CN108386297B - 采用专用汽缸egr系统的内燃机 - Google Patents

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Abstract

多缸发动机包括汽缸的第一子集和汽缸的第二子集。专用汽缸废气再循环(EGR)系统与汽缸的第二子集相关联。等离子体点火系统被设置在汽缸的第二子集中。控制器操作等离子体点火系统以控制等离子体点火器在汽缸的第二子集中执行等离子体放电而产生残留废气，该残留废气通过专用汽缸EGR系统再循环至进气系统以引入至进气中。

Description

采用专用汽缸EGR系统的内燃机
引言
内燃机(发动机)通过在一个或多个燃烧室内燃烧空气和燃料的混合物而以转矩和转速的形式产生机械动力。在燃烧期间中，产生各种废气。废气的一部分可例如经由废气再循环系统再循环回到发动机汽缸中。再循环废气可排出汽缸中的一定量的可燃混合物，因此稀释汽缸充气并且导致提高发动机效率和降低燃烧温度，这可用于减少某些气体副产物的形成。稀释的程度可影响并且因此受限于燃烧稳定性。
发明内容
描述了一种多缸内燃机系统(发动机)，且该多缸内燃机系统包括发动机子组件，该发动机子组件包括限定多个汽缸的发动机组以及进气系统，该多个汽缸包括汽缸的第一子集、汽缸的第二子集。第一排气歧管被设置为夹带来自汽缸的第一子集的废气，且第二排气歧管被设置为夹带来自汽缸的第二子集的废气。与汽缸的第二子集相关联的专用汽缸废气再循环(EGR)系统包括流体连接在第二排气歧管与进气系统之间的流道。等离子体点火系统被设置在汽缸的第二子集中，其中每个等离子体点火器具有被设置在汽缸的第二子集中的一个汽缸中的尖端部分。控制器可操作地连接至包括等离子体点火系统的内燃机。控制器包括指令集，该指令集可执行以操作等离子体点火系统以控制等离子体点火器在汽缸的第二子集中执行等离子体放电而产生残留废气。
本公开的方面包括一种用于操作发动机的方法，该方法包括在汽缸的第一子集中和汽缸的第二子集中产生汽缸充气，包括采用被引入进气系统的进气。等离子体点火系统执行等离子体放电以燃烧汽缸的第二子集中的汽缸充气而产生残留废气，该残留废气通过专用汽缸EGR系统从汽缸的第二子集再循环至进气系统以引入至进气中。
本公开的另一个方面包括发动机，该发动机进一步包括分流阀，该分流阀被设置为控制从汽缸的第二子集供应的残留废气的流量。发动机的操作包括确定发动机速度/负载操作点，并且控制分流阀以当发动机速度/负载操作点与发动机能够在接受的燃烧稳定水平下操作的速度/负载操作区域相关联时将残留废气通过专用汽缸EGR系统引导至进气系统以结合至进气中。
本公开的另一个方面包括控制分流阀以当发动机速度/负载操作点与发动机能够在接受的燃烧稳定水平下操作的速度/负载操作区域无关时将残留废气引导离开专用汽缸EGR系统。
本公开的方面包括经由燃料喷射系统喷射燃料以在汽缸的第一子集中形成稀于化学计量的汽缸充气。
本公开的另一个方面包括经由燃料喷射系统喷射燃料以在汽缸的第二子集中形成富于化学计量的汽缸充气。
本公开的另一个方面包括经由等离子体点火系统执行等离子体放电以燃烧汽缸的第一子集中的汽缸充气。
本公开的另一个方面包括经由等离子体点火系统执行等离子体放电以燃烧汽缸的第二子集中的汽缸充气以在残留废气中产生自由基。
本公开的另一个方面包括以直列式汽缸配置进行布置的发动机子组件，其中汽缸的第二子集包括单个汽缸。
本公开的另一个方面包括以直列式汽缸配置进行布置的发动机子组件，其中汽缸的第二子集包括多个汽缸。
本发明的另一个方面包括直列式汽缸配置，其包括三缸直列式配置、四缸直列式配置、五缸直列式配置或六缸直列式配置中的一种配置。
本公开的另一个方面包括以V形配置进行布置的发动机子组件，其包括第一汽缸组和第二汽缸组，其中汽缸的第二子集包括第一汽缸组和第二汽缸组中的每个汽缸组上的单个汽缸。
本公开的另一个方面包括以V形配置进行布置的发动机子组件，其包括第一汽缸组和第二汽缸组，其中汽缸的第二子集包括第一汽缸组或第二汽缸组中的每个汽缸组上的所有汽缸。
本公开的另一个方面包括V配置，其包括V6配置、V8配置、V-10配置或V-12配置中的一种配置。
本公开的另一个方面包括等离子体点火器，其被配置为阻挡放电装置、无接的阻挡放电装置或电晕放电等离子体点火器。
本公开的另一个方面包括等离子体点火系统，其包括被设置在汽缸的第一子集中的多个等离子体点火器，其中每个等离子体点火器具有被设置在汽缸的第一子集中的一个汽缸中的尖端部分。
本公开的另一个方面包括进气歧管，该进气歧管具有第一节气门和第二节气门，该第一节气门被设置为控制进入汽缸的第一子集和汽缸的第二子集的进气气流，该第二节气门被设置为将进气气流控制为仅进入汽缸的第二子集。
本文描述了本公开的这些和其它方面。
附图说明
图1示意地示出了根据本公开的包括具有汽缸的第一子集和汽缸的第二子集的发动机子组件的四缸内燃机的实施例，其中等离子体点火系统被设置在汽缸的第二子集中，其中汽缸的第二子集与专用汽缸废气再循环(EGR)系统相关联；
图2以图形示出了根据本公开的与关于EGR充气稀释度的燃烧稳定性相关联的结果，其中与包括具有采用火花点火系统的专用汽缸废气再循环(EGR)系统的发动机子组件的内燃机的实施例的操作相比，该结果与参考图1描述的内燃机的实施例的操作相关联；且
图3以图形示出了根据本公开的在单个发动机循环中与参考图1描述的内燃机的实施例的操作相关的时序图，其包括用于汽缸充气的反应性增强和/或点火的等离子体点火器的激活的正时。
具体实施方式
如本文所描述和说明的所公开的实施例的部件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下详细描述并不旨在限制如所要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示其可能的实施例。另外，虽然在以下描述中阐述了许多具体细节以提供对本文所公开的实施例的透彻理解，但是在没有一些或所有这样的细节的情况下可实践某些实施例。另外，为了清楚起见，现有技术中的某些技术材料没有详细描述，以避免不必要地使本公开变得混淆。另外，附图是简化的形式，而不按精确的比例绘制。方向性术语的任何使用均不能被解释为以任何方式限制本公开的范围。另外，如本文所说明和描述，本公开可在缺少本文没有具体公开的元件的情况下实践。另外，本文可在功能和/或逻辑块部件和/或各种处理步骤描述本教导。应当认识到，这样的块部件可由被配置为执行指定功能的硬件、软件和/或固件部件组成。如本文所采用，术语“上游”和相关术语是指朝向流动流相对于指示位置的起源的元件，且术语“下游”和相关术语是指远离流动流相对于指示位置的起源的元件。
现在参考附图，其中描述是为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制的目的，图1示意地示出了包括具有的汽缸的第一子集18和汽缸的第二子集19的发动机子组件12的多缸四冲程内燃机组件(发动机)10的实施例，其中汽缸的第二子集19与专用汽缸废气再循环(EGR)系统60相关联。汽缸的第一子集18和汽缸的第二子集19相互排斥。与汽缸的第二子集19相关联的每个汽缸包括受等离子体点火系统38控制的等离子体点火器39。发动机10还包括进气系统14和排气系统16。控制器72被设置为控制发动机10的操作，包括控制等离子体点火系统38的操作。在一个实施例中并且如所示，可采用涡轮增压器50。替代地，可采用发动机驱动的或电动机驱动的增压器。发动机10可被部署在车辆上以提供推进动力，其中车辆可包括但不限于商用车辆、工业车辆、农用车辆、乘用车辆、飞机、船只、火车、全地形车辆、个人移动设备、机器人等形式的移动平台来实现本公开的目的。
发动机10优选地被配置为高压缩比内燃机，并且还可包括燃烧烃燃料以产生转矩的另一种合适的内燃机。发动机子组件12优选地包括发动机组，其限定多个汽缸20(被称为汽缸1至4)、在汽缸20内往复运动的对应的多个活塞、联接至活塞的可旋转曲轴、汽缸盖21以及其它发动机部件，诸如活塞连杆、销、轴承等。具有对应的活塞和汽缸盖21的一部分的每个汽缸20限定了可变体积的燃烧室15。多个汽缸20中的每一个汽缸分别经由进气阀23选择性地与进气系统14流体连通以接收新鲜/含氧空气，且多个汽缸20中的每一个汽缸经由排气阀25选择性地与排气系统16流体连通以排出燃烧副产物。
进气系统14和排气系统16可通过涡轮增压器50机械连通。涡轮增压器50与排气系统16流体连通，该排气系统排出第一排气产物40。涡轮增压器50可包括与排气系统16流体连通的涡轮56和与进气系统14流体连通的压缩机52。涡轮56和压缩机52可经由可旋转轴54机械地联接。涡轮增压器50可利用从发动机10流出的第一排气产物40的能量来旋转涡轮56和压缩机52。压缩机52的旋转通过新鲜空气入口24吸入新鲜空气34，并且将空气34压缩至进气系统14的其余部分中。第一排气产物40通过涡轮增压器50排出并且流向后处理装置42。
在该实施例中，发动机10是四缸发动机，其中汽缸的第一子集18包括汽缸1、2和3，且汽缸的第二子集19包括汽缸4。虽然所说明的发动机10描绘了直列4缸(I4)发动机配置，但是本技术同样适用于其它发动机配置，包括(作为非限制性示例)I2、I3、I5和I6发动机配置，或V-2、V-4、V-6、V-8、V-10和V-12发动机配置等等。包括在汽缸的第一子集18中的汽缸的数量和包括在汽缸的第二子集19中的汽缸的数量限定特定发动机配置的稀释水平，并且是应用所特有的。汽缸的第一子集18和汽缸的第二子集19中的汽缸的数量的比限定稀释水平。具有一个专用EGR汽缸的三缸发动机具有33％的稀释水平。具有一个专用EGR缸的四缸发动机具有25％的稀释水平，而具有两个专用EGR缸的四缸发动机具有50％的稀释水平。V型发动机配置可被配置有包括在汽缸的第二子集19中的每个汽缸组中的一个或多个汽缸，或替代地，V型发动机配置中的一个汽缸组中的所有汽缸可包括在汽缸的第二子集19中。
汽缸盖21分别包括用于每个汽缸20的多个进气孔口和相关联的进气阀23、用于每个汽缸20的多个排气孔口和相关联的排气阀25，以及其它口和相关联的部件，其包括燃料喷射器31、与汽缸20的第一子集18相关联的第一燃烧点火器33以及与汽缸20的第二子集19相关联的等离子体点火器39。在一个实施例中，燃料喷射器31可为直接喷射装置。替代地，燃料喷射器31可为孔口喷射装置。在一个实施例中，第一燃烧点火器33可被配置为具有与控制器72通信的相关联的火花点火系统(未示出)的火花塞。替代地，第一燃烧点火器33可被配置为等离子体点火器，其与和控制器72通信的等离子体点火系统38通信并且受其控制。
如本文采用的术语“专用汽缸EGR系统”是指如下系统：在一个或多个汽缸20(例如，汽缸20的第二子集19)中产生的所有残留废气41被隔离并且被引导至进气系统14。排气系统16优选地包括第一排气歧管36和第二排气歧管62，该第一排气歧管和第二排气歧管被设置为夹带和引导经由排气阀25的开口从发动机10排出的废气。在一个实施例中，专用汽缸EGR系统60包括第二排气歧管62和流入式EGR热交换器65，该流入式EGR热交换器在位于增压空气冷却器28和节气门30上游的EGR混合器27处流体连接至进气系统14，并且因此被设置为将来自汽缸20的第二子集19的残留废气41引导至进气系统14，以与进气结合形成汽缸充气。第二排气歧管62夹带来自汽缸20的第二子集19(在该实施例中为汽缸4)的废气流，并且将该残留废气41引导至进气系统14。在一个实施例中，第二节气门(未示出)被设置在进气歧管32的一部分中以控制进入汽缸20的第二子集19的气流。在一个实施例(未示出)中，进气歧管32流体地联接至进气系统14以将进气和残留废气41的混合物分配至汽缸20的第一子集18，且存在单独的自然吸气式进气系统，其被设置为将进气供应至汽缸20的第二子集19。其它元件优选地包括被配置为降低或以其它方式管理残留废气41的温度的流入式EGR热交换器65、被设置为监测流入式EGR热交换器65上游的残留废气41的温度的第一温度传感器61，以及被设置为监测流入式EGR热交换器65下游的残留废气41的温度的第二温度传感器63。因此，专用汽缸EGR系统60与进气系统14流体地连通以将来自汽缸20的第二子集19的残留废气41引导至进气系统14。该残留废气41可在EGR混合器27内与新鲜空气34混合，以稀释进气充气的氧含量。在采用专用汽缸EGR系统60的发动机10的一个实施例中，进气充气的EGR稀释程度近似为专用EGR汽缸的数量与总汽缸数的比。在图1中，汽缸20的第二子集19供应残留废气41以再循环至发动机12的进气歧管32中，导致近似25％的EGR稀释水平。专用汽缸EGR系统60的使用可提高火花点火发动机的燃料效率。另外，专用汽缸EGR系统60可降低发动机10中的燃烧温度和排放物产生。第一排气产物40由汽缸20的第一子集18(即，在该实施例中为汽缸1至3)产生，并且经由排气系统16通过后处理装置42从发动机10中排出。
等离子体点火器39可被配置为电晕放电点火器、电介质阻挡放电点火器、无接的电介质阻挡放电点火器，或可被设置在缸内以实现燃料/汽缸充气的点燃的另一种合适的等离子体点火装置。在一个实施例中，等离子体点火系统38被控制以产生高能高频电场，该电场被传送至等离子体点火器39以产生缸内可重复的受控电离，其操作以产生点燃汽缸充气的离子流。当等离子体点火器39被配置为电介质阻挡放电点火器时，正电极被封闭在电介质材料中并且沿着其长度被接地电极包围，其中尖端部分暴露至燃烧室中。多束流光在电介质材料与接地电极之间放电以点燃汽缸充气。当等离子体点火器39被配置为无接的电介质阻挡放电点火器时，正电极被封闭在不具有负电极的电介质材料中，其中尖端部分暴露于燃烧室中。多束流光沿着正电极的表面放电以点燃汽缸充气。如本文所使用，术语“无接的”指示等离子体点火器39附近不存在离散元件或结构，该离散元件或结构将能够电联接至电接地路径。当等离子体点火器39被配置为电晕放电点火器时，尖端部分包括产生传播至燃烧室中的流光放电的电叉。等离子体点火系统38和等离子体点火器39被用作火花点火模块和火花塞的替代品。
进气系统14通常可包括新鲜空气入口、EGR混合器27、增压空气冷却器28、节气门30和进气歧管32中的一个或多个。在发动机10的操作期间，新鲜空气或进气34可被进气系统14从大气通过相关联的空气清洁器组件经由新鲜空气入口吸入。节气门30可包括可控挡板，该挡板被配置为调节通过进气系统14并且最终经由进气歧管32进入汽缸20的进气总量。从进气歧管32进入每个汽缸20的进气气流受进气阀23控制，该进气阀的激活可受进气阀激活系统22控制。从每个汽缸20流出至第一排气歧管36和第二排气歧管62的排气流受排气阀25控制，该排气阀的激活可受排气阀激活系统26控制。
进气阀23被设置在进气系统14与对应的一个汽缸20之间。排气阀25被设置在对应的一个汽缸20与排气系统16之间。在一个实施例中并且如所示，第二排气歧管62流体地联接至分流阀64，该分流阀包括来自汽缸20的第二子集19(即，在该实施例中为汽缸4)的入口管。分流阀64包括流体联接至专用缸EGR系统60的第一出口管和流体联接至第一排气歧管36的第二出口管。分流阀64与控制器72通信，并且是可控的以控制从汽缸20的第二子集19(即，在该实施例中为汽缸4)至第一排气歧管36或专用汽缸EGR系统60的残留废气41的流量。进气阀激活系统22优选地包括可旋转凸轮轴，该旋转凸轮轴的旋转与曲轴的旋转相关。在一个实施例中，进气阀激活系统22可被可变地控制。排气阀激活系统26优选地包括可旋转凸轮轴，该旋转凸轮轴的旋转与曲轴的旋转相关。在一个实施例中，排气阀激活系统26可被可变地控制，如本文所述。在一个实施例中，进气阀激活系统22可包括与排气凸轮轴相互作用以控制进气阀23的打开和关闭的可变凸轮相位器(VCP)和/或可变升程控制(VLC)装置。在一个实施例中，排气阀激活系统26可包括与排气凸轮轴相互作用以控制排气阀25的打开和关闭的可变凸轮相位器(VCP)和/或可变升程控制(VLC)装置。控制进气阀23和排气阀25的打开和关闭可包括控制阀升程的大小和/或控制阀打开和关闭的定相、持续时间或正时。在一个实施例中，包括VCP/VLC装置的排气阀激活系统26被设置为控制排气阀25与排气凸轮轴之间的相互作用。替代地，排气阀25直接或经由随动件与排气凸轮轴相互作用。进气凸轮轴和排气凸轮轴的旋转在VCP应用的情况下可变地与发动机曲轴的旋转关联并且可变地相关，因此将进气阀23和排气阀25的打开和关闭关联至容置在汽缸20中的曲轴和活塞的位置。在如此装备的实施例中，进气阀激活系统22包括与进气凸轮轴相互作用以控制进气阀23的打开和关闭的机构和控制例程，其包括选择性地停用一个或两个进气阀23。可被配置为单独地选择性地停用一个或两个进气阀23的一个机械化装置包括静止液压间隙调节器(SHLA)和辊式指状随动件(RFF)。可被配置为单独地选择性地停用一个或两个进气阀23的另一种机械化装置包括进气凸轮轴和相关部件，其包括具有多个凸轮凸角的滑动凸轮，该凸轮凸角可被选择性地设置以与一个或两个进气阀23相互作用并且控制器打开和关闭。
每个活塞在其对应的汽缸中的往复移动在与曲轴的旋转一致的活塞下止点(BDC)位置与活塞上止点(TDC)位置之间。采用四冲程发动机循环的发动机操作依次执行进气、压缩、动力和排气冲程的重复模式。在压缩冲程期间，燃烧室15中的燃料/汽缸充气通过曲轴的旋转和活塞的移动而被压缩，以准备点火。进气阀23和排气阀25在压缩冲程的至少一部分期间关闭。进气阀23的关闭可通过控制进气阀激活系统22来控制，从而导致控制有效压缩比。有效压缩比被限定为在进气阀23关闭时燃烧室15的体积排量与例如当活塞处于TDC时燃烧室15的最小体积排量的比。有效压缩比可不同于几何压缩比，该几何压缩比被限定为在BDC发生时燃烧室15的最大体积排量与在TDC发生时燃烧室15的最小体积排量的比，而不考虑进气阀23的关闭时间。进气阀23的提前或延迟关闭可捕获燃烧室15中较少的空气，因此降低压力并且因此在燃烧期间降低燃烧室15中的温度。在一个实施例中，在进气冲程期间计量燃料并且将燃料喷射至燃烧室15中。一个燃料喷射事件可被执行以喷射燃料；然而，也可执行多个燃料喷射事件。在一个实施例中，在进气冲程中足够早地喷射燃料以允许燃烧室15中的燃料/汽缸充气的充分预混合。
再次参考图1，增压空气冷却器28可被设置在EGR混合器27与节气门30之间。通常，增压空气冷却器28可为散热器式热交换器，其使用大气或液体冷却剂的流量来冷却作为新鲜空气和再循环废气的混合物的进气充气。如可明白，由于经由压缩机52的加压结合较高温度的残留废气41的混合，进气充气可比环境温度更热。增压空气冷却器28可冷却气体混合物以提高其密度/体积效率，同时还降低了诸如提前点火或爆震等异常燃烧的可能性。
废气通过后处理装置42，该后处理装置被配置为在废气成分经由尾管44排出该排气系统16之前将其催化、还原和/或除去。后处理装置42可包括催化装置的一种或多种组合，其包括例如三元催化装置、氧化催化剂、烃阱、NOx吸附剂、颗粒过滤器或在各种废气成分排出该排气系统16之前将其氧化、还原和以其它方式催化和/或除去的其它合适的部件和伴随的管和阀。
发动机10的操作可由多个感测装置监测。作为非限制性示例，感测装置可包括燃烧传感器17，其被设置为监测与每个汽缸20中的燃烧相关联的发动机参数；第一废气传感器37，其被设置在第一排气歧管36中；第二废气传感器43，其被设置在后处理装置42下游的废气进料流中；温度传感器78，其被设置为监测后处理装置42的温度；第一温度传感器61，其被设置为监测流入式EGR热交换器65上游的再循环废气的温度；以及第二温度传感器63，其被设置为监测流入式EGR热交换器65下游的再循环废气的温度。
燃烧传感器17可被设置为监测与每个汽缸20中的燃烧相关联的发动机参数，从该发动机参数中可确定燃烧稳定性的衡量。在一个实施例中，燃烧传感器17可为缸内压力传感器的形式，且燃烧稳定性参数可为平均有效压力变化系数或CoV-IMEP)的形式。为了便于说明，示出了被设置为监测汽缸1的单个燃烧传感器17。应当明白的是，可存在与发动机10的每个汽缸相关联的燃烧传感器。替代地，燃烧传感器17可为转速传感器和或另一种合适的燃烧监测传感器的形式，该转速传感器被设置为监测曲轴的转速和位置且伴随有评估曲轴速度变化的算法。上述传感器的提供是为了说明目的。每个前述传感器可由监测与发动机10的操作相关联的参数的其它传感装置代替，或替代地可由可执行模型代替，以导出发动机操作参数的状态，从该发动机操作参数中可确定燃烧稳定性的衡量。
控制器72可为与车辆的各种部件通信的电子控制模块的形式。控制器72包括处理器74和存储器76，该存储器上记录有用于与等离子体点火系统38、进气阀激活系统22、涡轮增压器50、后处理装置42等通信的指令。控制器72被配置为经由处理器74执行存储器76中的指令。例如，控制器72可为主机或分布式系统(例如，诸如数字计算机或微计算机等计算机)，其用作车辆控制模块和/或用作具有处理器的比例-积分-微分(PID)控制器装置，并且用作存储器76、有形、非暂时计算机可读存储器，诸如只读存储器(ROM)或闪速存储器。控制器72还可具有随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模数转换(A/D)和/或数模转换(D/A)电路，以及任何所需输入/输出电路和相关联的装置，以及所需信号调节和/或信号缓冲电路。因此，控制器72可包括监测和控制被设置在发动机10上的各种致动器所有软件、硬件、存储装置(例如，存储器76)、算法、校准、连接、传感器等。因而，控制方法可被实施为与控制器72相关联的软件或固件。应当明白的是，控制器72还可包括能够分析各种传感器中的数据、比较数据、进行监测和控制发动机10的必要决定的装置。
控制器之间和控制器、致动器和/或传感器之间的通信可使用直接有线链路、联网通信总线链路、无线链路或任何另一种合适的通信链路而实现。通信包括以任何合适形式交换数据信号，包括(例如)经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光学波导交换光学信号等。
包括专用汽缸EGR系统60、等离子体点火系统38和分流阀64的发动机10可有利地经由控制器72进行控制，以在高水平的EGR稀释下在整个发动机速度/负载操作范围内实现燃烧稳定性。这包括通过控制分流阀64使发动机10以专用汽缸EGR模式操作，使得来自汽缸的第二子集19的残留废气41被夹带并且再循环至进气系统14，用于混合并且结合至进气充气中。这包括以富空燃比操作与专用汽缸EGR系统60相关联的汽缸的第二子集19，以产生包括氢气(H2)和一氧化碳(CO)的残留废气气体作为可支持增强缸内火焰传播的附加物种。H2和CO的存在使得汽缸的第一子集18中的稀释混合物更加稀释。在汽缸的第二子集19中使用等离子体点火器可支持比火花点火系统更富含的混合物的燃烧，并且由此在排气中产生更高浓度的H2和CO，这本身可在汽缸的第一子集18中实现更高的稀释度容限。另外，来自等离子体点火器的自由基产生事件在开始燃烧之前主要在钢内以及潜在地在排气中产生其它自由基(例如，臭氧、O自由基)。这可在汽缸的第一子集18和汽缸的第二子集19中实施。预期这些自由基支持汽缸19的第二子集中的更丰富的混合物的燃烧或汽缸18的第一子集中更大水平的EGR稀释的化学计量/稀混合物的燃烧。与具有在汽缸的第一和第二子集中开始燃烧的单个等离子体点火事件相比，这是附加的益处。
来自汽缸的第二子集19的残留废气41与进气混合，并且形成被供应给以化学计量操作的汽缸的第一子集18的进料流。在一个实施例中，其也形成被供应至汽缸的第二子集19的进料流。当处于如所示的4缸配置时，发动机10的稀释水平包括25％的残留废气，部分地是由所产生的排气量以及部分地是由点火系统38施加的极限。发动机10的稀释水平可经由进气阀和排气阀开口的重叠而扩展，由此获得附加的燃料经济性益处。反应性增强等离子体事件是扩大稀释度容限的关键促成因素。介质阻挡放电等离子体点火器(诸如本文所述的等离子体点火器30)是用于稀释内燃机的使能技术，其可促进提高发动机效率并减少排气物排放。本文描述的概念促进电介质阻挡放电等离子体点火器的实施。
控制器72在包括某些发动机速度/负载操作区域和发动机操作温度的特定的发动机操作条件下命令以专用汽缸EGR模式操作。对发动机10的燃烧稳定性和稀释度容限来确定的发动机速度/负载操作区域。某些发动机速度/负载工作区域指示发动机10能够在稀释水平下以等于或高于阈值水平的燃烧稳定性操作的速度/负载操作点，该稀释水平是残留废气41从专用汽缸中再循环的结果，其中等离子体点火器39促进缸内燃烧过程。这种操作包括将分流阀64控制至第一位置以将来自汽缸的第二子集19的所有残留废气41分流至进气系统14。
当发动机10在预定操作区域之外操作时，分流阀64可被控制至第二位置，使得来自汽缸的第二子集19的残留废气41被引导离开专用汽缸EGR系统，并且相反地从第二排气歧管62引导至第一排气歧管36。在这样的操作条件下，汽缸的第一子集18和汽缸的第二子集19可被控制成以化学计量操作。反而可经由阀重叠、经由单独的外部EGR系统(未示出)或经由另一种合适的机构实现来自再循环废气的充气稀释。
图2以图形示出了与参考图1描述的内燃机的实施例的操作相关的结果，该操作包括采用等离子体点火系统的实施例的专用汽缸废气再循环(EGR)系统的操作。结果与具有采用高能感应火花点火系统的专用汽缸废气再循环(EGR)系统的内燃机的实施例的操作相比较地示出。该结果包括相对于％EGR稀释度220绘制的燃烧稳定性210(例如，平均有效压力变化系数或CoV-IMEP)。在该示例中，发动机在低发动机负载条件下以化学计量空燃比操作。绘制结果包括随着EGR稀释度增加的燃烧稳定性，包括采用在60mJ 212下操作的感应火花点火系统、采用在100mJ 214下操作的感应火花点火系统、采用阻挡放电等离子体点火系统216的实施例以及采用电晕放电等离子体点火系统218的实施例。还示出了燃烧稳定性215的最大阈值。结果指示：与感应火花点火系统相比，当在化学计量的低负载条件下采用阻挡放电等离子体点火系统214的实施例时，燃烧稳定性显著增加。因而，与高能感应火花点火系统相比，当采用等离子体点火系统时，数据指示增强的稀释度容限。
图3以图形示出了在单个发动机循环中与参考图1和2描述的内燃机10的实施例的操作相关联的时序图，该发动机循环分别包括进气冲程302、压缩冲程304、膨胀冲程306和排气冲程308。该图形包括用于反应性增强和/或燃烧点火的等离子体点火器39的操作的正时。发动机操作数据包括阀升程和正时(mm)315以及汽缸压力310，该阀升程和正时包括分别关于对应的排气冲程302和进气冲程304示出的排气阀升程312和进气阀升程314。指示正阀重叠313的时间段。本文描述的概念也适用于包括负阀重叠状况的控制例程。发动机数据还包括缸内压力316，其在排气冲程308的开始处达到峰值。发动机控制数据包括喷射至燃烧室15中的燃料喷射事件320。如所示，存在第一燃料喷射事件322以及可选的第二燃料喷射事件324，该第一燃料喷射事件优选地在进气冲程304期间发生和结束，该第二燃料喷射事件优选地在压缩冲程306期间发生和结束。发动机控制数据还包括多个(如所示，四个)等离子体放电事件332形式的反应性事件330，其优选地发生在进气冲程304结束时和/或发生在压缩冲程306的早期部分期间。替代地或另外，发动机控制数据包括等离子体放电事件342形式的点火事件340，其优选地发生在压缩冲程306结束时以实现汽缸充气的点火。反应性增强等离子体事件是提高稀释度容限的关键促成因素。
在操作中，参考图1描述的发动机系统10通过监测发动机负载并且作为响应来确定向每个汽缸供应燃料的燃料命令来进行操作。这包括在化学计量或稀于化学计量控制汽缸的第一子集，并且以富空燃比控制汽缸的第二子集。与汽缸的第二子集19相关联的等离子体点火系统执行等离子体放电事件以燃烧汽缸的第二子集19中的汽缸充气以产生动力并且形成包括提供反应性增强的自由基(诸如H2)的残留废气。残留废气经由专用汽缸EGR系统再循环至进气系统，用于引入至汽缸的第一子集的汽缸充气中，并且在一个实施例中，引入至汽缸的第一子集的汽缸充气中以起始并完成其中的燃烧过程。基于汽缸的第一子集的稀释度容限和燃烧稳定性来控制残留废气的量。
在一个实施例中，通过使用等离子体点火系统实现的增强稀释度容限的能力可允许除了来自专用EGR系统60的稀释之外还采用外部EGR系统(未示出)来进行稀释以增强燃烧效率。在某些操作条件下，稀释度极限与关联于与专用EGR系统60相关联的汽缸的第二子集中的富燃烧极限的燃烧稳定性有关。
详述和图或图式支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅是由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于实行本教导的某些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践随附权利要求书中限定的本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (8)

1.一种用于操作多缸内燃机的方法，所述多缸内燃机包括进气系统、汽缸的第一子集和汽缸的第二子集、被设置为向所述汽缸供应燃料的燃料喷射系统、仅被设置在所述汽缸的第二子集中的等离子体点火系统以及专用汽缸EGR系统，所述方法包括：
经由燃料喷射系统在进气冲程期间执行第一燃料喷射事件以便在所述汽缸的第一子集和所述汽缸的第二子集中产生汽缸充气，包括采用被引入至所述进气系统中的进气，其中在所述汽缸的第一子集的汽缸充气被控制为化学计量空燃比或稀于化学计量的空燃比，并且在汽缸的第二子集中的汽缸充气被控制为富空燃比；
经由所述等离子体点火系统执行等离子体放电以点燃仅仅所述汽缸的第二子集中的所述汽缸充气而形成残留废气，其中在每个燃烧循环的进气冲程的结束时和压缩冲程期间执行等离子体放电；以及
通过所述专用汽缸EGR系统将来自所述汽缸的第二子集的所述残留废气再循环至所述进气系统以引入至所述进气中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多缸内燃机进一步包括分流阀，所述分流阀被设置为控制从所述汽缸的第二子集供应的所述残留废气的流量，所述方法进一步包括：
确定发动机速度/负载操作点；以及
控制所述分流阀以当所述发动机速度/负载操作点与所述发动机能够在接受的燃烧稳定水平下操作的速度/负载操作区域相关联时将所述残留废气通过所述专用汽缸EGR系统引导至所述进气系统。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括控制所述分流阀以当所述发动机速度/负载操作点与所述发动机能够在接受的燃烧稳定水平下操作的速度/负载操作区域无关时将所述残留废气引导离开所述专用汽缸EGR系统。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括被设置在所述汽缸的第一子集中的火花点火系统，且其中所述方法进一步包含经由所述火花点火系统执行火花放电以燃烧所述汽缸的第一子集中的所述汽缸充气。
5.根据权利要求1所述的方法，包括经由所述等离子体点火系统执行等离子体放电以燃烧所述汽缸的第二子集中的所述汽缸充气以在所述残留废气中产生自由基。
6.一种多缸内燃机系统，包括：
发动机子组件，其包括限定多个汽缸的发动机组、进气系统、被设置为夹带来自所述汽缸的第一子集的废气的第一排气歧管，以及被设置为夹带来自所述汽缸的第二子集的废气的第二排气歧管；
专用汽缸废气再循环(EGR)系统，其包括流体连接在所述第二排气歧管与所述进气系统之间的流道；
等离子体点火系统，其包括仅与所述汽缸的第二子集相关联的多个等离子体点火器，其中每个所述等离子体点火器具有被设置在所述汽缸的第二子集中的一个汽缸中的尖端部分：
仅设置在所述汽缸的第一子集中的火花点火系统；以及
控制器，其能够操作地连接至包括所述等离子体点火系统和火花点火系统的所述内燃机，所述控制器包括指令集，所述指令集能够执行以操作所述等离子体点火系统以控制所述等离子体点火器在所述汽缸的第二子集中执行等离子体放电，其中在每个燃烧循环的进气冲程的结束时和压缩冲程期间执行等离子体放，并且经由火花点火系统执行火花放电以燃烧在汽缸的第一子集中的汽缸充气。
7.根据权利要求6所述的多缸内燃机系统，进一步包括燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括被设置为向所述汽缸供应燃料的多个燃料喷射器，其中所述多个燃料喷射器包括被设置为向所述汽缸的第一子集供应燃料的燃料喷射器的第一子集以及向所述汽缸的第二子集供应燃料的燃料喷射器的第二子集；
其中所述控制器能够操作地连接至所述燃料喷射系统，所述控制器包括指令集，所述指令集能够执行以：
控制所述燃料喷射器的第一子集以化学计量或稀于化学计量的空燃比操作所述汽缸的第一子集，且
控制所述燃料喷射器的第二子集以富空燃比操作所述汽缸的第二子集。
8.根据权利要求6所述的多缸内燃机系统，进一步包括联接在所述第一排气歧管、所述第二排气歧管和所述专用汽缸废气再循环系统之间的分流阀，其中所述分流阀被设置为控制从所述汽缸的第二子集供应的残留废气的流量，其中所述控制器能够操作地连接至所述分流阀，其中所述指令集能够执行以：
确定发动机速度/负载操作点；且
控制所述分流阀以当所述发动机速度/负载操作点与所述发动机能够在接受的燃烧稳定水平下操作的速度/负载操作区域相关联时将所述残留废气通过所述专用汽缸废气再循环系统引导至所述进气系统以结合至所述进气系统中。
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