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HCCI是用于以一種方式給柴油發(fā)動機(jī)加燃料的一種已知的處理方法，在發(fā)動機(jī)循環(huán)的壓縮上行沖程期間，該方式在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)部生成了基本均質(zhì)的空氣燃料裝料。在所需的量的用于裝料的燃料已經(jīng)被噴射入汽缸來生成基本均質(zhì)的空氣燃料混合物之后，通過上行沖程活塞的、裝料的增長的壓縮生成了足夠大的壓力來引起裝料的自燃。換句話說，柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)行的HCCI模式可以被說成，包括1)在壓縮上行沖程期間的合適時(shí)刻，噴射所需的量的燃料進(jìn)入汽缸，從而噴射的燃料以一種方式，在在前的進(jìn)氣下行沖程和壓縮上行沖程的早期部分期間，與進(jìn)入汽缸的增壓空氣混合，該方式在汽缸內(nèi)形成了基本均質(zhì)的混合物，然后2)增長地壓縮混合物到自燃點(diǎn)或上死點(diǎn)(TDC)。在混合物中的不同位置，自燃可能以基本同時(shí)發(fā)生的汽態(tài)燃料的自燃的形式存在。自燃后沒有額外的燃料被噴射。
HCCI的一個特征是，在保持燃燒溫度相對低的情況下，相對貧乏的或者稀釋的混合物能夠燃燒。通過避免相對高的燃燒溫度的產(chǎn)生，HCCI能夠?qū)е翹Ox生成量的顯著減少，NOx是發(fā)動機(jī)廢氣中不想要的成分。
HCCI的另一個特征是，基本均質(zhì)的空氣燃料裝料的自燃產(chǎn)生了更完全的燃燒，因此在發(fā)動機(jī)廢氣中只有相對較少的煤煙。
HCCI對于減少排氣管排放物的潛在益處因此是相當(dāng)顯著的，因而HCCI是科學(xué)家和工程師們的一個活躍的研究和發(fā)展的課題。
HCCI的一個方面似乎施加了限制到某種程度，它能夠提供徹底地減少煤煙和NOx的排氣管排放物到這一程度。在較高的發(fā)動機(jī)速度和較大的發(fā)動機(jī)負(fù)荷的情況下，燃燒率是很難控制的。因此，已知的發(fā)動機(jī)控制策略可能將HCCI僅僅用于相對較低的速度和較小的發(fā)動機(jī)負(fù)荷。在較高的速度和/或較大的負(fù)荷的情況下，發(fā)動機(jī)供以燃料，從而燃料通過傳統(tǒng)的柴油機(jī)(CD)燃燒方式燃燒。
柴油發(fā)動機(jī)的性質(zhì)和燃料噴射系統(tǒng)的工業(yè)效用允許燃料作為在發(fā)動機(jī)循環(huán)期間的一系列的獨(dú)立噴射被噴射，該燃料噴射系統(tǒng)非常精確地控制了燃料噴射。因此，已知的柴油發(fā)動機(jī)中的加燃料系統(tǒng)能夠用來控制燃料的噴射，適合于CD燃燒和HCCI燃燒。
在發(fā)動機(jī)循環(huán)期間的CD燃料噴射有時(shí)通過其特定的加燃料脈沖來描述，例如引燃噴射脈沖、主噴射脈沖和延遲噴射脈沖。任何特定的燃料噴射過程通?？偸前ㄖ辽僖粋€主噴射脈沖，可選擇一個或多個引燃和/或延遲噴射脈沖。
同時(shí)燃料噴射系統(tǒng)允許噴射壓力、噴射速率和噴射時(shí)刻可以被很高精度地控制，從而燃料可以在發(fā)動機(jī)循環(huán)期間以精確的量、在精確的時(shí)刻噴射入汽缸。這就是已知的燃料噴射和關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)能夠處理CD和HCCI燃燒的原因。
正如下面的描述中會說明的，本發(fā)明利用了燃料噴射和處理系統(tǒng)的能力的優(yōu)勢，以不同的、取決于發(fā)動機(jī)運(yùn)行的某個方面的方式來控制燃料噴射。通過在任何給定發(fā)動機(jī)中的關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)，任何特定的燃料噴射系統(tǒng)會被怎樣精確地控制，將取決于發(fā)動機(jī)、燃料噴射系統(tǒng)和處理系統(tǒng)的特征。
因?yàn)轵?qū)動機(jī)動車輛的柴油發(fā)動機(jī)在不同的速度和負(fù)荷下運(yùn)行，該不同的速度和負(fù)荷取決于車輛和發(fā)動機(jī)的不同輸入，該不同輸入影響了發(fā)動機(jī)運(yùn)行、隨速度改變的加燃料需求和負(fù)荷變化。關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)處理可用諸如發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷的參量指示的數(shù)據(jù)來生成控制數(shù)據(jù)，用于設(shè)置所需的發(fā)動機(jī)加燃料量適合于特定的運(yùn)行條件，這些特定的運(yùn)行條件將確保燃料噴射系統(tǒng)的合適的控制，該燃料噴射系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷的不同的組合。

本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)、系統(tǒng)和方法，用于在柴油發(fā)動機(jī)中提高HCCI燃燒的使用，其目的在于減少發(fā)動機(jī)廢氣中不想要的成分，尤其是煤煙和NOx，并提高熱效率。本發(fā)明以燃料噴射控制策略來實(shí)施，該策略規(guī)劃在一關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)中。
本發(fā)明的一個總的方面涉及運(yùn)行壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的方法，其通過處理某些數(shù)據(jù)來選擇用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的多個加燃料模式中的一個。當(dāng)處理的結(jié)果選擇了第一加燃料模式時(shí)，發(fā)動機(jī)在一發(fā)動機(jī)循環(huán)期間加燃料，以在一個或多個燃燒室中產(chǎn)生基本均質(zhì)的空氣-燃料裝料。壓縮該裝料至自燃，在自燃后沒有更多的燃料被引入。當(dāng)處理的結(jié)果選擇了第二加燃料模式，發(fā)動機(jī)在一發(fā)動機(jī)循環(huán)期間加燃料，以在一個或多個燃燒室中產(chǎn)生基本均質(zhì)的空氣-燃料裝料。壓縮該裝料至自燃，在自燃后更多的燃料被引入一個或多個燃燒室來提供額外的燃燒。
本發(fā)明的另一總的方面涉及一種壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，該壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)具有一用于處理數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)、一個或多個燃燒室和一用于引導(dǎo)燃料進(jìn)入一個或多個燃燒室的加燃料系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)控制了加燃料系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)使用某些數(shù)據(jù)的處理的結(jié)果，來選擇用于運(yùn)行發(fā)動機(jī)的多個加燃料模式中的一個。當(dāng)處理的結(jié)果選擇了第一加燃料模式，發(fā)動機(jī)在一發(fā)動機(jī)循環(huán)期間加燃料，來在一個或多個燃燒室中產(chǎn)生基本均質(zhì)的空氣燃料裝料。壓縮該裝料至自燃，在自燃后沒有更多的燃料被引入。當(dāng)處理的結(jié)果選擇了第二加燃料模式，發(fā)動機(jī)在一發(fā)動機(jī)循環(huán)期間加燃料，來在一個或多個燃燒室中產(chǎn)生基本均質(zhì)的空氣燃料裝料。該裝料通過自燃被壓縮至燃燒，在自燃后更多的燃料被引入來提供額外的燃燒。
本發(fā)明的另一個總的方面涉及運(yùn)行壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)的方法，通過在一發(fā)動機(jī)循環(huán)期間實(shí)施一連串的步驟。這些步驟包括：a)在循環(huán)的壓縮階段期間，噴射柴油燃料進(jìn)入燃燒室，來產(chǎn)生基本均質(zhì)的可燃混合物的裝料；b)壓縮裝料至裝料會自燃的壓力；以及c)在裝料自燃之后，噴射更多的柴油燃料進(jìn)入燃燒室，來提供額外的燃燒。
本發(fā)明的另一個總的方面涉及一種壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，該壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)具有一用于處理數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)、一燃燒室和一用于噴射柴油燃料進(jìn)入燃燒室的加燃料系統(tǒng)。在每個連續(xù)的發(fā)動機(jī)循環(huán)的壓縮階段期間，控制系統(tǒng)控制了加燃料系統(tǒng)的噴射柴油燃料進(jìn)入燃燒室a)以產(chǎn)生基本均質(zhì)的可燃混合物的裝料，并壓縮裝料至裝料會自燃的壓力，以及b)然后噴射更多的柴油燃料進(jìn)入燃燒室，來提供額外的燃燒。
在本發(fā)明的一公開的實(shí)施例中，處理的某些數(shù)據(jù)包括發(fā)動機(jī)速度數(shù)據(jù)和發(fā)動機(jī)負(fù)荷數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)速度數(shù)據(jù)的處理是不必要的。
前述的以及本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)，會在本發(fā)明的目前的較佳的實(shí)施例的下面的公開中看到，該實(shí)施例描述了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目前預(yù)期的最好模式。這些說明包括了附圖，現(xiàn)在簡要地作如下描述。

圖1A是已知的加燃料策略的典型的曲線圖，該加燃料策略包括用于某些速度—負(fù)荷條件的HCCI燃燒和用于其它速度-負(fù)荷條件的CD燃燒。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明的原理的加燃料策略的典型的曲線圖，該加燃料策略包括用于某些速度-負(fù)荷條件的HCCI燃燒模式和用于其它速度-負(fù)荷條件的HCCI-CD燃燒模式。
圖2是與本發(fā)明的原理相應(yīng)的一示范的柴油發(fā)動機(jī)的總的示意圖。
圖3是一流程圖，顯示了本發(fā)明的策略的一個實(shí)施例。
圖4是一典型的曲線圖，顯示了本發(fā)明的策略的HCCI-CD加燃料方式。
圖5是另一根據(jù)本發(fā)明的原理的加燃料策略的典型的曲線圖，該加燃料策略包括用于某些速度-負(fù)荷條件的HCCI燃燒和用于其它速度-負(fù)荷條件的HCCI-CD燃燒。

圖1A是一曲線圖，其豎軸代表了發(fā)動機(jī)負(fù)荷，其橫軸代表了發(fā)動機(jī)速度。在曲線圖的原點(diǎn)，發(fā)動機(jī)負(fù)荷為零，且發(fā)動機(jī)速度為零。實(shí)線10和12分別劃定了以I.HCCI和II.CD標(biāo)示的兩個區(qū)域。
區(qū)域I覆蓋了一范圍，該范圍包圍了相對較小的發(fā)動機(jī)負(fù)荷和相對較低的發(fā)動機(jī)速度的不同組合。區(qū)域II覆蓋了一范圍，該范圍包圍了相對較大的發(fā)動機(jī)負(fù)荷和相對較高的發(fā)動機(jī)速度的不同組合。當(dāng)壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)以落入?yún)^(qū)域I的速度和負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃料以一種產(chǎn)生HCCI燃燒的方式噴射入發(fā)動機(jī)汽缸。當(dāng)壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)以落入?yún)^(qū)域II的速度和負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃料以一種產(chǎn)生CD燃燒的方式噴射入發(fā)動機(jī)汽缸。
圖1B是類似于圖1A的第二張曲線圖，其豎軸代表了發(fā)動機(jī)負(fù)荷，其橫軸代表了發(fā)動機(jī)速度。在曲線圖的原點(diǎn)，發(fā)動機(jī)負(fù)荷為零，且發(fā)動機(jī)速度為零。實(shí)線14和16分別劃定了以I.HCCI和II.HCCI-CD標(biāo)示的兩個區(qū)域。
圖1B的區(qū)域I通過虛線18劃分成兩個子區(qū)域。虛線18的左邊的子區(qū)域覆蓋了與圖1A的區(qū)域I完全相同的范圍，該范圍包圍了與圖1A完全相同的、相對較大的發(fā)動機(jī)負(fù)荷和相對較高的發(fā)動機(jī)速度的不同組合。虛線18的右邊的子區(qū)域延伸HCCI燃燒到更高的發(fā)動機(jī)速度但更小的發(fā)動機(jī)負(fù)荷的組合。圖1B的區(qū)域I是一以曲線圖的原點(diǎn)為界的內(nèi)區(qū)域，而區(qū)域II是一以區(qū)域I為界的外區(qū)域。
當(dāng)發(fā)動機(jī)以落入圖1B的區(qū)域I的任一子區(qū)域的速度和負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃料以一種產(chǎn)生HCCI燃燒(HCCI模式)的方式噴射入發(fā)動機(jī)汽缸。而當(dāng)發(fā)動機(jī)以落入?yún)^(qū)域II的速度和負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃料以一種產(chǎn)生HCCI-CD燃燒(HCCI-CD模式)的方式噴射入發(fā)動機(jī)汽缸。
圖2示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的策略運(yùn)行的、一示范的柴油發(fā)動機(jī)20的部分，用于驅(qū)動機(jī)動車輛。發(fā)動機(jī)20包括汽缸22，活塞在汽缸中作往復(fù)運(yùn)動。每個活塞通過相應(yīng)的連桿連接到曲軸的各自的曲柄。當(dāng)各自的進(jìn)氣閥門打開時(shí)，進(jìn)入空氣通過進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)送到每個汽缸。
發(fā)動機(jī)具有一加燃料系統(tǒng)，該加燃料系統(tǒng)包括用于汽缸22的燃料噴射器24。發(fā)動機(jī)也具有一基于處理機(jī)的發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)26，該發(fā)動機(jī)控制單元處理來自不同來源的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生不同的控制數(shù)據(jù)，用于控制發(fā)動機(jī)運(yùn)行的不同方面。由控制系統(tǒng)26處理的數(shù)據(jù)可以來源于諸如不同的傳感器28的外部的來源和/或產(chǎn)生于內(nèi)部。處理的數(shù)據(jù)的例子可以包括發(fā)動機(jī)速度、進(jìn)氣歧管壓力、排氣歧管壓力、燃料噴射壓力、加燃料的量和時(shí)刻、質(zhì)量氣流和加速器踏板位置。
通過控制加燃料系統(tǒng)的運(yùn)行，包括控制燃料噴射器24的運(yùn)行，ECU26控制燃料噴射進(jìn)入汽缸。在ECU26中實(shí)施的處理系統(tǒng)能夠足夠快地處理數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，該時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間為裝置動作來設(shè)置每次燃料噴射入汽缸的時(shí)刻和量的時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間。使用了這樣的控制能力來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明策略。
不管用于發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷的數(shù)據(jù)值如何發(fā)展，本發(fā)明的一個實(shí)施例使用了即時(shí)的發(fā)動機(jī)速度和即時(shí)的發(fā)動機(jī)負(fù)荷，來選擇用于發(fā)動機(jī)的特定的加燃料模式，或用于產(chǎn)生HCCI燃燒(圖1B的區(qū)域I)的HCCI模式，或用于產(chǎn)生HCCI-CD燃燒(圖1B的區(qū)域II)的HCCI-CD模式，然后來運(yùn)行加燃料系統(tǒng)從而根據(jù)所選擇的加燃料模式的策略給發(fā)動機(jī)加燃料。另一個實(shí)施例僅僅使用了發(fā)動機(jī)負(fù)荷。
圖3顯示了一流程圖30，用于如同通過ECU26的處理系統(tǒng)所實(shí)施的發(fā)明策略。該流程圖代表了在用于汽缸的發(fā)動機(jī)循環(huán)期間的策略的重復(fù)。參考標(biāo)號32代表重復(fù)的開始。步驟34確定發(fā)動機(jī)速度是否高于所選的最高速度限制，HCCI燃燒不被允許高于該最高速度限制。該最高限制對應(yīng)于圖1B中的點(diǎn)MSL。
假如步驟34確定發(fā)動機(jī)速度高于速度MSL，那么流程圖30顯示了燃料會被噴射產(chǎn)生HCCI-CD燃燒，參考標(biāo)號36。圖4顯示了用于HCCI-CD燃燒的加燃料的例子?？梢哉J(rèn)為具有兩種階段：HCCI階段和CD階段。
HCCI階段可以具有一個或多個不連續(xù)的噴射。不管不連續(xù)噴射的數(shù)量如何，在汽缸中往復(fù)運(yùn)動的活塞的壓縮上行沖程期間，HCCI階段總是會引導(dǎo)燃料進(jìn)入汽缸。燃料與裝料空氣混合，在緊接著的在前的進(jìn)氣下行沖程和壓縮上行沖程的早期部分期間，該裝料空氣進(jìn)入汽缸，而合成的空氣-燃料混合物是基本均質(zhì)的。HCCI階段加燃料在任何燃燒發(fā)生之前結(jié)束。當(dāng)裝料被充分地壓縮至自燃，HCCI燃燒開始。
CD階段也可以具有一個或多個不連續(xù)的噴射，但是不管其特定的數(shù)量如何，CD階段總是導(dǎo)致更多的燃料在HCCI燃燒開始之后被引導(dǎo)入汽缸。額外的燃料的引入與傳統(tǒng)的柴油機(jī)噴射類似并提供了更多的燃燒，從而增強(qiáng)了更多能量的釋放，用于在圖1B的區(qū)域II所包圍的更高速度和更大負(fù)荷的范圍運(yùn)行發(fā)動機(jī)。
在圖3中，流程圖30顯示了HCCI-CD模式的第一步驟38來包括HCCI階段的開始。步驟40確定HCCI階段何時(shí)完成。下一個步驟42是CD階段的開始。步驟44確定CD階段何時(shí)完成，在該步驟之后，重復(fù)如同通過參考標(biāo)號46所指示的結(jié)束。
當(dāng)步驟34確定發(fā)動機(jī)速度不高于MSL，對于特定的即時(shí)的發(fā)動機(jī)速度，步驟48確定發(fā)動機(jī)負(fù)荷是否大于由線14限定的負(fù)荷。假如是，則加燃料根據(jù)HCCI-CD模式實(shí)施。假如否，則加燃料根據(jù)HCCI模式實(shí)施，見參考標(biāo)號50。
第一步驟52代表HCCI模式的開始。步驟54確定HCCI模式何時(shí)完成，在該步驟之后，重復(fù)如同通過參考標(biāo)號46所指示的結(jié)束。
在圖5所示的例子中，HCCI模式可能以任何發(fā)動機(jī)速度存在，但僅僅以某些發(fā)動機(jī)負(fù)荷存在。因此，發(fā)動機(jī)負(fù)荷通過其自身確定了選擇HCCI模式還是HCCI-CD模式。在那樣的情況下，流程圖30的步驟34會是不必要的。在開始(參考標(biāo)號32)之后，流程圖直接走到步驟48來確定發(fā)動機(jī)負(fù)荷。
選擇模式的另一種方式是通過使用處理系統(tǒng)中的一個或多個圖來限定區(qū)域I和II，以及通過比較用于即時(shí)的發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷的、對于圖的數(shù)據(jù)值。
圖4顯示了HCCI階段和CD階段之間出現(xiàn)明顯的暫停。CD階段的持續(xù)時(shí)間可能短于、等于、或長于HCCI階段的持續(xù)時(shí)間，取決于發(fā)動機(jī)速度，如同在曲軸角度中測量的。兩個階段之間的暫停也可能不同，取決于發(fā)動機(jī)負(fù)荷。HCCI階段期間的燃料噴射的量可以小于、等于、或大于CD階段期間的燃料噴射的量。同樣地，HCCI階段期間的燃料噴射壓力可以小于、等于、或大于CD階段期間的燃料噴射壓力。
本發(fā)明具有下面的優(yōu)點(diǎn)：
1)它可以同時(shí)減少NOx和煤煙。
2)它具有高的熱效率。
3)它可以覆蓋發(fā)動機(jī)的整個運(yùn)行范圍。
4)它可以使用在重型的、中型的和輕型的柴油發(fā)動機(jī)中。
5)本發(fā)明可以在處理機(jī)中單獨(dú)實(shí)施，假如該處理機(jī)具有足夠的能力，以及這使得本發(fā)明相當(dāng)節(jié)省成本。
盡管本發(fā)明目前的較佳的實(shí)施例已被顯示和描述，應(yīng)該意識到的是，本發(fā)明的原理應(yīng)用于落入下面的權(quán)利要求的范圍的所有實(shí)施例。