專利名稱：均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及均質(zhì)充量壓燃(HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在均質(zhì)充量壓燃(HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒是無焰的，并且自發(fā)地在整個(gè)汽 缸容積內(nèi)發(fā)生。隨著汽缸充氣(cylinder charge)被壓縮且其溫度上升，經(jīng)均勻 混合的汽缸充氣將自動(dòng)點(diǎn)火。自動(dòng)點(diǎn) 燒的點(diǎn)火正時(shí)(ignition timing)很大 程度上取決于最初的汽缸充氣條件，例如溫度、壓力和成份。因此，為了保證 穩(wěn)健的HCCI燃燒，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入，例如燃料質(zhì)量(foel mass)、噴射正時(shí) (timing)和闊動(dòng)(valve motion)就顯得尤為重要。根據(jù)閥動(dòng)，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中有 兩種主要的操作策B^~~^f氣再壓縮(exhaust recompression)策略和排氣再呼 吸(exhaustre-breathing)策略。
在排氣再壓縮策略中，m在排氣沖程早期關(guān)閉排氣閥來阻陷來自之前的
發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中的熱排氣氣體，同時(shí)用與排氣閥關(guān)閉正時(shí)相對(duì)稱的延遲正時(shí)來打 開進(jìn)氣閥，來控制汽缸充氣溫度。在這一閥策略中，汽缸充氣成份和溫度取決 于在排氣沖程期間多早關(guān)閉排氣閥。例如，若在排氣沖程期間較早地關(guān)閉排氣 閥，來自之前發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的大多數(shù)熱排氣氣懶各被阻陷在汽缸中，使得汽缸中 用于新鮮空氣的體積較少，從而增加了汽缸的溫度，同時(shí)斷氏了汽缸中氧含量。 在排氣再壓縮策略中，排氣閥關(guān)閉正時(shí)(相應(yīng)地，進(jìn)氣閥打開正時(shí))典型地通 過閥重疊(valveoverlap)來量化，所述閥重疊是負(fù)數(shù)。該負(fù)閥重疊(NVO)被 定義為排氣閥關(guān)閉和進(jìn)氣閥打開之間的曲柄角的持續(xù)時(shí)間。因此，該最初的汽 缸充氣條件很大程度上取決于進(jìn)氣和排氣閥正時(shí)。
相反地，在排氣再呼吸策略中，fflil在進(jìn)氣沖程期間再次打開排氣閥以將 熱排氣氣體再次吸入汽缸中，來控制汽缸充氣溫度。在這一閥策略中，汽缸充 氣成份和溫度取決于在進(jìn)氣沖程期間再次打開的排氣閥的升程(lift)。與排氣再 壓縮策略類似，如果在進(jìn)氣沖程期間排氣閥再次打開得更高，更多的來自先前 發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的熱排氣氣術(shù)每被再次吸入汽缸中，使得用于新鮮空氣的汽缸容積
4變小，結(jié)果增加了汽缸溫度，同時(shí)降低了汽缸中氧含量。在這種情況下，最初 的汽缸充氣剝牛很対呈度上取決于第二次打刑一氣閥的升程和/或搟賣時(shí)間。
不論是排氣再壓縮策略還是再呼吸策略，需要HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入(例如
閥正時(shí)、EGR閥打開、噴射正時(shí)等)的艦改變，從而維持充足的熱能以在負(fù)
敷 瞬變期間成功土 行自動(dòng)點(diǎn) 燒。因此，精確決速的致動(dòng)器控制對(duì)于
設(shè)定點(diǎn)(set-point)之間的成功過渡是必要的，同時(shí)還要求那些設(shè)定點(diǎn)對(duì)于在瞬 ^J喿作(transient operation )期間不可避免引入的干擾是穩(wěn)健的。另外，HCCI 對(duì)下列操作因素較為敏感，這些操作因素例如環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)^4,鵬 鵬、 海拔、濕度等，這些都使得實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健且禾急定的控制更富挑故性。

發(fā)明內(nèi)容
{頓描述HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃^ft性的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，本發(fā)明為HCCI發(fā) 動(dòng)機(jī)提供了穩(wěn)健的操作設(shè)定點(diǎn)。本發(fā)明中使用的模型由兩個(gè)子模型組成氣體 交換過程模型(GEM)和HCCI燃燒過程模型(CM)。
一種用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方纟施括提供校準(zhǔn)(calibration) 集，該數(shù)據(jù)集位于表示多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的平衡設(shè)定點(diǎn)的數(shù) 據(jù)空間中。這些設(shè)定點(diǎn)的特征在于，燃燒相位對(duì)汽缸充氣溫度偏差具有相對(duì)最 小的敏感度。該發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)按照所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行控制，并且可以包括 例如發(fā)動(dòng)機(jī)閥型線(valve profile)參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)加燃茅斗(ftieling)參數(shù)和發(fā)動(dòng) 機(jī)排氣氣體再循環(huán)參數(shù)。此外，該發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)可包括發(fā)動(dòng)機(jī)火花參數(shù)和進(jìn) 氣節(jié)氣門(intake air throttle)參數(shù)。


對(duì)于特定部件和部件配置，本發(fā)明的實(shí)施例可以采取物理的形式，它們的 tt^實(shí)施例會(huì)被詳細(xì)描述，并在構(gòu)成詳細(xì)描述一部分的附圖中被示出，在附圖
中
圖i所示為育^多根據(jù)本發(fā)明操作的示例性的^n缸汽油直接噴射四沖程內(nèi)
燃機(jī)的示意圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的示例性控制器的概略圖，在各種穩(wěn)態(tài)和瞬 作 期間，禾擁該控制器可以維持穩(wěn)健的魏自動(dòng)點(diǎn) 燒；
圖3所示為對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的氣體交換模型的進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)的氣缸充氣 鵬相對(duì)于排氣 鵬的特性曲線的數(shù)據(jù)曲線亂
5圖4所示為顯示本發(fā)明模型中的平均能量釋方夂率(AERR)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的
一致性的 曲線圖5所示為對(duì)應(yīng)于依據(jù)本發(fā)明的HCCI燃燒過程模型的進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)的汽 缸充氣溫度相對(duì)于排氣溫度的特性曲線的數(shù)據(jù)曲線圖6所示為對(duì)于兩個(gè)示例性空，燃料比率，對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的氣體交換 模型和HCCI燃燒過程模型的進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)的汽缸充氣溫度相對(duì)于排氣溫度的 覆蓋曲線的數(shù)據(jù)曲線圖7所示為進(jìn)氣闊關(guān)閉時(shí)的汽缸充氣^t相對(duì)于排氣氣體溫度的熱平衡曲 線的 曲線圖，該熱平衡曲線對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明而得至啲對(duì)于0%和4%EGR 在預(yù)定加燃料速率時(shí)的氣體交換模型和HCCI燃燒ii程模型；
圖8所示為對(duì)于不具備外部EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)操作，在不同穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和 其之間的過渡的期望的燃燒相位的各種數(shù)據(jù)曲線圖；禾口
圖9所示為對(duì)于具備外部EGR的發(fā)動(dòng)機(jī)操作，在不同穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和其 之間的過渡的期望的燃燒相位的各種 曲線圖。
具體實(shí)施例方式
首先具體參照?qǐng)D1 ，數(shù)字標(biāo)號(hào)10 —般指示例性的單汽缸直接噴射四沖程內(nèi) 燃機(jī)的示意表示。在該圖中，活塞11在汽缸12中是可移動(dòng)的，并且與汽缸12 定義了容積可變的燃燒腔13。進(jìn)氣通道14將空氣提供至燃燒腔13。 SA燃燒 腔13的空氣流由進(jìn)氣閥15控制。燃燒后的氣體可以經(jīng)由排氣通道16從燃燒腔 13流出，該排氣通道16受排氣閥17控制。
示例性的發(fā)動(dòng)機(jī)10具有液壓控制的帶電子控制器18的氣閥機(jī)件，其中該 電子控制器18是可編程的并且液壓地控制進(jìn)氣閥15和排氣閥17的打開和關(guān)閉。 電子控制器18將顧及由兩個(gè)位置換能器19和20所測(cè)得的進(jìn)氣閥15和排氣閥 17的位置，控制進(jìn)氣閥15和排氣閥17的運(yùn)動(dòng)。這禾中液壓控制的閥系統(tǒng)通常被 認(rèn)為是就,在升程(Uft)、辦賣時(shí)間和相位中所需的閥型線而論是完全靈活的。 同樣已知的是包括例如多步驟凸輪和獨(dú)錢^/排氣移相器的可替代的氣閥機(jī)件 結(jié)構(gòu)被用于實(shí)現(xiàn)有益于HCCI操作的汽缸內(nèi)(in-cylinder)條件。控制器18還將 參照發(fā)動(dòng)機(jī)的角位置，如由連接至發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸22的旋轉(zhuǎn)傳感器21所指示的。 對(duì)叫也，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制中可以采用各種其它傳litl，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的， 包括的非窮舉示例如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣、鵬、排氣組分傳繊、質(zhì)量空氣流量、歧管/環(huán)境壓力和 驢。曲軸22艦連接桿23連接至在汽缸12內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞11 。 由電子控制器18控制的汽油直接噴射器24被用于將燃料直接噴射到燃燒腔13 中。可以非常均衡地由多個(gè)分離而相互協(xié)同的控制器來執(zhí)行可歸屬為控制器18 的各種功能，其中這些控制器適用于各種任務(wù)。
同樣由電子控制器18控制的火縫25被用于加強(qiáng)在某些條件下(例如， 在冷啟動(dòng)期間和在接近低負(fù)載操作極限的情形下)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)控制。并 且，在帶有節(jié)流(throttled)或非節(jié)流(non-throttled) SI操作的受控自動(dòng)點(diǎn)火 燃燒和高淑負(fù)載操作條件下，依靠在高的部分負(fù)載操作極限(part-load operation limit)附近的火花點(diǎn)火被證明是更為可取的。
該發(fā)動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)為用燃料噴射汽油或類似混合物運(yùn)行，對(duì)在擴(kuò)展范圍的發(fā) 動(dòng)t/13M和負(fù)載下的HCCI燃燒不進(jìn)行節(jié)流，這可能包括發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。然而， 在不益于HCCI操作和獲得最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率的情況下，火花點(diǎn)火和節(jié)氣門受控 操作可以與傳統(tǒng)的或改良的控制方法一起使用。適用的加燃料策略可包括直接 汽缸噴射、進(jìn)氣道燃料噴射或節(jié)流體燃料噴射。廣泛可用的各種型號(hào)的汽油和 其的輕乙醇混合物(lightethanolblend)是^M料；然而，可替代的液體和氣 體燃料也可以被用于本發(fā)明的實(shí)施，例如更高的乙醇混合物(例如，E80， E85)、 純(neat)乙醇(E99)、純甲醇(MIOO)、天然氣、氫氣、沼氣、各種重整油、 合成氣等。
下述的控制系統(tǒng)和方法尤其涉及用可包括火花點(diǎn)火備份(spark ignition backup)的HCCI燃燒操作的發(fā)動(dòng)機(jī)。該燃燒控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)^t/M 控制器，所述計(jì)算機(jī)或控制器適于反復(fù)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的燃燒控制方法中的一 系列步驟或功能。
圖2顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)控制器40的示意圖，利用該控制器可以在穩(wěn)態(tài)和瞬 作期間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的受控自動(dòng)點(diǎn)火燃燒。控制器40包括前饋控制42和反饋控制 44，它們與典型的汽油直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)46的相關(guān)組件相連接。
iM饋控制42實(shí)現(xiàn)決速系統(tǒng)響應(yīng)?；谄谕呢?fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式條 件，從查找表57中計(jì)算所需的燃料噴射正時(shí)(FI)和脈沖寬度(加燃料速率) 48、閥致動(dòng)(包括負(fù)閥重疊(NVO)) 50、火花正時(shí)(spark timing, SI) 52、節(jié) 氣門位置54及EGR閥位置56以控制燃燒相位。同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的發(fā)動(dòng)t鵬作 ^^牛和駕駛者的負(fù)載需求，可 率限制器58、 60、 62、 64、 66用于凈M嘗該系統(tǒng)中的不同動(dòng)態(tài)(dynamics),例如，空氣和燃料動(dòng)態(tài)。
在劇烈的負(fù)載瞬變期間，僅僅使用帶有校準(zhǔn)的查找表的前饋控制42來維持 穩(wěn)健受控的自動(dòng)點(diǎn)火燃燒。雖然這里沒有強(qiáng)調(diào)，反饋控制用于進(jìn)一步加強(qiáng)旨 系統(tǒng)的穩(wěn)健性。
在HCCI (均質(zhì)充量壓燃)發(fā)動(dòng)機(jī)操作的決速負(fù)載瞬變期間的前饋控制42 的一般操作中，到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入被設(shè)置為等于(例如，與其同步)對(duì)應(yīng)當(dāng)前的 加燃料速率的穩(wěn)態(tài)輸入，所述輸入至少包括火花正時(shí)(SI)、燃料噴射正時(shí)(FI) 和閥正時(shí)(以及某處用到的節(jié)氣門位置和EGR閥位置)。預(yù)校準(zhǔn)的穩(wěn)態(tài)輸入被 儲(chǔ)存在查找表57中，并且通過在查找表中內(nèi)插穩(wěn)態(tài)輸入的值來確定發(fā)動(dòng)機(jī)輸入。
示例性HCCI控制的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在2006年3月2日提交的共同受讓的美國(guó) 專利申請(qǐng)NO.ll/366,217(代理人案號(hào)GP306189)中可以找到，其內(nèi)容在此引入以 供參考。
該前饋控制器42是基于廣泛的校準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，以確保在穩(wěn)態(tài)操作^#下實(shí) 現(xiàn)成功的HCCI燃燒。盡管如此，僅僅^^前饋控制，燃燒相位將受到干擾和/ 或環(huán)境變化的影響。干擾包括例如發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)度和負(fù)載的顯著或快速變化，這是 在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)操作中必然會(huì)出現(xiàn)。本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)性的方法或指導(dǎo)方針 來有效地校準(zhǔn)該設(shè)定點(diǎn)，并且M4、對(duì)用于穩(wěn)健瞬態(tài)性能的反饋控制的1繊。
假設(shè)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)在具有恒定加燃料速率(flieling rate)和恒定進(jìn)氣歧管溫 度的非節(jié)流條件下，以恒定的發(fā)動(dòng)機(jī)逸變運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，為了簡(jiǎn)化建模而使用下 述假設(shè)。
(A.l)進(jìn)氣歧管和排氣歧管壓力是疸定的。 (A.2) IVC (進(jìn)氣閥關(guān)閉)時(shí)的壓力等于進(jìn)氣歧管壓力。 (A3) EVC (排氣閥關(guān)閉)和IVO (進(jìn)氣閥打開)被固定在進(jìn)氣TDC前 后的對(duì)稱正時(shí)。
(A.4) —旦確定了閥動(dòng)(無論來自排氣再壓縮策略或排氣再呼吸策略)，通 過閥動(dòng)阻陷在汽缸中的排氣氣體和進(jìn)氣充氣的局部壓力將保持恒定。
(A.5)每單位質(zhì)量的比熱，Cp， Cv，并從而y二Q/C;在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中 保持恒定。
(A.6)汽缸中噴射的燃料質(zhì)量(foel mass)充分燃燒，即燃燒效率為100%。氣體交換過程模型關(guān)注于氣體交換過程之后的汽缸充氣溫度。 一旦給定了 該排氣氣術(shù)驢T^和閥型線(即來自排氣再壓縮策略或排氣再呼吸策略的進(jìn)
氣和排氣閥的升程、持續(xù)時(shí)間和相位的組合)，就可以基于(A.2)、 (A.4)、能 量守恒和理想氣體定律，依照下面的關(guān)系式對(duì)下次燃燒循環(huán)的IVC時(shí)的汽缸充 氣鵬(T1VC)進(jìn)行代數(shù)建騰<formula>formula see original document page 9</formula> (1)
<formula>formula see original document page 9</formula> (2)
其中，Tirt為進(jìn)氣^Jt， R為進(jìn)氣歧管壓力，Pp為進(jìn)氣充氣的分壓，Pep為
阻陷在汽缸中的排氣氣體的分壓。
假定只要根據(jù)(A.4)確定了闊動(dòng)，Pep和P:p保持恒定。圖3顯示了來自氣 體効奐過程模型的典型曲線，其示出了給定確定的閥型線排氣氣體溫度(Te^)
和下一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中在IVC時(shí)的汽缸充氣、M (T1TC)之間的關(guān)系。Jt燒排氣 氣體溫度(T^)和在IVC時(shí)的氣缸充氣溫度(T1VC)的相關(guān)性用實(shí)曲線GEM表
示?？梢钥闯觯琓^隨著排氣氣術(shù)鵬的升高而單調(diào)升髙，并且其上界符合下述 關(guān)系式<formula>formula see original document page 9</formula> (3)
HCCI燃燒所釋放的能量主要取決于汽缸充氣的溫度和氧氣濃度。平均能 量釋放率(AERR)被定義為燃料質(zhì)量(foelmass)的平均燃燒率，并且可以按 照下述關(guān)系式 示
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，a、 b、 c為調(diào)整參數(shù)，Ve為汽缸的余隙容積，R為氣體常量，(？為
供應(yīng)的燃料/空氣當(dāng)量比，E為批扁燒(bulk combustion)過程中的活化能，
DR為給氣比(deliverymtio)， 丁ave為:^燒期間的平均燃燒M^。鄉(xiāng)^比被定義
為吸入的新鮮空氣質(zhì)量與在進(jìn)氣歧管壓力和溫度下填充滿汽缸工縱積
(displacement volume)的空氣質(zhì)量的比率。假定HCCI燃燒在燃燒TDC開始，
此時(shí)在自燃發(fā)生前汽缸的溫度和壓力達(dá)到它們的最大值，并且平均燃燒溫度
(Tave)近似地符合如下關(guān)系式
<formula>formula see original document page 9</formula>其中，TTDC和TEOC分別為燃燒TDC時(shí)的 ，和燃燒結(jié)束時(shí)的 M。 TTDC和TEOC可以按照如下關(guān)系式從有限壓力發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)(limited-pressure engine cycle)中得出
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，"-k"^， Vjvc為IVC時(shí)的汽缸容積，VEoc為燃燒結(jié)束時(shí)的汽 ^ 「c ' k
缸容積，mf為給定的燃料質(zhì)量，QLHv為燃料的低熱值。由于假定了燃燒從燃燒 TDC時(shí)開始，P成比例于燃燒持續(xù)時(shí)間。在排氣閥打幵時(shí)的排出氣體(blowKiown gas)溫度Tbd，可以根據(jù)下面的關(guān)系式從有限壓力發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中得出
<formula>formula see original document page 10</formula> (7)
考慮至U傳遞到汽缸壁的熱量，排氣氣慚鵬按照如下關(guān)系式進(jìn)行建衞
<formula>formula see original document page 10</formula> (8)
其中，TV為汽缸壁溫度，a為作為操作條件的函數(shù)的可校準(zhǔn)參數(shù)，所
作劍牛例如發(fā)動(dòng)t;wt、充氣纟鵬等。
基于從單汽缸HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)AERR模型進(jìn)fiH周整。在實(shí) 驗(yàn)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)速度和加燃料速率分別在1000到2000ipm和7到18m^循環(huán)之 間變化，并且空氣-燃料比率在理想配比(stoichiometry)至30:1之間變化。在 燃燒結(jié)束時(shí)，可按照如下關(guān)系式來確定AERR:
<formula>formula see original document page 10</formula>(9)
其中，6Eoc為燃燒TDC之后，燃燒結(jié)束時(shí)的曲柄角度。圖4顯示了從關(guān) 系式(4)計(jì)算出的AERR和基于對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的熱量釋放分析而使用關(guān)系式(9) 計(jì)算出的AERR。圖4顯示出根據(jù)模型所預(yù)測(cè)的AERR與從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到的 AERR在合理的精度范圍內(nèi)是吻合的。 一旦AERR模型被調(diào)整，給定操作條件， 燃燒結(jié)束可以通過使關(guān)系式(4)和關(guān)系式(9)相等，并且可以M數(shù)值求解 該方程而得到。
圖5顯示了 HCCI燃燒過程模型的典型結(jié)果，其說明了在固定閥型線和氣 體効奐過程的情況下在IVC時(shí)的氣缸充氣溫度(T1TC)和HCCI燃燒之后排氣氣術(shù)顯度(Texh)之間的關(guān)系。虛曲線說明了在g定的P或其等同值、恒定的燃燒 持續(xù)時(shí)間的情況下在IVC時(shí)的汽缸充氣溫度和HCCI燃燒之后的排氣氣飾》， 之間的關(guān)系。因此，該虛曲線為恒定燃燒持續(xù)時(shí)間的曲線。
fflil檢查對(duì)應(yīng)于氣體交換過程和燃燒過程模型的那些平衡點(diǎn)周圍的燃燒相
位的敏感度，可以對(duì)HCCI燃燒的特性進(jìn)行研究。圖6顯示了當(dāng)加燃料速率固 定在llmg/循環(huán)且不帶有外部EGR，進(jìn)氣^^為90攝氏度，發(fā)動(dòng)機(jī)3I度等于 歸0rpm并且空氣-燃料比率分別等于20: l和26: l時(shí)，使分別從氣體効奐過 程模型和燃燒過程模型計(jì)算得出的T^和T^相關(guān)的溫度曲線GEM、 CM，。
熱平衡點(diǎn)可以在來自氣體交換過程和燃燒過程模型的兩條相應(yīng)曲線GEM 和CM的交點(diǎn)得到?？梢园凑?qǐng)D6中所顯示的那些曲線來建立排氣氣休溫度軌 跡，從而檢査平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性。例如圖6中示出空氣-燃料比率等于20: l時(shí)得 到的平衡點(diǎn)趨于穩(wěn)定，而在空氣-燃料比率等于26: 1時(shí)的平衡點(diǎn)可育媳于穩(wěn)定， 也可能為一穩(wěn)定有限循環(huán)的中心。還可以看到，當(dāng)P增加時(shí)，燃燒持續(xù)時(shí)間變 得對(duì)Tlve極為敏感，這說明燃燒持續(xù)時(shí)間對(duì)于T1W的敏感度與燃燒持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間 密切相關(guān)?；谶@一觀察，通過檢查處在各種操作條件下的模型的那些熱平衡 點(diǎn)的P值的敏感度，可以研究HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)點(diǎn) 燒的敏感度。
從而，圖7顯示了從在1000rpm時(shí)加燃料速率等于llmg/循環(huán)，恒定進(jìn)氣 ^Jt為90攝氏度，無外部EGR (曲線601)和具有4X外部EGR (曲線603) 的情形下的模型中獲得的熱平衡曲線。該圖還顯示了在不考慮外部EGR盼瞎況 下，當(dāng)閥型線固定在兩個(gè)設(shè)置(對(duì)應(yīng)于GEIV^和GEM2)中的任意一個(gè)，從而 使得進(jìn)氣充氣的分壓分別保持48.3kPa和31.6kPa不變時(shí)的平衡點(diǎn)。圖7顯示了 燃燒持續(xù)時(shí)間和燃燒相位(例如，CA50) —般將隨著外部EGR的增加而增加 (即增加e)。在另一方面，圖7還顯示了在特定操作割牛下，外部EGR可以降 低對(duì)Tivc的燃燒敏感度。例如，從圖7中可以看出，不具有外部EGR且進(jìn)氣分 壓等于48.3kPa (標(biāo)記為A)的燃燒t轉(zhuǎn)賣時(shí)間與具有4X外部EGR且進(jìn)氣分壓 等于40.6kPa (標(biāo)記為B)的燃燒t恭賣時(shí)間相同(即3=1.48)。盡管如此，在具 有外部EGR時(shí)，燃燒搟賣時(shí)間對(duì)于Tive的敏感度將顯著降低，并且該操作剝牛 (標(biāo)記為B)被認(rèn)為是對(duì)于給定的燃燒持續(xù)時(shí)間3=1.48，用于穩(wěn)健的負(fù)載瞬變 性能的 設(shè)定點(diǎn)。因此，對(duì)于給定燃燒持續(xù)時(shí)間或相位的伏選控制設(shè)定點(diǎn)是 那些相對(duì)于汽缸充氣溫度T1W的變化顯現(xiàn)、導(dǎo)致或允許最小燃燒持續(xù)時(shí)間或相位變化的點(diǎn)。
為了斷正模型的預(yù)測(cè)，4頓多汽缸HCCI發(fā)動(dòng)IHJS行兩個(gè)負(fù)載瞬變實(shí)驗(yàn)。
在實(shí)驗(yàn)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)按照排氣再壓縮策略以2000ipm的發(fā)動(dòng)機(jī)il^運(yùn)轉(zhuǎn)，并且 加燃料速率從7mg/循環(huán)變?yōu)閘lmg/循環(huán)。實(shí)驗(yàn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)按照未節(jié)流的HCCI 燃燒進(jìn)行操作，并且包括以預(yù)定的外部EGR值、內(nèi)部EGR設(shè)置、以及進(jìn)氣和 排氣氣體的己燃燒氣體分量設(shè)定點(diǎn)(burned gas fraction set point)操作該發(fā)動(dòng)機(jī)。 以閉環(huán)控制實(shí)5見對(duì)外部EGR和內(nèi)部EGR設(shè)置的反復(fù)調(diào)整，以使得排氣和進(jìn)氣 氣體已燃?xì)怏w分量移向它們的設(shè)定點(diǎn)。由曲柄角(CA50)中的燃料燃燒點(diǎn)的50 %所指示的燃燒相位的期望值分別被設(shè)置為，在燃料為7mg/循環(huán)時(shí)是7度 ATDC，并且在燃料為11mg/循環(huán)時(shí)是9度ATDC。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，空氣-燃 料比率的期望值分別在燃料為7mg/循環(huán)時(shí)被設(shè)置為18.5，在燃料為11mg/循環(huán) 時(shí)設(shè)置為16，以使得不論在燃料為7mg/循環(huán)還是llmg/循環(huán)時(shí)，在不具有穩(wěn)態(tài) 的外部EGR的情況下都育的多實(shí)J，;f期望的燃燒相位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在圖8中。 圖8顯示了盡管在排氣(tip-out)期間燃燒被成功維持，但在進(jìn)氣(tip-in)
期間會(huì)出現(xiàn)不點(diǎn)力部^^燃燒。這意味著在所選擇的設(shè)定點(diǎn)的;)t燒對(duì)于瞬變期間
的干擾不穩(wěn)健，即使在穩(wěn)態(tài)下燃燒非常穩(wěn)定。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，空氣-it料比率 的期望值分別在燃料為7mg/循環(huán)時(shí)被設(shè)置為16，在燃料為11mg/循環(huán)時(shí)被設(shè)置 為15，以使得不論在燃料為7mg/循環(huán)還是llmg/循環(huán)時(shí)，在具有穩(wěn)態(tài)的外部EGR 的情況下實(shí)現(xiàn)所期望的燃燒相位(分別為7度ATDC和9度ATDC)。該實(shí)驗(yàn)結(jié) 果顯示在圖9中，由圖中可見，無論在進(jìn)氣(tip"in)還是排氣(tip-out)期間， 都沒有發(fā)生不點(diǎn)力部分it燒。這就意味著，在所選擇的設(shè)定點(diǎn)的燃燒對(duì)于瞬變 期間的干擾是穩(wěn)健的，這與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)相反。
雖然本發(fā)明通過參照特定的 實(shí)施例皿行描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 該理解，在所描述的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍內(nèi)，可以做出多種改變。相應(yīng)地， 本發(fā)明并不試圖局限于所公開的實(shí)施例，而應(yīng)由隨后所附的t又利要求書的表述 所允許的全部范圍來限定。
1權(quán)利要求
1、一種用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括；提供校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集位于表示在多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)中的發(fā)動(dòng)機(jī)操作的平衡設(shè)定點(diǎn)的數(shù)據(jù)空間中，在這些平衡設(shè)定點(diǎn)處燃燒相位對(duì)汽缸充氣溫度偏差具有相對(duì)最小的敏感度；并且按照所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中所述多 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)閥型線參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)加燃料參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣氣 體再循環(huán)參數(shù)中的至少一個(gè)。
3、 如權(quán)利要求2所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中所述多 個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)進(jìn)一步包括發(fā)動(dòng)機(jī)火花參數(shù)和進(jìn)氣節(jié)氣門參數(shù)中的至少一個(gè)。
4、 一種用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括； 為汽缸氣體交換過程和汽缸燃燒過程的每一個(gè)提供燃燒排氣氣體溫度和汽缸充氣溫度的多個(gè)平衡數(shù)據(jù)集，每一數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)于一組相應(yīng)的預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)操作 條件；以及基于來自該多個(gè)平衡數(shù)據(jù)集的平衡數(shù)據(jù)5K擇發(fā)動(dòng)機(jī)操作設(shè)定點(diǎn)，所述操作設(shè)定點(diǎn)呈現(xiàn)出燃燒持續(xù)時(shí)間對(duì)汽缸充氣溫度偏差的最小敏感度。
5、 如權(quán)利要求4所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中汽缸充氣、皿包括進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)的汽缸充氣溫度。
6、 如權(quán)利要求4所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括對(duì)應(yīng)于預(yù)定的進(jìn)氣和排氣閥型線的所述汽缸氣體交換過程。
7、 如權(quán)利要求4所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括對(duì)應(yīng)于 預(yù)定的燃料供應(yīng)的所述汽缸燃燒過程。
8、 一種用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括 提供對(duì)應(yīng)于汽缸氣體交換的燃燒排氣氣體和汽缸充氣的第一相關(guān)溫度數(shù)據(jù)；提供對(duì)應(yīng)于汽缸燃燒的燃燒排氣氣體和汽缸充氣的第二相關(guān)溫度數(shù)據(jù)；建立對(duì)應(yīng)于所述第一和第二溫度數(shù)據(jù)之間的平衡的平衡溫度數(shù)據(jù)； 在恒定燃燒持續(xù)時(shí)間提供燃燒排氣氣體和汽缸充氣的第三相關(guān)溫度 數(shù)據(jù)；以及基于該平衡溫度數(shù)據(jù)和該第三相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)操作設(shè)定點(diǎn)。
9. 如權(quán)禾腰求8所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中基于該平衡溫度數(shù)據(jù)和該第三相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)操作設(shè)定點(diǎn)包括選擇發(fā)動(dòng)機(jī)操作設(shè)定點(diǎn)為呈現(xiàn)出燃燒持續(xù)時(shí)間對(duì)汽缸充氣溫度的最 小敏感度的平衡數(shù)據(jù)的子集。
10. 如權(quán)利要求8所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括與 預(yù)定的進(jìn)氣和排氣闊型線相對(duì)應(yīng)的第一相關(guān)纟顯度數(shù)據(jù)。
11. 如權(quán)利要求8所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括與預(yù) 定的燃料供應(yīng)相對(duì)應(yīng)的第二相關(guān)溫度數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求8所述的用于操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中汽 缸充氣的溫度數(shù)據(jù)基本上與進(jìn)氣閥關(guān)閉相對(duì)應(yīng)。
全文摘要
通過按照表示發(fā)動(dòng)機(jī)操作的平衡設(shè)定點(diǎn)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集控制多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)，來操作均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的特征在于燃燒相位對(duì)汽缸充氣溫度偏差具有相對(duì)最小的敏感度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101427258SQ200780014711
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者C·-F·張, J·-M·康, M·-F·張, P·M·納特, T·-W·擴(kuò) 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司