点火系统、发动机及用于在稀燃发动机中控制燃烧的方法技术方案

本申请公开了一种用于车辆的发动机的点火系统、发动机和用于在稀燃发动机中控制燃烧的方法。该点火系统包括：火花塞，该火花塞包括：接地电极和电连接到点火线圈的中心电极，其中火花塞在发动机的正常模式中点燃燃料和空气的混合物；高速脉冲发生器，用于在发动机的稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物；脉冲发生器控制器，用于控制高速脉冲发生器以在发动机稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物；发动机控制单元，基于发动机速度和发动机负载来确定正常模式和稀燃模式，并且基于正常模式和稀燃模式中所确定的模式来控制脉冲发生器控制器和火花塞的点火。和火花塞的点火。和火花塞的点火。

【技术实现步骤摘要】
点火系统、发动机及用于在稀燃发动机中控制燃烧的方法


[0001]本公开涉及一种内燃机，该内燃机具有用于双模式的点火系统。

技术介绍

[0002]本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
[0003]通常，内燃机在进气冲程期间将燃料和空气引入到气缸中，并且燃料和空气的混合物被燃烧室中的火花塞产生的火花点燃。燃烧室由气缸、布置在气缸内的活塞和发动机的气缸盖构成。
[0004]具体地，喷射到燃烧室中的混合物在压缩冲程期间被压缩并被火花塞的放电现象点燃。空气和燃料的混合物在燃烧室中燃烧，并因此对抗可移动活塞膨胀，由此驱动曲轴使得发动机产生驱动动力，并且车辆可以利用来自发动机的驱动动力来运行。
[0005]设置在内燃机(例如，汽油发动机)中的火花塞通过火花放电来起到点燃压缩的混合物的作用，其中火花放电是因为由点火线圈产生了高压电流。
[0006]在一般的汽油发动机的情况下，其主要地是基于理论空气/燃料比(air/fuel ratio，空燃比)(14.7:1，λ＝1)的燃烧来操作的。然而，在发动机实施由λ大于1(λ>1)所限定的稀燃燃烧的情况下，空气/燃料比可能是大约30:1(λ＝2)。在这种情况下，燃烧室中的混合物所具有的喷射燃料与空气的量相比非常少，因此即使火花塞发生火花放电，混合物也不会被点燃(例如不点火)或者发生不完全燃烧。
[0007]因此，需要对火花塞进行研发以实现稀薄燃烧。
[0008]我们已经发现，由于混合物的燃料和空气比中空气占比高，因此难以在主燃烧室内实现持续、完全且彻底的燃烧，这是因为火焰传播的速度相对较慢。

技术实现思路

[0009]本公开提供了一种双模式点火系统，使内燃式(IC)发动机能够在具有稀燃条件(λ>1.4，稀燃模式)的低发动机负载下使用高速脉冲(HSP)进行操作，而在常规模式(即富燃条件，化学计量学上λ<＝1)的高负载状态下使用常规的火花塞进行操作，从而利用了常规的火花塞在高负载下的性能优势并且放宽了对于低负载下稀燃空气燃料混合物(lean air/fuel mixture,空气占比高的燃料空气混合物)的点火稳定性的限制，从而在整个操作范围里都提高整体发动机热效率和性能。
[0010]在本公开的一种形式中，一种用于发动机的点火系统包括：火花塞，该火花塞包括接地电极和电连接到点火线圈的中心电极，其中火花塞构造成在发动机的正常模式中点燃燃料和空气的混合物；高速脉冲发生器，构造成在发动机的稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物，其中在稀燃模式中，燃料和空气的混合物以稀燃空气/燃料比混合；脉冲发生器控制器，构造成控制高速脉冲发生器以在发动机的稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物；发动机控制单元(ECU)，构造成基于发动机速度和发动机负载来确定正常模式和稀燃模式，并且基于正常模式和稀燃模式中所确定的模式来控制火花塞的点火的脉冲发生器控制器。
[0011]在另一种形式中，火花塞和高速脉冲发生器两者均设置在发动机的气缸中并且构造成基于所确定的模式在气缸的燃烧室中点燃燃料和空气的混合物、具有所述稀燃空气/燃料比的燃料和空气混合物和/或排气残留物。
[0012]高速脉冲发生器构造成在燃烧室中产生非热等离子体并且促使在稀燃模式中进行多点体积燃烧。
[0013]在一种形式中，ECU可以基于发动机速度和发动机负载确定再生模式和电动车辆(EV)模式，在再生模式中，发动机产生的动力至少部分地用于为车辆的电池充电，在电动车辆模式中，车辆仅靠电池供应的电力运行。具体地，ECU进一步构造成控制高速脉冲发生器控制器以在再生模式和EV模式中禁止点火。
[0014]在另一种形式中，高速脉冲发生器构造成在小于100纳秒的时间内放出至少超过40,000伏特的脉冲动力。
[0015]正常模式包括发动机的冷启动和中至高发动机负载，正常模式通过燃烧这样的燃料和空气的混合物来操作，其中该燃料和空气的混合物的空气/燃料比前述稀燃空气/燃料比低。
[0016]在本公开的另一种形式中，发动机可以包括：发动机缸体，限定气缸；气缸盖，构造成覆盖气缸；燃烧室，至少部分地由发动机缸体的气缸以及气缸盖限定；燃料输送系统，该燃料输送系统包括位于进气口中的低压燃料喷射器和/或高压直接喷射器，或者包括通到燃烧室中的直喷式喷射器；点火系统，该点火系统包括：火花塞和高速脉冲发生器，火花塞构造成在发动机的正常模式中点燃燃料和空气的混合物，高速脉冲发生器构造成在发动机的稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物，其中，在稀燃模式中，燃料和空气的混合物以稀燃空气/燃料比混合；活塞，设置成能在气缸内往复运动并且构造成在发动机的压缩冲程期间向上运动以压缩燃料和空气的混合物；以及发动机控制单元(ECU)，该发动机控制单元构造成：基于发动机速度和发动机负载来确定正常模式和稀燃模式，并且基于正常模式和稀燃模式中所确定的模式来控制高速脉冲发生器和火花塞。
[0017]在一种形式中，火花塞和高速脉冲发生器两者均暴露于燃烧室并且构造成在燃烧室中分别点燃燃料和空气的混合物以及具有稀燃空气/燃料比的燃料和空气的混合物。
[0018]在本公开的另一种形式中，一种用于在稀燃发动机中控制燃烧的方法，包括：提供包括燃烧室的稀燃发动机，燃烧室具有火花点火器和高速脉冲发生器；在正常发动机模式中向燃烧室提供燃料和空气的混合物，在正常发动机模式中，稀燃发动机在中和高发动机负载下利用火花点火器通过火花点火来进行操作；在稀燃发动机模式中向燃烧室提供稀燃空气/燃料混合物，在稀燃发动机模式中，稀燃发动机利用高速脉冲发生器在燃烧室中以多点体积燃烧来进行操作；并且在稀燃发动机模式中，通过高速脉冲发生器在燃烧室中产生的非热等离子体来点燃稀燃空气/燃料混合物并且促使稀燃空气/燃料混合物进行多点体积燃烧。具体地，稀燃空气/燃料混合物具有大于1.4的λ值。
[0019]在另一种形式中，该方法还包括：当稀燃发动机在低发动机负载下操作时，确定为稀燃发动机模式；当稀燃发动机在中至高发动机负载范围中操作时，确定为正常发动机模式；并且在接收到加速输入时从稀燃发动机模式转换到正常发动机模式。
[0020]其他适用领域将从本文提供的描述中变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0021]为了更好地理解本公开，现在将参考附图描述以示例的方式给出的多种形式，在附图中：
[0022]图1是示出了发动机的示例图，该发动机具有本公开的一种形式的点火系统；
[0023]图2是本公开的一种形式的点火系统的电气图，该点火系统实施双模式点火；
[0024]图3是示出了本公开的一种形式的火花塞的整体构造的视图；
[0025]图4是图1的放大局部剖面侧视图，其中示出了气缸盖中的喷射器、火花塞和高速脉冲发生器的布置；
[0026]图5是示出了本公开的一种形式的发动机的操作状态的示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于车辆的发动机的点火系统，包括：火花塞，所述火花塞包括接地电极和电连接到点火线圈的中心电极，所述火花塞构造成在所述发动机的正常模式中点燃燃料和空气的混合物；高速脉冲发生器，构造成在所述发动机的稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物，其中在所述稀燃模式中，燃料和空气的混合物以稀燃空气/燃料比混合；脉冲发生器控制器，构造成控制所述高速脉冲发生器以在所述发动机的稀燃模式中点燃燃料和空气的混合物；以及发动机控制单元，构造成：基于发动机速度和发动机负载来确定所述正常模式和所述稀燃模式，以及基于所述正常模式和所述稀燃模式中的所确定模式来控制所述火花塞的点火以及控制所述脉冲发生器控制器。2.根据权利要求1所述的点火系统，其中，所述火花塞和所述高速脉冲发生器两者均设置在所述发动机的气缸中并且构造成基于所确定的模式，所述火花塞在所述气缸的燃烧室中点燃燃料和空气的混合物或者所述高速脉冲发生器在所述气缸的燃烧室中点燃具有所述稀燃空气/燃料比的燃料和空气的混合物。3.根据权利要求2所述的点火系统，其中，所述高速脉冲发生器构造成在所述燃烧室中产生非热等离子体并且促使在所述稀燃模式中进行多点体积燃烧。4.根据权利要求2所述的点火系统，其中，所述发动机控制单元进一步构造成基于所述发动机速度和所述发动机负载来确定再生模式和电动车辆模式，在所述再生模式中，所述发动机产生的动力至少部分地用于为所述车辆的电池充电，在所述电动车辆模式中，所述车辆仅靠所述电池供应的电力运行，并且其中，所述发动机控制单元进一步构造成控制所述脉冲发生器控制器以在所述再生模式和所述电动车辆模式中禁止所述高速脉冲发生器的点火。5.根据权利要求2所述的点火系统，其中，所述高速脉冲发生器构造成在小于100纳秒的时间内放出至少超过40,000伏特的脉冲功率。6.根据权利要求2所述的点火系统，其中，所述正常模式包括所述发动机的冷启动以及中至高发动机负载，所述正常模式通过燃烧这样的燃料和空气的混合物来操作，该燃料和空气的混合物的空气/燃料比比所述稀燃空气/燃料比低。7.一种发动机，包括：发动机缸体，限定气缸；气缸盖，构造成覆盖所述气缸；燃烧室，至少部分地由所述发动机缸体的所述气缸以及所述气缸盖限定；喷射器，构造成在所述气缸中喷射燃料；点火系统，包括火花塞和高速脉冲发生器，所述火花塞构造成在所述发动机的正常模式中点燃燃料和空气的混合物，所述高速脉冲发生器构造成在所述发动机的稀燃模式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅瑞，
申请(专利权)人：起亚株式会社，
类型：发明
国别省市：