用于控制内燃机的操作的方法和设备

摘要

本发明涉及用于控制内燃机的操作的方法和设备。具体而言，本发明涉及一种内燃机，其配置成在均质充量压燃燃烧模式中操作。所述发动机的操作包括确定每个汽缸的燃烧压力参数。响应于针对对应汽缸的所述燃烧压力参数的目标状态来控制每个汽缸的燃料供给。响应于针对发动机操作点的目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时。

权利要求

1.一种用于通过包括排气冲程、进气冲程、压缩冲程和膨胀冲程的燃烧循环操作多汽缸内燃发动机的方法，包括：在不足以触发自动点火的发动机负载条件期间，在混合燃烧模式中操作所述发动机，其包括：控制处于全开状态的节流阀，

控制进气阀和排气阀以实现负阀重叠，以及

在针对每个汽缸的每个燃烧循环期间执行多个燃料供给喷射事件和多个火花点火事件，其中所述多个燃料供给喷射事件包括初始燃料供给喷射事件和最终燃料供给喷射事件，并且所述多个火花点火事件包括初始火花点火事件和最终火花点火事件；

在所述负阀重叠期间，执行所述初始燃料供给喷射事件，并接着所述初始火花点火事件；

在所述压缩冲程期间，执行所述最终燃料供给喷射事件，并接着所述最终火花点火事件；

确定针对每个汽缸的指示平均有效压力(IMEP)和CA50；

响应于针对所述汽缸的目标指示平均有效压力(IMEP)，控制用于每个汽缸的燃料供给，包括：确定针对每个气缸的目标指示平均有效压力(IMEP)；以及响应于针对每个汽缸的目标指示平均有效压力(IMEP)，控制用于对应汽缸的燃料脉冲宽度；以及响应于与发动机操作点相关联的目标CA50来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时，包括：确定针对每个汽缸的目标CA50；

针对每个气缸将目标CA50与所述CA50进行比较；

当对于对应气缸的目标CA50与所述CA50的比较指示所述CA50滞后所述目标CA50时，使对应气缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时提前；

当对于对应气缸的目标CA50与所述CA50的比较指示所述CA50超前所述目标CA50时，使对应气缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时延迟。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对全部汽缸的目标CA50是统一目标CA50。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个燃烧事件期间，用于汽缸中的每一个的所述多个燃料供给喷射事件输送总燃料质量，以实现与所述发动机操作点相关联的期望的发动机功输出。

说明书

用于控制内燃机的操作的方法和设备

技术领域

[0001] 本公开涉及一种配置成在均质充量压燃(HCCI)燃烧模式中操作的内燃机。

背景技术

[0002] 此部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。

[0003] 已知的火花点火(SI)发动机将空气/燃料混合物引入到每个汽缸中，该空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点燃。已知的压燃(CI)发动机在压缩冲程的上止点(TDC)附近将增压燃料喷射到燃烧汽缸中，该加压燃料在喷射时点燃。SI发动机和CI发动机的燃烧涉及通过流体力学控制的预混合火焰或者扩散火焰。

[0004] SI发动机可以在不同燃烧模式中操作，包括均质SI燃烧模式和分层冲量SI燃烧模式。SI发动机可以配置成：在预定速度/负载操作条件下，在也称为受控自动点火燃烧的均质冲量压燃(HCCI)燃烧模式中操作。HCCI燃烧是分布式的、无火焰的、动力学控制的自动点火燃烧过程，发动机在稀释的空气/燃料混合物(即，稀化学计量空气/燃料点)下操作，峰值燃烧温度较低，导致低NOx排放。在HCCI燃烧模式中操作的发动机形成汽缸充气，该汽缸充气优选地在进气阀关闭时间处的组成、温度和残留排出气体是均质的。均质的空气/燃料混合物使形成烟和微粒排放的富缸内燃烧区的发生最小化。

[0005] 可以通过选择性地调整节流阀的位置并且调整进气阀和排气阀的打开和关闭，来控制发动机气流。在如此配备的发动机系统上，可以通过使用可变阀门致动系统来调整进气阀和排气阀的打开和关闭，该可变阀门致动系统包括可变凸轮定相和可选择多步式阀升程，例如，提供两个或多个阀升程位置的多步式凸轮凸角。与节流阀位置变化相反，多步阀升程机构的阀门位置是分立级变化。

[0006] 当发动机在HCCI燃烧模式中操作时，发动机在稀化学计量空气/燃料比或者化学计量空气/燃料比操作下操作，节流阀完全打开以使发动机泵送损失最小化。当发动机在SI燃烧模式中操作时，发动机在化学计量空气/燃料比下或者在接近化学计量空气/燃料比下操作，节流阀被控制在完全打开位置的从0％到100％的位置范围内，以控制进气气流实现化学计量空气/燃料比。由于在导致较低燃烧温度的未节流状态下在具有高EGR稀释的稀空气/燃料比下操作，因此，当与在SI燃烧模式中的操作相比时，在HCCI燃烧模式中操作的发动机具有提高的燃料效率。燃料效率的提高是由在热力学上更有效的操作循环、更低的泵送损失和减少的循环热损失产生的。

[0007] 在发动机在HCCI燃烧模式中操作期间的燃烧受在点火之前的压缩之前和压缩期间的汽缸充量气体温度的影响，并且受汽缸充气的混合物组成的影响。已知的在HCCI燃烧模式中操作的发动机通过将校准表用作整体发动机控制方案的一部分来说明周围条件和发动机操作条件的变化。已知的HCCI发动机控制例程包括用于通过使用输入参数(包括，例如，发动机负载、发动机转速和发动机冷却温度)来控制发动机参数的校准。可以通过经由发动机阀门重叠来控制热气残留并且经由废气再循环来控制冷气残留，来影响汽缸充量气体温度。可以通过发动机环境因素(包括，例如，空气温度、湿度和海拔)和燃料参数(包括例如，RVP、能量含量和质量)，来影响汽缸充量气体温度、压力、组成。

[0008] 可以从燃烧放热方面来描述在发动机在HCCI燃烧模式中操作期间的燃烧的特征，该燃烧放热可以包括相对于活塞位置的燃烧正时。可以从质量燃烧分数点(mass-burn-fraction point)方面描述燃烧正时，该质量燃烧分数点指示一部分汽缸充气的质量分数被燃烧的活塞位置。讨论中的质量燃烧分数点包括CA50点(在相对于TDC的曲柄角中)，在CA50点处，累积放热达到总汽缸充气热放的50％。已知的控制系统通过使用反馈控制算法补偿环境参数和周围参数对燃烧正时和空气/燃料比的影响，来控制燃烧正时。可替代地，可以使用复合多维校准表来说明所有发动机环境因素。

发明内容

[0009] 一种内燃机被配置成在均质充量压燃燃烧模式中操作。发动机的操作包括确定针对每个汽缸的燃烧压力参数。用于每个汽缸的燃料供给响应于针对对应汽缸的燃烧压力参数的目标状态来控制。用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时响应于针对发动机操作点的目标质量燃烧分数点来控制。

[0010] 本发明还包括下述方案：

[0011] 1.一种用于操作配置成在均质充量压燃燃烧模式中操作的多汽缸内燃机的方法，包括：

[0012] 确定针对每个汽缸的燃烧压力参数；

[0013] 控制用于每个汽缸的燃料供给，所述控制响应于针对所述汽缸的所述燃烧压力参数的目标状态；以及

[0014] 响应于目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时，所述目标质量燃烧分数点与发动机操作点相关联。

[0015] 2.如方案1所述的方法，其特征在于，确定针对每个汽缸的燃烧压力参数包括：在每个燃烧事件期间确定针对每个汽缸的燃烧压力参数。

[0016] 3.如方案1所述的方法，其特征在于，响应于目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时包括：响应于与所述发动机操作点相关联的针对所述发动机的统一目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时。

[0017] 4.如方案3所述的方法，其特征在于，响应于在所述发动机操作点处的针对所述发动机的统一目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时还包括：

[0018] 在混合燃烧模式中操作所述发动机，所述混合燃烧模式包括针对每个燃烧循环为每个汽缸执行多个燃料喷射事件；以及

[0019] 响应于在所述发动机操作点处的针对所述发动机的统一目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的初始燃料喷射事件的喷射结束正时和对应的火花点火正时。

[0020] 5.如方案4所述的方法，其特征在于，所述初始燃料喷射事件与燃料重整相关联。

[0021] 6.如方案4所述的方法，其特征在于，在所述混合燃烧模式中操作所述发动机还包括：利用处于全开状态的节流阀以及控制来实现负阀重叠的进气阀和排气阀来操作所述发动机。

[0022] 7.如方案1所述的方法，其特征在于，响应于针对发动机操作点的目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时包括：响应于针对所述发动机操作点的目标质量燃烧分数点，控制在针对每个燃烧事件的燃料重整期间发生的初始燃料喷射事件的喷射结束正时，以及控制用于每个汽缸的对应的初始火花点火事件的正时。

[0023] 8.如方案1所述的方法，其特征在于，控制用于所述汽缸中的每一个的燃料供给包括：在每个燃烧事件期间，控制用于所述汽缸中的每一个的多个燃料喷射事件来输送一定的总燃料质量，以实现与所述发动机操作点相关联的期望的发动机功输出。

[0024] 9.一种用于操作多汽缸内燃机的方法，包括：

[0025] 在混合燃烧模式中操作，其包括：控制处于全开状态的节流阀，控制进气阀和排气阀以实现负阀重叠以及在针对每个汽缸的每个燃烧事件期间执行多个燃料供给事件和火花点火事件；

[0026] 确定针对每个汽缸的燃烧压力参数；

[0027] 控制用于每个汽缸的燃料供给，所述控制响应于针对所述汽缸的所述燃烧压力参数的目标状态；以及

[0028] 响应于目标质量燃烧分数来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时，所述目标质量燃烧分数点与发动机操作点相关联。

[0029] 10.如方案9所述的方法，其特征在于，确定针对每个汽缸的燃烧压力参数包括：在每个燃烧事件期间确定针对每个汽缸的燃烧压力参数。

[0030] 11.如方案9所述的方法，其特征在于，响应于针对发动机操作点的目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时包括：响应于与所述发动机操作点相关联的针对所述发动机的统一目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时。

[0031] 12.如方案11所述的方法，其特征在于，响应于在所述发动机操作点处的针对所述发动机的统一目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时还包括：响应于与所述发动机操作点相关联的针对所述发动机的所述统一目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的初始燃料喷射事件的喷射结束正时和对应的火花点火正时。

[0032] 13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述初始燃料喷射事件与燃料重整相关联。

[0033] 14.如方案9所述的方法，其特征在于，响应于针对发动机操作点的目标质量燃烧分数点来控制用于每个汽缸的喷射结束正时和对应的火花点火正时包括：响应于针对所述发动机操作点的目标质量燃烧分数点，控制在针对每个燃烧事件的燃料重整期间发生的初始燃料喷射事件的喷射结束正时，以及控制用于每个汽缸的对应的初始火花点火事件的正时。

[0034] 15.如方案9所述的方法，其特征在于，控制用于所述汽缸中的每一个的燃料供给包括：在每个燃烧事件期间，控制用于所述汽缸中的每一个的多个燃料喷射事件来输送一定的总燃料质量，以实现与所述发动机操作点相关联的期望的发动机功输出。

附图说明

[0035] 现将参照附图借助于示例来描述一个或多个实施例，附图中：

[0036] 图1图示了根据本公开的配置成在多种燃烧模式中操作的火花点火内燃机和伴随的控制器；

[0037] 图2图示了根据本公开的用于响应于在发动机转速范围和负载范围内的发动机操作点来操作内燃机的优选燃烧模式；

[0038] 图3-1至图3-5图示了根据本公开的与操作在混合燃烧模式中操作的示例性四汽缸内燃机相关联的燃烧参数；

[0039] 图4-1和图4-2图示了根据本公开的图3-1至图3-5的数据的相互关系；

[0040] 图5图示了根据本公开的用于在操作(包括在低负载情况下在混合燃烧模式中的操作)期间控制多汽缸内燃机的操作以实现燃烧稳定性的燃烧稳定性控制例程；

[0041] 图6图示了根据本公开的图5的部分燃烧稳定性控制例程，并且包括汽缸专用质量燃烧分数点控制器的实施例；以及

[0042] 图7图示了根据本公开的汽缸压力与动机曲柄角的关系，包括在与在混合燃烧模式中操作的发动机相关联的其中一个汽缸的一个燃烧循环期间的缸内压力的图。

具体实施方式

[0043] 现参照附图，其中，描绘仅出于图示特定的示例性实施例的目的，而非为了限制这些实施例，图1示意性地示出了已根据本公开的实施例构建的多汽缸内燃机(发动机)10和附属的控制器5。发动机10被配置成在多个可选择的燃烧模式中的一个中操作，这些燃烧模式包括均质充量压燃(HCCI)燃烧模式、火花点火(SI)燃烧模式和混合燃烧模式。发动机10被配置成以化学计量的空气/燃料比和以主要是稀化学计量的空气/燃料比操作。本公开可以被应用于各种内燃机系统和燃烧循环。

[0044] 示例性发动机10包括多汽缸直喷四冲程内燃机，其具有在汽缸15中可滑动地可移动的往复式活塞14，所述汽缸15限定了可变容积燃烧室16。示出了汽缸15中的单一汽缸。每个活塞14均被连接至旋转曲轴12，直线往复运动通过所述旋转曲轴12被转化为旋转运动。进气系统给进气歧管29提供进气，所述进气歧管29将空气导引并且分布到燃烧室16的进气通路中。进气系统具有用于监测和控制气流的气流管道系统和装置。在一个实施例中，进气系统可以包括进气压缩机55，其中，空气压缩机包括涡轮增压器、增压器(supercharger)或电动抽气装置中的一个。进气装置优选地包括用于监测空气质量流量(MAF)33和进气温度(IAT)35的空气质量流量传感器32。节流阀34优选地包括电控装置，其被用于响应于来自控制器5的控制信号(ETC)120来控制到发动机10的气流。进气歧管29中的压力传感器36被配置成监测歧管绝对压力(MAP)37和气压。外部流道将来自发动机排放的排出气体(exhaust gas)再循环到进气歧管29，具有称为排出气体再循环(EGR)阀38的流量控制阀。通过经由EGR命令(EGR)139控制EGR阀38的打开，控制器5控制排出气体到进气歧管29的质量流量。

[0045] 气流从进气歧管29到燃烧室16中通过一个或多个进气阀20来控制。从燃烧室16中向外的排气流通过到排气歧管39的一个或多个排气阀18来控制。发动机10配备有控制和调整进气阀20和排气阀18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，分别通过控制进气和排气的可变凸轮定相(variable cam phasing)/可变升程控制(VCP/VLC)装置22、24，可以控制和调整进气阀20和排气阀18的打开和关闭。进气和排气的VCP/VLC装置22、24分别被配置成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的旋转被联接至并且索引至凸轮轴12的旋转，从而将进气阀20和排气阀18的打开和关闭联接至凸轮轴12和活塞14的位置。

[0046] 进气VCP/VLC装置22优选地包括如下机构，其操作为响应于控制信号(iVLC)125来切换和控制进气阀(或多个进气阀)20的阀升程，以及响应于控制信号(iVCP)126来可变地调整和控制用于每个汽缸15的进气凸轮轴21的定相(phasing)。排气VCP/VLC装置24优选地包括可控机构，其操作为响应于控制信号(eVLC)123来可变地切换和控制排气阀(或多个排气阀)18的阀升程，以及响应于控制信号(eVCP)124来可变地调整和控制用于每个汽缸15的排气凸轮轴23的定相。

[0047] 进气和排气的VCP/VLC装置22、24各自优选地包括可控两步VLC机构，其操作为分别将进气阀(或多个进气阀)20和排气阀(或多个排气阀)18的阀升程或打开的大小控制成两个离散级中的一个。所述两个离散级优选地包括优选为用于低速、低负载操作的低升程阀打开位置(在一个实施例中为约4-6mm)以及优选为用于高速和高负载操作的高升程阀打开位置(在一个实施例中为约8-13mm)。进气和排气的VCP/VLC装置22、24各自优选地包括分别控制和调整进气阀(或多个进气阀)20和排气阀(或多个排气阀)18的打开和关闭的定相(即，相对正时)的可变凸轮定相机构。调整定相是指相对于曲轴12和活塞14在相应的汽缸15中的位置来改变进气阀(或多个进气阀)20和排气阀(或多个排气阀)18的打开时间。进气和排气的VCP/VLC装置22、24的VCP机构各自优选地具有约60°-90°的曲柄旋转的定相权限(authority)的范围，从而允许控制器5相对于用于每个汽缸15的活塞14的位置来提前或延迟进气阀(或多个进气阀)20和排气阀(或多个排气阀)18中的一个的打开和关闭。定相权限的范围通过进气和排气的VCP/VLC装置22、24来限定和限制。进气和排气的VCP/VLC装置22、
24包括确定进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转位置的凸轮轴位置传感器。响应于相应的控制信号eVLC123、eVCP 124、iVLC 125和iVCP 126，VCP/VLC装置22、24使用电液控制力、液压控制力和电控制力中的一种来致动。在一个实施例中，发动机10仅配备有进气和排气的可变凸轮定相装置。

[0048] 发动机10采用直喷式燃料喷射系统，其包括配置成响应于来自控制器5的喷射器脉冲宽度命令(INJ_PW)112而将大量燃料直接喷射到燃烧室16中的多个高压燃料喷射器28。从燃料分配系统向燃料喷射器28供应增压燃料。发动机10采用火花点火系统，通过所述火花点火系统，火花能量可以被提供给火花塞26，用于响应于来自控制器5的火花命令(IGN)118来点燃或帮助点燃在燃烧室16中的每一个燃烧室中的汽缸充气(cylinder charge)。

[0049] 发动机10配备有用于监测发动机操作的各种感测装置，包括具有输出的曲柄传感器42，所述输出指示曲轴旋转位置，即，曲柄角和速度(RPM)43。温度传感器44被配置成监测冷却剂温度45。缸内燃烧传感器30被配置成监测燃烧，并且在一个实施例中是操作来监测缸内压力31的汽缸压力传感器。排出气体传感器40被配置成监测排出气体参数41，例如，实际空气/燃料比(AFR)。通过控制器5来监测燃烧压力31和RPM 43以确定燃烧正时，即，针对每个燃烧循环相对于用于每个汽缸15的曲轴12的曲柄角的燃烧压力的正时。要理解的是，燃烧正时可以通过其它方法来确定。可以通过控制器5来监测缸内压力31，以确定针对每个燃烧循环的每个汽缸15的指示平均有效压力(IMEP)。优选地，发动机10和控制器5被配置成在每个汽缸点火事件期间监测和确定针对发动机汽缸15中的每一个的IMEP的状态。可替代地，可以使用其它感测系统来监测本公开范围内的其它燃烧参数的状态，例如，离子感测点火系统、EGR分数和非侵入式汽缸压力传感器。

[0050] 控制模块、控制器、控制单元、处理器和相似的术语指以下中的一个或多个中的任何一个或各种组合：专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选为微处理器)及执行一个或多个软件或固件程序或例程的相关联的存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等)、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系统以及提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和相似的术语指任何控制器可执行的指令集，包括校准和查找表。控制器具有执行来提供期望的功能的一组控制例程。控制例程例如通过中央处理单元来执行，且可操作来监测来自感测装置和其它网络控制器的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。在进行的发动机和车辆的操作期间，例程可以以定期的间隔执行，例如，每100微秒、每3.125毫秒、每6.25毫秒、每12.5毫秒、每25毫秒和每100毫秒。可替代地，例程可以响应于事件的发生来执行。

[0051] 在操作中，控制器5监测来自上述传感器的输入，以确定发动机参数的状态。控制器5被配置成接收操作者的命令，例如，经由加速踏板和制动踏板，以确定操作者的扭矩要求，由此得到发动机控制参数和发动机扭矩命令。控制器5执行存储在其中的控制例程来确定针对发动机控制参数的状态，以控制上述致动器形成汽缸充气，包括：控制节流阀位置、压缩机增压、火花点火正时、影响喷射燃料质量和正时的燃料喷射脉冲宽度、控制再循环排出气体的流量的EGR阀位置以及进气阀和/或排气阀的正时和定相。阀的正时和定相可以包括负阀重叠(NVO)和排气阀重开的升程(在排出再吸入策略中)以及正阀重叠(PVO)。受单独的发动机控制参数影响的与汽缸充气相关联的发动机参数包括如下：发动机空气质量流量(MAF)和实际空气/燃料比，其通过燃料喷射脉冲宽度控制，并且影响针对汽缸事件喷射的燃料量；MAF，其通过控制NVO/PVO来控制，并且影响汽缸中残留物的量；进氧量，其通过EGR阀控制，并且影响针对汽缸事件的外部EGR的大小；MAP，其通过ETC和涡轮增压器(当采用时)控制，并且影响汽缸中捕获的空气质量的大小；以及质量燃烧分数点(CA50点)，当在HCCI燃烧模式中操作时，其通过火花正时和/或引燃燃料喷射的正时来控制，并且影响燃烧定相。MAF、实际空气/燃料比、进氧量、MAP和CA50点的发动机参数能够使用传感器直接测量、从其它感测参数推断、估计、由算法模型得到或以其它方式确定。控制燃料喷射脉冲宽度、阀正时和定相(NVO/PVO)和CA50点的致动器被认为是快速致动器，这是因为它们能够在单发动机循环内实施致动器命令并且实现优选的操作状态，以实现发动机操作的改变。EGR阀、ETC和涡轮增压器被认为是慢速致动器，这是因为尽管它们可以在单发动机循环内实施致动器命令，但它们不能实现优选的操作状态和/或完全实现发动机操作的改变，直至执行多个发动机循环。慢速发动机对发动机操作的影响由于系统延时而被延迟，这些系统延时包括通信延迟、空气、燃料和EGR传输滞后、歧管填充时间以及其它因素。

[0052] 图2用图形示出了用于基于发动机操作点来操作发动机10的优选的燃烧模式，其在x轴204上的发动机转速(rpm)的范围和y轴202上的在此实施例中通过燃料(mg)表示的发动机负载的范围上描绘。发动机转速受怠速205、HCCI燃烧模式限速207和红线209限制。发动机10在火花点火(SI)燃烧模式216、HCCI燃烧模式214和混合燃烧模式210中的一个中操作，这取决于发动机转速/负载操作点。在用于HCCI燃烧模式214和混合燃烧模式210的操作范围中能够存在重叠，如区域212处所示，来允许滞后，以使模式之间过渡中的繁忙状态最小化。燃烧模式中的每一个均与优选的速度/负载操作范围相关联。针对每个燃烧模式的优选的速度/负载操作范围能够基于包括燃烧稳定性、燃料消耗量、排放量、发动机扭矩输出等的发动机操作参数来确定。限定描述前述燃烧模式中的操作的优选的速度/负载操作范围的边界优选地在控制器5中预校准和存储。

[0053] 在HCCI燃烧模式中操作发动机10包括利用基本上全开的节流阀34来操作发动机10，其中，到发动机10的燃料供给控制成实现稀空气/燃料比，并且足以满足输出扭矩要求。
VCP/VLC装置22、24优选地被控制在低升程阀打开位置处以及在实现排气阀(或多个排气阀)18的关闭和进气阀(或多个进气阀)20的打开之间的预定持续时间的负阀重叠(NVO)期的定相处，从而引起再压缩期。在再压缩期期间，从先前的燃烧循环保留了高比例的高温残留燃烧产物，并且其为在高度稀释的混合物中的燃烧充气的自动点燃提供了条件。优选地，存在正时为在进气冲程晚期和/或在压缩冲程中的早期发生的单燃料喷射事件。

[0054] 在火花点火(SI)燃烧模式中操作发动机10包括利用控制成调节进气流量的节流阀34来操作发动机10，其中，到发动机10的燃料供给控制成实现化学计量的空气/燃料比，并且足以满足输出扭矩要求。VCP/VLC装置22、24优选地被控制在高升程阀打开位置处以及在实现排气阀(或多个排气阀)18的关闭和进气阀(或多个进气阀)20的打开之间的正阀重叠的定相处，以保留来自汽缸中先前的燃烧循环的残留燃烧产物的一小部分。发动机10利用不利于HCCI燃烧模式操作的条件下的受控油门操作在火花点火(SI)燃烧模式中操作，并且实现发动机功率以满足输出扭矩要求。

[0055] 在混合燃烧模式中操作发动机10包括：利用全开的节流阀34及控制成实现NVO的进气阀和排气阀来操作发动机10；以及在针对每个汽缸的每个燃烧事件期间执行多个燃料供给事件和火花点火事件。VCP/VLC装置22、24优选地被控制在低升程阀打开位置处以及在实现针对排气阀(或多个排气阀)的关闭和进气阀(或多个进气阀)的打开之间的预定持续时间段的NVO的定相处，从而导致排气再压缩期以实现燃料重整。混合燃烧模式优选地包括针对每个燃烧循环的每个汽缸的多个燃料喷射事件以及在燃料喷射事件中的一个或两个期间或紧接在后的多个火花点火事件。这包括将每个循环的所需总燃料质量分成包括初始燃料喷射事件、中间燃料喷射事件和最终燃料喷射事件的至少三个燃料喷射事件，其中，初始燃料喷射事件与燃料重整相关联，并且最终燃料喷射事件与发动机动力冲程相关联。

[0056] 发动机10被控制成以优选的空气/燃料比操作，以实现与包括燃烧稳定性、燃料消耗量、排放量和发动机扭矩输出的发动机操作参数中的一个或多个相关联的优选的性能。这包括基于在所选燃烧模式中的发动机操作来估计汽缸空气充量。节流阀34和VCP/VLC装置22、24被控制成基于估计的汽缸空气充量来实现一定的进气流速，包括在燃烧模式之间的过渡期间。通过调整节流阀34并且控制VCP/VLC装置22、24来控制进气阀(或多个进气阀)
20和排气阀(或多个排气阀)18的打开正时和曲线以控制气流。在燃烧模式中的每一个中的操作能够需要在进气阀(或多个进气阀)20和排气阀(或多个排气阀)18的阀升程、持续时间和定相以及节流阀34的开启角方面的针对VCP/VLC装置22、24的不同设定。

[0057] 在低负载发动机操作下的所关注的燃烧参数包括空气/燃料比、IMEP、质量燃烧分数点(CA50点)以及与燃料重整有关的发动机抽送平均有效压力(PMEP)。可以通过控制形式为一个或多个燃料脉冲宽度(FPW)的发动机燃料供给来控制至每个汽缸的能量输入，从而控制IMEP。质量燃烧分数点(CA50点)与燃烧稳定性紧密相关。能够通过无论燃料重整的大小和PMEP如何而将质量燃烧分数点(CA50点)控制成针对所有汽缸的优选值，来实现燃烧稳定性。

[0058] 图3-1、图3-2、图3-3、图3-4和图3-5以图形方式示出了当在包括1000 RPM的发动机转速和0.4巴(制动平均有效压力或BMEP)的发动机负载的操作条件下在混合燃烧模式中操作时，在图1的示例性四汽缸发动机的操作期间的前述燃烧参数中的若干个。这些结果与操作四汽缸发动机而没有利用本文所述的燃烧稳定性控制例程500有关。图3-1示出了使用第一汽缸压力监测系统302和第二汽缸压力监测系统304测得的操作期间针对汽缸1、汽缸2、汽缸3和汽缸4中的每一个的指示平均有效压力(IMEP)(kPa)310。图3-2示出了在相同操作期间针对汽缸1、汽缸2、汽缸3和汽缸4中的每一个的对应的质量燃烧分数点，即，CA50点(deg-aTDC)320。绘制的数据相对于使用第一汽缸压力监测系统302和第二汽缸压力监测系统304确定的标称CA50点示出。图3-3示出了在相同操作期间针对汽缸1、汽缸2、汽缸3和汽缸4中的每一个的对应的发动机抽送平均有效压力(PMEP)(kPa)330。绘制的数据使用第一汽缸压力监测系统302和第二汽缸压力监测系统304来确定。图3-4示出了在相同操作期间针对汽缸1、汽缸2、汽缸3和汽缸4中的每一个的对应的发动机空气/燃料比340。再次如图所示，在汽缸之间存在大范围的空气/燃料比的变化。图3-5示出了通过IMEP(COV-IMEP)(％)
350的变化系数指示的针对发动机的对应的燃烧稳定性。如这些图中示出的结果所指示的，汽缸1、汽缸2、汽缸3和汽缸4示出了不同大小的IMEP、质量燃烧分数点、PMEP、空气/燃料比和COV-IMEP，其中，不同的大小归因于逐个喷射器的流量变化、燃料重整的量的变化、不同的缸内热条件以及汽缸之间气流的非均匀分布。这样的条件能够引起被车辆操作者视为不稳定发动机怠速状态的发动机不稳定。发动机不稳定还可以引起冷发动机操作期间的增加的NOx排放。

[0059] 图4-1和图4-2示出了对图3-1、图3-2、图3-3、图3-4和图3-5的数据的评估。图4-1示出了相对于y轴上的COV-IMEP(％)450绘制的x轴上的质量燃烧分数点(deg aTDC)420。图4-2示出了相对于针对汽缸1、汽缸2、汽缸3和汽缸4中的每一个的质量燃烧分数点(deg aTDC)420绘制的x轴上的PMEP(kPa)430。

[0060] 参照图3和图4所示的结果表明，与在低负载发动机操作下发动机操作期间的燃烧稳定性有关的关键燃烧参数包括空气/燃料比、IMEP、PMEP和质量燃烧分数点。通过控制给汽缸中的每一个的燃料能量，即，通过借助控制汽缸燃料脉冲宽度(FPW)来控制发动机燃料供给，IMEP是可控制的。质量燃烧分数点与燃烧稳定性有关。包括无论燃料重整的量(通过PMEP水平指示)如何将所有汽缸的质量燃烧分数点(CA50点)维持在统一水平处的发动机控制能够产生期望的燃烧稳定性。随着如PMEP所指示的燃料重整的量增加，CA50点提前。因此，在这些汽缸中的不同汽缸中可需要不同的燃料重整的量，以便在所有汽缸中实现统一的CA50点。因此，为了控制汽缸实现统一的CA50点，燃料重整期间的燃料供给受到控制，包括控制在初始火花点火事件之前燃料重整期间发生的初始燃料喷射事件(EOI1)的喷射结束点。

[0061] 图5是燃烧稳定性控制例程500的示意图，所述燃烧稳定性控制例程500用于控制图1的多汽缸内燃机510的实施例的操作，以实现包括在低负载条件下的混合燃烧模式中的发动机操作的发动机操作期间的燃烧稳定性。燃烧稳定性控制例程500被执行成控制发动机510的操作，并且包括单独的汽缸燃料控制器530和单独的汽缸质量燃烧分数点控制器540。总体上，燃烧稳定性控制例程500包括确定与每个燃烧事件期间中的燃烧压力相关联的参数。为汽缸中的每一个确定针对燃烧压力参数的目标状态，并且响应于针对对应汽缸的燃烧压力参数的目标状态，来为汽缸中的每一个控制燃料脉冲宽度。同时，为气缸确定统一目标质量燃烧分数点，并且响应于针对发动机的目标质量燃烧分数点，来为汽缸控制喷射结束正时和对应的火花点火正时。优选地，存在目标IMEP点526和目标质量燃烧分数点，例如，与包括在混合燃烧模式中的操作期间的发动机操作点的每个发动机操作点相关联的CA50点528。在操作中，单独的汽缸压力处理单元520监测来自多个发动机汽缸中的每一个的汽缸内压力514，以确定质量燃烧分数点，例如，针对所述多个发动机汽缸中的每个汽缸的CA50点522和IMEP 524，其中，这样的确定通过合适的计算、估计、校准或其它已知的方法来实现。

[0062] 单独的汽缸燃料控制器530监测相对于目标IMEP 526的针对汽缸中的每一个的IMEP 524的状态，并且基于针对相应的汽缸的目标IMEP 526与IMEP 524的监测到的状态之间的差异，来确定用于单独的汽缸534中的每一个的燃料脉冲宽度，其中，用于单独的汽缸534中的每一个的燃料脉冲宽度用于控制发动机510的操作。

[0063] 单独的汽缸质量燃烧分数点控制器540确定针对汽缸中的每一个的相对于目标CA50点528的监测到的CA50点522，并且基于针对发动机的目标CA50点528与监测到的CA50点522之间的差异，来确定用于单独的汽缸中的每一个的喷射结束和对应的火花点火事件(EOI/Spk)542的正时，其中，用于单独的汽缸中的每一个的喷射结束和对应的火花点火事件(EOI/Spk)542的正时用于控制发动机510的操作，以实现可通过COV-IMEP指示的燃烧稳定性。

[0064] 图6示意性地示出了单独的汽缸质量燃烧分数点控制器540的实施例的一部分，其包括多个汽缸专用质量燃烧分数点控制器640，示出了所述汽缸专用质量燃烧分数点控制器640中的一个。汽缸专用质量燃烧分数点控制器640中的每一个包括校准，其调整喷射结束和对应的火花点火事件(EOI/Spk)的正时以调整质量燃烧分数点，例如，CA50点。此校准包括分析过程，其延迟初始燃料喷射事件和最终燃料喷射事件以及对应的初始火花点火事件和最终火花点火事件以延迟CA50点，并且提前初始燃料喷射事件和最终燃料喷射事件以及对应的初始火花点火事件和最终火花点火事件以提前CA50点。在操作中，计算CA50误差641，并且所述CA50误差641包括针对汽缸中的一个的监测到的CA50点522相对于针对相应的汽缸的目标CA50点528之间的算术符号差异(arithmetically signed difference)。
CA50误差641被输入到汽缸专用质量燃烧分数点控制器640，其确定控制校正642，用于针对用于所选汽缸的汽缸充量，控制连同初始火花点火事件623的初始燃料喷射622和连同最终火花点火事件625的最终燃料喷射628。控制校正642优选地包括正时提前或正时延迟中的一个的变化大小，其中，所述大小对应于控制校正642的大小和方向，即，提前或延迟中的一个，这取决于提前或延迟针对特定汽缸的CA50点以提高发动机中的燃烧稳定性的需要。

[0065] 图7示出了相对于x轴710上的发动机曲柄角(deg aTDC)的y轴702上的压力(kPa)，包括针对与在混合燃烧模式中操作的发动机10的示例性实施例相关联的汽缸中的一个的一个燃烧循环期间的缸内压力703的图。描绘了一个燃烧循环，其包括：重复发生的燃烧循环的排气冲程712、进气冲程714、压缩冲程716和膨胀或动力冲程718。绘制的发动机控制参数包括初始燃料喷射722、中间燃料喷射724、726以及最终燃料喷射728。绘制的发动机控制参数还包括初始火花点火事件723和最终火花点火事件725。由于在NVO期间发生的排气再压缩，在排气冲程712与进气冲程714之间的过渡期间出现缸内压力703中的一个峰值，并且所述峰值有利于汽缸中的燃料重整。由于汽缸充气的燃烧，在压缩冲程716与动力冲程718之间的过渡处或附近出现缸内压力703中的第二峰值。如所示，在燃料重整期期间，发生初始燃料喷射722、在中间燃料喷射724和初始火花点火事件723中的一个，并且在与压缩冲程716和动力冲程718相关联的主燃烧期期间，发生中间燃料喷射726、最终燃料喷射728和最终火花点火事件725中的一个。

[0066] 初始燃料喷射722优选地发生在排气再压缩期期间，如所示，并且对应的初始火花点火事件723在初始燃料喷射722结束之后立即启动，以实现燃料重整。如本文所述，初始燃料喷射722的大小以及初始燃料喷射722和初始火花点火事件723的正时对于控制燃料重整并且最终控制发动机稳定性非常重要。如所示，存在两个中间燃料喷射724和726。如所理解的，可以存在零个、一个、两个或更多个中间燃料喷射，其能够发生在排气再压缩期和压缩冲程中的一者或两者期间。中间燃料喷射可以包括实现燃料重整的燃料的一部分。中间燃料喷射可以包括实现期望的发动机功输出的每个循环所需的总燃料质量的主要燃料质量部分的一部分。最终燃料喷射728优选地发生在压缩冲程716期间，如所示，并且对应的最终火花点火事件725在其后启动，以实现汽缸充气的燃烧来产生功率。如本文所述，最终燃料喷射728的大小以及最终燃料喷射726和最终火花点火事件725的正时对于控制发动机工作和输出功率非常重要。

[0067] 多个燃料喷射事件使得能够实现如下策略，其中，当进气阀和排气阀二者都关闭并且气体温度和汽缸压力较高时，初始燃料喷射722和其中一个中间燃料喷射724使每个循环所需的总燃料质量的第一部分在排气再压缩期间被喷射。喷射的燃料经受部分氧化，即，燃料重整反应，以产生用于在动力冲程718期间发生的HCCI燃烧的富余热。导致排气再压缩期期间的较低缸内温度和燃料重整的低发动机负载条件在低速和低负载的发动机操作下可能不足以触发燃烧充气的自动点火。在发动机怠速操作和近似于发动机怠速操作时，中间喷射(或多个中间喷射)726在燃烧循环的压缩冲程中提供大量燃料，称为火焰传播燃料喷射事件。所述火焰传播燃料喷射事件是到燃烧室中的分层、喷雾引导的燃料喷射事件，其通过第二火花点火事件725点燃以传播燃烧波，所述燃烧波压缩燃烧室16中的剩余燃料空气混合物，以实现其中燃烧充气的自动点火。在燃料重整期间燃烧的燃料质量与燃烧稳定性(COV-IMEP)和NOx排放密切对应。

[0068] 本公开已描述了特定优选实施例及其变型。在阅读和理解说明书后可以得到另外的变型和变化。因而，本公开并不意在受限于作为用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，相反，本公开将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。