專利名稱：用于控制內(nèi)燃機(jī)的燃燒模式過(guò)渡的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，且更具體地涉及控制內(nèi)燃機(jī)的操作。
背景技術(shù)：
該部分的內(nèi)容僅提供與本發(fā)明有關(guān)的背景信息，且可能 不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。 內(nèi)燃機(jī)，尤其是機(jī)動(dòng)車內(nèi)燃機(jī)，通常落入以下兩類之一， 即火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)4幾和壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)才幾，例如， 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，通常通過(guò)將燃料/空氣混合物引入燃燒氣缸中來(lái)運(yùn)行，所 述燃料/空氣混合物然后在壓縮沖程中被壓縮且由火花塞點(diǎn)火。傳統(tǒng)的 壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，通常通過(guò)在壓縮沖程的上止點(diǎn) (TDC)附近將增壓燃料引導(dǎo)到或者噴射到燃燒氣缸中來(lái)運(yùn)行，所述 燃料/空氣混合物在噴射時(shí)點(diǎn)火。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)兩者 的燃燒都包括由流體力學(xué)控制的預(yù)混合或擴(kuò)散火焰。每種發(fā)動(dòng)機(jī)都具 有優(yōu)勢(shì)和缺陷?？傮w來(lái)說(shuō)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較少的排放但是效率較低， 而總體來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)效率較高但產(chǎn)生較多的排放。 更近以來(lái)，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)引入其它類型的燃燒方法。這些燃 燒構(gòu)思中的一種在本領(lǐng)域中稱為均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火(HCCI) 。 HCCI 燃燒模式包括由氧化化學(xué)而不是流體力學(xué)控制的分布式無(wú)焰自動(dòng)點(diǎn)火 燃燒過(guò)程。在以HCCI燃燒模式操作的典型發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸充氣的組分、
是分布式動(dòng)力學(xué)控制燃燒過(guò)程，因此發(fā)動(dòng)機(jī)是以非常稀的燃料/空氣混 合物(即，比燃料/空氣當(dāng)量點(diǎn)稀)操作且具有相對(duì)低的峰值燃燒溫度， 從而形成非常少的NOx排放。與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中所使用的分層燃料/空氣 燃燒混合物相比，自動(dòng)點(diǎn)火的燃料/空氣混合物是相對(duì)均質(zhì)的，因而基 本上消除在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中形成煙和微粒排放物的濃區(qū)域。由于該非常 稀的燃料/空氣混合物，以自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式操作的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以不限 流的方式操作，以實(shí)現(xiàn)類似柴油燃料的經(jīng)濟(jì)性。
在中等發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，閥曲線和定時(shí)(例
5如，排氣再壓縮和排氣再換氣)以及燃料供應(yīng)方案的組合對(duì)于提供足夠的熱量給氣缸充氣是有效的，使得在壓縮沖程期間的自動(dòng)點(diǎn)火引起具有低噪音的穩(wěn)定燃燒。以自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式有效地操作發(fā)動(dòng)機(jī)的主要問(wèn)題之一是適當(dāng)?shù)乜刂迫紵^(guò)程，使得能夠在操作狀況范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致低排放、最佳放熱速率和低噪音的穩(wěn)固且穩(wěn)定的燃燒。多年來(lái)已經(jīng)知道自動(dòng)點(diǎn)火燃燒的益處。然而，產(chǎn)品實(shí)施的主要障礙是不能控制自動(dòng)點(diǎn)火燃燒過(guò)程。在能夠以自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式操作的火花點(diǎn)火直接噴射(SIDI)發(fā)動(dòng)機(jī)(SIDI/HCCI發(fā)動(dòng)機(jī))中，發(fā)動(dòng)才幾空氣流通過(guò)使用可變閥致動(dòng)(VVA)系統(tǒng)調(diào)整進(jìn)氣節(jié)氣門位置或者調(diào)整進(jìn)氣閱的開啟和關(guān)閉時(shí)間和/或曲線來(lái)控制。具有VVA的SIDI/HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)(例如包括提供兩個(gè)或更多閥升程曲線的多級(jí)凸輪凸角的發(fā)動(dòng)機(jī))通常在部分負(fù)載和較低發(fā)動(dòng)機(jī)速度狀況時(shí)以自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式操作且在高負(fù)載和高速狀況時(shí)以常規(guī)火花點(diǎn)火燃燒模式操作。然而，這兩種燃燒模式需要非常不同的發(fā)動(dòng)機(jī)操作來(lái)保持穩(wěn)固燃燒。例如，在自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門全開的情況下以稀燃料空氣比操作以使得發(fā)動(dòng)機(jī)泵送損失最小化。相比而言，在火花點(diǎn)火燃燒模式中，節(jié)氣門被控制成限制進(jìn)氣空氣流且發(fā)動(dòng)機(jī)以當(dāng)量燃料空氣比操作。需要在持續(xù)進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間在這兩種燃燒模式之間平滑過(guò)渡，以保持連續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩并防止在過(guò)渡期間有任何發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火或者部分燃燒。 因而，需要準(zhǔn)確地控制發(fā)動(dòng)才幾的空氣流以防止在過(guò)渡期間過(guò)稀或者過(guò)濃的發(fā)動(dòng)機(jī)操作。因而，非常重要的是，在節(jié)氣門位置和VVA系統(tǒng)的操作期間協(xié)調(diào)。 還期望控制燃燒模式之間的任何過(guò)渡以在過(guò)渡期間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固和穩(wěn)定的燃燒、低排放、最佳放熱速率和低噪音。 下文所述的發(fā)明包括用于確定操作發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)選燃燒模式并將發(fā)動(dòng)機(jī)控制為所述優(yōu)選燃燒模式的方法和控制方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供用于在從第一燃燒模式過(guò)渡至第二燃燒模式期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的方法和控制方案。內(nèi)燃機(jī)包括可控節(jié)氣門閥、用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉的可變閥致動(dòng)系統(tǒng)、以及進(jìn)氣和排氣裝置。所述方法包括確定以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積。確定空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)。在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，基于空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)與以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積之間的差來(lái)控制所述可控節(jié)氣門閥的開啟位置以及進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。


本發(fā)明可以在某些部件和部件設(shè)置中采用物理形式，本發(fā)明的實(shí)施例被詳細(xì)描述且在形成本發(fā)明一部分的附圖中示出，且在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)曲線圖3是根據(jù)本發(fā)明的控制方案的示例性框圖；和
圖4是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中所示的內(nèi)容僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明，而非為了限制本發(fā)明，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)10和附隨控制模塊5的示意圖。 示例性發(fā)動(dòng)機(jī)10包括具有往復(fù)活塞14的多缸直4妻噴射四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞14可在氣缸中滑動(dòng)移動(dòng)，氣缸限定可變?nèi)莘e燃燒室16。每個(gè)活塞連接到旋轉(zhuǎn)曲軸12 (CS)，活塞的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)曲軸12轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。空氣進(jìn)氣系統(tǒng)提供進(jìn)氣空氣給進(jìn)氣歧管，進(jìn)氣歧管將空氣引導(dǎo)并分配到進(jìn)氣流道29中，到達(dá)每個(gè)燃燒室16。空氣進(jìn)氣系統(tǒng)包括用于監(jiān)測(cè)和控制空氣流量的空氣流管道和裝置。所述裝置優(yōu)選包括用于監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量流量(MAF)和進(jìn)氣空氣溫度(TIN)的空氣質(zhì)量流量傳感器32。節(jié)氣門閥34,優(yōu)選為電子控制裝置，響應(yīng)于來(lái)自于控制模塊的控制信號(hào)(ETC)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量。在歧管中有壓力傳感器36,壓力傳感器36適合于監(jiān)測(cè)歧管絕對(duì)壓力(MAP)和大氣壓力(BARO)。有用于將排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣再循環(huán)到進(jìn)氣歧管的外部流動(dòng)通道，外部流動(dòng)通道具有流量控制閥，稱為排氣再循環(huán)
(EGR)閥38?？刂颇K5可搡作通過(guò)控制EGR閥的開度來(lái)控制至發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣的排氣的質(zhì)量流量。 從進(jìn)氣流道29進(jìn)入每個(gè)燃燒室16的空氣流由一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥20控制。從每個(gè)燃燒室經(jīng)由排氣流道39到排氣歧管的燃燒氣體的流量由一個(gè)或多個(gè)排氣閥18控制。進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉優(yōu)選用雙凸輪軸(如圖所示)控制，雙凸輪軸的旋轉(zhuǎn)由曲軸12的旋轉(zhuǎn)來(lái)關(guān)聯(lián)和標(biāo)引。發(fā)動(dòng)機(jī)配備有用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的閥升程的裝置，稱為可變升程控制器(VLC)?？勺冮y升程系統(tǒng)包括可操作將閥升程或開度控制為兩個(gè)不同級(jí)(例如，用于負(fù)載速度(load speed)、低負(fù)載操作的低升程閥開度(約4-6mm)和用于高速、高負(fù)載操作的高升程閥開度(約8-10mm))之一的裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)還配備有用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉的定相(即，相對(duì)定時(shí))的裝置，稱為可變凸輪定相(VCP),以控制超過(guò)由兩級(jí)VLC升程所實(shí)現(xiàn)的定相。有用于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的VCP/VLC系統(tǒng)22和用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的VCP/VLC系統(tǒng)24。 VCP/VLC系統(tǒng)22、 24由控制模塊控制，且提供信號(hào)反饋給控制模塊，所述信號(hào)反饋包括進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用排氣再壓縮閥方案運(yùn)行于自動(dòng)點(diǎn)火模式時(shí)，通常使用低升程操作，且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于火花點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，通常使用高升程操作。如技術(shù)人員已知的那樣，VCP/VLC系統(tǒng)具有有限的權(quán)限范圍，在此權(quán)限范圍內(nèi)，進(jìn)氣和排氣閥的開啟和關(guān)閉能得到控制?？勺兺馆喍ㄏ嘞到y(tǒng)可操作改變相對(duì)于曲軸和活塞位置的閥開啟時(shí)間，稱為定相。典型的VCP系統(tǒng)具有30°-50°的凸輪軸旋轉(zhuǎn)的定相權(quán)限的范圍，因此允許控制系統(tǒng)提前或延遲開啟和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)閥。定相權(quán)限的范圍受到VCP的硬件和致動(dòng)VCP的控制系統(tǒng)的限定和限制。定相權(quán)限的范圍由VCP的硬件和致動(dòng)VCP的控制系統(tǒng)限定和限制。VCP/VLC系統(tǒng)使用由控制模塊5控制的電動(dòng)-液壓、液壓和電控力中的 一種來(lái)致動(dòng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃料噴射系統(tǒng)，燃料噴射系統(tǒng)包括多個(gè)高壓燃料噴射器28，每個(gè)燃料噴射器28適合于響應(yīng)于來(lái)自于控制模塊的信號(hào)
(1NJ—PW)將一定質(zhì)量的燃料直接噴射進(jìn)燃燒室之一中。從燃料分配系統(tǒng)(未示出)供應(yīng)增壓燃料給燃料噴射器28。
發(fā)動(dòng)機(jī)包括火花點(diǎn)火系統(tǒng)，火花能量響應(yīng)于來(lái)自于控制模塊的信號(hào)(IGN)由火花點(diǎn)火系統(tǒng)提供給火花塞26，以點(diǎn)火或者輔助點(diǎn)火每個(gè)燃燒室中的氣缸充氣?；鸹ㄈ?6在某些狀況下(例如，在冷啟動(dòng)和接近低負(fù)載操作極限期間)增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火定時(shí)控制。 發(fā)動(dòng)機(jī)配備有各種傳感裝置以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作，傳感裝置包括具有輸出RPM的曲軸旋轉(zhuǎn)速度傳感器42、適合于監(jiān)測(cè)燃燒的具有輸出COMBUSTION的傳感器30、和適用于監(jiān)測(cè)排氣的具有輸出EXH的傳感器40 (通常是寬范圍的空氣/燃料比傳感器)。燃燒傳感器包括可操作監(jiān)測(cè)燃燒參數(shù)的傳感器裝置，且示出為氣缸壓力傳感器以監(jiān)測(cè)缸內(nèi)燃燒壓力。應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括用于監(jiān)測(cè)氣缸壓力或者能夠轉(zhuǎn)換成燃燒定相的其它燃燒參數(shù)的其它傳感系統(tǒng)，例如，離子傳感點(diǎn)火系統(tǒng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成在發(fā)動(dòng)機(jī)速度和負(fù)載的擴(kuò)展范圍內(nèi)用自動(dòng)點(diǎn)火燃燒(HCCI燃燒)基于汽油或類似燃料混合物以不限流的方式操作。在不利于HCCI燃燒模式操作的狀況下，發(fā)動(dòng)機(jī)借助于常規(guī)或改進(jìn)控制方法以受控節(jié)氣門操作運(yùn)行于火花點(diǎn)火燃燒模式，以獲得滿足操作者扭矩請(qǐng)求的最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率。燃料供應(yīng)優(yōu)選包括將燃料噴射引導(dǎo)到每個(gè)燃燒室中?？蓮V泛獲得的類別的汽油及其輕乙醇混合物是優(yōu)選燃料；然而，在本發(fā)明的實(shí)施方式中可使用替代液體和氣體燃料，例
如較高乙醇的混合物(例如，E80、 E85 )、純乙醇(E99 )、純曱醇(M100 )、天然氣、氫氣、沼氣、各種重整物、合成氣等。 控制模塊5優(yōu)選地包含通用數(shù)字計(jì)算機(jī)，通用數(shù)字計(jì)算機(jī)大體包括微處理器或中央處理單元、存儲(chǔ)介質(zhì)(包括非易失性存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，非易失性存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和電可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM))、高速時(shí)鐘、模數(shù)(D/A)和數(shù)模(A/D)電路、輸入/輸出電路和裝置(I/O)以及合適的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路?？刂颇K具有一組控制算法，所述控制算法包括存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中并被執(zhí)行以提供每個(gè)計(jì)算機(jī)的各自功能的常駐程序指令和標(biāo)定值。所述算法可以在預(yù)定循環(huán)期間被執(zhí)行使得每個(gè)算法在每個(gè)循環(huán)中至少被執(zhí)行一次。算法由中央處理單元執(zhí)行，且可操作監(jiān)測(cè)來(lái)自前述傳感裝置的輸入并且執(zhí)行控制和診斷程序從而用預(yù)定標(biāo)定值控制致動(dòng)器的操作。在持續(xù)進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛操作期間，循環(huán)通常以固定間隔例如每3.125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒被執(zhí)行。替代性地，算法可響應(yīng)于事件的發(fā)生而被執(zhí)行?？刂颇K5執(zhí)行存儲(chǔ)在其中的算法代碼，以控制前述致動(dòng)器來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作，包括節(jié)氣門位置、火花正時(shí)、燃料噴射質(zhì)量和定時(shí)、進(jìn)氣和/或排氣閥定時(shí)和定相、和控制再循環(huán)排氣流量的EGR閥位置。閥定時(shí)和定相包括負(fù)閥重疊(NVO，在排氣再壓縮方案中)和排氣閥再次開啟的升程(在排氣再換氣方案中)?？刂颇K適于接收來(lái)自操作員的輸入信號(hào)(例如，節(jié)氣門踏板位置和制動(dòng)踏板位置)從
而確定操作員扭矩請(qǐng)求(T0REQ)，且適于接收來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)(表示發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)、進(jìn)氣空氣溫度(TjN)、冷卻劑溫度和其他環(huán)境條件)?？刂颇K5操作以根據(jù)存儲(chǔ)器中的查詢表確定火花正時(shí)(在需要時(shí))、EGR閥位置、進(jìn)氣閥和排氣閥定時(shí)和/或升程設(shè)定點(diǎn)、以及燃料噴射定時(shí)的瞬時(shí)控制設(shè)置，并計(jì)算進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)中的燃燒氣體比例。 現(xiàn)在參考圖2，示例性發(fā)動(dòng)機(jī)能基于發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的狀態(tài)選擇性地以多個(gè)燃燒模式中的一個(gè)操作，在該實(shí)施例中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)包括可從發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料流量(INJ-PW，單位毫克)或歧管壓力(MAP))獲得的速度(RPM)和負(fù)載(LOAD)。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模式包括噴霧引導(dǎo)式火花點(diǎn)火(SI-G)模式、單噴射自動(dòng)點(diǎn)火(HCCI-SI)模式、和雙噴射自動(dòng)點(diǎn)火(HCCI-DI)模式以及均質(zhì)火花點(diǎn)火(SI-H)模式。每個(gè)燃燒模式的優(yōu)選速度和負(fù)載操作范圍基于最佳發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，包括燃燒穩(wěn)定性、燃料消耗、排放、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出等。限定優(yōu)選速度和負(fù)載操作范圍以劃定燃燒模式的邊界通常在生產(chǎn)前發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定和研發(fā)期間被確定，且在發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊中作為區(qū)域來(lái)執(zhí)行?，F(xiàn)在參考圖3，現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的示例性控制方案。在控制模塊中作為一個(gè)或多個(gè)算法執(zhí)行的控制方案包括基于模型的控制方法，用于在燃燒模式之間過(guò)渡(尤其是在HCCI燃燒模式和SI燃燒模式之間過(guò)渡)期間控制進(jìn)入示例性內(nèi)燃機(jī)IO的空氣質(zhì)量流量。控制方案用于確定以第二或目標(biāo)燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的期望狀態(tài)。所述期望狀態(tài)基于操作者扭矩請(qǐng)求(通常是節(jié)氣門和制動(dòng)踏板(未示出)的操作者輸入的形式)來(lái)確定。使用前述MAF和MAP傳感器32、 36來(lái)確定空氣質(zhì)量流量和進(jìn) 氣歧管壓力的當(dāng)前狀態(tài)。在進(jìn)氣閥關(guān)閉且排氣閥關(guān)閉時(shí)基于slider等式 和曲軸位置使用已知?dú)飧讕缀涡螤顏?lái)確定氣缸容積?？刂扑隹煽毓?jié) 氣門閥34的開啟位置。在過(guò)渡到第二燃燒模式期間基于空氣質(zhì)量流量、 進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)與以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且 滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積之間 的差使用VCP/VLC系統(tǒng)22、 24來(lái)控制進(jìn)氣閥20和排氣閥18的開啟 和關(guān)閉(包括例如兩級(jí)閥升程和可變凸輪定相)。現(xiàn)在將更詳細(xì)地描 述。在操作中，控制系統(tǒng)中有指令，以基于發(fā)動(dòng)機(jī)速度/負(fù)載 操作點(diǎn)的變化來(lái)從一個(gè)燃燒模式變?yōu)榱硪粋€(gè)第二燃燒模式，如上文參 考圖2所述。期望燃燒模式(由符號(hào)C表示)輸入給虛擬濾波開關(guān)， 其中；表示燃燒模式，O表示HCCI燃燒模式，或者1表示SI燃燒模 式。虛擬濾波開關(guān)包括一階滯后濾波器，具有在0和1之間的范圍內(nèi) 的輸出y。通過(guò)計(jì)算滿足操作者扭矩請(qǐng)求所需要的燃料供應(yīng)速率和預(yù) 先標(biāo)定的空氣/燃料比來(lái)確定期望空氣質(zhì)量流量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以SI燃燒模 式操作時(shí)，空氣/燃料比被控制為X= 1,即當(dāng)量比。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以HCCI 燃燒模式操作時(shí)，空氣/燃料比被控制為人-1.6-1.9，即稀于當(dāng)量比。因 而，通過(guò)將燃料供應(yīng)速率和期望燃燒模式的空氣/燃料比結(jié)合來(lái)確定空
、
基于期望燃燒模式來(lái)確定第二或期望進(jìn)氣歧管壓力。當(dāng)目 標(biāo)燃燒模式是HCCI燃燒時(shí)，期望歧管壓力是在開啟寬的節(jié)氣門的節(jié)氣 門角度的情況下的環(huán)境或大氣壓力。當(dāng)目標(biāo)燃燒模式是SI燃燒時(shí)，期 望歧管壓力基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)當(dāng)量比操作的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)來(lái)確定。 基于期望燃燒模式來(lái)確定第二或期望氣缸容積，如下文參 考等式和控制方案描述的那樣。以第二或目標(biāo)燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣 歧管壓力和氣釭容積的期望狀態(tài)連同節(jié)氣門角度和凸輪角度和升程的 前饋控制一起輸入給控制方案。控制方案計(jì)算氣缸容積，監(jiān)測(cè)來(lái)自于 MAP和MAF傳感器的反饋，并確定MAP、 MAF和氣缸容積的期望狀 態(tài)，所述期望狀態(tài)與前饋凸輪角度和升程、前饋節(jié)氣門角度和濾波燃燒模式Y(jié)組合，以提供控制信號(hào)給節(jié)氣門34以及進(jìn)氣和排氣
VCP/VLC22、 24。 現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述在燃燒模式之間過(guò)渡期間控制進(jìn)入 示例性內(nèi)燃機(jī)10的空氣質(zhì)量流量的基于模型的控制方法。在進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)氣釭中捕獲的新鮮空氣的質(zhì)量流率的計(jì)
算值lhai,.使用能量平衡和理想氣體定律來(lái)確定。進(jìn)氣歧管動(dòng)態(tài)被認(rèn)為最
小，因?yàn)檫M(jìn)氣歧管壓力由節(jié)氣門閥快速控制。而且，外部EGR的量被 認(rèn)為是總體擾動(dòng)的一部分且假設(shè)為0?？諝赓|(zhì)量流量模型表達(dá)為如下等 式1:
n.
其中-.

汰T; 汲T; 3 U.
u2 =AV = V!vc—Vevc:
"----
浪T,很T.
且其中，P,和Pe分別是進(jìn)氣歧管和排氣歧管中的壓力，
Vn/c和VEvc分別是進(jìn)氣閥關(guān)閉(IVC)和排氣閥關(guān)閉(EVC)時(shí)的氣 缸容積，T,是進(jìn)氣歧管的空氣溫度，即TIN， T是發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)經(jīng)過(guò)的時(shí) 間，R是氣體常數(shù)。進(jìn)氣歧管與排氣歧管之間的壓力差(Ul)和EVC 與IVC之間的氣缸容積差(u2)是系統(tǒng)的兩個(gè)輸入。根據(jù)所述等式和 控制方案設(shè)計(jì)多輸入多輸出(MIMO)控制器，以控制新鮮空氣的質(zhì)量 流率ri^和穩(wěn)態(tài)氣缸容積差A(yù)V。質(zhì)量流率ri^由MAF傳感器32測(cè)量， 且AV基于進(jìn)氣閥和排氣閥凸輪定相角度和與曲軸角相關(guān)的活塞位置 來(lái)計(jì)算。MAF傳感器的動(dòng)態(tài)特性由一階滯后裝置來(lái)建模。此外，兩個(gè) 積分器增加到模型中以去除穩(wěn)態(tài)誤差。控制器的總體狀態(tài)等式表示為如下等式2:
12x + —m,
AT 其中，x是MAF傳感器的測(cè)量值，k是時(shí)間常數(shù)，",°和"2° 是在自動(dòng)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中操作發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入的前々貴部分，Au!和Au2是反
饋部分，n是新鮮空氣的期望質(zhì)量流率，1"2是期望氣缸容積。通過(guò)假設(shè)
a和卩的恒定狀態(tài)(或隨時(shí)間緩慢變化的狀態(tài))，基于狀態(tài)方程使用各 種控制設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)穩(wěn)固的線性反饋控制定律AU=-KX，其中AU = [△Ul， Au2]t, X=[x， qP q2]T。在時(shí)間t—oo時(shí)，控制器實(shí)現(xiàn)x—不 管燃燒模式如何，而對(duì)于未限流的稀操作在自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式中需要 △p— ^ 。這通過(guò)使用如下等式3的反饋控制器定律AU來(lái)實(shí)現(xiàn) 在上述等式3中，如上所述，；表示燃燒模式，O表示自 動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式，或者1表示火花點(diǎn)火燃燒模式。符號(hào)s是調(diào)節(jié)；的 變化速率的低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。將上述等式組合在一起，可以驗(yàn) 證確實(shí)通過(guò)參考等式4所示的相同等式來(lái)描述ri^: 在此，在自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式(O)中，在t—oo時(shí)，Ap—《。
現(xiàn)在參考圖4,示出了使用線性二次調(diào)節(jié)(LQR)方法設(shè) 計(jì)的參考圖3所述的空氣流控制方案的閉環(huán)模擬結(jié)果。在所述模擬中， 發(fā)動(dòng)機(jī)速度設(shè)定為2000rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)控制在火花點(diǎn)火燃燒模式和自動(dòng)點(diǎn) 火燃燒模式之間過(guò)渡，期望氣缸容積(r2)基于燃燒模式變化。描述空 氣質(zhì)量流量、濾波輸出Y、進(jìn)氣壓力pi、和容積AV在一定時(shí)間內(nèi)的 結(jié)果指示，不管燃燒模式如何，控制器都實(shí)現(xiàn)x—r!，且在自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式中仍實(shí)現(xiàn)未限流狀況。為了在上述示例性發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)施上述空氣流量管理算法， 分別通過(guò)控制節(jié)氣門位置和閥定時(shí)和曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制輸入Ap和AV。 低水平高帶寬M AP控制器獨(dú)立地設(shè)計(jì)為控制節(jié)氣門位置以實(shí)現(xiàn)控制輸 入Ap?？刂戚斎階V通過(guò)確定進(jìn)氣和排氣凸輪移相器的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)， 使得VIVC - Vevc等于AV,同時(shí)使得在燃燒模式過(guò)渡期間進(jìn)氣閥和排氣 閥曲線的梯級(jí)式變化效果最小。在第二燃燒模式包括自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，控制方案包括 在過(guò)渡到第二燃燒模式期間控制可控節(jié)氣門閥至開啟寬的節(jié)氣門位置 并控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。在第二燃燒模式包括火花點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，控制方案包括 在過(guò)渡到第二燃燒模式期間控制可控節(jié)氣門閥。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考某些實(shí)施例描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是 在所述的發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍內(nèi)可以作出變化。因此，本發(fā)明并不 打算限制為所公開的實(shí)施例，本發(fā)明將具有由所附權(quán)利要求的語(yǔ)言所 允許的全部范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在從第一燃燒模式過(guò)渡至第二燃燒模式期間控制內(nèi)燃機(jī)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括可控節(jié)氣門閥、用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉的可變閥致動(dòng)系統(tǒng)、以及進(jìn)氣和排氣裝置，所述方法包括確定以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積；確定空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)；和在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，基于空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)與以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積之間的差來(lái)控制所述可控節(jié)氣門閥的開啟位置以及進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定以第二燃燒模式操作 發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量包括確定滿足操作者扭 矩請(qǐng)求的燃料供應(yīng)速率和確定過(guò)渡期間的空氣/燃料比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第二燃燒模式包括自動(dòng) 點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，確定以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管壓力包 括設(shè)定進(jìn)氣歧管壓力為環(huán)境壓力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定以第二燃燒模式操作 發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸容積還包括基于空氣質(zhì)量流量和進(jìn)氣歧管壓力來(lái)確定進(jìn) 氣閥關(guān)閉且排氣閥關(guān)閉時(shí)的氣缸容積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在過(guò)渡至第二燃燒模式期 間，控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉還包括改變兩級(jí)可變升程控制 裝置的位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在過(guò)渡至第二燃燒模式期 間，控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉還包括改變進(jìn)氣閥和排氣閥的 開啟和關(guān)閉的定相。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第二燃燒模式包括火花點(diǎn) 火模式和自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式之一。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在第二燃燒模式包括自 動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，控制可控節(jié)氣門閥 至開啟寬的節(jié)氣門位置且控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在第二燃燒模式包括火 花點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，控制可控節(jié)氣門閥。
10. —種用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣空氣流量的方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括 可控節(jié)氣門閥、用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉的可變閥致動(dòng) 系統(tǒng)、以及進(jìn)氣和排氣裝置，所述方法包括命令從第一燃燒模式過(guò)渡至第二燃燒模式；確定以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì) 量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積；確定空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)；和 在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，基于空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力 和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)與以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭 矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積之間的差來(lái)控制所 述可控節(jié)氣門閥的開啟位置以及進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，確定以第二燃燒模式操 作發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量包括確定滿足操作者 扭矩請(qǐng)求的燃料供應(yīng)速率和確定過(guò)渡期間的空氣/燃料比。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在第二燃燒模式包括自 動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，確定以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管壓力 包括設(shè)定進(jìn)氣歧管壓力為環(huán)境壓力。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，確定以第二燃燒模式操 作發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸容積還包括基于空氣質(zhì)量流量和進(jìn)氣歧管壓力來(lái)確定 進(jìn)氣閥關(guān)閉且排氣閥關(guān)閉時(shí)的氣缸容積。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，在過(guò)渡至第二燃燒模式 期間，控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉還包括改變兩級(jí)可變升程控 制裝置的位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，在過(guò)渡至第二燃燒模式 期間，控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉還包括改變進(jìn)氣閥和排氣閥 的開啟和關(guān)閉的定相。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，第二燃燒模式包括火花 點(diǎn)火模式和自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式之一。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在第二燃燒模式包括 自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，控制可控節(jié)氣門閥至開啟寬的節(jié)氣門位置且控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在第二燃燒模式包括 火花點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，控制可控節(jié)氣門閥。
19. 一種用于在火花點(diǎn)火燃燒模式和自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式之間過(guò)渡 期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣空氣流量的方法，所述方法包括確定滿足操作者扭矩請(qǐng)求且以發(fā)動(dòng)機(jī)正在過(guò)渡至的燃燒模式操作 發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積；確定空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)；和 在過(guò)渡期間，基于空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng) 前狀態(tài)與滿足操作者扭矩請(qǐng)求且以發(fā)動(dòng)機(jī)正在過(guò)渡至的燃燒模式操作 發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積之間的差來(lái)控制可 控節(jié)氣門閥的開啟位置以及進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在第二燃燒模式包括 自動(dòng)點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，控制可控節(jié)氣門 閥至開啟寬的節(jié)氣門位置且控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在第二燃燒模式包括 火花點(diǎn)火燃燒模式時(shí)，在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，控制可控節(jié)氣門 閥。
全文摘要
提供用于在從第一燃燒模式過(guò)渡至第二燃燒模式期間控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作的方法。發(fā)動(dòng)機(jī)包括可控節(jié)氣門閥、用于控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉的可變閥致動(dòng)系統(tǒng)、以及進(jìn)氣和排氣裝置。確定以第二燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)且滿足操作者扭矩請(qǐng)求的空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積。確定空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)。在過(guò)渡至第二燃燒模式期間，基于空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積的當(dāng)前狀態(tài)與空氣質(zhì)量流量、進(jìn)氣歧管壓力和氣缸容積之間的差來(lái)控制所述可控節(jié)氣門閥的開啟位置以及進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和關(guān)閉。
文檔編號(hào)F02M25/07GK101688471SQ200880021166
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者C·-F·張, J·-M·康, J·-S·陳, 張曼鋒 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司