用于控制具有混合燃燒模式的發(fā)動機的燃燒的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制發(fā)動機的燃燒的方法和裝置，更具體而言，涉及用于控制發(fā)動機的燃燒以便改進發(fā)動機中可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定點火和爆震的方法和裝置，對于低負載和高負載行駛區(qū)對發(fā)動機應(yīng)用了柴油-汽油混合燃燒模式和汽油混合燃燒模式。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在，廣泛使用兩種類型的車輛發(fā)動機；一種是火花點火(SI)式汽油發(fā)動機而另一種是壓縮點火(Cl)式柴油發(fā)動機。
[0003]SI式發(fā)動機可以分為間接噴射式和汽油直接噴射(GDI)式；間接噴射式將燃料噴射進節(jié)流閥門體或進氣歧管并在進氣沖程中吸入燃料和空氣；而汽油直接噴射式將燃料直接噴射進燃燒室燃燒，以改進發(fā)動機性能以及燃料比并且減少廢氣。
[0004]作為間接噴射式發(fā)動機的實例，端口燃料噴射(PFI)式發(fā)動機采用了預(yù)混合燃燒，其中，包括噴射入進氣歧管的進氣端口的燃料以及空氣的可燃混合物被引入燃燒室并且以均勻混合物的形態(tài)被火花塞點火并燃燒。
[0005]GDI發(fā)動機將汽油燃料直接噴射入與Cl柴油發(fā)動機中的燃燒室相似的燃燒室從而能夠進行稀薄燃燒，相較于間接噴射式發(fā)動機，從發(fā)動機性能、燃料比和廢氣的角度考慮，稀薄燃燒是有利的。
[0006]一般而言，SI汽油發(fā)動機要提升壓縮比(CR)是有限制的，因為CR越高爆震可能出現(xiàn)的風(fēng)險越高，而且SI汽油發(fā)動機還具有劣于Cl發(fā)動機的熱效率和燃料比的熱效率和燃料比。
[0007]為了滿足正逐漸更嚴(yán)格的針對CO2的限制以及消費者的需求，需要提升發(fā)動機的CR，但是也需要能在CR提升的情況下防止爆震產(chǎn)生的技術(shù)。
[0008]在高CR汽油發(fā)動機中，在應(yīng)用了廢氣再循環(huán)(EGR)裝置以抑制爆震時，爆震被抑制而且泵送損失減小，但是現(xiàn)有火花塞不能獲得良好的點火，或者現(xiàn)有火花塞會使NOx增加。
[0009]同時，柴油發(fā)動機的燃燒屬性是要采用利用了柴油燃料的自燃屬性的壓縮點火，并且柴油發(fā)動機的燃燒屬性使用高壓縮比以使空氣處于燃燒室高壓和高溫的狀態(tài)中，這樣柴油發(fā)動機就具有了優(yōu)于汽油發(fā)動機的熱效率和燃料比。
[0010]最近幾年，隨著世界各地報道了諸如全球變暖的異常氣候變化，環(huán)境法規(guī)(尤其是在汽車工業(yè)內(nèi))影響了許多國家，特別是發(fā)達國家。
[0011]為了符合環(huán)境法規(guī)，正在進行用于壓縮點火發(fā)動機的許多研究和開發(fā)，其原因在于諸如這樣的益處:少量的未燃燒碳氫化合物(UHC)以及C02。然而，Cl發(fā)動機排放大量由不均勻空氣燃料混合物引起的NO5^P顆粒物(PM)，并且需要昂貴的后處理裝置(例如用于減少NOx和PM的柴油顆粒過濾器(DPF)和DeNOx)以符合法規(guī)。
[0012]為了克服上述缺點，已進行專注于均質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)的開發(fā)的研究，均質(zhì)充量壓縮點火使得燃燒室中的混合物均勻以消除燃料集中的區(qū)域，而已知燃料集中的區(qū)域是PM產(chǎn)生區(qū)域，并且大量減少熱量。
[0013]相較于汽油發(fā)動機，HCCI通過壓縮點火和稀薄燃燒而有利于提升燃料比，而且相較于柴油發(fā)動機，HCCI通過預(yù)混合燃燒而有利于減少ΡΜ/Ν0χ。
[0014]然而，HCCI的缺點在于，難以控制點火和燃燒以及剩余壓力上升、燃燒噪音和低輸出，而且已知HCCI具有解決窄行駛區(qū)域(narrow driving reg1n)的問題(被限制到僅使用發(fā)動機的低速度和低負載行駛區(qū)域)。
[0015]所以，正在進行這樣的研究，即同時燃燒柴油和汽油的混合燃燒以避免現(xiàn)有HCCI的問題。
[0016]作為柴油-汽油混合物燃燒的實例，存在一種燃燒均質(zhì)燃料的方法，以便抑制由預(yù)混合引起的爆震，并且通過延長點火延遲期、通過在進氣沖程期間將汽油與高辛烷值預(yù)先混合以在燃燒室內(nèi)形成均質(zhì)混合物以及通過在壓縮沖程期間將柴油和用于壓縮點火的高十六烷值直接噴射入燃燒室以壓縮點火以控制點火正時在TDC附近。
[0017]相較于現(xiàn)有HCCI，該柴油-汽油混合物燃燒使得，即使是在高EGR條件下也能夠進行汽油的安全點火；而且使得體燃燒而不是點燃燒成為可能，以相對于現(xiàn)有汽油發(fā)動機改進燃燒效率和燃料比，這是因為自燃柴油充當(dāng)了用于汽油燃燒的點火源。
[0018]另外，采用柴油-汽油混合物燃燒的發(fā)動機相較于現(xiàn)有柴油發(fā)動機減少了廢氣產(chǎn)物，而且讓使得價格上升的昂貴的后處理設(shè)備也可以省略。
[0019]然而，既然在柴油-汽油混合物燃燒發(fā)動機中混合物燃燒僅僅在可以出現(xiàn)柴油壓縮點火的條件下是可能的，所以柴油-汽油混合物燃燒發(fā)動機必須在低于柴油發(fā)動機壓縮比但是高于汽油發(fā)動機壓縮比的壓縮比下驅(qū)動，而且其汽缸的壓縮比等于或高于確保柴油壓縮點火的邊界條件。
[0020]所以，考慮到在低負載行駛區(qū)域內(nèi)由于低壓縮比和高EFG條件而要確保壓縮點火，柴油-汽油混合物燃燒發(fā)動機相對于現(xiàn)有柴油發(fā)動機是不利的，同時在高負載行駛區(qū)域內(nèi)由于高壓縮比，爆震的可能性變得高于現(xiàn)有汽油發(fā)動機。
[0021]所以，為了在所有行駛區(qū)域內(nèi)改進上述問題，需要在低/中負載發(fā)動機行駛區(qū)域內(nèi)以高于現(xiàn)有汽油發(fā)動機壓縮比且低于現(xiàn)有柴油發(fā)動機壓縮比的壓縮比來應(yīng)用柴油-汽油混合物燃燒。
[0022]另外，需要復(fù)雜的燃燒模式系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用這樣的汽油燃燒，該汽油燃燒在低負載和高負載下應(yīng)用一般汽油發(fā)動機所采用的壓縮比，而為此目的，必須引入可變壓縮比的概念。
[0023]這種情況下，需要在應(yīng)用了柴油-汽油混合物燃燒的區(qū)域內(nèi)，甚至在汽油燃燒出現(xiàn)的區(qū)域內(nèi)確保壓縮點火，并且需要防止在高負載區(qū)域內(nèi)的汽油燃燒產(chǎn)生爆震。
[0024]為此目的，需要區(qū)別燃燒模式并且對其控制，而且需要解決現(xiàn)有的固定壓縮比所引起的問題的技術(shù)。
[0025]公開于本發(fā)明背景部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]本發(fā)明的各個方面致力于提供一種改進應(yīng)用了柴油-汽油混合物燃燒的發(fā)動機中的不穩(wěn)定點火和爆震的方法和裝置。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種控制具有混合物燃燒模式以及汽油燃燒模式的發(fā)動機的燃燒的方法，所述混合物燃燒模式進行柴油和汽油的混合物燃燒，所述汽油燃燒模式只燃燒汽油，該方法包括根據(jù)發(fā)動機的當(dāng)前行駛狀態(tài)從混合物燃燒模式和汽油燃燒模式中確定燃燒模式，以及通過控制可變壓縮比設(shè)備來將壓縮比可變控制到對應(yīng)于燃燒模式的相應(yīng)壓縮比，所述可變壓縮比設(shè)備用于根據(jù)發(fā)動機的當(dāng)前行駛狀態(tài)來將壓縮比控制到對應(yīng)于燃燒模式的壓縮比。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于控制具有混合物燃燒模式以及汽油燃燒模式的發(fā)動機的燃燒的裝置，所述混合物燃燒模式進行柴油和汽油的混合和燃燒，所述汽油燃燒模式只燃燒汽油，該裝置包括控制器和可變壓縮比設(shè)備，所述控制器根據(jù)發(fā)動機的當(dāng)前行駛狀態(tài)從混合物燃燒模式和汽油燃燒模式中確定燃燒模式，并且根據(jù)發(fā)動機的當(dāng)前行駛狀態(tài)輸出用于對應(yīng)于燃燒模式的壓縮比的控制的控制信號，所述可變壓縮比控制設(shè)備響應(yīng)來自控制器的控制信號將壓縮比改變至對應(yīng)于相應(yīng)燃燒模式的值。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的燃燒控制方法，燃燒模式根據(jù)行駛狀態(tài)選擇，對應(yīng)于所選燃燒模式的壓縮比被改變使得可能出現(xiàn)于具有柴油-汽油混合物燃燒模式以及汽油燃燒模式的發(fā)動機中的爆震和非正常點火可以被解決。
[0030]通過納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于說明本發(fā)明的某些原理的【具體實施方式】，本發(fā)明的方法和裝置所具有的其它特征和優(yōu)點將更為具體地變得清楚或得以闡明。
【附圖說明】
[0031]圖1A、圖1B、圖1C和圖1D是示出具有柴油-汽油混合物燃燒模式的發(fā)動機以及在柴油-汽油混合物燃燒模式中的燃燒周期的視圖，其中圖1A表示預(yù)混合和進氣[進氣沖程]，圖1B表示供給用于壓縮點火的柴油[壓縮沖程:步驟#1]，圖1C表示柴油的壓縮點火[壓縮沖程:步驟#2]，圖1D表示火焰?zhèn)鞑?驅(qū)動動力產(chǎn)生[膨脹沖程]。
[0032]圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于確定燃燒模式的映射圖的實例的視圖。
[0033]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的燃燒控制方法的流程圖。
[0034]圖4A和圖4B是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的連續(xù)可變控制以及2步驟控制中的進氣閥門關(guān)閉時段的可變狀態(tài)的視圖。
[0035]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的燃燒控制方法的流程圖。
[0036]應(yīng)當(dāng)了解，所附附圖并不必須是按比例繪制的，其示出了某種程度上經(jīng)過簡化了的本發(fā)明的基本原理各個特征。本文所公開的本發(fā)明的具體設(shè)計特征包括例如具體尺寸、方向、位置和外形將部分地由具體所要應(yīng)用和使用的環(huán)境來確定。
[0037]在這些圖形中，貫穿附圖的多幅圖形，附圖標(biāo)記引用本發(fā)明的同樣的或等同的部件。
【具體實施方式】
[0038]下面將詳細說明本發(fā)明的不同實施方式，在附圖中和以下的描述中示出了這些實施方式的實例。雖然本發(fā)明與示例性實施方式相結(jié)合進行描述，但是應(yīng)當(dāng)了解，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實施方式。相反，本發(fā)