[发明专利]均质进气压缩点火发动机以及该发动机的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种均质进气压缩点火发动机(HCCI发动机)。在本发明的HCCI发动机中，燃烧模式可在均质进气压缩点火燃烧(HCCI燃烧)和火花点火燃烧(SI燃烧)之间切换。

背景技术

近些年，均质进气压缩点火(HCCI)发动机已引起关注，并且在这种发动机上已经进行了各种研究。HCCI发动机可获得卓越的燃料经济性和热效率以及低排放。在某些HCCI发动机中，在进气行程期间，燃料直接喷射到燃烧室中。换言之，仅将空气从进气通道吸入到燃烧室，燃料与空气在燃烧室中首次混合。但是，在大多数的HCCI发动机中，燃料与空气在进气通道中混合从而产生空气-燃料混合物。这些空气-燃料混合物从进气通道供给至燃烧室。

在发动机处于压缩行程时，随着活塞上升，容纳在燃烧室内的空气-燃料混合物的温度升高，压力增大，以致该混合物自发点火。在使HCCI发动机实用方面需要克服的障碍是，使得均质进气压缩点火(HCCI)燃烧能够稳定受控的发动机的运行范围仍然很窄。为了克服该障碍，存在一种趋势，即在通常使用的运行范围相对较窄的固定发动机中，例如用于GHP(燃气热泵)的燃气发动机，执行HCCI燃烧。

在HCCI发动机的实际操作中，频繁使用的是发动机低转速范围、中等转速范围、低负载范围和中等负载范围。已经提出，根据发动机的运行状态，将燃烧模式在HCCI燃烧范围和火花点火(SI)燃烧范围之间切换。火花点火(SI)燃烧在高转速范围、极低负载范围和高负载范围中执行。

例如，日本专利特开No.2003-106184(JP 2003-106184A)公开了一种结构，其中，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，节气门关闭以便将空燃比恢复到化学计量空燃比。而后，增大排气门的提升量以降低内部废气再循环(EGR)的量。换言之，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，首先将节气门关闭。这会导致进气不足或力矩较低，并使燃烧困难。因此，这会导致发动机扭矩出现波动或扭矩发生剧烈变化。

日本专利特开No.2004-150383(JP 2004-150383A)公开了一种结构，其中，燃烧模式首先从HCCI燃烧切换至分层火花点火燃烧，而后切换到火花点火燃烧。因此，在燃烧室中，缸内喷射器是必不可少的。当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，在分层火花点火燃烧状态下，逐渐增大燃料喷射量。当空气-燃料混合物的空燃比降低至预定值时，提前燃料喷射正时，并减小节气门的开度。相应地，燃烧模式切换至化学计量状态下的正常火花点火燃烧。换言之，在增大节气门开度后，燃烧模式从分层火花点火燃烧切换至化学计量状态下的正常火花点火燃烧。这样，如果减小节气门开度，则扭矩会发生剧烈变化。

发明内容

本发明的目的是，当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，抑制HCCI发动机的扭矩发生剧烈变化。

本发明的一个方面提供了一种均质进气压缩点火(HCCI)发动机，该HCCI发动机允许燃烧模式在HCCI燃烧和火花点火燃烧之间切换。该HCCI发动机包括燃烧室、进气门和排气门。可变进气门机构改变进气提升量，即进气门的提升量。在HCCI燃烧中进气提升量设定为第一进气提升量，并且在火花点火燃烧中进气提升量设定为第二进气提升量。可变排气门机构改变排气提升量，即排气门的提升量。在HCCI燃烧中排气提升量设定为第一排气提升量，并且在火花点火燃烧中排气提升量设定为第二排气提升量。该发动机还包括节气门，其中，控制所述节气门的开度从而控制到达所述燃烧室的所述进气量。控制器控制该可变进气门机构和该可变排气门机构。控制器设定内部EGR的量，它包括HCCI燃烧时保留在燃烧室中的燃烧气体量和通过排气口再次抽回到燃烧室的燃烧气体量。控制器设定负的气门重叠期，在这期间，进气门和排气门均被关闭，以致并非所有燃烧气体都排出燃烧室。当燃烧模式从HCCI燃烧切换至火花点火燃烧时，在进气提升量从第一进气提升量切换至第二进气提升量之前，控制器执行如下操作a)和b)：

a)：将排气提升量从第一排气提升量切换至第二排气提升量，同时确保内部EGR的量；和

b)：在将排气提升量从第一排气提升量切换至第二排气提升量后，延迟排气门的关闭正时，以减少内部EGR的量。

在切换至所述第二排气提升量后，所述控制器减小节气门开度，同时延迟所述排气门的关闭正时。