CN101907031A - 用于在燃料切断事件后操作均质充量压燃式发动机的控制策略 - Google Patents

用于在燃料切断事件后操作均质充量压燃式发动机的控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在燃料切断事件后操作均质充量压燃式发动机的控制策略。具体地，提供了一种多缸火花点火直喷式内燃发动机，其在给所有汽缸的燃料都被切断的燃料切断事件后被重新着火。使该发动机重新着火包括：在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次，随后各个汽缸的后续着火则不被限于所述的预定的固定燃料质量。

Description

用于在燃料切断事件后操作均质充量压燃式发动机的控制策略
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年5月19日提交的美国临时申请61/179404的权益，在此通过引用将其并入本文。
技术领域
本发明涉及均质充量压燃(HCCI)式发动机的操作和控制。
背景技术
本节内容仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
已知的火花点火(SI)式发动机将空气/燃料混合物引入各汽缸中，该空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并被火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加压燃料喷入燃烧汽缸中并在刚一喷射后就将其点燃。SI式发动机和压燃式发动机两者的燃烧涉及受流体力学控制的预混合或扩散的火焰。
SI式发动机能够以多种燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI式发动机能被构造成在预定的速度/载荷操作条件下以均质充量压燃(HCCI)燃烧模式操作，均质充量压燃(HCCI)燃烧也可互换地称为受控自动点火燃烧。受控自动点火(HCCI)燃烧包括分散的、无火焰的、自动点火的燃烧过程，该过程受氧化化学性质控制。以受控自动点火(HCCI)燃烧模式操作的发动机具有汽缸充量，该充量优选在成分、温度、以及在进气门关闭时刻的剩余排气方面是均匀的。在发动机以稀的空气/燃料混合物(也就是稀的空气燃料化学当量点)进行操作时，受控自动点火(HCCI)燃烧是分散的动力学受控的燃烧过程，具有相对低的峰值燃烧温度，从而导致较低的氮氧化物(NOX)排放。均匀的空气/燃料混合物最小化了会形成烟尘和颗粒物排放的高浓度区域的产生。
受控自动点火(HCCI)燃烧取决于下列因素：例如汽缸充量的成分、温度、以及进气门关闭时的压力。因此，给发动机的控制输入必须小心协调，以确保自动点火燃烧。受控自动点火(HCCI)燃烧策略可以包括利用排气再压缩阀门策略。排气再压缩阀门策略包括：通过对阀门的关闭正时进行调节从而经由从前一发动机循环所捕获的热的剩余气体来控制汽缸充量的温度。在排气再压缩策略中，在TDC之前关闭排气门并在TDC之后打开进气门从而形成负阀门重叠(NVO)时段，在该时段内进气门和排气门都关闭，因此捕获了排气。进气门和排气门的开启正时优选相对于TDC-进气是对称的。汽缸充量的成分和温度都强烈地受到排气门关闭正时的影响。特别是，越早关闭排气门就能保留来自前一发动机循环的更多的热剩余气体，从而留下了更少的空间用于引入新鲜空气质量，因此增加了汽缸充量温度并降低了汽缸的氧浓度。在排气再压缩策略下，通过NVO时段来测量排气门关闭正时和进气门开启正时。
通过选择性调节节气门位置以及调节进气门和排气门的开启和关闭来控制发动机气流。在如此配置的发动机系统上，进气门和排气门的开启和关闭正时是利用可变阀门致动系统来实现的，所述可变阀门致动系统包括可变的凸轮定相和可选的多级阀门升程，例如提供两个或多个阀门升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置改变不同的是，多级阀门升程机构的阀门升程位置的改变是离散的改变，不是连续的改变。
当发动机以受控自动点火(HCCI)燃烧模式操作时，发动机控制包括稀的或化学当量的空气/燃料比操作，其中节气门完全打开以最小化发动机泵送损失。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机控制包括化学当量的空气/燃料比操作，其中节气门被在0％到100％全部打开位置的范围内进行控制，以便控制进气气流从而达到化学当量的空气/燃料比。
一种已知的燃料控制策略包括：在行进车辆的操作期间，当操作者释放加速器踏板时切断给所有发动机汽缸的燃料供给，这被称为燃料切断(FCO)事件。当随后操作者轻触加速器踏板时，发动机被再次供给燃料和重新着火。使以受控自动点火(HCCI)模式操作的发动机重新着火利用了来自前一燃烧循环的余热，以便引发自动点火的燃烧。但是，由于不能利用来自前一燃烧循环的余热，所以当以受控自动点火(HCCI)模式操作时，在燃料切断事件后使发动机重新着火可能会导致不稳定的燃烧。
一种在任意的发动机载荷情况下在受控自动点火(HCCI)模式中引发重新着火的方法包括：恰在火花点火正时之前将总的发动机燃料质量的一小部分喷向火花塞附近，以便在总体上稀薄的燃烧充量混合物内引发火焰传播。这种重新着火的方法可能由于在喷射大量燃料时的大量火焰燃烧的缘故从而导致在持续的一些发动机循环期间生成过多的NOX排放物。
发明内容
一种多缸火花点火直喷式内燃发动机在燃料切断事件后的重新着火，在该燃料切断事件中给所有汽缸的燃料均被切断。使该发动机重新着火包括：在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经至少着火一次，随后各独立汽缸的后续着火便不再受限于所述预定的固定燃料质量。
本发明还提供了以下方案：
方案1：用于控制多缸火花点火直喷式内燃发动机的方法，包括：
在给所有汽缸的燃料都被切断的燃料切断事件之后，使所述发动机重新着火包括：在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次时为止，随后各独立汽缸的后续着火不再被限制于所述预定的固定燃料质量。
方案2：如方案1所述的方法，其中，在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次，包括：在任意给定的发动机循环中使少于所有汽缸的汽缸着火。
方案3：如方案1所述的方法，其中，在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次，包括：在第一个完整的重新着火发动机循环中使少于所有汽缸的汽缸着火，和在后续的完整的重新着火发动机循环中使越来越多数量的汽缸着火。
方案4：如方案1所述的方法，其中，使用双喷射将所述预定的固定燃料质量输送给各个汽缸，所述双喷射包括：在压缩冲程初期对所述固定燃料质量的大部分进行的第一次喷射，以及在所述压缩冲程的上止点附近对所述固定燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射。
方案5：如方案4所述的方法，其中，所述固定燃料质量的大部分和所述固定燃料质量的剩余少量部分包括从大约2∶1到大约5∶1的燃料质量比。
方案6：如方案1所述的方法，其中，在所述燃料切断事件后每个汽缸的第一次着火包括：
使用双喷射将所述固定燃料质量输送给所述各个汽缸，所述双喷射包括：在压缩冲程初期对所述固定燃料质量的第一部分进行的第一次喷射，以及在所述压缩冲程的上止点附近对所述固定燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射；以及
在所述第二次喷射之后火花点燃所述固定燃料质量的剩余少量部分。
方案7：如方案6所述的方法，其中，在所述各汽缸的所述第一次着火之后并且直到所有汽缸都已经着火至少一次时，每个汽缸的着火包括：
使用双喷射将所述固定燃料质量输送给所述各个汽缸，所述双喷射包括：在压缩冲程初期对所述固定燃料质量的第一部分进行的第一次喷射，以及在所述压缩冲程的上止点附近对所述固定燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射；以及
在所述第二次喷射之后火花点燃所述固定燃料质量的剩余少量部分。
方案8：如方案6所述的方法，其中，在所述各汽缸的所述第一次着火之后并且直到所有汽缸都已经着火至少一次时，每个汽缸的着火包括：
使用在压缩冲程初期对所述固定燃料质量进行的单喷射将所述固定燃料质最输送给所述各个汽缸；以及
自动点燃所述固定燃料质量。
方案9：用于控制多缸火花点火直喷式内燃发动机的方法，包括：
确定每缸的重新着火燃料质量；
提供期望的燃料斜坡变化，所述燃料斜坡变化包括在接连的发动机循环中越来越多的每循环燃料质量；以及
在给所有汽缸的燃料都被切断的燃料切断事件之后，使所述发动机重新着火包括：在每个后续的发动机循环期间燃烧专门以所述每缸的重新着火燃料质量喷射到所述汽缸中被选定的汽缸内的燃料，使得在每个接连的发动机循环期间所燃烧的净燃料根据所述期望的燃料斜坡变化来增加。
10：如权利要求9所述的方法，其中，所述每缸的重新着火燃料质量包括这样的燃料质量，即：在一个发动机循环期间，所述每缸的重新着火燃料质量在各汽缸内燃烧时足以提供在后续紧接的发动机循环期间适于所述各汽缸内的受控自动点火的余热。
方案11：如方案9所述的方法，其中，所述每缸的重新着火燃料质量包括这样的燃料质量，即：在每一发动机循环期间，所述每缸的重新着火燃料质量在各汽缸内燃烧时足以维持期望的NOX排放水平，其中所述NOX排放由火焰传播引发。
方案12：如方案9所述的方法，其中，提供在接连的发动机循环中包含所述越来越多的每循环燃料质量的所述期望的燃料斜坡变化包括：确定直到每个汽缸都燃烧专门以所述每缸的重新着火燃料质量喷入到每个相应汽缸内的燃料时的发动机循环的规定数量。
方案13：如方案12所述的方法，其中，在所述燃料切断事件后的第一次重新着火发动机循环包括：燃烧被喷射到所述被选定数量的汽缸内的燃料，其中所述被选定的汽缸的数量少于所述总的汽缸数量，并且所述燃料是专门以所述每缸的重新着火燃料质量来喷射的。
方案14：如方案13所述的方法，进一步包括在后续的发动机循环期间逐步增加汽缸中被选定的汽缸的数量。
方案15：如方案9所述的方法，其中，提供在接连的发动机循环中包含所述越来越多的每循环燃料质量的所述期望的燃料斜坡变化包括：一旦每个汽缸已经重新着火至少一次，则根据所述期望的燃料斜坡变化增加被喷射到每个汽缸中的所述每缸的重新着火燃料质量。
方案16：如方案9所述的方法，其中，提供在接连的发动机循环中包含所述越来越多的每循环燃料质量的所述期望的燃料斜坡变化包括：
确定与零转矩发动机输出相关的总的每循环燃料质量；以及
确定发动机循环的规定数量以达到与所述零转矩发动机输出相关的所述总的每循环燃料质量，其中，在每个接连的发动机循环中所述每循环燃料质量增加，以便在所述规定数量的发动机循环处达到与零转矩发动机输出相关的所述总的每循环燃料质量。
方案17：如方案9所述的方法，其中，专门以所述每缸的重新着火燃料质量来使发动机重新着火继续进行，直到每个汽缸都已经以所述每缸的重新着火燃料质量经历了至少一次燃烧事件，此后可以以每缸燃料质量而不是专门地以所述重新着火燃料质量来实现汽缸内的后续燃烧。
附图说明
仅作为示例，将结合附图来说明一个或多个实施例，附图中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的示意图；
图2曲线示出了在燃料切断期间以及在其之后并且使用了根据本发明的第一和第二燃料斜坡变化斜率时，发动机输出转矩随时间的变化；
图3根据本发明，曲线示出了在与燃料切断事件后引起发动机重新着火相关联的瞬时发动机转矩操作期间用于四缸发动机的第一和第二燃料斜坡变化斜率；以及
图4曲线示出了用于根据本发明示例性HCCI发动机的、在与燃料切断事件后引起发动机重新着火相关联的瞬时发动机转矩操作期间作为所经历过的发动机循环数目的函数的发动机转矩输出。
具体实施方式
现在参考附图，其中的描绘仅仅是用于对某些示例性实施例进行说明的目的，而不是用于对示例性实施例进行限制的目的，图1示意性示出了根据本发明的一个实施例构造的示例性内燃发动机10和所附控制模块5。发动机10可以选择性地以多种燃烧模式操作，包括受控自动点火(HCCI)燃烧模式、均质火花点火(SI-H)燃烧模式、和分层充气火花点火(SI-SC)燃烧模式。发动机10可选择性地以化学当量空气/燃料比和以大大稀于化学当量的空气/燃料比来进行操作。要认识到的是，本发明中的概念也可以应用到其他内燃发动机系统和燃烧循环。
在一个实施例中，发动机10可以耦接到变速器装置，以便将牵引动力传递给车辆的动力传动系统。变速器可包括混合动力变速器，其中混合动力变速器包括可操作以把牵引动力传递给动力传动系统的转矩机械。
示例性的发动机10包括多缸直喷式四冲程内燃发动机，其具有多个往复运动的活塞14，各个活塞14可分别在各个汽缸15内滑动从而限定出体积可变的燃烧室16。每个活塞14均连接到旋转的曲轴12，通过曲轴12将线性的往复运动转换为旋转运动。进气系统为进气歧管29提供进气，进气歧管29将空气引导并分配进入燃烧室16的进气流道中。进气系统包括气流管道系统和用于监测及控制气流的装置。进气装置优选包括用来监测质量空气流量和进气温度的质量型空气流量传感器32。节气门34优选包括用来响应于来自控制模块5的控制信号(ETC)来控制到发动机10的气流的电控装置。进气歧管29内的压力传感器36被构造成监测歧管绝对压力和大气压。一个外部流动通道将排气从发动机排气装置再循环到进气歧管29，其具有被称之为排气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。控制模块5可操作以便通过控制EGR阀38的开度来控制进入进气歧管29的排气的质量流量。
通过一个或多个进气门20来控制从进气歧管29进入燃烧室16的气流。通过一个或多个排气门18来控制从燃烧室16排向排气歧管39的排气流。发动机10装备有控制和调节进气门20和排气门18的开启和关闭的系统。在一个实施例中，通过分别控制进气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)装置22和排气可变凸轮定相/可变升程控制(VCP/VLC)装置24来控制和调节进气门20和排气门18的开启和关闭。进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24分别被构造成用于控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转被联接到曲轴12的旋转并以曲轴12的旋转来分度(indexed)，因此，将进气门20和排气门18的开启和关闭与曲轴12和活塞14的位置联接起来。
进气VCP/VLC装置22优选包括这样的机构，该机构可操作以响应于来自控制模块5的控制信号(INTAKE)为每个汽缸15切换和控制一个或多个进气门20的阀门升程以及可变地调节和控制进气凸轮轴21的定相。排气VCP/VLC装置24优选包括这样的可控机构，该机构可操作以响应于来自控制模块5的控制信号(EXHAUST)为每个汽缸15可变地切换和控制一个或多个排气门18的阀门升程以及可变地调节和控制排气凸轮轴23的定相。
进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24均优选包括可控的二级可变升程控制(VLC)机构，该机构可操作以分别将一个或多个进气门20和一个或多个排气门18的阀门升程的幅度或开度控制到两个离散级中的一个。该两个离散级优选包括：优选用于低速、低载荷操作的低升程阀门开启位置(在一个实施例中大约为4～6毫米)；以及，优选用于高速、高载荷操作的高升程阀门开启位置(在一个实施例中大约为8～13毫米)。进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24均优选包括用于分别控制和调节一个或多个进气门20和一个或多个排气门18的开启和关闭的定相(也就是相对正时)的可变凸轮定相(VCP)机构。调节所述定相指的是改变一个或多个进气门20和一个或多个排气门18相对于各汽缸15内曲轴12和活塞14的位置的开启时间。进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24的VCP机构均优选具有大约60度～90度曲柄旋转的定相许可(phasing authority)范围，由此允许控制模块5相对于各汽缸15内活塞14的位置提前或延迟一个或多个进气门20和一个或多个排气门18中的一个的开启和关闭。定相许可的范围由进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24来限定和限制。进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24包括用于确定进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转位置的凸轮轴位置传感器。通过控制模块5控制，采用电动液压、液压或电控制力中的一种来对进气VCP/VLC装置22和排气VCP/VLC装置24加以致动。
发动机10包括燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每个燃料喷射器28被构造成响应于来自控制模块5的信号将一定质量的燃料直接喷入燃烧室16中时一个内。从燃料分配系统向燃料喷射器28供给加压的燃料。
发动机10包括火花点火系统，通过该系统将火花能量提供给火花塞26以便响应来自控制模块5的信号(IGN)点燃或者帮助点燃每个燃烧室16中的汽缸允量。
发动机10装备有各种传感装置用于监测发动机的操作，这些传感装置包括：具有输出的RPM信号并且可操作以监测曲轴旋转位置(也就是曲柄角度)和速度的曲柄传感器42；在一个实施例中被构造成监测燃烧的燃烧传感器30；以及，被构造成监测排气的排气传感器40，通常为空气/燃料比传感器。燃烧传感器30包括可操作以监测燃烧参数状态的传感器装置，并且燃烧传感器30被描述成可操作以监测缸内燃烧压力的汽缸压力传感器。燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出信号被控制模块5监测，控制模块5确定燃烧定相，也就是对于每个燃烧循环以及每个汽缸15来说燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的正时。燃烧传感器30还能被控制模块5监测，从而为每个燃烧循环和每个汽缸15确定平均有效压力(IMEP)。优选地，发动机10和控制模块5被机械化，以便在每个汽缸点火事件期间为每个发动机汽缸15监测和确定IMEP的状态。替代性地，在本发明范围内，可以使用其他传感系统来监测其他燃烧参数的状态，例如，离子-感测点火系统和非侵入式汽缸压力传感器。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指下列中的任何适当的一个或下列中的各种组合：一个或多个专用集成电路(ASIC)，一个或多个电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的一个或多个中央处理单元(优选为一个或多个微处理器)以及相关的内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)，一个或多个组合逻辑电路，一个或多个输入/输出电路和装置，适当的信号调节和缓冲电路，以及其他能提供所述功能的合适部件。控制模块5具有一组控制算法，包括存储在内存中并且被执行以提供所需的功能的常驻软件程序指令和校准。优选在预设的循环周期内执行算法。可以通过例如中央处理单元来执行算法，并且该算法可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。可以定期的间隔(例如，在运行的发动机和车辆操作期间以每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒)来执行该循环周期。替代性地，可响应事件的发生来执行算法。
操作中，控制模块5监测来自前述传感器的输入，从而确定发动机参数的状态。控制模块5被构造成接收来自操作者的输入信号(例如，通过加速器踏板和刹车踏板)，从而确定转矩需求(To_req)。要认识到的是，转矩需求能够响应操作者的输入(例如，通过加速器踏板和刹车踏板)，或者转矩需求也能响应于由控制模块5监测的自动起动条件。控制模块5对指示了发动机速度和进气温度、冷却剂温度和其他环境条件的传感器进行监测。
控制模块5执行存储在其内的算法代码以控制前述的致动器从而形成汽缸充量，这包括控制节气门位置、火花点火正时、燃料喷射质量和正时、控制EGR阀位置以便控制再循环排气的流量，以及如此配置的发动机上的进气门和/或排气门的正时和定相。在一个实施例中，阀的正时和定相可以包括NVO和排气门再打开(在排气再充气策略中)升程。控制模块5能够操作以在行进车辆的操作期间起动或关停发动机10，并且能够操作以便选择性地通过燃料、火花、以及阀停用的控制来选择性停用燃烧室15的一部分或进气门20和排气门18的一部分。控制模块5能基于来自排气传感器40的反馈来控制空气/燃料比。
在发动机操作期间，在受控自动点火(HCCI)燃烧模式(例如，单喷射和双喷射的受控自动点火(HCCI)模式)中节气门34优选基本完全打开，其中发动机10被控制在稀的空气/燃料比。基本完全打开的节气门可以包括完全不节流或是略微节流的操作，以在进气歧管29内形成真空从而实现EGR流。在一个实施例中，汽缸内的EGR质量被控制到较高的稀释率。进气门20和排气门18位于低升程阀门位置中，并且进气升程正时和排气升程正时都以NVO操作。在压缩阶段中并且在包括至少一个燃料喷射事件的发动机循环期间，能够执行一个或多个燃料喷射事件。
在发动机以均质火花点火(SI-H)燃烧模式操作期间，控制节流阀34以调节气流。发动机10被控制至化学当量空气/燃料比，进气门20和排气门18都位于高升程的阀门开启位置中，且进气升程正时和排气升程正时采用正的阀门重叠进行操作。优选地，在发动机循环的压缩阶段期间执行燃料喷射事件，并且优选基本在TDC之前执行。当汽缸内的空气充量基本上均匀时，优选在燃料喷射之后的预定时刻执行火花点火。
分层充气火花点火燃烧模式包括以基本稀的化学当量来进行操作。燃料喷射正时优选在时间上接近火花点火正时，以便防止空气/燃料混合物由均质化变为均匀分散的混合物。在火花点火的时刻，喷射的燃料质量被喷入燃烧室15内，其中富燃层围绕在火花塞周围，而更外和更远处则是较稀的空气/燃料比的区域。可以在火花事件开始的时候或者恰恰在火花事件之前结束第一燃料喷射事件。
在行进车辆的操作期间，控制模块5在燃料切断事件后引发发动机的重新着火。瞬时发动机转矩包括在引发发动机重新着火和达到转矩需求之间所生成的发动机转矩。
在燃料切断事件之后，每个汽缸的重新着火事件包括：在火花塞放电时刻之前以及同时将重新着火燃料质量喷射在火花塞附近，以便引发用于每个汽缸的重新着火事件的火焰传播，从而达到稳定可靠的燃烧。重新着火燃料质量包括这样的燃料质量：在一个发动机循环期间，这样的燃料质量在各汽缸内燃烧时足以提供在后续紧接的发动机循环期间适于各汽缸内受控自动点火的余热。另外，重新着火燃料质量被选定成使得：在每一个发动机循环期间，当该重新着火燃料质量在各汽缸内燃烧时该燃料质量足够小，以便将由火焰传播所引发的NOX排放水平维持在期望的排放水平。当在燃料切断事件之后引发了发动机的重新着火时，规定数量的汽缸中的每一个在每个发动机循环期间均利用重新着火燃料质量被着火，其中每个接连的发动机循环都沿循了实现瞬时转矩的第一燃料斜坡变化斜率，直到每个汽缸都着火时为止。要理解的是，重新着火燃料质量是预定的固定燃料质量，并且一旦每一个汽缸都利用了重新着火燃料质量着火，则用于每个汽缸的总的每循环燃料质量可以增加，以便实现零转矩发动机输出。因此，重新着火燃料质量被利用，直到每个汽缸都已经历了至少一次燃烧事件时为止，之后可以以每汽缸燃料质量而不是重新着火燃料质量来实现汽缸内的后续燃烧。在实现零转矩发动机输出的第一燃料斜坡变化斜率之后，所有的汽缸都沿循第二燃料斜坡变化斜率来着火，直到达到转矩需求时为止。
以受控自动点火(也就是HCCI)模式操作的发动机需要余热来用于进行燃烧。应当认识到，在燃料切断事件之后，可能不能获得足够的余热以便用于进行稳定可靠的受控自动点火(HCCI)。由于与受控自动点火相关联的基本完全开启的节气门和低的燃料供给速率，所以在SI模式下可能难以使发动机重新着火。因此，当发动机的重新着火被引发时，可以在燃料切断事件之后的每个汽缸的第一次着火期间利用双燃料喷射事件。同样地，也可以在各汽缸的第一次着火之后再额外利用双燃料喷射事件以便使每个汽缸着火，直到所有汽缸都已经被着火至少一次时为止。双燃料喷射包括使用双喷射将重新着火燃料质量(也就是固定的燃料质量)输送到各汽缸，其中该双喷射包括在压缩冲程的初期对重新着火燃料质量的第一部分进行的第一次喷射，以及在压缩冲程中的上止点附近对重新着火燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射。在第二次喷射之后，重新着火燃料质量的剩余少量部分被火花点燃从而引发火焰传播。要理解的是，重新着火燃料质量的大部分和其剩余的少量部分可以包括从大约2∶1到大约5∶1的燃料质量比。在每个汽缸的第一次着火之后，可能会存在足以适于在各汽缸内进行受控自动点火的余热，其中可以将在压缩冲程初期把重新着火燃料质量输送至各汽缸的单燃料喷射事件用于自动点燃的重新着火燃料质量。
图2用曲线示出了在位于点1和点2之间的燃料切断事件(FCO)期间和其后发动机输出转矩随时间的变化情况，其中发动机的重新着火在点A处被引发。在点A处引发发动机的重新着火可以响应于输入到加速器踏板的操作者转矩需求而发生。替代性地，引发发动机的重新着火也可以响应于来自控制系统且独立于任何操作者转矩需求的自动起动指令而发生。不管怎样，发动机都响应转矩需求来生成转矩。在FCO期间，发动机转矩为负的，表明在动力传动系上存在净拖拽(net drag)。在A点引发重新着火后，发动机转矩在点2和3之间响应于一个或多汽缸的重新着火而增大。
与燃料切断事件之后引发发动机的重新着火相关的瞬时发动机转矩操作包括利用前述的两种燃料斜坡变化斜率之一来为发动机10供给燃料。该两种燃料斜坡变化斜率包括：第一燃料斜坡变化斜率，其在点3和4之间用虚线B表示，用来达到零转矩的发动机输出(零转矩燃料斜坡变化斜率)；第二燃料斜坡变化斜率，其在点4和5之间，在燃料斜坡变化斜率B后，由虚线C表示(重新着火之后的燃料斜坡变化斜率)，以便用来在点5处达到转矩需求。第一燃料斜坡变化斜率B和第二燃料斜坡变化斜率C分别为发动机具体校准参数，这些参数与车辆驾驶性能状态相关联。要理解的是，下面详述的加入了第一燃料斜坡变化斜率B和第二燃料斜坡变化斜率C的实施例使用了四缸发动机(其中，第一燃料斜坡变化斜率B和第二燃料斜坡变化斜率C都与在位于点1和点2之间的燃料切断事件后在点A处引发发动机的重新着火相关)，然而，在此详述的这些方法和设备也能等同地应用于其他发动机构造。
图3分别示出了在瞬时发动机转矩操作期间用于示例性2.2L四缸四冲程HCCI发动机的示例性第一燃料斜坡变化斜率B和第二燃料斜坡变化斜率C，所述瞬时发动机转矩操作与燃料切断事件后在点A处引发的发动机重新着火相关。线Z描绘了用于第一燃料斜坡变化斜率B的第一种情况，该第一种情况用于引发发动机重新着火，并随后在六个发动机循环内达到与零转矩发动机输出相关的总的发动机燃料质量。在一个实施例中，如图所示，与引发发动机重新着火相关的重新着火燃料质量包括每发动机循环24毫克燃料或每汽缸事件6毫克燃料。类似地，与零转矩发动机输出相关的总的发动机燃料包括每发动机循环36毫克燃料或每汽缸事件9毫克燃料。第一斜坡变化斜率B既包括为发动机供给燃料以引发发动机的重新着火，又包括为发动机供给燃料以达到零转矩发动机输出。发动机操作包括：在第一发动机循环期间使得四个汽缸中的一个重新着火并且使用每发动机循环6毫克燃料；在第二发动机循环期间使得四个汽缸中的两个着火并且使用每发动机循环12毫克燃料(也就是，每汽缸事件6毫克燃料)；在第三发动机循环期间使四个汽缸中的三个着火并且使用每发动机循环18毫克燃料(也就是，每汽缸事件6毫克燃料)；以及，在第四发动机循环期间使得四个汽缸中的全部四个汽缸着火并且使用每发动机循环24毫克燃料(也就是，每汽缸事件6毫克燃料)。要认识到的是，每汽缸事件使用的重新着火燃料质量保持不变，直到每个汽缸都被着火。因此，发动机的重新着火包括在每个接连的发动机循环期间燃烧被专门以重新着火燃料质量喷射在这些汽缸中被选定的汽缸内的燃料，使得在每个后续的发动机循环期间所燃烧的净燃料是根据第一燃料斜坡变化斜率B来增加。一旦每个汽缸都已经被着火至少一次，则每发动机循环和每汽缸事件的燃料都增加，直到达到零转矩燃料质量时为止，在一个实施例中，对于示例性的四缸发动机而言该零转矩燃料质量包括每发动机循环36毫克燃料或每汽缸事件9毫克燃料。当达到了零转矩燃料质量时，在全部汽缸都着火的情况下来实施第二燃料斜坡变化斜率C，以达到转矩需求(To_req)和相关的燃料需求，包括每发动机循环52毫克燃料或每汽缸事件13毫克燃料。要认识到的是，相关的燃料需求对应于与达到转矩需求相关的总的发动机燃料质量。要理解的是，总的发动机燃料质量和单缸发动机燃料质量以及发动机循环次数都是说明性质的，而不是将其限定为在此公开的示例性2.2L四缸四冲程HCCI发动机。因而，总的发动机燃料质量和单缸发动机燃料质量以及发动机循环次数都可以根据其他发动机构造来进行调整。
线Y描绘了第一燃料斜坡变化斜率B的第二种情况，该第二种情况包括：引发发动机的重新着火并随后在四个发动机循环内达到与零转矩发动机输出相关的总发动机燃料质量。在一个实施例中，如图所示，与引发发动机重新着火相关的重新着火燃料质量包括每发动机循环24毫克燃料或每汽缸事件6毫克燃料。类似地，与零转矩发动机输出相关的总的发动机燃料质量包括每发动机循环36毫克燃料或每汽缸事件9毫克燃料。这包括：在第一发动机循环期间使四个汽缸中的两个着火并且使用每发动机循环12毫克燃料(每汽缸事件6毫克燃料)；在第二发动机循环期间使四个汽缸中的三个着火并且使用每发动机循环18毫克燃料(每汽缸事件6毫克燃料)；在第三发动机循环期间使四个汽缸中的全部四个汽缸着火并且使用每发动机循环24毫克燃料(每汽缸事件6毫克燃料)。要认识到的是，每汽缸事件的重新着火燃料质量保持不变，直到每个汽缸都着火时为止。因此，使发动机重新着火包括：在每个接连的发动机循环期间燃烧专门以重新着火燃料质量喷射在这些汽缸中选定的汽缸内的燃料，使得在每个接连的发动机循环期间所燃烧的净燃料是根据第一燃料斜坡变化斜率B来增加。在第四发动机循环中，在每个汽缸都着火后，喷入到已着火的四个汽缸的各汽缸中的燃料质量被增加成使用每发动机循环36毫克燃料(每汽缸事件9毫克燃料)。当达到了与零发动机转矩输出相关的总的发动机燃料质量时，在所有汽缸都着火的情况下来实施第二燃料斜坡变化斜率C，以达到转矩需求(To_req)和相关的燃料需求，包括每发动机循环52毫克燃料或每汽缸事件13毫克燃料。相关的燃料需求对应于与达到转矩需求相关联的总的发动机燃料质量。要理解的是，总的发动机燃料质量和单缸发动机燃料质量以及发动机循环次数都仅是说明性质的，而不是将其限定为在此公开的示例性2.2L四缸四冲程HCCI发动机。因此，总的发动机燃料质量和单缸发动机燃料质量以及发动机循环次数都可以根据其他发动机构造来进行调整。
线X描绘了第一燃料斜坡变化斜率B的第三种情况，该第三种情况包括：在各汽缸中引发重新着火，并随后在两个发动机循环内达到与零转矩发动机输出相关的总的发动机燃料质量。在一个实施例中，如图所示，与引发发动机重新着火相关的重新着火燃料质量包括每发动机循环24毫克燃料或每汽缸事件6毫克燃料。类似地，与零发动机转矩输出相关的总的发动机燃料质量包括每发动机循环36毫克燃料或每汽缸事件9毫克燃料。这包括：在第一发动机循环期间使四个汽缸中的三个着火并且使用每发动机循环18毫克燃料(每汽缸事件6毫克燃料)；在第二发动机循环期间使得四个汽缸中的全部四个汽缸都着火并且使用每发动机循环24毫克燃料(每汽缸事件6毫克燃料)。要认识到的是，每汽缸事件的重新着火燃料质量保持不变，直到每个汽缸都着火时为止。在第三发动机循环中，在每个汽缸都着火以后，在所有汽缸都着火的情况下使每发动机循环的燃料增加，以达到转矩需求(To_req)和相关的燃料需求，包括每发动机循环52毫克燃料或每汽缸事件13毫克燃料，而同时沿循第二燃料斜坡变化斜率3维持瞬时转矩。如线X所示，第一燃料斜坡变化斜率B基本与第二燃料斜坡变化斜率C具有相同的斜率，其中，四个汽缸中的三个汽缸在第一发动机循环期间被着火以保持所需的瞬时转矩并沿循第一燃料斜坡变化斜率B。相关的燃料需求对应于与达到转矩需求相关的总的发动机燃料质量。要理解的是，总的发动机燃料质量和单缸发动机燃料质量以及发动机循环次数都仅是说明性质的，而不是将其限定为在此公开的示例性2.2L四缸四冲程HCCI发动机。因此，总的发动机燃料质量和单缸发动机燃料质量以及发动机循环次数都可以根据其他发动机结构来进行调整。
如线X、Y和Z描绘的那样，第一燃料斜坡变化斜率B的斜率能根据发动机达到期望转矩需求所需要的快慢来进行改变。例如，响应于操作者输给加速器踏板的表明了操作者需要快速加速的转矩需求，可选择在线X中所描绘的第一燃料斜坡变化斜率B。然而，响应于来自控制系统且独立于任何操作者转矩需求的自动启动指令，可选择在线Z中所描绘的第一燃料斜坡变化斜率B，其具有比线X中所描绘的第一燃料斜坡变化斜率B更小的斜率。
图4示出了示例性的HCCI发动机进行如上所述进行操作时的实验数据，其包括在瞬时发动机转矩操作期间作为发动机循环的函数的发动机转矩输出(平均有效压力(千帕))，所述瞬时发动机转矩操作与燃料切断事件后的引发发动机重新着火相关联，并且与和零发动机转矩输出相关的总的发动机燃料质量(每发动机循环36毫克燃料或每汽缸事件9毫克燃料)以及达到转矩需求所需要的总的发动机燃料质量(每发动机循环64毫克燃料或每汽缸事件16毫克燃料)相关联。
本发明已经描述了某些优选实施例和对其进行的改变。本领域技术人员在阅读和理解说明书的基础上可以获得更多的改进和变化。因此，本发明不局限于作为能实现本发明的最优模式所公开的特定实施例，而是包括了落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.用于控制多缸火花点火直喷式内燃发动机的方法，包括：
在给所有汽缸的燃料都被切断的燃料切断事件之后，使所述发动机重新着火包括：在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次时为止，随后各独立汽缸的后续着火不再被限制于所述预定的固定燃料质量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次，包括：在任意给定的发动机循环中使少于所有汽缸的汽缸着火。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在重新着火发动机循环期间专门以预定的固定燃料质量来选择性地使各独立汽缸着火，直到所有汽缸都已经着火至少一次，包括：在第一个完整的重新着火发动机循环中使少于所有汽缸的汽缸着火，以及在后续的完整的重新着火发动机循环中使越来越多数量的汽缸着火。
4.如权利要求1所述的方法，其中，使用双喷射将所述预定的固定燃料质量输送给各个汽缸，所述双喷射包括：在压缩冲程初期对所述固定燃料质量的大部分进行的第一次喷射，以及在所述压缩冲程的上止点附近对所述固定燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述固定燃料质量的大部分和所述固定燃料质量的剩余少量部分包括从大约2∶1到大约5∶1的燃料质量比。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在所述燃料切断事件后每个汽缸的第一次着火包括：
使用双喷射将所述固定燃料质量输送给所述各个汽缸，所述双喷射包括：在压缩冲程初期对所述固定燃料质量的第一部分进行的第一次喷射，以及在所述压缩冲程的上止点附近对所述固定燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射；以及
在所述第二次喷射之后火花点燃所述固定燃料质量的剩余少量部分。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在所述各汽缸的所述第一次着火之后并且直到所有汽缸都已经着火至少一次时，每个汽缸的着火包括：
使用双喷射将所述固定燃料质量输送给所述各个汽缸，所述双喷射包括：在压缩冲程初期对所述固定燃料质量的第一部分进行的第一次喷射，以及在所述压缩冲程的上止点附近对所述固定燃料质量的剩余少量部分进行的第二次喷射；以及
在所述第二次喷射之后火花点燃所述固定燃料质量的剩余少量部分。
8.如权利要求6所述的方法，其中，在所述各汽缸的所述第一次着火之后并且直到所有汽缸都已经着火至少一次时，每个汽缸的着火包括：
使用在压缩冲程初期对所述固定燃料质量进行的单喷射将所述固定燃料质量输送给所述各个汽缸；以及
自动点燃所述固定燃料质量。
9.用于控制多缸火花点火直喷式内燃发动机的方法，包括：
确定每缸的重新着火燃料质量；
提供期望的燃料斜坡变化，所述燃料斜坡变化包括在接连的发动机循环中越来越多的每循环燃料质量；以及
在给所有汽缸的燃料都被切断的燃料切断事件之后，使所述发动机重新着火包括：在每个后续的发动机循环期间燃烧专门以所述每缸的重新着火燃料质量喷射到所述汽缸中被选定的汽缸内的燃料，使得在每个接连的发动机循环期间所燃烧的净燃料根据所述期望的燃料斜坡变化来增加。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述每缸的重新着火燃料质量包括这样的燃料质量，即：在一个发动机循环期间，所述每缸的重新着火燃料质量在各汽缸内燃烧时足以提供在后续紧接的发动机循环期间适于所述各汽缸内的受控自动点火的余热。
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