СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ С ПРЕДКАМЕРОЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
IGNITION SYSTEM WITH PRECHAMBER FOR ENGINE (VERSIONS) AND METHOD OF ENGINE OPERATION

Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам для систем зажигания с предкамерой, которые используются в двигателях внутреннего сгорания.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Двигатель внутреннего сгорания содержит несколько цилиндров, образующих блок двигателя. Каждый цилиндр накрыт головкой цилиндра, то есть, цилиндры и головка цилиндров совместно формируют несколько камер сгорания. Каждая камера сгорания содержит расположенный в ней поршень. Например, в двигатель внутреннего сгорания могут подавать топливо (например, бензин, дизельное топливо и т.д.) через несколько топливных инжекторов. Каждая камера сгорания выполнена с возможностью сжигания смеси топлива и сжигаемого газа (например, воздуха). Камеры сгорания могут получать воздух через впускную систему, содержащую один или несколько впускных каналов, соединенных с каждой камерой сгорания. Каждый впускной канал содержит расположенный в нем впускной клапан. Впрыснутое топливо и воздух могут смешиваться и могут быть воспламенены внутри каждой камеры сгорания. Образующиеся при сгорании газы могут затем выходить из каждой камеры сгорания через выпускную систему, содержащую один или несколько выпускных каналов, соединенных с каждой камерой сгорания и имеющих собственные выпускные клапаны, расположенные в каждом выпускном канале.
Автомобили, содержащие двигатель внутреннего сгорания, выполненный с возможностью непосредственного впрыска, как указано выше, могут дополнительно содержать систему рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR). Система РОГ имеет возможность отвода части отработавших газов из выпускной системы назад во впускную систему, чтобы уменьшить температуры сгорания и уменьшить дроссельные потери, что позволяет снизить уровни выбросов вредных веществ из автомобиля и повысить экономию топлива. Однако в некоторых примерах разбавление впускных газов отработавшими газами посредством системы РОГ может привести к нестабильности сгорания и уменьшению скорости сгорания.
Попытки устранения нестабильности сгорания и уменьшения скорости сгорания включают в себя соединение по текучей среде каждой камеры сгорания с отдельной предкамерой. Один пример такого подхода показал Аттард в патенте США №2012/0103302. В этом примере раскрыта система зажигания для двигателя внутреннего сгорания, причем система зажигания содержит предкамеру, соединенную с камерой сгорания и сформированную внутри головки цилиндра. Предкамера содержит сопло, расположенное на расстоянии от ближайшей части предкамеры. Воспламеняющая часть устройства воспламенения выполнена с возможностью воспламенения топлива внутри предкамеры, и частично сгоревшие вещества в предкамере могут проходить под давлением вниз через отверстия в предкамере и воспламенять главный топливный заряд внутри камеры сгорания. Другой пример подхода предложен Тоцци в патенте США №7922551. В этом примере раскрыта свеча зажигания, имеющая цилиндрическую оболочку с предкамерой, причем цилиндрическая оболочка закрыта крышкой, содержащей множество отверстий. Внутри предкамеры может происходить сгорание топливовоздушной смеси, и струя воспламененных веществ из предкамеры может воспламенять топливовоздушную смесь внутри главной камеры сгорания.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в таких системах. Например, геометрия предкамеры (например, предкамеры, образованной цилиндрической оболочкой свечи зажигания или предкамерой, образованной внутри головки цилиндра), не может быть оптимизирована для условий работы двигателя, при которых относительно большое количество газов РОГ смешивается с атмосферным впускным воздухом. Например, хотя предкамера может быть выполнена с возможностью увеличения воспламеняемости топливовоздушной смеси за счет увеличения давления и температуры этой смеси внутри предкамеры, воспламенившиеся газы могут быть задержаны внутри предкамеры, что будет препятствовать сгоранию во время последующих циклов сгорания в результате разбавления атмосферного впускного воздуха оставшимися внутри предкамеры газами.
В одном примере, изложенные выше проблемы могут быть решены посредством системы, содержащей: камеру сгорания, образованную цилиндром, закрытым головкой цилиндра; предкамеру, образованную головкой цилиндра, причем предкамера проходит от головки цилиндра в цилиндр; и поршень, расположенный в цилиндре, причем поршень имеет выступ, имеющий форму, соответствующую внутренней части предкамеры. Согласно одному примеру, предкамера может содержать множество отверстий, сформированных в боковой стенке предкамеры, а выступ поршня входит в предкамеру через нижний проем предкамеры. Наконечник первой свечи зажигания расположен внутри предкамеры и может быть приведен в действие контроллером для воспламенения топливовоздушной смеси внутри предкамеры. Частично воспламененная топливовоздушная смесь может быть распылена наружу из отверстий предкамеры внутрь камеры сгорания, что позволяет воспламенить топливовоздушную смесь внутри камеры сгорания. В другом примере момент зажигания предкамеры может быть отрегулирован контроллером в зависимости от условий работы двигателя. Такой вариант осуществления системы позволяет увеличить давление и температуру топливовоздушной смеси внутри предкамеры и, таким образом, увеличить воспламеняемость топливовоздушной смеси. Сгоранием топливовоздушной смеси внутри предкамеры можно управлять посредством регулирования момента зажигания внутри предкамеры, что позволяет улучшить характеристики двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема системы двигателя, содержащая двигатель внутреннего сгорания и по меньшей мере одну камеру сгорания.
На фиг. 2А-2B показаны, в качестве примера, виды сбоку двух положений поршня с выступом, расположенным внутри камеры сгорания, включающей предкамеру.
На фиг. 3 показана головка цилиндра, закрывающая камеру сгорания, показанную на фиг. 2А-2В, с видом из камеры сгорания.
На фиг. 4 показан поршень, изображенный на фиг. 2А-2В, с видом из камеры сгорания.
На фиг. 5 показан вид в перспективе предкамеры, изображенной на фиг. 2А-2В, образованной головкой цилиндра.
На фиг. 6 показан вид в перспективе поршня на фиг. 2А-2В, расположенного внутри камеры сгорания, и головки цилиндра, закрывающей камеру сгорания.
На фиг. 7 показан пример способа введения выступа поршня в предкамеру, расположенную внутри главной камеры сгорания, и воспламенения топливовоздушной смеси внутри предкамеры.
На фиг. 8 показаны шаги для регулирования момента зажигания свечи зажигания, расположенной внутри предкамеры, в зависимости от условий работы двигателя.
На фиг. 9 показаны шаги для регулирования момента зажигания свечи зажигания, расположенной внутри главной камеры сгорания, в зависимости от условий работы двигателя.
Чертежи на фиг. 2А-6 выполнены в масштабе, но могут также использоваться и другие относительные размеры.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для системы зажигания с предкамерой для двигателя внутреннего сгорания. Система двигателя, например, система двигателя, показанная фиг. 1, содержит двигатель внутреннего сгорания, выполненный с возможностью воспламенения смеси воздуха и топлива. Двигатель содержит по меньшей мере одну камеру сгорания, образованную цилиндром двигателя, поршнем и закрытую головкой цилиндра. Камера сгорания содержит систему зажигания с предкамерой, например, систему зажигания с предкамерой, показанную на фиг. 2А-2В. Система зажигания с предкамерой содержит предкамеру, образованную головкой цилиндра и расположенную внутри камеры сгорания (как показано на фиг. 3), и поршень с выступом, имеющим форму, соответствующую внутренней части предкамеры (как показано на фиг. 4). Топливовоздушная смесь может частично воспламеняться внутри предкамеры, и частично воспламененная смесь может проходить через по меньшей мере одно отверстие, расположенное вдоль внешнего периметра предкамеры (как показано на фиг. 5) за счет введения выступа поршня в предкамеру. В качестве примера, предкамера может быть расположена в стороне от осевой линии цилиндра, и выступ поршня может быть выровнен по вертикали относительно предкамеры, как показано на фиг. 6. Способ для осуществления сгорания внутри камеры сгорания показан на фиг. 7, с множеством шагов для регулирования момента зажигания свечи зажигания, расположенной внутри предкамеры, показанной на фиг. 8 и множеством шагов для регулирования момента зажигания свечи зажигания, расположенной в главной камере камеры сгорания, показанной на фиг. 9.
На фиг. 1 в качестве примера показана схема системы 100 сгорания, расположенной внутри системы 166 двигателя. Система 100 сгорания содержит головку 182 цилиндра и несколько поршней (таких как поршень 110). Каждый поршень расположен внутри отдельной камеры сгорания из числа нескольких камер сгорания (таких как камера 180 сгорания). Головка 182 цилиндра может образовывать верхнюю поверхность каждой камеры сгорания из числа нескольких камер сгорания, как раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 2А-6. Система 166 двигателя (содержащая систему 100 сгорания) будет раскрыта в настоящем документе со ссылкой на фиг. 1, тогда как компоненты, расположенные в системе сгорания, например, система 100 сгорания (например, поверхности головки цилиндра, поверхности поршня и т.д.) раскрыты более подробно, после раскрытия компонентов на фиг. 1, и со ссылкой на фиг. 2А-6.
Схема, изображенная на фиг. 1, иллюстрирует систему 166 двигателя, содержащую двигатель 168, впускную систему 170, выпускную систему 172 и систему 100 сгорания. Двигатель 168 может также содержать турбонагнетатель 174 с компрессором 184, расположенным внутри впускной системы 170, и турбиной 186, расположенной внутри выпускной системы 172. Компрессор 184 соединен с турбиной 186 посредством вала 171 и приводится во вращение турбиной 186. В частности, атмосферный воздух может поступать по впускному патрубку 181 в двигатель 168 через воздухоочиститель 183 и может проходить к компрессору 184. Компрессор может быть любым подходящим компрессором впускного воздуха, например, с приводом от электромотора или может быть компрессором механического нагнетателя с приводом от ведущего вала. Однако в системе 166 двигателя компрессор представляет собой компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 186 через вал 171, то есть, турбина 186 может приводиться во вращение за счет расширения отработавших газов двигателя. В одном варианте осуществления компрессор и турбина могут быть соединены внутри турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией ТИГ (VGT), выполненный с возможностью активного изменения геометрии турбины как функции частоты вращения двигателя.
Как показано на фиг. 1, компрессор 184 соединен через охладитель 185 воздуха наддува с дроссельным клапаном 187. Дроссельный клапан 187 соединен с впускным коллектором 176 двигателя. От компрессора заряд сжатого воздуха может проходить через охладитель 185 воздуха наддува и дроссельный клапан 187 к впускному коллектору 176. Охладитель 185 воздуха наддува может, к примеру, представлять собой теплообменник воздушно-воздушного или воздушно-водяного типа. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора 176 можно измерить датчиком 175 давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP). Перепускной клапан компрессора (не показанный на схеме) может быть соединен последовательно между впускным отверстием и выпускным отверстием компрессора 184. Перепускной клапан компрессора может представлять собой нормально закрытый клапан, выполненный с возможностью открытия во время выбранных условий работы, чтобы уменьшить слишком высокое давление наддува. Например, перепускной клапан компрессора может быть открыт во время условий уменьшения частоты вращения двигателя, чтобы предотвратить помпаж компрессора.
Впускной коллектор 176 соединен с несколькими камерами сгорания (такими как камера 180 сгорания) через несколько впускных каналов (таких как впускной канал 106). Каждый впускной канал содержит по меньшей мере один впускной клапан (например, впускной клапан 102). Камеры сгорания (которые в настоящем документе могут быть названы цилиндрами) также соединены с выпускным коллектором 178 через несколько выпускных каналов (таких как выпускной канал 108). Каждый выпускной канал содержит по меньшей мере один выпускной клапан (например, выпускной клапан 104). Камеры 180 сгорания закрыты головками 182 блока цилиндров и могут быть соединены с топливными инжекторами (такими как топливный инжектор 179). Каждая камера сгорания содержит поршень (например, поршень 110), предкамеру (например, предкамеру 198) и может содержать одну или несколько свечей зажигания (таких как свеча зажигания 199). Вариант осуществления камеры сгорания с предкамерой и поршнем показан на фиг. 2А-6 и раскрыт ниже. В изображенном варианте осуществления показан единственный выпускной коллектор 178. Однако в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать несколько секций выпускного коллектора. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление отработавших газов внутри выпускного коллектора 178 можно измерить датчиком 177 давления воздуха в коллекторе (ДВК).
Во время работы каждая камера сгорания (например, камера 180 сгорания) внутри двигателя 168, как правило, функционирует по четырехтактному циклу. Четырехтактный цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения (который в настоящем документе может быть назван «рабочий ход») и такт выпуска. Например, при работе камеры 180 сгорания выпускной клапан 104 может закрыться, а впускной клапан 102 может открыться во время такта впуска. Воздух может проходить в камеру сгорания через впускной коллектор 176, а поршень 110 может двигаться к основанию камеры сгорания для увеличения объема внутри камеры сгорания. Положение, при котором поршень находится около основания камеры сгорания и в конце такта (например, когда камера сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия, как правило, впускной клапан и выпускной клапан закрываются. Поршень перемещается к головке 182 цилиндра для сжатия воздуха внутри камеры сгорания. Положение, при котором поршень в конце такта расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC).
В процессе, который может в настоящем документе упоминаться как впрыск, топливо поступает в камеру сгорания. Например, топливо может быть смешано с впускным воздухом в области выше по потоку от камеры сгорания, и топливовоздушная смесь может проходить в камеру сгорания через впускной канал (например, через впускной канал 106). В другом примере топливо может быть подано непосредственно в камеру сгорания через топливный инжектор (например, через топливный инжектор 179) и может смешаться с впускным воздухом внутри камеры сгорания. В процессе, называемом в настоящем документе воспламенением, топливовоздушная смесь воспламеняется известными средствами воспламенения, например, посредством одной или нескольких свечей зажигания (таких как свечи зажигания, показанные на фиг. 2А-2В, фиг. 3 и фиг. 6), что приводит к сгоранию. Во время рабочего хода расширяющиеся газы двигают поршень назад к НМТ. Коленчатый вал (например, коленчатый вал, показанный фиг. 2В), может преобразовывать движение поршня в крутящий момент коленчатого вала. Наконец, во время такта выпуска, один или несколько выпускных клапанов открываются, чтобы выпустить сгоревшую топливовоздушную смесь в выпускной коллектор 178, и поршень возвращается к ВМТ. Следует обратить внимание на то, что вышеизложенное представлено в качестве примера, и что моменты открытия и закрытия впускного клапана и выпускного клапана могут изменяться, например, для положительного или отрицательного перекрытия срабатывания клапанов, позднего закрытия впускного клапана или различных других примеров.
Двигателем 168 может управлять, по меньшей мере, частично, управляющая система 167, содержащая контроллер 169 и использующая сигнал от водителя, подаваемый через устройство ввода (не показанное на схеме). Управляющая система 167 выполнена с возможностью получения информации от множества датчиков 165 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе), и отправки управляющих сигналов на множество приводов 163. Например, датчики 165 могут содержать температурный датчик 191, присоединенный к выпускному трубопроводу 193, температурный датчик 195, присоединенный к устройству 190 снижения токсичности отработавших газов, датчик 175 давления воздуха в коллекторе, присоединенный к впускному коллектору 176 и датчик 177 давления воздуха в коллекторе, присоединенный к выпускному коллектору 178. Различный датчики отработавших газов могут также быть расположены в выпускной системе 172, внутри выпускного коллектора 178 и/или ниже по потоку от него, например, датчики твердых частиц ТЧ (РМ), температурные датчики, датчики давления, датчики NOx, кислородные датчики, датчики аммиака, датчики углеводородов и т.д. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения и состава могут быть установлены в различных местах системы 166 двигателя. В другом примере приводы 163 могут содержать топливный инжектор 179, клапан 146, соединенный с патрубком 148 системы рециркуляции отработавших газов (РОГ) низкого давления, впускной клапан 102, выпускной клапан 104 и дроссельный клапан 187. В разных местах системы 166 двигателя могут быть установлены другие приводы, например, различные дополнительные клапаны и дроссели. Контроллер 169 может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и включать приводы в качестве реакции на обработанные входные данные, на основе запрограммированных в нем инструкций или программного кода, соответствующего одной или нескольким программам.
Контроллер 169 может представлять собой микрокомпьютер и может содержать микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, например, может содержать микросхему постоянного запоминающего устройства, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и/или шину данных. Контроллер 169 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 168, в дополнение к ранее раскрытым сигналам, в том числе, данные измерения массового расхода впускного воздуха МРВ (MAF) от датчика массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя ТОЖД (ЕСТ) от температурного датчика, соединенного с рубашкой охлаждения; сигнала профиля зажигания СПЗ (PIP) от датчика Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом; положения дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя; сигнала абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от одного или нескольких датчиков впускного коллектора и датчиков выпускного коллектора, воздушно-топливного отношения в цилиндре от кислородного датчика отработавших газов и сигнала анормального сгорания от датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал частоты вращения двигателя ЧВД (RPM) может быть сгенерирован контроллером 169 по сигналу СПЗ. Сигнал давления в коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе можно использовать для получения данных о вакууме или давлении во впускном коллекторе.
Постоянная память носителя данных может быть запрограммирована с использованием машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые процессором для выполнения раскрытых ниже способов, а также других вариантов, которые подразумеваются, но явным образом не перечислены. Программа в качестве примера может содержать регулирование момента свечи зажигания (например, регулирование момента срабатывания свечи зажигания с целью создания искры) в зависимости от условий работы двигателя, как раскрыто более подробно со ссылкой на фиг. 7-9.
В вариантах осуществления, где по меньшей мере один впускной или выпускной клапан выполнен с возможностью открытия и закрытия согласно регулируемому моменту, регулируемым моментом можно управлять посредством электронной управляющей системы, чтобы регулировать количество отработавших газов, присутствующих в камере сгорания во время воспламенения. Например, в одном варианте осуществления каждый выпускной и впускной клапан можно приводить в действие или управлять им посредством электронных средств. В другом варианте осуществления каждый выпускной и впускной клапан можно приводить в действие или управлять им посредством кулачка. Вне зависимости от способа приведения в действие - электронного или посредством кулачка - моменты открытия и закрытия выпускного и впускного клапана можно регулировать для получения требуемого процесса сгорания и требуемых характеристик по выбросам вредных веществ. Электронная управляющая система может также быть выполнена с возможностью подачи команд для открытия, закрытия и/или регулирования различных других клапанов с электронным приводом, расположенных в системе двигателя (например, дроссельных клапанов, перепускных клапанов компрессора, клапанов отсечки, клапанов РОГ и запорных клапанов, клапанов подачи вторичного воздуха, различных впускных и выпускных клапанов резервуара и т.д.) для реализации любой раскрытой в настоящем документе функции управления. Кроме того, для оценки условий работы, имеющих отношение к функциям управления системой двигателя, электронная управляющая система может быть функционально соединена с множеством датчиков, расположенных в разных местах системы двигателя, например, с датчиками потока, температурными датчиками, датчиками положения педали, датчиками давления и т.д.
В камеры 180 сгорания могут подавать один или несколько видов топлива, как раскрыто выше, например, бензин, спиртовые смеси топлива, дизельное топливо, биодизельное топливо, сжатый природный газ и т.д. Топливо могут подавать в камеры сгорания, используя непосредственный впрыск, впрыск во впускные каналы, впрыск в корпус клапана дросселя или посредством любой их комбинации. В камерах сгорания могут инициировать сгорание посредством искрового зажигания (используя одну или несколько свечей зажигания, например таких, как показано на фиг. 2А-2В) и/или посредством воспламенения от сжатия.
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направлены к турбине 186, для приведения в движение турбины 186, причем отработавшие газы затем проходят к устройству 190 снижения токсичности отработавших газов. В других вариантах осуществления (не показаны) система двигателя может иметь различное количество устройств снижения токсичности отработавших газов, их различное расположение и/или обладающих различной производительностью. Устройство 190 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или несколько выпускных каталитических нейтрализаторов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов, и, таким образом, уменьшения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов. Например, один выпускной каталитический нейтрализатор может быть выполнен с возможностью улавливания NOx из потока отработавших газов, когда поток отработавших газов соответствует обедненной смеси, и уменьшать количество NOx, когда поток отработавших газов соответствует обогащенной смеси. В других примерах выпускной каталитический нейтрализатор может быть выполнен с возможностью снижения доли NOx или выборочного уменьшения количества NOx посредством восстановителя. В других примерах выпускной каталитический нейтрализатор может быть выполнен с возможностью окисления остаточных углеводородов и/или оксида углерода в потоке отработавших газов. Различные выпускные каталитические нейтрализаторы, имеющие любую аналогичную функциональность, могут быть встроены в покрытия из пористого оксида или могут располагаться в другом месте на блоках выпускного каталитического нейтрализатора, по-отдельности или совместно. В некоторых вариантах осуществления блоки выпускного каталитического нейтрализатора могут содержать регенерируемый сажевый фильтр, выполненный с возможностью улавливания и окисления частиц сажи в потоке отработавших газов.
Все или часть обработанных отработавших газов из устройства 190 снижения токсичности отработавших газов могут быть выпущены в атмосферу через выпускной трубопровод 193. Температурный датчик 191 и датчик 192 расхода расположены в выпускном трубопроводе 193, что позволяет контролировать условия работы. Дополнительные датчики (не показанные на схеме) могут быть расположены так, чтобы измерять давление отработавших газов, их состав и т.д. В зависимости от условий работы часть отработавших газов может быть перенаправлена в патрубок 148 РОГ низкого давления НД (LP) через клапан 146. Впускное отверстие канала охладителя 150 РОГ связано по текучей среде с патрубком 148 РОГ НД, чтобы обеспечить прохождение отработавших газов через охладитель 150 РОГ к впускной системе 170. Таким образом, система 166 двигателя выполнена с возможностью отбора отработавших газов из области выше по потоку от устройства 190 снижения токсичности отработавших газов и ниже по потоку от выпускного коллектора 178. Клапан 146 может быть открыт, чтобы пропустить управляемое количество отработавших газов к впускной системе 170 для создания желательного состава газов. Обратный клапан 149 расположен внутри патрубка 148 РОГ НД ниже по потоку от клапана 146, чтобы уменьшить вероятность перетекания содержимого из впускной системы 170 через патрубок 148 РОГ НД в выпускную систему 172. Таким образом, систему 166 двигателя адаптируют к регулируемому потоку отработавших газов из выпускной системы 172 во впускную систему 170.
Варианты осуществления системы зажигания с предкамерой, расположенной внутри системы 100 сгорания, раскрыты более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2А-6. Пример раскрытого выше варианта осуществления системы 166 двигателя является неограничивающим примером, и альтернативные варианты осуществления системы двигателя могут содержать дополнительные не показанные компоненты (например, один или несколько охладителей РОГ, теплообменников и т.д.). Альтернативные варианты осуществления могут также содержать различное число камер сгорания, впускных и/или выпускных клапанов и т.д.
На фиг. 2А-6 показаны оси 299 координат, чтобы проиллюстрировать соответствие между всеми видами. На фиг. 2А-6 показаны различные виды системы зажигания с предкамерой в составе системы сгорания (например, системы сгорания, аналогичной системе 100 сгорания, показанной и раскрытой выше со ссылкой на фиг. 1). Другими словами, на фиг. 2А-6 показан один и тот же вариант осуществления системы зажигания с предкамерой, но каждый чертеж на фиг. 2А-6 показывает систему зажигания с предкамерой с другой стороны. Например, фиг. 2А-2В иллюстрируют поперечный разрез системы зажигания с предкамерой, на фиг. 3 показан вид верхней поверхности камеры сгорания для системы зажигания с предкамерой, на фиг. 4 показан вид верхней поверхности поршня для системы зажигания с предкамерой, на фиг. 5 показан вид в аксонометрии предкамеры для системы зажигания с предкамерой и на фиг. 6 показан приблизительный изометрический вид камеры сгорания для системы зажигания с предкамерой. Поскольку для изображения данного варианта осуществления использованы фиг. 2А-6, как раскрыто выше, аналогичные детали на чертежах могут быть маркированы единообразно, и повторно могут не обсуждаться.
На фиг. 2А и фиг. 2В показана система 290 зажигания с предкамерой, содержащая камеру 201 сгорания, образованную внутренними стенками 214 цилиндра 200 и закрытую головкой 202 цилиндра. Камера 201 сгорания содержит расположенный в ней поршень 204, причем поршень 204 выполнен с возможностью линейного перемещения вдоль центральной оси 203 цилиндра 200. Поршень 204 содержит выступ 212, имеющий форму, соответствующую внутренней части предкамеры 216. Предкамера 216 сформирована головкой 202 цилиндра и проходит в камеру 201 сгорания. На фиг. 2А показан поршень 204 в положении нижней мертвой точки (НМТ), а на фиг. 2В показан поршень 204 в положении верхней мертвой точки (ВМТ). Например, положение НМТ может соответствовать началу такта сжатия одного цикла двигателя, а положение ВМТ может соответствовать концу такта сжатия одного цикла двигателя, как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 1. Хотя головка 202 цилиндра может содержать по меньшей мере один впускной клапан, по меньшей мере один выпускной клапан и по меньшей мере один соответствующий впускной патрубок и выпускной патрубок для каждого клапана, на чертежах, показанных на фиг. 2А-2В, изображен только выпускной клапан 238. Однако следует подразумевать, что головка 202 цилиндра может содержать впускные и выпускные клапаны и патрубки, не показанные на фиг. 2А-2В (например, впускной клапан 300, показанный фиг. 3 и фиг. 5). Горизонтальная осевая линия 205 показана на фиг. 2А для сравнения относительного расположения компонентов, показанных на фиг. 3-4 и фиг. 6 и раскрытых ниже.
Поршень 204 содержит головку 206 и юбку 208, причем юбка 208 соединена с шатуном 210. Шатун 210 выполнен с возможностью преобразования линейного перемещения поршня 204 во вращательное движение коленчатого вала 234 (показанного фиг. 2В). Выступ 212 сформирован как продолжение головки 206 и проходит в камеру 201 сгорания. Как раскрыто ниже, выступ 212 выполнен такой формы, чтобы соответствовать внутренней части предкамеры 216 и выровнен по вертикали относительно предкамеры 216, как обозначено вертикальной осью 242. Другими словами, когда поршень 204 двигается вдоль центральной оси 203 к головке 202 цилиндра в положение ВМТ, показанное на фиг. 2В, выступ 212 двигается вместе с поршнем вдоль вертикальной оси 242 таким образом, что выступ 212 входит в предкамеру 216.
Как упомянуто выше, предкамера 216 образована головкой 202 цилиндра и проходит от головки 202 цилиндра в камеру 201 сгорания. Другими словами, предкамера 216 расположена вертикально ниже верхней поверхности 240 камеры 201 сгорания (например, поверхности, на которой расположены клапаны, например, выпускной клапан 238). Предкамера 216 проходит от головки 202 цилиндра в направлении к положению НМТ поршня 204. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2А-6, предкамера 216 сформирована первой протяженной областью 224 (которая может быть упомянута в настоящем документе как первая область 224 завихрения) головки 202 цилиндра, и предкамера сформирована таким образом, что нижняя сторона предкамеры 216 (например, сторона, расположенная ближе всего к положению НМТ поршня 204), открыта в камеру 201 сгорания. Другими словами, предкамера 216 содержит нижний проем 207 (обозначенное штриховой линией на фиг. 2А). Вторая протяженная область 226 (которая может быть упомянута в настоящем документе как вторая область 226 завихрения) образована головкой 202 цилиндра и расположена напротив первой области завихрения в перпендикулярном направлении относительно центральной оси 203. В этом варианте осуществления, когда поршень 204 находится в положении ВМТ, камера 201 сгорания может быть определена как открытый объем (например, открытое пространство) расположенный между первой областью 224 завихрения, второй областью 226 завихрения, головкой 206 поршня и верхней поверхностью 240. Когда поршень 204 перемещается к положению ВМТ, выступ 212 входит в предкамеру 216 через нижнюю сторону предкамеры 216.
Предкамера 216 содержит множество отверстий 236 (обозначенных стрелкой на фиг. 2В) сформированных в боковой стенке 218 предкамеры 216. Отверстия 236 расположены таким образом, что, когда выступ 212 поршня 204 входит в предкамеру 216 через нижнюю сторону предкамеры 216 (например, через нижний проем 207), газы (например, воздух или топливовоздушная смесь) внутри предкамеры 216 могут быть принудительно вытолкнуты из предкамеры 216 и направлены в камеру 201 сгорания через отверстия 236. Например, в варианте осуществления, показанном на фиг. 2А-6, первая свеча 228 зажигания, соединенная с головкой 202 цилиндра, находится в таком положении, что первый искровой наконечник 220 первой свечи 228 зажигания проходит от головки 202 цилиндра в предкамеру 216. Во время эксплуатации двигателя, контроллер (например, контроллер 169, показанный на фиг. 1 и раскрытый выше), может послать сигнал в управляющий блок первой свечи 228 зажигания для создания искры в первом искровом наконечнике 220 и воспламенить топливовоздушную смесь внутри предкамеры 216. Например, искру можно создать, когда выступ 212 полностью вошел в предкамеру 216. Другие примеры раскрыты ниже со ссылкой на фиг. 7-9.
Поскольку топливовоздушная смесь воспламеняется внутри предкамеры 216, воспламененные вещества 232 (например, частично сгоревшая топливовоздушная смесь), попадают в виде брызг из предкамеры 216 в камеру 201 сгорания через отверстия 236 и, таким образом, воспламеняют топливовоздушную смесь внутри камеры 201 сгорания. Предкамера 216 расположена таким образом, что воспламененные вещества 232 могут двигаться в виде брызг из предкамеры 216 в перпендикулярном направлении относительно центральной оси 203. Например, когда поршень 204 находится в положении ВМТ (как показано на фиг. 2В), размер камеры 201 сгорания меньше, по сравнению с размером камеры 201 сгорания, когда поршень 204 находится в положении НМТ (как показано на фиг. 2А). Отверстия 236 расположены таким образом, что воспламененные вещества 232 могут двигаться в виде брызг из предкамеры 216 в направлении второй области 226 завихрения, чтобы равномерно смешаться с невоспламененной топливовоздушной смесью (и поджечь ее) в камере 201 сгорания.
На фиг. 2А-2В, фиг. 3 и фиг. 6 положение второй свечи 222 зажигания обозначено штриховым контуром. В некоторых вариантах осуществления вторая свеча 222 зажигания может быть расположена так, чтобы увеличить возможность управления временными характеристиками сгорания внутри камеры 201 сгорания. Например, во время условий работы двигателя, при которых отношение количества газов РОГ к количеству впускного воздуха внутри камеры 201 сгорания является высоким, вторая свеча 222 зажигания может быть приведена в действие контроллером наряду с первой свечой 228 зажигания, чтобы уменьшить вероятность пропуска зажигания в камере сгорания. В таких примерах момент срабатывания второй свечи 222 зажигания может отличаться от момента срабатывания первой свечи 222 зажигания и может быть отрегулирован контроллером индивидуально, в зависимости от условий работы двигателя, как раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 7-9.
На фиг. 3 показана головка 202 цилиндра, раскрытого выше со ссылкой на фиг. 2А-2В с видом вдоль вертикальной оси, от нижней части головки 202 цилиндра (например, с видом из камеры 201 сгорания в положении НМТ). Головка 202 цилиндра соединена с впускным клапаном 300 и выпускным клапаном 238. В этом варианте осуществления (например, в варианте осуществления, показанном на фиг. 2А-6) головка 202 цилиндра дополнительно соединена с топливным инжектором 304 и второй свечой 222 зажигания. Альтернативные варианты осуществления могут не содержать топливный инжектор 304 и/или вторую свечу 222 зажигания. Например, в вариантах осуществления, содержащих впрыск топлива во впускные каналы (например, варианты осуществления, в которых топливо и воздух могут смешиваться выше по потоку от камеры 201 сгорания, например, во впускном канале 106, показанном на фиг. 1), топливный инжектор 304 может отсутствовать (например, может быть не соединен с головкой 202 цилиндра). Кроме того, альтернативные варианты осуществления могут содержать различное количество впускных клапанов, выпускных клапанов и присоединенных к ним каналов и патрубков, и эти компоненты могут занимать различные положения, иметь разный размер и т.д.
Пример относительного расположения впускного клапана 300, выпускного клапана 238, топливного инжектора 304, второй свечи 222 зажигания и предкамеры 216 показан на фиг. 3. В этом примере впускной клапан 300 и выпускной клапан 238 центрированы относительно первой оси 308, а топливный инжектор 304 и вторая свеча 222 зажигания центрированы относительно второй оси 310, где первая ось 308 параллельна второй оси 310, и как первая ось 308, так и вторая ось 310 расположены перпендикулярно горизонтальной средней линии 205 камеры 201 сгорания (показанный на фиг. 2А). Первая ось 308 и вторая ось 310 расположены между первой областью 224 завихрения и второй областью 226 завихрения: таким образом, что впускной клапан 300, выпускной клапан 238, топливный инжектор 304 и вторая свеча 222 зажигания также расположены между первой областью 224 завихрения и второй областью 226 завихрения.
В примере, показанном на фиг. 3, первая область 224 завихрения содержит криволинейные поверхности 303, а вторая область 226 завихрения содержит криволинейную поверхность 305. Криволинейные поверхности 303 сформированы таким образом, что первая область 224 завихрения изогнута в сторону от впускного клапана 300 и выпускного клапана 238. Точно так же криволинейная поверхность 305 сформирована таким образом, что вторая область 226 завихрения изогнута в сторону от топливного инжектора 304 и второй свечи 222 зажигания.
Как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 2А-2B, вариант осуществления, показанный на фиг. 2А-6, содержит предкамеру 216, образованную головкой 202 цилиндра и расположенную в первой области 224 завихрения. В альтернативных вариантах осуществления предкамера может быть расположена в другом месте, например, в середине верхней поверхности 240 камеры 201 сгорания, показанной на фиг. 2А-2B (например, в некотором месте вдоль верхней поверхности 240, которая расположена на одном уровне по вертикали с пересечением первой оси 308 и горизонтальной средней линии 205). В таком альтернативном варианте осуществления предкамера проходит от верхней поверхности 240 в сторону от головки 202 цилиндра в камеру 201 сгорания. Другими словами, предкамера расположена таким образом, что боковая стенка 218 предкамеры расположена внутри камеры сгорания, а не внутри головки 202 цилиндра (например, предкамера 216 может проходить вертикально ниже впускного клапана 300 и выпускного клапана 238).
Как показано на фиг. 3, предкамера 216 расположена таким образом, что середина 307 предкамеры 216 расположена на одном уровне с горизонтальной средней линией 205. Предкамера 216 имеет диаметр 306 и отделена от камеры сгорания боковой стенкой 218. Боковая стенка 218 содержит множество отверстий 236, расположенных таким образом, что воспламененные вещества 232 могут двигаться в виде брызг из предкамеры 216 в направлениях в сторону от боковой стенки 218 и предкамеры 216, когда выступ 212 поршня 204 (как показано на фиг. 2А-2B) входит в предкамеру 216. Таким образом, воспламененные вещества 232 могут распыляться из предкамеры 216 и могут смешиваться с невоспламененным газом (например, с воздухом или с топливовоздушной смесью) внутри камеры 201 сгорания, показанной на фиг. 2А-2B, чтобы поджечь невоспламененный газ. Например, как показано на фиг. 5 и раскрыто ниже, множество отверстий 236 может быть сформировано и расположено таким образом, чтобы увеличить степень смешивания воспламененных веществ 232 с невоспламененным газом в камере сгорания. Кроме того, выступ 212 и поршень 204 могут быть сформированы таким образом, чтобы увеличить количество воспламененных веществ 232, распыляющихся из предкамеры 216 и через отверстия 236, как раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 4.
На фиг. 4 показан вид поршня 204, раскрытого выше со ссылкой на фиг. 2А-3, с видом вдоль вертикальной осевой линии, со стороны выше поршня 204 (например, с видом из камеры 201 сгорания). На фиг. 4 показано, что выступ 212 расположен на одном уровне с горизонтальной средней линией 205. Кроме того, как показано и раскрыто выше со ссылкой на фиг. 2А-2B, выступ 212 выровнен по вертикальной оси относительно предкамеры 216. Другими словами, выступ 212 поршня 204 и предкамера 216 расположены вдоль вертикальной оси 242 (показанной на фиг. 2А).
Выступ 212 имеет диаметр 406, который может быть немного меньше диаметра 306 (показанного на фиг. 3) предкамеры 216. Кроме того, например, как показано на фиг. 6 и раскрыто ниже, выступ 212 может проходить от головки 206 поршня на меньшее расстояние, чем глубина предкамеры 216. Таким образом, когда поршень 204 двигается из положения НМТ (как показано на фиг. 2А) к положению ВМТ (как показано на фиг. 2B), выступ 212 имеет возможность входа внутрь предкамеры 216.
На фиг. 5 показан вид в перспективе предкамеры 216. Как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 2А-3, предкамера 216 может быть образована первой областью 224 завихрения с множеством отверстий 236, сформированных в боковой стенке 218. В примере, показанном фиг. 5, предкамера 216 содержит пять отверстий (например, первое отверстие 500, второе отверстие 502, третье отверстие 504, четвертое отверстие 506 и пятое отверстие 508). Каждое из отверстий расположено вдоль периметра боковой стенки 218 таким образом, чтобы воспламененные вещества внутри предкамеры 216 (как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 2А-3), могли быть распылены наружу от предкамеры 216 и в сторону от боковой стенки 218.
Например, как показано фиг. 5, середина каждого отверстия может быть расположена на одинаковом расстоянии от середины каждого другого смежного отверстия. Другими словами, отверстия 236 могут быть расположены вдоль периметра боковой стенки 218 таким образом, чтобы углы между смежными отверстиями имели одно и то же значение. Например, первое отверстие 500 показано с первой струей 501, второе отверстие 502 показано со второй струей 503, третье отверстие 504 показано с третьей струей 505, четвертое отверстие 506 показано с четвертой струей 507 и пятое отверстие 508 показано с пятой струей 509. Вторая струя 503 повернута относительно третьей струи 505 на первый угол 510, а третья струя 505 повернута относительно четвертой струи 507 на второй угол 512. В примере, показанном фиг. 5, первый угол 510 и второй угол 512 имеют одинаковое значение. Точно так же первая струя 501 повернута относительно второй струи 503 на такой же угол, и четвертая струя 507 повернута относительно пятой струи 509 на такой же угол. Такое расположение отверстий 236 позволяет увеличить степень смешивания воспламененных веществ (как раскрыто выше) из предкамеры 216 с невоспламененным газом внутри камеры сгорания. В альтернативных вариантах осуществления боковая стенка может содержать различное число отверстий и/или одно или несколько отверстий могут быть расположены иначе вдоль боковой стенки 218, по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг. 5. Например, в тех вариантах осуществления, где предкамера расположена в середине верхней поверхности 240 (показанной на фиг. 2А-3), отверстия могут быть, в качестве альтернативы, расположены в различных местах вдоль всей окружности боковой стенки.
Диаметр каждого отверстия может отличаться от диаметра по меньшей мере одного другого отверстия. В примере, показанном фиг. 5, первое отверстие 500 имеет первый диаметр 514, второе отверстие 502 имеет второй диаметр 516, третье отверстие 504 имеет третий диаметр 518, четвертое отверстие 506 имеет четвертый диаметр 520 и пятое отверстие 508 имеет пятый диаметр 522. В этом примере первый диаметр 514 имеет ту же длину, что и пятый диаметр 522, и второй диаметр 516 имеет ту же длину, что и четвертый диаметр 520, причем второй диаметр 516 и четвертый диаметр 520 больше, чем первый диаметр 514, пятый диаметр 522 и третий диаметр 518. Кроме того, третий диаметр 518 больше, чем первый диаметр 514 и пятый диаметр 522.
За счет формирования отверстий с указанными диаметрами, вторая струя 503 и четвертая струя 507 могут содержать большее количество воспламененных веществ из предкамеры 216 по сравнению с первой струей 501, третьей струей 505 и пятой струей 509, а третья струя 505 может содержать большее количество воспламененных веществ, чем первая струя 501 и пятая струя 509. Другими словами, длина второй струи 503 и четвертой струи 507 (например) может быть больше длины первой струи 501, третьей струи 505 и пятой струи 509. Таким образом, каждое отверстие может иметь размер, выбранный в зависимости от расстояния от каждого отверстия до стенок камеры сгорания. Например, третье отверстие 504 может располагаться на меньшем расстоянии от второй области 226 завихрения (показанной на фиг. 2А-3), чем второе отверстие 502 и четвертое отверстие 506. В результате диаметр третьего отверстия 504 (например, третий диаметр 518) меньше диаметра второго отверстия 502 и диаметра четвертого отверстия 506 (например, второго диаметра 516 и четвертого диаметра 520 соответственно), поэтому длина третьей струи 505 меньше длины второй струи 503 и четвертой струи 507. В альтернативных вариантах осуществления все отверстия могут иметь одинаковый диаметр. В других вариантах осуществления одно или несколько отверстий могут иметь иной диаметр, нежели диаметры, показанные на фиг. 5. Например, в вариантах осуществления, в которых вторая область завихрения имеет различные степени искривления, диаметры отверстий могут быть выполнены таким образом, чтобы длина каждой струи соответствовала расстоянию от соответствующего отверстия до второй области завихрения.
На фиг. 6 показан вид в перспективе системы 290 зажигания с предкамерой, где система содержит камеру 201 сгорания, образованную цилиндром 200 и головкой 202 цилиндра. На фиг. 6 показано, что поршень 204 находится в положении НМТ, как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 2А-2B. В этом положении показана первая длина 600 предкамеры 216. Первая длина 600 представляет собой длину предкамеры 216 в направлении, параллельном центральной оси 203, где длина измеряется от нижней поверхности 601 первой области 224 завихрения до верхней поверхности 603 предкамеры 216. В примере, показанном фиг. 6, верхняя поверхность 603 предкамеры 216 параллельна и расположена на одном уровне с верхней поверхностью 240 камеры 201 сгорания. В дополнительных примерах верхняя поверхность 603 предкамеры 216 может быть повернута относительно верхней поверхности 240 камеры 201 сгорания и/или могут быть расположена вертикально ниже верхней поверхности 240. В каждом альтернативном варианте осуществления верхняя поверхность 603 предкамеры 216 не расположена вертикально выше верхней поверхности 240 камеры 201 сгорания. Кроме того, в альтернативных вариантах осуществления форма выступа 212 поршня 204 может быть сформирована иначе таким образом, чтобы угол наклона верхней поверхности 604 выступа 212 относительно головки 206 поршня 204 соответствовал углу наклона верхней поверхности 603 предкамеры 216 относительно верхней поверхности 240 камеры 201 сгорания.
Также показана вторая длина 602 выступа 212 поршня 204, причем вторая длина 602 меньше первой длины 600 предкамеры 216. За счет того, что вторая длина 602 меньше первой длины 600, выступ 212 может соответствовать внутренней части предкамеры 216, когда поршень 204 перемещается в положение ВМТ (показанное на фиг. 2B). Поскольку выступ 212 вводят в предкамеру 216, газы (например, воздух или топливовоздушная смесь) внутри предкамеры 216 могут быть сжаты до более высокого давления, по сравнению с давлением газов внутри камеры 201 сгорания, что позволяет увеличить температуру газов внутри предкамеры 216 относительно газов внутри камеры 201 сгорания. Таким образом, предкамера 216 может увеличить воспламеняемость газов при подаче искры от первого наконечника 220 свечи зажигания (показанного на фиг. 2А-2B), расположенного внутри предкамеры 216, как раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 7-8.
Фиг. 7 иллюстрирует пример способа воспламенения топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания, содержащей предкамеру и поршень с выступом, сформированным в соответствии с формой внутренней части предкамеры; выше раскрыты и в качестве примера на фиг. 2А-6 показаны выступ 212, поршень 204, предкамера 216 и камера 201 сгорания. В примере раскрытого ниже способа предкамера проходит в сторону от верхней поверхности (например, от верхней поверхности 240, показанной на фиг. 2А-3 и фиг. 6) камеры сгорания, образованной головкой цилиндра (например, головкой 202 цилиндра показанной на фиг. 2А-3 и фиг. 6) и проходит в сторону положения нижней мертвой точки поршня. Предкамера содержит нижний проем (например, нижний проем 207, показанный на фиг. 2А и фиг. 6), имеющий форму для вмещения выступа поршня, и содержит множество отверстий, сформированных в боковой стенке (например, отверстия 236, сформированные в боковой стенке 218, как показано на фиг. 2А-3 и фиг. 5-6) и выполненных с возможностью распыления воспламененных веществ (например, частично воспламененной топливовоздушной смеси) из предкамеры в камеру сгорания (которая может в настоящем документе упоминаться как главная камера).
Например, способ 700, показанный фиг. 7, содержит шаги для регулирования момента зажигания для свечи зажигания (такой как первая свеча 228 зажигания, показанная на фиг. 2А-2B), расположенной внутри предкамеры. Шаги для регулирования момента зажигания для первой свечи зажигания (которая может быть названа в настоящем документе как свеча зажигания предкамеры) показаны на фиг. 8.
В другом примере способ 700, показанный фиг. 7, содержит шаги для регулирования момента зажигания для свечи зажигания (такой как вторая свеча зажигания 230, показанная на фиг. 2А-3 и фиг. 6), расположенной в главной камере. Шаги для регулирования момента зажигания второй свечи зажигания (которая может быть названа в настоящем документе как вторичная свеча зажигания) показаны на фиг. 9.
В некоторых вариантах осуществления (например, в вариантах осуществления, содержащих вторичную свечу зажигания), способ может содержать шаги, показанные и на фиг. 8, и фиг. 9, или может содержать шаги, показанные только на фиг. 8 или только на фиг. 9. В других вариантах осуществления (например, в вариантах осуществления, не содержащих ни свечу зажигания предкамеры, ни вторичную свечи зажигания, например, в случае камеры сгорания дизельного двигателя), шаги, показанные на фиг. 8 и фиг. 9, могут отсутствовать в способе 700. В альтернативных вариантах осуществления способ 700 может содержать шаги, показанные на фиг. 8 и/или фиг. 9 в одном цикле сгорания, и, может не содержать шаги, показанные на фиг. 8 и фиг. 9, в цикле сгорания, следующим немедленно за указанным одним циклом сгорания. Альтернативные варианты осуществления могут содержать комбинации раскрытых выше условий.
Инструкции для выполнения способа 700 и других раскрытых в настоящем документе способов могут быть выполнены контроллером (например, контроллером 169, показанным на фиг. 1 и раскрытым выше) на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и совместно с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать приводы двигателя из системы двигателя для регулирования работы двигателя, в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 702 способ 700 содержит оценку и/или измерение условий работы двигателя на основе одного или нескольких показаний различных датчиков в системе двигателя и/или оценку и/или измерение условий работы системы двигателя (например, посредством различных температурных датчиков, датчиков давления и т.д., как раскрыто выше со ссылкой на фиг. 1). Условия работы двигателя могут содержать частоту вращения двигателя и нагрузку двигателя, моменты свеч зажигания, количество пропусков зажигания в двигателе, скорость увеличения нагрузки двигателя, давление топлива, положение педали, моменты открытия форсунок топливных инжекторов, уровень массового расхода воздуха, частоту вращения турбины, давление на впускном отверстии компрессора, температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, положение коленчатого вала и т.д.
Способ переходит к шагу 704, где способ содержит подачу впускного воздуха и/или топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Например, воздух может проходить в камеру сгорания через один или несколько впускных клапанов (например, через впускной клапан 300, показанный фиг. 3 и фиг. 6). В другом примере, воздух может быть смешан с топливом в области выше по потоку от камеры сгорания (например, во впускном канале 106, показанном на фиг. 1), и топливовоздушная смесь может проходить в камеру сгорания через один или несколько впускных клапанов, соединенных с головкой цилиндра.
Таким образом, например, способ на шаге 704 может содержать приведение в действие привода одного или нескольких впускных клапанов, чтобы открыть впускные клапаны и направить поток воздуха в камеру сгорания. Например, впускные клапаны могут быть приведены в действие посредством одного или нескольких электромеханических приводов (например, электромагнитов), причем степень открытия каждого впускного клапана и/или продолжительность открытия каждого впускного клапана могут регулировать посредством изменения контроллером электрических сигналов, подаваемых на электромеханические приводы. Например, при увеличении длительности электрического сигнала, переданного на электромеханический привод впускного клапана, можно увеличить продолжительность открытия впускного клапана, а при увеличении амплитуды электрического сигнала, переданного на электромеханический привод впускного клапана, можно увеличить степень открытия впускного клапана. В другом примере один или несколько впускных клапанов могут быть механически приведены в действие посредством распределительного вала, причем контроллер может регулировать моменты срабатывания клапанов с приводом от распределительного вала. Например, контроллер может передать электрический сигнал на привод распределительного вала, чтобы регулировать положение распределительного вала и/или одного или нескольких кулачков распределительного вала относительно впускных клапанов, чтобы регулировать моменты приведения в действие впускных клапанов.
Способ опционально переходит от шага 704 к шагу 706, где способ содержит впрыскивание топлива в камеру сгорания через один или несколько топливных инжекторов (например, через топливный инжектор 304, показанный фиг. 3 и фиг. 6). Например, если на шаге 704 в камеру сгорания подают воздух вместо топливовоздушной смеси, то на шаге 706 контроллер может привести в действие один или несколько топливных инжекторов, расположенных внутри камеры сгорания, чтобы впрыснуть топливо в камеру сгорания и смешать воздух с введенным топливом. В некоторых примерах количество впрыскиваемого топлива могут основывать на количестве воздуха, подаваемого в камеру сгорания, и/или на основе других условий работы двигателя (например, на основе требования по крутящему моменту двигателя). Например, во время условий наддува (например, во время условий, при которых сжатый впускной воздух подают в камеру сгорания через компрессор, например, через компрессор 184, показанный на фиг. 1), контроллер может увеличить время открытия форсунки одного или нескольких топливных инжекторов, чтобы увеличить количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, в качестве реакции на увеличение количества впускного воздуха, поступающего в камеру сгорания. Например, продолжительность открытия форсунок могут регулировать посредством увеличения или уменьшения длительности электрического сигнала, поданного контроллером на топливные инжекторы. Таким образом, могут обеспечить образование стехиометрической смеси топлива и воздуха в камере сгорания, чтобы увеличить степень сгорания внутри камеры сгорания.
Способ переходит от шага 704 (если в камеру сгорания подают топливовоздушную смесь) или от шага 706 (если воздух смешивают с впрыснутым топливом внутри камеры сгорания) к шагу 708, где способ содержит перемещение поршня и поршневого выступа к предкамере. Выступ поршня сформирован как продолжение поршня и постоянно прикреплен к головке поршня (например, к головке 206 показанной на фиг. 1). В результате поршень и выступ могут совместно двигаться к предкамере. Например, поршень и выступ могут переместиться от положения нижней мертвой точки (НМТ) (показанной на фиг. 2А и фиг. 6) к положению верхней мертвой точки (ВМТ) (показанной на фиг. 2B). Положение НМТ поршня соответствует самому нижнему положению поршня относительно головки цилиндра. В положении НМТ выступ поршня не входит внутрь предкамеры. Когда поршень и выступ двигаются к предкамере, топливовоздушная смесь внутри предкамеры сжимается, и давление смеси увеличивается. Например, поскольку выступ поршня входит в нижний проем предкамеры, давление смеси внутри предкамеры может быть больше давления смеси в главной камере. В результате температура смеси внутри предкамеры может быть больше, чем температура смеси в главной камере.
Способ переходит к шагу 710, где способ содержит создание искры и регулирование момента зажигания на основе условий работы двигателя. Например, контроллер может создать искру, приведя в действие одну или несколько свечей зажигания, расположенных внутри предкамеры и/или внутри главной камеры (например, свечу зажигания предкамеры или вторичную свечу зажигания). Например, регулирование момента зажигания может содержать регулирование момента зажигания свечи зажигания предкамеры, расположенной в предкамере, на шаге 712, на основе условий работы двигателя. В другом примере регулирование момента зажигания может содержать регулирование момента зажигания свечи зажигания главной камеры, расположенной в главной камере сгорания (но не в предкамере), на шаге 714, на основе условий работы двигателя. Шаги для регулирования момента зажигания в предкамере на шаге 712 показаны на фиг. 8 и раскрыты ниже. Шаги для регулирования момента зажигания в главной камере на шаге 714 показаны на фиг. 9 и раскрыты ниже. Дополнительные примеры могут содержать обе регулировки, показанные на шагах 712 и 714 (например, шаги, показанные и на фиг. 8, и на фиг. 9).
Способ переходит к шагу 716, где способ содержит вхождение выступа поршня в предкамеру, чтобы направить частично воспламененную топливовоздушную смесь через отверстия предкамеры в главную камеру. Например, после того, как искра создана на шаге 710 и в течение того же самого цикла сгорания, смесь внутри предкамеры может частично воспламениться, увеличив, таким образом, температуру и давление смеси внутри предкамеры. Кроме того, в то время когда поршень и выступ продолжают перемещаться в направлении предкамеры (например, в направлении верхней части камеры сгорания), как раскрыто выше в отношении шага 708, выступ вводится в предкамеру и уменьшает доступный объем предкамеры для сгорания смеси. Когда доступный объем уменьшается (например, за счет вхождения выступа в предкамеру), давление смеси дополнительно увеличивается, и частично воспламененная смесь выталкивается из отверстий предкамеры в главную камеру.
Способ переходит к шагу 718, где способ содержит воспламенение топливовоздушной смеси в главной камере за счет частично воспламененной топливовоздушной смеси из предкамеры. В результате частично воспламененная смесь попадает через отверстия предкамеры в главную камеру на шаге 716, где частично воспламененная смесь может смешаться с топливовоздушной смесью в главной камере. Таким образом, частично воспламененная смесь, вытолкнутая из отверстий предкамеры, может быстро нагреть невоспламененную топливовоздушную смесь в главной камере, чтобы поджечь невоспламененную смесь в главной камере.
За счет поджига невоспламененной топливовоздушной смеси в главной камере посредством частично воспламененной смеси, выталкиваемой из отверстий предкамеры, может быть увеличена воспламеняемость смеси в главной камере. Например, во время условий работы двигателя, при которых отношение количества газов РОГ к количеству атмосферного впускного воздуха внутри камеры сгорания и предкамеры большое (например, когда атмосферный впускной воздух смешивается с газами системы РОГ выше по потоку от камеры сгорания, или когда атмосферный впускной воздух смешивается с остатками отработавших газов, образованных в результате сгорания, внутри камеры сгорания), температура сгорания впускной топливовоздушной смеси (например, температура, при которой может воспламениться смесь) может быть увеличена относительно температуры сгорания топливовоздушной смеси, которая не содержит газы системы РОГ. Увеличивая температуру и давление топливовоздушной смеси внутри предкамеры, как раскрыто выше, смесь может более легко достигнуть температуры сгорания, что позволяет увеличить воспламеняемость смеси. В результате, увеличенное количество газов РОГ может быть использовано во время цикла сгорания, что позволяет улучшить характеристики по выбросам вредных веществ и повысить топливную экономичность.
На фиг. 8 приведено продолжение шага 710, показанного в составе способа 700 на фиг. 7. В частности, на фиг. 8 показаны шаги, содержащиеся во вторичном шаге 712 и позволяющие регулировать момент зажигания в предкамере на основе условий работы двигателя. Контроллер может посылать электрические сигналы на свечу зажигания предкамеры, чтобы привести в действие свечу зажигания предкамеры и создать искру в наконечнике свечи зажигания предкамеры. Например, регулирование момента зажигания предкамеры может содержать регулирование промежутка времени между электрическими сигналами (например, регулирование темпа передачи электрических сигналов), переданными от контроллера на свечу зажигания предкамеры, регулировку продолжительности и/или количества электрических сигналов, переданных на свечу зажигания предкамеры от контроллера и/или регулировку момента времени, в который создают искру в наконечнике свечи зажигания предкамеры (например, время начала подачи искры) относительно цикла сгорания.
Способ переходит от шага 712 (показанного на фиг. 7) к шагу 800 (показанному на фиг. 8), где способ содержит определение, больше ли температура каталитического нейтрализатора пороговой температуры. Например, температура каталитического нейтрализатора может представлять собой измеренную и/или оцененную температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, например, устройства 190 снижения токсичности отработавших газов, показанного на фиг. 1. Например, пороговая температура может представлять собой нормальную рабочую температуру (или температуру инициирования каталитических реакций (температуру активации)) устройства снижения токсичности отработавших газов во время периодов длительной эксплуатации двигателя (например, когда двигатель не находится в условиях холодного запуска). Другими словами, пороговая температура может представлять собой температуру, при которой устройство снижения токсичности отработавших газов эффективно удаляет NOx и другие вредные вещества из отработавших газов двигателя. Контроллер может сравнить измеренную и/или оцененную температуру устройства снижения токсичности отработавших газов с пороговой температурой, чтобы определить, больше ли измеренная и/или оцененная температура, чем пороговая температура.
Если на шаге 800 определено, что температура каталитического нейтрализатора не больше пороговой температуры, то способ переходит к шагу 802, где способ содержит регулирование момента свечи зажигания предкамеры согласно первому режиму. В первом режиме момент зажигания свечи зажигания предкамеры задерживают, чтобы увеличить температуру устройства снижения токсичности отработавших газов. Например, первый режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания предкамеры по команде контроллера для создания искры в то время, когда выступ перемещается в направлении от головки цилиндра во время одного цикла сгорания, после того, как выступ был полностью вставлен в предкамеру и до того, как выступ будет полностью удален из предкамеры во время одного цикла сгорания. Другими словами, контроллер может послать электрический сигнал на свечу зажигания предкамеры для создания искры на наконечнике свечи зажигания предкамеры, когда поршень перемещается от положения ВМТ (показанного на фиг. 2B и раскрытого выше) во время такта сжатия отдельного цикла сгорания к положению НМТ (показанному на фиг. 2А, и раскрытому выше) во время рабочего хода указанного отдельного цикла сгорания, в то время, когда выступ поршня все еще частично находится внутри предкамеры во время одного цикла сгорания.
Такой выбор момента времени для приведения в действие свечи зажигания предкамеры позволяет увеличить температуру отработавших газов, выходящих из камеры сгорания во время такта выпуска одного цикла сгорания. Например, когда выступ поршня движется внутри предкамеры в направлении от головки цилиндра, давление смеси воздуха и топлива внутри предкамеры может уменьшиться (например, может образоваться разрежение), что увеличивает поток топливовоздушной смеси из камеры сгорания в предкамеру через отверстия предкамеры. Искра, созданная свечой зажигания предкамеры, может поджечь топливовоздушную смесь, поступающую в предкамеру. Когда выступ удален из предкамеры, частично воспламененная топливовоздушная смесь из предкамеры может вытечь из нижнего проема в камеру сгорания, поджигая, таким образом, остающуюся внутри камеры сгорания топливовоздушную смесь. Это приводит к относительно позднему сгоранию топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания, и поэтому отработавшие газы, вытекающие из камеры сгорания во время такта выпуска, могут сохранить увеличенное количество тепловой энергии, образующейся в результате сгорания. Увеличенная тепловая энергия отработавших газов может впоследствии увеличить степень нагрева устройства снижения токсичности отработавших газов, что позволяет, таким образом, довести устройство снижения токсичности отработавших газов до нормальной рабочей температуры за меньшее количество времени во время таких условий, как холодный запуск двигателя (например, когда двигатель включен и работает после длительного периода постоя в выключенном состоянии). Затем способ переходит от шага 802 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
Если на шаге 800 температура каталитического нейтрализатора больше пороговой температуры, то способ переходит к шагу 804, где способ содержит определение, превышает ли количество газов РОГ пороговое количество. РОГ количество соответствует количеству газов РОГ внутри камеры сгорания. Например, газы системы РОГ могут смешиваться со свежим впускным воздухом в области (например, во впускном патрубке) выше по потоку от камеры сгорания. В другом примере, газы системы РОГ могут представлять собой остаточные газообразные продукты сгорания внутри камеры сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла сгорания. Контроллер может измерить и/или оценить количество газов РОГ внутри камеры сгорания посредством одного или нескольких датчиков и/или с учетом условий работы двигателя, чтобы сравнить измеренное и/или предполагаемое количество газов РОГ с пороговым количеством. Например, пороговое количество может соответствовать количеству газов РОГ, которое может повлиять на стабильность сгорания. Например, количество газов РОГ, превышающее пороговое количество внутри камеры сгорания, может уменьшить воспламеняемость топливовоздушной смеси в камере сгорания. В результате может быть увеличена температура сгорания (например, температура, при которой происходит сгорание) топливовоздушной смеси. Например, могут увеличить температуру топливовоздушной смеси внутри предкамеры, как раскрыто ниже в отношении шага 810, чтобы воспламенить топливовоздушную смесь в присутствии большого количества газов РОГ.
Если на шаге 804 количество газов РОГ внутри камеры сгорания меньше порогового количества, то способ переходит к шагу 806, где способ содержит регулирование момента свечи зажигания предкамеры согласно второму режиму. Во втором режиме момент зажигания свечи зажигания предкамеры регулируют таким образом, что сгорание внутри предкамеры начинают до полного входа выступа поршня в предкамеру. Например, второй режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания предкамеры посредством контроллера для создания искры в то время, когда выступ перемещается по направлению к головке цилиндра во время одного цикла сгорания, перед тем, как выступ оказывается частично вставленным в предкамеру во время одного цикла сгорания. Другими словами, создают искру посредством свечи зажигания предкамеры, когда поршень перемещается от положения НМТ во время такта сжатия отдельного цикла сгорания к положению ВМТ такта сжатия отдельного цикла сгорания, прежде чем выступ поршня будет частично вставлен внутрь предкамеры во время одного цикла сгорания. Например, искру могут создать в тот момент, когда выступ начинает вхождение в предкамеру во время такта сжатия отдельного цикла сгорания.
Такой выбор момента времени для приведения в действие свечи зажигания предкамеры позволяет инициировать сгорание топливовоздушной смеси внутри предкамеры до введения выступа в предкамеру. Другими словами, сгорание внутри предкамеры может быть начато относительно рано по сравнению со сгоранием, которое происходит, когда выступ полностью вставлен в предкамеру. Инициирование раннего сгорания внутри предкамеры увеличивает температуру топливовоздушной смеси внутри предкамеры до того, как выступ введут в предкамеру. Затем выступ может вводится в предкамеру (как раскрыто выше в отношении шага 716, показанного на фиг. 7) и распылить частично воспламененную топливовоздушную смесь через отверстия предкамеры в камеру сгорания (как раскрыто выше в отношении шага 718, показанного на фиг. 7), поджигая, таким образом, топливовоздушную смесь внутри камеры сгорания. Затем способ переходит от шага 806 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
Если на шаге 804 количество газов РОГ внутри камеры сгорания больше порогового количества, то способ переходит к шагу 808, где способ содержит определение, больше ли измеренная и/или предполагаемая нагрузка двигателя пороговой нагрузки двигателя. Например, нагрузка двигателя может быть измерена и/или оценена контроллером на основе одного или нескольких датчиков (например, датчика частоты вращения двигателя, датчика положения коленчатого вала и т.д.) или вычислена на основе условий работы двигателя (например, на основе массового расхода отработавших газов, расхода топлива и т.д.). Например, пороговая нагрузка двигателя может соответствовать нагрузке двигателя, при которой один цикл сгорания происходит в течение заданного периода времени. Например, когда двигатель находится в условиях высокой нагрузки, один цикл сгорания может произойти в течение первого количества времени, а когда двигатель находится в условиях низкой нагрузки, один цикл сгорания может произойти в течение второго количества времени, причем второе количество времени больше первого количества времени.
Если на шаге 808 измеренная и/или оцененная нагрузка двигателя меньше пороговой нагрузки двигателя, то способ переходит к шагу 810, где способ содержит регулирование момента свечи зажигания предкамеры согласно третьему режиму. В третьем режиме момент зажигания свечи зажигания предкамеры регулируют таким образом, что сгорание внутри предкамеры начинают, когда выступ поршня полностью вошел в предкамеру. Например, третий режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания предкамеры посредством контроллера для создания искры в то время, когда выступ перемещается по направлению к головке цилиндра во время одного цикла сгорания и после того, как выступ был частично вставлен в предкамеру во время одного цикла сгорания. Другими словами, создают искру посредством свечи зажигания предкамеры, когда поршень двигается от положения НМТ такта сжатия отдельного цикла сгорания к положению ВМТ такта сжатия отдельного цикла сгорания, в то время, когда выступ поршня частично вставлен внутрь предкамеры во время одного цикла сгорания. Затем способ переходит от шага 810 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
Если на шаге 808 измеренная и/или оцененная нагрузка двигателя больше пороговой нагрузки двигателя, то способ переходит к шагу 812, где способ содержит регулирование момента свечи зажигания предкамеры согласно четвертому режиму. В четвертом режиме момент зажигания свечи зажигания предкамеры регулируют таким образом, что сгорание внутри предкамеры начинают до полного введения выступа поршня в предкамеру и создают несколько искр и/или создают искру большей продолжительности. Например, аналогично второму режиму, раскрытому выше, четвертый режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания предкамеры посредством контроллера для создания искры в то время, когда выступ перемещается по направлению к головке цилиндра во время одного цикла сгорания, перед тем, как выступ оказывается частично вставленным в предкамеру во время одного цикла сгорания. Однако в отличие от второго режима, четвертый режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания предкамеры увеличенное количество раз и/или приведение в действие свечи зажигания предкамеры на более длительное время относительно приведения в действие свечи зажигания, раскрытого выше в отношении второго режима.
Состояние двигателя в то время, когда момент зажигания для предкамеры соответствует четвертому режиму, содержит температуру устройства снижения токсичности отработавших газов, которая меньше пороговой температуры, количество газов РОГ внутри камеры сгорания и предкамеры, превышающее пороговое количество, и нагрузку двигателя, которая больше пороговой нагрузки. В результате этого состояния двигателя воспламеняемость топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания и предкамеры может быть низкой (например, вследствие большого количества газов РОГ), и количество времени для воспламенения топливовоздушной смеси могут увеличить. Однако, вследствие высокой нагрузки двигателя, количество времени, в течение которого происходит один цикл сгорания, может быть небольшим, как раскрыто выше. Поскольку требуется большее количество времени, чтобы воспламенить смесь, а время одного цикла сгорания уменьшено, может увеличиться вероятность нестабильности сгорания (например, частичного и/или неполного сгорания). Чтобы уменьшить вероятность нестабильности сгорания, в четвертом режиме могут создавать искры свечи зажигания предкамеры большей продолжительности и/или могут создавать увеличенное число искр, чтобы увеличить вероятность частичного сгорания топливовоздушной смеси внутри предкамеры. Затем частично воспламененную смесь выталкивают из отверстий предкамеры (как раскрыто выше в отношении шага 716, показанного на фиг. 7), чтобы воспламенить топливовоздушную смесь в главной камере (как раскрыто выше в отношении шага 718, показанного на фиг. 7). Затем способ переходит от шага 812 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
На фиг. 9 показан другой пример продолжения шага 710, содержащегося в способе 700 на фиг. 7. В частности, на фиг. 9 показаны шаги, содержащиеся в шаге 714 для регулирования момента зажигания для главной камеры на основе условий работы двигателя. Контроллер может передать электрические сигналы на вторичную свечу зажигания, расположенную в главной камере (например, на вторую свечу 222 зажигания, показанную на фиг. 2А-2B, фиг. 3 и фиг. 6), чтобы привести в действие вторичную свечу зажигания и создать искру в наконечнике вторичной свечи зажигания. Например, регулирование момента зажигания для главной камеры (этот момент зажигания может быть упомянут в настоящем документе как вторичный момент зажигания) может содержать регулирование промежутка времени между электрическими сигналами (например, регулирование темпа передачи электрических сигналов) переданными от контроллера на вторичную свечу зажигания, регулировку продолжительности и/или количества электрических сигналов, переданных на вторичную свечу зажигания от контроллера и/или регулировку момента времени для создания искры в наконечнике вторичной свечи зажигания (например, время начала подачи искры) относительно цикла сгорания.
Способ переходит от шага 714, показанного на фиг. 7, к шагу 900, показанному на фиг. 9, где способ содержит определение, больше ли частота обнаружения пропусков зажигания, чем пороговая частота. Например, пропуски зажигания в камере сгорания могут быть обнаружены контроллером посредством одного или нескольких датчиков и/или могут быть оценены на основе условий работы двигателя (например, на основе колебаний значения вырабатываемого крутящего момента и т.д.). Например, пороговая частота может быть основана на частоте, при которой ухудшается выработка крутящего момента двигателя. В другом примере пороговая частота может быть основана на частоте, при которой ухудшаются показатели по выбросам вредных веществ из двигателя (например, частота, при которой увеличивается количество выбросов вредных веществ). Например, частота обнаружения пропусков зажигания может представлять собой количество пропусков зажигания в камере сгорания, произошедших в течение заранее заданного количества времени в период эксплуатации двигателя (например, количество пропусков зажигания, произошедших в течение заданного периода работы двигателя). В другом примере частота обнаружения пропусков зажигания может представлять собой количество пропусков зажигания в камере сгорания, обнаруженными в течение заданного количества циклов сгорания. Контроллер может выполнить запись количества пропусков зажигания, обнаруженных в течение заданного количества циклов сгорания, чтобы определить частоту пропусков зажигания в течение заданного количества циклов сгорания. Затем контроллер может сравнить частоту пропусков зажигания с пороговой частотой. Частота обнаружения пропусков зажигания может быть определена контроллером для одной камеры сгорания или может представлять собой объединенную частоту для нескольких камер сгорания.
Если на шаге 900 определено, что частота обнаружения пропусков зажигания больше пороговой частоты, то способ переходит к шагу 902, где способ содержит регулировку момента вторичной свечи зажигания на основе режима момента свечи зажигания предкамеры. Например, если момент свечи зажигания предкамеры соответствует первому режиму, то момент вторичной свечи зажигания (например, момент свечи зажигания, расположенной в главной камере, например, второй свечи 222 зажигания показанной на фиг. 2А-2B, фиг. 3 и фиг. 6) могут отрегулировать таким образом, чтобы вторичная свеча зажигания имела тот же самый момент, что и свеча зажигания предкамеры. Другими словами, контроллер может привести в действие вторичную свечу зажигания в то же самое время, что и свечу зажигания предкамеры, чтобы частично воспламенить топливовоздушную смесь в главной камере, в то время, когда свеча зажигания предкамеры может частично воспламенить топливовоздушную смесь внутри предкамеры. Таким образом, может быть уменьшена вероятность пропуска зажигания. В другом примере, если момент свечи зажигания предкамеры соответствует второму режиму или четвертому режиму, то момент вторичной свечи зажигания, могут отрегулировать таким образом, чтобы вторичная свеча зажигания была приведена в действие сразу после приведения в действие свечи зажигания предкамеры, что позволяет увеличить стабильность сгорания. В другом примере, если момент свечи зажигания предкамеры соответствует третьему режиму, то момент вторичной свечи зажигания могут отрегулировать таким образом, чтобы вторичная свеча зажигания была приведена в действие в то время, когда частично воспламененную топливовоздушную смесь из предкамеры выталкивают в камеру сгорания, что позволяет уменьшить вероятность неполного сгорания.
Затем способ переходит от шага 902 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
Если на шаге 900 определено, что частота обнаружения пропусков зажигания меньше пороговой частоты, то способ переходит к шагу 904, где способ содержит определение, требуется ли регулирование фазы сгорания. Например, когда свечу зажигания предкамеры приводят в действие согласно первому режиму, сгорание в главной камере может происходить относительно поздно по сравнению с условиями, при которых свечу зажигания предкамеры приводят в действие согласно второму, третьему или четвертому режимам. При таких условиях контроллер может выполнить определение регулирования фазы сгорания, как раскрыто ниже.
Если на шаге 904 требуется регулирование фазы сгорания, то способ переходит к шагу 902, где способ содержит регулировку момента срабатывания вторичной свечи зажигания на основе режима момента срабатывания свечи зажигания предкамеры, как раскрыто выше. Например, если температура устройства снижения токсичности отработавших газов приближается к пороговой температуре, как раскрыто выше в отношении шага 800, показанного на фиг. 8, то могут регулировать момент срабатывания вторичной свечи зажигания, чтобы приведение в действие вторичной свечи зажигания происходило в цикле сгорания раньше, что обеспечивает более раннее сгорание в главной камере. Более раннее сгорание в главной камере позволяет уменьшить количество тепловой энергии, направляемой к устройству снижения токсичности отработавших газов посредством отработавших газов, как раскрыто выше в отношении шага 802 показанного на фиг. 8. Таким образом, если температура устройства снижения токсичности отработавших газов приближается к пороговой температуре, можно использовать уменьшенное количество энергии для нагревания устройства снижения токсичности отработавших газов, и лишняя энергия может быть использована для увеличения выработки крутящего момента двигателя (например, посредством приложения большей силы к поршню при сгорании). Затем способ переходит от шага 902 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
Если на шаге 904 не требуется регулирование фазы сгорания, то способ переходит к шагу 906, где способ включает в себя отсутствие регулировки момента срабатывания вторичной свечи зажигания. Например, если вторичная свеча зажигания приводится в действие с некоторым моментом, но контроллер не выполняет какое-либо регулирование этого момента. Затем способ переходит от шага 902 обратно к шагу 710, показанному на фиг. 7.
За счет регулирования момента свечи зажигания предкамеры и момента свечи зажигания главной камеры, в качестве реакции на условия работы двигателя, согласно раскрытым выше способам, может быть уменьшена вероятность пропусков зажигания. Кроме того, во время условий, при которых существует высокое отношение количества газов РОГ к количеству атмосферного впускного воздуха внутри камеры сгорания, можно повысить воспламеняемость топливовоздушной смеси.
Технический эффект от введения выступа поршня в предкамеру, расположенную внутри камеры сгорания, состоит в увеличении температуры и давления топливовоздушной смеси внутри предкамеры. Технический эффект от регулирования момента свечи зажигания предкамеры в зависимости от условий работы двигателя состоит в регулировании момента сгорания в камере сгорания. Таким образом, за счет увеличения температуры и давления топливовоздушной смеси внутри предкамеры, можно частично воспламенить топливовоздушную смесь, что позволяет поджечь топливовоздушную смесь внутри камеры сгорания. Частично воспламененная топливовоздушная смесь внутри предкамеры может увеличить воспламеняемость топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания. Кроме того, расположение отверстий предкамеры в пределах боковой стенки предкамеры, расположенной внутри камеры сгорания, позволяет частично распылить воспламененную топливовоздушную смесь из отверстий и увеличить смешивание частично воспламененной смеси с невоспламененной смесью. Кроме того, вхождение выступа поршня через нижний проем предкамеры позволяет увеличить количество воспламененных газов, способных вытечь из нижнего проема, поскольку выступ может двигаться в направлении от головки цилиндра, уменьшая, таким образом, степень смешения атмосферного воздуха с отработавшими газами, во время следующего цикла сгорания.
Фиг. 2А-6 иллюстрируют примеры вариантов осуществления изобретения с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в непосредственном контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными по меньшей мере в качестве примера. Например, компоненты, расположенные в поверхностном контакте друг с другом, могут упоминаться, как имеющие поверхностный контакт. В другом примере элементы, расположенные отдельно друг от друга, зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, только в качестве примера. В другом примере элементы, показанные расположенными выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах относительно друг друга или справа/слева друг от друга, могут быть упомянуты как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на иллюстрациях, самый верхний элемент или самая верхняя точка элемента могут упоминаться как «верх» указанного компонента, а самый нижний элемент или самая нижняя точка элемента могут упоминаться как «низ» указанного компонента, по меньшей мере в качестве примера. Используемые в настоящем документе термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже могут указываться относительно вертикальной оси на чертежах и применяться для указания положения элементов относительно друг друга на чертежах. Например, элементы, показанные выше других элементов, расположены выше других элементов по вертикали. В другом примере формы элементов, изображенных на чертежах, могут быть указаны как таковые (например, элементы, являющиеся круглыми, прямыми, плоскими, изогнутыми, скругленными, скошенными, угловыми и т.п.). Кроме того, элементы, показанные в пересечении друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный за пределами другого элемента, может быть упомянут как таковой, в качестве примера.
В одном варианте осуществления система содержит: камеру сгорания, образованную цилиндром, закрытым головкой цилиндра; предкамеру, образованную головкой цилиндра, причем предкамера проходит в сторону от головки цилиндра и внутрь цилиндра; и поршень, расположенный в цилиндре, причем поршень содержит выступ, имеющий форму, соответствующую внутреннему пространству предкамеры. В первом примере системы указанная система содержит первую свечу зажигания, соединенную с головкой цилиндра в первой области, причем наконечник первой свечи зажигания расположен внутри предкамеры. Второй пример системы факультативно содержит первый пример, и дополнительно содержит вторую свечу зажигания, соединенную с головкой цилиндра во второй области, и причем наконечник второй свечи зажигания расположен внутри камеры сгорания во второй области, расположенной вне предкамеры. Третий пример системы факультативно содержит первый и/или второй пример и дополнительно отличается тем, что предкамера содержит множество отверстий, сформированных в боковой стенке предкамеры. Четвертый пример системы факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и дополнительно отличается тем, что предкамера содержит нижний проем, имеющий форму с возможностью вхождения в него выступа поршня, и причем предкамера открыта для камеры сгорания через нижний проем. Пятый пример системы факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и дополнительно содержит первую область завихрения, образованную головкой цилиндра, причем первая область завихрения проходит вертикально ниже самой верхней поверхности камеры сгорания в направлении центральной оси камеры сгорания, и причем предкамера образована первой областью завихрения. Шестой пример системы факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по пятый, и дополнительно содержит вторую область завихрения, образованную головкой цилиндра и расположенную напротив первой области завихрения в перпендикулярном направлении к центральной оси камеры сгорания.
В одном варианте осуществления способ содержит шаги, на которых во время одного цикла сгорания: подают сжигаемый газ в главную камеру цилиндра, закрытого головкой цилиндра; подают сжигаемый газ в предкамеру, соединенную по текучей среде с цилиндром и проходящую в сторону от головки цилиндра и внутрь цилиндра; и сжимают сжигаемый газ внутри предкамеры посредством введения выступа поршня в предкамеру. В первом примере способа при подаче сжигаемого газа в главную камеру сгорания и в предкамеру смешивают сжигаемый газ с топливом в цилиндре или во впускном канале выше по потоку от цилиндра для формирования смеси газа и топлива. Второй пример способа факультативно содержит первый пример и дополнительно содержит шаги, на которых: воспламеняют смесь газа и топлива внутри предкамеры для формирования частично воспламененной смеси; и выталкивают частично воспламененную смесь через отверстия, образованные в боковой стенке предкамеры, в главную камеру сгорания. Третий пример способа факультативно содержит первый и/или второй пример и дополнительно содержит шаги, на которых: воспламеняют смесь газа и топлива в главной камере посредством смешивания смеси газа и топлива с частично воспламененной смесью. Четвертый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и дополнительно отличается тем, что при воспламенении сжигаемого газа внутри предкамеры поджигают смесь газа и топлива за счет самовоспламенения в результате введения выступа поршня в предкамеру. Пятый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по четвертый, и дополнительно отличается тем, что при воспламенении смеси газа и топлива внутри предкамеры приводят в действие свечу зажигания предкамеры, частично расположенную внутри предкамеры и соединенную с головкой цилиндра для создания искры внутри предкамеры. Шестой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по пятый, и дополнительно содержит шаги, на которых регулируют момент зажигания в предкамере в первом режиме, если температура устройства снижения токсичности отработавших газов ниже первой пороговой температуры, причем первый режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания для создания искры после того, как поршень переместится в положение верхней мертвой точки такта сжатия отдельного цикла сгорания и до того, как поршень переместится в положение нижней мертвой точки рабочего хода указанного отдельного цикла сгорания. Седьмой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по шестой, и дополнительно содержит шаги, на которых регулируют момент зажигания в предкамере во втором режиме, если количество газов РОГ в цилиндре меньше порогового количества, причем второй режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания для создания искры после того, как поршень переместится в положение нижней мертвой точки такта сжатия отдельного цикла сгорания и до того, как выступ введут в предкамеру во время такта сжатия отдельного цикла сгорания. Восьмой пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по седьмой, и дополнительно содержит шаги, на которых регулируют момент зажигания в предкамере в третьем режиме, если количество газов РОГ в цилиндре превышает пороговое количество и нагрузка двигателя меньше пороговой нагрузки, причем третий режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания для создания искры после того, как выступ введут в предкамеру во время такта сжатия отдельного цикла сгорания и до того, как поршень переместится в положение верхней мертвой точки такта сжатия отдельного цикла сгорания. Девятый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по восьмой, и дополнительно содержит шаги, на которых регулируют момент зажигания в предкамере в третьем режиме, если количество газов РОГ в цилиндре больше порогового количества и нагрузка двигателя больше пороговой нагрузки, причем четвертый режим включает в себя приведение в действие свечи зажигания для создания множества искр или искры увеличенной длительности после того, как поршень переместится в положение нижней мертвой точки такта сжатия отдельного цикла сгорания и до того, как выступ введут в предкамеру во время такта сжатия отдельного цикла сгорания. Десятый пример способа факультативно содержит один или несколько примеров, с первого по девятый, и дополнительно отличается тем, что воспламенение смеси газа и топлива в главной камере включает в себя приведение в действие свечи зажигания главной камеры, причем свеча зажигания соединена с головкой цилиндра и расположена в главной камере, и причем момент зажигания в главной камере регулируют в зависимости от момента зажигания в предкамере.
В другом варианте осуществления система содержит: камеру сгорания, образованную цилиндром, закрытым головкой цилиндра; предкамеру, образованную головкой цилиндра, причем предкамера проходит в сторону от головки цилиндра и внутрь цилиндра; поршень, расположенный в цилиндре, причем поршень содержит выступ, имеющий форму, соответствующую внутреннему пространству предкамеры; первую свечу зажигания, соединенную с головкой цилиндра и содержащую наконечник, расположенный внутри предкамеры; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: возможность регулирования момента зажигания первой свечи зажигания в зависимости от условий работы двигателя. В первом примере системы указанная система содержит вторую свечу зажигания, соединенную с головкой цилиндра и содержащую наконечник, расположенный внутри камеры сгорания в области, расположенной вне предкамеры, и причем контроллер содержит машиночитаемые инструкции для регулирования момента зажигания второй свечи зажигания в зависимости от условий работы двигателя.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры управляющих программ и программ оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы управления и управляющие программы, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные программы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Кроме того, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогичным образом, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, l-4, l-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов.
Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.