CN101946074B - 用于在低负载下控制火花点火直接喷射式内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

在低负载下通过分离燃料喷射和火花放电来控制火花点火直接喷射式内燃机，所述燃料喷射和火花放电包括在负气门重叠时段期间的一次喷射和火花放电以及在发动机循环压缩阶段期间的另一次喷射和火花放电。

Description

用于在低负载下控制火花点火直接喷射式内燃机的方法
技术领域
本公开涉及均质压燃(HCCI)发动机的运行和控制。
背景技术
本部分内容仅仅是提供与本公开有关的背景技术信息而并不一定构成现有技术。
已知的火花点火式(SI)发动机将空气/燃料混合物引入每一个气缸，空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并通过火花塞点燃。已知的压缩点火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气缸内，加压燃料在喷射后点燃。用于汽油发动机和柴油发动机的燃烧都涉及由流体力学控制的预混合或扩散火焰。
SI发动机能够在多种不同的燃烧模式下运行，包括均质SI燃烧模式和分层SI燃烧模式。SI发动机能够被设置用于在均质压燃的燃烧模式下运行，也被称作在预定转速/负载运行条件下的受控自动点火燃烧。受控自动点火燃烧包括由氧化反应控制的分布式、无火焰的自动点火燃烧过程。在受控自动点火燃烧模式下运行的发动机具有在组分、温度以及进气门关闭时的残留废气等方面优选为均质的气缸进气。受控自动点火燃烧是一种分布式的动态受控燃烧过程，其中发动机用稀薄的空气/燃料混合物也就是稀燃的空气/燃料化学计量点运行，具有相对低的峰值燃烧温度，导致低NOX排放量。均质的空气/燃料混合物使得形成了烟雾和颗粒排放物的富集区域的出现最小化。
受拉自动点火模式在很大程度上依赖于例如气缸进气组分、温度和进气门关闭时的压力等因素。因此，对发动机的控制输入必须被仔细调整以确保自动点火燃烧。受控自动点火燃烧策略可以包括使用排气再压缩气门策略。排气再压缩气门策略包括通过调节气门关闭正时截留来自前一发动机循环的残留热气来控制气缸进气温度。在排气再压缩策略中，排气门在上止点(TDC)之前关闭而进气门在TDC之后打开以形成负气门重叠(NVO)时段，在该时段中排气门和进气门均被关闭，由此截留废气。进气门和排气门的开启正时优选地相对于TDC进气对称。气缸进气组分和温度都会在很大程度上受到排气门关闭正时的影响。具体地，排气门关闭越早，留下的用于新鲜空气进气量的空间越小，能够保留的来自前一循环的残留热气就越多，由此增加气缸进气温度并降低气缸氧气浓度。在排气再压缩策略中，排气门关闭正时和进气门开启正时通过NVO时段进行测量。
除了气门控制策略以外，还必须有合适的用于燃烧的燃料喷射策略。在低燃料供给速率下(例如在示范性的0.55L燃烧室容量中1000rpm的转速下＜7mg/循环)，即使是用最大允许NVO，气缸进气可能是热得不足以用于受控自动点火燃烧，结果导致部分燃烧或失火。
已知在NVO的再压缩部分期间活塞接近TDC进气时可以通过预喷射少量燃料来增加气缸进气温度。由于再压缩部分期间的高压和高温，因此一部分预喷射的燃料会重整并释放热能，将气缸进气温度增加到足以用于完成由随后的主燃料喷射造成的燃烧进气的受控自动点火燃烧。这样的燃料重整数量基于预喷射量和正时，通常是预喷射正时越早和预喷射燃料量越大，燃料重整就会增加。
但是，用于增加受控自动点火可运行范围的燃料重整过量可能会增加燃烧的不稳定性并由此降低燃料效率。所以，扩展受控自动点火燃烧的运行范围而不会导致燃烧的不稳定性并因此提高燃料效率将会是有利的。
发明内容
一种用于控制火花点火直接喷射式发动机的方法，被设置为在低负载下控制进气门和排气门，该方法包括监测发动机运行状态和操作人员的输入并控制进气门和排气门以实现负气门重叠时段。确定用于发动机循环中的第一次、第二次和第三次燃料喷射事件所需的燃料喷射量，然后在负气门重叠时段的再压缩阶段期间执行第一次燃料喷射事件并进行第一次火花放电。在发动机循环的进气阶段期间选择性地执行第二次燃料喷射事件。在发动机循环的压缩阶段期间执行第三次燃料喷射事件并进行第二次火花放电。
附图简要说明
现参照附图介绍作为示例的一个或多个实施例，在附图中：
图1是根据本公开的示范性发动机系统的示意图；
图2是根据本公开的气缸进气控制方案的控制流程图；
图3根据本公开图形化地示出了用于气缸进气策略的示范性的转速和负载运行区域；
图4根据本公开图形化地示出了发动机循环期间的怠速和低负载燃料气缸进气策略；
图5是根据本公开用于怠速和低负载燃料气缸进气策略的控制流程图；
图6根据本公开图形化地示出了用于第一次燃料喷射事件的示范性NOX排放量曲线；
图7根据本公开图形化地示出了示范性燃烧稳定性曲线；
图8根据本公开图形化地示出了用于第三次燃料喷射事件的相对于燃料喷射正时的燃烧不稳定性；
图9根据本公开图形化地示出了用于第一次燃料喷射事件的燃烧的燃料量作为燃料喷射正时的函数；
图10根据本公开图形化地示出了用于第二次燃料喷射事件的净燃料消耗率作为燃料喷射正时的函数；
图11是根据本公开的可选燃料喷射控制方案的控制流程图。
具体实施方式
现参照附图，其中所示内容仅仅是为了图解某些示范性实施例而并不是为了限制本发明。图1示意性地示出了根据本公开的实施例构建的内燃机10以及相关的控制模块5。发动机10可以在多种燃烧模式中选择性地运行，包括受控自动点火燃烧模式、均质火花点火燃烧模式和分层火花点火燃烧模式。发动机10以某种化学计量的空气/燃料比和某种化学计量主要为稀燃的空气/燃料比选择性地运行。本公开可以被应用于各种内燃机系统和燃烧循环。
在一个实施例中，发动机10可以被连接至变速箱设备(未示出)以将牵引力传输至机动车辆的动力传动系(未示出)。变速箱可以包括混合动力变速箱，包含可操作用于将牵引力传输至动力传动系的转矩机械。
示范性的发动机10由多气缸直接喷射式四冲程内燃机构成，具有可以在气缸15内滑行移动的往复式活塞14，气缸15界定出可变容量的燃烧室16。每一个活塞14都被连接至旋转的曲轴12，通过曲轴12将线性的往复动作转化为旋转动作。进气系统为进气歧管29提供进气，进气歧管29引导空气并将空气分配到燃烧室16的进气流道内。进气系统包括气流管路以及用于监测和控制气流的设备。进气设备优选地包括用于监测气流量和进气温度的气流量传感器32。节气门34优选地包括被用于响应来自控制模块5的控制信号(ETC)来控制送往发动机10的气流的电控设备。进气歧管29内的压力传感器36被设置用于监测歧管的绝对压力和大气压。外部流道将来自发动机排气的废气再循环至进气歧管29，具有被称作废气再循环(EGR)阀38的流量控制阀。控制模块5可操作用于通过控制EGR阀38的开度来控制送往进气歧管29的废气质量流量。燃烧室16被通过排气门18流体连通至排气歧管39。
从进气歧管29进入每一个燃烧室16内的空气流动由一个或多个进气门20控制。从燃烧室16到排气歧管39的燃烧气体的流动由一个或多个排气门18控制。优选地用双凸轮轴(如图所示)来控制进气门20和排气门18的打开和关闭，它们的旋转被与曲轴12的旋转相关联和加以索引。在一个实施例中，发动机10被装有用于控制进气门和排气门的气门升程的设备，被称作可变气门升程控制(VLC)设备。在一个实施例中，VLC设备可操作用于将气门升程或开度控制为两种不同级别中的一种。两种不同的级别包括用于低速、低负载发动机运行的低升程气门开度(大约为4-6mm)，以及用于高速、高负载发动机运行的高升程气门开度(大约为8-10mm)。发动机10被进一步装有用于控制进气门20和排气门18打开和关闭的相位(也就是相对正时)的设备，被称作可变凸轮相位(VCP)设备以控制相位，超过该相位以后就通过两级式VLC升程来影响进气门20和排气门18的打开和关闭。在一个实施例中，设有VCP/VLC系统22用于发动机的进气门20，还设有VCP/VLC系统24用于发动机的排气门18。VCP/VLC系统22和24由控制模块5控制，并通过凸轮轴旋转位置传感器给控制模块5提供反馈信号用于进气凸轮轴(未示出)和排气凸轮轴(未示出)。进气VCP/VLC系统22和排气VCP/VLC系统24具有有限的有效范围，在该范围内能够调节和控制进气门20和排气门18的打开和关闭。VCP系统可以具有大约为60°-90°凸轮轴转角的相位有效范围，由此允许控制模块5来提前或延迟进气门20和排气门18之一或两者的打开和关闭。相位的有效范围由VCP和致动VCP的控制系统的硬件来确定和限制。进气VCP/VLC系统22和排气VCP/VLC系统24可以利用由控制模块5控制的电动-液压、液压和电气控制作用力之一来致动。控制模块5可以调节进气VCP/VLC系统22和排气VCP/VLC系统24以实现NVO。
发动机10包括燃料喷射系统，包含多个高压燃料喷射器28，每一个都被设置用于响应来自控制模块5的信号而将一定的燃料量直接喷射到其中一个燃烧室16内。从燃料分配系统(未示出)给燃料喷射器28提供加压燃料。
发动机10包括火花点火系统(未示出)，通过该系统即可响应于来自控制模块5的信号(IGN)而将火花能量提供给火花塞26用于点燃或者帮助点燃每一个燃烧室16内的气缸进气。
发动机10被装有各种测量设备用于监测发动机的运行情况，包括具有输出(PRM)并且可操作用于监测曲轴旋转位置也就是曲柄角度和转速的曲柄传感器42，在一个实施例中，还有被设置用于监测燃烧情况的燃烧传感器30和被设置用于监测废气的废气传感器40，通常是空燃比传感器。燃烧传感器30包括可操作用于监测燃烧参数状态的传感器设备并且被图示为可操作用于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的输出由控制模块5监测以确定燃烧相位，也就是用于每一个气缸15的每一个燃烧循环的燃烧压力相对于曲轴12的曲柄转角的正时。燃烧传感器30也可以由控制模块5监测以确定用于每一个气缸15的每一个燃烧循环的平均有效压力(IMEP)。优选地，发动机10和控制模块5被构造用于在每一次气缸点火事件期间监测并确定用于每一个发动机气缸15的IMEP状态。可选地，其他的测量设备也可以被用于监测其他的落在本公开保护范围内的燃烧参数状态，例如离子检测点火系统和非插入式气缸压力传感器。
控制模块5优选地是通用数字计算机，包括微处理器或中央处理单元、由包括只读存储器和可电子编程只读存储器的非易失性存储器和随机存取存储器构成的存储介质、高速时钟、模数转换和数模转换电路以及输入/输出电路和设备，还有适当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中并被执行以提供每一种计算机各自功能的常驻程序指令和校准表。算法优选地在预设的循环期间执行。算法由中央处理单元执行并可操作用于监测来自上述测量设备的输入以及执行控制和诊断程序以利用预设的校准表来控制致动器的操作。循环可以用固定的时间间隔执行，例如在发动机和机动车辆正在运行期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行一次。可选地，算法可以响应于事件的发生而被执行。
在运行中，控制模块5监测来自上述传感器的输入以确定发动机参数状态。控制模块5被设置用于接收来自操作人员的输入信号(例如油门踏板位置和刹车踏板位置)以确定操作人员的转矩请求，还被设置用于接收来自传感器的指示发动机转速和进气温度以及冷却剂温度和其他环境条件的输入信号。
控制模块5执行存储在其中的算法代码以控制上述致动器形成气缸进气，包括控制有相应装备的发动机上的油门位置、火花点火正时、燃料喷射量和正时、用于控制再循环废气流量的EGF阀位置以及进气门和/或排气门正时和相位。在一个实施例中，气门正时和相位可以包括排气门重新打开的NVO和升程(在排气再吸入策略中)。控制模块5可操作用于在机动车辆正在运行期间打开和关闭发动机，并且可操作用于通过控制燃料和火花以及使气门无效来选择性地使一部分燃烧室或者一部分气门无效。控制模块5可以根据来自传感器40的反馈来控制空燃比。
图2是参照图1介绍的用于操作发动机10的燃料喷射控制方案200的流程图。控制方案200优选地被作为控制模块5中的一种或多种算法执行。控制方案200包括监测发动机运行状态和操作人员输入，发动机运行状态包括发动机转速、进气温度、进气量和气缸压力，操作人员输入包括操作人员的转矩请求(202)。根据操作人员的转矩请求、进气量和寄生负载例如HVAC、电池充电情况和电负载来确定发动机负载(203)。通过曲柄传感器42来监测发动机转速。通过气流质量传感器32来监测进气温度和进气量。通过燃烧传感器30来监测气缸压力。
根据包括发动机转速和负载在内的发动机参数状态来从多种燃烧模式中选择一种用于发动机10的燃料供给和控制。对应于选中的燃烧模式选择第一、第二和第三气缸进气策略中的一种(205)。控制模块5对应于选中的气缸进气策略来控制燃料喷射(206)、火花放电(207)以及进气VCP/VLC系统22和排气VCP/VLC系统24(208)。
图3参照图2图形化地示出了用于多种燃烧模式及对应气缸进气策略的由转速和负载运行范围确定的示范性运行区域。由发动机转速(RPM)和负载(LOAD)构成的发动机参数是根据发动机运行参数例如发动机燃料流量、歧管压力或空气质量流量得出的。用于每一种气缸进气策略的优选转速和负载运行区域以包括例如燃烧稳定性、燃料消耗量、排放量、发动机转矩输出在内的发动机运行参数为基础，并被确定用于具体的硬件应用。界定优选转速和负载运行区域以描述气缸进气策略的边界是预先确定的，并且可以在试制发动机的校准和研发期间加以确定并在控制模块5中执行。
在运行中，当发动机10处于和区域I相对应的转速/负载运行区域内时，选择第一气缸进气策略用于发动机10的燃料供给和控制(I)。当发动机10处于和区域II相对应的转速/负载运行区域内时，选择第二气缸进气策略用于发动机10的燃料供给和控制(II)。当发动机10处于和图3中的区域III相对应的转速/负载运行区域内时，选择第三气缸进气策略用于发动机10的燃料供给和控制(III)。第三气缸进气策略包括怠速和低负载的气缸进气策略。区域III涵盖了发动机怠速和低发动机负荷的情况。在进气温度低于某个阈值时，即可选择怠速和低负荷的气缸进气策略。
发动机10能够在第一、第二和第三气缸进气策略之间转换以实现与燃料消耗、排放量和发动机稳定性等因素有关并且对应于发动机转速和负载的优选目标。本领域技术人员应该意识到各种气缸进气策略和燃烧模式可以对应于不同的优选转速和负载运行区域。
在一个实施例中，第一气缸进气策略包括以均质火花点火燃烧模式来运行发动机10，均质火花点火燃烧模式由对应于发动机循环中的进气阶段的单次燃料喷射事件构成以实现平均最佳转矩。用于单次燃料喷射事件的燃料释放量对应于操作人员的转矩请求。第一气缸进气策略涵盖了一定的运行区域，在此发动机10主要被用于在高转速和高负载下运行以将牵引转矩传输至动力传动系。
在一个实施例中，第二气缸进气策略包括以单次喷射自动点火燃烧模式来稀燃地运行发动机10。控制方案200优选地在发动机循环的进气阶段期间执行单次燃料喷射事件。用于燃料喷射事件的燃料释放量以操作人员的转矩请求为基础。
图4图形化地示出了在发动机10的四冲程循环期间执行怠速和低负载气缸进气策略。图4示出了用于发动机循环的相对于曲柄角(CrankAng1e)的气门升程(Valve lift)。四冲程发动机循环包括顺序地重复四个阶段：(1)膨胀；(2)排气；(3)进气和(4)压缩。在NVO期间，再压缩阶段在排气门18关闭时开始并在活塞14处于TDC时结束。在活塞14从TDC下落之后，再压缩即被完成并且燃烧室16膨胀。NVO随后在进气门20打开时结束。
图5示出了参照图4介绍的怠速和低负载气缸进气策略(220)。怠速和低负载气缸进气策略包括在每一个发动机循环中稀燃地运行发动机并执行多次燃料喷射事件。第一次燃料喷射事件在再压缩阶段期间执行。第二次燃料喷射事件基本上在进气阶段期间选择性地执行并且可以继续进入到压缩阶段的开始部分，也就是从压缩阶段的起点到压缩阶段的中点。如下文所述，第二次燃料喷射事件可以选择性地发生。第三次燃料喷射事件基本上在压缩阶段的结束部分期间执行，也就是从压缩阶段的中点基本上到活塞的TDC。在第一次和第三次燃料喷射事件之后由火花塞26来执行火花放电事件。本领域技术人员应该意识到执行第一、第二和第三次燃料喷射事件中的每一次都包括通过致动燃料喷射器28来喷射至少一个燃料脉冲。例如，图4示出了用于第二次燃料喷射事件的多个燃料脉冲(2A，2B...2N)。
根据发动机排出的NOX排放量和燃烧稳定性因素来确定用于第一次和第三次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量。在再压缩阶段期间燃烧的燃料量可能与燃烧稳定性例如IMEP的COV相关。在再压缩阶段期间燃烧的燃料量可能与NOX排放量相关。如果再压缩期间被重整的燃料增多，xNOX排放量就会减少，但是，燃烧稳定性会下降(IMEP的COV增加)。相反地，如果第三次燃料喷射事件即压缩阶段期间被燃烧的燃料增多，那么NOX排放量就会增加并且燃烧稳定性会增加(IMEP的COV下降)。
在运行中，根据NOX排放量来确定用于第一次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量，由此使NOX排放量最小化，并根据燃烧稳定性来确定用于第三次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量，由此使燃烧稳定性最大化。NOX排放量和燃烧稳定性数据可以被实验性地确定用于特定的硬件应用以及与第一次和第三次燃料喷射事件燃烧的燃料量有关的变化的发动机运行状态。NOX排放量和燃烧稳定性曲线可以基于针对发动机运行状态范围而实验性确定的数据建立。曲线可以被索引并存储在控制模块5中。NOX排放量和燃烧稳定性曲线随后可以对应于监测到的发动机运行状态而被选择和使用。发动机运行状态包括例如气缸内的热状况、进气温度和气缸压力。
用于第一次燃料喷射事件的预定NOX排放量的最大阈值以及用于第三次燃料喷射事件的预定燃烧不稳定性的最大阈值被存储在控制模块5内。用于第一次燃料喷射事件的NOX最大阈值和用于第三次燃料喷射事件的燃烧不稳定性最大阈值允许在第一次和第三次燃料喷射事件中喷射的燃料量最少，由此使NOX排放量和燃烧不稳定性最小化。
图6图形化地示出了用于第一次燃料喷射事件的示范性NOX排放量曲线。在一个实施例中，NOX排放量曲线被实验性地确定用于特定的硬件应用以及变化的发动机运行状态。NOX排放量曲线优选地被存储在控制模块5的存储器中。根据发动机运行状态来选择预定的NOX排放量曲线。预定的NOX排放量最大阈值被用于确定用于第一次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量。预定的NOX排放量最大阈值被用于确定对应的所需燃烧的燃料量。对应的所需燃烧的燃料量即为第一次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量。
图7图形化地示出了用于第三次燃料喷射事件的示范性燃烧不稳定性曲线。燃烧不稳定性曲线被实验性地确定用于特定的硬件应用以及变化的发动机运行状态。曲线被存储在控制模块5的存储器中。根据发动机运行状态来选择预定的燃烧不稳定性曲线。预定的燃烧不稳定性最大阈值被用于确定用于第三次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量。设置好预定的燃烧不稳定性最大阈值并确定对应的用于第三次燃料喷射事件的所需燃烧的燃料量。本领域技术人员应该意识到燃烧不稳定性就是IMEP的COV的逆函数。
返回参照图5，根据发动机运行状态和操作人员的转矩请求确定用于每一个发动机循环的总燃料量(225)。根据发动机运行状态选择燃烧稳定性和NOX排放量曲线(230)。如上文所述根据预定的NOX排放量最大阈值确定用于第一次喷射事件所需燃烧的燃料量(240)。如上文所述根据预定的燃烧不稳定性最大阈值确定用于第三次喷射事件所需燃烧的燃料量(245)。
在确定了用于第一次和第三次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量之后，确定用于第三次燃料喷射事件(255)和第一次燃料喷射事件(260)所需的燃料量以及相对于曲柄角的燃料喷射和火花点火正时。
图8图形化地示出了发动机的运行结果，将燃烧稳定性(IMEP的Stdv(kPa))示出为用于不同的火花放电正时的燃料喷射正时的函数。图8示出的燃料喷射曲线将用于第三次燃料喷射事件的燃料喷射正时表示为TDC之前的曲柄角度数的函数，因此最后一个燃料脉冲的结束就表示预定喷射的燃料量(EOI3(CA))。用最后一个燃料脉冲结束之后经过的曲柄角来指示火花充电正时。在一个实施例中，用于第三次燃料喷射事件的相对于燃料喷射正时的燃烧稳定性可以实验性地确定用于特定的硬件应用以及变化的发动机运行状态、火花放电正时和喷射的燃料量。用于发动机运行状态范围内的燃料喷射正时和火花放电正时的预定燃烧稳定性曲线可以被存储在控制模块5的存储器中。
在运行时，控制模块5根据用于第三次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量和燃烧稳定性因素来确定用于第三次燃料喷射事件的燃料喷射正时(255)。控制模块5根据所需燃烧的燃料量选择燃料喷射曲线也就是用于和所需燃烧的燃料量相对应的燃料喷射量的燃料喷射曲线。控制模块5利用其余的燃料喷射曲线来确定燃料喷射和火花点火正时。根据曲线和由IMEP的最大标准差指示的燃烧稳定性来确定用于第三次燃料喷射事件的燃料喷射正时和火花放电正时。优选地，在IMEP最大标准差以下选择与IMEP的最低标准差相对应的燃料喷射正时。
在确定了用于第三次燃料喷射事件的燃料喷射和火花放电正时以后(255)，根据选择的曲线以及用于第一次燃料喷射事件所需燃烧的燃料量来确定用于第一次燃料喷射事件(260)的燃料喷射正时。图9图形化地示出了发动机的运行结果，将再压缩期间燃烧的燃料量示出为燃料喷射正时的函数。图9相对于最后的燃料脉冲终止时的曲柄角度数(EOI1(CA))示出了用于第一次燃料喷射事件的燃料喷射正时。再压缩期间燃烧的燃料量和最后的燃料脉冲结束的正时之间的关系根据实验数据加以确定并且确定用于特定的硬件应用和变化的发动机运行状态。用于发动机运行状态范围的关系可以被存储在控制模块5的存储器中并且可以随后根据监测到的发动机运行状态进行选择。确定用于第一次燃料喷射事件的火花放电正时并在第一次燃料喷射事件最后的燃料脉冲结束之后就优选地立刻执行。根据所需燃烧的燃料量和燃料喷射量之间的预定关系来确定用于第一次燃料喷射事件的燃料量。
图10图形化地示出了发动机的运行结果，示出了用于第二次燃料喷射事件的燃料喷射正时(EOI2(CA))和净燃料消耗率(NSFC g/kWh)之间的关系。图10相对于最后的燃料脉冲终止时TDC之前的曲柄角度数示出了用于第二次燃料喷射事件的燃料喷射正时。在一个实施例中，用于变化的发动机运行状态的净燃料消耗率和第二次燃料喷射事件的正时范围之间的关系可以根据实验性数据加以确定并且确定用于特定的硬件应用。该关系可以被存储在控制模块5的存储器内并随后根据监测到的发动机运行状态进行选择。根据选择的用于第二次燃料喷射事件的燃料喷射正时和特定的净燃料消耗率之间的关系来确定第二次燃料喷射事件的正时(265)。特定的净燃料消耗率的最大值处在用于第二次燃料喷射事件的正时范围内。第二次燃料喷射事件的正时即为对应于特定的净燃料消耗率最小值的曲柄角。
根据用于第一次和第三次燃料喷射事件的燃料量来确定用于第二次燃料喷射事件的燃料量。用于第二次燃料喷射事件的燃料量即为总燃料量和用于第一次以及第三次燃料喷射事件的燃料量之差，也就是在从总燃料量中减去用于第一次和第三次燃料喷射事件的燃料量之后剩余的燃料量。
在控制方案200确定了用于第一次、第二次和第三次燃料喷射事件的燃料量和火花点火正时以后，控制方案200就致动进气门20和排气门18以实现预定的NVO(270)。控制模块5根据确定的燃料量和燃料补给正时来致动燃料喷射器28，并根据火花点火正时通过火花塞26来进行火花放电(275)。
图11示出了用于针对第一次、第二次和第三次燃料喷射事件确定燃料量的可选方法(220′)。根据气缸状态和操作人员的转矩请求来确定用于每一个发动机循环的总燃料量(600)。根据用于发动机循环的总燃料量来确定用于第一次、第二次和第三次燃料喷射事件的燃料量。将用于发动机循环的总燃料量除以3。所得结果就是用于第一次、第二次和第三次燃料喷射事件中每一次事件的燃料喷射量。
本公开已经介绍了某些优选实施例及其变形。对于其他人来说，在阅读并理解了说明书之后即可想到更多的变形和修改。因此，应该理解本公开并不局限于希望作为用于实现本公开的最佳模式而公开的一个或多个特定实施例，相反本公开应该包括落在所附权利要求保护范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.用于控制火花点火直接喷射式发动机的方法，被设置为在低负载下控制进气门和排气门，所述方法包括：
监测发动机运行状态和操作人员的输入；
控制进气门和排气门以实现负气门重叠时段；
确定用于发动机循环中的第一次、第二次和第三次燃料喷射事件所需的燃料喷射量；
在负气门重叠时段的再压缩阶段期间执行第一次燃料喷射事件并进行第一次火花放电；
在发动机循环的进气阶段期间选择性地执行第二次燃料喷射事件；以及
在发动机循环的压缩阶段期间执行第三次燃料喷射事件并进行第二次火花放电。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据负气门重叠时段再压缩阶段期间的NOX排放量和燃烧的燃料量之间的预定关系来确定负气门重叠时段再压缩阶段期间所需燃烧的燃料量；以及
根据负气门重叠时段再压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第一次燃料喷射事件所需的燃料喷射量。
3.如权利要求2所述的方法，其中负气门重叠时段再压缩阶段期间所需燃烧的燃料量对应于预定的NOX排放量阈值。
4.如权利要求3所述的方法，进一步包括根据发动机循环再压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第一次燃料喷射事件的正时。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
根据发动机循环压缩阶段期间的燃烧稳定性和燃烧的燃料量之间的预定关系来确定发动机循环压缩阶段期间所需燃烧的燃料量；以及
根据发动机循环压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第三次燃料喷射事件所需的燃料喷射量。
6.如权利要求5所述的方法，其中发动机循环压缩阶段期间所需燃烧的燃料量对应于预定的燃烧稳定性阈值。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括根据发动机循环压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第三次燃料喷射事件的正时。
8.如权利要求6所述的方法，进一步包括根据发动机循环压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第二次火花放电的正时。
9.如权利要求1所述的方法，其中确定用于第二次燃料喷射事件所需的燃料量包括：
确定用于发动机循环的总燃料量；
根据负气门重叠时段再压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第一次燃料喷射事件所需的燃料喷射量；
根据发动机循环压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第三次燃料喷射事件所需的燃料喷射量；以及
将用于第二次燃料喷射事件所需的燃料喷射量确定为用于发动机循环的总燃料量与用于第一次和第三次燃料喷射事件所需的燃料喷射量之和的差。
10.如权利要求1所述的方法，其中发动机运行状态包括发动机转速和负载以及气缸温度和压力。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括根据最小的净燃料消耗率来确定用于第二次燃料喷射事件的正时。
12.用于控制火花点火直接喷射式发动机的方法，被设置为在低负载下控制进气门和排气门，所述方法包括：
监测发动机运行状态和操作人员的输入；
控制进气门和排气门以实现负气门重叠时段；
根据发动机运行状态和操作人员的输入来确定用于发动机循环的总燃料量，所述总燃料量包括相等的第一、第二和第三燃料量；
执行第一次燃料喷射事件包括在负气门重叠时段的再压缩阶段期间喷射所述第一燃料量并进行第一次火花放电；
执行第二次燃料喷射事件包括在发动机循环的进气阶段期间喷射所述第二燃料量；以及
执行第三次燃料喷射事件包括在发动机循环的压缩阶段期间喷射所述第三燃料量并进行第二次火花放电。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
根据燃烧稳定性来确定用于第三次燃料喷射事件的正时。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
根据燃烧稳定性来确定用于第二次火花放电的正时。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
根据负气门重叠时段再压缩阶段期间所需燃烧的燃料量来确定用于第一次燃料喷射事件的正时。
16.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
根据最大的净燃料消耗率来确定用于第二次燃料喷射事件的正时。
17.用于控制包括可控进气门和排气门的火花点火直接喷射式发动机的方法，所述方法包括：
控制进气门和排气门以实现负气门重叠时段；
在负气门重叠时段的再压缩阶段期间执行第一次燃料喷射事件和进行第一次火花放电，并随后在压缩阶段期间执行第二次燃料喷射事件和进行第二次火花放电；以及
其中第一次燃料喷射事件包括第一燃料量，第一燃料量足以实现对应于优选的NOX排放量水平的所需燃烧的燃料量；并且第二次燃料喷射事件包括第二燃料量，第二燃料量足以实现优选的燃烧稳定性水平。
18.如权利要求17所述的方法，其中优选的NOX排放量水平是预定的NOX排放量最大阈值。
19.如权利要求17所述的方法，其中优选的燃烧稳定性水平是最小的燃烧稳定性阈值。
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