間，會生成新的狀態(tài)。無論在哪種情況下，在框210 處，實施開環(huán)命令，并且執(zhí)行最初的SI循環(huán)。然后，該過程繼續(xù)至框164,并且等待新的模式 切換命令。
[0039] 在上面描述的過程160中，在一些實施例中，SI估計器基于捕獲該燃燒模式的關(guān)鍵 特征的SI燃燒模型，并且將測量(諸如，燃燒定相和工作輸出）與狀態(tài)(諸如，混合物溫度和 反應物濃度)相關(guān)聯(lián)。在一些實施例中，HCCI估計器基于捕獲該燃燒模式的關(guān)鍵特征的HCCI 燃燒模型，并且將將測量(諸如，燃燒定相和工作輸出）與狀態(tài)(諸如，混合物溫度和反應物 濃度)相關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)換估計器包括SI估計器和HCCI估計器兩者的一部分，這是由于轉(zhuǎn)換循環(huán)具 有類似SI的燃燒，但是在該循環(huán)的剩余部分期間的致動在下一個循環(huán)中產(chǎn)生HCCI燃燒。因 此，估計器的基于測得的燃燒參數(shù)(諸如，燃燒定相)更新狀態(tài)的部分取自SI估計器，而與應 用的輸入相關(guān)聯(lián)的部分則取自HCCI估計器。如果，例如，使用Kalman過濾器，那么，測量更新 基于SI估計器，而時間更新則基于HCCI估計器。
[0040] 按照任何可接受的方式，來確定何時將控制器切換至轉(zhuǎn)換循環(huán)。在一些實施例中， 設置溫度閾值，超過該溫度閾值則可能發(fā)生自動點火，并且，一旦估計的狀態(tài)溫度跨過了該 閾值，發(fā)起轉(zhuǎn)換環(huán)模式估計器。在一些實施例中，該確定是基于俘獲的排氣的量、離開閥定 時或者其他這種指標。
[0041] 在過程160期間，發(fā)動機循環(huán)不需要遵循純SI或者純HCCI燃燒。在一些實施例中， 一些中間循環(huán)在轉(zhuǎn)換期間同時展示出火焰?zhèn)鞑ズ妥詣狱c火(例如，燃燒模式，諸如，火花輔 助壓燃(SACI))。然而，控制器/估計器在SI模式、HCCI模式或者轉(zhuǎn)換循環(huán)模式下操作。在一 些實施例中，控制器/估計器進一步在SACI模式、定義在SI與SACI之間的轉(zhuǎn)換循環(huán)模式、以 及SACI和HCCI中操作。因此，在給定循環(huán)中的控制器/估計器取決于該循環(huán)所處的模式。 [0042]如之前提到的，當發(fā)動機在SI模式與HCCI模式之間移動時，存在兩個主要的控制 問題。第一個控制問題是:通過控制節(jié)流閥位置，在閥門在其SI位置與HCCI位置之間傾斜上 升的同時，維持在SI模式下的化學計量（以使三通催化劑轉(zhuǎn)換效率最大化）。在圖3的實施例 中，以任何需要的方式，解決了化學計量控制問題，該問題主要涉及氣體交換動態(tài)。
[0043]第二個控制問題是在從SI轉(zhuǎn)換至HCCI期間維持所需的燃燒定相和恒定的負載。該 控制問題通過過程160來解決，涉及汽缸104中的燃燒動態(tài)，并且由此，涉及閥門定時、節(jié)流 閥位置和火花定時，上述三種在轉(zhuǎn)換期間都開環(huán)地命令。基于期望的電凸輪相位器變化速 率(在轉(zhuǎn)速為2000 rpm下，大約12 CAD/循環(huán)），將閥門變化速率設置為固定值。
[0044]在現(xiàn)有系統(tǒng)中，在開環(huán)控制中簡單實用12 CAD/循環(huán)變化速率導致了不希望的動 態(tài)。例如，圖11描繪了根據(jù)發(fā)動機循環(huán)的工作輸出，該工作輸出表示為凈平均有效壓力 (NMEP)，以便在穩(wěn)態(tài)SI條件和HCCI條件之間進行開環(huán)轉(zhuǎn)換，其中，閥門位置從循環(huán)45開始以 12 CAD/循環(huán)的速率變化。循環(huán)50是無自動點火的第一個循環(huán)。將在前兩個HCCI循環(huán)中的燃 料噴射維持在稍晚的定時，以便補償SI排氣的更高溫度(這可促進燃燒定相）；隨后，將燃料 定時設置為提早，以維持穩(wěn)定的燃燒。如從圖11可見，在瞬態(tài)期間，存在一些不希望的動態(tài)。 例如，一些循環(huán)具有過早的燃燒定相(在上死點或者"TDC"之前），這引起NMEP的急劇下降。 提早定相也引起顯著的振鈴。
[0045]結(jié)果，在圖4的實施例中，將閉環(huán)控制器124實施為:通過以逐個循環(huán)為基礎(chǔ)控制燃 料噴射定時，來追蹤所需的定相，以便維持恒定的NMEP并且防止循環(huán)具有過早的燃燒定相。 出于多種原因，將燃料噴射定時用作用于燃燒定相的主要控制輸入。一種原因是，噴射定時 通過在再壓縮階段期間的燃料反應對燃燒定相存在重大影響。另外，可以將燃料噴射用作 多汽缸發(fā)動機中的逐個循環(huán)以及單個汽缸控制輸入，而基于凸輪定相器位置，為所有汽缸 設置輸入(諸如，閥門定時）。
[0046]因此，存儲在存儲器114內(nèi)的程序指令提供了從利用低升程閥門操作的節(jié)流SI模 式到也利用低升程閥門操作的未節(jié)流HCCI模式的轉(zhuǎn)換。因此，將雙凸輪定相器系統(tǒng)從高升 程切換至低升程的動態(tài)與從SI模式切換至HCCI模式的動態(tài)解耦，這簡化了轉(zhuǎn)換過程。在執(zhí) 行存儲器104中的程序指令的處理器116的控制下，上面針對過程160描述的從SI至HCCI的 模式切換由此允許以下序列： 1. 將節(jié)流閥112打開到寬開口位置； 2. 使進給閥和離開閥（106/108)在多個循環(huán)期間從穩(wěn)態(tài)SI位置變化到HCCI位置。基于 所需電凸輪定相器系統(tǒng)的最大可允許變化速率，將該變化速率固定； 3. 當閥106/108靠近HCCI位置時，將燃料噴射量和定時從SI值切換至HCCI值，并且關(guān) 閉火花塞110。
[0047]在圖12中示意性地圖示了由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換。在圖12中，處理器116首先將發(fā)動機 102控制在SI模式下。在SI模式下，λ表示實際空氣燃料比和化學計量空氣燃料比之比以及 內(nèi)部排氣再循環(huán)(EGR)的分數(shù)或者俘獲的排氣質(zhì)量，通常以化學計量(λ=1)方式運行并且具 有低內(nèi)部EGR。通常，使節(jié)流閥部分關(guān)閉（以保持化學計量），并且使高升程凸輪操作進給閥 和離開閥（以使流量最大化），來控制SI模式。
[0048]相反，HCCI模式通常貧油運行(λ> 1)并且具有高內(nèi)部EGR。由此，使節(jié)流閥112完全 打開(從而使栗送損失最小化)并且使低升程凸輪操作閥106/108(以能夠充分俘獲汽缸104 中的殘留物），來控制HCCI模式。
[0049]為了從由圖12中的操作參數(shù)線220指示的SI模式實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，在發(fā)動機進給閥106和 發(fā)動機離開閥108變化時，處理器116控制節(jié)流閥112打開。因此，在增加操作參數(shù)線220的區(qū) 域224中的內(nèi)部EGR的速率的同時，維持化學計量。一旦EGR已經(jīng)上升到操作參數(shù)線120的區(qū) 域222，那么便存在足夠的EGR來使能自動點火。處理器116由此發(fā)起至HCCI的模式切換。 [0050]表1示出了用于在單汽缸發(fā)動機中的發(fā)動機速度為2000 rpm并且負載為4巴NMEP 下進行一次這種模式切換的SI和HCCI中的穩(wěn)態(tài)操作條件。
[0051]表 1
[0052]在表1中的數(shù)據(jù)表示朝著HCCI操作范圍的更高端(例如，圖1的點18)的操作條件， 其中，可能需要至SI的模式切換。在燃燒期間，所有曲柄角都以在上死點（TDC)位置處的0 CAD為參考。
[0053] 表1表明，在SI模式下的進給閥106和離開閥108關(guān)閉位置（IVC和EVC)提供了具有 較小負閥門重疊(NVO)量的閥門定時輪廓。然而，在HCCI模式下，HCCI閥門定時輪廓提供了 顯著的NV0,并且因此，提供了俘獲的殘余質(zhì)量。由于節(jié)流的影響，在SI模式下，進氣壓力低 于大氣壓力，但是HCCI未節(jié)流，由此出于更高的壓力。
[0054]另外，由于HCCI模式的更高效率，對于相同的負載，在HCCI下，噴射的燃料更少。與 SI模式相比，在HCCI模式下，也更早地噴射燃料，如噴射開始定時（SOI)所表示的。事實上， 在HCCI模式下，在再壓縮過程期間噴射燃料，其中，高壓力和溫度條件實現(xiàn)了燃料的部分反 應。這些再壓縮反應然后影響后續(xù)發(fā)動機循環(huán)的燃燒定相。
[0055] 在圖13中描繪了在上述模式變換期間在汽缸102內(nèi)的壓力。圖13包括當在SI模式 下操作時壓力的第一區(qū)域230。當在SI模式下操作時，關(guān)閉控制器124?；诰€性化SI模型 (下文將更充分地論述）的估計器122計算氧氣和溫度狀態(tài)的逐個循環(huán)估計。這提供了反饋 函數(shù)128,該反饋函數(shù)128是當打開控制器124時最新的狀態(tài)估計。
[0056] 在圖13中的區(qū)域232描繪了在轉(zhuǎn)換模式期間在汽缸104中的壓力。該循環(huán)是具有SI 燃燒的最后一個循環(huán)。估計器122仍然處于操作中，這是由于在該循環(huán)中的燃燒以火焰?zhèn)鞑?為主而不是自動點火。在該循環(huán)中，打開控制器124。前饋函數(shù)126和反饋函數(shù)128由此操作， 這兩種函數(shù)均合并有線性化HCCI模型（下文將更詳細地論述）。反饋控制輸入基于最新的SI 狀態(tài)估計，而前饋輸入基于下一個(HCCI)循環(huán)所需的CA5Q。該模式僅可針對這一個循環(huán)操 作。
[0057] 在圖13中的區(qū)域234描繪了緊接著在轉(zhuǎn)換循環(huán)之后的HCCI循環(huán)。在該模式下，控制 器124和估計器122基于線性化HCCI模型。
[0058] 在一個實施例中，存儲在存儲器114中并且由處理器116執(zhí)行的線性化模式切換算 法基于Ravi等人在IEEE控制系統(tǒng)技術(shù)學報2010年第18期第1289-1302頁的"Model based control of HCCI engines using exhaust recompression" 中描述的HCCI控制取向型模 式。Ravi模型是離散時間非線性模型，其以逐個循環(huán)為基礎(chǔ)捕獲HCCI動態(tài)。圖14示出了參考 在HCCI期間的典型汽缸內(nèi)壓力跡線對非線性模型240的圖形概述。非線性模型的主要輸出 是在點242處的燃燒定相CA5Q。考慮為控制燃燒控制的輸入是燃料量和噴射、以及進給閥和 離開閥定時。
[0059]在點244處的該非線性模型的狀態(tài)由如下等式給出：
在壓縮沖程期間的