CN102465784A - 火花辅助hcci燃烧模式中的瞬态控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制多气缸直喷内燃发动机的方法，包括将外部排气再循环阀从当前位置建立至目标位置以获得目标排气再循环，以及当实际排气再循环从对应于外部排气再循环阀的当前位置的第一排气再循环值改变至对应于外部排气再循环阀的目标位置的第二排气再循环值时，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步。

Description

火花辅助HCCI燃烧模式中的瞬态控制策略

技术领域

本公开涉及均质充量压缩点火（HCCI）发动机的操作和控制。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并可能不构成现有技术。

内燃发动机，尤其是汽车内燃发动机，通常分为两种类型：火花点火和压缩点火。火花点火发动机，诸如汽油发动机，将燃料/空气混合物引入燃烧气缸，然后该燃料/空气混合物在压缩冲程中压缩并由火花塞点火。压缩点火发动机（诸如柴油发动机）在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料引入或喷入燃烧气缸内，该加压燃料在喷射后被点火。汽油发动机和柴油发动机的燃烧涉及通过流体力学控制的预混火焰或扩散火焰。各类型的发动机具有优点和缺点。总体而言，汽油发动机产生较少的排放，但是效率较差。总体而言，柴油发动机更有效率，但产生更多的排放。

最近，其它类型的燃烧方法已经被引入内燃发动机中。这些燃烧概念中的一种在本领域中已知为均质充量压缩点火（HCCI）。HCCI燃烧模式包括分布式的、无火焰、自动点火燃烧过程，其由氧化化学而不是流体力学来控制。在典型的操作于HCCI燃烧模式的发动机中，在进气阀关闭时刻，气缸充量的成分和温度接近均匀。操作于HCCI燃烧模式的典型的发动机还可以利用分层充量燃料喷射操作，来控制和改变燃烧过程，包括使用分层充量燃烧来触发HCCI燃烧。因为自动点火是分布式动力学控制的燃烧过程，因此，发动机操作于非常稀的燃料/空气混合物（即，燃料/空气化学计量点的贫侧）并具有相对低的峰值燃烧温度，因此形成非常低的氮氧化物（NOx）的排放。自动点火的燃料/空气混合物与柴油发动机中使用的分层的燃料/空气燃烧混合物相比是相对较均匀的。因此，在柴油发动机中形成烟和颗粒排放物的浓区域基本上被除去。由于这种非常稀的燃料/空气混合物，操作在自动点火燃烧模式的发动机能够非节流地操作以获得柴油发动机般的燃料经济性。HCCI发动机能够以大量的排气再循环（EGR）操作于化学计量点，从而获得有效的燃烧。

对操作于自动点火模式的发动机燃烧的起始没有直接的控制，因为气缸充量的化学动力学决定了燃烧的起始和过程。化学动力学对温度是敏感的，因此，受控的自动点火燃烧过程对温度是敏感的。影响燃烧开始和过程的一个重要变量是气缸结构的有效温度，即，气缸壁、盖、阀和活塞冠的温度。另外，已知火花辅助点火在某些操作范围内有助于燃烧。

在较高的负荷操作于HCCI模式可能是很困难的，因为燃烧室内的能量随着增加的负荷而增加。这种增加的能量，由例如正在燃烧的空气燃料充量中的较高的温度来表现，增加了空气燃料充量在期望的燃烧点之前燃烧的可能性，导致来自燃烧室的不期望的压力波动或激振。

发明内容

用于控制多气缸直喷内燃发动机的方法包括将外部排气再循环阀从当前位置建立至目标位置以获得目标排气再循环，以及当实际排气再循环从对应于外部排气再循环阀的当前位置的第一排气再循环值改变至对应于外部排气再循环阀的目标位置的第二排气再循环值时，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步。

此外，本发明涉及以下技术方案。

1. 一种用于控制多气缸直喷内燃发动机的方法，包括：

将外部排气再循环阀从当前位置建立到目标位置，以获得目标排气再循环；以及

当实际排气再循环从对应于所述外部排气再循环阀的当前位置的第一排气再循环值改变至对应于所述外部排气再循环阀的目标位置的第二排气再循环值时，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步。

2. 如技术方案1所述的方法，其中，所述目标排气再循环对应于增加的发动机负荷，并且其中，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步包括延迟燃料质量喷射和火花放出中的至少一个。

3. 如技术方案1所述的方法，其中，所述目标排气再循环对应于降低的发动机负荷，并且其中，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步包括使燃料质量喷射和火花放出提前。

4. 一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机的方法，包括：

响应于喷射燃料质量瞬态，将外部排气再循环调节到对应于喷射的燃料质量的值；以及

以根据外部排气再循环动态特性的速率来调节燃烧开始正时来保持鲁棒的燃烧，所述外部排气再循环动态特性与所述调节的外部排气再循环的瞬态相关联。

5. 如技术方案4所述的方法，其中，所述喷射的燃料质量瞬态被选择为足以获得操作员扭矩请求的瞬态质量，并且，调节所述外部排气再循环包括调节所述外部排气再循环以保持化学计量点的空气燃料比。

6. 如技术方案4所述的方法，其中，调节所述外部排气再循环包括：

响应于增加的操作员扭矩请求而增加喷射的燃料质量；以及

降低所述外部排气再循环以获得对应于所述增加的喷射燃料质量的值。

7. 如技术方案6所述的方法，其中，调节燃烧开始正时包括：

以补偿外部排气再循环动态特性的速率来降低燃烧开始正时，其中，所述外部排气再循环动态特性初始以过量的外部排气再循环来操作所述发动机，直到所述降低的外部排气再循环获得对应于所述增加的喷射燃料质量的值。

8. 如技术方案7所述的方法，其中，以补偿外部排气再循环动态特性的速率来降低燃烧开始正时包括延迟燃烧定相以显著地降低由于初始过量的外部排气再循环导致的燃烧灭火和部分燃烧。

9. 如技术方案4所述的方法，其中，调节所述外部排气再循环包括：

响应于降低的操作员扭矩请求而降低喷射的燃料质量；以及

增加所述外部排气再循环以获得对应于所述降低的喷射燃料质量的值。

10. 如技术方案9所述的方法，其中，调节燃烧开始正时包括：

以补偿外部排气再循环动态特性的速率来增加燃烧开始正时，其中，所述外部排气再循环动态特性初始以不足的外部排气再循环来操作所述发动机，直到所述增加的外部排气再循环获得对应于所述降低的喷射燃料质量的值。

11. 如技术方案10所述的方法，其中，以补偿外部排气再循环动态特性的速率来增加燃烧开始正时包括使燃烧定相提前以显著地降低由于初始不足的外部排气再循环导致的过度燃烧噪声。

12. 如技术方案4所述的方法，其中，所述多气缸火花点火直喷内燃发动机操作在包括火花辅助点火的高负荷均质充量压缩点火模式，所述火花辅助点火包括：

在进气冲程期间利用单次喷射将喷射的燃料质量输送到所述发动机；

在压缩冲程期间，在所述单次喷射之后对所述喷射的燃料质量进行火花点火，以开始火焰传播；以及

当由于火焰传播而使所压缩的喷射燃料质量的温度增加到足以自动点火的温度，对喷射的燃料质量的其余部分进行自动点火。

13. 如技术方案12所述的方法，其中，使喷射的燃料质量火花点火延迟自动点火以扩展受控自动点火燃烧的高负荷操作极限，其中，延迟所述火花正时降低过度燃烧噪声，将所述火花正时提前降低燃烧灭火和部分燃烧。

14. 一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机的方法，包括：

将所述发动机操作在火花辅助均质充量压缩点火模式；

监测扭矩请求；

响应于对应于瞬态扭矩请求的负荷瞬态，调节外部排气再循环以获得对应于所述负荷瞬态的值以保持基本上化学计量比的燃烧；以及

使燃烧开始正时与外部排气再循环动态特性同步，所述外部排气再循环动态特性与经调节的外部排气再循环获得对应于所述负荷瞬态的值的速率有关，其中，所述外部排气再循环动态特性包括当外部排气再循环增加时的填充动态特性以及当外部排气再循环降低时的排出动态特性。

15. 如技术方案14所述的方法，其中，使燃烧开始正时与外部排气再循环动态特性同步包括：

对应于增加的扭矩请求而增加负荷；

降低所述外部排气再循环以获得对应于所述增加的负荷的值；以及

以与排出动态特性同步的速率来延迟喷射燃料质量正时，以补偿由排出动态特性导致的初始过量的外部排气再循环，直到经调节的外部排气再循环获得对应于所述增加的负荷的值。

16. 如技术方案14所述的方法，其中，使燃烧开始正时与外部排气再循环动态特性同步包括：

对应于降低的扭矩请求而降低负荷；

增加所述外部排气再循环以获得对应于所述降低的负荷的值；以及

以与填充动态特性同步的速率来使喷射燃料质量正时提前，以补偿由填充动态特性导致的初始不足的外部排气再循环，直到经调节的外部排气再循环获得对应于所述降低的负荷的值。

17. 如技术方案14所述的方法，其中，使燃烧开始正时与外部排气再循环动态特性同步包括：

对应于增加的扭矩请求而增加负荷；

降低所述外部排气再循环以获得对应于所述增加的负荷的值；

基于所述增加的发动机负荷而开始自动点火正时包括利用选择的火花正时来燃烧一部分空气燃料充量，其中，所述火花正时以与排出动态特性同步的速率被延迟以补偿由排出动态特性导致的初始过量的外部排气再循环，直到经调节的外部排气再循环获得对应于所述增加的负荷的值。

18. 如技术方案17所述的方法，还包括：

以与排出动态特性同步的速率来延迟喷射燃料质量正时，以补偿由排出动态特性导致的初始过量的外部排气再循环，直到经调节的外部排气再循环获得对应于所述增加的负荷的值。

19. 如技术方案14所述的方法，其中，使燃烧开始正时与外部排气再循环动态特性同步包括：

对应于降低的扭矩请求而降低负荷；

增加所述外部排气再循环以获得对应于所述降低的负荷的值；

基于所述降低的负荷而开始自动点火正时包括利用选择的火花正时来燃烧一部分空气燃料充量以便开始预测的自动点火正时，其中，所述火花正时以与填充动态特性同步的速率被提前以补偿由填充动态特性导致的初始不足的外部排气再循环，直到经调节的外部排气再循环获得对应于所述降低的负荷的值。

20. 如技术方案19所述的方法，还包括：

以与填充动态特性同步的速率来使喷射燃料质量正时提前，以补偿由填充动态特性导致的初始不足的外部排气再循环，直到经调节的外部排气再循环获得对应于所述降低的负荷的值。

附图说明

现在参考附图，通过实例描述一个或多个实施例，其中：

图1是根据本公开的示例性发动机系统的示意图；

图2是描述根据本公开的在火花辅助HCCI燃烧期间的热释放速率曲线的图；

图3是根据本公开的燃料喷射质量302与维持火花辅助HCCI燃烧的期望化学计量点所需的外部排气再循环（EGR）百分比301的关系的图；

图4示意性地示出了根据不公开的外部EGR补偿控制器400，其用于在火花辅助的HCCI燃烧模式的负荷瞬态期间调整燃料喷射和/或火花正时以与外部EGR的排出和填充同步；

图5图形地示出了根据本公开的来自示例性发动机的实验和导出数据，示出了燃料喷射质量501、燃料喷射正时503、火花点火正时505、EGR阀开度507、CA50（即，50%燃料质量燃烧的曲轴角位置）509和平均IMEP511与时间502的关系；以及

图6图形地示出了根据本公开的来自示例性发动机的实验和导出数据，示出了燃料喷射质量601、燃料喷射正时603、火花点火正时605、EGR阀开度607、CA50（即，50%燃料质量燃烧的曲轴角位置）609和平均IMEP611与时间602的关系。

具体实施方式

现在参考附图，其中的描绘仅仅是用于对某些示例性实施例进行说明的目的，而不是用于对其进行限制，图1示意性示出了根据本公开的一个实施例构造的示例性内燃发动机10和所附控制模块5。发动机10选择性地操作在多种燃烧模式，包括受控自动点火（HCCI）燃烧模式和均质火花点火（SI）燃烧模式。发动机10可选择性地以化学计量比空气/燃料比操作以及以主要在化学计量比的贫侧的空气/燃料比操作。要认识到的是，本公开中的概念可以应用到其它内燃发动机系统和燃烧循环。

在一个实施例中，发动机10可联接到变速器装置，以将牵引功率传输给车辆的传动系。变速器可包括具有扭矩机器的混合动力变速器，该扭矩机器可操作将牵引功率传输给传动系。

示例性发动机10包括多气缸、直喷式四冲程内燃发动机，具有在气缸15内可滑动地移动的往复活塞14，其限定可变体积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转的曲轴12，线性往复运动通过该曲轴12转换为旋转运动。空气进气系统将进气空气提供给进气歧管29，该进气歧管29将空气引导并分配到燃烧室16的进气流道中。空气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。空气进气装置优选地包括用于监测质量空气流量和进气空气温度的质量空气流量传感器32。节气门阀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。进气歧管29内的压力传感器36配置为监测歧管绝对压力和大气压力。外部流通道再循环来自发动机排气的排气到进气歧管29，其具有被称为排气再循环（EGR）阀38的流量控制阀。控制模块5可操作以通过控制EGR阀38的开度来控制流向进气歧管29的排气的质量流量。

从进气歧管29进入到燃烧室16中的空气流由一个或多个进气阀20控制。通过一个或多个排气阀18来控制离开燃烧室16进入排气歧管39的排气流。发动机10配备有控制并调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，进气阀20和排气阀18的打开和关闭可通过分别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来控制并调节。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的旋转被联系到曲轴12的旋转并以曲轴12的旋转来分度（indexed），因此，将进气阀20和排气阀18的打开和关闭与曲轴12和活塞14的位置联系起来。

进气VCP/VLC装置22优选包括可操作以响应于控制模块5的控制信号（INTAKE）来切换和控制一个或多个进气阀20的阀升程并可变地调节和控制每个气缸15的进气凸轮轴21的定相的机构。排气VCP/VLC装置24优选包括可操作以响应于控制模块5的控制信号（EXHAUST）来可变地切换和控制一个或多个排气阀18的阀升程并可变地调节和控制每个气缸15的排气凸轮轴23的定相的可控机构。

进气和排气VCP/VLC装置22和24均优选包括可操作以分别将一个或多个进气阀20和排气阀18的阀升程大小或开度控制为两个离散级之一的可控两级可变升程控制（VLC）机构。优选地，两个离散级包括优选用于低速和低负荷操作的低升程阀打开位置（在一个实施例中为大约4-6mm）和优选用于高速和高负荷操作的高升程阀打开位置（在一个实施例中为大约8-13mm）。进气和排气VCP/VLC装置22和24每个都优选包括可变凸轮定相（VCP）机构，以便分别控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的定相（即相对正时）。调节定相指的是相对于各个气缸15中的曲轴12和活塞14的位置来变换进气阀20和排气阀18的打开时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构每个都优选地具有大约60°-90°的曲柄旋转的定相权度的范围，从而允许控制模块5相对于每个气缸15的活塞14的位置使进气阀20和排气阀18中的一个的打开和关闭超前或延迟。进气和排气VCP/VLC装置22和24限定且限制了定相权度的范围。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器，以便确定进气和排气凸轮轴21和23的旋转位置。采用由控制模块5控制的电动液压、液压或电控制力中的一种来对VCP/VLC装置22和24加以致动。

发动机10包括燃料喷射系统，包括多个高压燃料喷射器28，每个高压燃料喷射器28均配置成响应于来自控制模块5的信号将一定质量的燃料直接喷射到一个燃烧室16中。从燃料分配系统向燃料喷射器28供给加压的燃料。

发动机10包括火花点火系统，火花点火系统可将火花能量提供给火花塞26，用于响应于来自控制模块5的信号（IGN）对每个燃烧室16中的气缸充量进行点火或辅助点火。

发动机10装备有各种传感装置用于监测发动机操作，包括具有输出RPM并操作成监测曲轴旋转位置（即曲柄角和速度）的曲柄传感器42，在一个实施例中，包括构造成监测燃烧的燃烧传感器30和构造成监测排气的排气传感器40，例如空气/燃料比传感器。燃烧传感器30包括可操作监测燃烧参数状态的传感器装置并被示出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和曲柄传感器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中的每个气缸15，燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角度的正时。燃烧传感器30也能够由控制模块5监测，以确定每个燃烧循环中每个气缸15的平均有效压力（IMEP）。优选地，发动机10和控制模块5均设计为在每个气缸点火事件期间针对每个发动机气缸15监测并确定IMEP的状态。替代性地，其它传感系统可以用来监测本公开范围内的其它燃烧参数的状态，例如离子传感点火系统以及非侵入式气缸压力传感器。

控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器及类似的术语意味着下列项中的一个或多个的任意恰当的一种或各种组合：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单元（优选为微处理器）和相关联的存储器和存储装置（只读、可编程只读、随机存取、硬盘等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、恰当的信号调节和缓冲电路、及提供所述功能的其它适当构件。控制模块5具有一组控制算法，包括存储在存储器中并被执行以提供所需功能的常驻软件程序指令和校准。算法优选地在预设循环周期期间执行。可以通过例如中央处理单元来执行算法，并且该算法可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。循环周期可以规则的时间间隔执行，例如在进行着的发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可替代地，算法可以响应事件的发生而执行。

在操作中，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被构造成接收来自操作员的输入信号（例如，通过加速踏板和制动踏板），从而确定扭曲请求（To_req）。要认识到的是，扭矩请求能够响应操作员的输入（例如，通过加速踏板和制动踏板），或者扭矩请求能够响应于由控制模块5监测到的自动起动情况。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周围环境状况的传感器。

控制模块5执行存储在其中的算法代码以控制上述致动器从而形成气缸充量，包括控制节气门位置、火花点火正时、燃料喷射质量和正时、EGR阀位置开度以控制再循环排气流量，以及在配备有进气和/或排气阀的发动机上控制进气和/或排气阀正时和定相。在一个实施例中，阀正时和定相可以包括负阀重叠（NVO）和排气阀再开升程（在排气再吸入策略中）。控制模块5可操作以在运行的车辆操作期间将发动机10开启和关闭，并且可操作通过控制燃料和火花以及阀的停用来选择性地停用一部分燃烧室16或一部分的进气阀20和排气阀18。控制模块5可基于来自排气传感器40的反馈控制空气/燃料比。

在发动机操作期间，节气门阀34优选在受控自动点火（HCCI）燃烧模式（例如，单次和双重喷射受控自动点火（HCCI）燃烧模式）下基本全开，其中发动机10被控制在稀的空气/燃料比。基本全开的节气门可包括完全非节流或轻微节流地操作以在进气歧管29内产生真空以影响EGR流量。在一个实施例中，缸内的EGR质量被控制到较高的稀释率。进气阀20和排气阀18在低升程阀位置且进气和排气升程正时以NVO方式操作。在发动机循环期间能够执行一个或多个燃料喷射事件，包括在压缩阶段期间的至少一个燃料喷射事件。

在发动机操作在均质火花点火（SI）燃烧模式期间，控制节气门阀34以调节空气流量。将发动机10控制到化学计量比的空气/燃料比，进气阀20和排气阀18处于高升程阀打开位置且进气和排气升程正时以正阀重叠的方式操作。优选地，在发动机循环的压缩阶段（优选基本上在TDC之前）执行燃料喷射事件。当气缸内空气充量基本均匀时，火花点火优选在燃料喷射之后的预先确定时刻放出。

参照图2，图2是描述根据本公开的在火花辅助HCCI（自动点火）燃烧期间的热释放速率曲线200的图。x轴202表示燃烧的质量分数（%），y轴201表示热释放速率（J/deg）。受控自动点火（HCCI）的高负荷操作极限可以通过在由虚线60表示的自动点火点之前对空气燃料充量火花点火而扩展。将空气燃料充量点燃将开始火焰传播，其中，利用火焰传播来延迟自动点火而扩展高负荷操作极限，因此实现可接受的燃烧噪声。在高负荷操作期间，火花辅助的自动点火包括在进气冲程期间利用单次喷射将燃料质量输送到发动机，在压缩冲程期间对喷射的燃料质量火花点火，开始火焰传播，并且当由于火焰传播使气缸充量的温度上升到足以自动点火的温度时，对喷射的燃料质量的剩余部分进行自动点火。火焰传播发生至虚线60并且由箭头58表示。自动点火发生在虚线60并且由箭头62表示。如将变得清楚的，通过增加或降低火花正时和/或喷射的燃料质量正时（即，燃烧初始正时），可以在发动机负荷瞬态期间显著地降低燃烧噪声和燃烧灭火，同时保持鲁棒的燃烧稳定性。具体而言，延迟火花正时和/或喷射的燃料质量正时将延迟燃烧定相并降低燃烧噪声。使火花正时和/或喷射的燃料质量正时提前将使燃烧定相提前并降低燃烧灭火和部分燃烧。将认识到，火花点火的空气燃料充量能够包括基本处于化学计量比的空气燃料比来使用三元催化转换器满足期望的NOx排放标准。

本文讨论的实施例采用控制策略，在负荷瞬态期间保持鲁棒的燃烧，同时将发动机操作在受控自动点火（HCCI）模式，包括在高负荷操作期间火花辅助点火。将认识到，控制策略不限于高负荷自动点火（HCCI）操作，能够类似地应用于带有或不带有火花辅助点火的低负荷和中等负荷自动点火（HCCI）操作。

负荷瞬态能够响应于操作员扭矩请求而发生，并且能够包括响应于快速操作员扭矩请求的快速负荷瞬态。将理解的是，发动机负荷对应于实现操作员扭矩请求所需的喷射燃料质量。发动机负荷和喷射燃料质量在本文中将可互换地使用。喷射燃料质量被增加或降低以便分别满足增加或降低的操作员扭矩请求。如前所述，操作员扭矩请求由控制模块5监测，并且能够包括加速踏板和制动踏板输入。当发生发动机负荷瞬态时，必须调节外部EGR的量来实现对应于发动机负荷（即，喷射燃料质量）的值，以保持期望的空气燃料比和可接受的燃烧噪声。例如，期望的空气燃料比可以基本上是化学计量比，以满足期望的NOx排放水平，在高发动机负荷应用三元催化转换器。对应于发动机负荷瞬态的喷射燃料质量是足以实现操作员扭矩请求的质量。利用控制模块5来调节外部EGR的量来通过控制EGR阀38的打开百分比而控制流到进气歧管29的排气的质量流量。因此，响应于与瞬态操作员扭矩请求相关联的喷射燃料质量瞬态（即，发动机负荷瞬态），调节外部EGR阀38的打开百分比，以获得对应于喷射燃料质量瞬态的值来保持期望的空气燃料比（例如，基本上化学计量比）和可接受的燃烧噪声。外部EGR的量还将称为外部EGR百分比。

现在参考图3，根据本公开，示出了喷射燃料质量与保持期望的空气燃料比（例如，化学计量比）和可接受的燃烧噪声同时获得火花辅助的HCCI燃烧的最佳燃料效率和排放所需的外部EGR百分比之间的关系的图。x轴302表示燃料质量（mg/循环），y轴301表示外部EGR百分比（%）。曲线300表示期望的外部EGR百分比。如对于超过特定质量的燃料所示，随着燃料质量增加，外部EGR百分比下降。

与燃料质量喷射相比，外部EGR具有相对慢的动态特性（外部EGR动态特性）。换句话说，与调节喷射燃料质量相比，调节外部EGR百分比花费的时间更长。外部EGR动态特性与调节外部EGR百分比来获得对应于喷射燃料质量的值的速率相关联。在发动机负荷瞬态期间对于两种不同的喷射燃料质量所需的外部EGR百分比的量的不同可以对这些瞬态期间的燃烧稳定性具有很大影响。例如，如果喷射燃料质量由于增加的操作员扭矩请求而快速增加，则由于外部EGR百分比降低时的慢速排出动态特性，发动机最初以过量的外部EGR百分比操作，直到排出的动态特性实现对应于增加的喷射燃料质量的外部EGR百分比值。慢速排出动态特性能够比所期望的延迟更多的燃烧定相，导致部分燃烧或燃烧灭火。类似地，如果喷射燃料质量由于降低的操作员扭矩请求而快速下降，则由于外部EGR百分比增加时的慢速填充动态特性，发动机最初以不足量的外部EGR百分比操作，直到填充的动态特性实现对应于降低的喷射燃料质量的外部EGR百分比值以保持期望的空气燃料比。慢速填充动态特性能够比所期望的提前更多的燃烧定相，导致过度的燃烧噪声。

为了补偿慢速外部EGR动态特性，以根据外部EGR动态特性（例如，排出或填充动态特性）的速率来调节燃烧开始正时，以保持鲁棒的燃烧和基本上防止燃烧灭火和过度的燃烧噪声。换句话说，燃烧开始正时与外部EGR动态特性（例如，排出或填充动态特性）同步，以保持鲁棒的燃烧并防止燃烧灭火和过度的燃烧噪声，而不是基于静态校准将燃烧开始正时与喷射燃料质量瞬态（即，负荷瞬态）同步，因为外部EGR百分比由于慢速外部EGR动态特性而不能够被快速地调节。燃烧开始正时能够包括喷射正时和火花正时。例如，如果由于增加的操作员扭矩请求而使喷射燃料质量快速增加并且外部EGR百分比降低以实现对应于增加的喷射燃料质量的值，则燃烧开始正时能够慢速降低以补偿慢速排出动态特性。缓慢地降低燃烧开始正时包括缓慢地延迟燃烧定相以便显著地降低由于初始过度的外部EGR百分比导致的燃烧灭火和部分燃烧。类似地，如果由于降低的操作员扭矩请求而使喷射燃料质量快速降低并且外部EGR百分比增加以实现对应于降低的喷射燃料质量的值，则燃烧开始正时能够慢速增加以补偿慢速填充动态特性。慢速增加的燃烧开始正时包括缓慢地使燃烧定相提前以基本上防止初始不足的外部EGR百分比导致的过度燃烧噪声。

如前所述，燃烧开始正时能够包括燃料喷射正时和火花正时。应该认识到，调节燃料喷射正时和火花正时能够补偿慢速外部EGR动态特性对燃烧定相的影响。燃烧定相描述了循环中燃烧的进程，由循环的曲柄角测量。判断燃烧定相的一种度量是CA50，或者说是空气燃料充量的50%被燃烧时的曲柄角。燃烧循环的性质，诸如效率，受到循环的CA50的影响。然而，诸如喷射正时和火花正时的其它因素也能够影响CA50。喷射正时和火花正时可以利用外部EGR动态特性来调节和同步，以补偿慢速外部EGR动态特性，或者喷射正时或火花正时中的一个可以利用外部EGR动态特性来调节和同步，以补偿慢速外部EGR动态特性。

可以利用调节喷射正时来调整由慢速外部EGR动态特性得到的燃烧定相。喷射正时对燃烧定相的影响取决于所得到的燃烧室内情况。例如，较晚的或降低的喷射正时能够造成燃烧开始得较晚，从而延迟燃烧定相。因此，当发动机负荷与增加的操作员扭矩请求相关联地增加并且外部EGR百分比降低以实现对应于增加的发动机负荷的值时，以与外部EGR百分比的排出动态特性同步的速率来降低燃料喷射正时能够补偿由慢速排出动态特性导致的初始过量外部EGR百分比，直到调节的外部EGR百分比获得对应于增加的发动机负荷的值。在另一示例中，增加的或较早的喷射能够造成燃烧开始得较早，从而使燃烧定相提前。因此，当发动机负荷与降低的操作员扭矩请求相关联地降低并且外部EGR百分比增加以获得对应于降低的发动机负荷的值时，以与外部EGR百分比的填充动态特性同步的速率来增加燃料喷射正时能够补偿由慢速填充动态特性导致的初始不足的外部EGR百分比，直到调节的外部EGR百分比获得对应于降低的发动机负荷的值。

还可以利用调节火花正时来调整由慢速外部EGR动态特性导致的燃烧定相。自动点火（HCCI）燃烧的火花辅助点火包括利用火花在尚未处于能导致受控自动点火（HCCI）的能量水平的空气燃料充量的燃烧室内导致燃烧。火花引起的燃烧在燃烧室内产生能量的释放，包括压力波动。该能量的释放传播到燃烧室的其余部分，并且有助于空气燃料充量的其余部分实现自动点火（HCCI）。尽管自动点火最理想地不带有火花点火地操作，但也已知期望火花辅助自动点火操作的情况。例如，在冷起动或低速和低负荷情况下，火花辅助的HCCI利用从火花点火释放的能量来有助于在自动点火可能不稳定或不能够进行的区域进行充量的自动点火。在当前情况下，为了能够在较高负荷下进行HCCI操作，可以使用火花辅助点火来开始充量的燃烧以开始受控自动点火（HCCI），由此允许通过调整火花正时来控制燃烧定相。测试已经表明，当能够根据喷射正时、得到的CA50、和其它相关参数做出这种选择时，对提前的火花正时的选择能够有利于在自动点火开始之前燃烧空气燃料充量的20%。在一个示例中，当发动机负荷与增加的扭矩请求相关联地增加并且外部排气再循环百分比降低以获得对应于增加的负荷的值时，可以选择火花正时来燃烧空气燃料充量的一部分来开始自动点火正时。火花正时以与外部EGR百分比的排放动态特性同步的速率降低，以补偿由慢速排出动态特性导致的初始过量的外部EGR百分比，直到调节的外部EGR百分比获得对应于增加的负荷的值。在另一个示例中，当发动机负荷对应于降低的扭矩请求而降低并且外部排气再循环百分比增加以获得对应于降低的发动机负荷的值时，可以选择火花正时来燃烧空气燃料充量的一部分来开始自动点火正时。火花正时以与填充动态特性同步的速率增加，以补偿由慢速填充动态特性导致的初始不足的外部EGR百分比，直到调节的外部EGR百分比获得对应于降低的发动机负荷的值。

现在参考图4，根据本公开示出了补偿控制器400，该补偿控制器400用于在火花辅助的HCCI（自动点火）燃烧模式中的发动机负荷瞬态期间调节燃烧开始正时，以便与外部EGR动态特性（例如，填充/排出动态特性）同步。补偿控制器包括燃烧模式确定模块402、校准表模块404、时间常数确定模块406、低通滤波器模块408和燃烧开始正时切换模块410。期望的负荷瞬态412和相关联的期望发动机速度被输入到燃烧模式确定模块402、校准表模块404和时间常数确定模块406。期望的负荷瞬态基于例如操作员扭矩请求，其中，操作员扭矩请求能够包括操作员给致动器的输入，包括加速踏板和制动踏板，如上所述。另外，应该认识到，补偿控制器400与控制模块5相关联。如果燃烧模式确定模块402基于期望的负荷瞬态412和相关联的发动机速度确定了火花辅助自动点火模式，则指示火花辅助自动点火模式的信号414被输入到切换模块410和低通滤波器模块408。校准表404将指示燃烧开始正时的静态校准的信号416输入到低通滤波器模块408和切换模块410，其中，信号416基于期望的负荷瞬态412和相关联的发动机速度。时间常数确定模块406基于期望的负荷瞬态412和相关联的发动机速度产生时间常数信号418，其中，时间常数信号418输入到低通滤波器模块408。低通滤波器模块408产生经滤波的信号420，该信号420被输入到切换模块410。经滤波的信号420基于时间常数信号418和指示燃烧开始正时的静态校准的信号416。切换模块410确定与外部EGR动态特性同步以便在负荷瞬态期间补偿慢速外部EGR动态特性的经调节的燃烧开始正时422。经调节的燃烧开始正时422包括燃料喷射正时和火花正时，并且基于指示火花辅助自动点火模式的信号414、指示燃烧开始正时的静态校准的信号416和时间常数信号418。

现在参考图5，示出了根据本公开的来自示例性发动机的实验和导出数据，示出了喷射燃料质量501、燃料喷射正时503（在TDC之前）、火花点火正时505（在TDC之前）、EGR阀开度507、CA50（即，50%燃料质量燃烧的曲轴角位置）509和平均IMEP511与时间502的关系。在各个数据曲线503、505、507、509和511中，虚线曲线包括补偿慢速外部EGR动态特性的调节，而实线曲线不包括补偿慢速外部EGR动态特性的调节。当喷射的燃料质量增加500时，绘制出了补偿的燃料喷射正时504与无补偿的燃料喷射正时506；绘制出了补偿的火花点火正时508与无补偿的火花点火正时510；绘制出了补偿的EGR阀开度512与无补偿的EGR阀开度514，其实时调节以保持期望的CA50曲线516；以及补偿的IMEP522与无补偿的IMEP524。应该认识到，当采用对慢速外部EGR排出动态特性进行补偿时，补偿的CA50曲线520保持期望的CA50曲线516，与不对外部EGR排出动态特性进行补偿的CA50曲线518形成对比。

现在参考图6，示出了根据本公开的来自示例性发动机的实验和导出数据，示出了喷射燃料质量601、燃料喷射正时603（在TDC之前）、火花点火正时605（在TDC之前）、EGR阀开度607、CA50（即，50%燃料质量燃烧的曲轴角位置）609和平均IMEP611与时间602的关系。在各个数据曲线603、605、607、609和611中，虚线曲线包括补偿慢速外部EGR动态特性的调节，而实线曲线不包括补偿慢速外部EGR动态特性的调节。当喷射的燃料质量降低600时，绘制出了补偿的燃料喷射正时604与无补偿的燃料喷射正时606；绘制出了补偿的火花点火正时608与无补偿的火花点火正时610；绘制出了补偿的EGR阀开度612与无补偿的EGR阀开度614，其实时调节以保持期望的CA50曲线616；以及补偿的IMEP622与无补偿的IMEP624。应该认识到，当采用对慢速外部EGR排出动态特性进行补偿时，补偿的CA50曲线618更加紧密地保持期望的CA50曲线616，与不对外部EGR排出动态特性进行补偿的CA50曲线620形成对比。

本公开已经描述了特定优选实施例及其改型。在阅读和理解本说明书的情况下可以进行其它改型和替代。因此，本发明不限于作为用于实现本公开的最佳模式而公开的一个（多个）具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制多气缸直喷内燃发动机的方法，包括：

将外部排气再循环阀从当前位置建立到目标位置，以获得目标排气再循环；以及

当实际排气再循环从对应于所述外部排气再循环阀的当前位置的第一排气再循环值改变至对应于所述外部排气再循环阀的目标位置的第二排气再循环值时，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标排气再循环对应于增加的发动机负荷，并且其中，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步包括延迟燃料质量喷射和火花放出中的至少一个。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标排气再循环对应于降低的发动机负荷，并且其中，将燃烧开始正时与实际排气再循环同步包括使燃料质量喷射和火花放出提前。

4.一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机的方法，包括：

响应于喷射燃料质量瞬态，将外部排气再循环调节到对应于喷射的燃料质量的值；以及

以根据外部排气再循环动态特性的速率来调节燃烧开始正时来保持鲁棒的燃烧，所述外部排气再循环动态特性与所述调节的外部排气再循环的瞬态相关联。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述喷射的燃料质量瞬态被选择为足以获得操作员扭矩请求的瞬态质量，并且，调节所述外部排气再循环包括调节所述外部排气再循环以保持化学计量点的空气燃料比。

6.如权利要求4所述的方法，其中，调节所述外部排气再循环包括：

响应于增加的操作员扭矩请求而增加喷射的燃料质量；以及

降低所述外部排气再循环以获得对应于所述增加的喷射燃料质量的值。

7.如权利要求6所述的方法，其中，调节燃烧开始正时包括：

以补偿外部排气再循环动态特性的速率来降低燃烧开始正时，其中，所述外部排气再循环动态特性初始以过量的外部排气再循环来操作所述发动机，直到所述降低的外部排气再循环获得对应于所述增加的喷射燃料质量的值。

8.如权利要求7所述的方法，其中，以补偿外部排气再循环动态特性的速率来降低燃烧开始正时包括延迟燃烧定相以显著地降低由于初始过量的外部排气再循环导致的燃烧灭火和部分燃烧。

9.如权利要求4所述的方法，其中，调节所述外部排气再循环包括：

响应于降低的操作员扭矩请求而降低喷射的燃料质量；以及

增加所述外部排气再循环以获得对应于所述降低的喷射燃料质量的值。

10.一种用于控制多气缸火花点火直喷内燃发动机的方法，包括：

将所述发动机操作在火花辅助均质充量压缩点火模式；

监测扭矩请求；

响应于对应于瞬态扭矩请求的负荷瞬态，调节外部排气再循环以获得对应于所述负荷瞬态的值以保持基本上化学计量比的燃烧；以及

使燃烧开始正时与外部排气再循环动态特性同步，所述外部排气再循环动态特性与经调节的外部排气再循环获得对应于所述负荷瞬态的值的速率有关，其中，所述外部排气再循环动态特性包括当外部排气再循环增加时的填充动态特性以及当外部排气再循环降低时的排出动态特性。

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