專利名稱：渦輪增壓式內燃機及其運行方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及渦輪增壓式內燃機及其運行方法。更具體地，本發(fā)
明涉;^表征渦輪增壓器的增壓壓力的值滿足預定指標的情況下以不同的 模式運行這種發(fā)動機的方法。
背景技術：
內燃機以;sui動機^作方法的復雜性持續(xù)增加，幾乎每天都會^>布在 設計和操作中的創(chuàng)新。近年iM艮多i殳計變革背后的一個驅動力是日益嚴格 的糸Mi要求。 一種改進排放質量的常規(guī)方法涉及在發(fā)動機下游對燃燒產物 的處理。換句話說，經由用于除去或減少不合乎要求的成分的多種化學和/ 或物理方法來處理由發(fā)動機產生的排氣。其它發(fā)動M發(fā)者更關注燃燒過 程自身。已發(fā)現(xiàn)對燃料噴射的量、頻率、定時甚至是噴射樣式種類的控制 都對發(fā)動機排放的具有不同的作用。工程師們特別關心的是日益嚴格的涉 及對通稱為"NOx"的各種氮氧化物的排放限制的政府要求。
已經發(fā)現(xiàn)，在內燃機氣缸中在點火前使燃料與空氣預先混合會有助于
降低發(fā)動機排氣中的NOx水平。特別地，現(xiàn)有技術中已知一種"均勻充氣"
點火的方法。在壓燃式發(fā)動機中，這種方法廣泛地稱作"Hccr 。在均 勻充氣模式中，可在發(fā)動機循環(huán)過程中在氣缸M會觸發(fā)壓燃的點之前將 燃料噴射到壓燃式發(fā)動機的氣缸中。這與更慣常的方法不同，該方法中在 發(fā)動機的循環(huán)過程中在上止點附近或在其它情況下在會產生壓燃的點才噴
射燃料。換句話說，在HCCI模式中，不，料在離開燃料噴射器的端部
時進行大致連續(xù)地燃燒，而是燃料可在自燃條件之前噴射，因此，隨著活 塞在氣缸中向上行進，燃料與空氣具有較多的時間混合。均勻充氣運行通常對內燃機的外界和內部的各種運行狀況較為敏感。 例如，環(huán)境溫度和壓力以及在發(fā)動機循環(huán)中自燃條件的正時，會影響發(fā)動 機在均勻充氣模式中順利工作的能力。這種發(fā)動機通常連接有渦輪增壓器， 這為發(fā)動機的順利的、可預測的工作帶來了各種其它的困難.
特別地，因為HCCI操作較為高效地將燃料能量轉換為機械能，所以 對于給定的供燃燒的燃料量，在HCCI操作過程中渦輪增壓器的增壓壓力 會較低。在給定的氣缸中，(HCCI操作)相對于常規(guī)操作將較多的燃燒 能量轉換為活塞運動的機械能。因此，以熱和氣壓的形式傳遞到排氣系統(tǒng) 的能量較少，結果渦輪增壓器的速度小于可從常規(guī)操作得到的速度。在發(fā) 動機以HCCI模式向其有效功率范圍的較低部分一例如低負荷或怠速一工 作的情況下，這種現(xiàn)象特別明顯。
雖然HCCI操作的提高的效率具有多種優(yōu)點，但在HCCI模式中所噴 射的燃料通常較均勻地點燃，在很多情況下產生比具有相同燃料量的常規(guī) 點燃高的峰值(peak)氣缸壓力和氣缸壓力尖峰脈沖(spike)。當功率要 求以及相應的所噴射的燃料量增加時，發(fā)動機會達到一點，在該點處HCCI 產生的作用于發(fā)動機上的物理應力有損壞發(fā)動初^更件的危險。
在這種情況下，通常通過在高空燃比下工作或通過向燃燒混合物中添 加稀釋劑一例如排氣一來實現(xiàn)對氣缸壓力升高率以及峰值氣缸壓力的控 制。然而，在很多情況下都發(fā)現(xiàn)這些方法在控制由HCCI操作引起的氣缸 壓力方面效率較低。
授予zur Loye等人的美國專利No. 6，561，157 z〉開了 一種具有多個工作 模式的渦輪增壓型內燃機。雖然zur Loye的系統(tǒng)能夠切換模式以滿足各種 發(fā)動機工作要求及條件，但該系統(tǒng)利用要求較復雜的硬件和電子控制器雙 燃料系統(tǒng)(dual-fuel system )。
本發(fā)明針對前述的問題或缺點中的一個或多個。

發(fā)明內容
一方面，本發(fā)明提供了一種運行(操作)內燃機的方法，該內燃機包括至少一個氣缸，所述氣缸具有至少部分地設置在其中的燃料噴射器。該
方法包括以下步驟以第一模式運行發(fā)動機，該第一模式包括在給定的發(fā) 動機循環(huán)中，在形成自燃條件(狀況)的時刻之前，將燃料混合物(fuel charge)噴射到所述至少一個氣缸中；以及確定^與發(fā)動;M目聯(lián)的渦輪 增壓器的增壓壓力的值。該方法還包括以下步驟在所確定的值滿足預定 指標的情況下，選擇性地以第二模式運行發(fā)動機，該第二模式包括在至少
所述至少一個氣缸中。
另一方面，本發(fā)明提供一種內燃發(fā)動機(內燃機)，該內燃發(fā)動機包 括具有至少一個氣缸的發(fā)動機殼體。在所述至少一個氣釭內至少部分地設
置有燃料噴射器。該內燃機還包括渦輪增壓器以及用于確定表征渦輪增壓 器的增壓壓力的值的裝置。還i殳置有與所述渦輪增壓器和用于確定的裝置
相聯(lián)的電子控制器。該電子控制器包括其上記錄有控制算法的計算機可讀 介質。所述控制算法包括用于以第一模式運行發(fā)動機的措施(means)， 該第 一模式包括在所述至少 一個氣缸內形成自燃條件的時刻之前將燃料噴 射到所述至少一個氣缸中。該控制算法還包括在所確定的值滿足預定指 標的情況下，選擇性地以第二模式運行發(fā)動機的措施，該第二模式包括在 所述至少 一個氣缸內形成自燃條件的時刻之后將燃料噴射到所述的至少一 個氣缸中。
又一個方面，本發(fā)明提供一種物品，所述物品包括其上記錄有控制算
法的計算機可讀介質。所述控制算法包括用于確定表征內燃機中渦輪增壓 器的增壓壓力的值的方法，該內燃機包括至少一個氣缸，所述至少一個氣 缸具有至少部分地設置在其內的燃料噴射器。所述控制算法還包括用于在 所確定的值高于預定閾值的情況下，以均勻充氣模式運行所述發(fā)動機的第 一措施；和用于在所確定的值低于預定閾值的情況下，選擇性地以均勻充 氣模式與常規(guī)模式相混合的模式運行發(fā)動機的第二措施。


圖1是根據本發(fā)明的內燃機的概略性側視圖； 圖2是圖1的內燃機的一部分的部分剖開的側視圖; 圖3是示出根據本發(fā)明的控制程序的流程圖；和 圖4是示出根據本發(fā)明的另 一控制程序的流程圖。
具體實施方式
參照圖1，其示出根據本發(fā)明的發(fā)動機IO。發(fā)動機IO包括在其中設置 有至少一個氣缸20—例如多個氣缸一的發(fā)動機殼體12。發(fā)動機10可以還 包括至少部分地設置在氣缸20內并且可以常規(guī)方式在該氣缸內往復運動 的活塞14。活塞桿16以常規(guī)方式連接活塞14與曲軸18。可設置加壓燃料 源一該燃料例如是餾出的柴油燃料一或泵40，并且經由共用油軌42和供 給通路46使所述燃料源或泵與多個燃料噴射器50流體地連接。發(fā)動機10 通常包括各具有相應的燃料噴射器的多個氣釭，然而，為清晰起見，本說 明書主要涉及單個氣缸20和燃料噴射器50。雖然可想到，在一個實施例 中，發(fā)動機10是共用油軌式柴油發(fā)動機，但也可想到其它實施例，例如具 有一個或多個與相應燃料噴射器相聯(lián)的單元泵的發(fā)動機，或使用其它類型 的燃料例如氣態(tài)烴燃料的發(fā)動機。發(fā)動機殼體12可以還與進氣歧管71、 排氣歧管72和渦輪增壓器90相聯(lián)。電子控制器30。在圖l所示的實施例中，電子控制器30經由通信線路81 與一組IMt者控制器80通信。電子控制器30還可以與暴露于氣缸20的流 體壓力下的壓力傳感器36通信。例如，壓力傳感器36可至少部分地設置 在氣釭20內并且經由通信線路37與電子控制器30相連接?？上氲狡渲袃H 一個氣缸包括與之關聯(lián)的壓力傳感器的實施例，以及其中多于一個的或所 有的發(fā)動機氣缸連接有壓力傳感器的實施例。壓力傳感器36可以是現(xiàn)有技 術中公知的各種壓力傳感器中的任一種，例如，具有被來自氣缸20的流體 壓力偏轉的膜片的壓阻式傳感器。發(fā)動機10可以還包括至少部分地設置在排氣歧管72內或者設置在排氣系統(tǒng)中其它位置的溫度傳感器94，該溫度傳感器94經由通信線路95與 電子控制器30通信。渦輪增壓器軸速傳感器92可與渦輪增壓器90相連接， 并且經由另一通信線路93與電子控制器30通信?？梢赃€設置暴露于進氣 歧管71的流體壓力下的進氣歧管壓力傳感器98，該進氣歧管壓力傳感器 98經由又一通信線路99與電子控制器30通信。發(fā)動機10可以還包括經 由通信線路17與電子控制器30相連接的曲軸轉角傳感器15。另夕卜，發(fā)動 機10可以還包括經由又一通信線路33與電子控制器30相連的速度和/或 負荷傳感器31。還參照圖2，電子控制器30可以還經由另一通信線路51與各燃料噴 射器50控制通信。各燃料噴射器50可以是至少部分地設置在氣缸20內的 常規(guī)燃料噴射器或混合模式燃料噴射器。在現(xiàn)有技術中已知各種合適的混 合模式燃料噴射器。從授予Shafer等人的美國專利No. 6,725,838已知一種 示例性的混合模式燃料噴射器。另一種合適的混合模式燃料噴射器是噴射 器50，該噴射器50的一部分在圖2中示出。噴射器50可以是雙同心止擋式燃料噴射器(雙同心單向式燃料噴射 器)，該噴射器包括第一或外部止擋(check) 52以及第二或內部止擋62。 外部止擋52可包括可用于通過分別離開或移向第一閥座56來打開或關閉 第一組噴孔58的第一閥部件54。另外，內部止擋62可包括可用于通過分 別離開或移向第二閥座66來打開或關閉與第 一組噴孔58不同的第二組噴 孔68的第二閥部件64?？刂崎y組件70可與燃料噴射器50和電子控制器 30相連接以控制外部止擋52和內部止擋62的打開和關閉。在一個可想到 的實施例中，電子控制器30可用于選擇性地打開第一止擋52和第二止擋 62之一或兩者以通過所需要的相應噴孔組來噴射燃料。如此處所述，電子 控制器30還可用于在給定的發(fā)動機循環(huán)過程中在選定的時刻指令各噴射。第一組噴孔58可以包拾沒置成相對于氣缸20的軸線Z成第一平均射 束角a的多個噴孔。第二組噴孔68可以包括與第一組58不同的多個噴孔， 該噴孔設置成相對于軸線Z成大于第一平均射束角a的第二平均射束角e。 噴孔58限定燃料噴射器50的第一噴流樣式，而噴孔68限定燃料噴射器50的不同的第二噴流樣式?？上氲剑浻审室唤M噴孔58的燃料噴射可主 要用于均勻充氣模式或HCCI操作，而經由第二組68的燃料噴射可主要 用于常規(guī)擴散燃燒操作。例如，在對一次噴射需要較大的燃料噴射量的情 況下，可進行經由第一組58和第二組68的同時噴射。如此處所述，在相 同的發(fā)動機循環(huán)期間，可選擇性地采用均勻充氣模式與常恥漠式相混合的 或順序進行的^Mt。本領域的技術人員會意識到，在不背離本發(fā)明的范圍 的情況下，可采用其它裝置來提供不同的噴流樣式。例如，并不是利用具 有不同平均射束角的分離的噴孔組，而是利用具有不同尺寸或不同數(shù)量的 孔組來提供燃料噴射器50的多于一種的有效噴流樣式。另夕卜，也可采用僅具有一種噴流樣式的常規(guī)燃料噴射器。本發(fā)明還提供一種運行內燃機10的方法，該內燃機10包括至少一個 氣缸20,所述氣釭20具有至少部分地設置于其中的燃料噴射器，例如混 合模式噴射器50。本方法主要目的在于提高渦輪增壓器的增壓壓力從而控 制由HCCI燃燒過程形成的氣缸壓力和壓力尖峰脈沖。在某些情況下，由 渦輪增壓器90供給至氣缸20的加壓空氣會具有限制氣缸壓力尖峰脈沖和 峰值氣缸壓力的作用。 一般認為這至少部分是由于燃燒期間主要用作惰性 吸熱物的空氣成分，使得被加壓的氣缸填充空氣具有高于未被加壓的外界 空氣的熱容量。這樣可將HCCI燃燒的增加速率(rise rate)和峰值氣釭 壓力保持在可接受的水平。如此處所述，填充空氣中的剩余的未燃燒的氧 氣可用于隨后的常規(guī)燃燒過程。本方法可包括以下步驟，以第一模式運行發(fā)動機IO,該第一模式包括 在給定的發(fā)動機循環(huán)中在形成自燃條件的時刻之前，將燃料混合物噴射到 所述至少一個氣缸20中。第一運行模式中的燃料混合物噴射可包括以下步 驟經由燃料噴射器50的第一噴流樣式，例如由第一組噴孔58限定的 HCCI噴流樣式，將燃料混合物噴射到氣缸20中。噴射燃料混合物的步驟 可還包括在給定的發(fā)動機循環(huán)期間，在對應的活塞14處于上止點位置的時 刻之前噴射燃料混合物。第 一運行模式可以是純HCCI模式。本方法還可包括確定表征渦輪增壓器卯的增壓壓力的值的步驟。如這里所采用的，術語"表征……的值(表征值)"應當理解為是指對所關注的^:或特征進行直接測量以及估計和/或推斷，和對與所關注的^lfc或特 征有已知關系的其它M或特征進行間接測量兩種情況。 一種用于確定表 征增壓壓力的值的措施可以經由可用于確定進氣歧管71中的氣體壓力的進氣歧管壓力傳感器98進行，另 一種用于確定增壓壓力的^值的措施是 溫度傳感器94。因為渦輪增壓器的速度以及由此增壓壓力通常與發(fā)動機的 排氣溫度相關，所以排氣溫度是允許對所關注的特征進行間接地確定/估計 的值的示例。又一種用于確定增壓壓力的^值的措施是經由速度傳感器 92進行。已知渦輪增壓器軸速與增壓壓力相關，這樣可通過測量渦輪增壓 器軸速來確定增壓壓力的表征值。本方法還可包括在所確定的增壓壓力的表征值滿足預定指標的情況 下，選擇性地以第二模式運行發(fā)動機10的步驟，該第二模式包括在至少一 個隨后的發(fā)動機循環(huán)中，在形成自燃條件的時刻之后將燃料混合物噴射到 氣缸20中。例如，在所確定的值低于預定閾值，即增壓壓力過低的情況下， 以第二模式運行。以第二模式運行還可包括在至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán) 中，在形成自燃條件的時刻之前噴射另外的燃料混合物。換句話說，第二 運行模式可包括在同一發(fā)動機循環(huán)中具有HCCI和常規(guī)噴射二者的混合模 式。如此處所述，當以第二模式的混合模式運行時，可設想在同一發(fā)動機 循環(huán)期間通常產生第一和第二燃料混合物的噴射，然而，也可在相繼的或 交替的發(fā)動機循環(huán)中產生常規(guī)噴射和HCCI噴射從而增加渦輪增壓器90 的速度，由此增加該渦輪增壓器90的增壓壓力。這樣，第二模式的混合模式運行實施例可包括，在一個或多個隨后的 發(fā)動機循環(huán)中，分別在自燃條件之前和之后進行第一和第二噴射。第一燃 料混合物的噴射可以是經由噴射器50的第一噴流樣式的HCCI噴射，而 第二燃料混合物的噴射可以是經由噴射器50的第二噴流樣式的常規(guī)型噴 射。還可設想，在給定的發(fā)動機循環(huán)期間，可在活塞14已到達上止點位置 時或到達上止點位置之后進行第二燃料混合物的噴射。換句話說，可在氣 缸20中最初形成自燃條件的時刻之后進行第二燃料混合物的噴射。如內燃機中的任何燃燒過程，通過燃燒第二、常規(guī)燃料混合物產生的燃燒能量的一部分不會在氣缸20內被轉換成機械能。在氣缸20內燃燒之 后，以排出氣缸20的燃燒產物的和可能甚至是未燃氣體的壓力和溫度的形 式殘留的能量中的一些，可在渦輪增壓器90中以常規(guī)方式轉換成的M 能。在通常的情況下，在氣缸20內最初形成自燃M之后的較大的延時會 允許較大部分的有效燃燒能量被傳送到渦輪增壓器90。因此，第二燃料混合物噴射的正時可至少部分地取決于需要傳送到渦 輪增壓器卯的有效燃燒能量的相對比例的大小。在需要較為快速地增加渦 輪增壓器的速度并由此增加增壓壓力的情況下，在給定的發(fā)動機循環(huán)中， 可在較晚的時間點進行第二燃料混合物的噴射。可調節(jié)在自燃條件的形成 與第二燃料混合物噴射的正時之間的延時，從而改變在氣缸20中轉換成機械能的燃燒能量與在渦輪增壓器90中轉換成W^能的燃燒能量的相對比 例。如常規(guī)壓燃運行中常見的，在需要較為緩慢地增加渦輪增壓器速度的 情況下，可在給定的發(fā)動機循環(huán)中較早地，例如，緊鄰形成自燃條件之前 或與形成自燃條件基本同時地，進行第二噴射。本領域技術人員^i人識到，第二運行模式中的常規(guī)噴射的相對正時會 影響發(fā)動機10的排放質量。例如，可在給定的發(fā)動機循環(huán)中較晚地噴射燃 料，這雖然相對于較早的常規(guī)噴射通常獲得更多的可由渦輪增壓器90利用 的排氣能量，但會增加來自發(fā)動機10的各種不合乎要求的排放的比例。在第二燃料混合物中噴射的燃料量也可根據需要在渦輪增壓器90處 利用的燃燒能量的量而改變?？芍辽俨糠值鼗谒_定的增壓壓力的*^征 值來選擇這種預定燃料量。例如，在增壓壓力較低的情況下，會需要在至 少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中，對每個第二燃料混合物噴射較大量的燃料。 在增壓壓力較高，但仍滿足預定指標例如低于預定閾值的情況下，會需要 對每個第二燃料混合物噴射較少量的燃料。在本領域中所公知，至少在考慮特定的排放物時，常MJC動M行通 常會獲得比HCCI差的排放質量。因此，在第二噴射中對較大的燃料噴射 量的需要會取決于發(fā)動機10所要求的或允許的排放曲線圖。相似地，如此處所述的，第二噴射的相對正時會影響排放曲線圖，并且設計者/操作者可 平衡不同的因素從而實現(xiàn)特定的運行策略。還可想到，根據本發(fā)明的選擇性地以第二模式運行將主要用于發(fā)動機10處在功率輸出范圍中較低部分的情況。在發(fā)動機10以較高速度或負荷 運行時，例如，渦輪增壓器90通常會提供足夠的增壓壓力從而可實現(xiàn)以純 HCCI模式運行。電子控制器30可包括其上記錄有控制算法的計算機可讀介質，諸如 RAM、 ROM或其它介質?？刂扑惴砂ㄓ糜卺槍CCI操作以第一模 式運行發(fā)動機10的措施，例如，包括在氣缸20內形成自燃條件的時刻之 前，經由混合模式燃料噴射器50的第一噴流樣式將燃料噴射到氣釭20中。 如此處所述，控制算法還可包括在所確定的增壓壓力表征值滿足預定指標 的情況下，選擇性地以第二模式運行發(fā)動機10的措施，例如包括在氣缸 20內形成自燃條件的時刻之后經由混合模式燃料噴射器50的第二噴流樣 式將燃料噴射到氣缸20中。在一個可想到的實施例中，控制算法還可包括用于確定表征渦輪增壓 器90的增壓壓力的值的措施。這種實施例的控制算法可還包括用于以常規(guī) 模式運行發(fā)動機10的第一措施，和用于在所確定的值滿足預定指標的情況 下，以混合的均勻充氣和常恥漠式運行發(fā)動機10的第二措施。該控制算法還可包括用于在特定的發(fā)動機循環(huán)期間，確定表征發(fā)動機 10的曲軸轉角的值的措施。用于選擇性地以第二模式運行發(fā)動機10的措 施可包括用于在至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)期間，在預定的曲軸轉角范圍 之前的時刻，例如對應于自燃條件之前的一時刻，噴射第一或HCCI燃料 混合物的措施。用于選擇性地以第二模式運行發(fā)動機10的措施還可包括用 于在至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中，在預定的曲軸轉角范圍之后的時刻， 例如對應于自燃條件已經產生之后的一時刻，噴射第二或常規(guī)燃料混合物 的措施。該控制算法還可包括含有至少 一個曲線圖的開環(huán)控制算法。所確定的 增壓壓力本身可用作用于開始以第二模式運行的觸發(fā)器。關于增壓壓力的其它變量也可以觸發(fā)以第二模式的操作。例如，在渦輪增壓器軸速低于特 定的閾值，或處于預定的范圍內的情況下，會需要經由第二運行模式的補 充的常規(guī)噴射，而發(fā)動M行會從第一運行模式轉換到第二運行模式。相似地，在發(fā)動機10的功率輸出低于特定閾值的情況下，會要求以第二模式運行。排氣溫度或功率要求也可用作需要較高增壓壓力的標志.第二、常 規(guī)噴射的噴射壓力、持續(xù)時間或正時中的任一個都可相對于具體增壓壓力、 排氣溫度等制成曲線圖。可基于試驗室測試設備、計算機建模等來制成這 些曲線圖。所述的至少一個曲線圖可包括查圖表、神經網絡等。控制算法還可以是閉環(huán)控制算法，例如，包括對應于氣缸20的氣缸壓 力和/或氣釭壓力變化率的反饋項。在這種實施例中，電子控制器30可監(jiān) 控氣釭壓力和/或氣釭壓力變化率。在氣缸壓力達到預定閾值和/或預定的對 一個給定的發(fā)動機循環(huán)的最大希望升高速率的情況下，電子控制器30可選 擇性地開始以第二模式運行，在至少 一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中指令常規(guī)燃 料噴射從而提高增壓壓力。電子控制器30可持續(xù)地監(jiān)控氣缸壓力特征，使 得對每次發(fā)動機循環(huán)的常規(guī)噴射會持續(xù)必要的時間，從而使氣缸壓力返回 可接受的水平，或使氣缸壓力保持在可接受的范圍內。工業(yè)適用性可想到，本發(fā)明的方法適用于發(fā)動機10處于有效功率輸出范圍中較低 部分的情況。當以純HCCI模式(第一模式)在較低的功率水平運行時， 來自渦輪增壓器90的增壓壓力會不足以允許(發(fā)動機)在不存在過高的氣 缸壓力和氣釭壓力尖峰脈沖危及發(fā)動機硬件的危險的情況下運行。如此處 所述，因為相比于常規(guī)噴射，純HCCI操作所噴射的燃料通常經歷較冷的 燃燒以及較為iStil地點燃、較完全地燃燒、將較大比例的燃燒能量轉化為 活塞14的枳械能，所以純HCCI ^Mt通常產生較少的用于渦輪增壓器90 的可用排氣能量。因此，可利用第二運行模式，例如對于每個發(fā)動機循環(huán) 使用HCCI噴射和常規(guī)噴射兩者，以便提供附加的排氣能量來使渦輪增壓 器卯"加快旋轉"，直到該渦輪增壓器卯提供合乎要求的增壓壓力。如此處所述，在給定的發(fā)動機循環(huán)中可以與HCCI噴射協(xié)調地利用常規(guī)噴射， 但也可單獨地利用常規(guī)運行，直到渦輪增壓器卯提供所要求的增壓壓力。 按照本發(fā)明，同一氣缸可能在相繼的發(fā)動才城環(huán)中在純HCCI模式和常規(guī) 模式之間交替以提高增壓壓力。本方法適用于發(fā)動機10持續(xù)地工作在其有效功率輸出范圍中較低部分的情況，以;sjc動機io的功率輸出在較低的負 荷范圍中增加的情況。轉到圖3，其示出根據本發(fā)明的示例性控制程序，該控制程序以流程 圖100示出。該程序起始于開始(START),即框IIO。從框IIO,程序 可進行到框120，其中發(fā)動機10以其第一模式運行，例如通過在給定的發(fā) 動機循環(huán)中經由混合模式噴射器50的第一噴流樣式噴射燃料混合物。已知 經由第一噴流樣式的噴射可經由第一組噴孔58以使燃料,皮較深地引入氣 缸20中，而不是被引向氣缸壁。如上所述，在第一模式中的各噴射可以是 在氣釭20內形成自燃條件的時間點之前，例如在活塞14達到上止點位置 的點之前，產生的HCCI噴射。從框120程序可進行到框130，其中可確定所述的增壓壓力的表征值。 如上所述，可測量、估計或推斷多個參數(shù)中的任意參數(shù)來確定目標值。電 子控制器30可例如經由傳感器98確定進氣歧管空氣壓力。從框130程序 可進行到框140,其中電子控制器30可確定該表征值是否低于預定闊值。 該預定閾值可表示適于確保氣缸壓力和氣缸壓力尖峰脈沖保持在發(fā)動機 IO所適應的限制內的增壓壓力。在未達到閾值的情況下，采用第二模式， 與HCCI噴射合作地或單獨地應用常規(guī)噴射使渦輪增壓器90加快旋轉。在增壓壓力不低于預定閥值的情況下，電子控制器30可判定出補充的 常規(guī)燃料噴射是不必要的，程序可進行到框160，即結束(FINISH)。在 程序從框140直接進行到框160的情況下，由于可判定發(fā)動機10工作在功 率輸出范圍內，或在高于一預定的功率輸出閾值一在該閾值處可不采取常 規(guī)噴射而提供足夠的增壓壓力一的情況下，所以用于在各模式間切換的控 制邏輯;故禁用。用于切換^^模式的控制邏輯的禁用也可制成直接關于功率 輸出的圖。然而，在發(fā)動機10返回到有效功率輸出范圍的較低部分的情況下，或在增壓壓力返回低于預定閾值的情況下，如果需要可再次起動該控 制邏輯從而采用第二模式。當在框140中，所確定的值低于預定閾值的情況下，程序進行到框150， 其中發(fā)動機10將以第二模式運行，電子控制器30可發(fā)指令，以在至少一 個隨后的發(fā)動機循環(huán)中經由噴射器50的笫二噴流樣式，或在至少一個l^ 的發(fā)動機循環(huán)中經由第 一噴流樣式和第二噴流樣式二者，來噴射燃料混合 物。如此處所述，流程圖IOO所示的控制程序可以是開環(huán)控制程序。因此， 笫二模式中燃料噴射的正時、持續(xù)時間、噴射壓力等可制成關于在框103 中確定的增壓壓力表征值的曲線圖。轉到圖4,其示出流程圖200,該^^圖示出#^據本發(fā)明的另一示例性 控制程序。如此處所述，圖4所示的程序可包括閉環(huán)控制程序。該程序起 始于框210，即開始(START)，然后進行到框220，其中電子控制器30 以第一模式運行發(fā)動機10，并且發(fā)指令以在給定的發(fā)動機循環(huán)中經由噴射 器50的第一噴流樣式噴射燃料混合物。如此處所述，從框220程序可進行 到框230，其中可確定增壓壓力的表征值。從框230程序可進行到框240， 其中電子控制器30可以判定所述值是否低于預定閾值。如果判定為否，則 程序直接進行到結束(FINISH)，即框280。如此處所述，如果在框240處，增壓壓力的44￡值低于預定閾值，則 程序進行到框250，其中電子控制器30可以以第二模式運行發(fā)動機10，并 且發(fā)指令以便在至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中經由噴射器50的第二噴流 樣式噴射補充的燃料混合物。從框250程序可進行到框260，其中電子控 制器30可確定氣缸20中的氣缸壓力和氣缸壓力變化率中至少一個的^ 值。從框260程序可進行到框270，其中電子控制器30可判定所確定的值 是否低于預定閾值。如果判定為否，則程序可從框270返回框250。如果 判定為是，則程序可進行到框280,即結束(FINISH)。流程圖200示出的程序允許電子控制器30例如利用第二運行模式中的 補充的常規(guī)燃料噴射來監(jiān)控氣缸壓力和氣釭壓力升高率，從而確保不會超 過硬件限制。這樣，控制邏輯將以閉環(huán)運行，其中電子控制器30指令常規(guī)噴射，直到使氣缸壓力和壓力尖峰脈沖處于要求的界限內，只要發(fā)動機IO處于需要所述的補充的常規(guī)噴射來提供合適的增壓壓力的功率范圍內就會 持續(xù)地進行操作。i^呈圖200的程序還提供以下優(yōu)點，即在不需要采取過多的常MJMt來確保避免對系統(tǒng)的損害的情況下，允許HCCI產生發(fā)動機10的功率要 求中盡可能多的部分。換句話說，通過閉環(huán)運行，在由HCCI運行提供發(fā) 動機10的功率要求中盡可能多的部分的情況下，可利用常規(guī)燃料噴射的量 或頻率來使氣缸壓力保持受控制。 一旦使氣缸壓力處于可控制的界限內， 就中止常規(guī)噴射。本說明書僅用于示例的目的，而不應當被解釋成以任何方式來限制本 發(fā)明的范圍。因此，本領域技術人員會意識到，在不背離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下，可對當前公開的實施例做出各種不同的變型。例如，雖然 流程圖100和200的程序設計成確定增壓壓力的表征值，但也可單獨地利 用氣釭壓力來確定何時需要更多的增壓壓力。因此，可認為氣缸壓力是增 壓壓力的"表征值，，。這種策略可在閉環(huán)或開環(huán)設計中實施。另外，雖然混合模式噴射器提供了可行的實施策略，M據本發(fā)明也 可應用常規(guī)噴射器。在這種實施例中，第一運行模式會包括在自燃條件之 前的燃料噴射，而第二運行模式可包括在給定的發(fā)動機循環(huán)中，混合的自 燃前和自燃后的噴射，或僅在自燃條件之后的噴射。另外，雖然在本文中說明的增壓壓力^^iE值的預定指標是低于預定的 閾值，但也可設想其它指標，例如在預定范圍內的值。例如，在特別低的 功率水平，即使以純HCCI運行，所噴射的燃料量也不會大到足以引起對于損害發(fā)動M件的顧慮。然而， 一旦功率要求和燃料噴射量增加，則在 渦輪增壓壓力足以影響氣缸壓力的點之前會產生發(fā)動機硬件損壞的危險。因此，在增壓壓力的表征值處于預定范圍內的情況下，可選擇性地應用第 二運行模式。通過對附圖和所附的權利要求的進一步分析，(本文明的) 其它方面、特征和優(yōu)點將顯而易見。
權利要求
1.一種運行內燃發(fā)動機(10)的方法，該內燃發(fā)動機包括至少一個氣缸(20)，所述氣缸(20)具有至少部分地設置在其內的燃料噴射器(50)，所述方法包括以下步驟以第一模式運行發(fā)動機(10)，該第一模式包括在給定的發(fā)動機循環(huán)中在形成自燃條件的時刻之前將燃料混合物噴射到所述至少一個氣缸(20)中；確定與發(fā)動機(10)聯(lián)接的渦輪增壓器(90)的增壓壓力的表征值；以及在所確定的值滿足預定指標的情況下，選擇性地以第二模式運行發(fā)動機(10)，該第二模式包括在至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中在形成自燃條件的時刻之后將燃料混合物噴射到所述至少一個氣缸(20)中。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述選擇性地以第二模 式運行發(fā)動機(10)的步驟包括經由燃料噴射器(50)的第一噴流樣式將第一燃料混合物噴射到所述 至少一個氣缸(20)中；和經由燃料噴射器(50)的與第一噴流樣式不同的第二噴流樣式將第二 燃料混合物噴射到所述至少一個氣缸(20)中。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述選擇性地以第二模 式運行發(fā)動機(10)的步驟包括在所確定的增壓壓力的表征值低于預定 閾值的情況下，以所i^漠式運行發(fā)動機(10)。
4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述選擇性地以第二模 式運行發(fā)動機(10)的步驟包括在所述至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中在 第一時刻噴射第一燃料混合物，以及在所述至少一個隨后的發(fā)動機循環(huán)中 在第二、較晚時刻，噴射少于所述第一燃料混合物的第二燃料混合物。
5. 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述選擇性地以第二模 式運行發(fā)動機(10)的步驟包括在發(fā)動機(10)處于有效功率范圍的較低部分的情況下，選擇性地以所述第二模式運行發(fā)動機(10)。
6. —種內燃發(fā)動機(10)，包括 包括至少一個氣缸(20)的發(fā)動機殼體(12); 至少部分地設置在所述至少一個氣缸(20)內的燃料噴射器(50); 渦輪增壓器(卯)；用于確定所述渦輪增壓器(90)的增壓壓力的表征值的裝置；以及 與所述渦輪增壓器(90)和所述用于確定的裝置聯(lián)接的電子控制器 (30)，所述電子控制器(30)包括其上記錄有控制算法的計算機可讀介 質，所述控制算法包括用于以第一模式運行發(fā)動機(10)的措施，該第一 模式包括在所述至少一個氣釭(20)內形成自燃條件的時刻之前將燃料噴 射到所述至少一個氣缸(20)中，該控制算法還包括用于在所確定的值滿 足預定指標的情況下選擇性地以第二模式運行發(fā)動機(10)的措施，該第 二模式包括在所述至少一個氣缸(20)中形成自燃條件的時刻之后將燃料 噴射到所述至少一個氣釭(20)中。
7. 如權利要求6所述的內燃發(fā)動機(10 )，其特征在于，所述用于 選擇性地以第二模式運行發(fā)動機(10)的措施包括到所述至少一個氣缸(20)中的第一措施；和到所述至少一個氣缸(20)中的第二措施；所述燃料噴射器(50)是混合模式燃料噴射器，包括設置成相對于所 述至少一個氣缸(20)的軸線成第一平均射束角并限定第一噴流樣式的第 一組噴孔(58)，以及設置成相對于所述軸線成大于所述第一平均射束角 的第二平均射束角并限定第二噴流樣式的第二組噴孔；所述第一措施包括用于經由所述第一噴流樣式噴射燃料的措施；和 所述第二措施包括用于經由所述第二噴流樣式噴射燃料的措施。
8.如權利要求6所述的內燃發(fā)動機(10 )，其特征在于，所述控制 算法包括開環(huán)控制算法，該開環(huán)控制算法包含至少一個曲線圖。
9. 如權利要求6所述的內燃發(fā)動機(10)，其特征在于，還包括 用于確定表征所述至少一個氣釭(20)的氣釭壓力和氣釭壓力變化率中至少一個的值的措施；其中，所述控制算法包括閉環(huán)控制算法，所述閉環(huán)控制算法包括與所 確定的表征所述氣釭壓力和氣缸壓力變化率中至少一個的值相對應的反饋 項。
10. —種物品，包括其上記錄有控制算法的計算機可讀介質，所述控制算法包括用于確定 表征內燃機(10)中的渦輪增壓器(90)的增壓壓力的值的措施，該內燃 機(10)包括至少一個氣釭(20),所述氣缸(20)帶有至少部分地設置 在其內的燃料噴射器(50)，所述控制算法還包括用于在所確定的值高 于預定閾值的情況下，以均勻充氣模式運行所述發(fā)動機(10 )的第一措施； 和用于在所確定的值低于預定閾值的情況下，選擇性地以均勻充氣模式與 常恥溪式相混合的模式運行所述發(fā)動機(10)的第二措施。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種渦輪增壓式內燃機(10)及其運行方法。該方法包括以第一模式運行發(fā)動機(10)，其中在自燃條件之前將燃料噴射到該發(fā)動機(10)的至少一個氣缸(20)中。本方法還包括選擇性地以第二模式運行發(fā)動機(10)，該第二模式包括在表征渦輪增壓器的增壓壓力的值滿足預定指標例如增壓壓力過低的情況下，在自燃條件之后噴射燃料。本發(fā)明的內燃機(10)包括一種物品，該物品具有其上記錄有控制算法的計算機可讀介質。該控制算法包括用于以均勻充氣模式運行發(fā)動機(10)的第一措施，和用于在所確定的表征渦輪增壓器的增壓壓力的值滿足預定指標的情況下，以均勻充氣模式與常規(guī)模式相混合的模式選擇性地運行發(fā)動機(10)的第二措施。
文檔編號F02D41/30GK101258315SQ200680032924
公開日2008年9月3日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權日2005年8月8日
發(fā)明者A·C·羅德曼, C·A·布朗, R·L·厄文 申請人:卡特彼勒公司