[发明专利]有助于自燃操作的多行程内燃发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种有助于自燃操作的多行程内燃发动机。

背景技术

某些内燃发动机可以在称为均质进气压缩点火(HCCI)的模式中用一个或多个汽缸操作，该模式中包括通过由汽缸的活塞执行的压缩进行空气和燃料进气的可控自燃(CAI)。HCCI模式可以用在某些工况下以提供增加的燃料经济性和/或减少的排放。作为一种示例方法，压缩汽缸内基本上均质的空燃混合气直到混合气发生自燃，而不需要通过点火装置产生的点火火花。

在某些工况下，发动机以HCCI模式操作与以其他燃烧类型，如火花点火(SI)操作相比，具有减少的或受限的操作范围。在一种方法中，如美国汽车工程师协会(SAE)2005-01-0762文章“用于可控自燃燃烧过程的可变气门机构的热力学和机械方法(Thermodynamical and Mechanical Approach Towards a Variable Valve Trainfor the Controlled Auto Ignition Combustion Process)”所述，描述了允许在低转速以及低负荷范围进行CAI操作的二行程，六行程，和八行程循环。作为一个示例，描述了六行程循环，包括通过火花点火用稀燃分层进气执行的第一燃烧事件，和用CAI执行的第二燃烧事件。

然而，本发明的发明人意识到上述方法的一些问题。作为一个示例，当使用稀化学计量进气以HCCI模式操作发动机时，某些排放控制装置，如NOx催化剂的有效性会降低。因此，在用于实现改进的燃料经济性的稀混合气操作应用和在稀混合气操作期间会降低的催化剂有效性之间有一取舍。

发明内容

因此，在本发明所述的一种方法中，上述问题通过操作具有至少一个包括进气门和排气门的汽缸的发动机的方法解决，该方法包括：将第一量的燃料喷射到汽缸中；通过压缩空气与所述第一量的燃料的第一混合气使所述第一混合气自燃；在所述第一混合气自燃后，将第二量的燃料喷射到汽缸中；燃烧所述第二量的燃料与来自所述第一混合气自燃的气体的第二混合气；在第一混合气自燃和第二混合气燃烧之间保持汽缸进气门关闭；以及排出所述燃烧后的第二混合气。

以此方式，可以操作发动机的一个或多个汽缸，其中初始空气进气可用于提供用于两个独立的燃烧事件的基本上全部量的氧气。作为一个示例，在第一燃烧事件期间，控制空燃均质进气为稀化学计量并使之自燃以利用稀混合气操作的改进的燃料经济性，而通过第二均质进气自燃的第二燃烧事件可以包括更接近化学计量的空燃混合气，从而允许排气时改进的催化剂有效性。然而，在某些工况下，循环的第二燃烧事件可选地包括火花点火以提供有助于后续自燃事件的较高温度的残余气体。

此外，本发明的发明人意识到以六行程循环操作部分或全部汽缸会在某些工况下导致发动机或汽车传动系统中增加的扭矩不平衡。因此，本发明基于发动机的工况，通过提供在包括单一燃烧事件的四行程循环和包括两个燃烧事件的六行程循环之间至少改变第二汽缸的操作的方法，解决这个问题。在某些示例中，工况可以包括驾驶员选择的一种或多种运行模式，发动机产生的和/或传输到发动机传动系统的振动水平，或连接到发动机的变速器的状态。

附图说明

图1示出示例内燃发动机。

图2示出描述在四行程和六行程操作模式之间控制发动机汽缸的示例方法的流程图。

图3A和图3B示出示例四汽缸发动机的正时图。

图4示出描述减少具有至少一个以六行程循环操作的汽缸的发动机中的振动的示例方法的流程图。

图5-图13是示出理论示例(prophetic example)实验的图表。

图14示出实验设置的示意图。

具体实施方式

如本文所述，以六行程循环操作发动机的一个或多个汽缸，同时执行均质进气压缩点火(HCCI)模式。六行程循环可以包括使用至少部分相同的初始空气进气或基本上相同的初始空气进气执行的两个独立的自燃事件。第一燃烧事件可以由具有稀化学计量空燃比的第一混合气执行，而第二燃烧事件可以由第一燃烧后的混合气与第二次喷射的燃料形成的比第一混合气浓的第二混合气执行(可选地包括附加的新鲜空气)。以此方式，发动机可以用HCCI模式操作至少部分汽缸，同时允许排放控制装置有效减少NOx。此外，HCCI模式可以在某些工况下扩大至较大的操作范围。