CN102261286A - 控制以hcci燃烧模式操作的内燃机的操作的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机配置成以均质充气压缩点火燃烧模式操作。操作内燃机包括根据发动机环境因素汇总确定综合热状态参数。执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态。发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数的优选燃烧定相相对应。内燃机的操作使用发动机控制参数的状态控制以实现优选燃烧定相。

Description

控制以HCCI燃烧模式操作的内燃机的操作的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年5月24日提交的美国临时申请No. 61/347,798的权益，上述申请在此作为参考引入。
技术领域
本发明涉及配置成以均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式操作的内燃机。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。
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，空气/燃料混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点火。已知的压缩点火（CI）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，加压燃料在喷射后被点火。SI发动机和CI发动机两者的燃烧均包括由流体力学控制的预混合或扩散火焰。
SI发动机能够以多种不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可被设置用于在预定速度/负载操作条件下以均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式操作，也称为受控自动点火燃烧。HCCI燃烧模式包括由氧化化学作用控制的分布式、无火焰、自动点火燃烧过程。以HCCI燃烧模式操作的发动机在进气阀关闭时间时具有在组分、温度以及残余排气方面优选是均质的气缸充气。HCCI燃烧是一种分布式动力受控燃烧过程，其中发动机用稀释的空气/燃料混合物（即，稀于化学计量比空气/燃料点）操作，具有相对低的峰值燃烧温度，从而得到低NOX排放。均质空气/燃料混合物使得形成烟雾和颗粒排放物的浓缸内燃烧区域的出现最小化。
发动机空气流可以通过选择性地调节节气门阀的位置、以及开启和关闭进气阀和排气阀来控制。在如此配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开启和关闭可以使用可变阀致动系统来调节，所述可变阀致动系统包括可变凸轮定相和可选择多级阀升程，例如提供两个或更多阀升程位置的多级凸轮凸角。与节气门位置变化不同，多级阀升程机构的阀位置的变化是离散梯级变化。
当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机以稀或化学计量比空气/燃料比操作来操作，其中，节气门宽开启以使得发动机泵送损失最小化。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机以化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门阀在从宽开启位置的0％至100％的位置范围内控制，以控制进气空气流从而实现化学计量比空气/燃料比。
在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，燃烧受到在压缩之前和在点火之前压缩期间的气缸充气温度以及受到气缸充气的混合物组分影响。在自动点火燃烧模式操作的已知发动机使用标定表作为总体发动机控制方案的一部分而考虑环境和发动机操作状况的变化。已知HCCI发动机控制方案包括用于使用输入参数控制发动机参数的标定值，包括例如发动机负载、发动机速度和发动机冷却剂温度。气缸充气温度可以通过经由发动机阀重叠来控制热气体残余物和经由排气再循环率来控制冷气体残余物而影响。气缸充气温度可以受到发动机环境因素的影响，包括例如空气温度、湿度、海拔、和燃料参数（例如，RVP、能量含量和质量）。
在HCCI燃烧模式的发动机操作期间，燃烧可以根据燃烧放热来表征，可包括相对于活塞位置的燃烧定时，即燃烧定相。燃烧定相可根据燃烧质量比例描述，其表示在燃烧气缸充气的质量比例的一部分时的活塞曲轴角位置。感兴趣的燃烧质量比例包括CA50点（相对于TDC的曲轴角），此时，燃烧充气的累计放热达到总放热的50％。已知控制系统使用反馈控制算法来控制燃烧定相，以补偿环境和大气参数对燃烧定时和空气/燃料比的多种影响。可选地，可以使用复杂的多维标定表以考虑所有发动机环境因素。
发明内容
一种内燃机配置成以均质充气压缩点火燃烧模式操作。操作内燃机包括根据发动机环境因素汇总确定综合热状态参数。执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态。发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应。内燃机的操作使用发动机控制参数的状态控制以实现优选燃烧定相。
方案1. 一种以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法，所述方法包括：
确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数；
执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应；以及
使用发动机控制参数的状态控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案3. 根据方案2所述的方法，其中，确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案4. 根据方案3所述的方法，其中，确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响由50％燃烧质量比例表示的燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案5. 根据方案1所述的方法，其中，执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应，包括执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，包括燃料喷射质量和定时、EGR流率、可变凸轮定相、以及可变凸轮升程的大小中的一个。
方案6. 根据方案1所述的方法，还包括：
确定与燃烧参数状态相关的当前燃烧定相；以及
执行反馈控制方案，以响应于当前燃烧定相和优选燃烧定相调节发动机控制参数的状态。
方案7. 一种操作内燃机的方法，所述方法包括：
确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数；
响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数以均质充气压缩点火燃烧模式控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。
方案8. 根据方案7所述的方法，其中，响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数以均质充气压缩点火燃烧模式控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相包括：执行前馈发动机控制方案以确定与响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数的优选燃烧定相相关的发动机控制参数的状态。
方案9. 根据方案8所述的方法，还包括：
确定与燃烧参数相关的当前燃烧定相；以及
执行反馈控制方案，以响应于当前燃烧定相和优选燃烧定相调节发动机控制参数的状态。
方案10. 根据方案7所述的方法，其中，确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案11. 根据方案10所述的方法，其中，确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响由50％燃烧质量比例表示的燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案13. 一种以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法，所述方法包括：
确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数；以及
响应于综合热状态参数控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。
方案14. 根据方案13所述的方法，其中，确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响由50％燃烧质量比例表示的燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
方案15. 根据方案13所述的方法，其中，确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括以下发动机环境因素汇总的综合热状态参数：包括发动机负载、进气空气温度、环境湿度、海拔、燃料质量和燃烧室沉积物。
附图说明
现在将参考附图通过例子描述一个或更多的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的配置成以受控自动点火（HCCI）燃烧模式操作的火花点火内燃机和附属控制模块的示意图；
图2示意性地示出了根据本发明的以HCCI燃烧模式控制和操作示例性发动机的发动机控制方案；
图3以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的进气空气温度范围而言相对于TDC周围的活塞位置绘制的燃烧放热率；
图4以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度范围而言相对于TDC周围的活塞位置绘制的燃烧放热率；
图5以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的进气空气温度状态而言相对于燃烧定相（即，CA50燃烧质量比例点）绘制的峰值气缸压力与指示平均有效压力（IMEP）的比率；
图6以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度状态而言相对于燃烧定相（即，CA50燃烧质量比例点）绘制的峰值气缸压力与指示平均有效压力（IMEP）的比率；
图7以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的各个持续时间的发动机操作而言相对于TDC周围的活塞位置绘制的燃烧放热率；和
图8以图形示出了根据本发明的针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的发动机操作状态而言相对于燃烧定相（即，CA50燃烧质量比例点）绘制的峰值气缸压力与指示平均有效压力（IMEP）的比率。
具体实施方式
现在参考附图，其中附图的目的只是为了说明某些示例性实施例并不是为了限制于此，图1是具有根据本发明实施例构造的附属控制模块5的内燃机10的示意图。发动机10能选择性地以多种燃烧模式操作，包括均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式和火花点火（SI）燃烧模式。发动机10能选择性地以化学计量比空气/燃料比和以根本上稀于化学计量比的空气/燃料比操作。本发明可以适用于各种内燃机系统和燃烧循环。
示例性发动机10包括具有可在气缸15内滑动运动的往复活塞14的多缸直接喷射四冲程内燃机，气缸15限定可变容积燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12，借此将线性往复运动转化成旋转运动。空气进气系统提供进气空气给进气歧管29，进气歧管29引导并分配空气进入至燃烧室16的进气流道。空气进气系统包括用以监测和控制空气流的空气流管道系统和装置。空气进气装置优选地包括用以监测空气质量流量（MAF）33和进气空气温度（IAT）35的空气质量流量传感器32。节气门阀34优选地包括电控装置，用于响应来自控制模块5的控制信号120而控制至发动机10的空气流。进气歧管29中的压力传感器36配置成监测歧管绝对压力（MAP）37和大气压力。外部流动通道使来自于发动机排气的排气再循环至进气歧管29，外部流动通道具有称为排气再循环（EGR）阀38的流量控制阀。控制模块5通过经由控制信号44控制EGR阀38的开度来控制至进气歧管29的排气质量流量。
通过一个或多个进气阀20控制从进气歧管29进入燃烧室16的空气流。通过一个或多个排气阀18控制离开燃烧室16至排气歧管39的排气流。发动机10配备有控制和调节进气阀20和排气阀18的开启和关闭的系统。在一个实施例中，进气阀20和排气阀18的开启和关闭可以分别通过控制进气和排气可变凸轮定相/可变升程控制（VCP/ VLC）装置22和24进行控制和调节。进气和排气VCP/VLC装置22和24配置成分别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的旋转与曲轴12的旋转相关联且由曲轴12的旋转标引，因此将进气阀20和排气阀18的开启和关闭与曲轴12和活塞14的位置相关联。
进气VCP/VLC装置22优选地包括可操作响应于控制信号125切换和控制进气阀20的阀升程（VLC）并且响应于控制信号126针对每个气缸15可变地调节和控制进气凸轮轴21的定相（VCP）的机构。排气VCP/VLC装置24优选地包括可操作响应于控制信号123可变地切换和控制排气阀18的阀升程（VLC）并且响应于控制信号124针对每个气缸15可变地调节和控制排气凸轮轴23的定相（VCP）的可控机构。
进气和排气VCP/VLC装置22和24每个优选地包括可操作将进气和排气阀20和18的阀升程的幅度或开度分别控制为两个离散梯级中的一个的可控两级VLC机构。两个离散梯级优选地包括优选用于低速度、低负载操作的低升程阀开启位置（在一个实施例中大约4-6 mm），以及优选用于高速度和高负载操作的高升程阀开启位置（在一个实施例中大约8-13 mm）。进气和排气VCP/VLC装置22和24均优选地包括可变凸轮定相（VCP）机构，用来分别控制和调节进气阀20和排气阀18开启和关闭的定相（即，相对定时）。调节定相是指相对于曲轴12和活塞14在相应气缸15中的位置来切换进气和排气阀20和18的开启时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构均优选地具有大约60°-90°曲轴旋转的定相权限范围，因此允许控制模块5相对于每个气缸15的活塞14的位置提前或延迟进气和排气阀20和18中的一个的开启和关闭。定相权限范围是由进气和排气VCP/VLC装置22和24定义和限制的。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括确定进气和排气凸轮轴21和23旋转位置的凸轮轴位置传感器。VCP/VLC装置22和24响应于相应控制信号123、124、125和126使用电动液压、液压和电控力中的一种来致动。
发动机10采用直接喷射燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，高压燃料喷射器28配置成响应来自控制模块5的控制信号112将一定质量的燃料（INJ_PW）直接喷射到燃烧室16中的一个内。燃料喷射器28从燃料分配系统供应加压燃料。
发动机10包括火花点火系统，火花能量可以通过火花点火系统提供给火花塞26，用于响应于来自控制模块5的控制信号（IGN）118点火或辅助点火每个燃烧室16中的气缸充气。
发动机10配备有用以监测发动机操作的各种传感装置，包括具有输出43的曲轴传感器42，输出43表示曲轴旋转位置，即曲轴角和速度（RPM）。温度传感器44配置成监测冷却剂温度45。缸内燃烧传感器30配置成监测燃烧31。缸内燃烧传感器30配置成监测燃烧31，且在一个实施例中被描述为可操作监测缸内燃烧压力31的气缸压力传感器。排气传感器40配置成监测排气参数41，例如，空气/燃料比（AFR）。燃烧压力31和RPM 43由控制模块5监测以确定燃烧定相，即对于每个燃烧循环而言相对于每个气缸15的曲轴12的曲轴角度的燃烧压力定时。应当理解的是，燃烧定相可以由其它方法确定。燃烧压力31可以由控制模块5监测以确定对于每个燃烧循环而言每个气缸15的指示平均有效压力（IMEP）。优选地，发动机10和控制模块5配置成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。替代地，其它传感系统可以用于监测本发明范围内的其它燃烧参数的状态，例如离子传感点火系统、排气比例以及非侵入式气缸压力传感器。
控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器或类似术语指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的中央处理单元（优选为处理器）和相关存储器和存储装置（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、以及提供所述功能的其他合适部件中的一个或多个的任何合适一种或各种组合。控制模块具有一组控制算法，包括储存在存储器中并被执行用来提供需要功能的常驻软件程序指令和标定值。算法优选地在预设循环周期期间执行。算法例如通过中央处理单元执行，并可以操作用来监测来自传感装置和其它联网控制模块的输入且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。循环周期能以规则的时间间隔执行，例如在持续发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替代地，算法可以响应事件的发生而执行。
操作中，控制模块5监测来自于前述传感器的输入以确定发动机参数的状态。控制模块5配置成从操作者接收输入信号（例如，经由加速踏板和制动踏板）以确定操作者扭矩请求，根据操作者扭矩请求获取发动机扭矩指令。
控制模块5执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器来形成气缸充气，包括控制节气门位置、火花点火定时、燃料喷射质量和定时、控制再循环排气流量的EGR阀位置、和进气和/或排气阀定时和定相。阀定时和定相可以包括负阀重叠（NVO）和排气阀再开启（在排气再放气策略中）的升程、以及正阀重叠（PVO）。
控制模块5配置成执行发动机燃料切断事件。发动机燃料切断可以在操作者将其脚从加速踏板移开时执行，从而导致车辆滑行。作为响应，发动机可能仍继续旋转，但是发动机燃料供应被切断以减少燃料消耗。在操作者随后施加压力到加速踏板时，恢复发动机燃料供应，且发动机点火并产生扭矩。
在持续车辆操作期间，控制模块5可以使用自动启动和自动关闭来控制发动机10，且可以操作通过控制燃料和火花以及阀停用而选择性地停用燃烧室15中的一部分或者进气和排气阀20和18中的一部分。控制模块5可以基于来自于排气传感器40的反馈控制空气/燃料比。控制模块5可以通过命令燃料切断事件（FCO）来控制发动机5，例如在车辆减速事件期间，且随后给发动机10供应燃料以便再次点火。
在以火花点火燃烧（SI）模式的发动机操作期间，节气门阀34被控制以调节空气流。发动机10被控制在化学计量比空气/燃料比，进气和排气阀20和18处于高升程阀开启位置以及进气和排气升程定时以正阀重叠操作。优选地，在发动机循环的进气或压缩阶段期间执行燃料喷射事件，优选大致在TDC之前。在气缸内的空气充气大致均质时，火花点火优选在燃料喷射之后预定时间放电。
控制模块5将发动机操作过渡至与以HCCI燃烧模式或SI燃烧模式操作发动机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/或减少排放。发动机参数（例如，速度或负载）中的一个的变化可以实现发动机操作区域的变化。控制模块5命令与发动机操作区域的变化有关的优选燃烧模式的变化。
在发动机10以HCCI燃烧模式操作时，燃烧和燃烧定时可根据气缸事件期间的燃烧放热描述，例如，气缸事件期间的燃烧放热的数量和定时。燃烧放热的数量和定时可由气缸压力、燃烧质量比例或其它参数表示。
在发动机10以HCCI燃烧模式操作时，存在与操作者扭矩请求和当前发动机操作点（定义为发动机速度/负载点）相对应的优选燃烧定时。优选燃烧定时受燃烧温度影响。在以HCCI燃烧模式操作期间，可以使用单个综合热状态参数（本文称为有效温度TEFF）以考虑影响燃烧温度从而影响燃烧定时的多个发动机环境因素。在以HCCI燃烧模式操作期间，发动机环境因素通过影响气缸充气的温度而影响发动机10的操作。有效温度TEFF提供考虑发动机环境因素的单个参数，从而减少HCCI发动机标定和控制方案的复杂性。
确定有效温度TEFF包括根据其对燃烧的影响（例如，在每个气缸事件期间燃烧放热的数量和定时）来确定和汇总发动机环境因素。示例性发动机环境因素可包括冷却剂温度、发动机负载历史、环境空气湿度、海拔、燃料质量和燃烧室沉积物。发动机环境因素的影响可与气缸压力和燃烧定时相关，其可以根据发动机曲轴角、气缸压力、与发动机操作相关或者以其它方式从发动机操作确定的燃烧定时和估计值的测量值确定。
有效温度TEFF优选用于使用单组标定表在前馈方法中调节发动机致动器的控制状态，其中，每个标定表优选设置为与发动机速度和负载相对应的二维阵列。这避免了使用复杂标定表和需要多项反馈燃烧控制。每个参数对有效温度TEFF的贡献被确定且标定基于有效温度TEFF，而不是所述参数中的单独一个，例如冷却剂温度。
单个综合热状态参数（即，有效温度TEFF）是影响燃烧的发动机环境因素的汇总。有效温度TEFF的单个状态可以使用可在持续发动机操作期间执行的方程汇总。示例性方程阐述如下。
TEFF=TC＋TLOAD＋TINT＋THUM＋TALT＋TFUEL＋TDEP   [1]
汇总以确定有效温度TEFF的发动机环境因素包括以下。
TC 冷却剂温度，
TLOAD 与发动机负载和发动机负载历史相对应的温度偏差项，
TINT 与进气空气温度相对应的温度偏差项，
THUM 与环境湿度相对应的温度偏差项，
TALT 与海拔相对应的温度偏差项，
TFUEL 与燃料质量相对应的温度偏差项，以及
TDEP 与燃烧室沉积物相对应的温度偏差项。
应当理解的是，有效温度TEFF的值可以相反通过将与发动机环境因素相对应的各项相乘来确定。
在一个实施例中，与燃料质量相对应的温度偏差项TFUEL与发动机燃料的比热容量相关，其可以在持续发动机操作期间被监测或以其它方式确定。
包括冷却剂温度、发动机负载、环境空气湿度、海拔、燃料质量和燃烧室沉积物的各种发动机环境因素的贡献可以在标定产生实践期间确定。
示例性标定产生实践包括这样的过程，其中，除了一个之外的所有发动机环境因素被设定且控制为标称状态。未被设定的选定一个发动机环境因素被控制为选自最小状态和最大状态之间的状态范围的多个状态中的一个，且例如通过确定所述多个状态中的每个处的CA50燃烧质量比例点来确定燃烧放热的数量和定时。确定对燃烧放热的影响，与使用方程1的操作点的燃烧放热的优选数量和定时进行比较。对燃烧放热的影响用于计算与选定一个发动机环境因素相关的温度偏差项。该过程优选在发动机速度和负载操作状况范围内重复。因而，对选定一个发动机环境因素可以产生与发动机速度和负载相对应的标定值。标定产生实践重复，以使用处于已知状态的除了一个之外的所有发动机环境因素的组合且在预期操作范围内经过多个分立步骤对称地控制选定一个发动机环境因素而产生与有效温度TEFF相关的每个发动机环境因素的标定值。该动作允许对每个发动机环境因素执行直截了当的标定过程。在操作中，与每个操作点的发动机环境因素的已知状态相对应的有效温度TEFF可以基于此确定。
对于发动机负载、发动机速度和有效温度TEFF的组合，存在发动机控制参数的优选状态，例如，目标燃烧定相。
在持续发动机操作期间，有效温度TEFF的状态通过测量或以其它方式确定每个发动机环境因素的当前操作状态且将它们组合（例如，如上文参考方程1所示）来重复地确定。
在持续发动机操作期间，综合热状态参数作为发动机环境因素的汇总重复地确定。可以确定响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定时。例如，参考图2所述的前馈发动机控制方案被执行以确定发动机控制参数的状态。发动机控制参数的状态用于控制内燃机的操作以实现优选燃烧定时，同时考虑发动机环境因素。
图2示意性地示出了以HCCI燃烧模式控制和操作示例性发动机10的发动机控制方案200。发动机控制方案200优选包括算法代码和标定表，其存储在发动机控制模块5的其中一个存储器装置内，用于在其中执行。发动机控制方案200综合操作者输入（例如，操作者扭矩请求210）、环境状况（包括例如IAT 35）、发动机操作状态（包括冷却剂温度45、RPM 43、MAP 37、MAF 33和INJ_PW 112）、以及与燃烧性能有关的监测发动机状态（包括燃烧压力31和AFR 41）。有效温度TEFF119如参考方程1所述那样确定，且考虑影响HCCI发动机操作的发动机环境因素。
发动机控制方案200执行算法以确定各种致动器的优选控制状态，以便满足操作者扭矩请求且实现发动机操作的目标。与燃烧性能有关的监测发动机状态（包括燃烧压力31和AFR 41）优选可转换为燃烧参数，其为在以受控自动点火燃烧的发动机操作期间发生的燃烧定相和燃烧持续时间的度量。燃烧定相优选为CA50燃烧质量比例点。燃烧持续时间定义为曲轴角间隔，单位：在10％和90％燃烧质量比例点之间的曲轴角度。
发动机控制方案200包括前馈控制方案55和反馈控制方案65，其优选作为持续发动机控制的一部分执行以响应于操作者输入和环境条件实现对操作状况变化的快速和有效系统响应。
前馈控制方案55包括控制模型60（包括预先标定的查询表和算法）以及多个速率限制器68。控制模型60的预先标定的查询表和算法包括存储在存储器装置内的可机器检索的阵列以及可机器执行的算法，以基于发动机操作状态确定每个发动机控制致动器的指令。
发动机控制致动器的优选指令包括ETC 34、EGR 44、IGN 118、INJ_PW 112、进气VCP/VLC 125/126以及排气VCP/VLC 123/124。优选发动机操作状态包括例如RPM 43、MAP 37、IAT 35、MAF 33和INJ_PW 112以及有效温度TEFF119。发动机操作点基于发动机操作状态（包括速度和负载）和有效温度TEFF119确定。每个发动机控制致动器的具体前馈控制状态基于发动机操作状态和发动机功率历史来确定。每个发动机控制致动器的控制状态包括致动器合适指令信号，以控制致动器的操作以便实现由发动机操作点以及与燃烧性能有关的监测发动机状态（包括燃烧压力31和AFR 41）规定的目标发动机操作。发动机控制致动器的前馈控制状态服从所述多个前馈速率限制器68中的一个。
反馈控制方案65监测前述发动机操作状态以及与燃烧性能有关的监测发动机状态（包括燃烧压力31和AFR 41），以使用已知反馈控制策略确定对ETC 34、EGR 44、IGN 118、INJ_PW 112、进气VCP/VLC 125/126以及排气VCP/VLC 123/124的控制信号的调节。发动机控制致动器的速率限制前馈控制状态使用反馈控制方案65调节，且发动机10由其控制。
图3以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的进气空气温度范围（包括75℃ 331、85℃ 333、95℃ 335、105℃ 337、和115℃ 339）而言相对于TDC 周围的活塞位置310（CA deg aTDC）绘制的燃烧放热率320（J/CA），指示了随着进气空气温度增加，燃烧定相提前（即，朝TDC移动）和峰值放热增加。
图4以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度范围（包括80℃ 341、85℃ 343、90℃ 345、和95℃ 347）而言相对于TDC周围的活塞位置 310（CA deg aTDC）绘制的燃烧放热率320（J/CA），指示了随着冷却剂温度增加，燃烧定相提前（即，朝TDC移动）和峰值放热增加。
图5以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的进气空气温度状态（包括75℃ 531、85℃ 533、95℃ 535、105℃ 537、和115℃ 539）而言相对于燃烧定相（即，CA50燃烧质量比例510（CA deg aTDC））绘制的峰值气缸压力与IMEP的比率520，指示了随着进气空气温度增加，燃烧定相提前（即，朝TDC移动）和峰值气缸压力相对于IMEP增加。数据表明，进气空气温度对有效温度TEFF的贡献可以通过评估燃烧性能和燃烧定相的输出参数以及进气空气温度的输入参数之间的关系来确定。
图6以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的冷却剂温度状态（包括80℃ 541、85℃ 543、90℃ 545、和95℃ 547）而言相对于燃烧定相（即，CA50燃烧质量比例510（CA deg aTDC））绘制的峰值气缸压力与IMEP的比率520，指示了随着冷却剂温度增加，燃烧定相提前（即，朝TDC移动）和峰值气缸压力相对于IMEP的比率增加。数据表明，冷却剂温度对有效温度TEFF的贡献可以通过评估燃烧性能和燃烧定相的输出参数以及发动机冷却剂温度的输入参数之间的关系来确定。
图3、4、5和6所示的结果表明，进气空气温度以与冷却剂温度相同的方式但是不必以相同大小影响燃烧定相。在一个实施例中，进气空气温度变化对放热率的影响是冷却剂温度的变化的0.89倍。进气空气温度可以直接测量以提供与进气空气温度有关的温度偏差项TINT的大小。
图7以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的1小时操作731、10小时操作733、20小时操作735、30小时操作737、和40小时操作739的发动机操作状态而言相对于TDC周围的活塞位置310（CA deg aTDC）绘制的燃烧放热率320（J/CA），指示了随着操作小时数（与燃烧室沉积物相关）增加，燃烧定相提前（即，朝TDC移动）和峰值放热增加。
图8以图形示出了针对以HCCI燃烧模式操作的示例性内燃机的1小时操作831、20小时操作835、和40小时操作839的发动机操作状态而言相对于燃烧定相（即，CA50燃烧质量比例510（CA deg aTDC））绘制的峰值气缸压力相对于指示平均有效压力的比率520（压力/压力），指示了随着操作小时数（与燃烧室沉积物相关）增加，燃烧定相提前（即，朝TDC移动）和峰值气缸压力相对于指示平均有效压力的比率增加。
图7和8示出了燃烧室沉积物对有效温度的贡献可以如何估计以确定与燃烧室沉积物有关的温度偏差项（即，TDEP）。
图3、4、7和8表明，燃烧室沉积物以与冷却剂温度相同的方式但是不必以相同大小影响放热率和燃烧定相。在一个实施例中，与40小时发动机操作有关的燃烧室沉积物对放热率的影响与16℃ 冷却剂温度变化相等。发动机操作的小时数可以直接测量，以提供与燃烧室沉积物有关的温度偏差项的大小（即，TDEP的状态）。
应当理解的是，可以产生类似评估以确定各种发动机环境因素对有效温度TEFF的贡献。
对于标定表的产生以及查询，有效温度TEFF考虑发动机环境因素或者发动机环境因素的任何子组，包括冷却剂温度、发动机负载、进气空气温度、环境湿度、发动机海拔、燃料温度和燃烧室沉积物。有效温度TEFF可以在前馈控制方案中使用以避免边界发动机操作或发动机不点火事件，包括在燃烧模式过渡期间。
本发明已经描述了某些优选实施例及其变型。在阅读和理解该说明书之后，本领域技术人员可以想到其它的变型和改变。因此，本发明并不意在限于作为设想用于实现该发明的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法，所述方法包括：
确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数；
执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应；以及
使用发动机控制参数的状态控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定包括影响燃烧参数的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数包括：确定包括影响由50％燃烧质量比例表示的燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，发动机控制参数的状态与响应于操作者扭矩请求和单个综合热状态参数的优选燃烧定相相对应，包括执行前馈发动机控制方案以确定发动机控制参数的状态，包括燃料喷射质量和定时、EGR流率、可变凸轮定相、以及可变凸轮升程的大小中的一个。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定与燃烧参数状态相关的当前燃烧定相；以及
执行反馈控制方案，以响应于当前燃烧定相和优选燃烧定相调节发动机控制参数的状态。
7.一种操作内燃机的方法，所述方法包括：
确定包括发动机环境因素汇总的综合热状态参数；
响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数以均质充气压缩点火燃烧模式控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数以均质充气压缩点火燃烧模式控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相包括：执行前馈发动机控制方案以确定与响应于操作者扭矩请求和综合热状态参数的优选燃烧定相相关的发动机控制参数的状态。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
确定与燃烧参数相关的当前燃烧定相；以及
执行反馈控制方案，以响应于当前燃烧定相和优选燃烧定相调节发动机控制参数的状态。
10.一种以均质充气压缩点火燃烧模式操作内燃机的方法，所述方法包括：
确定包括影响燃烧放热的发动机环境因素汇总的综合热状态参数；以及
响应于综合热状态参数控制内燃机的操作以实现优选燃烧定相。
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