阅读说明：本技术 用于车辆的双点火源的设备和系统 (Apparatus and system for dual ignition sources for a vehicle ) 是由 D·J·奥康诺尔 R·J·布雷默 J·S·科尔豪斯 于 2017-12-20 设计创作，主要内容包括：用于点燃内燃机的燃料的设备、方法和系统,一种点火系统包括与气缸的预燃烧室相关联的第一点火装置和与所述气缸的主燃烧室相关联的第二点火装置。发动机控制单元可操作地连接到所述发动机和所述点火系统两者,以独立于利用所述第二点火装置点燃燃料而利用所述第一点火装置点燃所述气缸的燃料。所述发动机控制单元确定燃烧状况的发生并且响应于所述燃烧状况的所述发生：(i)利用所述第一点火装置和所述第二点火装置两者点燃用于燃烧的燃料；或者(ii)仅利用所述第二点火装置点燃用于燃烧的燃料。所述发动机控制单元确定第二燃烧状况并且响应于所述第二燃烧状况,仅利用所述第一点火装置点燃燃料。(An ignition system includes a first ignition device associated with a pre-combustion chamber of a cylinder and a second ignition device associated with a main combustion chamber of the cylinder. An engine control unit is operatively connected to both the engine and the ignition system to ignite fuel for the cylinder with the first ignition device independently of igniting fuel with the second ignition device. The engine control unit determines an occurrence of a combustion condition and, in response to the occurrence of the combustion condition: (i) igniting fuel for combustion with both the first ignition device and the second ignition device; or (ii) igniting the fuel for combustion using only the second ignition device. The engine control unit determines a second combustion condition and ignites fuel using only the first ignition device in response to the second combustion condition.)

用于车辆的双点火源的设备和系统

背景技术

本公开总体上涉及内燃机的点火，并且更具体地但非排他地涉及在某些状况下对双点火源的控制。

内燃机中的预燃烧室装置减少了发动机排放，并且可提高性能。然而，有许多状况可能会阻碍内燃机的操作。一种这样的状况包括预燃烧室中的不可靠的燃料点火。可能会出于许多原因(诸如发动机冷起动、发动机爆震和燃料燃烧混合物太稀)而发生不可靠的燃料点火。因此，仍然存在对本文所公开的独特设备、方法、系统和技术的尚未满足的重大需求。

发明内容

公开了用于响应于第一燃烧状况或第二燃烧状况的发生而点燃燃料的独特设备、方法和系统。所述系统包括：内燃机；点火系统，所述点火系统包括与气缸的预燃烧室相关联的第一点火装置和与气缸的主燃烧室相关联的第二点火装置；以及发动机控制单元，所述发动机控制单元可操作地连接到发动机和点火系统两者，其中发动机控制单元可独立于利用第二点火装置点燃燃料而利用第一点火装置点燃气缸的燃料。所述发动机控制单元确定第一燃烧状况的发生并且响应于第一燃烧状况的发生：(i)利用第一点火装置和第二点火装置两者点燃用于燃烧的燃料；或者(ii)仅利用第二点火装置点燃用于燃烧的燃料。发动机控制单元确定第二燃烧状况并且响应于第二燃烧状况，仅利用第一点火装置点燃燃料。

提供本概述是为了介绍以下在说明性实施方案中进一步描述的一些概念。本概述并非意图确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也非意图用作限制所要求保护的主题的范围的辅助内容。根据以下描述和附图，另外的实施方案、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。

附图说明

本文的描述参考了附图，其中贯穿若干视图，相同的附图标记指代相同的部分，并且在附图中：

图1是车辆系统的示意图。

图2是用于利用图1的车辆系统的第一点火装置和/或第二点火装置点燃燃料的过程的框图。

图3是包括多个第一燃烧状况的表。

图4是包括针对第一燃烧状况的多个冷起动事件状况的表。

图5是包括多个第二燃烧状况的表。

具体实施方式

为了促进理解本发明的原理的目的，现在将参考附图所示的实施方案并且将使用具体的语言来描述附图所示的实施方案。然而将理解，不意图由此限制本发明的范围，如本发明所属领域的技术人员通常将想到的，本文考虑到了所示的实施方案的任何变更和进一步修改，以及如本文所述的本发明的原理的任何进一步应用。

参考图1，该图为车辆系统100的示意图。如图所示，车辆系统100包括发动机102、发动机控制单元104和点火系统106。点火系统106包括用于点燃气缸124的预燃烧室122中的燃料的第一点火装置120。点火系统106还包括用于点燃气缸124的主燃烧室128中的燃料的第二点火装置126。应当理解，车辆系统100的所示配置和部件仅仅是一个实例，并且本公开考虑到可利用各种不同的车辆系统100和相关联的部件。

可使用各种发动机，例如，用于发动机102的内燃机。发动机102的操作可引起点火系统106的操作。发动机控制单元104(其可被配置为控制车辆系统100的各个操作方面)可以多种方式来实现。发动机控制单元104可执行限定各种控制、管理和/或调节功能的操作逻辑。操作逻辑可以为存储在非暂时性存储器中的一个或多个微控制器或微处理器例程、专用硬件(诸如硬连线状态机)、模拟计算机器、各种类型的编程指令的形式和/或如本领域技术人员将想到的其他形式。

另外，发动机控制单元104可被提供为单个部件或可操作地耦合的部件的集合，并且可包括数字电路、模拟电路或这两种类型的混合组合。当具有多部件形式时，发动机控制单元104可具有一个或多个部件，所述一个或多个部件相对于其他部件以分布式布置远程地定位。发动机控制单元104可包括多个处理单元，所述多个处理单元被布置为在管线处理布置、并行处理布置等中独立地操作。在一个实施方案中，发动机控制单元104包括若干个固态集成电路类型的可编程微处理单元，这些可编程微处理单元分布在整个车辆系统100中，各自包括一个或多个处理单元和非暂时性存储器。对于所描绘的实施方案，发动机控制单元104包括计算机网络接口，以便于使用标准控制器局域网(CAN)通信等在各种系统控制单元之间进行通信。应当理解，发动机控制单元104的所描绘的模块或其他组织单元是指执行所指示的操作的某些操作逻辑，所述操作逻辑可在发动机控制单元104的物理上分开的控制器中实现和/或可在同一控制器中虚拟地实现。

本文的包括模块和/或组织单元的描述强调了发动机控制单元104的各方面的结构独立性，并且说明了发动机控制单元104的操作和职责的一个分组。执行类似整体操作的其他分组被理解为也在本申请的范围内。模块和/或组织单元可以硬件实现和/或作为非瞬态计算机可读存储介质上的计算机指令实现，并且可分布在各种硬件或基于计算机的部件上。

发动机控制单元104的模块和/或组织单元的示例性和非限制性实施元件包括：提供本文所确定的任何值的传感器；提供作为本文所确定的值的前身的任何值的传感器；数据链路和/或网络硬件，其包括通信芯片、振荡晶体、通信链路、电缆、双芯绞合线、同轴线、屏蔽线、发射器、接收器和/或收发器；逻辑电路；硬连线逻辑电路；可重配置逻辑电路，其处于根据模块规范配置的特定非瞬态状态；任何致动器，其至少包括电气致动器、液压致动器或气动致动器；螺线管；运算放大器；模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)；和/或数字控制元件。

发动机控制单元104和/或其任何构成处理器/控制器可包括一个或多个信号调节器、调制器、解调器、算术逻辑单元(ALU)、中央处理单元(CPU)、限制器、振荡器、控制时钟、放大器、信号调节器、滤波器、格式转换器、通信端口、钳位电路、延迟装置、存储器装置、模数(A/D)转换器、数模(D/A)转换器和/或如本领域技术人员将想到的用于执行期望通信的不同的电路或功能部件。

如图1所示，发动机控制单元104可操作地连接到车辆系统100的各种部件，这些部件包括例如发动机102、点火系统106和/或各种附件或系统(未示出)。此类连接可允许在发动机控制单元104与车辆系统100的与车辆系统100的操作和性能结合使用的部件之间传送信息、数据和/或命令。

第一点火装置120和第二点火装置126可各自包括火花塞、柴油引燃点火装置、等离子点火装置、激光点火装置、热点火装置、非热点火装置或其他类型的点火装置中的一者。

图2是用于利用车辆系统100的第一点火装置122和/或第二点火装置126点燃燃料的过程的框图。在框200中，发动机控制单元104确定第一燃烧状况。在框204中，发动机控制单元104操作第一点火装置122来点燃预燃烧室122中的燃料，并且操作第二点火装置126来点燃主燃烧室128中的燃料。另选地，在框206中，发动机控制单元104操作第二点火装置126来点燃主燃烧室128中的燃料，其中第一点火装置122不操作。在框208中，如果不满足第一燃烧状况，则发动机控制单元104确定第二燃烧状况。在框210中，发动机控制单元104仅操作第一点火装置122来点燃预燃烧室122中的燃料。

图3示出了第一燃烧状况200，所述第一燃烧状况200包括发动机冷起动事件302、点火装置失效事件304、失火事件306、爆震事件308、不充分燃烧混合物事件310以及低发动机负荷事件312。发动机控制单元104和点火系统106被构造成检测第一燃烧状况200。

现在应如图4所示进一步描述冷起动事件302。冷起动事件302包括参数，诸如发动机冷却剂温度402、发动机机油温度404、发动机转速406、发动机操作状况408和转动起动状况410。可以多种方式确定冷起动事件302，并且可采用不同的标准来进行这种确定。

可采用发动机机油温度404来确定冷起动事件302。当发动机机油温度404小于发动机机油温度阈值时，则存在冷起动事件302。发动机机油的粘度随其温度的降低而增大。在冷起动状况期间，由于发动机机油的粘度，需要明显更多的电池电力来转动起动发动机，因此曲柄转速随着发动机机油温度的降低而降低。

可采用附加的温度来确定冷起动事件302。例如，发动机冷却剂温度402可指示发动机最近是否运行，从而提供对发动机机油温度的间接度量。当发动机冷却剂温度402小于发动机冷却剂温度阈值时，则存在冷起动事件302。一般来讲，发动机机油温度404主要随发动机输出而变化，而发动机冷却剂温度402随发动机输出、气流和散热器容量而变化。因此，发动机机油温度404在很大程度上与发动机冷却剂温度402无关，除了当机油温度404变热时，冷却剂温度402很可能变热。

另选地或除此之外，可采用发动机转速406来确定冷起动事件302。冷起动事件302还包括发动机转速406小于发动机转速阈值，在这种情况下，控制器温度将小于环境空气温度。

另选地或除此之外，可采用发动机操作状况408来确定冷起动事件302。发动机操作状况408包括发动机处于关闭或非操作状况。

另选地或除此之外，可采用转动起动状况410来确定冷起动事件302。转动起动状况410包括曲轴转速小于阈值转速。低的电池电压可促成包括曲轴转速小于阈值转速的转动起动状况410。

图5示出了第二燃烧状况208，所述第二燃烧状况208包括来自第一燃烧状况200的状况与相应阈值的比较。发动机控制单元104和点火系统106被构造成检测现在应进一步描述的第二燃烧状况208。第二燃烧状况208包括一个或多个参数，诸如发动机冷却剂温度402、发动机机油温度404、发动机转速406、发动机操作状况408和转动起动状况410。发动机冷却剂温度402大于发动机冷却剂温度阈值，发动机机油温度404大于发动机机油温度阈值，发动机转速406大于发动机转速阈值，发动机操作状况408处于发动机102的操作或运行状况，并且转动起动状况410包括曲轴转速大于阈值转速。响应于第二燃料状况208，发动机控制单元104仅操作第一点火装置122来点燃预燃烧室122中的燃料。

如先前所提及的，第一燃烧状况200还可包括点火装置失效事件304。点火装置失效事件304包括第一点火装置120未能点燃气缸124的预燃烧室122中的燃料。

如先前所提及的，第一燃烧状况200还可包括失火事件306。失火事件306包括第一点火装置120或第二点火装置126在发动机102的操作状况期间未适当点火。在一种形式中，发动机控制单元104可在与气缸124相关联的一个燃烧循环中禁用点火系统106，并且在一个燃烧循环完成之后，重新启用点火系统106来利用第一点火装置120和第二点火装置126中的两者或一者点燃燃料，来操作发动机102。

第一燃烧状况200还可包括爆震事件308。在发动机102的操作期间产生的爆震的存在可至少部分地归因于缸内温度和所使用的燃料的特性。燃烧事件期间的缸内温度一般也可能与氮氧化物(NO_x)的存在和氮氧化物量的潜在增加相关。此外，随着缸内温度的增加，发动机爆震的情况和所产生的NO_x的量也都可能会增加。

第一燃烧状况200还可包括不充分燃烧混合物事件310。不充分燃烧混合物事件310是响应于燃烧混合物的空燃比、λ传感器输出和发动机排出的NOx传感器输出中的至少一项而确定的稀燃烧混合物事件。

第一燃烧状况200还可包括低发动机负荷事件312。发动机负荷事件312包括以下一项或多项：发动机负荷小于发动机负荷阈值；进气歧管压力小于进气歧管压力阈值；以及气缸压力小于气缸压力阈值。

发动机控制单元104可与点火系统106一起操作以确定主燃烧室128中的电离状况。具体地，第二点火装置126可作为离子传感器操作以确定主燃烧室128中的电离状况。这样，第二点火装置126检测主燃烧室128中的燃料燃烧的质量、燃料燃烧的开始以及峰值压力位置。

考虑了本公开的各个方面。根据一个方面，一种方法包括：确定内燃机的第一燃烧状况；点火系统，所述点火系统包括用于点燃气缸的预燃烧室中的燃料的第一点火装置和用于点燃所述气缸的主燃烧室中的燃料的第二点火装置；以及发动机控制单元，所述发动机控制单元被配置为独立于第二点火装置而利用第一点火装置发起点火；以及响应于第一燃烧状况：(i)利用第一点火装置和第二点火装置点燃燃料；或者(ii)利用第二点火装置点燃燃料，来操作发动机，而无需利用第一点火装置点燃燃料。

在一个实施方案中，所述方法包括：确定与内燃机的操作相关联的第二燃烧状况的发生；以及响应于第二燃烧状况，仅利用第一点火装置点燃燃料来操作发动机。在所述实施方案的改进中，第一燃烧状况包括以下至少一项：发动机冷起动事件、点火装置失效事件、失火事件、爆震事件、不充分燃烧混合物事件以及低发动机负荷事件。在所述实施方案的另一改进中，第一燃烧状况包括发动机冷起动事件，其中冷起动事件响应于以下一项或多项来确定：发动机冷却剂温度小于发动机冷却剂温度阈值；发动机机油温度小于发动机机油温度阈值；发动机转速小于发动机转速阈值；内燃机的运行状态为关闭状态；以及内燃机的转动起动状况指示曲轴转速小于阈值转速。在所述实施方案的又一改进中，第二燃烧状况包括以下一项或多项：发动机冷却剂温度大于发动机冷却剂温度阈值；发动机机油温度大于发动机机油温度阈值；发动机转速大于发动机转速阈值；发动机处于运行状态；以及转动起动状况指示曲轴转速大于阈值转速。

在一个实施方案中，第一燃烧状况为点火装置失效事件，并且点火装置失效事件包括第一点火装置未能点燃预燃烧室中的燃料。在所述实施方案的改进中，第一燃烧状况为失火事件。在所述实施方案的另一改进中，第一燃烧状况为不充分燃烧混合物事件，并且不充分燃烧混合物事件是响应于燃烧混合物的空燃比、λ传感器输出和发动机排出的NOx传感器输出中的至少一项而确定的稀燃烧混合物事件。在所述实施方案的又一改进中，在检测到失火事件时，在与气缸相关联的一个燃烧循环中禁用点火系统；并且在一个燃烧循环完成之后，重新启用点火系统以利用第一点火装置和第二点火装置两者点燃燃料来操作发动机。

在一个实施方案中，还包括利用第二点火装置确定主燃烧室中的电离状况。

在一个实施方案中，第一点火装置和第二点火装置包括火花塞、柴油引燃点火装置、等离子点火装置、激光点火装置、热点火装置或非热点火装置中的一者。

在另一方面，一种系统包括：内燃机；点火系统，所述点火系统包括与气缸的预燃烧室相关联的第一点火装置和与气缸的主燃烧室相关联的第二点火装置；发动机控制单元，所述发动机控制单元可操作地连接到内燃机和点火系统两者，所述发动机控制单元被配置为独立于利用第二点火装置点燃燃料而利用第一点火装置点燃气缸的燃料；其中发动机控制单元被配置为确定与发动机的操作状况相关联的至少一个燃烧状况的发生，所述发动机控制单元还被配置为响应于至少一个燃烧状况的发生：(i)利用第一点火装置和第二点火装置两者点燃用于燃烧的燃料；或者(ii)仅利用第二点火装置点燃用于燃烧的燃料，来操作发动机。

在一个实施方案中，所述系统包括发动机控制单元，所述发动机控制单元被配置为确定与发动机的操作相关联的至少一个第二燃烧状况的发生；并且其中发动机控制单元还被配置为响应于第二燃烧状况，仅利用第一点火装置点燃燃料来操作发动机。

在一个实施方案中，至少一个燃烧状况包括以下一项或多项：发动机冷起动事件、点火装置失效事件、失火事件、爆震事件、不充分燃烧混合物事件以及发动机负荷事件。在一个改进中，至少一个燃烧状况为发动机冷起动事件，并且发动机冷起动事件响应于以下一项或多项来确定：发动机冷却剂温度小于发动机冷却剂温度阈值；发动机机油温度小于发动机机油温度阈值；发动机转速小于发动机转速阈值；内燃机的运行状态为关闭状态；以及转动起动状况指示曲轴转速小于阈值转速。

在一个实施方案中，第二燃烧状况包括以下一项或多项：发动机冷却剂温度大于发动机冷却剂温度阈值；发动机机油温度大于发动机机油温度阈值；发动机转速大于发动机转速阈值；内燃机的运行状态为打开状态；以及转动起动状况指示曲轴转速大于阈值转速。

在一个实施方案中，第一燃烧状况为点火装置失效事件，并且点火装置失效事件为第一点火装置未能点燃预燃烧室中的燃料。

在一个实施方案中，第一燃烧事件为失火事件，并且发动机控制单元被配置为：检测失火事件并且在与气缸相关联的一个燃烧循环中禁用点火系统；并且在一个燃烧循环完成之后，发动机控制单元被配置为重新启用点火系统以利用第一点火装置和第二点火装置两者点燃燃料来操作发动机。

在一个实施方案中，第一燃烧事件为不充分燃烧混合物事件，并且不充分燃烧混合物事件是响应于空燃比、λ传感器输出和NOx传感器输出中的至少一项而确定的稀燃烧混合物事件。

在一个实施方案中，发动机控制单元被配置为响应于失火事件而禁用点火系统，并且发动机控制单元被配置为响应于确定失火事件已结束而启用点火系统来利用第一点火装置和第二点火装置两者点燃燃料。

在一个实施方案中，发动机负荷事件包括发动机负荷小于发动机负荷阈值、进气歧管压力小于进气歧管压力阈值和气缸压力小于气缸压力阈值。

在一个实施方案中，第二点火装置还被配置为感测燃烧室中的电离状况。

在一个实施方案中，第一点火装置和第二点火装置包括火花塞、柴油引燃点火装置、等离子点火装置、激光点火装置、热点火装置或非热点火装置中的一者。

虽然在附图和先前描述中已详细示出和描述了本发明，但这些在性质上应被认为是说明性的而非限制性的，应当理解，仅示出和描述了某些示例性实施方案。本领域技术人员将理解，在实质上不脱离本发明的情况下，在示例实施方案中可进行许多修改。因此，所有这样的修改意图被包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。

在阅读权利要求时，可以预期的是，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，不意图将权利要求限制为仅一项，除非权利要求中明确相反地说明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，项可包括一部分和/或整个项，除非明确相反地说明。

应当理解，本文中的任何权利要求要素都不得根据35 U.S.C.§112(f)的条款进行解释，除非使用短语“用于...的装置”来明确地叙述所述要素。上面描述的示意性流程图和方法示意图一般被阐述为逻辑流程图。这样，所描绘的次序和所标记的步骤表示代表性实施方案。可以设想在功能、逻辑或效果上与示意图中示出的方法的一个或多个步骤或所述方法的一部分等效的其他步骤、排序和方法。另外，贯穿本说明书对“一个实施方案”、“实施方案”、“示例实施方案”或类似语言的提及是指结合实施方案所描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施方案中”、“在实施方案中”、“在一个示例实施方案中”及类似语言的出现可以但不一定都指同一实施方案。

另外，所采用的格式和符号被提供来解释示意图的逻辑步骤，并且被理解为不限制由示意图示出的方法的范围。尽管在示意图中可采用各种箭头类型和线类型，但它们应理解为不限制对应方法的范围。实际上，一些箭头或其他连接符可能仅用于指示所述方法的逻辑流程。例如，箭头可指示所描绘的方法的列举步骤之间的未指定持续时间的等待或监视时段。另外，特定方法的发生次序可能严格遵守，也可能没有严格遵守所示对应步骤的次序。还应当指出的是，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可由执行规定的功能或操作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和程序代码的组合来实现。