CN102140967A - 用于操作直喷火花辅助的压燃式发动机的方法 - Google Patents

用于操作直喷火花辅助的压燃式发动机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于操作直喷火花辅助的压燃式发动机的方法。一种压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作。用于操作发动机的方法包括在压缩冲程期间通过将燃料喷射入各燃烧室来形成燃料/空气充量，其中在燃烧室内的所有燃烧之前完成喷射。该方法还包括：操作发动机以将燃烧室中的燃料/空气充量的温度管理为低于燃料/空气充量的自燃点；和在喷射燃料之后并在燃料/空气充量达到自燃温度之前在燃烧室中提供火花放电。

Description

用于操作直喷火花辅助的压燃式发动机的方法
技术领域
本公开涉及直喷压燃式内燃机。
背景技术
在该部分中的声明仅提供与本发明相关的背景信息，并且不一定构成现有技术。
内燃机可包括火花点火式发动机和压燃式发动机。已知的火花点火式发动机通过将空气和燃料的混合物引入发动机的燃烧室来操作。活塞压缩该混合物，并在预定的曲轴角处，火花塞点燃燃料和空气的混合物，以产生传播通过燃烧室的火焰前锋。来自燃烧燃料的热的快速增长触发向下推动活塞的压力的增长。火花塞的使用允许精确定时的燃烧事件。保持发动机的压缩比相对低，以避免火花爆震。当燃料和空气的混合物在火花点火之前自燃时发生火花爆震，并且火花爆震可造成发动机损坏。因此，火花点火发动机设计成具有在8：1与11：1之间的几何压缩比。
压燃式发动机以在15：1与22：1的范围内的相对高的几何压缩比操作、在特定的实施例中以更高的几何压缩比操作。更高的压缩比提高压燃式发动机的热效率。压燃式发动机通过将不节流的空气引入燃烧室来操作，从而通过降低泵送损失来提高效率。在压燃式发动机中，当燃烧室内的俘获空气处于或高于燃料的自燃温度时，点火定时由压缩冲程即将结束时喷入燃烧室中的燃料喷射而控制。燃烧过程的放热造成缸内压力提高，以与火花点火式发动机相同的方式向下推动活塞。
压燃式发动机产生包括颗粒物质和氮氧化物(NOx)的排放。颗粒物质由燃烧室内局部浓的空气/燃料混合物的燃烧形成。这些浓区域的出现是由于在点火时燃料与空气不完全的预混合所引起的燃料/空气充量的不均匀性。已知的用于减少颗粒物质的后处理装置包括颗粒过滤器。颗粒过滤器俘获颗粒物质，并在高温再生事件期间周期地被净化。
氮氧化物的形成与燃烧化学密切相关。在空气/燃料混合物在相对高的温度的燃烧之后，压燃式发动机在排气流中产生相对高的NOx排放。已知的用于NOx还原的后处理系统包括转化器系统、诸如用于以稀空气/燃料比操作的发动机的选择性催化还原(SCR)装置。SCR装置包括促进NOx与诸如氨或尿素的还原剂反应的催化剂，以产生氮和水。还原剂可注入SCR装置上游的废气供入流，需要喷射系统、还原剂源和控制模式。另外，发动机运行可使用三效催化剂(TWC)，以产生用作还原剂的氨。较低的压缩比可降低燃烧温度，从而降低NOx排放，但较低的压缩比可能降低燃烧效率，并在相对冷的温度时增大发动机起动难度。
压燃式发动机的一个实施例可包括以预混合充量压燃(PCCI)燃烧模式操作发动机。PCCI燃烧模式将压燃燃烧系统与高流速的冷却的废气再循环(EGR)和早的喷射开始(SOI)正时结合。将高EGR率和早的SOI结合导致燃烧开始(SOC)之前长的点火延迟周期。点火延迟周期在PCCI燃烧期间超过燃料喷射持续时间，导致SOC时的预混合燃烧事件。与高EGR率一起，燃料与空气充分的预混合减少有助于颗粒物质的形成的局部浓的区域的形成。高EGR率用作充量稀释剂，该充量稀释剂将燃烧温度抑制到低于形成相当大的NOx量的温度。
PCCI燃烧模式在相对低的发动机转速和负荷时有效，在相对低的发动机转速和负荷下，燃料的喷射量相对低并且可用于预混合的时间相对长。当发动机负荷增大时，在快速预混合燃烧过程中释放的热量变大至足以产生过度的燃烧噪音。即使在点火延迟周期期间存在充分的燃料与空气的预混合，上述情形也出现。过度的燃烧噪音令消费者不快。因此，已将PCCI燃烧局限于相对低的发动机负荷。
发明内容
压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作。用于操作发动机的方法包括通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成燃料/空气充量，其中在燃烧室内的所有燃烧之前完成喷射。该方法还包括：操作发动机，以将燃烧室中的燃料/空气充量的温度管理至低于燃料/空气充量的自燃点；和在喷射燃料之后并在燃料/空气充量达到自燃温度之前在燃烧室中提供火花放电。
本发明提供以下技术方案：
方案1.一种用于操作压燃式内燃机的方法，所述压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作，所述方法包括：
通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成燃料/空气充量，在所述燃烧室内的所有燃烧之前完成所述喷射；
操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度为低于所述燃料/空气充量的自燃点；以及
在喷射燃料之后并在所述燃料/空气充量达到自燃温度之前在所述燃烧室中提供火花放电。
方案2.根据方案1所述的方法，其中操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度包括：控制废气再循环阀，以将来自发动机排气的废气再循环至进气歧管。
方案3.根据方案1所述的方法，其中操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度包括：控制可变压缩比活塞。
方案4.根据方案1所述的方法，其中操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度包括：对构造成控制进气阀的打开和关闭的可变凸轮相位系统的定相进行控制。
方案5.根据方案1所述的方法，其中通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成所述燃料/空气充量包括：在压缩冲程中足够早地将燃料喷射入各燃烧室，以提供燃料与进气的预混合。
方案6.根据方案5所述的方法，其中所述燃料/空气充量具有小于2的燃料/空气当量比。
方案7.根据方案6所述的方法，其中所述燃料/空气当量比小于1。
方案8.根据方案1所述的方法，其中通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成所述燃料/空气充量还包括在进气冲程晚期将燃料喷射入各燃烧室。
方案9.根据方案5所述的方法，其中在喷射燃料脉冲之后的预定消逝时段之后在所述燃烧室中提供火花放电。
方案10.根据方案1所述的方法，还包括：在进气冲程期间将燃料脉冲喷射入进气歧管。
方案11.根据方案1所述的方法，其中所述燃烧室中的火花放电点燃所述燃料/空气充量的一部分，以将所述燃料/空气充量温度提高至足以使所述燃料/空气充量自燃。
方案12.根据方案11所述的方法，其中在自燃期间燃烧所述燃料/空气充量的大部分。
方案13.根据方案1所述的方法，还包括：以预混合充量压燃燃烧模式操作所述发动机。
方案14.根据方案1所述的方法，还包括：在由所述燃料/空气充量的总体温度和燃料/空气当量比确定的发动机操作的预定范围以外操作所述发动机，在所述预定范围中，燃烧产生超过预定的颗粒物质阈值的颗粒物质和超过预定的NOx阈值的NOx排放。
方案15.一种用于操作压燃式内燃机的方法，所述压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作，所述方法包括：
在压缩冲程中足够早地将燃料脉冲喷射入各燃烧室，以提供将燃料脉冲与进气预混合从而形成预混合的燃料/空气充量；
对构造成控制进气阀的打开和关闭的可变凸轮相位系统的定相进行控制，以建立在大约10：1与6：1之间的有效压缩比，由此所述预混合的燃料/空气充量的温度保持低于所述燃料/空气充量的自燃点；以及
在喷射燃料脉冲之后在所述燃烧室中提供火花放电，以点燃所述预混合的燃料/空气充量的一部分足以将所述预混合的燃料/空气充量温度提高至所述自燃点。
方案16.根据方案15所述的方法，其中所述预混合燃料/空气充量具有小于2的燃料/空气当量比。
方案17.根据方案16所述的方法，其中所述燃料/空气当量比小于1。
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示意性地图示根据本公开的示例性直喷压燃式发动机的单个气缸；
图2图表地图示根据本公开对于利用直喷压燃式发动机的各种燃烧模式而言的与燃料/空气当量比相关的燃料/空气充量的总体温度；以及
图3图表地图示根据本公开在发动机燃烧循环期间的发动机操作参数的状态。
具体实施方式
现在参考附图，其中显示仅为了图示某些示例性实施例而不是为了限制所述实施例，图1示意性地图示根据本发明的实施例构成的直喷火花辅助的压燃式发动机10的单个气缸和附带的控制模块5。本领域的技术人员将认识到的是，本公开可应用于多缸压燃式发动机。发动机10可以多种燃烧模式操作，包括预混合充量压燃(PCCI)燃烧模式、和压缩点火（即压燃）燃烧模式。发动机10主要以稀空气/燃料比操作，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作。本公开可应用于各种内燃机系统和燃烧循环。例如，在一个实施例中，发动机对所有转速/负荷的发动机工作点以如在此以下描述的火花辅助的压燃燃烧模式操作。
在一个实施例中，发动机10可联接至变速器装置，以将牵引动力传递至车辆的传动系统。变速器可包括混合动力变速器，该混合动力变速器包括用于操作以将牵引动力传递至传动系统的扭矩机械。
示例性发动机10包括具有往复运动的活塞14的直喷四冲程内燃机，该往复运动的活塞14可在限定变容燃烧室16的气缸15内滑动运动。在一个实施例中，活塞14可包括可由控制模块5控制的可变压缩比活塞，以调整压缩比。活塞14连接至旋转曲轴12，直线往复运动通过该旋转曲轴12转化成旋转运动。进气系统向进气歧管29提供进气，该进气歧管29将空气引导并分配到燃烧室16的进气管中。进气系统包括气流管道系统和用于监测和控制气流的装置。节气门34优选地包括用于响应于来自控制模块5的控制信号(ETC)控制到发动机10的气流的电子控制装置。具有称为废气再循环(EGR)阀38的流量控制阀的外部流动通道使废气从排气歧管39再循环至进气歧管29。控制模块5构造成通过控制EGR阀38的开度来控制流到进气歧管29的废气的质量流量。
由一个或多个进气阀20控制从进气歧管29到燃烧室16中的气流。由一个或多个排气阀18控制从燃烧室16流出到排气歧管39的排气流。发动机10配备有对进气阀20和排气阀18的打开和关闭进行控制和调整的系统。在一个实施例中，可通过控制进气可变凸轮相位(VCP)装置22来控制和调整进气阀20的打开和关闭。进气VCP装置22构造成控制进气凸轮轴21的相位。进气凸轮轴21的旋转与曲轴12的旋转相联系并表示成曲轴12的旋转，因此将进气阀20的打开和关闭与曲轴12和活塞14的位置相联系。
进气VCP装置22优选地包括响应于来自控制模块5的控制信号(INTAKE)可变地调整和控制进气凸轮轴21的相位的机构。进气VCP装置22优选地包括对进气阀20的打开和关闭的相位(即相对正时)进行控制和调整的可变凸轮相位(VCP)机构。调整相位指的是使进气阀20的打开时间相对于曲轴12和活塞14的位置改变。进气VCP装置22的VCP机构优选地具有曲柄旋转的大约60o-90o的定相授权范围，因此允许控制模块5使进气阀20的打开和关闭相对于活塞14的位置提前或延迟。定相授权范围由进气VCP装置22确定和限制。进气VCP装置22包括凸轮轴位置传感器，以确定进气凸轮轴21的旋转位置。利用由控制模块5控制的电动液压、液压、和电动控制力中的一种致动VCP装置22。
发动机10包括燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括每个都构造成响应于来自控制模块5的信号(INJ_PW_1)将一定质量的燃料直接喷入燃烧室16中的一个或多个高压燃料喷射器28。燃料喷射器28供应有来自燃料分配系统的加压燃料。在一个实施例中，在进气歧管29中可包括第二燃料喷射器28'，并且该第二燃料喷射器28'构造成响应于来自控制模块5的信号(INJ_PW_2)将燃料喷入进气歧管29，从而增强喷入的燃料与进气充量的预混合。
发动机10包括火花点火系统，能响应于来自控制模块5的信号(IGN)通过该火花点火系统向火花放电装置26提供火花能量，以点燃或帮助点燃燃烧室16中的气缸充量。如在此所使用地，火花放电装置26指的是火花塞、电热塞、或本领域已知并构造成通过添加入燃烧室中的热引起燃烧的其他点火器装置。如在此所使用地，火花放电指的是来自火花放电装置26的加热。
发动机10配备有用于监测发动机操作的各种感测装置，包括具有输出RPM并操作以监测曲轴旋转位置、即曲柄角和转速的曲柄传感器42、在一个实施例中构造成监测燃烧的燃烧传感器、和构造成监测废气的废气传感器40、例如空气/燃料比传感器。燃烧传感器包括操作以监测燃烧参数的状态的传感器装置、例如操作以监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。由控制模块5监测燃烧传感器和曲柄传感器42的输出，以对于各燃烧循环为气缸15确定燃烧相位、即燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角的正时。还可由控制模块5监测燃烧传感器，以对于各燃烧循环为各气缸15确定平均有效压力、例如IMEP。优选地，使发动机10和控制模块5机械化，以在各气缸点火事件期间为发动机气缸15中的每个气缸监测和确定IMEP的状态。替代性地，在本公开的范围内可将其他的感测系统用于监测其他燃烧参数的状态、例如离子感测点火系统、和非介入式气缸压力传感器。
控制模块5可具有任何合适的形式，包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的中央处理器(优选地微处理器)和相关的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调理和缓冲电路、以及提供所描述的功能性的其它合适的部件的各种组合。控制模块具有一组控制算法，包括存储在存储器中并执行以提供想要的功能的常驻软件程序指令和校准。优选地在预置循环期间执行算法。算法诸如由中央处理器执行，并可操作以监测来自感测装置和其他联网控制模块的输入、并执行控制和诊断例程，以控制致动器的操作。在持续的发动机和车辆的操作期间，可以例如每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒的有规律的间隔执行循环。替代性地，可响应于事件的发生执行算法。
在操作中，控制模块5监测来自前述传感器的输入，以确定发动机参数的状态。控制模块5构造成接收来自操作者(例如经由油门踏板和制动踏板)的输入信号，以确定操作者的扭矩请求。控制模块5监测指示发动机转速、进气温度、冷却剂温度及其他环境条件的传感器。
控制模块5执行存储在其中的算法代码以控制前述致动器，以形成气缸充量，在如此配备的发动机上包括控制节气门位置、火花放电正时、燃料喷射质量和正时、EGR阀位置以控制再循环废气的流动、以及进气和/或排气阀正时和相位。气门正时和相位在一个实施例中可包括负气门重叠(NVO)和排气阀再打开的升程(在排气再呼吸策略中)。控制模块5可操作以在持续的车辆操作期间开启和关闭发动机10，并且该控制模块5在多缸发动机中可操作以通过燃料和火花以及气门停用的控制有选择地停用一部分燃烧室16或一部分进气阀20和排气阀18。控制模块5可基于来自废气传感器40的反馈控制空气/燃料比。
图2图表地图示对于包括火花辅助的压燃燃烧模式(SACI)的各种燃烧模式而言的与燃料/空气当量比相关的燃料/空气充量的总体温度。利用示例性直喷压燃式发动机试验地确定总体温度结果。如本领域的技术人员所认识到的，燃料/空气当量比与空气/燃料比逆相关。图2描绘了燃烧产生增加的颗粒物质(PM)量的发动机操作区域和燃烧产生增加的NOx排放(NOx)量的发动机操作区域。各种NOx阈值描绘成在相对高的燃料/空气充量的总体温度(＞2100K)朝相对稀的发动机操作(例如燃料/空气当量比＜2)的恒定的NOx产生线。在燃烧期间初始地产生颗粒物质处描绘近似的碳烟阈值(近似碳烟阈值)，并且其他各种颗粒物质/碳烟阈值描绘成恒定的颗粒物质产生线。在中等至高的燃料/空气充量的总体温度(例如1400-2600K)，在较高的燃料/空气当量比(例如＞1.8)处产生相对高的颗粒物质，引起恒定的颗粒物质产生的U形特性线。因此，发动机10优选地以低的燃料/空气充量总体温度和相对低的燃料/空气当量比、即稀空气/燃料比操作，以获得低的颗粒物质排放和低的NOx排放。本领域的技术人员应理解的是，可根据各种考虑，例如包括区域排放标准，确定或设定可接受的颗粒物质和NOx排放的阈值和操作区域。如本领域的技术人员所认识到的，还可通过减少燃烧室16中氧的存在来获得NOx减少。
已知的柴油发动机应用以相对高的燃烧温度操作。在燃烧期间，压燃燃烧模式(柴油机)期间较高温度的操作由以燃料/空气充量中较高的氧浓度、例如21%执行的燃烧而产生。如图2中所描绘地，较高温度的操作导致增加的颗粒物质和NOx的排放。在燃烧期间，以预混合充量压燃燃烧模式(PCCI)操作的压燃式发动机在燃料/空气充量中具有较低的氧浓度、例如13%。降低燃料/空气充量的温度减少了颗粒物质的形成和NOx排放的产生。在燃烧期间，以火花辅助的压燃燃烧模式(SACI)操作的压燃式发动机在燃料/空气充量中具有较低的氧浓度、例如11%。
在图2中包括的是在火花辅助的压燃燃烧模式的第一实施例和火花辅助的压燃燃烧模式的第二实施例中操作示例性发动机的试验结果，在该第一实施例中，将燃料/空气充量预混合至大于1：1的燃料/空气当量比，而在该第二实施例中，将燃料/空气充量预混合至小于1：1的燃料/空气当量比。与降低的燃料/空气充量温度相关的发动机操作与降低的NOx排放和减少的颗粒物质的产生对应。
火花辅助的自燃燃烧模式的特征在于燃料喷射事件和随后的燃烧室16中的火花放电以帮助燃料/空气充量的自燃。该方法包括：优选地在压缩冲程期间，通过将燃料脉冲喷入燃烧室16来形成燃料/空气充量；操作发动机10以将燃烧室16中的燃料/空气充量的温度管理为低于自燃点；和控制火花放电装置26，以在喷射燃料脉冲之后并在燃料/空气充量获得自燃温度之前在燃烧室16中火花放电。
在火花辅助的压燃燃烧模式的发动机操作期间，节气门34优选地基本上全开。基本上全开的节气门可包括完全不节流地、或稍微节流地操作，以在进气歧管29中形成足以实现期望的EGR流的真空。在一个实施例中，将缸内EGR质量控制为高的稀释率、例如大于40%的气缸空气充量。在燃烧循环期间可执行一个或多个燃料喷射事件，以在压缩冲程期间形成包括至少一次喷射的燃料/空气充量，如下所述。
图3图表地图示对于火花辅助的自燃燃烧模式而言在示例性燃烧循环期间的发动机操作参数的状态。在发动机操作期间，发动机10重复地执行包括进气、压缩、膨胀、和排气冲程的四冲程燃烧循环。
活塞14的进气冲程的特征在于进气阀20在上止点(TDC)与下止点(BDC)之间的打开，以引起空气充量进入燃烧室16中的运动。在活塞14的进气冲程期间，控制进气阀20至打开位置，以允许来自进气歧管29的气流和来自EGR阀38的再循环废气进入燃烧室16。利用进气VCP装置22可以调整进气阀20的打开和关闭相位。在一个实施例中，可计量燃料并在进气冲程期间将该燃料喷入燃烧室16，从而增加在燃烧之前用于燃料与空气混合的时间。替代性地，在配备有第二燃料喷射器28'的发动机中，可在进气冲程期间将燃料喷入进气歧管29，从而增强喷射燃料与进气充量的混合。
活塞14的压缩冲程的特征在于燃烧之前在燃烧室16中的燃料/空气充量的压缩，并且该压缩发生在BDC与TDC之间。在燃料/空气充量的压缩期间关闭进气阀20和排气阀18。为了提高发动机效率，在压缩冲程期间可在BDC之后立即关闭进气阀20。由于控制有效的压缩比，可以延迟进气阀20的关闭以将燃料/空气充量的温度管理至低于自燃点。有效压缩比定义为进气阀20关闭时燃烧室16的体积排量与燃烧室16的最小体积排量（例如当活塞14处于TDC时）的比率。几何压缩比定义为不考虑进气阀20的关闭时间，在BDC出现的燃烧室16的最大体积排量与在TDC出现的燃烧室16的最小体积排量的比率。进气阀20的延迟关闭在燃烧室16中俘获较少的空气，从而在燃烧期间降低了压力并因此降低了燃烧室16中的温度。在一个实施例中，计量燃料并在压缩冲程期间将该燃料喷入燃烧室16。优选地，执行一次燃料喷射事件以喷入燃料；然而，可执行多次燃料喷射事件。在一个实施例中，在压缩冲程中足够早地喷射燃料，以允许燃烧室16中燃料/空气充量充分的预混合。在该实施例中，喷射的结束优选地应不迟于TDC后（ATDC）10度、更优选地不迟于TDC并在火花塞点燃燃料之前发生。如果执行多次燃料喷射事件，则最后一次喷射的结束优选地应不迟于TDC后10度、更优选地不迟于TDC并在火花塞点燃燃料之前发生。预混合被理解成指的是燃料/空气充量大致的均匀性。本领域的技术人员应理解的是，例如在较高的发动机转速时可能希望使压缩冲程中的喷射正时提前，以允许充分的预混合发生。实际上，如上所述，可计量燃料并在进气冲程期间将该燃料喷入燃烧室16，从而增加用于燃料与空气混合的时间。优选地，预混合的燃料/空气充量当量比低于2：1。更优选地，预混合的燃料/空气充量当量比低于1：1。
活塞14的膨胀冲程的特征在于燃烧事件，由此燃料/空气充量在进气阀20和排气阀18处于关闭位置的情况下自燃并向下推动活塞14。优选地，基于发动机10的缸内热性质和物理耐久性确定燃烧的有效膨胀率，以使发动机燃料效率最大。
活塞14的排气冲程的特征在于由燃烧事件形成的废气排放到废气供入流中。排气发生在BDC与TDC之间。由活塞14从燃烧室16推动燃烧的产物、或废气，通过打开的排气阀18并进入排气歧管39。从该排气歧管39，废气可进入EGR通道或流向后处理系统70。
如图3所示，在压缩冲程期间由燃料喷射器28将燃料喷入燃烧室16。缸内温度低于自燃温度阈值。当压缩燃烧室16中的燃料/空气充量时，燃烧室16中的温度提高至稍低于自燃温度阈值。在喷射燃料脉冲之后并在燃料/空气充量达到自燃温度之前，控制火花放电装置26，以在燃烧室16中放电火花。
控制模块5向火花放电装置26发信号，以将火花放入燃烧室16。优选地，在燃料喷射之后的预定消逝时段之后放出火花，以允许喷入的燃料与燃烧室16内的进气混合。放出的火花点燃燃料/空气充量的一部分，以将燃料/空气充量的温度提高至超过自燃温度阈值，从而使燃料/空气充量的剩余的未点燃部分自燃。在自燃之后，总体温度返回至低于自燃温度阈值。
可利用多种技术中的一种或多种技术将燃烧室16中的燃料/空气充气的温度管理至低于自燃点。第一种技术包括通过控制相位改变进气阀20的关闭正时。延迟进气阀20的关闭减少了俘获在燃烧室16中的空气充量，并降低有效压缩比，从而降低燃料/空气充量的总体温度。可基于包括温度的缸内条件确定进气阀20的关闭正时。优选地，有效压缩比在大约6：1与大约10：1之间。用于将燃料/空气充量的温度管理至低于自燃点的第二种技术在如此配备的发动机上包括通过调整可变压缩比活塞而改变有效压缩比。降低有效压缩比降低了压缩冲程期间的压力，并因此降低了燃烧室16中的气体的总体温度。用于将燃料/空气充量的温度管理至低于自燃点的第三种技术包括控制EGR阀38，以控制流到进气歧管29并进入燃烧室16的废气的质量流。增大再循环废气量提高了在关闭进气阀20时的燃烧室16中的气体的温度，但降低总的整体温度。
在以预混合充量压燃燃烧模式操作的同时可使用上述方法。在预混合充量压燃燃烧模式中，控制相对高速率的优选为积极冷却的EGR气体流到进气歧管29。EGR气体在进气冲程期间流入燃烧室16，并在压缩冲程期间被压缩。在压缩冲程期间喷射燃料并在所有燃烧之前完成，以允许在燃烧开始之前燃料与进气和EGR气体的预混合。燃烧的预混合性质与高EGR率一起，防止了形成颗粒排放物的高温的局部浓的区域的形成。相对高的EGR率降低缸内温度，并因此在燃烧室16中的燃烧期间减少NOx的形成。
本公开已描述了某些优选的实施例及所述实施例的变型。本领域的技术人员在阅读并理解说明书后可想到另外的变型和改变。因此，本公开不局限于作为设想成用于实施本公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围的所有实施例。

Claims (10)

1. 一种用于操作压燃式内燃机的方法，所述压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作，所述方法包括：
通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成燃料/空气充量，在所述燃烧室内的所有燃烧之前完成所述喷射；
操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度为低于所述燃料/空气充量的自燃点；以及
在喷射燃料之后并在所述燃料/空气充量达到自燃温度之前在所述燃烧室中提供火花放电。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度包括：
控制废气再循环阀，以将来自发动机排气的废气再循环至进气歧管。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度包括：
对构造成控制进气阀的打开和关闭的可变凸轮相位系统的定相进行控制。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成所述燃料/空气充量包括：
在压缩冲程中足够早地将燃料喷射入各燃烧室，以提供燃料与进气的预混合。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成所述燃料/空气充量还包括在进气冲程晚期将燃料喷射入各燃烧室。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧室中的火花放电点燃所述燃料/空气充量的一部分，以将所述燃料/空气充量温度提高至足以使所述燃料/空气充量自燃。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中在自燃期间燃烧所述燃料/空气充量的大部分。
8. 一种用于操作压燃式内燃机的方法，所述压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作，所述方法包括：
在压缩冲程中足够早地将燃料脉冲喷射入各燃烧室，以提供将燃料脉冲与进气预混合从而形成预混合的燃料/空气充量；
对构造成控制进气阀的打开和关闭的可变凸轮相位系统的定相进行控制，以建立在大约10：1与6：1之间的有效压缩比，由此所述预混合的燃料/空气充量的温度保持低于所述燃料/空气充量的自燃点；以及
在喷射燃料脉冲之后在所述燃烧室中提供火花放电，以点燃所述预混合的燃料/空气充量的一部分足以将所述预混合的燃料/空气充量温度提高至所述自燃点。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述预混合燃料/空气充量具有小于2的燃料/空气当量比。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述燃料/空气当量比小于1。
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