專利名稱：用于控制發(fā)動機進氣流量的方法
技術領域：
本披露涉及對內(nèi)燃機運行的控制。
背景技術：
在此部分中的陳述僅提供了涉及本披露的背景信息且不組成現(xiàn)有技術。
已知的火花點燃(在后文中稱為"sr，)的發(fā)動機將空氣/燃料混合物引入到每個氣缸內(nèi)，該混合物在壓縮沖程中被壓縮且通過火花塞點
燃。已知的壓燃式發(fā)動機在壓縮沖程的上止點(在后文中稱為"TDC")附近將加壓的燃料噴射到燃燒氣缸內(nèi)，其在噴射時點燃。用于汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機的燃燒涉及通過流體力學控制的預混合或擴散火焰。
SI發(fā)動機可以以多種不同的燃燒才莫式運行，包括均勻SI(在后文中稱為"SI-H")燃燒模式或分層進給SI (在后文中稱為"SI-SC")燃燒模式。在SI-H燃燒模式中，在火花點燃定時處氣缸進給在成分、溫度和殘余排氣上是均勻的。燃料質(zhì)量在火花定時處均勻地圍繞氣缸室分配，該火花定時發(fā)生在壓縮沖程結束附近。空燃比優(yōu)選地是化學計量比。在SI-SC燃燒模式中，空燃比可以是稀薄的化學計量比。燃料質(zhì)量在氣缸室內(nèi)分層，其中富集層圍繞火花塞且較稀薄的空氣/燃料區(qū)在外面。燃料定時可以接近火花定時，以防止空氣/燃料混合物均質(zhì)化為均勻分配的混合物。燃料脈寬可以在火花情況開始時或大體上在其以前結束。在點燃時，富集層快速且有效地燃燒。當燃燒過程前進到較稀薄區(qū)時，火焰前鋒迅速冷卻從而導致4支^氐的NOx排放。
SI發(fā)動機可以適合于在預先確定的速度/負荷運行條件下在均勻進給壓縮點燃(在后文中稱為"HCCI")的燃燒模式中運行，也稱為受控自點燃燃燒。受控的自點燃燃燒包括分配的無火焰的自點燃燃燒過程，
5該過程通過氧化化學反應來控制。在HCCI燃燒模式中運行的發(fā)動機在 進氣門關閉時具有優(yōu)選地在成分、溫度和殘余排氣上均勻的氣缸進給。 受控的自點燃燃燒是分配的運動學受控的燃燒過程，其中發(fā)動機以稀釋 的空氣/燃料混合物運行，即比空氣/燃料化學計量點稀薄地運行，帶有
相對地低的峰值燃燒溫度，從而導致低的NOx排放。均勻的空氣/燃料 混合物最小化了形成了煙和微粒排放物的富集區(qū)的發(fā)生。
在構造為用于多燃燒模式的發(fā)動機中，在不同的燃燒模式之間的切 換可以是有利的。在類似的速度/負荷情況中的不同的燃燒才莫式可以具有 在發(fā)動機穩(wěn)定性、排放和燃料經(jīng)濟性上的性能差異。因此，優(yōu)選地是過 渡到在特定的情況中帶有最佳性能的特定^t式。通?；谠谔囟ǖ陌l(fā)動 機負荷和速度下哪個燃燒模式進行得更好來選擇運行的燃燒模式。當速 度和/或發(fā)動機負荷改變保證了切換到不同的燃燒模式時，將進行過渡策 略且發(fā)動機將過渡到不同的燃燒模式。
當燃燒模式數(shù)增加時，在燃燒模式之間的過渡和協(xié)調(diào)的過渡可能是 復雜的。發(fā)動機控制模塊必須能在多種燃燒模式中運行發(fā)動機且在多種 運行模式之間平滑地切換。無穩(wěn)健的切換策略則可能發(fā)生明顯的瞬態(tài)響 應，從而導致不完全的燃燒和不點火，從而引起轉(zhuǎn)矩擾動和/或不希望的 排放。
發(fā)明內(nèi)容
內(nèi)燃機包括可控制的節(jié)氣門和可控制的發(fā)動機氣門，且選擇地在多 個燃燒模式中的一個模式中運行。發(fā)動機控制方法包括監(jiān)測發(fā)動機運 行，確定希望的空氣流量，估計氣缸空氣進給和估計進氣分壓?；谶M 氣分壓和氣缸空氣進給來控制節(jié)氣門控制設備和發(fā)動機氣門以實現(xiàn)希 望的空氣流量。
現(xiàn)在將例如參考附圖描述一個或多個實施例，其中
圖1是根據(jù)本披露的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖2是根據(jù)本披露的數(shù)據(jù)曲線圖3是根據(jù)本披露的控制方法的示意性方框圖4是根據(jù)本披露的控制方法的示意性方框圖；圖5A和圖5B是根據(jù)本披露的控制方法的示意性方框圖；和圖6是根據(jù)本披露的數(shù)據(jù)曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中描繪僅用于圖示一些典型實施例的目的且不用于限制實施例的目的，圖1示意性地示出了內(nèi)燃機10和伴隨的控制模塊5。發(fā)動機IO選擇地以受控自點燃燃燒模式、均勻火花點燃燃燒模式和分層進給火花點燃燃燒模式運行。
典型的發(fā)動機10包括多缸直噴四沖程內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有可滑動地在氣缸15內(nèi)可移動的往復活塞14，其限定了可變體積的燃燒室16。每個活塞14連接到旋轉(zhuǎn)的曲軸12,通過曲軸12將活塞14的直線往復運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。進氣系統(tǒng)向進氣歧管29提供了進氣空氣，進氣歧管29將空氣引導且分配到通向每個燃燒室16的進氣滑管。進氣系統(tǒng)包括空氣流量管道系統(tǒng)和用于監(jiān)測和控制空氣流量的設備。進氣設備優(yōu)選地包括質(zhì)量空氣流量傳感器32以用于監(jiān)測質(zhì)量空氣流量和進氣空氣溫度。節(jié)氣門34優(yōu)選地包括電控設備，該電控設備響應于來自控制模塊5的控制信號(此后"ETC")控制了流向發(fā)動機10的空氣。在歧管內(nèi)的壓力傳感器36適合于監(jiān)測歧管絕對壓力和大氣壓力。外部流量通道將排氣從發(fā)動機排氣再循環(huán)到進氣歧管，外部流量通道具有稱為排氣再循環(huán)("EGR")閥38的流量控制閥。控制才莫塊5可運行以通過控制EGR閥38的開啟來控制排氣到進氣歧管29的質(zhì)量流量。
從進氣歧管29到燃燒室16的每個內(nèi)的空氣流量通過一個或多個進氣門20控制。從燃燒室16的每個到排氣歧管39的已燃燒氣體的流量通過一個或多個排氣門18控制。進氣門20和排氣門18的開啟和關閉優(yōu)選地以雙凸輪軸(如所描繪)控制，凸輪軸的旋轉(zhuǎn)與曲軸12的旋轉(zhuǎn)鏈接且由其引導。發(fā)動機10裝配有用于控制進氣門和排氣門的氣門升程的設備，該設備稱為可變升程控制(在下文中稱為"VLC")設備。可變升程控制設備在此實施例中可運行以將氣門升程或開啟控制為兩個不同的步驟中的一個步驟，例如用于低速低負荷發(fā)動機運行的低升程氣門開啟(大約4至6 mm),和用于高速高負荷發(fā)動機運行的高升程氣門開啟(大約8至10mm)。發(fā)動機進一步裝配有用于控制進氣門20和排氣門18的開啟和關閉的定相(即相對定時)的設備，在此稱為可變凸輪定相(此后"VCP"),以控制超出由兩步VLC升程所實現(xiàn)的定 相。存在用于進氣門20的VCP/VLC系統(tǒng)22和用于發(fā)動機排氣門18的 VCP/VLC系統(tǒng)24。 VCP/VLC系統(tǒng)22和24通過控制才莫塊5控制且向控 制模塊5提供了信號反饋，例如通過用于進氣凸輪軸(未示出)和排氣 凸輪軸(未示出)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置傳感器。當發(fā)動機IO在HCCI燃燒 模式中使用排氣再壓縮氣門策略運行時，優(yōu)選地使用低升程運行。當發(fā) 動機在均勻火花點燃燃燒模式中運行時，優(yōu)選地使用高升程運行。
進氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24具有有限范圍的權限，在該權 限上可控制進氣門20和排氣門18的開啟和關閉。VCP系統(tǒng)可以具有大 約60度至90度的凸輪軸旋轉(zhuǎn)的定相權限范圍，因此允許控制才莫塊5使 進氣門20和排氣門18的一個的氣門開啟和關閉提前或落后。定相權限 的范圍通過VCP的硬件和促動了 VCP的控制系統(tǒng)來限定和限制。進氣 和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24可以使用電液力、液壓力和電控力的一 個通過控制模塊5的控制來促動。進氣門和排氣門定相的重疊可以以曲 柄角度測量，其中正的氣門重疊(在后文中稱為"PVO")指其中兩個 氣門開啟的期間，且負氣門重疊(在后文中稱為"NVO")指其中兩個 氣門關閉期間。當進氣門20和排氣門18在排氣沖程結束至進氣沖程開 始之間都打開時發(fā)生PVO。當進氣門20和排氣門18在排氣沖程結束至 進氣沖程開始之間都關閉時發(fā)生NVO。當在HCCI燃燒模式中運行時， 進氣門和排氣門可以具有NVO以用于排氣再壓縮策略。在SI-H燃燒才莫 式中，優(yōu)選地發(fā)動才幾以PVO運4亍。
發(fā)動機10包括燃料噴射系統(tǒng)，燃料噴射系統(tǒng)包括多個高壓燃料噴 射器28,它們每個適合于響應于來自控制模塊5的信號(此后"INJ一PW，，) 直接將一定質(zhì)量的燃料噴射到燃燒室16的一個內(nèi)。從燃料分配系統(tǒng)(未 示出)向燃料噴射器28供給加壓燃料。
發(fā)動機10包括火花點燃系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)將火花能量提供到火花 塞26以用于響應于來自控制模塊5的信號(此后"IGN")點燃或輔助 點燃燃燒室16的每個內(nèi)的氣缸進給?；鸹ㄈ?6提高了發(fā)動機在某些情 況(例如，在冷啟動和接近低負荷運行極限期間)中的點燃定時控制。
發(fā)動機10裝配有多種感測設備以用于監(jiān)測發(fā)動機運行，包括監(jiān)測 曲軸旋轉(zhuǎn)位置，即曲柄角度和速度。感測設備包括曲軸旋轉(zhuǎn)速度傳感器 ("曲柄傳感器")42、適合于監(jiān)測燃燒的燃燒傳感器30和適合于監(jiān)測排氣的排氣傳感器40,在此實施例中，優(yōu)選地是寬范圍空燃比傳感器。燃燒傳感器30包括可運行以監(jiān)測燃燒參數(shù)的狀態(tài)的傳感器設備且描繪為可運行以監(jiān)測氣缸內(nèi)燃燒壓力的氣缸壓力傳感器。燃燒傳感器30和曲柄傳感器42的輸出通過控制模塊5監(jiān)測，控制模塊5確定了燃燒定相，即對于每個燃燒循環(huán)的每個氣缸15的燃燒壓力相對于曲軸12的曲柄角度的定時。燃燒傳感器30也可以通過控制模塊5監(jiān)測以對于每個燃燒循環(huán)確定每個氣缸15的平均有效壓力(此后"IMEP，，)。優(yōu)選地，發(fā)動機10和控制模塊5被機械化以在每個氣缸點火情況期間對于發(fā)動機氣缸15中的每個氣缸監(jiān)測和確定IMEP的狀態(tài)。替代地，在本披露的范圍內(nèi)其他感測系統(tǒng)可以用于監(jiān)測其他燃燒參數(shù)的狀態(tài)，例如離子感測點燃系統(tǒng)和非侵入性氣缸壓力傳感器。
發(fā)動機10設計為在受控自點燃燃燒模式中在延伸范圍的發(fā)動機速度和負荷中在汽油或類似的燃料共混物的情況下非節(jié)流地運行。然而，在不利于受控自點燃燃燒模式的情況下可以利用火花點燃和節(jié)氣門控制的運行且獲得最大發(fā)動機動力以滿足操作者的轉(zhuǎn)矩要求，其中發(fā)動機動力通過發(fā)動機速度和負荷限定。廣泛地可利用的各等級的汽油及其輕乙醇共混物是優(yōu)選的燃料；然而，也可以使用替代的液體和氣體燃料，例如較重乙醇共混物(如E80、 E85)，純乙醇(E99),純甲醇(MIOO),天然氣，氫，生物氣，多種重整物，合成氣等。
控制模塊5執(zhí)行了存儲在其內(nèi)的算法代碼以控制前述的促動器來控制發(fā)動機運行，包括控制節(jié)氣門位置、火花定時、燃料噴射質(zhì)量和定時、進氣門和/或排氣門定時和定相和用于控制再循環(huán)的排氣的流量的EGR閥位置。氣門定時和定相包括在排氣再吸入策略中的NVO和排氣門再打開的升程。控制模塊5適合于接收來自操作者的輸入信號(例如來自節(jié)氣門踏板位置和制動器踏板位置的信號)以確定操作者的轉(zhuǎn)矩要求，以及來自指示了發(fā)動機速度、進氣空氣溫度、冷卻劑溫度和其他環(huán)境條件的傳感器的信號。
控制模塊5優(yōu)選地是一般用途數(shù)字計算機， 一般地包括微處理器或中央處理單元，包括非易失性存儲器(包括只讀存儲器和可電編程只讀存儲器)的存儲介質(zhì)，隨機存取存儲器，高速時鐘，模數(shù)和數(shù)模電路，和輸入/輸出電路和設備以及合適的信號調(diào)節(jié)和緩沖電路?？刂颇K具有一組控制算法，包括存儲在非易失性存儲器內(nèi)的常駐的程序指令和標定
9值。算法優(yōu)選地在預先設定的循環(huán)周期期間執(zhí)行。算法通過中央處理單 元執(zhí)行且可運行以監(jiān)測來自前述的感測設備的輸入，且執(zhí)行控制和診斷 程序以使用預先設定的標定值來控制促動器的運行。循環(huán)可以以規(guī)則的
間隔執(zhí)行，例如在正在運行的發(fā)動機和車輛的運行期間每3.125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒執(zhí)行。替代地，算法可以響應于情況的發(fā)生來執(zhí)行。
圖2示意性地描繪了在火花點燃和受控自點燃燃燒^^莫式中用于典型 的發(fā)動機10的優(yōu)選的運行區(qū)，其基于發(fā)動機參數(shù)的狀態(tài)，在此實施例 中包括從包括燃料流量和進氣歧管壓力的發(fā)動機參數(shù)導出的速度和負 荷。發(fā)動機燃燒模式優(yōu)選地包括噴射引導火花點燃("SI-SG")燃燒 模式，單噴射受控自點燃("HCCI-SI")燃燒模式和雙噴射受控自點 燃("HCCI-DI")燃燒模式和均勻火花點燃("SI-H")燃燒模式。 對于燃燒模式的每個的優(yōu)選的速度和負荷運行區(qū)基于發(fā)動機運行參數(shù)， 包括燃燒穩(wěn)定性、燃料消耗、排放、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出等。限定了優(yōu)選的 速度和負荷運行區(qū)以描繪在前述的燃燒才莫式中的運行的邊界優(yōu)選地被 預先標定且存儲在控制模塊5內(nèi)。
發(fā)動機10被控制以基于操作者轉(zhuǎn)矩要求在優(yōu)選的運行點運行，且 優(yōu)選地包括速度/負荷運行點。發(fā)動機10被控制到優(yōu)選的空燃比，且進 氣空氣流量被控制以基于優(yōu)選的運行點和選擇的優(yōu)選的燃燒模式實現(xiàn) 優(yōu)選的空燃比。節(jié)氣門34的位置和進氣門20和排氣門18的升程和定 相使用VCP/VLC設備22和24被控制，以實現(xiàn)基于估計的氣缸空氣進 給的進氣流量，包括在火花點燃和受控自點燃燃燒模式之間的過渡期 間?？諝饬髁客ㄟ^調(diào)節(jié)節(jié)氣門34和VCP/VLC設備22和24控制，以控 制進氣門20和排氣門18的定相、定時和升程輪廓。在兩個燃燒^t式中 的運行要求用于VCP/VLC設備22和24在進氣門20和排氣門18和用 于節(jié)氣門位置的節(jié)氣門34的定相和升程方面的不同的設定。例如，節(jié) 氣門34優(yōu)選地在自點燃燃燒模式中寬開，使得發(fā)動機10以稀薄空燃比 控制，而在火花點燃燃燒模式中節(jié)氣門34被控制以調(diào)節(jié)空氣流量且發(fā) 動機IO控制到化學計量比空燃比。
圖3描繪了參考圖1和圖2描述的用于運行典型的發(fā)動機10的控 制策略，該控制策略優(yōu)選地在控制模塊5中作為算法和標定執(zhí)行。執(zhí)行 控制策略以控制發(fā)動機運行來在燃燒模式的每個中且在燃燒模式之間 的過渡期間在正在進行的發(fā)動機運行期間實現(xiàn)希望的空氣流量("進入氣缸的希望的空氣流量，，)?？刂撇呗园ɑ谠诘谝蝗紵Ｊ街械陌l(fā)動機運行，包括優(yōu)選的空燃比和優(yōu)選的發(fā)動機運行點，估計氣缸空氣進
給。在一個實施例中，可在進氣歧管29中確定的進氣分壓可以基于質(zhì)
量空氣流量和估計的氣缸空氣進給來估計。在此實施例中，基于估計的
進氣分壓和估計的氣缸空氣進給，使用節(jié)氣門34和VCP/VLC設備22和24控制進氣門20和排氣門18的定相和升程以及節(jié)氣門34的位置，以實現(xiàn)希望的進氣流量，包括在從第 一燃燒模式到第二燃燒模式的過渡期間。
控制模塊5的控制策略包括氣缸空氣進給估計器("CACm，， )310,它估計了進入氣缸15的空氣流量。氣缸空氣進給估計器310包括VLC/VCP設備22和24的運行對進氣流量的影響?？梢酝ㄟ^如下式1對因為新鮮空氣進給進入進氣歧管29內(nèi)而引起的進氣分壓p進行建模
》=(M4F — C4 C(Qy脂，iV, / )) [ 1 ]
其中T是進氣歧管溫度，R是氣體常數(shù)，V是進氣歧管29的體積，MAF是由質(zhì)量空氣流量傳感器32測量到的通過節(jié)氣門34進入的質(zhì)量空氣流量，且CAC是氣缸空氣進給，包括進入氣缸15的一個的質(zhì)量空氣流量。氣缸空氣進給可以基于氣缸空氣體積(CylVol)、發(fā)動機速度(N)和由于新鮮空氣進給導致的進氣分壓p來確定。氣缸空氣體積，即體積排量可以基于進氣門20和排氣門18的定時和輪廓來確定，且大致上等于VIVC-VEVC，其中Vwc和VEvc分別是在進氣門20和排氣門18關閉時的氣缸體積。氣缸體積可以在進氣門20和排氣門18關閉時基于來自曲柄傳感器42和曲軸位置傳感器(未示出)的輸入計算，在實施例中，這些傳感器是VCP/VLC設備22和24的元件。氣缸體積使用已知的滑塊方程("氣缸體積計算，，)計算(305 )。
通過節(jié)氣門34進入的質(zhì)量空氣流量通過質(zhì)量空氣流量傳感器32測量。質(zhì)量空氣流量傳感器32的動力學可以通過式2中的一階微分方程近似
<formula>formula see original document page 11</formula>其中T是質(zhì)量空氣流量傳感器32的時間常數(shù)，且MAFm是從質(zhì)量空氣流
量傳感器32測量到的空氣流量。
將式1和式2組合且引入新的參數(shù)x,則得到式3:
x = / -|zM4Fm [3]
如下的式子基于以上式1至式3導出
A —燈
M4尺—C4C
、、
C少歸,iV， jc +——超& [4]
氣缸空氣進給優(yōu)選地使用氣缸空氣進給估計器310確定。氣缸空氣 進給估計器310近似了在式4中使用的氣缸空氣進給且估計了在如下的 式5、式6和式7中的進入氣缸15的空氣流量
^ " m肪" [5]
3 = x + H i:MAFm
V m [6]
CACEST — CACM
RT
CylVol， N, S +——tMAF"
其中i是x的估計，CACest包括迸入氣缸15的氣缸空氣進給的估計， CACm是迸入氣缸15的質(zhì)量空氣流量的才莫型，且纟是在進氣歧管29內(nèi) 由于新鮮空氣進給導致的估計的進氣分壓(315)。在穩(wěn)態(tài)運行時，估 計的氣缸空氣進給CACEST(或CACM)等于氣缸空氣進給，或測量的質(zhì) 量空氣流量。
在此實施例中，控制模塊5控制了節(jié)氣門34和進氣和排氣VLC/VCP 設備22和24,以實現(xiàn)希望的氣缸空氣進給。希望的發(fā)動機空氣流量基 于操作者轉(zhuǎn)矩要求和預先確定的用于當前燃燒模式的空燃比來確定?？?br>
制模塊5控制了空氣流量以驅(qū)使估計的氣缸空氣進給CACest到希望的 氣缸空氣進給。在火花點燃燃燒模式期間，用于希望的氣門定時和輪廓的值被預先 確定，因此希望的氣缸空氣體積也是預先確定的(330)。基于估計的
進氣分壓5來控制空氣流量。對于任何給定的發(fā)動機速度(N),為實 現(xiàn)希望的空氣流量的希望的進氣分壓可以通過將式7中的空氣流量模型 轉(zhuǎn)化而獲得(335 )。在從式5和式6中確定的進氣歧管29的估計的分 壓和希望的進氣分壓之間的差異用于確定節(jié)氣門位置(345 )。節(jié)氣門 34被控制以使得進氣分壓的估計達到希望的值。 一旦進氣分壓被控制到 希望的值，則空氣流量實現(xiàn)了希望的值。
在自點燃燃燒模式中，節(jié)氣門34的節(jié)流部保持全開且氣門定時和 輪廓被確定以控制空氣流量。進氣分壓的估計f從式5和式6中計算， 且給定發(fā)動機速度(N)、進氣分壓的估計^和希望的空氣進給，希望 的氣缸空氣體積通過將式7中的空氣流量轉(zhuǎn)化而確定(320)。 一旦氣 缸空氣體積被控制到希望的值，則空氣流量實現(xiàn)了希望的值?？梢源_定 實現(xiàn)了希望的氣缸空氣體積的進氣門20和排氣門18的開啟和關閉的定 相和升程，如在下文中基于希望的氣缸空氣體積描述(325 )。
希望的氣缸空氣體積可以使用多個方法的一個實現(xiàn)。優(yōu)選地，在單 燃燒模式中繼續(xù)發(fā)動機運行時，為實現(xiàn)希望的氣缸空氣體積，控制模塊 5可以改變進氣門20和排氣門18的定相而不改變升程。對于其中燃燒 模式之間的升程位置優(yōu)選地是不同的燃燒模式過渡，控制模塊5優(yōu)選地 使升程定時和定相協(xié)調(diào)以控制用于連續(xù)燃燒的空氣流量。
圖4和圖5A和圖5B示出了作為一個和多個算法在控制模塊5內(nèi)執(zhí) 行的控制方法，圖示了用于控制進氣門20和排氣門18的定相和升程的 方法。在一個實施例中，控制方法包括控制VCP/VLC設備22和24以 選擇地在第一氣門升程位置和第二氣門升程位置的一個處運行。這包括 控制VCP/VLC設備22和24以在低升程發(fā)動機氣門開啟位置的發(fā)動機 運行和高升程發(fā)動機氣門開啟位置的發(fā)動才幾運行之間過渡。
用于希望的發(fā)動機空氣流量的希望的氣缸空氣體積在處于第一氣 門升程位置的運行時被確定。控制發(fā)動機氣門以獲得在處于第二氣門升 程位置的運行時對于希望的發(fā)動機空氣流量的希望的氣缸空氣體積的 控制方法被確定，這參考圖4和圖5A和圖5B描述。當為在第二氣門升 程位置運行的氣缸空氣體積處于發(fā)動機氣門的權限范圍內(nèi)時，控制方法 被執(zhí)行且發(fā)動機10過渡到第二氣門升程位置。
13在過渡期間基于質(zhì)量空氣流量、進氣歧管壓力和氣缸空氣體積的當 前的狀態(tài)與為使發(fā)動機在第二燃燒模式中運行且滿足操作者轉(zhuǎn)矩要求 的質(zhì)量空氣流量、進氣歧管壓力和希望的氣缸空氣體積的狀態(tài)之間的差
異，控制進氣門20和排氣門18 (包括VCP/VLC設備22和24 )的開啟 和關閉?？刂品椒ù_定了質(zhì)量空氣流量、進氣歧管壓力和希望的氣缸空 氣體積的希望的狀態(tài)，以在第二燃燒^t式中運行發(fā)動機。希望的狀態(tài)基 于操作者轉(zhuǎn)矩要求確定。質(zhì)量空氣流量和進氣歧管壓力的當前狀態(tài)分別
使用MAF傳感器32和MAP傳感器36確定。
在圖4中，C代表了系統(tǒng)被命令過渡到其上的燃燒模式，在此實施 例中對于自點燃燃燒才莫式為0,或?qū)τ诨鸹c燃燃燒才莫式為1。為在自 點燃燃燒模式和火花點燃燃燒模式之間過渡的命令導致了 VCP/VLC設 備22和24的 一 個或二者在低升程氣門位置和高升程氣門位置之間的過 渡。
如在圖4中示出，希望的氣缸空氣體積輸入到方框110和112的每 個。在方框110中，進氣門角度被計算，其通過進氣門20被控制為高 升程氣門位置獲得了希望的氣缸空氣體積。計算出的進氣門角度輸出到 比較器114,該比較器114確定了計算的進氣門角度是否超過了進氣門 VCP 22的控制權限。比較器114的輸出是"是"或"否"，從而指示 了是否超過了 VCP 22的控制權限。計算出的進氣門角度也輸入到限制 器118,限制器118的輸出是到算法開關126的輸入。開關126的輸出 包括到進氣VCP22的IVC定相角命令信號。類似地，在方框112中計 算了排氣門角度，其通過排氣VLC 24處于低升程氣門位置獲得了氣缸 空氣體積。計算出的排氣門角度輸出到比較器116,該比較器116確定
的輸出是"是"或"否"。計算出的排氣門角度也輸入到限制器120, 該限制器120的輸出包括到排氣VCP 24的EVC定相角命令信號。
方框114和116的輸出和燃燒模式包括到凸輪輪廓選擇邏輯(130) 的輸入，且參考圖5A詳述。對于實施例，優(yōu)選地當SI燃燒模式已命令 (G=l )且進氣門角度在進氣VCP 22的控制權限內(nèi)時，凸輪輪廓選擇 邏輯命令了從低升程位置到高升程位置的運行。類似地，僅當受控自點
燃燃燒模式已命令(^=0)且排氣門角度在排氣VCP 24的控制權限內(nèi) 時，凸輪輪廓選擇邏輯命令了從高升程位置到低升程位置的運行。凸輪輪廓選擇邏輯130的輸出也輸入到140處的用于負氣門重疊 ("NVO")的進氣門切換邏輯。在140處，此運行參考圖5B描述， 其中僅當受控自點燃燃燒模式已被命令(C=0)且低升程氣門位置已達 到時才命令NVO。
在NVO運行中，與排氣門角度關于活塞上止點("TDC，，)對稱 的進氣門開啟角度基于有限的命令的排氣門角度輸出計算(124)。此 進氣門開啟角度輸入到開關設備126。
開關設備126包括算法設備，該算法設備具有用于進氣門關閉角度 的輸入； 一個輸入包括來自118的IVC角度，且另一個輸入包括IVC 角度，當在低升程運行HCCI運行中運行時，其優(yōu)選地與排氣門開啟角 度關于上止點對稱。開關114基于來自進氣門切換邏輯140的決定被控 制，以提供在兩個先前描述的輸入之間的IVC角度的線性(即非離散) 過渡，以提供包括到進氣VCP22的命令的角度的控制輸出。
控制方法使用了氣門升程位置和凸輪定相位置的組合來改變發(fā)動 機空氣流量，該空氣流量與氣缸空氣體積成比例。對應于各燃燒模式， 兩步的氣門升程系統(tǒng)被命令從第 一氣門升程位置轉(zhuǎn)移到第二氣門升程 位置。在過渡期間，確定了對應于希望的新鮮空氣進給的質(zhì)量的氣缸空 氣體積。當兩步氣門升程系統(tǒng)處于低升程位置時，氣缸空氣體積且因此 新鮮空氣進給主要通過排氣VCP/VLC系統(tǒng)24控制，其中進氣VCP/VLC 系統(tǒng)22具有最小或附屬的影響。當在高升程氣門位置時，氣缸空氣體 積且因此新鮮空氣進給主要地通過進氣VCP/VLC系統(tǒng)22控制，其中排 氣VCP/VLC設備24具有最小或附屬的影響。
因此，空氣流量通過進氣VCP/VLC系統(tǒng)22的位置控制，以獲得希 望的氣缸空氣體積，該氣缸空氣體積在高氣門升程位置時以兩步氣門升 程系統(tǒng)計算。為獲得希望的氣缸空氣體積的排氣VCP/VLC系統(tǒng)24位置 在低氣門升程位置時以兩步氣門升程系統(tǒng)計算。當命令在兩個燃燒模式 之間過渡時，用于主要氣門(進氣門或排氣門，取決于當前的氣門升程 位置)的凸輪軸被控制到希望的凸輪定相位置，以獲得希望的氣缸空氣 體積，如上所述，且因此獲得空氣流量，當VCP位置在其控制權限內(nèi) 時。在凸輪定相位置超過其控制權限前，兩步氣門升程系統(tǒng)優(yōu)選地轉(zhuǎn)移 到第二氣門升程位置且另 一個凸輪起到控制空氣流量的主要作用。
以上所述的實施例包括具有可運行以控制進氣門和排氣門的關閉的可控制的兩步氣門升程系統(tǒng)和可變凸輪定相系統(tǒng)的發(fā)動機。取決于氣
門升程位置和凸輪定相位置的組合，發(fā)動;f幾空氣流量的量變化且與氣缸 空氣體積成比例，該氣缸空氣體積是進氣門關閉處的氣缸體積和排氣門 關閉處的氣缸體積之間的差異。
方法包括監(jiān)測發(fā)動機運行和操作者轉(zhuǎn)矩要求?；诎l(fā)動機運行命令 了在火花點燃燃燒模式和自點燃燃燒模式之間的過渡。對應于各燃燒模 式，進氣和排氣VCP/VLC系統(tǒng)22和24的兩步氣門升程系統(tǒng)^皮命令從 第一氣門升程位置移動到第二氣門升程位置。在燃燒模式過渡期間，確 定了對應于希望的新鮮空氣進給的量的氣缸空氣體積的希望的值。當兩 步氣門升程系統(tǒng)處于低升程位置時，空氣流量主要地通過排氣凸輪定相 控制，且當兩步氣門升程系統(tǒng)處于高升程位置時，主要地通過進氣凸輪 定相控制。
為控制空氣流量，在兩步氣門升程系統(tǒng)處于高氣門升程位置時，計 算了為實現(xiàn)希望的氣缸空氣體積所需的進氣凸輪定相位置，而在兩步氣 門升程系統(tǒng)處于低氣門升程時，計算了為實現(xiàn)希望的氣缸空氣體積所需 的排氣凸輪定相位置。當命令了在兩個燃燒模式之間過渡時，主要的凸 輪(進氣凸輪或排氣凸輪，取決于當前的氣門升程位置)被控制到希望 的凸輪定相位置，該位置獲得了希望的氣缸空氣體積(因此，空氣流量)。 當凸輪定相位置在其最大權限內(nèi)且充分靠近希望的凸輪定相位置時，兩 步氣門升程系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到第二氣門升程位置，且另 一個凸輪起到了控制空 氣流量的主要作用。
圖6描繪了以上所述的系統(tǒng)的實驗結果，其中實施了控制模塊5且 以典型的HCCI發(fā)動機被測試，該HCCI發(fā)動機帶有進氣和排氣 VLC/VCP系統(tǒng)22和24，它們包括兩步氣門升程系統(tǒng)。發(fā)動機速度維持 恒定在2000 rpm且加燃料速度從在HCCI才莫式中運行的低負荷情況過渡 到在SI模式中運行的高負荷情況，且然后過渡到在HCCI模式中運行的 低負荷情況。在燃燒模式過渡期間，進氣門和排氣門定時和輪廓被改變 以實現(xiàn)希望的氣缸空氣體積。圖6示出了對于在HCCI模式和SI模式中 運行的發(fā)動機的發(fā)動機空氣流量、節(jié)氣門位置、氣缸體積和估計的進氣 分壓?？諝饬髁繑?shù)據(jù)包括測量的空氣流量("MAFm")、估計的氣缸 空氣進給("CACest")和希望的估計的氣缸空氣進給("DesCACEST，，)。 氣缸體積包括在SI模式中的希望的氣缸體積("在SI模式中希望的CylVol")。進氣分壓的估計包括在SI才莫式中希望的估計的進氣分壓。 在圖6中的實驗結果指示了在燃燒模式過渡期間進入氣缸的估計的氣缸 空氣進給很好地跟隨了希望的估計的氣缸空氣進給軌跡。估計的進氣分 壓使用節(jié)氣門被控制到希望的值，而當燃燒模式從HCCI模式切換到SI 模式時，氣缸空氣體積收斂到希望的氣缸空氣體積。
替代的實施例包括具有可控制多步氣門開啟控制的其他內(nèi)燃機，包 括那些使用了僅用于進氣門或排氣門的多步氣門開啟和/或可變凸輪定 相。
進一步的實施例包括在步驟的任何兩個之間過渡的多步升程系統(tǒng)。 另外的實施例包括在低升程開啟和高升程開啟之間過渡的無凸輪氣門 促動系統(tǒng)。披露已描述了某些優(yōu)選實施例和它們的修改?？梢栽陂喿x和 理解說明書時想到另外的修改和替代。因此，意圖于本披露不限制于在 此披露為構思用于執(zhí)行此披露的最佳沖莫式的特定的實施例(多個實施 例)，而是本披露將包括落入附帶的權利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
1. 一種用于控制內(nèi)燃機的方法，內(nèi)燃機包括可控制的節(jié)氣門和可控制的發(fā)動機氣門，發(fā)動機選擇地在多個燃燒模式的一個中運行，方法包括監(jiān)測發(fā)動機運行；確定希望的空氣流量；估計氣缸空氣進給；估計進氣分壓；和基于進氣分壓和氣缸空氣進給控制節(jié)氣門設備和發(fā)動機氣門以實現(xiàn)希望的空氣流量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括 監(jiān)測氣缸空氣體積和發(fā)動才幾速度；和基于監(jiān)測到的氣缸空氣體積、發(fā)動機速度和進氣分壓估計氣缸空氣進給。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，進一步包括基于估計的氣缸空氣 進給估計進氣分壓。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，進一步包括 從火花點燃燃燒模式過渡到自點燃燃燒模式；和基于希望的空氣流量和估計的進氣分壓確定在過渡期間的希望的 氣缸空氣體積。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，進一步包括基于希望的氣缸空氣 體積控制發(fā)動機氣門的定相和升程且控制節(jié)氣門的位置。
6. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中監(jiān)測發(fā)動機運行包括監(jiān)測發(fā) 動機速度和進氣空氣流量。
7. 根據(jù)權利要求4所述的方法，進一步包括控制節(jié)氣門的位置到寬 開節(jié)氣門位置。
8. 根據(jù)權利要求3所述的方法，進一步包括 從自點燃燃燒模式過渡到火花點燃燃燒模式；基于進氣門和排氣門的定相確定在過渡期間的希望的氣缸空氣體 積；和基于希望的空氣流量確定希望的進氣分壓。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中監(jiān)測發(fā)動機運行包括監(jiān)測進氣空氣流量。
10. 根據(jù)權利要求8所述的方法，進一步包括確定估計的進氣歧管分壓和希望的進氣分壓之間的差異；和基于所述的差異控制節(jié)氣門的位置。
11. 一種用于控制內(nèi)燃機的方法，內(nèi)燃機包括可控制的節(jié)氣門、可 控制的發(fā)動機氣門凸輪定相器和可控制的發(fā)動機氣門升程設備，發(fā)動機選擇地在多個燃燒模式的一個中運行，方法包括 監(jiān)測發(fā)動機運行； 確定希望的空氣流量； 估計氣缸空氣進給；估計進氣分壓；和基于估計的氣缸空氣進給和估計的進氣分壓選擇地控制發(fā)動機氣 門凸輪定相器和升程設備的相位和升程以影響到發(fā)動機氣缸內(nèi)的空氣 流量。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，進一步包括 監(jiān)測氣缸空氣體積和發(fā)動才幾速度；和基于監(jiān)測到的氣缸空氣體積、監(jiān)測到的發(fā)動機速度和進氣分壓估計 氣缸空氣進給。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包括基于估計的氣缸空 氣進給估計進氣分壓。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，進一步包括 從火花點燃燃燒才莫式過渡到自點燃燃燒才莫式；和基于希望的空氣流量和估計的進氣分壓確定在過渡期間的希望的 氣缸空氣體積。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，進一步包括基于希望的氣缸空 氣體積控制進氣和排氣相位和升程控制設備以及發(fā)動機節(jié)氣門。
16. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中監(jiān)測發(fā)動機運行包括監(jiān)測發(fā) 動機速度和進氣空氣流量。
17. 根據(jù)權利要求14所述的方法，進一步包括控制節(jié)氣門到寬開位置。
18. 根據(jù)權利要求13所述的方法，進一步包括 從自點燃燃燒模式過渡到火花點燃燃燒模式；基于進氣門和排氣門的定相確定在過渡期間希望的氣缸空氣體積；和基于希望的空氣流量確定希望的進氣分壓。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中監(jiān)測發(fā)動機運行包括監(jiān)測進 氣空氣流量。
20. 根據(jù)權利要求18所述的方法，進一步包括 確定估計的進氣分壓和希望的進氣分壓之間的差異；和 基于所述的差異控制節(jié)氣門位置。
全文摘要
一種內(nèi)燃機，包括可控制的節(jié)氣門和可控制的發(fā)動機氣門，且選擇地在多個燃燒模式中的一個模式中運行。一種發(fā)動機控制方法，包括監(jiān)測發(fā)動機運行，確定希望的空氣流量，估計氣缸空氣進給，和估計進氣分壓?；谶M氣分壓和氣缸空氣進給控制節(jié)氣門控制設備和發(fā)動機氣門以實現(xiàn)希望的空氣流量。
文檔編號F02D41/14GK101476509SQ200810144990
公開日2009年7月8日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權日2007年8月17日
發(fā)明者C·-F·常, J·-M·康, J·-S·陳 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司