CN101476509A - 用于控制发动机进气流量的方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃机，包括可控制的节气门和可控制的发动机气门，且选择地在多个燃烧模式中的一个模式中运行。一种发动机控制方法，包括监测发动机运行，确定希望的空气流量，估计气缸空气进给，和估计进气分压。基于进气分压和气缸空气进给控制节气门控制设备和发动机气门以实现希望的空气流量。

Description

用于控制发动机进气流量的方法

与相关申请的交叉参考

本申请要求了2007年8月17日提交的美国临时专利申请No60/956,398的优先权，在此通过参考将其合并。

技术领域

本披露涉及对内燃机运行的控制。

背景技术

在此部分中的陈述仅提供了涉及本披露的背景信息且不组成现有技术。

已知的火花点燃(在后文中称为“SI”)的发动机将空气/燃料混合物引入到每个气缸内，该混合物在压缩冲程中被压缩且通过火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩冲程的上止点(在后文中称为“TDC”)附近将加压的燃料喷射到燃烧气缸内，其在喷射时点燃。用于汽油发动机和柴油发动机的燃烧涉及通过流体力学控制的预混合或扩散火焰。

SI发动机可以以多种不同的燃烧模式运行，包括均匀SI(在后文中称为“SI-H”)燃烧模式或分层进给SI(在后文中称为“SI-SC”)燃烧模式。在SI-H燃烧模式中，在火花点燃定时处气缸进给在成分、温度和残余排气上是均匀的。燃料质量在火花定时处均匀地围绕气缸室分配，该火花定时发生在压缩冲程结束附近。空燃比优选地是化学计量比。在SI-SC燃烧模式中，空燃比可以是稀薄的化学计量比。燃料质量在气缸室内分层，其中富集层围绕火花塞且较稀薄的空气/燃料区在外面。燃料定时可以接近火花定时，以防止空气/燃料混合物均质化为均匀分配的混合物。燃料脉宽可以在火花情况开始时或大体上在其以前结束。在点燃时，富集层快速且有效地燃烧。当燃烧过程前进到较稀薄区时，火焰前锋迅速冷却从而导致较低的NOx排放。

SI发动机可以适合于在预先确定的速度/负荷运行条件下在均匀进给压缩点燃(在后文中称为“HCCI”)的燃烧模式中运行，也称为受控自点燃燃烧。受控的自点燃燃烧包括分配的无火焰的自点燃燃烧过程，该过程通过氧化化学反应来控制。在HCCI燃烧模式中运行的发动机在进气门关闭时具有优选地在成分、温度和残余排气上均匀的气缸进给。受控的自点燃燃烧是分配的运动学受控的燃烧过程，其中发动机以稀释的空气/燃料混合物运行，即比空气/燃料化学计量点稀薄地运行，带有相对地低的峰值燃烧温度，从而导致低的NOx排放。均匀的空气/燃料混合物最小化了形成了烟和微粒排放物的富集区的发生。

在构造为用于多燃烧模式的发动机中，在不同的燃烧模式之间的切换可以是有利的。在类似的速度/负荷情况中的不同的燃烧模式可以具有在发动机稳定性、排放和燃料经济性上的性能差异。因此，优选地是过渡到在特定的情况中带有最佳性能的特定模式。通常基于在特定的发动机负荷和速度下哪个燃烧模式进行得更好来选择运行的燃烧模式。当速度和/或发动机负荷改变保证了切换到不同的燃烧模式时，将进行过渡策略且发动机将过渡到不同的燃烧模式。

当燃烧模式数增加时，在燃烧模式之间的过渡和协调的过渡可能是复杂的。发动机控制模块必须能在多种燃烧模式中运行发动机且在多种运行模式之间平滑地切换。无稳健的切换策略则可能发生明显的瞬态响应，从而导致不完全的燃烧和不点火，从而引起转矩扰动和/或不希望的排放。

发明内容

内燃机包括可控制的节气门和可控制的发动机气门，且选择地在多个燃烧模式中的一个模式中运行。发动机控制方法包括：监测发动机运行，确定希望的空气流量，估计气缸空气进给和估计进气分压。基于进气分压和气缸空气进给来控制节气门控制设备和发动机气门以实现希望的空气流量。

附图说明

现在将例如参考附图描述一个或多个实施例，其中：

图1是根据本披露的发动机系统的示意图；

图2是根据本披露的数据曲线图；

图3是根据本披露的控制方法的示意性方框图；

图4是根据本披露的控制方法的示意性方框图；

图5A和图5B是根据本披露的控制方法的示意性方框图；和

图6是根据本披露的数据曲线图。

具体实施方式

现在参考附图，其中描绘仅用于图示一些典型实施例的目的且不用于限制实施例的目的，图1示意性地示出了内燃机10和伴随的控制模块5。发动机10选择地以受控自点燃燃烧模式、均匀火花点燃燃烧模式和分层进给火花点燃燃烧模式运行。

典型的发动机10包括多缸直喷四冲程内燃机，该内燃机具有可滑动地在气缸15内可移动的往复活塞14，其限定了可变体积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转的曲轴12，通过曲轴12将活塞14的直线往复运动转换为旋转运动。进气系统向进气歧管29提供了进气空气，进气歧管29将空气引导且分配到通向每个燃烧室16的进气滑管。进气系统包括空气流量管道系统和用于监测和控制空气流量的设备。进气设备优选地包括质量空气流量传感器32以用于监测质量空气流量和进气空气温度。节气门34优选地包括电控设备，该电控设备响应于来自控制模块5的控制信号(此后“ETC”)控制了流向发动机10的空气。在歧管内的压力传感器36适合于监测歧管绝对压力和大气压力。外部流量通道将排气从发动机排气再循环到进气歧管，外部流量通道具有称为排气再循环(“EGR”)阀38的流量控制阀。控制模块5可运行以通过控制EGR阀38的开启来控制排气到进气歧管29的质量流量。

从进气歧管29到燃烧室16的每个内的空气流量通过一个或多个进气门20控制。从燃烧室16的每个到排气歧管39的已燃烧气体的流量通过一个或多个排气门18控制。进气门20和排气门18的开启和关闭优选地以双凸轮轴(如所描绘)控制，凸轮轴的旋转与曲轴12的旋转链接且由其引导。发动机10装配有用于控制进气门和排气门的气门升程的设备，该设备称为可变升程控制(在下文中称为“VLC”)设备。可变升程控制设备在此实施例中可运行以将气门升程或开启控制为两个不同的步骤中的一个步骤，例如用于低速低负荷发动机运行的低升程气门开启(大约4至6mm)，和用于高速高负荷发动机运行的高升程气门开启(大约8至10mm)。发动机进一步装配有用于控制进气门20和排气门18的开启和关闭的定相(即相对定时)的设备，在此称为可变凸轮定相(此后“VCP”)，以控制超出由两步VLC升程所实现的定相。存在用于进气门20的VCP/VLC系统22和用于发动机排气门18的VCP/VLC系统24。VCP/VLC系统22和24通过控制模块5控制且向控制模块5提供了信号反馈，例如通过用于进气凸轮轴(未示出)和排气凸轮轴(未示出)的凸轮轴旋转位置传感器。当发动机10在HCCI燃烧模式中使用排气再压缩气门策略运行时，优选地使用低升程运行。当发动机在均匀火花点燃燃烧模式中运行时，优选地使用高升程运行。

进气和排气VCP/VLC系统22和24具有有限范围的权限，在该权限上可控制进气门20和排气门18的开启和关闭。VCP系统可以具有大约60度至90度的凸轮轴旋转的定相权限范围，因此允许控制模块5使进气门20和排气门18的一个的气门开启和关闭提前或落后。定相权限的范围通过VCP的硬件和促动了VCP的控制系统来限定和限制。进气和排气VCP/VLC系统22和24可以使用电液力、液压力和电控力的一个通过控制模块5的控制来促动。进气门和排气门定相的重叠可以以曲柄角度测量，其中正的气门重叠(在后文中称为“PVO”)指其中两个气门开启的期间，且负气门重叠(在后文中称为“NVO”)指其中两个气门关闭期间。当进气门20和排气门18在排气冲程结束至进气冲程开始之间都打开时发生PVO。当进气门20和排气门18在排气冲程结束至进气冲程开始之间都关闭时发生NVO。当在HCCI燃烧模式中运行时，进气门和排气门可以具有NVO以用于排气再压缩策略。在SI-H燃烧模式中，优选地发动机以PVO运行。

发动机10包括燃料喷射系统，燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，它们每个适合于响应于来自控制模块5的信号(此后“INJ_PW”)直接将一定质量的燃料喷射到燃烧室16的一个内。从燃料分配系统(未示出)向燃料喷射器28供给加压燃料。

发动机10包括火花点燃系统，通过该系统将火花能量提供到火花塞26以用于响应于来自控制模块5的信号(此后“IGN”)点燃或辅助点燃燃烧室16的每个内的气缸进给。火花塞26提高了发动机在某些情况(例如，在冷启动和接近低负荷运行极限期间)中的点燃定时控制。

发动机10装配有多种感测设备以用于监测发动机运行，包括监测曲轴旋转位置，即曲柄角度和速度。感测设备包括曲轴旋转速度传感器(“曲柄传感器”)42、适合于监测燃烧的燃烧传感器30和适合于监测排气的排气传感器40，在此实施例中，优选地是宽范围空燃比传感器。燃烧传感器30包括可运行以监测燃烧参数的状态的传感器设备且描绘为可运行以监测气缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出通过控制模块5监测，控制模块5确定了燃烧定相，即对于每个燃烧循环的每个气缸15的燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的定时。燃烧传感器30也可以通过控制模块5监测以对于每个燃烧循环确定每个气缸15的平均有效压力(此后“IMEP”)。优选地，发动机10和控制模块5被机械化以在每个气缸点火情况期间对于发动机气缸15中的每个气缸监测和确定IMEP的状态。替代地，在本披露的范围内其他感测系统可以用于监测其他燃烧参数的状态，例如离子感测点燃系统和非侵入性气缸压力传感器。

发动机10设计为在受控自点燃燃烧模式中在延伸范围的发动机速度和负荷中在汽油或类似的燃料共混物的情况下非节流地运行。然而，在不利于受控自点燃燃烧模式的情况下可以利用火花点燃和节气门控制的运行且获得最大发动机动力以满足操作者的转矩要求，其中发动机动力通过发动机速度和负荷限定。广泛地可利用的各等级的汽油及其轻乙醇共混物是优选的燃料；然而，也可以使用替代的液体和气体燃料，例如较重乙醇共混物(如E80、E85)，纯乙醇(E99)，纯甲醇(M100)，天然气，氢，生物气，多种重整物，合成气等。

控制模块5执行了存储在其内的算法代码以控制前述的促动器来控制发动机运行，包括控制节气门位置、火花定时、燃料喷射质量和定时、进气门和/或排气门定时和定相和用于控制再循环的排气的流量的EGR阀位置。气门定时和定相包括在排气再吸入策略中的NVO和排气门再打开的升程。控制模块5适合于接收来自操作者的输入信号(例如来自节气门踏板位置和制动器踏板位置的信号)以确定操作者的转矩要求，以及来自指示了发动机速度、进气空气温度、冷却剂温度和其他环境条件的传感器的信号。

控制模块5优选地是一般用途数字计算机，一般地包括微处理器或中央处理单元，包括非易失性存储器(包括只读存储器和可电编程只读存储器)的存储介质，随机存取存储器，高速时钟，模数和数模电路，和输入/输出电路和设备以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块具有一组控制算法，包括存储在非易失性存储器内的常驻的程序指令和标定值。算法优选地在预先设定的循环周期期间执行。算法通过中央处理单元执行且可运行以监测来自前述的感测设备的输入，且执行控制和诊断程序以使用预先设定的标定值来控制促动器的运行。循环可以以规则的间隔执行，例如在正在运行的发动机和车辆的运行期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行。替代地，算法可以响应于情况的发生来执行。

图2示意性地描绘了在火花点燃和受控自点燃燃烧模式中用于典型的发动机10的优选的运行区，其基于发动机参数的状态，在此实施例中包括从包括燃料流量和进气歧管压力的发动机参数导出的速度和负荷。发动机燃烧模式优选地包括喷射引导火花点燃(“SI-SG”)燃烧模式，单喷射受控自点燃(“HCCI-SI”)燃烧模式和双喷射受控自点燃(“HCCI-DI”)燃烧模式和均匀火花点燃(“SI-H”)燃烧模式。对于燃烧模式的每个的优选的速度和负荷运行区基于发动机运行参数，包括燃烧稳定性、燃料消耗、排放、发动机转矩输出等。限定了优选的速度和负荷运行区以描绘在前述的燃烧模式中的运行的边界优选地被预先标定且存储在控制模块5内。

发动机10被控制以基于操作者转矩要求在优选的运行点运行，且优选地包括速度/负荷运行点。发动机10被控制到优选的空燃比，且进气空气流量被控制以基于优选的运行点和选择的优选的燃烧模式实现优选的空燃比。节气门34的位置和进气门20和排气门18的升程和定相使用VCP/VLC设备22和24被控制，以实现基于估计的气缸空气进给的进气流量，包括在火花点燃和受控自点燃燃烧模式之间的过渡期间。空气流量通过调节节气门34和VCP/VLC设备22和24控制，以控制进气门20和排气门18的定相、定时和升程轮廓。在两个燃烧模式中的运行要求用于VCP/VLC设备22和24在进气门20和排气门18和用于节气门位置的节气门34的定相和升程方面的不同的设定。例如，节气门34优选地在自点燃燃烧模式中宽开，使得发动机10以稀薄空燃比控制，而在火花点燃燃烧模式中节气门34被控制以调节空气流量且发动机10控制到化学计量比空燃比。

图3描绘了参考图1和图2描述的用于运行典型的发动机10的控制策略，该控制策略优选地在控制模块5中作为算法和标定执行。执行控制策略以控制发动机运行来在燃烧模式的每个中且在燃烧模式之间的过渡期间在正在进行的发动机运行期间实现希望的空气流量(“进入气缸的希望的空气流量”)。控制策略包括基于在第一燃烧模式中的发动机运行，包括优选的空燃比和优选的发动机运行点，估计气缸空气进给。在一个实施例中，可在进气歧管29中确定的进气分压可以基于质量空气流量和估计的气缸空气进给来估计。在此实施例中，基于估计的进气分压和估计的气缸空气进给，使用节气门34和VCP/VLC设备22和24控制进气门20和排气门18的定相和升程以及节气门34的位置，以实现希望的进气流量，包括在从第一燃烧模式到第二燃烧模式的过渡期间。

控制模块5的控制策略包括气缸空气进给估计器(“CAC_M”)310，它估计了进入气缸15的空气流量。气缸空气进给估计器310包括VLC/VCP设备22和24的运行对进气流量的影响。可以通过如下式1对因为新鲜空气进给进入进气歧管29内而引起的进气分压p进行建模：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}p=\frac{\mathrm{RT}}{V}(\mathrm{MAF}-\mathrm{CAC}(\mathrm{CylVol},N,p))---\left[1\right]$

其中T是进气歧管温度，R是气体常数，V是进气歧管29的体积，MAF是由质量空气流量传感器32测量到的通过节气门34进入的质量空气流量，且CAC是气缸空气进给，包括进入气缸15的一个的质量空气流量。气缸空气进给可以基于气缸空气体积(CylVol)、发动机速度(N)和由于新鲜空气进给导致的进气分压p来确定。气缸空气体积，即体积排量可以基于进气门20和排气门18的定时和轮廓来确定，且大致上等于V_IVC-V_EVC，其中V_IVC和V_EVC分别是在进气门20和排气门18关闭时的气缸体积。气缸体积可以在进气门20和排气门18关闭时基于来自曲柄传感器42和曲轴位置传感器(未示出)的输入计算，在实施例中，这些传感器是VCP/VLC设备22和24的元件。气缸体积使用已知的滑块方程(“气缸体积计算”)计算(305)。

通过节气门34进入的质量空气流量通过质量空气流量传感器32测量。质量空气流量传感器32的动力学可以通过式2中的一阶微分方程近似：

$\mathrm{\τ}\frac{d}{\mathrm{dt}}{\mathrm{MAF}}_m+{\mathrm{MAF}}_m=\mathrm{MAF}---\left[3\right]$

其中τ是质量空气流量传感器32的时间常数，且MAF_m是从质量空气流量传感器32测量到的空气流量。

将式1和式2组合且引入新的参数x，则得到式3：

$x=p-\frac{\mathrm{RT}}{V}\mathrm{\τ}{\mathrm{MAF}}_m---\left[3\right]$

如下的式子基于以上式1至式3导出：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}x=\frac{\mathrm{RT}}{V}({\mathrm{MAF}}_m-\mathrm{CAC}(\mathrm{CylVol},N,x+\frac{\mathrm{RT}}{V}\mathrm{\τ}{\mathrm{MAF}}_m))---\left[4\right]$

气缸空气进给优选地使用气缸空气进给估计器310确定。气缸空气进给估计器310近似了在式4中使用的气缸空气进给且估计了在如下的式5、式6和式7中的进入气缸15的空气流量：

其中

是x的估计，CAC_EST包括进入气缸15的气缸空气进给的估计，CAC_M是进入气缸15的质量空气流量的模型，且

是在进气歧管29内由于新鲜空气进给导致的估计的进气分压(315)。在稳态运行时，估计的气缸空气进给CAC_EST(或CAC_M)等于气缸空气进给，或测量的质量空气流量。

在此实施例中，控制模块5控制了节气门34和进气和排气VLC/VCP设备22和24，以实现希望的气缸空气进给。希望的发动机空气流量基于操作者转矩要求和预先确定的用于当前燃烧模式的空燃比来确定。控制模块5控制了空气流量以驱使估计的气缸空气进给CAC_EST到希望的气缸空气进给。

在火花点燃燃烧模式期间，用于希望的气门定时和轮廓的值被预先确定，因此希望的气缸空气体积也是预先确定的(330)。基于估计的进气分压

来控制空气流量。对于任何给定的发动机速度(N)，为实现希望的空气流量的希望的进气分压可以通过将式7中的空气流量模型转化而获得(335)。在从式5和式6中确定的进气歧管29的估计的分压和希望的进气分压之间的差异用于确定节气门位置(345)。节气门34被控制以使得进气分压的估计达到希望的值。一旦进气分压被控制到希望的值，则空气流量实现了希望的值。

在自点燃燃烧模式中，节气门34的节流部保持全开且气门定时和轮廓被确定以控制空气流量。进气分压的估计

从式5和式6中计算，且给定发动机速度(N)、进气分压的估计和希望的空气进给，希望的气缸空气体积通过将式7中的空气流量转化而确定(320)。一旦气缸空气体积被控制到希望的值，则空气流量实现了希望的值。可以确定实现了希望的气缸空气体积的进气门20和排气门18的开启和关闭的定相和升程，如在下文中基于希望的气缸空气体积描述(325)。

希望的气缸空气体积可以使用多个方法的一个实现。优选地，在单燃烧模式中继续发动机运行时，为实现希望的气缸空气体积，控制模块5可以改变进气门20和排气门18的定相而不改变升程。对于其中燃烧模式之间的升程位置优选地是不同的燃烧模式过渡，控制模块5优选地使升程定时和定相协调以控制用于连续燃烧的空气流量。

图4和图5A和图5B示出了作为一个和多个算法在控制模块5内执行的控制方法，图示了用于控制进气门20和排气门18的定相和升程的方法。在一个实施例中，控制方法包括控制VCP/VLC设备22和24以选择地在第一气门升程位置和第二气门升程位置的一个处运行。这包括控制VCP/VLC设备22和24以在低升程发动机气门开启位置的发动机运行和高升程发动机气门开启位置的发动机运行之间过渡。

用于希望的发动机空气流量的希望的气缸空气体积在处于第一气门升程位置的运行时被确定。控制发动机气门以获得在处于第二气门升程位置的运行时对于希望的发动机空气流量的希望的气缸空气体积的控制方法被确定，这参考图4和图5A和图5B描述。当为在第二气门升程位置运行的气缸空气体积处于发动机气门的权限范围内时，控制方法被执行且发动机10过渡到第二气门升程位置。

在过渡期间基于质量空气流量、进气歧管压力和气缸空气体积的当前的状态与为使发动机在第二燃烧模式中运行且满足操作者转矩要求的质量空气流量、进气歧管压力和希望的气缸空气体积的状态之间的差异，控制进气门20和排气门18(包括VCP/VLC设备22和24)的开启和关闭。控制方法确定了质量空气流量、进气歧管压力和希望的气缸空气体积的希望的状态，以在第二燃烧模式中运行发动机。希望的状态基于操作者转矩要求确定。质量空气流量和进气歧管压力的当前状态分别使用MAF传感器32和MAP传感器36确定。

在图4中，ζ代表了系统被命令过渡到其上的燃烧模式，在此实施例中对于自点燃燃烧模式为0，或对于火花点燃燃烧模式为1。为在自点燃燃烧模式和火花点燃燃烧模式之间过渡的命令导致了VCP/VLC设备22和24的一个或二者在低升程气门位置和高升程气门位置之间的过渡。

如在图4中示出，希望的气缸空气体积输入到方框110和112的每个。在方框110中，进气门角度被计算，其通过进气门20被控制为高升程气门位置获得了希望的气缸空气体积。计算出的进气门角度输出到比较器114，该比较器114确定了计算的进气门角度是否超过了进气门VCP 22的控制权限。比较器114的输出是“是”或“否”，从而指示了是否超过了VCP 22的控制权限。计算出的进气门角度也输入到限制器118，限制器118的输出是到算法开关126的输入。开关126的输出包括到进气VCP 22的IVC定相角命令信号。类似地，在方框112中计算了排气门角度，其通过排气VLC 24处于低升程气门位置获得了气缸空气体积。计算出的排气门角度输出到比较器116，该比较器116确定了计算出的排气门角度是否超过了排气VLC 24的控制权限。比较器116的输出是“是”或“否”。计算出的排气门角度也输入到限制器120，该限制器120的输出包括到排气VCP 24的EVC定相角命令信号。

方框114和116的输出和燃烧模式包括到凸轮轮廓选择逻辑(130)的输入，且参考图5A详述。对于实施例，优选地当SI燃烧模式已命令(ζ＝1)且进气门角度在进气VCP 22的控制权限内时，凸轮轮廓选择逻辑命令了从低升程位置到高升程位置的运行。类似地，仅当受控自点燃燃烧模式已命令(ζ＝0)且排气门角度在排气VCP 24的控制权限内时，凸轮轮廓选择逻辑命令了从高升程位置到低升程位置的运行。

凸轮轮廓选择逻辑130的输出也输入到140处的用于负气门重叠(“NVO”)的进气门切换逻辑。在140处，此运行参考图5B描述，其中仅当受控自点燃燃烧模式已被命令(ζ＝0)且低升程气门位置已达到时才命令NVO。

在NVO运行中，与排气门角度关于活塞上止点(“TDC”)对称的进气门开启角度基于有限的命令的排气门角度输出计算(124)。此进气门开启角度输入到开关设备126。

开关设备126包括算法设备，该算法设备具有用于进气门关闭角度的输入；一个输入包括来自118的IVC角度，且另一个输入包括IVC角度，当在低升程运行HCCI运行中运行时，其优选地与排气门开启角度关于上止点对称。开关114基于来自进气门切换逻辑140的决定被控制，以提供在两个先前描述的输入之间的IVC角度的线性(即非离散)过渡，以提供包括到进气VCP 22的命令的角度的控制输出。

控制方法使用了气门升程位置和凸轮定相位置的组合来改变发动机空气流量，该空气流量与气缸空气体积成比例。对应于各燃烧模式，两步的气门升程系统被命令从第一气门升程位置转移到第二气门升程位置。在过渡期间，确定了对应于希望的新鲜空气进给的质量的气缸空气体积。当两步气门升程系统处于低升程位置时，气缸空气体积且因此新鲜空气进给主要通过排气VCP/VLC系统24控制，其中进气VCP/VLC系统22具有最小或附属的影响。当在高升程气门位置时，气缸空气体积且因此新鲜空气进给主要地通过进气VCP/VLC系统22控制，其中排气VCP/VLC设备24具有最小或附属的影响。

因此，空气流量通过进气VCP/VLC系统22的位置控制，以获得希望的气缸空气体积，该气缸空气体积在高气门升程位置时以两步气门升程系统计算。为获得希望的气缸空气体积的排气VCP/VLC系统24位置在低气门升程位置时以两步气门升程系统计算。当命令在两个燃烧模式之间过渡时，用于主要气门(进气门或排气门，取决于当前的气门升程位置)的凸轮轴被控制到希望的凸轮定相位置，以获得希望的气缸空气体积，如上所述，且因此获得空气流量，当VCP位置在其控制权限内时。在凸轮定相位置超过其控制权限前，两步气门升程系统优选地转移到第二气门升程位置且另一个凸轮起到控制空气流量的主要作用。

以上所述的实施例包括具有可运行以控制进气门和排气门的关闭的可控制的两步气门升程系统和可变凸轮定相系统的发动机。取决于气门升程位置和凸轮定相位置的组合，发动机空气流量的量变化且与气缸空气体积成比例，该气缸空气体积是进气门关闭处的气缸体积和排气门关闭处的气缸体积之间的差异。

方法包括监测发动机运行和操作者转矩要求。基于发动机运行命令了在火花点燃燃烧模式和自点燃燃烧模式之间的过渡。对应于各燃烧模式，进气和排气VCP/VLC系统22和24的两步气门升程系统被命令从第一气门升程位置移动到第二气门升程位置。在燃烧模式过渡期间，确定了对应于希望的新鲜空气进给的量的气缸空气体积的希望的值。当两步气门升程系统处于低升程位置时，空气流量主要地通过排气凸轮定相控制，且当两步气门升程系统处于高升程位置时，主要地通过进气凸轮定相控制。

为控制空气流量，在两步气门升程系统处于高气门升程位置时，计算了为实现希望的气缸空气体积所需的进气凸轮定相位置，而在两步气门升程系统处于低气门升程时，计算了为实现希望的气缸空气体积所需的排气凸轮定相位置。当命令了在两个燃烧模式之间过渡时，主要的凸轮(进气凸轮或排气凸轮，取决于当前的气门升程位置)被控制到希望的凸轮定相位置，该位置获得了希望的气缸空气体积(因此，空气流量)。当凸轮定相位置在其最大权限内且充分靠近希望的凸轮定相位置时，两步气门升程系统转移到第二气门升程位置，且另一个凸轮起到了控制空气流量的主要作用。

图6描绘了以上所述的系统的实验结果，其中实施了控制模块5且以典型的HCCI发动机被测试，该HCCI发动机带有进气和排气VLC/VCP系统22和24，它们包括两步气门升程系统。发动机速度维持恒定在2000rpm且加燃料速度从在HCCI模式中运行的低负荷情况过渡到在SI模式中运行的高负荷情况，且然后过渡到在HCCI模式中运行的低负荷情况。在燃烧模式过渡期间，进气门和排气门定时和轮廓被改变以实现希望的气缸空气体积。图6示出了对于在HCCI模式和SI模式中运行的发动机的发动机空气流量、节气门位置、气缸体积和估计的进气分压。空气流量数据包括测量的空气流量(“MAF_m”)、估计的气缸空气进给(“CAC_EST”)和希望的估计的气缸空气进给(“Des CAC_EST”)。气缸体积包括在SI模式中的希望的气缸体积(“在SI模式中希望的CylVol”)。进气分压的估计包括在SI模式中希望的估计的进气分压。在图6中的实验结果指示了在燃烧模式过渡期间进入气缸的估计的气缸空气进给很好地跟随了希望的估计的气缸空气进给轨迹。估计的进气分压使用节气门被控制到希望的值，而当燃烧模式从HCCI模式切换到SI模式时，气缸空气体积收敛到希望的气缸空气体积。

替代的实施例包括具有可控制多步气门开启控制的其他内燃机，包括那些使用了仅用于进气门或排气门的多步气门开启和/或可变凸轮定相。

进一步的实施例包括在步骤的任何两个之间过渡的多步升程系统。另外的实施例包括在低升程开启和高升程开启之间过渡的无凸轮气门促动系统。披露已描述了某些优选实施例和它们的修改。可以在阅读和理解说明书时想到另外的修改和替代。因此，意图于本披露不限制于在此披露为构思用于执行此披露的最佳模式的特定的实施例(多个实施例)，而是本披露将包括落入附带的权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于控制内燃机的方法，内燃机包括可控制的节气门和可控制的发动机气门，发动机选择地在多个燃烧模式的一个中运行，方法包括：

监测发动机运行；

确定希望的空气流量；

估计气缸空气进给；

估计进气分压；和

基于进气分压和气缸空气进给控制节气门设备和发动机气门以实现希望的空气流量。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

监测气缸空气体积和发动机速度；和

基于监测到的气缸空气体积、发动机速度和进气分压估计气缸空气进给。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：基于估计的气缸空气进给估计进气分压。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：

从火花点燃燃烧模式过渡到自点燃燃烧模式；和

基于希望的空气流量和估计的进气分压确定在过渡期间的希望的气缸空气体积。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：基于希望的气缸空气体积控制发动机气门的定相和升程且控制节气门的位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其中监测发动机运行包括：监测发动机速度和进气空气流量。

7.根据权利要求4所述的方法，进一步包括控制节气门的位置到宽开节气门位置。

8.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：

从自点燃燃烧模式过渡到火花点燃燃烧模式；

基于进气门和排气门的定相确定在过渡期间的希望的气缸空气体积；和

基于希望的空气流量确定希望的进气分压。

9.根据权利要求8所述的方法，其中监测发动机运行包括监测进气空气流量。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

确定估计的进气歧管分压和希望的进气分压之间的差异；和

基于所述的差异控制节气门的位置。

11.一种用于控制内燃机的方法，内燃机包括可控制的节气门、可控制的发动机气门凸轮定相器和可控制的发动机气门升程设备，发动机选择地在多个燃烧模式的一个中运行，方法包括：

监测发动机运行；

确定希望的空气流量；

估计气缸空气进给；

估计进气分压；和

基于估计的气缸空气进给和估计的进气分压选择地控制发动机气门凸轮定相器和升程设备的相位和升程以影响到发动机气缸内的空气流量。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

监测气缸空气体积和发动机速度；和

基于监测到的气缸空气体积、监测到的发动机速度和进气分压估计气缸空气进给。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：基于估计的气缸空气进给估计进气分压。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

从火花点燃燃烧模式过渡到自点燃燃烧模式；和

基于希望的空气流量和估计的进气分压确定在过渡期间的希望的气缸空气体积。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：基于希望的气缸空气体积控制进气和排气相位和升程控制设备以及发动机节气门。

16.根据权利要求14所述的方法，其中监测发动机运行包括监测发动机速度和进气空气流量。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括控制节气门到宽开位置。

18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

从自点燃燃烧模式过渡到火花点燃燃烧模式；

基于进气门和排气门的定相确定在过渡期间希望的气缸空气体积；和

基于希望的空气流量确定希望的进气分压。

19.根据权利要求18所述的方法，其中监测发动机运行包括监测进气空气流量。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

确定估计的进气分压和希望的进气分压之间的差异；和

基于所述的差异控制节气门位置。

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