專利名稱：控制自動點燃燃燒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在汽油直噴式受控自動點燃燃燒發(fā)動機中在輕負荷下和在過渡運轉(zhuǎn)期間控制自動點燃燃燒過程的方法。
背景技術(shù)：
為了改進汽油內(nèi)燃機的熱效率，已知可用空氣或再循環(huán)的廢氣進行稀釋燃燒來得到提高的熱效率和低的NOx排放物。但由于緩慢燃燒而造成的熄火和燃燒不穩(wěn)定，發(fā)動機能用稀釋混合燃料來運轉(zhuǎn)的范圍是有限度的。已知用來擴展稀釋限度的方法包括1)通過增強點燃和燃料制備來改進混合燃料的點燃能力；2)引入充量的運動和擾動來提高火焰的速率；及3)在受控自動點燃燃燒的條件下運轉(zhuǎn)發(fā)動機。
受控自動點燃燃燒過程有時被稱為均勻充量壓縮點燃(Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI)過程。在這過程中，燃后氣體、空氣和燃料被造成混合物，而在壓縮時混合物內(nèi)的許多發(fā)火點同時開始自動點燃，造成非常穩(wěn)定的功率輸出和高的熱效率。燃燒被高度稀釋并均勻分布到整個充量內(nèi)。因此燃后氣體的溫度和從而的NOx排放物比傳統(tǒng)的以傳播火焰前沿為基礎(chǔ)的火花點燃發(fā)動機和以輔助的擴散火焰(attached diffusion flame)為基礎(chǔ)的柴油發(fā)動機都要低得多。在火花點燃的和柴油的發(fā)動機中，在混合燃料內(nèi)燃后氣體的溫度是高度不均勻的，具有很高的局部溫度，由此造成高的NOx排放。
在使用傳統(tǒng)壓縮比的兩沖程汽油發(fā)動機中，在受控自動點燃燃燒下運轉(zhuǎn)發(fā)動機曾成功地證實。人們確信，這是由于從上一循環(huán)留下來的大部分燃后氣體，即在兩沖程發(fā)動機燃燒室內(nèi)的殘留物提供高的混合燃料溫度所致，而這是在高度稀釋的混合燃料內(nèi)促進自動點燃所必需的。
在具有傳統(tǒng)閥門設(shè)施的四沖程發(fā)動機中，由于殘留物含量低，在部分載荷下的受控自動點燃燃燒就難以實現(xiàn)。在低載荷和部分載荷下引發(fā)自動點燃的已知方法包括1)將吸入空氣加熱；2)采用可變的壓縮比；及3)在汽油中摻入自動點燃范圍比汽油寬的燃料。在所有上述方法中，能夠做到受控自動點燃燃燒的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和載荷的范圍是比較窄的。
在四沖程汽油發(fā)動機中使用具有非傳統(tǒng)的閥門設(shè)施的可變的閥門驅(qū)動曾被證實可使發(fā)動機在受控自動點燃燃燒的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。下面是兩種這樣的閥門對策，即廢氣再壓縮閥門對策和廢氣再吸閥門對策的說明。采用任一種閥門對策都要高比例地保留以前燃燒循環(huán)中的殘余燃燒產(chǎn)物以便為高度稀釋的混合燃料提供自動點燃所必需的條件。
一種這樣的閥門對策為廢氣再壓縮閥門對策。有一四沖程內(nèi)燃機曾公開說它可提供自動點燃，辦法是控制燃燒室上進氣閥和排氣閥的運動以便確保燃料/空氣的充量與燃后氣體的混合能產(chǎn)生適合自動點燃的條件。具體點說，該發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時使用機械方式凸輪驅(qū)動的排氣閥，該閥在排氣沖程中被關(guān)閉得比正常的四沖程發(fā)動機早以便截獲燃后氣體使與吸入的燃料和空氣混合物作隨后的混合。
另外，在一相似的運轉(zhuǎn)四沖程發(fā)動機的方法曾被公開，其中燃燒至少部分是由自動點燃過程完成。燃料/空氣充量和燃后氣體的流動由液壓控制的閥門設(shè)施調(diào)節(jié)為的是在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生適合自動點燃操作的條件。
使用的閥門設(shè)施包括一個控制燃料/空氣混合物從進入通道流動到燃燒室內(nèi)的進氣閥和一個控制排出的燃后氣體從燃燒室流動到排出通道的排氣閥。該排氣閥在膨脹沖程內(nèi)下止點之前約10到15度就開啟(EVO)，并在排氣沖程內(nèi)上死點之前90到45度的范圍內(nèi)關(guān)閉(EVC)。該進氣閥在四沖程循環(huán)內(nèi)的開啟(IVO)比通常在正常四沖程發(fā)動機內(nèi)的開啟晚，即在進氣沖程上死點之后45到90度的范圍內(nèi)。
排氣閥的早關(guān)閉和進氣閥的晚開啟形成一個負的閥門重疊周期(EVC-IVO)，在該周期內(nèi)排氣閥和進氣閥都被關(guān)閉以便截獲然后氣體使它后來在進氣沖程內(nèi)與引入的燃料/空氣充量混合，從而促進自動點燃過程。該進氣閥然后在壓縮沖程內(nèi)下死點之后約30度關(guān)閉(IVC)。這個過程一般被稱為廢氣再壓縮閥門對策。
有一相似的運轉(zhuǎn)直接噴射汽油四沖程內(nèi)燃機的方法曾被公開，其中燃燒至少部分是由自動點燃過程完成的?？諝夂腿己髿怏w的流動由液壓控制的閥門設(shè)施調(diào)節(jié)如上所述。燃料被一汽油噴射器直接所提供到燃燒室內(nèi)。據(jù)說該汽油噴射器是在單個發(fā)動機循環(huán)內(nèi)進行進氣沖程或隨后的壓縮沖程時噴射燃料的。
另外，已公開了一種運轉(zhuǎn)四沖程內(nèi)燃機的系統(tǒng)和方法，其中部分載荷的運轉(zhuǎn)是由自動點燃過程完成的?？諝夂腿己髿怏w的流動與上述相似由機械的(單一凸輪的相位偏移或兩個凸輪之間的偏移)或電磁的閥門設(shè)施調(diào)節(jié)。自動點燃過程的控制根據(jù)預定運轉(zhuǎn)參數(shù)的大小被劃分成三個模式。該運轉(zhuǎn)參數(shù)為發(fā)動機載荷或發(fā)動機速率的指標。這三個自動點燃模式為汽油重組自動點燃模式、自動點燃充量分層燃燒模式和自動點燃充量均勻燃燒模式。
在以部分低載荷運轉(zhuǎn)時可選用汽油重組自動點燃模式，這時第一次噴射燃料是在所說負的閥門重疊周期，目的是要產(chǎn)生數(shù)量足夠的化學反應以便促進燃料空氣混合物的自動點燃，這個燃料空氣混合物是在隨后的壓縮沖程內(nèi)由第二次燃料噴射產(chǎn)生的。第一次噴射的燃料數(shù)量據(jù)稱或是恒定或是與發(fā)動機載荷成反比。但相應的噴射定時據(jù)稱隨著發(fā)動機載荷的增加或是連續(xù)地延遲或是保持恒定。在以部分中載荷運轉(zhuǎn)時可以選用自動點燃充量分層燃燒模式，這時在壓縮沖程內(nèi)的燃料噴射支撐著自動點燃，噴射定時隨著發(fā)動機載荷的增加而提前。在以部分高載荷運轉(zhuǎn)時，可以選用自動點燃充量均勻燃燒模式，這時在進氣沖程內(nèi)的燃燒噴射支撐著自動點燃，噴射定時據(jù)稱在發(fā)動機載荷變化時維持不變。
我們曾論證過一種運轉(zhuǎn)直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機的對策，該對策是在從低載荷到中載荷的條件下加強對自動點燃的控制。空氣和燃后氣體的流動都被調(diào)節(jié)，與上面所述相似，或是用電動液壓控制的閥門設(shè)施(充分柔性的閥門驅(qū)動)，或是用機械地控制的閥門設(shè)施(單一凸輪的相位偏移或兩個不同凸輪之間的偏移)。該閥門設(shè)施被用來與一個在單一發(fā)動機循環(huán)內(nèi)具有多次噴射能力的汽油直接噴射器連結(jié)。燃料噴射的定時和燃料分開的比例，如果需要，可用電子控制。為了最佳地控制燃燒的相位從而控制發(fā)動機的功效，對不同的發(fā)動機載荷需要有不同的負的閥門重疊周期和不同的噴射對策。
自動點燃過程的控制從低載荷中載荷被劃分成三個階段。實驗證實，為了在整個所說載荷范圍內(nèi)維持最佳的自動點燃相位，所說負的閥門重疊周期須隨發(fā)動機載荷的減少而增加。另外，在以部分低載荷運轉(zhuǎn)時(階段1)，先在所說負的閥門重疊周期第一次噴射一定數(shù)量的燃料，目的是要產(chǎn)生足夠數(shù)量和比燃料更具活性的化學品以促進燃料/空氣混合物的自動點燃，而該燃料/空氣混合物是在隨后的壓縮沖程內(nèi)由第二次燃料噴射產(chǎn)生的。隨著發(fā)動機載荷的增加，第一次噴射的噴射定時連續(xù)地延遲而第二次噴射的噴射定時連續(xù)地提前。在以部分中載荷運轉(zhuǎn)時(階段2)，第一次燃料噴射是在所說負的閥門重疊周期，緊接著在隨后的進氣沖程內(nèi)進行第二次燃料噴射來支持自動點燃。兩次噴射的最佳間隔約為30到60度曲柄角。隨著發(fā)動機載荷的增加，兩次噴射的噴射定時都連續(xù)地延遲。在以部分高載荷運轉(zhuǎn)時(階段3)，在進氣沖程內(nèi)作單一的燃料噴射就可支持自動點燃。這種方法已被證明是有效的，能夠擴展直接噴射汽油的四沖程自動點燃發(fā)動機的載荷范圍，使用的是傳統(tǒng)的壓縮比。
第二種閥門對策為廢氣再吸閥門對策。已公開一種運轉(zhuǎn)四沖程內(nèi)燃機的方法，其中燃燒至少部分是由自動點燃過程完成的。燃料/空氣充量和燃后氣體的流動都由液壓控制的閥門設(shè)施調(diào)節(jié)為的是在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生適合于自動點燃操作的條件。所用閥門設(shè)施包括一個控制燃料/空氣混合物從進入通道流動到燃燒室內(nèi)的進氣閥和一個控制排出的燃后氣體從燃燒室流動到排出通道的排氣閥。在同一四沖程循環(huán)內(nèi)的兩個分開的周期內(nèi)該排氣閥被開啟。第一周期的開啟是讓燃后氣體得以從燃燒室排出。第二周期的開啟是讓以前從燃燒室排出的燃后氣體被引回到燃燒室內(nèi)。在每一個四沖程循環(huán)內(nèi)排氣閥的兩次開啟給燃燒室內(nèi)的自動點燃創(chuàng)造必要的條件。這種方法一般被稱為廢氣再吸閥門對策。
我們曾論證過一種運轉(zhuǎn)直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機的方法，該方法能在發(fā)動機低載荷的條件下擴大控制自動點燃過程的能力。在該方法中，采用兩次開啟排氣閥和一次開啟進氣閥的閥門對策與在單個發(fā)動機循環(huán)內(nèi)是具有多次噴射能力的汽油直接噴射器被結(jié)合使用。進氣和排氣閥門設(shè)施均用液壓控制。由于合適地選擇第一次開啟事件中的排氣閥的關(guān)閉定時及第二次開啟事件中的進氣閥和排氣閥的開啟定時，能夠產(chǎn)生不同程度的氣缸內(nèi)真空。較高的氣缸內(nèi)真空在進氣閥關(guān)閉時可導致充量溫度增加并可使受控自動點燃燃燒發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性改善。
發(fā)動機的燃燒穩(wěn)定性還可用智能分開噴射的對策來改善，該對策的特點是每一發(fā)動機循環(huán)有兩次噴射。第一次噴射事件是在進氣沖程早期將每一循環(huán)內(nèi)噴射燃料總量的10-30％所提供到燃燒室內(nèi)，而第二次噴射事件是在壓縮沖程后期所提供其余的燃料。每一次噴射事件的噴射定時和燃料分開的比例均用電子控制。為了最佳地控制燃燒相位和發(fā)動機效能，在發(fā)動機載荷不同的條件下需要有水平不同的氣缸內(nèi)真空和分開噴射對策。上述兩方面的說明都曾被證實可以有效地擴展直接噴射汽油的四沖程自動點燃發(fā)動機在低載荷上的界限。
我們還曾論證一種運轉(zhuǎn)直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機的對策，該對策在從低載荷到中載荷的條件下加強對自動點燃的控制?？諝夂腿己髿怏w的流動均被調(diào)節(jié)，或者用與上述相似的電動液壓控制閥門設(shè)施(充分柔性的閥門驅(qū)動)，或者用與上述相似的機械方式控制的閥門設(shè)施(單一凸輪的相位偏移或兩不同凸輪之間的偏移)。與上述相似，閥門設(shè)施和在一個發(fā)動機循環(huán)內(nèi)具有多次噴射能力的汽油直接噴射器被結(jié)合使用。燃料噴射的定時和燃料分開的比例如果需要，均用電子控制。為了最佳地控制燃燒相位和發(fā)動機效能，在發(fā)動機載荷不同的條件下，需要有水平不同的氣缸內(nèi)真空和噴射對策。從部分載荷的由低到高，自動點燃過程的控制被劃分成兩個階段。
實驗證實，為了在整個載荷范圍內(nèi)維持最佳的自動點燃相位，所需的氣缸內(nèi)真空應隨著發(fā)動機載荷的增加而減少。另外，在以部分低載荷運轉(zhuǎn)時在進氣沖程早期的占噴射燃料總量10-30％的第一次噴射可以使隨后在壓縮沖程內(nèi)第二次噴射所產(chǎn)生的燃料/空氣混合物的自動點燃得到促進。為了避免排放過多的煙霧，隨著發(fā)動機載荷的增加，須連續(xù)地調(diào)整噴射定時將第一次噴射延遲而將第二次噴射提前。在以部分中到高的載荷運轉(zhuǎn)時，在進氣沖程作一次燃料噴射就可支持自動點燃。為了避免排放過多煙霧，當發(fā)動機載荷增加時噴射定時須延遲。在使用傳統(tǒng)壓縮比的直接噴射汽油的四沖程自動點燃發(fā)動機中，上述方法曾被證實能有效地擴展載荷范圍。
上面的說明描繪出我們在以實際的速率和載荷的范圍及穩(wěn)定的狀態(tài)運轉(zhuǎn)直接噴射的受控自動點燃燃燒發(fā)動機時所使用的方法。為了成功地使HCCI發(fā)動機過渡運轉(zhuǎn)，重要的是要會使用火花、噴射和閥門定時以外的控制參數(shù)。例如，在給定的噴射和閥門對策下，所提供的空氣-燃料比會大大影響受控自動點燃燃燒。因此，在汽油直接噴射的受控自動點燃燃燒發(fā)動機內(nèi)需要控制空氣-燃料比。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明提供一種在進氣歧管壓力和燃料供給率都恒定的條件下、在汽油直接噴射的受控自動點燃燃燒發(fā)動機內(nèi)控制空氣-燃料比的方法。在一個實施例中，有一流量控制閥被用在每個氣缸兩個進氣閥的進氣通道的一個分支上。當前在分層充量的汽油直接噴射發(fā)動機內(nèi)用來控制氣缸內(nèi)空氣運動的渦流控制閥可被使用作為這個流量控制閥。發(fā)動機可用廢氣再壓縮閥門對策或廢氣再吸閥門對策運轉(zhuǎn)。流量控制閥設(shè)定的變化對被吸入到氣缸內(nèi)新鮮充量的數(shù)量從而對所提供的空氣-燃料比有很深的影響。流量控制閥控制空氣-燃料比的效果隨閥門對策和發(fā)動機速率而不同。具體地說，在固定的進氣歧管的壓力下對所有閥門對策而言，關(guān)閉流量控制閥造成所提供較低的空氣-燃料比，而且減少率隨著發(fā)動機速率的增加而增加。另外，在使用廢氣再吸對策時，空氣-燃料比的減少顯著比使用廢氣再壓縮對策多得多。
在另一個實施例中，假定在該發(fā)動機內(nèi)有一個可工作的可變閥門驅(qū)動系統(tǒng)，就可用它來實現(xiàn)可變的閥門升程控制。發(fā)動機可用廢氣再壓縮閥門對策或廢氣再吸閥門對策運轉(zhuǎn)。閥門升程控制空氣-燃料比的效果隨發(fā)動機速率和用于受控自動點燃燃燒的閥門對策而變。一般地說，所提供的空氣-燃料比隨著閥門升程的減少而減少。閥門升程控制空氣-燃料比的效果隨著發(fā)動機速率的增加而增加。具體地說，就廢氣再壓縮對策而言，在固定的進氣歧管的壓力下，所提供的空氣-燃料比只是隨著排氣閥升程的減少而減少。采用廢氣再壓縮對策時，進氣閥升程對所提供的空氣-燃料比沒有影響。但就廢氣再吸對策而言，排氣閥升程對所提供的空氣-燃料比沒有影響，所提供的空氣-燃料比只是受進氣閥升程的影響。
本發(fā)明的這些和那些特點和優(yōu)點在閱讀下面結(jié)合附圖對本發(fā)明某些實施例所作說明后當可較充分地了解。
附圖的簡要說明

圖1A為按照本發(fā)明的單氣缸直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機的略圖；圖1B為圖1A中發(fā)動機的頂視略圖；圖2為隨著曲柄角而變的閥門升程的曲線圖。試驗對象為一四沖程內(nèi)燃機(轉(zhuǎn)速1875rpm/載荷85KPa NMEP)的排氣閥和進氣閥。使用手段為充分柔性的閥門驅(qū)動(FFVA)系統(tǒng)。使用對策為廢氣再壓縮閥門對策。
圖3為隨著曲柄角而變的閥門升程曲線圖。試驗對象為一四沖程內(nèi)燃機(轉(zhuǎn)速1875rpm/載荷85KPa NMEP)的排氣閥和進氣閥。使用手段為FFVA系統(tǒng)。使用對策為廢氣再吸閥門對策。
圖4為隨著流量控制閥的設(shè)定而變的空氣-燃料比的曲線圖。試驗對象為一直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機(轉(zhuǎn)速800和1875rpm)。使用對策為按照本發(fā)明的廢氣再壓縮閥門對策或廢氣再吸閥門對策。
圖5為隨著閥門升程峰值而變的空氣-燃料比的曲線圖。試驗對象為一直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機(轉(zhuǎn)速1000rpm)。使用對策為按照本發(fā)明的廢氣再壓縮閥門對策。
圖6為隨著閥門升程峰值而變的空氣燃燒比的曲線圖。試驗對象為一直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機(轉(zhuǎn)速1000rpm)。使用對策為按照本發(fā)明的廢氣再吸閥門對策。
優(yōu)選實施例說明為了簡單起見，下面的說明將以本發(fā)明用于一臺單氣缸直接噴射汽油的四沖程內(nèi)燃機為例，但應知道本發(fā)明也可用于多氣缸四沖程內(nèi)燃機上。
圖1A為一單氣缸直接噴射的四沖程內(nèi)燃機10的略圖。其中，活塞12可在氣缸14內(nèi)移動，并與氣缸14形成一個體積可變的燃燒室16。有一進氣通道18將空氣供到燃燒室16內(nèi)?？諝獾牧鞯饺紵?6內(nèi)由進氣閥20控制。然后氣體可從燃燒室16通過排氣通道22流出，然后氣體通過排氣通道22的流出由排氣閥24控制。
如圖1A所示本發(fā)明的發(fā)動機有一用液壓控制的閥門系列和一個可編程并用液壓控制進氣閥20和排氣閥24的開啟和關(guān)閉的電子控制器26。該電子控制器關(guān)注由兩個位置傳感器28和30測得的進氣閥20和排氣閥24的位置并控制這兩閥的移動。該電子控制器26還關(guān)注由旋轉(zhuǎn)傳感器32測得的發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的相位，該旋轉(zhuǎn)傳感器32被連接到內(nèi)燃機的曲軸34上，而該曲軸34被連桿36連接到在氣缸14內(nèi)往復移動的活塞12上。
有一被電子控制器26控制的汽油直接噴射器38被用來將燃料直接噴射到燃燒室16內(nèi)。還有一個也被電子控制器26控制的火花塞40被用來增強發(fā)動機對其載荷范圍的點火定時控制。雖然上述簡單發(fā)動機在受控自動點燃燃燒的條件下運轉(zhuǎn)時并不需要火花塞，但曾經(jīng)證明使用火花塞來補充自動點燃過程是合適的，特別是在起動的時候。而且曾經(jīng)證明最好只是在部分載荷/低速的運轉(zhuǎn)條件下依靠自動點燃，在高載荷/高速運轉(zhuǎn)的條件下還要使用電火花點火。
圖1A所示發(fā)動機還包括一個流量控制閥42，該流量控制閥42位在進氣通道18內(nèi)，并且在如圖1B所示每個氣缸設(shè)計有兩個進氣閥時可位在進氣通道18的進氣通道的一個分支內(nèi)。該流量控制閥42可以是任何形式的控制閥。例如現(xiàn)有的渦流控制閥，以前在分層充量汽油直接噴射的發(fā)動機中被用來控制氣缸內(nèi)空氣的運動，現(xiàn)在就可用來證實本發(fā)明的效果。
按照廢氣再壓縮對策對進氣閥20和排氣24的移動的控制在圖2中示出。這是在一受控自動點燃的發(fā)動機上進行的，該發(fā)動機在1875rpm和85KPa NMEP的條件下運轉(zhuǎn)并使用充分柔性的閥門驅(qū)動(FFVA)系統(tǒng)。在圖2中，用實線示出的排氣閥24在膨脹沖程內(nèi)下死點之前約30度時開啟，并在排氣沖程內(nèi)上死點之前約90度時關(guān)閉。虛線所示進氣閥20在發(fā)動機循環(huán)中的開啟時間比正常的火花點火的發(fā)動機晚，是在進氣沖程內(nèi)上死點之后約90度時。排氣閥的早關(guān)閉和進氣閥的晚開啟提供一個排氣閥24和進氣閥20都關(guān)閉的負的閥門疊接時期有利于截獲燃后氣體使它在以后與進氣沖程引入的燃料/空氣充量混合，從而促進自動點燃過程。進氣閥在壓縮沖程內(nèi)下死點之后約30度時關(guān)閉。
按照廢氣再吸閥門對策對進氣閥20和排氣閥24的移動的控制在圖3中示出，這是在一受控自動點燃的發(fā)動機上進行的，該發(fā)動機在1875rpm和85KPa NMEP的條件下運轉(zhuǎn)并使用FFVA系統(tǒng)。在圖3中，用實線示出的排出閥在曲軸34旋轉(zhuǎn)720度即一個發(fā)動機循環(huán)時被開啟兩次。在第一開啟周期，燃后氣體被迫從燃燒室16流向排氣通道22。在第二開啟周期，在空氣或燃料空氣充量從進氣通道18被引入到燃燒室16內(nèi)的同時，以前排出的燃后氣體又從排氣通道22被引回到燃燒室16內(nèi)。這樣，燃后氣體和空氣或燃料/空氣充量的混合即可完成，從而為自動點燃創(chuàng)造正確條件。
燃后氣體、空氣及預先混合或直接噴射的燃料的混合物的自動點燃發(fā)生在壓縮沖程內(nèi)所說混合物被壓縮以后。該混合物的燃燒使氣體隨后在膨脹沖程內(nèi)膨脹，四沖程循環(huán)于是重新開始。具體地說，在上面給出的發(fā)動機的運轉(zhuǎn)條件下，排氣閥24在一發(fā)動機循環(huán)中第一次被開啟是在膨脹沖程結(jié)束的下死點之后約20度時，然后在接近排氣沖程終端時第一次被關(guān)閉。用虛線示出的進氣閥20和排氣閥24在排氣沖程結(jié)束后約80度時都被開啟，并在進氣沖程結(jié)束后約30度時都被關(guān)閉。
本發(fā)明在一個實施例中控制空氣-燃料比的方法是應用圖1a和1b示出的流量控制閥。圖4示出通過試驗觀察到的隨著流量控制閥設(shè)定的不同而發(fā)生的空氣-燃料比的變化。試驗在汽油直接噴射的受控自動點燃燃燒的發(fā)動機上進行，該發(fā)動機采用廢氣再壓縮或廢氣再吸的閥門對策，在85KPa NMEP的載荷和800或1875rpm的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。流量控制閥設(shè)定為30度時相當完全關(guān)閉的位置，而90度時相當完全開啟的位置，在這兩者之間則為部分開啟位置。圖4指出1)不管使用什么閥門對策，空氣-燃料比對流量控制閥在800rpm的設(shè)定(帶有實體三角的實線和虛線)是不敏感的；2)使用廢熱再壓縮(帶有實體方塊的線)和廢氣再吸(帶有空心方塊的線)的閥門對策，空氣-燃料比對流量控制閥在1875rpm的設(shè)定都是敏感的；及3)隨著流量控制閥的設(shè)定從90度(完全開啟)減少到30度(完全關(guān)閉)，空氣-燃料比量減少的趨勢。這個減少在發(fā)動機使用廢氣再吸對策運轉(zhuǎn)時(從46降到33)比使用廢氣再壓縮對策時(從28降到25)顯然要多得多。
本發(fā)明在另一個實施例中控制空氣-燃料比的方法是應用可變的閥門升程，前提是假定備有可變的閥門驅(qū)動系統(tǒng)。使用閥門升程來控制空氣-燃料比隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和用來控制自動點燃的閥門對策而變。一般地說，所提供的空氣-燃料比隨著閥門升程的減少而減少。使用閥門升程來控制空氣-燃料比的效果隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速的增加而增加。具體地說，圖5示出，在使用廢氣再壓縮閥門對策時，所提供的空氣-燃料比只是隨著排氣閥升程(帶有實體方塊的線)的減少對所提供的空氣-燃料比沒有影響。但在使用廢氣再吸的對策時(見圖6)，排氣閥升程(帶實體三角的線)對所提供的空氣-燃料比沒有影響，后者只是受進氣閥升程(帶實體方塊的線)的影響。
雖然在上例中應用閥門升程，但用閥門延長開啟也可同等有效。另外，雖然在上例中閥門是用電動液壓驅(qū)動，但它們也可用機械方式或使用電磁力的電工方式驅(qū)動。
雖然本發(fā)明已就某些較優(yōu)的實施例說明，但應知道，在本發(fā)明所說概念的精神和范圍內(nèi)是可以作出許多變化的。因此本發(fā)明應不受所說實施例的限制，它應擁有權(quán)利要求允許的全部范圍。
權(quán)利要求
1.一種在四沖程直噴式受控自動點燃燃燒汽油發(fā)動機內(nèi)控制空氣-燃料比的方法，該發(fā)動機具有至少一個直接噴射燃料的氣缸，并一個與一曲柄連接而往復移動并限定一可變?nèi)莘e燃燒室的活塞，該燃燒室包括至少一個控制與空氣進氣道連通的進氣閥和至少一個控制與廢氣排氣道連通的排氣閥，該方法包括如下步驟在曲柄旋轉(zhuǎn)兩周期間，以兩對相繼的膨脹沖程和壓縮沖程運轉(zhuǎn)該發(fā)動機，所說曲柄旋轉(zhuǎn)兩周限定一燃燒循環(huán)；利用一個可變閥門驅(qū)動系統(tǒng)來可變地驅(qū)動該進氣閥和排氣閥；及調(diào)節(jié)進入該燃燒室的空氣和燃后氣體的流量；通過這個流量的調(diào)節(jié)改變?nèi)紵覂?nèi)最終的空氣-燃料比；所說閥門驅(qū)動系統(tǒng)可用來以廢氣再壓縮閥或廢氣再吸閥門對策操作該進氣閥和排氣閥，任何一種閥對策都改變該氣缸內(nèi)的空氣燃燒比；及任一種閥門對策都使一部分從先前的燃燒循環(huán)中燃余的氣體剩留在氣缸內(nèi)，以便為該空氣-燃料混合物的自動點燃提供必需的條件。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于包括下列步驟在每一氣缸的進氣道內(nèi)設(shè)置一個流量控制閥；及在完全開啟位置和完全關(guān)閉位置之間調(diào)節(jié)該流量控制閥；在進氣閥開啟后膨脹沖程的進氣部分期間，流量控制閥的調(diào)節(jié)改變被引入到該氣缸內(nèi)的新鮮空氣充量的數(shù)量，從而改變在該燃燒室內(nèi)的最終空氣燃燒比。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于所說發(fā)動機每個氣缸包括兩個進氣閥，并且所說發(fā)動機的進氣閥包括兩個進氣道，每一個閥門控制與進氣道之一的連通；在每一氣缸的進氣道內(nèi)提供流量控制閥的步驟包括在所說進氣道的流道之一內(nèi)提供一流量控制閥。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用可變閥門驅(qū)動系統(tǒng)的步驟包括利用所說閥門驅(qū)動系統(tǒng)來改變該進氣閥或排氣閥的升程；改變進氣閥或排氣閥的升程改變了燃燒室內(nèi)的最終空氣-燃料比。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于改變進氣閥或排氣閥升程的步驟包括在1mm至8mm之間改變該升程。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用可變閥門升程系統(tǒng)的步驟包括利用電動液壓控制閥門系統(tǒng)。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用可變閥門驅(qū)動系統(tǒng)的步驟包括利用一個機械控制閥門的系統(tǒng)。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征在于該空氣-燃料比之值被控制在14.6和46之間。
全文摘要
一種在四沖程汽油直接噴射的受控自動點燃燃燒發(fā)動機內(nèi)控制自動點燃的方法被公開。該發(fā)動機在曲柄旋轉(zhuǎn)兩周形成一個燃燒循環(huán)時以兩對相繼的膨脹沖程和壓縮沖程運轉(zhuǎn)。有一系統(tǒng)被用來改變進氣閥和排氣閥的驅(qū)動并調(diào)節(jié)進入燃燒室的空氣和燃后氣體的流量。調(diào)節(jié)流量影響在燃燒室內(nèi)造成的空氣－燃料比。該閥門驅(qū)動系統(tǒng)用來操作進氣閥和排氣閥使它們執(zhí)行廢氣再壓縮或廢氣再吸的閥門對策。任何一種閥門對策都會影響氣缸內(nèi)的空氣－燃料比，并使從以前燃燒循環(huán)中來的一定比例的燃后氣體保留在氣缸內(nèi)以便為空氣燃料混合物的自動點燃提供必要的條件。
文檔編號F02M25/07GK1997816SQ200580023530
公開日2007年7月11日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者郭棠煒, J·A·恩, B·L·布朗 申請人:通用汽車公司