CN114165327A - 用于可变容积预燃室点火器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于可变容积预燃室点火器的方法和系统，所述可变容积预燃室点火器可以联接在发动机系统中。在一个示例中，一种方法可以包括：基于工况通过调整预燃室点火器的盖的位置来调整预燃室点火器的内部容积，所述预燃室点火器包括将所述预燃室点火器流体地联接到发动机气缸的主燃烧室的多个孔口。通过调整所述盖的位置，可以增加或减小所述预燃室点火器的所述内部容积，以在各种工况下向所述气缸提供稳健的点火。

Description

用于可变容积预燃室点火器的方法和系统

技术领域

本说明书总体上涉及用于具有预燃室点火系统的发动机的系统和方法。

背景技术

内燃发动机在气缸内燃烧空气-燃料混合物以产生扭矩，所述扭矩可以用于推进车辆。在一些此类发动机中，点火源用于在压缩冲程期间点燃每个气缸内的空气-燃料混合物。例如，在传统的火花点火发动机中，每个气缸包括用于直接点燃气缸内的空气-燃料混合物的火花塞。在其他示例中，气缸内的空气-燃料混合物可以被来自预燃烧室(在本文中称为预燃室)的热气体和火焰射流点燃。被动预燃室可以是位于气缸的余隙容积中的壁围腔室，并且可以包括火花塞。在发动机操作期间，将空气-燃料混合物引入气缸中，并且在气缸的压缩冲程期间将空气-燃料混合物的一部分经由被动预燃室与气缸之间的压力差引入被动预燃室中。当请求点火时，致动预燃室中的火花塞，从而点燃预燃室中的空气-燃料混合物的一部分。在点燃预燃室中的空气-燃料混合物的一部分之后，火焰和热气体射流可以离开预燃室并经由预燃室壁中的一个或多个孔进入气缸。这些射流点燃气缸中的空气-燃料混合物以产生扭矩。

在一些发动机工况期间，预燃室点火可以提供优于传统的火花点火发动机的性能和效率益处。例如，与传统的火花点火发动机的类似气缸相比，具有预燃室点火的气缸可以在更稀的情况下(例如，较高排气再循环或较稀空燃比)操作，这可能导致具有预燃室点火的气缸中的燃料消耗较少。在其他示例中，具有预燃室点火的气缸可产生比由火花塞点火的气缸更多的动力，这是由于气缸中燃烧率增大，这可以减少发生爆震燃烧的时间量，由此允许点火正时进一步朝向最大制动扭矩(MBT)提前。

然而，被动预燃室系统不提供对预燃室中的燃料水平和氧水平的直接控制。例如，在低负荷操作期间，被引入被动预燃室的空气-燃料混合物的量可以减少，并且被动预燃室中的低水平的燃料和氧气可以导致燃烧稳定性(例如，可点火性)降低和预燃室失火发生率增加。在另一个示例中，在冷起动状况期间，被动预燃室中的低温可能降低预燃室的燃烧稳定性。

用于在一系列工况中提高预燃室系统的燃烧稳定性的其他尝试包括用于将燃料和空气两者直接喷射到预燃室中的系统，在本文中被称为主动预燃室系统。Riley等人在U.S.8,925,518B1中示出了一种示例性方法。其中，公开了一种主动预燃室系统，其在预燃室中包括直接燃料喷射和直接氧喷射。通过将燃料和氧气直接喷射到预燃室中，可以独立于气缸的AFR来命令预燃室的AFR。

然而，本文的发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，在具有主动预燃室的系统中，添加预燃室燃料喷射器和预燃室空气喷射器可能增加系统的成本和复杂性，并且可能引入显著封装约束。例如，可以减小进气门和排气门、冷却通道等的大小，以使得能够在预燃室内封装一个或多个喷射器加上火花塞，其中介电绝缘充分。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以通过一种方法来解决，所述方法包括：至少基于发动机负荷通过调整预燃室点火器的盖的位置来调整预燃室点火器的内部容积，预燃室点火器包括将预燃室点火器流体地联接到发动机气缸的主燃烧室的多个孔口。以这种方式，可以经由调整盖来改变预燃室的内部容积，以便在一系列工况下向气缸提供稳健的点火。

作为一个示例，至少基于发动机负荷来调整预燃室点火器的内部容积可以包括：随着发动机负荷减小而增加预燃室点火器的内部容积；以及随着发动机负荷增加而减小预燃室点火器的内部容积。例如，盖可以在平行于预燃室点火器的中心轴线的方向上线性移动，并且盖可以进一步朝向气缸的活塞延伸(例如，在第一方向上移动)以增加预燃室点火器的内部容积(例如，响应于发动机负荷减小)。相比之下，盖可以进一步远离活塞缩回(例如，在与第一方向相反的第二方向上移动)以减小预燃室点火器的内部容积(例如，响应于发动机负荷增加)。作为示例，盖可以进一步延伸直到在盖的完全延伸位置处实现预燃室点火器的最大内部容积，或者进一步缩回直到在盖的完全缩回位置处实现预燃室点火器的最小内部容积。例如，当盖进一步缩回时，盖的底部内表面与预燃室点火器的电极之间的距离可以减小。在一些示例中，预燃室点火器的内部容积可以在给定的发动机负荷下随着发动机的转速减小而进一步增加，并且预燃室点火器的内部容积可以在给定的发动机负荷下随着发动机的转速增加而进一步减小。另外或替代地，预燃室点火器的内部容积可以在给定的发动机负荷下随着操作温度降低而进一步增加，并且预燃室点火器的内部容积可以在给定的发动机负荷下随着操作温度升高而进一步减小。例如，操作温度可以是进气温度、发动机温度或预燃室点火器的壁温度。

在一些示例中，接地电极可以直接联接到盖的底部内表面。在此类示例中，电极与接地电极之间的火花间隙的大小可以随着调整盖的位置而变化。因此，在此类示例中，用于操作电极的点火能量和/或火花持续时间可以随着盖的延伸而增加，并且随着盖的缩回而减少。

通过减小预燃室点火器的内部容积，可以在较高的发动机转速负荷和较高的温度条件下增加气缸的点火速度，因为较小的内部容积引起更快的压力累积和更高速度的火焰射流以及热射流离开一个或多个开口到达气缸。因此，气缸可以以更接近MBT正时的点火正时操作，以增加动力和燃料效率。通过增加预燃室点火器的内部容积，可以在低发动机转速-负荷和低温条件下增加预燃室点火器内的燃烧稳定性，因为较大的内部容积减少了预燃室点火器内的火焰核心猝熄(flame kernel quenching)的发生。另外，当接地电极直接联接到盖的内底表面时，当盖处于第二位置时提供的较大火花间隙可以产生更大且更快地生长的火焰核心。总的来说，相对于固定几何形状的预燃室，在更宽的工况范围内提供稳健的预燃室点火，从而提高发动机效率，而预燃室点火器的成本和大小相对于在预燃室内包括附加的燃料喷射器的主动预燃室更低。因此，可以在发动机中使用更大的进气门和排气门，从而导致更高的发动机功率容量。

应理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。

附图说明

图1示出了车辆的发动机系统中的气缸配置的示意图。

图2A示意性地示出了可变容积预燃室系统的第一示例的详细视图，其中可调整的预燃室盖处于第一位置。

图2B示意性地示出了图2A的可变容积预燃室点火器的详细视图，其中可调整的预燃室盖处于第一位置。

图3A示意性地示出了可变容积预燃室点火器的第二示例的详细视图，其中可调整的预燃室盖处于第一位置。

图3B示意性地示出了图3A的可变容积预燃室点火器的详细视图，其中可调整的预燃室盖处于第二位置。

图4示出了具有可调整的盖的可变容积预燃室点火器的示例性接线图的视图。

图5示出了描绘不同发动机转速下的发动机负荷与最优预燃室容积之间以及发动机功率与预燃室容积之间的示例性关系的曲线图。

图6示出了描绘不同预燃室壁温度下的发动机负荷与最优预燃室容积之间以及不同预燃室壁温度下的发动机功率与预燃室容积之间的示例性关系的曲线图。

图7示出了火花间隙大小与最优点火能量和/或火花持续时间之间的示例性关系的曲线图。

图8示出了用于响应于发动机工况来操作可变容积预燃室的示例性方法。

图9示出了基于发动机工况调整可变容积预燃室的容积的预示性示例性时间线。

具体实施方式

以下描述涉及用于具有预燃室点火系统的发动机的系统和方法。发动机可以具有多个气缸，每个气缸具有包括预燃室的气缸配置，如图1所示。预燃室还可以包括可调整的预燃室盖，所述可调整的预燃室盖可以被调整到至少两个位置以改变预燃室的容积，并且在一些示例中，改变预燃室内的火花间隙的大小，如图2A至图3B所示。预燃室的火花塞可以根据图4所示的接线图电联接到点火系统。例如，可以改变预燃室的容积，以便跨发动机负荷范围和/或根据发动机功率提供稳健的点火，如图5和图6所示。对于给定的发动机负荷，最优预燃室容积可以基于发动机转速而变化，如图5所示，和/或基于预燃室的温度而变化，如图6所示。图7示出了火花间隙的大小与用于致动预燃室的火花塞的点火能量和/或火花持续时间之间的示例性关系。此外，控制器可以通过基于发动机工况(例如，发动机负荷和预燃室温度)调整可调整的预燃室盖的位置来调整预燃室的容积，诸如根据图8的方法。图9中示出了说明基于发动机工况调整预燃室的容积的预示性示例性时间线。

现在参考附图，图1示出了可以包括在车辆5中的内燃发动机10的单个气缸130的局部视图。内燃发动机10可以是多缸发动机。气缸(例如，燃烧室)130包括冷却剂套筒114和气缸壁132，其中活塞136定位在所述气缸中并连接到曲轴140。燃烧室130被示出为经由进气门4和进气道22与进气歧管44连通并且经由排气门8与排气道86与排气歧管48连通。包括节流板64的节气门62可以设置在进气歧管44上游的进气通道中，以用于改变提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。

在所描绘的视图中，进气门4和排气门8位于燃烧室130的上部区域处并且可以联接到气缸盖18。可以由控制器12使用包括一个或多个凸轮的相应的凸轮致动系统来控制进气门4和排气门8。凸轮致动系统可以利用可变排量发动机(VDE)系统、凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者来改变气门操作。在所描绘的示例中，进气门4由进气凸轮151控制，并且排气门8由排气凸轮153控制。分别根据设置的进气门和排气门正时，可以经由进气门正时致动器101来致动进气凸轮151，并且可以经由排气门正时致动器103来致动排气凸轮153。在一些示例中，可以分别经由进气门正时致动器101和排气门正时致动器103来停用进气门和排气门。进气凸轮151和排气凸轮153的位置可以分别由凸轮轴位置传感器155和157确定。

在一些示例中，进气门和/或排气门可通过电动气门致动来控制。例如，气缸130可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在另外的其他示例中，可以由共同的气门致动器或致动系统或可变气门正时致动器或致动系统来控制进气门和排气门。各种气门控制系统可以用于改变进气门4和排气门8的正时、打开持续时间和升程。

除了气缸130之外，排气通道135还可以从发动机10的其他气缸接收排气。排气传感器128被示出为在排放控制装置178的上游联接到排气通道135。例如，排气传感器128可以从用于提供排气空燃比(AFR)的指示的各种合适的传感器中选择，例如，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化器、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者它们的组合。

外部排气再循环(EGR)可以经由高压EGR系统83提供给发动机，从而经由EGR通道81将排气从排气通道135中的较高压力区输送到在节流阀62下游的进气歧管44的较低压力区。可以通过控制器12经由EGR阀80来改变提供给进气歧管44的EGR量。例如，控制器12可以被配置为致动和调整EGR阀80的位置以调整流过EGR通道81的排气量。EGR阀80可以在其中通过EGR通道81的排气流动受阻的完全关闭位置和其中通过EGR通道的排气流动被允许的完全打开位置之间进行调整。作为示例，EGR阀80可以在完全关闭位置与完全打开位置之间连续地变化。因此，控制器可以增大EGR阀80的打开程度以增加提供给进气歧管44的EGR量，以及减小EGR阀80的打开程度以减少提供给进气歧管44的EGR量。作为示例，EGR阀80可以是电子致动的电磁阀。在其他示例中，EGR阀80可以由内置的步进马达定位，所述步进马达可以由控制器12致动以通过一系列离散步长(例如，52步)调整EGR阀80的位置，或者EGR阀80可以是另一种类型的流量控制阀。此外，EGR可以经由穿过EGR通道81内的EGR冷却器85被冷却。例如，EGR冷却器85可以将来自EGR气体的热量排出到发动机冷却剂。

在一些状况下，EGR系统可以用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。此外，可能需要EGR以获得期望的发动机稀释，由此提高燃料效率和排放质量，诸如氮氧化合物的排放。作为示例，可以在低到中等发动机负荷下请求EGR。因此，可能期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可以布置在EGR通道81内，并且可以提供例如排气的质量流量、压力和温度中的一者或多者的指示。另外，在排放控制装置178达到其起燃温度之后，可能需要EGR。所请求的EGR量可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。例如，控制器12可以参考查找表，所述查找表以发动机转速和负荷作为输入并输出与输入的发动机转速-负荷相对应的期望的EGR量。在另一个示例中，控制器12可以通过直接考虑诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度等的参数的逻辑规则来确定期望的EGR量(例如，期望的EGR流率)。在另外的其他示例中，控制器12可以依靠使发动机负荷的变化与稀释需要的变化相关并进一步使稀释需要的变化与所请求的EGR量的变化相关的模型。例如，当发动机负荷从低负荷增加到中等负荷时，所请求的EGR量可以增加，然后随着发动机负荷从中等负荷增加到高负荷，所请求的EGR量可以降低。控制器12还可以通过考虑针对期望的稀释速率的最佳燃料经济性映射来确定所请求的EGR量。在确定所请求的EGR量之后，控制器12可以参考查找表，所述查找表以所请求的EGR量作为输入并以与要施加到EGR阀的打开程度相对应(例如，如发送到步进马达或其他阀致动装置)的信号作为输出。

气缸130可具有一定压缩比，所述压缩比是在活塞136处于下止点与上止点时的容积的比率。常规上，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增大压缩比。例如，当使用较高辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时可能会出现这种情况。如果使用直接喷射，则由于直接喷射对发动机爆震的影响，压缩比也可能会增大。如果预燃室点火由于更快的燃烧而增加抗爆震性能，则压缩比也可以增加。

作为非限制性示例，气缸130被示出为包括气缸燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接地联接到燃烧室130，以便与经由电子驱动器168从控制器12接收到的信号FPW的脉冲宽度成比例地在所述燃烧室中直接地喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器66提供被认为是将燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)到气缸130中的燃料喷射。在另一个示例中，喷射器66可以是将燃料提供到在气缸130上游的进气道中的进气道喷射器。此外，虽然图1示出了燃料经由单个喷射器喷射到气缸，但是发动机可以替代地通过经由多个喷射器(诸如一个直接喷射器和一个进气道喷射器)喷射燃料来操作。例如，进气道喷射器和直接喷射器两者都可以包括在称为进气道燃料和直接喷射(PFDI)的配置中。在这种配置中，控制器12可以改变来自每个喷射器的相对喷射量。

可以从包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统180将燃料输送到燃料喷射器66。替代地，可通过单级燃料泵在较低压力下输送燃料。此外，尽管未示出，但是燃料箱可以包括向控制器12提供信号的压力传感器。燃料系统180中的燃料箱可以保持具有不同燃料品质(诸如不同燃料成分)的燃料。这些差异可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料共混物和/或它们的组合等。具有不同的汽化热的燃料的一个示例包括作为具有较低汽化热的第一燃料类型的汽油和作为具有较大汽化热的第二燃料类型的乙醇。在另一个示例中，发动机可以使用汽油作为第一燃料类型并使用含醇燃料共混物(诸如E85(其为约85％的乙醇和15％的汽油)或M85(其为约85％的甲醇和15％的汽油))作为第二燃料类型。其他可行物质包括水、甲醇、乙醇与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇的混合物等。以这种方式，空气和燃料被输送到气缸130，其可以产生可燃空气-燃料混合物。

在气缸的单个循环期间，燃料可以由燃料喷射器66输送到气缸130。此外，从气缸燃料喷射器66输送的燃料的分配和/或相对量可以随工况变化。此外，对于单个燃烧事件，可以每循环执行输送的燃料的多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或者它们的任何适当组合期间执行多次喷射。

在图1所示的示例中，气缸130包括联接到气缸盖18用于引发燃烧的预燃室点火器192，如在图2A至图3B中更详细地示出。预燃室点火器192包括具有火花间隙的火花塞，并且还包括可调整的预燃室盖和内腔体，所述内腔体在本文中被称为预燃室188。此外，封闭预燃室188的预燃室点火器192的壁包括多个开口。每个开口可以在预燃室188与气缸130之间提供孔口，从而将预燃室188流体地联接到气缸130的内部。气缸130的内部在本文中可以被称为主燃烧室。因此，在一些状况下，气体可以在预燃室188与气缸130的内部(例如，气缸130的主燃烧室)之间流动。例如，气体(例如，空气、燃料和/或残余燃烧气体)可以流过每个开口，其方向性和速率基于跨开口(例如，预燃室188与气缸130的内部之间)的压力差。此外，每个开口向气缸130提供点火火焰(或射流)，如将关于图2A至图3B详细描述的。

点火系统88可以在选定的操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而在预燃室点火器192中产生点火火花。信号SA的正时可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。例如，可以在最大制动扭矩(MBT)正时提供火花以最大化发动机功率和效率。控制器12可以将发动机工况(包括发动机转速、发动机负荷和排气AFR)输入到查找表中，所述查找表可以输出用于输入的发动机工况的对应的MBT正时。在其他示例中，火花可以从MBT延迟以防止爆震的发生。在另外的其他示例中，诸如由于驾驶员需求扭矩的减小或变速器换挡事件，火花可以从MBT延迟以减小发动机扭矩，或者提供扭矩储备。当致动预燃室点火器192时，预燃室内的空气-燃料混合物可以燃烧，增加的燃烧压力经由预燃室壁中的多个开口将火焰射流发送到气缸130中。多个开口可以被布置成使得火焰射流均匀地分布在气缸130中。火焰射流可以点燃气缸130中的空气-燃料混合物，从而引起燃烧。

发动机10可以至少部分地由控制器12以及来自车辆操作员113的经由加速踏板116和加速踏板位置传感器118以及经由制动踏板117和制动踏板位置传感器119实现的输入控制。加速踏板位置传感器118可以向控制器12发送与加速踏板116的位置相对应的踏板位置信号(PP)，并且制动踏板位置传感器119可以向控制器12发送与制动踏板117的位置相对应的制动踏板位置(BPP)信号。控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中被示出为只读存储器106的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。存储介质只读存储器106可被编程有计算机可读数据，所述计算机可读数据表示可由微处理器102执行以用于执行本文中所述的方法和程序以及预期但未具体地列出的其他变型的指令。

除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量空气流量传感器46的进气质量空气流量(MAF)的测量结果；来自联接到冷却剂套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自排气传感器128的信号UEGO，所述信号UEGO可以由控制器12使用来确定排气的AFR；来自联接到排气通道135的温度传感器158的排气温度信号(EGT)；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自联接到节气门62的节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自联接到进气歧管44的歧管压力(MAP)传感器122的绝对MAP信号。可由控制器12从信号PIP产生发动机转速信号RPM。可以使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供对进气歧管中的真空或压力的指示。

基于来自上文提及的传感器中的一个或多个的输入，控制器12可以调整一个或多个致动器，诸如气缸燃料喷射器66、节气门62、预燃室点火器192、进气门/排气门和凸轮等。控制器可以从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且基于被编程在控制器中的与一个或多个程序相对应的指令或代码，响应于处理后的输入数据而触发所述致动器，其示例关于图8进行了描述。

在一些示例中，车辆5可以为具有可用于一个或多个车轮160的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在图1所示的示例中，车辆包括发动机10和电机161。电机161可以为马达或马达/发电机，并且因此也可在本文中被称为电动马达。电机161从牵引电池170接收电力以将扭矩提供给车轮160。电机161还可以例如在制动操作期间操作为发电机以提供电力来对电池170进行充电。

当接合一个或多个离合器166时，发动机10的曲轴140以及电机161经由变速器167连接到车轮160。在所描绘的示例中，在曲轴140与电机161之间提供第一离合器166，并且在电机161与变速器167之间提供第二离合器166。控制器12可将信号发送到每个离合器166的致动器以使离合器接合或脱离，以便使曲轴140与电机161和与该电机连接的部件连接或断开，和/或使电机161与变速器167和与该变速器连接的部件连接或断开。变速器167可为齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置，包括被配置为并联、串联或混联式混合动力车辆。

如上所述，图1仅示出了多缸发动机的一个气缸。因此，每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、一个或多个燃料喷射器、点火器等。应当理解，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。此外，这些气缸中的每一者可以包括参考气缸130通过图1描述和描绘的各种部件中的一些或全部部件。

接下来，图2A和图2B示出了第一可变容积预燃室点火器200的对称横截面图，其可以是图1中介绍的预燃室点火器192的一个示例。因此，先前在图1中介绍的部件与图2A和图2B中编号相同并且将不再重新介绍。此外，图2A和图2B基本上是相同的，除了可调整的预燃室盖234的位置之外，并且将被共同地描述。具体地，图2A示出了可变容积预燃室点火器200，其中可调整的预燃室盖234处于第一位置205，其中预燃室188的容积较小，并且图2B示出了预燃室点火器192，其中可调整的预燃室盖234处于第二位置215，其中预燃室188的容积较大。

如图2A和图2B所示并且在上面关于图1进行了详细描述，气缸130包括气缸盖18。此外，可变容积预燃室点火器200包括预燃室主体202，所述预燃室主体可以形成具有中心轴线299的基本上圆柱形的管。具体地，预燃室主体202可以包括外表面230和内表面231，并且外表面230的至少一些部分可以联接到气缸盖18。作为一个示例，外表面230可以螺纹连接到气缸盖18中。预燃室主体202和可调整的预燃室盖234可以一起提供将预燃室188与主燃烧室130分隔(例如，分开)的壁。例如，中心轴线299可以垂直于活塞136的表面(图2A和图2B中仅示出了其一部分)并且平行于图1所示的气缸壁132。此外，预燃室主体202的外表面230的一部分可以设置在主燃烧室130中，并且可以直接或间接地联接到电接地。在替代实施例中，预燃室主体202可以不是基本上圆柱形的管。例如，其可以是椭圆形的、肾形的或矩形的。

可调整的预燃室盖234可以是基本上圆柱形加盖管，其具有平行于中心轴线299的连续壁和基本上垂直于中心轴线299的盖住壁的盘状基部。可调整的预燃室盖234的一部分定位在预燃室主体202内并被其包围。在所示的示例中，可调整的预燃室盖234的壁的上部被预燃室主体202环绕，其中可调整的预燃室盖234的外表面具有小于预燃室主体202的内表面231的直径。可调整的预燃室盖234的盘状基部包括底部内表面236和底部外表面237。底部外表面237是可调整的预燃室盖234的最靠近活塞136的表面。当可调整的预燃室盖234处于图2A的第一(缩回)位置205时，活塞136的顶表面与底部外表面237之间的距离较大，并且当可调整的预燃室盖234处于图2B的第二(延伸)位置215时，所述距离较小。因此，可调整的预燃室盖234在第一位置205从活塞136(并朝向气缸盖18)缩回，并且在第二位置215朝向活塞136(并远离气缸盖18)延伸。

可调整的预燃室盖234可以经由致动器225沿着中心轴线299在第一位置205(图2A)与第二位置215(图2B)之间线性地移动。例如，致动器255可以在平行于中心轴线299的方向上调整位置可调整的预燃室盖234。例如，致动器225可以定位在预燃室主体202的内部或上方，并且可以是螺线管、电动马达、气动致动器、真空致动器、液压致动器等。致动器225可以直接联接到可调整的预燃室盖234，并且由此可以直接作用在可调整的预燃室盖234上，或者可以通过连杆、凸轮等间接联接到可调整的预燃室盖。在所示的示例中，可调整的预燃室盖234经由机械连杆227联接到致动器225，并且因此，致动器225的移动可以经由机械连杆227传递到可调整的预燃室盖234。致动器225可以在包括第一位置205和第二位置215的两个或更多个不同位置之间调整可调整的预燃室盖234。在一些示例中，致动器225可以在第一位置205与第二位置215之间连续地改变可调整的预燃室盖234的位置。致动器225可以使可调整的预燃室盖234在图2A和图2B所示的取向上竖直移动。在替代实施例中，可调整的预燃室盖234可以以非线性方式移动。例如，可调整的预燃室盖234可以在两个或更多个位置之间枢转或旋转。

可变容积预燃室点火器200还包括包封在绝缘体206中的电极204。电极204可以是被定位成与中心轴线299同轴的圆柱形电极，并且绝缘体206可以是与轴线299同轴的中空圆柱体。此外，绝缘体206的内半径可以大约等于电极204的外半径，使得绝缘体206的内表面与电极204的外表面直接接触。绝缘体206的外半径可以小于可调整的预燃室盖234的内半径，从而在绝缘体206与可调整的预燃室盖234之间产生径向间隙。预燃室主体202与绝缘体206之间的径向间隙可以至少部分地限定形成预燃室188的中空环形腔体。因此，预燃室188包括可变容积预燃室点火器200的内部容积。电极尖端208被示出为在电极204的远端处(例如，远离气缸盖18处的附接点)联接到电极204，并且沿着轴线299定位在预燃室188中。例如，电极204可以完全定位在预燃室188内。

此外，如图2A和图2B所示，可变容积预燃室点火器200包括直接联接到预燃室主体202的内表面231的接地电极210。因此，接地电极210经由预燃室主体202间接地联接到电接地。此外，在所示的示例中，接地电极210延伸到预燃室188中并与电极尖端208的水平位置重叠。接地电极210与电极尖端208之间的竖直间隙形成完全定位在预燃室188内的火花间隙240。在所示的示例中，接地电极210经由可调整的预燃室盖234中的狭槽238延伸到预燃室188中。例如，狭槽238的大小可以被设计成使得可调整的预燃室盖234能够在第一位置205与第二位置215之间移动。此外，狭槽238可以经由预燃室主体202与气缸130隔绝密封。因此，预燃室188可以经由狭槽238不流体地联接到气缸130。

如上所述，当可调整的预燃室盖234处于第一位置205时，预燃室188的容积较小，而当可调整的预燃室盖234处于第二位置215时，所述容积较大。例如，当可调整的预燃室盖234处于第一位置205时，预燃室188的容积可以是最小的，所述第一位置可以是可调整的预燃室盖234的完全缩回位置，并且当可调整的预燃室盖234处于第二位置215时，所述容积可以是最大的，所述第二位置可以是可调整的预燃室盖234的完全延伸位置。因此，可调整的预燃室盖234的底部内表面236与接地电极210(例如，在沿着中心轴线299的位置处)之间的距离244在第一位置205(图2A)处较小(例如，最小)并且在第二位置215(图2B)较大(例如，最大)。

此外，可调整的预燃室盖234包括靠近盘状基部(例如，靠近底部内表面236)的多个开口242。每个开口242可以在预燃室188与气缸130之间提供孔口，从而将可变容积预燃室点火器200的内部容积流体地联接到气缸130的内部容积。因此，空气-燃料混合物可以经由开口242从气缸130被动地扩散到预燃室188中(例如，由于跨开口242的压力差)，其中所述空气-燃料混合物可以经由火花间隙240处的火花点燃。然后，热气体/火焰射流可以经由开口242从预燃室188流出到气缸130。具体地，当可调整的预燃室盖234处于第一位置205(参见图2A)时实现的预燃室188的较小容积可以引起在预燃室188内部更快地累积压力并且相对于第二位置215(参见图2B)从开口242流出更强劲的射流。因此，第一位置205可以为气缸130中的燃烧提供更稳健的点火，这可以引起气缸功率和效率增加。然而，预燃室188在第一位置205的较小容积可以在轻负荷下和/或在冷起动期间将火焰猝熄。因此，当可调整的预燃室盖234处于第二位置215时实现的预燃室188的较大容积可以提供预燃室中增加的燃烧稳定性，并且因此在轻负荷和/或冷起动条件下为气缸130中的燃烧提供更可靠的点火。

接下来，图3A和图3B示出了第二可变容积预燃室点火器300的横截面详细视图，其可以是图1中介绍的预燃室点火器192的一个示例。先前在图1至图2B中介绍的部件与图3A和图3B中编号相同并且将不再重新介绍。例如，第二可变容积预燃室点火器300类似于图2A和图2B的第一可变容积预燃室点火器200，除了下面描述的差异之外。

类似于图2A和图2B的可调整的预燃室盖234，第二可变容积预燃室点火器300的可调整的预燃室盖334可经由致动器225在第一位置305(参见图3A)与第二位置315(参见图3B)之间调整。如上面关于图2A和图2B所详细描述的，当可调整的预燃室盖334处于第一位置305时，预燃室188的容积较小(例如，最小)，并且当可调整的预燃室盖334处于第二位置315时，所述容积较大(例如，最大)。例如，第一位置305可以是可调整的预燃室盖334的完全缩回位置，而第二位置315可以是可调整的预燃室盖334的完全延伸位置。如上文关于图2A和图2B的可调整的预燃室盖234所述，至少在一些示例中，可调整的预燃室盖334可以在第一位置305与第二位置315之间的多个位置之间调整。此外，至少在一些示例中，第一位置305可以与图2A的第一位置205相同，并且第二位置315可以与图2B的第二位置215相同。

第二可变容积预燃室点火器300包括直接联接到可调整的预燃室盖334的盘状基部的接地电极210，所述接地电极沿着中心轴线299与电极204对准。如图所示，接地电极210直接联接到可调整的预燃室盖334的底部内表面236。因此，可调整的预燃室盖334也不包括存在于图2A和图2B的可调整的预燃室盖234中的狭槽238。因为接地电极210直接联接到可调整的预燃室盖334的底部内表面236，所以当可调整的预燃室盖334在第一位置305与第二位置315之间调整时，电极尖端208与接地电极210之间的距离346也发生变化。因此，包括第二可变容积预燃室点火器300中的火花间隙240的长度的距离346在第一位置305(参见图3A)较小(例如，最小)并且在第二位置310(参见图3B)较大(例如，最大)。处于第二位置315(参见图3B)的较大火花间隙240可以增加轻负荷下的可点火性，在需要较大的预燃室容积以实现更大的燃烧稳定性时也是这样，如上文关于图2B所述。

可以理解，在其他示例中，火花间隙240的长度(例如，大小)可以独立于预燃室188的容积进行调整。例如，接地电极210可以由不同于致动器225的第二致动器致动。

图2A至图3B示出了具有各种部件的相对定位的示例性配置。如果被示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，此类元件可以分别称作直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此邻接或相邻的元件可以分别彼此邻接或相邻。作为示例，彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，仅在其间具有空间并且没有其他部件的彼此相隔定位的元件可以被称作如此。作为又一个示例，被示为在彼此的上方/下方的、在彼此相对的两侧或在彼此的左侧/右侧的元件可以被称为相对于彼此如此。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图的竖直轴线而言，并用于描述图的元件相对于彼此的定位。因而，在一个示例中，被示出为在其他元件上方的元件竖直定位在其他元件上方。作为又一个示例，附图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度等)。此外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步地，在一个示例中，被示为在另一个元件内或被示为在另一个元件外部的元件可以被称作如此。

接下来，图4示意性地示出了用于预燃室点火器(诸如图1的预燃室点火器192)的示例性接线图400。具体地，预燃室点火器192可以是图2A和图2B的第一可变容积预燃室点火器200或图3A和图3B的第二可变容积预燃室点火器300。因此，与图1至图3B中介绍的部件相同地起作用的图4的部件编号相同，并且将不进行重新介绍。

预燃室点火器192由点火系统88供电，所述点火系统可以包括一个或多个点火线圈。具体地，点火系统88联接到预燃室点火器192的电极204。此外，电极204直接联接到电极尖端208，并且电极尖端208经由火花间隙240联接到接地电极210。接地电极210联接到电接地402。例如，接地电极尖端218可以联接到预燃室主体202(参见图2A和图2B)或联接到可以电接地的可调整的预燃室盖334(参见图3A和图3B)。因此，仅当电极尖端208与接地电极210之间的电压差高于足以跨过火花间隙240的阈值电压差时，电极204才电联接到电接地402。

作为示例，当电极尖端208与接地电极210之间的空间(例如，火花间隙240)被预燃室(例如，图1至图3B的预燃室188)中的空气-燃料混合物占据时，阈值电压差可以是空气-燃料混合物的击穿电压。材料的击穿电压可以被限定为在材料变得导电并且充当电流的导管时的施加电压。击穿电压可以根据压力、端子之间的距离和材料的物理性质而变化。因此，空气-燃料混合物的击穿电压可以是预燃室中的空气-燃料混合物变得导电并且充当电流在电极尖端208与接地电极210之间流动的导管时的电压。当电极尖端208与接地电极210之间的电压差超过阈值电压差时(例如，当电极尖端208与接地电极210之间的电压差超过火花间隙240中的空气-燃料混合物的击穿电压时)，电流可以跨火花间隙240流动，从而产生火花。因此，在一些示例中，当预燃室188包含空气-燃料混合物，同时将大于阈值电压差的电压差施加到火花间隙240时，跨火花间隙240的火花可以点燃预燃室的空气-燃料混合物。

以这种方式，预燃室点火器192经由点火系统88与电极204之间的直接连接而联接到点火系统88，同时预燃室点火器192经由接地电极210与电接地402之间的连接而接地。当接地电极210连接到电接地402并且点火系统88向电极204提供电流时(例如，当预燃室点火器192被致动时)，电极204与接地电极210之间的电压差可以超过阈值电压差(例如，火花间隙240中的空气-燃料混合物的击穿电压)，并且因此电流可以从电极204跨火花间隙240流到接地电极210，从而在预燃室中产生火花，所述火花引发预燃室中的空气-燃料混合物的燃烧。来自预燃室中的燃烧的火焰和热空气的点火射流可以(例如，经由图2A至图3B中所示的开口242)流出预燃室以引发主燃烧室(例如，图1至图3B所示的气缸130)中的燃烧。

现在转向图5，第一曲线图500示出了在多个不同的发动机转速下发动机负荷(水平轴线)与可变容积预燃室点火器的预燃室容积(竖直轴线)之间的示例性关系，并且第二曲线图505示出了发动机功率(水平轴线)与预燃室容积(竖直轴线)之间的示例性关系。例如，可变容积预燃室点火器可以是图2A和图2B的可变容积预燃室点火器200或图3A和图3B的可变容积预燃室点火器300。

首先参考第一曲线图500，曲线502示出了针对第一最低发动机转速(例如，1000RPM)的最优预燃室容积与发动机负荷的关系，曲线504示出了针对第二较高的发动机转速(例如，2000RPM)的最优预燃室容积与发动机负荷的关系，并且曲线506示出了针对第三最高发动机转速(例如，3000RPM)的最优预燃室容积与发动机负荷的关系。在所示的示例中，曲线502、504和506是非线性的并且各自具有类似形状的曲线，但是包括随着发动机负荷增加而减小预燃室容积的其他关系也是可能的。

对于曲线502、504和506中的每一者，最优预燃室容积随着发动机负荷减小而减小。此外，对于给定的发动机负荷，对于较高的发动机转速，最优预燃室容积较低。作为说明性示例，在第一较低发动机负荷L1下，针对第一最低发动机转速的最优预燃室容积(曲线502)大于针对第二较高发动机转速的最优预燃室容积(曲线504)，针对第二较高发动机转速的最优预燃室容积大于针对第三最高发动机转速的最优预燃室容积(曲线506)。因为曲线不交叉或相交，所以在第二较高的发动机负荷L2下看到相同的趋势。此外，对于每个发动机转速，相对于在L2下，最优预燃室容积在L1下更大。

因为预燃室容积随着发动机负荷增加和发动机转速增加都减小，所以第二曲线图505示出了概括最优预燃室容积与发动机功率之间的趋势的曲线508。如曲线508所示，最优预燃室容积随着发动机功率的增加而减小。压力在较小容积的预燃室中累积得更快，并且火焰和热燃烧气体的射流(例如，点火射流)可以以较高的速度离开较小容积的预燃室。因此，较小容积的预燃室可以向主燃烧室提供更快、更稳健的点火。因此，例如，可以通过以更接近MBT的火花正时和高气缸效率操作来增加发动机功率。以这种方式，可以相对于发动机负荷、发动机转速和/或发动机功率来控制预燃室容积。

参考图6，第一曲线图600示出了在不同的操作温度下发动机负荷(水平轴线)与可变容积预燃室点火器的预燃室容积(竖直轴线)之间的示例性关系，并且第二曲线图605示出了在不同操作温度下发动机功率(水平轴线)与预燃室容积(竖直轴线)之间的示例性关系。例如，可变容积预燃室点火器可以是图2A和图2B的可变容积预燃室点火器200或图3A和图3B的可变容积预燃室点火器300。在一个示例中，不同的操作温度是预燃室壁温度。在另一个示例中，不同的操作温度是进气温度。在又一个示例中，不同的操作温度是发动机温度。

首先参考第一曲线图600，曲线602示出了针对第一较低操作温度(例如，20℃)的最优预燃室容积与发动机负荷的关系，并且曲线604示出了针对第二较高操作温度(例如，90℃)的最优预燃室容积与发动机负荷的关系。在所示的示例中，曲线602和604是非线性的并且各自具有类似形状的曲线，但是包括随着发动机负荷增加而减小预燃室容积的其他关系也是可能的。

对于曲线602和604这两者，最优预燃室容积随着发动机负荷减小而减小。此外，对于给定的发动机负荷，对于较高的操作温度，最优预燃室容积较低。作为说明性示例，在第一较低发动机负荷L1下，针对第一较低操作温度的最优预燃室容积(曲线602)大于针对第二较高操作温度的最优预燃室容积(曲线604)。因为曲线不交叉或相交，所以在第二较高的发动机负荷L2下看到相同的趋势。此外，对于曲线602和604中的每一者，相对于在L2下，最优预燃室容积在L1下更大。

第二曲线图605示出了曲线608和610，所述曲线各自示出了在给定操作温度下的最优预燃室容积与发动机功率之间的关系。曲线608示出了在第一较低操作温度下发动机功率与预燃室容积之间的关系，并且曲线610示出了在第二较高操作温度下发动机功率与预燃室容积之间的关系。

如曲线608和610所示，最优预燃室容积随着发动机功率增加而减小。此外，对于给定的发动机功率，相对于较高的操作温度(曲线610)，最优预燃室容积在较低的操作温度下较大(曲线608)。例如，随着操作温度降低，最优预燃室容积增加，以便减少在温度较低时可能发生的火焰核心猝熄。以这种方式，可以相对于发动机负荷、操作温度和/或发动机功率来控制预燃室容积。

接下来，图7示出了可变容积预燃室点火器内的火花间隙的大小与用于点火的点火能量和/或火花持续时间之间的示例性关系的曲线图700。具体地，火花间隙的大小可以在可变容积预燃室点火器内变化，例如，诸如在图3A和图3B的可变容积预燃室点火器300中。水平轴线表示火花间隙大小(例如，图3A和图3B的距离346)，其中火花间隙大小沿着水平轴线从左到右增加。竖直轴线表示点火能量和/或火花持续时间，其中点火能量和/或火花持续时间的量值沿竖直轴线从下向上增加。也就是说，可以基于给定火花事件的火花间隙大小来调整点火能量和火花持续时间中的一者或两者。

如由曲线702所示，点火能量和/或火花持续时间随着火花间隙大小增加而增加。如上面关于图4所说明的，当跨火花间隙的电压差超过火花间隙中的空气-燃料混合物的击穿电压时，火花间隙中(例如，在电极尖端与接地电极之间)出现火花。击穿电压可以随着火花间隙大小增加而增加，例如，这可以通过增加点火能量和/或火花持续时间来补偿。如由曲线702所示，火花间隙的大小与点火能量和/或火花持续时间之间的关系可以是线性的。然而，其他形状也是可能的。例如，曲线702可以是非线性的、阶梯式的或另一种类型的曲线，其中点火能量和/或火花持续时间随着火花间隙大小增加而增加。

现在转向图8，示出了用于操作可变容积预燃室点火器以向气缸提供点火的示例性方法800。例如，操作可变容积预燃室点火器可以包括基于发动机工况来调整可调整的预燃室盖的位置。如图1至图3B所示，可变容积预燃室点火器可以位于气缸的余隙容积中，并且可以在预燃室内包括火花间隙。可变容积预燃室点火器可以是图2A和图2B的第一可变容积预燃室点火器200或图3A和图3B的第二可变容积预燃室点火器300，但是方法800可以应用于包括可变容积预燃室点火器的其他系统。用于执行方法800的指令可以由控制器(诸如图1的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如参考图1描述的传感器)接收的信号来执行。根据以下描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。将关于单个气缸和可变容积预燃室对来描述方法800，但是可以同时针对多缸发动机中的多个气缸执行方法800。

在802处，方法800包括估计和/或测量工况。工况可以包括例如车辆速度、发动机转速、发动机负荷、气缸AFR、排气AFR、发动机温度、进气温度、加速踏板位置、制动踏板位置以及排气温度。所述工况可以由通信地联接到控制器的一个或多个传感器来测量，或者可以基于可用数据来推断。例如，控制器可以通过将节气门位置和质量空气流量(MAF)传感器读数输入到一个或多个查找表、映射图或函数中来估计发动机负荷，所述一个或多个查找表、映射图或函数可以输出发动机负荷。作为另一个示例，发动机温度可以由发动机冷却剂温度传感器(诸如图1的ECT传感器112)测量。此外，预燃室壁温度可以由发动机温度近似得到。作为又一个示例，加速踏板位置可以由加速踏板位置传感器(诸如图1的加速踏板位置传感器118)来测量，并且制动踏板位置可以由制动踏板位置传感器(诸如图1的制动踏板位置传感器119)来测量。加速踏板位置和制动踏板位置一起可以指示所需的发动机扭矩量。更进一步地，发动机功率可以被确定为发动机扭矩和发动机转速的乘积。

在804处，方法800包括基于工况(例如，在802处估计/测量的工况)来调整可变容积预燃室点火器的预燃室的容积。具体地，当发动机负荷低和/或发动机温度低于阈值温度时，较小容积的预燃室可以在引发燃烧之前使预燃室中的火焰核心猝熄。因此，基于工况调整预燃室的容积包括随着发动机转速和负荷减小而增加预燃室容积，如在806处所指示。例如，可以根据发动机转速和负荷来调整预燃室的容积。作为一个示例，控制器可以将发动机转速和发动机负荷输入到查找表、算法或映射图(例如，图5的曲线图500)中，所述查找表、算法或映射图可以输出在给定的发动机转速和负荷下要使用的预燃室的容积。然后，控制器可以经由致动器(例如，图2A至图3B的致动器225)将预燃室盖调整到对应于所确定的预燃室容积的位置。例如，为了增加预燃室容积，控制器可以通过在第一方向上移动预燃室盖来朝向延伸位置调整预燃室盖。在延伸位置(例如，图2B的第二位置215或图3B的第二位置315)，预燃室盖相对于联接到气缸的预燃室的主体被推出并进一步延伸到气缸的主燃烧室中，从而增加预燃室内部的容积。在一些示例中，可以将预燃室盖调整到完全延伸位置，在所述完全延伸位置处，预燃室容积处于最大容积。在其他示例中，随着发动机负荷和/或发动机转速进一步降低，预燃室盖可以更大程度地延伸，直到达到完全延伸的最大容积位置。

相反，随着发动机转速在给定发动机负荷下增加或发动机负荷增加，控制器可以减小预燃室容积。例如，为了减小预燃室容积，控制器可以通过在与第一方向相反的第二方向上移动预燃室盖来朝向缩回位置调整预燃室盖。在缩回位置(例如，图2A的第一位置205或图3A的第一位置305)，预燃室盖朝向预燃室的主体拉入并且更小程度地延伸到气缸的主燃烧室中，从而减小预燃室内部的容积。在一些示例中，可以将预燃室盖调整到完全缩回位置，在所述完全缩回位置处，预燃室容积处于最小容积。在其他示例中，随着发动机负荷和/或发动机转速进一步降低，预燃室盖可以更大程度地缩回，直到达到完全缩回的最小容积位置。

另外或替代地，基于工况调整预燃室的容积包括随着操作温度降低而增加预燃室容积，如在808处所指示。例如，操作温度可以是发动机温度、进气温度和/或大约预燃室壁温度。在给定的发动机转速-负荷下，随着进气温度降低并且随着大约预燃室壁温度降低，预燃室容积可以增加。控制器可以将发动机转速、发动机负荷和操作温度输入到查找表、算法或映射图(例如，图6的曲线图600)中，所述查找表、算法或映射图可以输出在给定的转速-负荷下针对进气温度和/或大约预燃室壁温度要使用的预燃室的容积。例如，预燃室盖可以随着操作温度降低而进一步延伸，直到达到完全延伸的最大容积位置，并且随着操作温度升高而进一步缩回，直到达到完全缩回的最小容积位置为止，如上面关于发动机转速和负荷所述。

另外或替代地，基于工况调整预燃室的容积包括随着发动机功率减小而增加预燃室容积，如在809处所指示。例如，控制器可以将发动机功率输入到存储在存储器中的查找表、算法或映射图(例如，图5的曲线图505或图6的曲线图605)中，所述查找表、算法或映射图可以输出针对给定发动机功率要使用的预燃室的容积。在一些示例中，控制器还可以考虑操作温度，诸如通过参考针对不同操作温度的不同函数或曲线。例如，预燃室盖可以随着发动机功率减小而进一步延伸，直到达到完全延伸的最大容积位置，并且随着发动机功率增加而进一步缩回，直到达到完全缩回的最小容积位置，如上面关于发动机转速和负荷所述。

在810处，方法800包括以基于工况确定的正时经由电极(例如，图2A至图4的电极204)在预燃室中提供火花。例如，控制器可以将工况(诸如发动机转速、发动机负荷和发动机扭矩需求)输入到查找表、算法或映射图中，所述查找表、算法或映射图可以输出激励电极的正时以根据输入工况提供火花(例如，火花正时)。然后，控制器可以诸如经由来自点火系统(例如，图1和图4中所示的点火系统88)的火花提前信号在所确定的火花正时致动电极。在一些示例中，控制器可以在确定火花正时时进一步考虑预燃室容积，因为当预燃室容积较小时，预燃室可以以更快的速率变成加压的并且可以产生更高速度的点火射流。例如，控制器可以根据预燃室盖的位置和/或对应的预燃室容积来调整所确定的火花正时。在另一个示例中，因为可以基于工况来调整预燃室容积，所以查找表、算法或映射图可能已经考虑了跨工况的变化的预燃室容积。

在接地电极直接联接到预燃室盖的示例中，预燃室盖的位置也改变预燃室内的火花间隙大小。在此类示例中，方法800包括基于火花间隙大小来调整点火能量和/或火花持续时间，如可选地在812处所指示。例如，点火能量和/或火花持续时间可以随着火花间隙大小增加而增加(例如，预燃室盖进一步延伸)并且随着火花间隙大小减小而减小(例如，预燃室盖进一步缩回)。控制器可以基于预燃室盖的位置和/或预燃室的容积直接确定点火能量和/或火花持续时间，诸如通过将位置和/或容积输入到存在存储器中的查找表、算法或映射图(例如，图7的曲线图700)中。当由于火花间隙较小而未指示高点火能量和/或长火花持续时间时(例如，当预燃室容积较小时)，降低的点火能量和/或火花持续时间使得较少腐蚀火花塞电极。控制器可以在确定的点火正时用确定的点火能量激励预燃室电极达确定的火花持续时间，以便在最小容积与最大容积之间并包括最小容积与最大容积的任何预燃室容积下向气缸稳健地提供点火。然后，方法800可以结束。

现在转向图9，示出了操作具有可变容积预燃室点火器的发动机的预示性示例性时间线900。发动机可以是图1中的发动机10，例如，包括气缸130，并且可变容积预燃室点火器可以是图2A和图2B的可变容积预燃室点火器200或者图3A和图3B的可变容积预燃室点火器300。尽管示出了针对图9中的单个预燃室的一些参数，但是可以理解，气缸可以包括在多缸发动机系统中，并且可以针对每个气缸的预燃室执行类似调整。车辆速度由曲线902示出，发动机转速在曲线904中示出，发动机负荷在曲线906中示出，可变容积预燃室点火器的预燃室壁温度在曲线908中示出，并且可变容积预燃室点火器的预燃室容积在曲线910中示出。对于以上所有曲线，水平轴线表示时间，其中时间沿着水平轴线从左向右增加。竖直轴线表示每个标记参数，其中参数的量值沿着竖直轴线从下向上增大。此外，对于曲线910，如所标记的，示出了关于最大容积(“最大”)和最小容积(“最小”)的预燃室容积。

在时间t0处，发动机起动。因为发动机最近没有操作，所以存在冷起动状况，并且预燃室壁温度(曲线908)为低。车辆保持静止(曲线902)，并且因此发动机以低(例如，怠速)发动机转速(曲线904)和负荷(曲线906)操作。由于低的预燃室壁温度和低的发动机转速，预燃室中的低的可点火性通过最初在时间t0处以最大容积(曲线910)操作预燃室来补偿。当发动机在时间t0与时间t1之间通过怠速升温时，预燃室壁温度升高(曲线908)。作为响应，预燃室容积与预燃室壁温度的升高成比例地从最大值减小(曲线910)。

在时间t1与时间t2之间，车辆加速(曲线902)。在车辆加速期间，发动机转速(曲线904)和发动机负荷(曲线906)两者都增加。此外，在较高的发动机转速和负荷下操作时，预燃室壁温度进一步增加(曲线908)。作为响应，预燃室容积减小到接近最小容积(曲线910)，以便向发动机提供更快、稳健的点火。

在时间t2处，车辆速度(曲线902)达到巡航速度。在时间t2与时间t3之间的车辆巡航期间，发动机转速(曲线904)和发动机负荷(曲线906)相对于车辆加速期间减小，但保持高于怠速转速和负荷(例如，从时间t0至时间t1)。此外，由于发动机转速和负荷降低，预燃室壁温度(曲线908)略微降低。响应于发动机转速降低、发动机负荷降低和预燃室壁温度降低，预燃室容积增加但保持更接近最小容积而不是最大容积(曲线910)。

在时间t3处，车辆速度(曲线902)开始减小。响应于车辆速度减小，发动机转速(曲线904)和发动机负荷(曲线906)大约减小到怠速。此外，由于发动机转速和负荷降低，预燃室壁温度(曲线908)略微降低。响应于发动机转速进一步降低、发动机负荷进一步减小以及预燃室壁温度进一步降低，将预燃室容积增加到更接近最大容积而不是最小容积的容积(曲线910)。

以这种方式，相对于固定几何形状的预燃室，在更宽的工况范围内提供稳健的预燃室点火。通过包括可调整的预燃室盖以改变预燃室容积(以及在一些示例中，改变火花间隙大小)，预燃室可以在低发动机转速-负荷(例如，发动机功率)和温度下可靠地操作，同时相对于在预燃室内包括附加燃料喷射器的主动预燃室，预燃室点火器的成本和大小较低。由于本文所述的可变容积预燃室的大小(直径)相对于主动预燃室较小，因此可以在发动机中使用较大的进气门和排气门，从而产生更高的发动机功率容量。总的来说，通过在一系列工况下经由可变容积预燃室提供可靠的点火，可以减少失火的发生，同时可以提高发动机效率。

基于工况经由可调整的盖改变预燃室内的容积的技术效果是，减少在较低发动机负荷和温度下气缸失火的发生率，同时提高发动机效率。

在一个示例中，一种方法包括：至少基于发动机负荷通过调整预燃室点火器的盖的位置来调整预燃室点火器的内部容积，预燃室点火器包括将内部容积流体地联接到发动机气缸的主燃烧室的多个孔口。在所述方法的第一示例中，至少基于发动机负荷来调整预燃室点火器的内部容积包括：随着发动机负荷减小而增加预燃室点火器的内部容积；以及随着发动机负荷增加而减小预燃室点火器的内部容积。在所述方法的第二示例(可选地包括第一示例)中，至少基于发动机负荷来调整预燃室点火器的内部容积还包括：在给定的发动机负荷下随着发动机转速减小而增加预燃室点火器的内部容积；以及在给定的发动机负荷下随着发动机转速增加而减小预燃室点火器的内部容积。在所述方法的第三示例(可选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，至少基于发动机负荷来调整预燃室点火器的内部容积还包括：在给定的发动机负荷下随着操作温度降低而增加预燃室点火器的内部容积；以及在给定的发动机负荷下随着操作温度升高而减小预燃室点火器的内部容积。在所述方法的第四示例(可选地包括第一示例至第三示例中的任一者或全部)中，操作温度是进气温度、发动机温度和预燃室点火器的壁温度中的一者或多者。在所述方法的第五示例(可选地包括第一示例至第四示例)中，调整预燃室点火器的盖的位置包括：使盖进一步朝向气缸的活塞延伸以增加预燃室点火器的内部容积，直到在盖的完全延伸位置处实现预燃室点火器的最大内部容积；以及使盖进一步远离气缸的活塞缩回以减小预燃室点火器的内部容积，直到在盖的完全缩回位置处实现预燃室点火器的最小内部容积。在所述方法的第六示例(可选地包括第一示例至第五示例中的任一者或全部)中，盖的底部内表面与预燃室点火器的电极之间的距离随着盖的进一步缩回而减小。在所述方法的第七示例(可选地包括第一示例至第六示例中的任一者或全部)中，接地电极直接联接到盖的底部内表面，并且方法还包括当盖进一步延伸时，增加用于操作预燃室点火器的电极的点火能量和火花持续时间中的至少一者。在所述方法的第八示例(可选地包括第一示例至第七示例中的任一者或全部)中，调整预燃室点火器的盖的位置包括在平行于预燃室点火器的中心轴线的方向上线性地调整盖的位置。在所述方法的第九示例(可选地包括第一示例至第八示例中的任一者或全部)中，至少基于发动机负荷来调整预燃室点火器的内部容积包括：随着发动机功率减小而增加预燃室点火器的内部容积，直到预燃室点火器的内部容积达到最大容积；以及随着发动机功率增加而减小预燃室点火器的内部容积，直到预燃室点火器的内部容积达到最小容积。

作为另一个示例，一种方法包括：响应于发动机的转速、发动机的负荷、发动机的功率和操作温度中的一者或多者的增加，通过沿第一方向调整预燃室点火器的可移动盖来减小联接到发动机的气缸的预燃室点火器的内部容积；以及响应于发动机的转速、发动机的负荷、发动机的功率和操作温度中的一者或多者的减小，通过在第二方向上调整可移动盖来增加预燃室点火器的内部容积。在所述方法的第一示例中，第一方向是远离气缸的活塞，并且第二方向是朝向气缸的活塞。在所述方法的第二示例(可选地包括第一示例)中，可移动盖将预燃室点火器的内部容积与气缸的内部容积分隔开，并且包括将预燃室点火器的内部容积流体地联接到的气缸的内部容积的一个或多个开口。在所述方法的第三示例(可选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，可移动盖可在平行于预燃室点火器的中心轴线的方向上线性移动，并且第二方向与第一方向相反。在所述方法的第四示例(可选地包括第一示例至第三示例中的任一者或全部)中，随着在第一方向上调整可移动盖，可移动盖的底部内表面移动得更靠近预燃室点火器的电极，并且其中接地电极直接联接到可移动盖的底部内表面。在所述方法的第五示例(可选地包括第一示例至第四示例中的任一者或全部)中，所述方法还包括：随着在第一方向上调整可移动盖，减少用于操作电极的点火能量和火花持续时间中的至少一者；以及随着在第二方向上调整可移动盖，增加用于操作电极的点火能量和火花持续时间中的至少一者。

在又一个示例中，一种系统包括：发动机，所述发动机包括多个气缸，每个气缸包括可变容积预燃室点火器，所述可变容积预燃室点火器包括电极和封闭可变容积预燃室点火器的内部容积的盖；以及控制器，其将指令存储在非暂时性存储器中，所述指令在被执行时使所述控制器：基于发动机的转速、发动机的负荷和发动机的温度来调整盖的位置。在系统的第一示例中，盖包括基本上圆柱形加盖管，所述基本上圆柱形加盖管具有将可变容积预燃室点火器的内部容积流体地联接到对应气缸的内部容积的多个开口，所述基本上圆柱形加盖管与可变容积预燃室点火器的电极共享中心轴线，并且其中为了基于发动机的转速、发动机的负荷和发动机的温度来调整盖的位置，控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时使控制器：随着发动机的转速、发动机的负荷和发动机的温度中的至少一者减小，朝向第一位置调整盖的位置，在第一位置，可变容积预燃室点火器的内部容积处于最大值；并且随着发动机的转速、发动机的负荷和发动机的温度中的至少一者增加，朝向第二位置调整盖的位置，在第二位置，可变容积预燃室点火器的内部容积处于最小值。在系统的第二示例(可选地包括第一示例)中，可变容积预燃室点火器还包括联接到盖的内表面的接地电极，所述接地电极沿着中心轴线与电极对准并且通过火花间隙与电极分开，并且其中相对于第二位置，当盖处于第一位置时，火花间隙的长度更大。在系统的第三示例(可选地包括第一示例和第二示例中的一者或两者)中，控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时使控制器：随着火花间隙的长度增加而增加用于致动电极的点火能量和火花持续时间中的至少一者。

应当注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来实施。本文所述的具体程序可以表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可以根据所使用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实施。

应当理解，本文中公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制性含义，因为众多变化是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。此外，除非明确地相反指出，否则术语“第一”、“第二”、“第三”等不意图表示任何顺序、位置、数量或重要性，而是仅用作标记以区分一个元件与另一个元件。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非明显的组合和子组合。

如本文所使用，除非另有指定，否则术语“近似”被解释为表示所述范围的±5％。

所附权利要求特别地指出被视为新颖的且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (14)

1.一种方法，其包括：

至少基于发动机负荷通过调整预燃室点火器的盖的位置来调整所述预燃室点火器的内部容积，所述预燃室点火器包括将所述内部容积流体地联接到发动机气缸的主燃烧室的多个孔口。

2.如权利要求1所述的方法，其中至少基于所述发动机负荷来调整所述预燃室点火器的所述内部容积包括：

随着所述发动机负荷减小而增加所述预燃室点火器的所述内部容积；以及

随着所述发动机负荷增加而减小所述预燃室点火器的所述内部容积。

3.如权利要求2所述的方法，其中至少基于所述发动机负荷来调整所述预燃室点火器的所述内部容积还包括：

在给定的发动机负荷下，随着所述发动机的转速减小而增加所述预燃室点火器的所述内部容积；以及

在所述给定的发动机负荷下，随着所述发动机的所述转速增加而减小所述预燃室点火器的所述内部容积。

4.如权利要求2所述的方法，其中至少基于所述发动机负荷来调整所述预燃室点火器的所述内部容积还包括：

在给定的发动机负荷下，随着操作温度降低而增加所述预燃室点火器的所述内部容积；以及

在所述给定的发动机负荷下，随着所述操作温度升高而增加所述预燃室点火器的所述内部容积。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述操作温度是进气温度、所述发动机的温度和所述预燃室点火器的壁温度中的一者或多者。

6.如权利要求1所述的方法，其中调整所述预燃室点火器的所述盖的所述位置包括：

使所述盖进一步朝向所述气缸的活塞延伸以增加所述预燃室点火器的所述内部容积，直到在所述盖的完全延伸位置处实现所述预燃室点火器的最大内部容积；以及

使所述盖进一步远离所述气缸的所述活塞缩回以减小所述预燃室点火器的所述内部容积，直到在所述盖的完全缩回位置处实现所述预燃室点火器的最小内部容积。

7.如权利要求6所述的方法，其中当所述盖进一步缩回时，所述盖的底部内表面与所述预燃室点火器的电极之间的距离减小。

8.如权利要求7所述的方法，其中接地电极直接联接到所述盖的所述底部内表面，并且所述方法还包括当所述盖进一步延伸时，增加用于操作所述预燃室点火器的所述电极的点火能量和火花持续时间中的至少一者。

9.如权利要求1所述的方法，其中调整所述预燃室点火器的所述盖的所述位置包括在平行于所述预燃室点火器的中心轴线的方向上线性地调整所述盖的所述位置。

10.如权利要求1所述的方法，其中至少基于所述发动机负荷来调整所述预燃室点火器的所述内部容积包括：

随着所述发动机的功率减小，增加所述预燃室点火器的所述内部容积，直到所述预燃室点火器的所述内部容积达到最大容积；以及

随着所述发动机的所述功率减小，减小所述预燃室点火器的所述内部容积，直到所述预燃室点火器的所述内部容积达到最小容积。

11.一种系统，其包括：

发动机，其包括多个气缸，每个气缸包括可变容积预燃室点火器，所述可变容积预燃室点火器包括电极和封闭所述可变容积预燃室点火器的内部容积的盖；以及

控制器，其将指令存储在非暂时性存储器中，所述指令在被执行时使所述控制器：

基于所述发动机的转速、所述发动机的负荷和所述发动机的温度来调整所述盖的位置。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述盖包括基本上圆柱形加盖管，所述基本上圆柱形加盖管具有将所述可变容积预燃室点火器的所述内部容积流体地联接到对应气缸的内部容积的多个开口，所述基本上圆柱形加盖管与所述可变容积预燃室点火器的所述电极共享中心轴线，并且其中为了基于所述发动机的所述转速、所述发动机的所述负荷和所述发动机的所述温度来调整所述盖的所述位置，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时使所述控制器：

随着所述发动机的所述转速、所述发动机的所述负荷和所述发动机的所述温度中的至少一者降低，而将所述盖的所述位置朝向第一位置调整，在所述第一位置，所述可变容积预燃室点火器的所述内部容积处于最大值；并且

随着所述发动机的所述转速、所述发动机的所述负荷和所述发动机的所述温度中的至少一者增加，而将所述盖的所述位置朝向第二位置调整，在所述第二位置，所述可变容积预燃室点火器的所述内部容积处于最小值。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述可变容积预燃室点火器还包括联接到所述盖的内表面的接地电极，所述接地电极沿着所述中心轴线与所述电极对准并且通过火花间隙与所述电极分开，并且其中相对于所述第二位置，当所述盖处于所述第一位置时，所述火花间隙的长度更大。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的另外的指令，所述另外的指令在被执行时使所述控制器：

随着所述火花间隙的所述长度增加，而增加用于致动所述电极的点火能量和火花持续时间中的至少一者。

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