控制以压缩点火燃烧模式操作的内燃机操作的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及配置为W均质充气（charge)压缩点火（肥Cl)燃烧模式操作的内燃发 动机。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 已知的火花点燃（SI)发动机将空气-燃料混合物引入每一个气缸中，空气-燃料 混合物在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点燃。已知的压缩-点燃（Cl)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，该加压燃料在喷射时点燃。SI发动 机和CI发动机二者的燃烧都设及由流体力学控制的预混或扩散火焰。
[0004] SI发动机可W不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模 式。SI发动机可配置为在预定速度/载荷操作条件下W均质充气压缩点燃（HCCI)燃烧模 式操作，也被称为受控自动点燃燃烧。HCCI燃烧为分布式无焰动态受控自动点燃燃烧过程， 其中发动机在稀释的空气-燃料混合物下操作，即稀的化学当量空气/燃料点，具有相对低 的燃烧峰值溫度，导致低NOx排放。WHCCI燃烧模式操作的发动机具有在进气阀关闭时间 在组分、溫度和残余排气方面优选均质的气缸充气。均质空气-燃料混合物将形成颗粒物 质的气缸内富燃烧区的发生最小化。 阳0化]发动机气流可通过选择地调整节气阀的位置和进气阀与排气阀的开闭来控制。在 运样配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开闭可能使用可变阀促动系统调整，可变阀 促动系统包括可变凸轮相位和可选择的多级阀升程，例如多级凸轮瓣，其提供两个或多个 阀升程位置。与节气阀位置改变相反，多级阀升程机构的阀位置中的改变是离散级的改变。
[0006] 当发动机WHCCI燃烧模式操作时，发动机在稀或化学当量空气/燃料比率操作下 操作，其中节气阀打开较宽，W最小化发动机累气损失。当发动机WSI燃烧模式操作时，发 动机在化学当量空气/燃料比下或附近操作，其中节气阀在从0%到100%的宽打开位置的 位置范围上被控制，W控制进气空气流，从而实现化学当量空气/燃料比。
[0007] 在W肥CI燃烧模式的发动机操作过程中，燃烧受点火之前的压缩前或过程中气 缸充气气体溫度W及气缸充气的混合物组分影响。已知的W自动点火燃烧模式操作的发动 机使用校准表计入环境和发动机操作条件中的变化，作为总发动机控制方案的一部分。已 知的HCCI发动机控制方案包括使用输入参数进行控制发动机参数的校准，输入参数包括 例如发动机负荷、发动机速度和发动机冷却剂溫度。气缸充气气体溫度可通过经由发动机 阀重叠控制热气体残余W及经由排气再循环控制冷气体残余来影响。气缸充气气体溫度、 压力、组分可受发动机环境因素影响，发动机环境因素包括例如空气溫度、湿度、高度和燃 料参数，例如RVP、含能量和品质。
[0008] 在W肥CI燃烧模式的发动机操作过程中的燃烧可具有燃烧热释放方面的特性， 运可包括相对于活塞位置的燃烧正时。燃烧正时可借助质量燃烧分数来描述，其表示气缸 充气的质量分数的一部分被燃烧时所处的活塞位置。感兴趣的质量燃烧分数包括CA50点 (W相对于TDC的曲柄角的形式），在该点处，积聚的热释放达到气缸充气的总热释放的 50%。
[0009] 空气流控制策略根据所选的燃烧模式改变，需要系统中低速和高速促动器的位置 改变。配备有凸轮相位器和可变阀升程系统（例如两级阀外形切换器）的肥CI发动机， 在SI模式中通过高升程阀外形操作，并且在肥CI模式中通过低升程阀外形操作。运在低 和部分负荷条件下显著降低累气损失。由于发动机在HCCI模式中W宽打开阀位置操作，因 此气缸充入空气经由凸轮相位通过改变进气和排气阀正时并且由此调整进气阀关闭（IVC) 处的有效气缸容积来控制，而在SI模式中气缸充入空气主要使用节气阀来改变进气歧管 压力而控制。与WSI模式和HCCI模式操作相关联的阀外形和正时W及进气歧管压力对于 恒定的发动机负荷非常不同，提高了可注意到的扭矩偏差W及相关联的驾驶性惩罚的可能 性，缺乏适当的发动机控制策略来缓解运样的扭矩偏差。
【发明内容】
[0010] 内燃发动机配置为W均质充气压缩点火燃烧模式和采用进气阀延迟关闭的火花 点火燃烧模式操作。用于操作内燃发动机的方法包括确定从前一发动机循环再引入燃烧室 中的残余气体量，W及基于从前一发动机循环再引入到燃烧室中的残余气体量确定捕集在 燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量。基于捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的 新鲜空气量控制用于当前发动机循环的对气缸的燃料供给。
[0011] 根据本发明的一个方面，一种用于在W均质充气燃烧模式操作和W采用进气阀延 迟关闭的火花点燃燃烧模式操作之间的转变过程中操作内燃发动机的方法，所述方法包 括：
[0012] 确定从前一发动机循环再引入到燃烧室中的残余气体量；
[0013] 基于从前一发动机循环再引入到燃烧室中的残余气体量，确定捕集在燃烧室中用 于当前发动机循环的新鲜空气量；和
[0014] 通过控制器，基于捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量，控制用于 当前发动机循环的对气缸的发动机燃料供给。
[0015] 优选地，其中，W采用进气阀延迟关闭的火花点燃燃烧模式操作内燃发动机包括 在进气阀于下止点度DC)之后关闭的情况下操作内燃发动机，并且其中，确定从前一发动 机循环再引入到燃烧室中的残余气体量包括：确定在进气阀于BDC之后关闭的情况下被推 回到燃烧室的进气端口中的残余气体量，和确定来自前一发动机循环的被捕集在燃烧室中 的残余气体量。
[0016] 优选地，其中，确定在进气阀于BDC之后关闭的情况下被推回到燃烧室的进气端 口中的残余气体量和确定来自前一发动机循环的被捕集在燃烧室中的残余气体的量包 括：
[0017] 当排气阀和进气阀不重叠时，确定在排气阀关闭时的气缸容积；和
[0018] 根据W下公式确定在连续的发动机循环上被推回到进气端口中的残余气体体 积：
，：
[0020] 其中
[0021] Vevc是排气阀关闭时的气缸容积，
[0022] 化es是被推回到进气端口中的残余气体体积，
[0023] k表示当前发动机循环，
[0024] k+1表示下一发动机循环， 阳0对 V。是余隙容积，
[0026] Vd是气缸排量，并且
[0027] Vive是进气阀关闭时的气缸容积。
[0028] 优选地，方法进一步包括确定在前一发动机循环过程中被推回到进气端口中的燃 料量，并且
[0029] 其中基于捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量控制对气缸的发动 机燃料供给包括：基于捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量和在前一发动机 循环过程中被推回到进气端口中的燃料量控制用于当前发动机循环的对气缸的发动机燃 料供给。
[0030] 优选地，其中，确定前一发动机循环过程中被推回到进气端口中的燃料量包括根 据W下公式确定在前一发动机循环过程中被推回到进气端口中的燃料量：
W巧其中
[0033]Hif是喷射到气缸中的燃料质量，
[0034] Wf是被推回到进气端口中的燃料量， 阳0对 V。是余隙容积，
[0036] Vd是气缸排量，
[0037]Vivc是进气阀关闭时的气缸容积，
[0038] k表示当前发动机循环，并且
[0039]k+1表示下一发动机循环。
[0040] 根据本发明的另一个方面，一种用于在W均质充气燃烧模式操作和W采用进气阀 延迟关闭的火花点燃燃烧模式操作之间的转变过程中操作内燃发动机的方法，所述方法包 括：
[0041] 确定从前一发动机循环再引入到燃烧室中的残余气体量；
[0042] 确定在前一发动机循环过程中推回到进气端口中的燃料量；和
[0043] 通过控制器，基于捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量和在前一发 动机循环过程中被推回到进气端口中的燃料量，控制用于当前发动机循环的对气缸的发动 机燃料供给。
[0044] 优选地，其中，确定前一发动机循环过程中被推回到进气端口中的燃料量包括根 据W下公式确定在前一发动机循环过程中被推回到进气端口中的燃料量：
[0046] 其中
[0047] nif是喷射到气缸中的燃料质量， W48] 是被推回到进气端口中的燃料量， W例 V。是余隙容积，
[0050] Vd是气缸排量，
[0051] Vive是进气阀关闭时的气缸容积，
[0052] k表示当前发动机循环，并且
[0053] k+1表示下一发动机循环。
[0054] 根据本发明的另一方面，一种多气缸直喷四冲程内燃发动机，包括： 阳化5] 进气阀，操作地连接到进气凸轮轴，用于控制进入每一个燃烧室中的空气流；
[0056] 排气阀，操作地连接到排气凸轮轴，用于控制来自每一个燃烧室的排气流；
[0057] 进气可变凸轮相位调整和可变升程控制装置；
[0058] 排气可变凸轮相位调整和可变升程控制装置；
[0059] 所述发动机，配置为W进气阀延迟关闭化IVC)模式操作，包括W高升程进气阀曲 线控制所述进气可变凸轮相位调整和可变升程控制装置，并且切换为使得，在下止点之后 当发动机W火花点燃燃烧模式操作时，进气阀关闭；和
[0060] 控制器，在W均质充气燃烧模式操作发动机和W采用进气阀延迟关闭的火花点燃 燃烧模式操作发动机之间的转变过程中执行一控制例程，方法包括：