闭正时包括：基于所述期望的有效压缩比来确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气缸被构造为具有基于燃料效率的几何压缩比；
其中，监控所述发动机的操作包括监控发动机节气门水平；以及
其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟关闭正时包括：基于所监控的接近全开节气门的发动机节气门水平来确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
监控爆震传感器；
监控实际火花正时；
监控开环火花正时；以及
将所述实际火花正时与所述开环火花正时进行比较；以及
其中，确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时包括：基于所监控的爆震传感器以及所述实际火花正时与所述开环火花正时的比较来进行所述延迟关闭正时的闭环确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所监控的所述发动机的操作来确定排气凸轮位置；
基于所监控的所述发动机的操作来确定进气凸轮位置；
基于所监控的所述发动机的操作来确定增压压力；
基于所监控的所述发动机的操作来确定空气燃料比；
基于所监控的所述发动机的操作来确定燃料喷射策略和正时；
基于所监控的所述发动机的操作来确定燃料压力；以及
基于所监控的所述发动机的操作来确定标称火花正时。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括监控燃料质量传感器；
其中，确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时包括：基于所监控的燃料质量传感器来进行所述延迟关闭正时的开环确定；以及
所述方法还包括：在开环确定中基于所监控的燃料质量传感器来确定增压压力校准。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
监控爆震传感器；以及
监控所建模的气缸内条件；
其中，确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时包括：基于所监控的爆震传感器和所监控的所建模的气缸内条件来进行所述延迟关闭正时的闭环确定；以及所述方法还包括：在闭环确定中基于所监控的爆震传感器和所监控的所建模的气缸内条件来确定增压压力。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，监控所建模的气缸内条件包括：
监控实际火花正时；
监控开环火花正时；
将所述实际火花正时与所述开环火花正时进行比较；以及
监控所述气缸内的充气含量的模型。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，监控所建模的气缸内条件包括：
监控基本CA50值；
监控气缸内压力；
基于所述气缸内压力来确定CA50值；以及
将所确定的CA50值与所述基本CA50值进行比较。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
监控爆震传感器；以及
监控气缸内压力；
其中，确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时包括：基于所监控的爆震传感器和所监控的气缸内压力来进行所述延迟关闭正时的闭环确定；以及
还包括：在闭环确定中基于所监控的爆震传感器和所监控的气缸内压力来确定增压压力。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
监控实际火花正时；
监控开环火花正时；
将所述实际火花正时与所述开环火花正时进行比较；以及
监控燃料质量传感器；
其中，确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时包括：
基于所监控的爆震传感器以及所述实际火花正时与所述开环火花正时的比较来进行所述延迟关闭正时的闭环确定，以及
基于所监控的燃料质量传感器来进行所述延迟关闭正时的开环确定。
16.用于操作包括气缸和用于所述气缸的多个可独立控制的进气门的增压内燃发动机的系统，所述系统包括：
所述气缸；
用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门；
控制模块，
监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的第一正时，
监控所述发动机的操作，
基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟关闭正时，以在进气冲程穿过下止点结束时保持打开从而实现期望的有效压缩比，
基于所确定的所述第一进气门的延迟关闭正时来控制所述第一进气门，以及基于所监控的第一正时来控制所述可独立控制的进气门的第二进气门；以及其中，所述可独立控制的进气门的所述第一进气门的所述延迟关闭正时被选择成降低所述气缸内的有效压缩比以实现所述气缸内的所述期望的有效压缩比。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，基于所述气缸内的期望的残余气体水平来选择所述多个可独立控制的进气门的所述第一正时。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：用于所述气缸的可控制的排气门；以及
其中，所述控制模块还基于所述气缸内的所述期望的残余气体水平来控制用于所述气缸的所述可控制的排气门。
19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括增压装置；以及其中，所述控制模块还基于所监控的所述发动机的操作来控制来自所述增压装置的增压压力。
20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃料质量传感器；以及其中，监控所述发动机的操作的所述控制模块包括监控所述燃料质量传感器的控制模块；以及
其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时的控制模块包括基于所监控的燃料质量传感器来确定所述第一进气门的所述延迟关闭正时的控制模块。
21.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
可独立控制的凸轮，所述可独立控制的凸轮控制所述可独立控制的进气门中的每个。
用于改进增压发动机的方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及增压内燃发动机。
背景技术
[0002] 在本部分中的陈述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。
[0004] 许多先进燃烧策略是已知的，包括均质充量火花点火、均质充量压缩点火（HCCI）和分层充量火花点火。这些策略被设计为通过减少的泵送工作、减少的热损失、改进的燃烧过程和改进的热力学的组合来改善内燃发动机的效率和排放。
发明内容
[0006] 一种增压发动机可以使用用于所述发动机的气缸的多个可独立控制的进气门。一种操作所述发动机的方法包括：监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的未修改的正时；监控所述发动机的操作；基于所监控的所述发动机的操作和用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时；基于所确定的所述第一进气门的延迟正时来控制所述第一进气门；以及基于所监控的所述未修改的正时来控制用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第二进气门。
[0007] 本发明还提供如下方案：
[0008] 1、操作包括气缸和用于所述气缸的多个可独立控制的进气门的增压内燃发动机的方法，所述方法包括：
[0009] 监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的未修改的正时；
[0010] 监控所述发动机的操作；
[0011] 基于所监控的所述发动机的操作和用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时；
[0012] 基于所确定的所述第一进气门的延迟正时来控制所述第一进气门；以及
[0013] 基于所监控的未修改的正时来控制用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第二进气门。
[0014] 2、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的未修改的正时包括：
[0015] 监控所述气缸的期望的残余气体水平；以及
[0016] 基于所述气缸的所述期望的残余气体水平来确定用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时。
[0017] 3、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时包括：
[0018] 监控所述发动机的速度；
[0019] 监控所述发动机的负荷；以及
[0020] 基于所述发动机的所述速度和所述发动机的所述负荷来确定用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的所述未修改的正时。
[0021] 4、根据方案3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述发动机的所述速度和所述发动机的所述负荷来确定用于所述气缸的排气门的正时。
[0022] 5、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括监控发动机负荷，并且其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时包括：基于所监控的发动机负荷来确定所述第一进气门的所述延迟正时。
[0023] 6、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括监控期望的有效压缩比，并且其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时包括：基于所述期望的有效压缩比来确定所述第一进气门的所述延迟正时。
[0024] 7、根据方案1所述的方法，其特征在于，所述气缸被构造为具有基于燃料效率的几何压缩比；
[0025] 其中，监控所述发动机的操作包括监控发动机节气门水平；以及
[0026] 其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时包括：基于所监控的接近全开节气门的发动机节气门水平来确定所述第一进气门的所述延迟正时。
[0027] 8、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
[0029] 监控实际火花正时；
[0030] 监控开环火花正时；以及
[0031] 将所述实际火花正时与所述开环火花正时进行比较；以及
[0032] 其中，确定所述第一进气门的所述延迟正时包括：基于所监控的爆震传感器以及所述实际火花正时与所述开环火花正时的比较来进行所述延迟正时的闭环确定。
[0033] 9、根据方案8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
[0035] 基于所监控的所述发动机的操作来确定进气凸轮位置；
[0036] 基于所监控的所述发动机的操作来确定增压压力；
[0037] 基于所监控的所述发动机的操作来确定空气燃料比；
[0038] 基于所监控的所述发动机的操作来确定燃料喷射策略和正时；
[0039] 基于所监控的所述发动机的操作来确定燃料压力；以及
[0040] 基于所监控的所述发动机的操作来确定标称火花正时。
[0041] 10、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括监控燃料质量传感器；
[0042] 其中，确定所述第一进气门的所述延迟正时包括：基于所监控的燃料质量传感器来进行所述延迟正时的开环确定；以及
[0043] 所述方法还包括：在开环确定中基于所监控的燃料质量传感器来确定增压压力校准。
[0044] 11、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
[0045] 监控爆震传感器；以及
[0046] 监控所建模的气缸内条件；
[0047] 其中，确定所述第一进气门的所述延迟正时包括：基于所监控的爆震传感器和所监控的所建模的气缸内条件来进行所述延迟正时的闭环确定；以及
[0048] 所述方法还包括：在闭环确定中基于所监控的爆震传感器和所监控的所建模的气缸内条件来确定增压压力。
[0049] 12、根据方案11所述的方法，其特征在于，监控所建模的气缸内条件包括：
[0050] 监控实际火花正时；
[0051] 监控开环火花正时；
[0052] 将所述实际火花正时与所述开环火花正时进行比较；以及
[0053] 监控所述气缸内的充气含量的模型。
[0054] 13、根据方案11所述的方法，其特征在于，监控所建模的气缸内条件包括：
[0055] 监控基本CA50值；
[0056] 监控气缸内压力；
[0057] 基于所述气缸内压力来确定CA50值；以及
[0058] 将所确定的CA50值与所述基本CA50值进行比较。
[0059] 14、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
[0060] 监控爆震传感器；以及
[0061] 监控气缸内压力；
[0062] 其中，确定所述第一进气门的所述延迟正时包括：基于所监控的爆震传感器和所监控的气缸内压力来进行所述延迟正时的闭环确定；以及
[0063] 还包括：在闭环确定中基于所监控的爆震传感器和所监控的气缸内压力来确定增压压力。
[0064] 15、根据方案1所述的方法，其特征在于，监控所述发动机的操作包括：
[0065] 监控实际火花正时；
[0066] 监控开环火花正时；
[0067] 将所述实际火花正时与所述开环火花正时进行比较；以及
[0068] 监控燃料质量传感器；
[0069] 其中，确定所述第一进气门的所述延迟正时包括：
[0070] 基于所监控的爆震传感器以及所述实际火花正时与所述开环火花正时的比较来进行所述延迟正时的闭环确定，以及
[0071] 基于所监控的燃料质量传感器来进行所述延迟正时的开环确定。
[0072] 16、用于操作包括气缸和用于所述气缸的多个可独立控制的进气门的增压内燃发动机的系统，所述系统包括：
[0073] 所述气缸；
[0074] 用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门；
[0076] 监控用于所述气缸的所述多个可独立控制的进气门的第一正时，
[0077] 监控所述发动机的操作，
[0078] 基于所监控的所述发动机的操作来确定用于所述气缸的所述可独立控制的进气门的第一进气门的延迟正时，
[0079] 基于所确定的所述第一进气门的延迟正时来控制所述第一进气门，以及
[0080] 基于所监控的第一正时来控制所述可独立控制的进气门的第二进气门；以及[0081] 其中，基于所述气缸内的期望的有效压缩比来选择所述可独立控制的进气门的所述第一进气门的所述延迟正时。
[0082] 17、根据方案16所述的系统，其特征在于，基于所述气缸内的期望的残余气体水平来选择所述多个可独立控制的进气门的所述第一正时。
[0083] 18、根据方案17所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：用于所述气缸的可控制的排气门；以及
[0084] 其中，所述控制模块还基于所述气缸内的所述期望的残余气体水平来控制用于所述气缸的所述可控制的排气门。
[0085] 19、根据方案16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括增压装置；以及[0086] 其中，所述控制模块还基于所监控的所述发动机的操作来控制来自所述增压装置的增压压力。
[0087] 20、根据方案16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括燃料质量传感器；以及[0088] 其中，监控所述发动机的操作的所述控制模块包括监控所述燃料质量传感器的控制模块；以及
[0089] 其中，基于所监控的所述发动机的操作来确定所述第一进气门的所述延迟正时的控制模块包括基于所监控的燃料质量传感器来确定所述第一进气门的所述延迟正时的控制模块。
[0090] 21、根据方案16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
[0092] 现在将参照附图通过举例方式描述一个或多个实施例，在附图中：
[0093] 图1描绘了根据本发明的内燃发动机和控制模块的示例性示意图；
[0095] 图3和图4用曲线描绘了根据本发明的进气门操作的连续可变差动相位调节的方法；
[0097] 图6示意性地描绘了根据本发明的包括增压机的示例性发动机构造；
[0098] 图7描绘了根据本发明的示例性排气门和独立地可控制的进气门的操作；
[0099] 图8描绘了根据本发明的具有不同几何压缩比的示例性发动机操作；
[0100] 图9描绘了根据本发明的用于控制这里所描述方法的示例性过程；以及
[0101] 图10-12描绘了根据本发明的关于图9的过程所描述的示例性功能A1、A2和B；以及
[0102] 图13-15描绘了根据本发明的可用于基于检测到的燃料类型和质量来控制开环控制的示例性关系；
[0103] 图13描绘了可以基于监控的燃料类型和质量执行的增压压力校准；
[0104] 图14描绘了可基于监控的燃料类型和质量进行的气门相位调节校准；以及[0105] 图15描绘了可基于监控的燃料类型和质量进行的火花提前校准。
具体实施方式
[0106] 现在参照附图，描绘仅是为了示出特定示例性实施例的目的，并不是为了对其进行限制的目的，图1示意性地示出内燃发动机10和附随的控制模块5。发动机10选择地工作在受控的自动点火燃烧模式、均质火花点火燃烧模式和分层充量火花点火燃烧模式下。
[0107] 示例性的发动机10包括具有往复活塞14的多缸直喷式四冲程内燃发动机，往复活塞14在气缸15中可滑动地可移动，这限定可变体积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12，通过旋转曲轴12，活塞14的线性往复运动转变为旋转运动。空气进气系统将进气空气提供给进气歧管29，进气歧管29将空气导引并分配到通往每个燃烧室16的进气流道中。空气进气系统包括用于监控和控制空气流动的空气流管道系统和装置。空气进气装置优选地包括用于监控质量空气流量和进气空气温度的质量空气流量传感器32。节气门34优选地包括电子控制装置，该电子控制装置响应于来自控制模块5的控制信号（ETC）控制到发动机10的空气流量。歧管中的压力传感器36适于监控歧管绝对压力和大气压力。
外部流动通道使来自发动机排气的废气再循环至进气歧管，该外部流动通道具有被称作为废气再循环（EGR）阀38的流量控制阀。控制模块5操作以通过控制EGR阀38的开度来控制到进气歧管29的废气的质量流量。
外部流动通道使来自发动机排气的废气再循环至进气歧管，该外部流动通道具有被称作为废气再循环（EGR）阀38的流量控制阀。控制模块5操作以通过控制EGR阀38的开度来控制到进气歧管29的废气的质量流量。
[0108] 从进气歧管29进入到每个燃烧室16中的空气流量由一个或多个进气门20控制。燃烧后的气体从每个燃烧室16到排气歧管39的流动由一个或多个排气门18控制。进气门20和排气门18的打开和关闭优选地利用双凸轮轴（如所示）来控制，双凸轮轴的旋转与曲轴12的旋转相联系并由曲轴12的旋转索址（indexing）。发动机10配备有用于控制进气门和排气门的气门升程的装置，被称作为可变升程控制（VLC）装置。在该实施例中的可变升程控制装置操作以将气门升程或开度控制到两个不同级中的一个，这两个不同级例如是，用于低速、低负荷发动机运行的低升程气门开度（大约4-6mm）和用于高速、高负荷发动机运行的高升程气门开度（大约8-10mm）。发动机还配备有用于控制进气门20和排气门18的打开和关闭的相位调节（即，相对正时）的装置，被称作为可变凸轮相位调节（VCP），用于控制由两级VLC升程所实现的相位调节以外的相位调节。具有用于进气门20的VCP/VLC系统22和用于发动机排气门18的VCP/VLC系统24。VCP/VLC系统22和24由控制模块5控制，并且将信号反馈提供给控制模块5，例如通过用于进气凸轮轴和排气凸轮轴的凸轮轴旋转位置传感器（将信号反馈提供给控制模块5）。当发动机10以排气再压缩气门策略运行在HCCI燃烧模式下时，VCP/VLC系统22和24优选地控制到低升程气门开度。当发动机运行在均质火花点火燃烧模式下时，VCP/VLC系统22和24优选地控制到高升程气门开度以使泵送损失最小化。当运行在HCCI燃烧模式下时，低升程气门开度和负气门重叠可被指令以在燃烧室16中产生重整料。由于系统的物理和机械性质，在改变VCP/VLC系统22和24中的一个的凸轮相位调节和/或气门升程的指令与转变的执行之间可能存在时间延迟。
[0109] 进气VCP/VLC系统22和排气VCP/VLC系统24限制了进气门20和排气门18的打开和关闭可被控制的能力范围。VCP系统可以具有大约60°-90°的凸轮轴旋转的相位调节能力范围，因而准许控制模块5提前或延迟气门打开和关闭。相位调节能力范围由VCP的硬件和致动VCP的控制系统来限定和限制。可以使用由控制模块5控制的电液压、液压、和电控制力中的一者来致动进气VCP/VLC系统22和排气VCP/VLC系统24。进气门20和排气门18的气门重叠是指相对于气缸的进气门20的打开定义排气门18的关闭的时段。气门重叠可以以曲柄角度形式测量，其中，正气门重叠（PVO）是指排气门18和进气门20均打开的时段，负气门重叠（NVO）是指排气门18的关闭和进气门20的随后打开之间的时段，在这一时段中，进气门20和排气门18均关闭。当运行在HCCI燃烧模式下时，进气门和排气门可具有NVO，作为排气再压缩策略的一部分。在SI-均质燃烧模式下，进气门和排气门可具有NVO，但是更通常地将具有PVO。
[0110] 发动机10包括燃料喷射系统，后者包括多个高压燃料喷射器28，高压燃料喷射器28每个均适于响应于来自控制模块5的信号（INJ_PW）将大量燃料直接喷射到燃烧室16中的一个中。从燃料分配系统向燃料喷射器28提供增压燃料。
[0111] 发动机10包括火花点火系统，通过该火花点火系统，响应于来自控制模块5的信号（IGN）火花能量被提供给火花塞26，以便点燃或有助于点燃每个燃烧室16中的气缸充气。火花塞26在例如HCCI燃烧模式的某些状况下（例如，在冷发动机条件期间和在接近低负荷运行限制时）增强发动机的点火过程。
[0112] 发动机10配备有各种感测装置，用于监控发动机运行，包括监控曲轴旋转位置，即曲柄角和速度。感测装置包括曲轴旋转速度传感器（曲柄传感器）44、适于监控燃烧的燃烧传感器30和适于监控废气的废气传感器80，例如使用空气/燃料比传感器。燃烧传感器30包括操作以监控燃烧参数的状态的传感器装置，并被描述为操作以监控气缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30、废气传感器80和曲柄传感器44的输出由控制模块5监控，控制模块5在每个燃烧循环确定每个气缸15的燃烧定相，即相对于曲轴12的曲柄角的燃烧压力正时。燃烧传感器30还可以由控制模块5监控，以在每个燃烧循环确定每个气缸15的平均有效压力（IMEP）。优选地，使发动机10和控制模块5机械化以在每个气缸点火事件期间监控并确定每个发动机气缸15的IMEP的状态。可选地，在本发明的范围内，可以使用其他感测系统来监控其他燃烧参数的状态，例如，离子传感点火系统和非插入式气缸压力传感器。
[0113] 发动机10被设计成在发动机速度和负荷的扩展范围内以受控自动点火燃烧模式靠汽油或类似燃料混合物无节流地运行。然而，火花点火和节流控制运行可以在下述条件下使用，即：不利于受控自动点火燃烧模式以及不利于获得最大发动机功率而在由发动机速度和负荷限定的发动机功率下满足操作员扭矩请求。广泛可获得等级的汽油及其较低乙醇混合物是优选的燃料；然而，可以使用替代的液体和气体燃料，例如较高的乙醇混合物（例如，E80、E85）、纯乙醇（E99）、纯甲醇（M100）、天然气、氢、沼气、各种重整油、合成气等。
[0114] 控制模块5是总体车辆控制系统的元件，优选地包括可操作以提供协调系统控制的分布式控制模块架构。控制模块5可操作以合成来自上述感测装置的有关信息和输入，并执行算法以控制各种致动器，从而实现对燃料经济性、排放、性能、驾驶性能和硬件保护的控制，如在下文中所述。
[0115] 控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似的术语是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、中央处理单元（优选地，微处理器）和执行一个或多个软件或固件程序的相关存储器和存储装置（只读、可编程只读、随机存取、硬驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路以及其它适当组件中的一者或多者的任何适当的一个或各种组合，以提供所描述的功能。控制模块5具有一组控制算法，包括存储在存储器中且被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和标准。算法优选地在预设的循环周期期间执行。算法例如由中央处理单元执行，并可操作以监控来自感测装置和其它网络化的控制模块的输入并执行控制和诊断程序以控制致动器的运行。循环周期可以在正在进行的发动机和车辆运行期间以规则的间隔例如每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒执行。可选地，算法可以响应于事件的发生而执行。
[0116] 现在参照图2的示意图，示出根据本发明的示例性实施例构造的双顶置凸轮轴内燃发动机的单个气缸。发动机的其他气缸按照所描述的来类似地构造。在当前实施例中，从发动机进气进入每个燃烧室的空气流由两个或更多个进气门控制，为简单起见，最少地示出了两个进气门301和302。然而，在其他实施例中，可以采用多于两个的进气门。在当前实施例中，燃烧后的气体从每个燃烧室到排气系统的流动由两个或更多个排气门控制，为简单起见，最少地示出了两个排气门304和303。然而，在其他实施例中，可以采用多于两个的排气门。
[0117] 在图2的示例性实施例中，附图的左侧部分对应于示例性的进气门系，而附图的右侧部分对应于示例性的排气门系。第一进气门301和第二进气门302的打开和关闭由相应的第一进气凸轮和第二进气凸轮控制。类似地，第一排气门304和第二排气门303的打开和关闭由相应的第一排气凸轮和第二排气凸轮控制。因此，在示例性的双顶置凸轮轴发动机中，具有用于每个气缸的第一进气门和第二进气门和用于每个气缸的相应的第一进气凸轮和第二进气凸轮。所有进气凸轮位于每一气缸排的单个进气凸轮轴上。类似地，具有用于每个气缸的第一排气门和第二排气门和用于每个气缸的相应的第一排气凸轮和第二排气凸轮。所有排气凸轮位于每一气缸排的单个排气凸轮轴上。
[0118] 根据本发明，双顶置凸轮轴内燃发动机包括具有进气凸轮凸角的进气凸轮轴和具有排气凸轮凸角的排气凸轮轴。进气凸轮轴和排气凸轮轴中的至少一个是包括内轴和外轴的双同心凸轮轴。内轴和外轴被构造成是同心的，并能够适当地相对旋转。第一凸轮凸角固定地附接至外轴，第二凸轮凸角固定地附接至内轴。
[0119] 根据本发明，VCP系统操作地联结到双同心凸轮轴。VCP系统可操作地联结到双同心凸轮轴的内轴和外轴中的一个或两个。联结到内轴和外轴中之一的VCP系统包括单相位调节器，该单相位调节器被构造成调节相应联结的内轴或外轴关于发动机曲轴12的相位关系。联结到内轴和外轴两者的VCP系统包括相应的第一相位调节器和第二相位调节器，该第一相位调节器和第二相位调节器被构造成使得相位调节器中的一个调节外轴关于发动机曲轴12的相位关系，而另一个相位调节器调节内轴关于发动机曲轴12的相位关系。干涉驱动机构例如齿轮、滑轮、带、链等可以被定位成将曲轴旋转传送到凸轮轴，其中当情况是要根据由VCP系统作出的相位调节影响凸轮轴旋转时上述传送包括经由VCP系统。在优选的实施例中，单凸轮正时带提供发动机曲轴12与所有的发动机凸轮轴之间的旋转驱动联结。VCP系统由控制模块控制。凸轮位置传感器优选地监控内轴和外轴中的每个相对于发动机曲轴的旋转位置，并将控制反馈提供给控制模块。因此，相对于曲轴的每个内轴和外轴相位（即，绝对相位）得到确定，由此可以容易地导出相对的内轴和外轴相位（即，相对相位）。相位调节能力的范围由VCP系统的硬件和致动VCP系统的控制系统来定义和限制。
VCP系统可以使用由控制模块控制的电液压、液压和电控制力中的一个来致动。
VCP系统可以使用由控制模块控制的电液压、液压和电控制力中的一个来致动。
[0120] 在图2的示例性实施例中，进气门系包括具有内轴51和外轴53的双同心进气凸轮轴50。内轴51和外轴53被构造成是同心的，并能够适当地相对旋转。第一进气凸轮凸角57固定地附接至外轴53，第二进气凸轮凸角55固定地附接至内轴51。单相位调节器进气VCP系统22操作地联结到双同心进气凸轮轴50的内轴51，并包括相位调节器。该相位调节器被构造成调节内轴51关于发动机曲轴12的相位关系。本领域普通技术人员将认识到，虽然在当前描述且示出的实施例中，在内轴和外轴中相位可调节的一个轴是内轴51，但替代的对外轴53的相位调节是基本等同的布置。排气门系包括单轴排气凸轮轴60'，其中单轴排气凸轮轴60'具有固定地附接至其的第一排气凸轮凸角67'和第二排气凸轮凸角65'，以使第一排气凸轮凸角67'和第二排气凸轮凸角65'彼此处于固定的相对相位。排气VCP系统24操作地联结至单轴排气凸轮轴60'，并包括相位调节器。相位调节器被构造成调节单轴排气凸轮轴60'关于发动机曲轴12的相位关系。
[0121] 图3和图4用曲线示出了根据本发明的进气门操作的连续可变差动相位调节的方法。两幅图包括示出曲柄角度（CAD）的x轴和示出气门升程的y轴。图3和图4示出了示例性发动机中的排气冲程和进气冲程之间的上止点（TDC）307活塞行程。图3和图4示出了相对于峰值进气门开度的标称进气门相位度量70和相对于峰值排气门开度的标称排气门相位度量80。图3描绘了相对于CAD示出的进气门升程轮廓306和排气门升程轮廓305。在图3中示出的进气门轮廓和排气门轮廓可以称作标称轮廓，并且本领域普通技术人员将把这样的轮廓理解为与在上止点处具有标称正气门重叠的常规内燃发动机操作基本上一致。
[0122] 图4示出了以从标称延迟气门轮廓IV2的方式的第二进气门的相位控制，由此导致发动机的有效压缩比减小，如本文进一步详细描述的。相对于CAD示出了第一进气门升程轮廓（IV1）308、第二进气门升程轮廓（IV2）309以及第一排气门升程轮廓（EV1）和第二排气门升程轮廓（EV2）305。图4所示的控制可以通过被构造为用于独立于第一进气凸轮而进行相位控制的第二进气凸轮来实现。本领域技术人员将明白，这样的构造也可以用于使气门轮廓IV2从标称提前，以实现内部废气再循环的提高，如本文进一步详细描述的。
[0123] 图1示出了包括自然吸气式发动机的发动机10的示例性构造，其中，进气空气从周围压力环境被吸入到发动机中。用于向发动机提供增压空气的方法是已知的。提供增压空气的示例性方法包括：涡轮增压，其中，使用排气系统中的涡轮来驱动进气系统中的压缩机；双涡轮增压，其中，使用多个涡轮增压器；升压（supercharging），其中，带传动装置在进气系统中包括压缩机；以及涡轮增压和升压的组合，其中，使用这两种方法协作地在进气系统中提供增压空气。
[0124] 图5示意性地示出了根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机构造。示例性的发动机10包括传统的多气缸内燃发动机10，如上所述。发动机10可以包括在本领域中已知的各种燃料供应类型和燃烧策略。发动机系统部件包括进气空气压缩装置40、增压空气冷却器142、EGR阀132和冷却器152、进气歧管50以及排气歧管60，进气空气压缩装置40包括涡轮装置（TURB）46和空气压缩机装置（COMP）45。感测装置安装在发动机上，以监控物理性能并产生与发动机可关联的信号，以及产生环境参数。感测装置优选地包括：环境空气压力传感器112、环境或进气空气温度传感器114和质量空气流量传感器116，所有这些传感器均可以被独立地构造，或者被构造为单个一体化装置；进气歧管空气温度传感器
118；以及MAP传感器120。存在废气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。发动机速度传感器44监控发动机的旋转速度。每个感测装置信号地连接到控制模块5，以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为表示相应监控参数的信息。应当理解，这种构造是示例性的而非限制性的，其包括在功能等效的装置内可代替的各种感测装置和算法，并且仍落在本发明的范围内。此外，进气空气压缩装置40可以包括在本发明的范围内的替代涡轮增压器构造。
118；以及MAP传感器120。存在废气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。发动机速度传感器44监控发动机的旋转速度。每个感测装置信号地连接到控制模块5，以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为表示相应监控参数的信息。应当理解，这种构造是示例性的而非限制性的，其包括在功能等效的装置内可代替的各种感测装置和算法，并且仍落在本发明的范围内。此外，进气空气压缩装置40可以包括在本发明的范围内的替代涡轮增压器构造。
[0125] 图5的示例性实施例示出了包括高压EGR系统的示例性构造，其中，在涡轮46之前从排气系统获得经过EGR阀132和冷却器152的流，并且EGR流在压缩机45之后进入进气系统。应当明白的是，在不同的示例性构造中，可以使用低压EGR系统，其中，在涡轮46之后从排气系统获得EGR流，并且EGR流在压缩机45之前进入进气系统。
[0126] 进气空气压缩装置40包括涡轮增压器装置，涡轮增压器装置包括位于发动机的空气进气中的空气压缩机装置45，空气压缩机装置45由位于废气流中的涡轮装置46驱动。涡轮增压器是在本领域中已知的装置，以将空气强制引入到发动机中，从而增加发动机的输出。涡轮装置46可以包括许多实施例，其包括具有固定叶片定向或可变叶片定向的装置。此外，涡轮增压器可以用作为单个装置，或者可以使用多个涡轮增压器将增压空气供给到同一发动机。
[0127] 图6示意性地示出了根据本发明的包括增压机的示例性发动机构造。示例性的发动机10包括传统的多气缸内燃发动机10，如上所述。发动机系统部件包括增压机装置160、增压空气冷却器142、EGR阀132和冷却器152、进气歧管50以及排气歧管60，增压机装置160包括空气压缩机装置45和带驱动轮164。发动机10包括从动轮162，从而向带166提供动力，以驱动带驱动轮164。示例性的带166可以包括在本领域中已知的构造，例如蛇形带。示例性的构造包括同时驱动增压机装置160和其它辅助装置例如交流发电机或空气调节压缩机的带166。感测装置安装在发动机上，以监控物理性能并产生与发动机可关联的信号，以及产生环境参数。感测装置优选地包括：环境空气压力传感器112、环境或进气空气温度传感器114和质量空气流量传感器116，所有这些传感器均可以被独立地构造，或者被构造为单个一体化装置；进气歧管空气温度传感器118；以及MAP传感器120。存在废气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。示例性的EGR阀130和EGR冷却器152为EGR流
提供路径，从而进入增压机装置160上游的进气系统。在其它构造下，EGR流可以进入增压机装置160下游的进气系统，但是应当明白的是，增压机下游的高压会限制EGR流将在该构造下有效地进入进气的条件。发动机速度传感器44监控发动机的旋转速度。每个感测装置信号地连接到控制模块5，以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为表示相应监控参数的信息。应当理解，这种构造是示例性的而非限制性的，其包括在功能等效的装置内可代替的各种感测装置以及算法，并且仍落在本发明的范围内。增压机装置160可以用于向发动机提供增压空气，或者增压机装置160可以与涡轮增压器装置协作使用，以向发动机提供增压空气。
提供路径，从而进入增压机装置160上游的进气系统。在其它构造下，EGR流可以进入增压机装置160下游的进气系统，但是应当明白的是，增压机下游的高压会限制EGR流将在该构造下有效地进入进气的条件。发动机速度传感器44监控发动机的旋转速度。每个感测装置信号地连接到控制模块5，以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为表示相应监控参数的信息。应当理解，这种构造是示例性的而非限制性的，其包括在功能等效的装置内可代替的各种感测装置以及算法，并且仍落在本发明的范围内。增压机装置160可以用于向发动机提供增压空气，或者增压机装置160可以与涡轮增压器装置协作使用，以向发动机提供增压空气。
[0128] 控制模块5是总体车辆控制系统的元件，其优选地包括可操作以提供协调系统控制的分布式控制模块架构。控制模块5可操作以将来自上述感测装置的有关信息和输入合成，并执行算法以控制各个致动器，从而实现控制目标，包括诸如燃料经济性、排放、性能、操纵性能和硬件保护的参数，如本文下面描述的。
[0129] 已知的是，图1的自然吸气式直接喷射发动机10包括用以提高燃料效率的许多方法，在示例性柴油机构造中，其包括在均质充量火花点火（HCSI）、HCCI、分层充量或PCCI策略下的操作。这些策略的操作需要动态变化，以将充气引入到发动机中，其包括气缸内的残余气体水平的控制和气缸的有效压缩比的控制。几何压缩比描述了活塞在下止点处时气缸的体积相对于活塞在上止点处时气缸的体积，并且是在固定条件下实现的燃烧充气的压缩的测量。虽然气缸盖和气缸壁是不动态地改变形状的固定结构，但是可以描述并调整有效压缩比，由此可以调节气门打开和关闭事件，使得吸入到气缸中的通过燃烧循环的空气调整成实现在燃烧循环期间改变在气缸中压缩多少空气的效果。
[0130] 已知的是，气缸内的残余气体水平通过调节气门正时来调整。气门重叠是技术术语，其描述了在上止点之后延迟排气门的关闭和/或在上止点之前提前进气门的打开，以在随后的燃烧事件期间改变气缸内的残余气体的量。气缸内的残余气体改变了燃烧室内的被捕获物质的性能，从而会强烈地影响燃烧过程。
[0131] 以单个几何压缩比设计了涡轮增压发动机的一些实施例，这限制了燃料经济性和全开节气门性能，尤其在考虑替代燃料动力系时。因为发动机需要在高扭矩水平下运行，所以与自然吸气式相对物比较时，所设计的几何压缩比通常减小；导致报告的燃料消耗负担达到6%。对于此种发动机而言，需要几何压缩比的这种减小，以便在具有可接受的爆震性能的情况下在高负荷下运行，并管理其它燃烧问题，例如在气缸内的峰值燃烧温度变得过高时引起的预点燃。减小几何压缩比降低了峰值燃烧温度。为了在具有固定的几何压缩比的发动机中保持期望的最大峰值燃烧温度，必须选择相对低的几何压缩比，以实现可接受的高负荷燃烧性能。几何压缩比的这种减小还限制了对于涡轮增压发动机来说引入其它发动机技术例如HCCI或分层充量燃烧的可能性。假设以较高的几何压缩比设计涡轮增压发动机，将获得较好的燃料经济性；然而，在全开节气门（WOT）条件下，发动机的性能将显著地劣化，且达到不可接受的水平，例如导致发动机爆震和差的燃烧稳定性。当引入替代燃料时，单个几何压缩比设计进一步限制，因为使用诸如E85的燃料运行的发动机可以以较高的几何压缩比来设计，但是通常以较低的几何压缩比进行设计，以便在同一发动机中管理更常规的且较低的辛烷汽油燃料的使用。
[0132] 可以将用于改变涡轮增压发动机中的有效压缩比的方法描述为米勒（Miller）循环，其中进气门的正时改变成以改变在气缸内容纳的且在压缩冲程期间压缩的充气的量。通过在进气冲程穿过下止点结束时延迟进气门的关闭，一些充气通过活塞的作用会被推回到进气歧管中，由此在进气门关闭之后减小了由活塞捕获和压缩的空气的体积。尽管调节进气门的关闭或者延迟进气门关闭（LIVC）可用来降低有效压缩比，但依然重要的是，向燃烧室传送所需量的空气，以支持燃烧事件。可以使用增压空气控制来控制由使用LIVC的气缸捕获和压缩的空气的质量。在Miller循环下运行的同时，例如通过控制由涡轮增压器施加的增压来控制歧管内的压力对于控制发动机性能是重要的。
[0133] 可以通过提前或延迟凸轮正时来控制进气门打开和关闭事件的控制。上面描述的Miller循环可以如下控制：延迟控制进气门的凸轮，由此延迟进气门的关闭。类似地，为了实现用于控制内部残余气体水平的气门重叠，可以通过提前凸轮正时来提前进气门正时。然而，应当明白的是，相同的凸轮正时不能同时提前和延迟。通过调整凸轮正时对气缸的进气门的单一控制可以实现进气门的打开的提前或延迟进气门的关闭，但是两者不能同时实现。
[0134] 有效压缩比的调整可以用于最佳地操作发动机，从而例如当发动机操作允许时实现具有高有效压缩比的发动机的高输出效率。例如，发动机可以在正常操作中以高有效压缩比运行，并且在WOT条件下以较低的有效压缩比运行。在另一示例中，可以确定用于使发动机运行的燃料的类型，并且可以基于替代燃烧的使用来调整有效压缩比。在一个示例性实施例中，发动机可以被构造为高几何压缩比，并且当基于发动机校准和感测到的燃料质量而需要较低压缩比时，可以改变气门正时以允许调整有效压缩比。
[0135] 涡轮增压发动机可以被设计为使用双独立凸轮相位调节（DICP）的SIDI发动机。这种组合提供了改变每个进气门的气门正时的效果的可能性。进气门的这种控制可以采用许多实施例，其包括张开式（splayed）凸轮方法，其中，一个进气门相对于第二进气门延迟。
在这样的实施例中，可以参考示例性校准表，从而基于期望的操作例如期望的残余气体水平来选择用于控制一个进气门的第一进气门正时，然后可以基于第一进气门正时和本文描述的用于控制另一进气门的方法来确定所延迟的进气门正时。
在这样的实施例中，可以参考示例性校准表，从而基于期望的操作例如期望的残余气体水平来选择用于控制一个进气门的第一进气门正时，然后可以基于第一进气门正时和本文描述的用于控制另一进气门的方法来确定所延迟的进气门正时。
[0136] 用于改善涡轮增压发动机的性能的方法包括利用可独立控制的进气门、在保持控制气缸内的残余气体水平的同时基于发动机的操作调整有效压缩比。图7示出了根据本发明的示例性的排气门和可独立控制的进气门的操作。x轴描述了曲柄角度，y轴描述了单位为mm的气门升程。（多个）排气门的开度由曲线310示出。另外，两个不同的进气门的开度由曲线311和312示出。零曲柄角度指示时大约在中心，排气门和其中一个进气门同时打开，其中，零曲柄角度表示上止点位置。该时段表示上面描述的气门重叠，通过气门重叠可以控制气缸内的残余气体水平。应当明白的是，曲线311的区域313的控制可以用于控制燃烧室内的残余气体。另一进气门被延迟，使得在曲线312的区域314中气门打开时段的大部分在180曲柄角度之后。180曲柄角度标记表示下止点。如上所述，保持进气门打开经过下止点允许气缸内的一部分充气被排回到进气歧管中，由此允许控制有效压缩比。以这种方式，可以实现对残余气体水平和有效压缩比两者的控制。
[0137] 如关于图7描述的，可以使用其中一个可独立控制的进气门来实现气门重叠。将明白的是，使用其中一个气门来实现期望的残余气体水平会需要与在气门重叠中包括两个气门时所需要的不同的气门正时，和/或实现不同的进气歧管压力水平。根据在本领域中已知的校准或建模方法，可以完成对单个气门正时的这种调节，以实现气门重叠。
[0138] 基于发动机操作，可以指令进气门关闭正时的独立控制。如上所述，可以根据已知的发动机校准方法，例如根据期望的残余气体水平，来控制其中一个可独立控制的进气门。控制另一进气门的方法例如根据期望的有效压缩比来控制发动机的压缩比可以采用许多实施例。可以描述用于估计期望的有效压缩比或者监控表示期望的有效压缩比的因素的许多方法。第一示例性控制方法包括对期望的有效压缩比建模。这种模型可以包括根据任何方法的校准、公式或其它建模技术，以准确地预期发动机操作，并且对于每个气缸且对于不同的发动机设置、条件或运行范围，同一发动机可以使用许多模型表达。另一示例性的控制方法包括根据发动机的负荷来控制进气门正时。如上所述，与在较高的负荷下运行的发动机相比，在较低的负荷下运行的同一发动机会频繁地使用较高的压缩比。用于估计发动机的负荷的许多方法在本领域中是已知的，以监控描述发动机状态的输入，例如到发动机的燃料流、节气门或加速器踏板位置。
[0139] 另一示例性控制方法包括使用爆震传感器和开环校准火花正时信息，以控制与期望的有效压缩比有关的气门正时。该控制方法可以确定实际火花正时例如由爆震传感器确定的实际火花正时和开环校准火花正时之间的差。这种火花差或比较可以与诸如由发动机模型提供的缸内温度、空气燃料比和压力条件的其它参数组合使用，以描述期望的有效压缩比。在另一实施例中，监控的爆震传感器可以与描述缸内条件的模型组合，例如包括与描述气缸内的空气燃料充量含量的模型组合的火花正时比较。类似地，基于缸内压力测量（值），可以将基本CA50与确定的CA50进行比较，以确定缸内条件。根据一个示例性控制实施例，当与生产校准相比实际火花事件被延迟时，可以延迟进气门关闭正时，以减小有效压缩比，同时可以增加增压压力，从而达到发动机负荷要求。根据另一示例性控制实施例，当与校准值相比实际火花事件被提前时，可以提前进气门关闭正时，并可以减小增压压力，以运行发动机在保持所需性能的情况下以较高的效率水平运行。
[0140] 另一示例性控制方法包括使用爆震传感器和压力传感器信息来控制与期望的有效压缩比有关的气门正时。可以使用压力传感器信息来描述气缸内的各种因素，例如描述热释放速率或者表示气缸内的燃烧的CA50参数。这样的压力传感器信息可以用于基于在本领域中已知的校准和关系来描述期望的有效压缩比。
[0141] 另一示例性控制方法包括使用燃料质量信息来控制与期望的有效压缩比有关的气门正时。如上所述，与使用较低辛烷燃料的相同气缸相比，使用较高辛烷燃料和替代燃料的气缸可以在更高的压缩比下运行。可以在实验上、在经验上、预期地、通过建模或适于准确地预测发动机操作的其它技术得出与用于测量到的燃料质量的期望的有效压缩比对应的此类控制修改，并且对于每个气缸且对于不同的发动机设置、条件或运行范围，同一发动机可以使用许多燃料质量校准曲线。例如，当燃料箱传感器指示正在使用低辛烷汽油时，可以延迟进气门关闭正时，并提高增压压力，以在管理可接受的发动机爆震和预点燃性能的同时实现所设计的发动机负荷。当燃料箱传感器检测到较高辛烷燃料例如E85时，提前进气门关闭正时，并减小增压，以运行发动机在所设计的较高几何压缩比下以较高的效率运行。与燃料质量有关的这种控制修改可以单独地操作。或者，此控制修改可以与本文描述的另一方法组合操作，例如，与使用爆震传感器和火花比较的方法组合，从而基于发动机操作来估计期望的有效压缩比。以这种方式，可以针对发动机操作（允许对于不同的发动机负荷调整有效压缩比）和对于燃料质量调节进气门正时。
[0142] 除了控制进气门正时之外，可以使用本文描述的方法来控制其它燃烧参数。如上所述，延迟通过下止点的进气门的关闭需要控制增压压力，以保持期望的进气歧管压力。与对进气门正时或期望的有效压缩比的控制相关，可以实现增压压力的这种控制。可以在实验上、在经验上、预期地、通过建模或适于准确地预测发动机操作且基于发动机操作准确地预期增压压力的效果的其它技术来得出这种相关性。另外，本文描述的方法可以用于同时控制其它相关的发动机参数，例如，包括排气凸轮升程或位置、进气凸轮升程或位置、空气燃料比、燃料喷射策略和正时、燃料压力以及任何其它更多典型发动机校准参数。可以基于更多典型校准表来同时调节其它发动机校准参数。
[0143] 在上面的示例性实施例中应当指出，会需要增压增大，以补偿所需的发动机负荷。在一些构造中，现有的涡轮增压器的现有增压能力可以足以提供所需的增压。在其它构造中，可以使用增压机或双涡轮构造来提供额外所需的增压。例如，在低发动机速度（其中通过单个涡轮增压器可获得的增压低）和高负荷（其中根据本文描述的方法需要大的张开（splay），同时需要大量的空气来支持高负荷燃烧事件）的条件下，会需要额外的增压空气，从而以期望的有效压缩比充分地支持燃烧。可以根据在本领域中已知的方法来测量、估计或建模对涡轮增压器在一系列条件下提供增压的需求和能力。
[0144] 以上方法描述了涡轮增压发动机内的不同参数的控制，包括压缩比和增压压力的控制，从而使得能够在燃料效率与在较高的发动机负荷下发生的爆震及预点燃的问题之间达到平衡。应当明白的是，这里提供的控制方法还可以用于贯穿发动机的操作范围来控制爆震和预点燃控制特性。此外，应当明白的是，该控制方法还能够控制较低的峰值燃烧压力。此外，如上所述，在部分负荷或非WOT条件下使用高压缩比可以提高发动机的燃料经济性。应当明白的是，可以通过赋予不同的燃烧策略或模式例如HCCI、分层充量燃烧或PCCI进一步提高燃料经济性。
[0145] 以上方法描述了开环和闭环控制方法。使用燃料质量传感器的方法在开环控制中操作。检测燃料质量，并且例如使用正确的校准表对校准表进行调整。进气空气温度还可以用作校准的开环指标。示例性的闭环控制方法使用来自爆震传感器的数据连续地监控爆震和相关的火花提前。
[0146] 图8示出了根据本发明的具有不同的有效压缩比的示例性发动机操作。x轴描述了压缩比，y轴表示以Kelvin（K）为单位的在TDC时的燃烧室温度。如上所述，峰值燃烧温度可以用作为用以在不引起爆震和其它燃烧问题操作或用以在可接受的燃烧限度内操作的发动机限度的指标。在当前示图中，示出了最大峰值燃烧温度为663K。示出了四个样例进气门构造。基线样例由曲线315示出，其中，几何压缩比通过一系列值来改变并且进气门都具有相同的打开正时和关闭正时。如在数据中显然的是，较低的压缩比导致较低的峰值燃烧温度。较高的压缩比导致较高的峰值燃烧温度，从而导致违反最大峰值燃烧温度。其余的数据曲线示出了使用70度（曲线316）、80度（曲线317）和90度（曲线318）的张开的进气门正时。使用这些张开的进气门正时允许有效压缩比减小和峰值燃烧温度降低。因此，较高的几何燃烧比可在保持峰值燃烧温度低于最大峰值燃烧温度的同时被使用，并且可以提高高负荷燃烧性能。
[0147] 图9示出了根据本发明的用于控制本文描述的方法的示例性过程。过程200在步骤202开始，在步骤202，监控燃料质量传感器，以检测燃料箱中的燃料的性能。另外，可以监控入口空气温度和湿度水平。在步骤204，基于检测到的燃料性能、入口空气温度和湿度水平选择标称有效压缩比。在步骤206，监控爆震传感器。如果检测到爆震，则过程前进至步骤208。如果未检测到爆震，则过程前进至步骤216。在步骤208，监控发动机的操作，并确定或估计操作和所捕获充气质量条件。在步骤210，根据在本领域中已知的方法或本文描述的方法，确定实际火花与标称火花的火花偏移量或比较值。在步骤212，确定凸轮张开或控制进气门的凸轮之间的正时差是否处于最大设置。如果凸轮张开处于最大设置，则过程返回至步骤206。如果凸轮张开不是处于最大设置，则根据示例性函数关系A1和A2增加凸轮张开和增压压力，其中示例性函数关系A1和A2根据本文描述的方法和/或在本领域中已知的校准方法可确定。在步骤214之后，过程返回至步骤206。在步骤216，确定是否对发动机增压。如果当前对发动机增压，则过程前进至步骤218。如果当前不对发动机增压，则过程前进至步骤226，在步骤226，执行基本发动机校准策略，然后过程返回至步骤206。在步骤218，监控发动机的操作，并且确定或估计操作和所捕获充气质量条件。在步骤220，确定标称进气门张开位置和张开偏移量，从而描述进气门之间的正时差。在步骤222，确定凸轮张开是否处于最小设置。如果凸轮张开处于最小设置，则过程返回至步骤206。如果凸轮张开不是处于最小设置，则过程前进至步骤224，在步骤224，根据示例性函数B减小凸轮张开设置，其中示例性函数B根据本文描述的方法和/或在本领域中已知的校准方法可确定。
[0148] 图10-12示出了根据本发明的关于图9的过程描述的示例性函数A1、A2和B。所描述的函数对于特定发动机构造本质上是示例性的，根据在本领域中已知的方法，用于其它发动机构造的这些关系可以被确定出，并且可以简化为函数表达式。图10的曲线319示出了如在图9的步骤210中描述的火花偏移量与对于所确定出的火花偏移量的△（delta）凸轮张开或期望的凸轮张开变化之间的示例性关系，描述为函数A1。x轴描述了火花偏移量，y轴描述了△凸轮张开。水平线320示出了最大张开偏移量。最大张开偏移量描述了允许的凸轮张开的最大变化。图11的曲线321示出了凸轮张开和增压压力之间的示例性关系，描述为函数A2。x轴描述了火花偏移量，y轴描述了增压压力。水平线322示出了最大增压压力。如上所述，随着增大凸轮张开且减小捕获且压缩的空气的体积，在气缸内需要增加的增压空气或增大的空气压力，以传送用于燃烧事件的所需量的空气。根据图11，可以基于已知的凸轮张开来确定增压压力。最大增压压力描述了向气缸传送增压空气的发动机构造的限度。图12的曲线323示出了如在图9的步骤220中描述的所计算的张开偏移量与增压压力之间的示例性关系，描述为函数B。x轴描述了增压比，y轴描述了△凸轮张开。竖直线324示出了标称张开。这样的关系可以用于基于非标称凸轮张开的所计算的张开偏移量来调节增压压力。
[0149] 图13-15示出了根据本发明的可用于根据检测到的燃料类型和质量来控制开环控制的示例性关系。图13-15示出了具体发动机构造的示例性结果，并且可以基于在本领域中已知的方法得出用于另一发动机构造的类似结果。图13中的曲线325示出了可基于监控的燃料类型和质量实施的增压压力校准。x轴描述了燃料类型和质量、描述辛烷的单位减少的测量值、燃料的类型、燃料的燃烧性能和燃料的燃烧性能的其它通常已知的测量值，y轴描述了增压压力，单位为kPa。随着燃料类型和质量增加，如上所述，可以使用需要较低增压压力的较高有效压缩比。图14示出了可基于监控的燃料类型和质量做出的气门相位调节校准。x轴描述了燃料类型和质量，y轴描述了气门相位调节，用CAD表示。示出了凸轮张开（曲线326）、排气相位调节（327）和进气相位调节（328），它们分别描述了可基于监控的燃料类型和质量做出的示例性校准。图15中的曲线329示出了可基于监控的燃料类型和质量做出的火花提前校准。x轴描述了燃料类型和质量，y轴描述了在之TDC后的以CAD表示的火花提前。可以基于监控的燃料类型和质量来确定并使用类似的校准，其中监控的燃料类型和质量包括燃料喷射正时、燃料压力、燃料喷射策略（喷射的次数和每个喷射事件中的质量）、发动机空气流校准、外部EGR和当量比。示出的数据可以依赖于发动机速度和负荷。可以基于发动机速度和负荷来修改示出的函数关系，或者可以基于速度和负荷使用不同的函数关系或查询表。
[0150] 上面描述的方法描述了基于监控的系统内的条件使用多个可独立控制的进气门来控制进气门凸轮张开。这些方法可以被描述为监控用于气缸的多个可独立控制的进气门的未修改的正时。这样的未修改的正时可以描述根据已知手段确定的标称气门设置，从而例如确定燃烧室中的期望的残余气体含量。该方法还包括监控发动机的操作。根据上面描述的方法，此监控可以包括诸如爆震传感器、燃烧压力传感器、燃料类型和质量传感器和本文描述的其它参数之类的参数。该方法还包括基于监控的发动机的操作和用于气缸的多个可独立控制的进气门的未修改的正时来确定用于气缸的可独立控制的进气门中的第一进气门的延迟正时。该方法还包括基于所确定的第一进气门的延迟正时来控制第一进气门和基于所监控的未修改的正时来控制用于气缸的可独立控制的进气门中的第二进气门。
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