CN103375288A - 操作具有至少两个汽缸的火花点火式内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操作具有至少两个汽缸的火花点火式内燃发动机的方法。公开了一种用于操作火花点火式发动机的方法，所述方法包括：经由排气系统排出排气，所述排气系统包括来自至少两个汽缸的排气管路，所述排气管路会合到一起形成排气歧管；以及用来自第一排气供给汽缸的排气启动自动点火，来自第一排气供给汽缸的排气从第一汽缸被排入到排气系统中，所述排气经由排气系统被引入到邻近的排气接收汽缸中。来自所述第一汽缸的排气与邻近汽缸的空气燃料混合物混合并提高该汽缸中的温度。在高负荷下，较高的温度和空气充气密度适合于发生自动点火。

Description

操作具有至少两个汽缸的火花点火式内燃发动机的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月23日提交的欧洲专利申请No.12165111.1的优先权，其全部内容出于所有目的合并于此作为参考。

技术领域

本申请涉及火花点火式发动机中的点火启动。

背景技术

在火花点火式发动机中，负荷主要由在进气通道中提供的节气阀控制。通过调整节气阀，较大程度或较小程度降低在节气阀下游的进气压力是可能的。通过这样的方式，对于恒定的燃烧室容积，经由进气压力调整空气质量，也就是说调整空气量是可能的。低负荷使用较大的节流，也就是说在进气通道中的大范围压力降低，使得必须接受大量充气循环损失，尤其是在部分负荷范围时。在这方面，汽缸中的燃料空气混合物在低负荷时具有比较高负荷时较低的密度。

当启动火花点火时，与负荷相关的充气密度变化会出现问题。为了确保在低负荷，也就是说具有低密度混合物时燃料空气混合物的可靠点火，火花塞的电极可以具有相对大的间隙，以便为火花点火形成较大的火花路径。较大的电极间隙使用高点火电压。

如果接着燃料空气混合物随着负荷增加变得更浓，那么由于在电极之间存在的更浓燃料空气混合物对从一个电极到另一个电极的点火火花跨越具有绝缘效应，用于启动可靠点火的电压也增加。

使用的高点火电压会损害火花塞本身和/或其他组件，尤其是具有高电压的电流供应组件，也就是说机动车的电气系统的组件。在过量点火电压需求的情况下，在高电压导线与底盘接地之间会发生电弧。电极之间未形成点火火花，并且会发生失火。

然而，除了混合物的密度以外，空燃比λ也对火花点火的启动有影响，尤其是对于由点火火花导致的燃烧。火花点火式发动机的燃料空气混合物可以作为占优势的瞬时负荷T的函数富化或变得更稀，随着负荷增加，优选地进行加浓，也就是说空燃比λ在减少。

当预期到高排气温度，也就是说在高负荷时，加浓（λ<1）常常会随之发生，以便防止内燃发动机的单个组件的热过载。这可以通过喷射比可以与输送的空气量一起燃烧的更多的燃料实现，过量的燃料同样被加热和汽化，以便燃烧气体的温度下降。从各种能源角度来看，这种方法被认为是不利的，特别是关于内燃发动机的燃料消耗以及关于污染物排放，但这种方法被认为是可接受的和实用的。

在负荷减少的时候，使燃料空气混合物变稀是针对内燃发动机减少节流（dethrottling）的措施，喷射比可以与输送的空气量一起燃烧的更少的燃料，也就是说，比燃烧引入的燃料所需的更多的新鲜空气被引入到汽缸中，从而稀释该混合物。充气密度和含量的这些变化可能使火花点火变得困难。

发明内容

发明人已经意识到上述提及的问题，并且在本文中公开了当自动点火有利时能够经由自动点火启动燃烧的火花点火式发动机的方法。在根据本公开的方法中，由于或者通过火花点火或者通过自动点火来启动燃料空气混合物的点火，因此考虑火花塞的各种具体负荷需求，优选地作为负荷T的函数。为了启动自动点火，从一个汽缸排放到排气排放系统中的排气被引入到另一个汽缸，以便通过该点火气体引起自动点火。

公开了一种用于操作火花点火式发动机的方法，所述方法包括：

经由排气系统排出来自至少两个汽缸中每个的排气，所述排气系统包括来自至少两个汽缸的排气管路，所述排气管路会合到一起形成排气歧管；以及用来自第一排气供给汽缸的排气启动压缩点火，来自第一排气供给汽缸的排气从第一汽缸被排入到排气系统中，所述排气经由排气系统被引入到邻近的排气接收汽缸中。来自第一汽缸的热排气与邻近汽缸的新鲜空气不完全混合。在随后的压缩冲程期间，捕集的热排气被压缩并且其温度进一步升高，以便其可以与火花塞相似的方式用作点火启动器。因此，与已知的自动点火相反和不同的是，本方法驱使更类似于火花点火的较慢燃烧，并且因此适合于高负荷。此外，本公开的方法可以使得在自动点火的情况下火花点火仍然起作用。

通过单独或结合附图参考下面的具体实施例部分，本公开的上述优势和其他优势以及特征将容易变得明显。

应当理解提供的上述发明内容是以简化形式介绍具体实施例中进一步描述的选择概念。这不意味着标识要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一限定。而且，要求保护的主题不限于解决上述或本公开任何部分中所述的任何缺点的实现方式。进一步地，本发明人已经意识到本文提到的缺点，并且不承认它们是已知的。

附图说明

图1示出发动机的示例汽缸。

图2示意性地示出直列式发动机的四个汽缸。

图3示出示例排气歧管。

图4示出两个汽缸的示例排气岐管。

图5示出火花点火式内燃发动机的一个实施例的图，其以示意形式指示火花点火和自动点火的使用区域。

图6示出在高负荷下，经由在两个邻近汽缸中的自动点火启动火花的过程流程。

图7示出描述根据本公开的发动机在火花点火下操作或在自动点火下操作时的方法。

具体实施方式

图1示出内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和车辆操作员130经由输入装置132的输入。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸（在本文中也称为“燃烧室”）30可以包括燃烧室壁136，活塞138安置在燃烧室壁136中。活塞138可以被连接到曲轴140，以便活塞的往复运动被转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由传动系被连接到客车的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可以经由飞轮被连接到曲轴140，以便使发动机10的启动操作可行。

汽缸30可以经由一系列进气道142、144和146接收进气空气。除了汽缸14之外，进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在某些实施例中，一个或更多进气道可以包括增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括被布置在进气道142与144之间的压缩机174，以及沿排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以至少部分由排气涡轮176经由轴180提供动力，其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，诸如发动机10配备有机械增压器，排气涡轮176可以可选地被省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气道提供，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门20可以如图1所示，被设置在压缩机174的下游，或可替换地，被提供在压缩机174的上游。

除了汽缸14以外，排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。示出的排气传感器128在排放控制装置178上游连接到排气道148。传感器128可以从用于提供排气空燃比的指示的各种合适传感器之中选择，诸如，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧）传感器、双态氧传感器或EGO（如所述）、HEGO（加热型EGO）、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂（TWC）、NOx捕集器、各种其它排放控制装置或其组合。

排气温度可以由位于排气道148中的一个或更多温度传感器（未示出）测量。可替换地，排气温度可以基于发动机工况推断，发动机工况诸如转速、负荷、空燃比（AFR）、火花滞后等。进一步地，排气温度可以由一个或更多排气传感器128计算。应当明白，排气温度可以可替换地通过本文列出的温度估算方法的任何组合估算。

发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多进气门和一个或更多排气门。例如，示出的汽缸30包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在某些实施例中，发动机10的每个汽缸（包括汽缸14）可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。

进气门150可以由控制器12通过经由凸轮驱动系统151的凸轮驱动控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和153中的每个可以包括一个或更多凸轮，并且可以利用可由控制器12操纵以便改变气门的操作的凸轮廓线变换（CPS）系统、变凸轮轴正时（VCT）系统、可变气门正时（VVT）系统和/或可变气门升程（VVL）系统中的一个或更多个。进气门150和排气门156的操作可以由气门位置传感器（未示出）和/或凸轮轴位置传感器155和157分别确定。在可替换实施例中，进气门和/或排气门可以由电动气门驱动控制。例如，汽缸30可以可替换地包括经由电动气门驱动控制的进气门和经由凸轮驱动控制的排气门，其中所述凸轮驱动包括CPS和/或VCT系统。在其他实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门驱动器或驱动系统，或可变气门正时驱动器或驱动系统控制。凸轮正时可以（通过提前或延迟VCT系统）被调整，以便与EGR流协调调整发动机稀释，从而减少EGR瞬变并改善发动机性能。

汽缸30可以具有压缩比，其是当活塞138在下止点处与在上止点处的容积的比。常规地，压缩比在9：1到10：1的范围。然而，在使用不同燃料的某些示例中，压缩比可能会增加。这可能发生在例如当使用更高辛烷值的燃料或具有更高潜在汽化焓的燃料。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增加压缩比。

在某些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于启动燃烧的火花塞92。在选择的操作模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA，经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。然而，在某些实施例中，火花塞92可以被省略，例如发动机10可以通过自动点火启动燃烧，或如在某些柴油发动机的情况下通过燃料的喷射启动燃烧。

作为非限制性示例，示出的汽缸30包括一个燃料喷射器166。示出的燃料喷射器166直接连接到汽缸30，用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸30中。通过这样的方式，燃料喷射器166提供被称为燃料的直接喷射（以下称为“DI”）到燃烧汽缸14中。虽然图1中的喷射器166被示为侧面喷射器，其也可以位于活塞的头顶上，例如接近火花塞92的位置。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统8被输送到燃料喷射器166中。可替换地，在较低压力时，燃料可以由单级燃料泵输送，在这样的情况下，压缩冲程期间的直接燃料喷射的正时可能比使用高压燃料系统时的正时更受限制。进一步地，虽然未示出，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力转换器。应当明白，在可替换实施例中，喷射器166可以是将燃料提供到汽缸14上游的进气口中的进气道喷射器。

如上所述，图1仅仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以同样包括其自己的一组进气/排气门，（多个）燃料喷射器，火花塞等。

虽然未示出，但应当明白发动机可以进一步包括将至少一部分排气从发动机排气系统传送到发动机进气系统的一个或更多排气再循环（EGR）通道。因此，通过再循环一些排气，发动机稀释可能被影响，其通过减少发动机爆震、汽缸燃烧峰值温度和压力、节流损失以及NOx排放，可以改善发动机的性能。一个或更多EGR通道可以包括连接在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气系统与涡轮下游的发动机排气系统之间并且被配置成提供低压（LP）EGR的LP-EGR通道。一个或更多EGR通道可以进一步包括连接在压缩机下游的发动机进气系统与涡轮上游的发动机排气系统之间并且被配置成提供高压（HP）EGR的HP-EGR通道。在一个示例中，在例如缺少由涡轮增压器提供的增压的情况下，可以提供HP-EGR流，而在例如存在涡轮增压器增压的情形和/或当排气温度在阈值之上时，可以提供LP-EGR流。流过LP-EGR通道的LP-EGR流可以经由LP-EGR阀调整，而流过HP-EGR通道的HP-EGR流可以经由HP-EGR阀（未示出）调整。

控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括：微处理器单元（CPU）106、输入/输出端口（I/O）108、在该特定示例中被示为只读存储器芯片（ROM）110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器（RAM）112、保活存储器（KAM）114以及数据总线。控制器12除了接收之前描述的那些信号以外，还可以接收来自连接到发动机10的传感器的各种信号，包括：来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量计（MAF）的测量结果；来自连接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度（ECT）；来自连接到曲轴140的霍尔效应（或其它类型）传感器120的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器124的歧管绝对压力信号（MAP）。控制器12从信号PIP生成发动机转速信号RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。其它的传感器还可以包括连接到燃料系统的（多个）燃料箱的燃料水平传感器和燃料成分传感器。

存储介质只读存储器110可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示处理器106可执行的用于执行下面描述的方法以及可以预期但未具体列出的其他变体的指令。

转向图2，其示出四汽缸直列式发动机的四个汽缸1、2、3、4。每个汽缸可以通过连接杆连接到共同曲轴，连接杆202、204、206和208可以分别将汽缸1、2、3和4连接到曲轴40。

在示出的快照中，第一汽缸1和第二汽缸2的活塞210、212位于下止点，以及第三汽缸3和第四汽缸4的活塞214、216位于上止点（TDC）。

现转向图3，其示出火花点火式内燃发动机的一个实施例的排气歧管。每个汽缸30包括两个排气口20、21，其用于将排气经由排气排放系统排出，排气管路41接合到排气口。

汽缸2和3的排气管路41接合并且汽缸1和4的排气管路接合。汽缸盖和排气歧管可以与排气道148流体连通（在图1中示出）。而且，排气歧管可以包括汽缸盖，并且整合的排气歧管和示出的组件可以大部分整合在汽缸盖中。

壁部件6突出到排气排放系统中，将邻近汽缸1和2或者3和4的排气管路41在从汽缸30的排气口20、21开始的排气排放系统部段上彼此分离。排气歧管分别接合汽缸2和3的排气以及汽缸1和4的排气。分开的排气管路41再次合并形成单个排气道。排气歧管可以接收发动机冷却剂流，以便冷却汽缸盖。在某些示例中，发动机可以用涡轮增压器增压，涡轮增压器的涡轮被连接到在汽缸盖中的联合排气歧管出口。

根据本公开的一个实施例，汽缸以1–3–4–2的次序点火。在高负荷下，气门正时被调整，以便在第二汽缸的排气冲程期间的第二汽缸的排气门事件与第一汽缸的膨胀冲程期间的第一汽缸的排气门事件之间存在气门重叠。在第三与第四汽缸之间、第一和第三汽缸之间以及第四和第二汽缸之间存在相同的重叠。通过这样的方式，在第一汽缸排放热气时，在至少部分避免随后与第二汽缸的剩余和新鲜充气混合的情况下，之前点火的第二汽缸可以吸入部分热排气。此外，由于排气管路41在排气歧管内合并，在汽缸1与3之间、3与4之间、4与2之间以及最后2与1之间会发生互串（crosstalk）。更大的气门重叠可能促进例如更多的排气互串。作为非限制性示例，提前排气供给汽缸的排气门的打开（例如，在更接近TDC时打开），会在汽缸中产生压力，使得当排气门被打开时，高压排气会贡献更高的互串。通过这样的方式，发动机可以包括：直列配置的四个汽缸；可变气门正时；四个汽缸以1–3–4–2的次序点火的点火次序；和具有存储器的控制器，该存储器具有存储在其内用于在高负荷下调整汽缸的可变气门正时从而与先前点火汽缸的排气阶段重叠的指令。

现在转到图4，其示出两个汽缸的示例排气岐管。参考标记与图3中的相同。在两个汽缸的情况下，单个壁部件6将两个汽缸分离。进行气门正时调整以便促进两个汽缸之间的排气互串。

额外的方法变体是可能的，其中排气歧管被配置有相继地点火汽缸的可切换的端口，以促进这些汽缸之间的排气互串。为了允许热排气到邻近的汽缸的互串，由切断元件可控的端口可以被提供在整合的排气歧管的分隔壁部件中。该壁部件将点火次序邻近的两个汽缸的排气管路在有限的距离上彼此分开。该端口允许排气从一个汽缸到另一个汽缸的转移。在该端口打开时，用作点火气体的排气经由排气排放系统和该打开的端口被引入到另一汽缸中。

在本公开的上下文中，将汽缸指定为第一或排气供给汽缸和邻近或排气接收汽缸用以区分汽缸。根据动力传动系统的正时，汽缸中的每个可以依次用作排气接收汽缸或排气供给汽缸。

从一个汽缸转移到另一个汽缸的排气比排气再循环返回的排气更热，尤其是，也比内部排气再循环返回的排气更热，根据定义，内部排气源自该汽缸，在该汽缸内部再次反馈。鉴于转移的排气在此被用作点火气体的事实，这种情况是特别重要和特别有利的，由于在自动点火的启动中，温度表示决定性的影响变量：点火气体温度越高，自动点火的启动就越可靠。

在火花点火式内燃发动机的有利实施例中，第一和第二汽缸的排气管路被合并为共同的排气管路，在至少一个汽缸盖内部形成整合的排气歧管。在设计排气排放系统时，目的是最小化汽缸上的排气口与排气后处理系统之间的排气管路部段的热惯性，这可以通过减少这个部段的质量和长度来实现。此时将排气歧管尽可能地整合到汽缸盖是实用的。

在内燃发动机由排气涡轮增压器机械增压的情况中，目的是尽可能地接近排气系统（也就是汽缸的排气口）布置涡轮，通过这样的方式，以便能够最佳使用热排气的排气焓，并且确保涡轮增压器的快速响应，其中热排气的排气焓由排气压力和排气温度决定性确定。此时汽缸的排气口与涡轮之间的管路系统的热惯性和容积也可以被最小化，因此，将排气歧管尽可能整合到汽缸盖是实用的。

为了受益于在汽缸盖中提供的冷却，将排气歧管彻底地整合到汽缸盖以便歧管可以不由成本昂贵的高耐热材料制造也越来越常见。将排气管路尽可能彻底合并到汽缸盖内，导致更紧凑的结构，同时允许更加牢固的封装，而且提供成本和重量优势。

在低负荷下，本公开的方法不通过自动点火启动点火。由于在低负荷下充气温度和密度降低，在没有任何控制的情况下自动点火可能开始或完全失败，其结果是可能发生不完全燃烧或失火，以及未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的排放增加。因此，在低负荷时，采用火花点火是有利的。

结合根据本公开的方法，尤其是排气从内燃发动机的一个汽缸经由排气系统到另一个汽缸的转移，在排气和再充满期间，必须考虑到内燃发动机的汽缸以许多不同方式彼此影响。

在火花点火式内燃发动机的有利实施例中，按点火次序在后的汽缸用作排气供给汽缸，其输送用作点火气体的排气，以及按点火次序在前的汽缸用作排气接收汽缸，该点火气体被引入到其中。

按点火次序两个接连的汽缸在其工作过程方面具有最小的偏移，因此有利于排气从一个汽缸转移到另一个汽缸，也就是说从按点火次序在前的汽缸转移到按点火次序在后的汽缸中。

现转向图5，其示出火花点火式内燃发动机的一个实施例的发动机映射图。该映射图示出使用火花点火和自动点火的扭矩（T）和发动机转速（n）区域。

根据图5中的映射图表示的方法，自动点火在高负荷使用，其中火花点火在低负荷使用，并指向相对高的发动机转速。应当指出，在本文中，负荷T被看作是高的，尤其是当：T>0.5T_max或T>0.65T_max时，T_max表示在相应的发动机转速n处的最大负荷。

假设自动点火被激活，当负荷下降到低于预定的负荷T_threshold时恢复到火花点火是有利的，为此目的，自动点火启动措施停止，以便停用自动点火。

根据本公开的内燃发动机提供尤其是在高负荷T的优势。用作启动火花点火的火花塞可以被设计成具有大电极间隙93（如图1所示），其确保在低负荷时不太浓的燃料空气混合物的可靠点火。在负荷增加或具有更浓的混合物时，为了实现混合物的点火，存在到自动点火过程的转变或自动点火承担补充作用。在这样的情况下，可以对气门正时做出调整，以便更利于例如排气从排气供给汽缸2到排气接收汽缸1的互串。而且，空气燃料混合物或其他参数可以被改变，以便进一步有助于在高负荷时通过自动点火启动点火。

如果自动点火，也就是如上所述，用于自动点火目的的点火气体的互串在高负荷T时被执行，这也有助于通过热排气的自动点火的启动。一方面，源自排气输送汽缸的点火气体在高负荷下比在低负荷下更热。另一方面，在高负荷下基本高的或更高的压力和温度水平产生用于在排气接收汽缸中自动点火启动的良好先决条件。

与此相反，根据本公开的自动点火不适用于低负荷，由于自动点火的开始可能不受控制或完全不存在，因此可能发生不完全燃烧或失火，以及未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的更大排放。因此，在低负荷时，使用火花点火是有利的。

不同于在本领域状态中已知的均质充气压缩点火（HCCI）方法，其也被称为容积点火方法或受控的自动点火（CAI）方法并且其目的是对优选同时遍布整个汽缸或燃烧室的均质的燃料空气混合物的受控自动点火，在根据本公开的内燃发动机中，自动点火被启动并且由有限量的热排气局部限制，该点火气体与火花塞一样并且取代火花塞。因此，与均质的自动点火相比，燃烧的最大压力和压力梯度受到限制，并且压缩点火对更高负荷是可行的。在本文中假设源自排气输送汽缸的点火气体不与存在于排气接收汽缸中的燃料空气混合物完全混合，但局部启动自动点火，并且被认为是混合物的燃烧的开始点。

自动点火在高负荷时启动可以使火花点火在这些负荷下变得不必要，因此高负荷的特定火花塞需求，尤其是在高负荷时的高点火电压的需求不再是问题，根据本公开的内燃发动机在高负载时通过自动点火方式点火。

此外，源自自动点火的排气具有相对低浓度的氮氧化物（NOx）并且几乎没有烟粒，其对内燃发动机的排放特性具有有利影响。

关于排气从内燃发动机的一个汽缸经由排气排放系统到另一个汽缸的转移，可以考虑在充气周期中内燃发动机的汽缸可以以多种方式彼此相互影响的事实。

这些效果是众所周知的，并且在低负荷下，气门正时可以被调整，以避免排气的互串。在四汽缸直列式发动机中，发动机的汽缸以点火次序1–3–4–2操作，例如，在按点火次序邻近于第四汽缸的第三汽缸的充气周期期间，第四汽缸可能具有不利影响，也就是说在第四汽缸的排气门关闭之前，源自第四汽缸的排气会进入第三汽缸。此处第四汽缸的燃烧气体的排出基本基于两个不同的机制。当排气门在充气周期的开始打开时，由于在汽缸中高压力水平占主导直到燃烧结束，并且由于燃烧室与排气排放系统之间的关联的高压力差，燃烧气体高速流过排气口到排气管路中。负荷T越大，这种增压流的过程更加明显，并且伴随着高的峰值压力，这也被称为预排气喘振并且其沿着排气管路行进。在充气周期的进一步过程中，在汽缸中的压力和在排气管路中的压力彼此基本相等，因此，由于活塞的运动，燃烧气体被排出。

为了抵消在低负荷的这种效果，排气门和排气口的打开时间段被缩减，也就是排气被更晚打开或更早关闭。然而，排气门缩短的打开时间段关于在高发动机转速和负荷时的输出是不利的。

在根据本公开的内燃发动机中，排气从一个汽缸到另一个汽缸的转移不受阻止，而受鼓励，以便利用该排气在高负荷时启动自动点火。因此，有利的是，根据本公开，增加每个汽缸的至少一个排气口的打开持续时间以便有助于用作点火气体的排气的转移。

只要点火转换到自动点火，并且自动点火通过点火气体引起，火花点火基本停用。尽管如此，并行应用两种点火方法是有利的，因此当启动自动点火时也采取火花点火。

在火花点火式内燃发动机的有利实施例中，每个汽缸被配备有用于启动火花点火的火花塞。

在本文中的火花点火式内燃发动机的有利实施例中，每个火花塞的电极间隙被设计用于低负荷。

用于启动火花点火的火花塞可以被设计成具有大的电极间隙，其确保在低负荷时较低密度的燃料空气混合物的可靠点火。在负荷增加或具有较低密度的混合物时，接着自动点火被激活，为此目的，除了其他事情以外，气门正时被调整，用于排气的转移。

正如已经解释的那样，在充气周期期间的目的是最大可能地快速打开流动横截面，以便最小化在排气出口流中的节流损失，并且确保排气的高效排放。为此，汽缸配备有两个或更多排气口是有利的。

在内燃发动机中，每个汽缸包括用于将排气从汽缸排出的至少两个排气口，火花点火式内燃发动机的有利实施例是其中面对并最接近按点火次序在后的汽缸的排气口具有较早的打开时间，以及其中被布置在按点火次序在后的汽缸远处并与其进一步远离的排气口具有稍晚的打开时间。

面对并最接近按点火次序在后的汽缸的第一排气供给汽缸的排气口是具有经由排气排放系统到达邻近的排气接收汽缸的最短距离的排气口。在这方面，这个最近的排气口是适于排气转移的排气口，可以通过较早打开这个排气口以允许更长时间的排气转移，来适当地协助排气转移的功能，即点火气体的转移的功能。

被布置在按点火次序在后的汽缸远处并与其进一步远离的另一个排气口可以稍晚打开。

在内燃发动机中，每个汽缸包括用于将排气从汽缸排出的至少两个排气口，火花点火式内燃发动机的有利实施例是其中面对并且最接近按点火次序在前的汽缸的排气口具有稍晚的关闭时间，以及被布置在按点火次序在前的汽缸远处并与其进一步远离的排气口具有较早的关闭时间。

这个实施例也有利地协助排气的转移，也就是点火气体的转移。然而，与之前描述的实施例相比，排气的转移不受排气输送汽缸的排气口的合适气门正时协助，而是由排气接收汽缸的排气口的合适气门正时协助。不过，获得的改善是基于相同效果，排气接收汽缸的排气口保持打开更长时间，也就是被关闭的更晚，以便为已经存在于排气排放系统中的点火气体的转移提供更长时间。

在火花点火式内燃发动机的有利实施例中，提供至少一个机械增压装置。

该机械增压主要用于提升内燃发动机的性能。在此处，用于燃烧过程的空气被压缩，因此在每个工作周期，为每个汽缸馈送更大的空气质量。这使得增加燃料质量以及由此的平均压力是可能的。对于相同的排量来说，机械增压适于增加内燃发动机的功率输出，或对于相同功率输出来说其减少排量。在任何一种情况下，机械增压导致功率容积比的增加以及更有利的功率重量比。因此，对于相同的车辆约束条件，总体负荷可以被转换为更高的负荷，在此情况下，具体燃料消耗更低。

例如，排气涡轮增压器和/或压缩机可以被用作机械增压装置。在火花点火式内燃发动机的特定有利实施例中，至少一个排气涡轮增压器被提供作为机械增压装置。排气涡轮增压器包括压缩机和涡轮，它们被布置在相同的轴上。热的排气流被馈送到涡轮并膨胀，在涡轮中释放能量，以便该轴旋转。排气流输送到涡轮并最终到达该轴的能量被用来驱动压缩机，该压缩机也被布置在该轴上。压缩机输送并压缩馈送给它的增压空气，从而对汽缸机械增压。可以提供增压空气的冷却，其用于在被压缩的燃烧空气进入汽缸之前对其进行冷却。

可以采取优化机械增压内燃发动机的扭矩特性的各种措施，例如设计具有小横截面的涡轮，以及同时的排气排出，但是尤其是通过多个排气涡轮增压器的使用，所述排气涡轮增压器的涡轮以并联或串联布置。

在火花点火式内燃发动机的有利实施例中，提供直接喷射，用于将燃料引入到汽缸中。

燃料到汽缸燃烧室的直接喷射被认为是也可明显减少火花点火式发动机的燃料消耗的合适措施。直接喷射的原理与燃烧室和混合物的内部冷却内在关联，从而允许更高的压缩和/或机械增压以及最小的爆震。

燃料到燃烧室的直接喷射适于实现燃烧室的分层进气，这同样有助于火花点火操作过程的减少节流，由于分层进气操作的协助，在仅有少量燃料被喷射时可以使得内燃发动机非常稀地运行，这提供热力学优势，尤其是在部分负荷操作中，也就是在低的和中间负荷范围中的热力学优势。

在每个排气口被配备有排气门的内燃发动机中，所述排气门可以由气门驱动装置控制并且打开或关闭排气口，有利实施例的特征在于，该气门驱动装置是用于改变气门正时的至少部分可变设计，并且该气门正时根据汽缸是排气输送汽缸还是排气接收汽缸而改变。

现转向图6，其示出的方法400描述在高负荷下经由在两个邻近汽缸中的自动点火启动火花的过程流程。作为非限制性的示例，讨论的汽缸可以是如上所述的直列式4汽缸发动机的汽缸3和4，因为这些汽缸彼此相邻并顺序点火。而且，将在下面参考图7更详细讨论根据本公开的发动机被调整到经受自动点火的情况。

在步骤402，第一汽缸在高负荷下点火。这个第一汽缸可以是，例如以1-3-4-2点火次序点火的直列式四汽缸发动机的第三个汽缸。第一汽缸也可以通过自动点火来点火。为了实现这点，第一汽缸可以具有调整的气门正时，利用正的气门重叠保留或接收他们自己的更多排气。在可替换实施例中，第一汽缸可以是具有至少两个汽缸的任何发动机的一部分，其中紧邻第一汽缸的是邻近汽缸，该邻近汽缸按点火次序在第一汽缸之后立即点火。

在步骤404，由于如上所述的增加的打开时间，气门打开时间被调整为允许热排气从第一汽缸进入邻近汽缸。在步骤406，邻近汽缸的排气门具有延时的关闭时间，允许其经由打开的排气口吸入释放到排气管路的热排气。通过稍后关闭端口或在另一个示例中通过较早打开关联的气门，排气口的打开时间段可以被延长。一方面，延长的打开时间段可以用作允许完全启动点火气体的转移和偏离内燃发动机正常操作的过程的措施，也就是用于开始转移的措施。然而，延长的打开时间段也可以作为用于改善排气的转移的措施。

延长排气口打开时间段用于确保在充气周期的过程中，将个体汽缸的排气冲程重叠或重叠到更大程度。用作点火气体的排气从第一排气输送汽缸进入第二排气接收汽缸的转移被有利地协助。

在内燃发动机中，每个排气口被配备有排气门，所述排气门可以由至少部分可变的气门驱动装置控制，有利实施例的特征在于，所述气门驱动装置包括用于驱动排气门的至少两个不同的凸轮，所述至少两个不同的凸轮产生每个汽缸的至少一个排气门的不同长度的打开时间段。

对于用作点火气体的排气的转移，这是有利的。为了便于排气的转移，延长每个汽缸的至少一个排气口的打开持续时间是有利的。

在步骤408，热的进气被引入到邻近的燃烧汽缸，并与空气燃料混合物混合。与排气的混合允许空气充气具有比可能与单独进气空气混合或通过传统的EGR具有更高的温度。更高的温度有助于自动点火的启动。

在步骤410，在邻近汽缸的压缩冲程期间，燃烧汽缸内的空气燃料混合物的高密度和温度导致自动点火。在某些实施例中，如上所述，使用火花点火连同允许热排气进入邻近汽缸的增加的气门打开持续时间，也是可能的。

现转向图7，其示出了描述根据本公开的发动机在火花点火下操作或在自动点火下操作时的方法500。方法500可以由发动机控制器12执行并存储在ROM110上。

在步骤502，确定负荷是否大于预先确定的阈值。作为非限制性的示例，该预先确定的阈值可以是T>0.5T_max或T>0.65T_max，其中T是发动机的负荷。负荷的预先确定的阈值可以基于，例如在图5中示出的映射图。如果在步骤502，发动机负荷不大于预先确定的阈值（否），该方法前进到步骤504，其中保持火花点火直到发动机负荷超过预先确定的阈值。

如果在步骤502发动机负荷超出预先确定的阈值，该方法前进到步骤506，其确定排气温度是否大于预先确定的阈值。该预先确定的阈值可以是排气可以用作有效点火启动器的温度。排气温度可以基于例如发动机负荷、空燃比和发动机转速估算，或者排气温度传感器可以被布置在排气道148中。如果排气温度不大于预先确定的阈值温度，例如冷起动后的温度，则该方法前进到508，其中保持火花点火直到排气温度大于该预先确定的阈值。

如果在步骤506排气温度大于预先确定的阈值（是），则该方法前进到步骤510，其中气门打开时间被调整为增加的打开持续时间，从而允许排气从第一汽缸进入到邻近汽缸。允许排气从第一汽缸的排气管路进入第二汽缸的排气管路会导致热排气被吸入到燃烧室中，并与其中的空气燃料混合物混合。与汽缸内的高密度空气充气混合产生的更高温度会允许压缩后的自动点火。

一旦切换到自动点火，火花点火就被被停用，并且自动点火是通过点火气体的方式被引起，这个方法的实施例是有利的。本方法的变体的有利之处在于，在高负荷时的火花点火所需要的高点火电压可以被可靠避免。

尽管如此，一起采用两种点火方法，例如即使当自动点火已经启动时，仍然执行火花点火是有利的。如果自动点火被成功启动，随后执行的火花点火可以是不必要的，但是也不是障碍。另一方面，如果自动点火的启动偶然失败，则继续火花点火的激活，例如保持火花点火，确保可以可靠避免失火以及相关的缺点。因此，即使当自动点火通过点火气体的方式被引起时，保持火花点火的方法的实施例也是有利的。

在步骤512，再次确定发动机负荷是否大于预先确定的阈值。如果在步骤512，发动机负荷不低于预先确定的阈值（否），则该方法前进到步骤514，其中火花点火被恢复，并且标准的气门打开持续时间被调整，使得阻止排气进入邻近汽缸。

当可预先确定的负荷T_threshold下冲时，从激活的自动点火切换返回到火花点火的方法的实施例是有利的，为此，启动自动点火的措施被省略，从而停用自动点火。

当超过可预先确定的发动机转速n_threshold时，从激活的自动点火切换返回到火花点火的方法的实施例是有利的，为此，启动自动点火的措施被省略，从而停用自动点火。

如果在步骤512确定发动机负荷大于预先确定的阈值（是），则保持自动点火，并且气门打开持续时间被调整成允许排气从第一汽缸进入到邻近汽缸的排气管路，直到负荷不再大于预先确定的阈值。然后，该方法返回。

应当明白，该方法可以适于适应具有至少两个汽缸的任何发动机。而且在某些情况下，该方法可以适于使得气门打开持续时间被调整成允许第一汽缸的排气进入邻近汽缸中以供给点火气体，但是仍然可以使用经由火花塞的火花点火。例如当冷起动后，排气的温度未高到足以用作点火气体时，可以使用这个实施例。此外，气门打开持续时间可以以一定程度调整，该程度使得在某些情况下，更多或更少的排气可以被允许进入邻近汽缸。上述方法的所有变体进一步与如上所述位于排气系统外围的或位于其中的标准EGR系统、涡轮增压或附加系统或处理装置兼容。

用于操作火花点火式发动机的系统和方法被公开，其包括：经由排气系统将至少两个汽缸中每个汽缸的排气排出，所述排气系统包括来自至少两个汽缸的排气管路，它们会合到一起形成排气歧管；以及用来自第一排气供给汽缸的排气启动自动点火，来自第一排气供给汽缸的排气从第一汽缸排入到排气系统中，所述排气经由排气系统被引入到邻近的排气接收汽缸中。来自第一汽缸的排气与邻近汽缸的空气燃料混合物混合并提高该汽缸中的温度。在高负荷下，较高的温度和空气充气密度适合于发生自动点火。而且，该方法可以适于包括其中具有可调整的切断元件的专门改造的排气歧管的发动机，该专门改造的排气歧管进一步利于第一汽缸与邻近汽缸之间的排气互串。此外，本公开的方法可以适于在自动点火的状态下使得火花点火仍然起作用。

本文描述的流程图和方法中的动作可以表示存储在控制器12的存储器中的代码。

应当明白，本文公开的配置和方法本质上是示范性的，这些具体的实施例不应被视为对本发明的限制，这是因为很多变化是可能的。例如，上述技术可以被应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其他的发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合以及子组合。

所附权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这样的权利要求应被理解为包括一个或更多个这种元件的合并，不需要或排除两个或更多这样的元件。公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合以及子组合可以通过对本公开权利要求的修改或通过提出本申请或相关申请的新的权利要求来要求保护。这样的权利要求，无论其对于原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或不同，都应当被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于操作火花点火式发动机的方法，所述方法包括：

经由排气系统排出来自至少两个汽缸中的每个汽缸的排气，所述排气系统包括来自所述至少两个汽缸的排气管路，所述排气管路会合在一起形成排气歧管；以及

在高负荷下，利用来自第一排气供给汽缸的排气启动自动点火，其中来自第一排气供给汽缸的排气从所述第一汽缸被排出到所述排气系统中，所述排气经由所述排气系统被引入到邻近的排气接收汽缸中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高负荷是在相应的发动机转速下大于最大负荷的一半的负荷。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述高负荷是在相应的发动机转速下大于0.65倍最大负荷的负荷。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括响应于切换到自动点火并且自动点火由排气引起，停用火花点火。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括当通过排气的方式引起自动点火时，保持火花点火。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个汽缸中的每个被配备有用作启动火花点火的点火装置的火花塞。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一排气供给汽缸按点火次序处于所述邻近的排气接收汽缸之后。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述点火次序是直列式四汽缸发动机的1-3-4-2次序。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个汽缸中的每个具有用于从所述汽缸排放所述排气的至少两个排气口，其中每个汽缸的所述至少两个排气口以不同的正时操作。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括较早打开面对并最接近所述邻近的汽缸的排气口，以及稍后打开被布置在所述邻近的汽缸远处并与其进一步远离的排气口，在所述第一汽缸点火后，所述邻近的汽缸立即点火。

11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括稍后关闭面对并最接近所述第一汽缸的排气口，以及较早关闭被布置在所述第一汽缸远处并与其进一步远离的排气口。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一汽缸的所述至少两个排气口和所述邻近的排气接收汽缸的所述至少两个排气口以不同的正时操作。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括提前所述第一汽缸的至少一个所述排气口的打开时间。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括延后所述第二排气接收汽缸的至少一个所述排气口的关闭。

15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括增加每个汽缸的至少一个排气口的打开持续时间，以便有助于用作点火气体的排气的转移。

16.一种用于发动机的方法，其包括：

在低负荷下，

保持排气在第一汽缸与邻近汽缸之间的隔离；以及

通过火花点火启动燃烧；

在高负荷下，

调整气门打开持续时间，以允许排气从所述第一汽缸进入所述邻近汽缸；以及

停止火花点火并以自动点火操作。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述高负荷是在相应的发动机转速下大于最大负荷的一半的负荷。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述高负荷是在相应的发动机转速下大于0.65倍最大负荷的负荷。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述调整气门打开持续时间包括：增加所述第一汽缸和所述邻近汽缸的排气口的打开持续时间，以便有助于排气进入所述邻近汽缸的转移。

20.一种发动机，其包括：

以直列式配置的四个汽缸；

可变气门正时；

所述四个汽缸按以1–3–4–2的次序点火的点火次序；以及

具有存储器的控制器，所述存储器具有存储在其中的指令，所述指令用于在高负荷下调整汽缸的可变气门正时，以便与之前点火的汽缸的排气阶段重叠。

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