CN115111045A - 用于预燃室的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供"用于预燃室的方法和系统"。提供了用于预燃室的方法和系统。在一个示例中，一种系统包括成角度地布置在预燃室壁中的多个开口。所述多个开口被取向成沿顺时针或逆时针方向接收和排出流体。

Description

用于预燃室的方法和系统

技术领域

本说明书总体上涉及发动机的预燃室。

背景技术

发动机过去利用预燃室燃烧来提高燃烧效率并相应地减少排放。预燃室燃烧系统可以包括位于主燃烧室上方或内部的辅助预燃室，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。

在一些预燃室中，可能由于来自前一燃烧循环的残余气体存在于预燃室的内部容积中而出现问题。残余气体可能会阻止空气/燃料混合物从燃烧室内流入预燃室，并且因此可能不会暴露于布置在其中的点火装置。解决这个问题的一种方法是包括辅助空气泵，所述辅助空气泵被配置为在燃烧之前清除残余气体。

然而，发明人已经识别出上文描述的方法的一些问题。例如，辅助空气泵增加了预燃室的包装尺寸，同时还进一步使预燃室的程序复杂化。另外，与未燃尽的燃料相关联的冷起动排放可能不会减少。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以通过一种用于预燃室的系统来解决，所述预燃室包括延伸穿过预燃室壁的多个开口，其中所述多个开口中的每一个的长度大于所述预燃室壁的厚度。以这种方式，修改预燃室的特征以从预燃室的内部容积中去除残余气体。

作为一个示例，控制器可以包括存储器上的指令，所述指令在被执行时使得控制器能够在预燃室中可能存在残余气体的状况期间调整进气门操作。可以调整进气门操作以在主燃烧室内产生旋流。旋流的方向可以类似于多个开口的取向。进气可以进入预燃室的内部容积，并且通过预燃室的中心开口从其中吹扫残余气体到主燃烧室中。通过这样做，可以增强燃烧条件并且可以减少排放。

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。其并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，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施方式。

附图说明

图1示出了混合动力车辆中包括的发动机的示意图。

图2A示出了布置在发动机的主燃烧室中的预燃室的第一横截面视图。

图2B示出了第二横截面视图，其示出了预燃室的多个开口。

图3A、图3B和图3C分别示出了在进气冲程、膨胀冲程和排气冲程期间通过预燃室的示例性流体流动。

图4示出了用于调整进气门操作的方法。

图5以图形方式示出了预示性发动机操作序列，其示出了在燃烧循环期间对一个或多个发动机操作参数的调整。

具体实施方式

以下描述涉及用于预燃室的系统和方法。预燃室可以布置在发动机的燃烧室中，如图1的示例所示。预燃室的详细横截面视图在图2A和图2B中示出。

在进气冲程、膨胀冲程和排气冲程期间进出预燃室的示例性流动分别在图3A、图3B和图3C中示出。用于操作进气门的方法在图4中示出。图4的方法的图形说明在图5中示出。

图1、图2A、图2B、图3A、图3B和图3C示出了示例性配置与各种部件的相对定位。至少在一个示例中，如果被示出为直接彼此接触或直接联接，则此类元件可以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，呈彼此共面接触搁置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，仅在其间具有空间并且没有其他部件的彼此相隔定位的元件可以被称作如此。作为又一个示例，被示出为在彼此的上方/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，如图中所示，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的，并用于描述图的元件相对于彼此的定位。为此，在一个示例中，被示出为在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件的上方。作为又一个示例，附图内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，被示出为彼此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，被示出为在另一元件内或被示出为在另一元件外部的元件可以被称为如此。应理解，称为“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％-5％的偏差内)而彼此不同。

图1描绘车辆的发动机系统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20，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定位在所述气缸壁中并连接到曲轴40。气缸孔20可以被限定为由气缸壁32包围的体积。气缸盖16可以联接到气缸体14，以包围气缸孔20。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。特别地，燃烧室30可以是包括在活塞36的顶部表面17与气缸盖16的火力面19之间的体积。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个或多个可由机电控制的阀线圈和电枢总成来操作。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确定。因此，当气门152和154关闭时，燃烧室30和气缸孔20可以流体密封，使得气体不可以进入或离开燃烧室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。

预燃室18位于燃烧室30的气缸盖16内。具体地，预燃室18布置在气缸盖16内，并且可以容纳点火装置92和喷射器66中的每一者。在这样的示例中，预燃室18可以是主动预燃室。另外或替代地，喷射器66可以被定位成直接喷射到燃烧室30中或喷射到对应于进气门152的进气道中。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，预燃室18也可以被配置为被动预燃室。预燃室18可以延伸到燃烧室30中并经由布置在预燃室18的主体中的多个开口流体地联接到所述燃烧室。

因此，气缸壁32、活塞36和气缸盖16可以形成燃烧室30，其中活塞36的顶部表面17用作燃烧室30的底壁，而气缸盖16的相对表面或火力面19形成燃烧室30的顶壁。因此，燃烧室30可以是包括在活塞36的顶部表面17、气缸壁32和气缸盖16的火力面19内的体积。

燃料喷射器66可以被定位成将燃料直接喷射到预燃室18的内部容积中。燃料喷射器66与来自控制器12的FPW的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)递送到燃料喷射器66。从驱动器68向燃料喷射器66供应操作电流，所述驱动器对控制器12作出响应。在一些示例中，发动机10可以是柴油发动机，并且燃料箱可以包括柴油燃料，柴油燃料可以由喷射器66喷射到预燃室18中。然而，在图1的示例中，发动机10是汽油发动机，其中点火装置92邻近燃料喷射器66布置在预燃室18内。

进气歧管144被示出为与任选的电子节气门62连通，所述电子节气门调整节流板64的位置以控制到发动机气缸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。在又一些另外的示例中，可以省略节气门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被汲取到燃烧室30中，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，当压缩机再循环阀部分打开时，废气门可以朝向关闭位置移动以保持期望的增压压力。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。在替代性示例中，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的上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。排放控制装置70可以是催化转化器，并且这样在本文中也可以称为催化转化器70。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，催化转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用各自具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，催化转化器70可为三元型催化剂。虽然所描绘的示例示出了涡轮164上游的UEGO传感器126，但是应当理解，在替代实施例中，UEGO传感器126可以在排气歧管中定位在涡轮164的下游和催化转化器70的上游。

在燃烧循环期间，发动机10内的每个气缸可以经历四冲程循环，所述循环包括：进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在进气冲程和做功冲程期间，活塞36远离气缸盖16朝向气缸的底部移动，从而增加了活塞36的顶部与火力面19之间的体积。活塞36靠近气缸的底部并且处于其进气冲程和/或做功冲程结束时(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。相反，在压缩冲程和排气冲程期间，活塞36远离BDC朝向气缸的顶部(例如，火力面19)移动，从而减小活塞36的顶部与火力面19之间的体积。活塞36靠近气缸的顶部并且处于其压缩冲程和/或排气冲程结束时(例如，当燃烧室30处于其最小体积时)的位置通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。因此，在进气冲程和做功冲程期间，活塞36从TDC移动到BDC，并且在压缩冲程和排气冲程期间，活塞36从BDC移动到TDC。

此外，在进气冲程期间，通常，排气门154关闭并且进气门152打开以允许进气进入燃烧室30中。在一些状况期间可以调整进气门操作。在一些示例中，进气门152可以是一个或多个进气门，其中可以调整进气门的打开时间以改变进入燃烧室30的进气流量。在压缩冲程期间，气门152和154都可以保持关闭，因为活塞36压缩在进气冲程期间进入的气体混合物。在压缩冲程期间，由于活塞36在其朝向预燃室18行进时产生的正压力，燃烧室30中的气体可以被推入预燃室18中。

当活塞36在压缩冲程和/或做功冲程期间靠近TDC或处于TDC时，燃料由喷射器66喷射。在随后的做功冲程期间，气门152和154保持关闭，同时膨胀和燃烧的燃料和空气混合物将活塞36推向BDC。在一些示例中，在压缩冲程期间，燃料可以在活塞36到达TDC之前进行喷射。然而，在其他示例中，燃料可以在活塞36到达TDC时进行喷射。在又一些另外的示例中，燃料可以在活塞36到达TDC并且在做功冲程期间开始朝向BDC往回移动之后进行喷射。在又一些另外的示例中，燃料可以在压缩冲程和做功冲程期间进行喷射。

燃料可以在一段持续时间内进行喷射。根据一个或多个线性或非线性方程，可以经由脉冲宽度调制(PWM)改变喷射的燃料量和/或喷射燃料的持续时间。此外，喷射器66可以包括多个喷射孔口，并且从每个孔口喷射出的燃料量可以根据需要改变。

在排气冲程期间，排气门154可以打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管148，并且活塞36返回到TDC。排气可以继续经由排气通道180从排气歧管148流动到涡轮164。

排气门154和进气门152都可以在相应的关闭的第一位置与打开的第二位置之间调整。此外，气门154和152的位置可以调整到它们相应的第一位置与第二位置之间的任何位置。在进气门152的关闭的第一位置中，空气和/或空气-燃料混合物不在进气歧管144与燃烧室30之间流动。在进气门152的打开的第二位置中，空气和/或空气-燃料混合物在进气歧管144与燃烧室30之间流动。在排气门154的关闭的第二位置中，空气和/或空气-燃料混合物不在燃烧室与排气歧管148之间流动。然而，当排气门154处于打开的第二位置时，空气和/或空气-燃料混合物可以在燃烧室与排气歧管148之间流动。

应注意，上述气门打开和关闭计划表仅作为示例描述，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。

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；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。也可以感测大气压力(传感器未示出)以供控制器12处理。在本说明书的一方面，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可以是具有可用于一个或多个车轮59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。

在一些示例中，另外或替代地，可以省略涡轮164，并且压缩机162可以被配置为经由电池61驱动的机械增压器。因此，压缩机162可以在不产生排气的状况期间被激活。

现在转向图2A和图2B，它们分别示出了主燃烧室202的预燃室204的第一横截面视图210和第二横截面视图250。主燃烧室202可以类似于图1的燃烧室30使用。因此，主燃烧室202可以包括在图1的发动机10中。图2A的轴系统包括平行于水平方向的x轴和平行于竖直方向的y轴。图2B的轴系统包括x轴和平行于横向方向且垂直于x轴的z轴。重力方向可以平行于图2A的y轴。

预燃室204可以布置在气缸盖区域201中的每一者中并且在主燃烧室202的内部容积内。如图所示，点火装置292可以布置在气缸盖内的预燃室204的一部分中。预燃室204可以布置在进气门与排气门之间。

预燃室204还可以包括多个开口214。多个开口214可以将预燃室204的内部容积218流体地联接到燃烧室202。中心开口228可以沿着中心轴线290布置，其中中心开口228还可以将内部容积218流体地联接到燃烧室30。预燃室壁212可以将内部容积218与燃烧室202流体地分开。以这种方式，多个开口214和中心开口228可以是流体可以从中流过的预燃室18的仅有的入口和出口。

多个开口214的形状和尺寸可以是相同的。在一些示例中，多个开口214可以沿着预燃室204的圆周均匀地分布，以促进火焰射流或燃烧的空气-燃料混合物的均匀分布。另外或替代地，多个开口214可以不均匀地布置，其中多个开口214中的更大密度的开口可以沿着预燃室204的某些区域布置。例如，多个开口214可以被布置成使得较少的开口面向进气门和/或排气门并且较多的开口面向燃烧室202在进气门和排气门之间的区域。

多个开口214可以是布置在预燃室壁212中的切口。多个开口214可以相对于预燃室壁212相切，使得其横截面流通区域与预燃室壁212的内表面和外表面相切。多个开口214中的每个开口可以经由预燃室壁212的区段分开。通过这样做，多个开口214中的每个开口可以与多个开口214中的相邻开口或任何其他开口流体地分开。

多个开口214可以以一定角度成形，使得进气可以被引导朝向邻近气缸盖201的预燃室204的上部区域，以促进在进气冲程期间将残余气体清除出预燃室204。在一个示例中，另外或替代地，多个开口214可以垂直于中心轴线234成形，使得穿过多个开口214的流动也可以垂直于中心轴线234。在一个示例中，另外或替代地，多个开口214可以成角度，使得排气可以在膨胀冲程和/或排气冲程期间朝向活塞并远离进气门和排气门被引导出预燃室204，这可能会增加燃烧室30的下部容积中的湍流，以促进排气的混合和清除。多个开口214可以在其整个长度上包括均匀的区域，从而促进流入和流出预燃室18。在一些示例中，另外或替代地，多个开口214可以包括沿着其长度的收缩部。收缩部可以沿着多个开口214的长度的中间布置，或者它可以朝向燃烧室30或内部容积218中的一者偏置。

多个开口214可以从预燃室壁212的内表面延伸到预燃室壁212的外表面。内表面可以面向预燃室204的内部容积218，并且外表面可以面向主燃烧室202。多个开口214可以在与预燃室壁212的厚度成角度的方向上延伸。如图2B所示，多个开口214可以包括大于预燃室壁212的厚度的长度。在一个示例中，多个开口214可以响应于活塞的位置而允许流体在向心方向和离心方向上流动。多个开口214的流通区域可以与预燃室壁212相切地取向。

多个开口214可以被成形为使得可以形成角α，如图2A所描绘的，其表示多个开口214与中心轴线290形成的角度。中心轴线290也是燃烧室202中的活塞可以沿着其振荡的轴线。在一个示例中，角α可以是钝角。此外，多个开口214可以被成形为使得可以形成角β，如图2B所示，其表示多个开口214与预燃室204的水平直径形成的角度。如第二横截面视图250所示，预燃室204具有径向对称性，使得可以使用等效代表性直径来在第二横截面视图250的旋转变化中示出开口214中的任一个的角β。在一个示例中，角β可以是锐角。应当理解，角β和共用顶点的相对角是全等的，因为它们是对顶角。

中心开口228可以位于预燃室204的底部部分处，使得多个开口214定位在中心开口228上方。更具体地，中心开口228可以布置在预燃室204的最靠近活塞(例如，图1的活塞36)的最低部分中。因此，多个开口214可以沿着预燃室204布置在比中心开口228更靠近气缸盖201的位置中。中心开口228可以是单个开口。在一个示例中，另外或替代地，中心开口228可以是沿着预燃室204的底部部分分布的多个开口。中心开口228可以包括第一部分222和第二部分224。第一部分222可以包括直径在朝向第二部分224的方向上减小的流通区域。在一个示例中，第一部分222包括漏斗形状或圆锥形状，其可以使流体加速流过第一部分222到第二部分224。在一个示例中，第一部分222的流通区域以线性速率减小。在一个示例中，另外或替代地，第一部分222的流通区域以对数速率减小。在又一个示例中，第一部分222的流通区域以指数速率减小。

第二部分224可以包括相对于第一部分222的流通区域较小的流通区域。通过第二部分224的流体流可以相对于第一部分222中的流体流加速。在一个示例中，第二部分224的形状可以迫使流体沿中心轴线290仅在单个方向上流过第二部分224到达主燃烧室202。因此，主燃烧室202中的燃烧混合物可以不经由中心开口228进入预燃室204的内部容积218。中心开口228的形状可以促进从预燃室204内部向外部到燃烧室202的流动236，从而促进在燃烧事件之间排出残余气体。通过这样做，可以从预燃室204的内部容积中清除其中的残余气体。在一个示例中，残余气体可以在进气冲程期间经由中心开口228离开预燃室18，如下所述。

喷射器232可以被定位成将燃料直接喷射到燃烧室202。由喷射器232提供的燃料喷射可以与燃烧室202中的流体组合，所述流体可以经由多个开口214被迫使进入预燃室204的内部容积以经由点火装置92提供的火花点燃。在一个示例中，点火装置92是火花塞。在另一个示例中，点火装置92可以是电热塞。然后，燃烧的混合物可以流入燃烧室202并在其中传播。

现在转向图3A、图3B和图3C，它们分别示出了预燃室系统200的实施例300、330和350。

图3A的实施例300示出了进气冲程期间的第一流312和第二流314。在进气冲程期间，燃烧室306中的活塞可以向下移动，从而产生可以将空气和/或空气-燃料混合物抽吸到燃烧室306的部分真空。混合物可以包括来自大气的空气和来自喷射器302的燃料。混合物可以经由进气门152进入燃烧室306。进气门152可以包括第一进气门320和第二进气门322。

响应于预燃室304中存在残余气体的可能性大于阈值可能性，可以在进气冲程期间修改进气门152的操作。在一个示例中，预燃室304与图2A和图2B的预燃室204相同，不同之处在于预燃室304没有喷射器。可以调整进气门152的操作，使得进气混合物被迫使沿着燃烧室306的单个半球进入燃烧室306。这可以向进气混合物施加旋流，使得进气混合物可以沿顺时针或逆时针方向流动。在一个示例中，通过在进气冲程的第一部分期间仅打开第二进气门322来产生第一流312。通过这样做，第一流312可以是逆时针的，这可以允许进气混合物更容易地进入预燃室304，如经由第二流314所示。

在一个示例中，如果多个开口214以相反的取向布置，使得顺时针旋流可以更直接地流过其中，则可以调整进气门操作以在第二进气门322之前打开第一进气门320。

在图3A的示例中，第一进气门320可以在进气冲程的整个第一部分内保持关闭。在一个示例中，第一部分可以是动态值，其中第一部分的持续时间可以与预燃室中存在残余气体的可能性成比例。作为一个示例，第一部分的持续时间可以响应于预燃室中存在残余气体的可能性增加而增加。一旦第一部分已经过去，就可以打开第一进气门320，使得第一进气门320和第二进气门322中的每一者打开并允许进气混合物进入燃烧室306。

图3A的示例示出了经由调整进气门操作来产生第一流312的方向的情况。然而，在一些示例中，旋流发生器可以布置在进气道中。旋流发生器可以被激活(例如，突出到进气道中)并向进气混合物施加旋流。

图3B的实施例330示出了膨胀冲程期间的流332。与图3A的第一流312和第二流314相反，流332可以沿顺时针方向流动。流332可以沿径向向外方向流动。在一个示例中，由于多个开口214相对于活塞振荡所沿着的轴线的角度，流332可以在向下方向上朝向活塞流动。通过这样做，在膨胀冲程期间，点燃的空气-燃料混合物可以膨胀并向下推动燃烧室30中的活塞。第一进气门320、第二进气门322、第一排气门324和第二排气门326可以在整个膨胀冲程期间处于完全关闭状态。

更具体地，在压缩冲程与膨胀冲程之间的过渡期间，预燃室304中的点火装置可以在其中点燃TDC附近的空气/燃料混合物。可以点燃空气/燃料混合物，这可以导致火焰射流从多个开口214和中心开口(例如，图2A的中心开口228)排出。多个开口214和中心开口的形状可以促进燃烧室306内的压缩空气/燃料混合物的点火。如上所述，多个开口214可以向下成角度，并且将火焰射流引导到活塞的径向外部。通过这样做，可以燃烧更大部分的压缩空气/燃料混合物，从而导致减少的排放和增加的功率输出。

图3C的实施例350示出了排气冲程期间的流352。类似于膨胀冲程期间的流332，流352可以沿顺时针方向流动。在排气冲程期间，燃烧室30中的活塞向上移动，并且在膨胀冲程期间产生的燃烧气体可以经由移动到打开位置的第一排气门324和第二排气门326流出燃烧室30。第一排气门324和第二排气门326可以在排气冲程中进入完全打开状态。

燃烧室30中的顺时针流352可以是图3B的流332的延续。在排气冲程期间，多个开口以及预燃室18的底部中心开口的形状和定位可以减少流352中的流体进入预燃室18的量。这可能是由于顺时针流动与多个开口214的取向不匹配。通过这样做，在随后的进气冲程期间，在预燃室304中几乎没有残余气体。

预燃室18的多个开口可以是镜像的，使得流也可以在燃烧循环期间被镜像。在一个示例中，第一进气门320和第二进气门322的开度曲线可以通过在第二进气门322之前打开第一进气门320来促进顺时针流动。在一个示例中，预燃室18中的镜像开口可以分别在膨胀冲程和排气冲程期间促进流332和流352的逆时针流动。

现在转向图4，其示出了用于基于预燃室中存在的残余气体来调整进气门操作的方法400。可以由控制器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(诸如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来执行用于执行方法400的指令。根据下文描述的方法，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。

方法400开始于401，其包括确定发动机是否正在燃烧。如果发动机被加燃料并接收火花，则发动机可能正在燃烧。

如果发动机没有正在燃烧，则方法400可以前进到402，其包括不对发动机加燃料。可以不调整进气门操作。

如果发动机正在燃烧，则方法400可以前进到403，其包括确定燃烧室中存在残余气体的可能性是否大于阈值可能性。阈值可能性可以基于排气质量流量、火花正时、喷射正时等中的一者或多者。例如，如果排气质量流量低于预期的排气质量流量，则预燃室中存在残余气体的可能性可能增加。可以经由排气传感器(诸如图1的排气传感器126)来感测排气质量流量，并且所述预期排气质量流量可以基于在燃烧循环期间提供的进气混合物和燃料的量。作为另一个示例，如果火花正时或喷射正时提前，则存在残余气体的可能性可能增加。

如果燃烧室中存在残余气体的可能性不大于阈值可能性(例如，小于或等于阈值可能性)，则方法400可以前进到404，其包括保持当前操作参数。可以不基于发动机燃烧期间的残余气体来调整进气门操作。

如果燃烧室中存在残余气体的可能性大于阈值可能性，则方法400可以前进到406，其包括确定是否正在发生进气冲程。当曲柄转角在0°与180°之间时，可能发生进气冲程，其中曲柄转角可以基于来自图1的霍尔效应传感器118的反馈。

如果未发生进气冲程，则方法400可以前进到407，其包括保持进气门关闭。可能发生除进气冲程之外的冲程，在这种情况下，可能期望保持进气门关闭以阻止燃烧混合物离开燃烧室并进入进气系统。

如果正在发生进气冲程，则方法400可以前进到408，其包括打开第二进气门。

方法400可以前进到410，其包括保持第一进气门关闭。通过这样做，进气混合物可以仅经由第二进气门流入燃烧室，这可以在燃烧室内产生旋流模式。所述旋流模式可以与燃烧室的预燃室的多个开口的取向匹配，使得进气混合物可以流过多个开口并进入预燃室的内部容积。

方法400可以前进到412，其包括确定活塞位置是否超过阈值位置。阈值位置可以基于存在残余气体的可能性。例如，随着可能性增加，对存在的残余气体的量的估计也可能增加，这可能导致阈值位置被调整以增加第一进气门关闭的持续时间。

如果活塞位置未超过阈值位置，则方法400可以前进到414，其包括继续监测活塞位置并保持第一进气门关闭。

如果活塞位置超过阈值位置，则方法400可以前进到416，其包括打开第一进气门。以这种方式，第一进气门和第二进气门中的每一者可以完全打开，并且进气混合物可以在其中流过。

现在转向图5，其示出了以图形方式示出经由图4的方法400执行的发动机循环的曲线图500。曲线图510示出了活塞位置。曲线图520示出了第一进气门位置。曲线图530示出了第二进气门位置。曲线图540示出了燃烧室内的流体流动方向。时间被沿着横坐标绘制并且从图的左侧到右侧增加。

在t1之前，进气冲程正在发生。活塞在TDC处开始进气冲程并且随着进气冲程的进行而朝向BDC移动(曲线图510)。在进气冲程期间，将第一进气门和第二进气门移动到打开位置(分别为曲线图520和530)。在图5的示例中，第二进气门在第一进气门之前打开，从而导致逆时针方向的流体流动。一旦建立了逆时针方向的流体流动，第一进气门就在进气冲程中晚一些打开。

在t1处，活塞位置等于BDC位置，指示进气冲程与压缩冲程之间的转变。在t1与t2之间，发生压缩冲程。活塞在BDC处开始压缩冲程，并且随着压缩冲程进行朝向TDC移动。在压缩冲程开始时，将第一进气门和第二进气门致动到完全关闭位置。在进气冲程期间产生的逆时针流体流动可以在压缩冲程期间保持。因此，流体可以经由多个开口继续流入预燃室，这可以促进从其中排出残余气体。

在时间t2处，活塞移动到TDC，指示压缩冲程与做功冲程之间的转变。在t2与t3之间，发生做功冲程。活塞在TDC处开始做功冲程，并且由于燃烧室中的点燃的流体而随着做功冲程的进行朝向BDC移动。因此，预燃室的点火装置可以在做功冲程开始时(例如，在TDC处)或略微在做功冲程开始之前提供火花。通过这样做，预燃室中的流体可以燃烧，从而导致火焰射流经由多个开口逸出预燃室并点燃燃烧室内的燃烧混合物。流体流动的方向从逆时针切换到顺时针，因为由于预燃室的开口的方向性，流体现在离开预燃室而不是进入预燃室。

在t3处，活塞移动到BDC，指示做功冲程与排气冲程之间的转变。在t3与t4之间，发生排气冲程。活塞在BDC处开始排气冲程，并且随着排气冲程进行朝向TDC移动。当排气可以从燃烧室排出时，燃烧流体在整个排气冲程中沿顺时针方向流动，作为来自做功冲程的流动的延续。此外，顺时针流动可以减少在随后的进气冲程期间存在于预燃室中的残余气体的量。

在t4处，活塞到达TDC，指示排气冲程与进气冲程之间的转变。在t4之后，当发动机开始另一个燃烧循环时，进气冲程开始。由于稍前的做功冲程和排气冲程期间的流动方向，预燃室中存在的残余气体可能相对较低。因此，在t4之后的进气冲程期间，第一进气门可以在t1之前比示例中更早地打开。

以这种方式，发动机系统可以包括预燃室，所述预燃室被配置为促进进气流进入预燃室，同时从预燃室排出残余气体。预燃室的多个开口可以将预燃室的内部容积流体地联接到主燃烧室的容积。中心开口可以进一步将预燃室的内部容积流体地联接到主燃烧室的容积。在燃烧循环的各个冲程期间，可以在预燃室周围产生旋流。

预燃室的多个开口的技术效果是在进气冲程期间将进气流引入预燃室，从而促进预燃室中残余气体的排出，从而增强燃烧条件。中心开口的技术效果是进一步促进流体(例如，残余气体或燃烧混合物)的排出，从而增强未来的燃烧条件。围绕预燃室的旋流的方向性的技术效果是在燃烧循环的各个冲程期间促进或减少进入预燃室的流动，从而进一步增强燃烧条件。

一种系统的实施例包括布置在主燃烧室中的预燃室，其中所述预燃室包括与所述预燃室的中心轴线和所述预燃室的半径中的每一者成角度的多个开口。所述系统的第一示例还包括：其中所述多个开口中的每一个的长度大于所述多个开口延伸穿过的预燃室壁的厚度。所述系统的第二示例(其任选地包括所述第一示例)还包括：其中活塞被配置为在所述主燃烧室内沿着所述中心轴线振荡。所述系统的第三示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述多个开口沿着所述预燃室的一部分布置，所述预燃室的所述部分比所述预燃室的中心开口更靠近气缸盖。所述系统的第四示例(其任选地包括所述先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述中心开口包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括漏斗形状，并且所述第二部分对应于所述中心开口的限制部。所述系统的第五示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述中心开口被成形为仅将流体从所述预燃室的内部容积排出到所述主燃烧室。所述系统的第六示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述多个开口被取向成沿逆时针方向接收流体并沿顺时针方向排出流体。所述系统的第七示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中多个开口被取向成将流体排出到活塞的外径。

一种发动机系统的实施例包括：预燃室，所述预燃室布置在主燃烧室中，其中所述预燃室包括横向地布置在预燃室壁中的多个开口；以及控制器，所述控制器具有存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在被执行时使得所述控制器能够响应于残余气体而在进气冲程期间调整至少一个进气门的正时。所述发动机系统的第一示例还包括：其中所述指令还使得所述控制器能够相对于至少另一个进气门的打开延迟所述至少一个进气门的打开。所述发动机系统的第二示例(其任选地包括所述第一示例)还包括：其中所述指令还使得所述控制器能够响应于所述预燃室中存在的残余气体的量增加而增加所述延迟。所述发动机系统的第三示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述预燃室还包括被布置成比所述多个开口更靠近活塞的中心开口。所述发动机系统的第四示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述中心开口是被布置在所述预燃室的最低部分中的单个开口。所述发动机系统的第五示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述中心开口包括收缩部。所述发动机系统的第六示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述多个开口的横截面流通区域是均匀的。

一种系统的实施例包括布置在主燃烧室中的预燃室，其中所述预燃室包括横向地布置在预燃室壁中的多个开口和布置在所述预燃室壁的下部部分中的中心开口。所述系统的第一示例还包括：其中所述多个开口包括均匀的流通区域，并且其中所述中心开口包括变窄的流通区域，其中所述变窄的流通区域从所述预燃室的内部容积到所述主燃烧室的容积变窄。所述系统的第二示例(其任选地包括所述第一示例)还包括：其中所述中心开口在平行于活塞振荡所沿着的轴线的方向上引导流体流。所述系统的第三示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述多个开口沿着与所述轴线和所述预燃室壁的厚度中的每一个成角度的方向引导流体流。所述系统的第四示例(其任选地包括先前示例中的一个或多个)还包括：其中所述预燃室除所述多个开口和所述中心开口外不包括其他入口或附加出口。

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执行。本文所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、多线程等)中的一个或多个。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，处理顺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。可以根据所使用的特定策略重复执行所示动作、操作和/或功能中的一者或多者。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。

应了解，本文中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。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“大约”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、要素和/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，也都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：

布置在发动机的主燃烧室中的预燃室，其中所述预燃室包括与所述预燃室的中心轴线和所述预燃室的半径中的每一者成角度的多个开口。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个开口中的每一个的长度大于所述多个开口延伸穿过的预燃室壁的厚度。

3.如权利要求1所述的系统，其中活塞被配置为在所述主燃烧室内沿着所述中心轴线振荡。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个开口沿着所述预燃室的一部分布置，所述预燃室的所述部分比所述预燃室的中心开口更靠近气缸盖。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述中心开口包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括漏斗形状，并且所述第二部分对应于所述中心开口的限制部。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述中心开口被成形为仅将流体从所述预燃室的内部容积排出到所述主燃烧室。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述多个开口被取向成沿逆时针方向接收流体并沿顺时针方向排出流体。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述多个开口被取向成将流体排出到活塞的外径。

9.一种发动机系统，其包括：

布置在主燃烧室中的预燃室，其中所述预燃室包括各自横向地布置在预燃室壁中的多个开口；和

控制器，其具有存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在被执行时使得所述控制器能够：

响应于残余气体而在进气冲程期间调整至少一个进气门的正时。

10.如权利要求9所述的发动机系统，其中所述指令还使得所述控制器能够相对于至少另一个进气门的打开延迟所述至少一个进气门的打开。

11.如权利要求10所述的发动机系统，其中所述指令还使得所述控制器能够响应于所述预燃室中存在的残余气体的量增加而增加所述延迟。

12.如权利要求9所述的发动机系统，其中所述预燃室还包括被布置成比所述多个开口更靠近活塞的中心开口。

13.如权利要求12所述的发动机系统，其中所述中心开口是布置在所述预燃室的最底部部分中的单个开口。

14.如权利要求12所述的发动机系统，其中所述中心开口包括收缩部。

15.如权利要求9所述的发动机系统，其中所述多个开口的横截面流通区域是均匀的。

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