方便理解本公開的原理，現(xiàn)在將參考在附圖中圖示并且在下文中書面描述的 實施例。要理解，此處不旨在對本公開的范圍進行限制。還要理解，本公開包括對圖示的實 施例的任何更改和修改，并且包括本公開的原理的進一步應(yīng)用，這對于本公開所屬領(lǐng)域的 技術(shù)人員來說是容易想到的。
[0019] 圖3描繪了發(fā)動機系統(tǒng)100,其包括發(fā)動機102。該發(fā)動機包括至少一個汽缸104。只 示出了一個汽缸104和相關(guān)聯(lián)的部件，在一些實施例中，將多個汽缸104合并在一起。與汽缸 104相關(guān)聯(lián)的是汽缸發(fā)動機進給閥106、發(fā)動機離開閥108和火花塞110。節(jié)流閥112控制燃料 流入汽缸104。
[0020] 發(fā)動機系統(tǒng)100進一步包括存儲器114和處理器116。將在下面進一步詳細(xì)論述的 各種程序指令被編程到存儲器114中。處理器116可操作以執(zhí)行編程到存儲器114中的程序 指令。處理器116可操作地連接至發(fā)動機進給閥106、發(fā)動機離開閥108、火花塞110和節(jié)流閥 112。處理器116也可操作地連接至其他傳感器和控制器，這些傳感器和控制器中的一些將 在下面進一步詳細(xì)論述。
[0021] 處理器116執(zhí)行存儲在存儲器114內(nèi)的程序指令，以提供圖4中描繪的命令結(jié)構(gòu) 120。處理器116由此提供估計器122和閉環(huán)控制器124,該閉環(huán)控制器124提供用于控制發(fā)動 機102的前饋函數(shù)126和反饋函數(shù)128。通常，提供給發(fā)動機102的開環(huán)命令130也提供給前饋 函數(shù)126，該前饋函數(shù)126也接收所需的輸出132。反饋函數(shù)128接收以來自估計器122的狀態(tài) 的形式的輸入，估計器122基于發(fā)動機102的輸出估計該狀態(tài)。來自反饋函數(shù)128和前饋函數(shù) 126的組合輸出用于控制發(fā)動機102并且用作至估計器122的輸入。
[0022] 控制器124由此基于由估計器122生成的狀態(tài)(諸如，混合物溫度、反應(yīng)物濃度等） 的估計而操作，該估計器122使用發(fā)動機輸出（諸如，燃燒定相、或者工作輸出）來觀察該狀 態(tài)。例如，在本實施例中，不直接測量由處理器使用的兩種狀態(tài)、氧氣濃度和溫度。相反，基 于使用"CA 5Q"的測量的估計器122來估計這些值。"CA5Q"定義為已經(jīng)釋放出燃燒產(chǎn)生的能量 的50%的曲軸角。
[0023] 控制策略基于涉及具有與HCCI相同的低升程閥門輪廓的SI的操作的方法，因此， 燃燒模式切換動態(tài)與將閥門輪廓從通常在SI中使用的高升程、長持續(xù)時間輪廓切換至用于 以上根據(jù)圖2描述的HCCI的低升程、短持續(xù)時間輪廓的動態(tài)解耦。提供切換的控制方案，在 每次轉(zhuǎn)換期間限定有三種控制/估計模式。
[0024] 圖5描繪了當(dāng)沿著圖1的線14進行時的通用控制過程，處理器116首先將發(fā)動機進 給閥106和發(fā)動機離開閥108控制在高閥門升程SI模式136下。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換時，處理器116將 發(fā)動機進給閥106和發(fā)動機離開閥108控制在低閥門升程SI模式138下。一旦滿足HCCI的條 件，處理器116將發(fā)動機進給閥106和發(fā)動機離開閥108控制在低閥門升程HCCI模式140下。 [0025]圖6描繪了當(dāng)沿著圖1的線20進行時的通用控制過程。處理器116首先將發(fā)動機進 給閥106和發(fā)動機離開閥108控制在低閥門升程HCCI模式142下。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換時，處理器116 將發(fā)動機進給閥106和發(fā)動機離開閥108控制在低閥門升程SI模式144下。然后，控制器116 將發(fā)動機進給閥106和發(fā)動機離開閥108控制在高閥門升程SI模式146下。
[0026]通過合并低閥門升程SI模式138/144,可以通過將閥門切換動態(tài)與燃燒模式切換 動態(tài)解耦，來實現(xiàn)兩種燃燒模式之間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。該解耦通過將閥門升程輪廓切換歸為在 純SI燃燒期間發(fā)生，簡化了控制問題。用于燃燒模式切換的控制方法基于為控制器126/估 計器122指定三種操作模式。圖7中描繪了第一種操作模式。
[0027] 在圖7中，系統(tǒng)120在SI模式下運行并且估計器122用作SI模式估計器，并且SI閉環(huán) 命令150和開環(huán)命令152用于將發(fā)動機102控制在SI模式下。在該配置中，如"X"標(biāo)記所指示 的，控制器124是不活動的。然而，SI估計器122用于基于測量(諸如，燃燒的定相)獲得狀態(tài) 的估計。當(dāng)在轉(zhuǎn)換模式期間打開HCCI控制器時，將這些估計反饋給HCCI控制器。
[0028]圖8中描繪了轉(zhuǎn)換模式，在該圖中，估計器122用作轉(zhuǎn)換模式估計器。因此，在轉(zhuǎn)換 模式下的命令結(jié)構(gòu)120的功能與上面針對圖4描述的命令結(jié)構(gòu)的功能類似。基于對關(guān)鍵狀態(tài) (諸如，混合物溫度或者殘留物質(zhì)量)的估計，來確定轉(zhuǎn)換模式控制。在轉(zhuǎn)換期間被控制的輸 出包括每個發(fā)動機循環(huán)中的燃燒定相和工作輸出。用于該模式的估計器122具有SI和HCCI 估計器(見下文）的元件，這是由于燃燒主要通過火焰?zhèn)鞑?SI)發(fā)生，但是HCCI類致動會導(dǎo) 致下一循環(huán)中的自動點火。在一個實施例中，轉(zhuǎn)換模式持續(xù)單個循環(huán)。
[0029]最后一種操作模式是圖9中描述的HCCI模式。在圖9中，估計器122作為HCCI模式估 計器。因此，在HCCI模式下的命令結(jié)構(gòu)的功能與上面針對圖4描述的命令結(jié)構(gòu)的功能類似。 在該模式下，HCCI閉環(huán)控制器124用于控制輸入(諸如，燃料噴射的定時），以追蹤發(fā)動機102 所需的工作輸出和燃燒定相。
[0030] 在一個實施例中，基于下面更加全面論述的HCCI的控制取向型模型來設(shè)計的閉環(huán) 控制器124。主要閉環(huán)控制輸入為燃料噴射定時，這是由于主要閉環(huán)控制輸入可以用作逐個 循環(huán)和單個汽缸控制鈕，但是在一些實施例中，其他閉環(huán)輸入包括閥門定時、燃料量等。
[0031] 處理器116基于圖IOA和圖IOB中描繪的過程160來實施圖7至圖9中示出的模式?？?制器124和估計器122在每個發(fā)動機循環(huán)中更新一次，通常是在燃燒過程之后，一旦自從燃 燒定相時的關(guān)鍵測量的估計是可用的?？刂破?24檢查命令以切換模式。切換模式的命令由 處理器116基于各種輸入(諸如，當(dāng)前模式、發(fā)動機輸出、以及例如由油門踏板位置指示的所 需發(fā)動機輸出）生成。如果在框162處尚未命令進行模式切換，那么，該過程繼續(xù)至框164,并 且等候進行切換的命令。
[0032] 如果在框162處檢查時下達(dá)切換模式的命令，那么，該過程進入框166,并且處理器 166確定發(fā)動機102當(dāng)前是否被控制在SI模式下。如果是，那么，該過程160進入框168并且檢 查當(dāng)前模式。由于尚未切換模式，所以系統(tǒng)仍處于SI模式下，所以該過程繼續(xù)至框170,并且 運行SI估計器以對狀態(tài)進行估計。保持閉環(huán)切換控制器關(guān)閉。在框172處發(fā)起用于轉(zhuǎn)換序列 的開環(huán)輸入（以及，維持SI中的化學(xué)計量和扭矩中性所需的任何閉環(huán)輸入）。在一些實施例 中，這些開環(huán)輸入包括如下輸入:諸如，閥門定時、節(jié)流閥位置、火花定時、以及燃料量。
[0033] 然后，過程160進入框174,在框174中，循環(huán)指數(shù)增量，并且該過程繼續(xù)至框168。因 為在框174處已經(jīng)對循環(huán)進行了指數(shù)處理，所以此時在框168處的當(dāng)前模式為轉(zhuǎn)換模式。因 此，該過程繼續(xù)至框178，并且運行轉(zhuǎn)換估計器，以基于當(dāng)前測量和最后可用狀態(tài)估計(來自 SI估計器)來更新狀態(tài)。在框180中，利用具有低閥門升程的閥106/108,閉環(huán)切換控制器使 用更新后的狀態(tài)估計來命令除了開環(huán)輸入之外的特定閉環(huán)輸入。主要閉環(huán)控制輸入為燃料 噴射定時，但是在一些實施例中，其他閉環(huán)輸入包括閥門定時、燃料量等。
[0034] 在框182中，在增量循環(huán)指數(shù)(框174)之后，運行HCCI控制器至下一模式，即HCCI模 式。然后，該過程繼續(xù)至框168。
[0035]因為在框174中已經(jīng)再次對循環(huán)進行了指數(shù)處理，所以在框168處的當(dāng)前模式為 HCCI模式。因此，該過程繼續(xù)至框184,并且運行HCCI估計器，以基于當(dāng)前測量和最后可用狀 態(tài)估計(來自轉(zhuǎn)換估計器)來更新狀態(tài)。在框186中，利用具有低閥門升程的閥106/108,閉環(huán) 切換控制器使用更新后的狀態(tài)估計來命令除了開環(huán)輸入之外的特定閉環(huán)輸入。主要閉環(huán)控 制輸入為燃料噴射定時，但是在一些實施例中，其他閉環(huán)輸入包括閥門定時、燃料量等。在 框188處，運行HCCI控制器。然后，該過程繼續(xù)至框164并且等待新的模式切換命令。
[0036]如果，在框166處，發(fā)動機未被控制在SI模式下，那么，模式切換為從HCCI模式切換 至SI模式，這與上面描述的切換類似。通常，該過程繼續(xù)至框192(圖10B)。由于尚未切換模 式，所以系統(tǒng)仍處于HCCI模式下，所以該過程繼續(xù)至框194并且運行HCCI估計器。在框196 處，實施開環(huán)命令，并且在框198處，運行HCCI控制器。
[0037] 然后，過程160進入框200,在框200中，循環(huán)指數(shù)增加，并且該過程繼續(xù)至框192。因 為在框200處已經(jīng)增加了循環(huán)，所以在框192處的當(dāng)前模式為轉(zhuǎn)換模式。因此，該過程繼續(xù)至 框202，并且運行轉(zhuǎn)換估計器。在框204處，實施開環(huán)命令，并且利用具有低升程的閥106/108 執(zhí)行轉(zhuǎn)換循環(huán)。在框206處，在增加循環(huán)指數(shù)(框200)之后，運行HCCI控制器至下一模式，即 SI模式。然后，該過程繼續(xù)至框192。
[0038]因為在框200處減量了循環(huán)兩次，所以在框192處的當(dāng)前模式為SI模式。因此，該過 程繼續(xù)至框208,并且運行SI估計器。在一些實施例中，省略框208,這是由于SI操作不需要 狀態(tài)，并且在框170處切換至HCCI模式期