专利名称：以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及配置成以均质充气压缩点火(HCCI)燃烧模式操作的内燃机。
背景技术：
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。已知的火花点火(Si)发动机将空气/燃料混合物引入每个气缸中，空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点火。已知的压缩点火(Cl)发动机在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加压燃料喷入燃烧气缸内，加压燃料在喷射后被点火。SI发动机和CI发动机两者的燃烧均包括由流体力学控制的预混合或扩散火焰。SI发动机能够以多种不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI 燃烧模式。SI发动机可被设置用于在预定速度/负载操作条件下以均质充气压缩点火 (HCCI)燃烧模式操作，也称为受控自动点火燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学作用控制的分布式、无火焰、自动点火燃烧过程。以HCCI燃烧模式操作的发动机在进气阀关闭时间时具有在组分、温度以及残余排气方面优选是均质的气缸充气。HCCI燃烧是一种分布式动力受控燃烧过程，其中发动机用稀释的空气/燃料混合物(即，稀于化学计量比空气/燃料点)操作，具有相对低的峰值燃烧温度，从而得到低NOx排放。均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和颗粒排放物的浓缸内燃烧区域的出现最小化。发动机空气流可以通过选择性地调节节气门阀的位置、以及开启和关闭进气阀和排气阀来控制。在如此配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开启和关闭可以使用可变阀致动系统来调节，所述可变阀致动系统包括可变凸轮定相和可选择多级阀升程，例如提供两个或更多阀升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置变化不同，多级阀升程机构的阀位置的变化是离散梯级变化。当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机以稀或化学计量比空气/燃料比操作来操作，其中，节气门宽开启以使得发动机泵送损失最小化。当发动机以SI燃烧模式操作时， 发动机以化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门阀在从宽开启位置的0%至100%的位置范围内控制，以控制进气空气流从而实现化学计量比空气/燃料比。在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，燃烧受到在压缩之前和在点火之前压缩期间的气缸充气温度以及受到气缸充气的混合物组分影响。在自动点火燃烧模式操作的已知发动机使用标定表作为总体发动机控制方案的一部分而考虑环境和发动机操作状况的变化。已知HCCI发动机控制方案包括用于使用输入参数控制发动机参数的标定值，包括例如发动机负载、发动机速度和发动机冷却剂温度。气缸充气温度可以通过经由发动机阀重叠来控制热气体残余物和经由排气再循环率来控制冷气体残余物而影响。气缸充气温度可以受到发动机环境因素的影响，包括例如空气温度、湿度、海拔、和燃料参数(例如，RVP、能量含量和质量)。在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，燃烧可以根据燃烧放热来表征，可包括相对于活塞位置的燃烧定时，即燃烧定相。燃烧定相可根据燃烧质量比例描述，其表示在燃烧气缸充气的一部分时的活塞曲轴角位置。感兴趣的燃烧质量比例包括CA50点，优选相对于 TDC的曲轴角，此时，燃烧充气的累计放热达到总放热的50%。已知控制系统使用反馈控制算法来控制燃烧定相，以补偿环境和大气参数对燃烧定时和空气/燃料比的多种影响。
发明内容
一种操作内燃机的方法，包括确定持续发动机操作期间的实际燃烧放热；计算与和持续发动机操作期间的实际燃烧放热有关的发动机操作相对应的预期燃烧放热；确定实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差；以及响应于实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机，以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。方案1. 一种操作内燃机的方法，所述方法包括 确定持续发动机操作期间的实际燃烧放热；
计算与和持续发动机操作期间的实际燃烧放热有关的发动机操作相对应的预期燃烧放热；
确定实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差；以及
响应于实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。方案2.根据方案1所述的方法，其中，确定实际燃烧放热包括确定与每个燃烧循环期间测量的缸内燃烧压力相关的每个气缸的燃烧放热。方案3.根据方案2所述的方法，其中，确定每个气缸的燃烧放热包括确定与每个燃烧循环期间的缸内燃烧压力相对应的平均能量释放速率。方案4.根据方案1所述的方法，其中，计算预期燃烧放热包括针对与持续发动机操作相对应的发动机操作点计算与燃料/空气当量比、容积效率和进气阀关闭时的气体温度相对应的平均能量释放速率。方案5.根据方案4所述的方法，其中，计算平均能量释放速率包括执行燃烧过程模型以针对与持续发动机操作相对应的发动机操作点计算平均能量释放速率。方案6.根据方案1所述的方法，其中，以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机包括
确定与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧放热偏差； 确定与燃烧放热偏差相关的发动机冷却剂温度偏差；以及
响应于发动机冷却剂温度偏差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机，以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。方案7.根据方案1所述的方法，还包括
确定与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧室沉积物数量；以及其中，响应于实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相包括响应于与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧室沉积物数量以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。方案8. —种操作内燃机的方法，所述方法包括 确定与发动机操作点处的实际燃烧放热相对应的第一参数；
确定与预期燃烧放热相对应的第二参数，所述预期燃烧放热与发动机操作点处的发动机操作参数相关；
确定与第一和第二参数之间的差相对应的燃烧室沉积物数量；以及响应于燃烧室沉积物数量以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在发动机操作点实现优选燃烧定相。方案9.根据方案8所述的方法，其中，确定第一参数包括确定与发动机操作点测量的缸内燃烧压力相关的每个气缸的燃烧放热。方案10.根据方案9所述的方法，其中，确定每个气缸的燃烧放热包括确定与每个燃烧循环期间的缸内燃烧压力相对应的平均能量释放速率。方案11.根据方案8所述的方法，其中，确定第二参数包括针对发动机操作点计算与燃料/空气当量比、容积效率和进气阀关闭时的气体温度相对应的平均能量释放速率。方案12.根据方案11所述的方法，其中，计算平均能量释放速率包括执行燃烧过程模型以针对发动机操作点计算平均能量释放速率。方案13.根据方案8所述的方法，其中，以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机包括
确定与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧放热偏差； 确定与燃烧放热偏差相关的发动机冷却剂温度偏差；以及
响应于发动机冷却剂温度偏差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机，以在发动机操作点实现优选燃烧定相。方案14. 一种操作内燃机的方法，所述方法包括 确定发动机操作点处的发动机操作的实际燃烧放热；
确定预期燃烧放热，所述预期燃烧放热与发动机操作点的发动机操作参数相关； 确定对与实际和预期燃烧放热之间的差相对应的综合热状态参数的调节；以及响应于调节后的综合热状态参数以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机。
现在将参考附图通过例子描述一个或更多的实施例，在附图中
图1是根据本发明的配置成以受控自动点火(HCCI)燃烧模式操作的火花点火内燃机和附属控制模块的示意图2以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的各个持续时间的发动机操作而言相对于TDC周围的活塞位置绘制的燃烧放热率；
图3以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度范围而言相对于TDC周围的活塞位置绘制的燃烧放热率；
图4以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的发动机操作状态而言相对于燃烧定相(即，CA50燃烧质量比例点)绘制的峰值气缸压力与指示平均有效压力(IMEP)的比率；
图5以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度状态而言相对于燃烧定相(即，CA50燃烧质量比例点)绘制的峰值气缸压力与指示平均有效压力(IMEP)的比率；
图6以图形示出了根据本发明的测量平均能量释放速率相对于燃烧室沉积物的厚度； 图7以图形示出了根据本发明的以HCCI燃烧模式操作的示例性发动机系统的测量平均能量释放速率相对于冷却剂温度；
图8以图形示出了根据本发明的测量平均能量释放速率与计算或预期平均能量释放速率之间的对应性；
图9以图形示出了根据本发明的以HCCI燃烧模式操作的示例性发动机的热状态参数 (例如，冷却剂温度)和测量平均能量释放速率之间的关系；和
图10示出了根据本发明的用于操作配置成以HCCI燃烧模式操作的内燃机的控制方案。
具体实施例方式现在参考附图，其中附图的目的只是为了说明某些示例性实施例并不是为了限制于此，图1是具有根据本发明实施例构造的附属控制模块5的内燃机10的示意图。发动机 10配置成以多种燃烧模式操作，包括均质充气压缩点火(HCCI)燃烧模式和火花点火(Si) 燃烧模式。发动机10以化学计量比空气/燃料比和以根本上稀于化学计量比的空气/燃料比操作。本发明可以适用于各种内燃机系统和燃烧循环。示例性发动机10包括具有可在气缸15内滑动运动的往复活塞14的多缸直接喷射四冲程内燃机，气缸15限定可变容积燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12，借此将线性往复运动转化成旋转运动。空气进气系统提供进气空气给进气歧管29，进气歧管29 引导并分配空气进入至燃烧室16的进气流道。空气进气系统包括用以监测和控制空气流的空气流管道系统和装置。空气进气装置优选地包括用以监测空气质量流量(MAF)33和进气空气温度(IAT) 35的空气质量流量传感器32。节气门阀34优选地包括电控装置，用于响应来自控制模块5的控制信号120而控制至发动机10的空气流。进气歧管29中的压力传感器36配置成监测歧管绝对压力(MAP) 37和大气压力。外部流动通道使来自于发动机排气的排气再循环至进气歧管29，外部流动通道具有称为排气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。控制模块5通过经由控制信号44控制EGR阀38的开度来控制至进气歧管29的排气质量流量。通过一个或多个进气阀20控制从进气歧管29进入燃烧室16的空气流。通过一个或多个排气阀18控制离开燃烧室16至排气歧管39的排气流。发动机10配备有控制和调节进气阀20和排气阀18的开启和关闭的系统。在一个实施例中，进气阀20和排气阀18 的开启和关闭可以分别通过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24进行控制和调节。进气和排气VCP/VLC装置22和24配置成分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转与曲轴12的旋转相关联且由曲轴12的旋转标引，因此将进气阀20和排气阀18的开启和关闭与曲轴12和活塞14的位置相关联。进气VCP/VLC装置22优选地包括可操作响应于控制信号125切换和控制进气阀 20的阀升程(VLC)并且响应于控制信号126针对每个气缸15可变地调节和控制进气凸轮轴21的定相(VCP)的机构。排气VCP/VLC装置24优选地包括可操作响应于控制信号123 可变地切换和控制排气阀18的阀升程(VLC)并且响应于控制信号124针对每个气缸15可变地调节和控制排气凸轮轴23的定相(VCP)的可控机构。进气和排气VCP/VLC装置22和24每个优选地包括可操作将进气和排气阀20和 18的阀升程的幅度或开度分别控制为两个离散梯级中的一个的可控两级VLC机构。两个离散梯级优选地包括优选用于低速度、低负载操作的低升程阀开启位置(在一个实施例中大约4-6 mm),以及优选用于高速度和高负载操作的高升程阀开启位置(在一个实施例中大约 8-13 mm)。进气和排气VCP/VLC装置22和24均优选地包括可变凸轮定相(VCP)机构，用来分别控制和调节进气阀20和排气阀18开启和关闭的定相(即，相对定时)。调节定相是指相对于曲轴12和活塞14在相应气缸15中的位置来切换进气和排气阀20和18的开启时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构均优选地具有大约60° -90°曲轴旋转的定相权限范围，因此允许控制模块5相对于每个气缸15的活塞14的位置提前或延迟进气和排气阀20和18中的一个的开启和关闭。定相权限范围是由进气和排气VCP/VLC装置22和24定义和限制的。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括确定进气和排气凸轮轴 21和23旋转位置的凸轮轴位置传感器。VCP/VLC装置22和24响应于相应控制信号123、 124,125和126使用电动液压、液压和电控力中的一种来致动。发动机10采用直接喷射燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，高压燃料喷射器28均配置成响应来自控制模块5的控制信号(INJ_PW) 112将一定质量的燃料直接喷射到燃烧室16中的一个内。应当理解的是，控制信号INJ_PW 112包括脉宽持续时间、经过时间、和相对于TDC的喷射定时。燃料喷射器28从燃料分配系统供应加压燃料。发动机10包括火花点火系统，火花能量可以通过火花点火系统提供给火花塞26， 用于响应于来自控制模块5的控制信号(IGN)IlS点火或辅助点火每个燃烧室16中的气缸充气。发动机10配备有用以监测发动机操作的各种传感装置，包括具有输出RPM 43的曲轴传感器42，输出RPM 43表示曲轴旋转位置，即曲轴角和速度。温度传感器44配置成监测冷却剂温度45。缸内燃烧传感器30配置成监测燃烧31。缸内燃烧传感器30配置成监测燃烧，且在一个实施例中包括可操作监测缸内燃烧压力31的气缸压力传感器。排气传感器40配置成监测排气参数41，例如，空气/燃料比(AFR)。燃烧压力31和RPM 43由控制模块5监测以确定燃烧定相，即对于每个燃烧循环而言相对于每个气缸15的曲轴12的曲轴角度的燃烧压力定时。 应当理解的是，燃烧定相可以由其它方法确定。燃烧压力31可以由控制模块5监测以确定对于每个燃烧循环而言每个气缸15的指示平均有效压力(IMEP)。 优选地，发动机10和控制模块5配置成在每个气缸点火事件期间监测和确定每个发动机气缸15的IMEP的状态。控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器或类似术语指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的中央处理单元(优选为处理器)和相关存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其他合适部件中的一个或多个的任何合适一种或各种组合。控制模块具有一组控制算法，包括储存在存储器中并被执行用来提供需要功能的常驻软件程序指令和标定值。算法优选地在预设循环周期期间执行。算法例如通过中央处理单元执行，并可以操作用来监测来自传感装置和其它联网控制模块的输入且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。循环周期能以规则的时间间隔执行，例如在持续发动机和车辆操作期间每3. 125,6. 25,12. 5、25和100毫秒。替代地，算法可以响应事件的发生而执行。操作中，控制模块5监测来自于前述传感器的输入以确定发动机参数的状态。控制模块5配置成从操作者接收输入信号(例如，经由加速踏板和制动踏板)以确定操作者扭矩请求，根据操作者扭矩请求获取发动机扭矩指令。操作中，控制模块5监测来自于前述传感器的输入以确定发动机参数的状态。控制模块5配置成从操作者接收输入信号(例如，经由加速踏板和制动踏板)以确定操作者扭矩请求，根据操作者扭矩请求获取发动机扭矩指令。确定有效温度Teff包括根据其对燃烧定相的影响(例如，在每个气缸事件期间燃烧放热的数量和定时)来确定和汇总发动机环境因素。示例性发动机环境因素可包括冷却剂温度、发动机负载历史、环境空气湿度、海拔、燃料质量和燃烧室沉积物。发动机环境因素的影响可与气缸压力和燃烧定相相关，其可以根据发动机曲轴角、气缸压力、与发动机操作相关或者以其它方式从发动机操作确定的燃烧定时和估计值的测量值确定。有效温度Teff优选用于使用单组标定表在前馈方法中调节发动机致动器的控制状态，其中，每个标定表优选设置为与发动机速度和负载相对应的二维阵列。这避免了使用复杂标定表和需要多项反馈燃烧控制。每个参数对有效温度Teff的贡献被确定且标定基于有效温度Teff，而不是所述参数中的单独一个，例如冷却剂温度。单个综合热状态参数(S卩，有效温度Teff)是影响缸内温度的发动机环境因素的汇总。有效温度Teff的单个状态可以使用可在持续发动机操作期间执行的方程汇总。示例性方程如下。Teff-Tc ~l· Tl0Ad + Tint ~l· Thum ~l· Talt ~l· Tfuel ~l· Tdep [1] 汇总以确定有效温度Teff的发动机环境因素包括以下。Tc冷却剂温度，
Tload与发动机负载和发动机负载历史相对应的温度偏差项，
Tint与进气空气温度相对应的温度偏差项，
Thih与环境湿度相对应的温度偏差项，
Talt与海拔相对应的温度偏差项，
Tfuel与燃料质量相对应的温度偏差项，以及
Tdep与燃烧室沉积物相对应的温度偏差项。应当理解的是，有效温度Teff的值可以相反通过将温度偏差项相乘来确定。包括冷却剂温度、发动机负载、环境空气湿度、海拔、燃料质量和燃烧室沉积物的各种发动机环境因素的贡献可以在标定产生实践期间确定。在发动机操作期间响应于发动机扭矩指令的燃烧放热受到单个综合热状态参数(即，有效温度Teff)的影响。在持续发动机操作期间，有效温度Teff通过测量或以其它方式确定每个发动机环境因素的当前操作状态且将它们组合(例如，如上文参考方程1所示)来重复地确定。可以确定响应于发动机扭矩指令的优选燃烧定相。发动机控制方案(例如，参考图10所述)被执行以确定发动机控制参数的状态。发动机控制参数在以HCCI燃烧模式操作期间控制内燃机10的实施例的操作，以在发动机操作点实现优选燃烧定相，同时考虑由单个综合热状态参数表示的发动机环境因素。图2以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的1小时操作731、 10小时操作733、20小时操作735、30小时操作737、和40小时操作739的发动机操作持续时间而言相对于TDC周围的活塞位置310 (CA deg aTDC)绘制的燃烧放热率320 (J/CA)。 结果表明，随着操作小时数增加，燃烧放热率变化，包括燃烧定相提前(朝TDC移动)和峰值燃烧放热率增加。燃烧放热率随着操作时间的变化与燃烧室沉积物相关的变化相对应，从而影响气缸充气温度。结果表明，在以HCCI燃烧模式操作期间，发动机控制方案需要考虑燃烧室沉积物的影响以优化发动机性能。图3以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度范围 (包括80°C 341、85°C 343,90°C 345、和95°C 347)而言相对于TDC周围的活塞位置310 (CA deg aTDC)绘制的燃烧放热率320 (J/CA)，指示了随着冷却剂温度增加，燃烧定相提前 (即，朝TDC移动)和峰值放热增加。图2和3所示的结果表明，燃烧室沉积物以与冷却剂温度相同的方式但是不必以相同大小影响燃烧放热率。图4以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的1小时操作835、 20小时操作831、和40小时操作839的发动机操作状态而言相对于燃烧定相(即，CA50燃烧质量比例510 (CA deg aTDC))绘制的峰值气缸压力相对于指示平均有效压力的比率520 (压力/压力)。结果表明随着操作小时数增加，燃烧定相提前(即，朝TDC移动)和峰值气缸压力相对于指示平均有效压力的比率增加。如前文参考图2所述，结果可能与燃烧室沉积物相关。图5以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度状态 (包括80°C 541、85°C 543,90°C 545、和95°C 547)而言相对于燃烧定相(S卩，CA50燃烧质量比例510 (CA deg aTDC))绘制的峰值气缸压力与IMEP的比率520，指示了随着冷却剂温度增加，燃烧定相提前(即，朝TDC移动)和峰值气缸压力相对于IMEP的比率增加。图4和5的结果表明，与40小时发动机操作有关的燃烧室沉积物对燃烧放热率的影响与16°C冷却剂温度变化相等。发动机操作的小时数可以直接测量，以提供与燃烧室沉积物有关的温度偏差项的大小(即，Tdep的状态)。燃烧室沉积物的数量可以通过将实际燃烧放热参数与预期燃烧放热参数进行比较来确定，其中，实际和预期燃烧放热参数描述燃烧放热且与燃烧放热的数量和定时相关。 在一个实施例中，预期燃烧放热参数可以计算为平均能量释放速率(预期AERR)，其定义为在气缸的燃烧循环期间燃料质量的平均燃烧速率。燃烧过程模型可以用于使用发动机操作参数(包括燃料/空气当量比、容积效率和进气阀关闭时的气体温度，其全部都可以在持续发动机操作期间确定)来确定发动机速度/负载操作点的预期AERR。燃烧过程模型是已知的。确定预期AERR的一个示例性燃烧过程模型在共同转让的美国专利No. 7，409，285中描述。
示例性发动机10的实际燃烧放热参数可以使用测量气缸燃烧压力31来确定。一个示例性燃烧放热参数是与监测气缸压力相关的测量平均能量释放速率(测量AERR)，且是在气缸的每个燃烧循环期间燃烧放热的数量和定时的度量，由测量气缸压力表示。图6以图形示出了数据612，表示以HCCI燃烧模式操作的示例性发动机系统的相对于燃烧室沉积物的厚度610绘制的根据测量AERR 620的燃烧放热。数据612表明，测量 AERR随着燃烧室沉积物的厚度的增加而增加。数据612包括数据点614，具有燃烧室沉积物的选定厚度615和相应测量AERR 625。结果表明，在测量AERR大于燃烧室沉积物的已知数量的预期值时，燃烧室沉积物的数量大于预期。在测量AERR小于燃烧室沉积物的已知数量的预期值时，燃烧室沉积物的数量小于预期。图7以图形示出了数据622，表示以HCCI燃烧模式操作的示例性发动机系统的相对于冷却剂温度630绘制的测量AERR 620。参考图6和7所示的数据表明，燃烧室沉积物的数量以与冷却剂温度相同的方式但是不必以相同大小影响测量AERR。图8以图形示出了测量AERR 620 (χ轴)和预期AERR 640 (y轴)，且描绘了多个数据点，表示多个发动机操作点的测量AERR和相应预期AERR，包括相关线624。预期AERR 640如本文所述使用燃烧过程模型确定。测量AERR使用用燃烧室沉积物的已知状态获取的试验数据确定，且与多个发动机操作点的相应预期AERR进行比较。因而，对于燃烧室沉积物的已知状态，预期AERR和测量AERR之间的偏差可以用于表征燃烧室沉积物相对于已知状态的状态。在测量AERR大于预期AERR且已经考虑其它环境参数时，燃烧室沉积物的实际数量大于产生模型的燃烧室沉积物的数量，反之亦然。测量AERR的偏差和燃烧室沉积物的数量之间的函数关系可以使用试验在具有燃烧室沉积物的各种已知状态的示例性发动机上确定。表示实际燃烧放热参数的测量AERR可以使用测量气缸燃烧压力31确定。测量AERR与预期AERR进行比较以确定AERR偏差，其与燃烧室沉积物的数量相关。以HCCI燃烧模式操作示例性发动机10的实施例可以适合于使用AERR偏差和热状态参数(例如，冷却剂温度)之间的函数关系对燃烧室沉积物的变化状态作出响应。图9以图形示出了以HCCI燃烧模式操作的示例性发动机的热状态参数630 (例如，冷却剂温度)和测量AERR 620之间的关系。所述关系可以用于确定冷却剂温度645的偏差，其与AERR偏差625相关。图6和9所示的结果表明，燃烧室沉积物可以使用与燃烧性能和燃烧定相有关的监测参数与热状态参数630 (例如，冷却剂温度)相关。以相同的方式，AERR偏差可以直接与冷却剂温度的偏差相关，而不用确定沉积物覆盖数量作为中间步骤。因而，燃烧室沉积物的变化能够以与冷却剂温度变化相同的方式影响发动机操作。可以采用发动机控制方案以使用参考方程1所述的有效温度Teff用于发动机标定和控制，包括表征燃烧室沉积物且作为响应调节发动机操作，如本文所述。图10示意性地示出了用于以HCCI燃烧模式控制和操作内燃机10的示例性实施例的发动机控制方案200，包括补偿影响燃烧放热的燃烧室沉积物的变化，其可以由测量 AERR和相应预期AERR表示。补偿影响燃烧放热的燃烧室沉积物的变化包括响应于燃烧室沉积物的变化调节有效温度Teff以及响应于有效温度Teff控制各种发动机致动器。发动机控制方案200在持续发动机操作期间重复地执行以便以HCCI燃烧模式控制发动机操作。发动机控制方案200优选包括算法代码和标定表，其存储在发动机控制模块5的其中一个存储器装置内，用于在其中执行。发动机控制方案200监测多个操作者输入(包括，例如，操作者扭矩请求)、环境状况(包括例如进气空气温度35、湿度、海拔)、发动机参数 (包括例如RPM 43、MAP 37、MAF 33、IAT 35和INJ_PW 112)、以及燃烧参数(包括例如燃烧压力31和AFR 41)。发动机控制方案200执行算法以在以均质充气压缩点火燃烧模式操作期间响应于发动机扭矩指令确定各种致动器的优选控制状态，且实现优选燃烧定相。监测燃烧参数(包括燃烧压力31和AFR 41)用于计算燃烧定相和燃烧放热。燃烧定相优选为 CA50燃烧质量比例点。监测前述操作者输入、环境状况、发动机参数和燃烧参数。气缸压力31用于在实时确定燃烧放热参数(例如，测量AERR 211) (210)。预测燃烧放热参数(例如，预期AERR 213)被确定，且与用于确定发动机操作参数 212 (包括燃料/空气当量比、容积效率和进气阀关闭时的气体温度，如前文所述)的发动机负载、进气空气温度、EGR质量流率、燃料质量和其它参数的当前发动机参数相对应。可以确定预期AERR 213和测量AERR 211之间的差，其为前述AERR偏差215。AERR 偏差和冷却剂温度的偏差之间的标定关系214 (例如，参考图9所述)用于确定与和AERR偏差215相关的燃烧室沉积物相对应的温度偏差项Tdep 217。温度偏差项Tdep 217与其它温度偏差项结合以确定有效温度Teff 219，其全部参考方程1描述(220)。有效温度Teff 219 优选考虑影响HCCI发动机操作的发动机环境因素，包括前述燃烧定时和燃烧放热。发动机标定方案230确定与发动机速度43和发动机扭矩指令(例如，可以由燃料 INJ_Pff 112的指令喷射质量表示)相对应的发动机操作点。发动机标定方案230确定优选燃烧定相221，其考虑由有效温度Teff 219表示的发动机环境因素。燃烧控制器240通过响应于由INJ_PW 112表示的发动机扭矩指令确定各种发动机致动器的优选指令而控制发动机10的操作，其在发动机操作点实现优选燃烧定相221。燃烧控制器240包括一个或多个控制方案，其响应于来自于标定方案230的输入以及来自于以HCCI燃烧模式操作发动机10的反馈产生各种发动机致动器的优选指令。发动机反馈包括与燃烧性能有关的监测发动机参数(包括燃烧压力31和发动机空气/燃料比41)。各种发动机致动器的优选指令包括EGR 44、ETC 120、INJ_PW 112、进气VCP/VLC 125/126以及排气VCP/VLC 123/124。优选发动机操作参数包括例如RPM 43、MAP 37、MAF 33和INJ_PW 112以及有效温度TEFF。发动机操作点基于发动机操作状态(包括速度和负载) 和有效温度Teff确定。每个发动机致动器的具体前馈控制状态可基于发动机操作状态和发动机功率历史来确定。每个发动机致动器的控制状态包括致动器合适指令信号，以控制致动器的操作以便实现由发动机操作点以及与燃烧性能有关的监测发动机参数(包括燃烧压力31和AFR 41)规定的目标发动机操作。发动机致动器的前馈控制状态可服从速率限制器。反馈控制方案可用于监测前述发动机操作状态以及监测发动机参数，以使用已知反馈控制策略确定对 EGR 44、ETC 120、INJ_PW 112、进气 VCP/VLC 125/126 以及排气 VCP/VLC 123/124的致动器指令的调节。发动机10使用利用反馈控制方案调节的发动机致动器的前馈控制状态来控制，以实现优选燃烧定相，同时考虑单个综合热状态参数的发动机环境因
ο本发明已经描述了某些优选实施例及其变型。在阅读和理解该说明书之后，本领域技术人员可以想到其它的变型和改变。因此，本发明并不意在限于作为设想用于实现该发明的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种操作内燃机的方法，所述方法包括确定持续发动机操作期间的实际燃烧放热；计算与和持续发动机操作期间的实际燃烧放热有关的发动机操作相对应的预期燃烧放热；确定实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差；以及响应于实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定实际燃烧放热包括确定与每个燃烧循环期间测量的缸内燃烧压力相关的每个气缸的燃烧放热。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定每个气缸的燃烧放热包括确定与每个燃烧循环期间的缸内燃烧压力相对应的平均能量释放速率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算预期燃烧放热包括针对与持续发动机操作相对应的发动机操作点计算与燃料/空气当量比、容积效率和进气阀关闭时的气体温度相对应的平均能量释放速率。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，计算平均能量释放速率包括执行燃烧过程模型以针对与持续发动机操作相对应的发动机操作点计算平均能量释放速率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机包括确定与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧放热偏差；确定与燃烧放热偏差相关的发动机冷却剂温度偏差；以及响应于发动机冷却剂温度偏差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机，以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括确定与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧室沉积物数量；以及其中，响应于实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相包括响应于与实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差相对应的燃烧室沉积物数量以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。
8.一种操作内燃机的方法，所述方法包括确定与发动机操作点处的实际燃烧放热相对应的第一参数；确定与预期燃烧放热相对应的第二参数，所述预期燃烧放热与发动机操作点处的发动机操作参数相关；确定与第一和第二参数之间的差相对应的燃烧室沉积物数量；以及响应于燃烧室沉积物数量以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机以在发动机操作点实现优选燃烧定相。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定第一参数包括确定与发动机操作点测量的缸内燃烧压力相关的每个气缸的燃烧放热。
10.一种操作内燃机的方法，所述方法包括确定发动机操作点处的发动机操作的实际燃烧放热；确定预期燃烧放热，所述预期燃烧放热与发动机操作点的发动机操作参数相关；确定对与实际和预期燃烧放热之间的差相对应的综合热状态参数的调节；以及响应于调节后的综合热状态参数以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机。
全文摘要
一种操作内燃机的方法，包括确定持续发动机操作期间的实际燃烧放热；计算与和持续发动机操作期间的实际燃烧放热有关的发动机操作相对应的预期燃烧放热；确定实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差；以及响应于实际燃烧放热和预期燃烧放热之间的差以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机，以在每个燃烧循环期间实现优选燃烧定相。
文档编号F02B17/00GK102287259SQ20111013506
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者允 H., 康 J-M., 维尔穆特 N., A. 古拉尔普 O., M. 纳特 P. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司