CN102233876B - 具有hcci发动机的混合动力系统中的瞬态燃烧噪声控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有HCCI发动机的混合动力系统中的瞬态燃烧噪声控制，提供一种用于控制构造来响应操作者扭矩需求传送扭矩到传动系统的直喷式内燃发动机以及扭矩机械的方法，该方法包括：操作直喷式内燃发动机以传送扭矩到传动系统；监测操作者扭矩需求；确定与所述操作者扭矩需求相关的时间常数；检测与所述操作者扭矩需求相关的快速的瞬变状态；提供作为所述操作者扭矩需求和所述时间常数的函数的限制的发动机扭矩命令；和在快速的瞬变条件期间，控制发动机运行以实现所述限制的发动机扭矩命令，并且响应于电动机扭矩命令来运行所述扭矩机械，其中所述电动机扭矩命令对应于在所述操作者扭矩需求和限制的发动机扭矩命令之间的差异。

Description

具有HCCI发动机的混合动力系统中的瞬态燃烧噪声控制
技术领域
本发明涉及一种混合动力系统，其包括可运行在HCCI燃烧模式的发动机和扭矩产生装置。
背景技术
在本节中的描述仅仅提供与本发明相关的背景信息，而不构成现有技术。
已知的火花-点火（SI）发动机将空气/燃料混合物引入每个气缸中，它们在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点燃。已知的压燃式发动机在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压的燃料喷射到燃烧气缸中，这些燃料在喷射后燃烧。汽油机和柴油机两者的燃烧均涉及由流体力学控制的预混或者扩散的火焰。
SI发动机可运行在多种不同的燃烧模式下，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可构造成在预定的速度/负荷运行条件下，运行在均质压燃（HCCI）燃烧模式，其还称为受控自燃燃烧。HCCI燃烧包括由氧化化学作用所控制的分布式无焰的自燃燃烧过程。运行在HCCI燃烧模式下的发动机具有气缸充气，其优选在进气门关闭时在成分、温度以及剩余排气方面是均质的。HCCI燃烧是一种分布式动力受控的燃烧过程，其中发动机运行在稀薄的空气/燃料混合物下，也就是贫的化学计量空气/燃料点，而且处于相对低的峰值燃烧温度，从而产生低的NOx排放。该均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和微粒排放的浓区域的出现最小化。
在发动机运行中，通过有选择地调节节气门的位置以及进气门和排气门的打开和关闭来控制发动机气流。在如此装备的发动机系统中，进气门和排气门的打开和关闭可采用可变阀致动系统进行调节，该可变阀致动系统包括可变凸轮相位和可选择的多级阀门升程，例如提供两个或更多阀门升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置改变相反，多级阀门升程机构的阀门位置的变化是离散变化，而不是连续的。
当发动机运行在HCCI燃烧模式时，发动机运行在贫的或者化学计量的空燃比操作中，其中节气门较宽的打开以最小化发动机泵送损失。在HCCI燃烧模式下的发动机扭矩响应受到充气温度和成分的限制。因此,如果运行条件发生突然改变，例如需求扭矩的突然增加，对扭矩需求的响应受到较慢的气门正时和废气再循环（EGR）响应的限制。当发动机响应于扭矩需求而被控制时，会产生讨厌的燃烧噪声或者响声。
在具体的实施例中，压燃式发动机运行在15:1和22:1，和更大的范围的较高几何压缩比下。高压缩比增加了压燃发动机的热效率。压燃式发动机通过将未节流的空气引入燃烧室中来进行操作，从而通过减少泵送损失来增加效率。在压燃式发动机中，通过对燃油喷射定时来控制点燃正时，公知为至燃烧室内的喷射开始（SOI），在压缩冲程结束附近，当燃烧室内捕获的空气处于或者高于燃料的自燃温度时或者燃烧开始（SOC）时。燃烧过程的热释放导致缸内压力增加，以与点燃式发动机相同的方式，迫使活塞向下。
压燃式发动机的一个实施例包括发动机运行在预混-充气压燃（PCCI）燃烧模式中。PCCI燃烧模式与压燃式燃烧系统相结合，具有较高流速的冷却废气再循环（EGR）和较早的SOI定时。结合高的EGR率和较早的SOI会导致在SOC之前较长的着火延迟期。在PCCI燃烧期间，着火延迟期超过燃料喷射持续时间，会导致在SOC处的预混燃烧事件。 燃料和空气的充分预混合，与较高的EGR流速一起，降低了有助于颗粒物质形成的局部富区域的形成。较高的EGR率作为充气稀释，会将燃烧温度抑制低于形成大量NOx的温度。
在发动机运行在HCCI或者PCCI燃烧模式下，在低负荷到高负荷之间的转变是复杂的。发动机控制模块必须调整多个装置的致动，以便提供不令人讨厌的燃烧过程。在低到高负荷要求的转变期间，充气温度和成分的改变受到凸轮定相中时间-速率改变、气门正时和EGR流的限制。直到实现了所需的充气温度和成分，可能发生不完全燃烧或者响声，从而分别导致扭矩干扰和令人讨厌的燃烧噪声。
发明内容
一种控制直喷内燃发动机和扭矩机械的方法，其中该内燃机和扭矩机械构造城响应于操作者的扭矩需求将扭矩传送到传动系统上，该方法包括：运行直喷式内燃发动机以传送扭矩到传动系统中，监测操作者扭矩需求，确定与操作者扭矩需求相关的时间常数，检测与操作者扭矩需求相关的快速的瞬变状态，提供与操作者扭矩需求和所述时间常数成函数关系的受限的发动机扭矩命令，且在快速的瞬变状态期间控制发动机运行以实现所述受限的发动机扭矩命令，和响应于电动机扭矩命令来运行扭矩机械，该电动机扭矩命令对应于在操作者扭矩需求和受限的发动机扭矩命令之间的差异。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1：一种用于控制直喷式内燃发动机以及扭矩机械的方法，该内燃发动机和扭矩机械构造成响应于操作者扭矩需求传送扭矩到传动系统，该方法包括：
操作所述直喷式内燃发动机以传送扭矩到所述传动系统；
监测所述操作者扭矩需求；
确定与所述操作者扭矩需求相关的时间常数；
检测与所述操作者扭矩需求相关的快速的瞬变状态；
提供作为所述操作者扭矩需求和所述时间常数的函数的限制的发动机扭矩命令；和
在快速的瞬变状态期间，控制发动机运行以实现所述限制的发动机扭矩命令，并且
响应于电动机扭矩命令来运行所述扭矩机械，所述电动机扭矩命令对应于在所述操作者扭矩需求和所述限制的发动机扭矩命令之间的差。
技术方案2：如技术方案1所述的方法，其中操作所述直喷式内燃发动机包括使所述直喷式内燃发动机运行在均质充气压燃燃烧模式下。
技术方案3：如技术方案1所述的方法，其中操作所述直喷式内燃发动机包括使所述直喷式内燃发动机运行在预混充气压燃燃烧模式下。
技术方案4：如技术方案1所述的方法，其中检测与所述操作者扭矩需求相关的所述快速的瞬变状态包括检测所述操作者扭矩需求中的时间-速率变化超出预定的时间-速率变化。
技术方案5：如技术方案1所述的方法，其中确定与所述操作者扭矩需求相关的时间常数包括，基于所述操作者扭矩需求、发动机转速和发动机参数确定所述时间常数。
技术方案6：如技术方案5所述的方法，其中基于所述操作者扭矩需求、发动机转速和发动机参数确定所述时间常数包括确定发动机致动器的响应时间。
技术方案7：如技术方案1所述的方法，其中通过所述时间常数调节所述操作者扭矩需求以提供所述限制的发动机扭矩命令包括，在过滤器中采用所述时间常数以减弱所述操作者扭矩需求从而确定所述限制的发动机扭矩命令。
技术方案8：一种用于操作可在均质充气压燃燃烧模式下运行的直喷式内燃发动机并一致地操作扭矩机械的方法，该直喷式内燃发动机和扭矩机械构造成响应操作者扭矩需求共同地传送扭矩到传动系统，该方法包括；
监测操作者扭矩需求；
检测与所述操作者扭矩需求相关的低到高扭矩的快速瞬变状态；和
在所述低到高扭矩的快速瞬变状态期间，限制至所述直喷式内燃发动机的发动机扭矩命令，并且响应于所述操作者扭矩需求为所述扭矩机械提供电动机扭矩命令。
技术方案9：如技术方案8所述的方法，其中限制所述发动机扭矩命令包括过滤所述操作者扭矩需求。
技术方案10：如技术方案9所述的方法，其中过滤所述操作者扭矩需求在均质充气的压燃发动机运行中保持可接受的燃烧噪声限制。
技术方案11：如技术方案9所述的方法，其中所述电动机扭矩命令包括在所述操作者扭矩需求和所述限制的发动机扭矩命令之间的差异。
技术方案12：一种响应于操作者扭矩需求提供扭矩到传动系统的装置，其包括：
混合动力系统，其包括直喷式内燃发动机、电动机、传动系统和可操作连接到所述发动机、所述电动机和所述传动系统的变速器，其中所述传动系统接收来自所述变速器的扭矩，所述扭矩包括发动机输出扭矩和电动机输出扭矩的总和；和
用于所述混合动力系统的控制系统，其包括：
响应于发动机扭矩命令以控制所述发动机输出扭矩的发动机控制模块，
响应于电动机扭矩命令以控制所述电动机输出扭矩的电动机控制模块，
基于所述操作者扭矩需求和预定的时间常数提供限制的发动机扭矩命令的过滤器模块；
检测所述操作者扭矩需求超过预定阈值的时间-速率变化的快速瞬变状态检测模块；
发动机切换模块，其响应于检测所述操作员扭矩需求超出所述预定阈值的时间-速率变化，用以提供所述限制的发动机扭矩命令作为给所述发动机控制模块的所述发动机扭矩命令，
电动机切换模块，其响应于检测所述操作员扭矩需求超出所述预定阈值的时间-速率变化，用以提供所述操作者扭矩需求和所述限制的发动机扭矩命令之间的差值作为给所述发动机控制模块的电动机扭矩命令，和
提供操作者扭矩需求的操作者扭矩需求模块。
附图说明
参见附图，通过举例方式，一个或多个实施例现在将得到描述，其中：
图1是根据本发明的实施例构造的内燃发动机和相应的发动机控制模块的剖视图；
图2是在低到高的快速瞬变状态期间，从运行在HCCI燃烧模式的已知发动机中获取的图解数据，包括燃料燃烧阶段的发动机参数状态和响声指数。
图3是根据本发明的，包括发动机和扭矩机械的混合动力系统的示意描述。
图4根据本发明，图示地描述了包括混合动力系统的车辆的运行，例如，参见图1和图3所述的，响应于包括快速瞬变状态的操作者的扭矩需求。
图5根据本发明，图示地描述了具有发动机的车辆的运行，其中发动机运行在HCCI燃烧模式下并且具有动力增加装置，例如涡轮增压器，描述了在快速瞬变状态期间，随着时间的操作者扭矩需求和进气歧管压力；和
图6是根据本发明的混合动力系统的控制系统的示意图，该混合动力系统包括在快速瞬变期间运行在HCCI燃烧模式下的发动机，并且由电动机扭矩增补的受限的发动机扭矩优选作为算法代码在发动机模块中执行。
具体实施方式
现在参见附图，其中附图描述的目的仅仅为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制本发明，图1是根据本发明实施例构造的内燃发动机10和伴随的发动机控制模块5的剖视示意图。发动机10可选择地运行在多个燃烧模式下，包括均质充气压燃（HCCI）燃烧模式和均质点燃燃烧模式（SI）。发动机10可选择地运行在化学计量的空燃比和基本上贫的化学计算的空燃比下。本发明可应用于不同的内燃发动机系统和燃烧循环。
示例的发动机10包括多缸直喷四冲程内燃发动机，其具有在气缸15中可往复滑动移动的活塞14，这限定了可变容积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12上，借此直线往复运动转变为旋转运动。进气系统提供进气到进气歧管29中，其引导和分配空气进入内燃发动机16的进气管道中。进气系统具有气流管道以及用于监测并控制气流的装置。进气装置优选包括用于监测质量空气流量和进气温度的质量空气流量传感器32。节气门34优选包括电子控制装置，该装置响应于来自发动机控制模块5的控制信号（ETC）控制到发动机10的气流。在进气歧管36中的压力传感器36构造来监测歧管绝对压力和大气压。外部的流道从发动机排气中再循环排出气体到进气歧管29中，并且具有称为废气再循环（EGR）阀38的流量控制阀。通过控制EGR阀38的打开，发动机控制模块5可操作来控制进入进气歧管29的排气质量流量。
从进气歧管29进入燃烧室16的气流由一个或多个进气门20控制。从燃烧室16排出的到排气歧管39的排气流由一个或多个排气门18控制。发动机10装配有控制和调整进气及排气门20和18的开闭的系统。在一个实施例中，通过分别控制进气和排气可变凸轮相位/可变升程控制（VCP/VLC）装置22和24，进气及排气门20和18的开闭得到控制和调整。进气和排气VCP/VLC装置22和24构造来分别控制和运行进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气和排气凸轮轴21和23的旋转与曲轴12的旋转相关联并且受其指引，从而将进气及排气门20和18的开闭与曲轴12和活塞14的位置相关连。
进气VCP/VLC装置22优选包括响应于来自发动机控制模块5的控制信号（INTAKE），可操作以切换和控制进气门20的阀门升程（VLC）和可变地调控每个气缸15的进气凸轮轴21的相位（VCP）的机构。 排气VCP/VLC装置24优选包括响应于来自发动机控制模块5的控制信号（EXHAUST），可操作以可变地切换和控制排气门18的阀门升程（VLC）和可变地调控每个气缸15的排气凸轮轴23的相位（VCP）的可控机构。
进气和排气VCP/VLC装置22和24每个优选包括可控的两级VLC机构，其可操作以将阀门升程的大小，或者进气及排气门20和18的开度分别控制为两个离散的阶段中的一个。两个离散的阶段优选包括优选用于低速、低负荷运行的低升程阀门打开位置（在一个实施例中大约4-6mm），和优选用于高速、高负荷运行的高升程阀门打开位置（在一个实施例中大约8-13mm）。进气和排气VCP/VLC装置22和24每个优选包括可变凸轮相位（此后称VCP）机构，以分别控制和调整进气门20和排气门18的开闭的相位（即相对定时）。调整相位是指在相应的汽缸15中，相对于曲轴12和活塞14的位置，切换进气及排气门20和18的打开定时。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构每个优选具有曲柄旋转的大约60度到90度范围的相位权限，因而允许发动机控制模块5相对于每个气缸15的活塞14的位置，提前和延迟进气及排气门20和18中一个的开闭。相位权限的范围由进气和排气VCP/VLC装置22和24定义和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器，以确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。由发动机控制模块5控制，利用电动液压的、液压的和电控制作用力中的一个致动该VCP/VLC装置22和24。
发动机10包括燃料喷射系统，其具有多个高压燃料喷射器28，每个喷射器均构造成响应于发动机控制模块5的信号（INJ_PW）直接喷射大量的燃料到其中一个燃烧室16中。由燃料分配系统供给加压燃料到燃料喷射器28中。
发动机10包括火花点火系统，通过该系统，火花能量可以被提供给火花塞26，以响应于发动机控制模块5的信号（IGN）点燃或者辅助点燃每个燃烧室16中的气缸充气。
发动机10可包括动力增加装置44，例如涡轮增压器或者增压器，用于增加进入进气歧管29的气流。动力增加装置44为涡轮增压器并且具有壳体，其包括由中间轴间隔开并且互连的压缩器叶轮和涡轮。该涡轮和压缩器叶轮由多个叶片构成，以接收和控制排气流和进气流。涡轮位于排气流中，使得涡轮的叶片接受排气流，从而导致涡轮的旋转运动。涡轮具有可调叶片，以帮助增加、保持和降低涡轮的旋转运行，这可由控制模块5的信号（VGT）进行控制。叶片角度由VGT位置传感器测量。涡轮的旋转运动带动中间轴旋转，从而引起压缩器叶轮的旋转。压缩器叶轮位于进气系统内。当压缩器叶轮旋转时，叶片使得进气系统内的空气加速，从而增加进气气流以及进气歧管29内的绝对压力。
动力增加装置44为增压器并且包括直接连接到曲轴12上并且位于进气系统内的压缩机。该压缩机可为叶轮式(如上所述)，螺旋式或者本领域普通技术人员已知的其他压缩机。直接驱动可以是与其他旋转元件互联的皮带或者轴驱动，这些旋转元件在发动机10的曲轴内部或连接到其上。 因此，在发动机RPM和压缩机转速之间存在直接关系。当压缩机旋转时，其加速在进气系统内的空气，这会将进气歧管内的进气流量增加到由控制模块5和信号（VGT)设置可控的水平。
发动机10装配有监测发动机运行的多个传感装置，包括具有输出转速且可操作地监测曲轴旋转位置（在一个实施例中，即曲轴转角和速度）的曲柄传感器42，用于监测燃烧的燃烧传感器30，和用于监测排气的排气传感器40，通常是空燃比传感器。燃烧传感器30具有可操作以监测燃烧参数状态的传感器装置并且描述为可操作地监测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的输出由发动机控制模块5监测，确定燃烧阶段，即，相对于每个燃烧循环的每个气缸15的曲轴12的曲柄转角的燃烧压力的定时。然而，燃烧阶段还可通过本领域普通技术人员已知的类似方法来确定。 燃烧传感器30还可由发动机控制模块5监测，以确定每个燃烧循环每个气缸15的平均有效压力（IMEP）。优选的，发动机10和发动机控制模块5被机械化，以在每个气缸点火事件期间，监测和确定每个发动机气缸15的IMEP的状态。可选择地，在本发明的范围内，可利用其他的传感系统来监测其他燃烧参数的状态，例如，离子-感应点火系统和非侵入的气缸压力传感器。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语意味着下述中任何合适的一个或者多个的结合：专用集成电路（ASIC）、电子电路、中央处理器（优选微处理器）和执行一个或多个软件或者固件程序的相关的内存和存储器（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、适当的信号调节和缓冲电路以及其他适当的提供所述功能的部件。控制模块5具有一组控制算法,包括储存在内存中并且执行以提供所需功能的常驻软件程序指令和标定。该算法优选在预置的循环周期期间执行。算法由诸如中央处理器执行，且可操作以监测来自传感器和其他联网的控制模块的输入，并且执行控制和诊断程序来控制致动器的运行。在正在运行的发动机和车辆运行期间，循环周期可以每隔一定间隔执行,例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可选择的，响应于事件的发生来执行算法。
在运行中，发动机控制模块5监测来自上述传感器的输入，以确定发动机参数的状态。发动机控制模块5构造成接收操作者的输入信号（例如，经由加速踏板和制动踏板），以确定操作者扭矩需求。发动机控制模块5监测显示发动机转速和进气温度、冷却剂温度和其他环境条件的传感器。
发动机控制模块5执行储存在其中的算法代码以控制上述致动器来形成气缸充气，包括控制节气门位置（ETC）、点火正时（IGN）、燃料喷射质量和定时（INJ_PW）、控制再循环排气（EGR）流量的EGR阀位置、进气和/或排气门定时和相位（分别为进气和排气）和在发动机上如此装配的动力增加装置（VGT）的调整。在一个实施例中，气门正时和相位包括负的气门重叠（NVO）和排气门再打开的升程（在排气再呼吸策略中）。在行进的车辆运行期间，发动机控制模块5可操作以使得发动机10运行和停止，并且可操作以通过燃料和点火以及阀停用的控制来可选择地使燃烧室15的一部分或者进气及排气门20和18的一部分停用。发动机控制模块5可基于排气传感器40的反馈控制空燃比。
在发动机运行在HCCI燃烧模式期间，节气门34优选大体上全开，其中发动机10控制在贫的或者化学计量的空燃比下。进气及排气门20和18处于较低升程的阀门打开位置，并且进气和排气相位采用NVO运行。大体上全开的节气门可包括完全未节流或者稍微节流的运行，以在进气歧管29中产生真空来实现EGR流。在一个实施例中,气缸充气被控制为高的稀释率，例如，大于气缸充气的40%。在发动机循环期间可执行一个或多个燃料喷射事件，包括在压缩阶段期间至少一次喷射。
在发动机运行在SI模式期间，控制节气门34来调节气流。控制发动机10为化学计量的空燃比，进气及排气门20和18处于较高升程的阀门打开位置，并且进气和排气升程定时以正的气门重叠运行。优选的，在发动机循环的压缩阶段期间实施燃料喷射事件，优选大体上在TDC之前。火花点火优选是在气缸内的充气大体上为均质时在燃料喷射之后的预定时间放电。
发动机控制模块5将发动机的运行转换到与发动机10相关的优选燃烧模式，以增加燃料效率和发动机稳定性,和/或降低排放。其中一个发动机参数的变化，例如速度和负荷，会使发动机运行模式发生变化。发动机控制模块5命令优选燃烧模式发生与发动机运行模式变化相关的变化。
在燃烧模式过渡期间，控制发动机10运行在优选的空燃比下并且控制进气流量以实现优选的空燃比。这包括基于发动机在所选燃烧模式下运行来估计气缸充气。控制节气门34和进气和排气VCP/VLC装置22和24，以基于估计的气缸充气实现进气流率，包括在SI和HCCI燃烧模式之间的过渡期间。通过调节节气门34和进气和排气VCP/VLC装置22和24来控制气流，以控制进气及排气门20和18的相位和升程。就进气及排气门20和18的阀门相位和升程以及用于节气门位置的节气门34而言，在两个燃烧模式下的运行需要进气和排气VCP/VLC装置22和24的不同设定。
图1的示意图还可用来描述压燃式发动机，通常用10'表示，其可操作在压缩点火（CI）和预混充气压缩点火（PCCI）模式之间。发动机10'在CI或者PCCI模式的运行不需要火花来对燃料/空气充气进行点火，并且运行在持续大开的节气门位置，类似于HCCI燃烧的运行，如上所述。由于CI和PCCI燃烧模式都不需要节流控制或者火花塞点火,因此可去除火花塞26和相关的控制。该CI发动机10'包括类似的剩余部件，其中包括发动机控制器5，该控制器控制从由一个或多个进气门20控制的进气歧管29进入燃烧室16的气流。从燃烧室16出来排向排气歧管39的排气流由一个或多个排气门18控制。该CI发动机10'装配有可变凸轮相位/可变升程控制（VCP/VLC）装置22和24，以控制操作相应的进气及排气门20, 18的进气和排气凸轮轴21，23。 发动机控制模块5具有类似的结构并且SI发动机10的控制如上定义。
在CI模式下的发动机10'的运行包括进气及排气门20和18处于较高升程的阀门打开位置，以及进气和排气升程定时以正的气门重叠运行。优选的，在燃烧发生时，在发动机循环的压缩阶段期间，在TDC附近实施燃料喷射事件。
在PCCI燃烧模式下的发动机10'的运行包括，在较低升程的阀门打开位置运行并且进气和排气相位以NVO操作。PCCI运行具有类似的取决于EGR的过渡运行特征，来帮助控制燃烧温度和定时，如相对于HCCI燃烧在其他处所描述的，并且因而，在下文中描述的方法适用于PCCI燃烧模式。
图2是在低到高的快速瞬变状态期间，从运行在HCCI燃烧模式下的已知发动机中取出的图示数据，包括用于燃料的发动机参数状态（INJ_PW）、燃烧相位和响声指数。操作者扭矩需求的增加需要发动机负荷的增加，从而导致燃料参数增加，这允许发动机扭矩输出匹配操作者扭矩需求。如果操作者扭矩需求在短时期发生变化，则可能导致快速的瞬变状态。当在操作者扭矩需求的时间-速率变化超过预定阈值时，发生快速瞬变状态。该预定阈值与导致不能接受大小的可听燃烧噪音的操作者扭矩需求的时间-速率变化相关，在一个实施例中燃烧噪音通过响声指数表示。
听得见的燃烧噪声是由于在发动机运行在包括进气及排气门被控制在低升程阀门打开位置的HCCI燃烧模式下在发动机内不能产生足够的充气稀释而引起的。如果基于发动机负荷和速度，响声指数超过预定阈值，这会导致令人讨厌的可听噪声并且可能是HCCI燃烧的限制因素。如所示的，燃料参数在大约6毫克处开始稳定状态。在2秒标记附近发生对应于快速瞬变状态的额外燃料要求。由于充气温度和成分受对排气门18、进气门20和EGR响应的调节的限制，燃料增加的需求导致燃烧相位的提前，从而导致响声指数增加。
由于阀门相位和EGR流率被调节以满足响应于操作者扭矩需求的新燃料参数所需的条件，在燃烧相位延迟的同时，响声指数降低。在大约3.2秒处，响声指数和燃烧相位都被控制成适于所述新的燃料参数。对于本领域普通技术人员显而易见的是，上述描述没有考虑到平稳的瞬变响应,由于提前的燃烧相位会导致发动机扭矩输出的潜在扰动以及增加的可听燃烧噪声。为了防止上述状况发生并响应于快速的瞬变状态促进平稳的发动机运行，可对燃料命令（INJ_PW）增加过滤，从而在快速的瞬变状态期间限制可用燃料的时间-速率变化。对燃料参数而言，限制可用燃料的时间-速率变化会导致发动机10不能匹配操作者扭矩需求的时间-速率变化，但是保持可接受的响声指数以及燃烧相位状态，导致虽然更缓慢但更平稳的扭矩过渡响应。
图3示意地描述了利用发动机10和扭矩机械145的一个实施例的混合动力系统。应该注意到混合动力系统是为了说明本发明，不应该认为构成限制。发动机10可连接到传动装置100上，以将牵引力传送到车辆的传动系统105。在一个实施例中，传动系统105包括机械地连接到轴120或者半轴上的差速齿轮装置115，该轴120或半轴机械地连接到车轮125上。差速齿轮装置115连接到混合动力系统的输出元件130上，该系统通常以135示出。传动系统105通过车轮125在变速器100和路面之间传送牵引力。
混合动力系统135包括贮能装置（ESD）140，该贮能装置140描述为储存势能的电池并且连接到一个或多个扭矩机械145上以在它们之间传送动力，该扭矩机械145描述为电动机。当ESD140和扭矩机械145包括电动发电机时，可在其间设置可控的功率变换器150用于将电能从直流转换为交流，以及从交流转换回直流。扭矩机械145将储能转换为机械动力，并且将机械动力转换为存储在ESD140中的能量。发动机10转换车辆储存的燃料为机械动力。
来自发动机10的机械动力可以传递给变速器100。来自扭矩机械145的机械动力可以传递给变速器100。来自传动系统105的机械动力经由输出元件130可传送给发动机10，扭矩机械145和变速器100。传送的机械动力可以为用于车辆推进的牵引扭矩的形式，以及为与再生制动功能相关的车辆制动的反作用扭矩的形式。对于本领域技术人员显而易见的是，虽然描述并且详细说明的是电动扭矩机械145，但是也可利用其他的扭矩装置，例如液压的或者机械的。此外，显然可以利用其他混合动力结构，例如，串联混合，并联混合或者复合混合驱动，并没有背离本发明的范围。
利用发动机10与扭矩机械145相结合，以将扭矩传送给传动系统105，从而通过车轮125提供牵引扭矩。当发动机10运行在HCCI燃烧模式时，燃烧相位受到气缸充气温度和成分的影响。因此，保持气缸充气温度和成分，对于与发动机扭矩有直接关系的相应的燃烧相位来说是重要的。当充气温度和成分不满足特定的燃烧相位要求时，会导致燃烧回响以及听得见的燃烧噪声。在高负荷、高速度条件期间以及在快速的瞬变状态期间，燃烧回响是对HCCI燃烧模式下发动机扭矩输出的限制因素。而且，由于可听燃烧噪声的大小，在HCCI燃烧模式下的发动机运行会受到限制，包括发动机转换到运行在火花点燃燃烧模式下。可听燃烧噪声可通过响声指数参数化。
图4图示描述了在包括混合动力系统的车辆中，例如参见图1和3描述的，本发明实施例的运行情况，响应于包括快速的瞬变状态的操作者扭矩需求。操作者扭矩需求181开始于稳态（TO,Init）。操作者扭矩需求181包括低到高的快速瞬变状态，需要在短期内从初始状态（TO,Init）到最终状态（TO，Final）的附加扭矩输出。检测到快速瞬变，并且向发动机控制模块5提供限制的发动机扭矩命令170，以限制喷射的燃料量（INJ_PW），从而控制发动机扭矩小于操作者扭矩需求181，进而保持平稳的发动机运行以及防止在燃烧过程中过度的响声。控制系统确定相对于操作者扭矩需求181不足的扭矩，并且指令电动机扭矩命令175增加以匹配该不足。因此，电动机扭矩命令175增补该限制的发动机扭矩命令170以满足操作者扭矩需求181。限制的发动机扭矩命令170和电动机扭矩命令175的结合允许，当运行在HCCI燃烧模式下时，发动机10平稳地增加扭矩输出，并且满足在一时间常数内操作者扭矩需求181。电动机扭矩命令175继续，直到发动机10基于时间常数能响应于操作者扭矩需求181产生扭矩的这个时刻，如下所述。
图5图示地描述了车辆中本发明的一个实施例的运行，其中发动机运行在HCCI燃烧模式下并且具有动力增加装置44，例如涡轮增压器,描述了如图1和3所述的快速的瞬变状态期间，随着时间的操作者扭矩需求和进气歧管压力。
已知高的进气歧管压力用于降低在HCCI燃烧模式下的燃烧噪声。动力增加装置44，例如涡轮增压器，能够增加进气歧管压力,但是具有限制低到高的快速的扭矩瞬态的相对缓慢的时间响应。操作者扭矩需求180开始于稳态（To，Init）。操作者扭矩需求180包括低到高的快速的瞬变状态，需要在短期内从初始状态（To，Init）到最终状态（To，Final）的附加扭矩输出。快速的瞬变状态还表现在进气歧管压力曲线上，虚线表示所需的进气歧管压力185，其跟随在操作者扭矩需求181曲线中基于发动机负荷和速度从初始压力水平（Po，Init）到预定的最终压力水平（Po，Final）的快速瞬变状态的增长。快速的瞬变状态被检测，并且发动机控制模块5限制燃料参数（INJ_PW），以限制发动机10运行，直到由于系统的响应时间的延迟导致实际的进气歧管压力190达到最终的压力水平（Po，Final），该系统包括动力增加装置。在限制的发动机扭矩命令170和操作者扭矩需求181之间的扭矩不足被确定，然后指令电动机扭矩命令175增加以匹配该不足。因此，电动机扭矩命令175增补了该限制的发动机扭矩命令170以满足操作者扭矩需求181。限制的发动机扭矩命令170和电动机扭矩命令175的结合允许当运行在HCCI燃烧模式时，发动机10平稳地增加扭矩输出并且满足在一时间常数内的总的操作者扭矩需求180。电动机扭矩命令175继续，直到发动机10基于时间常数能产生响应于操作者扭矩需求181的扭矩的这个时刻，如下所述。
图6示意地示出了与混合动力系统的控制操作相关的控制方案，包括发动机响应于操作者扭矩需求运行在HCCI燃烧模式下。示例的发动机参见图1示出，并且示例的混合动力系统参见图3示出。该控制方案包括时间常数模块210、操作者扭矩需求模块180、过滤器模块230、快速的瞬变状态检测模块220、有选择地引导发动机扭矩命令到发动机控制模块5的发动机切换模块250，和有选择地引导电动机扭矩命令到发动机控制模块260的电动机切换模块240。该控制方案监测来自模块180的操作者扭矩需求181以检测快速的瞬变状态。当检测到快速的瞬变状态时，控制方案将来自模块180的操作者扭矩需求181分离成限制的发动机扭矩命令170和电动机扭矩命令175。在一个实施例中，基于对加速踏板的操作者输入（踏板位置）和当前发动机转速（发动机转速）来确定来自模块180的操作者扭矩需求181。
基于对加速踏板的操作者输入，当前的发动机转速和发动机参数来确定来自模块210的时间常数211。影响该时间常数的发动机参数可包括，例如，燃料喷射定时、火花定时和命令的EGR流量以及不同发动机致动器（例如废气再循环阀、涡轮增压器、用于进气和排气门的可变凸轮相位器以及电子节气门控制）的响应时间。时间常数211是一个合成的术语，其考虑了上述发动机参数以及不同发动机致动器的响应时间，以确保发动机10运行在小于预定限值的可接受的燃烧噪声水平。来自模块210的时间常数211输入到过滤器模块230中，以产生在没有过度燃烧噪声情况下可实现的限制的发动机扭矩命令170。
当发动机切换模块250处于第一"位置"时，操作者扭矩需求181是能够未过滤地被传送给发动机控制模块5的连续参数。 当发动机切换模块250处于第二位置时，发动机控制模块5还可接收从过滤器模块230输出的限制的发动机扭矩命令170。通过利用时间常数211来减弱操作者扭矩需求，该过滤器模块230用于确定限制的发动机扭矩命令170。当在快速的瞬变状态检测模块220中发生低到高的快速瞬变状态检测时，本领域技术人员明白利用时间常数211以及过滤器模块230来减弱操作者扭矩需求181。当快速的瞬变状态检测模块220没有检测到快速的瞬变状态时，电动机切换模块240处于第一的零扭矩要求"位置"。 如果在模块220检测到快速的瞬变，利用加法函数280通过限制的发动机扭矩命令170与操作者扭矩需求181的差异来确定电动机扭矩命令175，并且该电动机扭矩命令175通过第二位置的电动机切换模块240传送到电动机控制模块260。快速的瞬变状态检测模块220具有离散的输出，以启用或者重置过滤器模块230，并且在相应的第一和第二位置之间切换电动机切换模块240和发动机切换模块250。
在运行中，持续地监测踏板位置和发动机转速，以确定操作者扭矩需求181。踏板位置、发动机转速以及其他的发动机工作参数被持续地监测以确定时间常数211。如果在模块220处未检测到快速的瞬变状态，电动机切换模块240和发动机切换模块250处于各自的第一位置，并且操作者扭矩需求181被直接传送给控制模块5。 如上所述，通过控制不同的参数，包括燃料（INJ_PW）、点火定时（IGN）、EGR流量（EGR）、进气和排气VCP/VLC（分别为INTAKE、EXHAUST）， 控制模块5响应于操作者扭矩需求181，在不同的燃烧模式下，控制发动机10和动力增加装置（VGT）（如果装配的话）。
通过比较操作者扭矩需求181与来自过滤器模块230的限制的发动机扭矩命令170，在模块220检测快速的瞬变状态。如果快速的瞬变状态存在，通过将电动机和发动机切换模块240和250分别切换到相应的第二位置并且启动过滤器模块230的运行，开始低到高的扭矩过渡。确定时间常数211并且将其输入到过滤器模块230中。如上所述，过滤器模块230采用时间常数211来产生限制的发动机扭矩命令170，从而防止或者最小化在HCCI燃烧过程中过度的燃烧噪声，并且保持平稳的发动机运行。
由于发动机切换模块250处于第二离散位置，发动机控制模块5从过滤器模块230接收限制的发动机扭矩命令170，并且基于限制的发动机扭矩命令170控制发动机10。加法函数280确定电动机扭矩命令175作为操作者扭矩需求181与限制的发动机扭矩命令170之间的差异，并且通过电动机控制模块240的第二位置将该电动机扭矩命令175输入到电动机控制模块260。电动机控制模块260例如经由电动机电流命令IMTR指令扭矩机械145来产生电动机扭矩命令175。限制的发动机扭矩命令170和电动机扭矩命令175的结合实现所需求的速度和大小的操作者扭矩需求181。因为这是一个迭代的过程，在不超出来自过滤器模块230的限制的发动机扭矩命令170的情况下，当发动机10变得能够产生操作者扭矩需求181，并且具有来自扭矩机械145的帮助时，快速的瞬变状态停止被检测到。
当快速的瞬变状态检测模块220检测到快速的瞬变状态已经终止时，电动机和发动机切换模块240和250分别返回到各自的第一位置，并且过滤器模块230被重置。因此，发动机切换模块250将无限制的操作者扭矩需求181传送到发动机控制模块5，并且电动机切换模块240不再提供输入到电动机控制模块260。因此，控制结构允许发动机10在低到高的快速瞬变状态期间运行在HCCI燃烧模式下，同时在大小和速率方面满足操作者扭矩需求181而没有过分的燃烧噪声。
本发明已经描述了一些优选实施例和对其进行的修改。在阅读和理解本说明书后，本领域其他技术人员可想到进一步的修改和变更。因此，本发明并不意图受限于作为实施本发明的最佳方式而公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附的权利要求范围内的所有实施例。

Claims (12)

1.一种用于控制直喷式内燃发动机以及扭矩机械的方法，该内燃发动机和扭矩机械构造成响应于操作者扭矩需求传送扭矩到传动系统，该方法包括：
操作所述直喷式内燃发动机以传送扭矩到所述传动系统；
监测所述操作者扭矩需求；
确定与所述操作者扭矩需求相关的时间常数；
检测与所述操作者扭矩需求相关的快速的瞬变状态；
提供作为所述操作者扭矩需求和所述时间常数的函数的限制的发动机扭矩命令；和
在快速的瞬变状态期间，控制发动机运行以实现所述限制的发动机扭矩命令，并且
响应于电动机扭矩命令来运行所述扭矩机械，所述电动机扭矩命令对应于在所述操作者扭矩需求和所述限制的发动机扭矩命令之间的差。
2.如权利要求1所述的方法，其中操作所述直喷式内燃发动机包括使所述直喷式内燃发动机运行在均质充气压燃燃烧模式下。
3.如权利要求1所述的方法，其中操作所述直喷式内燃发动机包括使所述直喷式内燃发动机运行在预混充气压燃燃烧模式下。
4.如权利要求1所述的方法，其中检测与所述操作者扭矩需求相关的所述快速的瞬变状态包括检测所述操作者扭矩需求中的时间-速率变化超出预定的时间-速率变化。
5.如权利要求1所述的方法，其中确定与所述操作者扭矩需求相关的时间常数包括，基于所述操作者扭矩需求、发动机转速和发动机参数确定所述时间常数。
6.如权利要求5所述的方法，其中基于所述操作者扭矩需求、发动机转速和发动机参数确定所述时间常数包括确定发动机致动器的响应时间。
7.如权利要求1所述的方法，其中通过所述时间常数调节所述操作者扭矩需求以提供所述限制的发动机扭矩命令包括，在过滤器中采用所述时间常数以减弱所述操作者扭矩需求从而确定所述限制的发动机扭矩命令。
8.一种用于操作可在均质充气压燃燃烧模式下运行的直喷式内燃发动机并一致地操作扭矩机械的方法，该直喷式内燃发动机和扭矩机械构造成响应操作者扭矩需求共同地传送扭矩到传动系统，该方法包括；
监测操作者扭矩需求；
检测与所述操作者扭矩需求相关的低到高扭矩的快速瞬变状态；和
在所述低到高扭矩的快速瞬变状态期间，限制至所述直喷式内燃发动机的发动机扭矩命令，并且响应于所述操作者扭矩需求为所述扭矩机械提供电动机扭矩命令。
9.如权利要求8所述的方法，其中限制所述发动机扭矩命令包括过滤所述操作者扭矩需求。
10.如权利要求9所述的方法，其中过滤所述操作者扭矩需求在均质充气的压燃发动机运行中保持可接受的燃烧噪声限制。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述电动机扭矩命令包括在所述操作者扭矩需求和所述限制的发动机扭矩命令之间的差异。
12.一种响应于操作者扭矩需求提供扭矩到传动系统的装置，其包括：
混合动力系统，其包括直喷式内燃发动机、电动机、传动系统和可操作连接到所述发动机、所述电动机和所述传动系统的变速器，其中所述传动系统接收来自所述变速器的扭矩，所述扭矩包括发动机输出扭矩和电动机输出扭矩的总和；和
用于所述混合动力系统的控制系统，其包括：
响应于发动机扭矩命令以控制所述发动机输出扭矩的发动机控制模块，
响应于电动机扭矩命令以控制所述电动机输出扭矩的电动机控制模块，
基于所述操作者扭矩需求和预定的时间常数提供限制的发动机扭矩命令的过滤器模块；
检测所述操作者扭矩需求超过预定阈值的时间-速率变化的快速瞬变状态检测模块；
发动机切换模块，其响应于检测所述操作者扭矩需求超出所述预定阈值的时间-速率变化，用以提供所述限制的发动机扭矩命令作为给所述发动机控制模块的所述发动机扭矩命令，
电动机切换模块，其响应于检测所述操作者扭矩需求超出所述预定阈值的时间-速率变化，用以提供所述操作者扭矩需求和所述限制的发动机扭矩命令之间的差值作为给所述电动机控制模块的电动机扭矩命令，和
提供操作者扭矩需求的操作者扭矩需求模块。
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