CN101173626A - 有助于自燃操作的多行程内燃发动机 - Google Patents

有助于自燃操作的多行程内燃发动机 Download PDF

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Abstract

一种操作具有至少一个包括进气门和排气门的汽缸的发动机的方法，该方法包括将第一量的燃料喷射到汽缸中；通过压缩空气与所述第一量的燃料的第一混合气使所述第一混合气自燃；在所述第一混合气自燃后，将第二量的燃料喷射到汽缸中；燃烧所述第二量的燃料与来自所述第一混合气自燃的气体的第二混合气；在第一混合气自燃和第二混合气燃烧之间保持汽缸进气门关闭；以及排出所述燃烧后的第二混合气。

Description

有助于自燃操作的多行程内燃发动机
技术领域
本发明涉及一种有助于自燃操作的多行程内燃发动机。
背景技术
某些内燃发动机可以在称为均质进气压缩点火(HCCI)的模式中用一个或多个汽缸操作，该模式中包括通过由汽缸的活塞执行的压缩进行空气和燃料进气的可控自燃(CAI)。HCCI模式可以用在某些工况下以提供增加的燃料经济性和/或减少的排放。作为一种示例方法，压缩汽缸内基本上均质的空燃混合气直到混合气发生自燃，而不需要通过点火装置产生的点火火花。
在某些工况下，发动机以HCCI模式操作与以其他燃烧类型，如火花点火(SI)操作相比，具有减少的或受限的操作范围。在一种方法中，如美国汽车工程师协会(SAE)2005-01-0762文章“用于可控自燃燃烧过程的可变气门机构的热力学和机械方法(Thermodynamical and Mechanical Approach Towards a Variable Valve Trainfor the Controlled Auto Ignition Combustion Process)”所述，描述了允许在低转速以及低负荷范围进行CAI操作的二行程，六行程，和八行程循环。作为一个示例，描述了六行程循环，包括通过火花点火用稀燃分层进气执行的第一燃烧事件，和用CAI执行的第二燃烧事件。
然而，本发明的发明人意识到上述方法的一些问题。作为一个示例，当使用稀化学计量进气以HCCI模式操作发动机时，某些排放控制装置，如NOx催化剂的有效性会降低。因此，在用于实现改进的燃料经济性的稀混合气操作应用和在稀混合气操作期间会降低的催化剂有效性之间有一取舍。
发明内容
因此，在本发明所述的一种方法中，上述问题通过操作具有至少一个包括进气门和排气门的汽缸的发动机的方法解决，该方法包括：将第一量的燃料喷射到汽缸中；通过压缩空气与所述第一量的燃料的第一混合气使所述第一混合气自燃；在所述第一混合气自燃后，将第二量的燃料喷射到汽缸中；燃烧所述第二量的燃料与来自所述第一混合气自燃的气体的第二混合气；在第一混合气自燃和第二混合气燃烧之间保持汽缸进气门关闭；以及排出所述燃烧后的第二混合气。
以此方式，可以操作发动机的一个或多个汽缸，其中初始空气进气可用于提供用于两个独立的燃烧事件的基本上全部量的氧气。作为一个示例，在第一燃烧事件期间，控制空燃均质进气为稀化学计量并使之自燃以利用稀混合气操作的改进的燃料经济性，而通过第二均质进气自燃的第二燃烧事件可以包括更接近化学计量的空燃混合气，从而允许排气时改进的催化剂有效性。然而，在某些工况下，循环的第二燃烧事件可选地包括火花点火以提供有助于后续自燃事件的较高温度的残余气体。
此外，本发明的发明人意识到以六行程循环操作部分或全部汽缸会在某些工况下导致发动机或汽车传动系统中增加的扭矩不平衡。因此，本发明基于发动机的工况，通过提供在包括单一燃烧事件的四行程循环和包括两个燃烧事件的六行程循环之间至少改变第二汽缸的操作的方法，解决这个问题。在某些示例中，工况可以包括驾驶员选择的一种或多种运行模式，发动机产生的和/或传输到发动机传动系统的振动水平，或连接到发动机的变速器的状态。
附图说明
图1示出示例内燃发动机。
图2示出描述在四行程和六行程操作模式之间控制发动机汽缸的示例方法的流程图。
图3A和图3B示出示例四汽缸发动机的正时图。
图4示出描述减少具有至少一个以六行程循环操作的汽缸的发动机中的振动的示例方法的流程图。
图5-图13是示出理论示例(prophetic example)实验的图表。
图14示出实验设置的示意图。
具体实施方式
如本文所述，以六行程循环操作发动机的一个或多个汽缸，同时执行均质进气压缩点火(HCCI)模式。六行程循环可以包括使用至少部分相同的初始空气进气或基本上相同的初始空气进气执行的两个独立的自燃事件。第一燃烧事件可以由具有稀化学计量空燃比的第一混合气执行，而第二燃烧事件可以由第一燃烧后的混合气与第二次喷射的燃料形成的比第一混合气浓的第二混合气执行(可选地包括附加的新鲜空气)。以此方式，发动机可以用HCCI模式操作至少部分汽缸，同时允许排放控制装置有效减少NOx。此外，HCCI模式可以在某些工况下扩大至较大的操作范围。
图1是示出可包括在汽车推进系统中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10至少部分地由包括控制器12的控制系统及经输入装置130来自汽车操作者132的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板及用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30包括燃烧室壁32，活塞36位于其中。活塞36连接到曲轴40，以将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。曲轴40通过传动系统连接到客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以通过飞轮连接到曲轴40，以允许发动机10的起动操作。
燃烧室30可以通过进气歧管42从进气道44接收进气并通过排气道48排出燃烧气体。进气道44和排气道48可以通过相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在某些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。
进气门52可以由控制器12通过可变气门正时执行器(VVTA)51控制，该可变气门正时执行器可以使用电动，电磁或电动液压执行器以控制气门正时。类似地，排气门54可以由控制器12通过VVTA 53控制。在某些工况期间，控制器1 可以改变向执行器51和53提供的信号来控制相应的进气门和排气门的开启和关闭。进气门52和排气门54的位置分别可以通过气门位置传感器55和57确定。在可选实施例中，一个或多个进气门和排气门可以由一个或多个凸轮驱动，并可以使用凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门操作。例如，汽缸30可以替换地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。
燃料喷射器66如图所示直接连接到燃烧室30，与通过电子驱动器68从控制器12接收的信号脉冲宽度FPW成比例地将燃料直接喷射至其中。以此方式，燃料喷射器66提供进入燃烧室30中的燃料，称为直接喷射。燃料喷射器可以安装在例如燃烧室的侧面或顶部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵及燃料导管的燃料系统(未示出)向燃料喷射器66供给。在某些实施例中，在提供进入燃烧室30上游的进气道的燃料，称为进气道喷射的配置中，燃烧室30可以替换地或附加地包括位于进气道44中的燃料喷射器。
进气歧管42可以包括具有节流板64的节气门62。在该具体示例中，节流板64的位置可以通过向与节气门62配套的电动机或执行器提供的信号由控制器12改变，这一配置通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可用于改变向燃烧室30及其他发动机汽缸提供的进气。可以通过节气门位置信号TP向控制器12提供节流板64的位置。进气歧管42可以包括质量空气流量传感器120和/或歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。
在某些工况下，可以以HCCI模式操作发动机10的一个或多个汽缸，不需要产生点火火花，而是可以使用由活塞执行的压缩以使燃烧室内基本上均质的空燃混合气自燃。然而，在某些实施例中，点火系统88可以在选择的工作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然图1示出了火花点火组件，但在某些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以按压缩点火模式操作，其中可以使用或不使用点火火花。
排气传感器126如图所示连接到排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何适合的传感器，如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC，或CO传感器。排放控制装置70如图所示沿着排气传感器126下游的排气道48排列。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。在某些实施例中，在发动机10的操作期间，可以通过在特定的空燃比内操作发动机的至少一个汽缸来周期性地重置排放控制装置70。
控制器12如图1所示为微计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储媒体，在此具体示例中如图所示为只读存储器芯片106、随机存取存储器108、保活存储器110，及数据总线。除了上述的那些信号，控制器12还可以接收来自连接到发动机10的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器120的吸入质量空气流量(MAF)测量值、来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型的传感器)的齿面点火传感器信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)，及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12通过信号PIP得出。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，或相反。
如上所述，图1仅示出了多汽缸发动机的一个汽缸，且每个汽缸都可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
此外，在某些实施例中，发动机10可以包括模式选择开关180，允许汽车驾驶员在一种或多种运行模式之间选择，如运动模式182，经济模式184，以及豪华模式186。如下文较详细的描述，通过开关180对具体操作模式的选择可以改变发动机如何操作。作为一个示例，在识别发动机的哪些汽缸通过四行程或六行程循环中的一个以SI模式和HCCI模式操作或是否停用汽缸时，控制系统可以使用不同的策略。此外，所选择的运行模式可以改变发动机控制的其他方面，包括所使用的点火正时延迟水平、噪声振动平稳性水平或可容许的扭矩不平衡、气门正时或其他发动机工况。
图2示出可执行用于以六行程循环操作发动机的至少一个汽缸的例程的非限制性示例。在210，可以基于当前的工况和/或预测的未来工况判断是否以六行程循环操作汽缸。作为一个示例，可以基于汽车操作者例如通过选择开关180所选择的运行模式判断是否以六行程模式操作一个或多个汽缸。
例如，在某些工况下，选择经济模式可以使发动机以六行程循环操作较多或较少汽缸以达到增加的燃料经济性，这也可以导致增加的扭矩不平衡的容许量。选择经济模式还可以增加一个或多个汽缸的汽缸停用的使用以减少燃料消耗和/或相对于火花点火增加HCCI模式的使用。作为另一个示例，选择豪华模式可以使发动机以减少的噪声振动平稳性或扭矩不平衡操作，然而潜在地增加燃料消耗。因此，控制系统可以选择或改变以六行程和四行程循环操作的汽缸数从而减少扭矩不平衡，该操作将在后文更详细地描述。此外，在豪华模式操作期间，控制系统可以试图减少不同模式之间的过渡，从而相对于HCCI操作增加SI的使用。作为又一个示例，选择运动模式可以使发动机以增加的扭矩响应操作，这可以包括减少或增加发动机以六循环模式操作从而实现更快的扭矩响应。如下所述，以六行程循环操作汽缸可以导致来自汽缸的较大的功率输出密度，但会增加发动机内的扭矩不平衡。
如果210处的回答为是，则可以控制汽缸以多于四行程的行程循环执行(例如，六行程循环)，该循环包括两个动力行程，两个动力行程可以基于或不基于基本上相同的初始空气进气。例如，在212，为了通过循环的第一动力行程实现自燃，可以执行进气行程并改变气门正时以保持期望的进气温度。或者，如果对于第一动力行程，发动机以SI模式操作，则可以调节气门正时以控制进气温度。
作为一个示例，对于HCCI操作，可以较晚开启一个或多个进气门，减少所捕集的排气的漏出，同时还允许从进气歧管吸入适量空气进入汽缸。可以在下止点之后关闭进气门。然而，可以使用其他的气门正时来保持适当的进气温度以有助于期望的自燃正时。在214执行压缩行程并在216执行第一次燃料喷射，例如，通过直接喷射器实现稀化学计量的空气和燃料的第一混合气(例如，包括过量氧气)。作为一个示例，用作循环的第一进气的混合气可以具有大于30比1和/或小于100比1范围内的空燃比，虽然应理解，可以使用其他适合的空燃比以实现稀混合气。例如，可以使用大于100比1或小于30比1的空燃比。作为一个示例，对于第一动力行程，可以使用具有50比1空燃比的第一混合气。
在218，可以随着空气和燃料进气的点燃执行第一动力行程。在HCCI模式操作的情况下，进气点燃可以包括不需要点火火花的自燃。然而，在某些示例中，使用点火火花有助于实现混合气自燃或燃烧。在动力行程期间，由于至少包括某些过量氧气的稀混合气，在燃料燃烧时，仅使用汽缸内的部分空气。在动力行程后的下止点附近，可以操作一个或多个气门以保持期望的进气温度。例如，可以开启一个或多个排气门以释放部分排气，从而降低燃烧室温度至适合于后续自燃事件发起动力行程的水平。
在某些实施例中，可以在循环的第一燃烧事件和后续第二燃烧事件之间保持进气门关闭。在220，执行第一排气行程，随后在222执行进入汽缸的第二次直接燃料喷射。可以控制燃料的第二次喷射以达到比第一次喷射更接近化学计量(例如，更浓)的混合气。例如，可以控制第二次喷射的燃料与保存在汽缸内的第一燃烧事件的产物一起形成用于循环中的第二燃烧事件的化学计量混合气(例如，包括比第一动力行程少的过量氧气)。在224，执行第二动力行程，包括通过不需要点火火花的自燃进行的空燃混合气的燃烧。然而，在某些示例中，可以通过由火花塞产生的点火火花来发起第二燃烧事件。在226，可以执行排气行程，其中控制气门正时以通过所捕集的排气保持期望的汽缸温度用于后续循环。接下来，例程可以回到210以用于后续循环。
或者，如果210处的答案为否，则执行包括进气行程228、压缩行程230、直接燃料喷射232、动力行程234和排气行程236的四行程循环。在四行程操作期间，空燃混合气的燃烧可以包括均质混合气或非均质混合气的自燃(例如HCCI)或火花点火。
以此方式，通过至少在某些工况期间执行六行程循环，可以减少包括在第一稀混合气燃烧事件期间从汽缸排出的过量氧气的气体的量，从而减少由汽缸下游的排放控制装置(例如三元催化剂)接收的过量氧气量。在某些工况下，到达催化剂的氧气水平的减少可以改进催化剂操作。此外，在第一燃烧事件后保存在汽缸中的过量氧气可以在被排出之前在循环的第二燃烧事件期间消耗。因此，由排放控制装置接收的较大部分过量氧气可以包括较低浓度的过量氧气，从而改进催化剂减少部分燃烧产物的有效性。
在某些工况下，可以使用上述例程的变体和替换。作为一个示例，发动机汽缸包括直接喷射器和进气道喷射器，第一次燃料喷射(例如216处)可以替换地至少包括进气道喷射，而第二次燃料喷射(例如222处)可以至少包括直接燃料喷射。作为另一个示例，两次燃烧事件(例如在218和224的膨胀行程期间)可以包括不需要火花的自燃。或者，两次燃烧事件之一或两者可以由点火火花发起。例如，循环的第一燃烧事件可以包括可控自燃，而第二燃烧事件可以包括火花发起的燃烧。作为又一个示例，可以使用多于六行程。例如，可以用至少包括三个压缩行程且每个压缩行程后跟随有后续的膨胀行程的循环操作汽缸。换句话说，循环可以使用三个或三个以上燃烧事件，其中第一燃烧事件包括第一稀混合气，第二燃烧事件包括比第一混合气浓的第二混合气，而第三燃烧事件包括比第二混合气浓的第三混合气。
虽然上述示例是参考发动机的单一汽缸描述的，但应理解，发动机的一个或多个汽缸可以使用如上述参考图2所述的六行程循环或四行程循环。例如，所有的发动机汽缸可以用每循环六行程操作，或一部分汽缸以六行程操作而另一部分汽缸以四行程操作。作为另一个示例，可以停用一部分汽缸(即，不执行燃烧)，而另一部分汽缸以每循环四行程和/或六行程或更多行程操作。此外，可以基于汽车的工况，控制发动机的一个或多个汽缸在四行程、六行程、或更多行程的操作之间转换。如本文所述，工况可以包括点火正时、进气门正时和排气门正时、涡轮增压或机械增压状态、包括温度和压力的环境条件、例如扭矩或转速的所请求的发动机输出、汽缸运行配置、燃料类型、燃料蒸汽抽取状态、催化剂状态、所选择的运行模式及其他。
在某些工况下，以六行程循环操作发动机的一个或多个汽缸会增加扭矩不平衡的可能性。图3A和图3B示出示例四汽缸发动机的正时图。图3A示出四汽缸发动机用每汽缸执行六行程循环来操作，而图3B示出四汽缸发动机用一部分汽缸以四行程循环执行燃烧而另一部分汽缸以六行程循环执行来操作。图3A和图3B所示图中的横轴表示连续的行程，而纵轴表示发动机的汽缸。具体来说，图中较低部分包括直列四汽缸发动机的汽缸1-4，而较高部分包括组合的发动机所有汽缸的扭矩。在图中，示出进气行程(I)、压缩行程(C)、动力行程(P)和排气行程(E)。此外，某些行程，如动力行程和排气行程包括“P1”或“P2”这样的数字，这些数字分别对应于循环中的第一和第二动力行程。活塞的移动方向也在相应的行程标签下示出。向下的箭头表示在行程期间活塞离开汽缸顶移动，而向上的箭头表示在行程期间活塞朝向汽缸顶移动。
在该示例中，四汽缸中的每个彼此偏移约180°曲轴角。因此，在如图3A所示的六行程循环期间，当汽缸1执行进气行程时，汽缸3执行排气行程，汽缸4执行动力行程，且汽缸2执行排气行程。在图中较高部分所示的组合的扭矩示出扭矩不平衡如何发生，如某些行程期间扭矩的增加所示。这样的扭矩增加可以由同一行程内两个或多个动力行程的叠加造成。例如，在图3A中，在汽缸1和汽缸4同时发生动力行程以及汽缸3和汽缸2同时发生动力行程时产生发动机扭矩增加。
图3B示出取决于每个汽缸所使用的多行程模式，发动机产生的组合的扭矩如何不同的示例正时图。例如，汽缸2和3如图所示以六行程循环操作，而汽缸1和4如图所示以四行程循环操作，这与图3A所示的其中所有汽缸都以六行程循环操作的操作形成对照。因此，图3A和图3B示出通过改变发动机的每个汽缸每循环执行的行程数，如何增加或减少造成扭矩不平衡的扭矩变化。
在某些工况下，可以通过调节一种或多种发动机工况，来减少或消除扭矩不平衡。图4示出当发动机的至少一个汽缸用具有两个或两个以上燃烧事件的循环(例如六行程)操作时可执行以减少扭矩不平衡的例程的非限制性示例。在410，控制系统可以评估当前的工况和/或预测的未来工况以及汽缸运行配置。在该示例中，汽缸运行配置可以响应于如使用四行程、六行程、多于六行程的发动机汽缸数，每个汽缸相对于所执行的行程数的位置，每个汽缸相对于所执行的行程数的点火顺序，发动机的汽缸总数，停用的汽缸数这样的信息以及可基于所选择的运行模式。在412，可以判断是否检测到扭矩不平衡和/或一个或多个汽缸是否正以六行程循环操作或将转换到六行程循环。
作为一个示例，控制系统可以基于所评估的工况和/或汽缸运行配置预测扭矩不平衡。例如，基于汽缸运行配置，可以预测扭矩不平衡会在六循环操作、四循环操作和/或汽缸停用的某种组合下发生，在这样的情况下，可以避免或减少这些组合。本文参考图5-图13提供六循环操作的某些组合。
作为另一个示例，通过曲轴扭转加速度、具有传感器的活动发动机支架、扭矩传感器、振动传感器、噪声传感器、加速度计、燃烧传感器、以及与发动机控制系统在通信上连接的其他适合的传感器中的一个或多个来检测扭矩不平衡，以提供扭矩不平衡的指示。此外，可以基于如汽车变速器或传动系统中检测到的振动水平这样的工况检测或预测扭矩不平衡。
如果412处的答案为否，则例程回到410。或者，如果412处的答案为是，则改变供应到发动机的一个或多个汽缸中的进气量，例如通过改变相应汽缸的进气门和排气门正时，以减少扭矩不平衡。作为一个示例，如果所有汽缸都以六行程循环操作，那么可以增加或减少供应到一个、部分、或所有汽缸中的进气以实现减少的发动机扭矩不平衡。作为另一个示例，如果一部分发动机汽缸以六行程循环操作而另一部分发动机汽缸以四行程循环操作或停用，那么可以不同程度地改变供应到以六行程操作的汽缸和以四行程操作的汽缸中的进气量。
作为414处进气减少的替代或补充，可以改变喷射到一个或多个汽缸中的燃料量以减少扭矩不平衡。作为一个示例，可以增加/减少喷射到一个或多个以六行程循环操作的汽缸中的燃料量，和/或可以增加/减少喷射到一个或多个以四行程循环操作的汽缸中的燃料量，来实现减少的扭矩不平衡。
作为414和/或416处所执行的操作的替代或补充，可以在418处调节一个或多个汽缸的点火正时以减少扭矩不平衡。例如，可以通过延迟空燃混合气的点火来降低汽缸产生的扭矩水平。
作为414、416和/或418处所执行的操作的替代或补充，可以在420处调节执行六行程循环的汽缸数或汽缸配置以减少扭矩不平衡。例如，一个或多个以四行程循环操作的汽缸可以转换成以六行程循环操作，或相反。作为另一个示例，可以在保持近似的执行四行程循环和六行程循环的汽缸数时减少扭矩不平衡。例如，第一汽缸可以从六行程循环转换到四行程循环，而第二汽缸可以从四行程循环转换到六行程循环。以此方式，可以执行上文参考414-420所述的一种或多种操作，以减少扭矩不平衡。最后，例程可以回到410。
作为一个示例实施例，发动机可以用六行程循环操作三个汽缸或六个汽缸同时停用剩余汽缸，以便通过保持基本上相等的扭矩脉动减少扭矩不平衡，如图8和图11所示。在另一个示例中，可以使用六行程汽缸和四行程汽缸的组合来实现期望的燃料消耗，噪声振动平稳性和/或排放水平的组合。例如，第一组汽缸可以用四行程配置操作，而第二组汽缸可以用六行程配置操作。除了六行程汽缸和/或四行程汽缸的组合外，还可以停用一个或多个汽缸。
通过基于单独的汽缸或基于一组汽缸调节进气门正时和/或排气门正时，可以实现EVA发动机四行程汽缸和六行程汽缸的组合。使用凸轮驱动的发动机可以改变凸轮相位器或使用选择性气门停用来提供期望的四行程或六行程操作的气门正时。
虽然上述参考图4所述的示例示出如何通过改变进气和/或燃料喷射，减少至少一个发动机汽缸以六行程循环操作的工况期间的扭矩不平衡，但应理解，可以调节其他工况来实现扭矩不平衡的减少。
为了研究六行程操作对发动机扭矩输出的影响，用Simulink软件对六行程和HCCI功能进行逐汽缸的进气VVTA(iVVTA)模拟。在模拟运行中，排气门在活塞位置的下止点前(BBDC)60°，180-60°曲轴角(CA)时开启，而在上止点前(BTDC)60°，360-60°CA时关闭。进气门在上止点后(ATDC)60°，360+60°CA时开启，而在下止点(BDC)，540°CA时关闭。这对720+10°CA时第一燃烧事件的HCCI燃烧提供了负的气门重叠。在720°CA和1080°CA之间不开启进气门和排气门。所产生的汽缸扭矩、压力和温度描绘出曲轴角的函数，如图5-图7所示。
具体来说，图5示出具有iVVTA系统的每汽缸六行程的燃烧压力扭矩，其中第一燃烧事件(720+10°CA)执行稀HCCI燃烧且第二燃烧事件(1080+10°CA)执行化学计量燃烧。图6示出六行程iVVTA汽缸压力，其中第一燃烧事件(720+10°CA)执行稀HCCI燃烧且第二燃烧事件(1080+10°CA)执行化学计量燃烧。图7示出六行程iVVTA汽缸温度，其中第一燃烧事件(720+10°CA)执行稀HCCI燃烧且第二燃烧事件(1080+10°CA)执行化学计量燃烧。
第二HCCI燃烧事件附近所产生的压力、温度和扭矩具有比第一燃烧事件大的压缩和燃烧温度、压力和峰间扭矩。这些因素的增加是由于900°CA和1080°CA之间的压缩行程开始处的较高汽缸温度，见图7。900°CA处的较高汽缸温度可以导致第二燃烧事件期间的较高压缩和燃烧压力以及较大峰间扭矩。通过在900°CA附近开启一个或多个进气门和/或一个或多个排气门，可以降低汽缸气体温度并使六行程循环期间两次燃烧事件产生的扭矩均匀化。
在图7-图13中，示出运行六行程循环的三至八汽缸发动机的燃烧压力扭矩，其中进气门正时和排气门正时如上所述。具体来说，图8示出以六行程HCCI模式操作的三iVVTA汽缸的燃烧压力扭矩。图9示出以六行程HCCI模式操作的四iVVTA汽缸的燃烧压力扭矩。图10示出以六行程HCCI模式操作的五iVVTA汽缸的燃烧压力扭矩。图11示出以六行程HCCI模式操作的六iVVTA汽缸的燃烧压力扭矩。图12示出以六行程HCCI模式操作的七iVVTA汽缸的燃烧压力扭矩。图13示出以六行程HCCI模式操作的八iVVTA汽缸。因此，这些图示出由发动机产生的总体扭矩如何可以包括通过增加或减少执行六行程操作的汽缸的数量来调节的变化。此外，图14示出iVVTA HCCI六行程发动机的Simulink软件模拟设置。
如上所述，相对于四行程循环中每720°循环产生单个扭矩脉冲，六行程循环在1080°CA循环中间隔360°CA每汽缸产生两个扭矩脉冲而引入扭矩不平衡或使扭矩特性变复杂。对于四行程循环，以CA度数衡量的点火率等于720/Ncyl，其中Ncyl是点火汽缸数，而对于六行程循环，点火率是(1.5*720/fcyc)/Ncyl，其中fcyc是每循环燃烧事件数。因此，对于相同的点火汽缸数，六行程发动机具有比四行程发动机高33％的点火率。然而，在六行程循环中，扭矩脉冲并不均匀分布，这会导致扭矩不平衡，并且取决于点火六行程汽缸的相位和数目，会导致具有比相同数目的四行程汽缸低的扭矩脉动频率的扭矩信号。
如图8和图11所示，三汽缸和六汽缸的扭矩脉动频率分别为每360°和180°CA一个扭矩脉冲，相对于具有相同汽缸数的四行程发动机的每240°和120°CA一个扭矩脉冲。对不是三的倍数的Ncyl值，扭矩脉动频率较高，但随着汽缸数增加(例如，参见图13中的八汽缸情形)，两个正扭矩脉冲会聚为单一正扭矩脉冲。
因此，如示例模拟所示，在NVH是以运行六行程汽缸和四行程汽缸的组合的一个考虑时，需要实现较低的总体燃料消耗以及减少的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种发动机和/或汽车系统配置。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种步骤、操作或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或在某些情况下略去。类似地，处理的顺序并非实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须，而是为了便于演示和说明而提供。取决于所使用的具体策略，可以重复执行所示步骤和功能中的一个或多个。此外，所述步骤可以用图形表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体中的代码。
应理解，在本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12，对置4，及其他发动机类型。本发明的主题包括在本文中公开的各种系统和配置，及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非易见的组合及子组合。
本发明的权利要求特别指出视为新颖和非易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。

Claims (20)

1.一种操作具有至少一个包括进气门和排气门的汽缸的发动机的方法，其特征在于，该方法包括：
将第一量的燃料喷射到所述汽缸中；
通过压缩空气与所述第一量的燃料的第一混合气使所述第一混合气自燃；
在所述第一混合气自燃后，将第二量的燃料喷射到所述汽缸中；
燃烧所述第二量的燃料与来自所述第一混合气自燃的气体的第二混合气；
在所述第一混合气自燃和所述第二混合气燃烧之间保持所述汽缸的进气门关闭；以及
排出所述燃烧后的第二混合气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，燃烧所述第二混合气包括通过压缩所述第二混合气使所述第二混合气自燃，且所述第二混合气基本上均质。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一混合气包括空气和所述第一量的燃料的均质混合气。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，燃烧所述第二混合气包括通过由所述汽缸的点火装置产生的点火火花点燃所述第二混合气。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一混合气自燃的一个行程后，执行所述第二混合气的燃烧。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二混合气包括比所述第一混合气少的过量氧气。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汽缸以六行程循环操作。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在排出所述燃烧后的第二混合气后，将第三量的燃料喷射到所述汽缸中；及
改变排出所述燃烧后的第二混合气的正时，以调节空气与所述第三量的燃料的第三混合气的自燃正时。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括通过操作所述汽缸的点火装置来燃烧所述第二混合气，并且调节由所述点火装置执行的点火正时，来调节所述第三混合气的自燃正时。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由排列在所述汽缸下游排气道中的三元催化剂处理所述第二混合气。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在燃烧所述第二混合气之前，将来自所述第一混合气自燃的部分气体排出，其中改变来自所述第一混合气自燃的部分气体排出的正时以改变所述第二混合气的燃烧正时。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括所述发动机至少包括第二汽缸，以四行程循环操作所述第二汽缸。
13.一种控制由内燃发动机产生的排气流的方法，所述发动机包括至少一个汽缸，其特征在于，该方法包括：
以包括第一和第二燃烧事件的多于四行程的行程循环操作所述汽缸；
在所述循环的第一燃烧事件之后，排出来自所述汽缸的第一量的气体；及
在所述循环的后续第二燃烧事件后，排出来自所述汽缸的第二量的气体；
其中所述第一量的气体比所述第二量的气体少，且所述第一量的气体包括比所述第二量的气体高的氧气浓度。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，排出所述第一量的气体包括在循环期间在第一时间立即开启所述汽缸的排气门，且排出所述第二量的气体包括在循环期间在第二时间开启所述排气门；及改变所述排气门开启的所述第一时间以改变发起第二燃烧事件的时间。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一量的气体包括高于30比1的空燃比，而所述第二量的气体包括低于所述第一量的气体的空燃比。
16.一种操作包括至少一个汽缸的发动机的方法，其特征在于，包括：
使包含氧气的气体进入所述汽缸中；
将第一量的燃料喷射到所述汽缸中；
通过压缩所述第一量的燃料与所述气体的第一基本均质的混合气，燃烧所述第一混合气；
将第二量的燃料喷射到所述汽缸中；及
通过压缩所述第二量的燃料与所述气体的至少一部分的第二基本均质的混合气，燃烧所述第二混合气；
其中所述第一混合气包括比所述第二混合气高的过量氧气。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述汽缸还包括进气门，所述方法还包括开启所述进气门以使包含氧气的气体进入所述汽缸，随后在燃烧所述第一混合气和燃烧所述第二混合气之间将所述进气门关闭至少一段时间。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述汽缸还包括排气门，所述方法还包括在燃烧所述第一混合气和燃烧所述第二混合气之间开启所述排气门及随后关闭所述排气门以改变所述第二混合气的燃烧正时。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括所述发动机包括第二汽缸，基于所述发动机的工况在包括单个动力行程的四行程循环和包括两个动力行程的六行程循环之间改变所述第二汽缸的操作。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述工况包括使用者所选择的运行模式、连接到所述发动机的变速器的状态以及由所述发动机的操作产生的振动水平中的至少一个。
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