用于在预燃室系统中进行点火线圈多路复用的系统和方法

文档序号:482765 发布日期:2022-01-04 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 用于在预燃室系统中进行点火线圈多路复用的系统和方法 (System and method for ignition coil multiplexing in a precombustor system ) 是由 克里斯·保罗·格鲁格拉 迈克尔·达米安·切卡拉 于 2021-06-24 设计创作,主要内容包括:本公开提供了“用于在预燃室系统中进行点火线圈多路复用的系统和方法”。提供了用于基于发动机工况来调整发动机系统中的多路复用的点火信号的方法和系统,所述发动机系统的每个气缸包括主燃室火花塞和预燃室系统。在一个示例中,一种方法可以包括将火花信号多路复用到第一火花塞、第二火花塞、第三火花塞和第四火花塞,所述第一火花塞联接到第一气缸的预燃室,所述第二火花塞联接到第二气缸的预燃室,所述第三火花塞联接到所述第一气缸的主燃室,并且所述第四火花塞联接到所述第二气缸的所述主燃室。以这种方式,一个点火线圈可以用于致动联接到单独气缸的两个不同火花塞。(The present disclosure provides &#34;systems and methods for ignition coil multiplexing in a precombustor system. Methods and systems are provided for adjusting multiplexed ignition signals in an engine system based on engine operating conditions, each cylinder of the engine system including a main combustion chamber spark plug and a prechamber system. In one example, a method may include multiplexing a spark signal to a first spark plug coupled to a pre-chamber of a first cylinder, a second spark plug coupled to a pre-chamber of a second cylinder, a third spark plug coupled to a main combustion chamber of the first cylinder, and a fourth spark plug coupled to the main combustion chamber of the second cylinder. In this way, one ignition coil may be used to actuate two different spark plugs coupled to separate cylinders.)

用于在预燃室系统中进行点火线圈多路复用的系统和方法

技术领域

本说明书总体上涉及用于具有预燃室系统的发动机的方法和系统。

背景技术

内燃发动机在气缸内燃烧空气/燃料混合物以产生扭矩,所述扭矩可以用于推进车辆。在一些此类发动机中,点火火花用于在压缩冲程期间点燃每个气缸内的空气-燃料混合物。例如,每个气缸可以包括用于直接点燃气缸内的空气-燃料混合物的火花塞。在其他示例中,气缸内的空气-燃料混合物可以被来自预燃烧腔室(在本文中称为预燃室)的热气体和火焰射流点燃。预燃室可以是位于气缸的余隙容积中的壁围腔室,并且可以包括火花塞、O2或空气喷射器以及燃料喷射器。在发动机操作期间,将第一空气-燃料混合物引入预燃室中,并且将第二空气-燃料混合物引入气缸中。当指示预燃室点火时,预燃室中的火花塞致动,从而点燃第一空气-燃料混合物。当第一空气-燃料混合物燃烧时,火焰和热气体射流可以离开预燃室并经由预燃室壁中的一个或多个孔进入气缸。这些射流点燃气缸中的第二空气-燃料混合物以产生扭矩。

在一些工况期间,预燃室点火可以提供性能和效率提高。例如,具有预燃室点火的气缸可以在更高(例如,更稀)的空燃比(AFR)下操作,这可以导致具有预燃室点火的气缸中的燃料消耗较少。在其他示例中,具有预燃室点火的气缸可由于气缸中增加的燃烧速率而产生更多的功率。

然而,在诸如低发动机负荷操作的一些工况期间,例如预燃室系统可能经历增加的性能问题,诸如发动机爆震和失火。为了解决在某些发动机工况期间与预燃室点火相关联的问题,一些预燃室系统还可以包括气缸(例如,主燃室)火花塞,所述气缸火花塞可以另外或替代地在一些发动机操作模式期间提供点火火花。作为示例,在低负荷操作期间,使气缸火花塞点火可以引发气缸中的燃烧,而在高负荷操作期间,预燃室燃烧事件可以引发气缸中的燃烧。此外,在一些工况下,气缸火花塞和预燃室燃烧事件两者都可以用于引发气缸中的燃烧。然而,在每个气缸中包括另外的火花塞通常需要两倍之多的点火线圈,这可能增加生产和维修成本。例如,另外的点火线圈可能增加车辆系统的成本和复杂性。此外,每个点火线圈可能需要与车辆控制器分开的通信信道,这可能增加在发动机操作期间使用的控制器处理资源的量。

发明内容

本文发明人已经有利地认识到上述问题并已经开发出一种至少部分地解决它们的方法。在一个示例中,可以通过一种方法来解决上述问题,所述方法包括:将火花信号多路复用到第一火花塞、第二火花塞、第三火花塞和第四火花塞,所述第一火花塞联接到第一气缸的预燃室,所述第二火花塞联接到第二气缸的预燃室,所述第三火花塞联接到所述第一气缸的主燃室,并且所述第四火花塞联接到所述第二气缸的主燃室。以这种方式,可以减少点火系统中的点火线圈的数量,从而降低成本和复杂性,同时可以增加点火系统的灵活性,从而在宽范围的工况下提高发动机性能。

作为一个示例,将火花信号多路复用到第一火花塞、第二火花塞、第三火花塞和第四火花塞可以包括经由第一点火线圈致动第一火花塞和第二火花塞两者并且经由第二点火线圈致动第三火花塞和第四火花塞两者。因此,第一点火线圈可以联接到两个主燃室火花塞(例如,第一火花塞和第二火花塞),而第二点火线圈联接到两个预燃室火花塞(例如,第三火花塞和第四火花塞)。例如,第一气缸和第二气缸可以形成气缸对。因此,向第一点火线圈提供一定量的电压可以致动第一气缸和第二气缸中的每一者中的主燃室火花塞,并且向第二点火线圈提供一定量的电压可以致动第一气缸和第二气缸中的每一者中的预燃室火花塞。例如,经由第二点火线圈提供的电压量相对于经由第一点火线圈提供的电压量可以是较低的。具体地,用于点燃预燃室空气-燃料混合物的电压量相对于用于点燃主燃室空气-燃料混合物的电压量可以是较低的。例如,所述方法还可以包括基于发动机工况在第一模式、第二模式和第三模式中的一者之间进行选择;响应于选择第一模式而以第一模式操作;响应于选择第二模式而以第二模式操作;以及响应于选择第三模式而以第三模式操作。

作为示例,基于发动机工况在第一模式、第二模式和第三模式中的一者之间进行选择可以包括响应于发动机负荷低于阈值发动机负荷和发动机温度低于阈值发动机温度中的至少一者而选择第一模式;响应于发动机负荷高于阈值发动机负荷和发动机温度高于阈值发动机温度中的至少一者而选择第二模式;以及响应于排气再循环(EGR)量超过EGR阈值量而选择第三模式。因此,控制器可以基于发动机工况在三种模式之间转换,以便向第一气缸和第二气缸中的每一者提供点火源,同时保持所述气缸中的每一者的燃烧稳定性。作为另一个示例,以第一模式操作可以包括:通过在第一发动机位置致动第一点火线圈来经由第一火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第二火花塞向第二气缸提供消耗性火花,所述第一发动机位置在第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程期间;以及通过在第二发动机位置致动第一点火线圈来经由第二火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第一火花塞向第一气缸提供消耗性火花,所述第二发动机位置在第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程期间。因此,以第一点火模式操作可以包括经由主燃室火花塞(例如,第一火花塞和第二火花塞)向气缸提供点火。作为另一个示例,以第二模式操作可以包括:通过在第一发动机位置致动第二点火线圈来经由第三火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第四火花塞向第二气缸提供消耗性火花,所述第一发动机位置在第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程期间;以及通过在第二发动机位置致动第二点火线圈来经由第四火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第三火花塞向第一气缸提供消耗性火花,所述第二发动机位置在第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程期间。因此,以第二模式操作可以包括经由预燃室火花塞(例如,第三火花塞和第四火花塞)向气缸提供点火。

作为又一示例,以第三模式操作可以包括:基于发动机工况在多个子模式中的一个之间进行选择,所述多个子模式包括第一子模式、第二子模式和第三子模式;在第一发动机位置处,通过在第一发动机位置致动第一点火线圈来经由第一火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第二火花塞向第二气缸提供消耗性火花;在第二发动机位置处,通过在第二发动机位置致动第二点火线圈,经由第三火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第四火花塞向第二气缸提供消耗性火花;在第三发动机位置处,通过在第三发动机位置致动第一点火线圈,经由第二火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第一火花塞向第一气缸提供消耗性火花;以及在第四发动机位置处,通过在第四发动机位置致动第二点火线圈,经由第四火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第三火花塞向第一气缸提供消耗性火花。例如,第一发动机位置和第二发动机位置两者可以在第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程期间,基于选定的子模式来确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数。此外,第三发动机位置和第四发动机位置两者可以在第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程期间,例如,基于选定的子模式来确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数。因此,以第三模式操作可以包括通过在每个气缸的压缩冲程期间使每个气缸的预燃室火花塞和主燃室火花塞两者点火来向气缸提供点火。作为一个示例,所述方法还可以包括:响应于选择第一子模式,而确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数为零,并且确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数为零;响应于选择第二子模式,而确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数小于零,并且确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数小于零;以及响应于选择第三子模式,确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数大于零,并且确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数大于零。

以这种方式,包括多路复用的预燃室和主燃室点火系统的系统可以基于发动机工况以多种点火模式操作,以便为期望的发动机性能提供期望的燃烧特性。通过将第一气缸的预燃室火花塞多路复用到第二气缸的预燃室火花塞并且将第一气缸的主燃室火花塞多路复用到第二气缸的主燃室火花塞,可以减少系统中所包括的点火线圈的总数量,从而降低发动机系统的成本和复杂性。此外,因为联接到预燃室火花塞的点火线圈相对于联接到主燃室火花塞的点火线圈可以提供较低的功率输出,所以可以使用较低成本的电缆,从而进一步降低系统的成本和复杂性。此外,例如,通过基于发动机工况(诸如发动机负荷)调整预燃室火花塞和主燃室火花塞的相对致动正时,可以增加气缸燃烧速率,这可以增加发动机的功率输出和燃料效率,同时可以降低失火的发生率。

应当理解,提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在

具体实施方式

中进一步描述的一系列概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或本质特征,所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外,所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了车辆系统的发动机中具有预燃室系统的气缸的示意图。

图2示出了具有多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机系统中的火花塞和点火线圈配置的示意图。

图3描绘了用于操作具有多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机的示例性方法。

图4描绘了用于操作气缸的预燃室的示例性方法。

图5A至图5B示出了用于以第一点火模式操作具有预燃室系统和多路复用的点火线圈的发动机的示例性火花模式。

图6A至图6B示出了用于以第二点火模式操作具有预燃室系统和多路复用的点火线圈的发动机的示例性火花模式。

图7A至图7B示出了用于以第三点火模式操作具有预燃室系统和多路复用的点火线圈的发动机的第一示例性火花模式。

图8A至图8B示出了用于以第三点火模式操作具有预燃室系统和多路复用的点火线圈的发动机的第二示例性火花模式。

图9A至图9B示出了用于以第三点火模式操作具有预燃室系统和多路复用的点火线圈的发动机的第三示例性火花模式。

图10示出了以根据发动机工况选择的不同点火模式操作具有多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机的预示性示例性时间线。

具体实施方式

以下描述涉及用于操作具有多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机的系统和方法。发动机的每个气缸可以具有气缸配置,所述气缸配置包括直接联接到气缸的主燃室火花塞和包括燃料喷射器、预燃室火花塞和空气喷射器的主动预燃室,诸如图1所示。此外,点火系统可以被配置成使得第一点火线圈向第一气缸的预燃室火花塞和第二气缸的预燃室火花塞两者提供电压,而第二点火线圈向第一气缸的主燃室火花塞和第二气缸的主燃室火花塞两者提供电压,如图2所示。为了提高发动机性能,可以根据图3的方法来操作具有多路复用的点火线圈的点火系统以基于发动机工况提供预燃室和/或主燃室火花点火。例如,可以操作预燃室以根据图4的方法向气缸提供点火源。图5A至图9B示出了可以被选择来经由预燃室点火、主燃室火花点火或两者来点燃气缸内的空燃比的不同示例性火花模式,而图10示出了用于基于发动机工况来调整选定的火花模式的预示性示例性时间线。

现在转向附图,图1示出了可以包括在车辆5中的内燃发动机10的单个气缸130的局部视图。内燃发动机10可以是多缸发动机。气缸(例如,燃烧室)130包括冷却剂套筒114和气缸壁132,其中活塞136定位在所述气缸中并连接到曲轴140。燃烧室130被示出为经由进气门4和进气道22与进气歧管44连通并且经由排气门8和排气道86与排气歧管48连通。包括节流板64的节气门62可以在进气歧管44上游设置在进气通道中,以用于改变提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。

在所描绘的视图中,进气门4和排气门8位于燃烧室130的上部区域处。可以由控制器12使用包括一个或多个凸轮的相应的凸轮致动系统来控制进气门4和排气门8。凸轮致动系统可以利用可变排量发动机(VDE)系统、凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者来改变气门操作。在所描绘的示例中,进气门4由进气凸轮151控制,并且排气门8由排气凸轮153控制。可以分别根据设定的进气门和排气门正时,经由进气门正时致动器101来致动进气凸轮151,并且经由排气门正时致动器103来致动排气凸轮153。在一些示例中,可以分别经由进气门正时致动器101和排气门正时致动器103来停用进气门和排气门。进气凸轮151和排气凸轮153的位置可以分别由凸轮轴位置传感器155和157确定。

在一些示例中,进气门和/或排气门可以通过电动气门致动来控制。例如,气缸130替代地可以包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在另外的其他示例中,可以由共同的气门致动器或致动系统或可变气门正时致动器或致动系统来控制进气门和排气门。各种气门控制系统可以用于改变进气门4和排气门8的正时、打开持续时间和升程。

气缸130可以具有一定压缩比,所述压缩比是在活塞136处于下止点时与上止点时的容积的比率。常规上,压缩比在9:1至10:1的范围内。然而,在使用不同燃料的一些示例中,可以增大压缩比。例如,当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时可能会出现这种情况。如果使用直接喷射,由于直接喷射对发动机爆震的影响,则压缩比也可能会增大。

作为非限制性示例,气缸130被示出为包括气缸燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接地联接到燃烧室130,以便与经由电子驱动器168从控制器12接收到的信号FPW1的脉冲宽度成比例地在所述气缸中直接地喷射燃料。以这种方式,燃料喷射器66提供被认为是将燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)到气缸130中的燃料喷射。在另一个示例中,喷射器66可以是将燃料提供到气缸130上游的进气道中的进气道喷射器。此外,虽然图1示出了燃料经由单个喷射器喷射到气缸,但是发动机可以替代地通过经由多个喷射器(诸如一个直接喷射器和一个进气道喷射器)喷射燃料来操作。例如,进气道喷射器和直接喷射器两者都可以包括在称为进气道燃料和直接喷射(PFDI)的配置中。在这种配置中,控制器12可以改变来自每个喷射器的相对喷射量。

可以从包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统180将燃料输送到燃料喷射器66。替代地,燃料可以由单级燃料泵在较低压力下输送。此外,尽管未示出,但是燃料箱可以包括向控制器12提供信号的压力传感器。燃料系统180中的燃料箱可以保持具有不同燃料品质(诸如不同燃料成分)的燃料。这些差异可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料共混物和/或它们的组合等。具有不同的汽化热的燃料的一个示例包括作为具有较低汽化热的第一燃料类型的汽油和作为具有较高汽化热的第二燃料类型的乙醇。在另一个示例中,发动机可以使用汽油作为第一燃料类型并使用含醇燃料共混物(诸如E85(其为约85%的乙醇和15%的汽油)或M85(其为约85%的甲醇和15%的汽油))作为第二燃料类型。其他可行物质包括水、甲醇、乙醇与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇的混合物等。以这种方式,空气和燃料被输送到气缸130,其可以产生可燃空气-燃料混合物。

在气缸的单个循环期间,燃料可以由燃料喷射器66输送到气缸130。此外,从气缸燃料喷射器66输送的燃料的分配和/或相对量可以随工况变化。此外,对于单个燃烧事件,可以每循环执行输送的燃料的多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或者它们的任何适当组合期间执行多次喷射。

在图1所示的示例中,发动机10的每个气缸130包括用于引发燃烧和/或提高燃烧性能的预燃室138。预燃室138由预燃室壁139限定,并且包括预燃室火花塞92、空气喷射器94和预燃室燃料喷射器96。空气喷射器94可以被配置为将空气和/或氧气喷射到预燃室中。在一些示例中,空气喷射器94是电磁(例如,螺线管)喷射器。环境空气、氧气和另一种可燃气体中的一者或多者可以通过预燃室空气源190输送到空气喷射器94。应当注意,关于预燃室空气源190,术语“空气”在本文中可以是指环境空气、氧气(例如,O2)、氢气(例如,H2)或此类气体的混合物。在一些示例中,预燃室空气源190向空气喷射器94供应来自发动机的进气通道的环境空气。在其他示例中,预燃室空气源190向空气喷射器94供应车辆上产生的O2,其可以存储在加压罐中。预燃室燃料喷射器96被示出为直接地联接到燃烧室138,以与经由电子驱动器172从控制器12接收到的信号FPW2的脉冲宽度成比例地在所述预燃室中直接地喷射燃料。燃料可以通过高压燃料系统180提供给预燃室燃料喷射器96,如上所述。替代地,可以从专用预燃室燃料系统向预燃室燃料喷射器96提供燃料,所述专用预燃室燃料系统可以包括在高压燃料系统180内或与高压燃料系统不同。因此,空气和燃料两者被输送到预燃室138,所述预燃室可以产生具有一定的空燃比(AFR)的空气-燃料混合物,所述空燃比可以不同于气缸130中的AFR。

此外,预燃室壁139可以包括多个开口,诸如图1所示的开口142。开口142在预燃室138与气缸130之间提供孔口,从而将预燃室138的内部流体地联接到气缸130的内部。因而,在一些状况期间,气体可以在预燃室138的内部与气缸130的内部之间流动。例如,气体(例如,空气、燃料和/或残余燃烧气体)可以流过开口142,其方向性和速率基于开口142两端的压力差(例如,预燃室138的内部与气缸130的内部之间的压力差)。开口142(连同预燃室壁139中的任何其他开口)也可以提供从预燃室138到气缸130的点火火焰,如下面将详细描述的。

点火系统88可以在选定操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由预燃室火花塞92向预燃室138提供点火火花。信号SA的正时可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。例如,可以在最大制动扭矩(MBT)正时提供火花以最大化发动机功率和效率。控制器12可以将发动机工况(包括发动机转速、发动机负荷和排气AFR)输入到查找表中,所述查找表可以输出用于输入的发动机工况的对应的MBT正时。在其他示例中,火花可以从MBT延迟以防止爆震的发生。在另外的其他示例中,诸如由于驾驶员需求扭矩的减小或变速器换挡事件,火花可以从MBT延迟以减小发动机扭矩。当预燃室火花塞92向预燃室138提供点火火花时,预燃室内的空气-燃料混合物可以燃烧,增加的燃烧压力经由预燃室壁139中的多个开口(包括开口142)将火焰射流发送到气缸130中。多个开口可以被布置成使得火焰射流均匀地分布在气缸130中。火焰射流可以点燃气缸130中的空气-燃料混合物,从而引起燃烧。

在图1所示的示例中,发动机10的每个气缸130还包括用于引发和/或增加燃烧速率的主燃室火花塞93(例如,气缸火花塞)。主燃室火花塞98直接联接到气缸的主燃室(例如,燃烧室130)。点火系统88可以在选定的操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由主燃室火花塞93向气缸130提供点火火花。信号SA的正时可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。因此,在图1所示的示例中,气缸130包括用于引发燃烧的两个不同的点火源(例如,预燃室138和主燃室火花塞93)。两个不同的点火源中的一个或两个可以用于在发动机操作期间燃烧气缸中的空气-燃料混合物,诸如根据图3的方法。

在燃烧之后,来自预燃室138和气缸130的排气的混合物可以经由打开排气门8从气缸130排放到排气歧管48。排气传感器128被示出为在排放控制装置178的上游联接到排气歧管48,所述排放控制装置联接在排气通道135内。例如,排气传感器128可以从用于提供排气AFR的指示的各种合适的传感器中选择,例如诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化器、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者它们的组合。

外部排气再循环(EGR)可以经由高压EGR系统83提供给发动机,从而经由EGR通道81将来自排气通道135中的较高压力区的排气输送到节流阀62下游的进气歧管44中的较低压力区。可以通过控制器12经由EGR阀80来改变提供给进气歧管44的EGR的量。例如,控制器12可以被配置为致动和调整EGR阀80的位置以调整流过EGR通道81的排气量。EGR阀80可以在其中通过EGR通道81的排气流动受阻的完全关闭位置和其中通过EGR通道的排气流动被允许的完全打开位置之间进行调整。作为示例,EGR阀80可以在完全关闭位置与完全打开位置之间连续地变化。因而,控制器可以增大EGR阀80的打开程度以增加提供给进气歧管44的EGR量,以及减小EGR阀80的打开程度以减少提供给进气歧管44的EGR量。作为示例,EGR阀80可以是电子激活的电磁阀。在其他示例中,EGR阀80可以由内置的步进马达定位,所述步进马达可以由控制器12致动以通过一系列离散步长(例如,52步)调整EGR阀80的位置,或者EGR阀80可以是另一种类型的流量控制阀。此外,EGR可以经由穿过EGR通道81内的EGR冷却器85被冷却。例如,EGR冷却器85可以将来自EGR气体的热量排出到发动机冷却剂。

在一些状况下,EGR系统可以用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。此外,可能期望EGR获得期望的发动机稀释,由此提高燃料效率和排放品质,诸如氮氧化合物的排放。作为示例,可以在低到中等发动机负荷时请求EGR。因此,可能期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可以布置在EGR通道81内,并且可以提供例如排气的质量流量、压力和温度中的一者或多者的指示。另外,在排放控制装置178达到其起燃温度之后,可能需要EGR。所请求的EGR量可以基于发动机工况,所述发动机工况包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。例如,控制器12可以参考查找表,所述查找表以发动机转速和负荷作为输入并输出与输入的发动机转速-负荷相对应的期望的EGR量。在另一个示例中,控制器12可以通过直接考虑诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的参数的逻辑规则来确定期望的EGR量(例如,期望的EGR流率)。在另外的其他示例中,控制器12可以依靠使发动机负荷的变化与稀释需要的变化相关并进一步使稀释需要的变化与所请求的EGR量的变化相关的模型。例如,当发动机负荷从低负荷增加到中等负荷时,所请求的EGR量可以增加,然后随着发动机负荷从中等负荷增加到高负荷,所请求的EGR量可以降低。控制器12还可以通过考虑针对期望的稀释速率的最佳燃料经济性映射来确定所请求的EGR量。在确定所请求的EGR量之后,控制器12可以参考查找表,所述查找表以所请求的EGR量作为输入并以与要施加到EGR阀的打开程度相对应(例如,如发送到步进马达或其他阀致动装置)的信号作为输出。

发动机10可以至少部分地由控制器12以及来自车辆操作员113的经由加速踏板116和加速踏板位置传感器118以及经由制动踏板117和制动踏板位置传感器119实现的输入控制。加速踏板位置传感器118可以将与加速踏板116的位置相对应的踏板位置信号(PP)发送到控制器12,并且制动踏板位置传感器119可以将与制动踏板117的位置相对应的制动踏板位置(BPP)信号发送到控制器12。控制器12在图1中被示出为微型计算机,其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中被示出为只读存储器106的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。存储介质只读存储器106可以被编程有计算机可读数据,所述计算机可读数据表示可由微处理器102执行以用于执行本文中所述的方法和程序以及预期但未具体地列出的其他变型的指令。

控制器12除了接收先前讨论的那些信号之外还可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号,包括来自质量空气流量传感器46的进气质量空气流量(MAF)的测量结果;来自联接到冷却剂套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);来自排气传感器128的信号EGO,所述信号EGO可以由控制器12使用来确定排气的AFR;来自联接到排气通道135的温度传感器158的排气温度信号(EGT);来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP);来自联接到节气门62的节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自联接到进气歧管44的岐管压力信号(MAP)传感器122的绝对MAP。可以由控制器12根据信号PIP产生发动机转速信号RPM。可以使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供对进气歧管中的真空或压力的指示。

基于来自上文提及的传感器中的一者或多者的输入,控制器12可以调整一个或多个致动器,诸如气缸燃料喷射器66、节气门62、主燃室火花塞93、预燃室火花塞92、预燃室燃料喷射器96、预燃室空气喷射器94、进气门/排气门和凸轮等。控制器可以从各种传感器接收输入数据,处理输入数据,并且响应于处理后的输入数据,基于被编程在致动器中的与一个或多个程序相对应的指令或代码触发致动器,其示例关于图3和图4进行了描述。

在一些示例中,车辆5可以是具有可用于一个或多个车轮160的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中,车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在图1所示的示例中,车辆包括发动机10和电机161。电机161可以是马达或马达/发电机,并且因此还可以在本文称为电动马达。电机161从牵引电池170接收电力以将扭矩提供给车轮160。电机161还可以例如在制动操作期间充当发电机以提供电力来对电池170进行充电。

当接合一个或多个离合器166时,发动机10的曲轴140以及电机161经由变速器167连接到车轮160。在所描绘的示例中,在曲轴140与电机161之间提供第一离合器166,并且在电机161与变速器167之间提供第二离合器166。控制器12可以向每个离合器166的致动器发送信号以使所述离合器接合或脱离,以便将曲轴140与电机161以及与其连接的部件连接或断开,和/或将电机161与变速器167以及与其连接的部件连接或断开。变速器167可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置,包括被配置为并联、串联或混联式混合动力车辆。

如上所述,图1仅示出了多缸发动机中的一个气缸。因此,每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、一个或多个燃料喷射器、火花塞等。应当理解,发动机10可以包括任何合适数量的气缸,包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。此外,这些气缸中的每一者可以包括参考气缸130通过图1描述和描绘的各种部件中的一些或全部部件。

现在转向图2,示出了发动机系统200的示例性火花塞配置。在图2的示例中,发动机系统200包括具有四个气缸的多缸发动机,所述四个气缸包括气缸1、气缸2、气缸3和气缸4,以及多路复用的预燃室和主燃室点火系统205。尽管示出了四个气缸,但是在其他示例中,发动机可以具有多于四个气缸(例如,六个气缸)或少于四个气缸(例如,两个气缸)。每个气缸可以与图1所示的气缸130基本上相同,包括主燃室和预燃室。具体地,气缸1包括第一主燃室201和第一预燃室211,气缸2包括第二主燃室202和第二预燃室212,气缸3包括第三主燃室203和第三预燃室213,并且气缸4包括第四主燃室204和第四预燃室214。每个气缸还包括主燃室火花塞和预燃室火花塞。也就是说,气缸1包括联接到第一主燃室202的第一主燃室火花塞221和联接到第一预燃室211的第一预燃室火花塞231,气缸2包括联接到第二主燃室202的第二主燃室火花塞222和联接到第二预燃室212的第二预燃室火花塞232,气缸3包括联接到第三主燃室203的第三主燃室火花塞223和联接到第三预燃室213的第三预燃室火花塞233,并且气缸4包括联接到第四主燃室204的第四主燃室火花塞224和联接到第四预燃室214的第四预燃室火花塞234。

在图2的示例中,多路复用的预燃室和主燃室点火系统205包括四个点火线圈,每个点火线圈向发动机系统200的两个火花塞提供电压。具体地,第一线圈206(“线圈A”)向第一主燃室火花塞221和第四主燃室火花塞224(例如,向气缸1的主燃室火花塞和气缸4的主燃室火花塞)提供电压。此外,第二线圈208(“线圈B”)向第一预燃室火花塞231和第四预燃室火花塞234(例如,向气缸1的预燃室火花塞和气缸4的预燃室火花塞)提供电压。再此外,第三线圈216(“线圈C”)向第二主燃室火花塞222和第三主燃室火花塞223(例如,向气缸2的主燃室火花塞和气缸3的主燃室火花塞)提供电压。此外,第四线圈218(“线圈D”)向第二预燃室火花塞232和第三预燃室火花塞233(例如,向气缸2的预燃室火花塞和气缸3的预燃室火花塞)提供电压。

因此,如图2所示,所述点火线圈中的每一个向不同气缸的火花塞(例如,预燃室火花塞或主燃室火花塞)提供电压,所述配置在本文中被称为“多路复用”。作为示例,每个点火线圈可以通过塞上线圈(例如,COP)连接而连接到第一火花塞,而高压引线可以将线圈连接到第二火花塞。致动点火线圈可以致使连接的火花塞中的每一个点火。例如,线圈A可以经由COP连接向第一主燃室火花塞221提供电压,而高压引线可以进一步将线圈A连接到第四主燃室火花塞224。因此,致动线圈A致使第一主燃室火花塞221和第四主燃室火花塞224基本上同时点火。如本文所使用的,“基本上同时”(或简称为“同时”)可以指无预期延迟地发生的事件。另外或替代地,“基本上同时”(或简称为“同时”)可以指在点火正时的时间标度上具有可忽略的延迟的事件。作为另一个示例,线圈B可以经由COP连接向第一预燃室火花塞231提供电压,而高压引线可以进一步将线圈B连接到第四预燃室火花塞234。因此,致动线圈B致使第一预燃室火花塞231和第四预燃室火花塞234基本上同时点火。

发动机系统200的四个气缸被分组为气缸对。每个气缸对共享两个点火线圈,所述两个点火线圈一起致动气缸对的所有四个火花塞的点火。在图2的示例中,气缸1和气缸4形成第一气缸对,而气缸2和气缸3形成第二气缸对。气缸对根据发动机的点火顺序进行分组,以便在每个气缸的期望冲程期间提供点火。例如,在压缩冲程期间可能需要点火火花以产生扭矩,而在排气冲程期间消耗性火花可能有利于从气缸释放热量。发动机系统200的点火顺序为1-3-4-2,在气缸4处于排气冲程时将气缸1置于压缩冲程(反之亦然),并且在气缸3处于排气冲程时将气缸2置于压缩冲程(反之亦然)。

因此,在气缸1的压缩冲程(例如,气缸4的排气冲程)期间致动线圈A使第一主燃室火花塞221点火以在气缸1中产生点火火花并且使第四主燃室火花塞224点火以在气缸4中产生消耗性火花。类似地,在气缸4的压缩冲程(例如,气缸1的排气冲程)期间致动线圈A使第四主燃室火花塞224点火以在气缸4中产生点火火花并且使第一主燃室火花塞221点火以在气缸1中产生消耗性火花。作为另一个示例,在气缸1的压缩冲程(例如,气缸4的排气冲程)期间致动线圈B使第一预燃室火花塞231点火以在气缸1中产生点火火花并使第四预燃室火花塞234点火以在气缸4中产生消耗性火花。在气缸4的压缩冲程(例如,气缸1的排气冲程)期间致动线圈B使第四预燃室火花塞234点火以在气缸4中产生点火火花并使第一预燃室火花塞231点火以在气缸1中产生消耗性火花。作为又一示例,在气缸2的压缩冲程(例如,气缸3的排气冲程)期间致动线圈C使第二主燃室火花塞222点火以在气缸2中产生点火火花并使第三主燃室火花塞223点火以在气缸3中产生消耗性火花。在气缸3的压缩冲程(例如,气缸2的排气冲程)期间致动线圈C使第三主燃室火花塞223点火以在气缸3中产生点火火花并使第二主燃室火花塞223点火以在气缸2中产生消耗性火花。作为又一示例,在气缸2的压缩冲程期间致动线圈D使第二预燃室火花塞232点火以在气缸2中产生点火火花并使第三预燃室火花塞233点火以在气缸3中产生消耗性火花。在气缸3的压缩冲程期间致动线圈D使第三预燃室火花塞233点火以在气缸3中产生点火火花并使第二预燃室火花塞232点火以在气缸2中产生消耗性火花。每个气缸对的一个或两个线圈可以被致动来向气缸对中的一个气缸提供点火。当两个线圈都被致动时,它们可以同时或以交错的正时致动,其示例将在下面关于图7A至图9B示出。因此,多路复用的预燃室和主燃室点火系统205可以以多个点火模式操作,这将在下面参考图3以及图7A至图9B进行描述。

以这种方式,可以灵活地操作多路复用的预燃室和主燃室点火系统205以产生期望的燃烧性质。作为一个示例,预燃室系统可能在例如低负荷操作期间经历性能问题,诸如失火,这可能导致不期望的噪声、振动和操纵问题。通过除了包括预燃室系统之外还包括主燃室(例如,气缸)火花塞,可以提高气缸燃烧性能。通过多路复用点火线圈并使用单个线圈来点火第一气缸的火花塞和第二不同气缸的火花塞两者,减少点火系统中的点火线圈的数量,从而降低车辆成本和复杂性。

此外,相对于主燃室火花塞,预燃室火花塞可以经由较低电压点火线圈联接到车辆的点火系统。例如,预燃室火花塞(诸如预燃室火花塞231、预燃室火花塞232、预燃室火花塞233和预燃室火花塞234)可以在连接的点火线圈上使用较低功率输出以便点燃空气-燃料混合物。具体地,因为每个气缸的预燃室容积小于每个气缸的主燃室容积,所以每个气缸的预燃室空气-燃料混合物可以相对于每个气缸的主燃室空气-燃料混合物以较小火花点燃。因此,仅联接到预燃室火花塞的点火线圈(例如,诸如线圈B和线圈D)相比于仅联接到主燃室火花塞的点火线圈(例如,诸如线圈A和线圈C)可以是较低电压的点火线圈。因此,在图2的示例中,点火线圈B和点火线圈D是较低电压点火线圈。例如,使用较低电压点火线圈可以降低车辆系统的成本。

图3示出了用于操作具有预燃室点火和主燃室点火(包括多路复用点火线圈)的发动机的示例性方法。虽然将关于图1所示的气缸配置和图2所示的多路复用的预燃室和主燃室点火系统配置来描述方法300,但是方法300可以应用于包括主动预燃室点火和主燃室点火的其他系统中。用于实行方法300和本文中包括的其余方法的指令可以由诸如图1的控制器12的控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来执行。根据下面描述的方法,控制器可以采用发动机的致动器(包括预燃室燃料喷射器(例如,图1的预燃室燃料喷射器96)、预燃室火花塞(例如,图1的预燃室火花塞92)、主燃室火花塞(例如,图1的主燃室火花塞93)、气缸燃料喷射器、气缸气门和预燃室空气喷射器(例如,图1所示的预燃室空气喷射器94))来调整发动机操作。

在302处,方法300包括估计和/或测量工况。工况可以包括例如车辆速度、发动机转速、发动机负荷、发动机温度、排气AFR、EGR阀的位置(其可以给出提供了EGR的量或速率的指示)、加速踏板位置、期望的气缸AFR、期望的预燃室AFR和节气门的位置(例如,节气门位置)。所述工况可以由通信地联接到控制器的一个或多个传感器来测量,或者可以基于可用数据来推断。例如,加速踏板位置可以由加速踏板位置传感器(诸如图1的加速踏板位置传感器118)来测量,而制动踏板位置可以由制动踏板位置传感器(诸如图1的制动踏板位置传感器119)来测量。加速踏板位置和制动踏板位置一起可以指示要求的发动机扭矩量。作为另一个示例,可以基于由排气氧传感器(诸如图1的排气传感器128)检测到的氧水平来确定排气AFR。类似地,可以使用联接到节气门的节气门位置传感器来测量节气门位置。

在304处,方法300包括确定是否在发动机中请求燃烧。在一些示例中,可以在标称发动机操作期间请求燃烧以在每个发动机循环中在至少一个气缸中产生扭矩。例如,点火源可以在气缸的压缩冲程期间点燃每个气缸中的空气-燃料混合物以产生扭矩。对于四冲程发动机,燃烧循环(例如,气缸循环)是指给定气缸的活塞的四冲程移动,所述四个冲程包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程,而发动机循环是指每个气缸以指定的点火顺序经历一个燃烧事件(例如,在发动机曲轴的两次完整旋转或720度曲柄转角内发生)。此外,例如,每个气缸的燃烧循环可以是交错的,使得气缸1的压缩冲程可以与气缸4的排气冲程重合。

如果在304处未请求燃烧,则方法300前进到306并且包括不为燃烧提供点火。例如,当发动机关闭(例如,转速为零)时或在发动机以非零转速操作但暂时中断燃料加注的燃料切断事件期间,可以不请求燃烧。不为燃烧提供点火包括不为了点火气缸中的空气-燃料混合物而致动点火线圈,但是在一些示例中,点火线圈可以出于除点火之外的目的(例如,火花塞加热和/或清洁)而被致动。在306之后,方法300结束。

如果在304处请求燃烧,则方法300前进到308并且包括基于工况选择点火模式。所述点火模式可以从多种可能的点火模式中进行选择,所述点火模式包括:第一点火模式,其中仅主燃室火花塞用于点火;第二点火模式,其中仅预燃室火花塞用于点火;以及第三点火模式,其中主燃室火花塞和预燃室火花塞两者都用于点火。在第三点火模式内,主燃室火花塞和预燃室火花塞的火花正时可以相对于彼此进行调整,如下面在310处将详细描述的,以同时或有序地提供主燃室和预燃室点火火花。此外,每个点火模式指定一个或多个点火线圈,并且由此指定一个或多个火花塞,所述一个或多个火花塞被致动以在给定气缸中产生燃烧。

以每种点火模式操作也产生消耗性火花。如上面关于图2所描述的,气缸被分成气缸对,并且每个气缸对包括控制四个火花塞的点火的两个点火线圈。具体地,第一点火线圈致动气缸对的主燃室火花塞,并且第二点火线圈致动气缸对的预燃室火花塞。因此,致动一个点火线圈产生用于引发燃烧并产生扭矩的一个点火火花(例如,在气缸对的第一气缸的压缩冲程期间)和不引发燃烧或产生扭矩的消耗性火花(例如,在气缸对的第二气缸的排气冲程期间)。因此,第一点火模式包括针对气缸对的每个气缸点火事件,仅用主燃室火花塞在气缸对的一个气缸中产生点火火花并且在气缸对的另一个气缸中产生消耗性火花,第二点火模式包括针对气缸对的每个气缸点火事件,仅用预燃室火花塞在气缸对的一个气缸中产生点火火花并且在气缸对的另一个气缸中产生消耗性火花,并且第三点火模式包括:针对气缸对的每个气缸点火事件,在气缸对的一个气缸中用主燃室火花塞和预燃室火花塞两者来产生点火火花,并且在气缸对的另一个气缸中用主燃室火花塞和预燃室火花塞两者来产生消耗性火花。

每个点火模式可以通过每个火花塞相对于发动机的位置何时点火来进一步限定。在第三点火模式下,每个火花塞(例如,每个气缸的预燃室火花塞和主燃室火花塞两者)可以在发动机循环期间点火两次,而在第一点火模式和第二点火模式下,火花塞(每个气缸的主燃室火花塞或和预燃室火花塞)可以在发动机循环期间点火一次,其中气缸冲程基于给定火花塞是否用于点火而变化,如由是选择了第一点火模式还是选择了第二点火模式来限定。因此,以特定点火模式操作可以产生独特的火花塞点火模式,在本文中也简称为火花模式或点火模式。

用于在不同点火模式之间进行选择的工况可以涉及发动机性能需求和燃烧稳定性,诸如发动机转速、发动机负荷、EGR量、期望的AFR和发动机温度。因此,可以选择点火模式以便实现期望的燃烧特性,诸如期望的燃烧速率。作为示例,通过在第三点火模式下由预燃室火花塞和主燃室火花塞两者提供点火火花,可以增加燃烧速率。因此,控制器可以将发动机工况(例如,发动机转速、发动机负荷、EGR量、期望的AFR和发动机温度)输入到一个或多个查找表、函数或映射图中,所述查找表、函数或映射图可以输出预期在发动机中实现期望的性能特性(诸如期望的燃烧速率)的点火模式。

作为一个示例,可以响应于冷起动状况而选择第一点火模式。例如,当发动机温度低于阈值发动机温度,并且阈值发动机温度是与低于其则发动机处于冷起动状况的发动机温度相对应的非零值时,控制器可以选择第一点火模式。例如,当控制器确定发动机温度低于阈值发动机温度时,控制器可以确定以第一点火模式操作发动机。作为另一个示例,另外或替代地,可以响应于低发动机负荷状况而选择第一点火模式。例如,当发动机负荷低于第一阈值发动机负荷时,控制器可以选择第一点火模式。第一阈值发动机负荷可以是与低于其则指示气缸点火(例如,以第一点火模式操作)的发动机负荷相对应的正的非零值。

作为另一个示例,可以响应于升高催化剂温度的请求而选择第二点火模式。例如,当催化剂温度下降到低于用于催化剂加热的阈值催化剂温度时,控制器可以选择第二点火模式,并且阈值催化剂温度是与低于其则可能请求催化剂加热的催化剂温度相对应的正的非零值。作为示例,当催化剂温度下降到低于用于催化剂加热的阈值催化剂温度时,控制器可以以第二点火模式操作发动机。另外或替代地,可以响应于发动机负荷增加到高于第一阈值发动机负荷,同时保持低于第二阈值发动机负荷,而选择第二点火模式。第二阈值发动机负荷可以是与高于其则指示以预燃室和气缸点火两者操作的发动机负荷相对应的正的非零值。

作为又一个示例,可以响应于高稀释率而选择第三点火模式。例如,当外部EGR系统(例如,诸如图1的高压EGR系统83)向每个气缸提供相对大量的EGR时,发动机可以以高稀释率操作。因此,当EGR阀开度超过阈值EGR阀开度并且阈值EGR阀开度是与大于其则发动机以高稀释率操作的EGR阀开度的量相对应的正的非零值。另外或替代地,作为另一个示例,当发动机负荷超过第二阈值发动机负荷时,可以指示第三点火模式。例如,当发动机负荷超过第二阈值发动机负荷时,可以指示以第三点火模式操作。作为另一个示例,另外或替代地,可以基于发动机瞬态来指示第三点火模式,如下面将详细描述的。

在一些示例中,控制器可以使用另外的状况来在第一点火模式、第二点火模式和第三点火模式之间进行选择。此外,由于第三点火模式包括使用主燃室火花塞和预燃室火花塞两者进行点火,并且因为可以相对于彼此调整主燃室点火火花和预燃室点火火花的正时,所以第三点火模式可以包括三个子模式:第一子模式,其中主燃室火花塞和预燃室火花塞在压缩冲程期间同时点火;第二子模式,其中预燃室火花塞在压缩冲程期间在主燃室火花塞之前点火;以及第三子模式,其中主燃室火花塞在压缩冲程期间在预燃室火花塞之前点火。作为示例,当发动机以高稀释率操作或请求另外的燃烧稳定性时,可以选择第三点火模式的第一子模式。另外或替代地,可以在主燃室中的火花塞引发燃烧并且请求预燃室点火以升高预燃室的温度时的冷起动期间选择第三点火模式的第一子模式。作为另一个示例,当在前一燃烧循环中已经发生缓燃时,或者当请求减少进给气体碳氢化合物时,诸如在燃料切断事件期间,可以选择第三点火模式的第二子模式。另外或替代地,当存在从低负荷操作到高负荷操作的发动机瞬变时,可以选择第三点火模式的第二子模式。作为另一示例,当请求非常快的燃烧速率或指示爆震避免时,可以选择第三点火模式的第三子模式。另外或替代地,当存在从高负荷操作到低负荷操作的发动机瞬变时,可以选择第三模式。作为替代示例,当满足三个子模式的上述状况中的任一个时,可以选择第三点火模式,并且可以调整预燃室点火火花和主燃室点火火花的相对正时(如下面在310处进一步描述的),而不选择特定子模式。在一些示例中,火花点火可以是交错的,以便降低气缸中的燃烧速率,以便减少噪声、振动和操纵(NVH)问题。

在310处,方法300包括确定用于引发燃烧的每个火花塞的期望的火花正时。确定期望的火花正时可以包括确定相对于每个气缸的活塞的位置何时点燃每个气缸中的空气-燃料混合物。具体地,可以基于发动机工况和在308处选择的点火模式相对于最大制动扭矩(MBT)的火花正时来调整期望的火花正时。例如,虽然火花正时可以相对于MBT正时延迟以升高排气温度,但是火花正时也可以提前更接近MBT正时以增加气缸的扭矩输出。作为示例,控制器可以将一个或多个发动机工况(例如,发动机转速、发动机负荷、排气温度、期望的AFR和选定的点火模式)输入到一个或多个查找表、函数或映射图中,以确定点火事件的期望的正时。

期望的火花正时可以包括期望的预燃室火花正时和期望的主燃室火花正时中的一者或多者。例如,当选择第一点火模式时,仅可以确定点火气缸中的期望的主燃室火花正时,即使经由主燃室火花塞使点火火花点火也导致气缸对中的另一个气缸的多路复用的主燃室火花塞同时将消耗性火花点火也是如此。例如,当选择第二点火模式时,仅可以确定在点火气缸中的期望的预燃室火花正时,即使经由预燃室火花塞使点火火花点火也导致气缸对中的另一个气缸的多路复用的预燃室火花塞同时将消耗性火花点火也是如此。当选择了第三点火模式时,可以确定期望的预燃室火花正时和期望的主燃室火花正时两者。

当选择了第三点火模式时,期望的正时可以包括主燃室与预燃室点火事件之间的延迟。在其他示例中,可以确定第一期望的火花正时,并且可以根据第一期望的火花正时和延迟来确定第二期望的火花正时。例如,可以通过将一个或多个发动机工况输入到查找表、函数或映射图中来确定延迟,所述查找表、函数或映射图可以输出主燃室点火火花与预燃室点火火花之间的延迟。所述延迟可以是正的非零值、负的非零值或零。此外,延迟可以是持续时间或曲柄转角度数。再此外,延迟可以限定相对于主燃室火花正时的预燃室火花正时,或者可以限定相对于预燃室火花正时的主燃室火花正时。例如,当延迟限定相对于主燃室火花正时的预燃室火花正时时,正的延迟导致期望的预燃室火花正时从期望的主燃室火花正时延迟(例如,在其之后发生),负的延迟导致期望的预燃室火花正时从期望的主燃室火花正时提前(例如,在其之前发生),并且零延迟导致期望的预燃室火花正时和期望的主燃室火花正时在同一火花正时发生。作为另一个示例,当延迟限定相对于预燃室火花正时的主燃室火花正时时,正的延迟导致期望的主燃室火花正时从期望的预燃室火花正时延迟(例如,在其之后发生),负的延迟导致期望的主燃室火花正时从期望的预燃室火花正时提前(例如,在其之前发生),并且零延迟导致期望的预燃室火花正时和期望的主燃室火花正时在同一火花正时发生。因此,在一些示例中,当两者都用于在单个燃烧循环期间引发燃烧时,期望的预燃室火花正时可以不同于期望的主燃室火花正时。

在312处,方法300包括基于选定的点火模式来调整燃料加注,包括调整输送到预燃室的燃料量和输送到主燃室的燃料量中的一者或多者。例如,控制器可以将选定的点火模式和一个或多个发动机工况(例如,发动机转速、发动机负荷和期望的AFR)输入到一个或多个查找表、映射图或函数中,所述查找表、映射图或函数可以输出预燃室燃料的期望量和主燃室燃料的期望量。作为一个示例,当选择第一点火模式时,预燃室燃料的期望量可以为零,因为预燃室不用于提供点火。作为另一个示例,当选择第一点火模式或第二点火模式时,预燃室燃料的期望量可以是非零的。此外,因为请求了燃烧,所以对于每个点火模式,主燃室燃料的期望量是非零的。

因此,方法300在312处可选地包括操作预燃室以进行预燃室点火,如在314处所指示。如下面将关于图4进一步描述的,操作预燃室不仅可以包括供应期望量的预燃室燃料,而且还可以将空气喷射到预燃室中。然而,当在308处选择的点火模式中不包括预燃室点火时,则可以省略314。

在一个示例中,控制器可以通过调整发送到主燃室燃料喷射器的致动信号(诸如图1所示的FPW1)的脉冲宽度和发送到预燃室燃料喷射器的致动信号(诸如图1所示的FPW2)的脉冲宽度中的一者或两者来调整燃料加注。在一个示例中,当选定的点火模式不包括在气缸的压缩冲程期间操作预燃室时,控制器可以不向预燃室供应燃料,如上所述。在另一个示例中,当选定的点火模式包括在气缸的压缩冲程期间操作预燃室时,控制器可以减少供应到主燃室的燃料量。在一些示例中,当以包括在气缸的排气冲程期间在气缸中提供预燃室火花的点火模式操作时,可以在气缸的排气冲程期间向预燃室提供燃料,使得在排气冲程期间的预燃室火花在排气冲程期间在预燃室中产生燃烧。例如,可以将燃料提供给预燃室并在气缸的排气冲程期间点燃,以便升高预燃室的温度,诸如以提高预燃室中的燃烧稳定性。

在316处,方法300包括根据选定的点火模式和火花正时来致动点火线圈。例如,控制器可以生成控制信号(例如,信号SA),所述控制信号被发送到点火系统(例如,图1的点火系统88)以便以在308处选定的点火模式操作并在于310处确定的火花正时致动适当的点火线圈。参考图2所示的系统并且如上面在308处所述,每个点火线圈连接到气缸对中的不同气缸的至少两个火花塞。对于包括气缸1和气缸4的示例性气缸对,线圈A(例如,第一点火线圈206)连接到气缸1的主燃室火花塞(例如,第一主燃室火花塞221)并连接到气缸4的主燃室火花塞(例如,第四主燃室火花塞224)。此外,线圈B(例如,第二点火线圈208)连接到气缸1的预燃室火花塞(例如,第一预燃室火花塞231)并连接到气缸4的预燃室火花塞(例如,第四预燃室火花塞234)。因此,致动线圈A以通过使气缸1的主燃室火花塞点火在气缸1中产生燃烧(其也经由气缸4的主燃室火花塞在气缸4中产生消耗性火花)和/或通过使气缸4的主燃室火花塞点火在气缸4中产生燃烧(其也经由气缸1的主燃室火花塞在气缸1中产生消耗性火花)。因此,致动线圈B以通过使气缸1的预燃室火花塞点火在气缸1中产生燃烧(其也经由气缸4中的预燃室火花塞在气缸4中产生消耗性火花)和/或通过使气缸4的预燃室火花塞点火在气缸4中产生燃烧(其也经由气缸1的预燃室火花塞在气缸1中产生消耗性火花)。基于在308处选择的点火模式来致动线圈A和线圈B中的一者或两者。

在一些示例中,点火线圈的第一部分在发动机循环期间被致动两次,而点火线圈的第二部分在发动机循环期间(诸如当发动机以第一点火模式操作或以第二点火模式操作时)未被致动。参考图2所示的系统,在第一点火模式期间,仅线圈A和线圈C(例如,联接到主燃室火花塞的点火线圈)可以在发动机循环期间被致动,而在第二模式期间,仅线圈B和线圈D(例如,联接到预燃室火花塞的点火线圈)可以在发动机循环期间被致动。在其他示例中,诸如当发动机以第三点火模式操作时,每个点火线圈在发动机循环期间被致动两次。例如,当以第三点火模式操作时,气缸对的两个点火线圈在发动机循环期间的两个时间有序地或同时致动:在气缸对的第一气缸的压缩冲程期间的第一时间和在气缸对的第二气缸的压缩冲程期间的第二时间。图5A至图9B更详细地示出了在以本文所述的不同点火模式操作时各种点火模式的相对点火线圈致动正时。在316之后,方法300可以结束。

以这种方式,具有多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机系统可以基于发动机工况以不同的点火模式操作,这可以提高发动机的性能和燃料效率。具体地,通过基于发动机工况选择点火模式来调整火花塞点火模式可以调整发动机气缸中的燃烧速率。在一些示例中,方法300可以在标称发动机操作期间连续运行,以便连续地提供点火源以进行燃烧。具有多路复用的点火线圈和预燃室系统的发动机可以比仅具有预燃室系统或仅具有气缸火花塞的发动机更有效地和更可靠地操作。此外,与对于每个预燃室和主燃室火花塞具有单独的点火线圈的发动机相比,这种系统可以具有降低的成本和复杂性。

接下来,图4示出了用于操作发动机的预燃室以在预燃室内燃烧空气-燃料混合物的示例性方法。作为一个示例,操作预燃室为发动机的气缸提供点火源。作为另一个示例,操作预燃室另外或替代地增加气缸中的燃烧速率。将关于图1所示的发动机10和气缸配置来描述方法400,但是方法400可以应用于包括主动预燃室点火的其他系统中。此外,将针对一个预燃室和气缸对描述方法400,但是可以理解,可以针对发动机的每个气缸同时和/或有序地执行方法400。在一个示例中,方法400可以作为图3的方法300的一部分(例如,在314处)由控制器(例如,图1的控制器12)执行。

在402处,方法400包括估计和/或测量工况。工况可以包括例如车辆速度、发动机转速、发动机负荷、发动机温度、排气AFR、加速踏板位置、制动踏板位置和节气门的位置(例如,节气门位置)。所述工况可以由通信地联接到控制器的一个或多个传感器来测量,或者可以基于可用数据来推断。例如,加速踏板位置可以由加速踏板位置传感器(诸如图1的加速踏板位置传感器118)来测量,而制动踏板位置可以由制动踏板位置传感器(诸如图1的制动踏板位置传感器119)来测量。加速踏板位置和制动踏板位置一起可以指示要求的发动机扭矩量。作为另一个示例,可以基于由排气氧传感器(诸如图1的排气传感器128)检测到的氧水平来确定AFR。类似地,可以使用联接到节气门的节气门位置传感器来测量节气门位置。

在404处,方法400包括确定是否请求预燃室燃烧。例如,控制器可以在期望用于引发燃烧的预燃室点火时选择性地操作预燃室,诸如基于选定的点火模式(例如,当选择第二或第三点火模式时而不是当选择第一点火模式时,如上文关于图3所定义的)。在一些示例中,可以在标称发动机操作期间请求预燃室点火事件,以在每个燃烧循环期间为气缸提供点火源。燃烧循环(例如,气缸循环)可以是指气缸的活塞的四冲程移动,所述四个冲程包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。当在燃烧循环期间请求预燃室点火事件以为气缸提供点火源时,点火事件可以在压缩冲程结束时发生。

如果在404处未请求预燃室燃烧,则方法400前进到406,并且包括不操作预燃室。在一些示例中,当发动机燃烧中断时,可以不请求预燃室燃烧。例如,当发动机停机时或在燃料切断状况期间,诸如当在车辆速度降低时切断气缸燃料加注时,可以中断发动机燃烧。在另一个示例中,当在燃烧循环期间已经执行了预燃室燃烧时,可以不请求预燃室燃烧。在又一示例中,当选择了第一点火模式并且仅主燃室火花塞向气缸中的空气-燃料混合物提供点火时,可以不请求预燃室燃烧。不操作预燃室可以包括不将燃料和空气喷射到预燃室中,使得在预燃室内不存在用于燃烧的空气-燃料混合物。在没有空气-燃料混合物燃烧的情况下,不操作预燃室还可以包括不激活预燃室中的火花塞来提供点火火花,但是预燃室火花塞可以使不引发燃烧的消耗性火花点火。此外,在一些示例中,不操作预燃室还可以包括不向气缸提供点火源。然而,在其他示例中,可以向气缸提供替代点火源(例如,经由独立于预燃室火花塞的气缸火花塞或经由压缩点火)。在一个示例中,控制器可以调整到燃料喷射器和空气喷射器的致动信号的脉冲宽度,使得没有空气-燃料混合物被喷射到预燃室中。例如,没有致动信号可以发送到燃料喷射器和空气喷射器中的每一者。然后,方法400可以结束。

如果在404处请求了预燃室燃烧,则方法400前进到408并且包括确定期望的预燃室AFR(例如,所喷射的空气量与喷射到预燃室中的燃料量的比率)。作为一个示例,预燃室的期望AFR可以由控制器基于气缸的AFR来确定,使得预燃室中的空气-燃料混合物的燃烧点燃气缸中的空气-燃料混合物,同时将排放降至最低。例如,控制器可以将气缸的AFR和当前发动机工况(诸如发动机转速、排气温度和发动机负荷)输入到一个或多个查找表、函数和映射图中,所述查找表、函数和映射图可以输出期望的预燃室AFR以实现燃烧。作为一个示例,预燃室的期望AFR可以是化学计量的。作为另一个示例,预燃室的期望AFR可以在发动机冷起动状况期间相对于化学计量是富的,这可以例如提高冷起动状况下的燃烧稳定性。作为又一示例,当使用具有较高蒸发温度的燃料(诸如E85)以便考虑参与燃烧的蒸发燃料和不参与燃烧的非蒸发燃料以利用蒸发燃料实现基本上化学计量的燃烧时,预燃室的期望AFR可以比化学计量更富。作为又一示例,当根据化学计量调整气缸的操作AFR时,可以根据化学计量调整预燃室的期望AFR,使得当来自气缸和预燃室的燃烧气体组合时,组合气体具有大约等于化学计量的AFR。

在412处,方法400包括将空气喷射到预燃室中。在一些示例中,所喷射的空气可以是来自发动机的进气歧管的环境空气,而在其他示例中,预燃室空气喷射器可以提供车辆上产生的O2或另一种可燃气体,诸如H2。控制器可以基于在308处确定的预燃室的期望AFR以及活塞在气缸中的位置来调整喷射到预燃室中的空气量。例如,控制器可以将发动机工况(包括活塞位置和预燃室的期望AFR)输入到查找表、算法或映射图中,所述查找表、算法或映射图可以输出期望的空气喷射量。作为一个示例,空气喷射事件不仅可以提供用于燃烧的空气,而且还可以从来自预燃室的先前预燃室点火事件中抽取残余气体。在另一个示例中,空气喷射量可以保持基本恒定,而燃料喷射量变化以补偿期望AFR的变化。例如,所喷射的空气量可以大约等于预燃室中的容积。

在确定要喷射的空气量之后,控制器可以通过调整发送到预燃室空气喷射器的致动信号的脉冲宽度来喷射期望的空气量。此外,喷射压力可以高于气缸中的峰值压力。因此,所喷射的一些空气可能流入气缸(例如,由于气缸中的压力低于预燃室中的压力)。可以基于空气喷射器压力与气缸中的压力之间的压力差以及预燃室壁中的一个或多个开口的大小来确定喷射到预燃室中的流入气缸的空气量。例如,该值可以用于调整气缸燃料控制。然而,在其他示例中,方法400可以不包括在412处将空气喷射到预燃室中。例如,控制器可以确定不需要另外的空气喷射来实现预燃室的期望AFR。在另一示例中,预燃室点火系统可以不包括预燃室空气喷射器,并且可以依赖于被动进气来实现期望的预燃室AFR。

在414处,方法400包括将燃料喷射到预燃室中。控制器可以基于在408处确定的预燃室的期望AFR以及在412处喷射的(或进入的)空气量来调整喷射到预燃室中的燃料量。例如,控制器可以将期望的预燃室AFR输入到一个或多个查找表、函数和映射图中,所述查找表、函数和映射图可以输出要喷射的期望燃料量,这将在预燃室中实现期望的AFR。在一个示例中,控制器可以通过调整发送到预燃室燃料喷射器的致动信号(诸如图1所示的FPW2)的脉冲宽度来喷射期望的燃料量。喷射的燃料可以与喷射的(进入的)空气(例如,在412处喷射的空气)混合以形成空气-燃料混合物。方法400可以结束。例如,可以由预燃室火花塞在于310处确定的正时通过在图3的方法300的316处致动联接到预燃室火花塞的点火线圈来将预燃室中的空气-燃料混合物点火。

以这种方式,可以操作气缸的预燃室以在预燃室内点燃第一空气-燃料混合物,这可以进一步在气缸中点燃第二空气-燃料混合物。在一些示例中,方法400可以在标称发动机操作期间连续运行,以便在指示时(例如,当经由图3的方法300选择第二或第三点火模式时)提供气缸点火源。相对于无预燃室点火的发动机,具有主动预燃室点火的发动机可能产生更少的排放。例如,来自预燃室的火焰和热气体射流相比于火花塞可以导致第二空气-燃料混合物更充分地燃烧并且具有更低的峰值燃烧温度,这可能会减少NOx排放。

现在转向图5A至图9B,示出了包括多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机的发动机循环的不同示例性火花模式。具体地,发动机的每个气缸可以包括预燃室火花塞和主燃室火花塞,诸如关于图1所描述的。例如,预燃室火花塞可以联接在位于气缸的间隙容积中的预燃室中(例如,图1的预燃室火花塞92),并且主燃室火花塞可以直接联接到气缸(例如,图1的气缸火花塞93)。此外,虽然示出了用于四缸发动机(诸如图2中示意性地示出的发动机200)的每个火花模式,但是类似的火花模式可以应用于具有不同数量的气缸的其他系统。例如,控制器(例如,图1的控制器12)可以根据图3的方法300选择期望的点火模式,并且每个点火模式可以导致每个火花塞点火的相对于气缸冲程和相对于彼此的一个或多个独特火花模式。

在整个图5A至图9B中,在曲线502中示出了第一气缸的主燃室火花塞点火,在曲线504中示出了第一气缸的预燃室火花塞点火,在曲线506中示出了第二气缸的主燃室火花塞点火,在曲线508中示出了第二气缸的预燃室火花塞点火,在曲线510中示出了第三气缸的主燃室火花塞点火,在曲线512中示出了第三气缸的预燃室火花塞点火,在曲线514中示出了第四气缸的主燃室火花塞点火,在曲线516中示出了第四气缸的预燃室火花塞点火,在曲线518中示出了线圈A的致动信号,在曲线520中示出了线圈B的致动信号,在曲线522中示出了线圈C的致动信号,并且在曲线524中示出了线圈D的致动信号。此外,由虚线526示出相对于线圈B的致动信号的线圈A的参考致动信号,并且由虚线528示出相对于线圈D的致动信号的线圈C的参考致动信号。对于所有上述情况,水平轴表示相对发动机位置(以曲柄转角度数(CAD)表示)。此外,关于相对发动机位置示出了每个气缸的冲程。竖直轴表示曲线502、504、506、508、510、512、514和516中的每一者的标记的火花塞的点火事件。竖直轴表示曲线518、520、522、524、526和528中的每一者的标记线圈的致动信号,其中致动信号的增加触发连接的火花塞的点火。还如上文关于图2所述,一对气缸(例如,气缸对)共享两个点火线圈,它们一起致动四个火花塞的点火。如由图例501所指示,线圈A致动第一气缸和第四气缸的主燃室火花塞,并且线圈B致动第一气缸和第四气缸的预燃室火花塞。因此,第一气缸(例如,气缸1)和第四气缸(例如,气缸4)形成气缸对。类似地,线圈C致动第二气缸和第三气缸的主燃室火花塞,并且线圈D致动第二气缸和第三气缸的预燃室火花塞。因此,第二气缸(例如,气缸2)和第三气缸(例如,气缸3)形成气缸对。在所示的示例中,线圈A的致动信号与线圈C的致动信号(例如,联接到主燃室火花塞的两个点火线圈)相同,而线圈B的致动信号与线圈D的致动信号相同(例如,联接到预燃室火花塞的两个点火线圈)。然而,在其他示例中,所有四个点火线圈的致动信号可以是相同的,而在其他示例中,致动信号可以在点火线圈之间变化。

首先转向图5A和图5B,示出了第一示例性火花模式500。具体地,图5A示出了第一火花模式500的火花塞点火事件,并且图5B示出了第一火花模式500的点火线圈致动信号。第一火花模式500包括以第一点火模式操作,其中仅每个气缸的主燃室火花塞用于引发燃烧并产生消耗性火花。因此,在第一示例性火花模式500期间仅致动线圈A和线圈C,并且在第一示例性火花模式500期间不致动线圈B和线圈D。

在CAD1处,气缸1处于其进气冲程,气缸2处于其压缩冲程,气缸3处于其排气冲程,并且气缸4处于其做功冲程。因为气缸2处于其压缩冲程,所以请求对气缸2点火。因此,在CAD1处,致动线圈C(曲线522),从而致使气缸2的主燃室火花塞(曲线506)点火并点燃气缸2内的燃料-空气混合物。同时,气缸3的主燃室火花塞(曲线510)也点火。因为气缸3在CAD1处未被加注燃料,所以在气缸3中不发生燃烧。替代地,气缸3的主燃室火花塞的点火产生消耗性火花。因此,在CAD1处致动线圈C在气缸2的压缩冲程期间经由气缸2的主燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸3的排气冲程期间经由气缸3的主燃室火花塞提供消耗性火花。

在CAD2处,气缸1处于其压缩冲程,气缸2处于其做功冲程,气缸3处于其进气冲程,并且气缸4处于其排气冲程。因为气缸1处于其压缩冲程,所以请求对气缸1点火。因此,在CAD2处,致动线圈A(曲线518),从而致使气缸1的主燃室火花塞(曲线502)点火并点燃气缸1内的燃料-空气混合物。气缸4的主燃室火花塞(曲线514)与气缸1的主燃室火花塞在CAD2处同时点火。因为气缸4未被加注燃料,所以在气缸4中不发生燃烧。替代地,气缸4的主燃室火花塞的点火产生消耗性火花。因此,在CAD2处致动线圈A在气缸1的压缩冲程期间经由气缸1的主燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸4的排气冲程期间经由气缸4的主燃室火花塞提供消耗性火花。

在CAD3处,气缸1处于其做功冲程,气缸2处于其排气冲程,气缸3处于其压缩冲程,并且气缸4处于其进气冲程。因为气缸3处于其压缩冲程,所以请求对气缸3点火。因此,在CAD3处,致动线圈C(曲线522),从而致使气缸3的主燃室火花塞(曲线510)点火并点燃气缸3内的空气-燃料混合物。气缸2的主燃室火花塞(曲线506)也在CAD3处点火,因为气缸2的主燃室火花塞也由线圈C致动。因为未对气缸2加注燃料,所以在气缸2中不发生燃烧。替代地,气缸2的主燃室火花塞的点火产生消耗性火花。因此,在CAD3处致动线圈C在气缸3的压缩冲程期间经由气缸3的主燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸2的排气冲程期间经由气缸2的主燃室火花塞提供消耗性火花。

在CAD4处,气缸1处于其排气冲程,气缸2处于其进气冲程,气缸3处于其做功冲程,并且气缸4处于其压缩冲程。因为气缸4处于其压缩冲程,所以请求对气缸4点火。因此,在CAD4处,致动线圈A(曲线518),从而致使气缸4的主燃室火花塞(曲线514)点火并点燃气缸4内的燃料-空气混合物。气缸1的主燃室火花塞(曲线504)同时点火但不点燃气缸1内的空气-燃料混合物,因为气缸1未被加注燃料。替代地,气缸1的主燃室火花塞使排气冲程消耗性火花点火。因此,在CAD4处致动线圈A在气缸4的压缩冲程期间经由气缸4的主燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸1的排气冲程期间经由气缸1的主燃室火花塞提供消耗性火花。

接下来,图6A和图6B示出了第二示例性火花模式600。具体地,图6A示出了第二火花模式600的火花塞点火事件,并且图6B示出了第二火花模式600的点火线圈致动信号。第二火花模式600包括以第二点火模式操作,其中仅每个气缸的预燃室火花塞用于引发燃烧并产生消耗性火花。因此,在第二示例性火花模式600期间仅致动线圈B和线圈D,并且在第二示例性火花模式600期间不致动线圈A和线圈C。

在CAD1处,气缸1处于其进气冲程,气缸2处于其压缩冲程,气缸3处于其排气冲程,并且气缸4处于其做功冲程。因为气缸2处于其压缩冲程,所以请求对气缸2点火。因此,在CAD1处,致动线圈D(曲线524),从而致使气缸2的预燃室火花塞(曲线508)点火并点燃气缸2内的空气-燃料混合物。此外,线圈D以比联接到主燃室火花塞(诸如线圈B)的点火电缆更低的输出能量来致动。因此,线圈D的致动信号(曲线524)相对于点火线圈C的参考致动信号(虚线528)较低。例如,因为线圈D仅联接到预燃室火花塞,所以较低的输出能量可以产生用于点燃气缸2内的空气-燃料混合物的点火火花。同时,气缸3的预燃室火花塞(曲线512)也点火。因为气缸3未被加注燃料,所以在气缸3中不发生燃烧。替代地,气缸3的预燃室火花塞的点火产生消耗性火花。因此,在CAD1处致动线圈D在气缸2的压缩冲程期间经由气缸2的预燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸3的排气冲程期间经由气缸3的预燃室火花塞提供消耗性火花。

在CAD2处,气缸1处于其压缩冲程,气缸2处于其做功冲程,气缸3处于其进气冲程,并且气缸4处于其排气冲程。因为气缸1处于其压缩冲程,所以请求对气缸1点火。因此,在CAD2处,致动线圈B(曲线520),从而致使气缸1的预燃室火花塞(曲线504)点火并点燃气缸1内的空气-燃料混合物。此外,类似于线圈D,线圈B以相对于联接到主燃室火花塞的点火线圈更低的输出能量来致动。因此,线圈B的致动信号(曲线520)小于点火线圈A的参考致动信号(虚线526)。气缸4的预燃室火花塞(曲线516)与气缸1的预燃室火花塞在CAD2处同时点火。因为气缸4未被加注燃料,所以在气缸4中不发生燃烧。替代地,气缸4的预燃室火花塞的点火产生消耗性火花。因此,在CAD2处致动线圈B在气缸1的压缩冲程期间经由气缸1的预燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸4的排气冲程期间经由气缸4的预燃室火花塞提供消耗性火花。

在CAD3处,气缸1处于其做功冲程,气缸2处于其排气冲程,气缸3处于其压缩冲程,并且气缸4处于其进气冲程。因为气缸3处于其压缩冲程,所以请求对气缸3点火。因此,在CAD3处,致动线圈D(曲线524),从而致使气缸3的预燃室火花塞(曲线512)点火并点燃气缸3内的空气-燃料混合物。气缸2的预燃室火花塞(曲线508)也在CAD3处点火,因为气缸2的预燃室火花塞也由线圈D致动。因为气缸2未被加注燃料,所以在气缸2中不发生燃烧。替代地,气缸2的预燃室火花塞的点火产生消耗性火花。因此,在CAD3处致动线圈D在气缸3的压缩冲程期间经由气缸3的预燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸2的排气冲程期间经由气缸2的预燃室火花塞提供消耗性火花。

在CAD4处,气缸1处于其排气冲程,气缸2处于其进气冲程,气缸3处于其做功冲程,并且气缸4处于其压缩冲程。因为气缸4处于其压缩冲程,所以请求对气缸4点火。因此,在CAD4处,致动线圈B(曲线520),从而致使气缸4的预燃室火花塞(曲线516)点火并点燃气缸4内的燃料-空气混合物。气缸1的预燃室火花塞(曲线504)同时点火但不点燃气缸1内的空气-燃料混合物,因为气缸1未被加注燃料。替代地,气缸1的预燃室火花塞使排气冲程消耗性火花点火。因此,在CAD4处致动线圈B在气缸4的压缩冲程期间经由气缸4的预燃室火花塞提供点火火花,并且在气缸1的排气冲程期间经由气缸1的预燃室火花塞提供消耗性火花。

接下来,图7A和图7B示出了第三示例性火花模式700。具体地,图7A示出了第三火花模式700的火花塞点火事件,并且图7B示出了第三火花模式700的点火线圈致动信号。第三火花模式700包括以第三点火模式操作,其中每个气缸的预燃室火花塞和主燃室火花塞两者用于引发燃烧。因此,在第三示例性火花模式700期间,线圈A、线圈B、线圈C和线圈D都被致动。

在CAD1处,气缸1处于其进气冲程,气缸2处于其压缩冲程,气缸3处于其排气冲程,并且气缸4处于其做功冲程。因为气缸2处于其压缩冲程,所以请求对气缸2点火。因此,在CAD1处,线圈C(曲线522)和线圈D(曲线524)两者都被致动,从而导致气缸2的预燃室火花塞(曲线508)和气缸2的主燃室火花塞(曲线506)基本上同时点火并点燃气缸2内的空气-燃料混合物。气缸3的主燃室火花塞(曲线510)和气缸3的预燃室火花塞(曲线512)也由于在CAD1处线圈C(曲线522)和线圈D(曲线524)的致动而同时点火。因为气缸3未被加注燃料,所以在气缸3中不发生燃烧。替代地,气缸3的主燃室火花塞和预燃室火花塞各自产生消耗性火花。因此,在CAD1处同时致动线圈C和D分别经由主燃室火花塞和预燃室火花塞两者提供两个火花以在气缸2中点火。在CAD1处致动线圈C和D还分别经由气缸3的主燃室火花塞和气缸3的预燃室火花塞在气缸3中产生两个消耗性火花。此外,线圈C的致动信号高于线圈D的致动信号,如图7B所示。例如,线圈D的致动信号低于线圈C的参考致动信号(虚线528)。

在CAD2处,气缸1处于其压缩冲程,气缸2处于其做功冲程,气缸3处于其进气冲程,并且气缸4处于其排气冲程。因为气缸1处于其压缩冲程,所以请求对气缸1点火。因此,在CAD2处,线圈A(曲线518)和线圈B(曲线520)两者都被致动,从而致使气缸1的主燃室火花塞(曲线502)和气缸1的预燃室火花塞(曲线504)同时点火并点燃气缸1内的空气-燃料混合物。另外,气缸4的主燃室火花塞(曲线514)与气缸1的预燃室火花塞和气缸4的预燃室火花塞(曲线516)基本上同时点火。因为气缸4未被加注燃料,所以在气缸4中不发生燃烧。替代地,气缸4的主燃室火花塞和预燃室火花塞各自产生消耗性火花。因此,在CAD2处同时致动线圈A和B分别经由气缸1的主燃室火花塞和气缸1的预燃室火花塞在气缸1的压缩冲程期间提供两个点火火花。此外,在CAD2处致动线圈A和B还分别经由气缸4的主燃室火花塞和气缸4的预燃室火花塞在气缸4中产生两个排气冲程消耗性火花。再此外,因为线圈D包括较低的输出能量,所以线圈D的致动信号相对于线圈C的参考致动信号(虚线528)可以是较低的。

在CAD3处,气缸1处于其做功冲程,气缸2处于其排气冲程,气缸3处于其压缩冲程,并且气缸4处于其进气冲程。因为气缸3处于其压缩冲程,所以请求对气缸3点火。因此,在CAD3处,线圈C(曲线522)和线圈D(曲线524)两者都被致动,从而导致气缸3的主燃室火花塞(曲线510)和气缸3的预燃室火花塞(曲线512)基本上同时点火并点燃气缸3内的空气-燃料混合物。气缸2的预燃室火花塞(曲线508)和气缸2的主燃室火花塞(曲线506)也由于在CAD3处其分别与线圈D和C的连接而同时点火。因为气缸2未被加注燃料,所以在气缸2中不发生燃烧。替代地,气缸2的预燃室火花塞和主燃室火花塞各自产生消耗性火花。因此,在CAD3处同时致动线圈C和D分别经由气缸3的主燃室火花塞和气缸3的预燃室火花塞两者提供两个火花以在气缸3中点火。此外,在CAD3处致动线圈C和D还分别经由气缸2的主燃室火花塞和气缸2的预燃室火花塞在气缸2中产生两个消耗性火花。

在CAD4处,气缸1处于其排气冲程,气缸2处于其进气冲程,气缸3处于其做功冲程,并且气缸4处于其压缩冲程。因为气缸4处于其压缩冲程,所以请求对气缸4点火。因此,在CAD4处,线圈A(曲线518)和线圈B(曲线520)两者都被致动,从而导致气缸4的预燃室火花塞(曲线516)和气缸4的主燃室火花塞(曲线514)基本上同时点火并点燃气缸4内的空气-燃料混合物。气缸1的主燃室火花塞(曲线502)也由于线圈A的致动而点火,并且气缸1的预燃室火花塞(曲线504)也由于线圈B的致动而点火,但是也不点燃气缸1内的空气-燃料混合物,因为气缸1未被加注燃料。替代地,气缸1的主燃室火花塞和气缸1的预燃室火花塞各自使排气冲程消耗性火花点火。因此,在CAD4处同时致动线圈A和B分别经由气缸4的主燃室火花塞和气缸4的预燃室火花塞在气缸4的压缩冲程期间提供两个点火火花。此外,在CAD4处致动线圈A和B分别经由气缸1的主燃室火花塞和气缸1的预燃室火花塞在气缸1中产生两个排气冲程消耗性火花。

接下来,图8A和图8B示出了第四示例性火花模式800。具体地,图8A示出了第四火花模式800的火花塞点火事件,并且图8B示出了第四火花模式800的点火线圈致动信号。第四火花模式800还包括以第三点火模式操作。然而,与图7A和图7B所示的第三火花模式700不同,每个气缸的两个火花塞以第四火花模式800有序地点火,其中在致动给定气缸的两个点火线圈之间有延迟。因此,图7A和图7B的第三火花模式700示出了第三点火模式的第一子模式下的操作,而图8A和图8B的第四火花模式800示出了第三点火模式的第二子模式下的操作。此外,在第四示例性火花模式800期间,线圈A、线圈B、线圈C和线圈D全部被致动。

在CAD1处,气缸1处于其进气冲程,气缸2处于其压缩冲程,气缸3处于其排气冲程,并且气缸4处于其做功冲程。因为气缸2处于其压缩冲程中,所以请求对气缸2点火。因此,在CAD1处,致动线圈D(曲线524),从而致使气缸2的预燃室火花塞(曲线508)点火并点燃气缸2内的燃料-空气混合物。同时,气缸3的预燃室火花塞(曲线512)也点火。因为气缸3未被加注燃料,所以在气缸3中不发生燃烧。因此,在CAD1处致动线圈C经由气缸2的预燃室火花塞产生第一压缩冲程点火火花,并且经由气缸3的预燃室火花塞产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD2(其可以在CAD1之后相对较短的时间内发生)处并且当每个气缸保持与在CAD1处相同的冲程时,线圈C(曲线522)被致动,从而导致气缸2的主燃室火花塞(曲线506)和气缸3的主燃室火花塞(曲线510)点火。因此,在CAD2处,气缸2的主燃室火花塞向气缸2提供第二压缩冲程点火火花,而气缸3的主燃室火花塞向气缸3提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈C之前致动线圈D时,气缸2的预燃室火花塞在气缸2的主燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。此外,线圈D的致动信号相对于线圈C的致动信号(如由线圈C的参考致动信号所示(虚线528))可以是相对较低的。

在CAD3处,气缸1处于其压缩冲程,气缸2处于其做功冲程,气缸3处于其进气冲程,并且气缸4处于其排气冲程。因为气缸1处于其压缩冲程,所以请求对气缸1点火。因此,在CAD3处致动线圈B(曲线520),从而致使气缸1的预燃室火花塞(曲线504)点火并点燃气缸1内的空气-燃料混合物。同时,气缸4的预燃室火花塞(曲线512)在气缸4的(未被加注燃料)的排气冲程期间点火,从而产生不在气缸4中引发燃料的消耗性火花。因此,在CAD3处致动线圈B经由气缸1的预燃室火花塞产生第一压缩冲程点火火花并且经由气缸4的预燃室火花塞产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD4(其可以在CAD3之后相对较短时间内发生)处并且当每个气缸保持与在CAD3处相同的冲程时,线圈A(曲线518)被致动,从而致使气缸1的主燃室火花塞(曲线502)和气缸4的主燃室火花塞(曲线514)点火。因此,在CAD4处,气缸1的主燃室火花塞向气缸1提供第二压缩冲程点火火花,而气缸4的主燃室火花塞向气缸4提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈A之前致动线圈B时,气缸1的预燃室火花塞在气缸1的主燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。此外,线圈B的致动信号相对于线圈A的致动信号(如由线圈A的参考致动信号所示(虚线526))可以是相对较低的。

在CAD5处,气缸1处于其做功冲程,气缸2处于其排气冲程,气缸3处于其压缩冲程,并且气缸4处于其进气冲程。因为气缸3处于其压缩冲程,所以请求对气缸3点火。因此,在CAD5处,致动线圈D(曲线524),从而致使气缸3的预燃室火花塞(曲线512)点火并点燃气缸3内的空气-燃料混合物。气缸2的预燃室火花塞(曲线508)也在CAD5处点火,因为气缸2的预燃室火花塞也由线圈D致动。因为气缸2未被加注燃料,所以在气缸2中不发生燃烧。因此,在CAD5处致动线圈D经由气缸3的预燃室火花塞在气缸3中产生第一压缩冲程点火火花并且经由气缸2的预燃室点火火花在气缸2中产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD6(其可以在CAD5之后的短时间内发生)处,并且当每个气缸保持在相同冲程中时,线圈C(曲线522)被致动,从而致使气缸3的主燃室火花塞(曲线510)在气缸3的压缩冲程期间点火并且致使气缸2的主燃室火花塞(曲线506)在气缸2的排气冲程期间点火。因此,在CAD6处,气缸3的主燃室火花塞向气缸3提供第二压缩冲程点火火花,而气缸2的主燃室火花塞向气缸2提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈C之前致动线圈D,气缸3的预燃室火花塞在气缸3的主燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。

在CAD7处,气缸1处于其排气冲程,气缸2处于其进气冲程,气缸3处于其做功冲程,并且气缸4处于其压缩冲程。因为气缸4处于其压缩冲程,所以请求对气缸4点火。因此,在CAD7处,致动线圈B(曲线518),从而致使气缸4的预燃室火花塞(曲线516)点火并点燃气缸4内的燃料-空气混合物。气缸1的预燃室火花塞(曲线504)基本上同时点火,从而在气缸1中产生不发起燃烧的消耗性火花。因此,在CAD7处致动线圈A经由气缸4的预燃室火花塞产生第一压缩冲程点火火花,并且经由气缸1的预燃室火花塞产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD8(其可以在气缸保持在与CAD7处相同的冲程时发生)处,线圈A(曲线518)被致动,从而致使气缸4的主燃室火花塞(曲线514)在气缸4的压缩冲程期间点火并且致使气缸1的主燃室火花塞(曲线502)在气缸1的排气冲程期间点火。因此,在CAD8处,气缸4的主燃室火花塞向气缸4提供第二压缩冲程点火火花,而气缸1的主燃室火花塞向气缸1提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈A之前致动线圈B,气缸4的预燃室火花塞在气缸4的主燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。

接下来,图9A和图9B示出了第五示例性火花模式900。具体地,图9A示出了第五火花模式900的火花塞点火事件,并且图9B示出了第五火花模式900的点火线圈致动信号。第五火花模式900同样包括以第三点火模式操作。然而,与图8A和图8B所示的第四火花模式800不同,每个气缸的两个火花塞有序地点火,其中在致动给定气缸的两个点火线圈之间有延迟。然而,第五火花模式900中的预燃室火花塞和主燃室火花塞的致动顺序与图8A和图8B的第四火花模式800的致动顺序相反。因此,第五火花模式900示出了在第三点火模式的第三子模式下的操作。此外,如在第三点火模式的第一子模式和第二子模式中一样,线圈A、线圈B、线圈C和线圈D在第五示例性火花模式900期间全部被致动。

在CAD1处,气缸1处于其进气冲程,气缸2处于其压缩冲程,气缸3处于其排气冲程,并且气缸4处于其做功冲程。因为气缸2处于其压缩冲程,所以请求对气缸2点火。因此,在CAD1处,致动线圈C(曲线522),从而致使气缸2的主燃室火花塞(曲线506)点火并点燃气缸2内的燃料-空气混合物。同时,气缸3的主燃室火花塞(曲线510)也点火。因为气缸3未被加注燃料,所以在气缸3中不发生燃烧。因此,在CAD1处致动线圈C经由气缸2的主燃室火花塞产生第一压缩冲程点火火花,并且经由气缸3的主燃室火花塞产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD2(其可以在CAD1之后相对较短时间内发生)处并且当每个气缸保持与在CAD1处相同的冲程中时,线圈D(曲线522)被致动,从而导致气缸2的预燃室火花塞(曲线508)和气缸3的预燃室火花塞(曲线512)点火。因此,在CAD2处,气缸2的预燃室火花塞向气缸2提供第二压缩冲程点火火花,而气缸3的预燃室火花塞向气缸3提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈D之前致动线圈C,气缸2的主燃室火花塞在气缸2的预燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。例如,线圈C可以相对于线圈D以更高的输出能量致动,使得线圈D的致动信号(曲线524)相对于线圈C的参考致动信号(虚线528)较低。

在CAD3处,气缸1处于其压缩冲程,气缸2处于其做功冲程,气缸3处于其进气冲程,并且气缸4处于其排气冲程。因为气缸1处于其压缩冲程,所以请求对气缸1点火。因此,在CAD3处致动线圈A(曲线518),从而致使气缸1的主燃室火花塞(曲线502)点火并点燃气缸1内的空气-燃料混合物。同时,气缸4的主燃室火花塞(曲线514)在气缸4的(未被加注燃料的)排气冲程期间点火,从而产生不在气缸4中引发燃烧的消耗性火花。因此,在CAD3处致动线圈A经由气缸1的主燃室火花塞产生第一压缩冲程点火火花并且经由气缸4的主燃室火花塞产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD4(其可以在CAD3之后相对较短时间内发生)处并且当每个气缸保持与在CAD3处相同的冲程时,线圈B(曲线520)被致动,从而导致气缸1的预燃室火花塞(曲线504)和气缸4的主燃室火花塞(曲线516)点火。因此,在CAD4处,气缸1的预燃室火花塞向气缸1提供第二压缩冲程点火火花,而气缸4的预燃室火花塞向气缸4提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈B之前致动线圈A时,气缸1的主燃室火花塞在气缸1的预燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。例如,线圈A可以相对于线圈B以更高的输出能量致动,使得线圈B的致动信号(曲线520)相对于线圈A的参考致动信号(虚线526)较低。

在CAD5处,气缸1处于其做功冲程,气缸2处于其排气冲程,气缸3处于其压缩冲程,并且气缸4处于其进气冲程。因为气缸3处于其压缩冲程,所以请求对气缸3点火。因此,在CAD5处,致动线圈C(曲线522),从而致使气缸3的主燃室火花塞(曲线510)点火并点燃气缸3内的空气-燃料混合物。气缸2的主燃室火花塞(曲线506)也在CAD5处点火,因为气缸2的主燃室火花塞也由线圈C致动。因为气缸2未被加注燃料,所以在气缸2中不发生燃烧。因此,在CAD5处致动线圈C经由气缸3的主燃室火花塞在气缸3中产生第一压缩冲程点火火花并且经由气缸2的主燃室点火火花在气缸2中产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD6(其可以在CAD5之后的短时间内发生)处,并且当每个气缸保持在相同冲程时,线圈D(曲线524)被致动,从而致使气缸3的预燃室火花塞(曲线512)在气缸3的压缩冲程期间点火并且致使气缸2的预燃室火花塞(曲线506)在气缸2的排气冲程期间点火。因此,在CAD6处,气缸3的预燃室火花塞向气缸3提供第二压缩冲程点火火花,而气缸2的预燃室火花塞向气缸2提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈D之前致动线圈C,气缸3的主燃室火花塞在气缸3的预燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。

在CAD7处,气缸1处于其排气冲程,气缸2处于其进气冲程,气缸3处于其做功冲程,并且气缸4处于其压缩冲程。因为气缸4处于其压缩冲程,所以请求对气缸4点火。因此,在CAD7处,致动线圈A(曲线518),从而致使气缸4的主燃室火花塞(曲线514)点火并点燃气缸4内的燃料-空气混合物。气缸1的主燃室火花塞(曲线502)基本上同时点火,从而在气缸1中产生不引发燃烧的消耗性火花。因此,在CAD7处致动线圈A经由气缸4的预燃室火花塞产生第一压缩冲程点火火花,并且经由气缸1的主燃室火花塞产生第一排气冲程消耗性火花。

在CAD8(其可以在气缸保持在与CAD7处相同的冲程时发生)处,线圈B(曲线520)被致动,从而致使气缸4的预燃室火花塞(曲线516)在气缸4的压缩冲程期间点火并且致使气缸1的预燃室火花塞(曲线504)在气缸1的排气冲程期间点火。因此,在CAD8处,气缸4的预燃室火花塞向气缸4提供第二压缩冲程点火火花,而气缸1的预燃室火花塞向气缸1提供第二排气冲程消耗性火花。通过在线圈B之前致动线圈A,气缸4的主燃室火花塞在气缸4的预燃室火花塞之前点火,以产生有序的交错的点火火花。

以这种方式,图5A至图9B提供了五种示例性火花模式,其可以由基于发动机工况选择不同的点火模式以便实现期望的燃烧特性引起。具体地,图5A和图5B的第一火花模式500以及图6A和图6B的第二火花模式600针对每个发动机循环每个气缸包括一个点火火花和一个消耗性火花。此外,主燃室火花塞以第一火花模式500向每个气缸提供点火火花(并且主燃室火花塞提供消耗性火花),其是由以第一点火模式操作引起,而预燃室火花塞以第二火花模式600向每个气缸提供点火火花(并且预燃室火花塞提供消耗性火花),其是由以第二点火模式操作引起。图7A和图7B的第三火花模式700、图8A和图8B的第四火花模式800和图9A和图9B的第五火花模式900各自针对每个发动机循环每个气缸包括两个点火火花和两个消耗性火花,其由以第三点火模式操作引起。具体地,第三火花模式700包括同时致动预燃室和主燃室点火火花,而预燃室和主燃室点火火花在第四火花模式800和第五火花模式900中不是同时的。再此外,在第四火花模式800中在主燃室火花之前提供预燃室点火火花,而在第五火花模式900中在预燃室点火火花之前提供主燃室点火火花。因此,第三火花模式700、第四火花模式800和第五火花模式900示出了由第三点火模式内的变化(或子模式)引起的火花模式。

现在转到图10,示出了用于基于发动机工况选择具有多路复用的预燃室和主燃室点火系统的发动机的点火模式的预示性示例性时间线1000。例如,发动机可以是图1的发动机10,并且可以包括控制器(例如,控制器12)。如图1所示,发动机的每个气缸包括预燃室(例如,预燃室138),所述预燃室包括预燃室火花塞(例如,预燃室火花塞92)和主燃室火花塞(例如,主燃室火花塞93),并且用于致动每个火花塞的火花信号经由共用的点火线圈多路复用。也就是说,每个预燃室火花塞与另一个气缸的主燃室火花塞共享火花信号。例如,多路复用的预燃室和主燃室点火系统可以是图2的多路复用的预燃室和主燃室点火系统205。在曲线1002中示出了选定的点火模式,在曲线1004中示出了发动机负荷,在曲线1006中示出了命令气缸AFR,并且在曲线1008中示出了EGR阀位置。此外,第一上限阈值发动机负荷由虚线1010示出,第二下限阈值发动机负荷由虚线1012示出,并且化学计量由虚线1014示出。小于化学计量的命令气缸AFR是富的(例如,提供的燃料比空气多以产生完全燃烧反应),而大于化学计量的命令气缸AFR是稀的(例如,提供的空气比燃料多以产生完全燃烧反应)。

对于以上所有曲线图,水平轴表示时间,其中时间沿着水平轴从左向右增加。竖直轴表示每个标记的参数。对于曲线1004和1006中的每一者,参数的量值沿竖直轴向上增大。对于曲线1002,竖直轴示出了发动机是以第一点火模式(“1”)、第二点火模式(“2”)、第三点火模式的第一子模式(“3.1”)、第三点火模式的第二子模式(“3.2”)还是以第三点火模式的第三子模式(“3.3”)操作。如上面关于图3所描述的,第一点火模式包括仅经由主燃室火花塞提供点火火花,并且第二点火模式包括仅经由预燃室火花塞提供点火火花。第三点火模式的第一子模式包括经由主燃室火花塞和预燃室火花塞两者提供同时的点火火花。第三点火模式的第二子模式包括经由预燃室火花塞提供第一较早点火火花并经由主燃室火花塞提供第二较晚点火火花,并且第三点火模式的第三子模式包括经由主燃室火花塞提供第一较早点火火花,以及经由预燃室火花塞提供第二较晚点火火花。对于曲线1008,竖直轴示出了从完全关闭(“关闭”)到完全打开(“打开”)的EGR阀位置。

在时间t0处,发动机负荷(曲线1004)低于下限阈值发动机负荷(虚线1012),命令气缸AFR(曲线1006)相对于化学计量(虚线1014)是富的,并且EGR阀位置(曲线1008)关闭。基于这些发动机工况,控制器选择第一点火模式(曲线1002),该第一点火模式包括在气缸的压缩冲程期间点火每个气缸的主燃室火花塞以提供点火。这还导致每个气缸的主燃室火花塞在气缸的排气冲程期间由于多路复用的火花信号而使消耗性火花点火,诸如以上关于图5A和图5B详细描述的。发动机在时间t0与时间t1之间以第一点火模式操作。

在时间t1处,发动机负荷(曲线1004)增加到高于下限阈值发动机负荷(虚线1012),命令气缸AFR(曲线1006)增加到化学计量(虚线1014),并且EGR阀部分打开(曲线1008)。基于时间t1处的这些发动机工况,控制器选择第三点火模式的第二子模式(曲线1002)。因此,在给定气缸的压缩冲程期间,预燃室火花塞被点火以提供第一点火火花,随后主燃室火花塞被点火以提供第二点火火花,如上文关于图8A至图8B所详细描述的。由于火花信号多路复用,所以在给定气缸的排气冲程期间,预燃室火花塞使第一消耗性火花点火,之后主燃室火花塞使第二消耗性火花点火。发动机在时间t1与时间t2之间以第三点火模式的第二子模式操作。

在时间t2处,发动机负荷(曲线1004)增加到高于上限阈值发动机负荷(虚线1010),命令气缸AFR(曲线1006)相对于化学计量(虚线1014)变成稀的,并且EGR阀保持部分打开(曲线1008)。基于时间t2处的这些发动机工况,控制器选择第二点火模式。因此,每个气缸的预燃室火花塞在气缸的压缩冲程期间点火以提供点火火花,并且每个气缸的预燃室火花塞在气缸的排气冲程期间点火,从而提供消耗性火花,如上文关于图6A和图6B所详细描述的。发动机在时间t2与时间t3之间以第二点火模式操作。

在时间t3处,发动机负荷(曲线1004)下降到低于上限阈值发动机负荷(虚线1010)并且保持高于下限阈值发动机负荷(虚线1012)。此外,命令气缸AFR(曲线图1006)是化学计量(虚线1014),并且在时间t2处相对于EGR阀位置进一步打开EGR阀(曲线1008)。基于时间t3处的这些发动机工况,控制器选择第三点火模式的第一子模式。因此,在给定气缸的压缩冲程期间,基本上同时使气缸的主燃室火花塞和预燃室火花塞点火,如上文关于图7A和图7B所详细描述的。因为火花信号是多路复用的,所以在每个气缸的排气冲程期间同时使消耗性火花点火,一个由主燃室火花塞点火,一个由预燃室火花塞点火。气缸在时间t3与时间t4之间继续以第三点火模式的第一子模式操作。

在时间t4处,发动机负荷(曲线1004)下降到低于下限阈值发动机负荷(虚线1012),命令气缸AFR(曲线1006)相对于化学计量增加并且变成稀的(虚线1014),并且EGR阀保持打开(曲线1008)。基于时间t4处的这些发动机工况,控制器选择第三点火模式的第三子模式。因此,在每个气缸的压缩冲程期间,由主燃室火花塞提供第一点火火花,随后由预燃室火花塞提供第二点火火花,诸如上文关于图9A至图9B所详细描述的。由于火花信号多路复用,所以在每个气缸的排气冲程期间使两个消耗性火花点火:主燃室火花塞使第一消耗性火花点火,之后预燃室火花塞使第二消耗性火花点火。气缸在时间t4之后继续以第二点火模式的第三子模式操作。

以这种方式,包括多路复用的预燃室和主燃室点火系统的系统可以基于发动机工况以多种模式操作,以便为期望的发动机性能提供期望的燃烧特性。经由主燃室火花塞提供点火可以在某些发动机工况(诸如低负荷状况)期间提高性能,而经由预燃室火花塞提供点火可以在较高负荷状况期间减少排放。通过将第一气缸的主燃室火花塞多路复用到第二气缸的主燃室火花塞并且将第一气缸的预燃室火花塞多路复用到第二气缸的预燃室火花塞,可以减少系统中所包括的点火线圈的总数量,从而降低成本和复杂性。再此外,通过将较低电压点火线圈联接到发动机的预燃室火花塞,可以进一步降低车辆成本。此外,通过基于发动机工况调整预燃室火花塞和主燃室火花塞的相对火花正时,可以增加气缸燃烧速率,这可以增加发动机的功率输出和燃料效率。

将第一气缸的预燃室火花塞与第二气缸的预燃室火花塞以及第一气缸的主燃室火花塞与第二气缸的主燃室火花塞多路复用的技术效果是有效点火可以在宽范围的工况下实现,同时减少了点火线圈的数量。

作为示例,一种方法包括:将火花信号多路复用到第一火花塞、第二火花塞、第三火花塞和第四火花塞,所述第一火花塞联接到第一气缸的主燃室,所述第二火花塞联接到第二气缸的主燃室,所述第三火花塞联接到第一气缸的预燃室,并且所述第四火花塞联接到第二气缸的预燃室。在前述示例中,另外或可选地,将火花信号多路复用到第一火花塞、第二火花塞、第三火花塞和第四火花塞包括经由第一点火线圈致动第一火花塞和第二火花塞两者并且经由第二点火线圈致动第三火花塞和第四火花塞两者。在前述示例中的一者或两者中,另外或可选地,相对于经由第一点火线圈提供的电压量,经由第二点火线圈提供的电压量较小。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,所述方法还包括基于发动机工况在第一模式、第二模式和第三模式中的一者之间进行选择;响应于选择第一模式而以第一模式操作;响应于选择第二模式而以第二模式操作;以及响应于选择第三模式而以第三模式操作。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,基于发动机工况在第一模式、第二模式和第三模式中的一者之间进行选择包括响应于发动机负荷低于阈值发动机负荷和发动机温度低于阈值发动机温度中的至少一者而选择第一模式;响应于发动机负荷高于阈值发动机负荷和发动机温度高于阈值发动机温度中的至少一者而选择第二模式;以及响应于排气再循环(EGR)量超过EGR阈值量而选择第三模式。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,以第一模式操作包括:通过在第一发动机位置致动第一点火线圈来经由第一火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第二火花塞向第二气缸提供消耗性火花,所述第一发动机位置在第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程期间;以及通过在第二发动机位置致动第一点火线圈来经由第二火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第一火花塞向第一气缸提供消耗性火花,所述第二发动机位置在第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程期间。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,以第二模式操作包括:通过在第一发动机位置致动第二点火线圈来经由第三火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第四火花塞向第二气缸提供消耗性火花,所述第一发动机位置在第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程期间;以及通过在第二发动机位置致动第二点火线圈来经由第四火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第三火花塞向第一气缸提供消耗性火花,所述第二发动机位置在第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程期间。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,以第三模式操作包括:基于发动机工况在多个子模式中的一个之间进行选择,所述多个子模式包括第一子模式、第二子模式和第三子模式;在第一发动机位置处,通过在第一发动机位置致动第一点火线圈来经由第一火花塞向第一气缸提供点火火花,并且经由第二火花塞向第二气缸提供消耗性火花;在第二发动机位置处,通过在第二发动机位置致动第二点火线圈来经由第三火花塞向第一气缸提供点火火花并且经由第四火花塞向第二气缸提供消耗性火花;在第三发动机位置处,通过在第三发动机位置致动第一点火线圈来经由第二火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第一火花塞向第一气缸提供消耗性火花;以及在第四发动机位置处,通过在第四发动机位置致动第二点火线圈来经由第四火花塞向第二气缸提供点火火花并且经由第三火花塞向第一气缸提供消耗性火花。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,第一发动机位置和第二发动机位置两者在第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程期间,基于选定的子模式来确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,第三发动机位置和第四发动机位置两者在第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程期间,基于选定的子模式来确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,所述方法还包括:响应于选择第一子模式,确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数为零,并且确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数为零;响应于选择第二子模式,确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数小于零,并且确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数小于零;以及响应于选择第三子模式,确定第一发动机位置与第二发动机位置之间的曲柄转角度数大于零,并且确定第三发动机位置与第四发动机位置之间的曲柄转角度数大于零。

作为另一个示例,一种方法包括:基于发动机工况来确定第一点火线圈和第二点火线圈的致动正时,第一点火线圈联接到第一发动机气缸的主燃室火花塞和第二发动机气缸的主燃室火花塞,并且第二点火线圈联接到第一发动机气缸的预燃室火花塞和第二发动机气缸的预燃室火花塞;在确定的致动正时处致动第一点火线圈和第二点火线圈中的至少一者;以及基于确定的致动正时来调整预燃室燃料量。在前述示例中,另外或可选地,基于发动机工况来确定第一点火线圈和第二点火线圈的致动正时包括:响应于发动机负荷低于阈值发动机负荷和发动机温度低于阈值发动机温度中的至少一者,而确定在第一发动机气缸的压缩冲程期间第一点火线圈的第一致动正时,并且确定在第二发动机气缸的压缩冲程期间第一点火线圈的第二致动正时。在前述示例中的一者或两者中,另外或可选地,基于发动机工况来确定第一点火线圈和第二点火线圈的致动正时包括:响应于发动机负荷高于阈值发动机负荷和发动机温度高于阈值发动机温度中的至少一者,而确定在第一发动机气缸的压缩冲程期间第二点火线圈的第一致动正时,并且确定在第二发动机气缸的压缩冲程期间第二点火线圈的第二致动正时。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,基于发动机工况确定第一点火线圈和第二点火线圈的致动正时还包括:响应于排气再循环(EGR)速率增加到高于阈值EGR速率和期望的空燃比(AFR)增加到高于阈值期望AFR中的至少一者:确定在第一发动机气缸的压缩冲程期间第一点火线圈的第一致动正时并且确定在第二发动机气缸的压缩冲程期间第一点火线圈的第二致动正时;以及确定在第一发动机气缸的压缩冲程期间第二点火线圈的第一致动正时并且确定第二发动机气缸的压缩冲程期间第二点火线圈的第二致动正时。

作为又一示例,一种系统包括:发动机,其包括多个气缸,每个气缸包括预燃室,所述预燃室包括直接联接到其上的预燃室火花塞,并且还包括直接联接到气缸的主燃室火花塞;点火系统,其包括多个点火线圈,所述多个点火线圈包括电联接到第一气缸的主燃室火花塞和第二气缸的主燃室火花塞的第一点火线圈,以及电联接到第二气缸的预燃室火花塞和第一气缸的预燃室火花塞的第二点火线圈;以及控制器,其将可执行指令存储在非暂时性存储器中,所述可执行指令在被执行时致使控制器:基于发动机工况在以第一点火模式、第二点火模式和第三点火模式操作之间进行选择,所述第一点火模式包括仅经由主燃室火花塞提供点火,所述第二点火模式包括仅经由预燃室火花塞提供点火,并且所述第三点火模式包括经由主燃室火花塞和预燃室火花塞两者提供点火。在前述示例中,另外或可选地,发动机工况包括发动机转速、发动机负荷、排气再循环(EGR)速率、期望的空燃比(AFR)和发动机温度。在前述示例中的一者或两者中,另外或可选地,为了以第一点火模式操作,控制器将另外的指令存储在非暂时性存储器中,所述另外的指令在被执行时致使控制器:在第一气缸被加注燃料,第二气缸未被加注燃料,并且每个气缸的预燃室未被加注燃料时,在第一气缸的压缩冲程期间致动第一点火线圈;并且在第二气缸被加注燃料,第一气缸未被加注燃料并且每个气缸的预燃室未被加注燃料时,在第二气缸的压缩冲程期间致动第一点火线圈。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,为了以第二点火模式操作,控制器将另外的指令存储在非暂时性存储器中,所述另外的指令在被执行时致使控制器:在第一气缸和第一气缸的预燃室两者都被加注燃料,并且第二气缸和第二气缸的预燃室两者未被加注燃料时,在第一气缸的压缩冲程期间致动第二点火线圈;并且在第二气缸和第二气缸的预燃室两者都被加注燃料,并且第一气缸和第一气缸的预燃室两者未被加注燃料时,在第二气缸的压缩冲程期间致动第二点火线圈。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,为了以第三点火模式操作,控制器将另外的指令存储在非暂时性存储器中,所述另外的指令在被执行时致使控制器:在第一气缸和第一气缸的预燃室两者都被加注燃料并且第二气缸的预燃室未被加注燃料时,在第一气缸的压缩冲程期间致动第一点火线圈和第二点火线圈两者;并且在第二气缸和第二气缸的预燃室两者都被加注燃料,并且第一气缸和第一气缸的预燃室两者未被加注燃料时,在第二气缸的压缩冲程期间致动第一点火线圈和第二点火线圈两者。

在另一个表示中,一种方法包括:在发动机循环期间,基于发动机工况来调整致动第一点火线圈和第二点火线圈之间的延迟,所述第一点火线圈经由第一火花塞向第一气缸提供第一点火火花并且经由第二火花塞向第二气缸提供第一消耗性火花,所述第二点火线圈经由第三火花塞向第一气缸提供第二点火火花并且经由第四火花塞向第二气缸提供第二消耗性火花。在前述示例中,另外或可选地,第一火花塞联接到第一气缸的预燃室,第二火花塞联接到第二气缸的预燃室,第三火花塞直接联接到第一气缸,并且第四火花塞直接联接到第二气缸。在前述示例中的一者或两者中,另外或可选地,第一气缸的压缩冲程和第二气缸的排气冲程发生在第一发动机位置处,并且第一气缸的排气冲程和第二气缸的压缩冲程发生在第二发动机位置处。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,所述延迟是在致动第一点火线圈和第二点火线圈之间的曲柄转角度数。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,发动机工况包括发动机转速、发动机负荷、排气再循环(EGR)速率、期望的空燃比(AFR)和发动机温度。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,基于发动机工况来调整在致动第一点火线圈与第二点火线圈之间的延迟包括响应于从高发动机负荷到低发动机负荷的发动机瞬变超过从高发动机负荷到低发动机负荷的阈值发动机瞬变,而将延迟调整为幅度小于第一发动机位置和第二发动机位置之间的曲柄转角度数的正的非零数。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,基于发动机工况来调整致动第一点火线圈与第二点火线圈之间的延迟包括响应于EGR速率增加到高于阈值EGR速率,而将延迟调整为幅度小于第一发动机位置和第二发动机位置之间的曲柄转角度数的负的非零数。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,基于发动机工况来调整致动第一点火线圈与第二点火线圈之间的延迟包括响应于发动机温度超过阈值发动机温度,而将延迟调整为零。在前述示例中的任一示例或全部示例中,另外或可选地,基于发动机工况来调整致动第一点火线圈与第二点火线圈之间的延迟包括不致动第一点火线圈和第二点火线圈中的一者。

应当注意,本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中,并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此,所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行,或者在一些情况下被省略。同样地,处理次序不一定是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所必需的,而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可以根据所使用的特定策略而重复地执行。另外,所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码,其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实行。

应当理解,本文中公开的配置和程序本质上是示例性的,并且这些特定的实施例不应被视为具有限制意义,因为众多变化是可能的。例如,以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。此外,除非明确地相反指出,否则术语“第一”、“第二”、“第三”等不意图表示任何顺序、位置、数量或重要性,而是仅用作标记以区分一个要素与另一个要素。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非明显的组合和子组合。

如本文所使用,除非另有指定,否则术语“约”被解释为表示范围的±5%。

所附权利要求特别地指出被视为新颖的且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应理解为包括一个或多个此类要素的结合,既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同也都被视为包括在本公开的主题内。

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