[發明專利]用于在內燃發動機中控制燃燒模式轉換的方法

有效

• 申請號: 201110006526.7
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102146852A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: J-M·康;H·允;N·維爾穆思;P·M·納特
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: F02D43/00
• 分類號: F02D43/00;F02D13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;譚祐祥

技術領域

本公開涉及內燃發動機的操作和控制，并且更詳細地，涉及控制發動機燃燒模式的轉換。

現有技術

本節的陳述僅提供與本公開相關的背景信息，并且可以不構成現有技術。

已知的火花點火（SI）發動機將空氣-燃料混合物引入每個氣缸，該混合物在壓縮沖程中被壓縮并由火花塞點燃，以生成能夠傳遞給曲軸的動力。已知的壓縮點火發動機在壓縮沖程的上止點（TDC）附近將加壓燃料噴射到燃燒氣缸中，加壓燃料在噴射后被點燃，以生成能夠傳遞給曲軸的動力。汽油發動機和柴油發動機的燃燒都涉及由流體力學控制的預混合或擴散的火焰。

配置成用于包括直接燃料噴射的SI操作的發動機能夠以受控自動點火燃燒模式操作，也稱為在預定速度/載荷操作條件下的均質充量壓縮點火（HCCI）。受控自動點火燃燒模式包括分布的、無火焰的自動點火燃燒過程，該過程由氧化化學控制。在受控自動點火燃燒模式中操作的發動機具有優選在進氣閥關閉時間時在成分、溫度和剩余排氣方面都是均勻的進氣/燃料充量。通過以稀的空氣-燃料混合物（即，化學計量點的貧側的混合物）操作的發動機，受控的自動點火燃燒導致了分布的動力學受控的燃燒。該發動機操作導致相對低的峰值燃燒溫度以及低NOx排放。均勻的空氣-燃料混合物使得形成煙和顆粒排放的富區域的產生最小化。

在發動機操作中，通過選擇性地調節節氣門閥的位置并且調節進氣閥和排氣閥的打開和關閉來控制發動機氣流，其中進氣閥和排氣閥對進入到每個燃燒室內的空氣流進行控制。發動機能夠裝配有可變閥致動（VVA）系統，該系統包括凸輪定相和可選擇的多級閥升程，例如，提供了兩個或更多個閥升程廓形以控制進氣閥和排氣閥的打開和關閉的多個凸輪凸角。多級閥升程機構的閥升程廓形的變化是離散變化。

當發動機在受控自動點火燃燒模式中操作時，發動機控制包括以貧空氣-燃料比操作，其中節氣門閥全開以最小化發動機泵送損失。當發動機在火花點火燃燒模式中操作時，發動機控制包括以化學計量的空氣-燃料比操作，其中節氣門閥被控制在從0%至100%全開位置的位置范圍內，以控制進氣氣流來實現化學計量的空氣-燃料比。通過控制至發動機的燃料流來控制發動機輸出功率。

在能夠選擇性地以火花點火燃燒模式和受控自動點火燃燒模式之一進行操作的發動機中，燃燒模式之間的轉換可能是復雜的。發動機控制器必須協調多個致動器，以便為不同的模式提供期望的空氣-燃料比。在HCCI至SI轉換期間，多級閥升程的切換幾乎即時發生，而對凸輪定相和節氣門閥的調節則包括較慢的動態特性。當沒有適當地管理多級閥升程切換和可變閥致動系統的凸輪定相的調節時，在燃燒模式轉換期間可能發生發動機扭矩擾動和斷火。

發明內容

內燃發動機包括可變凸輪定相機構和多級閥升程機構，可變凸輪定相機構和多級閥升程機構可操作用于控制進氣閥和排氣閥的相位和升程。內燃發動機選擇性地以第一燃燒模式和第二燃燒模式操作。用于操作內燃發動機的方法包括：命令將發動機操作從第一燃燒模式轉換至第二燃燒模式；調節進氣閥和排氣閥的定相，從而與第一進氣氣缸容積和第一剩余氣體氣缸容積對應；切換進氣閥和排氣閥中的一個的升程幅度，從而與第二燃燒模式對應；調節進氣閥和排氣閥的定相，從而與第二進氣氣缸容積和第二剩余氣體氣缸容積對應；切換進氣閥和排氣閥中另一個的升程幅度，從而與第二燃燒模式對應；以及調節進氣閥和排氣閥的定相，從而與在第二燃燒模式中進行操作所用的優選進氣氣缸容積和優選剩余氣體氣缸容積對應。

本發明還包括以下方案：

方案1.?一種用于操作內燃發動機的方法，所述內燃發動機包括可變凸輪定相機構和多級閥升程機構，所述可變凸輪定相機構和所述多級閥升程機構可操作用于控制進氣閥和排氣閥的相位和升程，所述內燃發動機能夠選擇性地以第一燃燒模式和第二燃燒模式操作，所述方法包括：

命令將發動機操作從所述第一燃燒模式轉換至所述第二燃燒模式；

調節所述進氣閥和所述排氣閥的定相，從而與第一進氣氣缸容積和第一剩余氣體氣缸容積對應；

切換所述進氣閥和所述排氣閥中的一個的升程幅度，從而與所述第二燃燒模式對應；

調節所述進氣閥和所述排氣閥的定相，從而與第二進氣氣缸容積和第二剩余氣體氣缸容積對應；

切換所述進氣閥和所述排氣閥中的另一個的升程幅度，從而與所述第二燃燒模式對應；以及

調節所述進氣閥和所述排氣閥的定相，從而與在所述第二燃燒模式中進行操作所用的優選進氣氣缸容積和優選剩余氣體氣缸容積對應。

方案2.?根據方案1所述的方法，其中，所述第一燃燒模式包括火花點火燃燒模式，并且所述第二燃燒模式包括受控自動點火燃燒模式。