[发明专利]控制以压缩点火燃烧模式操作的内燃机操作的方法和设备

说明书

内燃发动机配置为以采用进气阀延迟关闭的均质充气压缩点火燃烧模式和火花点火燃烧模式操作。用于操作内燃发动机的方法包括确定从前一发动机循环再引入燃烧室中的残余气体量，以及基于从前一发动机循环再引入到燃烧室中的残余气体量确定捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量。基于捕集在燃烧室中用于当前发动机循环的新鲜空气量控制用于当前发动机循环的对气缸的燃料供给。

技术领域

本发明涉及配置为以均质充气(charge)压缩点火(HCCI)燃烧模式操作的内燃发动机。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

已知的火花点燃(SI)发动机将空气-燃料混合物引入每一个气缸中，空气-燃料混合物在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点燃。已知的压缩-点燃(CI)发动机在压缩冲程的上止点(TDC)附近将加压燃料喷射到燃烧气缸中，该加压燃料在喷射时点燃。SI发动机和CI发动机二者的燃烧都涉及由流体力学控制的预混或扩散火焰。

SI发动机可以不同的燃烧模式操作，包括均质SI燃烧模式和分层充气SI燃烧模式。SI发动机可配置为在预定速度/载荷操作条件下以均质充气压缩点燃(HCCI)燃烧模式操作，也被称为受控自动点燃燃烧。HCCI燃烧为分布式无焰动态受控自动点燃燃烧过程，其中发动机在稀释的空气-燃料混合物下操作，即稀的化学当量空气/燃料点，具有相对低的燃烧峰值温度，导致低NOx排放。以HCCI燃烧模式操作的发动机具有在进气阀关闭时间在组分、温度和残余排气方面优选均质的气缸充气。均质空气-燃料混合物将形成颗粒物质的气缸内富燃烧区的发生最小化。

发动机气流可通过选择地调整节气阀的位置和进气阀与排气阀的开闭来控制。在这样配备的发动机系统上，进气阀和排气阀的开闭可能使用可变阀促动系统调整，可变阀促动系统包括可变凸轮相位和可选择的多级阀升程，例如多级凸轮瓣，其提供两个或多个阀升程位置。与节气阀位置改变相反，多级阀升程机构的阀位置中的改变是离散级的改变。

当发动机以HCCI燃烧模式操作时，发动机在稀或化学当量空气/燃料比率操作下操作，其中节气阀打开较宽，以最小化发动机泵气损失。当发动机以SI燃烧模式操作时，发动机在化学当量空气/燃料比下或附近操作，其中节气阀在从0％到100％的宽打开位置的位置范围上被控制，以控制进气空气流，从而实现化学当量空气/燃料比。

在以HCCI燃烧模式的发动机操作过程中，燃烧受点火之前的压缩前或过程中气缸充气气体温度以及气缸充气的混合物组分影响。已知的以自动点火燃烧模式操作的发动机使用校准表计入环境和发动机操作条件中的变化，作为总发动机控制方案的一部分。已知的HCCI发动机控制方案包括使用输入参数进行控制发动机参数的校准，输入参数包括例如发动机负荷、发动机速度和发动机冷却剂温度。气缸充气气体温度可通过经由发动机阀重叠控制热气体残余以及经由排气再循环控制冷气体残余来影响。气缸充气气体温度、压力、组分可受发动机环境因素影响，发动机环境因素包括例如空气温度、湿度、高度和燃料参数，例如RVP、含能量和品质。

在以HCCI燃烧模式的发动机操作过程中的燃烧可具有燃烧热释放方面的特性，这可包括相对于活塞位置的燃烧正时。燃烧正时可借助质量燃烧分数来描述，其表示气缸充气的质量分数的一部分被燃烧时所处的活塞位置。感兴趣的质量燃烧分数包括CA50点(以相对于TDC的曲柄角的形式)，在该点处，积聚的热释放达到气缸充气的总热释放的50％。