CN102953857A - 间接hcci燃烧控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及间接HCCI燃烧控制，具体地，一种用于控制火花点火直接喷射式内燃发动机中的燃烧的方法包括：监测至少一个燃烧输入参数；以及当所述至少一个监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时，调节与控制所述至少一个监测的燃烧输入参数以朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制。

Description

间接HCCI燃烧控制
技术领域
本发明涉及均质充量压燃式（HCCI）发动机的操作和控制。
背景技术
本部分中的叙述仅提供与本发明相关的背景信息。因此，这些叙述不旨在构成对现有技术的承认。
内燃发动机尤其是汽车内燃发动机通常分成火花点火式发动机和压燃式发动机两类中之一。传统的火花点火式发动机例如汽油发动机通常如下运行：将燃料/空气混合物引入到燃烧室中，然后燃料/空气混合物在压缩冲程中被压缩并由火花塞点燃。传统的压燃式发动机例如柴油发动机通常如下运行：将加压燃料接近于压缩冲程的上止点（TDC）引入或喷射到燃烧室中，加压燃料基于喷射而点燃。传统的汽油发动机和柴油发动机两者的燃烧涉及由流体力学控制的预混合或扩散火焰。每种类型的发动机均具有优缺点。通常，汽油发动机产生较少的排放物，但是效率低，而柴油发动机通常效率较高，但是产生较多的排放物。
近来，对于内燃发动机，已经提出其他类型的燃烧方法。例如，均质充量压燃式（HCCI）燃烧模式包括由氧化化学而不是流体力学控制的分布式的、无火焰的、自动点火燃烧过程。在以HCCI燃烧模式操作的典型发动机中，气缸充量在进气门关闭时间在合成物温度下接近于均质。因为自动点火是分布式动力学受控的燃烧过程，所以发动机在非常稀释的燃料/空气混合物（即，贫燃料/空气化学计量点）下操作，并具有相对低的峰值燃烧温度，由此形成极低的氧化氮（NOx）排放物。与在柴油发动机中使用的分层燃料/空气燃烧混合物相比，用于自动点火的燃料/空气混合物是相对均质的，因此，基本上消除了在柴油发动机中形成烟和颗粒排放物的富区。由于这种非常稀释的燃料/空气混合物，在自动点火燃烧模式下操作的发动机以未被节流的方式操作，以实现类似柴油的燃料经济性。HCCI发动机还可以利用大量的废气再循环（EGR）在化学计量下操作。
没有对在自动点火模式下操作的发动机的燃烧的开始进行直接控制，因为气缸充量的化学动力学决定燃烧的开始和过程。化学动力学对温度和压力敏感，这样，受控的自动点火燃烧过程对温度和压力敏感。影响燃烧开始和进程的一个变量是气缸结构的有效温度，即，气缸壁、顶盖、气门和活塞顶的温度。因此，控制在自动点火模式下操作的发动机的燃烧开始非常难以控制，其中，差的燃烧开始正时会导致差的总燃烧定相。
已知的是，基于期望的燃烧输出参数和监测的燃烧输出参数之间的差来控制燃烧的开始和燃烧定相。例如，燃烧事件之后的空气-燃料比和峰值压力可以被监测并与相应的期望的燃烧输出参数进行比较。然而，燃烧输出参数仅可以在燃烧事件已经发生之后获得，从而导致当监测的燃烧输出参数偏离期望的燃烧输出参数时保持期望的燃烧输出参数之间的复杂的且费解的关系。
发明内容
一种用于控制火花点火直接喷射式内燃发动机中的燃烧的方法包括：监测至少一个燃烧输入参数；以及当所述至少一个监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时，调节与控制所述至少一个监测的燃烧输入参数以朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制。
本发明提供如下方案：
1、一种用于控制火花点火直接喷射式内燃发动机中的燃烧的方法，包括：
监测至少一个燃烧输入参数；以及
当所述至少一个监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时，调节与控制所述至少一个监测的燃烧输入参数以朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制。
2、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制歧管压力度量以使歧管压力朝向期望的歧管压力收敛相关联的节气门位置。
3、根据方案2所述的方法，其特征在于，所述歧管压力度量包括下述中至少之一：
歧管压力比，所述歧管压力比包括进气歧管压力与排气歧管压力之比；以及
歧管压力差，所述歧管压力差包括所述进气歧管压力和所述排气歧管压力之差。
4、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制进气质量空气流量以朝向期望的进气质量空气流量收敛相关联的对于每个气缸来说在排气门关闭和进气门打开之间的负气门重叠的持续时间。
5、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制进气O2浓度以朝向期望的进气O2浓度收敛相关联的EGR阀位置。
6、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制气缸内压力比以朝向为了保持期望的燃料质量重整而基于发动机速度、发动机负载和气缸内温度选择的期望的气缸内压力比收敛相关联的喷射燃料质量正时。
7、根据方案6所述的方法，其特征在于，调节所述喷射燃料质量正时包括在再压缩冲程期间以对于在低发动机速度和负载下的燃料质量重整所利用的分阶段燃料喷射策略下调节预喷射燃料质量正时；所述气缸内压力比包括在进气冲程期间在上止点之后的气缸内压力与在所述再压缩冲程期间在上止点之前的气缸内压力之比。
8、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制监测的喷射燃料质量以朝向期望的喷射燃料质量收敛相关联的燃料脉冲宽度的量。
9、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节火花点火正时和喷射燃料质量正时中至少之一，所述火花点火正时和所述喷射燃料质量正时中的每个与控制燃烧开始正时以朝向期望的燃烧开始正时收敛相关联。
10、根据方案9所述的方法，其特征在于，调节所述火花点火正时和所述喷射燃料质量正时中至少之一包括：
当所述发动机在受控自动点火模式下运行时，主要利用所述调节的喷射燃料质量正时，其包括在单喷射中传送燃料质量；以及
当所述发动机以包括火花辅助点火的化学计量空气-燃料比运行时，主要利用所述调节的火花点火正时。
11、根据方案1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括将所述燃烧输入机制调节与所述燃烧输入参数偏离所述相应的期望的燃烧输入参数的量对应的量。
12、一种用于控制火花点火直接喷射式内燃发动机中的燃烧的方法，包括：
监测多个燃烧输入参数，每个燃烧输入参数与相应的燃烧输入机制相关联；以及
当所监测的燃烧输入参数中的至少一个偏离相应的期望的燃烧输入参数时，至少调节所述相应的燃烧输入机制，以使所述至少一个监测的燃烧输入参数朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛。
13、根据方案12所述的方法，其特征在于，基于发动机速度、发动机负载和气缸内温度选择所述期望的燃烧输入参数，以维持用于实现可接受的燃烧稳定性、燃烧效率和燃烧噪声水平的期望的燃烧定相。
14、根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：
监测发动机运行模式；
当所述监测的燃烧输入参数中的多于一个偏离相应的所述期望的燃烧输入参数时，基于所述发动机运行模式确定在每个所述偏离的燃烧输入参数和每个相应的燃烧输入机制之间的相应的耦合；以及
根据确定出的相应的耦合和相应的偏离量调节所述燃烧输入机制中的至少一个，以使每个所述偏离的燃烧输入参数朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛。
15、根据方案14所述的方法，其特征在于，当所述监测的燃烧输入参数中的多于一个偏离相应的期望的燃烧输入参数时，并且当发动机运行模式是化学计量时：
确定在包括歧管压力比和进气O2浓度的偏离的燃烧输入参数中每个与包括相应于歧管压力比的节气门位置和相应于进气O2浓度的进入所述发动机的外部EGR百分比的相应的燃烧输入机制中每个之间的耦合；以及下述中之一：
当所述歧管压力比和期望的歧管压力比之间的偏离量大于所述进气O2浓度和期望的进气O2浓度之间的偏离量时，根据相应的耦合和相应的偏离量主要调节所述节气门位置并次要地调节进入所述发动机的所述外部EGR百分比，以使所述歧管压力比朝向所述期望的歧管压力比收敛并使所述进气O2浓度朝向所述期望的进气O2浓度收敛，以及
当所述进气O2浓度和所述期望的进气O2浓度之间的偏离量大于所述歧管压力比和所述期望的歧管压力比之间的偏离量时，根据所述相应的耦合和所述相应的偏离量主要调节进入所述发动机的所述外部EGR百分比并次要地调节节气门位置，以使所述偏离的歧管压力比朝向所述期望的歧管压力比收敛并使所述偏离的进气O2浓度朝向所述期望的进气O2浓度收敛。
16、根据方案14所述的方法，其特征在于，当所述监测的燃烧输入参数中的多于一个偏离相应的多个期望的燃烧输入参数时，并且当发动机运行模式是贫化学计量时：
确定在包括进气质量空气流量和歧管压力比的偏离的燃烧输入参数中每个与包括相应于所述进气质量空气流量的负气门重叠的持续时间和相应于歧管压力比的节气门位置的相应的燃烧输入机制中每个之间的耦合；以及
根据所述相应的耦合和所述相应的偏离量，主要调节负气门重叠的持续时间，并次要地调节节气门位置，以使偏离的进气质量空气流量朝向期望的进气质量空气流量收敛，并使偏离的歧管压力比朝向期望的歧管压力比收敛。
17、根据方案12所述的方法，其特征在于，监测所述多个燃烧输入参数包括：
监测与被构造为至少控制所述歧管压力的节气门位置相关联的歧管压力度量，所述歧管压力度量包括歧管压力比和歧管压力差之一；
监测与被构造为至少控制进气质量空气流量的负气门重叠的持续时间相关联的进气质量空气流量；
监测与被构造为至少控制进气O2浓度的进入所述发动机的外部EGR百分比相关联的进气O2浓度；
监测包括在进气冲程期间在上止点之后的气缸内压力与在再压缩冲程期间在上止点之前的气缸内压力之比的气缸内压力比，所述监测的气缸内压力比与在被构造为至少控制所述气缸内压力比的分阶段燃料喷射策略的再压缩冲程期间的预喷射燃料质量正时相关联；
监测与被构造为至少控制所述喷射燃料质量的燃料脉冲宽度相关联的喷射燃料质量；以及
监测与火花点火正时和喷射燃料质量正时中至少之一相关联的燃烧开始正时。
18、一种用于控制多气缸火花点火直接喷射式内燃发动机的装置，包括：
控制模块，所述控制模块包括：
监测至少一个燃烧输入参数的模块；以及
当所述至少一个监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时调节与控制所述至少一个监测的燃烧输入参数以朝所述相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制的模块。
附图说明
现在将参考附图通过举例的方式描述一个或多个实施例，其中：
图1示出了根据本发明的示例性的内燃发动机系统；
图2示出了根据本发明的燃烧输入参数控制器，其用于调节与控制监测的燃烧输入参数相关联的燃烧输入机制以朝向相应的期望的燃烧输入参数收敛；以及
图3示出了根据本发明的燃烧输入参数控制器，其用于监测多个燃烧输入参数并调节相应的燃烧输入机制以便控制与相应的期望的燃烧输入参数偏离的每个相应的燃烧输入参数。
具体实施方式
现在参照附图，其中示图仅是为了说明某些示例性实施例的目的，而不是对其进行限制的目的，图1示意性地示出了根据本发明的实施例构建的示例性的内燃发动机10和附随的控制模块5。发动机10选择性地在包括受控的自动点火（HCCI）燃烧模式和均质火花点火（SI）燃烧模式的多种燃烧模式下操作。发动机10选择性地在化学计量的空气/燃料比下和在最初贫化学计量的空气/燃料比下操作。应当认识到，本发明的构思可以应用于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可以结合到变速器装置，从而将牵引功率传递到车辆的驱动系。变速器可以包括混合变速器，后者包括可操作以将牵引功率传递到驱动系的扭矩机。
示例性的发动机10包括具有往复式活塞14的多气缸直接喷射式四冲程内燃发动机，往复式活塞14可在气缸15内滑动地移动，从而限定可变体积燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12，线性往复运动通过旋转曲轴12转变为旋转运动。空气进气系统将进气空气提供到进气歧管29，进气歧管29将空气引导并分配到燃烧室16的进气通道中。空气进气系统包括用于监测并控制空气流量的空气流管道系统和装置。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（MAF）传感器32。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）来控制到发动机10的空气流量的电控装置。进气歧管29中的压力传感器36被构造为监测歧管绝对压力和大气压力。外部流动通道使废气从发动机排气再循环至进气歧管29，进气歧管29具有被称作外部废气再循环（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的开度来控制废气到进气歧管29的质量流量。因此，可通过控制EGR阀38的开度来控制进入发动机的进气氧（O2）浓度。在示例性的实施例中，当EGR阀38关闭时，进气歧管29中的进气O2浓度基本上为21%。可通过氧传感器8监测进气O2浓度。
通过一个或多个进气门20控制从进气歧管29到燃烧室16中的空气流。通过一个或多个排气门18控制从燃烧室16流出到排气歧管39的排气流量。发动机10配备有用于控制和调节进气门20和排气门18的打开和关闭的系统。在一个实施例中，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来控制和调节进气门20和排气门18的打开和关闭。进气和排气VCP/VLC装置22和24被构造为分别控制并操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转连接到且索引（index）到曲轴12的旋转，因此将进气门20和排气门18的打开和关闭连接到曲轴12和活塞14的位置。
进气VCP/VLC装置22优选地包括可操作以响应于来自控制模块5的进气相位控制信号7切换且控制进气门20的气门升程并可变地调节且控制每个气缸15的进气凸轮轴21的定相的机构。排气VCP/VLC装置24优选地包括可操作以响应于来自控制模块5的排气相位控制信号11可变地切换且控制排气门18的气门升程并可变地调节且控制每个气缸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均优选地包括可控制的两步可变升程控制（VLC）机构，其可操作以分别将进气门20和排气门18的气门升程幅值和开度控制到两个分立的级阶中之一。两个分立的级阶优选地包括优选地用于负载速度、低负载操作的低升程气门打开位置（在一个实施例中为大约4-6mm）和优选地用于高速度和高负载操作的高升程气门打开位置（在一个实施例中为大约8-13mm）。进气和排气VCP/VLC装置22和24均优选地包括用于分别控制且调节进气门20和排气门18的打开和关闭的定相（即，相对正时）的可变凸轮定相（VCP）机构。调节定相是指改变进气门20和排气门18相对于相应的气缸15中的曲轴12和活塞14的位置的打开时间。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°的曲柄旋转的定相权限范围，从而允许控制模块5提前或延迟进气门20和排气门18中的一个相对于每个气缸15的活塞14的位置的打开和关闭。定相权限范围由进气和排气VCP/VLC装置22和24来限定和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器，以确定进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转位置。使用由控制模块5控制的电动液压控制力、液压控制力和电控制力中之一来致动VCP/VLC装置22和24。
发动机10包括燃料喷射系统，后者包括多个高压力燃料喷射器28，每个高压力燃料喷射器28被构造为响应于来自控制模块5的信号17将燃料质量直接喷射到其中一个燃烧室16中。燃料喷射器28从燃料分配系统供给加压燃料。
发动机10包括火花点火系统，响应于来自控制模块5的点火控制信号9，火花能量可通过火花点火系统提供到火花塞26，以点燃或有助于点燃每个燃烧室16中的气缸充量。
发动机10配备有用于监测发动机操作的各种传感装置，包括具有输出RPM且可操作以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，包括被构造为监测燃烧的燃烧传感器30和被构造为监测废气的废气传感器40，通常为空气/燃料比传感器。燃烧传感器30包括可操作以监测燃烧参数的状态且被描绘为可操作以监测气缸内燃烧压力的气缸压力传感器的传感器装置。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，对于每个燃烧循环来说每个气缸15的相对于曲轴12的曲柄角的燃烧压力的正时。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来说每个气缸15的指示平均有效压力（IMEP）。优选地，发动机10和控制模块5被机械化，以监测并确定每个气缸点火事件期间的每个发动机气缸15的IMEP状态。可替换地，在本发明的范围内，可以使用其它感测系统例如离子感测（ion-sense）点火系统和非侵入式气缸压力传感器来监测其它燃烧参数的状态。排气歧管39中的压力传感器51被构造为监测排气歧管39中的歧管绝对压力和大气压力。因此，可以基于进气歧管29中的压力传感器36和排气歧管39中的压力传感器51之间的测量来确定压力比或差。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似的术语意指专用集成电路（ASIC）、电子电路、中央处理单元（优选地，微处理器）以及执行一项或多项软件或固件程序或例程的相关联的存储器和贮存器（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、合适的信号调整和缓冲电路以及用于提供所描述功能的其它部件中的一个或多个的任何一种或各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似的术语意指包括校准和查询表的任何控制器可执行指令组。控制模块具有一组控制例程，该组控制例程被执行用以提供期望的功能。例程诸如通过中央处理单元执行，并且可操作以监测来自感测装置和其它网络化控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以在正在进行的发动机和车辆操作期间以规则的间隔例如每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒来执行。
在操作中，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。控制模块5被构造为接收来自操作者的输入（例如，经由加速器踏板和制动器踏板），以确定扭矩请求（To_req）。将明白的是，扭矩请求可以响应于操作者输入（例如，经由加速器踏板和制动器踏板），或者扭矩请求可以响应于由控制模块5监测的自动起动条件。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条件的传感器。
控制模块5执行其中存储的例程，以控制上述致动器，从而形成气缸充量。在示例性的实施例中，控制模块5可以控制在下文中称作燃烧输入机制（mechanism）的输入致动器，以控制相应的燃烧输入参数，从而实现稳健的燃烧。例如，控制节气门位置可以控制进气歧管压力，控制负气门重叠（NVO）的持续时间可以控制进气质量空气流量，控制EGR阀位置开度可以控制进气O2浓度，控制预喷射的燃料质量正时可以控制气缸内压力比，控制燃料脉冲宽度可以控制喷射的燃料质量，控制火花点火正时和喷射的燃料质量正时中的至少一个可以控制燃烧开始正时。因此，控制燃烧输入参数可以允许在气缸事件之前实现稳健的燃烧，而不是在燃烧已经发生之后监测在期望的输出参数和监测的输出参数之间的差。在燃烧已经发生之后控制输出参数通常导致复杂的且费解的燃烧控制。
在一个实施例中，气门正时和定相可以包括排气门重新打开的升程（在排气再呼吸策略下）和NVO。控制模块5可操作以在正在进行的车辆操作期间打开和关闭发动机10，并可操作以通过燃料和火花和气门去激活的控制将燃烧室15的一部分或进气门20和排气门18的一部分选择性地去激活。控制模块5可以基于来自废气传感器40的反馈来控制空气/燃料比。
在发动机操作期间，节气门34优选地在受控自动点火（HCCI）燃烧模式例如单和双喷射受控自动点火（HCCI）燃烧模式下基本上完全打开，其中，以贫的或化学计量的空气/燃料比控制发动机10。随后，完全打开的节气门可以包括完全不被节流或稍微被节流地操作以在进气歧管29中产生真空来影响EGR流量。在一个实施例中，将气缸内EGR质量（即，内部剩余的气体质量）控制到高稀释率。进气门20和排气门18处于低升程气门位置，并且进气和排气升程正时以NVO操作。可以在压缩阶段期间在包括至少一个燃料喷射事件的发动机循环期间执行一个或多个燃料喷射事件。
在处于均质火花点火（SI）燃烧模式的发动机操作期间，控制节气门34来调节空气流量。将发动机10控制到化学计量的空气/燃料比，进气门20和排气门18处于高升程气门打开位置，并且进气和排气升程正时以正气门重叠操作。优选地，在发动机循环的压缩阶段期间，优选地基本上在TDC之前，执行燃料喷射事件。当气缸内的空气充量为基本上均质时，火花点火优选地在燃料喷射后的预定事件释放。
当发动机在高负载操作期间在包括火花辅助HCCI模式的受控自动点火（HCCI）模式下操作时，每个气缸内的燃烧定相取决于每个气缸内的热环境。燃烧定相描述了循环中的燃烧的进程，如由循环的曲柄角测量的。用于判断燃烧定相的一个便利度量是CA50或50%的空气燃料充量被燃烧时的曲柄角。将认识到，燃烧循环的性能例如效率、燃烧噪声和燃烧稳定性受到循环的CA50的影响。因此，在高负载HCCI操作期间，保持最佳的/期望的燃烧定相是重要的。
将变得明显的是，可以监测多个燃烧输入参数，其中，所述燃烧输入参数中的每个与被构造为至少控制相应的燃烧输入参数的相应的燃烧输入机制相关联。当监测的燃烧输入参数中的至少一个偏离相应的期望的燃烧输入参数时，可以至少调节相应的燃烧输入机制，以使所述至少一个燃烧输入参数朝向相应的期望的燃烧输入参数收敛。将明白的是，基于发动机速度、发动机负载和气缸内温度选择期望的燃烧输入参数，以维持用于实现可接受的燃烧稳定性、燃烧效率和燃烧噪声水平的期望的燃烧定相。
图2示出了根据本发明的燃烧输入参数控制器（CIPC）200，用于当监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时，调节与控制监测的燃烧输入参数朝向相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制。CIPC 200包括扭矩模块202、期望的燃烧输入模块（DCIM）206、差单元210、监测的燃烧输入模块（MCIM）218和燃烧输入机制模块（CIMM）214。控制模块5对DCIM 206、差单元210、MCIM 218和CIMM 214进行管理控制。基于发动机运行参数204，DCIM 206确定期望的燃烧输入参数208。基于发动机运行参数204确定期望的燃烧输入参数208，以实现期望的燃烧定相。确定期望的燃烧定相以保持可接受的包括燃烧噪声、燃烧效率和燃烧稳定性的燃烧性能。响应于扭矩模块202获得的扭矩请求，发动机运行参数204可以包括期望的发动机速度、期望的气缸内温度、期望的喷射燃料质量和/或期望的发动机负载。扭矩请求可以响应于操作者输入（例如，经由加速器踏板和制动器踏板），或者扭矩请求可以响应于由控制模块5监测的自动起动条件。
期望的燃烧输入参数208被输入到差单元210，并与MCIM 218输出的监测的燃烧输入参数217进行比较。基于比较，差单元210确定输入到CIMM 214的燃烧输入参数偏差212。
CIMM 214被构造为调节燃烧输入机制，以控制监测的燃烧输入参数217朝向期望的燃烧输入参数208收敛。换言之，CIMM 214将燃烧输入机制调节与燃烧输入参数216偏离期望的燃烧输入参数208的量对应的量（例如，与燃烧输入参数偏差212对应的量）。下面参照图3讨论的替代实施例可以包括基于发动机运行模式确定多个偏离的燃烧输入参数和多个燃烧输入机制中的相应的燃烧输入机制之间的耦合，其中，根据所确定的耦合可调节燃烧输入机制中的至少一个。调节的燃烧输入机制参数216被输入到发动机10，以控制监测的燃烧输入参数217朝向相应的期望的燃烧输入参数218收敛。
在本发明的示例性实施例中，监测的燃烧输入参数217对应于监测的歧管压力，期望的燃烧输入参数208对应于期望的歧管压力，调节的燃烧输入机制参数216对应于与控制朝向期望的歧管压力收敛的监测的歧管压力相关联的调节的节气门位置。歧管压力可以包括描述了分别由进气歧管压力传感器36和排气歧管压力传感器51获得的进气歧管压力与排气歧管压力之比的歧管压力比。在另一示例性实施例中，歧管压力可以包括描述了分别由进气歧管压力传感器36和排气歧管压力传感器51获得的进气歧管压力和排气歧管压力之间的差的歧管压力差。监测歧管压力比和歧管压力差中的至少一个可以使来自先前燃烧循环的气缸内的内部剩余气体质量相关，其中，调节节气门位置可以增大或减小歧管压力比和歧管压力差。节气门位置被调节的量可以对应于与燃烧输入参数偏差212成比例的量。当基本上完全打开的节气门不是所期望的时，例如在化学计量的操作模式期间，可以主要利用调节与控制监测的歧管压力比和监测的歧管压力差中的所述至少一个相关联的节气门位置。然而，将明白的是，即使当基本上完全打开的节气门是优选的时，节气门位置也可以稍微地被调节（例如，节流），以在进气歧管29内产生真空，从而影响进入发动机的外部EGR流量。
在本发明的另一示例性实施例中，监测的燃烧输入参数217对应于监测的进气质量空气流量（MAF），期望的燃烧输入参数208对应于期望的进气MAF，调节的燃烧输入机制参数216对应于与控制监测的进气MAF朝向期望的进气MAF收敛相关联的在每个气缸中的负气门重叠的调节的持续时间。每个气缸中的负气门重叠的调节的持续时间由排气门关闭和进气门打开之间的曲柄角的持续时间限定。进气MAF由MAF传感器36监测。监测的进气MAF可以使来自先前燃烧循环的气缸内的内部剩余气体质量的量相关，其中，调节负气门重叠的持续时间影响内部剩余气体质量的量。因此，期望的进气MAF可基于发动机运行参数204使每个气缸内的内部剩余气体质量的期望的量相关。具体地说，可以利用提早地关闭排气门（即，提前关闭排气门的）来保持来自先前循环的增加的内部剩余气体质量，这为即将到来的新鲜空气质量留下了较小的空间。净效应是较高的气缸充量温度和较低的气缸氧浓度。因此，调节每个气缸内的负气门重叠的持续时间可以增加或减少监测的进气MAF。负气门重叠的持续时间被提前或延迟的量可以对应于与燃烧输入参数偏差212成比例的量。将明白的是，当发动机在贫化学计量的空气-燃料比下操作时，优选地利用调节与控制监测的进气MAF朝向期望的进气MAF收敛相关联的负气门重叠的持续时间。
在本发明的另一示例性实施例中，监测的燃烧输入参数217对应于监测的进气O2浓度，期望的燃烧输入参数208对应于期望的进气O2浓度，调节的燃烧输入机制参数216对应于与控制监测的进气O2浓度朝向期望的进气O2浓度收敛相关联的调节的外部EGR阀位置（即，在图1中示出的EGR阀38）。进入发动机10的进气O2浓度可直接经由EGR阀38的位置来控制。进气O2浓度由氧传感器8监测。进气O2浓度与进入发动机的外部EGR百分比相关。例如，进气O2浓度随着外部EGR百分比增大而减小，进气O2浓度随着外部EGR百分比减小而增大。因此，当监测的进气O2浓度小于期望的进气O2浓度时，外部EGR百分比过高，会产生从期望的燃烧定相过度延迟的燃烧定相。延迟的燃烧定相是指在燃烧循环中迟后地发生的燃烧定相。同样，当监测的进气O2浓度大于或超过期望的进气O2浓度时，监测的外部EGR百分比过低，会产生从期望的燃烧定相过度提前的燃烧定相。提前的燃烧定相是指在燃烧循环中提早地发生的燃烧定相。因此，调节外部EGR阀位置可以增大或减小监测的进气O2浓度。外部EGR阀位置被调节的量可以对应于与燃烧输入参数偏差212成比例的量。
在本发明的另一示例性实施例中，监测的燃烧输入参数217对应于监测的气缸内压力比，期望的燃烧输入参数208对应于期望的气缸内压力比，调节的燃烧输入机制参数216对应于与控制监测的气缸内压力比朝向期望的气缸内压力比收敛相关联的调节的喷射燃料质量正时。期望的气缸内压力比可被选择成实现在低发动机速度和负载操作条件下的期望的燃料质量重整（reformation），其中，根据保持期望的燃烧定相来选择期望的燃料质量重整。具体地，调节的喷射燃料质量正时包括在用于在低发动机速度和负载期间保持期望的燃料质量重整所利用的分阶段燃料喷射策略的再压缩冲程期间调节首次喷射燃料质量（即，预喷射燃料质量）正时。在示例性实施例中，当预喷射燃料质量正时提前时，燃料质量重整增加。在另一示例性实施例中，当预喷射燃料质量正时延迟时，燃料质量重整减少。气缸内压力比描述了在进气冲程期间在上止点之后的监测的气缸内压力相对于在排气或再压缩冲程期间在上止点之前的监测的气缸内压力。在共同未决的美国申请No. 12/338,028中公开了利用气缸内压力比来控制在低发动机速度和负载下在HCCI燃烧中支持燃烧循环所需的重整并基于调节分阶段喷射策略的首次喷射正时保持期望的燃料质量重整，通过引用将上述申请并入本文。首次喷射正时被提前或延迟的量可以对应于与燃烧输入参数偏差212成比例的量。
在本发明的另一示例性实施例中，监测的燃烧输入参数217对应于监测的喷射燃料质量，期望的燃烧输入参数208对应于期望的喷射燃料质量，调节的燃烧输入机制参数216对应于与控制监测的喷射燃料质量以朝向期望的喷射燃料质量收敛相关联的调节的燃料脉冲宽度。可以通过监测的进气MAF（例如，通过图1中的MAF传感器32获得）与监测的空气-燃料比（例如，通过空气-燃料比传感器40获得）的积来确定监测的喷射燃料质量。燃料脉冲宽度是定义为将预定的燃料质量从燃料喷射器28喷射到气缸中的持续时间。例如，增大燃料脉冲宽度增加了喷射燃料质量。同样，减小燃料脉冲宽度减少了喷射燃料质量。燃料脉冲宽度被调节的量可以对应于与燃烧输入参数偏差212成比例的量。
在本发明的另一示例性实施例中，监测的燃烧输入参数217对应于每个气缸中的监测的燃烧开始正时，期望的燃烧输入参数208对应于期望的燃烧开始正时，调节的燃烧输入机制参数216对应于调节的火花点火正时和喷射燃料质量正时中的至少一个，所述火花点火正时和所述喷射燃料质量正时中的每个与控制每个气缸中的监测的燃烧开始正时以朝向期望的燃烧开始正时收敛相关联。在高负载操作期间可以利用火花辅助HCCI模式。当发动机以化学计量的空气-燃料比操作时，可以利用火花辅助。调节所述调节的火花点火正时和所述喷射燃料质量正时中的至少一个对应于将每个气缸中的燃烧开始正时提前或延迟中之一。当发动机以受控自动点火（HCCI）模式操作时，可以主要利用调节所述喷射燃料质量正时，其中，调节的喷射燃料质量正时包括在喷射结束时以由曲柄角位置限定的单喷射来传输喷射燃料质量。当发动机以包括火花辅助点火在内的化学计量的空气-燃料比操作时，可以主要利用所述火花点火正时。
图3示出了用于监测多个燃烧输入参数的燃烧输入参数控制器（CIPC）300，其中，每个燃烧输入参数与被构造为至少控制相应的燃烧输入参数的相应的燃烧输入机制相关联。当监测的燃烧输入参数中的至少一个偏离相应的期望的燃烧输入参数时，可以至少调节相应的燃烧输入机制，以使所述至少一个燃烧输入参数朝向相应的期望的燃烧输入参数收敛。CIPC 300包括扭矩模块302、期望的燃烧输入模块（DCIM）306、多个差单元307、监测的燃烧输入模块（MCIM）309和燃烧输入机制模块（CIMM）314。控制模块5对DCIM 306、多个差单元307、MCIM 309和CIMM 314进行管理控制。
MCIM 309还包括歧管压力比模块（MPRM）337、进气质量空气流量模块（MAFM）339、进气O2浓度模块（IOCM）341、气缸内压力模块（ICPM）343、喷射燃料质量模块（IFMM）345和燃烧开始正时模块（CITM）347。MPRM 337监测歧管压力比和歧管压力差387中的至少一个，MAFM 339监测进气MAF 389，IOCM 341监测进气O2浓度391，ICPM 343监测气缸内压力393，IFMM 345监测喷射燃料质量，CITM 347监测燃烧开始正时397。
CIMM 314包括用于控制每个气缸中的燃烧开始正时的火花点火正时和喷射正时模块（SITM）332、燃料脉冲宽度模块FPWM 334、喷射燃料质量正时模块（IFTM）336、EGR阀位置模块（EVPM）338、NVO模块（NVOM）340和节气门位置模块（TPM）342。
基于发动机运行参数304，DCIM 306确定多个期望的燃烧输入参数308、312、316、320、324和328。基于发动机运行参数304确定多个期望的燃烧输入参数308、312、316、320、324和328中的每个，以实现并保持期望的燃烧定相。多个期望的燃烧输入参数包括期望的歧管压力比和期望的歧管压力差328中的至少一个、期望的燃烧开始正时308、期望的喷射燃料质量312、期望的气缸内压力316、期望的进气O2浓度320和期望的进气质量空气流量324。确定期望的燃烧定相以保持可接受的包括燃烧噪声、燃烧效率和燃烧稳定性的燃烧性能。响应于由扭矩模块302获得的扭矩请求，发动机运行参数304可以包括期望的发动机速度、期望的气缸内温度、期望的喷射燃料质量和/或期望的发动机负载。扭矩请求可以响应于操作者输入（例如，经由加速器踏板和制动器踏板），或者扭矩请求可以响应于由控制模块5监测的自动起动条件。
期望的燃烧输入参数308、312、316、320、324和328中的每个被输入到相应的差单元310、314、318、322、326和330，并与各自相应的监测的燃烧输入参数397、395、393、391、389和387进行比较。基于比较，每个差单元310、314、318、322、326和330确定输入到CIMM 314的相应的模块332、334、336、338、340和342的相应的燃烧输入偏差311、315、319、323、327和331。
每个模块332、334、336、338、340和342调节相应的燃烧输入机制参数，其中，每个相应的燃烧输入机制与监测的燃烧输入参数397、395、393、391、389和387中的相应参数相关联。因此，可以调节每个燃烧输入机制以控制偏离相应的期望的燃烧输入参数的每个相应的燃烧输入参数。此调节使每个监测的输入参数朝向期望的燃烧输入参数中的相应期望燃烧输入参数收敛。因此，每个模块332、334、336、338、340和342可以将每个相应的燃烧输入机制参数调节与相应的燃烧输入参数偏差311、315、319、323、327和331对应的量。因此，每个模块332、334、336、338、340和342输出被输入到发动机10的相应的调节的燃烧输入机制313、317、321、325、329和333，以控制每个相应的燃烧输入参数朝向期望的燃烧输入参数中的相应的期望燃烧输入参数收敛。
图2的CIPC 200能够检测单个燃烧输入参数，其中，对于被监测的且经由调节相关联的燃烧输入机制以使监测的燃烧输入参数朝向相应的期望的燃烧输入参数收敛而潜在地控制的每个燃烧输入参数，需要单独的CIPC 200。另一方面，示例性的CIPC 300能够在对于每个燃烧输入参数不需要单独的控制器的情况下监测多个燃烧输入参数（例如，燃烧输入参数387、389、391、393、395和397）。因此，图3的CIPC 300可以在单个控制器中实现上面描述的图2的CIPC 200的各种实施例的所有功能，所述单个控制器被构造为调节每个相应的燃烧输入机制，以控制偏离相应的期望的燃烧输入参数的每个相应的燃烧输入参数，从而使每个燃烧输入参数朝向相应的期望的燃烧输入参数收敛。然而，CIPC 300不限于上面列出的所输入的多个燃烧参数，并可以另外地根据发动机操作、发动机速度、发动机负载和气缸内温度监测燃烧输入参数的任何组合。
另外，当多于一个的燃烧输入参数偏离多个期望的燃烧输入参数中的相应的期望的燃烧输入参数时，CIMM 314可以被构造为基于发动机运行模式确定每个偏离的燃烧输入参数和每个相应的燃烧输入机制之间的耦合。可以监测每个偏离的燃烧输入参数和相应的期望的燃烧输入参数之间的偏离量。因此，可以根据确定出的耦合和偏离量来调节相应的燃烧输入机制中的至少一个，以使每个偏离的燃烧输入参数朝向每个相应的期望的燃烧输入参数收敛。例如，除了控制进入发动机的进气O2浓度之外，调节进入发动机的外部EGR百分比可以另外地控制或影响进气质量空气流量。类似地，除了控制进气质量空气流量之外，调节负气门重叠的持续时间可以另外地控制或影响包括歧管压力比和歧管压力差中至少之一的歧管压力度量。
在非限制性的示例中，当发动机运行模式为化学计量的，且响应于偏离期望的歧管压力比的监测的歧管压力比（例如，偏离的歧管压力比）和偏离期望的进气O2浓度的监测的进气O2浓度（例如，偏离的进气O2浓度），CIMM 314可以确定在包括歧管压力比和进气O2浓度的每个偏离的燃烧输入参数与包括相应于歧管压力比的节气门位置和相应于进气O2浓度的进入发动机的外部EGR百分比的每个相应的燃烧输入机制之间的耦合。当歧管压力比和期望的歧管压力比之间的偏离量大于进气O2浓度和期望的进气O2浓度之间的偏离量时，可以根据确定出的耦合和偏离量主要调节节气门位置，并次要地调节进入发动机的外部EGR百分比，以使歧管压力比朝向期望的歧管压力比收敛，并使进气O2浓度朝向期望的进气O2浓度收敛。当进气O2浓度和期望的进气O2浓度之间的偏离量大于歧管压力比和期望的歧管压力比之间的偏离量时，可以根据所确定的耦合和偏离量主要调节进入发动机的外部EGR百分比，并次要地调节节气门位置，以使偏离的歧管压力比朝向期望的歧管压力比收敛，并使偏离的进气O2浓度朝向期望的进气O2浓度收敛。
将明白的是，次要地调节燃烧输入机制对应于将燃烧输入机制调节比用于使相应的燃烧输入参数朝向实现相应的期望的燃烧输入参数收敛所需的量更少的量。因此，根据确定出的与相应于与相应的期望的燃烧输入参数偏离的另一燃烧输入参数的另一燃烧输入机制的耦合，可以利用次要地调节燃烧输入机制，以使相应的燃烧输入参数朝向期望的燃烧输入参数收敛，然而主要调节其它燃烧输入机制，由此影响每个偏离的燃烧输入参数朝向其相应的期望的燃烧输入参数收敛。
在另一非限制性的示例中，当发动机运行模式为贫化学计量，并且响应于与期望的进气质量空气流量偏离的监测的进气质量空气流量（例如，偏离的进气质量空气流量）和与期望的歧管压力比偏离的监测的歧管压力比（例如，偏离的歧管压力比），CIMM 314可以确定在包括进气质量空气流量和歧管压力比的偏离的燃烧输入参数中的每个与包括相应于进气质量空气流量的负气门重叠的持续时间和相应于歧管压力比的节气门位置的相应的燃烧输入机制中的每个之间的耦合。根据确定出的耦合和偏离量，可以主要调节负气门重叠的持续时间，并可以次要地调节节气门位置，以使偏离的进气质量空气流量朝向期望的进气质量空气流量收敛，并使偏离的歧管压力比朝向期望的歧管压力比收敛。
本发明已经描述了某些优选的实施例及其修改。在阅读和理解本说明书之后，可以对其他实施例进行进一步的修改和变更。因此，本发明旨在不局限于作为构思用于实施本发明的最佳方式所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1. 一种用于控制火花点火直接喷射式内燃发动机中的燃烧的方法，包括：
监测至少一个燃烧输入参数；以及
当所述至少一个监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时，调节与控制所述至少一个监测的燃烧输入参数以朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制歧管压力度量以使歧管压力朝向期望的歧管压力收敛相关联的节气门位置。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述歧管压力度量包括下述中至少之一：
歧管压力比，所述歧管压力比包括进气歧管压力与排气歧管压力之比；以及
歧管压力差，所述歧管压力差包括所述进气歧管压力和所述排气歧管压力之差。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制进气质量空气流量以朝向期望的进气质量空气流量收敛相关联的对于每个气缸来说在排气门关闭和进气门打开之间的负气门重叠的持续时间。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制进气O2浓度以朝向期望的进气O2浓度收敛相关联的EGR阀位置。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制气缸内压力比以朝向为了保持期望的燃料质量重整而基于发动机速度、发动机负载和气缸内温度选择的期望的气缸内压力比收敛相关联的喷射燃料质量正时。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，调节所述喷射燃料质量正时包括在再压缩冲程期间以对于在低发动机速度和负载下的燃料质量重整所利用的分阶段燃料喷射策略下调节预喷射燃料质量正时；所述气缸内压力比包括在进气冲程期间在上止点之后的气缸内压力与在所述再压缩冲程期间在上止点之前的气缸内压力之比。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节所述燃烧输入机制包括调节与控制监测的喷射燃料质量以朝向期望的喷射燃料质量收敛相关联的燃料脉冲宽度的量。
9. 一种用于控制火花点火直接喷射式内燃发动机中的燃烧的方法，包括：
监测多个燃烧输入参数，每个燃烧输入参数与相应的燃烧输入机制相关联；以及
当所监测的燃烧输入参数中的至少一个偏离相应的期望的燃烧输入参数时，至少调节所述相应的燃烧输入机制，以使所述至少一个监测的燃烧输入参数朝向所述相应的期望的燃烧输入参数收敛。
10. 一种用于控制多气缸火花点火直接喷射式内燃发动机的装置，包括：
控制模块，所述控制模块包括：
     监测至少一个燃烧输入参数的模块；以及
     当所述至少一个监测的燃烧输入参数偏离相应的期望的燃烧输入参数时调节与控制所述至少一个监测的燃烧输入参数以朝所述相应的期望的燃烧输入参数收敛相关联的燃烧输入机制的模块。
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