CN102261289B - 借助于燃烧定相来管理内燃机中的过渡的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制在均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式和火花点火（SI）燃烧模式之间过渡的燃烧模式过渡控制，包括：使得进气和排气凸轮轴从与HCCI和SI燃烧模式中的一种相对应的初始相位设置缓慢地过渡至与HCCI和SI燃烧模式中的另一种相对应的目标相位设置。点火火花定时和喷射燃料质量与进气和排气凸轮轴相位设置的过渡协调，以在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡期间大致保持发动机负载连续性。

Description

借助于燃烧定相来管理内燃机中的过渡的方法

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. 61/347,796的权益，上述申请在此作为参考引入。

技术领域

本发明涉及能以两个分立燃烧模式操作的发动机。

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。汽油发动机和柴油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，包括均质充气SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机能够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NO_X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区域的出现最小化。

在发动机操作中，发动机空气流通过选择性地调节节气门阀的位置、控制外部排气再循环（EGR）流量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。与大致连续的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（WOT）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，发动机优选以化学计量比空气/燃料比操作，其中，节气门阀在从宽开启节气门位置的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。

在配置成以SI或HCCI燃烧模式操作的发动机中，燃烧模式之间的过渡会是复杂的。发动机控制模块必须协调多个装置的致动，以便为不同模式提供期望空气/燃料比。在HCCI燃烧模式和SI燃烧模式之间过渡期间，几乎瞬时地发生阀升程切换，同时对凸轮移相器和歧管压力的调节具有较慢动态特性。可能发生不完全燃烧和不点火，直到实现期望空气/燃料比，从而导致扭矩扰动。

发明内容

一种直接喷射内燃机，包括：进气凸轮轴，所述进气凸轮轴具有低升程进气凸轮和高升程进气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程进气凸轮以低升程进气阀曲线和借助于高升程进气凸轮以高升程进气阀曲线中的一种来选择性地操作进气阀；可变凸轮相位控制器，能在进气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程进气凸轮和高升程进气凸轮的相位设置；排气凸轮轴，所述排气凸轮轴具有低升程排气凸轮和高升程排气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程排气凸轮以低升程排气阀曲线和借助于高升程排气凸轮以高升程排气阀曲线中的一种来选择性地操作排气阀；可变凸轮相位控制器，能在排气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程排气凸轮和高升程排气凸轮的相位设置；点火火花控制器；以及燃料喷射控制器。一种用于控制在均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式和火花点火（SI）燃烧模式之间过渡的燃烧模式过渡控制，包括：使得进气和排气凸轮轴从与HCCI和SI燃烧模式中的一种相对应的初始相位设置缓慢地过渡至与HCCI和SI燃烧模式中的另一种相对应的目标相位设置。点火火花定时和喷射燃料质量与进气和排气凸轮轴相位设置的过渡协调，以在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡期间大致保持发动机负载连续性。

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是根据本发明的具有附属控制模块的内燃机的示意图；

图2以图形示出了根据本发明的在示例性发动机的低负载操作期间的阀升程相对于活塞位置，包括示例性排气凸轮低升程和高升程阀曲线以及进气凸轮低升程和高升程阀曲线；

图3以图形示出了根据本发明的在示例性发动机的高负载操作期间的阀升程相对于活塞位置，包括示例性排气凸轮低升程和高升程阀曲线以及进气凸轮低升程和高升程阀曲线；

图4以图形示出了根据本发明的对于高升程和低升程凸轮曲线而言的进入每个气缸的空气质量流量相对于凸轮定相角；

图5以图形示出了根据本发明的在SI燃烧模式的固定操作点处的发动机负载相对于点火定时；

图6以图形示出了根据本发明的在SI燃烧模式的固定操作点处的最大缸内压力升高速率相对于点火定时；和

图7以图形示出了根据本发明的在燃烧模式过渡期间的发动机控制参数的状态，包括喷射燃料质量、燃烧模式、扭矩、点火定时、节气门位置、阀重叠、以及进气和排气阀升程。

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和进气空气温度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的节气门位置的控制信号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可操作通过经由控制信号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来自控制模块5的控制信号126针对每个气缸15切换和控制进气阀20的阀升程（VLC）并且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来自控制模块5的排气阀升程的控制信号124针对每个气缸15可变地切换和控制排气阀18的阀升程（VLC）并且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分别响应于排气和进气升程和相位的相应控制信号124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包括燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每个高压燃料喷射器28均配置成响应来自控制模块5的喷射燃料质量的控制信号112将一定质量的燃料直接喷射到燃烧室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的点火定时的控制信号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RPM且可操作监测曲轴旋转位置（即曲轴角度和速度）的曲轴传感器42、配置成监测燃烧的燃烧传感器30、以及配置成监测排气的排气传感器40（通常是空气/燃料比传感器）。燃烧传感器30具有可操作监测燃烧参数状态的传感器装置并被描述为可操作监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲轴传感器42的输出由控制模块5监测，控制模块5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。然而，燃烧定相还可以由本领域技术人员可以知道的类似方法确定。燃烧传感器30还可以由控制模块5监测以确定对于每个燃烧循环而言每个气缸15的平均有效压力（IMEP）。优选地，发动机10和控制模块5被机械设计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。

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。控制模块5监测指示发动机速度和进气空气温度以及冷却剂温度和其它环境状况的传感器。

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（在如此配备的发动机上）。在一个实施例中，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。在持续车辆操作期间，控制模块5可以操作以打开和关闭发动机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、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。

在以HCCI燃烧模式的发动机操作期间，节气门阀34优选大致宽开启（WOT），其中，发动机10被控制在稀或化学计量比空气/燃料比。进气和排气阀20和18处于低升程阀开启位置以及进气和排气升程定时以PVO操作。大致宽开启节气门可以包括完全未节流地操作或稍微节流地操作以在进气歧管29中形成真空，以便实现EGR流。在一个实施例中，缸内EGR质量被控制为高稀释速率，例如大于40％的气缸空气充气。在发动机循环期间可以执行一个或多个燃料喷射事件。

在以均质火花点火（SI）燃烧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PVO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，速度和负载）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。

在燃烧模式过渡期间，发动机10被控制以优选空气/燃料比操作，且控制进气空气流和燃料喷射以实现与所选择燃烧模式相关的优选空气/燃料比。这包括基于所选择燃烧模式的发动机操作估计气缸空气充气。节气门阀34以及进气和排气VCP/VLC装置22和24基于估计气缸空气充气来控制以实现进气空气流率，包括在SI和HCCI燃烧模式之间过渡期间。空气流通过调节节气门阀34以及进气和排气VCP/VLC装置22和24来控制以控制进气和排气阀20和18的开启定时和升程曲线。两种燃烧模式的操作需要进气和排气VCP/VLC装置22和24（在进气和排气阀20和18的阀相位和升程方面）以及节气门阀34（针对节气门位置）的不同设置。

在从SI燃烧模式过渡至HCCI燃烧模式期间，发动机10过渡至以稀或化学计量比空气/燃料比操作，且空气流被控制以实现优选空气/燃料比。控制模块5控制节气门34开启预定位置，且命令进气和排气VCP/VLC系统22和24将进气和排气凸轮相位设置调节至低升程阀曲线的相对微小NVO，从而增加歧管压力。低升程阀曲线的相对微小NVO的进气和排气凸轮相位设置与高升程阀曲线的相对微小PVO的进气和排气凸轮相位设置相对应。由于增加的歧管压力，空气流随后增加，直到进气和排气VCP/VLC系统22和24的VLC部分将进气和排气阀20和18从高升程阀开启位置切换至低升程阀开启位置。在HCCI操作期间，燃料质量与发动机负载相对应。

在从HCCI燃烧模式过渡至SI燃烧模式期间，发动机10过渡至以化学计量比空气/燃料比操作。控制模块5控制节气门34至预定位置，且控制进气和排气VCP/VLC系统22和24将进气和排气凸轮相位设置调节至高升程阀曲线的相对微小PVO，从而减少歧管压力，同时将进气和排气阀20和18从低升程阀开启位置切换至高升程阀开启位置，从而增加空气流量。高升程阀曲线的相对微小PVO的进气和排气凸轮相位设置与低升程阀曲线的相对微小NVO的进气和排气凸轮相位设置相对应。

某些发动机致动器已知具有快速动态响应（称为快速发动机致动器），且可以在单个发动机循环或气缸事件内调节至新指令输出。快速发动机致动器包括例如燃料喷射器、火花点火器、和阀提升机构（例如，两级阀提升机构）。其它发动机致动器响应于控制信号较慢实现变化（称为缓慢发动机致动器），且由于部件惯性、机械响应时间和空气流滞后，花费多个发动机循环或气缸事件来调节至新指令输出。缓慢发动机致动器包括例如EGR阀、节气门和阀移相器。由于燃烧定相主要由火花定时驱动，因而，燃烧定相也被认为具有快速动态响应。本文使用的与发动机致动器及其控制或响应有关的措辞“缓慢”及其变体指的是经过多个发动机循环或气缸事件。类似地，本文使用的与发动机致动器及其控制或响应有关的措辞“快速”及其变体指的是经过单个发动机循环或气缸事件。

图2以图形示出了在示例性发动机10的低负载操作期间的阀升程53（单位：毫米）相对于曲轴角度51，包括示例性排气凸轮低升程阀曲线50和高升程阀曲线52以及进气凸轮低升程阀曲线54和高升程阀曲线56。排气凸轮和进气凸轮的低升程阀曲线50和54与HCCI燃烧模式的操作相对应。排气凸轮和进气凸轮的高升程阀曲线52和56与SI燃烧模式的操作相对应。排气凸轮低升程曲线50在点48开始开启，在点49达到最大升程，且在点55完全关闭。排气凸轮高升程曲线52在点48’开始开启，在点49’达到最大升程，且在点55’完全关闭。进气凸轮低升程凸轮曲线54在点57开始开启，在点58达到最大升程，且在点59完全关闭。进气凸轮高升程凸轮曲线56在点57’开始开启，在点58’达到最大升程，且在点59’完全关闭。在一个实施例中，排气凸轮和进气凸轮曲线描述在示例性HCCI燃烧模式和SI燃烧模式中的每个中的最大负阀重叠。本领域技术人员将理解，示例性凸轮曲线是能够使用的许多组合中的一种且不意味着包括所有潜在凸轮曲线组合。

图3以图形示出了在示例性发动机10的高负载操作期间的阀升程63（单位：毫米）相对于曲轴角度61，包括示例性排气凸轮低升程阀曲线60和高升程阀曲线62以及进气凸轮低升程阀曲线64和高升程阀曲线66。排气凸轮和进气凸轮的低升程阀曲线60和64与HCCI燃烧模式的操作相对应。排气凸轮和进气凸轮的高升程阀曲线62和66与SI燃烧模式的操作相对应。与图2所示相比，在高负载操作下，排气凸轮低升程曲线60延迟，在点63开始开启，在点65达到最大升程，且在点67完全关闭。排气凸轮高升程曲线62也延迟与低升程凸轮曲线60相同的量，在点63’开始开启，在点65’达到最大升程，且在点67’完全关闭。

与图2所示相比，在高负载操作下，进气凸轮低升程凸轮曲线64提前，在点68开始开启，在点69达到最大升程，且在点70完全关闭。进气凸轮高升程凸轮曲线66也提前与低升程凸轮曲线64相同的量，在点68’开始开启，在点69’达到最大升程，且在点70’完全关闭。在一个实施例中，排气凸轮曲线表示在示例性HCCI燃烧模式中实现的最小负阀重叠。进气凸轮曲线表示在示例性SI燃烧模式中实现的最大正阀重叠。应当理解，示例性凸轮曲线是能够使用的许多组合中的一种且不意味着包括潜在凸轮曲线组合。应当理解，进气和排气凸轮曲线的定相的变化在负载变化时连续，且根据所请求发动机负载和发动机效率修改。本领域技术人员将认识到，凸轮曲线定相是说明性的，且可以针对具体应用根据操作参数变化，例如可听燃烧噪音、空气流量和燃料效率。

图4以图形示出了进入每个气缸的缸内空气质量73（单位：毫克）相对于凸轮定相角71（由关于图2和3的曲轴角度表示）。曲线图的左侧分别描述在发动机以低负载操作（例如图2）时低升程和高升程凸轮曲线72、74的空气流量。曲线图的右侧描述在发动机以高负载操作（例如图3）时凸轮曲线的空气流量。随着发动机负载增加，凸轮定相的量增加，从而更多空气质量流入每个气缸中。在HCCI燃烧中，使用低升程凸轮曲线72。在低升程凸轮曲线72达到高负载发动机操作时，凸轮曲线从低升程凸轮曲线72切换至高升程凸轮曲线74，以便以低负载SI燃烧模式操作。低升程和高升程凸轮曲线72、74之间的空气流量的差明显，从大约300 mg移动至大约500 mg。在SI燃烧模式，期望接近化学计量比的空气/燃料混合物，因而，从低升程凸轮曲线切换至高升程凸轮曲线与接近化学计量比的空气/燃料混合物一起将产生更高负载不连续或中断，且降低燃烧噪音不连续或中断。

图5以图形示出了在SI燃烧模式的固定操作点处的发动机负载83（NMEP）根据点火定时81（单位：上止点之后的度数（aTDC））而变。曲线图表示在点火定时从点84沿曲线提前到点82时发动机负载的趋势。在点86处存在峰值输出扭矩点，其中，点火定时大约-25度aTDC。峰值输出扭矩点86是对于一组给定发动机操作参数而言扭矩处于最高能够输出的点。在点火定时提前超过峰值输出扭矩点86时，发动机负载减少。将点火提前超过产生最大负载的定时（即，从点86至点82）称为过度提前点火定时，且导致过度提前燃烧定相且减少发动机负载。

图6以图形示出了表示根据点火定时91（单位：度aTDC）而变的最大缸内压力升高速率93（单位：千帕每曲轴角度）的数据。最大压力升高速率是可听燃烧噪音的指示。速率越高，产生的可听燃烧噪音越多。因而，可听燃烧噪音水平显示了从点94至点92的显著增加。图6的点92和点94分别和与图5的点82和84相同的点火定时相对应。因而，图6的点92和图5的点82表示低发动机负载和高可听燃烧噪音水平，而图6的点94和图5的点84表示高发动机负载和低可听燃烧噪音水平。

在以SI燃烧模式操作时，过度提前燃烧定相减少发动机负载83且增加可听燃烧噪音93。每个气缸可以独立地变化，以提供与过渡HCCI燃烧模式类似的发动机负载水平和可听燃烧噪音水平。因而，燃烧模式过渡可以在没有扭矩扰动或可听燃烧噪音的大变化的情况下通过切换点火定时和发动机燃料供应实现，从而导致从一个燃烧模式到另一个的平稳过渡。燃烧定相和发动机燃料供应也可以与缓慢发动机致动器响应（即，VCP/VLC装置22、24的VCP部分和节气门阀34）协调一起可控地调节，且提供发动机负载和燃烧噪音水平的相应变化。

图7以图形示出了在燃烧模式过渡期间的发动机致动器和相关发动机参数的状态，包括喷射燃料质量112、燃烧模式114、扭矩116、点火定时118、节气门位置120、阀重叠122、以及进气和排气阀升程（分别为124和126）。发动机10最初以HCCI燃烧模式100操作。在HCCI燃烧模式100期间，在满足预定条件时，控制模块5例如在时间130命令过渡至SI燃烧模式110。可以引起燃烧模式的命令变化的预定条件包括例如发动机负载和速度在与当前燃烧模式相关的预定操作范围（即，高负载HCCI极限值或低负载SI极限值）之外或者趋于预定操作范围之外。控制模块5确定当前操作扭矩和可听燃烧噪音水平。控制模块5可以使用传感器数据或查询表或者其它合适手段来确定扭矩水平和燃烧噪音水平。类似地，在SI燃烧模式110期间，在在满足预定条件时，控制模块5例如在时间132命令过渡至HCCI燃烧模式100。

从HCCI燃烧模式100过渡至SI燃烧模式110在图7的时间130时开始。快速发动机致动器（即，燃料喷射器以及进气和排气VCP/VLC装置22、24的VLC部分）快速切换至与SI燃烧模式相对应的燃料喷射和阀曲线。进气和排气VCP/VLC装置22、24将进气和排气阀从低升程阀曲线（0）快速切换至高升程阀曲线（1），从而引起从低升程阀曲线的相对微小NVO（大致在与图3相对应的HCCI高负载极限凸轮定相处）切换至高升程阀曲线的相对微小PVO（在相同凸轮轴相位设置处）。同时且与进气和排气阀曲线的快速切换基本同时地，喷射燃料质量112根据与高升程阀曲线相对应的显著增加空气流量逐级地增加（即，快速切换）至接近化学计量比空气/燃料，火花点火系统控制点火定时118以逐级的方式（即，快速切换）至过度提前设置，以控制燃烧定相以便在进气和排气阀曲线的快速切换时基本上保持发动机负载和燃烧噪音连续性。每个气缸的喷射燃料质量和火花点火能够以这种方式独立地控制，以实现发动机燃烧噪音和扭矩的总体期望水平。因而，发动机在至少一个气缸内点火定时过度提前的情况下最初以SI燃烧模式操作，以控制扭矩输出和可听噪音水平，使得初始SI燃烧模式操作与刚好在快速切换进气和排气阀曲线之前以HCCI燃烧模式操作时实现的类似。因而，控制燃烧定相允许在没有扭矩或可听燃烧噪音扰动的情况下大致即时的过渡。缓慢发动机致动器（即，VCP/VLC装置22、24的VCP部分和节气门阀34）中的一个或多个缓慢地过渡至SI燃烧模式设置，与进气和排气阀曲线的快速切换大致同时开始。因而，节气门位置120可以缓慢地从WOT（1）过渡至SI燃烧模式设置，阀曲线重叠122从高升程阀曲线的相对微小PVO缓慢地过渡至高升程阀曲线的相对更大PVO。缓慢发动机致动器的这些缓慢过渡根据比与快速发动机致动器相对应的时间常数显著更长的时间常数发生。因而，与缓慢发动机致动器的缓慢过渡和相应时间常数协调，点火定时118缓慢地延迟至相应最终期望SI燃烧模式设置，喷射燃料质量112缓慢地减少至相应最终期望SI燃烧模式设置，以在进气和排气凸轮轴相位设置过渡期间大致保持发动机负载连续性。

从SI燃烧模式110过渡至HCCI燃烧模式100在图7的时间132开始。控制模块5预测过渡之后HCCI燃烧模式100的操作扭矩和可听燃烧噪音水平。控制模块5可以使用传感器数据或查询表来确定过渡之后HCCI燃烧模式100的扭矩水平和燃烧噪音水平。在从SI燃烧模式110过渡至HCCI燃烧模式100时，缓慢发动机致动器在快速发动机致动器快速切换之前根据缓慢发动机致动器时间常数缓慢地过渡。在进气和排气阀曲线的快速切换之前，缓慢发动机致动器（即，VCP/VLC装置22、24的VCP部分和节气门阀34）中的一个或多个缓慢地过渡至HCCI燃烧模式设置。因而，节气门位置120可以缓慢地从WOT（1）过渡至SI燃烧模式设置，阀曲线重叠122从高升程阀曲线的相对更大PVO缓慢地过渡至高升程阀曲线的相对微小PVO。缓慢发动机致动器的这些缓慢过渡根据比与快速发动机致动器相对应的时间常数显著更长的时间常数发生。与缓慢发动机致动器的缓慢过渡和相应时间常数协调，点火定时118缓慢地提前至过度提前设置，喷射燃料质量112缓慢地增加，以在进气和排气凸轮轴相位设置过渡期间大致保持发动机负载连续性。点火定时的过度提前和得到的燃烧定相的过度提前提供了每单位燃料发动机扭矩的量减少以及可听燃烧噪音的增加，以提供与针对HCCI燃烧模式100操作预测类似的发动机扭矩和可听燃烧噪音水平。每个气缸15的燃烧定相可以独立地控制，从而扭矩和可听燃烧噪音输出可以在各种操作范围（例如发动机负载和可听燃烧噪音水平）内同步。因而，提前燃烧定相为过渡提供了使得扭矩或可听燃烧噪音扰动最小化的条件。一旦缓慢发动机致动器（和协调点火定时和喷射燃料质量）实现其适合于过渡至HCCI燃烧模式的目标设置，快速发动机致动器就快速切换。进气和排气VCP/VLC装置22、24将进气和排气阀从高升程阀曲线（1）快速切换至低升程阀曲线（0），从而在相同凸轮轴相位设置处引起从高升程阀曲线的相对微小PVO切换至低升程阀曲线的相对微小NVO（大致在与图3相对应的HCCI高负载极限凸轮定相处）。同时且与进气和排气阀曲线的快速切换基本同时地，喷射燃料质量112根据与低升程阀曲线相对应的显著减少空气流量逐级地减少（即，快速切换），火花点火系统将点火定时118以逐级的方式（即，快速切换）从过度提前设置控制至最终HCCI燃烧模式设置，以控制燃烧定相以便在进气和排气阀曲线的快速切换时基本上保持发动机负载和燃烧噪音连续性。每个气缸的喷射燃料质量和火花点火能够以这种方式独立地控制，以实现发动机燃烧噪音和扭矩的总体期望水平。因而，发动机在至少一个气缸内点火定时过度提前的情况下最初以SI燃烧模式操作，以控制扭矩输出和可听噪音水平，使得初始HCCI燃烧模式操作与刚好在快速切换进气和排气阀曲线之前以SI燃烧模式操作时实现的类似。因而，控制燃烧定相允许在没有扭矩或可听燃烧噪音扰动的情况下大致即时的过渡。

替代实施例可包括具有可控多级阀开启控制的其它内燃机，包括采用仅用于进气阀或排气阀的多级阀开启和/或可变凸轮定相的内燃机。

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 (5)

1.一种用于在直接喷射内燃机中控制在均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式和火花点火（SI）燃烧模式之间过渡的燃烧模式过渡控制方法，所述内燃机包括：进气凸轮轴，所述进气凸轮轴具有低升程进气凸轮和高升程进气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程进气凸轮以低升程进气阀曲线和借助于高升程进气凸轮以高升程进气阀曲线中的一种来选择性地操作进气阀；可变凸轮相位控制器，能在进气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程进气凸轮和高升程进气凸轮的相位设置；排气凸轮轴，所述排气凸轮轴具有低升程排气凸轮和高升程排气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程排气凸轮以低升程排气阀曲线和借助于高升程排气凸轮以高升程排气阀曲线中的一种来选择性地操作排气阀；可变凸轮相位控制器，能在排气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程排气凸轮和高升程排气凸轮的相位设置；点火火花控制器；燃料喷射控制器，所述过渡控制方法包括：

使得进气和排气凸轮轴从与包括所述HCCI和SI燃烧模式中的一种的第一燃烧模式相对应的初始相位设置缓慢地过渡至与包括所述HCCI和SI燃烧模式中的另一种的第二燃烧模式相对应的目标相位设置；以及

将点火火花定时和喷射燃料质量与进气和排气凸轮轴相位设置的所述过渡协调，以在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡期间大致保持发动机负载连续性；

在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡开始时：

将有效进气和排气阀曲线从相应低升程阀曲线快速切换至相应高升程阀曲线；

快速切换喷射燃料质量以在进气空气流建立与高升程阀曲线以及进气和排气凸轮轴的目标相位设置相对应的预定空气/燃料混合物；以及

将点火火花定时快速切换至过度提前设置，与所述预定空气/燃料混合物结合足以在有效进气和排气阀曲线的切换内大致保持发动机负载连续性；

在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡完成时：

将有效进气和排气阀曲线从相应高升程阀曲线快速切换至相应低升程阀曲线；

快速切换喷射燃料质量以在进气空气流建立与低升程阀曲线以及进气和排气凸轮轴的目标相位设置相对应的预定空气/燃料混合物；以及

将点火火花定时快速切换至延迟设置，与所述预定空气/燃料混合物结合足以在有效进气和排气阀曲线的切换内大致保持发动机负载连续性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一燃烧模式包括HCCI燃烧模式，进气和排气凸轮轴的初始相位设置包括高升程阀曲线的第一正重叠，进气和排气凸轮轴的目标相位设置包括高升程阀曲线的第二正重叠，第二正重叠大于高升程阀曲线的所述第一正重叠。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一燃烧模式包括SI燃烧模式，进气和排气凸轮轴的初始相位设置包括高升程阀曲线的第一正重叠，进气和排气凸轮轴的目标相位设置包括高升程阀曲线的第二正重叠，第二正重叠小于高升程阀曲线的所述第一正重叠。

4.一种用于在直接喷射内燃机中控制从均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式过渡至火花点火（SI）燃烧模式的燃烧模式过渡控制方法，所述内燃机包括：进气凸轮轴，所述进气凸轮轴具有低升程进气凸轮和高升程进气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程进气凸轮以低升程进气阀曲线和借助于高升程进气凸轮以高升程进气阀曲线中的一种来选择性地操作进气阀；可变凸轮相位控制器，能在进气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程进气凸轮和高升程进气凸轮的相位设置；排气凸轮轴，所述排气凸轮轴具有低升程排气凸轮和高升程排气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程排气凸轮以低升程排气阀曲线和借助于高升程排气凸轮以高升程排气阀曲线中的一种来选择性地操作排气阀；可变凸轮相位控制器，能在排气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程排气凸轮和高升程排气凸轮的相位设置；点火火花控制器；燃料喷射控制器，所述过渡控制方法包括：

将有效进气和排气阀曲线从负重叠的相应低升程阀曲线快速切换至第一正重叠的相应高升程阀曲线；

快速切换喷射燃料质量以在进气空气流建立与高升程阀曲线和第一正重叠相对应的预定空气/燃料混合物；以及

将点火火花定时快速切换至过度提前设置，与所述预定空气/燃料混合物结合足以在有效进气和排气阀曲线的切换内大致保持发动机负载连续性；以及

在有效进气和排气阀曲线、喷射燃料质量和点火火花定时的切换完成时：

将进气和排气凸轮轴相位设置从高升程阀曲线的第一正重叠缓慢地过渡至高升程阀曲线的第二正重叠，第二正重叠大于高升程阀曲线的所述第一正重叠；以及

将点火火花定时延迟和喷射燃料质量减少与进气和排气凸轮轴相位设置的所述过渡协调，以在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡期间大致保持发动机负载连续性。

5.一种用于在直接喷射内燃机中控制从火花点火（SI）燃烧模式过渡至均质充气压缩点火（HCCI）燃烧模式的燃烧模式过渡控制方法，所述内燃机包括：进气凸轮轴，所述进气凸轮轴具有低升程进气凸轮和高升程进气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程进气凸轮以低升程进气阀曲线和借助于高升程进气凸轮以高升程进气阀曲线中的一种来选择性地操作进气阀；可变凸轮相位控制器，能在进气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程进气凸轮和高升程进气凸轮的相位设置；排气凸轮轴，所述排气凸轮轴具有低升程排气凸轮和高升程排气凸轮；可变升程控制器，用于用借助于低升程排气凸轮以低升程排气阀曲线和借助于高升程排气凸轮以高升程排气阀曲线中的一种来选择性地操作排气阀；可变凸轮相位控制器，能在排气凸轮轴上操作，用于同时控制低升程排气凸轮和高升程排气凸轮的相位设置；点火火花控制器；燃料喷射控制器，所述过渡控制方法包括：

将进气和排气凸轮轴相位设置从高升程阀曲线的第一正重叠缓慢地过渡至高升程阀曲线的第二正重叠，第二正重叠小于高升程阀曲线的所述第一正重叠；

将点火火花定时提前和喷射燃料质量增加与进气和排气凸轮轴相位设置的所述过渡协调，以在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡期间大致保持发动机负载连续性；

在进气和排气凸轮轴相位设置的过渡完成时：

将有效进气和排气阀曲线从第二正重叠的相应高升程阀曲线快速切换至负重叠的相应低升程阀曲线；

快速切换喷射燃料质量以在进气空气流建立与所述负重叠的低升程阀曲线相对应的预定空气/燃料混合物；以及

将点火火花定时快速切换至延迟设置，与所述预定空气/燃料混合物结合足以在有效进气和排气阀曲线的切换内大致保持发动机负载连续性。