CN109083734A - 预燃室点火系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及预燃室点火系统并提供用于吹扫预燃室的方法和系统。在一个示例中，提供具有燃烧室和预燃室的系统，该燃烧室由耦接到汽缸体的汽缸盖形成，该预燃室与该燃烧室流体连通。该系统还被提供有耦接到预燃室并被构造成使吹扫空气流入预燃室中的吹扫口以及设置在燃烧室中的活塞，其中通过操作吹扫泵来驱动吹扫空气流。

Description

预燃室点火系统

技术领域

本说明书总体涉及预燃室(pre-chamber)点火系统和用于操作此类系统的方法。

背景技术

在过去，发动机已经利用预燃室燃烧来提高燃烧效率并且相应地减少排放。预燃室燃烧系统通常包含主燃烧室上方的辅助预燃室，并具有耦接到该辅助预燃室的点火装置和燃料喷射器。在这样的系统中，燃烧按以下顺序展开；(i)少量的燃料被直接喷射到预燃室中，(ii)向预燃室中的空气/燃料混合物提供火花；以及(iii)热气体射入主燃烧室中以点燃设置其中的充气。当与不采用预燃室方案的发动机相比时，以这种方式将被点燃的气体射入主燃烧室中将使热气体射流能够更深地渗透到主燃烧室中，导致更均匀分布的点火。

由Attard在US 2012/0103302中示出的一种示例方案包括具有点火总成(assembly)的系统，该点火总成具有预燃室、燃料喷射器以及安装在主燃烧室上方的汽缸盖内的火花塞。Attard的预燃室点火系统在燃料稀薄的工况下实现快速燃烧。然而，本发明人已经认识到Attard系统和其他预燃室总成的若干潜在缺点。例如，残余的已燃烧气体可能滞留在预燃室中，从而在随后的燃烧循环中稀释空气/燃料混合物。结果，燃烧效率降低并且排放物随之增加。此外，喷射到预燃室中的补充燃料可能不会提高在化学计量工况期间的可燃性或燃烧速度。因此，Attard的系统可能只实现在发动机操作的有限窗口期间的效率收益。本发明人也认识到，如果排气再循环(EGR)被应用于Attard系统或其他预燃室燃烧系统中，可能出现进一步的问题。例如，使EGR流入主燃烧室中可能加剧预燃室稀释的问题，这限制了预燃室点火系统的适用性，该预燃室点火系统的适用性用于将发动机的容限扩大到EGR(内部的或外部的)的高速率。用惰性已燃烧气体、外部的EGR或内部的残余物进行稀释将有利于发动机的效率，并且可能受到可燃性和燃烧速度的限制。如果在预燃室点火系统的预燃室中能够实现稳健的(robust)点火，则其将加速主燃烧室中的燃烧速度并且提高发动机稀释容限和发动机效率。已经做出经由空气辅助喷射器来吹扫预燃室的尝试。然而，在过去使用次级燃烧室空气喷射器的系统需要复杂的控制、硬件和机械总成来实现，从而增加了发动机的成本和复杂性。

发明内容

本发明人已经认识到上述问题，并且面对这些挑战在一个示例中提供了一种系统来解决这些问题。该系统包含由耦接到汽缸体的汽缸盖形成的燃烧室和与燃烧室流体连通的预燃室。该系统还包含耦接到预燃室并被构造成使吹扫空气流到预燃室中的吹扫口以及设置在燃烧室中的活塞，其中通过操作吹扫泵来驱动吹扫空气流。以此方式，能够将新鲜的空气导入预燃室中，以经由吹扫泵操作来清扫残余气体室。吹扫来自预燃室燃烧的残余排气使得能够提高燃烧效率并减少排放物。具体地，预燃室的吹扫使得能够在残余工况下(例如在EGR操作期间以及当内燃室残余发生时)提高燃烧速度并改善燃烧稳定性。

作为一个示例，在该系统中，吹扫泵可以是正排量泵，其包含附连到进气门杆的柱塞，吹扫气流由该柱塞的往复运动产生。以此方式，进气门的运动能够被用来驱动用于预燃室吹扫气流的排量泵。因此，如果期望，该系统能够有效地吹扫预燃室，而不需要额外的复杂且笨重的吹扫部件、控制件等。此外，使用进气门的移动来驱动吹扫操作将使得能够以期望的时间间隔(例如，在进气冲程期间)传输吹扫气流，从而避免不合时机的吹扫事件。

应理解的是，提供以上发明内容来以简化形式介绍在具体实施方式中将进一步被描述的概念的选择。这不意味着确定要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围通过随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决上文提及的或在本公开的任意部分中提及的任意缺点的实施方式。

附图说明

图1示出包含预燃室点火系统的内燃发动机的示意图。

图2示出图1所示的预燃室点火系统的第一实施例的横截面的示图。

图3示出当进气门关闭时图2所示的预燃室点火系统的详细视图。

图4示出包含于图3所示的预燃室点火系统中的喷嘴的详细视图。

图5示出图1所示的预燃室点火系统的第二实施例的横截面的示图。

图6示出示例性预燃室吹扫周期的正时图。

图7示出用于操作预燃室点火系统的方法。

具体实施方式

以下描述涉及用于清扫内燃发动机中的预燃室的系统和方法。在一个示例中，该系统可以包含耦接到预燃室并向其提供吹扫空气的吹扫口。在这样的系统中，通过预燃室的吹扫气流由附连到吹扫口的吹扫泵驱动。在周期性的预燃室点火事件之间，吹扫气流用于冲洗出预燃室中的残余气体，其中在所述预燃室点火事件期间空气/燃料混合物在预燃室中被点燃且然后被射入燃烧室中。用进气冲洗预燃室相比以前的系统具有若干优点，包括提高燃烧的燃烧速度以及改善燃烧的稳定性。在排气冲程后燃烧室中存在残余气体(例如，EGR残余物、内部残余物)的残余工况下，燃烧速度的提高和燃烧稳定性的改善可能是特别明显的。因此，可以共同获得燃烧效率收益和排放物减少。在一个示例中，该吹扫泵可以是正排量泵，其利用进气门的往复运动来驱动吹扫气流到预燃室中。通过利用进气门的往复运动进行吹扫泵送动作，不仅能够提高系统的紧凑性和效率，而且吹扫气流的正时可以与进气门冲程协调。因此，可以根据需要来避免不合时机的吹扫气流事件。此外，当进气门不仅提供气门操作，还提供吹扫泵中的泵送动作时，可以减少预燃室点火系统的成本和复杂度。此外，在这样的示例中，吹扫泵可以在进气道压力下操作。结果，当进气道压力基于发动机工况而变化时，可以向预燃室提供期望数量的吹扫空气。

图1示出采用具有吹扫能力的预燃室点火系统的发动机的示意图。图2示出图1所示的预燃室点火系统的第一实施例。图3利用流动模式示出预燃室点火系统的第一实施例的详细视图，其中这些流动模式提供对预燃室吹扫期间的预燃室流体动力学的观察。图4示出图3所示的预燃室点火系统的第一实施例中的喷嘴的结构的详细视图。图5示出图1所示的预燃室点火系统的第二实施例。图6示出预燃室点火系统中的进气门、预燃室喷射、预燃室火花点火以及预燃室吹扫事件的时序图。图7示出用于操作预燃室点火系统的方法。

转向图1，其示意性地示出车辆14中的具有预燃室点火系统12的发动机10。尽管图1提供了各种发动机和预燃室点火系统部件的示意图，但应认识到至少一些部件相比于图1所示的部件可以有不同的空间位置和更大的结构复杂度。这些部件的结构细节在此关于图2-图5被更详细地讨论。

也描述了向燃烧室18提供进气的进气系统16。燃烧室18由耦接到汽缸盖21的汽缸体19形成。尽管图1描述了具有一个汽缸的发动机10，但在其他示例中，发动机10可以具有替换数量的汽缸。例如，在其他示例中，发动机10可以包含两个汽缸、三个汽缸、六个汽缸等。

进气系统16包含进气导管20和耦接到进气导管的节气门22。节气门22被配置为调节提供到燃烧室18的气流的量。在所描述的示例中，进气导管20供给空气到进气门24。然而，在其他示例中，例如在多缸发动机的情况下，进气系统可以进一步包含进气歧管。

进气门24可以由进气门致动器26致动。同样地，排气门28可以由排气门致动器30致动。在一个示例中，进气门致动器26和排气门致动器30都可以采用分别耦接到进气凸轮轴和排气凸轮轴的凸轮来打开/关闭气门。继续凸轮驱动的气门致动器示例，进气凸轮轴和排气凸轮轴可以被旋转地耦接到曲轴。此外，在这样的示例中，气门致动器可以利用凸轮廓线变换(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(VVT)系统中的一个或多个来改变气门操作。因此，如果需要，凸轮正时装置可以被用来改变气门正时。因此应认识到，气门重叠可能发生。在其他示例中，进气门致动器26和/或排气门致动器30可以通过电动气门致动来控制。例如，气门致动器26和30可以是经由电子致动来控制的电子气门致动器。在另一个示例中，燃烧室18可以可替代地包含经由电气气门致动控制的排气门和经由包含CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的进气门。在另一实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门致动器或致动系统来控制。

预燃室点火系统12被配置为启动预燃室32中的燃烧。具体而言，预燃室点火系统12包含预燃室点火装置34(例如，火花塞)和耦接到预燃室32的预燃室燃料喷射器36。预燃室点火装置34被配置为以期望的时间间隔向预燃室32提供火花。点火系统35可以为预燃室点火装置34提供功率。此外，预燃室燃料喷射器36被配置为以选定的时间间隔将燃料喷射到预燃室32中。示例性的预燃室火花和燃料输送方案在图6中示出并在此更详细地讨论。

预燃室点火系统12还包含预燃室喷嘴38，该预燃室喷嘴38提供预燃室32和燃烧室18之间的流体连通。预燃室喷嘴38被设计为在做功冲程期间将部分燃烧的气体射入燃烧室18中以在燃烧室中播种点火。具体来说，预燃室喷嘴38可以包含连接到通道的孔口，该通道将预燃室32流体连接到燃烧室18。当与先前的系统将火花直接输送到主燃烧室相比时，迫使热气体射流进入燃烧室中将使射流能够更深地渗透到主燃烧室中，导致更均匀分布的点火。

预燃室点火系统12还包含被构造成将吹扫气流引导到预燃室32的吹扫口40。换句话说，吹扫口40与预燃室32流体连通(例如，直接流体连通)。具体来说，吹扫口40可以包含通向预燃室32中的出口、通向吹扫通道44中的入口以及在该入口和该出口之间延伸以提供上述流体连通的通道。用吹扫气体清扫预燃室32使得能够提高燃烧的燃烧速度并且改善(例如，提高)燃烧稳定性。因此，提高了燃烧效率并且减少了排放物。在所描述的示例中，吹扫口40包含调节进入预燃室32的吹扫空气的流量的吹扫气门42。具体来说，吹扫气门42可以被设计成减少已燃烧气体和高压力从预燃室32行进返回到吹扫通道44和泵213的可能性(例如，阻止这种状况)。在一个示例中，吹扫气门42可以是止回阀，该止回阀被配置为当预燃室点火系统12中的吹扫通道44中的压力超过预燃室32中的压力一个小阈值(例如，1-5KPa)时打开。同样地，吹扫气门42可以被配置为当吹扫通道44中的压力下降到低于阈值时关闭。该止回阀可以包含适当的机构，诸如耦接到球的弹簧或延伸穿过气门通道的盘，以使上述功能成为可能。然而，已经考虑到其他类型的气门。因此，在其他示例中，吹扫气门42可以是经由控制器100可调节的主动气门。例如，吹扫气门42可以是电子控制的电磁阀。

吹扫通道44耦接到吹扫泵46并接收来自吹扫泵46的气流。在一个示例中，吹扫泵46可以是正排量泵。具体来说，在这样的示例中，进气门24的往复运动可以导致吹扫泵46的泵送动作。例如，吹扫泵46可以包含围绕进气门杆的气门杆室。继续这样的示例，吹扫泵46还可以包含耦接(例如，固定地耦接)到气门杆并设置在气门杆室中的柱塞。该柱塞可以在气门杆室中沿轴向相反的方向移动以产生预燃室吹扫气流。然而，已经考虑到驱动吹扫泵中的泵送动作的其他能量源。例如，吹扫泵46可以由来自曲轴的旋转能量、能量储存装置等驱动。在另一实施例中，吹扫泵可以是由排气门驱动的正排量泵、电子压缩机、电动增压装置(例如，电气机械增压器或涡轮增压器)、由曲柄或凸轮驱动的机械泵、由凸轮轴驱动的柱塞等。在由排气门驱动所述泵的示例中，用于该泵的供给空气可以从在进气系统中可以位于EGR出口上游的的位置抽吸。

图1还示出了燃料输送系统48。燃料输送系统48提供加压的燃料到预燃室燃料喷射器36。燃料输送系统48还被示出为提供加压的燃料到进气道燃料喷射器50和/或直接燃料喷射器52。燃料输送系统48可以包含常规组件，诸如燃料箱、燃料泵、止回阀、回流管线等，使得燃料能够在期望的压力下被提供给喷射器。应认识到，在其他示例中，可以从发动机10省略进气道燃料喷射器50或直接燃料喷射器52。

图1描述的车辆14中还包含排气系统54，该排气系统54被配置为管理来自燃烧室18的排气。排气系统54包含排气导管56以及耦接到燃烧室18的排气门28。排气系统54还包含排放控制装置58。排放控制装置58可以包含过滤器、催化剂、吸收器等，用于减少尾管排放。

车辆14进一步包含具有EGR导管62和EGR气门64的排气再循环(EGR)系统60。EGR导管62包含耦接到排放控制装置58上游的排气导管56的入口66以及通向节气门22下游的进气导管20中的出口68。然而，已经考虑到其他EGR导管线路布置，诸如具有在排放控制装置下游的入口的EGR导管。进一步仍然在其他示例中，在增压发动机的情况下，EGR导管出口可以被定位于压缩机的上游或下游。应认识到在其他实例中，可以从车辆省略EGR系统。

图1还示出了车辆14中的控制器100。具体来说，控制器100在图1中被示出为常规微型计算机，其包含：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、不失效存储器110和常规数据总线。控制器100被配置为从耦接到发动机10的传感器接收各种信号。这些传感器可以包含发动机冷却剂温度传感器120、排气传感器122、进气气流传感器124等。另外，控制器100还被配置为从耦合到由操作者116致动的踏板114的节气门位置传感器接收节气门位置(TP)。

另外，控制器100可以被配置为触发一个或多个致动器和/或发送命令给部件。例如，控制器100可以触发节气门22、EGR气门64、吹扫泵46、进气门致动器26、排气门致动器30、点火系统35和/或燃料输送系统48的调整。具体来说，控制器100可以被配置为发送信号给预燃室点火装置34、预燃室燃料喷射器36、进气道燃料喷射器50和/或直接燃料喷射器52以调整火花的操作和输送到预燃室32和燃烧室18的燃料。因此，控制器100接收来自各种传感器的信号并且基于接收到的信号和存储在控制器的存储器中的指令使用各种致动器来调整发动机操作。因此，应认识到控制器100可以从预燃室点火系统12发送和接收信号。

例如，调整预燃室燃料喷射器可以包括调整燃料喷射器致动器以调整预燃室燃料喷射器。在另一示例中，经由预燃室燃料喷射器、进气道燃料喷射器和/或直接燃料喷射器所输送的燃料的量可以凭经验确定并存储在预定的查找表或函数中。例如，一个表可以对应于确定预燃室喷射量，一个表可以对应于确定直接喷射量，而一个表可以对应于确定进气道喷射量。这些表可以被索引到发动机工况，诸如发动机转速和发动机负载以及其他发动机工况。此外，这些表可以输出在每个汽缸循环中经由预燃室燃料喷射、进气道燃料喷射和/或直接喷射喷射到燃烧室的燃料的量。

图2示出预燃室点火系统12的第一实施例的横截面。在图2中，示出了由汽缸盖21和汽缸体19形成的燃烧室18。此外，排气门28和进气门24被示出为耦接到燃烧室18。相应地，图2也描述了进气导管20和排气导管56，这些导管提供上游进气系统部件之间的流体连通和下游排气系统部件之间的流体连通。进气门24包含进气门杆200和进气门盖202。当进气门24处于关闭位置时，进气门盖202坐落于并密封在汽缸盖21中的进气门座204上。然而，图2描述了进气门24处于打开位置，其中进气门盖202与进气门座204间隔开。另一方面，图2中的排气门28处于关闭位置，其中排气门盖209坐落于并密封在排气门座211上。此外，活塞206被设置在燃烧室18中并且连接到曲轴208。

预燃室点火系统12中的预燃室32被示出为关于燃烧室18的中心轴线207竖直地定位于燃烧室18上方。此外，在图示说明的示例中，预燃室32也被水平地定位于进气门24和排气门28之间。坐标轴X和Z被提供为参考。在一个示例中，Z轴可以与重力轴平行。进一步地，X轴可以是横向轴或水平轴。然而，在其他的示例中，预燃室点火系统12可以具有其他取向。此外，已经考虑到预燃室32的替代位置。例如，在其他示例中，预燃室32可以被定位成在燃烧室的进气侧或排气侧上、在两个进气门之间、在两个排气门之间、在四气门发动机的进气门和排气门之间的燃烧室一侧上，等等。

继续图2，预燃室点火系统12的预燃室点火装置34以及预燃室燃料喷射器36也被示出。正如前面所讨论的，预燃室点火装置34被构造成提供火花到预燃室32，而预燃室燃料喷射器36被构造成提供计量的燃料到预燃室32。例如，预燃室点火装置34可以包含被配置为当接收功率时在预燃室中产生火花的电极。此外，预燃室燃料喷射器36可以包含从具有致动器(如螺线管/电磁阀(solenoid))的喷射器主体接收燃料的喷嘴，该致动器调节喷嘴的燃料计量。然而，已经考虑到其他形式的点火装置和燃料喷射器。

吹扫口40与吹扫气门42也被图2示出。例如，正如前面所讨论的，基于阈值压力，吹扫口40与吹扫气门42协同调节进入预燃室32中的吹扫气流。以此方式，在期望的时段中，吹扫气流可以被提供给预燃室32。

在图2中，吹扫口40附连到吹扫通道44。吹扫通道44被示出为横穿水平地处于进气门24(例如，进气门杆200)和排气门28(例如，排气门杆210)之间的汽缸盖21的区段。具体来说，吹扫通道44被示出为竖直地且水平地朝向进气门杆200延伸。以此方式为吹扫通道44设定路线使得能够实现预燃室点火系统的紧凑布置，从而提供空间节省收益。在一个示例中，吹扫通道44可以被设定路线为穿过汽缸盖以降低流损失。例如，可以选择具有弧形弯曲部的短路径以减少导管的摩擦损失。然而，当为吹扫通道设定路径时，可以考虑额外的设计参数，诸如汽缸盖应力、冷却剂夹套轮廓等。

此外，吹扫通道44与气门杆室212流体连通。在图示说明的示例中，气门杆室212远离进气门盖202向上延伸到气门盖21中。以此方式，气门杆室被紧密地集成到汽缸盖21中。然而，已经考虑了其他气门杆室轮廓。此外，气门杆室212具有设置于其中的柱塞214。而且，柱塞214耦接(例如，固定地耦接)到进气门杆200。在图示说明的示例中，柱塞214、气门杆室212和进气门杆200形成正排量泵213。本质上，气门杆室212充当泵送室并且柱塞214充当在泵送室中移动以产生排出到吹扫通道44中的吹扫气流的泵活塞。因此，进气门24以及因此柱塞214的往复运动可以用于产生进入到预燃室32中并通过预燃室喷嘴38从预燃室离开的吹扫气流。以此方式，进气门可以被设计为具有两用途功能。结果，如果需要，预燃室点火系统的特征件能够被扩展以在维持紧凑布置的同时提供预燃室空气吹扫。再者，吹扫泵的正时与进气门冲程相协调以避免不合时机的吹扫事件。

在一个示例中，气门杆室212和柱塞214都可以至少部分地在周向上围绕进气门杆200。此外，柱塞214可以与气门杆室212的壁216紧密接触以实现有效率的泵送操作。例如，可以采用柱塞环以减少在柱塞和壁216之间通过进入进气导管20中的空气的量。然而，已经考虑到气门杆室和柱塞之间的其他界面(interface)。此外，图2中还示出了在本文中参考图3更详细地讨论的柱塞气门218。图2中也描绘了进气道燃料喷射器50和直接燃料喷射器52。如前所述，进气道燃料喷射器和直接燃料喷射器被配置为输送燃料到燃烧室18。以此方式，在燃烧室中提供充气，从而从预燃室喷嘴38射出的气体能够点燃该充气。

图3示出了当进气门24关闭时图2所描述的预燃室点火系统12的详细视图。具体地，图3示出了进气门盖202沿关闭方向300朝向汽缸盖21中的进气门座204移动。这样一来，进气门24沿进气门24的致动轴线302移动。Z轴和X轴再一次被提供作为参考。图3还示出了处于关闭位置的排气门28和排气导管56。

进气门24沿关闭方向300的移动相应地沿关闭方向300移动柱塞214。柱塞214以这种方式的移动产生从气门杆室212到吹扫通道44中的吹扫气流。当吹扫通道44中的压力超过吹扫口40中的吹扫气门42的阈值压力值时，吹扫气门42打开并且吹扫空气流入预燃室32中。下面描述的箭头揭示了预燃室点火系统12中的吹扫操作的一般流体动力学。然而，应认识到，流动模式可以比图示说明的更复杂。具体而言，箭头304表示从气门杆室212到吹扫通道44中的气流的总体方向。箭头306表示吹扫通道44中的气流的总体方向。箭头308表示从吹扫口40到预燃室32中的气流的总体方向，并且箭头310描述预燃室32中的吹扫气流的总体方向。同样地，箭头312描述从预燃室喷嘴38排出到燃烧室18中的吹扫空气的总体方向。

图3还示出了柱塞214中的柱塞气门218。柱塞气门218可以被配置为在柱塞214朝向进气门座204移动时打开并且提供进气导管20和气门杆室212之间的流体连通。同样地，柱塞气门218可以配置为在柱塞214移动远离进气门座204时关闭并且阻止进气导管20和气门杆室212之间的流体连通。柱塞气门218因此可以是止回阀(例如，单向阀)，其包含球和弹簧或实现上述功能的其他机构。因此，当进气门盖202沿打开方向移动远离进气门座时，柱塞气门218可以打开。应理解的是，打开方向与进气门盖202的关闭方向300是相反的。以此方式，在进气门打开事件期间，气门杆室212可以与进气导管20压力平衡。换句话说，吹扫泵可以在进气道压力下被操作。结果，当进气道压力基于发动机工况而变化时，期望的吹扫空气量可以被提供给预燃室，并且吹扫泵46可以避免在气门打开事件期间抽真空。然而，在其他实例中，气门杆室212中的空气源可以从其他位置抽吸，诸如进气系统中的EGR出口的上游。

图4示出关于Z轴向上观察的图3所示的预燃室喷嘴38的详细视图。预燃室喷嘴38包含在图2-图3中示出的预燃室32和燃烧室18之间提供流体连通的孔口400。图示说明了预燃室喷嘴38的中心轴线402。在一个示例中，预燃室喷嘴38的中心轴线402可以平行于图2中示出的燃烧室18的中心轴线207。然而，已经考虑到其他喷嘴布置。应认识到，在一个示例中，孔口400可以被配置为使热的部分燃烧气体在图3中示出的活塞206的做功冲程(例如，做功冲程的较早部分)期间流入燃烧室18中。在一个实例中，点火射流(ignition jet)的正时可以与发动机中的火花正时相似。因此，在其他示例中，点火射流可以在压缩冲程的稍晚部分或TDC期间流到燃烧室中。因此，孔口可以耦接到延伸到预燃室中并提供预燃室和燃烧室之间的流体连通的通道。以此方式，热气体能够更深地渗透到燃烧室中，从而实现更均匀分布的燃烧室播种。结果，提高了燃烧效率并且减少了排放物。

图5示出预燃室点火系统12的第二实施例。Z轴和X轴被提供作为参考。预燃室点火系统的第二实施例和预燃室点火系统12的第一实施例包含若干重叠的部件。因此，相似的部件被相应地标记并且冗余的描述被省略。然而，应认识到，重叠的部件可以共享相似的功能、结构等。

图5中示出的预燃室点火系统12包含吹扫泵46。吹扫泵46向吹扫通道44提供吹扫空气。吹扫泵46可以由来自能量储存装置(例如，电池、飞轮等)的功率来驱动和/或由来自曲轴的旋转能量来驱动。进一步地，在一个示例中，吹扫泵可以是加压蓄积器(reservoir)。在这样的示例中，吹扫泵可以产生与脉冲流相反的平滑流。

同样，具有吹扫气门42的吹扫口40被配置为调节进入预燃室32中的气流。在一个示例中，吹扫泵46的致动可以被定时以在活塞206的进气冲程期间产生进入预燃室32中的吹扫气流。具体来说，可以在进气门24的关闭事件期间生成吹扫气流。以此方式，可以在活塞的周期性压缩冲程和做功冲程之间执行吹扫操作。然而，在其他示例中，可以在其他的时间间隔期间(诸如在进气门24的打开事件期间)产生吹扫气流。

在图示说明的示例中，吹扫泵46关于水平轴被定位在进气门24和排气门28之间。具体来说，吹扫泵46被定位在预燃室燃料喷射器36和进气门24之间。进一步地，吹扫泵46与预燃室点火装置34相邻。以此方式定位吹扫泵46可以使得能够获取空间节省收益。然而，已经考虑到吹扫泵的替代位置。例如，在一个示例中，吹扫泵可以被集成在排气门杆周围。在另一示例中，吹扫泵可以包含由任一凸轮轴驱动的柱塞并且可以被安装在凸轮罩的上方。在又一示例中，吹扫泵可以被安装在发动机外部。在这样的示例中，吹扫气门44可以是电磁阀。

预燃室点火系统12还包含提供进给空气(feed air)到吹扫泵46的吹扫泵入口通道500。吹扫泵入口通道500包含在EGR导管62的出口68的上游位置处通向进气导管20中的入口502，该EGR导管62具有耦接到其上的EGR气门64。在图示说明的示例中，入口502也被定位在节气门22的下游。在被设计为产生增压并提供低压EGR的示例性发动机中，吹扫空气的来源可以在空气滤清器和涡轮压缩机上游的EGR进入点之间。以此方式，能够从EGR气体被排入进气系统之处的上游位置处抽吸用于吹扫泵的供给空气。因此，吹扫泵能够吸入清洁空气以避免用EGR气体吹扫预燃室并使得能够执行EGR操作而不影响预燃室吹扫操作。以此方式，预燃室中的残余物能够被进一步减少，从而改善预燃室点火时序。此外，EGR导管62的入口66被示出为定位于排气导管56中的排放控制装置58的上游。然而，在其他示例中，入口66可以定位于排放控制装置58的下游。进一步地，在另一示例中，图5所示的吹扫泵入口通道500可以应用于图2所示的吹扫泵的实施例。在这样的示例中，吹扫泵到进气道的连接可以从系统中省略。

现在转向图6，图表600描述了关于活塞位置的示例性气门正时、吹扫气流正时、预燃室燃料喷射正时以及预燃室点火正时，其针对诸如图1-图5中描述的包括进气门、排气门和预燃室点火系统的发动机燃烧室。图6的示例大体上按比例绘出，尽管每一个点没有被标上数值。这样一来，正时的相对差异能够由绘制尺寸来估计。然而，如果需要，可以使用其他相对正时。

继续图6，图表600以曲柄转角角度(CAD)沿X轴阐明了发动机位置。曲线602描述了活塞位置(沿Y轴)，参照它们从上止点(TDC)和/或下止点(BDC)起的位置，并进一步参照它们在发动机循环的四个冲程(进气、压缩、做功和排气)中的位置。

在发动机操作期间，燃烧室通常经历四冲程循环，该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常排气门关闭并且进气门打开。空气经由相应的进气导管被引入燃烧室，并且活塞移动到燃烧室的底部以便增加燃烧室中的容积。活塞靠近燃烧室的底部并且在其冲程的末端的位置(例如，当燃烧室处于其最大容积时)通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门和排气门被关闭。活塞朝向汽缸盖移动以便压缩燃烧室中的空气。活塞在其冲程的末端并与汽缸盖最接近的点(例如，当燃烧室处于其最小容积时)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在本文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在本文中被称为点火的过程中，喷射到燃烧室中的燃料由来自预燃室喷嘴的部分燃烧热气体射流点燃，导致燃烧。应认识到，在将热气体射入燃烧室中之前，燃料和火花也被引入到预燃室中。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞推回到BDC。曲轴将该活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。在排气冲程期间，在传统设计中，排气门被打开以释放残余的已燃烧空气燃料混合物至相应的排气通道并且活塞返回到TDC。

曲线604描述针对进气门的进气门正时、升程和持续时间。如图所示，进气门在活塞的进气冲程期间是打开的。然而，应认识到，在其他示例中，通过基于发动机工况调整相位、升程和/或持续时间，进气门可以以不同的正时进行操作。L描述气门升程量并且D描述气门打开持续时间。

曲线606描述了吹扫气流压力(沿y轴)。如图所示，吹扫气流与进气门关闭冲程相协调。因此，吹扫气流能够在期望的时间间隔期间实施，而不影响预燃室点火和喷射事件。PD表示在预燃室中发生吹扫气流的吹扫持续时间。

曲线608描述了预燃室燃料喷射压力(沿y轴)。FID表示预燃室燃料喷射持续时间。如图所示，在活塞的压缩冲程期间实施预燃室燃料喷射。具体来说，在一个示例中，预燃室喷射可以在吹扫气流进入预燃室期间或之后执行并且由于延迟以致与火花事件重叠。然而已经考虑到其他的预燃室喷射正时表。

曲线图610描述了预燃室点火信号(沿y轴)。ID表示点火持续时间。如图所示，在活塞的压缩冲程期间可以实施预燃室点火。具体来说，类似于常规点火系统中火花正时的变化方式，预燃室点火正时将会随着发动机工况而变化。预燃室点火可以在稀释工况下被提前，或者被延迟以避免爆震或提供用于提高后处理系统的温度的延迟燃烧相位调整(phasing)。在一个示例中，点火正时可以从上止点前50°变化到上止点后20°。然而已经考虑到其他预燃室点火正时表。

如图6所示，当预燃室喷射事件和预燃室点火事件发生时，在压缩冲程之前的进气冲程期间执行吹扫气流。以此方式，能够在预燃室喷射事件和预燃室点火事件之间用气流吹扫预燃室。这样一来，可以获得若干优势。例如，燃烧的燃烧速度连同燃烧稳定性可以提高，这在残余工况(例如，EGR残余物和/或内部残余物)中可能特别有益。因此，可以提高燃烧效率同时减少排放物。此外，可以改善燃料经济性，因为多余的燃料可以不被喷射到燃烧室和/或预燃室中，以维持化学计量比率。

应认识到，图6中示出的曲线图在本质上是示例性的，而且在其他示例中，进气门的正时以及因此预燃室吹扫流和/或预燃室喷射和预燃室点火可以有所不同。例如，可变气门升程(VVL)发动机以及阿特肯森(Atkinson)和米勒循环发动机(miller cycle engine)可以具有不同的气门正时，诸如早的或晚的进气门关闭。图7示出了用于操作预燃室点火系统的方法700。方法700可以由上面关于图1-图6所描述的预燃室点火系统执行，或者在其他示例中由其他合适的预燃室点火系统执行。用于实施方法700和本文描述的其他方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器中的指令并结合从发动机和相应系统中的传感器(如上面参照图1所描述的传感器)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系统的发动机致动器来调整发动机操作。

在702处，该方法包括向燃烧室提供燃料。向燃烧室提供燃料可以包括：在704处直接将燃料从直接燃料喷射器喷射到燃烧室中和/或在706处将燃料从进气道燃料喷射器喷射到进气导管中。以此方式，可点燃的空气/燃料混合物存在于燃烧室中，期待着来自预燃室的播种事件。在一个示例中，将燃料喷射到燃烧室和/或进气导管中可以包括从控制器发送命令信号(例如，脉冲宽度信号)到燃料喷射器以促使喷射确定数量的燃料进入燃烧室和/或进气导管。

接下来，在708处，该方法包括将燃料从耦接到预燃室的预燃室燃料喷射器喷射到预燃室中。在一个示例中，通过控制器发送命令信号(例如，脉冲宽度信号)到预燃室燃料喷射器气门以促使喷射确定数量的燃料进入预燃室来实施将燃料从预燃室燃料喷射器喷射到预燃室。在710处，该方法包括经由耦接到预燃室的点火装置点燃预燃室中的空气/燃料混合物，并且在712处，该方法包含将至少部分燃烧的气体从预燃室射入燃烧室中(作为在预燃室中点燃和燃烧空气燃料混合物的结果)。在一个示例中，点燃空气燃料混合物可以包括从控制器发送命令信号到预燃室点火装置中的致动器以促使以期望的时间间隔在预燃室中产生火花。此外，将部分燃烧的气体射入燃烧室中可以包括例如在活塞的做功冲程稍微之前和/或期间使热气体流过预燃室喷嘴。这样一来，燃烧室被来自预燃室的热气体射流播种。应认识到步骤708-710是在活塞的压缩冲程期间执行的，并且步骤712是在期望点燃主充气的时间(例如，晚期压缩冲程或早期做功冲程)执行的。然而，在其他示例中，步骤708和710可以在压缩冲程期间和做功冲程期间执行，或者仅在做功冲程期间执行。

在714处，该方法包括使吹扫空气从正排量泵流到预燃室。例如，吹扫泵可以产生气流，该气流被引导到吹扫通道，从吹扫通道引导到吹扫口，并且从吹扫口进入预燃室中。此外，在一个示例中，吹扫气门可以被包含在吹扫口中，其中该吹扫气门基于工况而打开并提供吹扫气流到预燃室。例如，当吹扫口中的压力超过阈值或响应于控制器发送打开指令给吹扫气门致动器时，吹扫气门可以自动打开。

步骤714可以在进气冲程期间和/或在早期压缩冲程期间执行。以此方式，新鲜进气能够被提供给预燃室以吹扫预燃室中的残余气体，该残余气体是在预燃室中的燃烧事件期间产生的。因此，提供新鲜空气到预燃室的技术效果是提高燃烧速度和燃烧稳定性，这进而提高燃烧效率并减少排放物。

该方法还可以包括：在716处，使排气从EGR导管流到在提供空气到正排量泵的吹扫泵入口通道的入口的下游位置处的进气导管。以此方式，可以向正排量泵提供来自EGR出口的上游位置的进气。结果，在EGR操作期间，预燃室中的空气/燃料混合物可以被更容易地点燃。然而，在其他示例中，如同上面关于图2-图4所描述的预燃室点火系统的第一实施例的情况，正排量泵可以包含从进气道抽吸空气的柱塞。在这样的示例中，正排量泵可以进一步包含至少部分在周向上围绕进气门杆的气门杆室。继续这样的示例，柱塞可以附连到进气门杆，并且吹扫气流可以由气门杆室中的柱塞的往复运动产生。

图1-图5示出具有各种部件的相对定位的示例性配置。如果被显示为彼此直接接触或直接耦接，则至少在一个示例中，这些元件可以被分别称为直接接触或直接耦接。类似地，被显示为与另一元件毗连或相邻的元件至少在一个示例中可以分别彼此毗连或相邻。作为一个示例，处于彼此共面接触中的部件可以被称为处于共面接触。作为另一示例，被定位成彼此分离、其间仅有间隔而没有其他部件的元件在至少一个示例中可以被如此称谓。作为又一示例，被显示为彼此处于上方/下方、彼此处于相反侧、或彼此处于左侧/右侧的元件可以被称为相对于彼此是这样的。进一步地，如图所示，在至少一个示例中，最顶部的元件或者元件的最顶部的点可以在至少一个示例中被称为是部件的“顶部”，并且最底部的元件或者元件的最底部的点可以被称为是部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图中的竖直轴线而言，并且可以被用于描述图中的一个元件相对于另一元件的定位。因此，被显示为在其他元件上方的元件在一个示例中被定位在其他元件的竖直上方。作为又一示例，图中描绘的元件的形状可以被认为是具有那些形状的(例如，诸如是圆环的、直线的、平面的、弯曲的、圆形的、倒角的、有角度的等)。进一步地，被显示为彼此相交的元件可以在至少一个示例中被称为是相交元件或彼此相交。更进一步地，被显示为在另一元件中或在另一元件外的元件可以在一个示例中被如此称谓。

该发明将在下面的段落中被进一步地描述。在一个方面，提供了一种系统。该系统包含：由耦接到汽缸体的汽缸盖形成的燃烧室；与燃烧室流体连通的预燃室；耦接到预燃室并被构造成使吹扫空气流入预燃室中的吹扫口，其中通过操作吹扫泵来驱动吹扫气流；以及设置在燃烧室中的活塞。

在另一方面，提供了一种用于操作预燃室点火系统的方法。该方法包括：在压缩冲程期间，将燃料从耦接到预燃室的预燃室燃料喷射器喷射到预燃室中，并且经由耦接到预燃室的点火装置将预燃室中的空气燃料混合物点燃；以及在进气冲程期间，使吹扫空气从正排量泵流到预燃室。

在又一方面，提供了一种预燃室点火系统。该预燃室点火系统包含：由耦接到汽缸体的汽缸盖形成的燃烧室；与燃烧室流体连通的预燃室；与吹扫通道流体连通的吹扫口；与吹扫通道流体连通的气门杆室；耦接到进气门杆的柱塞，其中柱塞的往复运动产生通过吹扫通道和吹扫口从气门杆室到预燃室的吹扫气流；以及设置在燃烧室中的活塞。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该吹扫泵可以是包含附连到进气门杆的柱塞的正排量泵，该吹扫气流通过柱塞的往复运动而产生。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该系统可以进一步包含与吹扫口流体连通的吹扫通道以及至少部分在周向上围绕进气门杆的气门杆室，该正排量泵进一步包含该气门杆室。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该吹扫通道可以相对于水平轴线横穿定位于进气门杆和排气门杆之间的汽缸盖的区段。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该系统可以进一步包含在柱塞中的柱塞气门，该柱塞气门被构造成当进气门盖沿打开方向远离汽缸盖中的进气门座移动时打开并提供进气导管和气门杆室之间的流体连通。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，当进气门盖沿关闭方向朝向汽缸盖中的进气门座移动时，该柱塞可以产生进入预燃室的气流。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该吹扫口可以包含吹扫气门，该吹扫气门被构造成调节进入预燃室的吹扫空气的流量并且阻止燃烧产物回流到吹扫泵中，并且其中该吹扫气门被构造成当预燃室和吹扫口之间的压力差(Δ，delta)超过阈值时打开。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该预燃室可以相对于燃烧室的中心轴线定位于进气门盖的竖直上方。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该系统可以进一步包含耦接到预燃室的点火装置以及耦接到预燃室的燃料喷射器。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，排气再循环(EGR)导管的出口可以通向进气导管，该进气导管在向吹扫泵提供空气的吹扫泵入口通道的入口的下游。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该方法可以进一步包括将燃料从直接燃料喷射器喷射到燃烧室中。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该方法可以进一步包括：在向正排量泵提供空气的吹扫泵入口通道的入口的下游位置处使排气从排气再循环(EGR)导管流到进气导管。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该正排量泵可以包含柱塞和气门杆室，该气门杆室至少部分在周向上围绕进气门杆，并且该柱塞附连到进气门杆，吹扫气流通过气门杆室中的柱塞的往复运动而产生。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该预燃室点火系统可以进一步包含定位于吹扫口中的吹扫气门，该吹扫气门被构造成当吹扫通道中的压力高于阈值时打开。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该预燃室点火系统可以进一步包含柱塞中的柱塞气门，该柱塞气门被构造成当进气门盖沿打开方向从汽缸盖中的进气门座移开时打开并提供进气导管和气门杆室之间的流体连通。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，当进气门盖沿关闭方向朝向汽缸盖中的进气门座移动时，该柱塞产生进入预燃室的气流。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该吹扫通道可以关于水平轴在进气门杆和排气门杆之间的位置处横穿汽缸盖。

在本文任何一个方面或这些方面的组合中，该预燃室点火系统可以进一步包括耦接到预燃室的点火装置以及耦接到预燃室的燃料喷射器。

应注意，本文包括的示例性控制和估计例程可以被用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和例程可以被储存为在非瞬态存储器中的可执行指令，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统来实施。本文描述的具体例程可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及诸如此类。就此而言，图示说明的各种动作、操作和/或功能可以以图示说明的顺序来执行、并行地执行，或在某些情况下被省略。同样地，处理的顺序不一定是实现本文描述的示例性实施例的特征和优势所必须的，而是被提供以易于图示说明和描述。根据所使用的特定策略，图示说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被反复执行。而且，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式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瞬态存储器中的代码，其中通过在包括与一个或多个电子控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中执行所述指令来实施所描述的动作。

应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构成和其他的特征、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。

以下权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题中。

Claims (15)

1.一种系统，其包含：

由耦接到汽缸体的汽缸盖形成的燃烧室；

与所述燃烧室流体连通的预燃室；

耦接到预燃室并被构造成使吹扫空气流入所述预燃室中的吹扫口，其中通过操作吹扫泵来驱动吹扫气流；以及

设置在所述燃烧室中的活塞。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述吹扫泵是包含附连到进气门杆的柱塞的正排量泵，所述吹扫气流通过所述柱塞的往复运动而产生。

3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包含与所述吹扫口流体连通的吹扫通道以及至少部分在周向上围绕所述进气门杆的气门杆室，所述正排量泵进一步包含所述气门杆室。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述吹扫通道相对于水平轴线横穿定位于所述进气门杆和排气门杆之间的所述汽缸盖的区段。

5.根据权利要求3所述的系统，其进一步包含在所述柱塞中的柱塞气门，所述柱塞气门被构造成当进气门盖沿打开方向远离所述汽缸盖中的进气门座移动时打开并提供进气导管和所述气门杆室之间的流体连通。

6.根据权利要求2所述的系统，其中当进气门盖沿关闭方向朝向所述汽缸盖中的进气门座移动时，所述柱塞产生进入所述预燃室的气流。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述吹扫口包含吹扫气门，所述吹扫气门被构造成调节进入所述预燃室的所述吹扫空气的流量并且阻止燃烧产物回流到所述吹扫泵中，并且其中所述吹扫气门被构造成当所述预燃室和所述吹扫口之间的压力差超过阈值时打开。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述预燃室相对于所述燃烧室的中心轴线定位于进气门盖的竖直上方。

9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含耦接到所述预燃室的点火装置以及耦接到所述预燃室的燃料喷射器。

10.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含通向进气导管的排气再循环导管即EGR导管的出口，所述进气导管在向所述吹扫泵提供空气的吹扫泵入口通道的入口的下游。

11.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含定位于所述吹扫口中的吹扫气门，所述吹扫气门被构造成当所述吹扫通道中的压力高于阈值时打开。

12.一种用于操作预燃室点火系统的方法，其包括：

在压缩冲程期间，将燃料从耦接到预燃室的预燃室燃料喷射器喷射到所述预燃室中，并且经由耦接到所述预燃室的点火装置将所述预燃室中的空气燃料混合物点燃；以及

在进气冲程期间，使吹扫空气从正排量泵流到所述预燃室。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将燃料从直接燃料喷射器喷射到所述燃烧室中。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括在向所述正排量泵提供空气的吹扫泵入口通道的入口的下游位置处使排气从排气再循环导管即EGR导管流到进气导管。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述正排量泵包含柱塞和气门杆室，所述气门杆室至少部分在周向上围绕进气门杆，并且所述柱塞附连到所述进气门杆，所述吹扫气流通过所述气门杆室中的所述柱塞的往复运动而产生。