CN114763771A - 用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统 - Google Patents

用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114763771A
CN114763771A CN202210027079.1A CN202210027079A CN114763771A CN 114763771 A CN114763771 A CN 114763771A CN 202210027079 A CN202210027079 A CN 202210027079A CN 114763771 A CN114763771 A CN 114763771A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
air
prechamber
cylinder
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210027079.1A
Other languages
English (en)
Inventor
布拉德·范德韦格
约瑟夫·巴斯马基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN114763771A publication Critical patent/CN114763771A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/1023—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber pre-combustion chamber and cylinder being fed with fuel-air mixture(s)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0255—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus to accelerate the warming-up of the exhaust gas treating apparatus at engine start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/10—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder
    • F02B19/1019—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber
    • F02B19/108—Engines characterised by precombustion chambers with fuel introduced partly into pre-combustion chamber, and partly into cylinder with only one pre-combustion chamber with fuel injection at least into pre-combustion chamber, i.e. injector mounted directly in the pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/006—Ignition installations combined with other systems, e.g. fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/045—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions combined with electronic control of other engine functions, e.g. fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/08—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D2041/3088—Controlling fuel injection for air assisted injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
    • F02P5/1504—Digital data processing using one central computing unit with particular means during a transient phase, e.g. acceleration, deceleration, gear change

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

本公开提供了“用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统”。提供了用于在催化剂加热期间操作预燃室以向气缸提供点火的方法和系统。在一个示例中，一种方法可包括：响应于催化剂的温度小于阈值温度，在发动机气缸的膨胀冲程期间将燃料和空气喷射到所述发动机气缸的预燃室中；以及响应于所述催化剂的所述温度大于或等于所述阈值温度，在所述发动机气缸的压缩冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。以此方式，所述预燃室可在各种工况期间向所述气缸提供稳健的点火。

Description

用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统
技术领域
本说明书总体上涉及用于具有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，所述扭矩可用于推进车辆。在一些此类发动机中，点火源用于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-燃料混合物可被来自预燃烧室(在本文中被称为“预燃室”)的热气体和火焰射流点燃。预燃室可为位于气缸的余隙容积中的壁式腔室(在本文中也被称为“主腔室”或“主燃烧室”)，并且可包括火花塞。当请求点火时，致动预燃室中的火花塞，从而点燃预燃室中的空气-燃料混合物。火焰和热气体射流离开预燃室并且经由预燃室壁中的一个或多个小孔口而进入气缸。这些射流点燃气缸中的空气-燃料混合物以产生扭矩。
在一些情况下，预燃室点火可提供优于传统火花点火发动机的性能和效率提高。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在更高的稀释度下操作，这可能会导致具有预燃室点火的气缸中的燃料消耗较低。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动力，这是由于气缸中燃烧速率增大，这可减少发生爆震燃烧的时间量，并且由此允许点火正时进一步推向最大制动扭矩(MBT)正时。
然而，使用预燃室点火可能难以稳定地实现在催化剂加热操作期间通常使用的迟点火正时。作为一个示例，预燃室中的湍流在很大程度上是因为燃烧室气体在气缸的压缩冲程期间被迫通过小孔口进入预燃室中而产生的。然而，到压缩冲程的后期，这个流已经显著地减小，并且到需要点火以进行催化剂加热时，所产生的湍流在很大程度上已被消散。这种效果被预燃室产生的快速燃烧速率放大。例如，为了获得足够迟的燃烧定相以便以经由预燃室点火提供的快速燃烧速率进行催化剂加热，将请求比使用传统的直接火花点火时更晚的点火正时。因此，当需要点火时不存在快速且稳定的预燃室燃烧所需的湍流，从而导致预燃室失火的发生率增加。
为了解决在某些发动机工况期间(诸如在催化剂加热期间)与预燃室点火相关联的问题，一些系统还可包括直接联接到主燃烧室的火花塞，所述火花塞可另外地或可选地在一些发动机操作模式期间提供点火火花。然而，在每个气缸中包括额外的火花塞通常使用两倍之多的点火线圈，这可能会增加生产和维修成本。另外，每个点火线圈可包括与车辆控制器分开的通信信道，这可能会增加在发动机操作期间使用的控制器处理资源的量。另外，未操作的预燃室可能会在气缸中提供非常大的缝隙容积，这可能会在催化剂加热期间显著地增加碳氢化合物排放。
发明内容
本文发明者已经认识到上述问题并且已经认识到一种至少部分地解决它们的方法。在一个示例中，一种方法包括：响应于期望的火花正时是在发动机气缸的压缩冲程的上止点之后，在所述发动机气缸的膨胀冲程期间将燃料和空气喷射到所述发动机气缸的预燃室中；以及响应于所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，在所述发动机气缸的所述压缩冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。以此方式，即使在催化剂加热期间，所述预燃室也可向所述气缸提供稳健的点火。
作为一个示例，所述预燃室可包括单个喷射器，并且在所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中可包括在所述发动机气缸中的压力在所述膨胀冲程期间降低到阈值之后致动所述单个喷射器。例如，所述阈值可为将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中能有效地将来自先前燃烧循环的残余物以及在所述压缩冲程期间被推入的气缸气体推出去的压力。在一些示例中，所述燃料和所述空气可经由单个喷射器输送，而在其他示例中，所述燃料和所述空气可由单独的喷射器(例如，预燃室燃料喷射器和预燃室空气喷射器)输送。另外，在一些示例中，在所述发动机气缸的所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中可包括在所述膨胀冲程期间在不早于上止点之后的20度处将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。例如，到上止点之后的20度为止，所述发动机气缸中的所述压力可小于或等于所述阈值。
作为另一个示例，所述方法还可包括：在所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之后时，在将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中之后，在所述膨胀冲程期间致动所述预燃室的火花塞；以及在所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前时，在将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中之后，在所述压缩冲程期间致动所述预燃室的所述火花塞。例如，当催化剂的温度小于阈值温度时，所述期望的火花正时可在所述压缩冲程的上止点之后，并且当所述催化剂的所述温度大于所述阈值温度时，所述期望的火花正时可在所述压缩冲程的上止点之前。作为一个示例，在所述催化剂的所述温度小于所述阈值时，可基于所述催化剂的所述温度而确定致动所述预燃室的所述火花塞的正时，并且在所述催化剂的所述温度大于或等于所述阈值温度时，可基于所述发动机气缸的期望的扭矩输出，而不是基于所述催化剂的所述温度而确定所述正时。例如，在所述催化剂的所述温度进一步降低到低于所述阈值温度时，可进一步延迟所述正时，以便增加提供给所述催化剂的废热量。
以此方式，在所述预燃室中引入在提供火花之前没有时间消散的湍流时，可有效地抽取预燃室气体，从而在一系列工况下实现有效且可靠的预燃室点火。通过在催化剂加热期间使用预燃室点火，气缸可在比使用传统的直接火花点火时更高的稀释度下操作。因此，可减少在所述催化剂达到其起燃温度之前的车辆排放。另外，可通过不包括预燃室和气缸火花塞两者来降低系统的成本。
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。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所述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示出了在车辆的发动机系统中的包括预燃室的气缸的示意图。
图2示意性地示出了图1的预燃室的替代配置的局部视图。
图3示出了用于控制预燃室中的抽取正时和点火正时的示例方法。
图4示出了当不存在催化剂加热条件时操作气缸和预燃室的示例时序图。
图5示出了当存在催化剂加热条件时操作气缸和预燃室的示例时序图。
图6示出了用于基于催化剂的状况而调整预燃室中的抽取正时和点火正时的预示性示例时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于在催化剂加热期间提供预燃室点火的系统和方法。气缸可具有包括主动式预燃室的气缸配置，所述主动式预燃室包括火花塞以及用于喷射燃料和/或空气的至少一个喷射器。应当注意，如本文所使用，术语“空气”可指环境空气、纯氧气(例如，O2)、另一种可燃气体(例如，氢气)或此类气体的混合物(例如，富氧空气)。特别地，图1示出了预燃室包括单独的空气喷射器和燃料喷射器的示例，而图2示出了预燃室包括喷射预混合的燃料和空气的单个喷射器的示例。即使在催化剂加热期间，预燃室也可诸如根据图3的方法操作来向气缸提供点火源。图4示出了当不存在催化剂加热条件时用于向气缸提供预燃室点火的预燃室喷射和火花正时的示例时序图，而图5示出了当存在催化剂加热条件时用于向气缸提供预燃室点火的预燃室喷射和火花正时的示例时序图。在图6中示出了用于基于催化剂的温度而调整预燃室喷射和火花正时的示例时间线。
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。发动机10可为多缸发动机，并且在图1中仅示出了一个气缸130。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位于气缸壁中并且连接到曲轴140。燃烧室130被示出为经由进气门4与进气道22和进气歧管44连通并且经由排气门8与排气道86和排气歧管48连通。包括节流板64的节气门62可设在进气歧管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率和/或压力。
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。
在一些示例中，车辆5可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。在所示的示例中，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以及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以及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。
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，例如像线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如所示的)、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。
在所示的视图中，进气门4和排气门8位于燃烧室130的上部区域处。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)系统、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。在所示的示例中，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。根据所设定的进气门和排气门正时，可分别经由进气门正时致动器101来致动进气凸轮151，并且可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可选地可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。
气缸130可具有某一压缩比，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。常规地，压缩比是在9:1至13:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可增大压缩比。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接收的信号FPW1的脉冲宽度成比例地在所述气缸中直接喷射燃料。以此方式，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。另外，虽然图1示出了燃料经由单个喷射器喷射到气缸，但是发动机可选地可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包括在被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。在一些示例中，气缸130可包括额外的燃料喷射器。
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。可选地，可通过单级燃料泵在较低压力下输送燃料。另外，尽管未示出，但是燃料箱可包括向控制器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、不同的燃料共混物和/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大汽化热的第二燃料类型的乙醇。在另一个示例中，发动机可使用汽油作为第一燃料类型并且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。以此方式，空气和燃料被输送到气缸130，其可产生可燃空气-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。另外，从气缸燃料喷射器66输送的燃料的分配和/或相对量可随工况而变化。此外，对于单个燃烧事件，每次循环可执行输送的燃料的多次喷射。可在压缩冲程、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所示的示例中，发动机10的每个气缸130包括用于引发燃烧的预燃室138。预燃室138由预燃室壁139限定，并且包括火花塞92、空气喷射器94和预燃室燃料喷射器96。空气喷射器94被示出为直接联接到预燃室138以将空气和/或氧气喷射到预燃室中。在一些示例中，空气喷射器94是电磁(例如，螺线管)喷射器。空气可从预燃室空气系统190输送到空气喷射器94。应当注意，关于预燃室空气系统190，术语“空气”在本文中可指环境空气、氧气(例如，O2)、氢气(例如，H2)、另一种可燃气体或此类气体的混合物。在一些示例中，空气喷射器94可与经由预燃室空气系统190从控制器12接收的信号APW的脉冲宽度成比例地将从预燃室空气系统190接收的空气喷射到预燃室138中。在一些示例中，预燃室空气系统190向空气喷射器94供应来自发动机的进气通道的环境空气，所述环境空气可在喷射之前被加压(例如，经由压缩机或泵)。在其他示例中，预燃室空气系统190向空气喷射器94供应车上产生的O2，其可在喷射之前储存在加压罐中。例如，预燃室空气系统190的加压罐可通过相关联的泵维持在期望的压力。加压罐与预燃室之间的压力差以及空气喷射器94的打开时间(例如，如由信号APW的脉冲宽度决定)可决定例如输送到预燃室138的空气的质量。
预燃室燃料喷射器96被示出为直接联接到预燃室138，以与经由电子驱动器172从控制器12接收的信号FPW2的脉冲宽度成比例地在所述预燃室中直接喷射燃料。如上所述，燃料可通过高压燃料系统180提供给预燃室燃料喷射器96。可选地，可从专用预燃室燃料系统向预燃室燃料喷射器96提供燃料，所述专用预燃室燃料系统可包括在高压燃料系统180内或与所述高压燃料系统不同。在又一个示例中，如下文将相对于图2所描述的，预燃室燃料喷射器96可喷射空气和燃料的混合物。因此，空气和燃料两者都被输送到预燃室138，这可产生空燃比(AFR)可与气缸130中的AFR不同的空气-燃料混合物。在一个示例中，预燃室138中的AFR可比气缸130中的AFR更浓(例如，相对于空气具有更高的燃料比例)。在另一个示例中，预燃烧室中的AFR可与气缸中的AFR相同。在又一个示例中，预燃室138中的AFR可比气缸130中的AFR更稀(例如，相对于燃料具有更高的空气比例)。
另外，预燃室壁139包括多个开口142。多个开口142在预燃室138与气缸130之间提供孔口，从而将预燃室138的内部流体地联接到气缸130的内部。因此，在一些状况期间，气体可在预燃室138的内部与气缸130的内部之间流动。例如，气体(例如，空气、燃料和/或残余燃烧气体)可流过多个开口142中的每一者，其方向性和速率是基于多个开口142中的每一者两端的压力差(例如，预燃室138的内部与气缸130的内部之间的压力差)。如下文将详细说明的，多个开口142也可提供从预燃室138到气缸130的点火火焰。
在所示的示例中，预燃室138在气缸130的余隙容积中直接定位在活塞136的顶部。然而，预燃室138的其他位置也是可能的。在一个示例中，预燃室138可定位在气缸130的一侧上并且经由多个开口142联接到余隙容积。作为另一个示例，预燃室138可沿着进气门4与气缸130之间的空气流动路径在进气门4附近对准。
点火系统88可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92向预燃室138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，所述查找表可输出所输入的发动机工况的对应的MBT正时。在其他示例中，火花可从MBT延迟以防止爆震的发生。在另外的其他示例中，诸如由于驾驶员需求扭矩的减小或变速器换挡事件，火花可从MBT延迟以减小发动机扭矩。当火花塞92向预燃室138提供点火火花时，预燃室内的空气-燃料混合物可燃烧，其中增大的燃烧压力经由多个开口142将火焰和热气体射流发送到气缸130中。多个开口142可被布置为使得火焰射流均匀地分布在气缸130中。火焰射流可点燃气缸130中的空气-燃料混合物，从而引起燃烧。在燃烧之后，来自预燃室138和气缸130两者的排气的混合物可经由排气门8的开口从气缸130排出到排气歧管48。
外部排气再循环(EGR)可经由高压EGR系统83提供给发动机，从而经由EGR通道81将排气从排气通道135中的较高压力区输送到在节气门62下游的进气歧管44的较低压力区。然而，在其他示例中，发动机10可另外地或可选地包括低压EGR系统(例如，低压回路)。可通过控制器12经由EGR阀80来改变提供给进气歧管44的EGR量。例如，控制器12可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可在完全关闭位置与完全打开位置之间进行调整，在完全关闭位置，通过EGR通道81的排气流受阻，在完全打开位置，通过EGR通道的排气流被最大限度地启用。作为一个示例，EGR阀80可在完全关闭位置与完全打开位置之间连续地变化。因此，控制器可增大EGR阀80的打开程度以增加提供给进气歧管44的EGR量，并且减小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可为电子激活的电磁阀。在其他示例中，EGR阀80可由内置的步进马达定位，所述步进马达可由控制器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可为另一种类型的流量控制阀。此外，EGR可经由穿过EGR通道81内的EGR冷却器85来冷却。例如，EGR冷却器85可将来自EGR气体的热量排出到发动机冷却剂。
在一些状况下，EGR系统83可用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。另外，可能需要EGR来获得期望的发动机稀释度，由此提高燃料效率和排放品质，诸如氮氧化合物的排放。作为一个示例，可在低到中等发动机负荷下请求EGR。因此，可能期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可被布置在EGR通道81内，并且可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。所请求的EGR量可基于发动机工况，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所估计的)、发动机转速(如经由曲轴加速度传感器所估计的)、发动机温度(如经由发动机冷却剂温度传感器112所估计的)等。例如，控制器12可参考查找表，所述查找表以发动机转速和负荷作为输入并且输出与所输入的发动机转速-负荷相对应的期望的EGR量。在另一个示例中，控制器12可通过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)。在另外的其他示例中，控制器12可依赖于某一模型，所述模型使发动机负荷的变化与稀释请求的变化相关并且进一步使稀释请求的变化与请求的EGR量的变化相关。例如，在发动机负荷从低负荷增加到中等负荷时，所请求的EGR量可能会增加，然后在发动机负荷从中等负荷增加到高负荷，所请求的EGR量可能会减少。控制器12还可通过考虑针对期望的稀释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可参考查找表，所述查找表以所请求的EGR量作为输入并且以与将施加到EGR阀80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。
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该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(例如，非暂时性)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描述的方法和例程以及预期但未具体地列出的其他变体的指令。
控制器12除了先前讨论的那些信号之外还可从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器123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的发动机冷却剂温度传感器112的发动机冷却剂温度信号(ECT)；来自排气传感器128的信号EGO，所述信号EGO可由控制器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的绝对歧管压力(MAP)传感器122的MAP信号。发动机转速信号RPM可由控制器12根据信号PIP生成。另外，霍尔效应传感器120可包括曲轴位置传感器，并且控制器12还可根据信号PIP确定曲轴位置(例如，以曲柄转角度数计)。可使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供对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可调整一个或多个致动器，诸如气缸燃料喷射器66、节气门62、火花塞92、预燃室燃料喷射器96、预燃室空气喷射器94、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，其示例相对于图3进行了描述。
继续到图2，示出了包括组合式空气和燃料喷射系统200的预燃室138的替代配置。与图1所示的部件起到相同作用的图2的部件被相同地编号，并且不会重新介绍。另外，可理解，除了下文描述的差异之外，可能存在图2中未示出而图1中示出的部件。
在图2所示的示例中，预燃室138包括单个喷射器296(例如，代替图1所示的预燃室空气喷射器94和预燃室燃料喷射器96)。喷射器296从输送通道290接收预混合的燃料和空气。作为一个示例，输送通道290可流体地联接到空气系统190和燃料系统180中的每一者。在本示例中，燃料喷射器285将燃料喷射到空气系统190下游的输送通道290中。在其他示例中，燃料喷射器285可将燃料喷射到空气系统190上游的输送通道290中。输送通道290可以期望的比例从燃料系统180接收燃料并且从空气系统190接收空气，以在输送通道290内产生空气-燃料混合物，所述空气-燃料混合物具有用于操作预燃室138的期望的AFR(例如，化学计量)。然后，可根据由控制器12(图1所示)产生的喷射信号的脉冲宽度经由喷射器296将空气-燃料混合物喷射到预燃室138中。另外，输送通道290可将空气-燃料混合物供应到发动机的每个预燃室，并且因此，一个燃料喷射器285可为发动机的每个预燃室提供燃料。
在另外的其他示例中，喷射器296可为空气辅助喷射器，其使用直接从空气系统190接收的空气压力来帮助将从燃料系统180接收的燃料雾化。通过包括单个空气-燃料喷射器或空气辅助燃料喷射器，与如图1所示使用单独的空气喷射器和燃料喷射器(预燃室空气喷射器94和预燃室燃料喷射器96)相比较，所喷射的燃料和空气可更快速地和/或更彻底地混合，从而实现更准确的AFR控制和喷射后更快速的点火。另外，与单独的预燃室空气喷射器和燃料喷射器相比较，单个喷射器296可减少气缸盖中的封装约束。
由于预燃室中更准确的AFR控制，图1至图2所示的配置相对于不具有直接空气和燃料喷射的系统可提供增加的燃烧稳定性。例如，在轻负荷操作期间，直接空气喷射可通过将额外的O2提供用于燃烧来减少失火的发生。作为另一个示例，预燃室中的直接空气和/或燃料喷射可经由预燃室与气缸之间的压力差来抽取来自预燃室中先前燃烧事件的残余气体。在气缸的压缩冲程期间抽取预燃室中的残余气体可增加预燃室中用于随后的燃烧事件的新鲜燃料和空气的体积。
然而，在催化剂加热条件的情况下，当催化器(例如，图1的排放控制装置178)尚未达到其在处理排气排放时变得最有效的起燃温度时，传统的压缩冲程抽取可能无法提供或甚至会减少湍流(诸如涡流或滚流)，为了辅助催化剂加热条件所需的迟点火定相，所述湍流是期望的。另外，气缸可在相对高的稀释度下操作，以便在催化剂起燃之前减少排放，这可能会进一步阻碍预燃室点火。
因此，图3示出了用于在催化剂加热期间以及在未请求催化剂加热时操作发动机的预燃室和气缸来提供点火的示例方法。将相对于图1至图2所示的发动机10和气缸配置来描述方法300，但是方法300可应用于包括具有直接空气和燃料喷射的预燃室的其他系统中。另外，将针对一个预燃室和气缸对(例如，一个预燃室和其所联接的对应的气缸)描述方法300，但是可理解，可针对发动机的每个气缸同时和/或顺序地执行方法300。用于执行方法300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且结合从发动机系统的传感器(诸如上文参考图1描述以及在下文详细说明的传感器)接收的信号来执行。控制器可采用预燃室点火系统和气缸的致动器，包括预燃室燃料喷射器(例如，图1的预燃室燃料喷射器96)、预燃室火花塞(例如，图1至图2的预燃室火花塞92)、预燃室空气喷射器(例如，图1所示的预燃室空气喷射器94)、组合式空气和燃料喷射器(例如，图2所示的喷射器296)和气缸燃料喷射器(例如，图1至图2的燃料喷射器66)中的一者或多者，以根据下文描述的方法来调整发动机操作。
在302处，方法300包括估计和/或测量工况。工况可包括例如车辆速度、发动机转速、发动机负荷、发动机温度、排气AFR、催化器(例如，图1的排放控制装置178)的温度、加速踏板位置和制动踏板位置。所述工况可由通信地联接到控制器的一个或多个传感器来测量，或者可基于可用数据来推断。例如，加速踏板位置可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指示所需的发动机扭矩量。作为另一个示例，可基于由排气氧传感器(诸如图1的排气传感器128)检测到的氧水平而确定排气AFR。作为另一示例，可基于如由发动机冷却剂温度传感器(例如，图1所示的温度传感器112)所测量的发动机温度以及排气温度(例如，由图1的排气温度传感器158测量)中的一者或多者而确定催化剂温度。
在304处，确定是否存在催化剂加热条件。在一个示例中，催化剂加热条件可在冷起动期间发生。作为一个示例，当发动机温度小于第一阈值温度时，可确认冷起动。第一阈值温度可与存储在控制器的存储器中的非零的正温度值相对应，高于所述非零的正温度值，发动机被认为是暖的并且处于稳态操作温度。作为另一个示例，在发动机起动时(例如，当发动机从零转速转动起动到非零转速，同时向引发的燃烧提供燃料和火花时)，当发动机温度基本上等于环境温度(例如，在环境温度的阈值内，诸如在10℃内)时，可确认冷起动。作为又一个示例，可在发动机已经不活动超过阈值持续时间时确认冷起动，所述阈值持续时间可与非零时间量(例如，数分钟、数小时或数天)相对应，在此期间，发动机可能会冷却到大约环境温度。
另外地或可选地，当催化剂的温度小于期望的操作温度时，可确认催化剂加热条件。作为一个示例，期望的操作温度可为催化剂的起燃温度。例如，催化剂的起燃温度可为存储在控制器的存储器中的预定的第二阈值温度，在等于或高于所述第二阈值温度时实现高催化效率，从而使得催化剂能够有效地减少车辆排放。例如，当发动机温度小于第一阈值温度时，催化剂可能低于其起燃温度。
如果不存在催化剂加热条件，则方法300前进到306并且包括确定期望的预燃室AFR(例如，所喷射的空气量与喷射到预燃室中的燃料量的比率)。在一个示例中，期望的预燃室AFR可由控制器基于气缸的AFR而确定，使得预燃室中的燃烧点燃气缸中的空气-燃料混合物，同时将排放降至最低。例如，控制器可将气缸的AFR和当前发动机工况(诸如发动机温度和燃料成分)输入到一个或多个查找表、函数和映射图中，所述查找表、函数和映射图可输出期望的预燃室AFR以实现燃烧。作为一个示例，预燃室的期望的AFR可为化学计量的。作为另一个示例，当使用具有较高蒸发温度的燃料(诸如E85)以便考虑参与燃烧的蒸发燃料和不参与燃烧的非蒸发燃料从而利用蒸发燃料实现基本上为化学计量的燃烧时，预燃室的期望的AFR可比化学计量更浓。作为又一个示例，当根据化学计量调整气缸的操作中的AFR时，可根据化学计量调整预燃室的期望的AFR，使得当来自气缸和预燃室的燃烧气体组合时，组合气体具有大约等于化学计量的AFR。
在308处，方法300包括确定用于产生所需的发动机扭矩量(例如，期望的扭矩输出)的期望的点火正时。因此，响应于不存在催化剂加热条件，可基于期望的扭矩输出而确定期望的点火正时。确定期望的点火正时可包括确定相对于气缸的活塞的位置何时点燃预燃室中的空气-燃料混合物。尽管气缸火花塞点火在传统的火花点火发动机的气缸中引起燃烧，但是在具有预燃室点火的发动机中，预燃室中的燃烧会引发气缸中的燃烧。因此，就像可基于发动机工况相对于最大制动扭矩(MBT)的火花正时来调整传统火花点火发动机中的气缸火花正时一样，可基于发动机工况相对于MBT来使预燃室火花正时移位以便实现期望的点火正时。例如，预燃室火花正时可被提前为更接近MBT正时以增加气缸的扭矩输出。在一个示例中，控制器可将一个或多个发动机工况(例如，所需的发动机扭矩量、发动机转速、发动机负荷、排气温度、期望的预燃室AFR和气缸AFR)输入到一个或多个查找表、函数或映射图中以确定期望的点火正时。在另一个示例中，控制器可基于作为一个或多个发动机工况(包括所需的发动机扭矩量)的函数的逻辑规则而进行逻辑确定(例如，关于预燃室火花正时)。
在310处，方法300包括在气缸的进气冲程期间将燃料喷射到气缸中。控制器可基于气缸的期望的AFR和引入气缸中的空气量而调整喷射到气缸中的燃料量(例如，气缸燃料喷射量)。例如，控制器可将期望的气缸AFR和引入气缸中的空气量输入到一个或多个查找表、函数或映射图中，所述查找表、函数或映射图可输出将在气缸中实现期望的AFR的燃料喷射量。另外，可确定喷射压力和正时以提高气缸中的空气-燃料混合物的燃烧速率和/或可燃性。例如，控制器可将期望的气缸AFR和诸如发动机负荷的发动机工况输入到一个或多个查找表、函数和映射图中，所述一个或多个查找表、函数和映射图可输出期望的燃料喷射量。在一个示例中，控制器可通过调整发送到气缸燃料喷射器的致动信号的脉冲宽度(诸如图1所示的FPW1)来喷射期望的燃料喷射量。在一些示例中，在进气冲程期间将燃料喷射到气缸中可包括在单个喷射事件期间引入所确定的燃料喷射量或者在多个喷射事件内分配所确定的燃料喷射量。另外，在一些示例中，额外的气缸燃料喷射事件可在进气冲程之外，诸如在压缩冲程期间发生。然而，燃料喷射总量的大部分可在进气冲程期间输送。
在312处，方法300包括在压缩冲程期间将空气和燃料喷射到预燃室中。作为一个示例，可在发生气缸燃料喷射之后将空气和燃料喷射到预燃室中。在其他示例中，可在发生气缸燃料喷射之前将空气和燃料喷射到预燃室中。预燃室空气喷射和预燃室燃料喷射可顺序地或在相同的正时发生(特别是在使用组合式空气和燃料喷射器诸如图2的喷射器296时)。例如，空气可在第一正时喷射到预燃室中，并且燃料可在第二正时喷射到预燃室中。通过在压缩冲程期间将空气和燃料喷射到预燃室中，预燃室中来自先前燃烧循环的残余气体以及在压缩冲程期间从主腔室(例如，气缸)被推入预燃室中的气体可被推回到主腔室中，从而将期望的预燃室AFR的气体留在预燃室中，并且特别是留在火花塞的区域中。
作为一个示例，当使用单独的预燃室空气喷射器和燃料喷射器时，控制器可基于如在306处所确定的期望的预燃室AFR，以及活塞在气缸内的位置(这会影响预燃室与气缸之间的压力差)而调整被喷射到预燃室中的燃料量和/或空气量。例如，控制器可将发动机工况(包括活塞位置和预燃室的期望的AFR)输入到查找表、算法或映射图中，所述查找表、算法或映射图可输出期望的预燃室空气喷射量和/或期望的预燃室燃料喷射量。在一些示例中，预燃室空气喷射量可保持基本恒定，而仅改变燃料喷射量以对期望的AFR的变化进行补偿。例如，期望的预燃室空气喷射量可大约等于预燃室的容积。在确定将喷射到预燃室中的空气量以及将喷射到预燃室中的燃料量之后，控制器可通过调整发送到预燃室空气喷射器的致动信号(诸如图1所示的APW)的脉冲宽度来喷射期望的预燃室空气喷射量，并且通过调整发送到预燃室燃料喷射器的另一致动信号(诸如图1所示的FPW2)的脉冲宽度来喷射期望的预燃室燃料喷射量。
可选地，当使用组合式空气和燃料喷射器时，控制器可喷射期望的预燃室AFR的预混合的空气和燃料。例如，空气和燃料可与期望的预燃室AFR成比例地输送到输送通道(例如，图2的输送通道290)。控制器可通过调整发送到组合式空气和燃料喷射器的致动信号的脉冲宽度来输送期望量(例如，体积或质量)的预混合的空气和燃料。作为另一个示例，空气和燃料可与期望的预燃室AFR成比例地直接输送到组合式空气和燃料喷射器(例如，分别从空气系统(诸如图1和图2的空气系统190)和燃料系统(诸如图1和图2的燃料系统180)输送)。
应当注意，在一些示例中，作为对压缩冲程抽取喷射的补充或替代，可执行进气冲程抽取喷射。进气冲程抽取喷射可在气缸内存在相对较少的残余气体的状况期间(诸如在高负荷状况期间)执行。在此类示例中，由于在进气冲程期间存在低气缸压力，因此可能期望在进气冲程期间对预燃室进行抽取，从而导致使用较低的抽取流和喷射压力。
在314处，方法300包括在期望的点火正时致动火花塞以在预燃室中产生火花以用于产生所需的发动机扭矩量。控制器可产生控制信号(例如，信号SA)，所述控制信号被发送到点火系统(例如，图1和图2的点火系统88)以在308处确定的火花正时致动预燃室火花塞。在预燃室中产生火花会引发预燃室中的空气-燃料混合物的燃烧，从而经由预燃室开口将热气体和火焰射流发送到气缸中。来自预燃室的热气体和火焰射流点燃气缸中的空气-燃料混合物，这产生气缸(以及发动机)扭矩。特别地，当使用预燃室点火时(与气缸中的传统的直接火花点火相比较)，由于通过预燃室点火实现的更快速的燃烧速率，火花正时可更接近期望的燃烧定相(例如，燃烧的中间点)。在314之后，方法300可结束。
返回到304，如果存在催化剂加热条件，诸如当催化剂的温度小于期望的操作温度时，则方法300前进到316并且包括确定期望的预燃室AFR。期望的预燃室AFR可与不存在催化剂加热条件时的预燃室AFR(例如，如在306处所确定)相同或不同。作为一个示例，期望的预燃室AFR可为化学计量的，以便在催化剂低于其期望的操作温度并且因此在处理排气排放时效率较低的情况下减少车辆排放。
在318处，方法300包括确定用于催化剂加热的期望的点火正时。例如，燃烧定相可能非常晚(例如，与不存在催化剂加热条件时如在308处的燃烧定相相比较)以向催化剂提供更多的热量作为排气废热。迟燃烧定相意味着在气缸膨胀时可能会发生气缸内的火焰传播。另外，由于预燃室点火会在气缸内产生比气缸内的传统的直接火花点火更快速的燃烧，因此用于催化剂加热的期望的点火正时甚至可能比使用气缸空气-燃料混合物的传统的直接火花点火时更晚。因此，在膨胀冲程期间，用于催化剂加热的期望的点火正时可能比使用气缸的传统的直接火花点火时更晚。作为一个示例，用于催化剂加热的期望的点火正时可为压缩冲程的上止点(TDC)之后的至少50度曲柄转角。可相应地确定点火正时以实现用于催化剂加热的期望的燃烧定相。
另外地或可选地，可基于催化剂加热需求而调整用于催化剂加热的期望的点火正时。催化剂加热需求随着催化剂的温度与期望的操作温度之间的差异的增加而增加。另外，随着催化剂加热需求的增加，可进一步延迟用于催化剂加热的期望的点火正时。作为一个示例，控制器可将催化剂温度输入到存储在存储器中的查找表、算法或映射图中，所述查找表、算法或映射图可针对给定的催化剂温度(以及因此催化剂加热需求)输出用于催化剂加热的期望的点火正时。因此，响应于存在催化剂加热条件，可基于催化剂加热需求而确定期望的点火正时。
在320处，方法300包括在进气冲程和压缩冲程期间诸如以上文相对于310描述的方式将燃料喷射到气缸中。在一些示例中，进气冲程和压缩冲程期间的气缸燃料喷射在存在催化剂加热条件时可能发生得更晚(例如，相对于不存在催化剂加热条件时，诸如在310处)。另外，气缸可在相对高的发动机稀释度下操作，以便在催化剂达到其期望的操作温度之前，诸如通过提供外部和/或内部EGR来减少车辆排放。作为一个示例，由于预燃室中的燃烧会引发气缸中的燃烧(而不是火花直接点燃气缸中的空气/燃料混合物)，因此气缸可以比使用传统的火花点火时更高的EGR量进行操作，因为使用传统的火花点火可能更难以点燃气缸中的稀混合物。作为另一个示例，气缸AFR可能与不存在催化剂加热条件时的气缸AFR不同，以便在催化剂达到其起燃温度之前最小化排放。更进一步地，至少在一些示例中，与不存在催化剂加热条件时相比较，可执行更大且更晚的压缩冲程燃料喷射。更进一步地，在一些示例中，可仅执行进气冲程喷射。
在322处，方法300包括在膨胀冲程期间将空气和燃料喷射到预燃室中。例如，在压缩冲程结束(以及膨胀冲程开始)附近的高气缸压力可能会导致在迟点火正时之前将额外的高EGR气体推入预燃室中。TDC附近的气缸压力可为大约20巴，这将导致非常高的空气压力被使用来将来自气缸的气体推出去，这在本文中被称为预燃室抽取。因此，当气缸中的压力小于或等于阈值压力时，空气和燃料可能会在膨胀冲程期间被喷射到预燃室中。阈值压力是存储在控制器存储器中的与气缸压力相对应的非零正压力值，高于所述非零正压力值，可能会发生不完全的预燃室抽取。作为一个示例，阈值压力为约3巴。例如，在膨胀冲程期间到TDC之后的50度为止，压力仅为大约3巴。因此，空气和燃料可在TDC之后的50度处或附近，恰好在期望的点火正时之前喷射到预燃室中。在其他示例中，诸如当较大的抽取喷射可用时，阈值压力可更高。在此类示例中，空气和燃料可在TDC之后的50度之前(诸如在TDC之后的20度与50度之间的范围内)喷射到预燃室中。在一些示例中，空气和燃料可在不早于TDC之后的20度处喷射到预燃室中。另外，可使用空气辅助喷射器(使用空气压力来帮助雾化燃料)或使用组合式空气和燃料喷射器以紧密结合的方式同时喷射空气和燃料(例如，空气流和燃料流可为相邻的或重叠的)。因此，可在期望的点火正时之前实现期望的预燃室AFR，伴有低残余气体和高湍流以在预燃室中实现一致的点火和快速的燃烧。
作为一个示例，控制器可基于多个工况而确定用于催化剂加热的预燃室空气和燃料喷射正时，所述多个工况包括用于催化剂加热的期望的点火正时以及用于推断在给定发动机位置处的缸内压力的工况。例如，控制器可将多个工况(诸如可经由预燃室空气和/或燃料喷射器实现的抽取压力、气缸的压缩比、活塞位置、凸轮正时以及在用于催化剂加热的期望的点火正时之前的期望的混合时间)输入到存储在存储器中的一个或多个查找表、算法或映射图中，所述查找表、算法或映射图可输出预燃室空气和燃料喷射正时。例如，当不直接测量气缸的压力时，至少可使用活塞位置以在给定压缩比下推断气缸的压力。然后，控制器可将信号传输到预燃室空气和燃料喷射器(或将单个信号传输到组合式空气和燃料喷射器)，以在所确定的用于催化剂加热的喷射正时喷射期望量的空气和燃料，这将带来有效的预燃室抽取、湍流产生和用于催化剂加热的期望的预燃室AFR。因此，预燃室空气和燃料喷射可在气缸中的压力小于阈值压力时在某一正时发生，所述正时基于期望的点火正时而调整，使得预燃室中的湍流在点火之前不会消散。
在324处，类似于314处所描述的方式，方法300包括在用于催化剂升温的期望的点火正时致动火花塞以在预燃室中产生火花。如上文所讨论，火花可在预燃室空气和燃料喷射之后不久出现，使得通过预燃室空气和燃料喷射产生的湍流尚未消散，且同时火花塞附近的气体的AFR是期望的预燃室AFR。另外，与不存在催化剂加热条件时相比较，当存在催化剂加热条件时，将空气和燃料喷射到预燃室中与致动火花塞之间的持续时间可更小(例如，更短)，如下文也将相对于图4和图5说明的。然后可结束方法300。例如，可在发动机操作期间以预定频率重复方法300，以在包括催化剂加热的各种工况下向气缸提供稳健的预燃室点火。
以此方式，预燃室点火可在催化剂加热期间在气缸中可靠地引发燃烧。因此，可在不包括直接联接到气缸的额外火花塞的情况下提供点火，从而减少车辆成本和封装空间问题。此外，经由预燃室点火提供的快速、可重复的燃烧可使得能够在催化剂加热期间使用较高的稀释度，从而减少例如发动机冷起动期间的排放。此外，在催化剂达到其起燃温度之后，预燃室可继续向气缸提供稳健的点火，诸如通过基于期望的扭矩输出而不是基于催化剂达到其起燃温度之后的催化剂的温度而调整点火正时来进行。
接着，图4示出了示例时序图400，其展示了当不存在催化剂加热条件时操作气缸的预燃室。如上文相对于图3所描述，例如，当联接在气缸下游的催化剂的温度高于其起燃温度时，不存在催化剂加热条件。特别地，预燃室是包括直接空气和燃料喷射的主动式预燃室。例如，气缸可为包括图1和图2所示的预燃室138的发动机10的气缸130。时序图400示出了在单个燃烧循环期间的气缸操作，其中燃烧循环(例如，气缸循环)是指气缸内的活塞的四个冲程(例如，进气、压缩、膨胀和排气)。在曲线图402中示出了相对于上止点(TDC，在所述点处，活塞最接近气缸盖并且气缸中的容积最小)、下止点(BDC，在所述点处，活塞离气缸盖最远并且气缸中的容积最大)的活塞位置以及燃烧循环的四个冲程。另外，在曲线图404中示出了气缸中的压力(例如，气缸压力)。在曲线图406中示出了预燃室燃料喷射信号，在曲线图408中示出了预燃室空气喷射信号，并且在曲线图410中示出了预燃室火花塞致动信号。另外，大气压力由虚线412示出，并且阈值气缸压力由虚线414示出。
对于以上所有曲线图，水平轴线表示发动机位置(以曲柄转角度数CAD计)，其中发动机位置沿着水平轴线从左向右增大。例如，如上文所提及，示出了一个燃烧循环，其在0到720CAD(例如，发动机曲轴的两次完整旋转)中发生。在时序图400的示例中，进气冲程与从0CAD至180CAD的间隔相对应，压缩冲程与从180CAD至360CAD的间隔相对应，膨胀(或做功)冲程与从360CAD至540CAD的间隔相对应，并且排气冲程与从540CAD至720CAD的间隔相对应。每个曲线图的竖直轴线表示标记的参数。对于曲线图402，竖直轴线示出相对于TDC的活塞位置。对于曲线图404，气缸压力沿竖直轴线从下向上增大。对于曲线图406、408和410中的每一者，竖直轴线如所标记般指示信号是开启(例如，对应的喷射器或火花塞被致动)还是关闭(例如，对应的喷射器或火花塞未被致动)。
活塞位置(曲线图402)在整个进气冲程中降低。在整个进气冲程中，随着气缸容积增加，气缸压力(曲线图404)相对于大气压力(虚线412)减小。在新鲜空气通过打开的进气门(未示出)流入气缸中时，一定量的新鲜空气可经由预燃室的壁中的开口流入预燃室中，所述开口将预燃室与气缸流体地联接。然而，预燃室可能在进气冲程期间大量地保存来自先前燃烧循环的残余气体。另外，可在进气冲程期间经由一次或多次喷射(未示出)将燃料喷射到气缸中。
在燃烧循环期间的压缩冲程开始(例如，大约180CAD)时，进气门关闭。活塞(曲线图402)朝向气缸盖移动，以便压缩气缸内的空气和燃料，从而使气缸压力(曲线图404)增大。在压缩冲程期间的燃烧循环的稍后时间，在活塞朝向TDC移动(曲线图402)时，来自气缸的气体经由预燃室壁中的开口被推入预燃室中。然而，来自先前燃烧循环的残余气体可能会保留在预燃室中，尤其是在预燃室的接近于火花塞的顶部部分中。因此，在压缩冲程期间，在发动机位置CAD1处，预燃室燃料喷射事件(曲线图406)将燃料引入预燃室中，并且预燃室空气喷射事件(曲线图408)将空气引入预燃室中，这在预燃室中产生空气-燃料混合物并增大预燃室压力。此外，因为气缸压力在CAD1处相对较低并且小于阈值气缸压力(虚线414)，所以空气和燃料到预燃室中的喷射排出在压缩冲程期间从气缸引入的剩余残余物和气体。应当注意，虽然在时序图400的示例中，空气和燃料都在CAD1处喷射到预燃室中，但是在其他示例中，喷射正时可发生偏移或交错(例如，可在不同的发动机位置/正时发生)。另外，在其他示例中，诸如上文在图3的312处所描述，空气和燃料可在进气冲程期间喷射到预燃室中。
在燃烧循环期间恰好在压缩冲程结束之前，在发动机位置CAD2处，致动火花塞(曲线图410)以触发空气-燃料混合物在预燃室中的燃烧。预燃室中的燃烧会使热气体和火焰射流离开预燃室并且点燃气缸中的空气-燃料混合物，从而提供动力以在膨胀冲程期间向下驱动活塞。另外，气缸中的燃烧反应会使气缸压力(曲线图404)增大。应当注意，由于峰值燃烧压力的大小相对于燃烧循环的其他部分(例如，进气冲程)中的压力来说较高，因此从图4中的视图中裁剪掉了燃烧期间的高压力。例如，可基于期望的扭矩输出而调整致动火花塞的正时。
在膨胀冲程结束时，排气门打开(未示出)以允许排气从气缸流出。排气门可至少在排气冲程(例如，从540CAD至720CAD)期间保持打开。在排气冲程期间，相对大量的残余气体保留在预燃室中。另外，残余气体可保留在预燃室中，直到在随后的燃烧循环期间被抽取为止。
继续到图5，示出了示例时序图500，其展示了当存在催化剂加热条件时操作气缸的预燃室。如上文相对于图3所描述，例如，当联接在气缸下游的催化剂的温度小于其起燃温度时，存在催化剂加热条件。除了下文描述的差异之外，图5所示的参数与图4所示的那些参数相同。因此，曲线图被相同地编号，并且不会重新介绍。
类似于图4所示的时序图400，在压缩冲程期间活塞朝向TDC移动(曲线图402)时，来自气缸的气体经由预燃室壁中的开口被推入预燃室中。然而，与在图4的时序图400中不同，来自先前燃烧循环的残余气体可能会在整个压缩冲程中保留在预燃室中，因为在压缩冲程期间对预燃室进行抽取时产生的湍流可能会在用于促进催化剂升温的迟点火正时之前衰减。更进一步地，气缸压力(曲线图404)在膨胀冲程开始时相对较高，这可能会阻碍预燃室抽取。因此，预燃室燃料喷射事件(曲线图406)将燃料引入预燃室中，并且在膨胀冲程期间，在CAD3处，预燃室空气喷射事件(曲线图408)在气缸压力(曲线图404)降低到低于阈值气缸压力(虚线414)之后将空气引入预燃室中，所述操作的正时基于用于催化剂加热的期望的点火正时经由迟燃烧定相来确定。由于CAD3处的气缸压力相对较低(曲线图404)，因此喷射能有效地将压缩冲程期间从气缸推入的残余物和高EGR气体推出去。喷射还会在高湍流下在预燃室中产生基本上均质的空气-燃料混合物，所述空气-燃料混合物通过在CAD4处致动火花塞(曲线图410)而快速点燃。
预燃室中的燃烧会使热气体和火焰射流离开预燃室并且点燃气缸中的高稀释度空气-燃料混合物，从而产生气缸扭矩以及用于使催化剂升温的废热。因此，相对于图4的时序图400所示的参数正时，使用时序图500所示的参数正时可更快速地升高催化剂的温度。
现在转向图6，示出了用于基于是否存在催化剂加热条件而调整发动机的预燃室的抽取正时和点火正时的示例时间线600。例如，发动机可为图1所示的包括预燃室138的发动机10。在曲线图601中示出了发动机状态，在曲线图602中示出了催化器(例如，图1的排放控制装置178)的温度，在曲线图604中示出了(例如，空气和燃料的)预燃室喷射正时，并且在曲线图606中示出了预燃室火花正时(例如，预燃室火花塞的致动正时)。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601，竖直轴线将发动机状态示出为“开启”，其中发动机气缸内发生燃烧；以及“关闭”，其中停止燃烧。对于曲线图602，催化剂温度沿竖直轴线从下向上升高。对于曲线图604和606，如所标记的，示出了相对于压缩冲程的TDC(由虚线表示)的对应正时，其中在虚线下方的正时与在TDC之前发生的正时相对应，而在虚线上方的正时与在TDC之后发生的正时相对应。另外，阈值催化剂温度由虚线608表示并且与催化剂的起燃温度相对应。
在时间t0处，发动机关闭(曲线图601)。例如，尚未发生发动机起动。在发动机关闭并且未发生燃烧的情况下，催化剂温度(曲线图602)相对较低。例如，催化剂温度可大约等于环境温度。
在时间t1处，起动发动机(曲线图602)。由于催化剂温度(曲线图602)低于阈值催化剂温度(虚线608)，因此存在催化剂加热条件。响应于存在催化剂加热条件，在膨胀冲程期间，在压缩冲程的TDC之后的喷射正时将空气和燃料喷射到预燃室中(曲线图604)。可经由单个组合式喷射器(诸如图2的喷射器296)，或者经由单独的空气喷射器和燃料喷射器(诸如图1所示的空气喷射器94和燃料喷射器96)来喷射空气和燃料。由于在此正时气缸压力相对较低(例如，小于或等于阈值气缸压力，如上文相对于图3和图5所描述)，因此这种迟抽取喷射会将残余物和气缸气体推出预燃室。迟抽取喷射还使得能够在喷射空气和燃料之后致动预燃室火花塞(例如，图1和图2的火花塞92)(曲线图606)时进行有效点火，这也发生在膨胀冲程中。
在时间t1与时间t2之间，迟预燃室火花正时加速了催化剂加热，并且催化剂的温度升高(曲线图602)。另外，相对于阈值催化剂温度(虚线608)基于催化剂温度(曲线图602)而调整预燃室火花正时(曲线图606)，其中预燃室火花正时发生得更早(例如，更接近压缩冲程的TDC)，因为催化剂温度与阈值催化剂温度之间的差异减小。
在时间t2处，催化剂温度(曲线图602)达到阈值催化剂温度(虚线608)。作为响应，预燃室喷射正时(曲线图604)和预燃室火花正时(曲线图606)都被调整为在压缩冲程期间，在TDC之前发生，以有助于发动机扭矩产生。特别地，在催化剂温度在时间t2处达到阈值催化剂温度(虚线608)之后，基于扭矩需求(未示出)而不是基于催化剂温度(曲线图602)来调整预燃室火花正时(曲线图606)。当气缸压力相对较低(例如，小于阈值气缸压力，如上文相对于图3和图4所描述)时，发生预燃室喷射正时(曲线图604)，从而有效地将来自先前燃烧循环的残余气体以及从气缸推入的气体从预燃室中抽取出来。因此，预燃室点火在预燃室火花正时(曲线图606)处稳健地发生，在所示的示例中这恰好在TDC之前发生。
以此方式，即使在催化剂加热期间，也可操作预燃室来抽取残余气体并且产生用于预燃室点火的期望的AFR。通过在膨胀冲程期间恰好在迟定相点火正时之前将空气和燃料喷射到预燃室中，产生了湍流，所述湍流增加了随后点燃的空气和燃料的燃烧速率。因此，即使在高EGR稀释水平下，预燃室点火也可提供快速燃烧速率以实现稳健的气缸点火，从而提高车辆的燃料效率并且减少车辆排放。另外，可避免包括直接联接到气缸的额外火花塞，从而降低系统的成本。
响应于冷起动状况而调整将气体从预燃室抽取到气缸的正时以及预燃室中的火花正时两者的技术效果是预燃室提供稳健的气缸点火，同时减少冷起动排放。
在一个示例中，一种方法包括：响应于期望的火花正时是在发动机气缸的压缩冲程的上止点之后，在所述发动机气缸的膨胀冲程期间将燃料和空气喷射到所述发动机气缸的预燃室中；以及响应于所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，在所述发动机气缸的所述压缩冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。在所述方法的第一示例中，所述方法还包括：响应于所述期望的火花正时是在所述发动机气缸的所述压缩冲程的上止点之后，在将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中之后，在所述膨胀冲程期间致动所述预燃室的火花塞；以及响应于所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，在将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中之后，在所述压缩冲程期间致动所述预燃室的所述火花塞。在任选地包括所述第一示例的所述方法的第二示例中，在催化剂的温度小于阈值温度时，所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之后，并且在所述催化剂的所述温度大于或等于所述阈值温度时，所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，并且其中致动所述预燃室的所述火花塞包括在所述期望的火花正时致动所述预燃室的所述火花塞。在任选地包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或两者的所述方法的第三示例中，在所述催化剂的所述温度小于所述阈值温度时，基于所述催化剂的所述温度而确定所述期望的火花正时，并且在所述催化剂的所述温度大于或等于所述阈值温度时，基于所述发动机气缸的期望的扭矩输出，而不是基于所述催化剂的所述温度而确定所述期望的火花正时。在任选地包括所述第一示例至所述第三示例中的任一者或全部的所述方法的第四示例中，所述预燃室包括单个喷射器，并且在所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中包括在所述发动机气缸中的压力在所述膨胀冲程期间降低到阈值压力之后致动所述单个喷射器。在任选地包括所述第一示例至所述第四示例中的任一者或全部的所述方法的第五示例中，所述燃料和所述空气作为混合物被输送到所述单个喷射器，并且致动所述单个喷射器喷射所述混合物。在任选地包括所述第一示例至所述第五示例中的任一者或全部的所述方法的第六示例中，所述单个喷射器是空气辅助燃料喷射器。在任选地包括所述第一示例至所述第六示例中的任一者或全部的所述方法的第七示例中，在所述发动机气缸的所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中包括在所述膨胀冲程期间在不早于上止点之后的20度处将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。在任选地包括所述第一示例至所述第七示例中的任一者或全部的所述方法的第八示例中，所述预燃室包括燃料喷射器和空气喷射器，并且在所述发动机气缸的所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中包括在所述发动机气缸中的压力在所述膨胀冲程期间降低到阈值之后致动所述燃料喷射器和所述空气喷射器两者。
作为另一个示例，一种方法包括：在发动机的冷起动期间：在气缸的膨胀冲程期间对联接到所述发动机的所述气缸的预燃室进行抽取；以及在所述气缸的所述膨胀冲程期间，在所述抽取之后，在基于联接到所述发动机的排放控制装置的温度而确定的第一火花正时致动所述预燃室的火花塞。在所述方法的第一示例中，在所述排放控制装置的所述温度与所述排放控制装置的起燃温度之间的差异增加时，进一步延迟所述第一火花正时，并且在所述差异减小时，较少地延迟所述第一火花正时。在任选地包括所述第一示例的所述方法的第二示例中，在所述气缸的所述膨胀冲程期间对联接到所述气缸的所述预燃室进行抽取包括在所述气缸的所述膨胀冲程期间在基于所述气缸中的压力而确定的某一正时将空气和燃料喷射到所述预燃室中。在任选地包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或两者的所述方法的第三示例中，至少基于所述气缸中的活塞位置而测量或推断所述气缸中的所述压力，并且所述气缸中的所述压力小于或等于所述正时的阈值压力。在任选地包括所述第一示例至第三示例中的任一者或全部的所述方法的第四示例中，将所述空气和所述燃料喷射到所述预燃室中包括经由联接到所述预燃室的单个喷射器将所述空气和所述燃料喷射到所述预燃室中。在任选地包括所述第一示例至所述第四示例中的任一者或全部的所述方法的第五示例中，当所述排放控制装置的所述温度小于阈值温度时，存在所述发动机的所述冷起动，并且所述方法还包括：响应于所述排放控制装置的所述温度达到所述阈值温度：在所述气缸的压缩冲程期间对所述预燃室进行抽取，并且在所述气缸的所述压缩冲程期间，在所述抽取之后，在基于期望的扭矩输出而确定的第二火花正时致动所述预燃室的所述火花塞。
作为又一个示例，一种系统包括：发动机，所述发动机包括多个气缸，每个气缸包括预燃室点火系统的预燃室，所述预燃室经由孔口流体地联接到对应的气缸；以及控制器，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致使所述控制器：当存在排放控制装置加热条件时，在所述对应的气缸的膨胀冲程期间将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸；以及当不存在所述排放控制装置加热条件时，在所述对应的气缸的压缩冲程期间将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸；并且在从所述预燃室抽取所述气体之后在所述预燃室中引发燃烧。在所述系统的第一示例中，每个预燃室包括联接到其上的火花塞，并且其中为了在从所述预燃室抽取所述气体之后在所述预燃室中引发燃烧，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：确定期望的点火正时，并且在所述期望的点火正时致动所述火花塞。在任选地包括所述第一示例的所述系统的第二示例中，所述系统还包括排放控制装置，所述排放控制装置联接在所述发动机的排气系统中，所述排放控制装置加热条件与所述排放控制装置的温度小于阈值温度相对应，并且为了确定所述期望的点火正时，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：当存在所述排放控制装置加热条件时，基于所述排放控制装置的所述温度而确定所述期望的点火正时；以及当不存在所述排放控制装置加热条件时，基于所述发动机的期望的扭矩输出而确定所述期望的点火正时。在任选地包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或两者的所述系统的第三示例中，每个预燃室包括联接到其上的空气喷射器和燃料喷射器，并且为了将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：在第一正时经由所述空气喷射器将空气喷射到所述预燃室中并且在第二正时经由所述燃料喷射器将燃料喷射到所述预燃室中，其中与不存在所述排放控制装置加热条件时相比较，当存在所述排放控制装置加热条件时，所述第一正时与所述期望的点火正时之间的持续时间更短。在任选地包括所述第一示例至第三示例中的任一者或全部的所述系统的第四示例中，每个预燃室包括联接到其上的喷射器，并且为了将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：当所述对应的气缸中的压力小于阈值时，经由所述喷射器将空气和燃料喷射到所述预燃室中。
在另一种表示中，一种方法包括：基于期望的点火正时而调整联接到发动机气缸的预燃室的抽取正时。在前述示例中，另外地或任选地，基于所述期望的点火正时而调整所述预燃室的所述抽取正时包括与所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的压缩冲程内时相比较，当所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的膨胀冲程内时，不同地调整所述抽取正时。在前述示例中的一者或两者中，另外地或任选地，与所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的所述压缩冲程内时相比较，当所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的所述膨胀冲程内时，不同地调整所述抽取正时包括：与所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的所述膨胀冲程内时相比较，当所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的所述压缩冲程内时，将所述抽取正时设定为进一步早于所述期望的点火正时。在任何或所有前述示例中，当存在冷起动状况时，所述期望的点火正时是在所述发动机气缸的所述膨胀冲程内。在任何或所有前述示例中，所述方法另外地或任选地还包括：在所述抽取正时将空气和燃料喷射到所述预燃室中。
应当注意，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。本文描述的具体程序可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、多线程等)中的一者或多者。因此，所示的各种措施、操作和/或功能可按所示的顺序执行、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所描述的示例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，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制性含义，因为众多变化是可能的。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。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和非显而易见的组合和子组合。
如本文所使用，除非另有指定，否则术语“大约”被解释为表示所述范围的±5％。
所附权利要求特别指出被视为新颖的且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应当被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。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
响应于期望的火花正时是在发动机气缸的压缩冲程的上止点之后，在所述发动机气缸的膨胀冲程期间将燃料和空气喷射到所述发动机气缸的预燃室中；以及
响应于所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，在所述发动机气缸的所述压缩冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
响应于所述期望的火花正时是在所述发动机气缸的所述压缩冲程的上止点之后，在将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中之后，在所述膨胀冲程期间致动所述预燃室的火花塞；以及
响应于所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，在将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中之后，在所述压缩冲程期间致动所述预燃室的所述火花塞。
3.如权利要求2所述的方法，其中在催化剂的温度小于阈值温度时，所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之后，并且在所述催化剂的所述温度大于或等于所述阈值温度时，所述期望的火花正时是在所述压缩冲程的上止点之前，并且其中致动所述预燃室的所述火花塞包括在所述期望的火花正时致动所述预燃室的所述火花塞。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述催化剂的所述温度小于所述阈值温度时，基于所述催化剂的所述温度而确定所述期望的火花正时，并且在所述催化剂的所述温度大于或等于所述阈值温度时，基于所述发动机气缸的期望的扭矩输出，而不是基于所述催化剂的所述温度而确定所述期望的火花正时。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述预燃室包括单个喷射器，并且在所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中包括在所述发动机气缸中的压力在所述膨胀冲程期间降低到阈值压力之后致动所述单个喷射器。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述燃料和所述空气作为混合物被输送到所述单个喷射器，并且致动所述单个喷射器喷射所述混合物。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述单个喷射器是空气辅助燃料喷射器。
8.如权利要求1所述的方法，其中在所述发动机气缸的所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中包括在所述膨胀冲程期间在不早于上止点之后的20度处将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述预燃室包括燃料喷射器和空气喷射器，并且在所述发动机气缸的所述膨胀冲程期间将所述燃料和所述空气喷射到所述预燃室中包括在所述发动机气缸中的压力在所述膨胀冲程期间降低到阈值之后致动所述燃料喷射器和所述空气喷射器两者。
10.如权利要求9所述的方法，其中在所述发动机气缸中的所述压力在所述膨胀冲程期间降低到所述阈值之后致动所述燃料喷射器和所述空气喷射器两者包括在所述膨胀冲程期间在相同的曲柄转角处致动所述燃料喷射器和所述空气喷射器两者。
11.一种系统，其包括：
发动机，所述发动机包括多个气缸，每个气缸包括预燃室点火系统的预燃室，所述预燃室经由孔口流体地联接到对应的气缸；以及
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致使所述控制器：
当存在排放控制装置加热条件时，在所述对应的气缸的膨胀冲程期间将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸；以及当不存在所述排放控制装置加热条件时，在所述对应的气缸的压缩冲程期间将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸；以及
在从所述预燃室抽取所述气体之后在所述预燃室中引发燃烧。
12.如权利要求11所述的系统，其中每个预燃室包括联接到其上的火花塞，并且其中为了在从所述预燃室抽取所述气体之后在所述预燃室中引发燃烧，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：
确定期望的点火正时；以及
在所述期望的点火正时致动所述火花塞。
13.如权利要求12所述的系统，其还包括排放控制装置，所述排放控制装置联接在所述发动机的排气系统中，所述排放控制装置加热条件与所述排放控制装置的温度小于阈值温度相对应，并且其中为了确定所述期望的点火正时，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：
当存在所述排放控制装置加热条件时，基于所述排放控制装置的所述温度而确定所述期望的点火正时；以及
当不存在所述排放控制装置加热条件时，基于所述发动机的期望的扭矩输出而确定所述期望的点火正时。
14.如权利要求12所述的系统，其中每个预燃室包括联接到其上的空气喷射器和燃料喷射器，并且为了将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：
在第一正时经由所述空气喷射器将空气喷射到所述预燃室中并且在第二正时经由所述燃料喷射器将燃料喷射到所述预燃室中，其中与不存在所述排放控制装置加热条件时相比较，当存在所述排放控制装置加热条件时，所述第一正时与所述期望的点火正时之间的持续时间更短。
15.如权利要求11所述的系统，其中每个预燃室包括联接到其上的喷射器，并且为了将气体从所述预燃室抽取到所述对应的气缸，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时致使所述控制器：
当所述对应的气缸中的压力小于阈值时，经由所述喷射器将空气和燃料喷射到所述预燃室中。
CN202210027079.1A 2021-01-11 2022-01-11 用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统 Pending CN114763771A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/146,045 US11248551B1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Methods and systems for pre-chamber operation during catalyst heating
US17/146,045 2021-01-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114763771A true CN114763771A (zh) 2022-07-19

Family

ID=80249432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210027079.1A Pending CN114763771A (zh) 2021-01-11 2022-01-11 用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11248551B1 (zh)
CN (1) CN114763771A (zh)
DE (1) DE102022100423A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240018931A1 (en) * 2022-07-12 2024-01-18 Prometheus Applied Technologies, Llc Predictive Model-Based Spark Control

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6951211B2 (en) * 1996-07-17 2005-10-04 Bryant Clyde C Cold air super-charged internal combustion engine, working cycle and method
US6279550B1 (en) * 1996-07-17 2001-08-28 Clyde C. Bryant Internal combustion engine
US10337397B2 (en) * 2017-06-14 2019-07-02 Ford Global Technologies, Llc Pre-chamber ignition system
GB201820560D0 (en) 2018-12-17 2019-01-30 Aston Martin Lagonda Ltd Assemblies for engines
US10989129B1 (en) * 2019-12-18 2021-04-27 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for adjusting fueling in a cylinder with a pre-chamber
US11118497B2 (en) * 2020-02-12 2021-09-14 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for fouling reduction in a pre-chamber
US11255284B2 (en) * 2020-02-26 2022-02-22 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for catalyst heating during cold-start with an active pre-chamber

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022100423A1 (de) 2022-07-14
US11248551B1 (en) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11060443B1 (en) Systems and methods for increasing oxygen levels in an active pre-chamber
US11346318B2 (en) Systems and methods for ignition coil multiplexing in a prechamber system
US11255284B2 (en) Systems and methods for catalyst heating during cold-start with an active pre-chamber
US11156198B1 (en) Systems and methods for ignition coil multiplexing in a pre-chamber system
US11085402B1 (en) Methods and systems for operating an adjustable pre-chamber
US11365685B2 (en) Methods and systems for a series gap igniter with a passive prechamber
US11306674B2 (en) Systems and methods for adjusting fueling in a cylinder with a pre-chamber
US11230963B2 (en) Systems and methods for exhaust gas recirculation with a prechamber
US8656881B2 (en) Direct injection event-based engine starting
US11118497B2 (en) Systems and methods for fouling reduction in a pre-chamber
US11280278B2 (en) Methods and systems for a series gap igniter with a passive pre-chamber
US11255240B1 (en) Systems and methods for a combined pre-chamber and thermactor air system
US11066980B1 (en) Methods and systems for a variable volume pre-chamber igniter
US11352968B1 (en) Methods and systems for reducing catalyst cooling during fuel cut via pre-chamber ignition system
CN114763771A (zh) 用于在催化剂加热期间进行预燃室操作的方法和系统
US10550783B2 (en) Method and system for engine cold-start
US20230417173A1 (en) Methods and systems for prechamber

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination