CN113279890A - 用于具有被动预燃室的串联间隙点火器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于具有被动预燃室的串联间隙点火器的方法和系统”。提供了用于操作具有串联间隙点火器的发动机的方法和系统。在一个示例中，一种系统可以包括：串联间隙点火器，所述串联间隙点火器联接到气缸的气缸盖，所述串联间隙点火器包括所述串联间隙点火器的内部容积中的第一火花间隙和所述串联间隙点火器的第二火花间隙，所述第二火花间隙在所述串联间隙点火器的所述内部容积外部并且在所述气缸的余隙容积内。通过这种方式，可以操作具有串联间隙点火器的气缸以在一系列发动机工况下有效且可靠地发起燃烧。

Description

用于具有被动预燃室的串联间隙点火器的方法和系统
技术领域
本说明书总体上涉及用于具有被动预燃室点火系统的发动机的方法和系统。
背景技术
内燃发动机在气缸内燃烧空气/燃料混合物以产生扭矩，所述扭矩可以用于推进车辆。在一些此类发动机中，点火源用于在压缩冲程期间点燃每个气缸内的空气-燃料混合物。例如，在传统的火花点火发动机中，每个气缸包括用于直接点燃气缸内的空气-燃料混合物的火花塞。在其他示例中，气缸内的空气-燃料混合物可以被来自预燃烧室(在本文中称为预燃室)的热气体和火焰射流点燃。被动预燃室可以是位于气缸的余隙容积中的壁围腔室，并且可以包括火花塞。在发动机操作期间，将空气-燃料混合物引入气缸中，并且在气缸的压缩冲程期间将空气-燃料混合物的一部分经由被动预燃室与气缸之间的压力差引入被动预燃室中。当请求点火时，预燃室中的火花塞致动，从而点燃预燃室中的空气-燃料混合物的一部分。在点燃预燃室中的空气-燃料混合物的一部分之后，火焰和热气体射流可离开预燃室并经由预燃室壁中的一个或多个孔进入气缸。这些射流点燃气缸中的空气-燃料混合物以产生扭矩。
在一些发动机工况期间，预燃室点火可以提供优于传统的火花点火发动机的性能和效率益处。例如，与传统的火花点火发动机的类似气缸相比，具有预燃室点火的气缸可以在更稀的情况下(例如，较高排气再循环或较稀空燃比(AFR))操作，这可能导致具有预燃室点火的气缸中的燃料消耗较少。在其他示例中，具有预燃室点火的气缸可产生比由火花塞点火的气缸更多的功率，这是由于气缸中燃烧率增大，这可减少发生爆震燃烧的时间量，由此允许点火正时进一步朝向最大制动扭矩(MBT)提前。
然而，被动预燃室系统不提供对预燃室中的燃料水平和氧水平的直接控制。例如，在低负荷操作期间，被引入被动预燃室的空气-燃料混合物的量可减少，并且被动预燃室中的低水平的燃料和氧气可导致燃烧稳定性降低和预燃室失火发生率增加。在另一个示例中，在冷起动状况期间，被动预燃室中的低温可能降低预燃室的燃烧稳定性。
用于在一系列工况中提高被动预燃室系统的燃烧稳定性的其他尝试包括用于将燃料和空气两者直接喷射到预燃室中的系统，在本文中被称为主动预燃室系统。Riley等人在8,925,518B1中示出了一种示例性方法。其中，公开了一种主动预燃室系统，其在预燃室中包括直接燃料喷射和直接氧喷射。通过在预燃室中包括直接燃料喷射，可以独立于气缸的AFR来命令预燃室的AFR。用于解决被动预燃室系统在一系列工况中的燃烧稳定性问题的其他尝试包括除气缸中的被动预燃室之外还在气缸的主腔室中包括第二火花塞的系统，本文中被称为双火花预燃室系统。通过在气缸的主腔室中包括被动预燃室和第二火花塞，可以在预期被动预燃室的燃烧稳定性相对较低的状况期间使用第二火花塞。
然而，本文的发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，在具有主动预燃室系统的系统中，添加预燃室燃料喷射器和预燃室空气喷射器可能增加系统的成本和复杂性，并且可能引入显著封装约束。作为另一个示例，在具有双火花预燃室系统的系统中，添加第二火花塞也可能增加系统的成本和复杂性以及封装约束。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种系统来解决，所述系统包括：串联间隙点火器，所述串联间隙点火器联接到气缸的气缸盖，所述串联间隙点火器包括所述串联间隙点火器的内部容积中的第一火花间隙和所述串联间隙点火器的第二火花间隙，所述第二火花间隙在所述串联间隙点火器的所述内部容积外部并且在所述气缸的余隙容积内。通过这种方式，串联间隙点火器可以向气缸提供不同的点火源，以便在不添加预燃室喷射器或单独的火花塞的情况下在一系列工况中有效且可靠地发起燃烧。
作为一个示例，所述串联间隙点火器还可以包括：第一电极，所述第一电极完全位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内；以及第二电极，所述第二电极与所述第一电极同轴并且在所述内部容积与所述气缸的所述余隙容积之间延伸。例如，串联间隙点火器可以形成基本上圆柱形管，并且第一电极可以位于串联间隙点火器的内部容积中并且沿着串联间隙点火器的中心轴线对准。此外，第二电极可以相对于重力位于第一电极下方并且可以沿着中心轴线对准，其中例如第二电极的第一上端位于串联间隙点火器的内部容积中，并且所述第二电极的第二下端位于气缸的余隙容积(例如，气缸的主燃烧室)中。作为另一个示例，所述第一电极包括单个电极尖端，并且所述第二电极包括：第一电极尖端，所述第一电极尖端位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内；以及第二电极尖端，所述第二电极尖端位于所述气缸的所述余隙容积内。此外，第二电极的第二电极尖端可以不位于串联间隙点火器的内部容积中。更进一步地，第一电极的第一电极尖端、第一电极的第二电极尖端和第一电极的单个电极尖端可以沿着中心轴线对准。例如，第二电极的第一电极尖端和第二电极的第二电极尖端可以经由第二电极电联接，使得电流可以在第一电极尖端与第二电极尖端之间流动。
作为一个示例，所述第一火花间隙可以是将所述第一电极的所述单个电极尖端与所述第二电极的所述第一电极尖端分开的气隙，并且可以位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内。作为另一个示例，所述串联间隙点火器还包括接地电极尖端，所述接地电极尖端直接联接到所述串联间隙点火器的壁，所述接地电极尖端位于所述气缸的所述余隙容积内，并且所述第二火花间隙可以是将所述第二电极的所述第二电极尖端与所述接地电极尖端分开的气隙。
另外，串联间隙点火器的壁可以将串联间隙点火器的内部容积与气缸的余隙容积分开，并且壁中的多个孔口可以将串联间隙点火器的内部容积流体地联接到气缸的余隙容积。例如，串联间隙点火器的内部容积可以在一些发动机工况期间用作被动预燃室。因而，在一些发动机工况期间，可以在气缸的压缩冲程期间将空气-燃料混合物引入串联间隙点火器的内部容积中，从而将空气-燃料混合物提供给被动预燃室。作为另一个示例，当被致动时，所述串联间隙点火器可以跨所述第一火花间隙产生第一火花，并且跨所述第二火花间隙产生第二火花。在一些发动机工况期间，第一火花间隙上的第一火花可以点燃被动预燃室中的空气-燃料混合物。因而，火焰和热气体射流可以经由多个孔口流入气缸的余隙容积中，因此向气缸提供点火源。在其他发动机工况期间，第二火花间隙上的第二火花可以向气缸提供点火源。
通过经由单个串联间隙点火器提供预燃室火花和缸内火花两者，可以在不包括附加的预燃室喷射器或气缸火花塞并且在低负荷和/或低温工况期间不会经历性能劣化的情况下实现预燃室点火的性能和效率提高。此外，通过基于是期望预燃室点火还是期望气缸火花点火而以不同方式调整气缸设置(包括串联间隙点火器的致动正时)，可以在一系列工况中可靠地产生燃烧。总之，可以在不增加点火系统的成本和复杂性的情况下提高发动机性能。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了车辆的发动机系统中的气缸配置的示意图。
图2示出了联接到图1的气缸的串联间隙点火器的详细视图。
图3示出了用于图2的串联间隙点火器的示例性接线图的视图。
图4示出了用于基于工况以不同的点火模式操作具有串联间隙点火器和预燃室系统的发动机的示例性方法。
图5示出了用于以第一点火模式操作气缸的示例性气缸气门、火花和燃料喷射正时。
图6示出了用于以第二点火模式操作气缸的示例性气缸气门、火花和燃料喷射正时。
图7示出了用于基于发动机负荷来调整发动机操作以使具有串联间隙点火器和被动预燃室系统的发动机在点火模式之间转变的预示性示例性时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于具有被动预燃室系统和串联间隙点火器的发动机的系统和方法。发动机可以具有多个气缸，每个气缸具有包括如图1所示的串联间隙点火器的气缸配置。串联间隙点火器可以包括两个串联的火花间隙，并且还可以包括如图2所示的被动预燃室。串联间隙点火器可以根据图3中所示的接线图电联接到点火系统。此外，控制器可以基于发动机工况(例如，发动机负荷、发动机温度和气缸AFR)诸如根据图4的方法调整燃料供应、空气供应和火花正时以便使气缸在第一点火模式与第二点火模式之间转变。图5示出了以第一点火模式操作的气缸的示例性进气门和排气门、火花致动和燃料喷射正时，其中预燃室燃烧提供点火源，而图6示出了以第二点火模式操作的气缸的示例性进气门和排气门、火花致动和燃料喷射正时，其中点火火花提供点火源。图7示出了示出在第一点火模式与第二点火模式之间转变以提高燃烧稳定性和气缸效率的预示性示例性时间线。
现在转向附图，图1示出了可被包括在车辆5中的内燃发动机10的单个气缸130的局部视图。内燃发动机10可为多缸发动机。气缸(例如，燃烧室)130包括冷却剂套筒114和气缸壁132，其中活塞136定位在所述气缸中并连接到曲轴140。燃烧室130被示出为经由进气门4和进气道22与进气歧管44连通并且经由排气门8和排气道86与排气歧管48连通。包括节流板64的节气门62可设置在进气歧管44上游的进气通道中，以用于改变提供给发动机气缸的进气的流量和/或压力。
在所描绘的视图中，进气门4和排气门8位于燃烧室130的上部区域处并且可以联接到气缸盖18。可由控制器12使用包括一个或多个凸轮的相应的凸轮致动系统来控制进气门4和排气门8。凸轮致动系统可利用可变排量发动机(VDE)、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(VVL)系统中的一者或多者来改变气门操作。在所描绘的示例中，进气门4由进气凸轮151控制，并且排气门8由排气凸轮153控制。分别根据设定的进气门和排气门正时，可以经由进气门正时致动器101来致动进气凸轮151，并且可以经由排气门正时致动器103来致动排气凸轮153。在一些示例中，可分别经由进气门正时致动器101和排气门正时致动器103来停用进气门和排气门。进气凸轮151和排气凸轮153的位置可分别由凸轮轴位置传感器155和157确定。
在一些示例中，进气门和/或排气门可通过电动气门致动来控制。例如，气缸130可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在另外的其他示例中，可由共同的气门致动器或致动系统或可变气门正时致动器或致动系统来控制进气门和排气门。各种气门控制系统可以用于改变进气门4和排气门8的正时、打开持续时间和升程。
除了气缸130之外，排气通道135还可从发动机10的其他气缸接收排气。排气传感器128被示出为在排放控制装置178的上游联接到排气通道135。例如，排气传感器128可以从用于提供排气空燃比(AFR)的指示的各种合适的传感器中选择，例如诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。排放控制装置178可为三元催化器、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者它们的组合。
外部排气再循环(EGR)可以经由高压EGR系统83提供给发动机，以经由EGR通道81将来自排气通道135中的较高压力区的排气输送到在节气门62下游的进气通道44中的较低压力区。可以通过控制器12经由EGR阀80来改变提供给进气歧管44的EGR的量。例如，控制器12可以被配置为致动和调整EGR阀80的位置以调整流过EGR通道81的排气量。EGR阀80可以在其中通过EGR通道81的排气流动受阻的完全关闭位置和其中通过EGR通道的排气流动被允许的完全打开位置之间进行调整。作为一个示例，EGR阀80可以在完全关闭位置与完全打开位置之间连续地变化。因而，控制器可以增大EGR阀80的打开程度以增加提供给进气歧管44的EGR量，以及减小EGR阀80的打开程度以减少提供给进气歧管44的EGR量。作为一个示例，EGR阀80可以是电子激活的电磁阀。在其他示例中，EGR阀80可以由内置的步进马达定位，所述步进马达可以由控制器12致动以通过一系列离散步长(例如，52步)调整EGR阀80的位置，或者EGR阀80可以是另一种类型的流量控制阀。此外，EGR可以经由穿过EGR通道81内的EGR冷却器85被冷却。例如，EGR冷却器85可以将来自EGR气体的热量排出到发动机冷却剂。
在一些状况下，EGR系统可以用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。此外，可能需要EGR以获得期望的发动机稀释，由此提高燃料效率和排放质量，诸如氮氧化合物的排放。作为一个示例，可以在低到中等发动机负荷时请求EGR。因此，可能期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可以布置在EGR通道81内，并且可以提供例如排气的质量流量、压力和温度中的一者或多者的指示。另外，在排放控制装置178达到其起燃温度后，可能需要EGR。所请求的EGR量可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负荷(如经由加速踏板位置传感器118和踏板位置传感器119估计的)、发动机转速(如经由曲轴加速度传感器估计的)、发动机温度(如经由发动机冷却剂温度传感器估计的)等。例如，控制器12可以参考查找表，所述查找表以发动机转速和负荷作为输入并输出与输入的发动机转速-负荷对应的所需的EGR量。在另一个示例中，控制器12可以通过确定直接考虑诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的参数的逻辑规则来确定期望的EGR量(例如，期望的EGR流率)。在其他示例中，控制器12可以依靠使发动机负荷的变化与稀释需要的变化相关并进一步使稀释需要的变化与所请求的EGR量的变化相关的模型。例如，随着发动机负荷从低负荷增加到中等负荷，所请求的EGR量可以增加，然后随着发动机负荷从中等负荷增加到高负荷，所请求的EGR量可以降低。控制器12还可以通过考虑针对期望的稀释速率的最佳燃料经济性映射来确定所请求的EGR量。在确定所请求的EGR量之后，控制器12可以参考查找表，所述查找表以所请求的EGR量作为输入并以与要施加到EGR阀的打开程度相对应(例如，如发送到步进马达或其他阀致动装置)的信号作为输出。
气缸130可具有一定压缩比，所述压缩比是在活塞136处于下止点与上止点时的容积的比率。常规上，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增大压缩比。例如，当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时可能会出现这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响，则压缩比也可能会增大。
作为一个非限制性示例，气缸130被示出为包括气缸燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接地联接到燃烧室130，以便与经由电子驱动器168从控制器12接收到的信号FPW的脉冲宽度成比例地在所述燃烧室中直接地喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器66提供被认为是将燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)到气缸130中的燃料喷射。在另一个示例中，喷射器66可为将燃料提供到在气缸130上游的进气道中的进气道喷射器。此外，尽管图1示出了燃料经由单个喷射器喷射到气缸，但是发动机可替代地通过经由多个喷射器(诸如一个直接喷射器和一个进气道喷射器)喷射燃料来操作。例如，进气道喷射器和直接喷射器两者都可以包括在称为进气道燃料和直接喷射(PFDI)的配置中。在这种配置中，控制器12可改变来自每个喷射器的相对喷射量。
可从包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统180将燃料输送到燃料喷射器66。替代地，可通过单级燃料泵在较低压力下输送燃料。此外，尽管未示出，但是燃料箱可以包括向控制器12提供信号的压力传感器。燃料系统180中的燃料箱可保持具有不同燃料品质(诸如不同燃料成分)的燃料。这些差异可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料掺混物和/或它们的组合等。具有不同的汽化热的燃料的一个示例包括作为具有较低汽化热的第一燃料类型的汽油和作为具有较高汽化热的第二种燃料类型的乙醇。在另一个示例中，发动机可使用汽油作为第一燃料类型并使用含醇燃料共混物(诸如E85(其为约85％的乙醇和15％的汽油)或M85(其为约85％的甲醇和15％的汽油))作为第二燃料类型。其他可行物质包括水、甲醇、乙醇与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇的混合物等。通过这种方式，空气和燃料被输送到气缸130，其可以产生可燃空气燃料混合物。
在气缸的单个循环期间，燃料可由燃料喷射器66输送到气缸130。此外，从气缸燃料喷射器66输送的燃料的分配和/或相对量可以随工况变化。此外，对于单个燃烧事件，每个循环可对所输送的燃料执行多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或者它们的任何适当组合期间执行多次喷射。
在图1中所示的示例中，气缸130包括联接到气缸盖18以用于发起燃烧的串联间隙点火器192，在图2中更详细地示出。串联间隙点火器192包括至少两个火花间隙，并且还包括在本文中被称为被动预燃室188的内腔。第一火花间隙位于被动预燃室中，并且第二火花间隙在被动预燃室188的外部。此外，包围被动预燃室188的串联间隙点火器192的壁可以包括多个开口，诸如图1中所示的开口142。开口142在被动预燃室188与气缸130之间提供孔口，从而将被动预燃室流体地联接到气缸130的内部。气缸130的内部在本文中可以被称为主腔室。因此，在一些状况期间，气体可以在串联间隙点火器192的内部(例如，被动预燃室188)与气缸130的内部(例如，气缸130的主腔室)之间流动。例如，气体(例如，空气、燃料和/或残余燃烧气体)可以流过开口142，其方向性和速率基于跨开口142(例如，被动预燃室188与气缸130的内部之间)的压力差。在一些状况下，诸如在以第一点火模式操作时，开口142(连同串联间隙点火器中的任何其他开口)也可以向气缸130提供点火火焰，如下面将详细描述的。在一些状况中，诸如当以第二点火模式操作时，面向气缸130的主腔室的第二火花间隙可以为气缸130中的燃烧提供点火火花，如下面将详细描述的。
暂时转向图2，示出了在图1中介绍的串联间隙点火器192的详细局部视图200，其中相同部件的编号与图1相同。视图200是联接到气缸130的气缸盖18的串联间隙点火器192的横截面视图。如图2所示，串联间隙点火器192包括预燃室壁202，所述预燃室壁可以形成具有中心轴线299的基本上圆柱形管。具体地，预燃室壁202可以包括外表面230和内表面231。例如，中心轴线299可以垂直于活塞136的表面并且平行于图1的气缸壁132。此外，预燃室壁202的外表面230可以设置在主燃烧室130中，并且可以直接或间接地联接到电接地。作为一个示例，接地电极尖端218可以联接到预燃室壁202的外表面230并且位于主燃烧室内。在所示的示例中，接地电极尖端218不与中心轴线299对准(例如，接地电极尖端218偏离中心轴线299)。
串联间隙点火器192还包括封装在绝缘层206中的上部电极204。上部电极204可以是被定位成与轴线299同轴的圆柱形电极，并且绝缘体206可以是与轴线299同轴的中空圆柱体。绝缘体206的内径可以被设置大小来容纳上部电极204，并且绝缘体206的外径可以小于预燃室壁202的内径。此外，绝缘体206的内径可以大约等于上部电极204的外径，使得绝缘体206的内表面与上部电极204的外表面直接接触。此外，预燃室壁202与绝缘体206之间的径向间隙可以至少部分地限定形成被动预燃室188的中空环形腔体。因而，被动预燃室188包括串联间隙点火器192的内部容积。上部电极尖端208可以在上部电极的远端处(例如，远离气缸盖18处的附接点)联接到上部电极204，并且可以沿着轴线299定位在被动预燃室188中。此外，上部电极204可以完全位于被动预燃室188内。
串联间隙点火器192还包括封装在绝缘体212中的下部电极210，所述下部电极210与上部电极204同轴。下部电极210可以是被定位成与轴线299同轴的圆柱形电极，并且可以相对于活塞和相对于重力竖直地定位在上部电极204的下方。绝缘体212可以是与轴线299同轴的中空圆柱体，例如，绝缘体212的外径可以被设置大小为近似等于预燃室壁202的内径，使得绝缘体212的外表面与预燃室壁202的内表面231共面接触。绝缘体212可以通过上部唇缘240保持在适当位置，所述上部唇缘可以具有小于预燃室壁202的内径的内径并且围绕绝缘体212的顶部表面244径向地延伸。绝缘体212还可以通过下部唇缘241保持在适当位置，所述下部唇缘可以具有小于预燃室壁202的内径的内径并且围绕绝缘体212的底部表面246径向地延伸。此外，绝缘体212的内径可以被设置大小以容纳下部电极210。下部电极210包括第一下部电极尖端214和第二下部电极尖端216，所述第一下部电极尖端可以沿着中心轴线299定位在被动预燃室188中，所述第二下部电极尖端可以沿着中心轴线299定位在串联间隙点火器192的外表面上。因而，上部电极尖端208、第一下部电极尖端214和第二下部电极尖端216沿着串联间隙点火器的中心轴线对准。此外，下部电极210在预燃室188的内部与预燃室188的外部之间延伸。例如，包括第一下部电极尖端214的下部电极210的第一端位于被动预燃室188的内部，并且包括第二下部电极尖端216的下部电极210的第二端位于被动预燃室188的外部。
因此，第一火花间隙224位于上部电极尖端208与第一下部电极尖端214之间的被动预燃室188中。此外，第二火花间隙226在被动预燃室188的外部，位于第二下部电极尖端216与接地电极尖端218之间。此外，预燃室壁202可以包括多个开口，所述多个开口包括开口142和开口222。预燃室壁202的外表面230可以由主燃烧室130中的气体包围并与其接触，而预燃室壁202的内表面231可以由被动预燃室188中的气体包围并与其接触。多个开口可以将串联间隙点火器192的内部容积(例如，预燃室188)流体地联接到主腔室230。此外，在替代实施例中，第二接地母线可以结合到串联间隙点火器中，使得电路经由电隔离的导电元件在串联火花间隙之间完成。
现在返回到图1，在选择操作模式下，点火系统88可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由串联间隙火花塞192提供点火火花。信号SA的正时可基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。例如，可以在最大制动扭矩(MBT)正时提供火花以最大化发动机功率和效率。控制器12可以将发动机工况(包括发动机转速、发动机负荷和排气AFR)输入到查找表中，所述查找表可输出用于输入的发动机工况的对应的MBT正时。在其他示例中，火花可以从MBT延迟以防止爆震的发生。在另外的其他示例中，诸如由于驾驶员要求的扭矩的减小或变速器换挡事件，火花可从MBT延迟以快速地减小发动机扭矩。当串联间隙火花塞192被致动时，被动预燃室内的空气-燃料混合物可以燃烧，增加的燃烧压力经由预燃室壁中的多个开口(包括开口142)将火焰射流发送到气缸130中。多个开口可以被布置成使得火焰射流均匀地分布在气缸130中。火焰射流可以点燃气缸130中的空气-燃料混合物，从而引起燃烧。然而，在诸如低负荷状况之类的一些状况期间，当串联间隙点火器192被致动时，被动预燃室内的空气-燃料混合物可能不燃烧，并且因此外部火花间隙(例如，图2的第二火花间隙226)可以点燃主腔室内的空气-燃料混合物。在燃烧之后，来自被动预燃室188和气缸130两者的排气的混合物可以经由排气门8的开口从气缸130中排出到排气歧管48。
发动机10可至少部分地由控制器12以及来自车辆操作员113的经由加速踏板116和加速踏板位置传感器118以及经由制动踏板117和制动踏板位置传感器119实现的输入控制。加速踏板位置传感器118可将与加速踏板116的位置相对应的踏板位置信号(PP)发送到控制器12，并且制动踏板位置传感器119可将与制动踏板117的位置相对应的制动踏板位置(BPP)信号发送到控制器12。控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的在所述特定示例中被示出为只读存储器106的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。存储介质只读存储器106可被编程有计算机可读数据，所述计算机可读数据表示可由微处理器102执行以用于执行本文中所述的方法和程序以及预期但未具体地列出的其他变型的指令。
控制器12除了先前讨论的那些信号之外还可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器46的进气质量空气流量(MAF)的测量结果；来自联接到冷却剂套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自排气传感器128的信号UEGO，所述信号UEGO可以由控制器12使用来确定排气的AFR；来自联接到排气通道135的温度传感器158的排气温度信号(EGT)；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自联接到节气门62的节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自联接到进气歧管44的歧管压力(MAP)传感器122的绝对MAP信号。可由控制器12从信号PIP产生发动机转速信号RPM。可使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供进气歧管中的真空或压力的指示。
基于来自上文提及的传感器中的一者或多者的输入，控制器12可以调整一个或多个致动器，诸如气缸燃料喷射器66、节气门62、串联间隙点火器192、进气门/排气门和凸轮等。控制器可从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且基于被编程在致动器中的与一个或多个例程相对应的指令或代码，响应于处理后的输入数据而触发所述致动器，其示例关于图4进行了描述。
在一些示例中，车辆5可以为具有可用于一个或多个车轮160的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在图1所示的示例中，车辆包括发动机10和电机161。电机161可以为马达或马达/发电机，并且因此也可在本文中被称为电动马达。电机161从牵引电池170接收电力以将扭矩提供给车轮160。电机161还可以例如在制动操作期间操作为发电机以提供电力来对电池170进行充电。
当接合一个或多个离合器166时，发动机10的曲轴140以及电机161经由变速器167连接到车轮160。在所描绘的示例中，在曲轴140与电机161之间提供第一离合器166，并且在电机161与变速器167之间提供第二离合器166。控制器12可将信号发送到每个离合器166的致动器以使离合器接合或脱离，以便使曲轴140与电机161和与所述电机连接的部件连接或断开，和/或使电机161与变速器167和与所述变速器连接的部件连接或断开。变速器167可为齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置，包括被配置为并联、串联或混联式混合动力车辆。
如上所述，图1仅示出了多缸发动机中的一个气缸。因此，每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、一个或多个燃料喷射器、点火器等。应当理解，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。另外，这些气缸中的每一个可以包括参考气缸130通过图1描述和描绘的各种部件中的一些或全部。
接下来，图3示出了用于操作发动机系统中的串联间隙点火器(诸如图1至图2的串联间隙点火器192)的接线图。图3示出了图2中介绍的串联间隙点火器192的若干部件的示意图，所述若干部件包括上部电极204、上部电极尖端208、下部电极210、第一下部电极尖端214、第二下部电极尖端216和接地电极尖端218。此外，图3还包括图1的点火系统88。串联间隙点火器192由点火系统88供电，所述点火系统可以包括一个或多个点火线圈。具体地，点火系统88联接到串联间隙点火器192的上部电极204。此外，上部电极204直接联接到上部电极尖端208，并且上部电极尖端208经由第一火花间隙224联接到第一下部电极尖端214。第一下部电极尖端214直接联接到下部电极210。因此，仅当上部电极尖端210与第一下部电极尖端214之间的电压差高于足以越过第一火花间隙224的第一阈值电压差时，上部电极204和下部电极210才电联接。
如图2所示，第一火花间隙224可以位于气缸130的被动预燃室188中。作为一个示例，当上部电极尖端210与第一下部电极尖端214之间的空间(例如，第一火花间隙224)被预燃室空气-燃料混合物占据时，第一阈值电压差可以是预燃室空气-燃料混合物的击穿电压。材料的击穿电压可以被限定为在材料变得导电并且充当电流的导管时的施加电压。击穿电压可以根据压力、端子之间的距离和材料的物理性质而变化。因此，预燃室空气-燃料混合物的击穿电压可以是预燃室空气-燃料混合物变得导电并且充当电流在上部电极尖端210与第一下部电极尖端214之间流动的导管时的电压。当上部电极尖端210与第一下部电极尖端214之间的电压差超过第一阈值电压差时(例如，当上部电极尖端210与第一下部电极尖端214之间的电压差超过第一火花间隙224中的空气燃料混合物的击穿电压时)，电流可以流过第一火花间隙224，从而产生第一火花。因此，在一些示例中，当被动预燃室188包含空气-燃料混合物同时将大于第一阈值电压差的电压差施加到第一火花间隙224时，第一火花间隙224上的第一火花可以点燃室空气-燃料混合物。
此外，下部电极210直接联接到第二下部电极尖端216，并且第二下部电极尖端216经由第二火花间隙226联接到接地电极尖端218。接地电极尖端218直接联接到电接地302。例如，接地电极尖端218可以联接到图2的预燃室壁202，所述预燃室壁可以接地。因此，仅当第二下部电极尖端216与接地电极尖端218之间的电压差高于足以越过第二火花间隙226的第二阈值电压差时，下部电极210才电联接到电接地。如图2所示，第二火花间隙226可以位于气缸130的主燃烧室中。作为一个示例，当第二下部电极尖端216与接地电极尖端218之间的空间(例如，第二火花间隙226)被预燃室空气-燃料混合物占据时，第二阈值电压差可以是主燃烧室中的空气-燃料混合物的击穿电压。具体地，当第二下部电极尖端216与接地电极尖端218之间的电压差超过第二阈值电压差时(例如，当第二下部电极尖端216与接地电极尖端218之间的电压差超过第二火花间隙226中的空气-燃料混合物的击穿电压时)，电流可以流过第二火花间隙226，从而产生第二火花。作为一个示例，当主燃烧室包含空气-燃料混合物时，在第二火花间隙226上施加大于第二阈值电压差的电压差可以产生火花并点燃主燃烧室中的空气-燃料混合物。
通过这种方式，串联间隙点火器192经由点火系统88与上部电极204之间的直接连接而联接到点火系统88，同时串联间隙点火器192经由接地电极218与电接地302之间的直接连接而接地。当接地电极218连接到电接地302并且点火系统88向上部电极204提供电流时(例如，当串联间隙点火器被致动时)，上部电极204与下部电极210之间的电压差可以超过第一阈值电压差(例如，第一火花间隙224中的空气-燃料混合物的击穿电压)，并且因此电流可以从上部电极204流过第一火花间隙224到达下部电极210，从而在预燃室中产生第一火花。此外，从上部电极204流到下部电极210的电流可以增大下部电极210与接地电极218之间的电压差，直到下部电极210与接地电极218之间的电压差超过第二阈值电压差(例如，第二火花间隙226中的空气-燃料混合物的击穿电压)，从而使电流从下部电极210流过第二火花间隙226到达接地电极218，这可以在气缸的主腔室中产生第二火花。
在图3所示的实施例中，第一火花间隙224和第二火花间隙226是串联的，使得当串联间隙点火器被致动时，第一火花间隙224和第二火花间隙226两者都产生火花。然而，在本公开的一些实施例中，串联间隙点火器192可以任选地包括预燃室内部的接地电极尖端304，所述接地电极尖端304直接联接到电接地302。因此，串联间隙点火器192可以包括位于上部电极尖端208与接地电极尖端304之间的第三火花间隙306。此外，在该示例中，第一火花间隙224、第二火花间隙226和第三火花间隙306中的每一者可以被定位成使得在高负荷操作期间(例如，当气缸压力高时)，火花仅发生在第三火花间隙306上，并且不会发生在第一火花间隙224和第二火花间隙226中的每一者上。例如，空气-燃料混合物的击穿电压可以基于气缸压力而改变。作为一个示例，第一火花间隙224、第二火花间隙226和第三火花间隙306中的每一者可以被定位成使得当气缸压力超过阈值气缸压力时，点火系统88与电接地302之间的电压差小于第一火花间隙224和第二火花间隙226中的每一者上的击穿电压，并且大于第三火花间隙306上的击穿电压。在此类状况期间，火花可仅发生在串联间隙点火器192的预燃室中的第三火花间隙306上，而不发生在第一火花间隙224或第二火花间隙226上。
如图1至图3所示，串联间隙点火器(例如，组合的预燃室和主腔室火花塞)可以包括串联接线的至少两个火花间隙，使得致动联接到串联间隙点火器的点火线圈在至少两个火花间隙中的每一者上产生电流。此外，如图2所示，当串联间隙点火器联接到气缸时，第一火花间隙(例如，第一火花间隙224)可以位于串联间隙点火器的被动预燃室(例如，被动预燃室188)中，而第二火花间隙(例如，火花间隙226)可以位于气缸的主腔室中，在被动预燃室的外部。为了在一系列发动机工况中提供可靠的点火，发动机可以在第一点火模式(例如，针对预燃室点火校准的模式)与第二点火模式(例如，针对主腔室点火校准的模式)之间转变。例如，以第一点火模式操作可以包括例如以稀空燃比(AFR)操作。作为另一个示例，以第二点火模式操作可以包括在气缸的压缩冲程期间喷射气缸燃料。因此，为了在一系列工况中提高燃烧稳定性和发动机效率，可以调整气缸操作以便在以第一点火模式操作与以第二点火模式操作之间转变，在所述第一点火模式中，被动预燃室中的燃烧引起的火焰和热气体射流点燃气缸中的空气-燃料混合物，在所述第二点火模式中，点火火花直接点燃气缸中的空气-燃料混合物。
因此，图4示出了用于基于发动机工况在以第一点火模式或第二点火模式操作具有串联间隙点火器的气缸之间进行选择的示例性方法400，所述第一点火模式针对预燃室点火而校准，并且第二点火模式针对气缸中的火花点火(例如，主腔室点火)而校准。如图1和图2所示，串联间隙点火器可以位于气缸的余隙容积中，并且可以包括被动预燃室内的第一火花间隙和余隙容积中的第二火花间隙。因而，将关于图1所示的气缸配置和图2所示的串联间隙点火器配置来描述方法400，但是方法400可以应用于包括串联间隙点火器的其他系统中。用于执行方法400的指令可由控制器(诸如图1的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器接收的信号来执行，所述传感器例如是上文参考图1描述的传感器(例如，质量空气流量传感器46)。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。将关于包括预燃室的单个气缸来描述方法400，但是可以同时针对多缸发动机中的多个气缸执行方法400。
在402处，方法400包括估计和/或测量工况。工况可以包括例如车辆速度、发动机转速、发动机负荷、气缸AFR、排气AFR、发动机温度、加速踏板位置、制动踏板位置、节气门位置、外部EGR的量以及排气温度。所述工况可以由通信地联接到控制器的一个或多个传感器来测量，或者可以基于可用数据来推断。例如，控制器可以通过将节气门位置和质量空气流量(MAF)传感器读数输入到可以输出发动机负荷的一个或多个查找表、映射图或函数中来估计发动机负荷。作为另一个示例，排气温度可以由排气温度传感器(诸如图1的排气温度传感器158)来测量。作为又一示例，加速踏板位置可以由加速踏板位置传感器(诸如图1的加速踏板位置传感器118)来测量，而制动踏板位置可以由制动踏板位置传感器(诸如图1的制动踏板位置传感器119)来测量。加速踏板位置和制动踏板位置一起可以指示期望的发动机扭矩量。作为又一个示例，可以基于EGR阀(诸如图1的EGR阀80)的位置来确定外部EGR的量。
在404处，方法400包括确定是否请求点火。在一些示例中，可以在标称发动机操作期间请求点火以提供用于在每个燃烧循环期间燃烧气缸中的空气-燃料混合物的点火源。燃烧循环(例如，气缸循环)可以指代气缸的活塞的四冲程移动，所述四个冲程包括进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程。当请求点火时，在压缩冲程结束期间可能发生点火事件。此外，点火可以由串联间隙点火器提供。在一些示例中，点火源可以是气缸的主腔室中的点火火花，而在其他示例中，点火源可以是来自串联间隙点火器的被动预燃室中的燃烧引起的热气体和火焰射流。
如果控制器在404处确定未请求点火，则方法400前进到406并且包括不提供点火。例如，在发动机燃烧中断时无法请求点火。例如，当发动机停机时或在燃料切断状况期间，诸如当在车辆速度降低时切断气缸燃料供应时，可以中断发动机燃烧。在另一个示例中，当在燃烧循环期间已经提供点火时，可以不请求点火。不提供点火可以包括不致动串联间隙点火器。例如，控制器可以调整到发动机的点火系统的控制信号，使得串联间隙点火器不被激活。此外，因为未提供点火源，所以气缸中的空气-燃料混合物无法点燃，并且无法向发动机提供动力。在406之后，方法400可以结束。
如果控制器在404处确定请求点火，则方法400前进到408并且包括在第一点火模式与第二点火模式之间进行选择。在一些示例中，控制器可以基于发动机负荷在第一点火模式与第二点火模式之间进行选择。例如，当发动机负荷超过阈值发动机负荷时，控制器可以选择第一点火模式。阈值发动机负荷可以是存储在控制器存储器中的预定非零数字，所述预定非零数字对应于校准后的发动机负荷，在所述校准后的发动机负荷以上，由于发动机负荷高于阈值发动机负荷时预燃室点火的有利燃烧特性，指示第一点火模式。在其他示例中，控制器可以通过将发动机工况(例如，排气温度、发动机转速、节气门位置、AFR)输入到一个或多个查找表、映射图或函数中来调整用于以第一点火模式操作的阈值发动机负荷，所述一个或多个查找表、映射图或函数可以输出用于以第一点火模式操作的调整后的阈值发动机负荷。在一些示例中，控制器可以使用附加条件在第一点火模式与第二点火模式之间进行选择。例如，如果发动机温度低于用于以第一点火模式操作的阈值发动机温度，则控制器可以确定以第二点火模式操作。阈值发动机温度可以被限定为被动预燃室中的燃烧在其以下无法预测的温度。作为一个示例，在冷起动状况期间，发动机温度可以低于用于以第一点火模式操作的阈值发动机温度，并且控制器可以确定即使发动机负荷大于阈值发动机负荷，也不指示以第一点火模式操作(例如，指示第二点火模式)。相反，当发动机温度高于阈值发动机温度并且发动机负荷大于阈值发动机负荷时，可以选择第一点火模式。
在410处，方法400包括确定在408处是否选择了第一点火模式。如果控制器确定在408处选择了第一点火模式，则方法400前进到412并且包括以第一点火模式操作。如在414处所指示，以第一点火模式操作包括确定用于第一点火模式的气缸设置。例如，第一点火模式包括的气缸气门和燃料喷射设置和/或校准可以不同于第二点火模式的那些气缸气门和燃料喷射设置和/或校准。
确定用于第一点火模式的气缸设置可以包括确定进气门正时和排气门正时，包括进气门打开正时、关闭正时和打开持续时间，以及排气门打开正时、关闭正时和打开持续时间。例如，控制器可以将一个或多个发动机工况(诸如节气门位置)输入到针对第一点火模式校准的一个或多个查找表、映射图或函数中，所述一个或多个查找表、映射图或函数可以输出用于在给定的发动机工况下以第一点火模式操作的进气门正时和排气门正时。在一些示例中，控制器可以通过调整一个或多个凸轮轴相对于发动机曲轴的位置来调整当前进气门设置和当前排气门设置，以提供所确定的进气门正时和所确定的排气门正时。例如，控制器可以生成控制信号，所述控制信号基于期望的气门正时来调整凸轮轴位置。作为另一个示例，进气门和排气门可以被电致动，并且控制器可以通过向控制一个或多个进气门和一个或多个排气门的一个或多个电子致动器发送控制信号来在所确定的正时处致动进气门和排气门。在一些示例中，用于以第一点火模式操作的进气门和排气门校准通常可以包括用于(例如，相对于用于以第二点火模式操作的那些设置)增加进入气缸的空气流量并加快排气过程的设置。例如，相对于第二点火模式，进气门打开持续时间可以在以第一点火模式操作时增加，这可以增加引入气缸中的空气量。作为另一个示例，相对于第二点火模式，排气门打开正时可以在以第一点火模式操作时提前，这可以相对于发动机位置更早地开始排出燃烧气体。作为另一个示例，控制器可以基于在以第一点火模式操作时的发动机负荷来调整进气门关闭时间。具体地，例如，控制器可以将进气门关闭时间调整为更接近BDC，以便由于更快的燃烧和气缸中的爆震行为增加而增加气缸的有效压缩比。更进一步地，例如，在以第一点火模式操作时，可以调整排气门正时以增加进气门与排气门之间的气门重叠量，以便增加气缸内的内部EGR的量。
在414处确定用于第一点火模式的气缸设置还可以包括确定燃料喷射正时。在一些示例中，可以从当前的燃料喷射正时(诸如通过将燃料喷射正时从当前的燃料喷射正时提前或延迟)调整所确定的燃料喷射正时。将燃料喷射正时延迟可以包括在燃烧循环中稍晚(例如，更靠近压缩冲程的TDC)执行燃料喷射，而将燃料喷射正时提前可以包括在燃烧循环中更早地执行燃料喷射。例如，控制器可以将一个或多个发动机工况(诸如节气门位置)输入到针对第一点火模式校准的一个或多个查找表、映射图或函数中，所述一个或多个查找表、映射图或函数可以输出用于在给定的发动机工况下以第一点火模式操作的燃料喷射正时。在一些示例中，控制器可以通过调整被发送到气缸燃料喷射器的致动信号(诸如图1中所示的FPW)的正时来从当前的燃料喷射正时调整燃料喷射正时。所述致动信号可以致动气缸燃料喷射器以将燃料在所确定的燃料喷射正时处喷射到气缸中。作为一个示例，燃料喷射正时可以在第一点火模式期间提前到进气冲程，这可以相对于压缩冲程期间的燃料喷射增加燃料混合。
在414处确定用于第一点火模式的气缸设置仍然还可以包括确定要喷射到气缸中的燃料量。在一些示例中，可以从当前的燃料喷射量(诸如通过增加或减少燃料量)调整所确定的燃料量。控制器可以基于气缸的期望AFR和引入气缸中的空气量来确定要喷射到气缸中的燃料量。例如，控制器可以将期望的气缸AFR和引入气缸中的空气的估计量输入到一个或多个查找表、函数或映射图中，所述一个或多个查找表、函数或映射图可以输出将在气缸中实现期望的AFR的期望的待喷射燃料量。此外，可以调整喷射压力以提高气缸中的空气-燃料混合物的燃烧率和/或可燃性。例如，控制器可以将发动机工况(诸如发动机负荷和期望AFR)输入到第一点火模式所特有(针对第一点火模式校准)的一个或多个查找表、函数和映射图中，所述一个或多个查找表、函数和映射图可以输出用于在给定的发动机工况下以第一点火模式操作的待喷射燃料量。具体地，可以预测所确定的燃料量以在预燃室中实现期望的燃烧品质。在一个示例中，控制器可以通过调整被发送到气缸燃料喷射器的致动信号的脉冲宽度来喷射所确定的燃料量。在一些示例中，可以在单个喷射事件中喷射所确定量的燃料，而在其他示例中，可以将所确定量的燃料分布在多个喷射事件中。喷射的燃料可以与引入气缸的空气混合以形成空气-燃料混合物，所述空气-燃料混合物的一部分可以由于预燃室与气缸之间的压力差而流入被动预燃室。作为一个示例，在第一点火模式期间气缸中的期望AFR可以为稀，并且可以调整(例如，减少)在第一点火模式期间喷射到气缸中的燃料量以便实现气缸中的期望的稀AFR。此外，控制器可以在以第一点火模式操作时调整其他气缸设置，诸如EGR阀的位置。例如，在以第一点火模式操作时，控制器可以调整EGR阀的位置以便增加气缸中的EGR速率。
如在416处所指示，以第一点火模式操作还包括确定用于第一点火模式的期望的火花正时。此外，期望的火花正时可以指示用于致动串联间隙点火器的期望正时(例如，致动正时)。确定期望的火花正时(以及因此致动正时)可以包括确定何时相对于气缸的活塞的位置点燃被动预燃室中的空气-燃料混合物。期望的火花正时可以基于(例如作为其函数)发动机工况而相对于MBT移位，以便实现期望的预燃室点火正时，并且因此实现期望的气缸点火正时。例如，期望的火花正时可以相对于MBT正时延迟以升高排气温度，而期望的火花正时可以相对于MBT正时提前以增加气缸的扭矩输出，而MBT的绝对正时(例如，相对于压缩冲程的TDC)基于工况而变化。此外，在以第一点火模式操作时，可以使用第一致动正时校准来根据发动机工况确定期望的火花正时(以及因此致动正时)。第一致动正时校准可以不同于以第二点火模式操作时使用的第二致动正时校准，如下面将关于424详细描述的。例如，第一致动正时校准可以针对预燃室点火进行校准，而第二致动正时校准可以针对气缸中的直接火花点火进行校准。作为一个示例，相对火花正时(例如，相对于MBT正时)在以第一点火模式和第二点火模式操作时可以是不同的，以产生在MBT正时处输送的扭矩的相同分数，在本文中被称为扭矩比，这归因于预燃室点火(例如，第一点火模式)与气缸中的直接火花点火(例如，第二点火模式)的不同点火率和燃烧率。作为一个说明性示例，第一致动正时校准可以包括比第二致动正时校准进一步从MBT延迟的火花正时，以产生0.9的扭矩比(例如，在MBT正时处输送扭矩的90％)。
在一个示例中，控制器可以将一个或多个发动机工况(例如，发动机转速、发动机负荷、外部EGR量、排气温度、期望的预燃室AFR和气缸AFR)输入到包括在第一致动正时校准中的一个或多个查找表、函数或映射图，以确定预燃室点火事件的期望的火花正时。在另一个示例中，控制器可以基于作为一个或多个发动机工况和第一点火模式的函数的逻辑规则来做出逻辑确定(例如，关于期望的火花正时)。作为一个示例，期望的火花正时可以在以第一点火模式操作时比在以第二点火模式操作时更晚在压缩冲程中出现(例如，更靠近压缩冲程的TDC)。
如在418处所指示，以第一点火模式操作还包括在期望的火花正时处致动串联间隙点火器。例如，控制器可以生成控制信号(例如，信号SA)，所述控制信号被发送到点火系统(例如，图1的点火系统88)以在于416处确定的期望的火花正时处致动串联间隙点火器。在期望的火花正时处致动串联间隙点火器可以在第一火花间隙(例如，被动预燃室内部的火花间隙)上产生第一火花，并且在第二火花间隙(例如，被动预燃室外部的火花间隙)上产生第二火花。在第一被动预燃室中产生火花可导致被动预燃室中的空气-燃料混合物燃烧，从而经由预燃室孔口将热气体和火焰射流发送到气缸中。当气缸还包括可燃空气-燃料混合物时(例如，当对气缸进行燃料供应时)，热气体和火焰射流点燃气缸中的空气-燃料混合物。因为热气体和火焰射流比传统的点火火花更快地(例如，以更高的燃烧率)点燃气缸中的空气-燃料混合物，所以第二火花(例如，气缸中的第二火花间隙上的点火火花)可能无法以第一点火模式提供点火。然后，方法400可以结束。
如果控制器确定在408处未选择第一点火模式，则方法400前进到420并且包括以第二点火模式操作。如在422处所指示，以第二点火模式操作包括确定用于第二点火模式的气缸设置。确定用于第二点火模式的气缸设置可以包括例如确定进气门正时和排气门正时，包括进气门打开正时、关闭正时和打开持续时间，以及排气门打开正时、关闭正时和打开持续时间，如在414处详细描述的。例如，控制器可以将一个或多个发动机工况(诸如节气门位置)输入到针对第二点火模式校准的一个或多个查找表、映射图或函数中，所述一个或多个查找表、映射图或函数可以输出用于在给定的发动机工况下以第二点火模式操作的进气门正时和排气门正时。在一些示例中，用于以第二点火模式操作的进气门和排气门校准通常可以包括相对于用于以第一点火模式操作的那些设置存在减少的空气流量设置。例如，相对于以第一点火模式操作，进气门正时可以在以第二点火模式操作时进行调整以减少进气门打开持续时间，这可以减少引入气缸中的空气量。作为另一个示例，以第二点火模式操作的所确定的排气门打开正时可以相对于第一点火模式延迟。此外，控制器可以通过调整进气门正时和排气门正时来减少进气门与排气门之间的气门重叠量。作为另一个示例，控制器可以将进气门关闭时间调整得更远离BDC，以便减小气缸的有效压缩比。
在422处确定用于第二点火模式的气缸设置还可以包括确定燃料喷射正时，诸如在414处详细描述的。例如，控制器可以将一个或多个发动机工况(诸如节气门位置)输入到第二点火模式所特有的(针对第二点火模式校准的)一个或多个查找表、映射图或函数中，所述一个或多个查找表、映射图或函数可以输出用于以第二点火模式操作并且在给定的发动机工况下的燃料喷射正时。作为一个示例，燃料喷射正时在以第二点火模式操作时相对于第一点火模式可以进一步延迟。例如，燃料喷射在第二点火模式期间可以在压缩冲程期间发生，这可以相对于进气冲程期间(例如，在第一点火模式期间)的燃料喷射增加气缸中的可燃性。
在422处确定用于第二点火模式的气缸设置仍然还可以包括确定要喷射到气缸中的燃料量，诸如在414处详细描述的。控制器可以通过将期望的气缸AFR和引入气缸中的空气的估计量输入到针对第二点火模式校准的一个或多个查找表、函数或映射图中来确定要喷射到气缸中的燃料量，所述一个或多个查找表、函数或映射图可以输出将在气缸中实现用于在给定发动机工况下以第二点火模式操作的期望AFR的待喷射燃料量。作为一个示例，第二点火模式中的期望AFR可以是化学计量的，并且可以调整喷射到气缸中的燃料量以实现化学计量的期望AFR。然后，控制器可以在所确定的燃料喷射正时处致动燃料喷射器以喷射所确定量的燃料，如上文在414处所描述的。
如在424处所指示，以第二点火模式操作包括确定用于第二点火模式的期望的火花正时。确定期望的火花正时可以包括确定何时相对于气缸的活塞的位置使用第二致动正时校准在气缸中产生点火火花。在一个示例中，控制器可以将一个或多个发动机工况(例如，发动机转速、发动机负荷、外部EGR量、期望的预燃室AFR和气缸AFR)输入到包括在第二致动正时校准中的一个或多个查找表、函数或映射图，以确定气缸点火事件的期望的火花正时。在另一个示例中，控制器可以基于作为一个或多个发动机工况和第二点火模式的函数的逻辑规则来做出逻辑确定(例如，关于期望的火花正时)。在气缸中产生点火火花可以点燃气缸中的空气-燃料混合物。因此，串联间隙点火器点火可以基于发动机工况而相对于MBT移位，以便实现期望的气缸点火正时，如上文关于416详细描述的。在一些示例中，基于发动机工况(诸如发动机温度、发动机负荷和外部EGR量)，用于以第二点火模式操作的期望的火花正时可以相对于第一点火模式提前或延迟。
如在426处所指示，以第二点火模式操作包括在期望的火花正时处致动串联间隙点火器。例如，期望的火花正时可以是用于第二点火模式的期望的火花正时。例如，控制器可以生成控制信号(例如，信号SA)，所述控制信号被发送到点火系统以在于424处确定的期望的火花正时处致动串联间隙点火器。在期望的火花正时处致动串联间隙点火器可以在第一火花间隙(例如，被动预燃室内部的火花间隙)上产生第一火花，并且在第二火花间隙(例如，被动预燃室外部的火花间隙)上产生第二火花。由于发动机工况和在422处针对以第二点火模式操作而进行的气缸调整，被动预燃室中的第一火花间隙上的第一火花可能由于被动预燃室中的气体不利于燃烧而不会引起点火。例如，被动预燃室中的残余气体的量可能太高而无法在被动预燃室中发生燃烧(例如，可能发生预燃室失火)。在其他示例中，在以第二点火模式操作时，燃烧可以在预燃室中发生，但是预燃室燃烧可能不会影响气缸中的燃烧。因此，在以第二点火模式操作时，可能不会发生预燃室点火(即使发生预燃室燃烧)，并且第二火花间隙上的第二火花可以点燃气缸中的空气-燃料混合物。然后，方法400可以结束。
通过这种方式，可以调整气缸操作参数以在以第一点火模式和第二点火模式操作之间转变，所述第一点火模式经由单个串联间隙点火器在气缸中提供预燃室点火，并且所述第二点火模式经由单个串联间隙点火器在气缸中提供点火火花。例如，控制器可以响应于较高的发动机负荷和发动机温度而选择第一点火模式，并且可以调整气缸操作参数以有利于来自串联间隙点火器的内部火花间隙的预燃室点火。作为另一个示例，控制器可以响应于较低的发动机负荷和发动机温度而选择第二点火模式，并且可以调整气缸操作参数以有利于来自串联间隙点火器的外部火花间隙的火花点火。尽管在串联间隙点火器的每次致动期间(至少在一些示例中)可能在内部火花间隙和外部火花间隙两者处都出现火花，但是通过基于选定的点火模式调整气缸操作参数，控制器可以更准确地控制哪些火花间隙触发气缸中的点火。此外，通过基于发动机负荷和发动机温度使气缸在第一点火模式与第二点火模式之间转变，可以提高气缸的燃烧稳定性和效率。
现在转向图5，示出了以第一点火模式操作的气缸的示例性时序图500。气缸可以是例如图1中的发动机10的气缸130，并且可以包括串联间隙点火器，诸如图1至图3中描述的串联间隙点火器。时序图500示出了一个燃烧循环，其中燃烧循环(例如，气缸循环)是指气缸内的发动机循环的四个冲程。曲线图502示出了相对于上止点(TDC)、下止点(BDC)的活塞位置，以及燃烧循环的四个冲程(进气、压缩、动力和排气)。此外，曲线图504示出了进气门升程，曲线图506示出了排气门升程，曲线图508示出了气缸燃料喷射信号，并且曲线图510示出了火花致动信号。对于以上所有曲线图，水平轴线表示发动机位置(例如，以曲柄转角度数为单位)，其中曲柄转角度数(CAD)从左向右增大。竖直轴线表示每个标记的参数。对于曲线图502，竖直轴线示出了相对于TDC的活塞位置。对于曲线图504和506，竖直轴线示出了气门升程，其中气门升程的量值从零开始沿竖直轴线增加。零气门升程对应于全闭气门，而非零气门升程对应于打开的气门。因此，曲线图504和506示出了对应气门的正时、升程和持续时间。对于曲线图508和510中的每一者，参数的量值的增加高于零指示对应喷射器或串联间隙点火器的致动。对于曲线图508，喷射压力沿着竖直轴线自下向上进一步增大。此外，在时序图500的顶部指示燃烧循环的冲程，进气冲程对应于从0CAD至180CAD的间隔，压缩冲程对应于从180CAD至360CAD的间隔，动力冲程对应于从360CAD至540CAD的间隔，并且排气冲程对应于从540CAD至720CAD的间隔。
在进气冲程开始时(例如，大约0CAD)，进气门打开(曲线图504)，经由进气歧管和一个或多个进气道将空气引入气缸中，并且活塞处于TDC处(曲线图502)。在进气门打开之后，排气门关闭(曲线图506)(例如，大约20CAD)，从而导致正气门重叠，这增加了气缸中的内部EGR量。在0CAD至180CAD之间，活塞位置移动到气缸的底部(曲线图502)，以便增加气缸内的容积。活塞在其处于气缸的最底位置并且在其冲程结束时的位置(例如，当燃烧室处于其最大容积时)通常称为BDC。在CAD1处的进气冲程的大约一半处(例如，大约70CAD)，经由气缸燃料喷射器(例如，图1的气缸燃料喷射器66)将燃料引入气缸中(曲线图508)，从而形成空气-燃料混合物，其中空气经由一个或多个进气道被引入气缸中。相对于在压缩冲程期间喷射空气，通过在进气冲程期间喷射燃料，气缸中的空气-燃料混合物可以更好地混合。此外，进气门维持打开超过进气冲程的结束(曲线图504)，以便在以第一点火模式操作时增加气缸中的有效压缩比。
接下来，恰好在压缩冲程开始之后，进气门在大约200CAD关闭(曲线图504)。在压缩冲程期间，活塞朝向气缸盖移动(曲线图502)，以便压缩气缸内的空气。活塞在其冲程结束时并且最靠近气缸盖的点(例如，当燃烧室处于其最小容积时)通常称为TDC。在压缩冲程期间，当活塞朝向TDC移动时，气缸中的压力增加，这迫使一定量的空气-燃料混合物进入串联间隙点火器的被动预燃室(例如，被动预燃室188)。
在本文被称为点火的过程中，经由致动串联间隙点火器(曲线图510)来点燃串联间隙点火器的被动预燃室中的空气-燃料混合物，这可能在上部火花间隙(例如，图2中所示的第一火花间隙224)和下部火花间隙(例如，图2的第二火花间隙226)上产生火花。具体地，上部火花间隙上的点火火花可以点燃串联间隙点火器的被动预燃室中的空气-燃料混合物，从而导致预燃室燃烧。例如，串联间隙点火器可以在压缩冲程的TDC之前不久(例如，大约350CAD)在CAD2处被致动。当预燃室中的空气-燃料混合物燃烧时，火焰和热空气射流经由被动预燃室的壁中的孔口(例如，诸如图2的孔口142和孔口222)从预燃室流动到气缸，并且火焰和热空气射流点燃气缸中的空气-燃料混合物。因此，在动力冲程期间(例如，在360CAD至540CAD之间)，气缸中的膨胀气体将活塞向下推回到BDC(曲线图502)。曲轴(例如，在图1中示出的曲轴140)将该活塞移动转换为旋转轴的旋转扭矩。恰好在排气冲程开始之前，在大约530CAD处，排气门打开以将燃烧后的空气-燃料混合物释放到对应的排气通道(曲线图506)并且活塞位置返回到TDC(曲线图502)。
现在转向图6，示出了以第二点火模式操作的气缸的示例性时序图600。气缸可以是例如图1中的发动机10的气缸130，并且可以包括串联间隙点火器，诸如图1和图2中描述的串联间隙点火器。如上文针对图5的时序图500所介绍的，时序图600示出了一个燃烧循环。因此，时序图600类似于图5的时序图500，不同的是下面突出显示的差异。曲线图602示出了相对于上止点(TDC)、下止点(BDC)的活塞位置，以及燃烧循环的四个冲程(进气、压缩、动力和排气)。此外，曲线图604示出了进气门开度，曲线图606示出了排气门开度，曲线图608示出了气缸燃料喷射信号，并且曲线图610示出了火花致动信号。此外，针对来自图5(例如，在以第一点火模式操作时)的相同量的曲线图被示出为虚曲线以供参考。对于以上所有曲线图，水平轴线表示发动机位置(例如，以曲柄转角度数为单位)，其中曲柄转角度数(CAD)从左向右增大。竖直轴线表示每个标记的参数。对于曲线图602，竖直轴线示出了相对于TDC的活塞位置。对于曲线图604和606，竖直轴线示出了气门升程，其中气门升程的量值从零开始沿竖直轴线增加。零气门升程对应于全闭气门，而非零气门升程对应于打开的气门。因此，曲线图604和606示出了对应气门的正时、升程和持续时间。对于曲线图608和610中的每一者，参数的量值的增加高于零指示对应喷射器或串联间隙点火器的致动。对于曲线图608，喷射压力沿着竖直轴线自下向上进一步增大。此外，在时序图600的顶部指示燃烧循环的冲程，进气冲程对应于从0CAD至180CAD的间隔，压缩冲程对应于从180CAD至360CAD的间隔，动力冲程对应于从360CAD至540CAD的间隔，并且排气冲程对应于从540CAD至720CAD的间隔。
在进气冲程开始时(例如，大约0CAD)，进气门打开(曲线图604)，经由进气歧管和一个或多个进气道将空气引入气缸中，并且活塞处于TDC处(曲线图602)。此外，在0CAD时，排气门关闭(曲线图606)，从而减少气缸中的内部EGR量。在0CAD至180CAD之间，活塞位置移动到气缸的底部(曲线图602)，以便增加气缸内的容积。在进气冲程结束之前(例如，大约160CAD)，进气门关闭(曲线图604)，而排气门保持关闭(曲线图606)。因此，相对于第一点火模式中的进气门关闭(虚曲线图504)，以第二点火模式操作时的进气门关闭(曲线图604)提前(例如，在燃烧循环内更早地发生)。例如，在以第二点火模式操作时将进气门关闭提前会降低气缸的有效压缩比。在压缩冲程期间(例如，在180CAD至360CAD之间)，活塞朝向气缸盖移动(曲线图602)，以便压缩气缸内的空气。在CAD1处的压缩冲程的大约一半处(例如，大约270CAD)，经由气缸燃料喷射器(例如，图1的气缸燃料喷射器66)将燃料引入气缸中(曲线图608)，从而形成空气-燃料混合物，其中空气经由一个或多个进气道被引入气缸中。因此，相对于第一点火模式操作(虚曲线图508)，在以第二点火模式操作时的燃料喷射(曲线图608)可以延迟(例如，在燃烧循环内更晚地发生)。压缩冲程喷射可以相对于进气冲程期间的喷射(例如，在第一点火模式中，如虚曲线图508所示)增加第二火花间隙附近的燃料浓度。此外，如曲线图608和虚曲线图508的相对量值所示，燃料喷射可以在第二点火模式期间在较低压力下发生。
在本文被称为点火的过程中，经由致动串联间隙点火器(曲线图610)来点燃气缸中的空气-燃料混合物，这可能在上部火花间隙224和下部火花间隙226两者上产生火花。具体地，下部火花间隙上的点火火花可以点燃主腔室中的空气-燃料混合物，从而导致气缸燃烧。例如，串联间隙点火器可以在压缩冲程的TDC之前不久在CAD2处(例如，大约330CAD)被致动。相对于以第一点火模式操作时(虚曲线图510)的火花正时，在以第二点火模式操作时，火花正时可以更远离压缩冲程的TDC(曲线图610)。结果，在动力冲程期间(例如，在360CAD至540CAD之间)，气缸中的膨胀燃烧气体将活塞向下推回到BDC(曲线图602)。曲轴(例如，在图1中示出的曲轴140)将该活塞移动转换为旋转轴的旋转扭矩。在排气冲程期间，排气门打开(曲线图606)以将燃烧后的空气-燃料混合物释放到对应的排气通道并且活塞位置返回到TDC(曲线图602)。如图所示，以第二点火模式操作时的排气门打开可以相对于以第一点火模式操作时的排气门打开(虚曲线图506)延迟(曲线图606)。
现在转向图7，示出了在第一点火模式与第二点火模式之间转变的发动机的预示性示例性时间线700。发动机可以是图1中的发动机10，例如包括气缸130和串联间隙点火器192。尽管示出了针对图7中的单个气缸的一些参数，但是可以理解，气缸可以包括在多缸发动机系统中。曲线图702示出了对发动机是以第二点火模式(“第二模式”)还是以第一点火模式(“第一模式”)操作的指示，曲线图704示出了踏板位置(例如，基于来自加速踏板位置传感器(诸如图1的加速踏板位置传感器118)的信号确定)，曲线图706示出了发动机负荷，并且曲线图708示出了火花延迟量(例如，相对于MBT火花正时)。此外，虚线710示出了用于以第一点火模式操作的阈值发动机负荷。对于以上所有曲线图，水平轴线表示时间，其中时间沿着水平轴线从左向右增加。竖直轴线表示每个标记的参数。对于曲线图704、706和708中的每一者，参数的量值沿竖直轴线增大。对于曲线图702，竖直轴线示出了发动机是以第一点火模式(“第一模式”)还是以第二点火模式(“第二模式”)操作。
在时间t0处，发动机以第一点火模式操作(曲线图702)，并且踏板位置相对较高(例如，对应于高的驾驶员要求扭矩)，如曲线图704所示。由于高的驾驶员要求扭矩，发动机负荷相对较高(曲线图706)，并且火花延迟量(曲线图708)相对较高。在时间t0与时间t1之间，点火模式(曲线图702)保持恒定，踏板位置(曲线图704)保持恒定，火花延迟量(曲线图708)保持恒定，并且发动机负荷(曲线图706)稍微波动，而不会有大于5％的任何变化。
恰好在时间t1之前，踏板位置(曲线图704)由于驾驶员要求的扭矩的减少而降低。因此，在时间t1与时间t2之间，发动机负荷(曲线图706)响应于驾驶员要求的扭矩的减少。火花延迟量(曲线图708)也由于在较低发动机负荷下爆震风险降低而减少。然而，在时间t1与时间t2之间，发动机负荷(曲线图706)保持大于用于以第一点火模式(虚线710)操作的阈值发动机负荷，并且因此发动机继续以第一点火模式操作(曲线图702)。
在时间t2处，发动机负荷(曲线图706)下降到用于以第一点火模式(虚线710)操作的阈值发动机负荷以下，并且作为响应，发动机转变为以第二点火模式操作(曲线图702)。如在图4的方法400中所概述的，转变为第二点火模式可以包括调整燃料喷射正时、燃料喷射量、气门正时和火花正时。因此，发动机负荷(曲线图706)下降到用于以第一点火模式(虚线710)操作的阈值发动机负荷以下时，发动机通过将火花延迟量(曲线图708)减少为较低值来从第一点火模式转变为第二点火模式。
在时间t2与时间t3之间，踏板位置(曲线图704)不改变，发动机负荷(曲线图706)保持低于用于以第一点火模式操作的阈值发动机负荷(虚线710)。结果，发动机继续以第二点火模式操作(曲线图702)。此外，在以第二点火模式操作时，火花延迟量(曲线图708)保持相对较低。因为踏板位置(曲线图704)保持为低，所以发动机负荷(曲线图706)在时间t2与时间t3之间继续减少。
恰好在时间t3之前，踏板位置(曲线图704)增加，并且发动机负荷(曲线图706)开始增加。在时间t3与时间t4之间，踏板位置(曲线图704)保持不变，而发动机负荷(曲线图706)增加。然而，发动机负荷(曲线图706)保持低于用于以第一点火模式(虚线710)操作的阈值发动机负荷，并且因此发动机继续以第二点火模式操作(曲线图702)。此外，由于发动机负荷增加及其对爆震的影响，火花延迟量(曲线图708)开始增加。
在时间t4处，发动机负荷(曲线图706)超过用于以第一点火模式操作的阈值发动机负荷(虚线710)。作为响应，发动机转变为以第一点火模式操作(曲线图702)。在时间t4之后，踏板位置(曲线图704)保持恒定，并且发动机负荷(曲线图706)增加到进一步高于用于以第一点火模式操作的阈值发动机负荷(虚线710)。因此，发动机在时间t4之后继续以第一点火模式操作(曲线图702)。
通过这种方式，可以操作具有串联间隙点火器的气缸以基于发动机工况而有利于不同的点火源，以便有效且可靠地发起燃烧。通过基于一个或多个发动机工况(诸如发动机负荷)在以第一点火模式和第二点火模式操作之间进行选择，发动机可以在提供预燃室点火(例如，以来自被动预燃室中的燃烧的火焰和热气体射流点燃气缸中的空气-燃料混合物)与火花点火(例如，以气缸中的点火火花点燃气缸中的空气-燃料混合物)之间转变。此外，通过调整一个或多个气缸设置，诸如火花正时、进气门/排气门正时、燃料喷射正时和燃料喷射量，发动机可以在以第一点火模式和第二点火模式操作之间转变而不致动任何附加部件。例如，单个串联间隙点火器实现气缸内的预燃室点火和直接火花点火两者。第一点火模式可以在提高被动预燃室中的燃烧稳定性的发动机工况(诸如更高的发动机负荷和温度)期间提高气缸的燃烧率和效率，而第二点火模式确保在其中被动预燃室的燃烧稳定性预期相对较低的状况期间可靠地提供气缸点火。通过经由单个串联间隙点火器提供预燃室点火和常规火花点火两者，与包括主动预燃室和/或附加火花塞的系统相比，减少了部件数量。总之，在气缸中提供串联间隙点火器可以提高一系列工况下的燃烧稳定性，而不增加点火系统的封装大小或复杂性。
在具有被动预燃室的气缸中包括串联间隙点火器、在预燃室内包括串联间隙点火器的第一火花间隙并且在预燃室外部和气缸的主腔室内包括串联间隙点火器的第二火花间隙的技术效果是：点火源基于工况而改变，由此提高燃烧稳定性并减少否则可能发生的气缸失火和不期望的噪声、振动和操纵问题的发生。
作为一个示例，一种系统包括：串联间隙点火器，所述串联间隙点火器联接到气缸的气缸盖，所述串联间隙点火器包括所述串联间隙点火器的内部容积中的第一火花间隙和所述串联间隙点火器的第二火花间隙，所述第二火花间隙在所述串联间隙点火器的所述内部容积外部并且在所述气缸的余隙容积内。在前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器还包括：第一电极，所述第一电极完全位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内；以及第二电极，所述第二电极在所述内部容积与所述气缸的所述余隙容积之间延伸。在一个或两个前述示例中，另外或任选地，所述第一电极包括单个电极尖端，并且所述第二电极包括：第一电极尖端，所述第一电极尖端位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内；以及第二电极尖端，所述第二电极尖端位于所述气缸的所述余隙容积内。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述第一火花间隙在所述第一电极的所述单个电极尖端与所述第二电极的所述第一电极尖端之间。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器还包括接地电极尖端，所述接地电极尖端直接联接到所述串联间隙点火器的壁，所述接地电极尖端位于所述气缸的所述余隙容积内，并且其中所述第二火花间隙在所述第二电极的所述第二电极尖端与所述接地电极尖端之间。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器的所述壁将所述串联间隙点火器的所述内部容积与所述气缸的所述余隙容积分开，并且所述壁中的一个或多个孔口将所述串联间隙点火器的所述内部容积流体地联接到所述气缸的所述余隙容积。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，当被致动时，所述串联间隙点火器跨所述第一火花间隙产生第一火花，并且跨所述第二火花间隙产生第二火花。
作为另一个示例，一种系统包括：发动机，所述发动机包括多个气缸，每个气缸包括串联间隙点火器，所述串联间隙点火器包括在预燃室内部的第一火花间隙和在所述预燃室外部的第二火花间隙。在前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器还包括上部电极和下部电极，所述上部电极包括位于所述预燃室内的上部电极尖端，所述下部电极包括位于所述预燃室内的第一下部电极尖端和位于所述预燃室外部的第二下部电极尖端。在一个或两个前述示例中，另外或任选地，所述第一火花间隙位于所述上部电极尖端与所述第一下部电极尖端之间。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器还包括接地电极尖端，所述接地电极尖端联接到所述串联间隙点火器的外壁，并且所述第二火花间隙位于所述第二下部电极尖端与所述接地电极尖端之间。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述上部电极尖端、所述第一下部电极尖端和所述第二下部电极尖端沿着所述串联间隙点火器的中心轴线对准，并且所述接地电极尖端不沿着所述串联间隙点火器的所述中心轴线对准。
作为另一个示例，一种用于发动机的方法包括：经由包围在气缸的串联间隙点火器的预燃室中的第一火花间隙通过致动所述串联间隙点火器提供第一火花并经由所述预燃室外部的第二火花间隙通过致动所述串联间隙点火器提供第二火花；以及基于发动机工况来调整致动所述串联间隙点火器的正时。在前述示例中，另外或任选地，基于所述发动机工况来调整致动所述串联间隙点火器的所述正时包括：响应于发动机负荷超过阈值发动机负荷和发动机温度超过阈值发动机温度中的至少一项，使用第一致动正时校准来操作所述串联间隙点火器；以及响应于所述发动机负荷下降到所述阈值发动机负荷以下和所述发动机温度下降到所述阈值发动机温度以下中的至少一项，使用第二致动正时校准来操作所述串联间隙点火器。在一个或两个前述示例中，所述第一致动正时校准包括的相对于最大制动扭矩(MBT)正时的致动正时与所述第二致动正时校准不同以用于产生相同的扭矩比。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括：经由进气门将空气引入所述气缸中并经由燃料喷射器将燃料输送到所述气缸以在所述气缸中产生空气-燃料混合物；以及使所述空气-燃料混合物的第一部分经由所述预燃室与所述气缸之间的压力差流入所述预燃室，所述空气-燃料混合物的第二部分保留在所述气缸中。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，使用所述第一致动正时校准来操作所述串联间隙点火器包括：经由所述第一火花点燃所述预燃室中的所述空气-燃料混合物的所述第一部分以产生预燃室燃烧事件；以及经由所述预燃室燃烧事件来点燃所述空气-燃料混合物的所述第二部分。在任何或所有前述示例中，使用所述第二致动正时校准来操作所述串联间隙点火器包括经由所述第二火花点燃所述气缸中的所述空气-燃料混合物的所述第二部分。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括：与在以所述第二致动正时校准操作所述串联间隙点火器时相比，在以所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器时以更大的进气门打开持续时间操作所述气缸的进气门；以及与在以所述第二致动正时校准操作所述串联间隙点火器时相比，在以所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器时以更大的排气门打开持续时间操作所述气缸的排气门。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括：与在以所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器时相比在以所述第二致动正时校准操作所述串联间隙点火器时，将燃料在更接近所述气缸的压缩冲程的上止点的正时处输送到所述气缸。
作为另一个示例，一种方法包括：基于发动机工况在以第一点火模式操作具有串联间隙点火器的气缸与以第二点火模式操作气缸之间进行选择，所述串联间隙点火器包括位于预燃室中的第一火花间隙和并且位于所述串联间隙点火器的外表面上的第二火花间隙；以及基于所述选定的点火模式来调整多个气缸设置中的至少一者。在前述示例中，另外或任选地，所述方法还包括：响应于选择所述第一点火模式，以所述第一点火模式操作，包括使用第一火花正时校准来确定期望的火花正时并在所述期望的火花正时处致动所述串联间隙点火器；以及响应于选择所述第二点火模式，以所述第二点火模式操作，包括使用与所述第一火花正时校准不同的第二火花正时校准来确定所述期望的火花正时并在所述期望的火花正时处致动所述串联间隙点火器。在一个或两个前述示例中，另外或任选地，所述多个气缸设置包括所述气缸的进气门的进气门打开持续时间和所述气缸的排气门的排气门打开持续时间，并且基于所述选定的点火模式调整所述多个气缸设置中的至少一者包括：操作所述进气门，其中所述进气门打开持续时间被调整为在所述第一点火模式中比在所述第二点火模式中更长；以及操作所述排气门，其中所述排气门打开持续时间被调整为在所述第一点火模式中比在所述第二点火模式中更长。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述多个气缸设置包括燃料喷射正时，并且基于所述选定的点火模式来调整所述多个气缸设置中的至少一者包括：经由燃料喷射器在所述燃料喷射正时处喷射燃料，所述燃料喷射正时被调整为在所述第一点火模式中相对于所述第二点火模式提前。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，基于发动机工况在以所述第一点火模式和第二点火模式操作具有所述串联间隙点火器的气缸之间进行选择包括响应于发动机负荷超过阈值发动机负荷而选择所述第一点火模式，并且响应于所述发动机负荷小于所述阈值发动机负荷而选择所述第二点火模式。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，基于发动机工况在以所述第一点火模式和第二点火模式操作具有所述串联间隙点火器的气缸之间进行选择包括响应于所述发动机温度高于阈值发动机温度而选择所述第一点火模式，并且响应于所述发动机温度低于所述阈值发动机温度而选择所述第二点火模式。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，在所述气缸中针对预燃室点火校准所述第一点火模式并且针对火花点火校准所述第二点火模式，并且在以所述第一点火模式操作时并且在以所述第二点火模式操作时致动所述串联间隙点火器在所述第一火花间隙和所述第二火花间隙两者处产生火花。
在另一种表示中，一种系统包括：发动机，所述发动机包括气缸；串联间隙点火器，所述串联间隙点火器联接到气缸的气缸盖，所述串联间隙点火器包括所述串联间隙点火器的内部容积中的第一火花间隙和所述串联间隙点火器的第二火花间隙，所述第二火花间隙在所述串联间隙点火器的所述内部容积外部并且在所述气缸的余隙容积内。在前述示例中，另外或任选地，所述系统还包括：控制器，所述控制器将可执行指令存储在非暂时性存储器中，所述可执行指令在被执行时使所述控制器：基于发动机工况在以第一点火模式和第二点火模式操作之间进行选择，所述第一点火模式包括经由所述串联间隙点火器的所述第一火花间隙提供点火，所述第二点火模式包括经由所述串联间隙点火器的所述第二火花间隙提供点火。在一个或两个前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器还包括上部电极和下部电极，所述上部电极包括在所述上部电极的远端处位于所述内部容积内的上部电极尖端，所述下部电极包括位于所述内部容积内的第一下部电极尖端和位于所述串联间隙点火器外部的第二下部电极尖端，并且其中所述第一火花间隙位于所述上部电极尖端与所述第一下部电极尖端之间。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，所述串联间隙点火器还包括接地电极，所述接地电极联接到所述串联间隙点火器的外壁，并且其中所述第二火花间隙位于所述第二下部电极尖端与所述接地电极之间。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，针对所述内部容积内的预燃室点火校准所述第一点火模式，并且针对所述内部容积外部的所述气缸中的火花点火校准所述第二点火模式。在任何或所有前述示例中，另外或任选地，以所述第一点火模式操作包括将所述串联间隙点火器的火花正时相对于以所述第二点火模式操作进一步延迟。
应当注意，本文所包括的示例性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作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所述的具体程序可以表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可以根据所使用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地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暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实施。
应当理解，本文中公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些特定的实施例不应被视为具有限制意义，因为众多变化是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。此外，除非明确地相反指出，否则术语“第一”、“第二”、“第三”等不意图表示任何顺序、位置、数量或重要性，而是仅用作标记以区分一个元件与另一个元件。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非明显的组合和子组合。
图2示出了具有各种部件的相对定位的示例性配置。如果被示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，此类元件可以分别称作直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此邻接或相邻的元件可以分别彼此邻接或相邻。作为一个实例，彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此相隔定位的元件仅在其间具有空间并且没有其他部件的情况下可被称作如此。作为又一个示例，被示为在彼此的上方/下方的、在彼此相对的两侧或在彼此的左侧/右侧的元件可以被称为相对于彼此如此。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图的竖直轴线而言，并用于描述图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上方的元件竖直定位在其他元件上方。作为又一个示例，附图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度等)。此外，在至少一个示例中，被示为相互交叉的元件可以被称为交叉元件或彼此交叉。更进一步地，在一个示例中，被示出为在另一个元件内或被示出为在另一个元件外部的元件可被称作如此。
如本文所使用，除非另有指定，否则术语“约”被解释为表示所述范围的±5％。
所附权利要求特别地指出被视为新颖的且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：
串联间隙点火器，所述串联间隙点火器联接到气缸的气缸盖，所述串联间隙点火器包括所述串联间隙点火器的内部容积中的第一火花间隙和所述串联间隙点火器的第二火花间隙，所述第二火花间隙在所述串联间隙点火器的所述内部容积外部并且在所述气缸的余隙容积内。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述串联间隙点火器还包括：第一电极，所述第一电极完全位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内；以及第二电极，所述第二电极在所述内部容积与所述气缸的所述余隙容积之间延伸。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一电极包括单个电极尖端，并且所述第二电极包括：第一电极尖端，所述第一电极尖端位于所述串联间隙点火器的所述内部容积内；以及第二电极尖端，所述第二电极尖端位于所述气缸的所述余隙容积内。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一火花间隙在所述第一电极的所述单个电极尖端与所述第二电极的所述第一电极尖端之间。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述串联间隙点火器还包括接地电极尖端，所述接地电极尖端直接联接到所述串联间隙点火器的壁，所述接地电极尖端位于所述气缸的所述余隙容积内，并且其中所述第二火花间隙在所述第二电极的所述第二电极尖端与所述接地电极尖端之间。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述串联间隙点火器的所述壁将所述串联间隙点火器的所述内部容积与所述气缸的所述余隙容积分开，并且所述壁中的一个或多个孔口将所述串联间隙点火器的所述内部容积流体地联接到所述气缸的所述余隙容积。
7.根据权利要求1所述的系统，其中当被致动时，所述串联间隙点火器跨所述第一火花间隙产生第一火花，并且跨所述第二火花间隙产生第二火花。
8.一种用于发动机的方法，其包括：
经由包围在气缸的串联间隙点火器的预燃室中的第一火花间隙通过致动所述串联间隙点火器提供第一火花并经由所述预燃室外部的第二火花间隙通过致动所述串联间隙点火器提供第二火花；以及
基于发动机工况来调整致动所述串联间隙点火器的正时。
9.根据权利要求8所述的方法，其中基于所述发动机工况来调整致动所述串联间隙点火器的正时包括：
响应于发动机负荷超过阈值发动机负荷和发动机温度超过阈值发动机温度中的至少一项，使用第一致动正时校准来操作所述串联间隙点火器；以及
响应于所述发动机负荷下降到所述阈值发动机负荷以下和所述发动机温度下降到所述阈值发动机温度以下中的至少一项，使用第二致动正时校准来操作所述串联间隙点火器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一致动正时校准包括的相对于最大制动扭矩(MBT)正时的致动正时与所述第二致动正时校准不同以用于产生相同的扭矩比。
11.根据权利要求9所述的方法，其还包括：
经由进气门将空气引入所述气缸中并经由燃料喷射器将燃料输送到所述气缸以在所述气缸中产生空气-燃料混合物；以及
使所述空气-燃料混合物的第一部分经由所述预燃室与所述气缸之间的压力差流入所述预燃室，所述空气-燃料混合物的第二部分保留在所述气缸中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中使用所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器包括：
经由所述第一火花点燃所述预燃室中的所述空气-燃料混合物的所述第一部分以产生预燃室燃烧事件；以及
经由所述预燃室燃烧事件来点燃所述空气-燃料混合物的所述第二部分。
13.根据权利要求11所述的方法，其中使用所述第二致动正时校准来操作所述串联间隙点火器包括经由所述第二火花点燃所述气缸中的所述空气-燃料混合物的所述第二部分。
14.根据权利要求9所述的方法，其还包括：
与在以所述第二致动正时校准操作所述串联间隙点火器时相比，在以所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器时以更大的进气门打开持续时间操作所述气缸的进气门；以及
与在以所述第二致动正时校准操作所述串联间隙点火器时相比，在以所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器时以更大的排气门打开持续时间操作所述气缸的排气门。
15.根据权利要求9所述的方法，其还包括：
与在以所述第一致动正时校准操作所述串联间隙点火器时相比在以所述第二致动正时校准操作所述串联间隙点火器时，将燃料在更接近所述气缸的压缩冲程的上止点的正时处输送到所述气缸。
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