CN102889148A - 补偿湿度和海拔高度对hcci燃烧的影响的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及补偿湿度和海拔高度对HCCI燃烧的影响的方法。具体地，提供了一种用于在火花点火直喷式内燃发动机中控制燃烧的方法，所述方法包括：监测发动机操作模式和环境参数；确定所述环境参数相对于额定环境参数的偏差；基于发动机速度和负载确定额定期望发动机操作参数；基于所述额定期望发动机操作参数以及所述环境参数的偏差来确定调节后的期望发动机操作参数；以及基于所述额定期望发动机操作参数和所述调节后的期望发动机操作参数中的一个以及所述发动机操作模式来控制所述发动机。

Description

补偿湿度和海拔高度对HCCI燃烧的影响的方法

技术领域

本发明涉及均质充气压缩点火（HCCI）发动机的操作和控制。

背景技术

该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息。因此，该内容不旨在构成对现有技术的承认。

内燃发动机（尤其是机动车内燃发动机）通常落入两类（即，火花点火发动机和压缩点火发动机）的一类中。常规的火花点火发动机（例如，汽油发动机）通常这样运行：将燃料/空气混合物引入到燃烧气缸中，该燃料/空气混合物接着在压缩冲程中被压缩并且由火花塞点火。常规的压缩点火发动机（例如，柴油发动机）通常这样运行：在压缩冲程的上止点（TDC）附近将加压燃料引入或喷射到燃烧气缸中，该加压燃料刚一喷射就被点火。常规的汽油发动机以及柴油发动机的燃烧都包括预混合或扩散的火焰，该火焰通过流体力学来控制。每类发动机都具有优点和缺点。一般来说，汽油发动机产生更少的排放但是效率较低，而一般来说柴油发动机更有效率，但是产生更多的排放。

最近，其他类型的燃烧方法已经被引入内燃发动机中。这些燃烧概念中的一个在本领域中已知为均质充气压缩点火（HCCI）。HCCI燃烧模式包括借助氧化化学而不是流体力学来控制的分布式、无火焰、自动点火的燃烧过程。在操作在HCCI燃烧模式的典型发动机中，气缸充气在进气阀关闭时刻在合成温度（composition temperature）下是几乎均质的。由于自动点火是分布式动力学受控的燃烧过程，因此发动机以很稀的燃料/空气混合物（即，在燃料/空气的化学计量比的贫燃侧）操作，并且具有较低的峰值燃烧温度，因此形成极少的氮氧化物（NOx）排放。与用于柴油发动机中的分层燃料/空气燃烧混合物相比，用于自动点火的燃料/空气混合物是相对较均质的，并且因此基本上消除了在柴油发动机中形成碳烟和颗粒排放物的富集区域。由于该很稀的燃料/空气混合物，所以操作在自动点火燃烧模式的发动机能够未节流地操作，以实现类似于柴油发动机的燃料经济性。HCCI发动机还能够利用相当大量的排气再循环（EGR）以化学计量比操作。

对操作于自动点火模式的发动机而言，不存在对燃烧开始的直接控制，这是因为缸内充气成分的化学动力学确定了燃烧的开始和进程。缸内充气成分（即，缸内氧气质量）的化学动力学对于环境状况敏感，所述环境状况包括进气空气温度、海拔高度和湿度。由此，这些环境状况在HCCI操作期间以及当发动机利用大量的EGR以化学计量比操作时可能影响最大效率和稳健性。例如，已知的是，随着湿度增加，空气质量流量中的氧气和氮气的一部分由水汽替换，从而在用于燃烧的缸内充气成分中留有较少氧气可用。换句话说，随着湿度增加，缸内氧气质量减少，其中由于水汽的影响，用于自动点火的化学动力学反应将放缓。还已知的是，例如当海拔高度变化时，缸内氧气质量可能变化。例如，随着海拔高度增加，缸内氧气质量减少。

发明内容

一种用于在火花点火直喷式内燃发动机中控制燃烧的方法，包括：监测发动机操作模式和环境参数；确定所述环境参数相对于额定环境参数的偏差；基于发动机速度和负载确定额定期望发动机操作参数；基于所述额定期望发动机操作参数以及所述环境参数的偏差来确定调节后的期望发动机操作参数；以及，基于所述额定期望发动机操作参数和所述调节后的期望发动机操作参数中的一个以及所述发动机操作模式来控制所述发动机。

本发明还包括以下方案：

1. 一种用于在火花点火直喷式内燃发动机中控制燃烧的方法，所述方法包括：

监测发动机操作模式和环境参数；

确定所述环境参数相对于额定环境参数的偏差；

基于发动机速度和负载确定额定期望发动机操作参数；

基于所述额定期望发动机操作参数和所述环境参数的偏差来确定调节后的期望发动机操作参数；以及

基于所述额定期望发动机操作参数和所述调节后的期望发动机操作参数中的一个以及所述发动机操作模式来控制所述发动机。

2. 根据方案1所述的方法，其中：

所述环境参数包括湿度；

所述额定期望发动机操作参数包括空气/燃料比；以及

当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，控制所述发动机是基于调节后的空气/燃料比。

3. 根据方案2所述的方法，其中：

控制所述发动机包括：基于所述调节后的空气/燃料比来控制负阀重叠。

4. 根据方案1所述的方法，其中：

所述环境参数包括海拔高度；

所述额定期望发动机操作参数包括空气/燃料比；以及

当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，控制所述发动机是基于调节后的空气/燃料比。

5. 根据方案4所述的方法，其中：

控制所述发动机包括：基于所述调节后的空气/燃料比来控制负阀重叠。

6. 根据方案1所述的方法，其中：

所述环境参数包括海拔高度；

所述额定期望发动机操作参数包括氧浓度；以及

当所述发动机操作模式是化学计量比的时，控制所述发动机是基于调节后的氧浓度。

7. 根据方案6所述的方法，其中：

控制所述发动机包括：基于所述调节后的氧浓度来控制外部排气再循环。

8. 一种用于在火花点火直喷式内燃发动机中控制燃烧的方法，所述方法包括：

监测发动机操作模式、环境湿度和环境压力；

基于发动机速度和负载来控制缸内氧气质量，用于保持期望燃烧定相，包括：

     确定在额定湿度和额定压力下用于保持期望缸内氧气质量的额定外部再循环排气设置；

     确定在所述额定湿度和所述额定压力下用于保持所述期望缸内氧气质量的额定缸内空气-燃料比设置；

     当所述发动机操作模式是化学计量比的并且所述环境压力从所述额定压力偏离时，从所述额定外部再循环排气设置来控制所述外部再循环排气；以及

     当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的并且所述环境压力偏离所述额定压力和所述环境湿度偏离所述额定湿度中的至少一个存在时，从所述额定缸内空气-燃料比设置来控制所述缸内空气-燃料比。

9. 根据方案8所述的方法，其中，控制所述外部再循环排气包括：当所述环境压力大于所述额定压力时，从所述额定外部再循环排气设置来减少所述外部再循环排气；以及，当所述环境压力小于所述额定压力时，从所述额定外部再循环排气设置来增加所述外部再循环排气。

10. 根据方案8所述的方法，其中，控制所述缸内空气-燃料比包括：当所述环境压力大于所述额定压力时，从所述额定缸内空气-燃料比设置来减少所述缸内空气-燃料比；以及，当所述环境压力小于所述额定压力时，从所述额定缸内空气-燃料比设置来增加所述缸内空气-燃料比。

11. 根据方案8所述的方法，其中，控制所述缸内空气-燃料比包括：当所述环境湿度大于所述额定湿度时，从所述额定缸内空气-燃料比设置来减少所述缸内空气-燃料比；以及，当所述环境湿度小于所述额定湿度时，从所述额定缸内空气-燃料比设置来增加所述缸内空气-燃料比。

12. 一种用于控制多缸火花点火直喷式内燃发动机的设备，所述设备包括：

外部排气再循环阀；

可变凸轮定相机构，所述可变凸轮定相机构用于控制发动机的进气阀和排气阀的定相；

控制模块，所述控制模块：

    监测发动机操作模式、环境湿度和环境压力；

    确定在额定湿度和额定压力下用于所述外部排气再循环阀保持期望缸内氧气质量的额定外部再循环排气设置；

    确定在所述额定湿度和额定压力下用于所述可变凸轮定相机构保持所述期望缸内氧气质量的额定负阀重叠设置；

    当发动机操作模式是化学计量比的并且所述环境压力从所述额定压力偏离时，从所述额定外部再循环排气设置来控制所述外部排气再循环阀；以及

    当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的并且所述环境压力偏离所述额定压力和所述环境湿度偏离所述额定湿度中的至少一个存在时，从所述额定负阀重叠设置来控制所述可变凸轮定相机构。

附图说明

现将以示例的方式参考附图来描述一个或多个实施方式，在附图中：

图1示出了根据本发明的示例性发动机系统；

图2示出了根据本发明的湿度补偿控制器200，其用于当所监测的湿度与额定湿度偏离时保持多缸发动机的每气缸中的期望燃烧定相；

图3示出了根据本发明的海拔高度补偿控制器300，其用于当所监测的海拔高度与额定海拔高度偏离时保持多缸发动机的每气缸中的期望燃烧定相；

图4示出了根据本发明的、利用图2的湿度补偿控制器200来保持多缸发动机的每气缸中的期望燃烧定相的流程图；以及

图5示出了根据本发明的、用于操作图3的海拔高度补偿控制器300来保持多缸发动机的每气缸中的期望燃烧定相的流程图。

具体实施方式

现参考附图，其中的描绘内容仅用于例示某些示例性实施方式的目的，且不用于限制这些示例性实施方式的目的，图1示意性地示出了根据本发明的实施方式构造成的示例性内燃发动机10和伴随的控制模块5。发动机10选择性地操作在多个燃烧模式中，包括受控自动点火（HCCI）燃烧模式和均质火花点火（SI）燃烧模式。发动机10能够选择性地操作在化学计量比的空气-燃料比，或者操作在主要位于化学计量比贫燃侧的空气-燃料比。要理解的是，本发明的概念能够应用到其他内燃发动机系统和燃烧循环。

在一个实施方式中，发动机10能够联接到变速器装置，以将牵引功率传递到车辆的传动系。变速器能够包括混合动力变速器，所述混合动力变速器包括可操作以将牵引功率传递到传动系的扭矩机。

示例性发动机10包括多缸直喷式四冲程内燃发动机，其具有能够在气缸15内可滑动地运动的往复运动的活塞14，从而限定可变容积的燃烧室16。每个活塞14被连接到旋转的曲轴12，直线的往复运动借助该曲轴被转换为旋转运动。空气进气系统将进气空气提供给进气歧管29，该进气歧管将空气引导并分配到燃烧室16的进气流道中。空气进气系统包括空气流管道系统以及用于监测和控制空气流的装置。空气进气装置优选地包括空气质量流量传感器32，其用于监测空气质量流量和进气空气温度。节气门阀34优选地包括电子受控的装置，该电子受控的装置被用于响应于来自控制模块5的控制信号（ETC）来控制至发动机10的空气流。进气歧管29中的湿度传感器35构造成监测环境湿度。进气歧管29中的压力传感器36构造成监测歧管绝对压力和大气压力。与控制模块5相关联，监测大气压力的压力传感器36能够确定发动机10的海拔高度的变化。因此，海拔高度对应于环境压力（即，大气压力），并且能够被监测。外部流动通道将排气从发动机排出口再循环到进气歧管29，所述外部流动通道具有被称为外部排气再循环（EGR）阀38的流量控制阀。控制模块5可操作以便通过控制EGR阀38的开度来控制至进气歧管29的排气的质量流量。因此，进入发动机中的进气氧浓度能够通过控制EGR阀38的位置而被控制。在示例性实施方式中，当EGR阀关闭时进气歧管29中的进气氧浓度大约是21%。进气氧浓度能够由氧传感器8监测。

从进气歧管29进入到燃烧室16中的空气流由一个或多个进气阀20控制。流出燃烧室16的排气流通过一个或多个排气阀18控制从而流到排气歧管39。发动机10配置有用于控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的系统。通过分别控制进气和排气可变凸轮定相/可变升程控制（VCP/VLC）装置22和24，能够控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭。进气和排气VCP/VLC装置22和24构造成分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转与曲轴12的旋转联系起来并且被标引至曲轴12的旋转，因此将进气阀20和排气阀18的打开和关闭与曲轴12和活塞14的位置联系起来。

进气VCP/VLC装置22优选地包括这样的机构，该机构可操作，以便响应于来自控制模块5的控制信号7，为每个气缸15开关进气阀20并控制进气阀20的阀升程，以及可变地调节和控制进气凸轮轴21的定相。排气VCP/VLC装置24优选地包括可控的机构，该可控的机构可操作，以便响应于来自控制模块5的控制信号11，为每个气缸15可变地开关排气阀18并控制排气阀18的阀升程，以及可变地调节和控制排气凸轮轴23的定相。

进气和排气VCP/VLC装置22和24每个均优选地包括可控两级可变升程控制（VLC）机构，其可操作以分别将进气阀20和排气阀18的阀升程大小或开度控制成两个离散级中的一个。两个离散级优选地包括：优选地用于低速度、低负载操作的低升程阀打开位置（在一个实施方式中，大约4-6 mm）；以及优选用于高速度和高负载操作的高升程阀打开位置（在一个实施方式中，大约8-13 mm）。进气和排气VCP/VLC装置22和24每个均优选地包括可变凸轮定相（VCP）机构，以分别控制和调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的定相（即，相对正时）。调节定相是指在相应气缸15中改变进气阀20和排气阀18相对于曲轴12和活塞14的位置的打开时间。进气和排气VCP/VLC装置22和24的VCP机构每个均优选地具有大约60° - 90°的曲柄旋转量的定相权限范围，因此允许控制模块5关于每个气缸15提前或延迟进气阀20和排气阀18中的一个相对于活塞14位置的打开和关闭。定相权限范围由进气和排气VCP/VLC装置22和24限定和限制。进气和排气VCP/VLC装置22和24包括曲轴位置传感器，以确定进气凸轮轴21和排气凸轮轴23的旋转位置。VCP/VLC装置22和24利用由控制模块5控制的电动液压力、液压力和电气控制力中的一种来致动。

发动机10包括燃料喷射系统，其包括多个高压燃料喷射器28，每个高压燃料喷射器28构造成响应于来自控制模块5的信号17将一定质量的燃料直接喷射到一个燃烧室16中。从燃料分配系统给燃料喷射器28供应加压燃料。

发动机10包括火花点火系统，借助该火花点火系统，火花能量能够响应于来自控制模块5的信号9被提供给火花塞26，用于点燃或辅助点燃每个燃烧室16中的气缸充气。

发动机10配置有用于监测发动机操作的各种感测装置，包括：曲柄传感器42，所述曲柄传感器具有RPM输出并且可操作以监测曲轴旋转位置，即曲柄角和速度；在一个实施方式中，燃烧传感器30，所述燃烧传感器构造成监测燃烧；以及排气传感器40，所述排气传感器构造成监测排气，并且通常是空气-燃料比传感器。燃烧传感器30包括可操作以监测燃烧参数的状态的传感器装置，并且被描述为可操作以监测缸内燃烧压力的气缸压力传感器。燃烧传感器30和曲柄传感器42的输出由控制模块5监测，该控制模块关于每个燃烧循环为每个气缸15确定燃烧定相，即燃烧压力相对于曲轴12的曲柄角的定时。燃烧传感器30还能够由控制模块5监测，以便关于每个燃烧循环为每个气缸15确定指示平均有效压力（IMEP）。优选地，发动机10和控制模块5被机械装备成监测并确定每个气缸着火事件期间每个发动机气缸15的IMEP状态。另选地，在本发明的范围内，能够使用其他感测系统以监测其他燃烧参数的状态，例如，离子感测点火系统和非侵入式气缸压力传感器。

控制模块、模块、控制机构、控制器、控制单元、处理器和类似术语是指以下各项中的任意一项或者以下各项中的一项或多项的各种组合，所述各项为：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元（优选地，微处理器）和相关联的存储器和存储装置（只读存储器和存储装置、可编程只读存储器和存储装置、随机读取器和存储装置、硬盘驱动器器，等等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及用于提供所述功能的其他部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语是指任何能够由控制器执行的指令集，包括标定（或校准）和查询表。控制模块具有被执行以提供期望功能的一组控制例程。例程例如由中央处理单元执行，能够操作以监测来自感测装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。在持续进行的发动机和车辆操作期间，例程能够以有规律的间隔（例如，每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒）被执行。另选地，例程能够响应于事件的发生而被执行。

在操作中，控制模块5监测来自前述传感器的输入，以确定发动机参数的状态。控制模块5构造成接收来自操作员的输入信号（例如，经由加速器踏板和制动踏板），以确定扭矩请求（To_req）。将理解的是，该扭矩请求能够响应于操作员输入（例如，经由加速器踏板和制动踏板），或者该扭矩请求能够响应于由控制模块5监测的自动起动状况。控制模块5监测指示了发动机速度和进气空气温度、制冷剂温度和其他环境状况的传感器。

控制模块5执行在其中存储的例程以控制前述致动器从而形成气缸充气，包括控制如此配置的发动机上的节气门位置、火花点火正时、喷射的燃料质量和正时、用于控制再循环排气流量的EGR阀位置开度、以及进气阀和/或排气阀的正时和定相。在一个实施方式中，阀的正时和定相能够包括负阀重叠（NVO）和排气阀再打开的升程（在排气再吸入策略中）。控制模块5能够操作以在持续进行的车辆操作期间开动和关停发动机10，并且能够操作以通过对燃料、火花和阀的停用的控制来选择性地停用燃烧室15的一部分或者进气阀20和排气阀18的一部分。控制模块5能够基于来自排气传感器40的反馈来控制空气-燃料比。

在发动机操作期间，节气门阀34优选地在受控自动点火（HCCI）燃烧模式（例如，单喷射和双喷射受控自动点火（HCCI）燃烧模式）中是大致全开的，其中发动机10被控制在化学计量比的空气-燃料比或者控制在化学计量比的贫燃侧的空气-燃料比。该大致全开的节气门能够包括完全未节流或稍微节流地进行操作，以在进气歧管29中产生真空，从而影响EGR流。在一个实施方式中，内部残留气体被控制到高稀释率。进气阀20和排气阀18处于低升程阀位置，并且进气和排气升程正时以NVO操作。在发动机循环期间，能够执行一个或多个燃料喷射事件，包括在压缩阶段期间的至少一个燃料喷射事件。

在发动机以均质火花点火（SI）燃烧模式操作期间，节气门阀34被控制以调节空气流。发动机10被控制至化学计量比的空气-燃料比，进气阀20和排气阀18处于高升程阀打开位置，并且进气和排气升程正时以正阀重叠操作。优选地，在发动机循环的压缩阶段期间、优选地大致在TDC之前，执行燃料喷射事件。当气缸内的空气充气是大致均质的时，火花点火优选地在燃料喷射之后的预定时刻被执行。

当发动机在高负载操作期间操作在受控自动点火（HCCI）模式（包括火花辅助HCCI模式）中时，每个气缸中的燃烧定相取决于每个气缸内的热环境。燃烧定相描述了通过一个循环的曲柄角测量的该循环中的燃烧进展。判断燃烧定相的一种方便量度是CA50，或者在50%的空气燃料充气被燃烧的情况下的曲柄角。将理解的是，燃烧循环的属性（例如，效率、燃烧噪音和燃烧稳定性）受循环的CA50影响。因此，在高负载HCCI操作期间，保持优化/期望的燃烧定相是重要的。在气缸事件的特定喷射正时、火花正时和阀正时期间，由于不均匀的缸内状况（包括不均匀的外部EGR百分比分布、不均匀的缸内热状况、和/或每个气缸中喷射器之间的差异），从而可能在每个气缸中导致不平衡的燃烧定相。因此，由于不均匀的缸内状况，所以喷射正时和火花正时的固定标定不是期望的。类似地，由于影响缸内氧气质量并因此影响燃烧定相的环境参数，所以对进入发动机中的进气氧浓度的固定标定以及固定的缸内空气-燃料比不是期望的。缸内氧气质量的变化能够影响燃烧定相，从而与期望燃烧定相偏离。基于发动机操作模式（即，化学计量比的空气-燃料比或者位于化学计量比贫燃侧的空气-燃料比）以及从相应的期望环境参数偏离的监测环境参数，能够调节期望缸内氧气质量以补偿监测的环境参数与相应环境参数之间的偏差，以由此保持期望燃烧定相。

取决于所监测的发动机操作模式以及从相应期望环境参数偏离的至少一个监测的环境参数，通过调节期望缸内空气-燃料比和/或调节进入到发动机的每个气缸中的期望进气氧浓度，能够实现对期望缸内氧质量的调节。而且，通过借助EGR阀38的位置来控制进入发动机中的外部EGR百分比来实现调节后的期望进气氧浓度，以及通过借助发动机内的NVO控制内部残留气体来实现调节后的期望缸内空气-燃料比。为了实现可接受的燃烧属性，保持用于给定发动机速度、喷射燃料质量和/或负载的期望燃烧定相是期望的。燃烧属性能够包括燃烧噪音、燃烧效率和燃烧稳定性。

所构想的实施方式利用控制策略（及，湿度补偿控制器和/或海拔高度补偿控制器），用于当环境参数（例如，湿度和/或海拔高度）被监测并且所述环境参数从相应的额定或期望环境参数偏离时，调整为保持期望燃烧定相所确定的期望缸内氧气质量。当环境参数（包括湿度和/或海拔高度）从相应的期望环境参数偏离时，期望缸内氧气质量可能偏离，并且因此影响燃烧定相。控制策略使得能够调节期望燃烧定相，以便保持期望燃烧定相而不使用根据湿度和/或海拔高度而变化的设定点标定。如上所述，确定根据湿度和/或海拔高度而变化的设定点标定可能是十分费时的。用于保持期望燃烧定相的控制策略能够针对全部类型的喷射燃料质量（例如，单喷射和/或分开喷射）以及全部发动机操作模式进行操作，所述发动机操作模式包括：在高负载操作期间的包括了火花辅助HCCI模式的受控自动点火（HCCI）模式，低负载和中等负载的自动点火（HCCI）操作，以及化学计量比的空气-燃料操作。具有位于化学计量比贫燃侧的空气-燃料比的发动机操作模式可以包括：在高负载操作期间的包括了火花辅助HCCI模式的受控自动点火（HCCI）模式，以及低负载和中等负载的自动点火（HCCI）操作。具有化学计量比的空气-燃料比的发动机操作模式将在下文被称为化学计量比的。具有位于化学计量比贫燃侧的空气-燃料比的发动机操作模式将在下文被称为化学计量比贫燃侧的。

在非限制性情形中，当发动机操作模式是化学计量比的并且包括了被监测湿度的监测的环境参数从额定湿度偏离时，可以保持进入发动机中的进气氧浓度，以保持期望燃烧定相而不调节期望缸内氧气质量，这是因为当发动机操作模式是化学计量比的时，通过调节直接进入到发动机中的外部EGR百分比来对缸内氧浓度由于湿度所致的任何变化进行弥补。在一个非限制性示例中，当监测的湿度大于期望或额定湿度时，通过减少进入发动机中的外部EGR，能够保持进气氧浓度。在另一非限制性示例中，当监测的湿度小于期望或额定湿度时，通过增加进入发动机中的外部EGR，能够保持进气氧浓度。

通过监测湿度传感器35能够获得监测的湿度。在一个非限制性示例中，比额定值或额定湿度更大的任何监测的湿度都可能导致进气氧浓度低于21%。

在非限制性情形中，当发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的并且包括了监测的湿度的监测的环境参数从额定湿度偏离时，通过调节期望缸内空气-燃料，能够调节期望缸内氧气质量，以保持期望燃烧定相。基于发动机速度和负载来确定期望缸内氧气质量和期望缸内空气-燃料比。在一个非限制性示例中，当监测的湿度大于额定湿度时，可以减少期望缸内空气-燃料比。在另一非限制性示例中，当监测的湿度小于额定湿度时，增加期望缸内空气-燃料比。要理解的是，由于发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的，因此不使用EGR，并且因此进入发动机中的进气氧浓度不能被控制。

在非限制性情形中，当监测的发动机操作模式是化学计量比的并且监测的海拔高度偏离额定海拔高度时，通过调节期望进气氧浓度能够调节期望缸内氧气质量，以保持期望燃烧定相。直接调节进入发动机中的进气氧浓度是无效的，这是因为进气氧浓度不会由于海拔高度的偏离而改变，而是缸内氧气质量发生变化。例如，当监测的海拔高度减小时，环境空气是更稠密的，且因此缸内氧气质量增加。类似地，当监测的海拔高度增加时，环境空气较不稠密，且因此缸内氧气质量减少。在一个非限制性示例中，当监测的海拔高度大于额定海拔高度时，减少期望进气氧浓度。在另一非限制性示例中，当监测的海拔高度小于额定海拔高度时，增加期望进气氧浓度。

在非限制性情形中，当监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的并且监测的海拔高度从额定海拔高度偏离时，通过调节期望缸内空气-燃料比能够调节期望缸内氧气质量，以保持期望燃烧定相。在一个非限制性示例中，当监测的海拔高度大于额定海拔高度时，期望缸内空气-燃料比减少。在另一非限制性示例中，当监测的海拔高度小于额定海拔高度时，期望缸内空气-燃料比增加。

所构想的实施方式还包括：当发动机操作模式是化学计量比的并且监测的海拔高度与额定海拔高度偏离时，基于EGR阀38的位置来控制进入发动机中的外部EGR百分比，以实现调节后的期望进气氧浓度。通过分别调节进气阀20和排气阀18的打开和关闭的定相来控制发动机内的内部残留气体。因而，阀的正时和定相可以包括：当发动机操作在化学计量比贫燃侧并且监测的湿度和海拔高度中的至少一个从额定湿度和海拔高度的相应一个偏离时，控制负阀重叠（NVO）以实现调节后的期望缸内空气-燃料比。

图2示出了根据本发明的湿度补偿控制器（HCC）200，用于当监测的湿度从额定湿度偏离时保持多缸发动机的每个气缸中的期望燃烧定相。当发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，采用HCC 200。HCC 200包括：期望缸内氧气质量模块（OMM）205、扭矩模块201、湿度模块208、差值单元210以及湿度补偿模块（HCM）212。控制模块5监督控制OMM 205、差值单元210和HCM 212。OMM 205还包括期望进气氧浓度模块（DOM）204和期望缸内空气-燃料比模块（DAM）206。基于发动机操作参数202，DOM 204和DAM 206分别确定期望进气氧浓度214和期望缸内空气-燃料比215。基于发动机操作参数202来确定期望进气氧浓度214和期望缸内空气-燃料比215以实现期望燃烧定相，而不需要考虑环境参数（例如，影响燃烧定相的湿度）。此外，期望进气氧浓度214和期望缸内空气-燃料比215中的每个都保持期望缸内氧气质量。因此，期望缸内氧气质量保持期望燃烧定相，而不需要考虑环境参数（例如，影响燃烧定相的湿度）。发动机操作参数202可以包括响应于通过扭矩模块301获得的扭矩请求的期望发动机速度和期望喷射燃料质量和/或期望发动机负载。如上所述，扭矩请求能够响应于操作员输入（例如，经由加速器踏板和制动踏板），或者扭矩请求能够响应于由控制模块5监测的自动起动状况。

湿度模块208将监测的湿度（借助湿度传感器35）与额定湿度比较，并且基于所述比较来确定湿度偏差216。因此，当监测的湿度从额定湿度偏离时，确定湿度偏差216。基于湿度偏差216和期望缸内空气-燃料比215，差值单元210确定调节后的期望缸内空气-燃料比218，调节后的期望缸内空气-燃料比218被输入给HCM 212。因此，调节后的期望缸内空气-燃料比218补偿湿度偏差216，以保持期望燃烧定相。期望进气氧浓度214和调节后的期望缸内空气-燃料比218被输入给HCM 212，并且与来自先前燃烧循环的监测燃烧定相220比较。来自先前燃烧循环的监测燃烧定相220还能够包括来自先前燃烧循环的缸内空气-燃料比和/或进气氧浓度。基于所述比较，HCM 212确定被提供给发动机10的用于随后发动机循环的燃烧定相参数222。燃烧定相参数222可以包括：控制进入发动机10中的外部排气再循环百分比，以实现期望进气氧浓度；以及，借助NVO来控制发动机内的内部残留气体，以实现调节后的期望缸内空气-燃料比。因此，当发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时调节期望缸内空气-燃料比能够对监测的湿度偏离额定湿度时的湿度偏差进行补偿，以便保持期望燃烧定相。

如前所述，当发动机操作模式是化学计量比的时，进入发动机中的进气氧浓度能够借助EGR阀38的位置被直接控制。因此，通过直接控制进入发动机中的外部EGR百分比的量来补偿由湿度的偏离引起的对燃烧定相的任何影响（即，缸内氧气质量的增加/减少）。因此，当监测的发动机操作状况是化学计量比贫燃侧的时，仅需要HCC 200。

图3示意性地示出了根据本发明的海拔高度补偿控制器（ACC）300，用于当监测的海拔高度偏离额定海拔高度时保持多缸发动机的每个气缸中的期望燃烧定相。当发动机操作模式是化学计量比的或者化学计量比贫燃侧的时，能够采用ACC 300。ACC 300包括：期望缸内氧气质量模块（OMM）305、扭矩模块301、海拔高度模块308、差值单元310和311、以及海拔高度补偿模块（ACM）312。海拔高度模块308将监测的海拔高度（借助压力传感器36）与额定海拔高度比较。控制模块5监督控制OMM 305、差值单元310和311、以及ACM 312。OMM 305还包括期望进气氧浓度模块（DOM）304和期望缸内空气-燃料比模块（DAM）306。基于发动机操作参数302，DOM 304和DAM 306分别确定期望进气氧浓度314和期望缸内空气-燃料比315。基于发动机操作参数302来确定期望进气氧浓度314和期望缸内空气-燃料比315以实现期望燃烧定相，而不需要考虑环境参数（例如，影响燃烧定相的海拔高度）。此外，期望进气氧浓度314和期望缸内空气-燃料比315中的每个保持期望缸内氧气质量。因此，期望缸内氧气质量保持了期望燃烧定相，而不需要考虑环境参数（例如，影响燃烧定相的海拔高度）。发动机操作参数302能够包括对由扭矩模块301获得的扭矩请求进行响应的期望发动机速度和期望喷射燃料质量和/或期望发动机负载。如上所述，扭矩请求能够响应于操作员输入（例如，借助加速器踏板和制动踏板），或者扭矩请求能够响应于由控制模块5监测的自动起动状况。

海拔高度模块308将监测的海拔高度（借助压力传感器36）与额定海拔高度比较，并且基于所述比较来确定海拔高度偏差316。因此，当监测的海拔高度偏离额定海拔高度时，确定海拔高度偏差316。

当监测的发动机操作模式是化学计量比的时，期望进气氧浓度314与海拔高度偏差316进行比较，以确定调节后的期望进气氧浓度318。具体地，基于海拔高度偏差316和期望进气氧浓度314，差值单元310确定调节后的期望进气氧浓度318，该调节后的期望进气氧浓度318被输入给ACC 312。因此，调节后的期望进气氧浓度318补偿海拔高度偏差316，以保持期望燃烧定相。在该非限制性实施方式中，期望缸内空气-燃料比315未被调节并且绕过差值单元311，这是因为发动机操作模式是化学计量比的。期望缸内空气-燃料比315和调节后的期望进气氧浓度318被输入ACC 312并且与来自先前燃烧循环的监测燃烧定相320比较。来自先前燃烧循环的监测燃烧定相320还能够包括来自先前燃烧循环的缸内空气-燃料比和/或进气氧浓度。基于所述比较，ACC 312确定发动机10的用于随后发动机循环的燃烧定相参数322。燃烧定相参数322可以包括：控制进入发动机10中的外部EGR百分比，以实现调节后的期望进气氧浓度；以及，借助NVO来控制发动机内的内部残留气体，以实现期望缸内空气-燃料比。因此，当发动机操作模式是化学计量比的时调节期望进气氧浓度，能够对监测的海拔高度与额定海拔高度偏离时的海拔高度偏差进行补偿，以便保持期望燃烧定相。

当监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，期望缸内空气-燃料比315与海拔高度偏差316比较，以确定调节后的期望缸内空气-燃料比317。具体地，基于海拔高度偏差316和期望缸内空气-燃料比315，差值单元311确定调节后的期望缸内空气-燃料比317，该调节后的期望缸内空气-燃料比317被输入给ACC 312。因此，调节后的期望缸内空气-燃料比317对海拔高度偏差316进行补偿，以保持期望燃烧定相。在该非限制性实施方式中，期望进气氧浓度314未被调节并且绕过差值单元310，这是因为发动机操作模式操作于化学计量比贫燃侧。期望进气氧浓度314和调节后的期望缸内空气-燃料比317被输入给ACC 312并且与来自先前燃烧循环的监测燃烧定相320比较。基于所述比较，ACC 312确定发动机10的用于随后发动机循环的燃烧定相参数322。燃烧定相参数322可以包括：控制进入发动机10中的外部EGR百分比，以实现期望进气氧浓度；以及，借助NVO控制发动机内的内部残留气体，以实现调节后的期望缸内空气-燃料比。因此，当发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时调节期望缸内空气-燃料比能够对监测的海拔高度与额定海拔高度偏离时的海拔高度偏差进行补偿，以便保持期望燃烧定相。

图4示意性地示出了根据本发明的、利用图2的湿度补偿控制器（HCC）200在监测的湿度与额定湿度偏离并且监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时调节期望缸内空气-燃料比的流程图。

表1作为图4的注解（或检索表）被提供，其中具有附图标记的块和对应的功能被阐述如下。

表1

参考块402，流程图400开始并推进到判定块404。判定块404监测发动机操作模式。“1”表示监测的发动机操作模式是化学计量比的。如上所述，进气氧浓度能够借助EGR阀38的位置被直接控制并保持，且因此不需要对期望缸内氧气质量进行调节，这是因为通过调节进入发动机中的外部EGR百分比来弥补由湿度偏差导致的对期望燃烧定相的任何影响。因此，如果监测的发动机操作模式是由“1”表示的化学计量比的，那么流程图400返回到判定块404。“0”表示监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的，并且推进到块406。

块406监测湿度。能够从湿度传感器35来实现对湿度的监测。在湿度被监测之后，流程图推进到判定块408。

参考判定块408，监测的湿度与额定值或额定湿度（在下文称为“额定湿度”）比较。“1”表示监测的湿度等于额定湿度，并且流程图返回到判定块404。因此，不存在影响期望缸内氧气质量的湿度偏差，该期望缸内氧气质量继而又影响期望燃烧定相。“0”表示监测的湿度不等于额定湿度，并且推进到判定块410。

判定块410确定监测的湿度是否大于额定湿度。判定块410能够与图2中的HCC 200所示的湿度偏差216对应。“1”表示监测的湿度大于额定湿度并且推进到块412。“0”表示监测的湿度小于额定湿度并且推进到块414。

参考块412，期望缸内空气-燃料比被减少，这是因为监测的湿度大于额定湿度。在示例性实施方式的一个非限制性示例中，按照与监测的湿度从额定值或额定湿度偏离的量成比例的量来减小期望缸内空气-燃料比。块412能够与图2所示的HCC 200的调节后期望缸内空气-燃料比218相对应，其中期望缸内空气-燃料比被减少，这是因为监测的湿度大于额定湿度。块412推进到块416。

参考块414，期望缸内空气-燃料比被增加，这是因为监测的湿度小于额定湿度。在示例性实施方式的非限制性示例中，按照与监测的湿度从额定值或额定湿度偏离的量成比例的量来增加期望缸内空气-燃料比。块412能够与图2所示的HCC 200的调节后期望缸内空气-燃料比218相对应，其中期望缸内空气-燃料比被增加，这是因为监测的湿度小于额定湿度。块414推进到块416。

因此，当监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，能够按照与监测的湿度大于额定湿度的量对应的量来减少期望缸内空气-燃料比（即，块412）。并且，能够按照与监测的湿度小于额定湿度的量对应的量来增加期望缸内空气-燃料比（即，块414）。

参考块416，将基于块412和414中做出的决定中的一个的、表示了调节后的期望缸内空气-燃料比的信号传输给控制模块5。之后，基于表示了调节后的期望缸内空气-燃料比的信号，控制模块5能够借助NVO来控制发动机内的内部残留气体，以按照与图2的湿度偏差216对应的量来实现调节后的期望缸内空气-燃料比，并因此保持期望燃烧定相。块416能够与图2的燃烧定相参数222相对应。

图5示出了这样的流程图，所述流程图根据本发明采用图3的海拔高度补偿控制器（ACC）300，用于当监测的海拔高度从额定海拔高度偏离并且发动机操作模式是化学计量比的时，调节期望进气氧浓度，并且用于当监测的海拔高度从额定海拔高度偏离并且发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，调节期望缸内空气-燃料比。

表2作为图5的注解（或检索表）被提供，其中具有附图标记的块和相应的功能被阐述如下。

表2

参考块502，流程图500开始并且推进到判定块504。在块504监测海拔高度。能够从测量大气压力的压力传感器36来实现对海拔高度的监测。在海拔高度被监测之后，流程图500推进到判定块506。

参考判定块506，监测的海拔高度与额定海拔高度进行比较。“1”表示监测的海拔高度等于额定海拔高度，并且流程图500返回到块504。“0”表示监测的海拔高度不等于额定海拔高度，并且推进到判定块508。

参考判定块508，流程图500监测发动机操作模式。“1”表示监测的发动机操作模式是化学计量比的，并且推进到判定块510。“0”表示监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的，并且推进到判定块518。

参考判定块510，确定监测的海拔高度是否大于额定海拔高度。判定块510可以与图3的ACC 300所示的海拔高度偏差316相对应。“1”表示监测的海拔高度大于额定值或额定海拔高度，并且推进到块512。“0”表示监测的海拔高度小于额定海拔高度，并且推进到块514。

参考块512，由于监测的海拔高度大于额定海拔高度，因此期望进气氧浓度被减少。在示例性实施方式的非限制性示例中，按照与监测的海拔高度从额定海拔高度偏离的量成比例的量来减少期望进气氧浓度。块512能够与图3所示的ACC 300的调节后的期望进气氧浓度318相对应，其中由于监测的海拔高度大于额定海拔高度，因此期望进气氧浓度被减少。块512推进到块516。

参考块514，由于监测的海拔高度小于额定海拔高度，因此期望进气氧浓度被增加。在示例性实施方式的非限制性示例中，按照与监测的海拔高度从额定海拔高度偏离的量成比例的量来增加期望进气氧浓度。块514能够与图3所示的ACC 300的调节后的期望进气氧浓度318相对应，其中由于监测的海拔高度小于额定海拔高度，因此期望进气氧浓度被增加。块514推进到块516。

如上所述，期望进气氧浓度与进入发动机中的期望外部EGR百分比相对应。因此，当监测的发动机操作模式是化学计量比的时，能够按照与监测的海拔高度大于额定海拔高度的量相对应的量来减少期望外部EGR百分比（即，块512）；并且，能够按照与监测的海拔高度小于额定海拔高度的量相对应的量来增加期望外部EGR百分比（即，块514）。

参考块516，将基于块512和514中做出的决定中的一个的、表示了调节后的期望进气氧浓度（即，调节后的期望外部EGR百分比）的信号传输给控制模块5。之后，基于表示调节后的期望进气氧浓度（即，调节后的期望外部EGR百分比）的信号，控制模块5能够借助EGR阀38的位置来控制进入到发动机中的外部EGR百分比，以便按照与图3的海拔高度偏差316相对应的量来实现调节后的期望进气氧浓度（即，调节后的期望外部EGR百分比），并且因此保持期望燃烧定相。块516能够与图3的燃烧定相参数322相对应。

参考判定块518，确定监测的海拔高度是否大于额定海拔高度。判定块518能够与图3的ACC 300所示的海拔高度偏差316相对应。“1”表示监测的海拔高度大于额定海拔高度，并且推进到块520。“0”表示监测的海拔高度小于额定海拔高度，并且推进到块522。

参考块520，由于监测的海拔高度大于额定海拔高度，因此期望缸内空气-燃料比被减少。在示例性实施方式的非限制性示例中，按照与监测的海拔高度从额定海拔高度偏离的量成比例的量来减少期望缸内空气-燃料比。块520能够与图3所示的ACC 300的调节后的期望缸内空气-燃料比317相对应，其中由于监测的海拔高度大于额定海拔高度，因此期望缸内空气-燃料比被减少。块520推进到块524。

参考块522，由于监测的海拔高度小于额定海拔高度，因此期望缸内空气-燃料比被增加。在示例性实施方式的非限制性示例中，按照与监测的海拔高度从额定海拔高度偏离的量成比例的量来增加期望缸内空气-燃料比。块522能够与图3中所示的ACC 300的调节后的期望缸内空气-燃料比317相对应，其中由于监测的海拔高度小于额定海拔高度，因此期望缸内空气-燃料比被增加。块522推进到块524。

因此，当监测的发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，可以按照与监测的海拔高度大于额定海拔高度的量相对应的量来减少期望缸内空气-燃料比；并且，能够按照与监测的海拔高度小于额定海拔高度的量相对应的量来增加期望缸内空气-燃料比。

参考块524，将基于在块512和块514中做出的决定中的一个的、表示调节后的期望缸内空气-燃料比的信号传输给控制模块5。之后，基于表示了调节后的期望缸内空气-燃料比的信号，控制模块5能够借助NVO来控制发动机内的内部残留气体，以按照与图3的海拔高度偏差316相对应的量来实现调节后的期望缸内空气-燃料比，并且因此保持期望燃烧定相。块524能够与图3的燃烧定相参数322相对应。

HCC 200和与其相关联的流程图400能够与ACC 300和与其相关联的流程图500独立地或同时地被使用。利用上述方法能够对影响期望缸内氧气质量且因此影响燃烧定相的环境参数（例如，湿度和海拔高度）进行补偿，而不需要对应于每个发动机速度和负载的关于每个湿度和海拔高度值的设定点标定来保持期望燃烧定相。

本发明已经描述了某些实施方式以及对其的修改。在阅读并理解说明书之后，本领域技术人员可能想到进一步的修改和变化。因此，本发明旨在不局限于作为用于实施本发明所构想的最佳模式而公开的具体实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种用于在火花点火直喷式内燃发动机中控制燃烧的方法，所述方法包括：

监测发动机操作模式和环境参数；

确定所述环境参数相对于额定环境参数的偏差；

基于发动机速度和负载确定额定期望发动机操作参数；

基于所述额定期望发动机操作参数和所述环境参数的偏差来确定调节后的期望发动机操作参数；以及

基于所述额定期望发动机操作参数和所述调节后的期望发动机操作参数中的一个以及所述发动机操作模式来控制所述发动机。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述环境参数包括湿度；

所述额定期望发动机操作参数包括空气/燃料比；以及

当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，控制所述发动机是基于调节后的空气/燃料比。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

控制所述发动机包括：基于所述调节后的空气/燃料比来控制负阀重叠。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述环境参数包括海拔高度；

所述额定期望发动机操作参数包括空气/燃料比；以及

当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的时，控制所述发动机是基于调节后的空气/燃料比。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

控制所述发动机包括：基于所述调节后的空气/燃料比来控制负阀重叠。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述环境参数包括海拔高度；

所述额定期望发动机操作参数包括氧浓度；以及

当所述发动机操作模式是化学计量比的时，控制所述发动机是基于调节后的氧浓度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

控制所述发动机包括：基于所述调节后的氧浓度来控制外部排气再循环。

8.一种用于在火花点火直喷式内燃发动机中控制燃烧的方法，所述方法包括：

监测发动机操作模式、环境湿度和环境压力；

基于发动机速度和负载来控制缸内氧气质量，用于保持期望燃烧定相，包括：

     确定在额定湿度和额定压力下用于保持期望缸内氧气质量的额定外部再循环排气设置；

     确定在所述额定湿度和所述额定压力下用于保持所述期望缸内氧气质量的额定缸内空气-燃料比设置；

     当所述发动机操作模式是化学计量比的并且所述环境压力从所述额定压力偏离时，从所述额定外部再循环排气设置来控制所述外部再循环排气；以及

     当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的并且所述环境压力偏离所述额定压力和所述环境湿度偏离所述额定湿度中的至少一个存在时，从所述额定缸内空气-燃料比设置来控制所述缸内空气-燃料比。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，控制所述外部再循环排气包括：当所述环境压力大于所述额定压力时，从所述额定外部再循环排气设置来减少所述外部再循环排气；以及，当所述环境压力小于所述额定压力时，从所述额定外部再循环排气设置来增加所述外部再循环排气。

10.一种用于控制多缸火花点火直喷式内燃发动机的设备，所述设备包括：

外部排气再循环阀；

可变凸轮定相机构，所述可变凸轮定相机构用于控制发动机的进气阀和排气阀的定相；

控制模块，所述控制模块：

    监测发动机操作模式、环境湿度和环境压力；

    确定在额定湿度和额定压力下用于所述外部排气再循环阀保持期望缸内氧气质量的额定外部再循环排气设置；

    确定在所述额定湿度和额定压力下用于所述可变凸轮定相机构保持所述期望缸内氧气质量的额定负阀重叠设置；

    当发动机操作模式是化学计量比的并且所述环境压力从所述额定压力偏离时，从所述额定外部再循环排气设置来控制所述外部排气再循环阀；以及

    当所述发动机操作模式是化学计量比贫燃侧的并且所述环境压力偏离所述额定压力和所述环境湿度偏离所述额定湿度中的至少一个存在时，从所述额定负阀重叠设置来控制所述可变凸轮定相机构。

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