用于在内燃发动机的燃烧模式之间进行转换的控制策略的制作方法

专利名称：用于在内燃发动机的燃烧模式之间进行转换的控制策略的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃发动机的操作和控制。
技术背景
本节中的陈述仅仅提供了与本发明有关的背景信息，并且可能不构成现有技 术。
已知的火花点火61)发动机将空气/燃料混合物引入到每个气缸中，空气/燃 料混合物在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点燃。已知的压缩点火发动机在压缩冲程的 上止点(TDC)附近将加压的燃料喷射到燃烧气缸中，该燃料在喷射后被点燃。用于汽油 发动机和柴油发动机两者的燃烧都涉及通过流体力学来控制的预先混合或扩散的火焰。
SI发动机能够以多种不同的燃烧模式操作，包括均质幻燃烧模式和分层充量火 花点火6C-SI)燃烧模式。幻发动机能够被配置成在预定速度/负载工况下以均质充量 压缩点火(HCCI)燃烧模式操作，其也可互换地被称作受控自动点火(HCCI)燃烧。该 受控自动点火(HCCI)燃烧包括由氧化化学过程控制的分布的、无焰的、自动点火燃烧过 程。操作在受控自动点火(HCCI)燃烧模式中的发动机具有优选在进气门关闭时刻在成 分、温度和剩余排气方面均勻的气缸充量。受控自动点火(HCCI)燃烧是一种分布运动 式受控的燃烧过程，其中发动机以稀的空气/燃料混合物(也就是说，空气/燃料化学计 量值的贫侧)进行操作，具有相对低的峰值燃烧温度，导致低的氮氧化物(NOx)排放。 均质的空气/燃料混合物最大限度减少了形成烟和颗粒排放物的浓区域的发生。
受控自动点火(HCCI)燃烧强烈地依赖于诸如在进气门关闭时的气缸充量成分、 温度和压力之类的因素。因此，到发动机的控制输入必须被仔细协调，以便确保自动点 火燃烧。受控自动点火(HCCI)燃烧策略可以包括使用排气再压缩气门策略。排气再压 缩气门策略包括通过调整气门关闭正时来捕集来自先前发动机循环的热的剩余气体从而 控制气缸充量的温度。在排气再压缩策略中，排气门在上止点(TDC)之前关闭并且进气 门在TDC之后打开，从而产生负气门重叠(NVO)时间段，其中排气门和进气门两者都关 闭，由此来捕集排气。进气门及排气门的打开正时优选相对于TDC进气对称。气缸充 量成分和温度两者都强烈地受排气门关闭正时的影响。特别地，能够利用排气门的更早 关闭来保持来自先前循环的更多的热剩余气体，从而仅为进入的新鲜空气留下较少的空 间，由此增加了气缸充量温度以及减小了气缸的氧浓度。在排气再压缩策略中，排气门 关闭正时和进气门打开正时都通过NVO时间段来测量。
除了气门控制策略之外，必须要有用于燃烧的合适的燃料喷射策略。在低燃料 供给速率(例如，在示例性0.55L燃烧室容积中，IOOOrpm时，小于7mg/循环)时，气 缸充量可能不够热到足以用于受控自动点火(HCCI)燃烧(即使是采用了最大允许的NVO 的情况)，导致局部燃烧或不点火。
在相似的速度/负载情况中，不同的燃烧模式可具有涉及发动机稳定性、排 放、和燃料经济性的性能差异。发动机操作可以包括转换到在特定的情况中具有更优性能的特定燃烧模式。选择优选燃烧模式，基于该优选燃烧模式操作可以导致在特定的发 动机负载和速度下的更优的性能。当在速度和/或发动机负载中的变化允许转换到不同 的燃烧模式时，将执行转换策略，并且发动机将转换到不同的燃烧模式。
与在燃烧模式之间转换发动机操作相关联的已知风险包括不完全的燃烧、发动 机不点火、扭矩扰动、以及增加了不期望的排放。发明内容
一种用于对具有多个可控制的发动机致动器的内燃发动机进行操作的方法，包 括使用第一控制方案以第一燃烧模式操作发动机，同时使用第二控制方案并且根据用于 多个可控制的发动机致动器的仿真的控制设置来对以第二燃烧模式发动机进行仿真操 作，以及将发动机的操作转换到使用第二控制方案并且在初始时根据用于多个可控制的 发动机致动器的仿真控制设置的第二燃烧模式。


现在参考附图并且通过示例来对一个或多个实施例进行描述，附图中
图1是根据本发明，用于控制内燃发动机的控制模块的示意性框图2是根据本发明的示例性发动机系统的示意图3根据本发明，图示了用于各种燃烧模式的示例性速度和负载操作区；
图4根据本发明，图示了叠置在默认燃烧模式上的示例性速度-负载图；和
图5根据本发明，图示了示例性燃烧模式转换。
具体实施方式
现在参照附图，其中的描述(或描绘)仅仅是为了示出某些示例性实施例的目 的，而不是为了限制这些示例性实施例，图1示出了信号地且操作地连接到内燃发动机 10的控制模块5的示意性框图。发动机10包括被配置成以多个燃烧模式(例如，以火花 点火燃烧模式和受控自动点火燃烧模式)操作的内燃发动机。优选地，具有与每一燃烧 模式相关联的控制方案。
控制模块5包括用于以多个控制方案之一来控制发动机10的操作的可执行的控 制策略56。在一个实施例中，控制策略56包括第一控制方案50和第二控制方案52。控 制模块5进一步包括作为控制策略56的一个要素的发动机仿真器M。第一和第二控制方 案50和52以及发动机仿真器M作为分立的要素在图1中示出并在本文中被描述。这样 的说明是为了说明的方便，应当认识到的是，由这些要素执行的功能可以被组合在一个 或多个装置中，例如，实施在软件、硬件、和/或专用集成电路中。这样，第一和第二 控制方案50和52、以及发动机仿真器M可以是信号地连接到控制模块5的数字计算机， 或者可以是保存在存储器装置中并且在控制模块5中执行的一个或多个控制算法以及相 关的校准程序。
在操作中，控制模块5选择性地使用第一和第二控制方案50和52之一使发动机 10操作在相应的燃烧模式下。同时，控制模块5使用第一和第二控制方案50和52中的 另一个使发动机仿真器54 (配置成对发动机10的操作进行仿真)操作在相应的燃烧模式下。控制模块5采用了在另一个燃烧模式中的执行结果和相关的仿真的发动机操作来实 施燃烧模式转换，其导致使用另一个控制方案以另一个燃烧模式来操作发动机。第一和 第二燃烧模式之一可以是与发动机操作点相关联的优选燃烧模式。
控制模块5进一步包括开关58、控制线路60、和信号线路62。控制线路60可 以包括例如用于致动器控制的分立的控制线路或者总线控制信号。信号线路62可以包括 例如用于感测发动机参数的分立的感测线路或者总线感测信号。开关58、控制线路60、 和信号线路62可以是物理装置，或者在控制模块5中作为算法。控制模块5控制开关 58，以便使用第一和第二控制方案50和52来控制发动机10和发动机仿真器M的操作。 控制模块5识别或者选择优选燃烧模式和相关控制方案，以便如本文下面所描述的那样 基于图3和图4示出的速度/负载工作范围、诊断状况、和包括例如温度的发动机工况来 控制发动机10。另一个控制方案则操作发动机仿真器M。
控制模块5优选是通用数字计算机，其包括微处理器或中央处理单元，存储介 质(其包括非易失性存储器和随机存取存储器，其中非易失性存储器包括只读存储器和 电可编程只读存储器)，高速时钟，模数转换和数模转换电路，输入/输出电路和装置， 以及适当的信号调节和缓存电路。优选地，控制模块5包含控制策略56，其作为常驻 程序指令和校准程序存储在非易失性存储器中。控制方案优选在预置的循环周期期间执 行。使用预置的校准，通过中央处理单元执行算法，并且所述算法被配置成监测来自传 感装置的输入，执行控制和诊断例程以便控制发动机致动器的操作。可以每隔一定间隔 执行循环周期，例如在正在进行的发动机和车辆操作期间每隔3.125、6.25、12.5、25以 及100毫秒。可替代地，算法可以响应于事件的发生而被执行。
以算法代码的形式来执行第一和第二控制方案50和52，其中所述算法代码配置 成基于所监测的来自传感器的输出而产生用于发动机致动器的相应的控制设置。这些控 制设置对应于装置的致动器设置，包括节气门位置、火花正时、燃料喷射质量和正时、 进气门和/或排气门升程、正时及定相、以及控制再循环排气流量的EGR阀位置。在一 个实施例中，气门升程、正时和定相包括两级气门升程和NVO。控制模块5监测来自操 作者的输入信号形式的操作者输入(包括加速踏板70和制动器踏板72)，以便确定操作者 扭矩请求并且监测指示了发动机输出数据(例如，发动机速度和负载，进气质量、温度 和流量，冷却液温度，歧管压力，及其它发动机工况)的发动机传感器。控制模块5执 行算法代码以确定用于致动器的控制设置，包括火花正时(根据需要)，EGR阀位置，进 气门及排气门正时和两级升程转换设定点，以及燃料喷射质量和正时，以便响应于操作 者扭矩请求来操作发动机10。
发动机仿真器M监测来自控制方案中实际地控制发动机10的一个的控制设置， 并且对发动机操作进行仿真，包括确定对应于那些控制设置的仿真的发动机输出数据。 在一个实施例中，发动机仿真器M包括一个或多个算法和相关联的查找表，所述查找表 包含对应于那些控制设置的仿真的发动机输出数据。仿真的发动机输出数据优选包括发 动机空气流量，并且考虑了发动机10的进气歧管动力学和气缸空气充量。仿真的发动机 输出数据可以实验确定，并且可适于正在进行操作期间的特定的发动机。
第一和第二控制方案50和52、发动机仿真器M和发动机10的输入和输出取 决于第一和第二控制方案50和52中哪一个被选择为实际地控制发动机10 (优选控制方案)，以及第一和第二控制方案50和52中哪一个是操作发动机仿真器M的控制方案(仿 真控制方案)。所监测的发动机致动器测量结果包括节气门位置、火花正时、进气门及排 气门升程、正时和定相、以及EGR阀位置，并且从信号线路62送到优选控制方案和发动 机仿真器M。优选控制方案控制发动机10的操作。发动机传感器产生对应于实际发动 机输出数据的数据。优选控制方案接收来自发动机10的以实际发动机输出数据形式的反 馈。同时，仿真控制方案控制发动机仿真器M的操作，并且接收来自发动机仿真器M 的仿真发动机输出数据。来自优选控制方案的控制设置和实际的发动机输出数据被传送 到发动机仿真器M，以用于发动机仿真器的修改。控制模块5还可以将各种期望设定点 (包括速度/负载工作范围)输入到优选控制方案和仿真控制方案中。
在一个实施例中，第一控制方案50以算法代码执行，该算法代码配置成在发动 机操作期间一直以默认燃烧模式操作发动机10，而不管它是不是实际地控制发动机的优 选燃烧模式。第二控制方案52同时以算法代码的方式来执行，该算法代码配置成在发动 机操作期间一直以可选的燃烧模式来操作发动机10，其包括多个可选的燃烧模式中的一 个，而不管它是不是实际地控制发动机的优选燃烧模式。第二控制方案52可以配置成以 可选的燃烧模式中的一个来操作发动机10，包括在多个燃烧模式之间进行转换期间控制 发动机操作。
在发动机10进行操作的同时，优选控制方案产生和发送用于发动机致动器的控 制设置以控制发动机10的操作，并且实际发动机输出数据被产生和作为反馈而发送到优 选控制方案。来自优选控制方案的用于发动机致动器的控制设置还被送到发动机仿真器 M。仿真的发动机输出数据是来自优选控制方案的控制设置的函数。因而，在一个实施 例中，在接收到来自优选控制方案的控制设置后，发动机仿真器M从查找表确定对应于 该控制设置的仿真的发动机输出数据。优选地，发动机仿真器M将仿真的发动机输出数 据修改成所监测的发动机致动器测量结果和传输到发动机仿真器M的实际发动机输出数 据。仿真的发动机输出数据被用作到操作发动机仿真器M的仿真控制方案的反馈。仿 真控制方案基于仿真的发动机输出数据来确定发动机仿真器M的发动机致动器的控制设 置。优选地，发动机仿真器M接收所监测的发动机致动器测量结果，确定仿真的发动机 输出数据，并且优选地基于控制模块5的上述循环周期以预定的固定时间间隔发送仿真 的发动机输出数据。
当控制模块5确定要转换发动机燃烧模式时，操作发动机仿真器M的仿真控制 方案被准备成作为优选控制方案来实际上控制发动机操作，并且在初始时使用仿真控制 设置，其中具有对发动机操作的最小延迟和最小扰动。当控制模块5命令切换(即，转 换)时，操作发动机仿真器M的仿真控制方案变成优选控制方案，并且在初始时使用从 发动机仿真器M接收的仿真的发动机输出数据来启动对发动机10的实际控制。操作发 动机仿真器M的仿真的控制方案现在被识别为优选控制方案，而先前的优选控制方案现 在被识别为操作发动机仿真器M的仿真控制方案。新转换的优选控制方案(即，之前的 仿真控制方案)现在接收实际发动机输出数据，而新转换的仿真控制方案(即，之前的优 选控制方案)现在如上所述那样接收来自发动机仿真器M的仿真的发动机输出数据。新 转换的优选控制方案将其用于发动机致动器的控制设置发送到发动机10和发动机仿真器 54,如上所述那样。新转换的仿真控制方案将其控制设置仅仅发送到发动机仿真器M，如上所述那样。那些可能使发动机控制从一种燃烧模式进行切换成为必需的事件包括在 该控制方案的优选速度/负载工作范围之外操作发动机10，以及那些使用车载传感系统 和诊断例程可检测到的发动机故障(例如，部件或系统故障)。另外，气缸温度和/或发 动机起动也可使发动机控制从一种燃烧模式进行切换成为必需。
在操作中，控制模块5将燃烧模式之一识别为对应于发动机操作点的优选燃烧 模式，以及将第一和第二控制方案中对应的一个识别为优选控制方案。控制模块5将燃 烧模式中对应于发动机操作点的另一个，并且将第一和第二控制方案中对应的一个识别 为仿真控制方案。优选控制方案操作发动机10，仿真控制方案则操作发动机仿真器M。
图2是如上所述表示了参照图1描绘的那些概念的发动机10的实施例的示意 图。示例性发动机10选择性地操作在多个燃烧模式中，包括受控自动点火(HCCI)燃烧 模式，均质火花点火6I-H)燃烧模式，以及分层充量火花点火6C-SI)燃烧模式。每一 燃烧模式可与一个或多个燃料喷射策略相关联，例如，用于受控自动点火燃烧模式的单 喷射和/或多喷射燃料喷射策略。发动机10可选择性地以化学计量值的空气/燃料比和 以主要为化学计量值的贫侧的空气/燃料比来操作。本发明可以应用于各种内燃发动机 系统和燃烧循环，并且可以使用参照图1描述的控制模块5来控制。
在一个实施例中，发动机10可以联接到传动装置(未示出)，以便将牵引动力传 输到车辆的传动系(未示出)。传动装置可以包括混合动力传动装置，该混合动力传动装 置包括可操作以将牵引动力传送到传动系的扭矩机。
示例性发动机10包括多缸直接喷射四冲程内燃发动机，其具有可在气缸15内滑 动地运动的往复式活塞14，其限定了可变容积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转的 曲轴12，通过曲轴12将线性往复运动转换为旋转运动。进气系统将进气提供到进气歧 管四，进气歧管四将空气引导并分配到燃烧室16的进气支管中。进气系统包括气流管 道系统和用于监测和控制该气流的装置。进气装置优选包括用于监测质量空气流量和进 气温度的质量空气流量传感器32。节气门34优选包括电子控制的装置，其被用来响应于 来自控制模块5的控制信号(ETC)控制到发动机10的空气流量。进气歧管四中的压力 传感器36被配置成监测歧管绝对压力和大气压。外部流动通道将来自发动机排气的排气 再循环到进气歧管四，外部流动通道具有被称为排气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。 控制模块5可操作通过控制EGR阀38的开度来控制到进气歧管四的排气的质量流量。
通过一个或多个进气门20来控制从进气歧管四到燃烧室16的空气流量。通过 一个或多个排气门18来控制流出燃烧室16到排气歧管39的排气流。发动机10装备了控 制和调整进气门20及排气门18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，进气门20及排 气门18的打开和关闭可以通过分别控制进气和排气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/ VLC)装置22和M来加以控制和调整。进气和排气VCP/VLC装置22和M被配置成分 别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气和排气凸轮轴21和23的旋转被联系 到曲轴12的旋转，并和曲轴12的旋转挂钩，从而将进气门20及排气门18的打开和关闭 与曲轴12和活塞14的位置联系起来。
通过一个或多个进气门20来控制从进气歧管四到燃烧室16的空气流量。通过 一个或多个排气门18来控制流出燃烧室16到排气歧管39的排气流。发动机10装备了控 制和调整进气门20及排气门18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，进气门20及排气门18的打开和关闭可以通过分别控制进气和排气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/ VLC)装置22和M来加以控制和调整。进气和排气VCP/VLC装置22和M被配置成分 别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气和排气凸轮轴21和23的旋转被联系 到曲轴12的旋转，并和曲轴12的旋转挂钩，从而将进气门20及排气门18的打开和关闭 与曲轴12和活塞14的位置联系起来。
进气VCP/VLC装置22优选包括操作为响应于来自控制模块5的控制信号 (INTAKE)来为每个气缸15切换和控制进气门20的气门升程以及可变地调整和控制进气 凸轮轴21的定相的机构。排气VCP/VLC装置M优选包括操作为响应于来自控制模块 5的控制信号(EXHAUST)为每个气缸15可变地切换和控制排气门18的气门升程以及可 变地调整和控制排气凸轮轴23的定相的可控机构。
进气以及排气VCP/VLC装置22和和M都优选包括可控制的两级可变升程控制 (VLC)机构，其被配置成分别将进气门及排气门20和18的气门升程的大小或开度控制到 两个离散级中的一个。该两个离散级优选包括优选用于低速、低负载操作的低升程气门 打开位置(在一个实施例中为大约4-6mm)，和优选用于高速和高负载操作的高升程气门 打开位置(在一个实施例中为大约8-13mm)。进气和排气VCP/VLC装置22和M都优 选包括可变凸轮定相(VCP)机构，以便分别控制和调整进气门20和排气门18的打开和 关闭的定相(即，相对正时)。调整该定相指的是相对于曲轴12以及在各自气缸15中的 活塞14的位置来改变进气门20及排气门18的打开时间。该进气和排气VCP/VLC装置 22和M WVCP机构各优选具有曲柄转动的大约60°至90°的定相许可范围，因而允许 控制模块5使得进气门20及排气门18中的一个的打开和关闭相对于每个气缸15的活塞 14的位置超前或延迟。定相许可的范围是通过进气和排气VCP/VLC装置22和M来限 定和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和M包括凸轮轴位置传感器(未示出)，以便 确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。VCP/VLC装置22和M使用电动液压的、 液力的、以及电气控制的力来致动，并且通过控制模块5控制。
发动机10包括燃料喷射系统，其包括多个高压燃料喷射器观，每个燃料喷射器 28都配置成响应于来自控制模块5的信号将一定质量的燃料直接喷射到燃烧室16中的一 个中。燃料喷射器观被供给以来自燃料分配系统(未示出)的加压燃料。
发动机10包括火花点火系统(未示出)，通过该火花点火系统，可以响应于来自 控制模块5的信号(IGN)将火花能量提供到火花塞沈，用于点燃或帮助点燃每一燃烧室 16中的气缸充量。
发动机10装备了用于监测发动机操作的各种传感装置，包括具有输出的每分钟 转数(RPM)和可操作以监测曲轴旋转位置(也就是说，曲柄角度和速度)的曲柄传感器 42，在一个实施例中还包括配置成监测燃烧的燃烧传感器30以及配置成监测排气的排气 传感器40，通常还包括空气/燃料比传感器。燃烧传感器30包括可操作以监测燃烧参数 状态的传感器装置，并且被描述为可操作以监测气缸内燃烧压力的气缸压力传感器。通 过控制模块5来监测燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出，控制模块5确定燃烧定相， 即燃烧压力相对于各燃烧循环的各气缸15的曲轴12的曲柄角度的正时。燃烧传感器30 还可以通过控制模块5监测，以确定各燃烧循环的各气缸15的平均有效压力(IMEP)。 优选地，发动机10和控制模块5被设计为监测和确定每个气缸点火事件期间各个发动机9气缸15中的IMEP状态。可替代地，在本发明范围内也可使用其它传感系统来监测其它 燃烧参数的状态，例如离子感测点火系统和非侵入式气缸压力传感器。
控制模块5执行存储在其中的算法代码，以便控制上述致动器从而形成气缸充 量，包括控制节气门位置、火花点火正时、燃料喷射质量和正时、控制再循环排气的流 量的EGR阀位置、以及在如所述装备的发动机上的进气门和/或排气门正时和定相。在 一个实施例中，气门正时和定相可以包括NVO和排气门再打开的升程(在一种排气再换 气策略中)。控制模块5可以操作以便在正在进行的车辆操作期间打开和关闭发动机10， 并且可以操作以便通过对燃料、火花以及气门停用的控制来选择性地停用一部分燃烧室 15或一部分进气门及排气门20和18。控制模块5可以基于来自排气传感器40的反馈来 控制空气/燃料比。
在发动机操作期间，节气门34在受控自动点火(HCCI)燃烧模式(例如单喷射 和双喷射的受控自动点火(HCCI)燃烧模式)中优选基本上全开，其中发动机10被控制 在空气/燃料比的贫侧。基本上全开节气门可以包括完全未节流或轻微节流的操作，以 便在进气歧管四中产生真空，从而影响EGR流量。在一个实施例中，缸内EGR质量被 控制到高稀释率，例如大于气缸空气充量的40%。进气门及排气门20和18是处于低升 程气门位置中，并且进气和排气升程正时以NVO操作。一个或多个燃料喷射事件可以在 发动机循环期间被执行，包括在压缩阶段期间的至少一次喷射。
在发动机以均质火花点火6I-H)燃烧模式操作期间，节气门34被控制以便调节 空气流量。发动机10被控制到化学计量的空气/燃料比，并且进气门及排气门20和18 处于高升程气门打开位置，并且进气和排气升程正时以正气门重叠操作。优选地，在发 动机循环的压缩阶段期间，优选基本上在TDC之前，执行燃料喷射事件。当气缸内的空 气充量基本上均质时，优选在燃料喷射后的预定时间进行火花点火。
分层充量火花点火6C-SI)燃烧模式包括基本上在化学计量值的贫侧进行操 作。燃料喷射正时优选在时间上接近火花点火正时，以便防止空气/燃料混合物均质化 成均勻分布的混合物。所喷射的燃料被喷射在燃烧室15中，其中在火花点火时，在火花 塞周围具有浓层，而在更远处具有较贫的空气/燃料比区域。燃料脉冲宽度可以在火花 事件开始时或者恰好在其之前结束。
图3示意性示出了燃烧模式，包含与所指示的发动机操作区相关联的均质火花 点火6I-H)燃烧模式和受控自动点火(HCCI)燃烧模式。发动机操作区通过发动机参 数的状态来限定并对应于发动机参数的状态，在该实施例中，发动机参数包括发动机速 度和负载。发动机负载可以从包括燃料流量和进气歧管压力的发动机参数中推导出。 燃烧模式优选包括均质火花点火6I-H)燃烧模式，第一受控自动点火(HCCI)燃烧模 式(HCCI-1)，第二受控自动点火(HCCI)燃烧模式(HCCI-2)，和第三受控自动点火 (HCCI)燃烧模式(HCCI-3)。优选地，每个燃烧模式都与燃料喷射策略相关联，例如， 第一受控自动点火(HCCI)燃烧模式可以与单喷射燃料喷射策略相关联。与发动机操作 区相关联的优选燃烧模式可以基于具体的硬件应用和发动机操作参数来预先确定，其中 发动机操作参数包括燃烧稳定性、燃料消耗、排放物、发动机扭矩输出等等。在一个实 施例中，限定优选燃烧模式的发动机操作区的边界可以被预先校准并且保存在控制模块5 中。控制模块5将发动机操作转换到与发动机10相关联的优选燃烧模式，以便增加燃料效率和发动机稳定性，和/或减少排放。发动机参数中的一个(例如速度和负载)中的 变化可能影响发动机操作区的变化。控制模块5命令与发动机操作区的变化相关联的优 选燃烧模式的变化。
图4示出了将参照图2和图3描述的发动机10控制和操作在燃烧模式中的一个 的控制策略。燃烧模式中的一个被选择和指定作为默认燃烧模式。在一个实施例中，均 质火花点火6I-H)燃烧模式被指定为默认燃烧模式。另一个燃烧模式则被指定作为可选 的燃烧模式。默认燃烧模式的速度和负载操作限制在图4中通过标记为(WOT)的全开 节气门线来限定，其指示了在发动机10的整个速度/负载操作区内均可执行以操作发动 机。可选的燃烧模式被叠置在默认燃烧模式上，以便如图3所示那样示出相对的速度/ 负载参数。在该实施例中，发动机10可以在整个速度/负载操作区上均操作在默认燃烧 模式中。
优选地，默认燃烧模式包括这样的燃烧模式，S卩，发动机10在发动机速度和负 载的宽阔区域上可以该燃烧模式来操作。对发动机10而言操作在具有对一些致动器(例 如，VCP/VLC系统22和24)的最少控制、具有来自传感器和传感系统的最少反馈、以及 具有最少算法执行的默认燃烧模式中是优选的。因而，发动机10可以操作在速度/负载 组合的宽广区域上，其中在感测和致动方面具有有限的能力。对示例性发动机10而言， 均质火花点火6I-H)燃烧模式是优选默认燃烧模式。其它燃烧模式(例如，HCCI-I燃 烧模式，HCCI-2燃烧模式，和HCCI-3燃烧模式)是可选的燃烧模式，如图4所示那样， 其被图形地叠置在默认燃烧模式上。
在发动机操作期间，发动机10被控制成以优选空气/燃料比操作，并且进气流 量被控制成实现该优选空气/燃料比。这包括基于在选择的燃烧模式中的发动机操作来 估计气缸空气充量。节气门34和进气及排气VCP/VLC装置22和M被控制为基于估计 的气缸空气充量实现进气流率，包括在均质火花点火6I-H)和受控自动点火(HCCI)燃 烧模式之间的转换期间。通过调整节气门34和进气及排气VCP/VLC装置22和M以控 制进气门20及排气门18的打开正时和轮廓来控制空气流量。在两种燃烧模式中的操作 需要就进气门20及排气门18的气门正时和轮廓对进气和排气VCP/VLC装置22和M进 行不同的设定，以及就节气门位置对节气门34进行不同的设定。作为示例，节气门34 在受控自动点火(HCCI)燃烧模式中优选是全开的，其中发动机10被控制在贫燃的空气 /燃料比，然而在均质火花点火6I-H)燃烧模式中节气门34被控制以调节空气流量并且 发动机10被控制到化学计量的空气/燃料比。
在操作中，控制模块5执行算法代码，该算法代码配置成在发动机操作期间一 直以默认燃烧模式操作发动机10，而不管它是不是实际上控制发动机的优选燃烧模式。 当控制模块5选择了用于发动机10的实际操作的默认燃烧模式时，所执行的算法代码被 用来将发动机10控制在默认燃烧模式，并且当控制模块5选择了可选的燃烧模式时，所 执行的算法代码被用来将发动机仿真器M控制在默认燃烧模式。
控制模块5监测包括了发动机操作点(例如，速度/负载操作点)的发动机操 作。控制模块5基于发动机操作点来将可选的燃烧模式识别为优选燃烧模式，并且将第 一和第二控制方案50和52中配置成在可选的燃烧模式中操作发动机的对应的一个识别 为优选控制方案，以及将第一和第二控制方案中的另一个识别为对应于默认燃烧模式的仿真控制方案。优选控制方案被使用以便控制发动机10，而仿真控制方案被使用以便控 制发动机仿真器M。当对应于发动机操作点的优选燃烧模式随后被识别为默认燃烧模式 时，控制模块5命令转换到使用仿真控制方案来控制发动机操作。当发动机10操作在由 可选的燃烧模式之一包含的发动机操作区内时，控制模块5优选通过将对应的控制方案 建立为优选控制方案从而将发动机操作成为可选燃烧模式。
控制模块5同时执行控制算法，该控制算法被配置成以默认燃烧模式操作发动 机10而不是操作发动机仿真器M。这包括监测来自传感器的输入并且确定以默认燃烧模 式操作发动机10的致动器设置。当以默认模式操作发动机时，基于实际发动机输出数据 来确定用于发动机致动器的控制设置以便满足操作者扭矩请求。
这样做时，在事件(例如，使得发动机退出优选燃烧模式或导致发动机退出优 选燃烧模式的故障)发生后，控制模块5能够将发动机10的操作从可选的燃烧模式切换 到默认燃烧模式，并且具有对发动机操作的最小延迟和最小扰动。使得将发动机从可选 的燃烧模式进行切换成为必需的事件可以包括使用例如车载传感系统和诊断算法检测到 发动机故障，或诸如温度之类的缸内状况。发动机故障可以包括发动机传感器或致动器 的部件故障。例如，当诊断算法之一检测到故障时，控制模块5通过将优选控制方案(其 在这之前已经在操作发动机仿真器54)建立作为与默认燃烧模式相关联的控制方案，从 而立刻命令以默认燃烧模式进行发动机操作。
图5示出在使用了对受控自动点火(HCCI)燃烧中的发动机10的控制的第二控 制方案52的示例性发动机操作期间作为时间的函数的节气门位置。当发动机操作转换到 第一控制方案50 (也就是说，均质火花点火6I-H)燃烧模式)时，第二控制方案52的期 望节气门位置是第二控制方案52已经发送信号至发动机仿真器M的节气门位置。当第 一控制方案50以特定的燃烧模式操作发动机时，第二控制方案52还以相同燃烧模式操作 发动机仿真器M。如图5所示，在发动机操作转换期间，节气门位置保持连续，其中具 有对发动机操作的最小延迟和最小扰动。
尽管示例性发动机10被描述为利用仅两个控制方案进行操作，但是可以采用多 种两个或更多个控制方案来控制发动机10。利用两个或更多个控制方案的情况中，第一 控制方案50可被指定成默认控制方案，并且其余控制方案中的每一个可分别控制相应的 发动机仿真器。类似于图4，多个发动机仿真器中的每一个将具有从优选控制方案、监测 的发动机致动器测量结果、以及实际的发动机输出数据输入的用于发动机致动器的控制 设置。多个发动机仿真器中的每一个将仿真的发动机输出数据发送到对应的控制方案， 该对应的控制方案将处理所述数据，并且接着基于所述仿真的发动机输出数据来控制相 应的发动机仿真器。
如上所述的相同方法可以被应用到以多个燃烧模式操作的发动机。另一种示 例性发动机包括可以选择性地操作在压缩点火(Cl)燃烧模式、预先混合充量压缩点火 (PCCI)燃烧模式、及其它燃烧模式中的柴油发动机。在这样的多模式柴油发动机的一个 实施例中，CI燃烧模式被指定为默认模式，而其它燃烧模式(例如，PCCI模式)则被叠 置在默认模式上。
本发明已经描述了某些优选实施例以及对其的修改。在阅读和理解本说明书 后，本领域技术人员可能想到更多的修改和变化。因此，本发明并不意在被限制于作为实现本发明的最佳方式的(一个或多个)特定的实施例，而是本发明将包括落入所附权利 要求范围中的全部实施例。
权利要求
1.一种用于对具有多个可控制的发动机致动器的内燃发动机进行操作的方法，所述 方法包括使用第一控制方案以第一燃烧模式来操作所述发动机，同时使用第二控制方案并且 根据用于所述多个可控制的发动机致动器的仿真控制设置以第二燃烧模式对所述发动机 进行仿真操作；以及将所述发动机的操作转换到使用所述第二控制方案并且在初始时根据用于所述多个 可控制的发动机致动器的仿真控制设置的所述第二燃烧模式。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二燃烧模式包括在发动机操作点的全部范 围上有效的默认燃烧模式。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述默认燃烧模式包括均质火花点火燃烧模式。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一燃烧模式包括在发动机操作点的第二范 围上有效的可选的燃烧模式，所述第二范围小于发动机操作点的整个第一范围。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述可选的燃烧模式包括受控自动点火燃烧模式 和分层充量火花点火燃烧模式中的一个。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在检测到发动机故障时，使所述发动机的操作转 换到所述第二控制方案。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在将所述发动机的操作转换到所述第二燃烧模式后，使用所述第一控制方案并且根 据用于所述多个发动机致动器的仿真控制设置以所述第一燃烧模式对所述发动机进行仿 真操作。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二控制方案配置成以多个第二燃烧模式中 的一个操作所述发动机。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述多个第二燃烧模式包括火花点火燃烧模式和 受控自动点火燃烧模式。
10.一种用于对具有多个可控制的发动机致动器的内燃发动机进行操作的方法，所述 方法包括使用第一控制方案，以便以多个燃烧模式中的第一个来操作所述发动机，同时使用 第二控制方案，以便根据用于所述多个可控制的发动机致动器的仿真控制设置以默认燃 烧模式来操作发动机仿真器；以及转换到使用所述第二控制方案，以便以所述默认燃烧模式并且在初始时根据用于所 述多个可控制的发动机致动器的仿真控制设置来操作所述发动机。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述默认燃烧模式包括火花点火燃烧模式。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个燃烧模式中的第一个包括压缩点火燃 烧模式，并且所述默认燃烧模式包括预先混合充量压缩点火燃烧模式。
13.如权利要求10所述的方法，进一步包括监测发动机操作点；当所述发动机操作点在所述第二燃烧模式的预定操作区内时，转换到使用所述第一 控制方案，以便以所述多个燃烧模式中的第二个来操作所述发动机。
14.如权利要求10所述的方法，其中，当检测到发动机故障时，转换到使用所述第二控制方案，以便以默认燃烧模式操作所述发动机。
15.如权利要求10所述的方法，进一步包括基于发动机操作点和所述多个燃烧模式中每一个的相应预定操作区，从而在所述多 个燃烧模式之间进行转换。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括通过以默认燃烧模式的中间发动机操作，将发动机操作从所述多个燃烧模式中的第 一个转换到所述多个燃烧模式中的第二个。
全文摘要
一种用于对具有多个可控制的发动机致动器的内燃发动机进行操作的方法，所述方法包括使用第一控制方案以第一燃烧模式来操作所述发动机，同时使用第二控制方案并且根据用于所述多个可控制的发动机致动器的仿真控制设置以第二燃烧模式对所述发动机进行仿真操作；以及将所述发动机的操作转换到使用所述第二控制方案并且在初始时根据所述多个可控制的发动机致动器的仿真控制设置的所述第二燃烧模式。
文档编号F02D27/00GK102027217SQ200980116952
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月9日 优先权日2008年3月11日
发明者A·B·雷尔, C-F·常, J-M·康, P·卡法尼克, V·拉马潘 申请人:通用汽车环球科技运作公司