本发明涉及使用直接喷射酒精的多燃烧模式发动机。

内燃机可以以多种燃烧模式运行。 一种示例模式是均匀充气压缩点火
(HCCI )，其中均匀的或近似均匀的空气和燃坤牛混合物达到燃烧可以自动点燃 而不需要点火装置执行点燃的温度和/或压力。自动点燃定时可以通过调节一 个或多个初始充气温度、残留的或再循环的废气的量、实际的和/或有效的压 缩比率，等等来改变。然而，与其它燃烧模式相比，在选定的条件下，HCCI 能够具有更高的燃料效率和更低的氮氧化物（NOx)产品，但是由于需要大量 的热和压力来形成燃烧，还是受限制的。而且，HCCI^^莫式的转换入和转换出 也呈现出各种控制问题。通常，HCCI燃烧可以通过增加汽缸的压缩率来提高 到较大的运行范围。但是，HCCI运行和类似模式的运行，比如PCCI(预混合 压燃，其中空气/燃料混合物分层次）可以被限制到低负载（转矩）。
可以使用的另一示例模式是火花点火（SI)燃烧。SI燃烧可以用于在高 负载期间和/或瞬变运行状态下增加转矩输出并保证充分控制燃烧定时。而 且，调节火花点火定时可以用来减少不合需要的发动机运行条件，比如发动 机的持续爆燃。但是，虽然延迟火花可以减轻发动机爆燃，但是这也能够减 少发动机的燃料效率。这样，在SI燃烧期间，发动机就需要在较低的实际或 有效压缩比率下运行以避免爆燃。
这样，在适用于HCCI运行的高压缩比率和用于SI运行的低压缩比率之 间通常就会出现不相容性，限制了原本可以获得的好处。虽然通过可变的阀 门定时、可变的阀门升程、可变的压缩比等等可以调节压缩比，但是调节到 必要水平可能要求大量附加的发动机硬件和增加的费用。而且，即使存在这 种硬件，快速且有效地控制爆燃和压燃的能力也受到机械设备变换时间特性 等的限制。

因此，此处发明者在此意识到上述问题可以在一个示例中通过一种操作 发动机的方法来解决，该方法包括在第 一运行条件期间执行均匀充气压缩点
火；在第二运行条件期间执行火花点火燃烧，其中所述均匀充气压缩点火和 所述火花点火燃烧中的至少其中之一中的一定量的酒精相应于发动机的至少 一个操作参数而改变。由于大量的抗爆来自于燃料/空气充气时的蒸发冷却， 所以直接喷射酒精是一种尤其有利的用于控制操作的途径。这能够用来使火 花点火发动机在实质上为较高压缩比时运行。
以这种方式，例如，当发动机在SI燃烧模式下运行时，有可能使用高压 缩比的发动机运行而没有爆燃限制，从而扩展了设计范围（即提高了压缩比）， 并提高了火花点火燃料经济。同样地，此处发明者也已经意识到也有可能利 用调节酒精的相对量或供酒精的可变定时来控制HCCI燃烧的定时，从而进一 步提高运行和瞬变性能。
需要注意的是，对酒精的量可以进行各种调节，比如调节酒精的量与其 它燃料（例如汽油）的量的比例、调节酒精的绝对量、调节酒精的浓度，和/ 或它们的组合。
附图说明
图1图示了发动机系统的示意图。
图2图示了发动机的示例性实施例的局部视图。
图3图示了如图2所示的包括涡轮增压器的发动机。
图4 - 9图示了描述控制程序示例的流程图。
图10-11图示了选定的瞬变之前和之后的汽缸的空气/燃料比，以及汽 油/乙醇比。

汽油发动机，尤其是那些带有增压设备的，可以使用抗爆燃料的各种直 接喷射来提高性能，比如使用酒精或酒精混合物。如一个已知的示例所示， 与较大尺寸传递相同的转矩和动力的自然吸气式火花点火的发动机相比，除
的发动机可以提高20%-30%的效率。直接喷乙醇通过充入燃料/空气在发 动机汽缸内的蒸发冷却来提供大的抗爆效果。这种效率上的提高能够使得发 动机实质性的减小尺寸和/或在较高压缩比下运行，同时可以提供类似的性能 水平。这种效率的获得甚至还可以进一步通过使用一种受控的自动点燃来提 高，例如在一些运行条件下运行的均匀充气压缩点火（HCCI)模式能够提高 燃料经济并减少排放物。由于抗爆燃料混合物可以作为用于控制HCCI燃烧定 时和通过在提高的压缩比下运行而获得好处的另一种控制，HCCI和可选的使 用抗燃燃料混合物的协作效果应促进了提高效率和使HCCI燃烧可靠性。如另 一已知的示例所示，极端的稀燃料或较高的EGR运行也将由于这种协作效应 而把整个的效率增益增加到30 % - 40 %的范围内。
图1图示了发动机10接收多个物质（1, 2, ......， N)通过箭头8的传
递。各种物质可以包括多种不同的燃料、混合燃料、喷射位置，或各种其它 替代品。
例如，多种具有不同汽油和/或酒精和/或水，和/或其它组合浓度的不同 物质可以传递给发动才几，还可以以混合状态传递，或单独传递。进一步的， 不同的燃料混合物质的相对量和/或比例可以通过控制器12相应于运行条件 (即操作参数）来可变控制，该参数可以通过传感器4来提供，包括发动机 传感器、传动传感器、汽车传感器、环境条件传感器，等等。
在一个实施例中，不同的物质可以呈现为含有不同等级的酒精和/或辛烷 的不同燃料，比如一种包括汽油和另一种其它含有乙醇的东西的物质。在另 一实施例中，发动机10可以使用汽油作为第一物质，使用含有燃料比如乙醇、 曱醇的酒精、汽油和乙醇的混合物（比如E85,即近似于标称85%的乙醇和 15 %的汽油，但是实质上体积上是将近80 %的乙醇和20 %的汽油）、汽油和 曱醇的混合物（例如，M85，即近似85 %的曱醇和15 %的汽油）、酒精和水的 混合物、酒精、水和汽油的混合物，等等作为第二物质。再一实施例中，第 一物质可以是汽油/酒精的混合物，其酒精浓度比第二物质的汽油/酒精混合 物的低。再一实施例中，第一物质可以是汽油或柴油，第二物质可以是二曱 醚、曱酯、低烷基醇（比如曱醇、乙醇、丙醇、丁醇），或它们的组合物。如此处所提示的，酒精和/或酒精汽油混合物具有使它们适合在HCCI和SI模式 下运行的属性。不仅是酒精的固有辛垸比比汽油高的多，而且它们也具有较 高的汽化热量。当用于直接喷射时，其产生空气/燃料混合物的冷却可能对于 阻止或减轻爆燃的出现是有效的。
在一些实施方式中，不同的喷射器设置可以用于不同的燃料。例如，单 个的喷射器（比如直接喷射器）可以用来喷射两种物质的混合物（例如汽油 与酒精/水的混合物），其中混合物中的两种或多种燃料或物质的相对量或比 例在发动机运行期间可以通过控制12的调节来改变，例如调节混合阀（未图 示）。在另一实施例中，可以每个汽缸使用两个不同的喷射器，例如一个是进 气道喷射器和另一个是直接喷射器，两个是进气道喷射器，两个是直接喷射 器，当运行条件变化时每个以不同的相对量喷射不同的物质。在一些实施方 式中，除了不同设置和不同物质，可以使用不同尺寸的喷射器。在另一实施 方式中，还可以使用具有不同喷流型式和/或目标点的双进气道喷射器。在又 一实施方式中，由两个不同的燃料线路提供燃料的具有同心圓喷嘴的单个直
接喷射器可以喷射两种分离的燃料。
各种有利结果可以通过一个或多个上述系统来获得。例如，当使用汽油
和含有酒精（如乙醇）的燃料时，可以调节燃料的相对量来利用酒精燃料的 增强的充气冷却（例如，通过直接喷射），从而降低爆燃的倾向性（例如，相 应于爆燃或增加的负载而增加酒精和/水的相对量）。这种现象，与提高的压 缩比，和/或增压（包括增加歧管压力）和/或发动机尺寸缩小化相结合，也 能用来获得提高的燃料经济好处（通过降低发动机上的爆燃限度），同时当爆 燃没有达到限制值时允许发动机用汽油以较低负载运行。
在一种方法中，汽油在HCCI运行下总的来说稀燃料燃烧，包括极稀燃料 燃烧，能够达到接近发动机可控制能力达到极限的转矩水平。在较高转矩/ 负载的条件下，火花点火运行模式可以应用来提供发动机控制和输出的所需 水平。例如，发动机能够在压缩比足够高（比如高于13: 1)的情况下运行， 以利于压缩点火和提高发动机效率，同时通过选择性的使用抗爆燃料或燃料 混合物来降低火花点火燃烧期间的爆燃可能性。例如，在^^高的转矩或速度 水平下，火花点火运行可以与汽油和直接喷射乙醇的可变混合物一起使用。
这样，在某些情况下，例如，可以使用抗爆燃料或燃料混合物的分离源，独
立于汽油的量给发动机提供乙醇的量。在一个实施例中，HCCI运行可以包括 低负载下的稀燃料/富燃料EGR运行，而SI化学计量运行可以用于高负载下。
进一步的，甚至在相对较低转矩下的HCCI和/或SI运行期间，抗爆燃料 或燃料混合物比如直接喷射的乙醇的一定水平可以用来阻止或降低如不采用 措施而可能在高压缩比下运行而发生的爆燃（或用于控制HCCI/PCCI运行的 燃烧定时）。酒精能够喷射到汽缸内，从而通过早期乙醇喷射使得其均匀分布 在汽缸内，或者例如通过晚期喷射使得其能够喷射得使部分层次化（燃料和 温度都分层次）。在汽缸内运动的整个过程中获得并保持空气/燃料混合物的 层次化也是可能的。由于转矩水平增加了，使得爆燃的可能性增大了，可以 增加乙醇的相对量来降低爆燃的发生或降低爆燃的强度。乙醇或其他抗爆燃 料混合物也可以从第二箱提供给发动机，或者可以与比如是E85的情况下的 汽油或其他含有汽油的混合物相混合。在一个实施例中，第一主燃料箱（并 且可能体积较大）装有第一燃料混合物，第二燃料箱（较小）装有第二燃料 混合物，其中第二燃料混合物比如具有较高的酒精含量（例如第一箱装有汽 油而第二箱装有E85)。更进一步的，在发动机驱动的整个周期中，抗爆燃料 或燃料混合物的消耗量可以通过使用足以降低或阻止给定运行条件下的爆燃 的量来降低。抗爆燃料或燃料混合物的消耗量还可以通过设置控制器12来降 低，这样发动机在HCCI操作模式下在较宽范围的条件下运行，从而提供提高 的驱动周期效率，并降低抗爆燃料或燃料混合物的使用。
现在参看图2，图示了多汽缸发动机的一个汽缸，以及连接到该汽缸的 进气和排气通道。此处所图示并描述的发动机10可以用在比如道路汽车的车 辆中，也可以是其他类型的车辆。在一些实施例中，发动机10可以是包括一 个或多个其他电动机或发动机的混合燃料推进系统的一部分，比如是混合电 动车辆（HEV)。虽然将参考车辆来描述发动机10的示例应用，但是需要注意 的是发动机10也可以用于其他应用中，不必限制到车辆驱动系统中。
在图2所示的特定实施方式中，发动机包括具有每个汽缸两个燃料喷射 器的燃料系统、用于发动机的至少一个汽缸。在一些实施方式中，发动机的 每个汽缸可以包括两个燃料喷射器。这两个喷射器可以配置为不同设置，比如双进气道喷射器、 一进气道喷射器和一个直接喷射器（如图2所示）、两个 直接喷射器、单、双燃料直接喷射器，或其他配置。
而且，如此处所述，汽缸、燃料喷射器和排气系统有不同的配置，燃料 蒸汽抽取系统和废气氧气传感器设置也有不同的配置。
继续参看图2，图示了多喷射系统，其中发动机IO包括直接的和进气道 的燃料喷射，以及火花点火。包括多个燃烧室的内燃机10用电子发动机控制 器12来控制。发动机10的燃烧室30图示为包括燃烧室壁32,活塞36位于 壁内并连4^到曲轴40。
在一个特定实施例中，如果需要，活塞36可以包括凹陷部或杯状物（未 图示）以有助于形成空气和燃料的分层进气。但是，在可替换的实施方式中，
也可以使用平头活塞。
燃料室或汽缸30图示为通过各自的进气阀52A和52b (未图示）以及排 气阀54a和54b与进气歧管44及排气歧管48联通。虽然这样是每个汽缸使 用四个阀门，但是在另一实施方式中，每个汽缸也可以使用一个进气阀和一 个排气阀。在又一实施方式中，每个汽缸可以使用两个进气阀和一个排气阀。 进一步的，每个汽缸可以使用三个或多个进气阀和/或三个或多个排气阀。
燃烧室30能够具有压缩比，即是活塞36在底部中心处时与活塞36在顶 部中心处时之间的体积比。在一个实施例中，压缩比可以是在大约13: 1-15: 1 的范围之内。但是，也可以使用压缩比大于15: 1或小于13: 1的压缩比。例 如，压缩比大于15: 1时，可以用较大量的抗爆燃料或燃料混合物来降低爆燃， 而在压缩比小于13: 1时，可以使用较少量的抗爆燃料或燃料混合物来降低爆 燃。
燃料喷射器66a图示为直接耦合到燃烧室30,用于按照与通过电子驱动 器68a从控制器12接收到的信号dfpw的脉沖宽度成比例的方式将喷射燃料 传递到燃烧室内。虽然图2图示的喷射器66a是侧面喷射器，但是也可以位 于活塞的上部，比如靠近火花塞92的位置处。由于一些基于酒精的燃并+的较 低挥发性，这种设置可以提高混合和燃烧。可替换的，喷射器可以位于上方 并靠近进气阀处，以提高混合。
燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道的高压燃料系统（未图示）
传递给燃料喷射器66a。可替换的，燃料和/或水可以通过单级燃料泵在低压 下传递，这种情况下，在压缩冲程期间直接喷燃料的定时可能比使用高压燃 料系统时受到更多限制。进一步的，虽然未图示，燃料箱（或多个燃料箱） 可以具有压力变换器，用于给控制器12提供信号。
燃料喷射器66b图示为耦合到进气歧管44而不是直接耦合到汽缸30。 燃料喷射器66b以与从控制器12通过电子驱动器68b接收到的信号pfpw的 脉冲宽度成比例的方式传递喷射燃料。需要注意的是可以给两个燃料喷射系 统使用一个驱动器，或者使用多个驱动器。也以示意图的形式图示了燃料系 统164将蒸汽传递到进气歧管44，其中燃料系统164也是耦合到喷射器66a 和66a (虽然未图示于图中）。可以使用各种燃料系统和燃料蒸汽净化系统。
进气歧管44图示为通过节流板62与节流本体58连通。在这个特定实施 例中，节流板62耦合到电机94，这样椭圓形节流板62的位置就由控制器12 通过电机94来控制。这种配置可以被称为电子节流控制（ETC)，它也能够用 于空转速度控制期间。在可替换的实施方式（未图示）中，可以设置与节流 板62平行的旁通空气通道，用以通过位于空气通道内的空转控制旁通阀来控 制空转速度控制期间的引入的气流。
废气传感器76图示为耦合到催化式排气净化器70上游的排气歧管48(其 中传感器76可以是各种不同的传感器）。例如，传感器76可以包括用于提供 废气空气/燃料比指示的许多已知传感器的任意类型，比如线性氧气传感器、 UEG0、两级氧气传感器、EG0、 HEG0，或者HC或CO传感器。在这个特定实施 例中，传感器76是给将信号EG0转换成两级信号EGOS的控制器12提供信号 EGO的两级氧气传感器。信号EGOS的高电压级指示化学计量上具有富化学计 量的废气，信号EGOS的低电压级指示具有稀化学计量上的废气。在以化学计 量均质模式运行期间，信号EGOS在控制反馈空气/燃料也可以被用以助于将 空气/燃料维持为平均化学计量上。此处还包括空气-燃气比控制的更多细节。
点火系统88相应于来自于控制器12的提前点火信号SA通过火花塞92 给燃烧室30提供点火火花。
通过控制喷射定时、喷射量、喷流型式等等，控制器12可以使燃烧室 30在各种燃烧模式下运行，包括均质空气/燃料模式和/或分层空气/燃料模 式。而且，在燃烧室内还可以形成分层与均匀混合物的组合。在一个实施例
中，分层可以通过在压缩冲程期间操作喷射器66a来形成。在另一实施例中， 均匀混合物可以通过在进气冲程期间（此时喷射阀门可以是打开的）才乘作喷 射器66a和66b中的一个或两个来形成。在又一实施例中，均匀混合物可以 通过在进气冲程之前（此时喷射阀门是关闭的）操作喷射器66a和66b中的 一个或两个来形成。在再一实施例中，喷射器66a和66b中的一个或两个的 多个喷射可以用于在一个或多个冲程期间（例如，进气、压缩、排气等等。）。
合物形式。也有可能是操作一个喷射器，这样，来自于该喷射器的燃料均匀 地分布在汽缸内（比如该燃料的每次提前喷射，或者合适的燃料喷流型式）， 而来自于另一喷射器的第二燃料非均匀地分布在汽缸内（例如每次延迟喷射 第二燃料）。进一步的，通过单个燃料的多次喷射也可能使第一或第二燃料的 一部分是均匀分布的，而其余燃料就是非均匀分布的。
控制器12能够控制通过喷射器66a和66b传递的燃料量，这样燃料室 30中的均匀的、分层的或均匀/分层相组合的空气/燃料的混合能够被选为化 学计量比、稀化学计量比值或富化学计量比值。
虽然图2图示了汽缸用的是两个喷射器， 一个是直接喷射器，另一个是 进气道喷射器，但是在可替换实施方式中汽缸可以使用例如两个进气道喷射 器，与开放阀喷射一起使用。
排气净化设备72图示为位于催化式排气净化器70的下游。排气净化设 备72可以是三元催化剂或氮氧化物分离器，或者它们的组合。
在一个实施例中，当发动机在HCCI模式下运行时，这种发动机内的氮氧 化物控制能够通过在低负载下进行低和/或高的EGR操作，在SI模式运行期 间的高负载下再使用上化学计量运行的三元催化剂。
控制器12图示为《效处理器，其包括-微处理器单元102、输入/输出进气 道104、在这个特定实施例中图示为只读存储芯片106的可执行程序和校准 值的电子存储媒介、随机存取存储器108、保持有效（keep alive)存储器 110和传统数据总线。控制器12图示为从耦合到发动机10的传感器处接收 各种信号，除了上述那些信号之外，还包括：来自于耦合到节流本体58的质 量气流传感器100的引入的质量气流（MAF)的测量^直；来自于耦合到冷却套 筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT );来自于耦合到曲轴40 的霍尔效应传感器118的成形点火检波信号（PIP);和来自于节流活门位置 传感器120的节流活门位置TP;来自于传感器122的绝对歧管压力信号MAP; 来自于爆燃传感器182的爆燃指示；和来自于传感器180的绝对或相对环境 湿度的指示。
发动机速度信号RPM由控制器12以传统方式从信号PIP生成，来自于歧 管压力传感器的歧管压力信号MAP提供进气歧管内的真空或压力指示。在化 学计量运行期间，该传感器能够指示发动机负载。进一步的，该传感器以及 发动机速度能够提供给进入汽缸的充气（包括空气）提供评估。在一个实施 例中，曲轴每旋转一次，同时也用作发动机速度传感器的传感器118就产生
预定量的等间距脉冲。
继续参看图2,其中还图示了可变凸轮轴定时系统。具体而言，发动机 10的凸轮轴130图示为与用于启动进气阀52a、 52b和排气阀54a、 54b的摇 臂132和134相连通。凸轮轴130直接耦合到壳体136。壳体136形成具有 多个锯齿138的齿轮。壳体136通过同步链条或齿形带（未图示）液压耦合 到曲轴40。因此，壳体136和凸轮轴130以与曲轴实质相等的速度旋转。但 是，通过操作下面将要描述的液压离合器，可以通过提前燃烧室142和延迟 燃烧室144内的水压来改变凸轮轴130与曲轴4G的相对关系。通过允许高压 液体进入提前燃烧室142，凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系就提前。这 样，进气阀52a、 52b和排气阀54a、 54b都在比正常相对曲轴40早的时间打 开和闭合。类似的，通过允许高压液体进入延后燃烧室144，凸轮轴130和 曲轴40之间的相对关系就滞后。这样，进气阀52a、 52b和排气阀54a、 54b 都在比正常相对曲轴40晚的时间打开和闭合。
虽然这个实施例所示的系统是同时控制进气阀和排气阀的时间，但是可 以使用可变进气凸轮定时、可变排气凸轮定时、双自变量凸轮定时，或固定 的凸轮定时。进一步的，也可以使用可变阀门升程。进一步的，可以用凸轮 轴外形转换来在不同的运行条件下提供不同的凸轮外形。更进一步的，气阀 机构可以包括辊齿随动器、直接作用的机械铲斗或其他摇臂替代品。更进一
步的，气阀机构可以是包括非机械原理的非传统型的，比如电动枳^成阀或电 液阀装置。
继续描述可变的凸轮定时系统，耦合到壳体136和凸轮轴130的锯齿138 允许通过凸轮定时传感器150将信号VCT提供给控制器12来测量相对凸轮位 置。锯齿1、 2、 3和4最好用来测量凸轮定时，并是等距的（例如，在V-8 双组发动机中，彼此间隔90度），而如下所述，锯齿5最好用于汽缸识别。 而且，控制器12发送控制信号（LACT、 RACT)给传统的电磁阀（未图示）， 用以控制液压液体流入提前燃烧室142、延迟燃烧室144,或者不流入任一个。
相关凸轮定时能够以各种方式测量。概括来说，在PIP信号的上升沿和 从壳体136上的多个锯齿138的一个上接收到信号之间，时间，或旋转角度 给出一次相关凸轮定时的测量。对于特定示例的V-8发动机，具有两组汽缸 和5齿齿轮，每旋转一次，特定组的凸轮定时的测量被接收4次，额外的信 号用于汽缸识别。
可替换的，在一些实施方式中，进气和/或排气阀可以用电动阀激励（EVA ) 或液压阀激励（HVA)来控制。如同一个实施例所示，排气阀可以用可变凸轮 轴定时系统来控制，而进气阀可以用EVA来控制。阀门定时和/或阀门升程可 以通过控制系统改变施加到电动机械阀激励器上的电流来控制。
传感器160也可以通过信号162提供废气中的氧气浓度指示，该指示给 控制器12提供指示氧气浓度的电压。例如，传感器160可以是HEGO、 UEG0、 EG0,或其他类型的废气传感器。还需要注意的是，如上面关于传感器76的 描述，传感器160可以是各种不同的传感器。
如上所述，图2只图示了多汽缸发动机的一个汽缸，而且是理解为每个 汽缸具有它自己的一套进气/排气阀、燃料喷射器、火花塞等等。
而且，在此处所描述的示例实施方式中，发动机可以耦合到起动电动机 (未图示），用以起动发动机。例如，当驾驶者转动方向盘管柱处点火开关的 钥匙时，起动电动积i被供电。发动机起动之后，例如，发动机10在一定时间 之后达到预定速度，起动机就不再耦合。
继续参看图2，其中还图示了废气再循环系统。废气可以通过与排气歧 管48用EGR阀门装置（未图示）连通的EGR管道传递到进气歧管"。可替 换的，EGR管可能是发动机内的内部通路，连接在排气歧管48和进气歧管44 之间。
如上所述，发动机10可以在各种模式下运行，包括稀燃料运行、富燃料 运行，和"接近化学计量"运行。"接近化学计量"运行可以是指围绕着化学 计量空燃比的摆动运行。典型的，这种摆动运行由来自于废气氧气传感器的 反馈来控制。在这种接近化学计量运行模式中，发动机可以在一个近似于化 学计量空燃比的空燃比内运行。
反馈空燃比控制可以用来提供接近化学计量运行。进一步的，来自于废 气氧气传感器的反馈能够用来控制稀燃料运行和富燃料运行期间的空燃比。 尤其是，开关类型、热废气氧气传感器（HEGO)可以用于通过基于来自于HEGO 传感器的反馈以及所需空燃比对喷射出的燃料（或通过节流活门或VCT的额 外空气）的控制来控制化学计量空燃比。进一步的，UEGO传感器（它提供与 废气空燃比相比的实质上为线性的输出）可以用于在稀燃料、富燃料和化学 计量运行期间控制空燃比。在这种情况下，燃料喷射（或通过节流活门或VCT 的额外空气）可以基于所需空燃比和来自于传感器的空燃比来调节。更进一 步的，如果需要，可以使用单个汽缸空燃比控制。可以用喷射器66a、 66b或 他们的组合根据各种因素来调节，从而控制发动机的空燃比。
还需要注意的是，可以使用各种方法来维持所需转矩，比如，调节点火 定时、节流活门位置、可变凸轮定时位置、废气循环量，和执行燃烧的汽缸 数量。而且，这些变量可以为每个汽缸分别调节，从而在所有汽缸之间维持 汽缸平衡。如图3所示，发动机10可以耦合到各种增压设备上，比如增压器 或涡轮增压器。在已增压的发动机上,所需转矩也可以通过调节废气门和/ 或压缩机通道阀门来维持。
现在参看图3,示例发动机IO图示为包括四个直列汽缸。在一个实施例 中，发动机10可以包括涡轮增压器319，其具有耦合到排气歧管48的涡轮 319a和耦合到进气歧管44的压缩机319b。虽然图3未图示中间冷却器，也 可以随意使用一个。涡轮319a典型的通过驱动轴315耦合到压缩机319b。 可以使用各种类型的涡轮增压器和设置。例如，可变几何涡轮增压器（VGT) 变的情况下。可替换的，或额外的，当截面可调喷嘴置于排气管线内的涡4仑 的上游和/或下游（和/或进气管线内的压缩机的上游或下游）时，可以使用
可调喷嘴涡轮增压器（VNT )来改变通过涡轮增压器的气体的有效膨胀或压缩。 在另一方法中，也可以用其他方法改变废气的膨胀，比如废气门阀门。图3 图示了围绕涡轮319a的通道阀门320的示例和围绕压缩机319b的通道阀门 322的示例，其中每个阀门可以通过控制器12控制。如上所述，阀门可以位 于涡轮或压缩机内，或者可以是可调喷嘴。
如果需要，也可以使用双涡轮增压器装置和/或序列的涡轮增压器装置。 在有多个可调涡轮增压器和/或多级的情况下，可能需要根据运行条件（例如， 歧管压力、气流、发动机速度等等）改变通过涡轮增压器膨胀的相对量。进 一步的，如果需要，可以使用机械或电子驱动的增压器。
现在参看图4，图示了整个发动机运行的高层次流程。在410,可以选择 燃烧模式，例如，在其他条件中，包括基于包括一个或多个燃料或液体的水 平（例如，E85的水平、乙醇、曱醇、水、汽油，等等。）和/或所请求的发 动机的转矩或速度这些运行条件在HCCI和SI模式之间选择。与燃烧模式相 关的控制将参考图5进行更详细的描述。
在412,可以基于在410选择的模式控制发动机的输出。例如，由发动 机产生的转矩的水平可以根据选择的燃烧模式不同控制。在一个实施例中， 由发动机或其汽缸产生的转矩在SI模式下可以通过改变供给发动机或汽缸 的空气来改变。在HCCI模式下，在其他运行条件中，包括转矩可以通过改变 供给发动机的燃料量来控制。这样，发动机条件比如转矩可以比SI模式下对 气流更具响应性和HCCI模式下对燃料喷射更具响应性。进一步的，提供给发 动机的涡轮增压或增压作用的水平可以根据发动机是在SI模式下运行还是 在HCCI模式下运行来做不同控制。例如，在HCCI模式下可以执行比SI模式 下更多或更少的涡轮增压。与发动机的输出相关的控制将参考图6做更详细 的描述。
在414，发动机燃烧控制可以通过一个或多个火花定时控制、燃料喷射 定时、空气/燃料比控制、抗爆控制（例如，酒精/E85比和/或数量）、爆燃 反馈、汽缸压力反馈、可调阀门定时控制、燃料蒸汽抽取控制和发动机起动
条件来获得。发动机燃烧控制将参考图7和8做更详细的描述。以这种方式， 控制系统可以通过调整与运行条件有关的燃烧模式选择、发动机的输出和发 动机燃烧定时来操作发动机。进一步的，当（并与之相应）使用这种抗爆技
术时，是有可能调节（例如，增加）歧管压力的，还可能提供改良的HCCI燃
烧定时控制。
如上所述，图5图示了描述选择发动机的燃烧模式的示例方法的流程图。 在510,可以判断发动机是否启动（例如，被起动或在启动或热身状态运行） 或者是否特定汽缸正从VDE (变量发动机）的从非激活状态开始执行点火程 序或汽缸断开。如果510的答案是yes，则在520可能选择SI模式。相反地， 如果510的答案是no，则在512读出各种燃料类型的燃料水平或量。不同的 燃料类型可以指示不同的喷射位置、不同的酒精混合燃料、不同的辛烷值， 等等。例如，E85、汽油和/或乙醇的各个水平可以由控制系统通过油位或液 位传感器来确定。接下来，HCCI模式运行可用的速度/负载范围可以基于包 含在512确定的燃料水平、发动机温度、燃料温度、空气温度等的运行条件 来识别。
在516,可以判断所请求的发动机速度/负载是否在514所确定的可用 HCCI范围之内。如果答案是no，在520将选择SI模式。相反，如果所请求 的发动机速度/负载在可用HCCI范围之内，则在518选择HCCI运行。最后， 该程序将结束或返回。以这种方式，控制系统可以选择适合包括燃料状态和 所请求的发动机速度和转矩在内的发动机运行条件的燃烧模式。
图6图示了描述执行发动机输出控制的示例方法的流程图。在610,确 定所需的发动机输出。所需的发动机输出可以基于驾驶者输入装置比如油门 踏板、刹车踏板、换档选择和/或由控制系统执行的特定控制策略这些条件来 确定。在612，致动器命令可以基于所需输出、运行条件和所选择的燃烧模 式来确定。例如，可以根据所选择的发动机燃烧模式来对涡轮增压器或增压 器做不同的操作。进一步的，转矩水平在SI模式运行期间至少可以通过调节 供给发动机的空气量来改变，在HCCI模式运行期间至少可以通过调节供给发 动机的燃料量来改变。接下来，在614可以控制致动器到命令的运行条件。 最后，该程序可以结束或返回。以这种方式，控制系统可以调整发动机系统的各种致动器，从而得到在其他运行条件中选择出来的燃烧模式相关的所需 输出。
图7图示了描述在SI模式下操作发动机的示例方法的流程图。在710， 基于运行条件和可用储燃料水平确定初始喷射量和喷射定时。接下来，在712 可以判断抗爆燃料或液体（例如，除了别的以外还包括乙醇或曱醇的液体） 是否不够。如果712的答案是yes,则可以在714调节由涡轮增压器或增压 器提供的增压水平、火花定时、和/或阀门定时，以减少爆燃可能性。例如， 可以降低由涡轮增压器或增压器提供的增压水平和/或将火花延迟来减少爆 燃。接下来，在716可以基于例如爆燃传感器、汽缸压力峰值传感器或其他 合适的探测方法来判断是否发生了爆燃。如果答案是no，该程序就可以结束 或返回了。相反，如果已经检测到爆燃或如果控制系统预报了爆燃条件，则 可以在718调节喷射源（例如，燃料喷射器）、燃料或液体的量和/或比例（例 如，相对的和/或绝对的），以及喷射定时，从而减少爆燃。作为一个示例方 法，如果要减少爆燃，则增加直接喷射到燃烧室的绝对和/或相对乙醇量。
在720,可以判断喷射调节是否是调节范围的极限值或限度值。例如， 燃料喷射器可能已经达到每次喷射（例如，最小脉冲宽度）可以喷射的燃料 或液体量的下限或上限。在另一实施例中，供给燃烧室的乙醇和/或汽油量可 能达到了基于燃料供给系统配置、可用燃料量等的上限或下限。如果720的 答案是no，则该程序可以返回到716，再次判断是否已经检测到爆燃或存在 爆燃条件。对于给定的运行条件，除了改变燃料喷射之外，爆燃还可以通过 降低增压等级、通过改变阀门驱动而减小汽缸的峰值温度和/或压力、和/或 通过延迟火花定时来减少。因此，如果720的答案是yse，可以在722调节 点火定时、阀门定时、和/或由涡轮增压器或增压器提供的增压水平，从而减 少爆燃。接下来，该程序可以结束或返回。以这种方式，控制系统可以调整 燃料和抗爆液体的喷射量和/或定时，同时控制发动机的增压、火花定时、和 阀门定时，以获得减少的发动机爆燃和改进的驾驶性能。
图8图示了描述在HCCI模式下操作发动机的示例方法的流程图。在810 确定所需的燃烧定时（例如，通过自动点火）。在812，可以调节阀门定时以 提供所需的燃烧定时。在一个实施例中，至少可以调节一个排气阀门的定时，用以改变残留在发动机汽缸内的废气水平，从而改变自动点火定时。在814， 可以判断是否有可用的附加燃烧定时控制。例如，可以判断是否有足够水位 的E85、乙醇、或具有不同辛烷值燃料来提供燃烧定时控制的适当水平。如 果答案是no,该程序可以结束。相反，如果814的答案是yes，可以调整一 个喷射器的喷射量或多个喷射器的量、燃料喷射源、和/或喷射定时以提供所 需燃烧定时。例如，乙醇可以同时通过进气道喷射器和直接喷射器来喷射， 其中可以通过每个喷射器的乙醇量都是可调的，虽然乙醇的总量是充分恒定 的，但是改变了运行条件的宽泛范围中的抗爆。最后，该程序可以结束或返 回。以这种方式，控制系统可以调整阀门定时、喷射器的选择、燃料和抗爆 燃料或燃料混合物的喷射量和/或喷射定时，从而获得所需的燃烧定时同时减 少爆燃。
图9图示了描述发动机在SI模式和HCCI模式之间转换的示例方法的流 程图。在910.可以判断是否请求了从HCCI模式转到SI模式的转换。如果910 的答案是no,该程序可以结束或返回。相反，如果请求了从HCCI到SI的转 换，则在912判断是否除了为Si燃烧增加传递到燃烧室的汽油和/或乙醇量 还提供废气的暂时富集，以有利于催化剂的再激活。在一个实施例的方法中， 汽油和/或乙醇与空气的比例可以根据所需富集的水平以及催化剂的情况至 少临时性的增加一个或多个周期。如果912的答案是no，该程序可以结束或 返回。相反，如果912的答案是yes，则可以基于催化剂温度、储氧状态、 发动机转矩、涡轮增压、环境条件或其他运行条件等等来选择富集的幅度分 布、持续时间（例如，供给次数）和分布，以及富集的喷射剂/燃料成分。
在一个实施例中，富集的幅度可以与操作者对转矩的需求相关，持续时 间可以与包括储氧量和/或温度的催化剂状态相关。在一些条件下，富集的分 布可以包括从小幅度开始的富集，随着催化剂的升温而增加，例如在开始之 后迅速增加。在另一些条件下，比如当催化剂已经在规定的运行温度下时， 富集可以从较高的开始并随发动机加燃料事件次数增加而减少。发动机的供 给次数可以与其他运行条件中的将被再激活的催化剂的体积、供给量、供给 分布和供给持续时间相关联，并随之改变。
在916可以判断是否给催化剂提供增加的热量。如果答案是no,该程序 可以结束或返回。相反，如果916的答案是yes,在918可以与各种在914 所选的条件成比例地增加空气和/或燃料充气和/或延迟火花定时，从而增大 催化剂的受热。最后，该程序可以结束或返回。以这种方式，控制系统可以 通过临时富集充气来协调从HCCI到SI的转换，同时维持所需发动机转矩和 燃烧定时，从而使催化剂在HCCI模式下持续运行之后还可以被再激活。
两个完全不同的运行模式之间的转换可以通过提高每个汽缸使用多种燃 料和多种喷射器的适应性来实现。这样，在从HCCI模式（低负载）到SI模 式（高负载）的转换期间有可能在相似的歧管压力下操作，甚至有可能一些 汽缸在SI模式下一些汽缸在HCCI模式下同时操作一賴:短时间。在这些情况 下，在高进气歧管压力和增加的转矩下，在SI模式下运行的汽缸内的状态将 很可能爆燃。酒精（乙醇）的添加（例如，直接喷射酒精），以及火花的调节， 可以用于在该运行期间来阻止爆燃和执行整个从HCCI稀燃料模式到SI化学 计量运行的平稳转换。通过改变转换期间的SI模式下的汽缸数量和HCCI模 式下的汽缸数量（假设转换开始时所有的汽缸都是激活的，否则非激活的汽 缸将在转换到SI模式之前被激活）能够使从HCCI运行模式到SI运行模式的 平稳转换更容易。换句话说，在同样的歧管压力（为了得到平稳转换，可变 的火花延迟能够用来相对较慢相应于歧管压力而调节转矩）下，使用酒精（例 如，乙醇）作为抗爆燃媒介可以允许在一些汽缸是HCCI —些是SI的组合模 式下运行。
此外，如下所述，可能以一种方式操作HCCI到SI转换期间的发动机来 最小化转换期间和随后的污染排放。图10A-10E图示了从HCCI模式到SI模 式转换示例的定时图，包括除了增加传递给运行在SI模式下的发动机的燃料 和/或液体，临时富集总的空气/燃料比以利于催化剂再激活。尤其是，图 10A-10E沿着纵轴图示了传递给发动机的空气和燃料和/或液体的比例，沿着 横轴图示了由加燃料的次数所表征的时间。虽然在这些实施例中时间表征为 相对于转换的加燃料的次数，但是需要注意的是这些仅仅是示例，而且包括 为催化剂再激活而充入的临时富集在内的富集也可以根据各种运行条件执行
更长或更短的时间或次数。
在图10A-10E的实施例中，HCCI模式下的最后三次加燃料被图示为作为
向SI模式转换的先导。在最后三个HCCI事件期间，空气比汽油和乙醇的比 例是稀燃料化学计量值，可以用在HCCI运行期间获得提高的燃料效率。例 如，在图10A-IOE中，HCCI模式下的最后三个加燃料事件期间，乙醇不包含 在汽油内，但是需要注意的是，在HCCI运行期间的某些条件下乙醇也可以包 括在汽油内。
转换到SI模式之后，传递到发动机的汽油和/或乙醇的水平或量增加。 这种增加可以包括至少两个成分。例如，第一个成分可以包括从HCCI才莫式的 稀燃料运行到SI模式的近似化学计量运行的增加，而第二个成分可以包括传 递到发动机有助于催化剂再激活和提供抗爆的汽油和乙醇的增加和富集。图 10A-10E图示了相应于该转换而改变笫一和第二成分的一些不同方式。
在审阅下面示例时，需要注意的是抗爆水平可以通过调节乙醇的绝对量 和/或乙醇相对直接喷射到发动机内的汽油的相对量（例如，也可以通过改变
汽油相对空气的相对量来改变。例如，为了增加抗爆性，可以增加乙醇的量， 尤其是直接喷射到汽缸内的乙醇的量（绝对的和/或相对的），为了增加催化 剂的再激活速率和/或等级，至少可以暂时增加燃料与空气的比例，以将附加 产品，比如碳氩化合物和CO,提供给催化剂用于从HCCI模式下的稀燃料运 行中催化剂的再激活。
图10A图示了传递到发动机的汽油量在转换到SI模式后增加到基本上恒 定的值的示例，同时乙醇的水平暂时增加到某量，该量随着时间减小直至在 事件5达到空气相对汽油和乙醇的化学计量值，乙醇和汽油的比例由避免爆 燃的需要来确定。
可替换的，在转换期间可以改变乙醇和/或汽油的水平，以获得所需的抗 爆水平。例如，图10B图示了乙醇和汽油相对空气的量如何可以暂时增加到 高于化学计量值以再激活催化剂的程度，而乙醇相对汽油的相对量可以改变 来提供抗爆。例如，由于可能用于HCCI模式下的EGR水平的增加或进气空气 受热，在转换后不久可能比SI模式后期需要更多的抗爆。进一步的，图10B 图示了在一些与图IOA相比的条件下，如何基于运行条件增加或降低富集的 持续时间，比如基于其他条件中催化剂的状态（例如，温度、储氧量、尺寸，
等等）、HCCI模式下的运行时间，转换之前的空气/燃料比。
图10C图示了从HCCI到SI模式的转换的另一示例，其中汽油的水平可 以暂时增加到高于化学计量的量，而供给发动机的乙醇的绝对量和乙醇相对 汽油的相对量在转换之后随着时间减小。与图IOA(即实质上恒定）和10B (即在或低于化学计量值时可变）所示的汽油富集分布图相对比，供给发动 机的汽油水平可以改变为高于化学计量值至少一段时间。进一步的，图IOC 图示了如何在供给如事件5-7所示的暂时一段富集时间之后停止使用乙醇。 例如，在事件4之后不再需要抗爆和富集燃料，从而使得实质上为化学计量 量的汽油被供应给发动才几。
图10D图示了如何使乙醇的绝对量能够保持为实质上恒定，而与图10A 的汽油的绝对量能够保持为实质上恒定相对比，传递给发动机的汽油的绝对 量却暂时增加然后随着时间下降。进一步的，需要注意的是，在富集燃料期 间乙醇相对汽油的比例可以保持为实质上恒定，或者可以被改变以获得所需 的抗爆水平。
图10E图示了富集燃料分布图可以在转换之后在减小到化学计量值之前 随着时间而增长的示例。例如，在事件l-4期间，汽油和乙醇的总量相对空 气可以增大到高于化学计量值的程度，并随后在由事件5 - 9所示的一段时间 减小。这种搮:作可以用于例如催化剂加热期间。
以这种方式，不同的富集燃料分布可以用于响应转换或转换条件与改变 乙醇相对汽油的比例相关联，从而实现抗爆。
需要注意的是，虽然图10A-10E描述了整个空气/燃料比，但是也有可能 具有汽缸至汽缸的变更，就像同时有一些汽缸运行在HCCI模式下一些汽缸在 SI模式下的情况那样。当发动机同时运行在S工和HCCI模式下时，附加的燃 料可以被引导入SI或HCCI汽缸，对于HCCI下的汽缸运行燃料的晚期喷射。
现在参看图IIA和11B,示例图表图示了发动机或其中的至少一个汽缸 启动期间燃料的喷射。例如，图11A图示了发动机的汽缸加燃料的操作，其 中发动机初始时关断，稍后在SI模式下的被起动（例如从冷启动）。发动机 启动之后，直至发动机和/或催化剂达到了如周期1 - 6所示的热身条件之后， 才使用乙醇。发动机和/或催化剂达到合适的温度时，直接喷射酒精的相对和 /或绝对量可以增加一个或多个周期，以提供所需的抗爆和/或空燃比。
如图IIB所示的另一示例，发动才几或发动^/L的一个或多个汽缸可以暂时
关断以提高燃料效率，比如在发动机空转期间或不需要发动机转矩的情况下。
例如，发动机或汽缸关断之后，发动机的至少一个汽缸可以稍后以SI模式起 动。图11B图示了发动机的至少一个汽缸的暂时关断操作，随后重新起动该 汽缸。在最后三个汽缸周期的倒数计时指示关断之前，发动机的汽缸可以初 始化在SI或HCCI模式下运行。接下来，汽缸和/或发动机可以如周期1-4所 指示的那样暂时关断（例如，至少停止加燃料）。稍后，汽缸和/或发动机重 新起动，其中可以在停止使用乙醇而以汽油为主运行一段时间使发动机和/ 或催化剂达到合适温度，如周期1 - 2表征的添加乙醇之前的时间所示。例如， 图11B图示了重新起动之后只有汽油喷射到汽缸的前两个周期，添加的乙醇 的量在周期3-6期间随着发动机或催化剂温度的进一步升高而增加。
图11A和11B的对照说明了乙醇相对汽油的相对量如何能够基于发动机 和/或催化剂的温度来做不同的调节。例如，如图IIB所示，由于从先前的发 动机运行中存储的发动机或催化剂余热，汽缸的重新起动运行可以比图11A 的冷起动示例更早地利用增加的乙醇。需要注意的是，如图10-11所示的事 件的持续时间是作为说明示例提供的，也可能是其他的持续时间。在一个实 施例中，在乙醇被喷射添加到汽油中之前，发动机和/或催化剂的加热可以包 括10、 100或1000或更多汽缸或发动机周期。以这种方式，乙醇可以在发动 机和/或催化剂的热身状态下保持起来，可以用于减少更高温度条件下的爆 燃。需要注意的是，虽然上面已经参图4-10整体描述了与发动机相关的各种 控制程序，但是需要理解的是这些控制程序或它们的一部分可以应用在单个 汽缸或汽缸组上。例如，在发动机的至少一个汽缸运行在SI模式至少一个汽 缸运行在HCCI模式下的分割汽缸运行期间，上述控制策略可以基于汽缸的特 定运行条件由汽缸到汽缸基础上。例如，由运行在SI模式下的第一汽缸产生 的转矩等级可以通过调节供给第一汽缸的空气量（例如，通过阀门定时、节 流气门位置和/或涡轮增压器或增压器）或改变花火定时来改变，而由当时运 行在HCCI模式下的第二汽缸产生的转矩水平可以通过调节其他运行条件中 的供给第二汽缸的燃料和/或液体的量和/或类型来改变。在另一实施例中， 发动机的一个或多个汽缸可以选择性的停用，其中中止一个或多个周期的汽 缸燃烧。更进一步的，在发动机包括与具有单独催化剂的单独排气歧管相连 通的分离汽缸组的情况下，上述的控制策略可以根据其他运行条件中的特定 组的燃烧模式给每个组施加不同的策略。
需要注意的是，此处所包括的控制和判断程序示例能够用于各种发动机 和/或机动车系统配置。此处所描述的具体程序可以表征任何数量的处理策略 中的一个或多个，比如事件驱动，中断驱动、多任务、多线程，以及类处理。 因此，所说明的各种动作、操作或功能可以以所说明的顺序来执行，并行的， 或在有些情况下被省略。同样的，不必要用处理的顺序来获得此处所描述的 示例实施方式的特征和优点，但是为了更容易说明和描述而如此表述。所说 明的动作或功能中的一个或多个可以根据所用的特定策略而重复执行。进一 步的，所描述的动作也可以图形化地表征编程写入发动机控制系统中的计算 机可读存储媒体的编码。
需要理解的是，此处所披露的配置和程序本质上是示例性的，这些具体 实施方式并不能被认为是限制，因为众多的变形都是可能的。例如，上述技
术可以应用于V-6、 1-4、 V-12,对置4和其他发动机类型。本发明所披露的 主题包括各种系统和配置的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合，以及 此处所披露的其他特征、功能和/或属性。
下面的权利要求书特定指出了某些被认为有新颖性和非显而易见性的组 合和子组合。这些权利要求可以是指"一"部件或"一第一"部件或它们的 等价物。这样的权利要求可理解为包括一个或多个这样的部件的合并，即不 能要求也不排除两个或多个这样的部件。所披露的特征、功能、元素和/或属
关申请中的新权利要求进行描述来要求权利。这样的权利要求，其范围不论 是比原始权利要求的宽、窄、与之相同或不同，都可以被认为包括在本发明 的主题之内。