專利名稱：有助于自燃操作的多行程內燃發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有助于自燃操作的多行程內燃發動機。
背景技術：
某些內燃發動機可以在稱為均質進氣壓縮點火(HCCI)的模式中用一個或多個汽 缸操作，該模式中包括通過由汽缸的活塞執行的壓縮進行空氣和燃料進氣的可控自燃 (CAI) 。 HCCI模式可以用在某些工況下以提供增加的燃料經濟性和/或減少的排放。
作為一種示例方法，壓縮汽缸內基本上均質的空燃混合氣直到混合氣發生自燃，而不 需要通過點火裝置產生的點火火花。
在某些工況下，發動機以HCCI模式操作與以其他燃燒類型，如火花點火(SI) 操作相比，具有減少的或受限的操作范圍。在一種方法中，如美國汽車工程師協會 (SAE) 2005-01-0762文章"用于可控自燃燃燒過程的可變氣門機構的熱力學和機械 方法(Thermodynamical and Mechanical Approach Towards a Variable Valve Train for the Controlled Auto Ignition Combustion Process)',所述,描述了允許在 低轉速以及低負荷范圍進行CAI操作的二行程，六行程，和八行程循環。作為一個示
例，描述了六行程循環，包括通過火花點火用稀燃分層進氣執行的第一燃燒事件，和 用CAI執行的第二燃燒事件。
然而，本發明的發明人意識到上述方法的一些問題。作為一個示例，當使用稀化 學計量進氣以HCCI模式搡作發動機時，某些排放控制裝置，如NOx催化劑的有效性 會降低。因此，在用于實現改進的燃料經濟性的稀混合氣搡作應用和在稀混合氣搡作 期間會降低的催化劑有效性之間有 一 取舍。
發明內容
因此，在本發明所述的一種方法中，上述問題通過搡作具有至少一個包括進氣門 和排氣門的汽缸的發動機的方法解決，該方法包括將第一量的燃料噴射到汽缸中；
通過壓縮空氣與所述第一量的燃料的第一混合氣使所述第一混合氣自燃；在所述第一 混合氣自燃后，將第二量的燃料噴射到汽缸中；燃燒所述第二量的燃料與來自所述第 一混合氣自燃的氣體的第二混合氣；在第一混合氣自燃和第二混合氣燃燒之間保持汽
缸進氣門關閉；以及排出所述燃燒后的第二混合氣。
以此方式，可以操作發動機的一個或多個汽缸，其中初始空氣進氣可用于提供用 于兩個獨立的燃燒事件的基本上全部量的氧氣。作為 一個示例，在第一燃燒事件期間，控制空燃均質進氣為稀化學計量并使之自燃以利用稀混合氣搡作的改進的燃料經濟 性，而通過第二均質進氣自燃的第二燃燒事件可以包括更接近化學計量的空燃混合 氣，從而允許排氣時改進的催化劑有效性。然而，在某些工況下，循環的第二燃燒事 件可選地包括火花點火以提供有助于后續自燃事件的較高溫度的殘余氣體。
此外，本發明的發明人意識到以六行程循環操作部分或全部汽缸會在某些工況下 導致發動機或汽車傳動系統中增加的扭矩不平衡。因此，本發明基于發動機的工況， 通過提供在包括單一燃燒事件的四行程循環和包括兩個燃燒事件的六行程循環之間 至少改變第二汽缸的操作的方法，解決這個問題。在某些示例中，工況可以包括駕駛
員選擇的一種或多種運行模式，發動機產生的和/或傳輸到發動機傳動系統的振動水 平，或連接到發動機的變速器的狀態。
圖l示出示例內燃發動機。
圖2示出描述在四行程和六行程操作模式之間控制發動機汽缸的示例方法的流 程圖。
圖3A和圖3B示出示例四汽缸發動機的正時圖。
圖4示出描述減少具有至少一個以六行程循環搡作的汽缸的發動機中的振動的 示例方法的流程圖。
圖5-圖13是示出理論示例(prophetic example)實驗的圖表。 圖14示出實驗設置的示意圖。
具體實施例方式
如本文所述，以六行程循環操作發動機的一個或多個汽缸，同時執行均質進氣壓 縮點火(HCCI)模式。六行程循環可以包括使用至少部分相同的初始空氣進氣或基本 上相同的初始空氣進氣執行的兩個獨立的自燃事件。第一燃燒事件可以由具有稀化學 計量空燃比的第一混合氣執行，而第二燃燒事件可以由第一燃燒后的混合氣與第二次 噴射的燃料形成的比第一混合氣濃的第二混合氣執行(可選地包括附加的新鮮空氣)。 以此方式，發動機可以用HCCI模式搡作至少部分汽缸，同時允許排放控制裝置有效 減少N0x。此外，HCCI模式可以在某些工況下擴大至較大的搡作范圍。
圖l是示出可包括在汽車推進系統中的多汽缸發動機10的一個汽缸的示意圖。 發動機10至少部分地由包括控制器12的控制系統及經輸入裝置130來自汽車搡作者 132的輸入控制。在該示例中，輸入裝置130包括加速器踏板及用于產生成比例的踏 板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的燃燒室(即，汽缸)30包括燃燒 室壁32，活塞36位于其中。活塞36連接到曲軸40，以將活塞的往復運動轉換為曲 軸的旋轉運動。.曲軸40通過傳動系統連接到客車的至少一個驅動輪。此外，起動機
馬達可以通過飛輪連接到曲軸40,以允許發動機10的起動操作。
燃燒室30可以通過進氣歧管42從進氣道44接收進氣并通過排氣道48排出燃燒 氣體。進氣道44和排氣道48可以通過相應的進氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒 室30連通。在某些實施例中，燃燒室30可以包括兩個或更多進氣門和/或兩個或更 多排氣門。
進氣門52可以由控制器12通過可變氣門正時執行器(VVTA) 51控制，該可變 氣門正時執行器可以使用電動，電磁或電動液壓執行器以控制氣門正時。類似地，排 氣門54可以由控制器12通過VVTA 53控制。在某些工況期間，控制器12可以改變 向執行器51和53提供的信號來控制相應的進氣門和排氣門的開啟和關閉。進氣門 52和排氣門54的位置分別可以通過氣門位置傳感器55和57確定。在可選實施例中， 一個或多個進氣門和排氣門可以由一個或多個凸輪驅動，并可以使用凸輪廓線變換 (CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL) 系統中的一個或多個來改變氣門操作。例如，汽缸30可以替換地包括通過電動氣門 驅動控制的進氣門和通過包括CPS和/或VCT的凸輪驅動控制的排氣門。
燃料噴射器66如圖所示直接連接到燃燒室30,與通過電子驅動器68從控制器 12接收的信號脈沖寬度FPW成比例地將燃料直接噴射至其中。以此方式，燃料噴射 器66提供進入燃燒室30中的燃料，稱為直接噴射。燃料噴射器可以安裝在例如燃燒 室的側面或頂部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵及燃料導管的燃料系統(未示出) 向燃料噴射器66供給。在某些實施例中，在提供進入燃燒室30上游的進氣道的燃料， 稱為進氣道噴射的配置中，燃燒室30可以替換地或附加地包括位于進氣道44中的燃 料噴射器。
進氣歧管42可以包括具有節流板64的節氣門62。在該具體示例中，節流板64 的位置可以通過向與節氣門62配套的電動機或執行器提供的信號由控制器12改變， 這一配置通常稱為電子節氣門控制(ETC)。以此方式，節氣門62可用于改變向燃燒 室30及其他發動機汽缸提供的進氣。可以通過節氣門位置信號TP向控制器12提供 節流板64的位置。進氣歧管42可以包括質量空氣流量傳感器120和/或歧管空氣壓 力傳感器122,用于向控制器12提供相應的信號MAF和MAP。
在某些工況下，可以以HCCI模式操作發動機10的一個或多個汽缸，不需要產生 點火火花，而是可以使用由活塞執行的壓縮以使燃燒室內基本上均質的空燃混合氣自 燃。然而，在某些實施例中，點火系統88可以在選擇的工作模式下響應于來自控制 器12的火花提前信號SA通過火花塞92向燃燒室30提供點火火花。雖然圖1示出了 火花點火組件，但在某些實施例中，發動機10的燃燒室30或一個或多個其他燃燒室 可以按壓縮點火模式操作，其中可以使用或不使用點火火花。
排氣傳感器126如圖所示連接到排放控制裝置70上游的排氣道"。傳感器126 可以是用于提供排氣空燃比指示的任何適合的傳感器，如線性氧傳感器或UEGO (通
用或寬域排氣氧)傳感器、雙態氧傳感器或EGO、 HEGO (加熱型EGO) 、 N0x、 HC,或 CO傳感器。排放控制裝置70如圖所示沿著排氣傳感器126下游的排氣道48排列。 裝置70可以是三元催化劑(TWC) 、 NOx捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合。 在某些實施例中，在發動機10的操作期間，可以通過在特定的空燃比內操作發動機 的至少一個汽缸來周期性地重置排放控制裝置70。
控制器12如圖l所示為微計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、 用于可執行程序和校準值的電子存儲媒體，在此具體示例中如圖所示為只讀存儲器芯 片106、隨機存取存儲器108、保活存儲器110，及數據總線。除了上迷的那些信號， 控制器12還可以接收來自連接到發動機10的傳感器的各種信號，包括來自質量空氣 流量傳感器120的吸入質量空氣流量(MAF)測量值、來自連接到冷卻套管114的溫 度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT)、來自連接到曲軸40的霍爾效應傳感器 118 (或其他類型的傳感器)的齒面點火傳感器信號(PIP)、來自節氣門位置傳感器 的節氣門位置(TP),及來自傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP。發動機轉速信號 RPM可以由控制器12通過信號PIP得出。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP 可用于提供進氣歧管中的真空或壓力的指示。注意，可以使用上述傳感器的各種組合， 如使用MAF傳感器而不使用MAP傳感器，或相反。
如上所述，圖l僅示出了多汽缸發動機的一個汽缸，且每個汽舡都可以類似地包 括其自身的一組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
此外，在某些實施例中，發動機10可以包括模式選擇開關180,允許汽車駕駛 員在一種或多種運行模式之間選擇，如運動模式182,經濟模式184,以及豪華模式 186。如下文較詳細的描述，通過開關18D對具體搡作模式的選擇可以改變發動機如 何搡作。作為一個示例，在識別發動機的哪些汽缸通過四行程或六行程循環中的一個 以SI模式和HCCI模式操作或是否停用汽缸時，控制系統可以使用不同的策略。此外，
所選擇的運行模式可以改變發動機控制的其他方面，包括所使用的點火正時延遲水 平、噪聲振動平穩性水平或可容許的扭矩不平衡、氣門正時或其他發動機工況。
圖2示出可執行用于以六行程循環搡作發動機的至少一個汽缸的例程的非限制 性示例。在210,可以基于當前的工況和/或預測的未來工況判斷是否以六行程循環 搡作汽缸。作為一個示例，可以基于汽車操作者例如通過選擇開關180所選擇的運行 模式判斷是否以六行程模式操作一個或多個汽缸。
例如，在某些工況下，選擇經濟模式可以使發動機以六行程循環操作較多或較少 汽缸以達到增加的燃料經濟性，這也可以導致增加的扭矩不平衡的容許量。選擇經濟 模式還可以增加一個或多個汽缸的汽缸停用的使用以減少燃料消耗和/或相對于火花 點火增加HCCI模式的使用。作為另一個示例，選擇豪華模式可以使發動機以減少的 噪聲振動平穩性或扭矩不平衡操作，然而潛在地增加燃料消耗。因此，控制系統可以 選擇或改變以六行程和四行程循環操作的汽缸數從而減少扭矩不平衡，該操作將在后
文更詳細地描述。此外，在豪華模式搡作期間，控制系統可以試圖減少不同模式之間 的過渡，從而相對于HCCI操作增加SI的使用。作為又一個示例，選擇運動模式可以 使發動機以增加的扭矩響應搡作，這可以包括減少或增加發動機以六循環模式搡作從 而實現更快的扭矩響應。如下所述，以六行程循環操作汽缸可以導致來自汽缸的較大 的功率輸出密度，但會增加發動機內的扭矩不平衡。
如果210處的回答為是，則可以控制汽缸以多于四行程的行程循環執行(例如， 六行程循環)，該循環包括兩個動力行程，兩個動力行程可以基于或不基于基本上相 同的初始空氣進氣。例如，在212,為了通過循環的第一動力行程實現自燃，可以執 行進氣行程并改變氣門正時以保持期望的進氣溫度。或者，如果對于第一動力行程， 發動機以SI模式操作，則可以調節氣門正時以控制進氣溫度。
作為一個示例，對于HCCI操作，可以較晚開啟一個或多個進氣門，減少所捕集 的排氣的漏出，同時還允許從進氣歧管吸入適量空氣進入汽缸。可以在下止點之后關 閉進氣門。然而，可以使用其他的氣門正時來保持適當的進氣溫度以有助于期望的自 燃正時。在214執行壓縮行程并在216執行第一次燃料噴射，例如，通過直接噴射器 實現稀化學計量的空氣和燃料的第一混合氣(例如，包括過量氧氣)。作為一個示例， 用作循環的第一進氣的混合氣可以具有大于30比1和/或小于100比1范圍內的空燃 比，雖然應理解，可以使用其他適合的空燃比以實現稀混合氣。例如，可以使用大于 100比l或小于30比1的空燃比。作為一個示例，對于第一動力行程，可以使用具 有50比1空燃比的第一混合氣。
在218,可以隨著空氣和燃料進氣的點燃執行第一動力行程。在HCCI模式操作 的情況下，進氣點燃可以包括不需要點火火花的自燃。然而，在某些示例中，使用點 火火花有助于實現混合氣自燃或燃燒。在動力行程期間，由于至少包括某些過量氧氣 的稀混合氣，在燃料燃燒時，僅使用汽缸內的部分空氣。在動力行程后的下止點附近， 可以操作一個或多個氣門以保持期望的進氣溫度。例如，可以開啟一個或多個排氣門 以釋放部分排氣，從而降低燃燒室溫度至適合于后續自燃事件發起動力行程的水平。
在某些實施例中，可以在循環的第一燃燒事件和后續第二燃燒事件之間保持進氣 門關閉。在220,執行第一排氣行程，隨后在222執行進入汽缸的第二次直接燃料噴 射。可以控制燃料的第二次噴射以達到比第一次噴射更接近化學計量(例如，更濃) 的混合氣。例如，可以控制第二次噴射的燃料與保存在汽缸內的第一燃燒事件的產物 一起形成用于循環中的第二燃燒事件的化學計量混合氣(例如，包括比第一動力行程 少的過量氧氣)。在224，執行第二動力行程，包括通過不需要點火火花的自燃進行 的空燃混合氣的燃燒。然而，在某些示例中，可以通過由火花塞產生的點火火花來發 起第二燃燒事件。在226,可以執行排氣行程，其中控制氣門正時以通過所捕集的排 氣保持期望的汽缸溫度用于后續循環。接下來，例程可以回到210以用于后續循環。
或者，如果210處的答案為否，則執行包括進氣行程228、壓縮行程230、直接 燃料噴射232、動力行程234和排氣行程236的四行程循環。在四行程搡作期間，空 燃混合氣的燃燒可以包括均質混合氣或非均質混合氣的自燃(例如HCCI)或火花點 火。
以此方式，通過至少在某些工況期間執行六行程循環，可以減少包括在第一稀混 合氣燃燒事件期間從汽缸排出的過量氧氣的氣體的量，從而減少由汽缸下游的排放控 制裝置(例如三元催化劑)接收的過量氧氣量。在某些工況下，到達催化劑的氧氣水 平的減少可以改進催化劑搡作。此外，在第一燃燒事件后保存在汽缸中的過量氧氣可 以在被排出之前在循環的第二燃燒事件期間消耗。因此，由排放控制裝置接收的較大 部分過量氧氣可以包括較低濃度的過量氧氣，從而改進催化劑減少部分燃燒產物的有 效性。
在某些工況下，可以使用上述例程的變體和替換。作為一個示例，發動機汽缸包 括直接噴射器和進氣道噴射器，第一次燃料噴射(例如216處)可以替換地至少包括 進氣道噴射，而第二次燃料噴射(例如222處)可以至少包括直接燃料噴射。作為另 一個示例，兩次燃燒事件(例如在218和224的膨脹行程期間)可以包括不需要火花 的自燃。或者，兩次燃燒事件之一或兩者可以由點火火花發起。例如，循環的第一燃 燒事件可以包括可控自燃，而第二燃燒事件可以包括火花發起的燃燒。作為又一個示 例，可以使用多于六行程。例如，可以用至少包括三個壓縮行程且每個壓縮行程后跟 隨有后續的膨脹行程的循環操作汽缸。換句話說，循環可以使用三個或三個以上燃燒 事件，其中第一燃燒事件包括第一稀混合氣，第二燃燒事件包括比第一混合氣濃的第 二混合氣，而第三燃燒事件包括比第二混合氣濃的第三混合氣。
雖然上述示例是參考發動機的單一汽缸描述的，但應理解，發動機的一個或多個 汽缸可以使用如上述參考圖2所述的六行程循環或四行程循環。例如，所有的發動機 汽缸可以用每循環六行程操作，或一部分汽缸以六行程搡作而另一部分汽缸以四行程 操作。作為另一個示例，可以停用一部分汽缸(即，不執行燃燒)，而另一部分汽缸 以每循環四行程和/或六行程或更多行程搡作。此外，可以基于汽車的工況，控制發 動機的一個或多個汽缸在四行程、六行程、或更多行程的操作之間轉換。如本文所述， 工況可以包括點火正時、進氣門正時和排氣門正時、渦輪增壓或機械增壓狀態、包括 溫度和壓力的環境條件、例如扭矩或轉速的所請求的發動機輸出、汽缸運行配置、燃 料類型、燃料蒸汽抽取狀態、催化劑狀態、所選擇的運行模式及其他。
在某些工況下，以六行程循環操作發動機的一個或多個汽缸會增加扭矩不平衡的 可能性。圖3A和圖3B示出示例四汽缸發動機的正時圖。圖3A示出四汽缸發動機用 每汽缸執行六行程循環來操作，而圖3B示出四汽缸發動機用一部分汽缸以四行程循 環執行燃燒而另一部分汽缸以六行程循環執行來操作。圖3A和圖3B所示圖中的橫軸 表示連續的行程，而縱軸表示發動機的汽缸。具體來說，圖中較低部分包括直列四汽 缸發動機的汽缸l-4，而較高部分包括組合的發動機所有汽缸的扭矩。在圖中，示出
進氣行程(I)、壓縮行程(C)、動力行程(P)和排氣行程(E)。此外，某些行程， 如動力行程和排氣行程包括"P1"或"P2"這樣的數字，這些數字分別對應于循環中 的第一和第二動力行程。活塞的移動方向也在相應的行程標簽下示出。向下的箭頭表 示在行程期間活塞離開汽缸頂移動，而向上的箭頭表示在行程期間活塞朝向汽缸頂移 動。
在該示例中，四汽缸中的每個彼此偏移約180°曲軸角。因此，在如圖3A所示 的六行程循環期間，當汽缸l執行進氣行程時，汽缸3執行排氣行程，汽缸4執行動 力行程，且汽缸2執行排氣行程。在圖中較高部分所示的組合的扭矩示出扭矩不平衡 如何發生，如某些行程期間扭矩的增加所示。這樣的扭矩增加可以由同一行程內兩個 或多個動力行程的疊加造成。例如，在圖3A中，在汽缸1和汽缸4同時發生動力行 程以及汽缸3和汽缸2同時發生動力行程時產生發動機扭矩增加。
圖^示出取決于每個汽缸所使用的多行程模式，發動機產生的組合的扭矩如何 不同的示例正時圖。例如，汽缸2和3如圖所示以六行程循環搡作，而汽缸1和4如 圖所示以四行程循環操作，這與圖3A所示的其中所有汽缸都以六行程循環操作的操 作形成對照。因此，圖3A和圖3B示出通過改變發動機的每個汽缸每循環執行的行程 數，如何增加或減少造成扭矩不平衡的扭矩變化。
在某些工況下，可以通過調節一種或多種發動機工況，來減少或消除扭矩不平衡。 圖4示出當發動機的至少一個汽缸用具有兩個或兩個以上燃燒事件的循環(例如六行 程)操作時可執行以減少扭矩不平衡的例程的非限制性示例。在410,控制系統可以 評估當前的工況和/或預測的未來工況以及汽缸運行配置。在該示例中，汽缸運行配 置可以響應于如使用四行程、六行程、多于六行程的發動機汽缸數，每個汽缸相對于 所執行的行程數的位置，每個汽缸相對于所執行的行程數的點火順序，發動機的汽缸 總數，停用的汽缸數這樣的信息以及可基于所選擇的運行模式。在412,可以判斷是 否檢測到扭矩不平衡和/或一個或多個汽缸是否正以六行程循環搡作或將轉換到六行 程循環。
作為一個示例，控制系統可以基于所評估的工況和/或汽缸運行配置預測扭矩不 平衡。例如，基于汽缸運行配置，可以預測扭矩不平衡會在六循環操作、四循環操作 和/或汽缸停用的某種組合下發生，在這樣的情況下，可以避免或減少這些組合。本 文參考圖5-圖13提供六循環搡作的某些組合。
作為另一個示例，通過曲軸扭轉加速度、具有傳感器的活動發動機支架、扭矩傳 感器、振動傳感器、噪聲傳感器、加速度計、燃燒傳感器、以及與發動機控制系統在 通信上連接的其他適合的傳感器中的一個或多個來檢測扭矩不平衡，以提供扭矩不平 衡的指示。此外，可以基于如汽車變速器或傳動系統中檢測到的振動水平這樣的工況 檢測或預測扭矩不平衡。
如果412處的答案為否，則例程回到410。或者，如果412處的答案為是，則改
變供應到發動機的一個或多個汽缸中的進氣量，例如通過改變相應汽缸的進氣門和排 氣門正時，以減少扭矩不平衡。作為一個示例，如果所有汽缸都以六行程循環操作， 那么可以增加或減少供應到一個、部分、或所有汽缸中的進氣以實現減少的發動機扭 矩不平衡。作為另一個示例，如果一部分發動機汽缸以六行程循環操作而另一部分發 動機汽缸以四行程循環操作或停用，那么可以不同程度地改變供應到以六行程操作的 汽缸和以四行程操作的汽缸中的進氣量。
作為414處進氣減少的替代或補充，可以改變噴射到一個或多個汽缸中的燃料量 以減少扭矩不平衡。作為一個示例，可以增加/減少噴射到一個或多個以六行程循環 操作的汽缸中的燃料量，和/或可以增加/減少噴射到一個或多個以四行程循環操作的 汽缸中的燃料量，來實現減少的扭矩不平衡。
作為414和/或416處所執行的操作的替代或補充，可以在418處調節一個或多 個汽缸的點火正時以減少扭矩不平衡。例如，可以通過延遲空燃混合氣的點火來降低 汽缸產生的扭矩水平。
作為414、 416和/或418處所執行的操作的替代或補充，可以在420處調節執行 六行程循環的汽缸數或汽缸配置以減少扭矩不平衡。例如， 一個或多個以四行程循環 操作的汽缸可以轉換成以六行程循環操作，或相反。作為另一個示例，可以在保持近 似的執行四行程循環和六行程循環的汽缸數時減少扭矩不平衡。例如，第一汽缸可以 從六行程循環轉換到四行程循環，而第二汽缸可以從四行程循環轉換到六行程循環。 以此方式，可以執行上文參考414-420所述的一種或多種操作，以減少扭矩不平衡。 最后，例程可以回到410。
作為一個示例實施例，發動機可以用六行程循環操作三個汽缸或六個汽缸同時停 用剩余汽缸，以便通過保持基本上相等的扭矩脈動減少扭矩不平衡，如圖8和圖11 所示。在另一個示例中，可以使用六行程汽缸和四行程汽缸的組合來實現期望的燃料 消耗，噪聲振動平穩性和/或排放水平的組合。例如，第一組汽缸可以用四行程配置 操作，而第二組汽缸可以用六行程配置搡作。除了六行程汽缸和/或四行程汽缸的組 合外，還可以停用一個或多個汽缸。
通過基于單獨的汽缸或基于一組汽缸調節進氣門正時和/或排氣門正時，可以實 現EVA發動機四行程汽缸和六行程汽缸的組合。使用凸輪驅動的發動機可以改變凸輪
相位器或使用選擇性氣門停用來提供期望的四行程或六行程搡作的氣門正時。
雖然上述參考圖4所述的示例示出如何通過改變進氣和/或燃料噴射，減少至少
一個發動機汽缸以六行程循環操作的工況期間的扭矩不平衡，但應理解，可以調節其
他工況來實現扭矩不平衡的減少。
為了研究六行程操作對發動機扭矩輸出的影響，用Simulink軟件對六行程和
HCCI功能進行逐汽缸的進氣VVTA(iVVTA)模擬。在模擬運行中，排氣門在活塞位置
的下止點前(BBDC) 60° ， 180-60°曲軸角(CA )時開啟，而在上止點前(BTDC ) 60
° , 360-60° CA時關閉。進氣門在上止點后(ATDC) 60° ， 360+60° CA時開啟，而 在下止點(BDC) , 540° CA時關閉。這對720+1 0° CA時第一燃燒事件的HCCI燃燒 提供了負的氣門重疊。在720° CA和1080。 CA之間不開啟進氣門和排氣門。所產生 的汽缸扭矩、壓力和溫度描繪出曲軸角的函數，如圖5-圖7所示。
具體來說，圖5示出具有iVVTA系統的每汽缸六行程的燃燒壓力扭矩，其中第一 燃燒事件(720+10° CA)執行稀HCCI燃燒且第二燃燒事件(1080+10° CA )執行化學 計量燃燒。圖6示出六行程iVVTA汽缸壓力，其中第一燃燒事件(720+10° CA)執行 稀HCCI燃燒且第二燃燒事件(1080+10° CA)執行化學計量燃燒。圖7示出六行程 iVVTA汽缸溫度，其中第一燃燒事件(720+10° CA)執行稀HCCI燃燒且第二燃燒事 件(1080+10° CA)執行化學計量燃燒。
第二HCCI燃燒事件附近所產生的壓力、溫度和扭矩具有比第一燃燒事件大的壓 縮和燃燒溫度、壓力和峰間扭矩。這些因素的增加是由于900° CA和1080。 CA之間 的壓縮行程開始處的較高汽缸溫度，見圖7。 900° CA處的較高汽缸溫度可以導致第 二燃燒事件期間的較高壓縮和燃燒壓力以及較大峰間扭矩。通過在900° CA附近開啟 一個或多個進氣門和/或一個或多個排氣門，可以降低汽缸氣體溫度并使六行程循環 期間兩次燃燒事件產生的扭矩均勾化。
在圖7-圖13中，示出運行六行程循環的三至八汽缸發動機的燃燒壓力扭矩，其 中進氣門正時和排氣門正時如上所述。具體來說，圖8示出以六行程HCCI模式搡作 的三iVVTA汽缸的燃燒壓力扭矩。圖9示出以六行程HCCI模式操作的四iVVTA汽缸 的燃燒壓力扭矩。圖IO示出以六行程HCCI模式搡作的五iVVTA汽缸的燃燒壓力扭矩。 圖11示出以六行程HCCI模式搡作的六iVVTA汽缸的燃燒壓力扭矩。圖12示出以六 行程HCCI模式搡作的七iVVTA汽缸的燃燒壓力扭矩。圖13示出以六行程HCCI模式 操作的八iVVTA汽缸。因此，這些圖示出由發動機產生的總體扭矩如何可以包括通過 增加或減少執行六行程搡作的汽缸的數量來調節的變化。此外，圖14示出iVVTAHCCI 六行程發動機的Simulink軟件模擬設置。
如上所述，相對于四行程循環中每720°循環產生單個扭矩脈沖，六行程循環在 1080。 CA循環中間隔360。 CA每汽缸產生兩個扭矩脈沖而引入扭矩不平衡或使扭矩 特性變復雜。對于四行程循環，以CA度數衡量的點火率等于720/Ncyl,其中Ncyl 是點火汽缸數，而對于六行程循環，點火率是(1.5*720/fcyc) /Ncyl，其中fcyc是 每循環燃燒事件數。因此，對于相同的點火汽缸數，六行程發動機具有比四行程發動 機高33 / 的點火率。然而，在六行程循環中，扭矩脈沖并不均勻分布，這會導致扭矩 不平衡，并且取決于點火六行程汽缸的相位和數目，會導致具有比相同數目的四行程 汽缸低的扭矩脈動頻率的扭矩信號。
如圖8和圖ll所示，三汽缸和六汽缸的扭矩脈動頻率分別為每360°和180° CA 一個扭矩脈沖，相對于具有相同汽缸數的四行程發動機的每240°和H0。 CA—個扭
矩脈沖。對不是三的倍數的Ncyl值，扭矩脈動頻率較高，但隨著汽缸數增加(例如， 參見圖13中的八汽缸情形)，兩個正扭矩脈沖會聚為單一正扭矩脈沖。
因此，如示例模擬所示，在NVH是以運行六行程汽缸和四行程汽缸的組合的一個 考慮時，需要實現較低的總體燃料消粍以及減少的NVH和/或排放。
注意，本文中包括的示例控制和估值例程可用于各種發動機和/或汽車系統配置。 本文所述的具體例程可以表示任何數量的處理策略中的一種或多種，如事件驅動、中 斷驅動、多任務、多線程等。因此，所示的各種步驟、操作或功能可以按所示的順序 執行、并行執行，或在某些情況下略去。類似地，處理的順序并非實現本文所述的示 例實施例的特征和優點所必須，而是為了便于演示和說明而提供。取決于所使用的具 體策略，可以重復執行所示步驟和功能中的一個或多個。此外，所述步驟可以用圖形 表示編程到發動機控制系統中的計算機可讀存儲媒體中的代碼。
應理解，在本文中公開的配置和例程本質上是示例性的，且這些具體實施例不應 被視為具有限制意義，因為大量的變體是可能的。例如，上述技術可以應用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12,對置4,及其他發動機類型。本發明的主題包括在本文中公開的各 種系統和配置，及其他特征、功能，和/或屬性的所有新穎和非易見的組合及子組合。
本發明的權利要求特別指出視為新穎和非易見的特定組合及子組合。這些權利要 求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權利要求應被理解為包括 對一個或一個以上這樣的元素的結合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的元 素。所公開的特征、功能、元素和/或屬性的其他組合及子組合可以通過本發明權利 要求的修改或通過在本申請或相關申請中提供新的權利要求來請求保護。這樣的權利 要求，無論是在范圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括在 本發明的主題之內。
權利要求
1.一種操作具有至少一個包括進氣門和排氣門的汽缸的發動機的方法，其特征在于，該方法包括將第一量的燃料噴射到所述汽缸中；通過壓縮空氣與所述第一量的燃料的第一混合氣使所述第一混合氣自燃；在所述第一混合氣自燃后，將第二量的燃料噴射到所述汽缸中；燃燒所述第二量的燃料與來自所述第一混合氣自燃的氣體的第二混合氣；在所述第一混合氣自燃和所述第二混合氣燃燒之間保持所述汽缸的進氣門關閉；以及排出所述燃燒后的第二混合氣。
2. 如權利要求i所述的方法，其特征在于，燃燒所述第二混合氣包括通過壓縮 所述第二混合氣使所述第二混合氣自燃，且所述第二混合氣基本上均質。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一混合氣包括空氣和所述第 一量的燃料的均質混合氣。
4. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，燃燒所述第二混合氣包括通過由所述汽缸的點火裝置產生的點火火花點燃所述第二混合氣。
5. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，在所述第一混合氣自燃的一個行程后，執行所述第二混合氣的燃燒。
6. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述第二混合氣包括比所述第一混 合氣少的過量氧氣。
7. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述汽缸以六行程循環搡作。
8. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括在排出所述燃燒后的第二混合氣后，將第三量的燃料噴射到所述汽缸中；及 改變排出所述燃燒后的第二混合氣的正時，以調節空氣與所述第三量的燃料的第 三混合氣的自燃正時。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括通過操作所述汽缸的點火裝 置來燃燒所述第二混合氣，并且調節由所述點火裝置執行的點火正時，來調節所述第 三混合氣的自燃正時。
10. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，由排列在所述汽缸下游排氣道中的 三元催化劑處理所述第二混合氣。
11. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括在燃燒所述第二混合氣之前， 將來自所述第一混合氣自燃的部分氣體排出，其中改變來自所述第一混合氣自燃的部 分氣體排出的正時以改變所述第二混合氣的燃燒正時。
12. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括所述發動機至少包括第二汽缸，以四行程循環操作所述第二汽缸。
13.一種控制由內燃發動機產生的排氣流的方法，所述發動機包括至少一個汽缸，其特征在于，該方法包括以包括第一和第二燃燒事件的多于四行程的行程循環操作所述汽缸； 在所述循環的第一燃燒事件之后，排出來自所述汽缸的第一量的氣體；及 在所述循環的后續第二燃燒事件后，排出來自所述汽缸的第二量的氣體； 其中所述第一量的氣體比所述第二量的氣體少，且所述第一量的氣體包括比所述第二量的氣體高的氧氣濃度。
14. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，排出所述第一量的氣體包括在循環期間在第一時間立即開啟所述汽缸的排氣門，且排出所述第二量的氣體包括在循環期間在第二時間開啟所述排氣門；及改變所述排氣門開啟的所述第一時間以改變發起第 二燃燒事件的時間。
15. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一量的氣體包括高于30比 1的空燃比，而所述第二量的氣體包括低于所述第一量的氣體的空燃比。
16. —種操作包括至少一個汽缸的發動機的方法，其特征在于，包括 使包含氧氣的氣體進入所述汽缸中； 將第一量的燃料噴射到所述汽缸中；通過壓縮所述第一量的燃料與所述氣體的第一基本均質的混合氣，燃燒所述第一混合氣；將第二量的燃料噴射到所述汽缸中；及通過壓縮所述第二量的燃料與所述氣體的至少一部分的第二基本均質的混合氣， 燃燒所述第二混合氣；其中所述第一混合氣包括比所述第二混合氣高的過量氧氣。
17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述汽缸還包括進氣門，所述方法 還包括開啟所述進氣門以使包含氧氣的氣體進入所述汽缸，隨后在燃燒所述第一混合 氣和燃燒所述第二混合氣之間將所述進氣門關閉至少一段時間。
18. 如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述汽缸還包括排氣門，所述方法 還包括在燃燒所述第一混合氣和燃燒所述第二混合氣之間開啟所述排氣門及隨后關 閉所述排氣門以改變所述第二混合氣的燃燒正時。
19. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，還包括所述發動機包括第二汽缸，基于所述發動機的工況在包括單個動力行程的四行程循環和包括兩個動力行程的六 行程循環之間改變所述第二汽缸的搡作。
20. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述工況包括使用者所選擇的運行 模式、連接到所述發動機的變速器的狀態以及由所述發動機的搡作產生的振動水平中 的至少一個。
全文摘要
一種操作具有至少一個包括進氣門和排氣門的汽缸的發動機的方法，該方法包括將第一量的燃料噴射到汽缸中；通過壓縮空氣與所述第一量的燃料的第一混合氣使所述第一混合氣自燃；在所述第一混合氣自燃后，將第二量的燃料噴射到汽缸中；燃燒所述第二量的燃料與來自所述第一混合氣自燃的氣體的第二混合氣；在第一混合氣自燃和第二混合氣燃燒之間保持汽缸進氣門關閉；以及排出所述燃燒后的第二混合氣。
文檔編號F02B3/06GK101173626SQ20071016723
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月30日 優先權日2006年10月30日
發明者丹尼斯·里德, 亞歷克斯·吉布森, 內特·特拉斯克 申請人:福特環球技術公司