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一种内燃机，包括：发动机管理单元、具有进气口和排气口的燃烧室、将汽油或类似汽油的燃料供应到发动机的燃料供给机构、配气机构以及外部再循环系统，该配气机构允许将空气引入到燃烧室的进气口并将废气从燃烧室的排气口释放，排气口的废气经由该外部再循环系统可被传至所述进气口，其中，所述发动机管理单元可操作地控制配气机构将废气保留在和/或重新吸入燃烧室内部以使得发动机以受控自燃燃烧模式运行，并且控制外部循环系统以受控自燃燃烧模式将废气供应到进气口，使得在燃烧室中发生自燃。

1.  一种内燃机，包括：
发动机管理单元，
具有进气口和排气口的燃烧室，
将汽油或类似汽油的燃料供应到发动机的燃料供给机构，
配气机构，该配气机构允许将空气引入到燃烧室的进气口并将废气从燃烧室的排气口释放，以及
外部再循环系统，排气口的废气由此可被传至所述进气口，其中：
所述发动机管理单元能可操作地进行：
控制配气机构将废气保留在和/或重新吸入燃烧室内部，以使得发动机以受控自燃燃烧模式运行，并且
控制外部循环系统以受控自燃燃烧模式将废气供应到进气口，使得在燃烧室中发生自燃。

2.  根据权利要求1的内燃机，包括至少一个响应于发动机运转参数的传感器，所述发动机管理单元可操作地接收来自传感器的输出并根据输出控制配气机构和外部再循环系统。

3.  根据权利要求2的内燃机，包括一个或多个可操作地探测一个或多个发动机运转参数的传感器，所述运转参数选自：
进口空气质量流、排气成分、曲轴位置、凸轮轴位置、废气温度、进气压力、进气温度。

4.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，其特征在于，所述发动机管理单元包括存储的受控数据，所述存储的受控数据指示出将被/或已被吸入燃烧室并通过外部再循环系统供应的废气量，所述废气量作为发动机转速和发动机载荷的函数。

5.  根据从属于权利要求2或权利要求3的权利要求4的内燃机，其特征在于，要被保留在和/或再吸入燃烧室内部并通过外部再循环系统供应的废气量还是发动机运转参数的函数。

6.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，其特征在于，所述发动机管理单元可操作地控制燃料供给机构。

7.  根据权利要求6的内燃机，其特征在于，所述燃料供给机构是可控制的，使得空气/燃料比λ在0.8到2.5的范围内。

8.  根据权利要求7的内燃机，其特征在于，空气/燃料比λ在1到1.6的范围内。

9.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，其特征在于，所述进口空气温度为环境温度或接近环境温度。

10.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，所述发动机还包括节气门以控制进口空气质量流，所述发动机管理单元可操作地控制节气门，使得进气歧管之内的空气压力为环境压力或接近环境压力。

11.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，还包括火花塞，当发动机以火花燃烧模式操作时，所述发动机管理单元可操作地操作火花塞以在燃烧室内发生引燃。

12.  根据权利要求11的内燃机，其特征在于，发动机管理单元可操作地检测出需要从火花燃烧模式到受控自燃模式的转变、或者需要从受控自燃模式到火花燃烧模式的转变，并且能可操作地控制配气机构、控制进口空气质量流的节气门、外部再循环系统和燃料供给机构以发生所述转变。

13.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，其特征在于，保留在和/或再吸入燃烧室内的废气比例在20％到99％的范围内，更优选地在30％到80％的范围内。

14.  根据前述权利要求中任一项的内燃机，其特征在于，通过外部再循环系统供应到燃烧室内的废气比例最高达约10％。

15.  一种结合附图并如附图所示大体上如上文所描述的内燃机。

16.  在此和/或附图中描述的任何新颖特征或特征的新颖组合。

发动机
技术领域
本发明涉及内燃机的控制，尤其是以受控自燃模式操作的燃式发动机(combustion engine)。
背景技术
传统上，内燃机使用“火花点火”(“SI”)来点燃使用电火花的发动机汽缸中的燃料/空气混合物。正如Allen J.和Law D.在美国汽车工程师学会(SAE)论文No.2002-01-0422“由调节阀驱动的受控自燃；操作的速度载荷图和关键范围(Variable Valve actuatedcontrolled Auto-Ignition；Speed Load Maps and Strategic Regimesof Operation)”中描述的，还有一个已知的操作方式被称作受控自燃(“CAI”)。在CAI方式中，燃烧产生的热废气或被保留在发动机汽缸中或者从排气歧管被再吸入，即所谓的废气再循环(“EGR”)，例如通过控制汽缸阀使得排气门早关闭或在发动机循环的吸入行程中重新打开以增加收集的燃烧过的气体。燃料、空气和燃烧过的气体的混合物在压缩作用下自燃。与SI操作相比，已经显示出，CAI操作提供了更高的燃料经济性并减少了污染物形成。
然而，仅仅在发动机的某些工况范围(operating regimes)下可利用CAI。在这些状况之外，伴随有害的发动机噪音并能最终导致发动机损害的不充分燃烧气体温度或发动机爆震的发生和增加将变得不能被接受，并且需要向火花点燃操作转变。
发明内容
本发明的目的在于减少或者克服上述问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种内燃机，包括：发动机管理单元、具有进气口和排气口的燃烧室、将汽油或类似汽油的燃料供应到发动机的燃料供给机构、配气机构(valve train mechanism)以及外部再循环系统，该配气机构允许将空气引入到燃烧室的进气口并将废气从燃烧室的排气口释放，排气口的废气由该外部再循环系统可被传至所述进气口，其中：所述发动机管理单元可操作地控制配气机构以将废气保留在和/或重新吸入燃烧室内部，以使得发动机以受控自燃燃烧模式运行，并且控制外部循环系统以受控自燃燃烧模式将废气供应到进气口。
“类似汽油的燃料”指的是例如酒精或生物燃料这样的燃料。
出乎意料之外，已经发现，同时使用内部和外部EGR显著增加了能通过稳态和瞬态状况两种状况使用受控自燃的操作工况范围，压缩率比均质充料压缩点火(‘HCCI’)所需的低，并且不用对进口空气进行HCCI所需的加热。
控制配气机构在燃烧室内供应废气可包括：控制配气机构在燃烧室之内保留废气或从排气歧管再吸入废气。
所述发动机可包括至少一个对发动机运转参数作出响应的传感器，所述发动机管理单元可操作地接收来自传感器的输出并根据该输出控制配气机构和外部再循环系统。
所述发动机可包括一个或多个可操作地探测一个或多个发动机运转参数的传感器，所述运转参数选自：进口空气质量流、排气成分、曲轴位置、凸轮轴位置、废气温度、进气压力、进气温度。
所述发动机管理单元可包括存储的受控数据，所述存储的受控数据指示保留在燃烧室并通过外部再循环系统供应的废气量，所述废气量作为发动机转速和发动机载荷的函数。
被保留在和/或被再吸入燃烧室内并通过外部再循环系统供应的废气量还可以是发动机运转参数的函数。
所述燃料供给机构是可控制的，使得空气/燃料比λ在0.8到2.5的范围内。
所述空气/燃料比λ可以在1到1.6的范围内。
所述发动机还可包括例如直接或间接注入的燃料供给机构，发动机管理单元可操作地控制燃料供给机构。
所述发动机还可包括节气门以控制进口空气质量流，所述发动机管理单元可操作地控制节气门，使得进气歧管之内的空气压力为环境压力或接近环境压力。
所述发动机还可包括火花塞，当发动机以火花燃烧模式操作时，所述发动机管理单元可操作地操作火花塞以在燃烧室内发生引燃。
所述发动机管理单元能可操作地检测出从火花点火模式到受控自燃模式的转变或与此相反的转变是所需的，并且能可操作地控制配气机构、控制进口空气质量流的节气门、外部再循环系统和燃料供给机构以发生所述转变。
保留在和/或再吸入燃烧室中的废气比例在20％到99％的范围内，更优选地在30％到80％的范围内。
通过外部再循环系统供应到燃烧室内的废气比例可以为最高达约15％。
“比例”指的是吸入并供应给燃烧室的由废气构成的气体、空气和燃料混合的比例。
附图说明
结合附图，通过实施例对本发明进行描述，其中：
图1是实施本发明的发动机部分的示意图。
图2是本发明的工况范围图的示意图。
图3是图1的电子控制单元的操作示意图。
图4是载荷与发动机转速的关系图，显示了先前已知的CAI工况范围，并显示了先前工况之外地图1所示发动机的CAI工况范围。
图5a是内部EGR与排气凸轮位置的关系图。
图5b是外部EGR与排气凸轮位置的关系图。
图6a是载荷与排气凸轮位置的关系图。
图6b是载荷标准偏差与排气凸轮位置的关系图。
图6c是峰值爆震压力与排气凸轮位置的关系图。
图7是在图4所示的CAI工况范围内相对空气/燃料比的图表。
图8是显示在图4所示CAI工况范围内的涡流阀(swirl valve)位置的图表。
图9是显示在图4所示CAI工况范围内燃料注入开始时机的图表。
图10是显示在图4所示CAI工况范围内外部EGR百分比的图表。
图11是显示在图4所示CAI工况范围内峰值爆震压力的图表。
图12是在图4所示CAI工况范围内载荷标准偏差的图表。
具体实施方式
现在参考图1，图1中显示的是实施本发明的内燃机的一部分。本发明包括具有电子控制单元(ECU)11的发动机管理系统和一个或多个汽缸，为了清楚表达，只用标号12显示了一个汽缸。按常规方式，活塞13在气缸12内部可移动并通过连杆(con rod)14驱动曲轴。空气通过进气节气门15和在16处总体示出的歧管供应给汽缸12。视使用的是间接注入还是直接注入而定，燃料可被引入进气歧管16或汽缸12内的空气中。优选地，ECU11可操作地控制燃料供应以提供发动机操作状态所需的空气/燃料比λ。燃烧产生的废气从汽缸通过出口17释放。新鲜进料，即空气或燃料/空气混合物通过进气口18进入汽缸12并由19处示意的配气机构控制，且通过由在22处总体标出的配气机构控制的排气口20释放到出口。发动机可具有多个带有相应配气机构19、22的进气口18和排气口19。
发动机10还包括外部再循环系统23，该外部再循环系统23包括通道24以管道输送从出口17、经由阀25到进气歧管16的废气。正如这个实施例中，阀25优选地临近进气歧管16放置，以通过最小化在阀25和进气歧管16之间的气量来提高响应度。在该实施例中，管道24包括一根25mm的管子，大约200mm长。阀25的壳体允许发动机冷却液流过气体通道。气体流过阀之后，通过25mm直径、大约330mm长并与进气歧管16相连接的通道。涡流控制阀27被显示设置在进气歧管16中，受电子控制单元(ECI)11的控制，以控制引入汽缸12的燃料/空气混合物的涡流。
为了提供点火燃烧操作，汽缸12还设置有一个或多个由电子控制单元11控制的火花塞26。
为了允许电子控制单元11测量发动机10的运转参数从而控制发动机10，可设置适合的传感器。在这个实施例中，设置了进气压力传感器31和进气温度传感器32、排气温度传感器33、检测废气34中氧气的λ(lambda)传感器34以及35处所示的曲柄位置传感器。还可设置检测其它参数例如进口空气质量流、凸轮轴位置、火焰电离或汽缸压力的传感器。具体地说，由于CAI操作依赖于环境条件，可以采用以一个或多个被检测参数为基础的适当反馈。实施例参数和一些可使用的传感器的可能类型显示于表1中。
可用多种方法控制阀25，例如使用步进电机的方法，使得可精确得知阀位置。如图1中所示，每个传感器都通过适当的控制线路与电子控制单元11连接。
为了使电子控制单元11控制发动机10的操作，电子控制单元11中设置了工况范围图40。图40示意性地显示于图2中，实际上作为几组参数值V1，V2，V3...的发动机转速和载荷的函数，是用于受控自燃模式和火花点火模式的工况范围的n维图。图2中，可使用受控自燃模式的范围总体在41处显示，可以火花点火方式操作发动机的范围在42处显示。在CAI范围41的边界处，以所谓的火花助燃CAI模式操作也是适合的，其中燃料、空气和废气均以类似方法供应以在CAI模式下操作，但设置火花以点火燃烧而不是仅依赖自燃。在这种描述中，术语“火花燃烧模式”旨在指火花点火和火花助燃CAI两种。