[0002] 此申请要求了2007年8月17日提交的美国临时
专利No 60/956,411的优先权，该申请在此通过参考合并。
技术领域
[0003] 此披露涉及对内燃机运行的控制。
背景技术
[0004] 在此部分中的陈述仅提供了涉及本披露的背景信息且不组成
现有技术。
[0005] 已知的火花点燃(在后文中称为“SI”)的
发动机将空气/
燃料混合物引入到每个
气缸内，该混合物在压缩冲程中被压缩且通过
火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩冲程的
上止点(在后文中称为“TDC”)附近将加压的燃料喷射到燃烧气缸内，其在喷射时点燃。用于
汽油发动机和
柴油发动机的燃烧涉及通过
流体力学控制的预混合或扩散火焰。
[0006]
汽油发动机可以以多种不同的燃烧模式运行，包括均匀SI(在后文中称为“SI-H”)燃烧模式，分层进给SI(在后文中称为“SI-SC”)燃烧模式，或均匀进给压缩点燃(在后文中称为“HCCI”)燃烧模式。在SI-H燃烧模式中，在火花点燃定时处气缸进给在成分、
温度和残余排气上是均匀的。燃料
质量在火花点燃定时处均匀地围绕气缸室分配，该火花点燃定时发生在压缩冲程结束附近。
空燃比优选地是化学计量比。在SI-SC燃烧模式中，空燃比可以是稀薄的化学计量比。燃料质量在气缸室内分层，其中富集层围绕火花塞且较稀薄的空气/燃料区在外面。燃料定时可以接近火花定时，以防止空气/燃料混合物均质化为均匀分配的混合物。燃料脉宽可以在火花情况开始时或大体上在其以前结束。在点燃时，富集层快速且有效地燃烧。当燃烧过程前进到较稀薄区时，火焰前锋迅速冷却从而导致较低的NOx排放。
[0007] 汽油发动机可以适合于在预先确定的速度/负荷情况下在HCCI燃烧模式中运行，也称为受控自点燃燃烧。受控的自点燃燃烧包括分配的无火焰的自点燃燃烧过程，该过程通过
氧化化学反应来控制。在HCCI燃烧模式中运行的发动机运行在进气
门关闭时具有优选地在成分、温度和残余排气上均匀的气缸进给。受控的自点燃燃烧是分配的运动学受控的燃烧过程，其中发动机以稀释的空气/燃料混合物运行，即比空气/燃料化学计量点稀薄地运行，带有相对地低的峰值燃烧温度，从而导致低的NOx排放。均匀的空气/燃料混合物最小化了形成了烟和微粒排放物的富集区的发生。
[0008] 在构造为用于多燃烧模式的发动机中，在不同的燃烧模式之间的切换可以是有利的。在类似的速度/负荷情况中的不同的燃烧模式可以具有在发动机
稳定性、排放和燃料经济性上的性能差异。因此，优选地是过渡到在特定的情况中带有最佳性能的特定模式。可以基于在特定的发动机负荷和速度下哪个燃烧模式进行得更好来选择运行的燃烧模式。当速度和/或发动机负荷改变保证了切换到不同的燃烧模式时，将进行过渡策略且发动机将过渡到不同的燃烧模式。
[0009] 当燃烧模式数增加时，在燃烧模式之间的过渡和协作的过渡可能是复杂的。发动机控
制模块必须能在多种运行模式中运行发动机且在多种运行模式之间平滑地切换。无切换策略则可能发生明显的瞬态响应，从而导致不完全的燃烧和不发火，从而引起转矩扰动和/或不希望的排放。
发明内容
[0010] 内燃机选择地在多个燃烧模式的一个中运行。用于控制发动机的方法包括命令发动机运行从第一燃烧模式过渡到第二燃烧模式。发动机气门运行被命令到希望的
气门重叠且气门重叠被监测。仅当发动机气门重叠实现了预先确定的范围或
阈值时，发动机运行才改变到第二燃烧模式。
附图说明
[0011] 现在将例如参考附图描述一个或多个
实施例，其中：
[0012] 图1是根据本披露的典型发动机系统的示意图；
[0013] 图2和图3是根据本披露的数据曲线图；和
[0014] 图4A和图4B是根据本披露的控制方案的示意性方
框图。
具体实施方式
[0015] 现在参考附图，其中描绘仅用于图示一些典型实施例的目的且不用于限制实施例的目的，图1示意性地示出了内燃机10和伴随的
控制模块5。发动机10选择地以受控自点燃燃烧模式、均匀火花点燃燃烧模式和分层进给火花点燃燃烧模式运行。
[0016] 典型的发动机10包括多缸直喷四冲程内燃机，该内燃机具有可滑动地在气缸15内可移动的往复
活塞14，这限定了可变体积的
燃烧室16。每个活塞14连接到旋转的
曲轴12，通过曲轴12将活塞14的直线往复运动转换为旋转运动。进气系统向进气
歧管29提供了进气空气，
进气歧管29将空气引导且分配到通向每个燃烧室16的进气滑管。空气进气系统包括空气流动
管道系统和用于监测和控制空气流动的设备。空气进气设备优选地包括质量空气流量
传感器32以用于监测质量空气流量和进气空气温度。节气门34优选地包括电控设备，该电控设备响应于来自控制模块5的控制
信号(“ETC”)控制了流向发动机10的空气。在歧管内的
压力传感器36适合于监测歧管绝对压力和
大气压力。外部流动通道将排气从发动机排气再循环到进气歧管，外部流动通道具有称为排气再循环(“EGR”)
阀38的流动
控制阀。控制模块5可运行以通过控制EGR阀38的开启来控制排气到进气歧管
29的质量流量。
[0017] 从进气歧管29到燃烧室16的每个内的空气流动通过一个或多个进气门20控制。从燃烧室16的每个到
排气歧管39的已燃烧气体的流动通过一个或多个排气门18控制。进气门20和排气门18的开启和关闭优选地以双
凸轮轴(如所描绘)控制，
凸轮轴的旋转与曲轴12的旋转链接且由其引导。发动机10装配有用于控制进气门和排气门的
气门升程的设备，该设备称为可变升程控制(在下文中称为“VLC”)设备。可变升程控制设备在此实施例中可运行以将气门升程或开启控制为两个不同的步骤中的一个步骤，例如用于低速低负荷发动机运行的低升程气门开启(大约4至6mm)，和用于高速高负荷发动机运行的高升程气门开启(大约8至10mm)。发动机进一步装配有用于控制进气门20和排气门18的开启和关闭的定相(即相对定时)的设备，在此称为可变凸轮定相(“VCP”)，以控制超出由两步VLC升程所实现的定相。存在用于进气门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通过控制模块5控制且向控制模块5提供了信号反馈，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。当发动机10在HCCT燃烧模式中使用排气再压缩气门策略运行时，VCP/VLC系统22和24优选地被控制到低升程气门开启。当发动机在均匀火花点燃燃烧模式中运行时，VCP/VLC系统22和24优选地被控制到高升程气门开启以最小化
泵送损失。当在HCCI燃烧模式中运行时，可以命令低升程气门开启和负气门重叠以在燃烧室16内生成重整物(reformate)。在改变VCP/VLC系统22和24的一个的凸轮定相和/或气门升程的命令和过渡的执行之间可能存在由于系统的物理和机械特性所导致的时间滞后。
[0018] 进气和排气VCP/VLC系统22和24具有有限范围的权限，在该权限上可控制进气门20和排气门18的开启和关闭。VCP系统可以具有大约60度至90度的凸轮轴旋转的定相权限范围，因此允许控制模块5使气门开启和关闭提前或落后。定相权限的范围通过VCP的
硬件和促动了VCP的控制系统来限定和限制。进气和排气VCP/VLC系统22和24可以使用电液力、液压力和电控力的一个通过控制模块5的控制来促动。进气门20和排气门18的气门重叠指限定了对于气缸的排气门18的关闭相对于进气门20的开启的期间。气门重叠可以以
曲柄角角度测量，其中正的气门重叠(在后文中称为“PVO”)指其中排气门18和进气门20都开启的期间，且负气门重叠(在后文中称为“NVO”)指排气门18的关闭和随后进气门20的开启之间的期间，在该期间中进气门20和排气门18都关闭。当在HCCI燃烧模式和SI-SG燃烧模式中运行时，进气门和排气门可以具有NVO作为排气再压缩策略的部分。在SI-H燃烧模式中存在PVO。
[0019] 发动机10包括燃料喷射系统，燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，它们每个适合于响应于来自控制模块5的信号(“INJ_PW”)直接将一定质量的燃料喷射到燃烧室16的一个内。从燃料分配系统向燃料喷射器28供给加压燃料。
[0020] 发动机10包括火花点燃系统，通过该系统将火花
能量提供到火花塞26以用于响应于来自控制模块5的信号(“IGN”)点燃或辅助点燃燃烧室16的每个内的气缸进给。火花塞26提高了发动机在某些情况(例如，在
冷启动和接近低负荷运行极限期间)中的点燃定时控制。
[0021] 发动机10装配有多种感测设备以用于监测发动机运行，包括监测曲轴旋转位置，即曲柄角度和速度。感测设备包括曲轴旋转速度传感器(“曲柄传感器”)42、适合于监测燃烧的燃烧传感器30和适合于监测排气的排气传感器40，在此实施例中，优选地是宽范围空燃比传感器。燃烧传感器30包括可运行以监测燃烧参数的状态的传感器设备且描绘为可运行以监测气缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30、排气传感器40和曲柄传感器42的输出通过控制模块5监测，控制模块5确定了燃烧定相，即对于每个燃烧循环的每个气缸15的燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的定时。燃烧传感器30也可以通过控制模块5监测以对于每个燃烧循环确定每个气缸15的平均有效压力(“IMEP”)。优选地，发动机10和控制模块5被机械化以在每个气缸点火情况期间对于发动机气缸15中的每个气缸监测和确定IMEP的状态。替代地，在本披露的范围内其他感测系统可以用于监测其他燃烧参数的状态，例如离子感测点燃系统和非侵入性气缸压力传感器。
[0022] 发动机10设计为在受控自点燃燃烧模式中在延伸范围的发动机速度和负荷中在汽油或类似的燃料共混物的情况下非节流地运行。然而，在不利于受控自点燃燃烧模式的情况下可以利用火花点燃和节气门控制的运行且获得最大发动机动力以满足操作者的转矩要求，其中发动机动力通过发动机速度和负荷限定。广泛地可利用的各等级的汽油及其轻
乙醇共混物是优选的燃料；然而，也可以使用替代的液体和气体燃料，例如较重乙醇共混物(如E80、E85)，纯乙醇(E99)，纯甲醇(M100)，
天然气，氢，
生物气，多种重整物，
合成气等。
[0023] 控制模块5执行了存储在其内的
算法代码以控制前述的促动器来控制发动机运行，包括控制节气门位置、火花定时、燃料喷射质量和定时、进气门和/或排气门定时和定相和用于控制再循环的废气的流动的EGR阀位置。气门定时和定相可以包括预先确定的气门重叠，包括在废气再吸入策略中的NVO和进气门20和排气门18的低升程。控制模块5适合于接收来自操作者的
输入信号，例如来自节气门
踏板位置和
制动器踏板位置的信号以确定操作者的转矩要求，以及来自指示了发动机速度、进气空气温度、冷却剂温度和其他环境条件的传感器的信号。
[0024] 控制模块5优选地是一般用途数字计算机，一般地包括
微处理器或中央处理单元，包括非易失性
存储器(包括
只读存储器和可电编程只读存储器)的存储介质，
随机存取存储器，高速时钟，模数和数模
电路，和输入/输出电路和设备以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，包括存储在
非易失性存储器内的常驻的程序指令和标定值。算法优选地在预先设定的循环周期期间执行。算法通过中央处理单元执行且可运行以监测来自前述的感测设备的输入，且执行控制和诊断程序以使用预先设定的标定值来控制促动器的运行。循环可以以规则的间隔执行，例如在正在运行的发动机和车辆的运行期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行。替代地，算法可以响应于情况的发生来执行。
[0025] 图2示意性地描绘了在火花点燃和受控自点燃燃烧模式中用于典型的发动机10的优选的运行区，其基于发动机参数的状态-在此实施例中包括从包括燃料流量和进气歧管压力的发动机参数导出的速度和负荷。发动机燃烧模式优选地包括喷射引导火花点燃(“SI-SG”)燃烧模式，单喷射受控自点燃(“HCCI-SI”)燃烧模式和双喷射受控自点燃(“HCCI-DI”)燃烧模式和均匀火花点燃(“SI-H”)燃烧模式。对于燃烧模式的每个的优选的速度和负荷运行区基于发动机运行参数，包括燃烧稳定性、燃料消耗、排放、发动机转矩输出等。限定了优选的速度和负荷运行区以描绘在前述的燃烧模式中的运行的边界优选地被预先标定且存储在控制模块5内。
[0026] 发动机10被控制来以优选的空燃比运行，且进气空气流量被控制以实现优选的空燃比。这包括基于在选中的燃烧模式中的发动机运行估计气缸进气。节气门34和VCP/VLC设备22和24被控制以实现基于估计的气缸进气的进气流量，包括在火花点燃和受控自点燃燃烧模式之间的过渡期间。空气流动通过调节节气门34和VCP/VLC设备22和24控制，以控制进气门(多个进气门)20和排气门(多个排气门)18的开启定时和开启曲线。在两个燃烧模式中的运行要求用于VCP/VLC设备22和24在进气门(多个进气门)20和排气门(多个排气门)18和用于节气门位置的节气门34的气门定时和曲线方面的不同的设定。例如，节气门34优选地在自点燃燃烧模式中宽开，使得发动机10以稀薄空燃比控制，而在火花点燃燃烧模式中节气门34被控制以调节空气流量且发动机10控制到化学计量比空燃比。
[0027] 图3示出了在不同的燃烧模式中在排气和进气燃烧阶段期间进气门20和排气门18相对于发动机曲轴角度的开启和关闭，描绘参考了图1中描述的典型的发动机10。在SI-H燃烧模式中，进气和排气VCP/VLC设备22和24被控制到高升程气门开启，而在HCCI燃烧模式和SI-SG燃烧模式期间，进气和排气VCP/VLC设备22和24被控制到低升程气门开启。在HCCI燃烧模式中，对于每个气缸15，进气门(多个进气门)20的开启定时优选地与排气门(多个排气门)18相对于TDC的关闭定时对称。气缸进给成分和温度受到排气门18关闭定时的影响。特别地，通过较早的排气门20的关闭，来自上一个循环的更热的残余气体可能被保留，从而留下可用于新鲜空气质量进入的更少的
气缸体积。这导致了较高的气缸进给温度和较低的气缸氧浓度。在HCCI燃烧模式期间所使用的排气再压缩策略中，VCP/VLC设备22和24实现了排气门18和进气门20的负气门重叠。此外，在使用排气再压缩气门策略的HCCI发动机中，可以通过以变化排气门关闭定时而从上一个循环捕获不同质量的残余气体来控制气缸进给温度。SI-SG燃烧模式可以使用正气门重叠或负气门重叠。
[0028] 图4A和图4B描绘了用于控制SI-SG(SG)燃烧模式和HCCI燃烧模式之间的过渡的
流程图。图4A示出了从SI-SG燃烧模式到HCCI燃烧模式的过渡。如上所述，控制模块5监测了发动机运行点，包括发动机速度和发动机负荷，以确定是否命令燃烧模式过渡。在发动机在SI-SG燃烧模式中的运行期间，控制模块5确定是否进行到HCCI燃烧模式的过渡。从SI-SG燃烧模式到HCCI燃烧模式的过渡包括控制模块5命令VCP/VLC设备22和24改变到预先确定的希望的气门重叠。控制模块5监测了进气门20和排气门18的气门开启和关闭，且计算并命令了过渡到在HCCI燃烧模式中运行的优选的气门重叠，该气门重叠在此实施例中是负气门重叠。测量到的负气门重叠与阈值重叠值比较。当测量到的负气门重叠大于阈值时(这指示了在排气门关闭和进气门开启之间的期间增加)，控制模块5命令发动机在HCCI模式下运行，包括控制燃料喷射质量和定时。此运行维持了在过渡到HCCI模式期间的燃烧稳定性，因为在SI-SG模式中燃烧可以比负气门重叠范围上更稳定，在该负气门重叠时可命令HCCI燃烧。为此实施例的目的，气门重叠的状态以曲柄角度测量。
[0029] 图4B示出了从HCCI燃烧模式到SI-SG燃烧模式的过渡。如上所述，控制模块5监测了发动机运行点，包括发动机速度和发动机负荷，以确定是否命令燃烧模式过渡。在发动机在HCCI燃烧模式中的运行期间，控制模块5确定是否过渡到SI-SG燃烧模式。从HCCI燃烧模式到SI-SG燃烧模式的过渡包括控制模块命令VCP/VLC设备22和24改变到预先确定的希望的气门重叠。控制模块5监测了进气门20和排气门18的气门开启且计算并命令了向用于在SI-SG燃烧模式中运行的优选的气门重叠的过渡。可包括负气门重叠的阈值气门重叠被确定。阈值气门重叠包括负气门重叠，在该负气门重叠下发动机可以以SI-SG模式运行。测量到的负气门重叠与阈值重叠值进行比较。当测量到的负气门重叠实现了阈值或小于阈值时，控制模块5命令发动机在SI-SG模式中运行。此运行在过渡到SI-SG模式期间维持了燃烧稳定性，因为在SI-SG模式中的燃烧可以比负气门重叠范围更稳定。
[0030] 此披露已经描述了某些优选的实施例及其
修改。进一步的修改和替代可以在阅读和理解了
说明书时进行。因此，意图于此披露不限制于披露为为了执行此披露而构思的最佳模式的特定实施例(多个实施例)，但披露将包括在附带的
权利要求的范围内的所有实施例。
