CN116447027A - 内燃机模式优化 - Google Patents

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M·雪莉
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Abstract

本发明涉及内燃机模式优化。描述了用于内燃机模式优化的方法和系统。所述系统包括内燃机、燃料输送系统以及与内燃机和燃料输送系统通信连接的控制器。控制器基于内燃机的温度高于预定温度和内燃机的低负荷状况选择低温燃烧模式。所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期和排气门开启持续期的指令。控制器响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，以在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间产生延迟。所述延迟使燃烧室中的残余气体温度升高，并且引起燃烧室中燃料的自动点火。

Description

内燃机模式优化
技术领域
本发明总体上涉及内燃机，更具体地，涉及利用多种不同燃烧模式的内燃机模式优化。
背景技术
内燃机通常利用电火花点燃燃烧室内的燃料。电火花使内燃机能够将燃料中的化学能转化为机械能。然而，与柴油发动机相比，火花点火的发动机的燃烧效率较低。更麻烦的是，与柴油发动机相比，火花点火的发动机在低负荷状况下的燃烧效率更差。虽然柴油发动机在低负荷状况下更节能，但柴油发动机也有许多缺陷。例如，与火花点火的发动机相比，柴油压缩点火发动机会产生较高的NOx排放，并且产生更多烟灰。目前，两种类型的内燃机具有能量效率和排放缺陷。
发明内容
本发明提供了用于内燃机优化的方法、系统和包括计算机程序产品的制品。
在一个方面，提供了一种包括内燃机、燃料输送系统以及与内燃机和燃料输送系统通信连接的控制器的系统。控制器配置为基于内燃机的温度高于预定温度和内燃机的低负荷状况选择低温燃烧模式。所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期和排气门开启持续期的指令。控制器配置为响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，以在进气门开启持续期和排气门开启持续期之间产生延迟。所述延迟使燃烧室中的残余气体温度升高，并且引起燃烧室中燃料的自动点火。
在一些变体中，所述延迟将燃烧的燃烧气体截留在燃烧室中，从而引起压缩温度升高，并且在延迟的压缩冲程中引起燃料的自动点火。此外，所述低负荷状况表示发动机转速低于预定的发动机转速和发动机扭矩小于预定的发动机扭矩，在燃烧室中，燃料的自动点火不需要火花。在一些变体中，基于内燃机的温度低于所述预定温度和内燃机的低负荷状况选择火花点火模式，所述火花点火模式包括在燃烧室中施加火花以燃烧燃料的指令，并且响应于内燃机的温度高于所述预定温度，选择低温燃烧模式。在一些变体中，响应于内燃机的高负荷状况，选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括向燃烧室中施加燃料的直接喷射，以进行压燃式燃烧的指令，所述高负荷状况表示发动机转速高于预定的发动机转速和发动机扭矩大于预定的发动机扭矩。
此外，增加进气门开启持续期和排气门开启持续期，以减少进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的延迟，其中，扩散火焰模式中的进气门位移和排气门位移大于低温燃烧模式中的进气门位移和排气门位移。在一些变体中，所述扩散火焰模式与低温燃烧模式相比增加了截留在燃烧室中的空气，与低温燃烧模式相比降低了燃料粘度，并且与低温燃烧模式相比增大了燃料喷雾雾化和汽化。
在一些变体中，选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括施加直接喷射，以进行压燃式燃烧的指令，并且响应于内燃机的低负荷状况，选择低温燃烧模式，所述低温燃烧模式包括减少重叠持续时间的指令，所述重叠持续时间指进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间。在一些变体中，基于低负荷状况和内燃机的温度低于所述预定温度来选择火花点火模式；并且响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间。在一些变体中，响应于选择低温燃烧模式，增加进入燃烧室的空气并且对直接喷射正时和直接喷射量进行调节。
当前主题的实施可以包括与本文提供的描述一致的方法以及包括有形实施的机器可读介质的物体，所述机器可读介质可操作为使一个或多个机器(例如，计算机等)产生实现一个或多个所描述的特征的操作。类似的，本发明还对计算机系统进行描述，该计算机系统可以包括一个或多个处理器以及与所述一个或多个处理器连接的一个或多个存储器。存储器可以包括非暂时性计算机可读或机器可读的存储介质，其可以包括对使一个或多个处理器执行本文所描述的一个或多个操作的一个或多个程序进行编码或存储等。计算机实现的方法与当前主题的一个或多个实施方案一致，其可以由驻留在单个计算系统或多个计算系统中的一个或多个数据处理器实现。
在附图和以下描述中阐述了本文描述的主题的一个或多个变体的详细内容。根据说明书和附图以及根据权利要求书，本文描述的主题的其他特征和优点将是显而易见的。尽管出于说明性目的描述了当前公开的主题的一些特征，但应当容易理解，这些特征并非旨在限制。本发明所附的权利要求旨在限定所保护的主题的范围。
附图说明
这里，通过参考以下结合所附附图的说明，可以更好地理解本文的实施方案，在这些附图中，相同的附图标记指代相同或者功能上类似的元件，其中：
图1描绘了表示根据发动机的转速和负荷的发动机的三种操作模式的曲线图的示例；
图2描绘了用于对输送至燃烧室的燃料和空气进行控制的信号图的示例；
图3描绘了对连续可变气门持续期和连续可变气门正时进行说明的曲线图的示例；
图4描绘了对正气门重叠进行说明的曲线图的示例；
图5描绘了对负气门重叠进行说明的曲线图的示例；
图6描绘了表示发动机从一种燃烧模式转换至另一种燃烧模式时燃烧操作的变化的示意图的示例；
图7描绘了表示发动机从一种燃烧模式转换到另一种燃烧模式时燃烧操作的变化的表格的示例；
图8描绘了对利用控制器选择不同的发动机操作模式而提高的发动机效率进行说明的图表的示例；
图9描绘了对利用控制器选择不同的发动机操作模式而提高的发动机效率进行说明的表格的示例；
图10描绘了对与当前主题的实现一致的计算系统进行说明的框图。
具体实施方式
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
虽然示例性实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元指的是包含有存储器和处理器的硬件设备。该存储器配置为对模块进行存储，并且处理器具体配置为运行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。
此外，本发明的实施方案的控制逻辑可以实现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光碟(CD)-ROM、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(Controller Area Network，CAN)以分布方式存储和执行。
本文所使用的术语仅用于描述具体的实施方案的目的，并不旨在限制实施方案。除非上下文另有明确说明，否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。还将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，说明存在所述的特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一种或多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。
除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“大约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在2个平均值的标准差的范围内。“大约”可以理解为在指定值10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％的范围内。除非上下文另有明确说明，否则本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
根据本发明，可以基于燃烧模式对内燃机进行优化。燃烧模式可以通过与内燃机进行通信连接的控制器进行选择。控制器可以配置为在三种燃烧模式之间选择一种燃烧模式：火花点火模式、低温燃烧模式和扩散火焰模式。控制器可以配置为基于发动机温度满足温度阈值或者基于发动机的低负荷状况来选择模式。低负荷状况可以表示发动机转速小于预定的发动机转速或者发动机扭矩小于预定的发动机扭矩。
火花点火模式可以包括在燃烧室中施加火花以燃烧燃料的指令。火花点火模式可以由控制器基于内燃机的温度低于预定温度或基于内燃机的低负荷状况而选择。
低温燃烧模式可以包括增加进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的延迟的指令。该延迟可以将燃烧的燃烧气体截留在燃烧室中并且导致压缩温度升高。升高的压缩温度可以在延迟的压缩冲程中导致燃料的自动点火。低温燃烧模式可以基于内燃机的低负荷状况和发动机温度满足阈值发动机温度而选择。
扩散火焰模式可以包括将燃料直接喷射至燃烧室中以进行压燃式燃烧的指令。扩散火焰模式可以由控制器基于发动机转速大于预定的发动机转速或者发动机扭矩大于预定的发动机扭矩而选择。与低温燃烧模式相比，扩散火焰模式可以增加截留在燃烧室中的空气。
所述燃烧模式可以改变进气门开启或排气门开启的持续时间。所述燃烧模式可以导致进气门开启并且排气门开启时的时间重叠。换言之，所述燃烧模式可以延长进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得进气门开启持续期和排气门开启持续期在时间上重叠。另外，所述燃烧模式可以改变进气门开启持续期的正时和排气门开启持续期的正时，使得在进气门关闭时与排气门开启时之间存在时间重叠。
或者，所述燃烧模式可以在进气门关闭时与排气门开启时之间产生时间延迟。换言之，所述燃烧模式可以减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间存在时间延迟。另外，所述燃烧模式可以改变进气门开启持续期的正时和排气门开启持续期的正时，使得在进气门关闭时与排气门开启时之间存在时间延迟。
本文所述的方法、系统、装置和非暂时性存储介质基于发动机状况选择发动机操作模式。各种实施方案还增加或减少进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的延迟。
图1描绘了表示根据发动机的转速和负荷的发动机的三种操作模式的曲线图的示例。控制器可以配置为在不同的发动机操作模式之间进行选择。控制器可以与内燃机进行通信连接。控制器可以与存储器进行通信连接，所述存储器存储有与发动机燃烧操作的不同模式相关的指令。控制器可以与燃料输送系统、空气增压系统、燃烧室处的进气门、燃烧室处的排气门进行通信连接。控制器可以与配置为发送请求改变发动机燃烧操作的数据读数的装置进行通信连接。
控制器可以与内燃机处的各种传感器(例如，发动机转速传感器、发动机温度传感器和发动机扭矩传感器)进行通信连接。发动机转速传感器可以配置为以每分钟转数为单位对发动机的转速进行检测。发动机温度传感器可以配置为检测发动机的温度，更具体地，检测发动机中的机油的温度。发动机扭矩传感器可以配置为检测发动机输出处的扭矩。
控制器可以配置为基于来自发动机转速传感器的数据读数选择发动机燃烧模式。例如，控制器可以配置为基于来自发动机转速传感器的数据读数的发动机转速值小于预定的发动机转速值选择低温燃烧模式。控制器可以配置为基于来自发动机温度传感器的数据读数选择发动机燃烧模式。例如，控制器可以配置为基于来自发动机温度传感器的数据读数的发动机温度值小于预定的发动机温度值选择火花点火模式。控制器可以配置为基于来自发动机扭矩传感器的数据读数选择发动机燃烧模式。例如，控制器可以配置为基于来自发动机扭矩传感器的数据读数大于预定的发动机扭矩值选择扩散火焰模式。
控制器可以配置为选择火花点火模式。火花点火模式可以包括在燃烧室中施加火花以燃烧燃料的指令。火花点火模式可以由控制器基于内燃机的温度低于预定温度而选择。火花点火模式可以基于内燃机的低负荷状况和发动机温度下降到阈值发动机温度以下而选择。低负荷状况可以表示发动机转速小于预定的发动机转速或者发动机扭矩小于预定的发动机扭矩。
控制器可以配置为选择低温燃烧模式。低温燃烧模式可以包括增加进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的延迟的指令。该延迟可以将燃烧的燃烧气体截留在燃烧室中并且导致压缩温度升高。升高的压缩温度可以在延迟的压缩冲程中导致燃料的自动点火。低温燃烧模式可以基于内燃机的低负荷状况和发动机温度满足阈值发动机温度而选择。低负荷状况表明发动机转速低于预定的发动机转速和发动机扭矩小于预定的发动机扭矩，在燃烧室中，燃料的自动点火不需要火花。
在低温燃烧模式期间，连续可变气门持续期机构或连续可变气门正时机构可以对进气门和排气门的持续期和正时进行调节，使得存在负气门重叠。当进气门关闭与排气门开启之间发生时间延迟时，存在负气门重叠。换言之，低温燃烧模式可以减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间存在时间延迟。另外，低温燃烧模式可以改变进气门开启持续期的正时和排气门开启持续期的正时，使得在进气门关闭时与排气门开启时之间存在时间延迟。
此外，控制器可以配置为选择扩散火焰模式。扩散火焰模式可以包括减少或者消除进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的延迟的指令。与低温燃烧模式相比，扩散火焰模式可以增加截留在燃烧室中的空气。扩散火焰模式可以包括将燃料直接喷射至燃烧室中以进行压燃式燃烧的指令。扩散火焰模式可以由控制器基于内燃机的高负荷状况而选择。高负荷状况可以表示发动机转速高于预定的发动机转速或者发动机扭矩大于预定的发动机扭矩。与低温燃烧模式相比，扩散火焰模式可以降低燃料粘度，并且与低温燃烧模式相比，扩散火焰模式可以增大燃料喷雾雾化和汽化。
在扩散火焰模式期间，连续可变气门持续期机构或连续可变气门正时机构可以对进气门和排气门的持续期和正时进行调节，使得存在正气门重叠。当存在进气门开启和排气门开启的时间重叠时，存在正气门重叠。换言之，扩散火焰模式可以延长进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得进气门开启持续期和排气门开启持续期在时间上重叠。另外，扩散火焰模式可以改变进气门开启持续期的正时和排气门开启持续期的正时，使得在进气门关闭时与排气门开启时之间存在时间重叠。
图2描绘了用于对输送至燃烧室的燃料和空气进行控制的信号图的示例。信号图映射了空气增压系统、进气管理系统、排气再循环系统、连续可变气门持续期机构、连续可变气门正时机构、燃烧室、燃料输送系统、点火系统、燃烧感测系统和控制器。
控制器可以与空气增压系统、进气管理系统、排气再循环系统、连续可变气门持续期机构、连续可变气门正时机构、燃烧室、燃料输送系统、点火系统和燃烧感测系统进行通信连接，以根据发动机燃烧模式向部件发送指令。例如，控制器可以配置为在扩散火焰模式期间操作燃料输送系统，从而以高压将燃料直接注入燃烧室中。
控制器可以配置为向空气增压系统发送指令以对其进行操作。空气增压系统可以包括涡轮增压器。涡轮增压器可以是单级VIC/VNT涡轮增压器或涡轮增压器的某种组合(例如，双涡轮增压器系统或者机械或电气增压器)。空气增压系统可以配置为接收发动机的排气并且将进气再循环回内燃机中。控制器可以配置为操作空气增压系统以增加输送至燃烧室的空气。例如，控制器可以配置为在从火花点火模式转换至低温燃烧模式时增加燃烧室处的进气。
控制器可以配置为向进气管理系统发送指令以对其进行操作。进气管理系统可以配置为调节输送至压缩室的空气量。输送至压缩室的空气增加会产生更稀的燃料-空气混合物。进气管理系统可以包括双进气加热器和冷却器(dual charge air heater and aircooler)。控制器可以配置为操作进气管理系统以增加输送至燃烧室的空气。例如，控制器可以配置为在从火花点火模式转换至低温燃烧模式时增加燃烧室处的进气。
控制器可以配置为向连续可变气门持续期机构发送指令以对其进行操作。连续可变气门持续期机构可以配置为基于控制器的指令对进气门和排气门的持续期和正时进行调节。例如，控制器可以配置为操作连续可变气门持续期机构，以通过在进气门关闭与排气门开启之间产生时间延迟来产生负气门重叠。换言之，控制器可以配置为操作连续可变气门持续期机构，以减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间存在时间延迟。
另外，控制器可以配置为向连续可变气门正时机构发送指令。连续可变气门正时机构可以配置为基于控制器的指令对进气门和排气门的持续期和正时进行调节，使得存在正气门重叠。例如，控制器可以配置为操作连续可变气门正时机构，以通过产生进气门开启和排气门开启的时间重叠来产生正气门重叠。换言之，控制器可以配置为操作连续可变气门正时机构，以延长进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得进气门开启持续期和排气门开启持续期在时间上重叠。
此外，控制器可以配置为向燃料输送系统发送指令以对其进行操作。燃料输送系统可以包括燃烧室中的高压直接喷射器和低压燃料喷射器。控制器可以配置为使燃料输送系统的燃料供应中断或者增加燃料输送系统的燃料供应。例如，控制器可以配置为在扩散火焰模式期间引导高压直接喷射器增加燃料供应。
控制器可以配置为向点火系统发送指令以对其进行操作。点火系统可以配置为产生使燃烧室中的燃料点燃的火花。火花可以由火花塞或者高能等离子点火器或者预燃室火花塞产生。控制器可以配置为操作点火系统以在燃烧室传递火花。例如，控制器可以配置为在火花点火模式期间操作火花塞以点燃燃料。
图3描绘了对连续可变气门持续期和连续可变气门正时进行说明的曲线图的示例。可以对进气门或排气门开启期间的时间进行调节。例如，在一种燃烧模式中排气门可以比另一种燃烧模式开启更长的时间段。在另一个示例中，在一种燃烧模式中进气门可以比另一种燃烧模式开启更短的时间段。改变气门开启期间的时间可以代表连续可变气门持续期功能。通常，连续可变气门持续期功能可以使控制器能够对进气门开启或排气门开启的持续期进行调节。连续可变气门持续期可以通过连续可变气门持续期机构进行操作。
可以对进气门开启或排气门关闭的时间进行调节。例如，在一种燃烧模式中排气门的关闭可以比另一种燃烧模式延迟。在另一个示例中，在一种燃烧模式中进气门的开启可以比另一种燃烧模式延迟。改变气门开启和关闭的正时可以代表连续可变气门持续期功能。通常，连续可变气门正时功能使控制器能够对进气门开启或排气门开启的时间进行调节。连续可变气门正时可以通过连续可变气门正时机构进行操作。
内燃机可以具有对连续可变气门持续期机构和连续可变气门正时机构进行操作的气门机构系统(valve train system)。所述机构可以配置为与活塞在汽缸中的位置无关地执行正时和持续期配置文件(profile)。连续可变气门持续期机构可以配置为与活塞在汽缸中的位置和连续可变气门正时机构无关地执行持续期配置文件。
图4描绘了对正气门重叠进行说明的曲线图的示例。连续可变气门持续期机构或连续可变气门正时机构可以对进气门和排气门的持续期和正时进行调节，使得存在正气门重叠。当存在进气门开启和排气门开启的时间重叠时，存在正气门重叠。换言之，燃烧模式可以延长进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得进气门开启持续期和排气门开启持续期在时间上重叠。另外，燃烧模式可以改变进气门开启持续期的正时和排气门开启持续期的正时，使得在进气门关闭时与排气门开启时之间存在时间重叠。
图5描绘了对负气门重叠进行说明的曲线图的示例。连续可变气门持续期机构或连续可变气门正时机构可以配置为对进气门和排气门的持续期和正时进行调节，使得存在负气门重叠。当在进气门关闭与排气门开启之间发生时间延迟时，存在负气门重叠。换言之，燃烧模式可以缩短进气门开启持续期和排气门开启持续期，使得在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间存在时间延迟。另外，燃烧模式可以改变进气门开启持续期的正时和排气门开启持续期的正时，使得在进气门关闭时与排气门开启时之间存在时间延迟。
图6描绘了表示发动机从一种燃烧模式转换到另一种燃烧模式时燃烧操作的变化的示意图的示例。燃烧模式的改变可以是正常切换程序或者快速切换程序。正常切换程序101至104可以用于发动机上正常或缓慢的发动机瞬时能量需求率的操作情况。这使得发动机能够进一步利用低温燃烧模式的燃料效率和排放优势。快速切换程序105至106可以用于需要高瞬时能量需求率的操作情况。对于任意两种燃烧模式，存储的多种燃烧模式可以具有重叠的运行范围。这允许任意两种模式之间的平滑的模式转换。
在101中，控制器可以配置为从火花点火模式切换至低温燃烧模式。在转换至低温燃烧模式过程中，可以打开节气门以增加进入燃烧室的空气。流入燃烧室的增加的空气稀释了燃料-空气混合物。此外，控制器可以配置为对连续可变气门持续期机构进行调节，以产生负气门重叠。负气门重叠可以使燃烧室中的热残余物和截留的空气增加。这又会使燃料-空气混合物的温度升高。通过监测已释放大约50％的燃烧热量的曲柄角，可以对喷射的启动和直接喷射的量进行调节，并且可以对直接喷射的量进行调节。在一些情况下，可以保持火花点火，以具有更稳定的低温燃烧。
在一些实施方案中，控制器可以配置为基于内燃机的温度低于预定的发动机温度和内燃机的低负荷状况选择火花点火模式。控制器可以配置为在燃烧室中施加火花以燃烧燃料。随着时间的推移，燃料燃烧会使发动机的温度升高。控制器可以配置为响应于内燃机的温度高于预定的发动机温度选择低温燃烧模式。控制器可以配置为减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间。控制器可以配置为增加进入燃烧室的空气，并且对直接喷射正时和直接喷射量进行调节。
在102中，控制器可以配置为从低温燃烧模式切换至扩散火焰模式。在转换至扩散火焰模式过程中，控制器可以配置为对连续可变气门持续期机构进行调节，以产生正气门重叠。与低温燃烧模式相比，正气门重叠可以增加截留在燃烧室中的空气。扩散火焰模式可以包括向燃烧室中施加燃料的直接喷射以进行压燃式燃烧的指令。控制器可以配置为调节进气温度、空气增压、排气再循环，并且增加直接喷射。控制器可以配置为指示燃料输送系统施加具有延迟的喷射启动的多次燃料喷射。
在一些实施方案中，控制器可以配置为选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括响应于内燃机的高负荷状况而向燃烧室中施加燃料的直接喷射以进行压燃式燃烧的指令。高负荷状况可以表示发动机转速高于预定的发动机转速或者发动机扭矩大于预定的发动机扭矩。控制器可以配置为对连续可变气门持续期机构进行操作，以减少进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的延迟，从而使进气门开启持续期和排气门开启持续期重叠。扩散火焰模式中的进气门位移和排气门位移可以大于低温燃烧模式中的进气门位移和排气门位移。
在103中，控制器可以配置为从扩散火焰模式切换至低温燃烧模式。在转换至低温燃烧模式过程中，控制器可以配置为减少正气门重叠并且产生负气门重叠。负气门重叠可以使燃烧室中的热残余物和截留的空气增加。这又可以使燃料-空气混合物的温度升高。此外，控制器可以配置为将燃料喷射从多次延迟的直接喷射调整为具有低压燃料喷射的提前的燃料喷射。控制器可以配置为通过监测已释放50％的燃烧热量的曲柄角对进气温度、空气增压和排气再循环进行调节。
在一些实施方案中，控制器可以配置为响应于内燃机的低负荷状况而选择低温燃烧模式。控制器可以配置为在扩散火焰模式之后选择低温燃烧模式。控制器可以配置为对连续可变气门持续期机构进行操作，以减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间。
在104中，控制器可以配置为从低温燃烧模式切换至火花点火模式。在转换至火花点火模式过程中，控制器可以配置为减少负气门重叠并且产生正气门重叠。控制器可以配置为操作点火系统以产生具有延迟正时的火花。另外，控制器可以配置为在保持所需扭矩的同时，通过监测已释放约50％的燃烧热量的曲柄角对节气门、燃料喷射正时、火花正时、进气温度、排气再循环进行调节，以具有稳定的燃烧。
在105中，控制器可以配置为从火花点火模式切换至扩散火焰模式。在转换至扩散火焰模式期间，控制器可以配置为打开节气门以使更多空气能够流入燃烧室。控制器还可以配置为将空气增压、进气温度以及燃料喷射量和正时从提前的低压喷射调整到延迟的高压喷射。这导致通过监测已释放大约50％的燃烧热量的曲柄角来产生分层的燃料分配和自动点火。控制器可以配置为：操作点火系统以减少火花正时，并且响应于控制器确定出火花不影响已释放大约50％的燃烧热量的曲柄角而关闭火花。
在106中，控制器可以配置为从扩散火焰模式切换至火花点火模式。在转换至火花点火模式期间，控制器可以配置为调节节气门以改变流入燃烧室的空气。控制器可以配置为指示点火系统以产生具有延迟正时的火花。控制器可以配置为通过监测已释放50％的燃烧热量的曲柄角对火花正时进行调节。控制器可以配置为操作燃料喷射系统以从延迟的燃料喷射转换为提前的燃料喷射。
图7描绘了表示发动机从一种燃烧模式转换到另一种燃烧模式时燃烧操作的变化的表格的示例。在一些实施方案中，当从火花点火模式转换至具有负气门重叠模式的低温燃烧时，打开节气门以稀释燃料-空气混合物，同时将气门重叠从正气门重叠减少至负气门重叠，以增加截留来自前一燃烧循环的缸内热残余物。另外，控制器可以配置为通过在保持所需扭矩的同时监测已释放约50％的燃烧热量的曲柄角对喷射正时和喷射量、增压、进气温度以及负气门重叠进行调节，以确保稳定的燃烧。
在一些实施方案中，当从低温燃烧模式转换至扩散火焰模式时，控制器可以配置为将气门重叠从负气门重叠调节至正气门重叠以增加截留的空气。控制器可以配置为调节进气温度、空气增压、排气再循环，增加直接喷射并且使用具有延迟正时的多次喷射。
在一些实施方案中，当从扩散火焰模式转换至低温燃烧模式时，将气门重叠从正气门重叠减少至负气门重叠以增加缸内热残余物并且使混合物温度升高，同时将燃料喷射从多次延迟的高压直接喷射调整为具有低压燃料喷射的提前的燃料喷射。控制器可以配置为通过在保持所需扭矩的同时监测已释放约50％的燃烧热量的曲柄角对进气温度、增压和排气再循环进行调节，以具有稳定的燃烧。
在一些实施方案中，当从低温燃烧模式转换至火花点火模式时，控制器可以配置为以延迟的正时执行火花启动，同时将气门重叠从负气门重叠增加至正气门重叠。控制器可以配置为通过在保持所需扭矩的同时监测已释放约50％的燃烧热量的曲柄角对节气门、燃料喷射正时、火花正时、进气温度、排气再循环进行调节，以具有稳定的燃烧。
在一些实施方案中，当从火花点火模式转换至扩散火焰模式时，控制器可以配置为打开节气门。控制器还可以配置为将增压、进气温度以及燃料喷射量和正时从提前的低压喷射调整到多次延迟的高压喷射。这可以产生分层的燃料分配和自动点火。控制器可以配置为延迟火花正时，并在火花点火不影响燃烧时关闭火花点火。
在一些实施方案中，当从火花点火模式转换至扩散火焰模式时，控制器可以配置为对节气门和增压进行调节。此外，控制器可以配置为以较晚的正时启动火花。控制器可以配置为在监测燃烧相位和将燃料喷射从延迟的燃料喷射改变为提前的燃料喷射，直到延迟的燃料喷射关闭的同时调节火花正时。
图8描绘了对利用控制器选择不同的发动机操作模式提高的发动机效率进行说明的图表的示例。随着控制器在不同燃烧模式之间进行选择，发动机效率可以提高。例如，与传统的汽油火花点火发动机相比，发动机效率可以提高约15％。如所描绘的，与传统的汽油火花点火发动机相比，随着控制器在不同燃烧模式之间进行选择，制动热效率可以提高。与传统的汽油火花点火发动机相比，随着控制器在不同燃烧模式之间进行选择，二氧化碳和碳烟排放可以降低。
图9描绘了对利用控制器基于发动机转速和发动机负荷选择不同的发动机操作模式提高的发动机效率进行说明的表格的示例。随着控制器在不同燃烧模式之间进行选择，发动机效率可以提高。例如，与传统的汽油火花点火发动机相比，发动机效率可以提高约15％。如所描绘的，与传统的汽油火花点火发动机相比，随着控制器在不同燃烧模式之间进行选择，制动热效率可以提高。与传统的汽油火花点火发动机相比，随着控制器在不同燃烧模式之间进行选择，二氧化碳和碳烟排放可以降低。
图10描绘了对与当前主题的实现一致的计算系统1000进行说明的框图。参考图1至图10，计算系统1000可以用于在不同的燃烧模式之间进行选择。例如，计算系统1000可以实现为用户设备、个人计算机或移动设备。
如图10所示，计算系统1000可以包括处理器1010、存储器1020、存储装置1030和输入/输出装置1040。处理器1010、存储器1020、存储装置1030和输入/输出装置1040可以通过系统总线1050互连。处理器1010能够处理用于在计算系统1000内执行的指令。这样的执行指令可以实现为例如跨云代码检测的一个或多个组件。在一些示例实施方案中，处理器1010可以是单线程处理器。或者，处理器1010可以是多线程处理器。处理器1010能够处理存储于存储器1020和/或存储装置1030的指令以显示用于经由输入/输出装置1040提供的用户界面的图形化信息。
存储器1020是在计算系统1000内存储信息的非暂时性计算机可读介质。例如，存储器1020可以存储表示配置目标数据库的数据结构。存储装置1030能够为计算系统1000提供永久存储。存储装置1030可以是软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置，或者其他合适的永久性存储装置。输入/输出装置1040为计算系统1000提供输入/输出操作。在一些示例性实施方案中，输入/输出装置1040包括键盘和/或指点(pointing)装置。在各种实施方案中，输入/输出装置1040包括用于显示图形用户界面的显示单元。
根据一些示例实施方案，输入/输出装置1040可以为网络设备提供输入/输出操作。例如，输入/输出装置1040可以包括以太网端口或其他网络端口，以与一个或多个有线和/或无线网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网、公共陆地移动网络(PLMN)等)进行通信。
在一些示例实施方案中，计算系统1000可以用于执行能够用于组织、分析和/或存储各种格式的数据的各种交互式计算机软件应用程序。或者，计算系统1000可以用于执行任何类型的软件应用程序。这些应用程序可以用于执行各种功能，例如，规划功能(例如，生成、管理、编辑电子表格文档、文字处理文档和/或任何其他对象等)、计算功能、通信功能等。该应用程序可以包括各种附加功能或者可以是独立的计算项和/或功能。所述功能在应用程序内激活后，可以用于生成通过输入/输出装置1040提供的用户界面。用户界面可以通过计算系统1000(例如，在计算机屏幕监视器上等)生成并呈现给用户。
本文所呈现的技术优势可以导致显著的燃烧效率和车辆燃料经济性，同时保持较低的尾气排放量。提高的燃料经济性消除了车辆对环境的负面外部效应，并且使车辆在等量的燃料下行驶得更远。
本发明的许多特征和优点从详细的说明书中显而易见，因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的实际精神和范围内的本发明的所有这样的特征和优点。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化，因此不希望将本发明限制为所示出和描述的精确的结构和操作，因此，可以采用的所有合适的修改方案和等效方案都落入本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
具有燃烧室的内燃机，所述燃烧室带有进气门和排气门；
燃料输送系统；以及
控制器，其与内燃机和燃料输送系统通信连接，所述控制器配置为：
基于内燃机的温度高于预定温度和内燃机的低负荷状况选择低温燃烧模式，所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期和排气门开启持续期的指令，
响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，以在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间产生时间延迟，
其中，所述时间延迟使燃烧室中的燃料温度升高，并且引起燃烧室中燃料的自动点火。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述时间延迟将燃烧的燃烧气体截留在燃烧室中，从而引起压缩温度升高，并且在延迟的压缩冲程中引起燃料的自动点火。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述低负荷状况表示发动机转速低于预定的发动机转速和发动机扭矩小于预定的发动机扭矩，在燃烧室中，燃料的自动点火不需要火花。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器配置为：
基于内燃机的温度低于所述预定温度和内燃机的低负荷状况选择火花点火模式，所述火花点火模式包括在燃烧室中施加火花以燃烧燃料的指令；
响应于内燃机的温度高于所述预定温度，选择低温燃烧模式。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器配置为：
响应于内燃机的高负荷状况，选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括向燃烧室中施加燃料的直接喷射以进行压燃式燃烧的指令，所述高负荷状况表示发动机转速高于预定的发动机转速和发动机扭矩大于预定的发动机扭矩。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述指令进一步包括：
增加进气门开启持续期和排气门开启持续期，以减少进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的时间延迟，
其中，扩散火焰模式中的进气门位移和排气门位移大于低温燃烧模式中的进气门位移和排气门位移。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述扩散火焰模式与低温燃烧模式相比增加了截留在燃烧室中的空气，与低温燃烧模式相比降低了燃料粘度，并且与低温燃烧模式相比增大了燃料喷雾雾化和汽化。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器配置为：
选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括施加直接喷射以进行压燃式燃烧的指令；
响应于内燃机的低负荷状况，选择低温燃烧模式，所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间的指令。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器配置为：
基于低负荷状况和内燃机的温度低于所述预定温度选择火花点火模式；
响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器配置为：
响应于选择低温燃烧模式，增加进入燃烧室的空气并且对直接喷射正时和直接喷射量进行调节。
11.一种非暂时性计算机可读存储介质，其存储有指令，当由处理器执行时，所述指令使处理器执行以下操作：
基于内燃机的温度高于预定温度和内燃机的低负荷状况选择低温燃烧模式，所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期和排气门开启持续期的指令，
响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，以在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间产生时间延迟，
其中，所述时间延迟使燃烧室中的燃料温度升高，并且引起燃烧室中燃料的自动点火。
12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述时间延迟将燃烧的燃烧气体截留在燃烧室中，从而引起压缩温度升高，并且在延迟的压缩冲程中引起燃料的自动点火。
13.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述低负荷状况表示发动机转速低于预定的发动机转速和发动机扭矩小于预定的发动机扭矩，在燃烧室中，燃料的自动点火不需要火花。
14.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述操作进一步包括：
基于内燃机的温度低于所述预定温度和内燃机的低负荷状况选择火花点火模式，所述火花点火模式包括在燃烧室中施加火花以燃烧燃料的指令；
响应于内燃机的温度高于所述预定温度，选择低温燃烧模式。
15.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述操作进一步包括：
响应于内燃机的高负荷状况，选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括向燃烧室中施加燃料的直接喷射以进行压燃式燃烧的指令，所述高负荷状况表示发动机转速高于预定的发动机转速和发动机扭矩大于预定的发动机扭矩。
16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述指令进一步包括：
增加进气门开启持续期和排气门开启持续期，以减少进气门开启持续期与排气门开启持续期之间的时间延迟，
其中，扩散火焰模式中的进气门位移和排气门位移大于低温燃烧模式中的进气门位移和排气门位移。
17.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述扩散火焰模式与低温燃烧模式相比增加了截留在燃烧室中的空气，与低温燃烧模式相比降低了燃料粘度，并且与低温燃烧模式相比增大了燃料喷雾雾化和汽化。
18.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述操作进一步包括：
选择扩散火焰模式，所述扩散火焰模式包括施加直接喷射以进行压燃式燃烧的指令；
响应于内燃机的低负荷状况，选择低温燃烧模式，所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间的指令。
19.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述操作进一步包括：
基于低负荷状况和内燃机的温度低于所述预定温度选择火花点火模式；
响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期与排气门开启持续期重叠的重叠持续时间。
20.一种方法，包括：
基于内燃机的温度高于预定温度和内燃机的低负荷状况选择低温燃烧模式，所述低温燃烧模式包括减少进气门开启持续期和排气门开启持续期的指令，
响应于选择低温燃烧模式，减少进气门开启持续期和排气门开启持续期，以在进气门开启持续期与排气门开启持续期之间产生时间延迟，
其中，所述时间延迟使燃烧室中的残余气体温度升高，并且引起燃烧室中燃料的自动点火。
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