CN104564369A - 用于控制具有混合燃烧模式的发动机的燃烧的方法和装置 - Google Patents

用于控制具有混合燃烧模式的发动机的燃烧的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制具有混合燃烧模式的发动机的燃烧的方法和装置。一种控制发动机的燃烧的方法，所述方法改进了可能出现于发动机中的不稳定点火和爆震，对于低负载和高负载行驶区，将柴油-汽油混合燃烧模式和汽油混合燃烧模式应用至所述发动机。所述方法包括：根据发动机当前行驶状态确定燃烧模式；确定对应于燃烧模式的压缩比；控制可变压缩比设备以控制汽缸的压缩比；确定控制压缩比之后的燃烧期间所取得的发动机燃烧状态是否满足设定条件；以及执行压缩比补偿使得发动机燃烧状态满足设定条件，并在设定条件未被满足时将燃烧压力传感器信号用作反馈信号。

Description

用于控制具有混合燃烧模式的发动机的燃烧的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制发动机的燃烧的方法和装置，尤其是涉及用于控制发动机的燃烧的方法和装置，以便改进可能在发动机中产生的不稳定点火和爆震，对于低负载和高负载行驶区，将柴油-汽油混合燃烧模式和汽油混合燃烧模式应用至所述发动机。
背景技术
现在广泛使用的两种类型的发动机，一种是火花点火(SI)式汽油发动机而另一种是压缩点火(CI)式柴油发动机。
SI式发动机可以分为间接喷射式和汽油直接喷射(GDI)式；间接喷射式将燃料喷射进节流阀体或进气歧管并在进气冲程中吸入燃料和空气；并且汽油直接喷射式将燃料直接喷射进燃烧室燃烧，以改进发动机性能以及燃料比并且减少废气。
作为间接喷射式发动机的实例，端口燃料喷射(PFI)式发动机采用了预混合燃烧，其中，由喷射入进气歧管的进气端口的燃料以及空气构成的可燃混合物被引入燃烧室并且以均匀混合物的形态被火花塞点火并燃烧。
GDI发动机将汽油燃料直接喷射入与CI柴油发动机中的燃烧室相似的燃烧室从而能够进行稀薄燃烧，相较于间接喷射式发动机，考虑到发动机性能、燃料比和废气，稀薄燃烧是有利的。
一般而言，SI汽油发动机要提升压缩比(CR)是有限制的，因为CR越高爆震可能出现的风险越高，并且SI汽油发动机还具有劣于CI发动机的热效率和燃料比。
为了遵守正逐渐加强的关于CO2的法规并且满足消费者的需求，有必要提升发动机的CR，但是也需要能防止爆震在提升的CR处产生的技术。
在高CR汽油发动机中，在应用了废气再循环(EGR)装置以抑制爆震时，爆震被抑制而且泵送损失减小，但是现有火花塞不能获得良好的点火，或者现有火花塞会使NOX增加。
同时，柴油发动机的燃烧属性是要采用利用了柴油燃料的自燃属性的压缩点火，并且柴油发动机的燃烧属性使用高压缩比以使空气处于燃烧室高压和高温的状态中，这样柴油发动机就具有了优于汽油发动机的热效率和燃料比。
最近，随着世界各地报道了诸如全球变暖的异常气候变化，环境法规(尤其是在汽车工业内)影响了许多国家，特别是发达国家。
为了符合环境法规，正在进行许多用于压缩点火发动机的研究和开发，其原因在于诸如这样的益处：少量的未燃烧碳氢化合物(UHC)以及CO2。然而，CI发动机排放大量由不均匀空气燃料混合物引起的NOX和颗粒物(PM)，并且需要昂贵的后处理装置以符合法规，例如需要用于减少NOX和PM的柴油颗粒过滤器(DPF)和DeNOX。
为了克服上述缺点，正在积极进行均质充量压缩点火(HCCI)的研究和开发，均质充量压缩点火使得燃烧室中的混合物均质化以消除燃料集中的区域，而已知燃料集中的区域是PM产生区域，并且大量减少热量。
相较于汽油发动机，HCCI通过压缩点火和稀薄燃烧而有利于提升燃料比，而且相较于柴油发动机，HCCI通过预混合燃烧而有利于减少PM/NOX。
然而，HCCI的缺点在于，难以控制点火和燃烧以及剩余压力上升、燃烧噪音和低输出，而且已知HCCI具有解决窄行驶区域(narrowdriving region)的问题(被限制到仅以发动机的低速度和低负载行驶区域进行使用)。
所以，进行了这样的研究，即同时燃烧柴油和汽油的混合燃烧以避免现有HCCI的问题。
作为柴油-汽油混合物燃烧的实例，存在一种燃烧均质燃料的方法，以便抑制由预混合引起的爆震，并且通过延长点火延迟时段、通过在进气冲程期间将汽油与高辛烷值预先混合以在燃烧室内形成均质混合物并且通过在压缩冲程期间将柴油和用于压缩点火的高十六烷值直接喷射入燃烧室以压缩点火来在TDC附近控制点火正时。
该柴油-汽油混合物燃烧使得，相较于现有HCCI，即使是在高EGR条件下汽油的安全点火也是可能的；并且使得体燃烧(volumetriccombustion)而不是点燃烧(point combustion)成为可能，以相对于现有汽油发动机改进燃烧效率和燃料比，这是因为自燃柴油充当了用于汽油燃烧的点火源。
另外，采用柴油-汽油混合物燃烧的发动机相较于现有柴油发动机减少了废气产物，而且让使得价格上升的昂贵的后处理设备也可以省略。
然而，既然在柴油-汽油混合物燃烧发动机中混合物燃烧仅仅在可以出现柴油压缩点火的条件下是可能的，所以柴油-汽油混合物燃烧发动机必须在低于柴油发动机压缩比但是高于汽油发动机压缩比的压缩比下驱动，而且其汽缸的压缩比等于或高于确保柴油压缩点火的边界条件。
所以，考虑到在低负载行驶区域内由于低压缩比和高EFG条件而要确保压缩点火，柴油-汽油混合物燃烧发动机相对于现有柴油发动机是不利的，同时在高负载行驶区域内由于高压缩比，爆震的可能性高于现有汽油发动机。
所以，为了在全部行驶区域内改进上述问题，需要在低/中负载发动机行驶区域内以高于现有汽油发动机压缩比且低于现有柴油发动机压缩比的压缩比来应用柴油-汽油混合物燃烧。
另外，需要复杂的燃烧模式***，该***能够利用这样的汽油燃烧，该汽油燃烧在低负载和高负载下应用一般汽油发动机所采用的压缩比，而为此目的，必须引入可变压缩比的概念。
这种情况下，需要在应用了柴油-汽油混合物燃烧的区域内、甚至在汽油燃烧出现的区域内确保压缩点火，并且需要防止通过在高负载区域内的汽油燃烧产生的爆震。
为此目的，需要区别燃烧模式并且控制它，而且需要解决现有的固定压缩比所引起的问题的技术。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
已做出了本发明的各个方面来试图解决与现有技术有关的上述问题。本发明的各方面提供了一种改进应用柴油-汽油混合物燃烧的发动机中的不稳定点火和爆震的方法和装置。
根据本发明的燃烧控制方法，燃烧模式根据行驶状态选择，对应于所选燃烧模式的压缩比被改变使得可能出现于具有柴油-汽油混合物燃烧模式以及汽油燃烧模式的发动机中的爆震和非正常点火可以被解决。
一种控制具有混合物燃烧模式和汽油燃烧模式的发动机的燃烧的方法，所述混合物燃烧模式中进行柴油和汽油的混合物燃烧，所述汽油燃烧模式中仅燃烧汽油，所述方法包括：根据发动机的当前行驶状态，从所述混合物燃烧模式和汽油燃烧模式中确定燃烧模式；根据发动机的当前行驶状态，确定对应于燃烧模式的压缩比；控制可变压缩比设备以将汽缸的压缩比控制到所确定的压缩比；确定在控制压缩比之后的燃烧期间内取得的发动机燃烧状态是否满足用于确保燃烧稳定性的设定条件；以及执行由可变压缩比设备执行的压缩比补偿，使得发动机燃烧状态满足所述设定条件，并且在所述设定条件未被满足时将燃烧压力传感器信号用作反馈信号。
燃烧模式的确定可以包括：检测发动机当前行驶状态；以及使用燃烧模式确定映射图确定对应于发动机的当前行驶状态的燃烧模式，所述在燃烧模式确定映射图中燃烧模式根据发动机的行驶状态进行区分。
发动机的当前行驶状态可以包括发动机的RPM和负载。
所述可变压缩比设备可以被控制，使得当通过根据发动机的当前行驶状态确定燃烧模式以将所述混合物燃烧模式切换至所述汽油燃烧模式时，所述汽油燃烧模式中的压缩比低于所述混合物燃烧模式的压缩比。
所述可变压缩比设备可以被控制，使得当通过根据发动机的当前行驶状态确定燃烧模式以将所述汽油燃烧模式切换至所述混合物燃烧模式时，所述混合物燃烧模式中的压缩比大于所述汽油燃烧模式的压缩比。
对应于燃烧模式的压缩比可以根据发动机的行驶状态信息通过映射图确定以进行控制，所述发动机的行驶状态信息包括发动机的RPM和负载。
被补偿以满足设定条件的压缩比的最终控制值可以被存储作为对应于发动机的当前行驶状态的新映射图值，使得已修正的映射图值之后被使用。
发动机燃烧状态可以包括指示平均有效压力的变化系数(CoV(IMEP))，所述CoV(IMEP)从燃烧压力传感器实时测量的燃烧压力计算出，并且设定条件包括CoV(IMEP)小于参考(X)的条件。
当CoV(IMEP)大于所述参考(X)时，可以进行增加压缩比的压缩比补偿。
发动机的行驶状态可以进一步包括已燃质量分数(MFB)50％的曲柄转角(CAMFB50％)，所述CAMFB50％从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括曲柄转角(CAMFB50％)小于参考(Y)时的条件，其中，所述参考(Y)由下述公式的绝对值设定：参考(Y)＝(CAMFB50％设定值-从燃烧压力取得的测量到的曲柄转角(CAMFB50％))，而其中所述CAMFB50％设定值包括预设MFB50％出现时的曲柄转角(CA)常数。
发动机的行驶状态可以进一步包括已燃质量分数(MFB)50％的曲柄转角(CAMFB50％)，所述CAMFB50％从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括曲柄转角(CAMFB50％)在预设范围内时的条件。
当所述曲柄转角(CAMFB50％)大于设定范围的上限时可以进行增加压缩比的修正，而当曲柄转角(CAMFB50％)小于所述预设范围的下限时进行降低压缩比的修正。
所述混合物燃烧模式可以是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的燃烧模式，其中，在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在压缩冲程期间用于压缩点火的柴油喷射入在燃烧室内的所述预混合物中用以压缩点火。
所述汽油燃烧模式可以是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的火花点火燃烧模式，其中，在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在***冲程期间所述预混合物通过火花塞进行点火。
本发明的各方面提供一种用于控制具有混合物燃烧模式以及汽油燃烧模式的发动机的燃烧的装置，所述混合物燃烧模式中柴油与汽油混合并燃烧，所述汽油燃烧模式中仅燃烧汽油，所述装置包括：控制器，所述控制器根据发动机的当前行驶状态从所述混合物燃烧模式和所述汽油燃烧模式中确定燃烧模式，并且输出用于控制压缩比的控制信号，所述压缩比对应于根据发动机的当前行驶状态的燃烧模式；以及可变压缩比设备，所述可变压缩比设备响应来自所述控制器的控制信号将压缩比改变至对应于相应燃烧模式的值；其中，在控制压缩比之后的燃烧期间所取得的发动机燃烧状态不满足确保燃烧稳定性的预设条件时，所述控制器输出控制信号以使用作为反馈信号的燃烧压力传感器信号来补偿压缩比。
发动机的当前行驶状态可以包括发动机的RPM和负载，所述发动机的RPM和负载由来自行驶状态检测器的检测信号确定。
控制器可以根据发动机的当前行驶状态从映射图确定值，所述值作为对应于燃烧模式的压缩比，所述发动机的当前行驶状态包括发动机的RPM和负载。
发动机燃烧状态可以包括指示平均有效压力的变化系数(CoV(IMEP))，所述CoV(IMEP)从燃烧压力传感器实时测量的燃烧压力计算出，设定条件包括CoV(IMEP)小于参考(X)的条件。
当CoV(IMEP)大于所述参考(X)时，可以进行增加压缩比的压缩比补偿。
发动机的行驶状态可以进一步包括已燃质量分数(MFB)50％的曲柄转角(CAMFB50％)，所述CAMFB50％从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，并且所述设定条件进一步包括曲柄转角(CAMFB50％)小于参考(Y)的条件，其中，所述参考(Y)由下述公式的绝对值设定：参考(Y)＝(CAMFB50％设定值-从燃烧压力取得的测量到的曲柄转角(CAMFB50％))，而其中所述CAMFB50％设定值包括预设MFB50％出现时的曲柄转角(CA)常数。
发动机的行驶状态可以进一步包括已燃质量分数(MFB)50％的曲柄转角(CAMFB50％)，所述CAMFB50％从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括曲柄转角(CAMFB50％)在预设范围内时的条件。
当所述曲柄转角(CAMFB50％)大于设定范围的上限时控制器可以输出用于进行增加压缩比的修正的控制信号，而当曲柄转角(CAMFB50％)小于所述预设范围的下限时控制器输出用于进行降低压缩比的修正的控制信号。
所述混合物燃烧模式可以是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的燃烧模式，其中，在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在压缩冲程期间用于压缩点火的柴油喷射入在燃烧室内的所述预混合物中用以压缩点火。
所述汽油燃烧模式可以是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的火花点火燃烧模式，其中，在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在***冲程期间所述预混合物通过火花塞进行点火。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1a、图1b、图1c和图1d是示出具有柴油-汽油混合物燃烧模式以及在柴油-汽油混合物燃烧模式中的燃烧周期的示例性发动机的视图，其中图1a表示预混合和进气[进气冲程]，图1b表示供给用于压缩点火的柴油[压缩冲程：步骤#1]，图1c表示柴油的压缩点火[压缩冲程：步骤#2]，图1d表示火焰传播/驱动动力产生[膨胀冲程]。
图2是示出根据本发明的用于确定燃烧模式的示例性映射图的视图。
图3是示出根据本发明的示例性燃烧控制方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的不同实施方式，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方式的实例。虽然本发明将与示例性实施方式相组合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施方式。
已经做出本发明的各方面以便改进现有柴油-汽油混合物燃烧发动机的问题，特别是在低负载行驶区域内不稳定点火以及在高负载行驶区域内爆震的问题，柴油-汽油混合物燃烧发动机具有混合物燃烧模式以及汽油燃烧模式作为燃烧模式，混合物燃烧模式中柴油和汽油被混合并燃烧，汽油燃烧模式中只有汽油燃烧，并且以便在行驶期间根据所选的燃烧模式可变地控制压缩比以在全部行驶区域内解决上述问题。
混合物燃烧模式中，在进气冲程期间喷射汽油以产生预混合物，并且在压缩冲程期间将用于点火控制的柴油喷射入在燃烧室中压缩的高温和高压混合物中以进行柴油-汽油混合物的燃烧。
该混合物燃烧模式可以避免现有HCCI燃烧的问题，特别地，该混合物燃烧模式是均质混合物、稀薄燃烧、自点火点燃的燃烧模式以通过使用汽油作为待预混合的主燃料，同时直接喷射柴油作为点火控制的燃料来确保燃烧控制稳定性，其中柴油压缩点火燃烧(低燃料比)和汽油预混合物燃烧(清洁废气)被混合。
图1是示出具有柴油-汽油混合物燃烧模式以及在柴油-汽油混合物燃烧模式中的燃烧周期的发动机的视图。下面将参考图1具体描述混合物燃烧模式。
如图所示，进气阀11打开而活塞13朝着下止点向下运动的进气冲程期间，汽油通过安装在进气歧管的进气端口1的第一喷射器14喷射(汽油PFI)，同时通过进气端口1引入到燃烧室中的空气与喷射的汽油通过第一喷射器14预先混合。
然后，通过进气端口1引入的预混合物与被废气再循环(EGR)装置引入到燃烧室中的再循环废气(废气再循环(EGR)气体)混合而成的混合物在燃烧室内形成，使得在燃烧室内建立了均质预混合物态以及燃烧条件。
接下来，进气阀11和排气阀12关闭而活塞13朝着上止点向上运动的压缩冲程(步骤1)期间，用于点火的柴油通过安装于燃烧室中的第二喷射器15喷射，使得用于点火的柴油液滴分布于预混合物中(确保了稳定的点火源)。
另外，预混合物中的多个柴油液滴在高温和高压条件下自燃的压缩点火在压缩冲程(步骤2)期间进行，汽油被作为点火源的多个自点火柴油点火而且火焰在膨胀冲程期间传播。
膨胀冲程期间，主热能由汽油预混合物产生，汽油预混合物燃烧引起***力(explosive force)移动活塞13以产生驱动动力。
尽管图1省略了排气冲程，但是在排气冲程期间在燃烧之后废气通过排气口2以及排气歧管排出，排气冲程期间排气阀12打开而活塞13朝着上止点向上运动。
同样，因为在混合物燃烧模式中点火是由分布于预混合物中的柴油液滴进行的，所以通过多点压缩点火的汽油点火来确保稳定的点火源并且改进不稳定点火并且改进现有汽油HCCI的燃烧效率的缺点是可能的。
另外，主热能和驱动动力是由柴油压缩点火引起的汽油预混合物燃烧产生的，相较于现有汽油HCCI和柴油HCCI，考虑到清洁废气、极佳的响应、安静度、改进的燃料比、不稳定燃烧的改善以及高效率，本发明是有益的。
本发明所采用的汽油燃烧模式意味着由火花点火的汽油预混合物燃烧模式，其中汽油通过第一喷射器14喷射以将空气和预混合物引入到燃烧室中，并且该预混合物由安装于燃烧室中的火花塞16点火并燃烧，而在压缩后的膨胀冲程期间不喷射柴油。
因为汽油燃烧模式具有与现有汽油发动机相似的燃烧周期，其具体描述将被省略。
如上所述，因为现有混合物燃烧发动机中已经提供了汽油燃料供给***，本发明采用了由火花点火的汽油燃烧模式以及现有混合物燃烧发动机所采用的作为发动机燃烧模式的通过压缩点火的柴油-汽油混合物燃烧模式，本发明还包括点火装置，该点火装置具有火花塞16，火花塞16在汽油燃烧模式中作为用于火花点火的硬件。
同时，本发明中，混合物燃烧模式和汽油燃烧模式中的任意一个是根据发动机的行驶状态选择的，并且进行了用以执行所选燃烧模式的控制。
特别地，本发明中，在所选燃烧模式期间，压缩比是随着对应于所选燃烧模式的值控制的，以便在发动机的全部行驶区域内改善诸如爆震以及非正常点火的问题，这样就有可能达成相对现有混合物燃烧有所改进的均质混合物燃烧、稀薄燃烧以及压缩自点火燃烧。
为实现本发明，应用混合物燃烧模式的区域和应用汽油燃烧模式的区域是根据发动机的行驶状态而预设的，而且在区域是根据行驶状态来选择时的状态下，相应的燃烧模式是基于发动机的当前行驶状态信息来选择并确定的，该当前行驶状态信息是在发动机行驶期间检测到的。
由来自行驶状态检测器的信号确定的发动机RPM以及发动机负载可以作为用来确定燃烧模式的行驶状态信息，该来自行驶状态检测器的信号是来自车辆的各传感器或者加速器踏板的位置信息的检测信号，而不是来自发动机负载的检测信号。
图2是示出根据本发明的各个实施方案的用于确定燃烧模式的映射图的实例的视图，例如预设区域的实例，在预设区域上根据发动机的行驶状态应用燃烧模式，其中三个区域是根据发动机RPM和发动机负载(％)设定的。
图2中设定为中间区域的标记“A”表示应用汽油预混合物燃烧以及压缩点火燃烧的行驶区域；设定为高负载和高速度区域的标记“B”表示应用汽油燃烧模式的行驶区域；而设定为低负载区域的标记“C”表示应用火花点火燃烧模式的行驶区域，在该区域，在应用混合物燃烧模式时，不稳定燃烧可能出现。
例如，在发动机的高负载行驶区域和低负载行驶区域中选择汽油燃烧模式，在中间行驶区域中选择混合物燃烧模式，使得发动机中的燃烧被控制在所选燃烧模式下。
另外，根据本发明的各个实施方案的燃烧控制方法还包括基于所选燃烧模式来控制压缩比变化装置以便对于汽油混合物燃烧模式以及混合物燃烧模式的最佳燃烧条件而可变地控制压缩比。
这种情况下，通过压缩比可变控制，压缩比在汽油燃烧模式下减小而在混合物燃烧模式下相对于汽油燃烧模式较高。
这些是通过考虑汽油燃烧模式和柴油-汽油混合物燃烧模式之间不同的最佳压缩条件而得到的。在高负载行驶区域和低负载行驶区域内所选择的汽油燃烧模式情况下，燃烧优选在与一般汽油发动机相同的压缩比条件(例如，9到11的压缩比)下进行，而中间行驶区域内所选的柴油-汽油混合物燃烧优选在高于柴油压缩点火可行的边界条件的压缩比条件(例如，13到14的压缩比)下进行。
因为在混合物燃烧模式中应当保证压缩点火之后直接需要的温度(例如，700K)以及使柴油压缩点火可行的压缩比，所以应当控制到能够保证柴油压缩点火的最小压缩比及更高。然而，为了在汽油燃烧模式中减少爆震，优选使用小于该最小压缩比的压缩比。
如果汽缸的压缩比基于混合物燃烧固定在高位，在汽油燃烧模式中可能出现爆震。相反，压缩比基于汽油燃烧模式固定在低位，则在混合物燃烧模式中柴油压缩点火是不可能的。因此，如果可以进行压缩可变控制以在两种燃烧模式下都满足优选的压缩比条件，那么可以在发动机的全部行驶区域上解决爆震以及不稳定压缩点火。
同时，安装于发动机的实时连续直接改变汽缸的压缩比的可变压缩比(VCR)装置可以用作根据燃烧模式改变压缩比的装置。
图3是图示根据本发明的各个实施方案的燃烧控制方法的流程图，其中，当燃烧模式根据发动机的行驶状态改变时，使用可变压缩比设备将压缩比切换至对应于所改变的燃烧模式的值。
发动机安装有改变汽缸的压缩比的装置，例如液压可变压缩比设备和电驱动可变压缩比设备。利用液压动力的液压可变压缩比设备基于目标液压(对应于命令值的目标液压)控制工作液压，使得在压缩比(命令值)得以确定时压缩比可以达到确定的压缩比。
根据本发明的各个实施方案的方法在补偿压缩比的观念上执行闭环控制，使得压缩比可以首先通过映射图控制被控制到对应于燃烧模式的值，然后在各燃烧模式中的燃烧期间基于发动机反馈回的燃烧状态，压缩比被实时补偿以维持保证燃烧稳定性的最佳压缩比。
这种情况下，燃烧状态信息从待反馈的感测信号取得，包括指示燃烧稳定性的指示平均有效压力的变化系数(CoV(IMEP))。
燃烧状态信息是用以建立有燃烧稳定性的能力的最佳压缩条件，并且在燃烧不稳定时，各燃烧模式中的燃烧期间，控制器使用从反馈的感测信号取得的燃烧状态信息执行改变当前压缩比的控制。
CoV(IMEP)根据燃烧压力测量，燃烧压力通过在燃烧室中的燃烧压力传感器实时测量，其中燃烧压力基于压缩比变化。从燃烧压力计算出的CoV(IMEP)高于最佳值的情况表示压缩比低于或大于最佳压缩比以致燃烧不稳定，而CoV(IMEP)越低燃烧越稳定。
各个实施方案中，当在各燃烧模式的燃烧期间基于CoV(IMEP)确定压缩比是不适当时，通过可变压缩比设备执行将受控压缩比修正至最佳值的过程。CoV(IMEP)远远大于参考值的情况中，因为当前压缩比很小而且燃烧不稳定，所以执行增加压缩比的闭环控制直到CoV(IMEP)小于参考值。
由于CoV(IMEP)是广泛用于燃烧控制的公知控制因素，因此CoV(IMEP)的计算将被省略。
另外，燃烧状态信息可以包括曲柄转角CAMFB50，其中燃烧压力传感器测量出的燃烧压力所引起的热释放率是50％。
这就是说，本发明在确定燃烧稳定性时采用CoV(IMEP)和CAMFB50两者作为参考而且用于确定燃烧稳定性的它们的用处在于确保燃烧稳定性的最基本控制设备。
CAMFB50是在汽缸中的燃烧期间通过曲柄转角指示全部燃料的50％已经燃烧(已燃质量分数50％)的时间的值，而且CAMFB50用作指示在燃烧期间燃烧稳定性的信息。当一个周期内测量到的MFB50％的CAMFB50时间(这里，CAMFB50％是使用通过燃烧压力传感器测量出的燃烧压力信息取得的)超出适当范围时，燃烧可能是不稳定的。
执行改变压缩比的闭环控制以及喷射时间和燃料量的调整，使得CAMFB50％在各燃烧模式的燃烧期间保持在预设参考中。
因为从燃烧压力传感器的信号取得的CAMFB50％的计算是已知的，其具体描述将被省略。
下面将详细描述如图3所示的各个实施方案。在控制器检测到或已经知道当前燃烧模式的情况下(S11)，控制器基于发动机的当前行驶状态(例如发动机的RPM和负载(加速器踏板位置))确定是否改变燃烧模式(S12)。
这种情况下，为了确定改变燃烧模式并且基于发动机的当前行驶状态确定燃烧模式，可以使用如图2所示的燃烧模式确定映射图，也即，该映射图是通过根据发动机的RPM和负载来区别燃烧模式而设定的。
当需要改变燃烧模式而且所需燃烧模式已从映射图确定时(S13和S14)，取得对应于所确定燃烧模式的压缩比，使得燃烧在所改变的压缩比下进行。
该过程期间，控制器确定对应于燃烧模式的压缩比，并且通过利用预先存储的预控制映射图来控制可变压缩比设备，输出将压缩比改变为所确定压缩比的控制信号(初始命令值)(S15和S15’)。
这种情况下，预控制映射图可以通过根据发动机的行驶条件(例如发动机的RPM和负载(或者加速器踏板的位置))来映射压缩比而建立。映射图所确定的压缩比就成为了根据燃烧模式以及发动机当前行驶状态取得的值。
而且，在映射到预控制映射图的值之中，对应于混合物燃烧模式的发动机行驶区域中的压缩比被设定为高于使柴油压缩点火可行的最小压缩比的压缩比。
相反，对应于汽油燃烧模式的发动机行驶区域中的映射图的值被设定为低于混合物燃烧模式中的压缩比的压缩比，其低于使柴油压缩点火可行的最小压缩比。
结果，燃烧可以在对应于所改变的燃烧模式以及发动机当前行驶状态的压缩比下出现。例如，可以通过可变阀正时控制来在混合物燃烧模式中保持13到14的范围内的压缩比并且在汽油燃烧模式中保持9到1的范围内的压缩比。
例如，在将汽油燃烧模式切换到混合物燃烧模式时，汽油燃烧模式下的压缩比和与之对应的行驶状态被切换到对应于混合物燃烧模式的压缩比以及当前行驶状态。相反，在将混合物燃烧模式切换到汽油燃烧模式时，混合物燃烧模式下的压缩比和与之对应的行驶状态被切换到对应于汽油燃烧模式的压缩比以及当前行驶状态。
另外，当发动机的行驶状态改变时，尽管燃烧模式是如图3所示地改变和燃烧模式不改变，但是甚至是在执行相同的燃烧模式期间，汽缸的压缩比可以被可变压缩比设备连续地可变控制，因为所改变的压缩比是从发动机的行驶状态取得的。
然后，在压缩比已基于预控制映射图改变的情况下，根据燃烧模式进行燃料喷射、压缩点火以及火花点火的控制。从燃烧模式切换至混合物燃烧模式的时间点，基于来自用于汽油喷射控制的车辆的各传感器的信号，控制器通过第一喷射器控制汽油的喷射时间以及量，并且控制器通过用于柴油喷射控制的第二喷射器控制柴油喷射的主喷射、引燃时间(pilot time)、压力以及量(S16和S17)。
相反，在燃烧模式切换至汽油燃烧模式时，基于来自用于汽油喷射控制的车辆的各传感器的信号，控制器通过第一喷射器控制汽油的喷射时间以及量，并且控制器控制由用于火花点火控制的火花塞释放的火花的数量和正时(S16’和S17’)。
控制器在各燃烧模式的燃烧期间从燃烧压力信息(实质反馈信号是燃烧压力信号)计算CoV(IMEP)、将计算出的CoV(IMEP)与预设参考比较(S18)并且当CoV(IMEP)高于预设参考X时输出增加压缩比的控制信号。
这种情况下，预设参考X是通过实验预先确定的常数。
这样，可变压缩比设备被来自控制器的信号控制以改变压缩比(S20)，并且压缩比被改变直到从燃烧压力信号取得的CoV(IMEP)小于预设参考。
这样，基于反馈信号，稳定燃烧得到了实时控制，而基于燃烧压力的补偿确保了燃烧的稳定性。
另外，在CoV(IMEP)小于预设参考的条件下，CAMFB50％实时从来自传感器的反馈燃烧压力信号计算出、将计算出的CAMFB50％(测量到MFB50％时的曲柄转角，即，测量到的CAMFB50％)与预设参考Y比较(S19)、并且当计算出的CAMFB50％大于参考Y时输出用于改变压缩比的控制信号。
这种情况下，参考Y可以通过曲柄转角CAMFB50％的预设值与测量到的CAMFB50％的差的绝对值来确定。
这就是说，参考Y可以这样表达：“参考(Y)＝ABS(CAMFB50％设定值-测量到的CAMFB50％)”，其中CAMFB50％设定值是通过实验预先确定的出现MFB50％的CA常数。
这样，可变压缩比设备被来自控制器的控制信号控制以改变压缩比(S20)，并且压缩比被改变直到从反馈传感器信号取得的CAMFB50％小于参考。
这样，在S18、S19和S20中，从发动机燃烧状态信息确定了用于确保燃烧稳定性的设定条件是否被满足。如果该条件未被满足，在燃烧期间利用反馈信号使压缩比得以补偿至保证燃烧稳定性的值。
S18到S20的步骤是仅利用各燃烧模式中的映射图值来解决控制压缩比中出现的不稳定燃烧的过程，并且可以是在基于映射图值控制压缩比之后基于反馈燃烧状态信息而将压缩比补偿至保证燃烧稳定性的压缩比的附加的压缩比控制过程。
满足S18和S19中每一步骤中的条件的最终命令值(压缩比的最终控制值)作为对应于发动机当前行驶状态的新值存储于预控制映射图中，在压缩比控制期间可以使用已修正的映射图值(但是在模仿时可以使用默认值控制)。
另外，图3所示的各个实施方案中，描述了CAMFB50％的使用。与CoV(IMEP)相似，CAMFB50％指示了燃烧稳定性。CAMFB50在适当的范围内时CAMFB50％意味着稳定燃烧状态，但是CAMFB50％小于适当的范围时CAMFB50％意味着压缩比过高的过快燃烧。
因此，在确定从实时测量的燃烧压力计算出的CAMFB50％是否在预设范围内之后，可以进行增加压缩比的控制以确保燃烧稳定性，因为当CAMFB50％超过上限时，压缩比低于适当水平而且燃烧被延误；还可以进行降低压缩比的控制以确保燃烧稳定性，因为当CAMFB50％小于下限时，压缩比高于适当水平而且燃烧不稳定。
这样一来，本发明根据发动机的行驶状态选择燃烧模式并且将压缩比改变至对应于所选燃烧模式的压缩比，使得可能出现于具有柴油-汽油混合物燃烧模式以及汽油燃烧模式的发动机中的诸如爆震和非正常压缩点火的问题可以得到解决。
前面对本发明的具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不意在成为毫无遗漏的，也不意在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述言论很多修改和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种替代形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求及其等价形式限定。

Claims (24)

1.一种控制发动机的燃烧的方法，其具有混合物燃烧模式和汽油燃烧模式，所述混合物燃烧模式中进行柴油和汽油的混合物燃烧，所述汽油燃烧模式中仅燃烧汽油，所述方法包括：
根据发动机的当前行驶状态，从所述混合物燃烧模式和汽油燃烧模式中确定燃烧模式；
根据所述发动机的当前行驶状态，确定对应于燃烧模式的压缩比；
控制可变压缩比设备以将汽缸的压缩比控制到所确定的压缩比；
确定在控制压缩比之后的燃烧期间内取得的发动机燃烧状态是否满足用于确保燃烧稳定性的设定条件；以及
执行由可变压缩比设备执行的压缩比补偿，使得发动机燃烧状态满足所述设定条件，并且在所述设定条件未被满足时将燃烧压力传感器信号用作反馈信号。
2.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中燃烧模式的确定包括：
检测所述发动机的当前行驶状态；以及
使用燃烧模式确定映射图确定对应于所述发动机的当前行驶状态的燃烧模式，在所述燃烧模式确定映射图中燃烧模式根据所述发动机的行驶状态进行区分。
3.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中所述发动机的当前行驶状态包括发动机的RPM和负载。
4.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中所述可变压缩比设备得以控制，使得当通过根据所述发动机的当前行驶状态确定燃烧模式以将所述混合物燃烧模式切换至所述汽油燃烧模式时，所述汽油燃烧模式中的压缩比低于所述混合物燃烧模式的压缩比。
5.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中所述可变压缩比设备得以控制，使得当通过根据所述发动机的当前行驶状态确定燃烧模式以将所述汽油燃烧模式切换至所述混合物燃烧模式时，所述混合物燃烧模式中的压缩比大于所述汽油燃烧模式的压缩比。
6.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中对应于燃烧模式的压缩比根据所述发动机的行驶状态信息通过映射图确定以进行控制，所述发动机的行驶状态信息包括所述发动机的RPM和负载。
7.根据权利要求6所述的控制发动机的燃烧的方法，其中被补偿以满足所述设定条件的压缩比的最终控制值被存储作为对应于所述发动机的当前行驶状态的新映射图值，使得已修正的映射图值之后被使用。
8.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中发动机燃烧状态包括指示平均有效压力的变化系数，所述指示平均有效压力的变化系数从所述燃烧压力传感器实时测量的燃烧压力计算出，所述设定条件包括所述指示平均有效压力的变化系数小于参考X的条件。
9.根据权利要求8所述的控制发动机的燃烧的方法，其中当所述指示平均有效压力的变化系数大于所述参考X时，进行增加压缩比的压缩比补偿。
10.根据权利要求8所述的控制发动机的燃烧的方法，其中发动机的行驶状态进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角，所述已燃质量分数50％的曲柄转角从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角小于参考Y的条件，
其中，所述参考Y由下述公式的绝对值设定：参考Y＝已燃质量分数50％的曲柄转角设定值-从燃烧压力取得的测量到的已燃质量分数50％的曲柄转角，以及
其中所述已燃质量分数50％的曲柄转角设定值包括预设已燃质量分数50％出现时的曲柄转角常数。
11.根据权利要求8所述的控制发动机的燃烧的方法，其中发动机的行驶状态进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角，所述已燃质量分数50％的曲柄转角从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角在预设范围内时的条件。
12.根据权利要求11所述的控制发动机的燃烧的方法，当所述已燃质量分数50％的曲柄转角大于设定范围的上限时进行增加压缩比的修正，而当已燃质量分数50％的曲柄转角小于所述预设范围的下限时进行降低压缩比的修正。
13.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中所述混合物燃烧模式是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的燃烧模式，其中在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在压缩冲程期间用于压缩点火的柴油喷射入在燃烧室内的所述预混合物中用以压缩点火。
14.根据权利要求1所述的控制发动机的燃烧的方法，其中所述汽油燃烧模式是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的火花点火燃烧模式，其中在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在***冲程期间所述预混合物通过火花塞进行点火。
15.一种用于控制发动机的燃烧的装置，其具有混合物燃烧模式以及汽油燃烧模式，所述混合物燃烧模式中柴油与汽油混合并燃烧，所述汽油燃烧模式中仅燃烧汽油，所述装置包括：
控制器，所述控制器根据发动机的当前行驶状态从所述混合物燃烧模式和所述汽油燃烧模式中确定燃烧模式，并且输出用于控制压缩比的控制信号，所述压缩比对应于根据所述发动机的当前行驶状态的燃烧模式；以及
可变压缩比设备，所述可变压缩比设备响应来自所述控制器的控制信号，将压缩比改变至对应于相应燃烧模式的值；
其中，在控制压缩比之后的燃烧期间中所取得的发动机的燃烧状态不满足确保燃烧稳定性的预设条件时，所述控制器输出控制信号以使用作为反馈信号的燃烧压力传感器信号来补偿压缩比。
16.根据权利要求15所述的控制发动机的燃烧的装置，其中所述发动机的当前行驶状态包括所述发动机的RPM和负载，所述发动机的RPM和负载由来自行驶状态检测器的检测信号确定。
17.根据权利要求15所述的控制发动机的燃烧的装置，其中所述控制器根据所述发动机的当前行驶状态从映射图确定值，所述值作为对应于燃烧模式的压缩比，所述发动机的当前行驶状态包括发动机的RPM和负载。
18.根据权利要求15所述的控制发动机的燃烧的装置，其中发动机燃烧状态包括指示平均有效压力的变化系数，所述指示平均有效压力的变化系数从燃烧压力传感器实时测量的燃烧压力计算出，设定条件包括所述指示平均有效压力的变化系数小于参考X的条件。
19.根据权利要求18所述的控制发动机的燃烧的装置，其中当所述指示平均有效压力的变化系数大于所述参考X时，进行增加压缩比的压缩比补偿。
20.根据权利要求18所述的控制发动机的燃烧的装置，其中发动机的行驶状态进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角，所述已燃质量分数50％的曲柄转角从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角小于参考Y的条件，
其中，所述参考Y由下述公式的绝对值设定：参考Y＝已燃质量分数50％的曲柄转角设定值-从燃烧压力取得的测量到的已燃质量分数50％的曲柄转角，以及
其中所述已燃质量分数50％的曲柄转角设定值包括预设已燃质量分数50％出现时的曲柄转角常数。
21.根据权利要求18所述的控制发动机的燃烧的装置，其中发动机的行驶状态进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角，所述已燃质量分数50％的曲柄转角从所述燃烧压力传感器测量到的燃烧压力取得，所述设定条件进一步包括已燃质量分数50％的曲柄转角在预设范围内时的条件。
22.根据权利要求21所述的控制发动机的燃烧的装置，当所述已燃质量分数50％的曲柄转角大于设定范围的上限时控制器输出用于进行增加压缩比的修正的控制信号，而当已燃质量分数50％的曲柄转角小于所述预设范围的下限时控制器输出用于进行降低压缩比的修正的控制信号。
23.根据权利要求15所述的控制发动机的燃烧的装置，其中所述混合物燃烧模式是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的燃烧模式，其中在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在压缩冲程期间用于压缩点火的柴油喷射入在燃烧室内的所述预混合物中用以压缩点火。
24.根据权利要求15所述的控制发动机的燃烧的装置，其中所述汽油燃烧模式是汽油喷射入进气端口以产生预混合物的火花点火燃烧模式，其中在进气冲程期间空气与汽油彼此混合，并且在***冲程期间所述预混合物通过火花塞进行点火。
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