本公開涉及數(shù)字化內(nèi)燃機和其控制方法。

背景技術：

本節(jié)的陳述只提供與本公開有關的背景資料，并不構成現(xiàn)有的技術。

內(nèi)燃機是一種被廣泛應用，為汽車和其他車輛提供動力的裝置。一般而言，內(nèi)燃機將來自燃料的化學能轉換成機械能以驅動車輛。典型的四沖程、火花塞點火的內(nèi)燃機包括進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。在進氣沖程中,空氣燃料混合物進入燃燒室。然后，壓縮沖程壓縮空氣燃料混合物造成燃燒室的溫度和壓力增高。接著，火花塞點燃空氣燃料混合物而生成爆炸。在動力沖程中產(chǎn)生機械能以驅動車輛。最后，排氣沖程從汽缸排出由燃燒產(chǎn)生的廢氣。

空氣燃料混合物的空氣燃料比是影響內(nèi)燃機工作的一個重要特性，在某種程度上，決定了發(fā)動機的輸出功率和燃料經(jīng)濟性。具體而言，空氣燃料比(AFR)是一定量的空氣和一定量的燃料在燃燒室中混合燃燒的比例。

在標準內(nèi)燃機中，所有的燃燒室都工作以產(chǎn)生發(fā)動機的功率輸出。內(nèi)燃機以改變其空氣與燃料的比率來增加或減少發(fā)動機的輸出功率。一般情況下，發(fā)動機里的空氣與燃料的比率變化在貧油混合物和富油混合物之間。貧油混合物中的空氣量較高，而富油混合物中的空氣量較低。貧油混合物的燃油經(jīng)濟性較好，但其輸出功率較小。富油混合物能提供較多的動力輸出，但它的燃料效率較差。

相對于內(nèi)燃機提供的能量，內(nèi)燃機的體積較小而重量又較輕。此外，內(nèi)燃機通常運行可靠而制造成本又低。但是，標準內(nèi)燃機的缺點是它的低燃料效率和高污染排放。

人們一直在尋找和開發(fā)內(nèi)燃機的替代品以提高燃料效率和降低污染排放。例如，混合動力發(fā)動機結合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機和電動機以產(chǎn)生動力來驅動車輛。混合式發(fā)動機比現(xiàn)行的內(nèi)燃機有更高的燃料效率和更低的污染物排放。 但是混合動力引擎功率輸出通常較低，而它的生產(chǎn)成本和維修費用又比較昂貴，并在實際操作中有新的危險。

事實上，內(nèi)燃機還是有很大的改善余地來提高其燃料效率和降低廢氣排放。

技術實現(xiàn)要素：

本公開提供的數(shù)字化內(nèi)燃機和它的控制方法能夠提高汽車的燃油效率和減少汽車的污染物排放，同時又保持傳統(tǒng)內(nèi)燃機的可靠性和相對較低的制造成本。

根據(jù)本公開的一種形式，數(shù)字式內(nèi)燃機包括有多個燃燒單元，例如第一燃燒單元和第二燃燒單元。而第一燃燒單元和第二燃燒單元又可分別擁有多個燃燒室。在第一燃燒單元和第二燃燒單元中的每個燃燒室的工作方式被設置能在不燃燒模式和燃燒模式之間切換。當燃燒室在不燃燒模式工作時，沒有燃料進入燃燒室，火花塞也不點火。當燃燒室在燃燒模式工作時,所期望的空氣燃料比例的混合物進入燃燒室，例如恒定的、非零比例的空氣和燃料的混合物,然后火花塞點火。恒定的、非零比例的空氣和燃料的混合物的氣燃比例可以被設定為15.4：1。在一些實施方式中，發(fā)動機可以是旋轉式發(fā)動機。

在第一和第二燃燒單元中的燃燒室可被劃分成若干個組群，比如第一組燃燒室、第二組燃燒室和第三組燃燒室。每組燃燒室可包括至少一個燃燒室位于第一燃燒單元和至少一個燃燒室位于第二燃燒單元。每組的燃燒室被設置在對稱的位置上而形成其獨特的布局。例如，任何給定的燃燒室組群可以包括布置在第一燃燒單元的燃燒室和設置在第二燃燒單元的相對應的燃燒室。這些燃燒室被幾何對稱布置，使得在一組燃燒室內(nèi)的燃燒室總是對稱的。在一組燃燒室內(nèi)相關的燃燒室可以工作在同一循環(huán)相位上。例如，如果該組燃燒室里的第一燃燒室是處在進氣循環(huán)周期時，該組燃燒室里所對應的燃燒室也是處在進氣循環(huán)周期。在一組燃燒室內(nèi)的燃燒室保持相同的內(nèi)燃機循環(huán)步驟。具體來說在同一組中相關的燃燒室可以同時進氣，同時輸入燃料，同時點火，和同時燃燒。同一燃燒單元中同一組的燃燒室總被設置在相反的位置。例如，如果一個燃燒室是位于在燃燒單元的“頂部”，而同一組的第二燃燒室則位于此燃燒單元的“底部”。此相對設置有助于保持發(fā)動機的動態(tài)平衡。

當要求增加發(fā)動機功率輸出時，一些燃燒室組群可以從不燃燒模式切換到燃燒模式。具體來說，當電子控制單元所要求的發(fā)動機功率輸出低于第一閾值時，第一組的燃燒室可以在燃燒模式運行，而第二組和第三組的燃燒室則在不燃燒模式工作。當電子控制單元要求的功率輸出高于第一閾值,但低于第二閾值時，第一組和第二組的燃燒室可以在燃燒模式運行，而第三組的燃燒室則在不燃燒模式工作。當電子控制單元要求的功率輸出高于第二閾值時，第一組、第二組和第三組的燃燒室都在燃燒模式工作。

根據(jù)本公開的另一種形式，數(shù)字式內(nèi)燃機可包括電子控制單元、第一組燃燒室、第二組燃燒室和第三組燃燒室。每組燃燒室都被設置能在非燃燒模式和燃燒模式之間切換，并且能獨立工作于其他組燃燒室。在給定的時間內(nèi)，在燃燒模式運行的燃燒室數(shù)目可以根據(jù)電子控制單元確定的發(fā)動機的功率輸出要求而逐步改變。發(fā)動機可以是旋轉發(fā)動機。

燃燒室在非燃燒模式運操時，可以無燃料輸入和無火花塞點火。燃燒室在燃燒模式運操時，可以輸入由電子控制單元設定的固定比例但非零比的空氣燃料混合物。在燃燒模式運行的固定比例但非零比的空氣燃料混合物的空燃比可以是15.4:1。

在燃燒模式運行的燃燒室組的數(shù)量可以根據(jù)發(fā)動機功率輸出要求增加而增加。同樣,在燃燒模式運行的燃燒室組的數(shù)量也可以根據(jù)發(fā)動機功率輸出要求減少而減少。當發(fā)動機的輸出功率的要求為零時，在燃燒模式運行下的燃燒室組的數(shù)量可以是零。

在本公開的另一種形式中，數(shù)字內(nèi)燃機可以由電子控制單元來控制。電子控制單元控制步驟為：接收用戶輸入信號，接收工作狀況信號和接收發(fā)動機輸出信號；在所接收到的信號基礎上計算發(fā)動機功率輸出要求，計算能滿足發(fā)動機功率輸出要求并在一恒定空氣燃料比燃燒所需的燃燒室數(shù)量；而且提供有關信號給發(fā)動機來控制在燃燒模式運行所需的燃燒室數(shù)量。這些在恒定空氣燃料比燃燒的燃燒室能剛好滿足發(fā)動機功率輸出要求。具體而言，發(fā)動機輸入信號會控制燃料注入到這些燃燒室，并操控火花塞來點燃燃燒室中的燃料。

此外，在燃燒模式運行的燃燒室可以運行在恒定的空氣燃料比15.4:1狀態(tài)下。用戶輸入信號可以是期望的車輛速度。

控制內(nèi)燃機的方法還包括選擇相向設置在燃燒模式運行的恒定空氣燃料比的燃燒室以保持發(fā)動機的動態(tài)平衡。

此外，控制內(nèi)燃機的方法可進一步包括在設定的時間間隔內(nèi)、在閉路循環(huán)控制系統(tǒng)中重復控制步驟。用于控制內(nèi)燃機的進一步步驟還可包括當要求發(fā)動機增加輸出功率時，增加在燃燒模式運行的恒定空氣燃料比的燃燒室數(shù)量。同樣也包括當要求發(fā)動機減少輸出功率時，減少在燃燒模式運行的恒定空氣燃料比的燃燒室數(shù)。

本文所述更廣泛應用的領域是顯而易見的。但是應當理解的是描述和具體實例僅供說明所用，而并非旨在限制本公開的范圍。

附圖說明

為了使本公開可以被更好地理解，現(xiàn)將參考附圖，描述各種形式的示例，其中：

圖1是說明根據(jù)本公開的一種形式的數(shù)字化內(nèi)燃機的示意圖；

圖2描述了標準內(nèi)燃機在其空氣燃料比工作區(qū)域內(nèi)的輸出功率和燃料效率的變化；

圖3描述了標準內(nèi)燃機在其空氣燃料比工作區(qū)域內(nèi)的主要廢氣排放變化；

圖4描述了根據(jù)本公開的一種形式的數(shù)字化內(nèi)燃機在其空氣燃料比工作區(qū)域內(nèi)的輸出功率和燃料效率；

圖5描述了根據(jù)本公開的一種形式的數(shù)字化內(nèi)燃機在其空氣燃料比工作區(qū)域內(nèi)的主要廢氣排放；

圖6是根據(jù)本公開的一種形式的具有單一單元的數(shù)字化內(nèi)燃機的燃燒室工作示意圖；

圖7是根據(jù)本公開的一種形式的具有多單元的數(shù)字化內(nèi)燃機的燃燒室工作示意圖；和

圖8是根據(jù)本發(fā)明公開的一種形式的方框圖，示出了用于數(shù)字內(nèi)燃機的數(shù)字控制器。

本文所描述的附圖僅用于說明的目的，而并不是要以任何方式去限制本公開的范圍。

具體實施方式

下面的描述在實質(zhì)上只是起示范作用，并不是為了限制本公開、應用、或使用。應該理解在所有圖中，相應的附圖標記表示相關的部分和特征。

本公開涉及數(shù)字化內(nèi)燃機及其控制方法。因此，首先將描述各種形式的數(shù)字化內(nèi)燃機，然后再描述數(shù)字化內(nèi)燃機的控制方法。

首先參照圖1，根據(jù)本公開的一種形式的系統(tǒng)100通常包括內(nèi)燃機10、電子控制單元(Electronic Control Unit縮寫為“ECU”)16、用于確定或理解工作狀況26以及用戶輸入24的傳感器等其他裝置。內(nèi)燃機10以及相關的其它部件至少有一個燃燒單元12和有多個燃燒室14。內(nèi)燃機10可以是旋轉式發(fā)動機。電子控制單元16被設置通過電線或電纜(未示出)來和內(nèi)燃機10交換之間的通信信號。電子控制單元16送至內(nèi)燃機10的控制信號是相關于發(fā)動機的運行，包括但不限于：燃料噴射的時間和數(shù)量18，諸如火花塞20的元件的點火控制和時間20以及進氣和排氣的時間和位置22。電子控制單元16也被設置用來接收信息，包括但不限于用戶輸入24和工作狀況輸入26。用戶輸入24可以是用戶需求，如該發(fā)動機車輛的操作者。用戶輸入24可以采用功率踏板或速度踏板的位置的形式。這種功率或速度踏板可以看作是類似于在傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛中的油門踏板。這油門踏板被駕駛員用來控制所期望的車輛速度。車輛駕駛員踏壓“油門踏板”導致不同量的燃料供應至發(fā)動機，以獲得所期望的車輛速度或功率。在本公開的數(shù)字化內(nèi)燃機中，傳統(tǒng)的油門踏板被功率踏板所替代。車輛駕駛員可以踏壓這樣的功率踏板來控制所期望的車輛速度，根據(jù)踏板壓下的程度來增加或減少在燃燒模式運行的燃燒室數(shù)目。工作狀況輸入26包括但不限于：信息，如運行溫度，當前行進速度，當前功率需求，路面梯度，牽引負荷和總重量。電子控制單元16還可以接收從發(fā)動機10回送來的信息，包括但不限于：發(fā)動機10當前的功率輸出28。本領域的技術人員應該理解，電子控制單元ECU 16也可以發(fā)送接收其它信息，只是為了示例的目的，在本文僅列出一部分。

每一個燃燒室14被設置能在兩種運行模式之間切換：不燃燒模式和燃燒模式。發(fā)動機運行時，當一燃燒室14在不燃燒模式工作時，可沒有燃料進入燃燒室，火花塞也可不點火。關于非燃燒模式的另一種說法是在此工作條件下該燃燒室14被“關閉”了或是處在“非功能”狀態(tài)下。當然，這個“關閉”狀態(tài)可能只是暫時的，因為根據(jù)來自電子控制單元16的指令，燃燒室14可隨 時被切換到燃燒模式。當一燃燒室14是在燃燒模式工作時，燃料會進入燃燒室，此時的燃料是恒定的非零的空氣燃料比例的混合物。關于燃燒模式的另一種說法是，在此工作條件下，該燃燒室14被“打開”了或是處在“功能”狀態(tài)下。和不燃燒模式一樣，對于任何特定的燃燒室14來說，它的燃燒模式可能只是暫時的。

空氣燃料比是內(nèi)燃機的重要工作參數(shù)。因為它會直接影響到發(fā)動機的輸出功率和燃料效率?？諝馊剂媳仁强諝馊剂匣旌衔镌谌紵胰紵龝r它們的質(zhì)量之比。圖2描繪了x軸的空氣燃料比和y軸的發(fā)動機的輸出功率及燃料效率之間的關系。圖2中有發(fā)動機燃料效率曲線33和輸出功率曲線31。汽油燃料化學當量比或理想的空氣燃料比30為14.7：1。在該空氣燃料比值時，發(fā)動機功率輸出31相對而言是較高的，而燃料消耗也是較低的。同時所有的空氣和燃料在燃燒過程中完全燃盡，沒有過量的空氣殘存在于燃燒室中。當濃空氣燃料比32為12.6：1時，功率輸出達到最大值。但是濃空氣燃料比會導致黑煙燃燒、低燃料效率、瞎火、煙灰在燃燒室和火花塞上沉淀導致的啟動問題、未燃燒的汽油沉積在發(fā)動機歧管中導致的過熱、和黑煙尾氣導致的排放問題。最經(jīng)濟的燃油混合物34為空氣燃料比15.4：1。但它的問題是輸出功率較低。

通常，傳統(tǒng)內(nèi)燃機在運行時，在設定時間內(nèi)所有的燃燒室都在工作。換句話說，燃燒室可為全部“開”或為全部“關”。這些傳統(tǒng)內(nèi)燃機輸出功率的增加或減少是通過改變其在燃燒室內(nèi)燃燒的空氣與燃料的比率來滿足汽車控制要求。大多數(shù)內(nèi)燃機工作時，它燃燒室內(nèi)燃燒的空氣與燃料的比率一直在其最大功率輸出的氣燃混合物32與最佳燃油經(jīng)濟性混合物34之間變化，這就是它的工作區(qū)域36。

空氣燃料比也會影響到發(fā)動機的廢氣排放。圖3描繪了x軸的空氣燃料比與y軸的廢氣排放之間的關系。如圖3所示，發(fā)動機在燃燒過程中排出的廢氣主要包括未燃盡的碳氫化合物(HC)35、一氧化碳(CO)39和氮氧化物(NOx)37。在標準內(nèi)燃機空氣燃料比工作區(qū)域36內(nèi)，發(fā)動機的廢氣排放水平也會隨著空氣燃料比在濃空氣燃料混合物32和貧空氣燃料混合物34之間的變化而變化。

如上述討論的，在本公開內(nèi)容的一些形式中，每個燃燒室14都被設置能切換于兩種操作模式：不燃燒模式和燃燒模式。發(fā)動機10工作時，當燃燒室 14運行在不燃燒模式時，沒有燃料進入燃燒室，也沒有火花塞點火。關于不燃燒模式的另一種說法是，在此情況下，燃燒室14處在被“關閉”或“非功能”狀態(tài)下。當燃燒室14運行在燃燒模式時，會有燃料進入燃燒室和火花塞點火。此燃料的空氣燃料比是恒定但不為零。同樣，關于燃燒模式的另一種說法可以是，在此情況下，燃燒室14處在被“打開”或“功能”狀態(tài)下。該發(fā)動機電子控制單元16能控制燃燒室14內(nèi)的恒定的非零的空氣燃料比的值。

根據(jù)本公開的某些形式，在燃燒模式運行的燃燒室14中的恒定的、非零的空氣燃料比在14.7：1和15.7：1之間，優(yōu)選在15.3：1和15.5：1之間，當然最佳為15.4：1。本處所討論的恒定而非零的空氣與燃料比率是指在穩(wěn)定狀態(tài)工作的發(fā)動機。在一些特定的條件下，比如在車輛起動時或當車輛工作在寒冷天氣條件下，將會有更多的燃料提供給在燃燒模式工作的燃燒室。圖4描繪了沿x軸的空氣燃料比和沿y軸的功率輸出和燃料消耗之間的關系。如圖所示，空氣燃料比為15.4：1的混合物34能提供最佳的燃料經(jīng)濟性。圖5描繪了沿x軸的空氣燃料比和沿y軸的車輛廢氣排放的關系。圖5顯示當燃燒室使用最佳燃油經(jīng)濟性混合物34時，它的CO 39和HC 35廢氣排放量較低。就像我們已經(jīng)討論過的，最佳的燃油經(jīng)濟混合物34產(chǎn)生的功率輸出稍低些。但我們可通過增加在燃燒模式工作的燃燒室14的數(shù)量來加大發(fā)動機10的功率輸出28。不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機，本公開的數(shù)字化內(nèi)燃機10的燃燒室14可以各自獨立運行。比如在任何給定的時間內(nèi)，并不是所有的燃燒室14都必須在燃燒模式運行。當輸出功率要求低時，一些燃燒室會被“關閉”。也就是，在給定時間內(nèi)，一部分燃燒室14可能在不燃燒模式運行，而另一部分燃燒室14可能是在燃燒模式運行。

根據(jù)本公開的某些形式，如圖6所示，燃燒室14以小組的形式工作，比如組A、組B和組C。圖6描述了單一燃燒單元的數(shù)字化發(fā)動機。然而，單一燃燒單元數(shù)字化發(fā)動機的結構和操作方法也可以運用于多燃燒單元的數(shù)字化發(fā)動機。當電子控制單元16接收到相關的用戶輸入信息24和工作狀況輸入信息26，并算出發(fā)動機輸出要求28時，電子控制單元16就可確定能滿足發(fā)動機輸出要求28而在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量。用戶輸入24可以是用戶所期望的車輛速度。這個用戶輸入24可以通過位于用戶車內(nèi)的輸入設備傳遞給電子控制單元16。輸入設備可以是功率踏板，其操作位置和操作方式類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機的油門踏板。駕駛員可以通過踏壓功率踏板來控制車輛 的速度。電子控制單元16將這些信息發(fā)送到發(fā)動機，并由此來控制從非燃燒模式切換到燃燒模式的燃燒室14的數(shù)量。更具體地，可以以小組A，B，C的形式來增減在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量。如圖6所示，小組內(nèi)的燃燒室可以少到兩個燃燒室14(如組A和組B)，或兩個以上的燃燒室14(如組C)。當然組C也可以進一步劃分為僅包括兩個燃燒室14的組C，和具有兩個燃燒室14的組D。雖然，在本實例討論中是三個組群，但是在實際運用中也可使用三個以上的組群。

例如，當發(fā)動機功率輸出要求28被逐步增加時，第一組燃燒室A就從非燃燒模式切換到燃燒模式。當輸出功率要求28被再增加時，第二組燃燒室B加入第一組燃燒室A進入燃燒模式運行。當然也可以，如果燃燒模式運行的燃燒室總數(shù)保持不變，當燃燒室組B切換到燃燒模式時，而燃燒室組A則轉換到不燃燒模式，這樣在燃燒模式運行的燃燒室總數(shù)不變，所以總輸出功率28還是不變。當功率輸出要求28再進一步增大時，第三組燃燒室C也加入第一組A和第二組B進入燃燒模式運行。當然也可以這樣運行，燃燒室C可以切換到燃燒模式，而燃燒室A和燃燒室B切換到不燃燒模式。燃燒室A，B，C，在燃燒模式運行主要取決于發(fā)動機功率輸出的要求。當所有燃燒室14都在燃燒模式工作時，發(fā)動機輸出功率達到了最大值。當電子控制單元接收到用戶釋放功率踏板的信號時，或車輛的負荷降低時，發(fā)動機10的功率輸出要求28就減小了，第三組的燃燒室C可以從燃燒模式切換到不燃燒模式，僅留下第一和第二組燃燒室A和B在燃燒模式運行。在一些實現(xiàn)方式中，當電子控制單元16傳送到發(fā)動機10的功率輸出要求28進一步降低時，燃燒室A和燃燒室B切換到不燃燒模式，僅燃燒室C仍在燃燒模式運行。當電子控制單元16接收到駕駛員剎車或車輛不需要動力的信號時，例如車輛行駛在下坡路上，電子控制單元16就會控制發(fā)動機10將所有燃燒模式的燃燒室14切換到不燃燒模式，從而節(jié)約燃料和提高燃油效率。在一些實現(xiàn)方式中，每組燃燒室可具有相同的體積和形狀。在另一些實現(xiàn)方式中，一組燃燒室可有不同的體積和形狀。

如圖6所示的單一燃燒單元的發(fā)動機配置，燃燒室14組群里的燃燒室組A，B，C都是彼此相對設置的。這樣的布置有助于確保發(fā)動機10的動態(tài)平衡。燃燒室14組群里的各組燃燒室相對設置從而構成其特定設置的燃燒室組群。在幾何上相對設置燃燒室14使得在一組燃燒室中的燃燒室都是處于對稱 的位置。同組里相關的燃燒室都與第一燃燒室處于相同的工作循環(huán)。例如，如果該組的第一燃燒室是處于吸入循環(huán)周期時，該組里相對應的燃燒室也是處在吸入循環(huán)周期。燃燒室14組群中的同一組的燃燒室保持相同的內(nèi)燃機循環(huán)周期。更具體地，在同一組燃燒室中的燃燒室會同時吸入空氣，同時注入燃料，同時點火，并同時燃燒。燃燒室14組群中同組的各燃燒室是對稱布置的。例如，如果第一燃燒室是在燃燒單元的“頂部”，同一組的第二燃燒室可被布置在燃燒單元的“底部”。這樣相對設置排列的每組燃燒室14能幫助維持發(fā)動機10的動態(tài)平衡。

如圖7所示，數(shù)字內(nèi)燃機10可以有多個燃燒單元，如12A，12B。增加的燃燒單元12可以為發(fā)動機10提供更大的輸出功率和更廣泛的調(diào)節(jié)能力。為了說明的目的，這里只用兩個燃燒單元12A和12B的例子來討論，同樣的原則也適用于其他含有更多燃燒單元12的發(fā)動機。每個燃燒單元12A，12B可以包含有多個燃燒室14。這些燃燒室14可以被分成一組組的燃燒室C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8。燃燒室組群的數(shù)量和每個燃燒單元里的燃燒室的數(shù)量有關。每組的燃燒室C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8包括至少一個來自第一燃燒單元12A的燃燒室14和至少一個來自第二燃燒單元12B的燃燒室14。例如，C1組可以包括燃燒室C1A和C1B，C2組可以包括燃燒室C2A和C2B?；诎l(fā)動機10的功率輸出要求28，電子控制單元16控制發(fā)動機的燃燒序列，將這一組組的燃燒室從非燃燒模式切換到燃燒模式，或從燃燒模式切換到非燃燒模式。發(fā)動機10的功率輸出要求28可以部分來自用戶的需求。除此之外，也可以是車輛運行負載，道路狀況，道路坡度，車輛自身重量等等?？梢酝ㄟ^用戶踏壓發(fā)動機的功率踏板來將用戶需求傳送到電子控制單元，以確定發(fā)動機功率輸出要求。

在低功率輸出要求28情況下，C1組燃燒室可以由不燃燒模式切換到燃燒模式，這也就是第一燃燒單元12A中的燃燒室C1A和第二燃燒單元12B中的燃燒室C1B將運行在燃燒模式。當輸出功率要求28再增加時，燃燒室在燃燒模式運行的數(shù)目也需要增加。例如，C2組燃燒室可以由不燃燒模式切換到燃燒模式，即第一燃燒單元12A的燃燒室C2A和第二燃燒單元12B的燃燒室C2B也將在燃燒模式運行。

如表1中所述，因為發(fā)動機動態(tài)平衡的原因，直接將數(shù)字內(nèi)燃機技術應用于當前的內(nèi)燃機實在是一種挑戰(zhàn)。為了使數(shù)字內(nèi)燃機的運行更加平穩(wěn)和有 效，數(shù)字內(nèi)燃機要求有一較大的調(diào)節(jié)度。傳統(tǒng)內(nèi)燃機氣缸不具備單獨或獨立于發(fā)動機中其他汽缸的工作能力。這些傳統(tǒng)的內(nèi)燃機至少需要三個或四個氣缸同時工作才能維持發(fā)動機動態(tài)平衡。而應用于汽車的數(shù)字內(nèi)燃機需要八個或更多級的調(diào)節(jié)。所以只有單一燃燒單元的發(fā)動機至少要有16個燃燒室。

表1.

圖7顯示了在一時間段內(nèi)，燃燒室組C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8的數(shù)量是如何隨著發(fā)動機10的功率輸出要求28變化而變化。當發(fā)動機10速度或功率輸出增加時，在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量也需增加；而隨著發(fā)動機10的速度或功率輸出下降，在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量則下降；當發(fā)動機10的速度或輸出功率保持不變時，在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量保持不變；當發(fā)動機10的速度或功率輸出要求為零時，或者換句話說，當用戶在剎車時，在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量下降至零。

在低速運行時，發(fā)動機的動力輸出的要求也較低，只需要少量的燃燒室在燃燒模式運行。在高速運行時，需要的發(fā)動機功率輸出也高，所以這時所有的燃燒室都要運行在燃燒模式。

本公開的另一種形式提供一種用于控制數(shù)字內(nèi)燃機的方法。圖1和圖8顯示了數(shù)字內(nèi)燃機控制方法的各個步驟。首先，電子控制單元(ECU)16接收用戶輸入信號24和工作狀況信號26。電子控制單元16還可以接收發(fā)動機輸出信號28。然后電子控制單元16在所接收到的信號基礎上計算出發(fā)動機的功率輸出需求。電子控制單元16還計算在恒定空氣燃料比燃燒運行所需燃燒室14的數(shù)量以滿足發(fā)動機動力輸出的要求。電子控制單元16然后將發(fā)動機輸入信號38提供給發(fā)動機10，來操作恰當數(shù)量的恒定空氣燃料比的燃燒室14工作，以滿足發(fā)動機功率輸出需求。

從電子控制單元16到內(nèi)燃機10的通信是與發(fā)動機運行有關的控制信號，包括但不限于：燃料噴射時間和噴射量18，諸如火花塞20的元件的點火控制及時間20，以及進氣和排氣閥定時和位置22。電子控制單元16還被設置接收信息，包括但不限于：用戶輸入24和工作狀況輸入26。用戶輸入24可以是來自用戶，如車輛操作者的命令。用戶輸入24可以采用功率踏板位置的形式。工作狀況輸入26包括但不限于：如工作溫度、當前行進速度、當前功率需求、道路坡度、牽引負荷和總重量等的信息。電子控制單元16還可以接收從發(fā)動機10回返的信息，包括但不限于：當前發(fā)動機10的功率輸出28或它的速度。本領域的技術人員理解，電子控制單元16還可以接收或發(fā)送一些其它相關和附屬信息。但是，為了示例的目的，在本文中僅列出一部分。

圖8是數(shù)字控制器的方框圖。發(fā)動機控制單元16可以包括數(shù)字控制器110。數(shù)字控制器110被設置用來監(jiān)控所期望的動態(tài)響應偏差源的變化，比如所期望的車輛速度或負荷的偏差值。數(shù)字控制器110接收表示所期望車輛速度或負荷的信號24。模擬-數(shù)字轉換器(A/D)112轉換車輛速度信號(模擬信號)到數(shù)字信號113，來表征工作燃燒室的數(shù)目。數(shù)字信號113也可以指定特定的燃燒室。求和模塊114將數(shù)字信號113與數(shù)字反饋信號115結合起來。求和模塊114基于數(shù)字信號113和數(shù)字反饋信號115而產(chǎn)生誤差信號118。數(shù)字信號處理模塊116確定數(shù)字輸出信號120。數(shù)字信號處理模塊116的輸出信號被提供給數(shù)字-模擬轉換器(D/A)122以控制發(fā)動機的操作。D/A模塊122將來自模塊116的數(shù)字信號轉換成模擬信號并提供給發(fā)動機10。發(fā)動機10的輸出130，例如發(fā)動機速度或功率，可由A/D模塊140監(jiān)控。A/D模塊140將監(jiān)控發(fā)動機10的輸出130的模擬信號轉換成發(fā)動機速度或負荷的數(shù)字反饋信號115，從而完成一個反饋循環(huán)來控制燃燒室以響應發(fā)動機的速度或負荷的需求。此外，時鐘控制150被用來監(jiān)控每個時鐘周期或T(秒時)的處理器122和140的信號值。數(shù)字處理模塊116計算所期望的發(fā)動機功率輸出R(t)和實際發(fā)動機功率輸出y(t)的采樣值的動態(tài)系統(tǒng)以便校正兩者之間的任何偏差。時鐘控制150可以控制模擬到數(shù)字轉換(A/D)的處理模塊140和數(shù)字到模擬轉換(D/A)的處理模塊122的工作。在每一個時鐘周期中，數(shù)字處理模塊116將輸出的采樣值與所希望的輸出值進行比較，并將其校正值輸入到該系統(tǒng)。

當燃燒室14在燃燒模式工作時，燃燒室14中的恒定的空氣與燃料比為15.4：1。如上所討論的，該空氣燃料比為最佳的燃油經(jīng)濟混合物。

用來控制數(shù)字內(nèi)燃機的方法還可以包括選擇相對設置在燃燒模式運行的燃燒室群14以保持發(fā)動機10的動態(tài)平衡。具體地，就是被切換到燃燒模式的一組燃燒室14總是處在彼此相對的位置，如以上討論并示于圖6和圖7中。

用于控制數(shù)字內(nèi)燃機還可以包括在一定時間段內(nèi)在一個閉路循環(huán)系統(tǒng)里重復該控制方法的步驟。在這個閉路循環(huán)控制系統(tǒng)中，當要求發(fā)動機10增加或減少其功率輸出要28時，電子控制單元16會重新計算和調(diào)整在燃燒模式下運行的所需燃燒室14的數(shù)目，以滿足發(fā)動機功率輸出要求28。更具體地，當要求發(fā)動機增加其輸出功率時，在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量將會增加。同樣，隨著要求發(fā)動機的功率輸出降低時，在燃燒模式運行的燃燒室14的數(shù)量也會被減少。

本公開內(nèi)容的數(shù)字內(nèi)燃機還可以應用均質(zhì)壓燃(HCCI)技術。在均質(zhì)壓燃發(fā)動機中，燃料和空氣預先混合。由于壓縮，增加了混合物的密度和溫度，從而使混合物燃燒。燃燒同時發(fā)生在均質(zhì)壓燃發(fā)動機的整個燃燒區(qū)域。均質(zhì)壓燃發(fā)動機在燃燒室沒有火花塞。運用均質(zhì)壓燃技術于數(shù)字內(nèi)燃機是兩者的天然結合，因為數(shù)字內(nèi)燃機可以根據(jù)均質(zhì)壓燃的需求來精確控制燃燒室內(nèi)的燃燒條件。結合了均質(zhì)壓燃技術的數(shù)字內(nèi)燃機系統(tǒng)有更高燃料效率，同時還產(chǎn)生更少的有害排放物，特別是氮氧化物(NOx)和顆粒物質(zhì)(PM)幾乎為零。

本公開的描述實質(zhì)上僅僅是示范性的。因此，仼何實質(zhì)上不脫離本公開的偏離嘗試都屬于本公開的范疇。這樣的偏離都不應被視為脫離本公開的精神和范圍內(nèi)。