专利名称：均质进气压缩点火发动机以及该发动机的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种均质进气压缩点火发动机(HCCI发动机)。在本发 明的HCCI发动机中，燃烧模式可在均质进气压缩点火燃烧(HCCI燃 烧)和火花点火燃烧(SI燃烧)之间切换。
背景技术：
近些年，均质进气压缩点火(HCCI)发动机已引起关注，并且在 这种发动机上已经进行了各种研究。HCCI发动机可获得卓越的燃料经 济性和热效率以及低排放。在某些HCCI发动机中，在进气行程期间， 燃料直接喷射到燃烧室中。换言之，仅将空气从进气通道吸入到燃烧室， 燃料与空气在燃烧室中首次混合。但是，在大多数的HCCI发动机中， 燃料与空气在进气通道中混合从而产生空气一燃料混合物。这些空气一 燃料混合物从进气通道供给至燃烧室。
在发动机处于压缩行程时，随着活塞上升，容纳在燃烧室内的空气 —燃料混合物的温度升高，压力增大，以致该混合物自发点火。在使 HCCI发动机实用方面需要克服的障碍是，使得均质进气压缩点火 (HCCI)燃烧能够稳定受控的发动机的运行范围仍然很窄。为了克服 该障碍，存在一种趋势，即在通常使用的运行范围相对较窄的固定发动 机中，例如用于GHP (燃气热泵)的燃气发动机，执行HCCI燃烧。
在HCCI发动机的实际操作中，频繁使用的是发动机低转速范围、 中等转速范围、低负载范围和中等负载范围。已经提出，根据发动机的 运行状态，将燃烧模式在HCCI燃烧范围和火花点火(SI)燃烧范围之 间切换。火花点火(SI)燃烧在高转速范围、极低负载范围和高负载范 围中执行。
例如，日本专利特开No. 2003-106184 ( JP 2003-106184 A)公开了 一种结构，其中，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，节 气门关闭以便将空燃比恢复到化学计量空燃比。而后，增大排气门的提 升量以降低内部废气再循环(EGR)的量。换言之，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，首先将节气门关闭。这会导致进气不足或 力矩较低，并使燃烧困难。因此，这会导致发动机扭矩出现波动或扭矩 发生剧烈变化。
日本专利特开No. 2004-150383 ( JP 2004-150383 A)公开了 一种结 构，其中，燃烧模式首先从HCCI燃烧切换至分层火花点火燃烧，而后 切换到火花点火燃烧。因此，在燃烧室中，缸内喷射器是必不可少的。 当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，在分层火花点火燃烧 状态下，逐渐增大燃料喷射量.当空气一燃料混合物的空燃比降低至预 定值时，提前燃料喷射正时，并减小节气门的开度。相应地，燃烧模式 切换至化学计量状态下的正常火花点火燃烧。换言之，在增大节气门开 度后，燃烧模式从分层火花点火燃烧切换至化学计量状态下的正常火花 点火燃烧。这样，如果减小节气门开度，则扭矩会发生剧烈变化。
发明内容
本发明的目的是，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时， 抑制HCCI发动机的扭矩发生剧烈变化。
本发明的一个方面提供了一种均质进气压缩点火(HCCI)发动机， 该HCCI发动机允许燃烧模式在HCCI燃烧和火花点火燃烧之间切换。该 HCCI发动机包括燃烧室、进气门和排气门。可变进气门W^J改变进气提 升量，即进气门的提升量。在HCCI燃烧中进气提升量设定为第一进气提 升量，并且在火花点火燃烧中进气提升量设定为第二进气提升量。可变排 气门^)改变排气提升量，即排气门的提升量。在HCCI燃烧中排气提升 量设定为第 一排气提升量，并且在火花点火燃烧中排气提升量设定为第二 排气提升量。控制器控制该可变进气门机构和该可变排气门机构。控制器 设定内部EGR的量，它包括HCCI燃烧时保留在燃烧室中的燃烧气体量 和通过排气口再次抽回到燃烧室的燃烧气体量。控制器设定负的气门重叠 期，在这期间，进气门和排气门均被关闭，以致并非所有燃烧气体都排出 燃烧室.当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，在进气提升量 从第一进气提升量切换至第二进气提升量之前，控制器执行如下操作a) 和b):
a):将排气提升量从第一排气提升量切换至第二排气提升量，同 时确保内部EGR的量；和b ):在将排气提升量从第一排气提升量切换至第二排气提升量后， 延迟排气门的关闭正时，以减少内部EGR的量。
本发明的其它方面和优点将通过结合附图进行的如下说明变得清 楚，该说明以示例的方式示出了本发明的原理。
本发明的认为具有新颖性的特征具有所附权利要求中的特性。通过 参照结合附图对当前优选实施例的如下描述，可最好地了解本发明及其 目的和优点，附图中
图l是根据本发明的一个实施例的HCCI发动机的框图2的曲线图示出了发动机负栽和发动机速度之间的关系，并示出 了图1中的HCCI发动机在HCCI燃烧和在火花点火燃烧中的运行范 围；
图3的正时图示出了当图1所示的HCCI发动机的燃烧模式从 HCCI燃烧切换成火花点火燃烧时的(a)节气门开度、(b)最大排气 提升量、(c)最大进气提升量、(d)内部EGR的量，和(e)扭矩波动；
图4A的正时图示出了在图3所示的时间点t0处，处于HCCI燃烧 中的进气提升量和排气提升量；
图4B的正时图示出了在时间点tl处，在排气提升量从图4A所示 的状态增大的状态下的进气提升量和排气提升量；
图5A的正时图示出了在时间点t2处，在排气门正时从图4B所示 的状态延迟的状态下的进气提升量和排气提升量；和
图5B的正时图示出了在时间点t4处，在火花点火燃烧中，在进气 提升量从图5A所示的状态增大的状态下的进气提升量和排气提升量。
具体实施例方式
图1至图5B示出了本发明的一个实施例。图l示出了根据一个实 施例的HCCI发动机1。
如图1所示，HCCI发动机1具有燃烧室10、进气通道llp、进气 门llv、排气门12v、排气通道12p和活塞20。进气通道llp连接至燃烧室10。根据诸如发动机负载和发动机转数的运行条件，在HCCI燃 烧和火花点火燃烧之间切换HCCI发动机1的操作状态。ECU (电子控 制单元)5是切换HCC1发动机1的操作状态的控制器。结果，按照需 要，燃烧模式在减少燃料消耗的HCCI燃烧和增加输出功率的火花点火 燃烧之间切换。
混合部分4设置在进气通道lip上.燃料从燃料箱(未示出)通过 燃料供给通道2p供给至混合部分4，以使空气和燃料在该混合部分4 中混合。汽油或诸如城市煤气或液化石油气的气体燃料可用作燃料。混 合部分4是化油器。如果将气体用作燃料，则混合部分4可以是混合器。
节气门3设置在混合部分4和燃烧室10之间的进气通道llp上。 燃料阀2v设置在燃料供给通道2p上。燃料阀2v起到燃料供给装置的 作用。ECU5控制燃料阀2v、节气门3、进气门llv、火花塞60c和排 气门12v的操作。火花塞60c是在火花点火燃烧时使用的点火部分。当 燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧以稳定燃烧时，可使用火花 塞60c。 ECU5分别通过控制电缆5a至5e来控制燃料阀2v、节气门3、 进气门llv、火花塞60c和排气门12v。
ECU 5控制燃料阀2v的开度，从而控制供给至进气通道llp的燃 料供给量。
节气门3具有轴3c、叶片3v和步进马达(未示出)。叶片3v围绕 轴3c旋转。ECU5控制步进马达，继而控制叶片3v的开度，即节气门 开度TA。结果，控制了至燃烧室10的进气供应量。
可变进气门机构lla通过进气凸轮llc来控制进气门llv的提升量 和开/关正时。在该实施例中，进气门llv的提升量代表进气门的特性。 最大进气提升量IL表示进气门llv的最大提升量。可变排气门机构12a 控制排气门12v的提升量和开/关正时。在该实施例中，排气门12v的 提升量代表排气门的特性。最大排气提升量EL表示排气门12v的最大 提升量.
ECU 5控制可变进气门机构lla和可变排气门机构12a。可变进气 门机构lla和可变排气门机构12a是可变气门机构，其根据HCCI发动 机l的运行条件来改变气门特性，例如进气门llv和排气门12v的提升 量和气门开/关正时。如日本专利特开No. 5-106411和No. 10画18826( JP 5-106411 A和JP 10-18826 A)所公开的那样，进气凸轮llc在低升程凸轮和高升程凸轮 之间切换。当设定第一进气提升量IL1时，ECU5使用低升程凸轮，当 设定第二进气提升量IL2时，ECU5使用高升程凸轮。在HCCI燃烧中 最大进气提升量IL设定为第一进气提升量IL1，并且在火花点火燃烧 中最大进气提升量IL设定为第二进气提升量IL2。第一进气提升量IL1 小于第二进气提升量IL2。根据HCCI发动机1的运行条件，ECU5在 低升程凸轮和高升程凸轮之间切换进气凸轮llc。结果，改变了最大进 气提升量IL。
同样，排气凸轮12c在低升程凸轮和高升程凸轮之间切换。当设定 第一排气提升量EL1时，ECU5使用低升程凸轮，当设定第二排气提 升量EL2时，ECU5使用高升程凸轮。在HCCI燃烧中最大排气提升 量设定为第一排气提升量EL1，并且在火花点火燃烧中最大排气提升量 设定为第二排气提升量EL2。第一排气提升量EL1小于第二排气提升 量EL2。
进气凸轮llc设置在进气凸轮轴(未示出)上。燃烧室10中产生的 动力经由HCCI发动机1的曲轴传送至进气凸轮轴，以旋转进气凸轮 llc。进气凸轮传动装置(未示出)设置在进气凸轮轴端部。该进气凸 轮传动装置将曲轴的驱动力传送至进气凸轮轴。ECU 5根据公知的方法 来控制进气凸轮传动装置和进气凸轮轴之间的相位差。同样，排气凸轮 12c设置在排气凸轮轴(未示出)上.燃烧室10中产生的动力也传送至 排气凸轮轴以旋转排气凸轮12c。排气凸轮传动装置(未示出)设置在 排气凸轮轴端部。排气凸轮传动装置将曲轴的驱动力传送至排气凸轮 轴。ECU5根据公知的方法来控制排气凸轮传动装置和排气凸轮轴之间 的相位差。
ECU 5控制可变进气门机构lla和可变排气门机构12a，以{更在 HCCI燃烧期间提供负的气门重叠期。结果，产生了内部EGR气体， 并执行了HCCI燃烧。负的气门重叠期是这样一个时期，在此期间，当 活塞位于排气上止点TDC附近时，排气门12v和进气门llv均被关闭。 排气上止点TDC是发动机的排气行程结束时的上止点。ECU 5在先于 排气上止点TDC的正时关闭排气门12v。由于部分燃烧气体保留在燃 烧室10中，因此，产生内部EGR气体。内部EGR量Qegr代表保留在燃烧室10中而没有从燃烧室IO排出的燃烧气体以及临时从燃烧室10 排出然后当排气门12v随后打开时通过排气门12v从排气通道12p回到 燃烧室10的燃烧气体的总和。内部EGR气体保持在燃烧室10中直到 下一个燃烧循环。具有高温的内部EGR气体与重新供给至燃烧室10 的空气一燃料混合物混合.这提高了燃烧室10中的温度。因此，空气 —燃料混合物在HCCI燃烧期间的可燃性得到改进。ECU 5控制负的气 门重叠期的时长，从而在某种程度上控制了 HCCI燃烧的点火正时。
图2示出了 HCCI发动机1的HCCI燃烧和火花点火燃烧中每一种 燃烧的运行范围。图2所示的曲线图包括表示发动机负栽的纵轴和表示 发动机转速的横轴。火花点火燃烧范围包围HCCI燃烧范围。图2所示 的箭头表示从HCCI燃烧到火花点火燃烧的多种切换方式。图3至图5 所示的切换模式是图2所示的多种燃烧模式切换方式的示例。
图3至图5B示出了根据本实施例的从HCCI燃烧到火花点火燃烧 的切换方式。
图3的纵轴示出了
(a) 节气门开度TA;
(b) 最大排气提升量EL;
(c) 最大进气提升量IL;
(d) 燃烧室10中的内部EGR量Qegr;以及
(e) HCCI发动机的扭矩T。
图3的横轴表示燃烧循环数。图3示出了
(A) HCCI燃烧的稳定运转期；
(B) 从HCCI燃烧至火花点火燃烧的切换期；以及
(C )火花点火燃烧(SI燃烧)的稳定运转期。
ECU 5控制节气门的开度TA、最大排气提升量EL和最大进气提 升量IL,从而控制了内部EGR量Qegr和扭矩T。
图4A、 4B、 5A和5B示出当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点 火燃烧时的进气提升量和排气提升量。图4A示出HCCI燃烧稳定运转 时的第一进气提升量和第一排气提升量。即，图4A示出在图3所示的时间点t0处的进气门llv的进气凸轮轮廓和排气门12v的排气凸轮轮 廓。图5B示出火花点火燃烧稳定运转时的第二进气提升量和第二排气 提升量。即，图5B示出图3所示的时间点t4处的进气门llv的进气凸 轮轮廓和排气门12v的排气凸轮轮廓。图4A至图5B中的横轴示出了 曲柄角。图4A至图5B中的纵轴示出了进气提升量和排气提升量。
如图3 (a)所示，节气门开度TA在HCCI燃烧时的时间点tO处 设定为第一节气门开度TA1，并在火花点火燃烧时的时间点t4处设为 第二节气门开度TA2。第一节气门开度TA1大于第二节气门开度TA2。
在本实施例中，第一节气门开度TA1设定为节气门3的全开状态。 在进气通道llp内相对于节气门3的上游部分和下游部分之间产生压 差。在进气通道llp内相对于节气门3的下游部分中产生进气负压.进 气通道llp内相对于节气门3的上游部分为大气压。第一节气门开度 TA1优选地设定为节气门3的全开状态，从而通过将进气负压设定为接 近大气压，而减小了泵送损耗。第二节气门开度TA2为根据HCCI发 动机l的运转范围火花点火燃烧所必需的节气门开度。
图4A中的实线表示第一进气提升量IL1和第一排气提升量EL1。 图4A中的虚线表示第二进气提升量IL2和第二排气提升量EL2。即， 在图4A至图5B中，虚线表示比较示例。
ECU 5在时间点tl处将最大排气提升量EL从第 一排气提升量ELI 切换至第二排气提升量EL2。图4B示出了切换排气门12v后即刻的即 时状态，或时间点tl后的即时状态。换言之，图4B示出了最大排气提 升量EL从虚线表示的第 一排气提升量EL1转换至实线表示的第二排气 提升量EL2后的即时状态。可变排气门机构12a将排气凸轮12c从低 升程凸轮切换至高升程凸轮，以切换排气门12v。因此，增大了最大排 气提升量EL，并增长了排气门的气门开启持续时间。排气门的气门开 启持续时间的增长改变了排气门的开/关正时。换言之，与排气门12v 的关询正时相同的排气关闭正时ETcls略有延迟。
ECU 5在时间点tl处设定排气关闭正时ETcls,以致维持HCCI燃 烧而不会执行火花点火，并且确保了内部EGR的量。如图4B所示， 排气关闭正时设定在排气上止点TDC前。当排气关闭正时ETcls延迟 时，排气关闭正时ETcls接近排气上止点TDC。ECU 5在时间点t3处将最大进气提升量IL从第一进气提升量IL1 切换至笫二进气提升量IL2。换言之，ECU 5在时间点tl处切换排气门 12v，以维持在时间点t3处切换进气门llv之前的存在内部EGR气体 的状态。即，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，ECU 5 切换排气门12v，同时在切换进气门llv之前确保内部EGR气体。
由于在时间点tl和时间点t2之间排气关闭正时ETcls略有延迟， 因此，如图3(d)所示，内部EGR的量Qegr在时间点tl和时间点t2 之间减少。在时间点t2处，节气门开度TA仍然等于全开的第一节气门 开度TA1。内部EGR的量Qegr减少意味着从进气通道llp至燃烧室 IO的进气量增多。但是，由于ECU 5将最大排气提升量EL从第一排 气提升量EL1切换至第二排气提升量EL2，从而确保了内部EGR的量 Qegr，所以进气量的波动是适度的。因此，HCCI发动机1的扭矩T少 量增加，但是，防止了扭矩T大大增加。这抑制了 HCCI发动机1的扭 矩T出现剧烈改变。
图3 (e)中的虚线示出了比较示例的扭矩曲线。根据该比较示例， 例如，当最大进气提升量IL从第一进气提升量IL1切换至第二进气提 升量IL2时，与此同时，最大排气提升量EL从第一排气提升量EL1 切换至第二排气提升量EL2。在比较示例的情况下，由于不存在内部 EGR气体，因此进气量发生剧烈变化，且扭矩T显著增大。换言之， 根据比较示例，在燃烧模式从HCCI燃烧切换成火花点火燃烧前后，吸 入燃烧室10的进气量发生剧烈变化。根据本实施例，当燃烧模式从 HCCI燃烧切换成火花点火燃烧时，与节气门开度TA首先变得较小的 情况相比，扭矩T的波动是适度的。
在时间点t2后，ECU 5延迟排气关闭正时ETcls以减少内部EGR 的量Qegr,如图3 ( d )所示。相应地，ECU 5控制排气关闭正时ETcls， 从而控制到达燃烧室10的进气量。在本实施例中，到达燃烧室10的进 气指的是混合部分4中产生的空气一燃料混合物。图5A示出了时间点 t2和t3之间的状态。图5A中的排气关闭正时ETcls自图4B中的排气 关闭正时ERcls延迟。因此，ECU5延迟了排气关闭正时ETcls,以逐 渐减少内部EGR的量Qegr。结果，抑制了到达燃烧室10的进气量发 生突然变化。这抑制了如图3 (e)中实线所示的扭矩T出现剧烈的变 化。在时间点t2和时间点t3之间的期间，ECU 5延迟排气关闭正时 ETcls，以便如图3 (d)所示减少内部EGR的量Qegr,并如图3(a) 所示减少节气门开度TA。图3(d)所示的内部EGR的量Qegr的减少 意味着到达燃烧室10的进气量的增多。另一方面，图3(a)所示的节 气门开度TA的减小意味着到达燃烧室10的进气量的减少。因此，在 时间点t2和时间点t3之间的期间，减小节气门开度TA和减少内部EGR 的量Qegr的同时操作进一步抑制了达到燃烧室10的进气量的剧烈波 动。换言之，燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧，同时进一步 抑制了扭矩T发生剧烈变化。
在时间点t3处，节气门开度TA减小至第二节气门开度TA2。根据 HCCI发动机1的运转范围，防止HCCI燃烧难于进行的所需内部EGR 的量Qegr被称作临界EGR量Qegr0。 HCCI燃烧难于进行的状态指的 是，内部EGR的量Qegr减少以致HCCI发动机l的气釭中的温度并 未充分升高且HCCI燃烧中的空气一燃料混合物的可燃性显著恶化的 状态。在本实施例中，时间点t3处的内部EGR的量Qegr大于临界EGR 量QegrO。因此，ECU5在时间点t3处将最大进气提升量IL从第一进 气提升量IL1切换至第二进气提升量IL2。
如果在节气门开度TA减小至第二节气门开度TA2时所得到的内部 EGR的量Qegr将小于临界EGR量QegrO，则ECU 5在内部EGR的 量Qegr大于临界EGR量Qegr0时将最大进气提升量IL从第一进气提 升量IL1切换至第二进气提升量IL2。换言之，ECU 5可在时间点t3 前将最大进气提升量IL从第一进气提升量IL1切换至第二进气提升量 IL2。如果在节气门开度TA减小至第二节气门开度TA2之前HCCI燃 烧将难于进行，则ECU 5在HCCI燃烧将难于进行的时间点之前将最 大进气提升量IL从第一进气提升量IL1切换至第二进气提升量IL2。
在时间点t3处，ECU 5将最大进气提升量IL从第 一进气提升量IL1 切换至第二进气提升量IL2。换言之，可变进气门机构lla将进气凸轮 llc从低升程凸轮切换至高升程凸轮。因此，最大进气提升量IL从图 5A所示的第 一进气提升量IL1切换至图5B所示的第二进气提升量IL2。 即，最大进气提升量IL增大且进气门的气门开启持续时间增长。如图 5B所示，进气门llv的开启正时从TDC提前，罔为开启进气门llv之 后才稍微开始燃烧室10的进气操作。当内部EGR的量Qegr在时间点t4处为零时，ECU 5通过火花塞 60c开始火花点火的稳定操作。由于从第一进气提升量IL1至笫二进气 提升量IL2的切换，到达燃烧室10的进气量将增多。但是，由于节气 门开度TA已减小至第二节气门开度，因此进气量的波动并不大。所以， 扭矩T的波动被抑制为较小。相应地，ECU 5将燃烧模式从HCCI燃 烧切换至火花点火燃烧。
本实施例具有如下优点。
(1) 当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，在最大进 气提升量IL从第一进气提升量IL1切换至第二进气提升量IL2之前， ECU 5执行如下操作a)和b ):
a) :将最大排气提升量EL从第一排气提升量ELI切换至第二排 气提升量EL2，同时确保内部EGR的量Qegr;并且
b ):在最大排气提升量EL从第一排气提升量ELI切换至第二排 气提升量EL2后，延迟排气关闭正时ETcls，以减少内部EGR的量 Qegr。
因此，在最大排气提升量EL从第一排气提升量ELI切换至第二排 气提升量EL2后的即刻，确保了内部EGR的量Qegr。这抑制了在最 大排气提升量EL从第一排气提升量ELI切换至第二排气提升量EL2 的前后之间的时期从进气通道lip至燃烧室10的进气量发生剧烈变化。 此外，在切换最大排气提升量EL后，ECU5延迟排气关闭正时ETcls， 以减少内部EGR的量Qegr。相应地，随着进气量逐渐改变，燃烧模式 切换至火花点火燃烧。换言之，当延迟了排气关闭正时ETcls时，防止 进气量的跟随变化能力的恶化。这抑制了燃烧模式从HCCI燃烧切换至 火花点火燃烧时进气量发生剧烈变化。相应地，抑制了扭矩T发生剧烈 变化。此外，防止了 HCCI发动机1的提前点火或过大的燃烧噪音。
(2) 在切换至第二排气提升量EL2后，ECU 5:
b) :延迟排气关闭正时ETcls，且同时减小节气门开度TA。换言 之，在时间点t2至时间点t3期间，由于节气门开度TA的减小，导致 进气量减少，与此同时，由于内部EGR的量Qegr的减少，导致进气 量增多。相应地，燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧，同时 在时间点t2至时间点t3期间逐渐改变了进气量.(3 )可变进气门机构lla将进气凸轮lie从低升程凸轮切换至高升 程凸轮。可变排气门机构12a将排气凸轮12c从低升程凸轮切换至高升 程凸轮。因此，不像复杂的电磁驱动型可变气门机构，每个可变进气门 机构lla和可变排气门机构12a均具有简单的结构。
(4 )在内部EGR气体开始减少后，ECU 5在早于以下两个正时之 一的正时处切换进气门llv， 一个正时是节气门开度TA减小至火花点 火燃烧所需开度的正时，另一个正时是HCCI燃烧变得难于进行的时间 点前的正时。结果，ECU 5将燃烧模式从HCCI燃烧可靠地切换至火花 点火燃烧。根据本实施例，即使HCCI发动机1未设有缸内喷射器，也 可以将燃烧模式从HCCI燃烧可靠地切换至火花点火燃烧。
可对本实施例进行如下修改.
可通过电磁驱动机构切换进气门特性，例如进气门llv的气门提升 量和气门开/关正时。同样，可通过电磁驱动机构切换排气门特性EL， 例如排气门12v的气门提升量和气门开/关正时。
第一节气门开度TA1可小于节气门3的全开状态。
可变进气门机构lla可具有独立的用于改变最大进气提升量IL的 机构和用于改变气门开/关正时的机构。同样，可变排气门机构12a可 具有独立的用于改变最大排气提升量EL的机构和用于改变气门开/关 正时的机构。
当最大排气提升量EL从第一排气提升量EL1切换至第二排气提升 量EL2时，可能减小内部EGR气体，且HCCI发动机1的可燃性可能 恶化。在这种情况下，火花塞60c可辅助点燃发动机。不管可变进气门 机构lla和可变排气门机构12a的操作如何，ECU5均能够控制火花点 火。
在时间点t2后，ECU 5可利用火花塞60c以辅助的方式点燃发动机， 从而稳定HCCI发动机1的燃烧，同时减少内部EGR的量Qegr。
权利要求
1. 一种均质进气压缩点火发动机(1)，其中所述均质进气压缩点火发动机(1)允许燃烧模式在均质进气压缩点火燃烧和火花点火燃烧之间切换，所述均质进气压缩点火发动机(1)包括燃烧室(10)；进气门(11v)；排气门(12v)；可变进气门机构(11a)，其用于改变进气提升量(IL)，所述进气提升量(IL)是所述进气门(11v)的提升量，其中在所述均质进气压缩点火燃烧中所述进气提升量设定为第一进气提升量(IL1)，并且在所述火花点火燃烧中所述进气提升量设定为第二进气提升量(IL2)；可变排气门机构(12a)，其用于改变排气提升量(EL)，所述排气提升量(EL)是所述排气门(12v)的提升量，其中在所述均质进气压缩点火燃烧中所述排气提升量设定为第一排气提升量(EL1)，并且在所述火花点火燃烧中所述排气提升量设定为第二排气提升量(EL2)；和控制器(5)，其用于控制所述可变进气门机构(11a)和所述可变排气门机构(12a)；其中，所述均质进气压缩点火发动机的特征在于，所述控制器(5)通过设定负的气门重叠期来设定内部EGR的量(Qegr)使得并非所有燃烧气体从所述燃烧室(10)排出，所述内部EGR的量(Qegr)包括所述均质进气压缩点火燃烧时保留在所述燃烧室(10)中的燃烧气体量，在所述负的气门重叠期中，所述进气门(11v)和所述排气门(12v)均被关闭，并且当所述燃烧模式从所述均质进气压缩点火燃烧切换至所述火花点火燃烧时，在所述进气提升量从所述第一进气提升量(IL1)切换至所述第二进气提升量(IL2)之前(t3)，所述控制器(5)执行如下操作a)和b)，a)将所述排气提升量从所述第一排气提升量(EL1)切换至所述第二排气提升量(EL2)(t1)，同时确保所述内部EGR的量(Qegr)；和b)在将所述排气提升量从所述第一排气提升量(EL1)切换至所述第二排气提升量(EL2)后，延迟所述排气门(12v)的关闭正时(ETcls)(t2至t3)，以减少所述内部EGR的量(Qegr)。
2. 如权利要求l所述的均质进气压缩点火发动机(l)，其特征在于进 一步包括节气门(3)，其中，控制所述节气门(3)的开度(TA)从而控制到达所述燃烧室 (10)的所述进气量，并且在切换至所述第二排气提升量(EL2)后，所述控制器(5)减小节气 门开度(TA) (t2至t3 )，同时延迟所述排气门(12v)的关闭正时(ETcls )。
3. 如权利要求2所述的均质进气压缩点火发动机(1)，其特征在于， 所述可变排气门机构(12a)具有用于驱动所述排气门(12v)的低升程凸 轮和高升程凸轮，并且所述可变排气门机构(12a)在所述低升程凸轮和所 述高升程凸轮之间切换所述排气门，以控制所述排气提升量。
4.如权利要求2所述的均质进气压缩点火发动机(1)，其特征在于， 在所述均质进气压缩点火燃烧中所述节气门开度(TA)设定为第一节气门 开度(TA1),在所述火花点火燃烧时所述节气门开度(TA)设定为第二 节气门开度(TA2 )，并且所述第二节气门开度(TA2 )小于所述第 一节气 门开度(TA1)，其中，所述控制器(5 )在早于以下两个正时之一的正时开始将所述进 气提升量从所述第一进气提升量(IL1)切换至所述第二进气提升量(IL2 ) (t3)，所述两个正时为c) :所述节气门开度(TA)减小至所述第二节气门开度(TA2)时的 时间点(t3),和d) :由于内部EGR的量(Qegr)的减小而难以执行均质进气压缩 点火燃烧时的时间点前的即刻。
5. —种用于控制均质进气压缩点火发动机(1)的方法，其中，所述 i^J盾ii^压缩点火发劫机M )介/E牟嫩樣拔iC.在^j庸拚年压狳.在女傲樣知^花点火燃烧之间切换，所述均质进气压缩点火发动机(1)包括 燃烧室(10); 进气门(llv); 排气门(12v);可变进气门机构(lla)，其用于改变进气提升量(IL )，所述进气提升 量(IL)是所述进气门(llv)的提升量，其中在所述均质进气压缩点火燃 烧中所述进气提升量设定为第 一进气提升量(IL1 )，并且在所述火花点火 燃烧中所述进气提升量设定为第二进气提升量(IL2 );和可变排气门^J (12a)，其用于改变排气提升量(EL)，所述排气提 升量(EL)是所述排气门(12v)的提升量，其中在所述均质进气压缩点 火燃烧中所述排气提升量设定为第一排气提升量(EL1 )，并且在所述火花 点火燃烧中所述排气提升量设定为第二排气提升量(EL2 );其中所述控制方法的特征在于包括通过设定负的气门重叠期来设定内部EGR的量(Qegr)使得并非所 有燃烧气体从所述燃烧室(10)排出，所述内部EGR的量(Qegr)包括 所述均质进气压缩点火燃烧时保留在所述燃烧室(10)中的燃烧气体量， 在所述负的气门重叠期中，所述进气门(llv)和所述排气门(12v)均被 关闭，并且当所述燃烧模式从所述均质进气压缩点火燃烧切换至所述火花点火 燃烧时，在所述进气提升量从所述第一进气提升量(IL1)切换至所述第 二进气提升量(IL2 )之前(t3 )，执行如下操作a)和b ),a) :将所述排气提升量从所述第一排气提升量(EL1)切换至所 述第二排气提升量(EL2 )(tl )，同时确保所述内部EGR的量(Qegr ); 和b) :在将所述排气提升量从所述第一排气提升量(EL1)切换至 所述第二排气提升量(EL2)后，延迟所述排气门(12v)的关闭正时(ETcls) (t2至t3)，以减少所述内部EGR的量(Qegr )。
全文摘要
本发明公开了一种均质进气压缩点火发动机以及该发动机的控制方法。ECU(5)将HCCI发动机(1)的燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧。在进气提升量从第一进气提升量(IL1)切换至第二进气提升量(IL2)之前(t3)，ECU(5)执行如下操作a)和b)，a)将排气提升量从第一排气提升量(EL1)切换至第二排气提升量(EL2)(t1)同时确保内部EGR的量(Qegr)；和b)在将排气提升量从第一排气提升量(EL1)切换至第二排气提升量(EL2)后，延迟排气门(12v)的关闭正时(ETcls)(t2至t3)，以减少内部EGR的量(Qegr)。
文档编号F02D43/00GK101413448SQ20081017112
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月15日 优先权日2007年10月15日
发明者葛山裕史 申请人:株式会社丰田自动织机