CN108060971A - 预燃室点火系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及预燃室点火系统。提供用于预燃室点火系统的方法和系统。在一个示例中，预燃室点火系统包括延伸到燃烧室中的预燃室、被成形为通过预燃室的底部开口适配的活塞凸出部，以及由预燃室的侧壁形成的多个孔口。一种用于预燃室点火系统的方法包括调整预燃室内的火花正时并且将凸出部压入预燃室中以点燃主燃烧室内的空气/燃料。

Description

预燃室点火系统

技术领域

本描述总体涉及用于内燃发动机的预燃室点火系统的方法和系统。

背景技术

内燃发动机包括由发动机缸体形成的多个汽缸。每个汽缸由汽缸盖盖住，并且汽缸和汽缸盖一起形成多个燃烧室。每个燃烧室包括设置在其中的活塞。在一个示例中，内燃发动机可以由多个燃料喷射器供应有燃料(例如，汽油、柴油等)。每个燃烧室被配置成燃烧燃料和可燃气体(例如，空气)的混合物。燃烧室经由包括耦接到每个燃烧室的一个或多个进气道的进气系统接收空气。每个进气道包括设置在其中的进气门。所喷射的燃料和空气可以混合并且可以在每个燃烧室内燃烧。由燃烧所产生的气体然后可以经由包括耦接到每个燃烧室的一个或多个排气道的排气系统离开每个燃烧室，其中单独的排气门设置在每个排气道内。

包括如上所述的被配置用于直接喷射的内燃发动机的车辆可以附加地包括排气再循环(EGR)系统。EGR系统将一部分排气从排气系统转移回到进气系统，以冷却燃烧温度并且减少节流损失，从而改善车辆排放和燃料经济性。然而，在一些示例中，经由EGR系统利用排气稀释进气可以导致燃烧不稳定性和减小的燃烧率。

解决燃烧不稳定性和减小的燃烧率的尝试包括将每个燃烧室与单独的预燃室流体地耦接。一个示例方法由Attard在美国专利No.2012/0103302中示出。在其中，公开了一种用于内燃发动机的点火系统，其中点火系统包括耦接到燃烧室并且在汽缸盖的内部内形成的预燃室。该预燃室包括远离预燃室的近端部分定位的喷嘴。点火装置的点火器部分点燃预燃室内的燃料，并且部分燃烧的预燃室产物被迫向下通过预燃室中的孔口，以点燃燃烧室内的主燃料充气。另一示例方法由Tozzi在美国专利No.7,922,551中示出。在其中，公开了一种包括具有预燃室的柱形壳的火花塞，其中柱形壳由端盖盖住，所述端盖包括多个孔。在预燃室内可以发生燃料/空气的燃烧，并且来自预燃室的燃烧材料的羽流(plume)可以点燃主燃烧室内的燃料/空气。

然而，本文的发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，对于相对大量的EGR气体与新鲜的进气混合的发动机工况，可以不优化预燃室(诸如由火花塞的柱形壳形成的预燃室，或者在汽缸盖的内部中形成的预燃室)的几何结构。例如，虽然预燃室可以被配置成通过增加预燃室内的混合物的压力和温度来增加空气/燃料混合物的可燃性，但是燃烧气体可以被捕集在预燃室内，从而通过利用预燃室内的所捕集的气体稀释新鲜的进气来抑制在随后的燃烧循环期间的燃烧。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以由一种系统解决，该系统包括：由汽缸盖盖住的汽缸形成的燃烧室；由汽缸盖形成的预燃室，该预燃室远离汽缸盖延伸并且进入汽缸中；和设置在汽缸内的活塞，该活塞包括被成形为适配在预燃室内的凸出部。作为一个示例，预燃室包括由预燃室的侧壁形成的多个孔口，并且活塞的凸出部通过预燃室的底部开口压入预燃室中。第一火花塞的尖端设置在预燃室内并且可以由控制器致动以点燃预燃室内的空气/燃料混合物。部分燃烧的空气/燃料混合物可以从预燃室的孔口向外喷洒并且进入燃烧室中，从而点燃燃烧室内的空气/燃料混合物。在另一示例中，预燃室的火花正时可以由控制器响应于发动机工况调整。通过以这种方式配置该系统，可以增加预燃室内的空气/燃料混合物的压力和温度，从而增加空气/燃料混合物的可燃性。预燃室内的空气/燃料混合物的燃烧可以通过调整预燃室内的火花正时来控制，并且发动机性能可以增加。

应该理解，提供上述发明内容是为以简化的形式引入在具体实施方式中进一步描述的概念选择。这不意味着确立所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附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以上或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性地描绘包括内燃发动机和至少一个燃烧室的发动机系统。

图2A至图2B示出具有设置在包括预燃室的燃烧室内的凸出部的活塞的两个示例位置的侧视图。

图3示出如从燃烧室内观看的盖住图2A至图2B的燃烧室的汽缸盖。

图4示出如从燃烧室内观看的图2A至图2B的活塞。

图5示出由汽缸盖形成的图2A至图2B的预燃室的透视图。

图6示出设置在燃烧室内的图2A至图2B的活塞以及盖住燃烧室的汽缸盖的透视图。

图7示出用于将活塞凸出部压入设置在主燃烧室内的预燃室中并且在预燃室内燃烧空气/燃料混合物的示例方法。

图8示出用于响应于发动机工况调整设置在预燃室内的火花塞的火花正时的步骤。

图9示出用于响应于发动机工况调整设置在主燃烧室内的火花塞的火花正时的步骤。

图2A至图6按比例示出，然而可以使用其他相对尺寸。

具体实施方式

以下描述涉及用于内燃发动机的预燃室点火系统的系统和方法。发动机系统(诸如由图1示出的发动机系统)包括被配置成燃烧空气和燃料的混合物的内燃发动机。发动机包括由发动机汽缸、活塞形成并且由汽缸盖盖住的至少一个燃烧室。燃烧室包括预燃室点火系统，诸如由图2A至图2B示出的预燃室点火系统。预燃室点火系统包括由汽缸盖形成并且设置在燃烧室内的预燃室(如图3所示)和具有被成形为适配在预燃室内的凸出部的活塞(如图4所示)。燃料和空气混合物可以部分地在预燃室内燃烧，并且部分燃烧的混合物可以通过将活塞的凸出部压入预燃室中而被驱动通过沿预燃室的外周边定位的至少一个孔口(如图5所示)。在一个示例中，预燃室远离汽缸的中心线定位，并且活塞的凸出部被定位成与预燃室竖直地成直线(in-line)，如图6所示。用于在燃烧室内燃烧的方法由图7示出，其中用于调整设置在预燃室内的火花塞的火花正时的多个步骤由图8示出，并且用于调整设置在燃烧室的主燃烧室内的火花塞的火花正时的多个步骤由图9示出。

图1示意性地示出包括在示例发动机系统166内的燃烧系统100。燃烧系统100包括汽缸盖182和多个活塞(诸如活塞110)。每个活塞被包括在多个燃烧室的单独燃烧室(诸如燃烧室180)内。如下面参考图2A至图6所描述，汽缸盖182可以形成多个燃烧室的每个燃烧室的顶表面。发动机系统166(其包括燃烧系统100)将参考图1在本文进行描述，而包括在燃烧系统(诸如燃烧系统100)中的部件(例如，汽缸盖表面、活塞表面等)在图1的描述之后在下面并且参考图2A至图6进一步详细描述。

由图1描绘的示意图示出发动机系统166，其中发动机系统166包括发动机168、进气系统170、排气系统172和燃烧系统100。发动机168还可以包括具有布置在进气系统170内的压缩机184和布置在排气系统172内的涡轮186的涡轮增压器174。压缩机184由轴171耦接到涡轮186并且由涡轮186的旋转运动驱动。具体地，新鲜空气沿进气通道181经由空气净化器183被引入发动机168中并且流动到压缩机184。压缩机可以是任何合适的进气压缩机，诸如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统166中，压缩机是经由轴171机械地耦接到涡轮186的涡轮增压器压缩机，并且涡轮186通过使发动机排气膨胀来驱动以旋转。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以被耦接在双涡流涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何结构涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何结构根据发动机转速主动地变化。

如图1所示，压缩机184通过增压空气冷却器185耦接到节气门187。节气门187耦接到发动机进气歧管176。压缩的空气充气从压缩机通过增压空气冷却器185和节气门187流到进气歧管176。增压空气冷却器185例如可以是空对空热交换器或空对水热交换器。在图1中所示的实施例中，进气歧管176内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器175感测。压缩机旁通阀(未示出)可以串联地耦接在压缩机184的入口和出口之间。压缩机旁通阀可以是一种被配置成在选定的工况下打开以减轻过量的增压压力的常闭阀。例如，压缩机旁通阀可以在减小发动机转速的状况下打开，以避免压缩机喘振。

进气歧管176通过多个进气道(诸如进气道106)耦接到多个燃烧室(诸如燃烧室180)。每个进气道包括至少一个进气门(诸如进气门102)。燃烧室(其在本文可以被称为汽缸)经由多个排气道(诸如排气道108)进一步耦接到排气歧管178。每个排气道包括至少一个排气门(诸如排气门104)。燃烧室180由汽缸盖182盖住并且可以与燃料喷射器(诸如燃料喷射器179)耦接。每个燃烧室包括活塞(诸如活塞110)、预燃室(诸如预燃室198)，并且可以包括一个或多个火花塞(诸如火花塞199)。包括预燃室和活塞的燃烧室的实施例由图2A至图6示出并且在下面进一步描述。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管178。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管区段。在图1所示的实施例中，排气歧管178内的排气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器177感测。

在操作期间，发动机168内的每个燃烧室(诸如燃烧室180)通常经历四冲程循环。该四冲程循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程(膨胀冲程在本文可以被称为动力冲程)和排气冲程。作为燃烧室180的操作的示例，在进气冲程期间，排气门104可以关闭并且进气门102可以打开。空气经由进气歧管176引入燃烧室中，并且活塞110移动到燃烧室的底部，以便增加燃烧室内的容积。活塞靠近燃烧室的底部并且在其冲程结束时(例如，当燃烧室处于其最大容积时)的位置通常被本领域的技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门和排气门通常关闭。活塞朝向汽缸盖182移动，以便压缩燃烧室内的空气。活塞在其冲程结束时并且最接近汽缸盖(例如，当燃烧室处于其最小容积时)的点通常被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。

在本文中可以被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在一个示例中，燃料可以在燃烧室上游的位置处与进气混合，并且空气和燃料混合物可以经由进气道(例如，进气道106)流入燃烧室中。在另一示例中，燃料可以经由燃料喷射器(例如，燃料喷射器179)直接地喷射到燃烧室中并且可以在燃烧室内与进气混合。在下文被称为点燃的过程中，空气和燃料混合物由已知的点火装置，诸如一个或多个火花塞(诸如由图2A至图2B、图3和图6所示的火花塞)点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞回到BDC。曲轴(诸如由图2B所示的曲轴)将活塞运动转换为曲轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，一个或多个排气门打开，以将所燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管178，并且活塞返回到TDC。应当注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，以便提供正气门重叠或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其他示例。

发动机168可以至少部分地由包括控制器169的控制系统167和经由输入装置(未示出)来自车辆操作者的输入进行控制。控制系统167被配置成从多个传感器165(传感器的各种示例在本文进行描述)接收信息并且将控制信号发送到多个致动器163。作为一个示例，传感器165可以包括耦接到排气管道193的温度传感器191、耦接到排放控制装置190的温度传感器195、耦接到进气歧管176的歧管空气压力传感器175和耦接到排气歧管178的歧管空气压力传感器177。在排气系统172中、在排气歧管178内和/或排气歧管178下游还可以包括各种排气传感器，诸如微粒物质(PM)传感器、温度传感器、压力传感器、NO_X传感器、氧传感器、氨传感器、碳氢化合物传感器等。诸如附加的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和成分传感器等其他传感器可以耦接到发动机系统166中的各种位置。作为另一示例，致动器163可以包括燃料喷射器179、耦接到低压排气再循环(EGR)通道148的阀146、进气门102、排气门104和节气门187。其他致动器(诸如各种附加的气门和节气门)可以耦接到发动机系统166中的各种位置。控制器169可以从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且响应于所处理的输入数据基于在其中与一个或多个程序对应的编程的指令或代码来触发致动器。

控制器169可以是微型计算机，并且可以包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储介质诸如只读存储器芯片、随机存取存储器、不失效存储器和/或数据总线。控制器169可以从耦接到发动机168的传感器接收各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒的温度传感器的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴的霍尔效应传感器(或其他类型)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)；来自一个或多个进气歧管传感器和排气歧管传感器的绝对歧管压力信号(MAP)、来自排气氧传感器的汽缸空燃比、以及来自爆震传感器和曲轴加速传感器的异常燃烧。发动机转速信号RPM可以由控制器169从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。

存储介质只读存储器可以用表示指令的计算机可读数据进行编程，所述指令可由处理器执行，用于执行以下描述的方法以及预期的但未具体列出的其他变体。示例程序可以包括响应于发动机工况调整火花塞正时(例如，调整火花塞的致动正时以产生火花)，如参考图7至图9进一步详细描述。

在其中至少一个进气门或排气门被配置成根据可调整正时打开和关闭的实施例中，可调整正时可以经由电子控制系统控制，以在点火期间调节存在于燃烧室中的排气的量。例如，在一个实施例中，可以电子地致动或控制排气门和进气门中的每个。在另一实施例中，可以凸轮致动或控制排气门和进气门中的每个。无论是电子致动还是凸轮致动，可以根据燃烧和排放控制性能的需要调整排气门和进气门打开和关闭的正时。电子控制系统还可以被配置成命令发动机系统中的各种其他电子致动阀(例如，节气门、压缩机旁通阀、废气门、EGR阀和切断阀、二次空气阀、各种贮存器进气门和排气门等)的打开、关闭和/或调整，以实现本文所述的任何控制功能。进一步地，为了结合发动机系统的控制功能评估工况，电子控制系统可以可操作地耦接到贯穿发动机系统布置的多个传感器—流量传感器、温度传感器、踏板位置传感器、压力传感器等。

燃烧室180可以如上所述被供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门体喷射或它们的任何组合供应给燃烧室。在燃烧室中，可以经由火花点火(经由一个或多个火花塞，诸如由图2A至图2B所示的那些火花塞)和/或压缩点火启动燃烧。

如图1中所示，将来自一个或多个排气歧管区段的排气引导至涡轮186以驱动涡轮186，其中排气然后流过排放控制装置190。在替代的实施例中(未示出)，发动机系统可以处理不同数量、布置和/或相对处理容量的排放控制装置。排放控制装置190可以包括一个或多个排气后处理催化剂，该排气后处理催化剂被配置成催化地处理排气流，并且从而减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一个排气后处理催化剂可以被配置成当排气流稀时捕集来自排气流的NO_X，并且以当排气流富时减少所捕集的NO_X。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置成使NO_X歧化，或者借助于还原剂选择性地减少NO_X。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置成使排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳氧化。具有任何此类功能的不同的排气后处理催化剂可以单独或一起地布置在涂层(wash coat)中或布置在排气后处理阶段中的其他地方。在一些实施例中，排气后处理阶段可以包括被配置成捕集排气流中的碳烟微粒并且使其氧化的可再生碳烟过滤器。

来自排放控制装置190的所处理的排气的全部或部分可以经由排气管道193释放到大气中。温度传感器191和流量传感器192耦接到排气管道193以监测工况。附加的传感器(未示出)可以被包括以检测排气压力、成分等。取决于工况，一些排气可以经由阀146替代地转移到低压(LP)EGR通道148。EGR冷却器150的进气口与LP EGR通道148流体地耦接，以允许排气朝向进气系统170流动通过EGR冷却器150。以这种方式，发动机系统166被配置成允许从排放控制装置190的上游和排气歧管178的下游捕集的排气进入。可以打开阀146以允许受控量的排气进入进气系统170，以便获得可期望的气体成分。止回阀149被包括在阀146下游的LP EGR通道148内，以减少使来自进气系统170的内容(content)朝向排气系统172流动通过LP EGR通道148的可能性。以这种方式，发动机系统166适于使排气从排气系统172可调整地流动到进气系统170。

燃烧系统100内包括的预燃室点火系统的实施例参考图2A至图6在下面进一步详细描述。以上描述的发动机系统166的示例配置是非限制性示例并且发动机系统的替代实施例可以包括未示出的附加的部件(例如，一个或多个EGR冷却器、热交换器等)。替代实施例还可以包括不同数量的燃烧室、进气门和/或排气门等。

贯穿图2A至图6包括参考轴线299，以便提供在每个视图之间的相对参考。图2A至图6均示出从不同视角观察的燃烧系统(例如，类似于以上参考图1示出并且描述的燃烧系统100的燃烧系统)的预燃室点火系统。换句话说，预燃室点火系统的相同实施例由图2A至图6示出，但是图2A至图6中的每个示出从不同角度观察的预燃室点火系统。例如，图2A至图2B示出预燃室点火系统的横截面轮廓，图3示出预燃室点火系统的燃烧室的顶表面的视图，图4示出预燃室点火系统的活塞的顶表面的视图，图5示出预燃室点火系统的预燃室的透视图，并且图6示出预燃室点火系统的燃烧室的近似等距视图。由于如上所述贯穿图2A至图6的实施例的描绘，附图之间的类似零件可以类似地被标记且不重新介绍。

图2A和图2B均示出包括由汽缸200的内壁214形成且由汽缸盖202盖住的燃烧室201的预燃室点火系统290。燃烧室201包括设置在其中的活塞204，并且活塞204被配置成沿汽缸200的中心轴线203线性地移动。活塞204包括被成形为适配在预燃室216内的凸出部212。预燃室216由汽缸盖202形成并且延伸到燃烧室201中。图2A示出处于下止点(BDC)位置的活塞204，而图2B示出处于上止点(TDC)位置的活塞204。在一个示例中，BDC位置可以对应于单个发动机循环的压缩冲程的开始，并且TDC位置可以对应于单个发动机循环的压缩冲程的结束，如以上参考图1所述。虽然汽缸盖202可以包括至少一个进气门、至少一个排气门和与每个气门耦接的至少一个相应的进气通道/排气通道，但是在由图2A至图2B所示的视图中仅示出了排气门238。然而，应该理解，汽缸盖202可以包括图2A至图2B未示出的进气门/排气门以及进气通道/排气通道(诸如由图3和图5所示的进气门300)。水平中心线205由图2A示出用于由图3至图4和图6示出并且在下面描述的部件的相对定位的比较。

活塞204包括冠部206和裙部208，并且裙部208与连接杆210耦接。连接杆210将活塞204的线性运动传输成曲轴234(由图2B所示)的旋转运动。凸出部212被形成为冠部206的延伸件并且延伸到燃烧室201中。如下所述，凸出部212被成形以适配在预燃室216内并且被定位成与预燃室216竖直地成直线，如竖直轴线242所示。换句话说，当活塞204沿中心轴线203朝向汽缸盖202移动并且移动到由图2B所示的TDC位置时，凸出部212连同活塞一起并且沿竖直轴线242移动，使得凸出部212压入预燃室216中。

如以上所提到的，预燃室216由汽缸盖202形成并且远离汽缸盖202延伸并且延伸到燃烧室201中。换句话说，预燃室216竖直地定位在燃烧室201的顶表面240(例如，诸如排气门238等气门位于的表面)之下。预燃室216远离汽缸盖202并且在朝向活塞204的BDC位置的方向上延伸。在由图2A至图6所示的实施例中，预燃室216由汽缸盖202的第一延伸区域224(第一延伸区域在本文可以被称为第一挤压(squish)区域224)形成并且被成形使得预燃室216的底侧(例如，最接近活塞204的BDC位置定位的侧)向燃烧室201敞开。换句话说，预燃室216包括底部开口(aperture)207(由图2A中的虚线指示)。第二延伸区域226(第二延伸区域在本文可被称为第二挤压区域226)由汽缸盖202形成并且在与中心轴线203垂直的方向上被定位成与第一挤压区域相对。在该配置中，当活塞204处于TDC位置时，燃烧室201被限定为跨越在第一挤压区域224、第二挤压区域226、活塞冠部206和顶表面240之间的敞开(open)容积(例如，敞开空间)。当活塞204朝向TDC位置移动时，凸出部212通过预燃室216的底侧压入预燃室216。

预燃室216包括由预燃室216的侧壁218形成的多个孔口236(由图2B中的箭头指示)。孔口236被布置成使得当活塞204的凸出部212通过预燃室216的底侧(例如，通过底部开口207)进入预燃室216时，预燃室216内的气体(例如，空气或空气/燃料混合物)可以从预燃室216强制地排出并且通过孔口236进入燃烧室201中。例如，在由图2A至图6所示的实施例中，第一火花塞228在一位置中与汽缸盖202耦接使得第一火花塞228的第一火花尖端220从汽缸盖202延伸并且进入预燃室216中。在发动机操作期间，控制器(例如，由图1所示并且在上面描述的控制器169)可以将信号发送到第一火花塞228的致动器，以便在第一火花尖端220处产生火花并且点燃预燃室216内的空气/燃料混合物。在一个示例中，当凸出部212完全插入预燃室216中时，可以产生火花。以下参考图7至图9描述其他示例。

随着空气/燃料混合物在预燃室216内燃烧，燃烧材料232(例如，部分燃烧的空气/燃料)经由孔口236从预燃室216喷洒(spray)并且进入燃烧室210中，从而点燃燃烧室201内的空气/燃料混合物。预燃室216被定位成使得燃烧材料232在与中心轴线203垂直的方向上从预燃室216喷洒。例如，当活塞204处于TDC位置(如由图2B所示)时，燃烧室201的大小相对于当活塞204处于BDC位置(如由图2A所示)时的燃烧室201的大小被减小。孔口236被定位成使得燃烧材料232在朝向第二挤压区域226的方向上从预燃室216喷洒，以便与燃烧室201中的未燃烧的空气/燃料混合物均匀地混合并且点燃未燃烧的空气/燃料混合物。

在图2A至图2B、图3和图6中，第二火花塞222的位置由虚线轮廓指示。在一些实施例中，第二火花塞222可以被包括以便增加对燃烧室201内的燃烧正时的控制的量。例如，在EGR气体与燃烧室201内的进气的比为高的发动机工况下，第二火花塞222可以连同第一火花塞228一起由控制器致动，以便降低燃烧室不发火的可能性。在此类示例中，第二火花塞222的正时可以不同于第一火花塞228的正时，并且可以响应于发动机工况由控制器独立地调整，如以下参考图7至图9所述。

图3以竖直地在汽缸盖202之下的视角(例如，如在BDC位置处从燃烧室201内观察)示出以上参考图2A至图2B描述的汽缸盖202的视图。汽缸盖202与进气门300和排气门238耦接。在该实施例(例如，由图2A至图6所示的实施例)中，汽缸盖202与燃料喷射器304和第二火花塞222附加地耦接。替代的实施例可以不包括燃料喷射器304和/或第二火花塞222。例如，在包括进气道燃料喷射的实施例(例如，燃料和空气在燃烧室201的上游(诸如在由图1所示的进气道106中)混合的实施例)中，可以省略燃料喷射器304(例如，其不与汽缸盖202耦接)。此外，替代的实施例可以包括不同数量、位置、大小等的进气门、排气门和相关联的进气道/通道。

进气门300、排气门238、燃料喷射器304、第二火花塞222和预燃室216的相对定位的示例由图3示出。在该示例中，进气门300和排气门238均沿第一轴线308居中，并且燃料喷射器304和第二火花塞222均沿第二轴线310居中，其中第一轴线308平行于第二轴线310，并且其中第一轴线308和第二轴线310两者被定位成与燃烧室201的水平中心线205(由图2A所示)垂直。第一轴线308和第二轴线310中的每个定位在第一挤压区域224和第二挤压区域226之间，使得进气门300、排气门238、燃料喷射器304和第二火花塞222也定位在第一挤压区域224和第二挤压区域226之间。

在由图3所示的示例中，第一挤压区域224包括弯曲表面303，而第二挤压区域226包括弯曲表面305。弯曲表面303被成形为使得第一挤压区域224远离进气门300和排气门238弯曲。类似地，弯曲表面305被成形为使得第二挤压区域226远离燃料喷射器304和第二火花塞222两者弯曲。

如以上参考图2A至图2B所述，由图2A至图6所示的实施例包括由汽缸盖202形成并且定位在第一挤压区域224内的预燃室216。在替代的实施例中，预燃室可以替代地定位在不同的位置，诸如由图2A至图2B所示的燃烧室201的顶表面240的中点(例如，沿与第一轴线308和水平中心线205的交点竖直地成直线的顶表面240的位置)中。在此类替代的实施例中，预燃室从顶表面240远离汽缸盖202延伸并且进入燃烧室201中。换句话说，预燃室被定位成使得预燃室的侧壁218位于燃烧室内并且不在汽缸盖202内(例如，预燃室216在进气门300和排气门238之下竖直地延伸)。

如由图3所示，预燃室216被定位成使得预燃室216的中点307与水平中心线205成直线。预燃室216具有直径306并且通过侧壁218与燃烧室分离。侧壁218包括多个孔口236，孔口236被定位成使得当活塞204的凸出部212(如由图2A至图2B所示)压入预燃室216中时，燃烧材料232在远离侧壁218和预燃室216的方向上从预燃室216喷洒。以这种方式，从预燃室216喷洒的燃烧材料232可以与由图2A至图2B所示的燃烧室201内的未燃烧的气体(例如，空气或空气/燃料混合物)混合，以便点燃未燃烧的气体。在一个示例中，如由图5所示并且如下所述，多个孔口236可以被成形并且被定位以便增加燃烧材料232与燃烧室的未燃烧的气体混合的量。此外，凸出部212和活塞204可以被成形以增加从预燃室216并且通过孔口236喷洒的燃烧材料232的量，如以下参考图4所述。

图4以从竖直地在活塞204之上的视角(例如，如从燃烧室201内观察)示出以上参考图2A至图3描述的活塞204的视图。凸出部212由图4示出为被定位成与水平中心线205成直线。此外，如以上参考图2A至图2B所示和所描述，凸出部212与预燃室216竖直地成直线。换句话说，活塞204的凸出部212和预燃室216均沿竖直轴线242(由图2A所示)定位。

凸出部212具有直径406，该直径可以略小于预燃室216的直径306(由图3所示)。此外，在如图6所示并且如以下所述的一个示例中，凸出部212可以从活塞冠部206延伸一比预燃室216的深度小的量。以这种方式，当活塞204从BDC位置(由图2A所示)移动到TDC位置(由图2B所示)时，凸出部212适配在预燃室216内。

预燃室216的透视图由图5示出。如以上参考图2A至图3所述，预燃室216可以由具有多个孔口236的第一挤压区域224形成，所述孔口236由侧壁218形成。在由图5所示的示例中，预燃室216包括五个孔口(例如，第一孔口500、第二孔口502、第三孔口504、第四孔口506和第五孔口508)。孔口中的每个沿侧壁218的周边定位，使得预燃室216内的燃烧材料(如以上参考图2A至图3所述)可以从预燃室216并且远离侧壁218向外喷洒。

在一个示例(诸如由图5所示的示例)中，每个孔口的中点可以被定位成距每个相邻孔口的中点相同的距离。换句话说，孔口236可以沿侧壁218的周边定位，使得相邻孔口之间的角度是相同的。例如，第一孔口500被示出为具有第一射流(jet)501，第二孔口502被示出为具有第二射流503，第三孔口504被示出为具有第三射流505，第四孔口506被示出为具有第四射流507，并且第五孔口508被示出为具有第五射流509。第二射流503相对于第三射流505成第一角度510，并且第三射流505相对于第四射流507成第二角度512。在由图5所示的示例中，第一角度510和第二角度512是相同量的角度。类似地，第一射流501相对于第二喷流503成相同量的角度，并且第四射流507相对于第五射流509成相同量的角度。通过以这种方式布置孔口236，可以增加来自预燃室216的燃烧材料(如上所述)与燃烧室内的未燃烧的气体的混合的量。在替代的实施例中，侧壁可以包括不同数量的孔口，和/或孔口中的一个或多个可以沿侧壁218与由图5所示的布置不同地定位。例如，在预燃室位于顶表面240的中点(由图2A至图3所示)处的实施例中，孔口可以替代地定位在沿侧壁的整个圆周的各个位置处。

每个孔口的直径可以与至少一个其他孔口的直径不同。在由图5所示的示例中，第一孔口500具有第一直径514，第二孔口502具有第二直径516，第三孔口504具有第三直径518，第四孔口506具有第四直径520，并且第五孔口508具有第五直径522。在该示例中，第一直径514是与第五直径522相同量的长度，并且第二直径516是与第四直径520相同量的长度，其中第二直径516和第四直径520均大于第一直径514、第五直径522和第三直径518。此外，第三直径518大于第一直径514和第五直径522中的每个。

通过配置具有这些直径的孔口，第二射流503和第四射流507可以包括比第一射流501、第三射流505和第五射流509更大量的来自预燃室216的燃烧材料，而第三射流505可以包括比第一射流501和第五射流509更大量的燃烧材料。换句话说，(例如)第二射流503和第四射流507的长度可以比第一射流501、第三射流505和第五射流509的长度更长。以这种方式，每个孔口的大小可以根据每个孔口距燃烧室壁的距离设定。例如，与第二孔口502和第四孔口506相比，第三孔口504可以是距第二挤压区域226(由图2A至图3所示)更小的距离量。因此，第三孔口504的直径(例如，第三直径518)相对于第二孔口502和第四孔口506的直径(例如，分别是第二直径516和第四直径520)减小，使得第三射流505具有比第二射流503和第四射流507更小的长度。在替代的实施例中，每个孔口可以具有相同的直径。在其他实施例中，一个或多个孔口可以具有与由图5所示的直径不同的直径。例如，在包括具有不同量的曲率的第二挤压区域的实施例中，孔口的直径可以被配置成使得每个射流的长度对应于对应孔口距第二挤压区域的距离。

图6示出包括由汽缸200和汽缸盖202形成的燃烧室201的预燃室点火系统290的透视图。在由图6所示的视图中，活塞204处于BDC位置，如以上参考图2A至图2B所述。在该位置中，示出了预燃室216的第一长度600。第一长度600是在与中心轴线203平行的方向上从第一挤压区域224的底表面601到预燃室216的顶表面603的预燃室216的长度。在由图6所示的示例中，预燃室216的顶表面603与燃烧室201的顶表面240平行并且与其成直线。在替代的示例中，预燃室216的顶表面603可以相对于燃烧室201的顶表面240成角度，和/或可以竖直地定位在顶表面240之下。在每个替代的实施例中，预燃室216的顶表面603不竖直地定位在燃烧室201的顶表面240之上。此外，在替代的实施例中，活塞204的凸出部212的形状可以被不同地成形，使得凸出部212的顶表面604相对于活塞204的冠部206的角度匹配预燃室216的顶表面603相对于燃烧室201的顶表面240的角度。

还示出了活塞204的凸出部212的第二长度602，其中第二长度602小于预燃室216的第一长度600。通过将第二长度602配置成小于第一长度600，当活塞204移动到TDC位置(由图2B所示)中时，凸出部212可以适配在预燃室216内。随着凸出部212压入预燃室216中，预燃室216内的气体(例如，空气或空气/燃料混合物)可以被压缩到比燃烧室201内的气体更高的压力，从而增加预燃室216内的气体相对于燃烧室201内的气体的温度。以这种方式，预燃室216可以响应于来自设置在预燃室216内的第一火花尖端220(由图2A至图2B所示)的火花增加气体的可燃性，如以下参考图7至图8所述。

图7示出用于在燃烧室内燃烧空气/燃料混合物的示例方法，该燃烧室包括预燃室和具有被成形为适配在预燃室内的凸出部的活塞，诸如以上参考图2A至图6所述的凸出部212、活塞204、预燃室216和燃烧室201。在下面描述的示例方法中，预燃室远离由汽缸盖(例如，由图2A至图3和图6所示的汽缸盖202)形成的燃烧室的顶表面(例如，由图2A至图3和图6所示的顶表面240)并且朝向活塞的下止点位置延伸。预燃室包括被成形以接收活塞凸出部的底部开口(例如，由图2A和图6所示的底部开口207)和由侧壁形成的被配置成从预燃室喷洒燃烧材料(例如，部分燃烧的燃料/空气混合物)并且喷洒到燃烧室(燃烧室在本文可以被称为主燃烧室)中的多个孔口(例如，由图2A至图3和图5至图6所示的由侧壁218形成的孔口236)。

在一个示例中，由图7所示的方法700包括用于调整设置在预燃室内的火花塞(诸如由图2A至图2B所示的第一火花塞228)的火花正时的步骤。用于调整第一火花塞(其在本文可以被称为预燃室火花塞)的火花正时的步骤由图8示出。

在另一个示例中，由图7所示的方法700包括用于调整设置在主燃烧室内的火花塞(诸如由图2A至图3和图6所示的第二火花塞230)的火花正时的步骤。用于调整第二火花塞(其在本文可以被称为次级火花塞)的火花正时的步骤由图9所示。

在一些实施例(诸如包括次级火花塞的实施例)中，该方法可以包括由图8和图9两者所示的步骤，或者可以包括由图8或图9中的仅一者所示的步骤。在其他实施例(例如，不包括预燃室火花塞和次级火花塞中的任一个的实施例，诸如柴油发动机的燃烧室)中，由图8和图9所示的步骤可以从方法700省略。在替代的实施例中，方法700可以在单个燃烧循环中包括由图8和/或图9所示的步骤，并且可以在紧接在单个燃烧循环之后的燃烧循环中不包括由图8和图9所示的步骤。包括上述状况的组合的替代实施例也是可能的。

用于实施方法700和包括在本文的其余方法的指令可以由控制器(诸如由图1所示并且在上面描述的控制器169)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1所述的传感器)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系统的发动机致动器来调整发动机操作。

方法700包括在702处基于发动机系统中的各种传感器(例如，如以上参考图1所述的各种温度传感器、压力传感器等)的一个或多个输出和/或发动机系统的工况来估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速和负荷、火花塞正时、发动机不发火(misfire)率、发动机负荷增加的速率、燃料压力、踏板位置、燃料喷射器喷嘴打开时间、质量空气流速、涡轮转速、压缩机入口压力、排放控制装置温度、曲轴位置等。

该方法继续到704，其中该方法包括使进气和/或空气和燃料混合物流入燃烧室中。在一个示例中，空气可以通过一个或多个进气门(例如，由图3和图6所示的进气门300)流入燃烧室中。在另一示例中，空气可以在燃烧室上游的位置(例如，由图1所示的进气道106)处与燃料混合，并且空气/燃料混合物可以经由与汽缸盖耦接的一个或多个进气门流入燃烧室中。

因此，在一个示例中，该方法在704处可以包括致动一个或多个进气门的致动器，以打开进气门并且使空气流入燃烧室中。在一个示例中，进气门可以由一个或多个机电致动器(例如，螺线管)致动，并且每个进气门的打开量和/或每个进气门的打开持续时间可以通过调整由控制器传输到机电致动器的电信号来调整。例如，增加传输到进气门的机电致动器的电信号的持续时间可以增加进气门的打开持续时间，而增加传输到进气门的机电致动器的电信号的振幅可以增加进气门的打开量。在另一示例中，一个或多个进气门可以由凸轮轴机械地致动，并且由凸轮轴进行的气门的致动正时可以由控制器调整。例如，控制器可以将电信号传输到凸轮轴的致动器，以便调整凸轮轴和/或凸轮轴的一个或多个凸轮相对于进气门的位置，从而调整进气门的致动正时。

该方法可选地从704继续到706，其中该方法包括经由一个或多个燃料喷射器(例如，由图3和图6所示的燃料喷射器304)将燃料喷射到燃烧室中。例如，如果在704处空气而不是空气/燃料混合物流入燃烧室中，则在706处控制器可以致动设置在燃烧室内的一个或多个燃料喷射器，以将燃料喷射到燃烧室中，以便将空气和所喷射的燃料混合。在一些示例中，所喷射的燃料量可以基于流入燃烧室中的空气量和/或其他发动机工况(例如，发动机扭矩需求)。例如，在增压状况下(例如，在压缩的进气经由压缩机(诸如由图1所示的压缩机184)递送到燃烧室的状况下)，控制器可以增加一个或多个燃料喷射器的喷嘴的打开时间，以便响应于流入燃烧室中的增加的进气量来增加喷射到燃烧室中的燃料量。在一个示例中，喷嘴的打开时间量可以通过增加或减少由控制器传输到燃料喷射器的电信号的持续时间来调整。以这种方式，燃料和空气的化学计量混合物可以提供给燃烧室，以便增加在燃烧室内的燃烧量。

该方法从704(如果空气/燃料混合物流入燃烧室中)或从706(如果空气与燃烧室内的喷射的燃料混合)继续到708，其中该方法包括将活塞和活塞凸出部朝向预燃室移动。活塞的凸出部被形成为活塞的延伸件，并且永久地附贴(affixed)到活塞的冠部(例如，由图1所示的冠部206)。因此，活塞和凸出部朝向预燃室一起移动。在一个示例中，活塞和凸出部可以从下止点(BDC)位置(由图2A和图6所示)朝向上止点(TDC)位置(由图2B所示)移动。活塞的BDC位置对应于活塞相对于汽缸盖的最底部位置。在BDC位置中，活塞的凸出部不插入预燃室内。随着活塞和凸出部朝向预燃室移动，预燃室内的燃料和空气混合物被压缩并且混合物的压力增加。在一个示例中，随着活塞的凸出部进入预燃室的底部开口，预燃室内的混合物的压力可以大于主燃烧室中的混合物的压力。因此，预燃室内的混合物的温度可以大于主燃烧室中的混合物的温度。

该方法继续到710，其中该方法包括启动火花并且基于发动机工况调整火花正时。例如，火花可以由控制器通过致动设置在预燃室和/或主燃烧室内的一个或多个火花塞(诸如预燃室火花塞或次级火花塞)启动。在一个示例中，调整火花正时包括在712处基于发动机工况调整设置在预燃室中的火花塞的预燃室火花正时。在另一示例中，调整火花正时包括在714处基于发动机工况调整设置在主燃烧室(而不是预燃室)中的火花塞的主燃烧室火花正时。在712处调整预燃室火花正时的步骤由图8示出并且在下面进一步描述。在714处调整主燃烧室火花正时的步骤由图9示出并且在下面进一步描述。附加的示例可以包括在712和714处所示的两个调整(例如，由图8和图9两者所示的步骤)。

该方法继续到716，其中该方法包括将活塞凸出部压入预燃室中，以驱动部分燃烧的空气/燃料混合物通过预燃室孔口并且进入主燃烧室中。例如，在710处并在相同的燃烧循环内启动火花之后，预燃室内的混合物可以部分地燃烧，从而增加预燃室内的混合物的温度和压力。此外，随着活塞和凸出部如以上参考708所述继续在预燃室的方向上(例如，在燃烧室顶部的方向上)移动，凸出部压入预燃室中并且减小用于混合物的燃烧的预燃室的可用容积。随着可用容积减小(例如，随着凸出部压入预燃室中)，混合物的压力进一步增加，并且部分燃烧的混合物被驱动(driven)出预燃室的孔口并且进入到主燃烧室中。

该方法继续到718，其中该方法包括经由来自预燃室的部分燃烧的空气/燃料混合物在主燃烧室内燃烧空气/燃料。由于在716处部分燃烧的混合物被驱动通过预燃室的孔口并且进入到主燃烧室中，部分燃烧的混合物可以与主燃烧室内的空气/燃料混合物混合。以这种方式，从预燃室的孔口驱动的部分燃烧的混合物可以迅速地加热主燃烧室内的未燃烧的空气/燃料混合物，以便点燃主燃烧室内的未燃烧的混合物。

通过利用从预燃室的孔口驱动的部分燃烧的混合物点燃主燃烧室内的未燃烧的空气/燃料混合物，可以增加主燃烧室内的混合物的可燃性。例如，在EGR气体与燃烧室和预燃室内的新鲜进气的比为高的发动机工况期间(例如，当新鲜进气与燃烧室上游的EGR气体混合时，或者当新鲜进气与来自在燃烧室内的燃烧的残余排气混合时)，进气/燃料混合物的燃烧温度(例如，混合物可以燃烧的温度)可以相对于不包括EGR气体的空气/燃料混合物的燃烧温度增加。通过如上所述增加预燃室内的空气/燃料混合物的温度和压力，混合物可以更容易地达到燃烧温度，从而增加混合物的可燃性。因此，可以在燃烧循环期间利用增加的EGR气体量，从而增加排放性能和燃料效率。

图8示出由图7的方法700所示的步骤710的继续。具体地，图8示出用于基于发动机工况调整预燃室火花正时的由次级步骤712所包括的步骤。控制器可以将电信号传输到预燃室火花塞，以便致动预燃室火花塞并且在预燃室火花塞的尖端处产生火花。在一个示例中，调整预燃室火花正时可以包括调整在从控制器传输到预燃室火花塞的电信号之间的时间量(例如，调整电信号的传输速率)，调整从控制器传输到预燃室火花塞的电信号的持续时间和/或数量，和/或调整相对于燃烧循环的在预燃室火花塞的尖端处产生火花的时间(例如，启动火花的时间)。

该方法从712(由图7所示)继续到800(由图8所示)，其中该方法包括确定催化剂温度是否大于阈值温度。例如，催化剂温度可以是排放控制装置(诸如由图1所示的排放控制装置190)的感测和/或估计的温度。在一个示例中，阈值温度可以是在延长的发动机操作时段期间(例如，当发动机不处于冷起动状况时)排放控制装置的正常的操作温度(或起燃温度)。换句话说，阈值温度可以是排放控制装置有效地从发动机排气移除NO_X和其他有害物质的温度。控制器可以将排放控制装置的所感测和/或估计的温度与阈值温度比较，以便确定所感测和/或估计的温度是否大于阈值温度。

如果在800处催化剂温度不大于阈值温度，则该方法继续到802，其中该方法包括根据第一模式调整预燃室火花塞正时。在第一模式下，预燃室火花塞的火花正时延迟，以便增加排放控制装置的温度。例如，第一模式包括在单个燃烧循环期间在凸出部已经完全插入预燃室中之后并且在凸出部已经完全从预燃室移除之前，当凸出部在单个燃烧循环期间正在远离汽缸盖的方向上移动时，经由控制器致动预燃室火花塞，以便产生火花。换句话说，当活塞的凸出部在单个燃烧循环期间仍然部分地在预燃室内时，随着活塞从单个燃烧循环的压缩冲程的TDC位置(由图2B所示并且在上面描述)并且朝向单个燃烧循环的动力冲程的BDC位置(由图2A所示并且在上面描述)移动，该控制器可以将电信号发送到预燃室火花塞，以便在预燃室火花塞的尖端处产生火花。

通过以这种方式为预燃室火花塞的致动定时，可以增加在单个燃烧循环的排气冲程期间从燃烧室流动的排气的温度。例如，随着活塞的凸出部在预燃室内并且远离汽缸盖移动，预燃室内的空气/燃料的压力可以减小(例如，可以产生真空效应)，从而增加经由预燃室的孔口从燃烧室到预燃室中的空气/燃料混合物的流量。由预燃室火花塞产生的火花点燃流入预燃室中的空气/燃料混合物。随着凸出部从预燃室移除，来自预燃室的部分燃烧的空气/燃料可以从底部开口流出并且流入燃烧室中，从而点燃燃烧室内的剩余的空气/燃料混合物。因此，燃烧室内的空气/燃料的相对较迟的燃烧发生，并且由燃烧所产生的增加的热能量的量可以在排气冲程期间由流出燃烧室的排气保持。增加的排气热能量随后可以增加排放控制装置的加热速率，从而在诸如发动机冷起动的状况(例如，发动机在长时间关闭和未操作之后打开并且操作的状况)下在较少的时间量内使排放控制装置达到正常的操作温度。然后，该方法通过返回到由图7所示的710从802继续。

如果在800处催化剂温度大于阈值温度，则该方法继续到804，其中该方法包括确定EGR量是否大于阈值量。EGR量对应于燃烧室内的EGR气体的量。在一个示例中，EGR气体可以在燃烧室上游的位置(例如，进气通道)处与新鲜的进气混合。在另一示例中，EGR气体可以是来自先前燃烧循环的在燃烧室内的残余燃烧气体。控制器可以经由一个或多个传感器和/或发动机工况来测量和/或估计燃烧室内的EGR气体的量，以便将所测量和/或估计的量与阈值量进行比较。在一个示例中，阈值量对应于可以影响燃烧稳定性的EGR气体的量。例如，燃烧室内的EGR气体量高于阈值量可以降低燃烧室内的空气/燃料混合物的可燃性。因此，空气/燃料混合物的燃烧温度(例如，燃烧发生的温度)可以被增加。在一个示例中，为了在存在大量EGR气体的情况下燃烧空气/燃料混合物，空气/燃料混合物的温度可以在预燃室内被增加，如以下参考810所述。

如果在804处燃烧室内的EGR气体量小于阈值量，则该方法继续到806，其中该方法包括根据第二模式调整预燃室火花塞正时。在第二模式下，调整预燃室火花塞的火花正时，使得在活塞的凸出部完全压入预燃室中之前启动预燃室内的燃烧。例如，第二模式包括在凸出部在单个燃烧循环期间已经部分地插入预燃室中之前，当凸出部在单个燃烧循环期间正在朝向汽缸盖的方向移动时，经由控制器致动预燃室火花塞，以便产生火花。换句话说，在活塞的凸出部在单个燃烧循环期间部分地插入预燃室内之前，随着活塞从单个燃烧循环的压缩冲程的BDC位置并且朝向单个燃烧循环的压缩冲程的TDC位置移动，火花由预燃室火花塞产生。在一个示例中，火花可以紧在凸出部在单个燃烧循环的压缩冲程期间压入预燃室中之前产生。

通过以这种方式为预燃室火花塞的致动定时，预燃室内的燃料/空气混合物的燃烧可以在凸出部压入预燃室中之前启动。换句话说，预燃室内的燃烧可以相对于当凸出部完全插入预燃室中时发生的燃烧而提前被启动。在凸出部压入预燃室中之前，启动预燃室内的提前燃烧增加预燃室内的空气/燃料的温度。凸出部然后可以压入预燃室中(如以上参考由图7所示的716所述)，并且通过预燃室的孔口喷洒部分燃烧的空气/燃料并且进入到燃烧室中(如以上参考由图7所示的718所述)，从而点燃燃烧室内的空气/燃料混合物。然后，该方法通过返回到由图7所示的710从806继续。

如果在804处燃烧室内的EGR气体量大于阈值量，则该方法继续到808，其中该方法包括确定所测量和/或估计的发动机负荷是否大于阈值发动机负荷。例如，发动机负荷可以由控制器基于一个或多个传感器(例如，发动机转速传感器、曲轴位置传感器等)测量和/或估计，或者基于发动机工况(例如，排气流速、燃料消耗等)推断。在一个示例中，阈值发动机负荷可以对应于在特定的时间量内发生单个燃烧循环的发动机负荷。例如，当发动机处于高负荷状况时，单个燃烧循环可以在第一时间量内发生，并且当发动机处于低负荷状况时，单个燃烧循环可以在第二时间量内发生，其中第二时间量大于第一时间量。

如果在808处所测量和/或估计的发动机负荷小于阈值发动机负荷，则该方法继续到810，其中该方法包括根据第三模式调整预燃室火花塞正时。在第三模式下，调整预燃室火花塞的火花正时，使得随着活塞的凸出部完全压入预燃室中而启动预燃室内的燃烧。例如，第三模式包括当凸出部在单个燃烧循环期间正在朝向汽缸盖的方向移动时并且在凸出部在单个燃烧循环期间已经部分地插入预燃室中之后，经由控制器致动预燃室火花塞，以便产生火花。换句话说，当活塞的凸出部在单个燃烧循环期间部分地插入预燃室中时，随着活塞远离单个燃烧循环的压缩冲程的BDC位置并且朝向单个燃烧循环的压缩冲程的TDC位置移动，火花由预燃室火花塞产生。然后，该方法通过返回到由图7所示的710从810继续。

如果在808处所测量和/或估计的发动机负荷大于阈值发动机负荷，则该方法继续到812，其中该方法包括根据第四模式调整预燃室火花塞正时。在第四模式下，调整预燃室火花塞的火花正时，使得在活塞的凸出部完全压入预燃室中之前通过多个火花和/或较长持续时间的火花启动预燃室内的燃烧。例如，类似于上面描述的第二模式，第四模式包括在凸出部在单个燃烧循环期间已经部分地插入预燃室中之前，当凸出部在单个燃烧循环期间正在朝向汽缸盖的方向移动时，经由控制器致动预燃室火花塞，以便产生火花。然而，与第二模式相比，第四模式包括通过增加的次数致动预燃室火花塞和/或致动预燃室火花塞达相对于以上参考第二模式描述的致动的增加的持续时间。

当预燃室火花正时处于第四模式时的发动机状况包括排放控制装置温度小于阈值温度，燃烧室和预燃室内的EGR气体量大于阈值量，以及发动机负荷大于阈值负荷。由于这些发动机状况，燃烧室和预燃室内的空气/燃料混合物的可燃性可能是低的(例如，由于大量的EGR气体导致)，并且燃烧混合物的时间量可能增加。然而，如上所述，由于高发动机负荷，单个燃烧循环发生的时间量可以是低的。由于燃烧混合物的时间量增加和单个燃烧循环中的时间量减少，燃烧不稳定性(例如，部分燃烧/不完全燃烧)的可能性可以增加。为了降低燃烧不稳定性的可能性，第四模式可以导致预燃室火花塞产生较长持续时间的火花和/或增加的火花数量，以便增加预燃室内的空气/燃料混合物的部分燃烧的可能性。然后，部分燃烧的混合物被驱动出预燃室的孔口(如以上参考由图7所示的716所述)，以便在主燃烧室内燃烧空气/燃料混合物(如以上参考由图7所示的718所述)。然后，该方法通过返回到由图7所示的710从812继续。

图9示出由图7的方法700所示的710的另一个示例继续。具体地，图9示出用于基于发动机工况调整主燃烧室火花正时的由714所包括的步骤。控制器可以将电信号传输到设置在主燃烧室内的次级火花塞(诸如由图2A至图2B、图3和图6所示的第二火花塞222)，以便致动次级火花塞并且在次级火花塞的尖端处产生火花。在一个示例中，调整主燃烧室火花正时(主燃烧室火花正时在本文可以被称为次级火花正时)可以包括调整在从控制器传输到次级火花塞的电信号之间的时间量(例如，调整电信号的传输速率)，调整从控制器传输到次级火花塞的电信号的持续时间和/或数量，和/或调整相对于燃烧循环的在次级火花塞的尖端处产生火花的时间(例如，启动火花的时间)。

该方法从由图7所示的714继续到由图9所示的900，其中该方法包括确定不发火检测率是否大于阈值率。例如，燃烧室不发火可以由控制器经由一个或多个传感器来检测，和/或可以基于发动机工况(例如，扭矩输出的波动等)来估计。在一个示例中，阈值率可以基于发动机扭矩输出被降低的速率。在另一示例中，阈值率可以基于发动机的排放性能被降低的速率(例如，有害排放增加的速率)。在一个示例中，不发火检测率可以是在发动机操作的预定时间量期间发生的燃烧室不发火的数量(例如，在发动机操作的设定的持续时间期间发生的不发火的数量)。在另一示例中，不发火检测率可以是在设定数量的燃烧循环内检测的燃烧室不发火的数量。控制器可以记录在设定数量的燃烧循环内检测的不发火的数量，以确定每设定数量的燃烧循环的不发火率。控制器然后可以将不发火率和阈值率进行比较。不发火检测率可以由控制器针对单个燃烧室来确定，或者可以是针对多个燃烧室的组合率。

如果在900处确定不发火检测率大于阈值率，则该方法继续到902，其中该方法包括基于预燃室火花塞正时模式调整次级火花塞正时。例如，如果预燃室火花塞正时处于第一模式，则可以调整次级火花塞正时(例如，设置在主燃烧室内的火花塞(诸如由图2A至图2B、图3和图6所示的第二火花塞222)的正时)，使得次级火花塞具有与预燃室火花塞相同的正时。换句话说，控制器可以在与预燃室火花塞相同的时间处致动次级火花塞，以便在主燃烧室内部分地燃烧空气/燃料混合物，同时预燃室火花塞在预燃室内部分地燃烧空气/燃料混合物。以这种方式，可以降低不发火的可能性。作为另一示例，如果预燃室火花塞正时处于第二模式或第四模式，则可以调整次级火花塞正时，使得次级火花塞紧在预燃室火花塞的致动之后被致动，以便增加燃烧稳定性。作为又一示例，如果预燃室火花塞正时处于第三模式，则可以调整次级火花塞正时，使得当来自预燃室的部分燃烧的空气/燃料混合物被驱动到燃烧室中时致动次级火花塞，以便降低不完全燃烧的可能性。

然后，该方法通过返回到由图7所示的710从902继续。

如果在900处确定不发火检测率小于阈值率，则该方法继续到904，其中该方法包括确定是否期望燃烧相位调整。例如，当预燃室火花塞根据第一模式致动时，与预燃室火花塞根据第二模式、第三模式或第四模式致动的状况相比，主燃烧室内的燃烧可以相对较迟地发生。在该状况下，控制器可以进行确定以调整燃烧定相，如下所述。

如果在904处期望燃烧相位调整，则该方法继续到902，其中该方法包括基于预燃室火花塞正时模式调整次级火花塞正时，如上所述。在一个示例中，如以上参考由图8所示的800所述，随着排放控制装置的温度接近阈值温度，可以调整次级火花塞正时，以便在燃烧循环中更早地致动次级火花塞，从而导致主燃烧室内的更早的燃烧。通过使主燃烧室内的燃烧更早地发生，减少的热能量的量可以如以上参考由图8所示的802所述经由排气被引导到排放控制装置。以这种方式，随着排放控制装置的温度接近阈值温度，减少的能量的量可以被利用以使排放控制装置升温，并且替代地能量可以被利用以增加发动机的扭矩输出(例如，通过经由燃烧将更大量的力施加到活塞)。然后，该方法通过返回到由图7所示的710从902继续。

如果在904处不期望燃烧相位调整，则该方法继续到906，其中该方法包括不调整次级火花塞正时。例如，如果次级火花塞利用特定正时被致动，则控制器不执行对该正时的调整。然后，该方法通过返回到由图7所示的710从902继续。

通过根据上述方法响应于发动机工况而调整预燃室火花塞正时和主燃烧室火花塞正时，可以降低不发火的可能性。此外，在EGR气体与燃烧室内的新鲜进气的比为高的状况期间，可以增加混合物的可燃性。

将活塞的凸出部压入设置在燃烧室内的预燃室中的技术效果是增加预燃室内的空气/燃料混合物的温度和压力。响应于发动机工况调整预燃室火花塞正时的技术效果是调整燃烧室的燃烧正时。以这种方式，通过增加预燃室内的空气/燃料混合物的温度和压力，空气/燃料混合物可以部分地燃烧，以便点燃燃烧室内的空气/燃料混合物。预燃室内的部分燃烧的空气/燃料混合物可以增加燃烧室内的空气/燃料混合物的可燃性。此外，通过将预燃室的孔口定位在设置在燃烧室内的预燃室的侧壁内，部分燃料的空气/燃料的射流可以从孔口喷洒并且增加部分燃烧的混合物与未燃烧的混合物的混合。此外，通过按压(press)活塞的凸出部通过预燃室的底部开口，随着凸出部远离汽缸盖移动，增加量的燃烧气体可以从底部开口流出，从而在下一个燃烧循环期间减少新鲜空气被排气稀释的量。

图2A至图6示出具有各种部件的相对定位的示例配置。如果被示出为彼此直接接触或直接耦接，则至少在一个示例中，此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此邻近或相邻的元件可以分别彼此邻近或相邻。作为示例，放置成彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，彼此分开定位仅在其间具有空间而不存在其他部件的元件可以被如上称呼。作为又一示例，被示出为在彼此之上/之下、在彼此的相对侧或在彼此的左边/右边的元件可以相对于彼此被如上称呼。进一步地，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶部点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底部点可以被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、之上/之下可以相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出为在其他元件之上的元件竖直地定位在其他元件之上。作为又一示例，附图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如环形的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒角的、成角度的等)。进一步地，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步地，在一个示例中，被示出为在另一元件内或被示出为在另一元件外的元件可以被如上称呼。

在一个实施例中，一种系统包括：由汽缸盖盖住的汽缸形成的燃烧室；由汽缸盖形成的预燃室，该预燃室远离汽缸盖延伸并且进入汽缸中；和设置在汽缸内的活塞，该活塞包括被成形为适配在预燃室内的凸出部。在该系统的第一示例中，系统包括在第一位置处与汽缸盖耦接的第一火花塞，其中第一火花塞的尖端设置在预燃室内。该系统的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括在第二位置处与汽缸盖耦接的第二火花活塞，并且其中第二火花塞的尖端在预燃室外部的第二位置处设置在燃烧室内。该系统的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两者，并且进一步包括其中预燃室包括由预燃室的侧壁形成的多个孔口。该系统的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括其中预燃室包括被成形为接收活塞的凸出部的底部开口，并且其中预燃室经由底部开口对燃烧室敞开。该系统的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括由汽缸盖形成的第一挤压区域，其中第一挤压区域在燃烧室的中心轴线的方向上在燃烧室的最顶表面之下竖直地延伸，并且其中预燃室由第一挤压区域形成。该系统的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括第二挤压区域，该第二挤压区域由汽缸盖形成并且被定位成在垂直于燃烧室的中心轴线的方向上与第一挤压区域相对。

在一个实施例中，一种方法包括：在单个燃烧循环期间：使可燃气体流入由汽缸盖盖住的汽缸的主燃烧室中；使可燃气体流入预燃室中，所述预燃室与汽缸流体地耦接并且远离汽缸盖延伸并进入汽缸中；以及通过将活塞的凸出部压入预燃室中来压缩在预燃室内的可燃气体。在该方法的第一示例中，使可燃气体流入主燃烧室中并且流入预燃室中包括将可燃气体与汽缸内或汽缸上游的进气道内的燃料混合，以形成气体/燃料混合物。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括：点燃预燃室内的气体/燃料混合物，以形成部分燃烧的混合物；以及驱动部分燃烧的混合物通过由预燃室的侧壁形成的孔口并且进入主燃烧室中。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或两者，并且进一步包括：通过将气体/燃料混合物与部分燃烧的混合物混合，点燃主燃烧室内的气体/燃料混合物。该方法的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括其中点燃预燃室内的可燃气体包括经由将活塞的凸出部压入预燃室中通过自动点火点燃气体/燃料混合物。该方法的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括其中点燃预燃室内的气体/燃料混合物包括致动部分地设置在预燃室内并且与汽缸盖耦接的预燃室火花塞，以在预燃室内产生火花。该方法的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括响应于排放控制装置的温度低于第一阈值温度，在第一模式下调整预燃室火花正时，其中第一模式包括在活塞处于单个燃烧循环的压缩冲程的上止点位置之后并且在活塞处于单个燃烧循环的动力冲程的下止点位置之前，致动火花塞以产生火花。该方法的第七示例可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括响应于汽缸内的EGR气体量低于阈值量，在第二模式下调整预燃室火花正时，其中第二模式包括在活塞处于单个燃烧循环的压缩冲程的下止点位置之后并且在凸出部在单个燃烧循环的压缩冲程期间被压入预燃室中之前，致动火花塞以产生火花。该方法的第八示例可选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括响应于汽缸内的EGR气体量高于阈值量并且发动机负荷低于阈值负荷，在第三模式下调整预燃室火花正时，其中第三模式包括在凸出部在单个燃烧循环的压缩冲程期间被压入预燃室中之后并且在活塞处于单个燃烧循环的压缩冲程的上止点位置之前，致动火花塞以产生火花。该方法的第九示例可选地包括第一示例至第八示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括响应于汽缸内的EGR气体量高于阈值量并且发动机负荷高于阈值负荷，在第四模式下调整预燃室火花正时，其中第四模式包括在活塞处于单个燃烧循环的压缩冲程的下止点位置之后并且在凸出部在单个燃烧循环的压缩冲程期间被压入预燃室中之前，致动火花塞以产生多个火花或延长持续时间的火花。该方法的第十示例可选地包括第一示例至第九示例中的一个或多个或者每个，并且进一步包括其中点燃主燃烧室内的气体/燃料混合物包括致动与汽缸盖耦接并且设置在主燃烧室内的主燃烧室火花塞，并且其中主燃烧室火花正时响应于预燃室火花正时被调整。

在另一实施例中，一种系统包括：由汽缸盖盖住的汽缸形成的燃烧室；由汽缸盖形成的预燃室，该预燃室远离汽缸盖延伸并且进入汽缸中；设置在汽缸内的活塞，该活塞包括被成形为适配在预燃室内的凸出部；第一火花塞，其与汽缸盖耦接并且包括设置在预燃室内的尖端；和控制器，其包括计算机可读指令，该计算机可读指令用于：响应于发动机工况调整第一火花塞的火花正时。在该系统的第一示例中，该系统包括第二火花塞，其与汽缸盖耦接并且包括在预燃室外部的位置处设置在燃烧室内的尖端，并且其中该控制器包括用于响应于发动机工况调整第二火花塞的火花正时的计算机可读指令。

应当注意，本文包括的示例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与各种传感器、致动器和其他发动机硬件的组合的控制系统实施。本文所述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所说明的顺序执行、并行执行，或在一些情况下被省略。同样地，处理顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是为易于说明和描述而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据正使用的特定策略被重复地执行。进一步地，所述动作、操作和/或功能可以用图形表示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，其中所述动作通过执行包括各种发动机硬件部件和电子控制器的组合的系统中的指令来实施。

应当了解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

随附权利要求特别地指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或它们的等同物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论比原始权利要求的范围更宽、更窄、相等或不同，仍被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：

由汽缸盖盖住的汽缸形成的燃烧室；

由所述汽缸盖形成的预燃室，所述预燃室远离所述汽缸盖延伸并且进入所述汽缸中；以及

设置在所述汽缸内的活塞，所述活塞包括被成形为适配在所述预燃室内的凸出部。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括在第一位置处与所述汽缸盖耦接的第一火花塞，其中所述第一火花塞的尖端设置在所述预燃室内。

3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括在第二位置处与所述汽缸盖耦接的第二火花塞，并且其中所述第二火花塞的尖端在所述预燃室外部的第二位置处设置在所述燃烧室内。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述预燃室包括由所述预燃室的侧壁形成的多个孔口。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述预燃室包括被成形为接收所述活塞的所述凸出部的底部开口，并且其中所述预燃室经由所述底部开口向所述燃烧室敞开。

6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括由所述汽缸盖形成的第一挤压区域，其中所述第一挤压区域在所述燃烧室的中心轴线的方向上在所述燃烧室的最顶表面之下竖直地延伸，并且其中所述预燃室由所述第一挤压区域形成。

7.根据权利要求6所述的系统，其进一步包括第二挤压区域，所述第二挤压区域由所述汽缸盖形成并且被定位成在垂直于所述燃烧室的所述中心轴线的方向上与所述第一挤压区域相对。

8.一种方法，其包括：

在单个燃烧循环期间：

使可燃气体流入由汽缸盖盖住的汽缸的主燃烧室中；

使所述可燃气体流入预燃室中，所述预燃室与所述汽缸流体地耦接并且远离所述汽缸盖延伸并且进入所述汽缸中；以及

通过将活塞的凸出部压入所述预燃室中来压缩所述预燃室内的所述可燃气体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中使所述可燃气体流入所述主燃烧室中并且流入所述预燃室中包括将所述可燃气体与所述汽缸内或所述汽缸上游的进气道内的燃料混合，以形成气体/燃料混合物。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

点燃所述预燃室内的所述气体/燃料混合物，以形成部分燃烧的混合物；以及

驱动所述部分燃烧的混合物通过由所述预燃室的侧壁形成的孔口并且进入所述主燃烧室中。

11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

通过将所述气体/燃料混合物与所述部分燃烧的混合物混合，点燃所述主燃烧室内的所述气体/燃料混合物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中点燃所述预燃室内的所述可燃气体包括经由将所述活塞的所述凸出部压入所述预燃室中通过自动点火点燃所述气体/燃料混合物。

13.根据权利要求11所述的方法，其中点燃所述预燃室内的所述气体/燃料混合物包括致动部分地设置在所述预燃室内并且与所述汽缸盖耦接的预燃室火花塞，以在所述预燃室内产生火花。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括响应于排放控制装置的温度低于第一阈值温度，在第一模式下调整预燃室火花正时，其中所述第一模式包括在所述活塞处于所述单个燃烧循环的压缩冲程的上止点位置之后并且在所述活塞处于所述单个燃烧循环的动力冲程的下止点位置之前，致动所述火花塞以产生火花。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括响应于所述汽缸内的EGR气体量低于阈值量，在第二模式下调整所述预燃室火花正时，其中所述第二模式包括在所述活塞处于所述单个燃烧循环的压缩冲程的下止点位置之后并且在所述凸出部在所述单个燃烧循环的所述压缩冲程期间压入所述预燃室中之前，致动所述火花塞以产生火花。

16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括响应于所述汽缸内的所述EGR气体量高于所述阈值量并且发动机负荷低于阈值负荷，在第三模式下调整所述预燃室火花正时，其中所述第三模式包括在所述凸出部在所述单个燃烧循环的压缩冲程期间压入所述预燃室中之后并且在所述活塞处于所述单个燃烧循环的所述压缩冲程的上止点位置之前，致动所述火花塞以产生火花。

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括响应于所述汽缸内的所述EGR气体量高于所述阈值量并且所述发动机负荷高于所述阈值负荷，在第四模式下调整所述预燃室火花正时，其中所述第四模式包括在所述活塞处于所述单个燃烧循环的压缩冲程的下止点位置之后并且在所述凸出部在所述单个燃烧循环的所述压缩冲程期间压入所述预燃室中之前，致动所述火花塞以产生多个火花或延长持续时间的火花。

18.根据权利要求13所述的方法，其中点燃所述主燃烧室内的所述气体/燃料混合物包括致动与所述汽缸盖耦接并且设置在所述主燃烧室内的主燃烧室火花塞，并且其中主燃烧室火花正时响应于预燃室火花正时被调整。

19.一种系统，其包括：

由汽缸盖盖住的汽缸形成的燃烧室；

由所述汽缸盖形成的预燃室，所述预燃室远离所述汽缸盖延伸并且进入所述汽缸中；

设置在所述汽缸内的活塞，所述活塞包括被成形为适配在所述预燃室内的凸出部；

第一火花塞，其与所述汽缸盖耦接并且包括设置在所述预燃室内的尖端；以及

控制器，其包括计算机可读指令，用于：

响应于发动机工况调整所述第一火花塞的火花正时。

20.根据权利要求19所述的系统，其进一步包括第二火花塞，所述第二火花塞与所述汽缸盖耦接并且包括在所述预燃室外部的位置处设置在所述燃烧室内的尖端，并且其中所述控制器包括用于响应于发动机工况调整所述第二火花塞的火花正时的计算机可读指令。