CN101627196A - 控制均质充气压缩点火式发动机的方法和装置 - Google Patents

控制均质充气压缩点火式发动机的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101627196A
CN101627196A CN200880006578A CN200880006578A CN101627196A CN 101627196 A CN101627196 A CN 101627196A CN 200880006578 A CN200880006578 A CN 200880006578A CN 200880006578 A CN200880006578 A CN 200880006578A CN 101627196 A CN101627196 A CN 101627196A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phasing
control
fuel ratio
burning
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200880006578A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101627196B (zh
Inventor
J·-M·康
C·-F·常
M·-F·常
N·韦穆特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN101627196A publication Critical patent/CN101627196A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101627196B publication Critical patent/CN101627196B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052—Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/028—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the combustion timing or phasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
    • F02D13/0219—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only by shifting the phase, i.e. the opening periods of the valves are constant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1409—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/141—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a feed-forward control element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1418—Several control loops, either as alternatives or simultaneous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/006—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] using internal EGR
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/48—EGR valve position sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

本发明包括用于在自燃模式运行的均质充气燃烧点火发动机的一种运行控制方法。所述方法包括确定期望燃烧定相；以及，基于实际燃烧定相来控制外部再循环废气的质量流率。执行闭环控制方案，以便基于所述实际燃烧定相和期望燃烧定相之间的差值来控制外部再循环废气的质量流率。

Description

控制均质充气压缩点火式发动机的方法和装置
技术领域
[0001]本发明涉及均质充气压缩点火(HCCI)发动机的运行和控制。
背景技术
[0002]本节的叙述仅仅是提供与本公开相关的背景资料，并且可能不构成现有技术。
[0003]在HCCI(均质充气压缩点火)发动机中，燃烧是无火焰的，并且自发地发生于整个燃烧室容积的每一处。当均质混合的汽缸充气(cylinder charge)被压缩并且它的温度升高时，汽缸充气自燃。所述自燃燃烧的点火正时取决于初始的汽缸充气状态，主要包括温度、压力和成分。因此，协调例如燃料质量、喷射正时和进气及排气门动作之类的发动机控制输入，以便保证稳定的HCCI燃烧，这是非常重要的。根据进气及排气门动作，存在两种主要的HCCI发动机运行策略——排气再压缩策略和排气再吸气策略。
[0004]在HCCI发动机的应用中，一个主要的担忧是自燃燃烧容易受燃料辛烷值的变化以及包括环境温度和湿度在内的环境条件的变化的影响。这是因为这些变化可以改变汽缸充气状态，从而显著地影响自燃燃烧的点火正时，并且可能引起发动机输出的不必要振动。因此，实时协调发动机的输入/执行机构，以便在有这些变化的情况下仍可以保持稳定的HCCI燃烧，这是很重要的。
[0005]现在参考图1，进气门关闭(IVC)时的汽缸充气温度对比排气温度(EXH)的一个数据图显示了典型HCCI发动机的自燃燃烧的燃烧定相(combustion phasing)的典型稳态运行特性，其中比较了周围环境和燃料辛烷值的差异。所述比较结果用温度TIVC和TEXH绘图表示，其中TIVC包括在进气门关闭时的进气充气温度，并且TEXH包括排气温度。虚线包括恒定燃烧定相要求的TIVC线和TEXH线，该定相在这里被定义为吸入燃料质量的50％已经燃烧时的曲柄转角(CA 50)。所述结果表明，汽缸充气温度随着残留在汽缸内的热残余气体(即，内部EGR)的量而发生变化。燃烧定相在高温区被延迟的原因之一是，由于残留在汽缸中的热残余气体量的增加导致的较高稀释水平，使得所述混合气最终逐步较缓慢的燃烧。通过比较102线和104线，可以看出周围环境和/或燃料辛烷值变化对燃烧的定性影响。例如，可以看出随着燃料辛烷值的增加或者湿度的增加，燃烧定相延迟。现在参考图2，描绘了从示例的HCCI发动机运行中得到的试验数据，该发动机使用具有不同辛烷值的不同类型燃料来运行。所述发动机以固定的燃料喷射流量、以大约1000RPM的固定发动机速度运行。结果表明，当燃料辛烷值从低辛烷值到中辛烷值到高辛烷值时，燃烧定相延迟。所述辛烷值包括标准燃料性质评价系统，其用于描述或者定义火花点火和HCCI发动机中所使用的燃料的抗爆燃性能，即对非受控提前点火的抵抗性。对非受控提前点火的抵抗性随着辛烷值的增加而增加。图2中所描绘的结果表明，燃烧定相的特性曲线没有随着环境和/或燃料辛烷值的变化而定性的改变。
[0006]现在参考图3，其描绘了具有外部EGR质量流率的自燃燃烧的燃烧定相稳态特性。302、304和306线分别表示在燃烧的上止点(aTDC)后0、10和20度曲柄转角时恒定燃烧定相的线，其中该恒定燃烧定相用50％的燃料质量燃烧点(CA 50)来表示。312和314线表示TEXH和TIVC之间的关系，它们具有两组不同的恒定气门正时和轮廓，并且用于312线的气门正时和轮廓与用于314线的气门正时和轮廓相比引入了较低的内部EGR。308线表示HCCI发动机运行在没有外部EGR的情况下，并且310线表示HCCI发动机运行在具有5％外部EGR时。结果表明，可以通过调整内部和外部EGR中任一个或两者的质量流率来控制燃烧定相。一般地，HCCI发动机使用用以控制气门正时/轮廓的机构来调整内部EGR，例如凸轮相位或者可变气门控制。来自前一个发动机循环的废气被收集，并使充气温度升高到足以引起自燃燃烧的点。被收集在汽缸内的废气量决定充气温度，从而决定自燃燃烧的燃烧定相。然而，如通过图3描绘的结果所示，燃烧定相并不是在所有状态下都随着内部EGR而单一地变化。因此，利用内部EGR的燃烧定相控制通常限于在燃烧定相随内部EGR单一变化的运行条件下。这些运行条件随着环境和燃料性能的变化而变化，而后者在实时操作期间又会发生变化。在没有关于环境和燃料性能变化的精确信息的情况下，要想实时确定运行条件中的变化是很复杂的。
[0007]图3所描绘的结果表明，对于任何给定的进气充气温度，增加外部EGR质量流量单一地增加废气温度。因此，可以通过调整和控制外部EGR流量质量来控制燃烧定相。这种单一关系存在于燃烧定相和外部EGR之间，与周围环境和/或燃料辛烷值的变化无关。因此，外部EGR的变化可用于响应于周围环境和/或燃料辛烷值的变化控制自燃燃烧定相。这些图表明，虽然燃烧定相随周围环境或燃料辛烷值的变化而变化，但是燃烧关于汽缸充气温度的定性的特性仍然保持不变。
[0008]以下描述的本发明包括一种方法和一种控制方案，其控制HCCI发动机的运行以补偿环境条件和发动机燃料辛烷值的变化，尤其是燃料辛烷值水平的变化。
发明内容
[0009]根据本发明的一个实施例，提供一种控制运行在自燃模式的HCCI发动机运行的方法。所述方法包括确定期望的燃烧定相；以及基于实际燃烧定相控制外部再循环废气的质量流率。本发明的一个方面包括，执行闭环控制方案，以便基于在所述实际燃烧定相和期望燃烧定相之间的差值来控制外部再循环废气的质量流率。从而，调节外部再循环废气的质量流量，以补偿由于周围环境和/或燃料辛烷值变化所引起的燃烧定相误差。
附图说明
[0010]本发明可以采取某些部件的外形和部件的布置，作为本发明一部分的实施例在附图中被详细地描述和阐明，在所述附图中：
[0011]图1、2和3是根据本发明的数据图；
[0012]图4是根据本发明的一种控制方案的原理图；
[0013]图5是根据本发明的一个数据图；
[0014]图6是根据本发明的一种控制方案的原理图；以及，
[0015]图7是根据本发明的一个数据图。
具体实施方式
[0016]现在参考附图，其中所述叙述仅仅是为了说明本发明，而不是为了对其进行限制。图4和6描述了根据本发明实施例构造的控制方案的方框图。一般的，所述控制方案各自在控制模块20中被执行，所述控制模块适于控制运行在自燃模式即被称为均质充气压缩点火(HCCI)的内燃机10的运行。所述示例性的发动机包括已知的多缸直喷四冲程内燃机10，其带有可在汽缸中往复移动的活塞，该活塞限定可变容积燃烧室。具有进气歧管，其将空气供给到每个燃烧室之内，通过进气门控制空气流量，并且通过排气门控制来自燃烧室的燃烧后气体经由排气通道流向排气歧管。具有用于在发动机进气和发动机排气之间再循环废气的外部流动通道，其带有被称为废气再循环(EGR)阀(未示出)的流量控制阀。所述废气再循环阀由控制模块20控制，并且用于控制送往发动机进气口的废气的质量流量。所述示例性的发动机10可以具有可控制的气门机构以控制进气及排气门的启闭，包括气门正时、定相和气门开度大小中的任何一个或多个。所述发动机包括输送燃料质量的燃料喷射系统，以及为点火提供火花能量或者为协助燃烧室内的汽缸充气点燃提供火花能量的火花点火系统。具有响应于操作者输入及其他发动机控制的、通常为电子控制的节气门。火花塞被用于在特定状态下(例如在冷启动期间以及接近低负荷运行极限时)加强发动机的点火正时控制。已经证明，在受控的自燃燃烧下接近高的部分负荷运行极限时以及在具有节流或者非节流的火花点火运行的高速度/负荷运行条件期间，优选依靠火花点火。
[0017]如图6所示，所述发动机具有用于监控发动机运行的各种传感装置，包括发动机转速传感器、用于监控燃烧的传感器12以及宽量程空气/燃料比传感器16。这里所描述的燃烧传感器包括用于监控燃烧参数的传感装置，在这里描述为监控缸内燃烧压力的汽缸压力传感器。应该理解，用于监控汽缸压力或者可被转换为燃烧定相的其他燃烧参数的其他传感系统也被包含在本发明范围内，例如离子传感点火系统(ion-senseignition system)。
[0018]所述发动机设计成能在包括发动机起动在内(如果可能)的发动机转速和负荷的扩展范围内，以HCCI燃烧在对汽油或者类似的混合燃料的非节流模式下运行。然而，在不适于HCCI运行和不利于获得满足操作者转矩要求的最大发动机功率的条件下，可以利用带有常规的或者修改的控制方法的火花点火以及受控节流运行。可适用的供给燃料策略包括直接汽缸喷射、进气口燃料喷射和节流阀体燃料喷射中的任何一个。燃料优选为广泛可利用的各等级汽油和它的少量乙醇混合物；然而，代用液体和气体燃料，例如更高的乙醇混合物(例如E80，E85)、净乙醇(E99)、净甲醇(MIOO)、天然气、氢、沼气、各种各样的重整产品、煤的气化合成气等，都可能用在本发明的实施例中。
[0019]控制模块20执行存储在其中的算法代码以产生控制发动机运行的输入，包括油门位置、点火正时、燃料喷射质量和正时、进气和/或排气门正时和相位、以及控制再循环流量的废气再循环阀位置。气门正时和定相包括负气门重叠(排气再压缩策略中的NVO)和排气门重开的升程(排气再吸气策略中)。所述控制模块适于接收来自操作者的以确定操作者转矩要求(TO_REQ)的输入信号(例如油门踏板位置)，以及来自传感器的指示发动机转速(RPM)、吸入空气温度、冷却剂温度和环境条件的输入信号。控制模块20运行以根据查询表格确定用于点火正时(如有必要)、废气再循环阀位置、进气及排气门正时和/或升程给定值、燃料喷射正时的即时控制设定，并且计算进气和排气系统中的燃烧废气百分率。一个示例性的HCCI发动机及控制系统的更详细资料可以参见2006年3月2日提交的共同受让的美国专利申请No 11/366,217(代理人案卷编号(Attorney Docket Number)GP306189)，该申请的题目为“LoadTransient Control Methods for Direct-Injection Engines with ControlledAuto-Ignition Combustion”(“具有受控自燃燃烧的直喷式发动机的负荷瞬态控制方法”)，该申请的内容通过引用并入。
[0020]再次参考图4，其描述了所述控制方案的第一实施例。通过控制执行机构来控制所述示例HCCI发动机10的运行，包括废气再循环阀位置、油门位置、燃料量和喷射正时、火花点火正时和控制、进气及排气门正时和相位控制。受监控的发动机输出包括发动机转速14(用RPM表示)、燃烧定相以及为正在进行的运行和控制所需的各种其他检测的或者估算的输出，在这里所述燃烧定相以利用汽缸压力传感器12测得的汽缸压力11的形式来表示。在控制模块20中执行的所述控制方案监控发动机转速、操作者转矩要求(TO_REQ)或者期望负荷。所述控制方案包括前馈控制器22和PID控制器24。所述前馈控制器22优选为利用来自预先标定的信息来执行，以实现在稳态运行条件下的成功的HCCI燃烧。在仅仅利用前馈控制的系统中，燃烧定相可能容易受到干扰和/或环境变化的影响。所述干扰包括例如在正在进行的车辆发动机运行期间通常发生的发动机转速和负荷的显著或者急剧变化。
[0021]运行中，前馈控制器22监控操作者转矩要求和发动机转速，并且确定开环废气再循环阀位置、油门位置、燃料质量和喷射正时、火花点火正时和控制、气门正时和相位控制的控制状态。如图5所示，期望燃烧定相26基于操作者转矩要求和发动机转速而确定，以实现燃烧定相与发动机运行特性一致。实际燃烧定相28基于监控的燃烧参数状态来确定。例如，当监控的燃烧参数包括汽缸压力时，燃烧定相运算包括相对于发动机曲柄角度确定峰值汽缸压力的位置或者吸入燃料质量的50％已燃烧的位置。燃烧定相误差确定为在所述实际燃烧定相和期望燃烧定相之间的差值。所述燃烧定相误差被输入到PID控制器24或者其他适合的控制器，后者产生被加到所述开环废气再循环阀位置的校正量。基于此废气再循环阀被控制到校正后的阀位置。校正后的废气再循环阀位置包括基于期望燃烧定相和实际燃烧定相之间差值的用于外部EGR质量流率的命令。
[0022]现在参考图5，该数据图描述了燃烧特性，该特性被描绘为对于两种不同类型(辛烷值)的燃料在稳态下运行根据图4所描述的示例发动机和控制模块时在进气门关闭(IVC)和排气门(EXH)的燃烧温度，即TIvc v.TEXH。601线描绘了使用低辛烷值燃料和没有外部EGR的开环运行；603线描绘了使用高辛烷值燃料和没有外部EGR的开环运行；并且602和604点包括具有恒定气门正时和轮廓的平衡点。605线描绘了使用低辛烷值燃料和带有外部EGR的闭环运行；607线描绘了使用高辛烷值燃料和带有外部EGR的闭环运行；608线表示对于恒定气门正时和轮廓的TEXH和TIvc之间的关系；并且，606点包括具有恒定气门正时和轮廓的共同平衡点。在稳态发动机运行中，当发动机使用的燃料辛烷值减小时，自燃燃烧的开环燃烧定相通常会提前。当实现根据图4所述的基于燃烧定相的闭环控制时，通过调整外部EGR，可以与燃料辛烷值无关地将燃烧定相控制在期望值。由于燃烧定相特性曲线没有随着周围环境和/或燃料辛烷值的变化而定性变化，所以在变化的运行条件下燃烧关于汽缸充气温度的定性的特性保持不变，并且外部EGR的质量流率被调节以补偿由周围环境和/或燃料辛烷值变化所引起的燃烧定相误差。
[0023]再次参考图6，其描述了所述控制方案的第二实施例，包括为所述燃烧定相控制结合一个空燃比控制器，以通过控制气门正时和相位将空燃比控制为高于某一阈值，其中利用气门控制执行机构来控制所述气门正时和相位。因此，对周围环境和/或燃料辛烷值的变化更敏感的特定发动机设计可以利用外部EGR和气门机构控制来控制发动机运行，以便控制空燃比并且补偿任何的燃烧定相误差。在该实施例中，示例的HCCI发动机10具有控制输入，包括废气再循环阀位置、油门位置、燃料质量和喷射正时、火花点火正时和控制、进气及排气门控制能力。监控的发动机输出包括发动机转速(用RPM表示)14、在这里以测得的汽缸压力11的形式表示的燃烧定相、以及在这里通过空气燃料比传感器16监测的空气/燃料比。在控制模块20′中执行的控制方案具有包括发动机转速和操作者转矩要求(TO_REQ)在内的输入。所述控制方案包括前馈控制器22、PID控制器24和带有相关的空气/燃料比控制启动逻辑32的第二PID控制器34。运行中，前馈控制器22监测操作者转矩要求和发动机转速，并且确定开环废气再循环阀位置、油门位置、燃料质量和喷射正时、火花点火正时和控制、气门正时和相位控制的控制状态。期望燃烧定相26基于操作者转矩要求和发动机转速而确定，以实现与发动机运行特性一致的燃烧定相，如图7所示。如前所述，实际燃烧定相28基于监测的燃烧参数的状态来确定。燃烧定相误差确定为所述实际燃烧定相和期望燃烧定相之间的差值。所述燃烧定相误差被输入到PID控制器24，后者产生用于开环废气再循环阀位置的校正量。基于此所述控制方案将废气再循环阀控制为校正后的阀位置。校正后的废气再循环阀位置包括基于期望燃烧定相和实际燃烧定相之间差值的外部EGR质量流率的命令。空气/燃料比传感器16的输出与空气/燃料比阈值相比较，从而确定A/F误差。所述A/F误差被输入给第二PID控制器34和A/F控制启动逻辑32，该逻辑32基于所述空气/燃料比确定是否允许对气门正时或者相位的任何控制。在气门控制被允许的条件下，气门正时或者相位校正量被增加到来自前馈控制器22的气门正时输出，然后执行气门控制。在一个实例中，该气门控制包括基于发动机空气/燃料比和阈值之间的差值来控制发动机气门的开启相位，以便实现期望燃烧定相并且在燃料辛烷值和环境条件的范围内维持发动机的稳定运行。从而，当存在低辛烷值燃料时，通过控制器24可以指令过量的外部EGR，从而减小用于新鲜空气的充气容积，进而降低空气/燃料比。如果空气/燃料比降低到低于所述空气/燃料比阈值，A/F控制启动逻辑32认定为正在使用低辛烷值燃料，然后利用气门正时控制的空气/燃料比控制被激活以避免浓的燃烧。控制器可以运行以减少内部EGR(残余气体)和增加新鲜空气进气，同时保持期望燃烧定相。
[0024]现在参考图7，该数据图描绘了对于两种不同类型(辛烷值)燃料在稳态下运行根据图6所述的示例发动机和控制模块的燃烧特性(TIvcv.TEXH)。701线描绘了使用低辛烷值燃料和没有外部EGR的开环运行；703线描绘了使用高辛烷值燃料和没有外部EGR的开环运行；并且702和704点包括具有恒定气门正时和轮廓的平衡点。705线描绘了使用低辛烷值燃料和带有外部EGR的闭环运行；707线描绘了使用高辛烷值燃料和带有外部EGR的闭环运行；并且706点包括具有恒定气门正时和轮廓的平衡点；708点包括具有调节的气门正时和/或轮廓的平衡点；并且，710和712线表示具有两组不同的恒定气门正时和轮廓的TEXH和TIvc之间的关系，并且712线中使用的气门正时和轮廓与710线所用的相比引入了较低的内部EGR。这定性地描绘了当HCCI发动机使用两种不同类型(辛烷值)燃料运行时带有图6所示控制器所产生的稳态燃烧特性。可以看出，所述燃烧定相控制器调节外部EGR，以便与燃料辛烷值无关地控制燃烧定相到期望值。尤其是，当需要更多量的外部EGR以补偿例如由于低辛烷值燃料导致的燃烧定相误差时，710线可以变换到712线。在这种情况下，所述空燃比控制器被激活以减少内部EGR，同时利用气门正时/轮廓增加新鲜空气，以便维持空燃比高于用户限定的阈值。因此，通过提供用于燃烧的足够的空气，鲁棒控制的自燃燃烧得以维持。
[0025]虽然已经参照一些优选实施例对本发明进行了描述，但是很显然可以在所描述的发明构思的精神和范围内进行变化。因此，本发明并不仅限于所述公开的实施例，而是具有通过所附权利要求的描述所允许的全部范围。

Claims (19)

1.用于在自燃模式运行的均质充气燃烧点火发动机的运行控制方法，包括：确定期望燃烧定相；和，基于实际燃烧定相和所述期望燃烧定相控制外部再循环废气的质量流率。
2.如权利要求1所述的方法，还包括执行闭环控制方案，以便基于实际燃烧定相和期望燃烧定相之间的差值来控制外部再循环废气的质量流率。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述期望燃烧定相基于发动机转速和操作者转矩要求而确定。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述燃烧定相包括百分之五十的汽缸充量燃料质量被燃烧时的发动机曲柄角度。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述燃烧定相基于峰值汽缸压力的曲柄角度位置而确定。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述燃烧定相基于燃烧的离子传感监测而确定。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述均质充气燃烧点火发动机包括可控制的进气门及排气门，所述方法还包括：确定发动机空气/燃料比；将所述空气/燃料比和阈值相比较；和，基于所述发动机空气/燃料比和所述阈值选择性的调节发动机气门的控制。
8.如权利要求7所述的方法，其中选择性的调节发动机气门的控制包括，基于所述发动机空气/燃料比和阈值之间的差值控制进气门和排气门之一的定相。
9.如权利要求7所述的方法，还包括选择性的控制进气门及排气门的重叠以减少内部废气再循环，和，基于实际燃烧定相和期望燃烧定相调整外部再循环废气的质量流率。
10.用于在燃料辛烷值和周围环境的变化条件下控制在自燃模式运行的均质充气燃烧点火发动机的燃烧定相的方法，包括：监测燃烧定相和发动机空燃比；基于所述燃烧定相和发动机空燃比控制外部再循环废气的质量流率。
11.如权利要求10所述的方法，其中基于所述燃烧定相控制外部再循环废气的质量流率进一步包括，基于操作者转矩要求和发动机转速确定期望燃烧定相。
12.如权利要求11所述的方法，还包括执行闭环控制方案，以便基于所述燃烧定相和所述期望燃烧定相之间的差值来控制外部再循环废气的质量流率。
13.如权利要求10所述的方法，还包括：监测发动机空气燃料比，和控制外部再循环废气的质量流率以保持所述发动机空气/燃料比低于空气/燃料比阈值。
14.如权利要求10所述的方法，还包括在周围环境的变化条件下控制均质充气燃烧点火发动机的燃烧定相，所述周围环境包括环境温度、环境压力和湿度中的一个。
15.制品，包括贮有用于控制均质充气燃烧点火发动机的机器可执行程序的存储介质，所述发动机选择性地运行在自燃模式下并且带有用于将废气外部再循环到发动机进气的废气再循环阀，所述程序包括：使发动机运行在自燃模式的代码；确定期望燃烧定相的代码；以及基于实际燃烧定相和期望燃烧定相控制废气再循环阀以实现外部再循环废气的质量流率的代码。
16.如权利要求15所述的制品，其中所述均质充气燃烧点火发动机包括可控制的进气门及排气门，并且所述发动机包括空气/燃料比传感器，所述代码还包括：确定来自所述空气/燃料比传感器的发动机空气/燃料比的代码；比较所述空气/燃料比和阈值的代码；以及基于所述发动机空气/燃料比和所述空气燃料比阈值选择性的调整发动机气门的控制的代码。
17.如权利要求16所述的制品，还包括：控制外部再循环废气的质量流率以保持所述发动机空气/燃料比低于所述空气/燃料比阈值的代码。
18.如权利要求16所述的制品，还包括：选择性的控制进气门及排气门的重叠以减少内部废气再循环的代码，以及基于实际燃烧定相和期望燃烧定相调整外部再循环废气的质量流率的代码。
19.如权利要求15所述的制品，还包括：包括闭环控制方案的代码，所述控制方案用于基于实际燃烧定相和期望燃烧定相之间的差值来控制外部再循环废气的质量流率。
CN2008800065780A 2007-02-28 2008-02-05 控制均质充气压缩点火式发动机的方法和装置 Active CN101627196B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/680,161 2007-02-28
US11/680,161 US7480558B2 (en) 2007-02-28 2007-02-28 Method and apparatus for controlling a homogeneous charge compression ignition engine
PCT/US2008/052996 WO2008106278A1 (en) 2007-02-28 2008-02-05 Method and apparatus for controlling a homogeneous charge compression ignition engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101627196A true CN101627196A (zh) 2010-01-13
CN101627196B CN101627196B (zh) 2012-10-10

Family

ID=39714466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800065780A Active CN101627196B (zh) 2007-02-28 2008-02-05 控制均质充气压缩点火式发动机的方法和装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7480558B2 (zh)
CN (1) CN101627196B (zh)
DE (1) DE112008000497B4 (zh)
WO (1) WO2008106278A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102287259A (zh) * 2010-05-24 2011-12-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法和设备
CN102859159A (zh) * 2010-04-20 2013-01-02 罗伯特·博世有限公司 用于运行内燃机的方法
CN103201482A (zh) * 2010-11-16 2013-07-10 罗伯特·博世有限公司 用于在自行点火运行中来调节汽油机的方法和装置
CN104656443A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 重庆邮电大学 基于bp神经网络的hcci发动机点火正时自适应pid控制方法
CN105822443A (zh) * 2012-01-18 2016-08-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于控制以hcci燃烧模式操作的内燃机的操作的方法和设备
CN110023610A (zh) * 2016-12-01 2019-07-16 马自达汽车株式会社 压缩点火式汽油发动机
CN111894746A (zh) * 2020-07-24 2020-11-06 东风商用车有限公司 一种发动机裸机排放的闭环调节方法及装置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7367319B2 (en) * 2005-11-16 2008-05-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus to determine magnitude of combustion chamber deposits
JP4253339B2 (ja) * 2006-09-21 2009-04-08 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置
FR2938019B1 (fr) * 2008-10-31 2015-05-15 Inst Francais Du Petrole Procede de controle de combustion d'un moteur a allumage commande au moyen d'un controle du phasage de la combustion
WO2010143998A1 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Alvare Engine Ab Engine control method
US8210158B2 (en) * 2009-12-18 2012-07-03 GM Global Technology Operations LLC EGR control in HCCI engines
US9008944B2 (en) * 2010-05-24 2015-04-14 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for controlling operation of an internal combustion engine operating in HCCI combustion mode
WO2012101737A1 (ja) * 2011-01-24 2012-08-02 トヨタ自動車株式会社 過給機付き内燃機関の制御装置
US9267451B2 (en) * 2011-09-27 2016-02-23 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for controlling combustion noise in an internal combustion engine
US20140026852A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Robert Bosch Gmbh Combustion control with external exhaust gas recirculation (egr) dilution
DE102012024927A1 (de) * 2012-12-19 2014-06-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
US9206751B2 (en) 2013-06-25 2015-12-08 Achates Power, Inc. Air handling control for opposed-piston engines with uniflow scavenging
US9284884B2 (en) * 2013-06-25 2016-03-15 Achates Power, Inc. Trapped burned gas fraction control for opposed-piston engines with uniflow scavenging
JP5885767B2 (ja) * 2014-03-11 2016-03-15 三菱電機株式会社 内燃機関の制御装置
US9719454B2 (en) * 2014-11-12 2017-08-01 General Electric Company Human machine interface (HMI) guided mechanical fuel system adjustment
WO2016209919A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Shu Wang Model-based operation control of a spark ignited internal combustion engine
US9926856B2 (en) * 2015-08-14 2018-03-27 Cummins Inc. Cooperative cam phaser and air throttle control
US10273888B2 (en) * 2016-02-15 2019-04-30 Delphi Technologies Ip Limited GDCI transient EGR error compensation
US10612476B2 (en) * 2018-04-09 2020-04-07 Saudi Arabian Oil Company Internal combustion engines which utilize multiple fuels and methods for the operation of such

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5875743A (en) * 1997-07-28 1999-03-02 Southwest Research Institute Apparatus and method for reducing emissions in a dual combustion mode diesel engine
WO1999042718A1 (en) * 1998-02-23 1999-08-26 Cummins Engine Company, Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
US7469662B2 (en) * 1999-03-23 2008-12-30 Thomas Engine Company, Llc Homogeneous charge compression ignition engine with combustion phasing
US6698394B2 (en) * 1999-03-23 2004-03-02 Thomas Engine Company Homogenous charge compression ignition and barrel engines
US6463907B1 (en) * 1999-09-15 2002-10-15 Caterpillar Inc Homogeneous charge compression ignition dual fuel engine and method for operation
ITTO20010660A1 (it) * 2001-07-06 2003-01-06 Fiat Ricerche Motore diesel pluricilindrico con azionamento variabile delle valvole.
KR20040019159A (ko) 2002-08-26 2004-03-05 현대자동차주식회사 예혼합 압축 착화 엔진의 연소 제어 방법
JP2004263562A (ja) 2003-01-14 2004-09-24 Yanmar Co Ltd 予混合圧縮自着火式内燃機関の制御方法
US7128063B2 (en) * 2004-07-21 2006-10-31 Gm Global Technology Operations, Inc. HCCI engine combustion control
WO2006096429A2 (en) 2005-03-03 2006-09-14 General Motors Global Technology Operations, Inc. Load transient control for direct-injection engines with controlled auto-ignition combustion
US7275514B2 (en) 2005-04-28 2007-10-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of HCCI and SI combustion control for a direct injection internal combustion engine
US7487663B2 (en) * 2006-04-20 2009-02-10 Exxonmobil Research & Engineering Co. Method for selecting fuel to both optimize the operating range and minimize the exhaust emissions of HCCI engines

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102859159A (zh) * 2010-04-20 2013-01-02 罗伯特·博世有限公司 用于运行内燃机的方法
CN102287259A (zh) * 2010-05-24 2011-12-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法和设备
CN102287259B (zh) * 2010-05-24 2014-06-18 通用汽车环球科技运作有限责任公司 以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法和设备
CN103201482A (zh) * 2010-11-16 2013-07-10 罗伯特·博世有限公司 用于在自行点火运行中来调节汽油机的方法和装置
CN103201482B (zh) * 2010-11-16 2016-09-07 罗伯特·博世有限公司 用于在自行点火运行中来调节汽油机的方法和装置
CN105822443A (zh) * 2012-01-18 2016-08-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于控制以hcci燃烧模式操作的内燃机的操作的方法和设备
CN105822443B (zh) * 2012-01-18 2019-08-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于控制以hcci燃烧模式操作的内燃机的操作的方法和设备
CN104656443A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 重庆邮电大学 基于bp神经网络的hcci发动机点火正时自适应pid控制方法
CN104656443B (zh) * 2014-12-31 2017-05-24 重庆邮电大学 基于bp神经网络的hcci发动机点火正时自适应pid控制方法
CN110023610A (zh) * 2016-12-01 2019-07-16 马自达汽车株式会社 压缩点火式汽油发动机
CN111894746A (zh) * 2020-07-24 2020-11-06 东风商用车有限公司 一种发动机裸机排放的闭环调节方法及装置
CN111894746B (zh) * 2020-07-24 2021-11-12 东风商用车有限公司 一种发动机裸机排放的闭环调节方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101627196B (zh) 2012-10-10
DE112008000497B4 (de) 2023-02-09
US7480558B2 (en) 2009-01-20
WO2008106278A1 (en) 2008-09-04
US20080202469A1 (en) 2008-08-28
DE112008000497T5 (de) 2010-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101627196B (zh) 控制均质充气压缩点火式发动机的方法和装置
CN100436799C (zh) Hcci发动机燃烧控制
US6636797B2 (en) Enhanced multiple injection for auto-ignition in internal combustion engines
US7337762B2 (en) Fuel adaptation in a homogeneous charge compression ignition engine
US7540270B2 (en) Method and apparatus for controlling combustion mode transitions in an internal combustion engine
CN101646854B (zh) 在均质充量压燃式发动机中在低载操作条件下利用排气再压缩控制燃料重整的方法和装置
US7894976B2 (en) Light load and idle HCCI combustion control by fuel pressure modification
CN101198771B (zh) 用于受控自动点火四冲程内燃发动机的氮氧化物排放控制
CN102102590B (zh) Hcci发动机中的egr控制
CN101427258B (zh) 均质充量压燃发动机操作
US7845335B2 (en) Operating strategy for HCCI combustion during engine warm-up
CN101476511B (zh) 用于控制内燃机内的燃烧模式过渡的方法
CN101287897A (zh) 用于具有受控自动点火燃烧的直接喷射发动机的负荷瞬态控制方法
CN101432726A (zh) 用于内燃机的空气流量估测方法和装置
WO2005095768A1 (ja) 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置
JP2001152919A (ja) 圧縮自己着火式ガソリン機関
JP6935783B2 (ja) 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP7024585B2 (ja) 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP7024584B2 (ja) 圧縮着火式エンジンの制御装置
Kang et al. HCCI engine control strategy with external EGR
CN102953857B (zh) 间接hcci燃烧控制
CN101922372B (zh) 用于在直喷式发动机模式转变期间稳定转矩的系统和方法
US20130245915A1 (en) Method for determining a cylinder charge of an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant