均质充气压燃发动机的发动机预热制造技术

公开了一种方法，其用于控制有效用于稳健发动机预热操作的ＨＣＣＩ内燃机的操作。该方法包括响应于预定的催化剂和发动机温度条件选择性地实施多种运转模式中的几种运转模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及内燃机控制系统，更具体地涉及控制均质充气压燃发动机的方法和设备。
技术介绍
为可控自燃操作研发的一种发动机系统包括被设计成在Otto循环下操作的内燃机。配备有缸内直喷的发动机在特定的发动机运行条件下以可控自燃模式操作，以实现改善的发动机燃料效率。采用火花点火系统，以在特定的运行条件期间补充自燃过程。这样的发动机称为均质充气压燃(在下文中的“HCCI”)发动机。以HCCI燃烧模式运行的HCCI发动机在燃烧室中形成已燃烧的气体、空气、和燃料的充气混合物，并且在压缩冲程期间从充气混合物内的许多点火部位同时启动自燃，以产生稳定的功率输出、高的热效率和低的排放。遍及整个充气混合物，高度地分散并均匀地分布燃烧，导致低的已燃烧气体温度和通常基本低于传统火花点火发动机、或传统柴油机的NOx排放的NOx排放。在利用传统压缩比的二冲程汽油发动机中已证实了HCCI。人们认为，在二冲程发动机燃烧室内，从前一循环残留的高比例燃烧过的气体、即残留成分担负提供为促进高度稀释的混合物中的自燃所需的高的混合温度。在具有传统气门装置的四冲程发动机中，残留成分低并且难于实现部分负荷的HCCI。已知以低的和部分负荷诱发HCCI的方法包括：1)进气加热，2)可变压缩比，和3)使汽油与点火促进剂混合，以形成比汽油更容易点火的混合物。在以上所有的方法中，能够实现HCCI的发动机转速和负荷的范围相对较窄。已利用具有某些气门控制策略的可变气门启动在四冲程汽油发动机中证实了扩展范围的HCCI，该某些气门控制策略从前一循环产生为高度稀释的混合物中的HCCI所需的高比例的残留燃烧产物。采用这样的气门策略，利用传统的压缩比极大地扩展了能实现HCCI的发动机转速和负荷的范围。一种这样的气门策略包括在排气冲程-->和低气门升程期间通过排气门的早闭来截留并再压缩废气。这样的气门控制可利用可变凸轮相位器和二级升程凸轮实现。鉴于上述HCCI发动机运行策略基于在充分预热的发动机运行条件下的大范围稳态测试，冷启动和发动机预热操作引起一些另外的挑战。
技术实现思路
本专利技术包括一种方法，其用于控制有效用于稳健发动机预热操作的HCCI内燃机的操作。四冲程内燃机包括由在气缸内于上止点与下止点之间往复运动的活塞限定的可变容量燃烧室、进气和排气通路、和在活塞重复连续的排气、进气、压缩和膨胀冲程期间受控的进气和排气门、直喷燃料系统以及火花点火系统。用于控制发动机的方法包括响应于预定的催化剂和发动机温度条件选择性地实现多种运转模式中的几种运转模式。该选择性地实现包括监控催化剂温度。如果催化剂温度低于阈值催化剂温度，则发动机以高升程凸轮、火花点火模式运转，该高升程凸轮、火花点火模式包括接近化学计量的空气/燃料比和全升程以及持续时间的气门动作。如果催化剂不低于阈值催化剂温度，则发动机以低升程凸轮模式运转。附图说明本专利技术在某些部件和部件的布置中可具有物理形式，将详细地描述并且在下文中结合的附图中图解本专利技术的优选实施例，包括：图1是适于HCCI和SI运行模式的示例性内燃机的示意图；图2示出在实现根据本专利技术的曲柄&发火、火花助燃、HCCI模式中采用的协调的气门、燃料供给和火花控制；图3示出在实现根据本专利技术的低升程、曲柄&发火、火花点火模式中采用的协调的气门、燃料供给和火花控制；图4示出在实现根据本专利技术的冷HCCI模式中采用的协调的气门、燃料供给和火花控制；图5示出在实现根据本专利技术的向HCCI过渡的模式中采用的协调的气门、燃料供给和火花控制；图6示出在实现根据本专利技术的高升程、曲柄&发火、火花点火模式中采用的协调的气门、燃料供给和火花控制；-->图7示出在实现根据本专利技术的催化剂加热模式中采用的协调的气门、燃料供给和火花控制；以及图8示出根据本专利技术用于根据发动机和催化剂温度选择性地实现图2至图7的各种模式的过程。具体实施方式现在参考其中显示仅为了图解某些示例性实施例而非为了限制该某些示例性实施例的附图，图1示出了内燃机10和根据本专利技术的实施例构造的控制系统25的示意图。将如所示的实施例用作总体控制方案的一部分，以使示例性多缸火花点火式直喷汽油四冲程内燃机适于在受控自燃过程下、也称为均质充气压燃(′HCCI′)模式下运行。在本专利技术当前的示例性说明中，在实现气门和燃料供给控制以及在此具体化的各种数据的获取中使用自然吸气、四冲程、单缸、0.55升、受控自燃的汽油直喷式内燃机，其具有大致12至13的压缩比。除非以另外的方式特别地讨论，否则所有这样的实现和获取假设为在如本领域的普通技术人员所理解的标准条件下进行。示例性发动机10包括具有在其中形成的多个气缸的铸造金属发动机缸体和发动机缸盖27，其中示出该多个气缸中的一个气缸。各气缸包括末端封闭的气缸，其具有插入该气缸中的活动往复式活塞11。在各气缸中形成可变容量的燃烧室20，并且该可变容量燃烧室20由气缸的壁、活动活塞11、和缸盖27限定。发动机缸体优选地包括冷却剂通道29，发动机冷却剂流体通过该冷却剂通道29。可操作以监控冷却剂流体的温度的冷却剂温度传感器37位于合适的位置处，并向可用于控制发动机的控制系统25提供参数信号输入。发动机优选地包括已知的系统，包括外部排气再循环(‘EGR’)阀和进气节气门(未示出)。各活动活塞11包括根据已知的活塞成形方法设计的装置，并包括顶部和本体，该本体大致与该本体在其中运转的气缸相符。活塞具有暴露于燃烧室中的顶部或冠部区域。各活塞经由销34和连杆33连接至曲轴35。曲轴35在靠近发动机缸体的底部的主支承区域处以可旋转的方式附接至发动机缸体，使得曲轴能够围绕与各气缸限定的纵轴垂直的轴线旋转。在合适的位置设置有可操作以产生信号的曲柄传感器31，该信号可由控制器25用于测量曲柄角，并且该信号可转换以提供可用于各种控制-->方案的曲轴旋转、速度、和加速度的测量。在发动机运转期间，各活塞11由于与曲轴35的连接和曲轴35的旋转以及燃烧过程而在气缸中以往复方式上下运动。曲轴的旋转动作实现在燃烧期间施加于各活塞上的线性力到从曲轴的角扭矩输出的转化，该角扭矩输出可传递至例如车辆传动系统的另一装置。发动机缸盖27包括铸造金属装置，其具有流向燃烧室20的一个或多个进气口17和一个或多个排气口19。进气口17向燃烧室20供应空气。已燃烧(已烧过)的气体经由排气口19从燃烧室20流出。空气通过各进气口的流动由一个或多个进气门21的致动控制。已燃烧的气体通过各排气口的流动由一个或多个排气门23的致动控制。进气和排气门21、23分别具有头部，其包括暴露于燃烧室的顶部。气门21、23中的每个气门具有连接至气门驱动装置的杆部。图示为60的气门驱动装置运转以控制进气门21中的每个进气门的打开和关闭，而第二气门驱动装置70运转以控制排气门23中的每个排气门的打开和关闭。气门驱动装置60、70中的每个气门驱动装置包括信号连接至控制系统25的装置，其运转以协调地或单独地控制各气门的打开和关闭的正时、持续时间、和大小。示例性发动机的第一实施例包括双顶置式凸轮轴系统，其具有气门变升程控制(‘VLC’)和可变凸轮相位(‘VCP’)。VCP装置运转以控制各进气门和各排气门的打开和关闭相对于曲轴的旋转位置的正时，并且打开各本文档来自技高网...

【技术保护点】
操作四冲程内燃机的方法，该四冲程内燃机包括由在气缸内于上止点与下止点之间往复运动的活塞限定的可变容量燃烧室、进气和排气通路、和在所述活塞重复连续的排气、进气、压缩和膨胀冲程期间受控的进气门和排气门、直喷燃料系统以及火花点火系统，所述方法包括：　响应于预定的催化剂和发动机温度条件选择性地实施多种运转模式中的几种运转模式，其中所述选择性地实施包括：　监控催化剂温度；　如果所述催化剂温度低于阈值催化剂温度，则在高升程凸轮、火花点火模式运转所述发动机，所述高升程凸轮 、火花点火模式包括接近化学计量的空气／燃料比和全升程以及持续时间的气门动作；以及　如果所述催化剂温度不低于阈值催化剂温度，则在低升程凸轮模式运转所述发动机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-1 60/915,141;US 2008-4-25 12/109,4091.操作四冲程内燃机的方法，该四冲程内燃机包括由在气缸内于上止点与下止点之间往复运动的活塞限定的可变容量燃烧室、进气和排气通路、和在所述活塞重复连续的排气、进气、压缩和膨胀冲程期间受控的进气门和排气门、直喷燃料系统以及火花点火系统，所述方法包括：响应于预定的催化剂和发动机温度条件选择性地实施多种运转模式中的几种运转模式，其中所述选择性地实施包括：监控催化剂温度；如果所述催化剂温度低于阈值催化剂温度，则在高升程凸轮、火花点火模式运转所述发动机，所述高升程凸轮、火花点火模式包括接近化学计量的空气/燃料比和全升程以及持续时间的气门动作；以及如果所述催化剂温度不低于阈值催化剂温度，则在低升程凸轮模式运转所述发动机。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高升程凸轮、火花点火模式包括：监控曲柄旋转计数；如果所述曲柄旋转计数小于阈值曲柄旋转计数，则在所述高升程凸轮、火花点火模式中的所述运转还包括高升程凸轮、曲柄和发火、火花点火模式，其具有最小的负气门重叠和在上止点燃烧之前的0与50的曲柄角度之间的火花发送；以及如果所述曲柄旋转计数不小于所述阈值曲柄旋转计数，则在所述高升程凸轮、火花点火模式中的所述运转还包括高升程凸轮、催化剂加热、火花点火模式，其具有适度的负气门重叠和在上止点燃烧之后的0与30的曲柄角度之间的延迟的火花发送。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述高升程凸轮、曲柄和发火、火花点火模式还包括单次燃料喷射。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述单次燃料喷射在上止点燃烧之前的60与120的曲柄角度之间结束。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述高升程凸轮、曲柄和发火、火花点火模式还包括分段燃料喷射。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述分段燃料喷射包括在上止点燃烧之前的120与160的曲柄角度之间结束的第一燃料喷射和在上止点燃烧之前的60与90的曲柄角度之间结束的第二燃料喷射。7.根据权利要求2所述的方法，其中所述高升程凸轮、曲柄和发火、火花点火模式包括在-40与0的曲柄角度之间的最小负气门重叠。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述高升程凸轮、催化剂加热、火花点火模式还包括分段燃料喷射。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述分段燃料喷射包括在上止点燃烧之前的250与290的曲柄角度之间结束的第一燃料喷射和在上止点燃烧之前的10与60的曲柄角度之间结束的第二燃料喷射。10.根据权利要求2所述的方法，其中所述高升程凸轮、催化剂加热、火花点火模式包括在0与40的曲柄角度之间的适度的负气门重叠。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述低升程凸轮模式包括：监控曲柄旋转计数；如果所述曲柄旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：TW郭，PM纳特，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]