专利名称：火花辅助hcci燃烧模式中的燃烧定相控制的制作方法
技术领域：
本公开涉及均质充量压缩点火(HCCI)发动机的操作和控制。
背景技术：
本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并可能不构成现有技术。内燃发动机，尤其是汽车内燃发动机，通常分为两种类型火花点火和压缩点火。 火花点火发动机，诸如汽油发动机，将燃料/空气混合物引入燃烧气缸，然后该燃料/空气混合物在压缩冲程中压缩并由火花塞点火。压缩点火发动机(诸如柴油发动机)在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加压燃料引入或喷入燃烧气缸内，该加压燃料在喷射后被点火。汽油发动机和柴油发动机的燃烧涉及通过流体力学控制的预混火焰或扩散火焰。各类型的发动机具有优点和缺点。总体而言，汽油发动机产生较少的排放，但是效率较差。总体而言， 柴油发动机更有效率，但产生更多的排放。最近，其它类型的燃烧方法已经被引入内燃发动机中。这些燃烧概念中的一种在本领域中已知为均质充量压缩点火(HCCI)。HCCI燃烧模式包括分布式的、无火焰、自动点火燃烧过程，其由氧化化学而不是流体力学来控制。在典型的操作于HCCI燃烧模式的发动机中，在进气阀关闭时刻，气缸充量的成分温度接近均勻。操作于HCCI燃烧模式的典型的发动机还可以利用分层充量燃料喷射操作，来控制和改变燃烧过程，包括使用分层充量燃烧来触发HCCI燃烧。因为自动点火是分布式动力学控制的燃烧过程，因此，发动机操作于非常稀的燃料/空气混合物(即，燃料/空气化学计量点的贫侧)并具有相对低的峰值燃烧温度，因此形成非常低的氮氧化物(NOx)的排放。与用于柴油发动机的分层燃料/空气燃烧混合物相比，自动点火的燃料/空气混合物是比较均勻的，因此，显著地消除了在柴油发动机中形成烟雾和颗粒排放物的浓区域。由于这种非常稀的燃料/空气混合物，操作在自动点火燃烧模式的发动机能够非节流地操作以获得柴油发动机般的燃料经济性。HCCI发动机能够以大量的排气再循环(EGR)操作于化学计量点，从而获得有效的燃烧。对操作于自动点火模式的发动机燃烧的起始没有直接的控制，因为气缸充量的化学动力学决定了燃烧的起始和过程。化学动力学对温度是敏感的，因此，受控的自动点火燃烧过程对温度是敏感的。影响燃烧开始和过程的一个重要变量是气缸结构的有效温度，即， 气缸壁、盖、阀和活塞冠的温度。另外，已知火花辅助点火在某些操作范围内有助于燃烧。在较高的负荷操作于HCCI模式可能是很困难的，因为燃烧室内的能量随着增加的负荷而增加。这种增加的能量，由例如正在燃烧的空气燃料充量中的较高的温度来表现， 增加了空气燃料充量在预期的燃烧点之前燃烧的可能性，导致来自燃烧室的不期望的压力波动或激振。
发明内容
—种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机中的燃烧的方法，包括确定用于维持可接受的燃烧性质的期望燃烧定相；监测每个气缸的燃烧定相；选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相；调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时，以获得所述目标燃烧定相，以使所有气缸中的燃烧定相平衡于所述目标燃烧定相；以及调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到所述期望的燃烧定相。此外，本发明涉及以下技术方案。1. 一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机中的燃烧的方法，包括 确定用于维持可接受的燃烧性质的期望燃烧定相；
监测每个气缸的燃烧定相；
选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相； 调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时，以获得所述目标燃烧定相，以使所有气缸中的燃烧定相平衡于所述目标燃烧定相；以及
调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到所述期望的燃烧定相。2.如技术方案1所述的方法，其中，所述燃烧性质包括燃烧噪声、燃烧效率和燃烧稳定性。3.如技术方案1所述的方法，其中，调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时包括
将所监测的每个气缸的燃烧定相与所述目标燃烧定相比较； 基于所述比较来确定每个相应气缸的相应燃烧定相差；以及
以基于所述相应的燃烧定相差的量来调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时。4.如技术方案3所述的方法，其中，调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时包括基于所述相应的燃烧定相差来产生每个气缸的相应积分器值，所述相应积分器值直接对应于必须调节不具有最为延迟的燃烧定相的对应气缸中的火花正时以获得所述目标燃烧定相的量。5.如技术方案4所述的方法，其中，在反馈控制回路中利用所述相应积分器值来在紧接下来的发动机循环中调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时。6.如技术方案3所述的方法，其中，调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时包括以基于每个相应气缸的相应燃烧定相差的量来延迟不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时。7.如技术方案1所述的方法，还包括监测操作员扭矩请求；以及
其中，调节所述外部EGR百分比包括将所述外部EGR百分比调节到对应于所述操作员扭矩请求的值。8.如技术方案7所述的方法，其中，将所述外部EGR百分比调节到对应于所述操作员扭矩请求的值包括调节所述外部EGR百分比以保持化学计量点的空气燃料比。9.如技术方案7所述的方法，还包括
响应于增加的操作员扭矩请求而增加喷射的燃料质量；以及
其中，调节所述外部EGR百分比包括降低所述外部EGR百分比以获得对应于所监测到的操作员扭矩请求的值。10.如技术方案1所述的方法，其中，选择所述目标燃烧定相包括确定通过单独的火花正时调节使不具有最为延迟的燃烧定相的气缸的燃烧定相收敛到所述目标燃烧定相的可实现性。11. 一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机中的燃烧的方法，包括 监测操作于扭矩请求；
基于所监测的操作员扭矩请求来确定用于维持可接受的燃烧噪声和燃烧效率所期望的燃烧定相；
监测每个气缸的燃烧定相；
选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相；
平衡所有气缸中的燃烧定相，包括
将所监测的每个气缸的燃烧定相与所述目标燃烧定相比较；
基于所述比较来确定每个相应气缸的燃烧定相差；
以基于所述相应燃烧定相差的量来延迟每个气缸中的火花正时；以及
调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到所述期望的燃烧定相。12.如技术方案11所述的方法，还包括
以包括火花辅助点火的高负荷均质充量压缩点火模式操作所述发动机，对于每个气缸包括
基于所述操作员扭矩请求在进气冲程期间利用单次喷射而输送喷射燃料质量； 在所述单次喷射之后，在压缩冲程期间对所述喷射燃料质量火花点火，能够开始足以增加喷射燃料质量的温度的火焰传播，以实现自动点火。13.如技术方案12所述的方法，其中，对所述喷射燃料质量火花点火延迟自动点火以扩展受控自动点火燃烧的高负荷操作极限。14.如技术方案11所述的方法，还包括
利用包括负阀重叠时间段的排气再压缩策略来提供足够用于受控自动点火的剩余热量。15.如技术方案14所述的方法，其中，监测操作员扭矩请求包括
基于所述操作员扭矩请求以包括火花辅助点火的高负荷均质充量压缩点火模式操作所述发动机；
减小负阀重叠以增加质量空气流可进入每个气缸的气缸体积；以及降低所述外部EGR百分比以维持基于所述操作员扭矩请求的空气燃料比。
现在参考附图，通过实例描述一个或多个实施例，其中 图1是根据本公开的示例性发动机系统的示意图2是描述根据本公开的在火花辅助HCCI燃烧期间的热释放速率曲线的图； 图3是根据本公开的、示出排气再压缩阀策略300的图，显示了排气阀曲线310和进气阀曲线320，包括一段时间的负阀重叠(NVO) 315 ；
图4根据本公开示意性地示出了燃烧定相控制器400，用于平衡多气缸发动机的每个气缸中的燃烧定相，以及调节外部EGR百分比，使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到期望的燃烧定相；以及图5根据本公开图形地示出了来自示例性发动机的实验和导出数据，示出了 EGR阀开度510、火花点火正时520和CA50 (S卩，燃烧50%的燃料质量的曲柄角位置)530。
具体实施例方式现在参考附图，其中的描绘仅仅是用于对某些示例性实施例进行说明的目的，而不是用于对其进行限制，图1示意性示出了根据本公开的一个实施例构造的示例性内燃发动机10和所附控制模块5。发动机10选择性地操作在多种燃烧模式，包括受控自动点火 (HCCI)燃烧模式和均质火花点火(Si)燃烧模式。发动机10可选择性地以化学计量比空气 /燃料比操作以及以主要在化学计量比的贫侧的空气/燃料比操作。要认识到的是，本公开中的概念可以应用到其它内燃发动机系统和燃烧循环。在一个实施例中，发动机10可联接到变速器装置，以将牵引功率传输给车辆的传动系。变速器可包括具有扭矩机器的混合动力变速器，该扭矩机器可操作将牵引功率传输给传动系。示例性发动机10包括多气缸、直喷式四冲程内燃发动机，具有在气缸15内可滑动地移动的往复活塞14，其限定可变体积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转的曲轴12， 线性往复运动通过该曲轴12转换为旋转运动。空气进气系统将进气空气提供给进气歧管 29，该进气歧管四将空气引导并分配到燃烧室16的进气流道中。空气进气系统包括气流管道系统和用于监测和控制气流的装置。空气进气装置优选地包括用于监测质量空气流量和进气空气温度的质量空气流量传感器32。节气门阀34优选地包括用于响应于来自控制模块5的控制信号(ETC)控制到发动机10的空气流的电子控制装置。进气歧管四内的压力传感器36配置为监测歧管绝对压力和大气压力。外部流通道再循环来自发动机排气的排气到进气歧管四，其具有被称为排气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。控制模块5可操作以通过控制EGR阀38的开度来控制流向进气歧管四的排气的质量流量。从进气歧管四进入到燃烧室16中的空气流由一个或多个进气阀20控制。通过一个或多个排气阀18来控制离开燃烧室16进入排气歧管39的排气流。发动机10配备有控制并调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，进气阀20和排气阀18的打开和关闭可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来控制并调节。进气和排气VCP/VLC装置22和M配置成分别控制并操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转被联系到曲轴12的旋转并以曲轴12的旋转来分度(indexed),因此，将进气阀20和排气阀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优选包括可操作以响应于控制模块5的控制信号(INTAKE) 来切换和控制一个或多个进气阀20的阀升程并可变地调节和控制每个气缸15的进气凸轮轴21的定相的机构。排气VCP/VLC装置M优选包括可操作以响应于控制模块5的控制信号(EXHAUST)来可变地切换和控制一个或多个排气阀18的阀升程并可变地调节和控制每个气缸15的排气凸轮轴23的定相的可控机构。进气和排气VCP/VLC装置22和M均优选包括可操作以分别将一个或多个进气阀20和排气阀18的阀升程大小或开度控制为两个离散级之一的可控两级可变升程控制 (VLC)机构。优选地，两个离散级包括优选用于低速和低负荷操作的低升程阀打开位置(在一个实施例中为大约4-6 mm)和优选用于高速和高负荷操作的高升程阀打开位置(在一个实施例中为大约8-13 mm)。进气和排气VCP/VLC装置22和M每个都优选包括可变凸轮定相(VCP)机构，以便分别控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的定相(即相对正时)。调节定相指的是相对于各个气缸15中的曲轴12和活塞14的位置来变换进气阀20 和排气阀18的打开时间。进气和排气VCP/VLC装置22和M的VCP机构每个都优选地具有大约60° -90°的曲柄旋转的定相权度的范围，从而允许控制模块5相对于每个气缸15 的活塞14的位置使进气阀20和排气阀18中的一个的打开和关闭超前或延迟。进气和排气VCP/VLC装置22和M限定且限制了定相权度的范围。进气和排气VCP/VLC装置22和 24包括凸轮轴位置传感器，以便确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。通过控制模块5控制，采用电动液压、液压和电控制力中的一种来对VCP/VLC装置22和M加以致动。发动机10包括燃料喷射系统，包括多个高压燃料喷射器观，每个高压燃料喷射器观均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一个燃烧室16中。 从燃料分配系统向燃料喷射器观供给加压的燃料。发动机10包括火花点火系统，火花点火系统可将火花能量提供给火花塞沈，用于响应于来自控制模块5的信号(IGN)对每个燃烧室16中的气缸充量进行点火或辅助点火。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并且可操作监测曲轴旋转位置(即曲轴角和速度)的曲轴传感器42、在一个实施例中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 (通常为空气/燃料比传感器)。 燃烧传感器30包括可操作监测燃烧参数状态的传感器装置并被示出为可操作监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出由控制模块5监测，控制模块5确定燃烧定相，即对于每个燃烧循环中的每个气缸15，燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的正时。燃烧传感器30也能够由控制模块5监测，以确定每个燃烧循环中每个气缸15的平均有效压力(IMEP)。优选地，发动机10和控制模块5均设计为在每个气缸点火事件期间针对每个发动机气缸15监测并确定IMEP的状态。替代性地，其它传感系统可以用来监测本公开范围内的其它燃烧参数的状态，例如离子传感点火系统以及非侵入式气缸压力传感器。控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器及类似的术语意味着下列项中的一个或多个的任意恰当的一种或各种组合专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)和相关联的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、恰当的信号调节和缓冲电路、及提供所述功能的其它适当部件。控制模块5具有一组控制算法，包括存储在存储器中并被执行以提供所需功能的常驻软件程序指令和校准。算法优选地在预设循环周期期间执行。可以通过例如中央处理单元来执行算法，并且该算法可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。循环周期可以规则的时间间隔执行，例如在进行着的发动机和车辆操作期间每3. 125,6. 25,12. 5、25 和100毫秒。可替代地，算法可以响应事件的发生而执行。在操作中，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被构造成接收来自操作员的输入信号(例如，通过加速踏板和制动踏板)，从而确定扭曲请求(To_req)。要认识到的是，扭矩请求能够响应操作者的输入(例如，通过加速踏板和制动踏板)，或者扭矩请求能够响应于由控制模块5监测到的自动起动情况。控制模块 5监测指示发动机速度和进气空气温度、以及冷却剂温度和其它周围环境状况的传感器。控制模块5执行存储在其中的算法代码以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、EGR阀位置开度以控制再循环排气流量，以及在配备有进气和/或排气阀的发动机上控制进气和/或排气阀正时和定相。在一个实施例中阀正时和定相可包括NVO和排气阀重新开启的升程(在排气再吸入策略中)。 控制模块5可操作以在运行的车辆操作期间将发动机10开启和关闭，并且可操作通过控制燃料和火花以及阀的停用来选择性地停用一部分燃烧室15或一部分的进气阀20和排气阀 18。控制模块5可基于来自排气传感器40的反馈控制空气/燃料比。在发动机操作期间，节气门阀34优选在受控自动点火(HCCI)燃烧模式(例如，单个和双重喷射受控自动点火(HCCI)燃烧模式)下基本全开，其中发动机10被控制在稀的空气/燃料比。基本全开的节气门可包括完全非节流或轻微节流地操作以在进气歧管四内产生真空以影响EGR流量。在一个实施例中，缸内的EGR质量被控制到较高的稀释率。进气阀20和排气阀18在低升程阀位置且进气和排气升程正时以NVO方式操作。在发动机循环期间能够执行一个或多个燃料喷射事件，包括在压缩阶段期间的至少一个燃料喷射事件。在发动机操作在均质火花点火(Si)燃烧模式期间，控制节气门阀34以调节空气流量。将发动机10控制到化学计量比的空气/燃料比，进气阀20和排气阀18处于高升程阀打开位置且进气和排气升程正时以正阀重叠的方式操作。优选地，在发动机循环的压缩阶段(优选基本上在TDC之前)执行燃料喷射事件。当气缸内空气充量基本均勻时，火花点火优选在燃料喷射之后的预先确定时刻放出。参照图2，图2是描述根据本公开的在火花辅助HCCI (自动点火)燃烧期间的热释放速率曲线200的图。χ轴202表示燃烧的质量分数(％)，y轴201表示热释放速率(J/ deg)。受控自动点火(HCCI)的高负荷操作极限可以通过在由虚线60表示的自动点火点之前对空气燃料充量火花点火而扩展。将空气燃料充量火花点火将开始火焰传播，其中，利用火焰传播来延迟自动点火而扩展高负荷操作极限，因此实现可接受的燃烧噪声。在高负荷操作期间，火花辅助的自动点火包括在进气冲程期间利用单次喷射将燃料质量输送到发动机，在压缩冲程期间对喷射的燃料质量火花点火，开始火焰传播，并且当由于火焰传播使气缸充量的温度上升到足以自动点火的温度时，对喷射的燃料质量的剩余部分进行自动点火。火焰传播发生至虚线60并且由箭头58表示。自动点火发生在虚线60并且由箭头62 表示。在进气冲程的单次喷射之后，在压缩冲程对喷射的燃料质量火花点火而开始火焰传播能够延迟自动点火以扩展受控自动点火燃烧的高负荷操作极限。可选地，火花辅助自动点火还可以构造成包括利用多次燃料喷射(例如，进气冲程期间的第一喷射和压缩冲程期间的第二喷射)。如将清楚地，火花辅助HCCI燃烧的燃烧噪声能够通过扩展燃烧持续时间和通过利用火花正时延迟燃烧定相来降低，而不会损失燃烧稳定性。参考图3，图3是根据本公开的、示出排气再压缩阀策略(即，排气再吸入策略)300 的图，显示了排气阀曲线310和进气阀曲线320，包括一段时间的负阀重叠(NV0)315。χ轴 302表示曲轴角位置(度)。y轴301表示阀曲线(mm)。虚的竖直线305表示TDC。如前所述， 当发动机在高负荷操作期间操作在包括火花辅助点火的受控自动点火(HCCI)模式，由发动机能够吸入的质量空气流量(Aair)限制最大负荷。为了降低泵送损失，已知将发动机操作为不节流，其中，调节正时来打开和关闭进气阀和排气阀，以控制发动机能够吸入的质量空气流和外部EGR的量。利用控制模块5控制EGR阀38的打开百分比来控制流到进气歧管四的排气的质量流量来调节外部 EGR的量。应该认识到，调节外部EGR的量对于所有的气缸都有影响。因此，外部EGR阀38 的打开百分比可以被调节以使所有气缸中的平衡燃烧定相收敛到获得期望的燃烧定相。利用期望的燃烧定相来保持可接受的燃烧性质，包括燃烧噪声、燃烧稳定性和燃烧效率。下面将更详细地论述平衡每个气缸中的燃烧定相。外部EGR的量还将称为外部EGR百分比。可以利用排气再压缩阀策略300 (例如，排气再吸入策略)来控制气缸内的质量流 (例如，质量空气流和外部EGR百分比)的量，其中，通过在排气冲程期间早期关闭排气阀以及稍后与排气阀关闭正时对称地打开进气阀使来自前一发动机循环的热排气(即，剩余气体)被捕获在气缸中，以将质量空气流和外部EGR百分比吸入气缸，用于在紧接下来的气缸事件期间的即将到来的燃烧。NVO时间段315描述了进气阀和排气阀都在气缸TDC305附近关闭的曲柄角时间段。应该认识到，气缸充量温度、质量空气流量和外部EGR百分比的量强烈地依赖于NVO时间段315的大小。例如，排气冲程期间的较早的排气阀关闭正时导致较大的NVO时间段315，其中，来自前一发动机循环的较大量的剩余气体停留在气缸中。较大的 NVO时间段315造成增加的气缸充量温度并造成气缸内被进入的质量空气流和外部EGR百分比所占据的较小的体积。因此，存在的关系是当NVO时间段315被最小化时，被质量空气流和外部EGR百分比所占据的可用的气缸体积被最大化。当操作员扭矩请求(例如，通过加速踏板和制动踏板)指示将发动机操作于包括火花辅助点火的高负荷均质充量压缩点火时，可以降低NVO时间段315来增加可用于质量空气流进入气缸的气缸体积，并且外部EGR 百分比可以被降低以保持基于操作员扭矩请求的空气燃料比。当发动机在高负荷操作期间操作于包括火花辅助点火的受控自动点火(HCCI)模式时，每个气缸中的燃烧定相取决于每个气缸内的热环境。燃烧定相描述了循环中燃烧的进程，由循环的曲柄角测量。判断燃烧定相的一种度量是CA50，或者说是空气燃料充量的 50%被燃烧时的曲柄角。燃烧循环的性质，诸如效率、燃烧噪声和燃烧稳定性，受到循环的 CA50的影响。因此，在高负荷HCCI操作期间希望保持最优/期望的燃烧定相。在气缸事件的具体的喷射正时、火花正时和阀正时期间，由于不均勻的缸内情况可以导致每个气缸中的不平衡的燃烧定相，不均勻的缸内情况包括不均勻的外部EGR百分比分布、不均勻的缸内热状况和/或每个气缸中的喷射器之间的不同。延迟火花正时来延迟气缸内的燃烧定相能够显著地降低由于不均勻的缸内状况导致的过度的燃烧噪声。如将变得清楚的，各个气缸之间的平衡的燃烧定相能够通过调节每个气缸中的火花正时以获得目标燃烧定相而实现，期望的燃烧定相可以通过调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到期望的燃烧定相而实现。具体而言，如果延迟了气缸内的火花正时，可以在带有较少的外部EGR百分比的气缸内实现期望的燃烧定相。本文讨论的实施例采用控制策略，在发动机在高负荷操作期间操作于包括火花辅助点火的受控自动点火(HCCI)模式时，该策略平衡和控制各气缸中的燃烧定相。控制策略不限于高负荷自动点火(HCCI)操作，能够类似地应用于低负荷和中等负荷的自动点火 (HCCI)操作。设想的实施例包括确定在包括火花辅助点火的受控自动点火模式中保持可接受的燃烧性质所需的燃烧定相。燃烧性质可以包括燃烧噪声、燃烧效率和燃烧稳定性。监测每个气缸内的燃烧定相。如前所述，由于不均勻的缸内状况，每个气缸内的燃烧定相可能不同，所述不均勻的缸内状况包括不均勻的外部EGR百分比分布、不均勻的缸内热状况和燃料喷射器的不同。基于监测到的每个气缸内的燃烧定相，可以选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相。可以通过调节不具有最为延迟的火花正时的每个气缸中的火花正时来平衡每个气缸中的燃烧定相。可以利用不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的经调节的火花正时来获得目标燃烧定相。具体而言，可以通过延迟相应的气缸中的火花正时在不具有最为延迟的燃烧定相的气缸中延迟燃烧定相。此后，可以调节外部 EGR百分比来使得所有的气缸的平衡的燃烧定相(S卩，目标燃烧定相)收敛到期望的燃烧定相。如前所述，调节外部EGR百分比对所有气缸都具有影响，因此能够当平衡所有气缸时被用于使燃烧定相收敛。参考图4，根据本公开示出了燃烧定相控制器400，用于平衡和控制每个气缸的单独的燃烧定相，同时将发动机操作于火花辅助受控自动点火(HCCI)模式。燃烧定相控制器 400与控制模块5相关联，并且包括燃烧定相平衡控制器470和全局燃烧定相控制器460。 燃烧定相平衡控制器470包括目标燃烧定相模块(TCPM) 402、差单元408、单独积分控制器 412、校准模块418和火花正时调节模块(STAM)422。将认识到，燃烧定相可以通过CA50指示，CA50对应于50%的空气燃料充量被燃烧时的曲柄角位置aTDC。能够在每个发动机循环期间监测每个气缸的CA50。TCPM402选择和产生发动机循环k期间的目标燃烧定相CA50T(k) 406。TCPM 402 可以利用公式1来计算目标燃烧定相(CA50T(k)) 406，如下
CA50T(k) = max{ CA50n(k) | In (k) < ε } [1] 其中，CA50n(k)表示单个的燃烧定相404， η表示被监测的气缸， k表示发动机循环，
In(k)是对应于火花正时量的积分器值，以及 ε是用于CA50平衡和对于所有发动机事件有界的可调节参数。将认识到，可调节参数ε是足够小的正数。监测每个气缸的单独的燃烧定相 CA50n(k) 404，并输入到TCPM402和差单元408。由TCPM402选择的目标燃烧定相CA50T(k) 406可以对应于具有最为延迟的燃烧定相的气缸η的单独的燃烧定相。TCPM402能够确定不具有最为延迟的燃烧定相的气缸通过单独的火花正时调节而将它们的各自独立的燃烧定相CA50n(k)收敛到目标燃烧定相CA50T(k)的可实现性。In(k)表示由单独的积分控制器 412产生的积分器值414并且输入到STAM422以及利用反馈控制环路输入给TCPM402。以下将更详细地论述积分器值In (k) 414。目标燃烧定相CA50T(k) 406被输入到差单元408 并且与各个燃烧定相CA50n(k) 404比较，其中，对于各个相应的气缸产生燃烧定相差410 并输入到单独的积分控制器412。单独的积分控制器412因此为每个气缸产生积分器值 In(k) 414，并输入到TCPM402和STAM422。积分器值In(k) 414直接对应于必须调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时以获得目标燃烧定相CA50T(k) 406的量。 换句话说，积分器值In(k) 414表示对每个气缸的火花正时的调节以最小化各个燃烧定相 CA50n(k) 404和目标燃烧定相CA50T(k) 406之间的差(S卩，燃烧定相差410)。因为目标燃烧定相CA50T(k) 406代表具有最为延迟的燃烧定相的气缸，因此积分器值In(k) 414直接对应于需要对每个相应气缸延迟不具有最为延迟的火花正时的每个气缸中的火花正时以获得目标燃烧定相CA50T(k) 406以由此平衡所有气缸中的燃烧定相的量。除了通过反馈控制回路被输入到TCPM402并用于接下来的发动机循环之外，积分器值In(k) 414还被输入 STAM422，并根据每个气缸的未修改火花正时420来调节，未修改的火花正时420基于发动机参数416，该发动机参数416被输入校准模块418并由该校准模块418校准。发动机参数 416可以包括发动机速度和基于操作员扭矩请求的对于每个发动机循环的期望的喷射燃料质量。全局燃烧定相控制器460包括外部EGR模块430。发动机参数416还输入到外部 EGR模块430，其中，外部EGR模块产生对外部EGR百分比的外部EGR调节432。外部EGR调节432操作来调节外部EGR百分比，使气缸的平衡的燃烧定相收敛(即，利用燃烧定相平衡控制器470)，以获得期望的燃烧定相。期望的燃烧定相基于对应于操作员扭矩请求的发动机参数416，其中，保持期望的燃烧定相能够获得可接受的水平的燃烧噪声、燃烧效率和燃烧稳定性(即，燃烧性质)。设想的实施例包括利用外部EGR调节432来保持化学计量的空气燃料比，利用三元催化转换器在高负荷操作期间满足期望的NOx排放水平。例如，操作员扭矩请求可以指示增加的喷射燃料质量，其中，可以降低外部EGR百分比以获得对应于操作员扭矩请求的空气燃料比。因此，可以调节外部EGR百分比来以目标燃烧定相使得气缸的平衡的燃烧定相收敛，以获得期望的燃烧定相。图5根据本公开图形地示出了来自示例性发动机的实验和导出数据，示出了 EGR 阀开度510、火花点火正时520 (TDC之前)和CA50 (S卩，在TDC之后燃烧50%的燃料质量的曲柄角位置)530。χ轴表示用于曲线510、520和530的时间(秒)502。EGR阀开度510曲线包括随时间502变化的外部EGR百分比514。火花点火正时520曲线分别包括第一、第二、第三和第四气缸的火花正时曲线501、502、503和504，其中，曲线(例如，第一气缸)501 具有最为延迟的火花正时，曲线(例如，第三气缸)503具有最小延迟的火花正时。CA50 530 曲线包括由虚线532表示的期望CA50 (即，期望的燃烧定相)以及分别对应于第一、第二、第三和第四气缸的CA50曲线501、502、503和504。应该认识到，当调节外部EGR百分比514 时，CA50曲线被平衡并收敛到期望的CA50 532。本公开已经描述了特定优选实施例及其改型。在阅读和理解本说明书的情况下可以进行其它改型和替代。因此，本发明不限于作为用于实现本公开的最佳模式而公开的一个(多个)具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机中的燃烧的方法，包括确定用于维持可接受的燃烧性质的期望燃烧定相；监测每个气缸的燃烧定相；选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相；调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时，以获得所述目标燃烧定相，以使所有气缸中的燃烧定相平衡于所述目标燃烧定相；以及调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到所述期望的燃烧定相。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述燃烧性质包括燃烧噪声、燃烧效率和燃烧稳定性。
3.如权利要求1所述的方法，其中，调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时包括将所监测的每个气缸的燃烧定相与所述目标燃烧定相比较；基于所述比较来确定每个相应气缸的相应燃烧定相差；以及以基于所述相应的燃烧定相差的量来调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时。
4.如权利要求3所述的方法，其中，调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时包括基于所述相应的燃烧定相差来产生每个气缸的相应积分器值，所述相应积分器值直接对应于必须调节不具有最为延迟的燃烧定相的对应气缸中的火花正时以获得所述目标燃烧定相的量。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在反馈控制回路中利用所述相应积分器值来在紧接下来的发动机循环中调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时。
6.如权利要求3所述的方法，其中，调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时包括以基于每个相应气缸的相应燃烧定相差的量来延迟不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时。
7.如权利要求1所述的方法，还包括监测操作员扭矩请求；以及其中，调节所述外部EGR百分比包括将所述外部EGR百分比调节到对应于所述操作员扭矩请求的值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，将所述外部EGR百分比调节到对应于所述操作员扭矩请求的值包括调节所述外部EGR百分比以保持化学计量点的空气燃料比。
9.如权利要求7所述的方法，还包括响应于增加的操作员扭矩请求而增加喷射的燃料质量；以及其中，调节所述外部EGR百分比包括降低所述外部EGR百分比以获得对应于所监测到的操作员扭矩请求的值。
10.一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机中的燃烧的方法，包括监测操作于扭矩请求；基于所监测的操作员扭矩请求来确定用于维持可接受的燃烧噪声和燃烧效率所期望的燃烧定相；监测每个气缸的燃烧定相；选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相；平衡所有气缸中的燃烧定相，包括将所监测的每个气缸的燃烧定相与所述目标燃烧定相比较；基于所述比较来确定每个相应气缸的燃烧定相差；以基于所述相应燃烧定相差的量来延迟每个气缸中的火花正时；以及调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到所述期望的燃烧定相。
全文摘要
本发明提供一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机中的燃烧的方法，包括确定用于维持可接受的燃烧性质的期望燃烧定相；监测每个气缸的燃烧定相；选择对应于具有最为延迟的燃烧定相的一个气缸的目标燃烧定相；调节不具有最为延迟的燃烧定相的每个气缸中的火花正时，以获得所述目标燃烧定相，以使所有气缸中的燃烧定相平衡于所述目标燃烧定相；以及调节外部EGR百分比以使所有气缸中的平衡的燃烧定相收敛到所述期望的燃烧定相。
文档编号F02D21/08GK102465783SQ20111036297
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者常 C-F., 允 H., 康 J-M. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司