CN113882939A - 用于预燃室的系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“用于预燃室的系统”。在一个示例中，预燃室包括在主燃烧室外部的通道，所述通道用于使来自燃料喷射器的燃料直接流到所述预燃室的内部容积。

Description

用于预燃室的系统

技术领域

本说明书总体上涉及混合预燃室。

背景技术

发动机可利用预燃室燃烧来提高燃烧效率并相应地减少排放。预燃室燃烧系统可包括位于主燃烧室上方的辅助预燃室，其中点火装置和燃料喷射器联接到辅助预燃室。在此类系统中，燃烧按以下顺序展开：(i)少量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)热气体喷射到主燃烧室中以点燃设置在其中的充气。以这种方式将点燃的气体喷射到主燃烧室中使得与不采用预燃室方案的发动机相比，热气体射流能够更深地渗透到主燃烧室中，从而引起更均匀分布的点火。

由Attard在U.S.2012/0103302中示出的一种示例方法包括一种具有点火组件的系统，所述点火组件具有预燃室、燃料喷射器和火花塞，所述火花塞被安装在主燃烧室上方的气缸盖中。Attard的预燃室点火系统实现了稀燃料条件下的快速燃烧。然而，发明人已认识到Attard的系统和其他预燃室组件具有若干潜在缺陷。例如，残余的废气可能滞留在预燃室中，从而会在后续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相关联地增加。此外，在化学计量条件期间，喷射到预燃室中的补充燃料可能不会增强可燃性或燃烧速率。因此，Attard的系统可能仅在发动机操作的有限窗口期间实现效率增益。

发明内容

发明人已识别出上述问题并开发了至少部分地解决这些问题的方法。在一个示例中，上述问题可以通过一种系统来解决，所述系统包括流体地联接到主燃烧室的预燃室，所述预燃室包括在所述主燃烧室外部的区域中将燃料喷射器流体地联接到所述预燃室的连接通道。以这种方式，可以减小预燃室的包装尺寸以及减少对第二燃料喷射器的需求。

作为一个示例，预燃室可以包括用于使进气和燃料流动到预燃室的内部容积的一个或多个特征。在一个示例中，一个或多个特征可以布置在主燃烧室的外部，使得空气和燃料直接流到预燃室的内部容积而不进入主燃烧室。另外地或替代地，一个或多个特征可以布置在主燃烧室的容积内，其中可以修改活塞的表面以促使空气、燃料及其混合物进入预燃室中。通过利用这些示例中的一个或多个，可以仅定位一个燃料喷射器以向预燃室和主燃烧室中的每一者提供燃料，这可以导致减小的包装尺寸和制造成本。

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。此外，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现方式。

附图说明

图1示出了混合动力车辆的发动机；

图2示出了发动机的预燃室；

图3A、图3B、图3C和图3D示出了在燃烧循环期间进出预燃室的气体流动；

图4A、图4B、图4C、图4D、图4E和图4F示出了将预燃室流体地联接到燃料喷射器的连接通道的各种形状；以及

图5A、图5B、图5C、图5D和图5E示出了预燃室的第二实施例。

具体实施方式

以下描述涉及预燃室。在一个示例中，预燃室布置在发动机的主燃烧室中，如图1所示。在一个示例中，发动机是混合动力车辆的发动机。在一个示例中，预燃室可以是仅包括点火装置的混合预燃室，使得燃料喷射器被布置在预燃室的外部并且被定位成直接喷射到主燃烧室中，如图2所示。预燃室可以包括一个或多个特征，所述一个或多个特征用于在燃烧循环期间直接从燃料喷射器接收燃料喷射的一部分以及从进气通道接收一定量的进气。图3A、图3B、图3C和图3D中示出了这种预燃室的示例。图3A至图3D中的预燃室包括空气通道，所述空气通道用于将来自进气通道的一部分空气直接引导到预燃室的内部容积。预燃室还包括连接通道，所述连接通道被配置为将来自燃料喷射器的一部分燃料直接引导到预燃室的内部容积，而不使所述燃料流到主燃烧室。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E和图4F中示出了连接通道的各种形状。以这种方式，预燃室可以是混合预燃室，其中空气通道和连接通道被布置在主燃烧室的外部并且被配置为在使空气和燃料流到主燃烧室之前将所述空气和燃料直接引导到预燃室。

图5A、图5B、图5C、图5D和图5E中示出了预燃室的第二示例。在一个示例中，预燃室的第二示例的形状可以类似于图3A至图3D所示的第一示例的形状。然而，第二示例的不同之处可在于预燃室的定位以及活塞的表面形状。预燃室的第二示例可以包括用于从活塞的凹口以及活塞与火力面之间的区域接收进气和燃料的上部开口和下部开口。

在预燃室的以下实施例中，可以引入特征以在当前燃烧事件期间帮助将残余气体从预燃室的容积排出到主燃烧室的容积。本文中，残余气体是指来自前一燃烧循环的未被排出且可能保持在预燃室内的气体。因此，残余气体可以包括空气、排气、未燃尽的碳氢化合物和燃烧副产物。此外，燃烧循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。当活塞从排气冲程过渡到进气冲程时，当前燃烧循环结束，并且下一个燃烧循环开始。

图1描绘了用于车辆的发动机系统100。车辆可以是具有接触路面的驱动轮的道路车辆。发动机系统100包括发动机10，所述发动机包括多个气缸。图1详细描述了一个这样的气缸或燃烧室。发动机10的各个部件可以由电子发动机控制器12控制。

发动机10包括气缸体14和气缸盖16，所述气缸体包括至少一个气缸孔，所述气缸盖包括进气门152和排气门154。在其他示例中，在发动机10被配置为二冲程发动机的示例中，气缸盖16可以包括一个或多个进气道和/或排气道。气缸体14包括气缸壁32，其中活塞36定位在气缸壁32中并连接到曲轴40。因此，当联接在一起时，气缸盖16和气缸体14可以形成一个或多个燃烧室。因而，基于活塞36的振荡来调整燃烧室30的容积。燃烧室30在本文中也可以称为气缸30。燃烧室30被示为经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53来操作。替代地，进气门和排气门中的一者或多者可以由机电控制的气门线圈和电枢组件来操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55来确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57来确定。因此，当气门152和154关闭时，燃烧室30和气缸孔可以流体地密封，使得气体不会进入或离开燃烧室30。

燃烧室30可以由气缸体14的气缸壁32、活塞36和气缸盖16形成。气缸体14可以包括气缸壁32、活塞36、曲轴40等。气缸盖16可以包括一个或多个燃料喷射器(诸如燃料喷射器66)、一个或多个进气门152以及一个或多个排气门(诸如排气门154)。气缸盖16可以经由紧固件(诸如螺栓和/或螺钉)联接到气缸体14。特定地，当联接时，气缸体14和气缸盖16可以经由垫圈与彼此进行密封接触，并且因此气缸体14和气缸盖16可以密封燃烧室30，使得气体仅可以在进气门152打开时经由进气歧管144流入和/或流出燃烧室30，和/或仅可以在排气门154打开时经由排气歧管148流入和/或流出燃烧室30。在一些示例中，针对每个燃烧室30可以包括仅一个进气门和仅一个排气门。然而，在其他示例中，发动机10的每个燃烧室30中可以包括多于一个进气门和/或多于一个排气门。

在一些示例中，发动机10的每个气缸可以包括用于发起燃烧的火花塞192。点火系统190可以在选择操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞192向气缸14提供点火火花。然而，在一些实施例中，诸如在发动机10可以通过自动点火或通过喷射燃料来发起燃烧的情况下，可以省略火花塞192，就如同一些柴油发动机的情况那样。

燃料喷射器66可以被定位成将燃料直接喷射到燃烧室30中，这被本领域技术人员称为直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号FPW的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。燃料喷射器66从驱动器68得到操作电流供应，所述驱动器对控制器12作出响应。在一些示例中，发动机10可以是汽油发动机，并且燃料箱可以包括汽油，所述汽油可由喷射器66喷射到燃烧室30中。然而，在其他示例中，发动机10可以是柴油发动机，并且燃料箱可以包括柴油燃料，所述柴油燃料可以由喷射器66喷射到燃烧室中。此外，在发动机10被配置为柴油发动机的此类示例中，发动机10可以包括电热塞以引发燃烧室30中的燃烧。

在一个示例中，燃烧室30为主燃烧室，其还包括预燃室11。火花塞192可以被布置成点燃仅布置在预燃室11内的空气/燃料混合物。可以如下所述调整火花塞192、喷射器66和预燃室11的定位。

进气歧管144被示为与节气门62连通，所述节气门调整节流板64的位置以控制流到发动机气缸30的气流。这可以包括控制来自进气增压室146的增压空气的气流。在一些实施例中，可以省略节气门62，并且可以经由联接到进气通道42并位于进气增压室146上游的单个进气系统节气门(AIS节气门)82来控制到发动机的气流。在又一些其他示例中，可以省略AIS节气门82，并且可以利用节气门62控制到发动机的气流。

在一些实施例中，发动机10被配置为提供排气再循环或EGR。当包括EGR时，EGR可以作为高压EGR和/或低压EGR提供。在发动机10包括低压EGR的示例中，可以从排气系统中在涡轮164下游的位置经由EGR通道135和EGR阀138于在进气系统(AIS)节气门82下游且在压缩机162上游的位置处向发动机进气系统提供低压EGR。当存在驱动流的压力差时，可以将EGR从排气系统汲取到进气系统。可以通过部分地关闭AIS节气门82来产生压力差。节流板84控制压缩机162的入口处的压力。可以电控制AIS，并且可以基于任选的位置传感器88来调整其位置。

环境空气经由进气通道42被吸入燃烧室30，所述进气通道包括空气滤清器156。因此，空气首先通过空气滤清器156进入进气通道42。然后，压缩机162从进气通道42汲取空气以经由压缩机出口管(图1中未示出)向增压室146供应压缩空气。在一些示例中，进气通道42可以包括具有滤清器的气箱(未示出)。在一个示例中，压缩机162可以是涡轮增压器，其中通过涡轮164从排气流汲取压缩机162的动力。具体地，排气可以使涡轮164转动，所述涡轮经由轴161联接到压缩机162。废气门72允许排气绕过涡轮164，使得可以在不同的工况下控制增压压力。废气门72可以响应于增加的增压需求(诸如在驾驶员踩加速踏板期间)而关闭(或者可以减小废气门的开度)。通过关闭废气门，可以增加在涡轮的上游的排气压力，从而提高涡轮转速和峰值功率输出。这允许升高增压压力。另外，当压缩机再循环气门部分打开时，废气门可以朝向关闭位置移动以维持期望的增压压力。在另一个示例中，废气门72可以响应于减小的增压需求(诸如在驾驶员松开加速踏板期间)而打开(或者可增大废气门的开度)。通过打开废气门，可以降低排气压力，从而降低涡轮转速和涡轮功率。这允许降低增压压力。

然而，在替代实施例中，压缩机162可以是机械增压器，其中从曲轴40汲取给压缩机162的动力。因此，压缩机162可以经由诸如带的机械联动装置联接到曲轴40。因而，由曲轴40输出的旋转能量的一部分可以传递到压缩机162，以便为压缩机162提供动力。

压缩机再循环阀158(CRV)可以设置在压缩机162周围的压缩机再循环路径159中，使得空气可以从压缩机出口移动到压缩机入口，以便减小可能在压缩机162上产生的压力。增压空气冷却器157可以在增压室146中定位在压缩机162的下游，以用于冷却递送到发动机进气口的增压充气。然而，在其他示例中，如图1所示，增压空气冷却器157可以在进气歧管144中定位在电子节气门62下游。在一些示例中，增压空气冷却器157可以是空气-空气增压空气冷却器。然而，在其他示例中，增压空气冷却器157可以是液体-空气冷却器。

在所描绘的示例中，压缩机再循环路径159被配置为将冷却的压缩空气从增压空气冷却器157的下游再循环到压缩机入口。在替代示例中，压缩机再循环路径159可以被配置为将压缩空气从压缩机的下游和增压空气冷却器157的下游再循环到压缩机入口。CRV158可以经由来自控制器12的电信号打开和关闭。CRV 158可以被配置为具有默认半开位置的三态阀，所述CRV可以从所述默认半开位置移动到全开位置或全闭位置。

通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为在排放控制装置70上游联接到排气歧管148。替代地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。在一个示例中，排放控制装置70可以包括多个催化剂砖。在另一示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。尽管所描绘的示例示出位于涡轮164上游的UEGO传感器126，但是应理解，在替代实施例中，UEGO传感器可以在排气歧管中定位在涡轮164下游和排放控制装置70上游。另外地或替代地，排放控制装置70可以包括柴油氧化催化器(DOC)和/或柴油冷起动催化器、微粒过滤器、三元催化器、NO_x捕集器、选择性催化还原装置及其组合。在一些示例中，传感器可以布置在排放控制装置70的上游或下游，其中传感器可以被配置为诊断排放控制装置70的状况。

控制器12在图1中被示出为微计算机，所述微计算机包括：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、保活存储器110和常规数据总线。控制器12被示出为除了接收先前讨论的那些信号之外，还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到输入装置130以用于感测由车辆操作员132调整的输入装置踏板位置(PP)的位置传感器134；用于确定末端气体的点火的爆震传感器(未示出)；来自联接到进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自联接到增压室146的压力传感器122的增压压力的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12处理。在本说明书的优选方面，霍尔效应传感器118在曲轴的每转中产生预定数量的等距脉冲，据此可以确定发动机转速(RPM)。输入装置130可以包括加速踏板和/或制动踏板。因此，来自位置传感器134的输出可以用于确定输入装置130的加速踏板和/或制动踏板的位置，因此确定期望的发动机扭矩。因此，可以基于输入装置130的踏板位置来估计车辆操作员132所请求的期望的发动机扭矩。

在一些示例中，车辆5可以是混合动力车辆，所述混合动力车辆具有可用于一个或多个车轮59的多个扭矩源。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆或仅具有一个或多个电机的电动车辆。在所示的示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当接合一个或多个离合器56时，发动机10的曲轴40以及电机52经由变速器54而连接到车轮59。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴40与电机52之间，并且第二离合器56设置在电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送信号以接合或脱离离合器，以便将曲轴40与电机52和与其连接的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54和与其连接的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、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。

电机52从牵引电池61接收电力以向车轮59提供扭矩。电机52还可以例如在制动操作期间作为发电机操作以提供电力来给电池61充电。

控制器12从图1的各种传感器接收信号，并采用图1的各种致动器以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机操作。例如，可以调整燃料喷射和火花正时。

现在转向图2，其示出了发动机200的单个气缸的示例。在一个示例中，发动机200可以是图1的发动机10的非限制性示例。因而，发动机200可以包括在混合动力车辆(诸如图1的车辆6)的实施例内。以这种方式，预燃室244可以是图1的预燃室11的非限制性示例。

发动机200包括主燃烧室201。主燃烧室201可以是图1的燃烧室30的非限制性示例。主燃烧室201可以经由气缸盖202、第一内部气缸壁228、第二内部气缸壁230和活塞表面231来限定。应当理解，第一内部气缸壁228和第二内部气缸壁230可以是单个连续壁。然而，在图2的示例中，横截面将壁分成两部分。以这种方式，主燃烧室容积可以由气缸盖202、第一内部气缸壁228、第二内部气缸壁230和活塞表面231限定。可以经由活塞234的振荡来调整主燃烧室容积。

活塞表面231对应于活塞234的上表面，其中活塞234可以被配置为经由曲轴232在主燃烧室201内振荡。随着主燃烧室201内的燃料空气混合物燃烧并且压靠活塞表面231并向下推动活塞234，曲轴可以旋转。该动作可以导致车辆运动。

为了增强燃烧性质诸如燃烧分布，预燃室244经由包括多个下部开口246的多个通道流体地联接到主燃烧室201。预燃室244可以包括由保护管或其他部件限定的圆柱形形状，所述保护管或其他部件的表面限定与主燃烧室201的内部容积分开的预燃室244的内部容积。多个下部开口246可以被加工穿过保护管的表面。

预燃室244还包括在气缸盖202中布置在多个下部开口246上方的多个上部开口248。多个上部开口248与布置在气缸盖202中的空气引入系统和燃料引入系统相互作用。也就是说，空气引入系统将预燃室直接联接到进气通道236，并且燃料引入系统将预燃室直接联接到燃料喷射器260。以这种方式，空气引入系统和燃料引入系统可以允许预燃室244在气缸盖202的靠近火力面的部分中的主燃烧室201外部的区域中接收空气和燃料。在本文中，火力面是气缸盖202的与主燃烧室201的内部容积直接接触的表面。

预燃室244还包括点火装置258，所述点火装置沿着预燃室244的中心轴线299布置。在一个示例中，中心轴线299也为主燃烧室201的中心轴线，其中活塞231沿着中心轴线299振荡以调整主燃烧室201的容积而不调整预燃室244的容积。在一个示例中，多个下部开口246和多个上部开口248与中心轴线299等距。

在一个示例中，主燃烧室201无点火装置，但包括其自己的燃料喷射器，诸如图1的燃料喷射器66或燃料喷射器260。另外地或替代地，主燃烧室201可以被配置为接收进气道喷射，其中燃料喷射器布置在进气门238上游的进气道中。在一个示例中，主燃烧室201可以包括进气道喷射器和直接喷射器。燃料喷射器260仅仅是被定位成直接喷射到主燃烧室201中的燃料喷射器的一个示例定位。如图所示，燃料喷射器260与预燃室244直接相邻，同时被定位成喷射到主燃烧室201的与预燃室244相邻的部分中。以这种方式，预燃室244可以容纳点火装置258的一部分，使得点火装置258向预燃室244的内部容积提供火花，同时主燃烧室201被配置为直接接收来自燃料喷射器260的喷射。因此，在图2的示例中，预燃室244为被动预燃室。

当进气门238处于打开位置时，主燃烧室201可以从进气通道236接收气流。预燃室244可以经由多个空气路径248和金属丝网250中的一个或多个从主燃烧室201接收空气。当排气门242处于打开位置时，主燃烧室201可以流体地联接到排气通道240。排气以及其他燃烧遗留物(例如，空气、未燃尽的燃料等)可以从主燃烧室201排出到排气通道240。当进气门238和排气门242处于关闭位置(诸如所示位置)时，主燃烧室201和预燃室244可以相对进气通道236和排气通道240流体地密封。

以这种方式，主燃烧室201是相对于预燃室244的单独的空间容积，其中主燃烧室201的容积大于预燃室244的容积。预燃室244可以从主燃烧室201接收进气，并且将至少部分点燃的燃料/空气混合物释放到主燃烧室201以在主燃烧室201内引发燃烧。

如图所示，预燃室244被布置在主燃烧室201的容积内。更具体地，虚线206示出了气缸盖202与气缸体204之间的分界线。箭头208示出了气缸盖侧，并且箭头210示出了气缸体侧。点火装置258从气缸盖侧延伸，并且延伸到气缸体侧上的预燃室244的容积中。预燃室244被布置在接纳点火装置258的最末端的位置，使得其在预燃室244的容积内发出火花。在一个示例中，预燃室244的整个容积被布置在发动机201的气缸体侧上。然而，预燃室244的容积是固定的并且与主燃烧室201的容积分开，使得活塞234的振荡不会导致预燃室244的容积发生变化。

现在转向图3A、图3B、图3C和图3D，它们示出了主燃烧室201和预燃室244的第一实施例。图3A示出了第一实施例的进气冲程300。图3B示出了第一实施例的压缩冲程325。图3C示出了第一实施例的膨胀冲程350。图3D示出了第一实施例的排气冲程375。

第一实施例示出了被配置为混合预燃室的预燃室244。在本公开的示例中，混合预燃室仅容纳点火装置258。预燃室244包括第一通道302，所述第一通道在本文中称为连接通道302，其将预燃室244的内部容积直接联接到燃料喷射器260的内部容积。以这种方式，连接通道302可以类似于喷嘴出口304起作用，其中来自燃料喷射器260的内部的燃料分别通过喷嘴出口304或连接通道302喷射到主燃烧室容积201或预燃室244的内部容积中。

预燃室244还包括第二通道312，所述第二通道在本文中称为空气通道312。空气通道312可以被配置为使来自进气道236的进气直接流到预燃室244的内部容积。空气通道312还包括阀314，所述阀被配置为控制流过空气通道312到预燃室244的进气量。阀314的位置可以基于进气道236和预燃室244中的一者或多者的压力，其中预燃室244的压力可以基于主燃烧室压力、燃料喷射压力等。在一个示例中，阀314是止回阀。在一些示例中，可以省略阀314，并且进气阀(诸如图2的进气阀238)可以被成形为控制到主燃烧室201和空气通道312两者的气流。

以这种方式，预燃室244被配置为经由连接通道302直接接收燃料并经由空气通道312直接接收空气。连接通道302和空气通道302中的每一个在气缸盖202中布置在火力面303上方的主燃烧室201的外部。燃料流动通过连接通道302的方向可以与空气流动通过空气通道312的方向相反。如在本文中将描述的，预燃室244可以在燃烧循环的各个阶段接收空气和/或燃料。如图所示，连接通道302和空气通道312经由多个上部开口248流体地联接到预燃室244。因此，空气通道312中的空气和连接通道302中的燃料不流过多个下部开口246。

具体参考图3A，示出了燃烧循环的进气冲程300。活塞231在远离气缸盖202的第一方向301上从上止点位置(TDC)移动到下止点位置(BDC)。当活塞沿第一方向301移动时，进气391可以经由进气通道236进入主燃烧室201。由于进气通道与预燃室244的内部容积之间的压力差，阀314可以移动到打开位置。因而，来自进气通道236的进气流过处于打开位置的阀314，并且直接进入预燃室244中。因而，主燃烧室201和预燃室244两者可以至少部分地填充有进气391。

在进气冲程的一部分期间，诸如在活塞231接近BDC时的进气冲程的终点附近，燃料喷射392可以经由多个喷嘴开口304从燃料喷射器260排出到主燃烧室201中。燃料喷射392还可以直接流过连接通道302并进入预燃室244的内部容积中。以这种方式，燃料和空气可以在预燃室244的内部容积内混合并且流过预燃室244的出口246。也就是说，残余气体393可以在进气冲程期间离开预燃室244并与主燃烧室201中的进气391和燃料喷射392混合。

前进到图3B，其示出了燃烧循环的压缩冲程325的实施例。活塞231在与图3A的第一方向301相反的第二方向326上从BDC移动到TDC。在压缩冲程期间，燃料喷射392可以继续发生。因而，燃料可以经由多个喷嘴开口304离开燃料喷射器260并流入主燃烧室201中。燃料喷射器260还可以将其燃料喷射的一部分经由连接通道302引导到预燃室244的内部容积中。预燃室244的内部容积还可以接收位于主燃烧室201的TDC附近的气体。在图3B所示的示例中，位于TDC附近的气体包括进气391。然而，应理解，气体还可以包括燃料蒸气和/或空气/燃料混合物。以这种方式，在压缩冲程期间，燃料和空气可以继续在预燃室244的内部容积内混合。

前进到图3C，其示出了燃烧循环的膨胀冲程350(例如，做功冲程)的实施例。膨胀冲程包括使活塞231在第一方向301上从TDC移动到BDC。略微在膨胀冲程开始之前或开始时，点火装置258可以在预燃室244的内部容积内提供火花，其中在其中的空气/燃料混合物被点燃并喷射到主燃烧室201中。在一个示例中，略微在膨胀冲程之前可以包括在压缩冲程期间活塞231在TDC的阈值范围内的情况。在一个示例中，阈值范围在TDC的25％或更少内。经由箭头394示出了燃烧的混合物和/或火焰前锋。火焰前锋可以深深地行进到主燃烧室201的容积中，以使火焰前锋贯穿主燃烧室201更均匀地分布。如图所示，燃烧的混合物394仅经由下部开口246离开预燃室244。

喷嘴出口304和下部开口246可以被成形为避免从其排出的气体和/或液体之间的相互作用。因而，喷雾可能不会撞击到预燃室244的底部或燃料喷射器260上。

前进到图3D，其示出了燃烧循环的排气冲程375的实施例。排气冲程包括使活塞231在第二方向326上从BDC移动到TDC。当活塞231沿第二方向326移动时，排气395被推出主燃烧室201并进入排气通道240中。

现在转向图4A，其示出了连接通道402的第一示例形状400，所述连接通道可以是图3A至图3D的连接通道302的非限制性示例。连接通道402包括沿着垂直于经由箭头406所示的从燃料喷射器到预燃室的内部容积的燃料喷射流动方向的轴线截取的均匀横截面流通区域404。因而，连接通道402包括沿着燃料喷射流动方向截取的矩形横截面。在一个示例中，连接通道402是直孔喷嘴，其中其直径(例如，横截面流通区域404)等于0.05mm并且其长度等于2.0mm。

现在转向图4B，其示出了连接通道412的第二示例形状410，所述连接通道可以是图3A至图3D的连接通道302的非限制性示例。连接通道412包括沿着垂直于经由箭头416所示的从燃料喷射器到预燃室的内部容积的燃料喷射流动方向的轴线截取的非均匀横截面流通区域414。在一个示例中，横截面流通区域414在燃料喷射流动方向的方向上减小，使得连接通道412在靠近预燃室处最窄。在一个示例中，连接通道412是前向锥形喷嘴，其包括等于0.1mm的入口直径414A和等于0.05mm的出口直径414B以及等于2.0mm的长度。

现在转向图4C，其示出了连接通道422的第三示例形状420，所述连接通道可以是图3A至图3D的连接通道302的非限制性示例。连接通道422包括沿着垂直于经由箭头426所示的从燃料喷射器到预燃室的内部容积的燃料喷射流动方向的轴线截取的非均匀横截面流通区域424。在一个示例中，横截面流通区域424在燃料喷射流动方向的方向上增大，使得连接通道422在靠近预燃室处最宽。在一个示例中，连接通道422是后向锥形喷嘴，其包括等于0.05mm的入口直径424A和等于0.1mm的出口直径414B以及等于2.0mm的长度。

现在转向图4D，其示出了连接通道432的第四示例形状430，所述连接通道可以是图3A至图3D的连接通道302的非限制性示例。连接通道432包括沿着垂直于经由箭头436所示的从燃料喷射器到预燃室的内部容积的燃料喷射流动方向的轴线截取的非均匀横截面流通区域434。在一个示例中，横截面流通区域434从燃料喷射器朝向连接通道432的中心部分减小，然后开始从中心部分到预燃室增加。在一个示例中，连接通道432是包括对称形状的文氏管通道，其中连接通道432在靠近预燃室和燃料喷射器处最宽并且在其中心处最窄。换句话说，连接通道432包括与燃料喷射器邻近的文氏管入口432A、与预燃室邻近的文氏管出口432B以及在文氏管入口432A与文氏管入口432B之间的文氏管喉管432C。在一个示例中，连接通道432是对称的文氏管通道，其包括等于0.12mm的入口直径434A、等于0.12mm的出口直径、等于0.05mm的喉管直径以及等于2.0mm的长度。

尽管未示出，但是连接通道432的文氏管喉管432C可以连接到另一个通道，诸如空气通道312。以这种方式，燃料和空气可以直接在连接通道432内混合。

现在转向图4E，其示出了连接通道442的第五示例形状440，所述连接通道可以是图3A至图3D的连接通道302的非限制性示例。连接通道442包括沿着垂直于经由箭头446所示的从燃料喷射器到预燃室的内部容积的燃料喷射流动方向的轴线截取的非均匀横截面流通区域444。在一个示例中，连接通道442包括偏置的文氏管形状，其中文氏管喉管442C比文氏管出口442B更靠近文氏管入口442A。因而，横截面流通区域444通过文氏管入口442A减小的速率可以大于其从文氏管喉管442C到文氏管出口442B的增加速率。在一个示例中，连接通道442是不对称的前向文氏管通道，其入口直径444A和出口直径444B等于0.12mm并且喉管直径444C等于0.05mm，其中喉管442C靠近入口442A。连接通道442的长度等于2.0mm。

现在转向图4F，其示出了连接通道452的第五示例形状450，所述连接通道可以是图3A至图3D的连接通道302的非限制性示例。连接通道452包括沿着垂直于经由箭头456所示的从燃料喷射器到预燃室的内部容积的燃料喷射流动方向的轴线截取的非均匀横截面流通区域454。在一个示例中，连接通道452包括偏置的文氏管形状，其中文氏管喉管452C比文氏管入口442A更靠近文氏管出口442B。因而，横截面流通区域454从文氏管入口452A到文氏管喉管452C以第一速率减小，并且从文氏管喉管452C到文氏管出口452B以第二速率增大，其中第一速率小于第二速率。在一个示例中，连接通道452是不对称的后向文氏管通道，其入口直径454A和出口直径454等于0.12mm并且喉管直径454C等于0.05mm，其中喉管452C靠近入口452A。连接通道452的长度等于2.0mm。

在一个示例中，预燃室可能比主燃烧室需要更少的燃料，使得连接通道的直径小于燃料喷射器的喷嘴出口的直径。也就是说，与将燃料引导到主燃烧室的喷嘴出口相比，更少的燃料可以流过连接通道。因而，图4A至图4F的实施例之一可以基于特定发动机环境的期望燃料流量特性来选择。

现在转向图5A至图5E，它们示出了主燃烧室501和预燃室512的实施例。在一个示例中，图5A至图5E的实施例包括预燃室512，其包括与预燃室244的形状基本上相同的形状。然而，预燃室512的定位与预燃室244的定位的不同之处会在于，预燃室512的所有开口都布置在主燃烧室501内。在一个示例中，在不脱离本公开的范围的情况下，预燃室244可以用于图5A至图5E的示例中。

活塞531可以包括被配置为促使进气流和燃料喷射流进入预燃室512的内部容积中的形状，所述气流和燃料喷射流类似于关于图3A至图3D的进气流和燃料喷射流。更具体地，活塞531包括二等分的八边形形状，其中活塞531是对称的并且包括第一侧面541、第二侧面542和第三侧面543。在第三侧面543之间，可以存在由凹口545分开的一对斜坡544，其中凹口被成形为在TDC处接收预燃室544的至少一部分。

第一侧面541可以邻近第二侧面542和燃烧室壁。第一侧面541可以相对于中心轴线599以第一角度541A成角度，活塞531可以围绕所述中心轴线振荡。第一角度541A可以大于0度并且小于20度。在一个示例中，角度541A在5度与15度之间。

第二侧面542可以在第一侧面41和第三侧面543之间，其中第二侧面542可以与进气通道536和排气通道540界面接合。第二侧面542可以相对于中心轴线599以第二角度542A成角度。第二角度542A可以大于第一角度541A，其中第二角度542A在20度与60度之间。在一个示例中，第二角度542A在30度与50度之间。另外或可替代地，在一些示例中，第二角度542A可以在35度与45度之间。

第三侧面543可以在第二侧面542与斜坡544之间。第三侧面543可以是非平面的，而第一侧面541和第二侧面542包括平面形状。在一个示例中，第三侧面543可以是非平面的，以朝向预燃室512重新引导燃料和进气流。在一个示例中，第三侧面543是波状外形的，其中轮廓形成远离气缸盖504突出的轻微凹陷。在一个示例中，第三侧面542的平均角度和/或总角度可以基本上垂直于中心轴线599。

斜坡544可以在第三侧面543与凹口545之间。斜坡544可以被成形为当活塞531在TDC时围绕预燃室544的至少一部分。在一个示例中，斜坡544朝向上部开口518延伸而不覆盖上部开口518。因而，上部开口518可以贯穿活塞531的整个运动范围保持流体地联接到主燃烧室501。斜坡544可以与中心轴线599成第三角度544A。在一个示例中，第三角度544A基本上等于第二角度542A。然而，应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，第三角度544A可以小于或大于第二角度542A。

凹口545在斜坡544之间并且被配置为接收预燃室512的一部分。在一个示例中，凹口545被成形为使得在凹口545的表面与预燃室512之间存在间隙。以这种方式，即使当预燃室512至少部分地布置在凹口545内时，预燃室512也可以流体地联接到主燃烧室501的内部容积。

如上所述，预燃室512的定位可以不同于图2至图3D的预燃室244的定位。预燃室512的所有开口都布置在主燃烧室501内，使得与预燃室244不同，预燃室512可能不会从主燃烧室501外部的区域接收气体。更具体地，上部开口518和多个下部开口514将预燃室512的内部容积流体地联接到仅主燃烧室501的内部容积。取决于燃烧循环期间的活塞位置，下部开口514和上部开口518中的每一个都可以用作入口或出口。

现在转向图5A，其示出了主燃烧室501的进气冲程早期的实施例500。在进气冲程初期阶段期间，可能发生当活塞531在第一方向503上移动并且仍然在TDC的阈值范围内(例如，在TDC的50％内)时，随着活塞在第一方向503上移动可以再生成真空。该真空可以将残余气体从预燃室512中抽出，如经由残余气体591经由下部开口514离开预燃室512所示。当残余气体591离开预燃室512时，进气592可以通过经由上部开口518进入预燃室512的内部容积来填充预燃室512。

现在转向图5B，其示出了主燃烧室501的进气冲程后期阶段的实施例525。在进气冲程后期阶段期间，在活塞从TDC到BDC的同一移动内的进气冲程初期阶段之后发生燃料喷射器560将燃料593喷射到主燃烧室501中。在一个示例中，第三侧面593、斜坡544和凹口545的形状可以在进气冲程后期阶段期间促使增强的空气和燃料混合，其中空气/燃料混合物的一部分填充凹口545。类似于图3A至图3D的示例，燃料喷射器560布置在预燃室512与排气道538之间。

现在转向图5C，其示出了压缩冲程的初期阶段的实施例530。在一个示例中，压缩冲程的初期阶段发生在进气冲程的后期阶段之后且当活塞531仍然比TDC更靠近BDC时。活塞531在与第一方向相反的第二方向上移动。压缩冲程的初期阶段可以类似于进气冲程的后期阶段，因为燃料593仍然可以喷射到主燃烧室501中。

现在转向图5D，其示出了压缩冲程的后期阶段的实施例550。在一个示例中，压缩冲程的后期阶段在活塞531接近TDC使得活塞531比BDC更靠近TDC时发生。在压缩冲程的后期阶段中，预燃室512至少部分地被凹口545的表面包围。凹口545中的空气/燃料混合物594可以经由下部开口514被迫进入预燃室512的内部容积中。当空气/燃料混合物594至少部分地填充预燃室512时，进气592可以经由上部开口518离开预燃室512。

现在转向图5E，其示出了在压缩冲程与膨胀冲程之间活塞531在TDC处的实施例575，其中点火装置528被激活。因而，燃烧点火首先在预燃室512中发生，并且燃烧气体595经由上部开口518离开预燃室512。

在活塞在膨胀冲程期间向下移动时，燃烧气体595可以被向下抽吸并穿透主燃烧室501的整个容积以均匀地分布火焰前锋。在示例冲程期间，经由燃烧气体595的燃烧形成的排气可以在随后的燃烧循环开始之前经由排气通道538推出主燃烧室501。

在一个示例中，活塞531可以用于图3A至图3D的实施例中。以这种方式，包括主燃烧室外部的空气引入系统和燃料引入系统的预燃室244可以利用活塞531的凹口和成角度侧面的益处。

图1至图5E示出了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联接，则至少在一个示例中，此类元件可分别称为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分别彼此邻接或相邻。作为一个示例，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，被示出为相互相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。再此外，在一个示例中，被示为在另一元件内或被示出为在另一元件外的元件可称作如此。应当理解，被称作“基本上类似和/或相同”的一个或多个部件根据制造公差(例如，在1％至5％的偏差内)而彼此不同。

以这种方式，混合预燃室可以包括一个或多个开口，用于在进气冲程的一部分期间接收空气和燃料。由于单个喷射器被定位成直接喷射到主燃烧室中，同时仍然直接向混合预燃室的内部容积提供燃料，因此这可以降低成本并简化包装。此外，通过将空气引入混合预燃室，可以从预燃室的内部容积中清除残余气体。混合预燃室的技术效果是通过包括用于直接接收空气和燃料的一个或多个特征来增强燃烧性质。

一种系统的实施例，包括流体地联接到主燃烧室的预燃室，所述预燃室包括在所述主燃烧室外部将燃料喷射器流体地联接到所述预燃室的连接通道。

所述系统的第一示例还包括：其中所述预燃室还包括布置在所述主燃烧室外部的空气通道，所述空气通道将所述预燃室流体地联接到进气通道。

所述系统的第二示例，其任选地包括所述第一示例，还包括：其中沿着所述空气通道布置止回阀。

所述系统的第三示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中点火装置被定位成在仅所述预燃室的内部容积内提供火花。

所述系统的第四示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述燃料喷射器是唯一的燃料喷射器，并且其中所述燃料喷射器被定位成将燃料直接喷射到所述主燃烧室和所述连接通道中。

所述系统的第五示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述预燃室包括将所述预燃室流体地联接到所述主燃烧室的多个开口。

一种发动机的实施例，包括流体地联接到主燃烧室的预燃室，其中活塞被配置为在所述主燃烧室内振荡，其中所述预燃室包括将所述预燃室流体地联接到进气通道的空气通道，其中所述空气通道布置在所述主燃烧室的外部。所述发动机的第一示例还包括：其中所述空气通道包括用于调整通过其中的进气流量的阀。

所述发动机的第二示例，其任选地包括所述第一示例，还包括：其中所述预燃室还包括连接通道，所述连接通道被配置为将所述预燃室流体地联接到燃料喷射器，其中所述连接通道布置在所述主燃烧室的外部。

所述发动机的第三示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述连接通道和所述空气通道在气缸盖中布置在火力面上方。

所述发动机的第四示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述连接通道包括直孔形状、圆锥形状、对称文氏管形状或不对称文氏管形状。

所述发动机的第五示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述燃料喷射器是唯一的燃料喷射器，并且其中所述燃料喷射器被定位成直接喷射到所述主燃烧室和所述连接通道中。

所述发动机的第六示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述活塞被配置为仅调整所述主燃烧室的容积，而不调整所述预燃室的容积。

所述发动机的第七示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述预燃室包括被配置为直接在其中提供火花的火花塞。

所述发动机的第八示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述预燃室包括将所述预燃室流体地联接到所述主燃烧室的多个下部开口，其中所述多个下部开口相对于中心轴线以及所述活塞振荡成角度。

一种系统的实施例，包括预燃室和布置在主燃烧室内的活塞，其中所述活塞包括用于接收所述预燃室的至少一部分的凹口。

所述系统的第一示例还包括：其中所述预燃室包括多个上部开口和多个下部开口，其中当所述预燃室的所述部分布置在所述凹口中时，所述多个上部开口布置在所述凹口的外部。

所述系统的第二示例，其任选地包括所述第一示例，还包括：其中燃料喷射器被配置为将燃料朝向所述凹口直接喷射到所述主燃烧室中。

所述系统的第三示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述活塞包括将所述凹口夹在中间的多个斜坡，其中所述多个斜坡被配置为朝向所述预燃室的开口引导气体。

所述系统的第四示例，其任选地包括前述示例中的一者或多者，还包括：其中所述预燃室的所有开口布置在所述主燃烧室内。

应注意，本文所包括的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程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的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来实行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略(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。此外，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而执行。

应理解，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，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文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。

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：

预燃室，所述预燃室流体地联接到主燃烧室，所述预燃室包括在所述主燃烧室外部将燃料喷射器流体地联接到所述预燃室的连接通道。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述预燃室还包括布置在所述主燃烧室外部的空气通道，所述空气通道将所述预燃室流体地联接到进气通道。

3.如权利要求2所述的系统，其还包括沿着所述空气通道布置的止回阀。

4.如权利要求1所述的系统，其中点火装置被定位成在仅所述预燃室的内部容积内提供火花。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述燃料喷射器是唯一的燃料喷射器，并且其中所述燃料喷射器被定位成将燃料直接喷射到所述主燃烧室和所述连接通道中。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述预燃室包括将所述预燃室流体地联接到所述主燃烧室的多个开口。

7.一种发动机，其包括：

预燃室，所述预燃室流体地联接到主燃烧室，其中活塞被配置为在所述主燃烧室内振荡，其中所述预燃室包括将所述预燃室流体地联接到进气通道的空气通道，其中所述空气通道布置在所述主燃烧室的外部。

8.如权利要求7所述的发动机，其中所述空气通道包括用于调整通过其中的进气流量的阀。

9.如权利要求7所述的发动机，其中所述预燃室还包括连接通道，所述连接通道被配置为将所述预燃室流体地联接到燃料喷射器，其中所述连接通道布置在所述主燃烧室的外部。

10.如权利要求9所述的发动机，其中所述连接通道和所述空气通道在气缸盖中布置在火力面上方。

11.如权利要求9所述的发动机，其中所述连接通道包括直孔形状、圆锥形状、对称文氏管形状或不对称文氏管形状。

12.如权利要求9所述的发动机，其中所述燃料喷射器是唯一的燃料喷射器，并且其中所述燃料喷射器被定位成直接喷射到所述主燃烧室和所述连接通道中。

13.如权利要求7所述的发动机，其中所述活塞被配置为仅调整所述主燃烧室的容积，而不调整所述预燃室的容积。

14.如权利要求7所述的发动机，其中所述预燃室包括被配置为直接在其中提供火花的火花塞。

15.如权利要求7所述的发动机，其中所述预燃室包括将所述预燃室流体地联接到所述主燃烧室的多个下部开口，其中所述多个下部开口相对于中心轴线以及所述活塞振荡成角度。

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