CN108291494B - 控制内燃发动机的运行的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种内燃发动机，包括燃料喷射系统，其包括设置为将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射器，和包括突出进入燃烧室中的不接地阻挡放电等离子点火器的等离子点火系统。控制器包括执行指令集，以在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在压缩点火式模式，包括指令以控制可变阀促动系统和控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件，其中燃料喷射事件实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气。

Description

控制内燃发动机的运行的方法和设备
技术领域
本发明涉及内燃发动机，其配置有直接喷射燃料系统和等离子点火器，且涉及其控制。
背景技术
已知的火花点火式(SI)发动机将空气/燃料混合物引入每一个气缸，在压缩冲程期间其被压缩且被火花塞点燃。已知压缩点火(CI)发动机在压缩冲程的上死点(TDC)附近将加压燃料喷射到燃烧腔室中，其在喷射时点燃。用于SI发动机和CI发动机的燃烧涉及通过流体力学控制的预先混合或扩散火焰。
SI发动机可以在不同燃烧模式下运行，例如包括均质SI燃烧模式和分层进汽SI燃烧模式。SI发动机可以配置为，在预定速度/载荷运行状态下的均质充气压缩点火(HCCI)燃烧模式下运行，且还被称为受控制的自动点火燃烧。HCCI燃烧是分布式、无火焰、动态控制的自动点火燃烧过程，发动机在稀空气/燃料混合物下运行，即贫计量比的空气/燃料点，具有相对较低的峰值燃烧，形成低NOx排放物。运行在HCCI燃烧模式的发动机形成成分、温度和进气阀关闭时残余排出气体优选均质的的气缸充气。均质的空气/燃料混合物使得富燃料气缸燃烧区域(其形成烟灰和颗粒排放物)的发生最小化。
发明内容
描述一种内燃发动机，且包括通过在汽气缸中形成的气缸孔、气缸盖和活塞配合形成的燃烧室。进气阀和排气阀设置在气缸盖中且操作为控制向燃烧室的气体流动，且可变阀促动系统操作为控制进气阀和排气阀的打开和关闭。燃料喷射系统包括设置为将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射器，和包括突出进入燃烧室中的不接地阻挡放电等离子点火器的等离子点火系统。控制器操作为响应于输出扭矩请求控制可变阀促动系统、燃料喷射系统和等离子点火系统的操作。控制器包括执行指令集，以在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在压缩点火式模式，包括指令以控制可变阀促动系统和控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件，其中单次燃料喷射事件实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中:
图1和2根据本发明示意性地显示了用于内燃发动机的单个气缸的实施例的截面视图，该内燃发动机包括属于等离子点火系统的气缸内的不接地介质阻挡放电等离子点火器；
图3根据本发明示意性地示出了在内燃发动机的气缸盖的通孔中安装的气缸内不接地介质阻挡放电等离子点火器的截面侧视图；
图4根据本发明示意性地示出了气缸内不接地介质阻挡放电等离子点火器的等轴视图，且稀释了通过单次等离子放电事件产生的多股电子流；
图5根据本发明用图形显示了与发动机速度和载荷运行状态相关的用于运行参考图1或2所述的发动机实施例的优选发动机运行模式，采用等离子点火控制器的实施例以产生等离子放电事件；
图6根据本发明用图形显示了在无火焰控制的压缩点火式发动机运行模式中的参考图1或2所述的发动机实施例的操作期间的单个发动机循环的发动机参数，所述无火焰控制的压缩点火式发动机运行模式采用等离子点火控制器的实施例以产生等离子放电事件；
图7用图形显示了在火焰辅助的受控压缩点火式发动机运行模式中、在参考图1或2所述的发动机实施例的操作期间的单个发动机循环期间的发动机参数；和
图8用图形显示了在火焰传播发动机运行模式中、在参考图1或2所述的发动机实施例的操作期间的单个发动机循环期间的发动机参数。
具体实施方式
现在参见附图，其中出于仅显示些示例性实施例的目的而不出于限制本发明的目的显示了附图，图1示意性地示出了用于多气缸内燃发动机(发动机)100的单个气缸和相关的发动机控制器(ECM)60的截面图。发动机100包括限定了多个气缸孔28的发动机缸体12，所述气缸孔含有可动活塞14，显示了其中的一个。发动机缸体12电连接到电气的地44。发动机100的允许被ECM 60控制，其与等离子点火控制器50通信，以控制多个不接地(groundless)电介质阻挡放电等离子点火器(等离子点火器)30，所述等离子点火器设置在气缸中，以点燃燃料-空气气缸充气。
气缸孔28每一个承装可动活塞14。气缸孔28的壁、活塞14的顶部部分和气缸盖18的内部露出部分限定了设置在其中的可变容积燃烧室16的外边界。每一个活塞14机械地联接到连接杆，该连接杆可旋转地联接到曲轴，且活塞14在气缸孔28中在上死点(top-dead-center：TDC)位置和下死点(bottom-dead-center BDC)位置之间可滑动，以在燃烧事件期间向曲轴传输功率。
气缸盖18包括与燃烧室16流体连通的进入口或流道(runner)24，进气阀20设置在其中，用于控制进入燃烧室16的气流。气缸盖18还包括与燃烧室16流体连通的排出口或流道26，排气阀22设置在其中，用于控制向燃烧室16以外的排气流。图1显示了与燃烧室16相关的单个进气阀20和单个排气阀22，但是应理解每一个燃烧室16可以配置有多个进气阀和/或多个排气阀。可以通过选择性地调整节流阀(未示出)的位置和调整进气阀20和排气阀22的打开和/或关闭而控制发动机气流。进气可变阀促动系统21布置为控制进气阀20的打开和关闭，且排气可变阀促动系统23布置为控制排气阀22的打开和关闭。进气和排气可变阀促动系统21、23可以包括可变凸轮相位(cam phasing)和可选择的多阶段(multiple-step)阀提升，例如多阶段凸轮瓣，其提供两个或更多阀提升位置且在一个或多个旋转凸轮轴上采用阀瓣和阀弹簧的促动，所述凸轮轴可旋转地联接到曲轴，或包括其他合适机构以实现这种控制。多阶段阀提升机构的阀位置改变可以是个别阶段式的改变。
气缸盖18布置有燃料喷射器40和等离子点火器30。燃料喷射器40设置为将燃料喷射到燃烧室16中，且布置有燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设置在燃烧室16的圆柱形截面的几何中心部分中且与其纵向轴线对准。
燃料喷射器40流体地且操作性地联接到燃料喷射系统，该燃料喷射系统以适于让发动机运行的流量供应增压燃料。燃料喷射器40包括流动控制阀和设置为将燃料喷射到燃烧室16中的燃料喷嘴。燃料可以具有任何合适成分，例如但不限于汽油、乙醇、柴油、天然气和其组合。燃料喷嘴可以延伸穿过气缸盖18进入燃烧室16。进而，气缸盖可以布置为具有燃料喷射器40和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设置在燃烧室16的圆柱形截面的几何中心部分并对准其纵向轴线。燃料喷嘴可以在进气阀20和排气阀22之间布置为与等离子点火器30对准。替换地，气缸盖18可以布置为让燃料喷嘴设置为与等离子点火器30对准并与进气阀20和排气阀22之间的线正交。替换地，气缸盖18可以布置让燃料喷嘴设置为侧喷射构造。在本文描述的包括燃料喷嘴和等离子点火器30的气缸盖18的结构是示例性的。其他合适结构可以用在本发明中。
燃料喷嘴包括限定了一个或多个开口(未示出)的端部，燃料通过该端部流动到燃烧室16中，形成包括一股或多股燃料羽流(fuel plume)的喷溅样式。燃料羽流的形状和穿透性是通过燃料压力和燃料喷嘴的构造造成的燃料动量的结果，该构造包括横截面面积、燃料喷嘴的开口(一个或多个)的形状和相对于燃烧室16的取向、以及燃烧室流动动态特点。燃烧室流动动态特点可以通过燃烧室16的形状决定，在一些实施例中包括用于在其中产生漩涡的装置的存在，以及其他因素。
通过非限制性的例子，在燃料喷嘴包括单个孔装置(包括销轴(pintle)和具有进入燃烧室16的单个圆形横截面开口的座部)，所形成的燃料喷溅样式可以是具有连续大致中空圆锥形形状的单股羽流。替换地，燃料喷嘴可以是多孔装置，包括销轴和具有让燃料经过的多个开口的座部，且所形成的燃料喷溅样式包括多股径向地喷射的燃料羽流。在燃料喷嘴包括多个开口的实施例中，在燃料喷射期间形成的燃料喷溅样式包括多股径向地喷射的燃料羽流，在从燃烧室16的侧视图观察时，所述燃料羽流一起在燃烧室16中形成大致圆锥形形状，其中圆锥形形状具有优选在各喷溅羽流中的主轴线之间测量的喷溅角，所述主轴线在燃料喷嘴上取向为间隔开180°或作为限定了喷溅角的外边界。多股喷溅羽流的每一股可以具有大致圆锥形形状、大致平坦形状或其他合适形状，该形状主要取决于燃料喷嘴的开口的横截面形状。
气缸盖18还提供用于安装等离子点火器30的结构和通孔19，等离子点火器30经过该通孔突出进入燃烧室16中。如在本文使用的，术语“不接地”表示在等离子点火器30附近不存在用能电联接到电气接地路径的材料制造的个别元件或结构。
参考图3和4描述了等离子点火器30的一个实施例，且优选包括单个电极33，该电极包封在电介质材料形成的壳体32中，其中电极33具有在第二远端端部36附近的末端部分34，该第二远端端部与等离子点火控制器50电连接的第一端35相反。在一些实施例中，电极33的末端部分34嵌入在壳体32中且具有厚度在1mm到5mm的范围。等离子点火器30牢固地附接到安装突起部31。安装突起部31优选螺纹插入通过气缸盖18中的通孔19并与之附接，使得电极33的末端部分34突出进入燃烧室16中。电极33在其第一端35处电连接到等离子点火控制器50。等离子点火控制器50监测并控制等离子点火器30的操作，采用从电源55(例如电池)供应的电功率。等离子点火控制器50电连接到电气接地路径44，由此形成连接到气缸盖18的电气接地连接。等离子点火控制器50配置为对等离子点火器30施加高频高压电脉冲，以产生等离子放电事件。
壳体32在电极33周围提供介电阻挡层，优选使得在等离子点火器30处于气缸盖18中的安装位置时，一定长度的电极33延伸到燃烧室16中。如此，电极33被电介质材料完全包封。壳体32可以配置为截头圆锥形状，其以朝向远端端部36变窄的方式呈锥形。该非限制性，且电介质壳体32可以相对于远端端部36的轮廓以其他方式成形和/或形成轮廓。远端端部36例如可以成形为圆锥形端部、圆柱形端部、倒角圆柱形端部等。可以采用其他截面形状，例如椭圆形、矩形、六边形等。可以采用具有相似效果的不接地介质阻挡放电等离子点火器的其他构造。在国际公开日为2015年9月3日的国际申请公开号WO2015/130655A1中找到不接地介质阻挡放电等离子点火器的其他非限制性实施例，该申请也属于本申请人。电介质材料可以是任何合适电介质材料，其能承受发动机燃烧室的温度和压力。例如，电介质材料可以是玻璃、石英、或陶瓷电介质材料，例如高纯度氧化铝。
在每一个等离子放电事件期间，等离子点火控制器50对电极33施加高频电压。在一个例子中，高频高压电脉冲可以具有100V的峰值初级电压、10到70kV的次级电压、2.5ms的持续时间和1.0J的总能量，具有接近一兆赫(MHz)的频率。等离子放电事件产生一个或多个等离子放电电子流(plasma discharge streamer)37，最佳如图4所示，其源于安装突起部31且朝向末端部分34传播。等离子放电电子流37可以在多个径向位置传播经过电极33的电介质壳体32的纵向部分的表面，且终止于末端部分34处或附近的远端端部36。等离子放电电子流37与气缸充气相互作用并将其点燃，其在燃烧室16中燃烧以产生机械功率。等离子点火器30的构造的具体细节、其在燃烧室16中的布置形式、和与每一个等离子放电事件期间的激活正时和电功率相关的运行参数(峰值电压、频率和持续时间)是根据应用特定的，且优选被选择为实现燃烧室16中的期望燃烧特点。多个等离子放电电子流37产生大的放电区域，用于在理想配比均质、贫燃料均质、富燃料均质、和/或贫/富燃料分层(lean/rich stratified)和贫燃料受控的自动点火燃烧应用情况下有效地形成火焰。
发动机100包括排气再循环(EGR)系统70，包括可控EGR阀用于控制从排气流道26而来的排气流到进气流道24的量。ECM 60配置为监测与发动机100的操作相关的参数并将命令信号发送到发动机100的控制系统和促动器，如线62所示。通过ECM 60控制的系统例如包括进气和排气可变阀促动系统21、23、燃料喷射器40、等离子点火控制器50和EGR系统70。
发动机100取决于如参考图5-8所述的运行状态选择性地运行在多个燃烧模式中的一个中。本发明可以应用于各种发动机系统和燃烧循环。在一个实施例中，发动机100可以操作地连接到设置在车辆(未示出)的一个或多个车轴上的多个车轮，以提供牵引功率。例如，发动机100可以连接到变速器(未示出)，变速器又可以让一个或多个车轴旋转。发动机100可以为多个车轮提供直接牵引功率，例如经由连接到一个或多个车轴的变速器，或可以为一个或多个电动机(未示出)提供功率，电动机又可以向多个车轮提供直接机动力。在任何事件中，发动机100可以配置为通过燃烧燃料和将化学能转换为机械能而向车辆提供功率。
发动机100有利地采用等离子点火系统的实施例，其包括不接地阻挡放电等离子点火器，以有助于在非常稀燃料的运行状态下实现稳定的低温燃烧，且由此提供对火花塞点火系统的替换，其可在高燃烧压力增强低温稀燃料燃烧，同时获得稳健的贫燃料低温燃烧。
图2示意性地示出了用于多气缸内燃发动机(发动机)200的单个气缸的截面图，包括限定了多个气缸孔28的发动机缸体12，所述气缸孔含有可动活塞14，显示了其中的一个。发动机200进一步包括等离子点火器30的实施例，其相对于气缸孔28的纵向轴线中心定位，包括突出到燃烧室16中的等离子点火器30的末端部分34。在该实施例中，燃料喷射器240定位为相对于气缸孔28的纵向轴线成一角度，以将燃料喷射到燃烧室16一侧。在所有其他方面，发动机200和等离子点火器30类似于参考图1、3和4所述的发动机100和等离子点火器30。如此，发动机的构造可在理想配比和贫燃料运行的燃烧模式下运行，具有包括喷焰点火(propagating flame ignition)、压缩点火和火焰辅助压缩点火在内的燃烧形式。
在参考图1-2所述的每一个实施例中，ECM 60监测从发动机和车辆的传感器而来的输入，以确定发动机参数的状态。ECM 60配置为接收操作者命令，例如经由加速器踏板和制动踏板，以确定输出扭矩请求，从所述输出扭矩请求获得发动机控制参数和发动机扭矩命令。ECM60执行存储在其中的控制程序，以确定用于发动机控制参数的状态，以控制上述的促动器，以形成气缸充气，包括控制油门位置、压缩机增压、等离子点火正时、受燃料喷射脉宽影响的被喷射燃料质量和正时、EGR阀位置(以控制循环流动的排出气体的流动)、和进气和/或排气阀正时和相位(phasing)。阀正时和相位可以包括负阀重叠(negative valveoverlap，NVO)和排气阀再打开的升程(在排气再吸入策略中)和正阀重叠(positive valveoverlap，PVO)。与气缸充气相关的发动机参数(其被各发动机控制参数影响)可以包括空气/燃料比、进入氧气、发动机空气流量(mass airflow：MAF)、歧管压力(manifoldpressure：MAP)和质量-燃烧-分数点(mass-burn-fraction point)(CA50点)。空气/燃料比可以通过燃料喷射脉宽来控制且影响每一个发动机循环期间喷入每一个燃烧室16的燃料量。通过控制NVO/PVO、电子油门控制和涡轮增压器(在采用时)来控制发动机空气流量(MAF)和歧管压力(MAP)，且其影响燃烧室16中捕获的空气质量的量和残余气体的量。进入氧气可以被EGR阀控制，所述EGR阀在每一个发动机循环期间控制外部EGR的量。MAF、实际的空气/燃料比、进入氧气、MAP和CA50点这样的发动机参数可以直接使用传感器测量、从其他感测参数推断、估计、从发动机模块获得或以其他方式通过ECM 60动态确定。
术语“控制器”、“控制模块”、“模块”、“控制”、“控制单元”、“处理器”和相似的术语是指专用集成电路(ASIC)(一个或多个)、电路(一个或多个)、中央处理单元(一个或多个)(例如是微处理器(一个或多个))以及存储器和存储装置形式的相关非瞬时存储器(只读、可编程只读、随机访问、硬件驱动等)中的任何一个或组合。非瞬时存储器部件能存储一个或多个软件或固件程序或例行程序形式的机器可读指令、组合的逻辑电路(一个或多个)、输入/输出回路(一个或多个)和装置、信号调节和缓冲器电路、可被一个或多个处理器访问以提供所述功能性的其他部件。输入/输出回路(一个或多个)和装置包括模拟/数字转换器和监测从传感器而来的输入的相关装置，以预设的采样频率或响应于触发事件来监测这种输入。软件、固件、程序、指令、控制程序、代码、算法和相似的术语是指任何控制器可执行的指令集，包括校准和查找表。每一个控制器执行控制程序(一个或多个)，以提供期望功能，包括监测来自传感装置和其他联网控制器的输入和执行控制和诊断的指令，以控制促动器的操作。程序可以被周期性地以规律间隔执行，例如在正在进行的操作期间每100微秒一次。替换地，程序可以响应于触发事件的发生而被执行。控制器之间的通信、以及控制器、促动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线链路、网络通信总线链路54、无线链路或其他合适通信链路实现。通信包括交换任何合适形式的数据信号，例如包括，经由导电介质传递电信号、经由空气传递的电磁信号、经由光学波导传递的光学信号等。数据信号可以包括代表从传感器而来的输入的信号、代表促动器命令的信号、和在控制器之间的通信信号。术语‘模型’是指基于处理器的或处理器可执行的代码和相关的校准，其模拟装置或物理过程的物理存在。如在本文使用的，术语‘动态’和‘动态地’描述了实时执行且以监测或以其他方式确定参数状态为特点的步骤或过程，且在程序执行或程序执行的迭代之间有规律地或周期性地更新参数状态。
图5用图形显示了与发动机速度和载荷运行状态相关的用于运行参考图1或2在本文所述的发动机实施例的优选发动机运行模式，采用等离子点火控制器50的实施例，其对等离子点火器30施加高频高压电脉冲，以产生等离子放电事件。发动机速度504显示在水平轴线上且发动机载荷502显示在垂直轴线上。在输出扭矩请求表示低载荷状态时，优选选择无火焰的受控压缩点火发动机运行模式(flameless,controlled compression-ignitionengine operating mode)600。参考图6描述与无火焰的受控压缩点火发动机运行模式600有关的细节。在输出扭矩请求表明中等载荷状态时，优选选择火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式700。参考图7描述与火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式(flame-assisted controlled compression-ignition engine operating mode)700有关的细节。在输出扭矩请求表示高载荷状态时，优选选择火焰传播发动机运行模式(flame-propagation engine operating mode)800。参考图8描述火焰传播发动机运行模式800有关的细节。
图6用图形显示了无火焰的受控压缩点火发动机运行模式600运行期间发动机参数对单个发动机循环的情况。发动机参数可以被有利地应用于参考图1和2在本文所述的发动机100、200的实施例，其采用等离子点火控制器50的实施例，该等离子点火控制器50将高频高压电脉冲施加于等离子点火器30，以产生等离子放电事件、分别控制燃料喷射器40、240并控制进气可变阀促动系统21和排气可变阀促动系统23。无火焰的受控压缩点火发动机运行模式600特征在于无火焰低温燃烧和受控的气缸充气体积压缩点火(volumetriccompression ignition)。发动机参数包括单个发动机循环期间的燃料喷射事件(一个或多个)和等离子放电事件(一个或多个)，该单个发动机循环包括排气冲程612、进气冲程614、压缩冲程616和膨胀冲程618，在水平轴线上根据旋转度数(rotational degrees)610显示了所有这些冲程。根据阀升程范围(valve lift scale)601和气缸压力范围606显示了由喷射结束点620和等离子放电事件630、631、632、633所表示的燃料喷射事件。显示了排气阀升程事件602，且其与排气阀的打开相关；显示了进气阀升程事件604，且其与进气阀的打开相关。显示了NVO事件603，且其发生在排气阀22的关闭和进气阀20的随后打开之间。在某些运行状态下，阀升程事件可以替代地包括运行为采用PVO。气缸压力包括在NVO事件603期间与气缸TDC相关的第一气缸压力峰值607。气缸压力还包括在压缩和膨胀冲程616、618之间与气缸TDC相关的第二气缸压力峰值608。燃料喷射事件的喷射结束点620可以落在与NVO事件603相关的发动机旋转范围622中的任何点处。执行无火焰的受控压缩点火发动机运行模式600以实现贫燃料气缸充气燃烧，而不传播火焰。无火焰的受控压缩点火发动机运行模式600采用单个燃料喷射事件620，具有燃料重整和随后的多个相继执行的等离子放电事件630、631、632，以产生自由基，以实现燃烧和功率产生。这包括通过采用NVO或通过采用排气再吸入策略进行贫计量比(lean of stoichiometry:稀计量比)燃烧并捕获残余物。与无火焰的受控压缩点火发动机运行模式600x的运行相关的结果表明可以减少燃烧不稳定性，由此允许在采用等离子点火器30以产生多个等离子放电事件时增加充气稀释(chargedilution)。
图7用图形显示了火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式700运行期间发动机参数对单个发动机循环的情况。发动机参数可以被有利地应用于参考图1和2在本文所述的发动机100、200的实施例，其采用等离子点火控制器50的实施例，该等离子点火控制器50将高频高压电脉冲施加于等离子点火器30以产生等离子放电事件、分别控制燃料喷射器40、240并控制进气可变阀促动系统21和排气可变阀促动系统23。火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式700特征在于气缸充气的火焰辅助燃烧和受控的体积压缩点火。发动机参数包括在单个发动机循环期间的燃料喷射事件和等离子放电事件，该单个发动机循环包括排气冲程712、进气冲程714、压缩冲程716、和膨胀冲程718，在水平轴线上根据旋转度数710显示了所有这些冲程。根据阀升程范围701和气缸压力范围706显示了燃料喷射事件720、721和等离子放电事件730、731、732、733和734。显示了排气阀升程事件702，且其与排气阀的打开相关；显示了进气阀升程事件704，且其与进气阀的打开相关。显示了PVO事件703，且其表示进气阀的打开和排气阀的随后关闭之间的重叠情况。在某些运行状态下，进气阀和排气阀升程事件可以替代地包括运行为采用NVO。气缸压力包括在压缩和膨胀冲程716、718之间与气缸TDC相关的气缸压力峰值707。火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式700被执行为通过以贫燃料分层充气(随后是压缩点火)来启动燃烧以实现贫燃料气缸充气的燃烧，由此实现低燃烧温度下的贫燃料燃烧。火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式700采用第一燃料喷射事件(通过喷射结束(EOI)720表示)，多个相继执行的等离子放电事件730、731、732和733，以产生自由基。EOI事件720可以在PVO事件703周围示出的时间段722中的任何时间发生，使得第一燃料喷射事件在排气阀关闭之后发生。在压缩冲程结束时716期间执行由EOI 721和随后的等离子放电事件734所表示的第二燃料喷射事件，以实现燃烧和功率产生。
优选地，等离子放电事件734与EOI 721旋转地(in rotation)紧密关联，例如在EOI 721结束之后旋转1-30度的范围内。等离子放电事件734被计时，以实现响应于输出扭矩请求的期望的燃烧相位。这还包括通过被启动以产生残余物的外部EGR进行贫计量比燃烧。在一些实施例中，这可以包括运行为采用NVO。与火焰辅助的受控压缩点火发动机运行模式700中的操作相关的结果表明可以减少燃烧不稳定性，由此允许在采用等离子点火器30以产生多个等离子放电事件时增加充气稀释。
图8用图形显示了火焰传播发动机运行模式800运行期间发动机参数对单个发动机循环的情况。发动机参数可以被有利地应用于参考图1和2在本文所述的发动机100、200的实施例，其采用等离子点火控制器50的实施例，该等离子点火器50将高频高压电脉冲施加于等离子点火器30，以产生多个等离子放电事件。火焰传播发动机运行模式800特征在于传播火焰，以用于充气点火和燃烧。发动机参数包括在单个发动机循环期间的燃料喷射事件和等离子放电事件，该单个发动机循环包括排气冲程812、进气冲程814、压缩冲程816、和膨胀冲程818，在水平轴线上根据旋转度数810显示了所有这些冲程。根据阀升程范围801和气缸压力范围806显示了燃料喷射事件820、821和等离子放电事件830和831。显示了排气阀升程事件802，且其与排气阀的打开相关；显示了进气阀升程事件804，且其与进气阀的打开相关。显示了PVO事件803，且其表示进气阀的打开和排气阀的随后关闭之间的重叠情况。气缸压力包括在压缩和膨胀冲程816、818之间与气缸TDC相关的气缸压力峰值807。火焰传播发动机运行模式800被执行为通过传播火焰而实现理想配比气缸充气的燃烧。火焰传播发动机运行模式800采用第一燃料喷射事件820，多个相继执行的等离子放电事件830和831，以产生自由基。显示了两个等离子放电事件830和831，但是可以存在更多等离子放电事件。第一燃料喷射事件820优选在进气冲程814早期发生，且可以在燃料喷射事件821和相继执行的等离子放电事件830和831之前或之后发生，以产生自由基。第一燃料喷射事件820有助于获得几乎均匀的混合物。第二燃料喷射事件822有助于气缸充气分层，且随后的第二等离子放电事件832在压缩冲程816结束期间执行，以实现燃烧和功率产生。
优选地，第二等离子放电事件832与第二燃料喷射事件822旋转地紧密关联，例如在第二燃料喷射事件822结束之后旋转1-40度的范围内。等离子放电事件832被计时，以实现响应于输出扭矩请求的期望的燃烧相位。这还包括通过被启用以产生残余物的外部EGR以化学计量比运行，在一些实施例中EGR可以等于或接近32％的稀释。在一些实施例中，这可以替代地包括以贫燃料方式运行和采用NVO。与火焰传播发动机运行模式800的操作相关的结果表明，可以减少燃烧不稳定向，由此允许在采用不接地的介质阻挡放电等离子点火器30以产生多个等离子放电事件时增加充气稀释。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (19)

1.一种内燃发动机，包括：
燃烧室，通过形成在气缸缸体中的气缸孔、气缸盖和活塞的配合而形成；
进气阀和排气阀，设置在气缸盖中且操作为控制向燃烧室的气体流动，且可变阀促动系统操作为控制进气阀和排气阀的打开和关闭；
燃料喷射系统，包括设置为将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射器；
等离子点火系统，电连接到突出到燃烧室中的不接地介质阻挡放电等离子点火器；和
控制器，操作为响应于输出扭矩请求控制可变阀促动系统、燃料喷射系统和等离子点火系统的操作，控制器包括指令集，其特征在于，该指令集能被执行为：
在输出扭矩请求表示低载荷状态时控制发动机以运行于压缩点火模式，包括提供指令以控制可变阀促动系统和控制等离子点火系统，以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件，该燃料喷射事件实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，包括，所述指令集能被执行为在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在无火焰压缩点火模式，包括提供指令以控制可变阀促动系统以实现负阀重叠状态，和控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件。
3.如权利要求1所述的内燃发动机，包括，所述指令集能被执行为在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在火焰辅助压缩点火模式，包括提供指令以控制可变阀促动系统以实现负阀重叠状态，和控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件。
4.如权利要求1所述的内燃发动机，包括，该指令集能被执行为在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在无火焰压缩点火模式，包括提供指令以控制可变阀促动系统以实现正阀重叠状态，和控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件。
5.如权利要求1所述的内燃发动机，包括，该指令集能被执行为在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在火焰辅助压缩点火模式，包括提供指令以控制可变阀促动系统以实现正阀重叠状态，和控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行燃料喷射事件之后执行等离子放电事件。
6.如权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括，该控制器包括指令集，该指令集能被执行为在输出扭矩请求表示中等载荷状态时将发动机控制在火焰辅助受控压缩点火式模式，包括指令以控制可变阀促动系统以实现正阀重叠状态，控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行第一燃料喷射事件之后执行多个等离子放电事件，和随后在压缩冲程期间控制燃料喷射系统以执行第二燃料喷射事件和控制等离子点火系统，以执行另一等离子点火事件，其中第一和第二燃料喷射事件实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气。
7.如权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括，该控制器包括指令集，该指令集能被执行为在输出扭矩请求表示中等载荷状态时将发动机控制在火焰辅助受控压缩点火式模式，包括指令以控制可变阀促动系统以实现负阀重叠状态，控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行第一燃料喷射事件之后执行多个等离子放电事件，和随后在压缩冲程期间控制燃料喷射系统以执行第二燃料喷射事件和控制等离子点火系统，以执行另一等离子点火事件，其中第一和第二燃料喷射事件实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气。
8.如权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括排气再循环系统，其包括可控排气再循环阀。
9.如权利要求8所述的内燃发动机，进一步包括，该控制器操作为响应于输出扭矩请求控制可变阀促动系统、燃料喷射系统、等离子点火系统和排气再循环系统的操作，控制器包括指令集，该指令集能被执行为在输出扭矩请求表示高载荷状态时将发动机控制在火焰传播模式，包括指令以控制排气再循环系统以稀释气缸充气，控制可变阀促动系统以实现正阀重叠状态，控制等离子点火系统以执行等离子放电事件，和控制燃料喷射系统以执行第一燃料喷射事件，和在压缩冲程期间控制等离子点火系统以执行另一等离子点火事件，其中第一燃料喷射事件实现具有理想配比的空气/燃料比的气缸充气。
10.如权利要求9所述的内燃发动机，进一步包括，该指令集能被执行为在压缩冲程期间执行第二燃料喷射事件，其中第一和第二喷射事件实现具有理想配比的空气/燃料比的气缸充气。
11.如权利要求8所述的内燃发动机，进一步包括，该控制器操作为响应于输出扭矩请求控制可变阀促动系统、燃料喷射系统、等离子点火系统和排气再循环系统的操作，控制器包括指令集，该指令集能被执行为在输出扭矩请求表示高载荷状态时将发动机控制在火焰传播模式，包括指令以控制排气再循环系统以稀释气缸充气，控制可变阀促动系统以实现负阀重叠状态，控制等离子点火系统以执行等离子放电事件，和控制燃料喷射系统以执行第一燃料喷射事件，和在压缩冲程期间控制等离子点火系统以执行另一等离子点火事件，其中第一燃料喷射事件实现具有理想配比的空气/燃料比的气缸充气。
12.如权利要求11所述的内燃发动机，进一步包括，该指令集能被执行为在压缩冲程期间执行第二燃料喷射事件，其中第一和第二喷射事件实现具有理想配比的空气/燃料比的气缸充气。
13.如权利要求1所述的内燃发动机，其中不接地介质阻挡放电等离子点火器包括包封在电介质材料中的电极，该电极包括包封在电介质材料中且设置在燃烧室中的末端部分。
14.如权利要求1所述的内燃发动机，其中等离子点火控制器与电连接到气缸盖的电气地路径电连接。
15.如权利要求1所述的内燃发动机，其中操作为控制等离子点火系统的控制器包括被配置为对不接地介质阻挡放电等离子点火器施加高频高压电脉冲的控制器。
16.如权利要求15所述的内燃发动机，其中配置为对不接地介质阻挡放电等离子点火器施加高频高压电脉冲的控制器包括被配置为对不接地介质阻挡放电等离子点火器施加电脉冲的控制器，所述电脉冲在10到70千伏范围的电压下具有接近1兆赫的频率。
17.一种用于控制内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括等离子点火系统、可变阀促动系统、具有可控排气再循环阀的排气再循环系统和燃料喷射系统，方法包括：
在发动机上安装不接地介质阻挡放电等离子点火器，其中等离子点火器的一部分突出到发动机的燃烧室中，且其中等离子点火器电连接到等离子点火系统；和
在输出扭矩请求表示低载荷状态时将发动机控制在无火焰压缩点火式模式，包括：
控制排气再循环系统以稀释气缸充气，且控制可变阀促动系统以实现负阀重叠状态，
执行燃料喷射事件以实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气，和
控制等离子点火系统以控制等离子点火器，以在燃料喷射事件之后执行多个等离子放电事件。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括在输出扭矩请求表示中等载荷状态时将发动机控制在火焰辅助压缩点火式，包括控制可变阀促动系统以实现正阀重叠状态，控制等离子点火系统以在控制燃料喷射系统以执行第一燃料喷射事件之后执行多个等离子放电事件，和随后控制燃料喷射系统以执行第二燃料喷射事件，并在压缩冲程期间控制等离子点火系统以执行另一等离子点火事件，其中第一和第二燃料喷射事件实现具有贫燃料的空气/燃料比的气缸充气。
19.如权利要求17所述的方法，进一步包括在输出扭矩请求表示高载荷状态时将发动机控制在火焰传播模式，包括指令以控制排气再循环系统对气缸充气进行稀释，控制可变阀促动系统以实现正阀重叠状态，控制等离子点火系统以执行等离子放电事件和控制燃料喷射系统以执行至少一个燃料喷射事件，和在压缩冲程期间控制等离子点火系统以执行另一等离子点火事件，其中至少一个第一燃料喷射事件实现具有理想配比的空气/燃料比的气缸充气。
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