用于在内燃发动机中控制燃烧模式转换的方法
阅读：1011发布：2020-12-12
专利汇可以提供用于在内燃发动机中控制燃烧模式转换的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于在内燃 发动机 中控制燃烧模式转换的方法。将发动机从第一燃烧模式转换到第二燃烧模式。对应于与第一和第二燃烧模式相对应的进气 气缸 容积和剩余气体气缸容积，顺序地调节进气 阀 和排气阀的 相位 和升程。，下面是用于在内燃发动机中控制燃烧模式转换的方法专利的具体信息内容。
1.一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程机构，所述可变凸轮定相机构和所述多级阀升程机构可操作用于控制进气阀和排气阀的相位和升程，所述内燃发动机能够选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作，所述方法包括：
命令将发动机操作从所述第一燃烧模式转换至所述第二燃烧模式；
调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；
切换所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；
调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；
切换所述进气阀和所述排气阀中的另一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；以及
调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与在所述第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积对应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括火花点火燃烧模式，并且所述第二燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式；
所述方法进一步包括：
调节所述进气阀的定相以实现最大定相；
调节所述排气阀的定相以实现最大定相；
当与低升程阀打开位置相对应的剩余气体气缸容积小于与高升程阀打开位置相对应的剩余气体气缸容积时，将所述排气阀的升程幅度从所述高升程阀打开位置切换到所述低升程阀打开位置；
调节所述进气阀的定相，以实现与在低升程阀打开位置的所述进气阀关闭相对应的有效气缸容积，所述有效气缸容积等于与在高升程阀打开位置的所述进气阀关闭相对应的有效气缸容积；以及
将所述进气阀的升程幅度从所述高升程阀打开位置切换到所述低升程阀打开位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式，并且所述第二燃烧模式包括火花点火燃烧模式；
所述方法进一步包括：
调节所述排气阀的定相以实现第一选择的进气气缸容积；
调节所述排气阀的定相以实现第一选择的剩余气体气缸容积；
当与在低升程阀打开位置时所述进气阀关闭相对应的有效气缸容积等于与在高升程阀打开位置时所述进气阀关闭相对应的有效气缸容积时，将所述进气阀的升程幅度从低升程阀打开位置切换到高升程阀打开位置；
调节所述进气阀的定相至最大定相；
当与在低升程阀打开位置时所述排气阀关闭相对应的有效气缸容积小于与在高升程阀打开位置时所述排气阀关闭相对应的有效气缸容积时，将所述排气阀的升程幅度从低升程阀打开位置切换到高升程阀打开位置。
4.一种用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和两级阀升程控制机构，所述可变凸轮定相机构和所述两级阀升程控制机构可操作用于控制进气阀和排气阀的定相，并且可操作用于将所述进气阀和所述排气阀的升程幅度控制至两个离散级中的一级，所述方法包括：
命令将所述进气阀和所述排气阀的所述升程幅度从第一离散级切换到第二离散级；
调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；
将所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度从第一对应离散级切换到第二对应离散级；
调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；以及
将所述进气阀和所述排气阀中另一个的升程幅度从所述第一对应离散级切换到所述第二对应离散级。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在将所述进气阀和所述排气阀中另一个的升程幅度从所述第一对应离散级切换到所述第二对应离散级之后，调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积相对应。
用于在内燃发动机中控制燃烧模式转换的方法
技术领域
[0002] 本节的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
[0003] 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，该混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点燃，以生成能够传递给曲轴的动力。已知的压缩点火发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料喷射到燃烧气缸中，加压燃料在喷射后被点燃，以生成能够传递给曲轴的动力。汽油发动机和柴油发动机的燃烧都涉及由流体力学控制的预混合或扩散的火焰。
[0004] 配置成用于包括直接燃料喷射的SI操作的发动机能够以受控自动点火燃烧模式操作，也称为在预定速度/载荷操作条件下的均质充量压缩点火（HCCI）。受控自动点火燃烧模式包括分布的、无火焰的自动点火燃烧过程，该过程由氧化化学控制。在受控自动点火燃烧模式中操作的发动机具有优选在进气阀关闭时间时在成分、温度和剩余排气方面都是均匀的进气/燃料充量。通过以稀的空气-燃料混合物（即，化学计量点的贫侧的混合物）操作的发动机，受控的自动点火燃烧导致了分布的动力学受控的燃烧。该发动机操作导致相对低的峰值燃烧温度以及低NOx排放。均匀的空气-燃料混合物使得形成烟和颗粒排放的富区域的产生最小化。
[0005] 在发动机操作中，通过选择性地调节节气门阀的位置并且调节进气阀和排气阀的打开和关闭来控制发动机气流，其中进气阀和排气阀对进入到每个燃烧室内的空气流进行控制。发动机能够装配有可变阀致动（VVA）系统，该系统包括凸轮定相和可选择的多级阀升程，例如，提供了两个或更多个阀升程廓形以控制进气阀和排气阀的打开和关闭的多个凸轮凸角。多级阀升程机构的阀升程廓形的变化是离散变化。
[0006] 当发动机在受控自动点火燃烧模式中操作时，发动机控制包括以贫空气-燃料比操作，其中节气门阀全开以最小化发动机泵送损失。当发动机在火花点火燃烧模式中操作时，发动机控制包括以化学计量的空气-燃料比操作，其中节气门阀被控制在从0%至100%全开位置的位置范围内，以控制进气气流来实现化学计量的空气-燃料比。通过控制至发动机的燃料流来控制发动机输出功率。
[0007] 在能够选择性地以火花点火燃烧模式和受控自动点火燃烧模式之一进行操作的发动机中，燃烧模式之间的转换可能是复杂的。发动机控制器必须协调多个致动器，以便为不同的模式提供期望的空气-燃料比。在HCCI至SI转换期间，多级阀升程的切换几乎即时发生，而对凸轮定相和节气门阀的调节则包括较慢的动态特性。当没有适当地管理多级阀升程切换和可变阀致动系统的凸轮定相的调节时，在燃烧模式转换期间可能发生发动机扭矩扰动和断火。发明内容
[0008] 内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程机构，可变凸轮定相机构和多级阀升程机构可操作用于控制进气阀和排气阀的相位和升程。内燃发动机选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作。用于操作内燃发动机的方法包括：命令将发动机操作从第一燃烧模式转换至第二燃烧模式；调节进气阀和排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；切换进气阀和排气阀中的一个的升程幅度，从而与第二燃烧模式对应；调节进气阀和排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；切换进气阀和排气阀中另一个的升程幅度，从而与第二燃烧模式对应；以及调节进气阀和排气阀的定相，从而与在第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积对应。
[0009] 本发明还包括以下方案：
[0010] 方案1. 一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程机构，所述可变凸轮定相机构和所述多级阀升程机构可操作用于控制进气阀和排气阀的相位和升程，所述内燃发动机能够选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作，所述方法包括：
[0011] 命令将发动机操作从所述第一燃烧模式转换至所述第二燃烧模式；
[0012] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；
[0013] 切换所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；
[0014] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；
[0015] 切换所述进气阀和所述排气阀中的另一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；以及
[0016] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与在所述第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积对应。
[0017] 方案2. 根据方案1所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括火花点火燃烧模式，并且所述第二燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式。
[0018] 方案3. 根据方案2所述的方法，还包括：
[0019] 调节所述进气阀的定相以实现最大定相，并且调节所述排气阀的定相以实现最大定相；以及
[0020] 当与低升程阀打开位置相对应的剩余气体气缸容积小于与高升程阀打开位置相对应的剩余气体气缸容积时，将所述排气阀的升程幅度从所述高升程阀打开位置切换到所述低升程阀打开位置。
[0021] 方案4. 根据方案3所述的方法，还包括当所述进气阀实现所述最大定相并且所述排气阀实现所述最大定相时，将所述排气阀的升程幅度从所述高升程阀打开位置切换到所述低升程阀打开位置。
[0022] 方案5. 根据方案4所述的方法，还包括调节所述进气阀的定相，以实现与在低升程阀打开位置的所述进气阀关闭相对应的有效气缸容积，所述有效气缸容积等于与在高升程阀打开位置的所述进气阀关闭相对应的有效气缸容积。
[0023] 方案6. 根据方案5所述的方法，还包括当所述进气阀实现所述最大定相并且所述排气阀实现所述最大定相时，将所述进气阀的升程幅度从所述高升程阀打开位置切换到所述低升程阀打开位置。
[0024] 方案7. 根据方案1所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式，并且所述第二燃烧模式包括火花点火燃烧模式。
[0025] 方案8. 根据方案7所述的方法，还包括：
[0026] 调节所述排气阀的定相以实现所述第一进气气缸容积，并且调节所述进气阀的定相至预定的定相；
[0027] 当与在低升程阀打开位置的所述进气阀关闭对应的有效气缸容积等于与在高升程阀打开位置的所述进气阀关闭对应的有效气缸容积时，将所述进气阀的升程幅度从低升程阀打开位置切换到高升程阀打开位置。
[0028] 方案9. 根据方案8所述的方法，还包括调节所述排气阀的定相以实现所述第一进气气缸容积，并且调节所述进气阀的定相至最大定相。
[0029] 方案10. 根据方案9所述的方法，还包括当与在低升程阀打开位置的所述排气阀关闭对应的有效气缸容积小于与在高升程阀打开位置的所述排气阀关闭对应的有效气缸容积时，将所述排气阀的升程幅度从低升程阀打开位置切换到高升程阀打开位置。
[0030] 方案11. 一种用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和两级阀升程控制机构，所述可变凸轮定相机构和所述两级阀升程控制机构可操作用于控制进气阀和排气阀的定相，并且可操作用于将所述进气阀和所述排气阀的升程幅度控制至两个离散级中的一级，所述方法包括：
[0031] 命令将所述进气阀和所述排气阀的所述升程幅度从第一离散级切换到第二离散级；
[0032] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；
[0033] 将所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度从第一对应离散级切换到第二对应离散级；
[0034] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；以及
[0035] 将所述进气阀和所述排气阀中另一个的升程幅度从所述第一对应离散级切换到所述第二对应离散级。
[0036] 方案12. 根据方案11所述的方法，还包括在将所述进气阀和所述排气阀中另一个的升程幅度从所述第一对应离散级切换到所述第二对应离散级之后，调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积相对应。
[0037] 方案13. 一种用于控制内燃发动机的操作的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程控制机构，所述可变凸轮定相机构和所述多级阀升程控制机构可操作用于控制进气阀和排气阀的定相和升程幅度，所述内燃发动机能够选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作，所述方法包括：
[0038] 命令将发动机操作从所述第一燃烧模式转换至所述第二燃烧模式；
[0039] 控制所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；
[0040] 改变所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；
[0041] 控制所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；
[0042] 改变所述进气阀和所述排气阀中另一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；以及
[0043] 控制所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与在所述第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积对应。
[0044] 方案14. 一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括可变凸轮定相机构和多级阀升程机构，所述可变凸轮定相机构和所述多级阀升程机构可操作用于控制进气阀和排气阀的定相和升程幅度，所述内燃发动机能够选择性地以第一燃烧模式和第二燃烧模式操作，所述方法包括：
[0045] 命令将发动机操作从所述第一燃烧模式转换至所述第二燃烧模式；以及然后[0046] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积对应；
[0047] 切换所述进气阀和所述排气阀中的一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；以及然后
[0048] 调节所述进气阀和所述排气阀的定相，从而与第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积对应；以及然后
[0049] 切换所述进气阀和所述排气阀中另一个的升程幅度，从而与所述第二燃烧模式对应；以及然后
[0051] 通过参考附图，作为示例来描述一个或多个实施例，附图中：
[0052] 图1是根据本公开的示例性发动机系统的示意图；以及
[0053] 图2A、图2B、图3和图4是根据本公开的图示。
具体实施方式
[0054] 现在参考附图，其中附图仅是用于说明特定示例性实施例的目的，而并不用于限制示例性实施例的目的，图1示意性地示出了根据本公开实施例构造的内燃发动机10以及附带的控制模块5（控制模块）。发动机10能够选择性地操作在受控自动点火燃烧模式和火花点火燃烧模式中。发动机10能够选择性地操作在化学计量的空气/燃料比，以及操作在主要是化学计量比贫侧的空气/燃料比。本发明能够应用于各种内燃发动机系统以及燃烧循环。
[0055] 发动机10包括多缸直接喷射四冲程内燃发动机，其具有在气缸15中可滑动地移动的往返活塞14，限定了可变容积的燃烧室16。每个活塞14均连接到旋转的曲轴12，通过旋转的曲轴12将线性往返的活塞运动转变为旋转运动。在图1中示出了气缸15中的单个气缸。
[0056] 进气系统通道将空气吸入进气歧管29中，进气歧管29将空气引导和分配到至每个燃烧室16的进气通路中。进气系统包括空气流管道以及用于监测和控制空气流的设备。设备优选地包括空气质量流量传感器32，用于监测空气质量流量以及进气温度。优选包括电控设备的节气门阀34响应于来自控制模块5的控制信号（ETC）来控制至进气歧管29的空气流。歧管压力传感器36监测进气歧管29中的歧管绝对压力。具有流控制阀38的外部流动通路37能够将剩余排气从排气歧管39再循环到进气歧管29。下面将流控制阀38称为排气再循环（EGR）阀38。控制模块5优选地通过控制EGR阀38的开度的大小来控制至进气歧管29的再循环排气的质量流量。
[0057] 从进气歧管29至燃烧室16中的空气流由一个或多个进气阀20控制。一个或多个排气阀18将从燃烧室16流出的排气流控制至排气歧管39。发动机10装配有系统来控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭。在一个实施例中，通过分别控制进气可变凸轮定相/可变升程控制（VCP/VLC）设备22和排气可变凸轮定相/可变升程控制（VCP/VLC）设备24来控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭。进气和排气VCP/VLC设备22和24配置成分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气和排气凸轮轴21和23的旋转和曲轴12的旋转相联系和关联（indexed），从而将进气阀和排气阀20和18的打开和关闭与曲轴12以及活塞14的位置相联系。
[0058] 进气VCP/VLC设备22优选包括这样的机构，该机构操作为响应于来自控制模块5的控制信号（进气），来为每个气缸15切换和控制进气阀20的阀升程（VLC）并且可变地调节和控制进气凸轮轴21的定相（VCP）。排气VCP/VLC设备24优选包括可控机构，该可控机构操作为响应于来自控制模块5的控制信号（排气），来为每个气缸15切换和控制排气阀18的阀升程（VLC）并且可变地调节和控制排气凸轮轴23的定相（VCP）。
[0059] 进气和排气VCP/VLC设备22和24每个都优选包括可控的两级VLC机构，该机构可操作用来分别将进气阀和排气阀20和18的阀升程或开度大小控制至两个离散级中的一个。优选地，两个离散级包括优选用于低速和低载荷操作的低升程阀打开位置（在一个实施例中为大约4-6 mm）和优选用于高速和高载荷操作的高升程阀打开位置（在一个实施例中为大约8-13 mm）。进气和排气VCP/VLC设备22和24每个都优选包括可变凸轮定相（VCP）机构，以便分别控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的定相（即相对正时）。调节定相指的是相对于各个气缸15中的曲轴12和活塞14的位置来变换进气阀和排气阀20和18的打开时间。进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构每个都优选地具有大约60°-90°的曲柄旋转的定相权限（authority）的范围，从而允许控制模块5对于每个气缸
15相对于活塞14的位置使进气阀和排气阀20和18中的一个的打开和关闭超前或延迟。
进气和排气VCP/VLC设备22和24限定且限制了定相权限的范围。进气和排气VCP/VLC设备22和24包括凸轮轴位置传感器，以便确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。使用由控制模块5控制的电动液压的、液压的和电控制的力中的一个来致动VCP/VLC设备22和24。
15相对于活塞14的位置使进气阀和排气阀20和18中的一个的打开和关闭超前或延迟。
进气和排气VCP/VLC设备22和24限定且限制了定相权限的范围。进气和排气VCP/VLC设备22和24包括凸轮轴位置传感器，以便确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。使用由控制模块5控制的电动液压的、液压的和电控制的力中的一个来致动VCP/VLC设备22和24。
[0060] 发动机10包括燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每个高压燃料喷射器28都适于响应于来自控制模块5的控制信号（INJ_PW）将一定质量的燃料直接喷射到燃烧室16中。如本文所使用的，加注燃料指的是一定质量的燃料流入到燃烧室16中的一个内。燃料喷射器28由燃料分配系统提供加压燃料。
[0061] 发动机10包括火花点火系统，通过该火花点火系统来将火花能量提供给火花塞26，用来响应于来自控制模块5的控制信号（IGN）点燃或辅助点燃每个燃烧室16中的气缸充量（或充气）。火花塞26在某些状况中（例如在冷起动期间和接近低载荷操作极限时）增强对发动机10的每个气缸15中的燃烧正时的控制。
[0062] 发动机10优选装配有用于监测发动机操作的各种传感设备，包括曲柄传感器42、宽量程空气/燃料比传感器40以及燃烧传感器30，曲柄传感器42可操作用来监测曲轴的旋转位置（即曲柄角度和速度），宽量程空气/燃料比传感器40适于监测排气馈送流中的空气/燃料比，燃烧传感器30适于在发动机10正在进行的操作中实时监测气缸内的燃烧。燃烧传感器30包括可操作用于监测燃烧参数的状态的设备，并且被描述为可操作用于监测气缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出由控制模块5监测，控制模块5确定燃烧定相，即：在每个燃烧循环中关于每个气缸15，燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的正时。燃烧传感器30也能够由控制模块5监测，以确定每个燃烧循环中每个气缸15的平均有效压力（IMEP）。可替代地，能够使用其它传感系统来监测燃烧参数，包括例如离子传感点火系统和非介入气缸压力监测系统。
[0063] 广泛可用等级的汽油以及它们的轻乙醇混合物都是优选的燃料；然而，在本公开的实施中可以使用替代性液体和气体燃料，例如较高乙醇的混合物（例如E80、E85）、纯乙醇（E99）、纯甲醛（M100）、天然气、氢气、沼气、各种重整油、合成气等。
[0064] 控制模块5可以采用任何适当的形式，包括以下各项中一项或多项的组合，这些项为：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元（优选是微处理器）和相关联的存储器和存储设备（只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、适当的信号调节和缓存电路、以及提供了所述功能的其它适当部件。控制模块具有一组控制算法，包括存储在存储器中并且被执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和校准。优选地，在预设循环周期中执行算法。例如，通过中央处理单元执行算法，并且该算法可操作以监测来自传感设备和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。在进行的发动机和车辆操作期间，能够以有规律的间隔（例如每3.125毫秒，6.25毫秒，12.5毫秒，25毫秒和100毫秒）来执行循环周期。可替代地，能够响应于事件的发生来执行算法。在操作中，控制模块5监测来自上述传感器的输入，以确定发动机参数的状态。控制模块5执行存储于其中的算法代码，以便控制前述致动器从而形成气缸充量，包括控制节气门位置、火花点火正时、燃料喷射质量和正时、控制再循环排气流量的EGR阀位置，以及发动机上的进气阀和/或排气阀正时和定相（在如此装配的情况下）。控制模块5能够操作，以在正进行的车辆操作期间打开和关闭发动机，并且能够操作以便通过对燃料和火花的控制以及阀的停用来选择性地停用一部分燃烧室或一部分阀。
[0065] 图2A和图2B示出了当进气和排气VCP/VLC设备22和24的VLC机构被控制至高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）时，与发动机曲柄角度相关的并且相对于TDC的排气阀（EV）18和进气阀（IV）20的打开和关闭。图2A示出了当进气VCP/VLC设备22的VCP机构被调节到定相权限的第一极限（CAMI=0）并且排气VCP/VLC设备24的VCP机构也被调节到定相权限的第一极限（CAME=0）时，进气阀20和排气阀18的打开和关闭的正时。这包括：当以高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）操作时，排气阀的打开（EVO）和关闭（EVC）以及进气阀的打开（IVO）和关闭（IVC）的图示。还示出了负阀重叠（NVO）时间段，包括当以高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）操作时，在发动机循环期间，排气阀18的关闭和随后进气阀20的打开之间的时间段。
[0066] 图2B示出了当进气VCP/VLC设备22的VCP机构被调节到定相权限的第二极限（CAMI=90）并且排气VCP/VLC设备24的VCP机构被调节到定相权限的第二极限（CAME=90）时，进气阀20和排气阀18的打开和关闭的正时。这包括：当以高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）操作时，排气阀的打开（EVO）和关闭（EVC）以及进气阀的打开（IVO）和关闭（IVC）的图示。还示出了NVO时间段，NOV时间段仅在以低升程阀打开位置（低）操作时发生。进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构的定相权限的第一极限（即CAMI=0和CAME=0）被称作最小定相。进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构的定相权限的第二极限（即CAMI=90和CAME=90）被称作最大定相。
[0067] 通过将每个进气和排气VCP/VLC设备22和24的VLC机构切换到高升程阀打开位置（高）并且将每个进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构调节到预定NVO时间段，上述构造的发动机优选地操作在火花点火燃烧模式中。
[0068] 通过将每个进气和排气VCP/VLC设备22和24的VLC机构切换到低升程阀打开位置（低）并且将每个进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构调节到预定NVO时间段，上述构造的发动机优选地操作在受控自动点火燃烧模式中。
[0069] 火花点火燃烧模式和受控自动点火燃烧模式之间的转换能够导致在高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）之间（或反之亦然）切换每个进气和排气VCP/VLC设备22和24的VLC机构的命令。变换进气和排气VCP/VLC设备22和24的VLC机构的命令可能导致燃烧室16中新鲜进气质量和剩余气体质量的突然改变。可以使用下述理想气体定律近似地计算气缸15内的新鲜空气质量：
[0070] [1][0071] 其中，ma是新鲜空气质量，pi是进气歧管压力，Ti是进气歧管温度，R是气体常量，并且Vair是容积，在该实例中是新鲜空气的有效气缸容积。在一个实施例中，pi /(RTi)项能够近似作为常量值，以方便计算。对于已知程度的新鲜空气质量、进气歧管压力以及进气歧管温度而言，等式1中的关系能够用于确定新鲜空气气缸容积Vair。
[0072] 如下确定新鲜空气的气缸容积Vair：
[0073] Vair = VIVC (CAMI)-VEVC (CAME) [2]
[0074] 其中VIVC是作为进气凸轮角（CAMI）的定相的函数来确定的在进气阀关闭（IVC）时的气缸容积，并且VEVC是作为排气凸轮角（CAME）的定相的函数来确定的在排气阀关闭（EVC）时的气缸容积。
[0075] 能够从用于剩余气体的气缸容积Vresidual确定剩余气体质量，可以如下那样作为排气凸轮角（CAME）的定相的函数来确定Vresidual：
[0076] Vresidual = VEVC(CAME) [3][0077] 图3图示了对于以固定发动机速度（2000 rpm）操作的发动机而言在进气和排气凸轮角（CAMI和CAME）的定相范围上的气缸容积（气缸容积（mL））。在进气和排气凸轮角（CAMI和CAME）测量的定相权限范围上对进气和排气VCP/VLC设备22和24的VCP机构进行调节，所述进气和排气凸轮角（CAMI和CAME）位于第一和第二权限的极限之间，在一个实施例中，该范围是从0度到90度。在示例中，当进气阀和排气阀20和18之间的距离在凸轮定相权限内被最大化时，进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相等于0度。图3基于下述关系，描绘了作为进气阀和排气阀的阀升程和定相的函数来绘制的包括了气缸容积的图线：
[0078] HL VIVC：当进气VCP/VLC设备22的VLC机构被控制至高升程阀打开位置（高）时与进气阀关闭对应的有效气缸容积；
[0079] LL VIVC：当进气VCP/VLC设备22的VLC机构被控制至低升程阀打开位置（低）时与进气阀关闭对应的有效气缸容积；
[0080] LL VEVC：当排气VCP/VLC设备24的VLC机构被控制至低升程阀打开位置（低）时与排气阀关闭对应的有效气缸容积；以及
[0081] HL VEVC：当排气VCP/VLC设备24的VLC机构被控制至高升程阀打开位置（高）时与排气阀关闭对应的有效气缸容积；
[0082] 基于参考上述等式1、2、3描述的关系，使用图3所示的气缸容积，能够确定对于示例性系统的新鲜空气的气缸容积Vair和剩余气体的气缸容积Vresidual。这些关系能够用于确定操作方案，该方案在以受控自动点火燃烧模式和以火花点火燃烧模式进行的操作之间的任何转换的过程中，使气缸容积中的突然变化最小化，其中所述转换导致了使进气和排气VCP/VLC设备22和24的VLC机构在低升程阀打开位置（低）和高升程阀打开位置（高）之间改变的命令，并且反之亦然。
[0083] 当进气阀和排气阀20和18都以高升程阀打开位置操作并且进气和排气凸轮角（CAMI和CAME）的定相都大于60度时，在进气阀和排气阀20和18之间发生正阀重叠（PVO）。燃烧室16中的剩余气体容积和质量随着进气和排气凸轮角（CAMI和CAME）的定相的增加而增加。
[0084] 当排气VLC/VCP 24的排气VLC机构在高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）之间切换（并且反之亦然）时，只要当排气凸轮角（CAME）的定相等于90度时进气凸轮角（CAMI）的定相等于80度，并且调节进气阀20以高升程阀打开位置操作，那么气缸容积Vair和VEVC不改变。
[0085] 当排气阀18以低升程阀打开位置（低）操作时，能够通过使用排气VLC/VCP 24的排气VCP机构以调节排气凸轮角（CAME）的定相来调节排气阀正时，从而单调地调节对应于排气阀关闭的气缸容积VEVC。
[0086] 当排气阀18以高升程阀打开位置（高）操作时，当排气凸轮角（CAME）的定相大于大约65度时，通过调节进气凸轮角（CAMI）的定相能够单调地调节对应于排气阀关闭的气缸容积VEVC。当排气凸轮角（CAME）的定相接近90度时，在对应于排气阀关闭的气缸容积VEVC的范围上的进气阀正时的控制权限被最大化。
[0087] 当进气阀20以低升程阀打开位置（低）操作时，对应于进气阀关闭的气缸容积VIVC减小，并且因而当进气凸轮角（CAMI）的定相被调节为大于大约45度时容积效率降低。当进气凸轮角（CAMI）小于45度时，对应于进气阀关闭的气缸容积VIVC几乎对进气凸轮角（CAMI）的定相不敏感。
[0088] 当进气阀20以高升程阀打开位置（高）操作时，当进气凸轮角（CAMI）的定相减小到小于45度时，对应于进气阀关闭的气缸容积VIVC开始减小。当进气凸轮角（CAMI）大于45度时，对应于进气阀关闭的气缸容积VIVC对进气凸轮角（CAMI）的定相中的改变几乎不敏感。
[0089] 因而，得到了逻辑序列来在高升程阀打开位置（高）和低升程阀打开位置（低）之间来单独地切换进气VCP/VLC设备22的VLC机构，并且在高升程阀打开位置和低升程阀打开位置之间来单独地切换排气VCP/VLC设备24的VLC机构。与单独地切换VLC机构同时，能够在进气凸轮角（CAMI）的定相权限的范围上调节进气VCP/VLC设备22的VCP机构，并且能够在排气凸轮角（CAME）的定相允许范围上调节排气VCP/VLC设备24的VCP机构。在以发动机10的第一和第二燃烧模式进行操作之间的转换过程中能够发生该操作，在一个实施例中，参照以火花点火燃烧模式进行操作和以受控自动点火燃烧模式进行操作来描述。该操作包括命令将发动机操作从火花点火和受控自动点火燃烧模式中的一个转换到火花点火和受控自动点火燃烧模式中的另一个。
[0090] 在燃烧模式之间进行转换的第一步骤包括：调节进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构，以便将进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相改变到对应于第一进气气缸容积(Vair)和第一剩余气体气缸容积(Vresidual)的位置。对应于第一进气气缸容积和第一剩余气体气缸容积的进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相被优选地选择成：使得进气阀20和排气阀18中的一个的升程幅度（或升程大小）的改变对进气气缸容积和剩余气体气缸容积的影响最小或没有影响，正如能够基于燃烧稳定性来确定的那样。
[0091] 在燃烧模式之间进行转换的第二步骤包括：切换进气和排气VLC/VCP设备22和24中的一个的VLC机构来对应于第二目标燃烧模式改变进气阀20和排气阀18中的一个的升程幅度。
[0092] 在燃烧模式之间进行转换的第三步骤包括：调节进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构来改变进气阀20和排气阀18的定相，从而将进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相改变到对应于第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积的位置。对应于第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积的进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相被优选地选择成：使得进气阀20和排气阀18中另一个的升程幅度的改变对进气气缸容积和剩余气体气缸容积的影响最小或没有影响，正如能够基于燃烧稳定性来确定的那样。
[0093] 在燃烧模式之间进行转换的第四步骤包括：切换进气和排气VLC/VCP设备22和24的另一个的VLC机构，以便对应于第二目标燃烧模式来改变进气阀20和排气阀18中另一个的升程幅度。
[0094] 在燃烧模式之间进行转换的第五步骤包括：调节进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构，以便将进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相改变到对应于在第二燃烧模式中操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积的位置。
[0095] 在一个实施例中，操作状态被限定，以便建立逐步的控制策略来实现发动机10中的燃烧模式转换。该逐步控制策略包括下述步骤：
[0097] S2：当进气和排气VLC/VCP设备22和24的VLC机构被切换至将进气阀20打开至高升程阀打开位置并且将排气阀18打开至低升程阀打开位置时，请求受控自动点火燃烧模式；
[0098] S3：当进气和排气VLC/VCP设备22和24的VLC机构被切换至将进气阀和排气阀20和18两者都打开至低升程阀打开位置时，请求受控自动点火燃烧模式；
[0099] S4：当进气和排气VLC/VCP设备22和24的VLC机构被切换至将进气阀和排气阀20和18两者都打开至低升程阀打开位置时，请求火花点火燃烧模式；
[0100] S5：当进气和排气VLC/VCP设备22和24的VLC机构被切换至将进气阀20打开至高升程阀打开位置并且将排气阀18打开至低升程阀打开位置时，请求火花点火燃烧模式；
[0101] S6：当进气和排气VLC/VCP设备22和24两者的VLC机构都被切换至将进气和排气阀20和18打开在高升程阀打开位置中时，请求火花点火燃烧模式；
[0102] 在SI燃烧模式中，通过校准阀正时使得排气和进气凸轮角（CAME和CAMI）总是分别大于65度和45度，从而实施和上述操作状态对应的控制策略。
[0103] 因而，当在S1操作状态中操作时，调节进气凸轮角（CAMI）的定相以实现期望的新鲜空气气缸容积Vair，并同时将排气凸轮角（CAME）的定相朝向90度移动，在此处，排气阀关闭时的气缸容积VEVC上的进气阀正时的控制权限处于其最大值。由于在受控自动点火燃烧模式中，期望的新鲜空气气缸容积Vair显著地降低，所以排气和进气凸轮角（CAME和CAMI）两者的定相都接近90度。当在接近90度时在低升程阀打开位置中排气阀关闭时的气缸容积VEVC小于在高升程阀打开位置中排气阀关闭时的气缸容积VEVC(LL VEVC < HL VEVC)时，排气VLC/VCP设备24的VLC机构从将排气阀18打开至高升程阀打开位置切换到打开至低升程阀打开位置。
[0104] 因而，当在S2操作状态中操作时，调节排气凸轮角（CAME）的定相以实现新鲜空气气缸容积Vair，并同时将进气凸轮角（CAMI）的定相朝向45度移动，其中，在低升程阀打开位置（LL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC等于在高升程阀打开位置（HL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC。在一个实施例中，在高升程阀打开位置（HL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC对进气阀正时不敏感，直到到达45度时为止。因而，移动进气阀正时不扰乱有效气缸容积。当在高升程阀打开位置（HL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC等于在低升程阀打开位置（LL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC时，进气VLC/VCP设备22的VLC机构从将进气阀20打开至高升程阀打开位置切换到打开至低升程阀打开位置。
[0105] 因而，当在S3操作状态中操作时，排气凸轮角（CAME）的定相被控制以实现期望的新鲜空气气缸容积Vair，并同时将进气凸轮角（CAMI）的定相调节至排气凸轮角（CAME）的定相和45度中的最小的值，从而实现进气阀和排气阀20和18的打开和关闭的定相之间的对称以降低泵送损失。进气凸轮角（CAMI）的定相被限制为低于45度，以避免容积效率的突然下降。
[0106] 因而，当在S4操作状态中操作时，调节排气凸轮角（CAME）的定相以实现期望的新鲜空气气缸容积Vair，并同时将进气凸轮角（CAMI）的定相朝向45度调整。在低升程阀打开位置（LL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC等于在高升程阀打开位置（HL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC。在低升程阀打开位置（LL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC对进气阀正时不敏感，直到到达45度时为止，并且因而，移动进气阀正时不扰乱有效气缸容积。当在低升程阀打开位置（LL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC等于在高升程阀打开位置（HL VIVC）中进气阀关闭时的气缸容积VIVC时，进气VLC/VCP设备22的VLC机构从将进气阀
20打开至低升程阀打开位置切换到打开至高升程阀打开位置。
20打开至低升程阀打开位置切换到打开至高升程阀打开位置。
[0107] 因而，当在S5操作状态中操作时，调节排气凸轮角（CAME）的定相以实现期望的新鲜空气气缸容积Vair，并同时将进气凸轮角（CAMI）的定相朝向90度调整。最终，进气阀和排气阀（CAMI和CAME）两者的定相都接近90度，因为期望的新鲜空气气缸容积Vair在SI燃烧模式中增加。当进气阀和排气阀（CAMI和CAME）的定相都接近90度时，在低升程阀打开位置（LL VEVC）中排气阀关闭时的气缸容积VEVC小于在高升程阀打开位置（HL VEVC）中排气阀关闭时的气缸容积VEVC时，排气VLC/VCP设备24的VLC机构从将排气阀18打开至低升程阀打开位置切换到打开至高升程阀打开位置。
[0108] 因而，当在S6操作状态中操作时，进气凸轮角（CAMI）的定相被控制以实现期望的新鲜空气气缸容积Vair，并同时将排气凸轮角（CAME）的定相缓慢地调节至在火花点火燃烧模式中的校准值，从而使得进气阀20的定相对于排气阀关闭时的气缸容积VEVC具有控制权限。
[0109] 图4图示了使用本文描述的系统执行仿真的结果，该确定和描述了有效气缸容积的仿真包括新鲜空气气缸容积Vair和排气阀关闭时的气缸容积VEVC。点A指示了命令从受控自动点火燃烧模式（HCCI模式）转换至火花点火燃烧模式（SI模式）的时间点。随时间绘制了包括有新鲜空气气缸容积Vair和排气阀关闭时的气缸容积VEVC的有效气缸容积。以对应时间的曲线图的方式示出了排气凸轮角(CAME)的定相和进气凸轮角（CAMI）的定相。
[0110] 初始地，发动机10在受控自动点火燃烧模式（HCCI模式）中操作，其中进气阀和排气阀20和18两者都打开至低升程阀打开位置。
[0111] 在点A，存在转换至火花点火燃烧的命令。这包括执行在燃烧模式间进行转换中的第一步骤。进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构被调节在点A处开始，以便将进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相改变至对应于第一进气气缸容积Vair和第一剩余气体气缸容积Vresidual的位置，其在点B处实现。
[0112] 在点B处，执行在燃烧模式间进行转换的第二步骤，包括切换进气和排气VLC/VCP设备22和24中的一个的VLC机构，以便对应于第二目标燃烧模式来改变进气阀20和排气阀18中一个的升程幅度。对VLC机构中一个进行的切换即时地发生。
[0113] 第三步骤在点B处开始，包括调节进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构，以改变进气阀20和排气阀18的定相，从而将进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相改变至对应于第二进气气缸容积和第二剩余气体气缸容积的位置。在点B和C之间发生对进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构的调节。
[0114] 在点C处，执行在燃烧模式间进行转换的第四步骤，包括切换进气和排气VLC/VCP设备22和24中另一个的VLC机构，以便对应于第二目标燃烧模式来改变进气阀20和排气阀18中另一个的升程幅度。对VLC机构中另一个进行的切换即时地发生。
[0115] 在点Ｃ之后，执行在燃烧模式间进行转换的第五步骤，包括调节进气和排气VLC/VCP设备22和24的VCP机构，以便将进气凸轮角（CAMI）和排气凸轮角（CAME）的定相改变至对应于在第二燃烧模式中进行操作所用的优选进气气缸容积和优选剩余气体气缸容积的位置。该过程被相反地示出，用于从火花点火燃烧模式至受控自动点火燃烧模式的转换，其中转换点为D、E和F。
[0116] 结果指示了：当在燃烧模式转换期间，在低升程阀打开位置和高升程阀打开位置之间切换进气阀和排气阀时，能够以连续方式来控制和改变进气气缸容积Vair和剩余气体气缸容积Vresidual。在仿真中，当燃烧模式从受控自动点火燃烧模式改变到火花点火燃烧模式时，新鲜空气气缸容积Vair增加。在一个实施例中，发动机操作还包括通过控制节气门34的位置来控制进气歧管29中的压力，以便对于优选的新鲜空气气缸容积Vair实现期望气流，正如能够使用等式1确定的那样。
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