| 专利名称： | 用于控制内燃发动机操作的方法与设备 | ||
| 专利名称(英文)： | For controlling an internal combustion engine operating method and apparatus | ||
| 专利号： | CN201510567856.1 | 申请时间： | 20150908 |
| 公开号： | CN105604719A | 公开时间： | 20160525 |
| 申请人： | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | ||
| 申请地址： | 美国密歇根州 | ||
| 发明人： | C.A.伊迪奇里亚; G.A.席尔瓦斯 | ||
| 分类号： | F02D43/00 | 主分类号： | F02D43/00 |
| 代理机构： | 北京市柳沈律师事务所 11105 | 代理人： | 贺紫秋 |
| 摘要： | 一种内燃发动机，包括等离子点火系统，其具有缸体内介质阻挡放电点火器，具有缸体燃料喷嘴直接喷射燃料喷射器。燃料喷嘴伸入燃烧室且靠近点火器。控制器操作性地连接到内燃发动机、等离子点火系统和燃料喷射系统。控制器在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机。燃料喷射器在启动点火器之前喷射第一燃料脉冲，且随后点火器启动等离子能量脉冲。燃料喷射器被控制为在等离子能量脉冲期间喷射第二燃料脉冲。 | ||
| 摘要(英文)： | An internal combustion engine includes a plasma ignition system having an in-cylinder dielectric barrier-discharge igniter, and a direct-injection fuel injector having an in-cylinder fuel nozzle. The fuel nozzle protrudes into the combustion chamber proximal to the igniter. A controller operatively connects to the internal combustion engine, the plasma ignition system and the fuel injection system. The controller controls the internal combustion engine at an air/fuel ratio that is lean of stoichiometry. The fuel injector injects a first fuel pulse prior to activation of the igniter, and then the igniter initiates a plasma energy pulse. The fuel injector is controlled to inject a second fuel pulse during the plasma energy pulse. | ||
技术领域本发明涉及内燃发动机，其配置有直接喷射燃料系统和阻挡放电(barrier-discharge)点火器，且涉及其控制。
背景技术已知的火花点火式(SI)发动机将空气/燃料混合物引入每一个缸体，在压缩冲程期间其被压缩且被火花塞点燃。已知压缩点火式(CI)发动机在压缩冲程的上死点(TDC)附近将加压燃料喷射到燃烧缸体中，其在喷射时点燃。用于SI发动机和CI发动机的燃烧涉及通过流体力学控制的预先混合或扩散火焰。SI发动机可以在不同燃烧模式下运行，包括均质SI燃烧模式和分层进汽SI燃烧模式。SI发动机可以配置为，在预定速度/载荷运行状态下的均质充气压缩点火式(HCCI)燃烧模式下运行，且还被称为受控制的自动点火燃烧。HCCI燃烧是分布式、无火焰、动态控制的自动点火燃烧过程，发动机在稀空气/燃料混合物下运行，即贫化学计算空气/燃料点，具有相对较低的峰值燃烧，形成低NOx排放物。运行在HCCI燃烧模式的发动机形成成分、温度和进气阀关闭时残余排出气体优选均质的的缸体充气。均质的空气/燃料混合物使得富缸体燃烧区域(其形成烟灰和颗粒排放物)的发生最小化。可以通过选择性地调整节流阀的位置和调整进气阀和排气阀的打开和关闭而控制发动机气流。在如此配备发动机系统时，可以使用可变阀促动系统调整进气阀和排气阀的打开和关闭，所述系统包括可变凸轮定相和可选择多阶段阀升程，例如多阶段凸轮瓣，其提供两个或更多阀升程位置。与节流阀位置改变相反，多阶段阀提升机构的阀位置的是离散的阶梯式改变。
发明内容一种内燃发动机，包括等离子点火系统，其具有缸体内介质阻挡放电点火器，且内燃发动机具有缸体燃料喷嘴直接喷射燃料喷射器。燃料喷嘴伸入燃烧室且靠近点火器。控制器操作性地连接到内燃发动机、等离子点火系统和燃料喷射系统。控制器操作为在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机。燃料喷射器在启动点火器之前喷射第一燃料脉冲，且随后点火器启动等离子能量脉冲。燃料喷射器被控制为在等离子能量脉冲期间喷射第二燃料脉冲。本发明提供一种内燃发动机系统，包括：内燃发动机，包括：等离子点火系统，包括阻挡放电点火器，所述阻挡放电点火器具有伸入内燃发动机的燃烧室中的末端部分，和燃料喷射系统，包括直接喷射燃料喷射器，所述直接喷射燃料喷射器包括伸入燃烧室且靠近点火器的末端端口的燃料喷嘴；和控制器，操作性地连接到内燃发动机、等离子点火系统和燃料喷射系统，控制器包括可执行代码，所述可执行代码操作为：控制内燃发动机，以在贫化学当量比的空气/燃料比下运行，控制燃料喷射器，以在每一个发动机循环期间在启动点火器之前喷射第一燃料脉冲，控制点火器，以启动等离子能量脉冲，和控制燃料喷射器，以在等离子能量脉冲期间喷射第二燃料脉冲。进一步地，安装在汽缸盖上且伸入燃烧室并靠近点火器的直接喷射燃料喷射器进一步包括：燃料喷射器，中心定位于汽缸盖中，其中燃料喷射器具有第一纵向轴线；和点火器，具有第二纵向轴线；其中第二纵向轴线位于相对于第一纵向轴线旋转10°到50°的范围内；和其中点火器的末端部分定位在距燃料喷嘴5mm到20mm的直线距离处。进一步地，燃料喷嘴包括单个孔装置，单个孔装置包括进入燃烧室的单个开口；和其中来自燃料喷嘴的燃料喷溅样式是具有圆锥形形状的单个羽流，且其中在等离子能量脉冲期间单个羽流接触点火器的末端部分。进一步地，燃料喷嘴包括多孔装置，所述多孔装置包括进入燃烧室的多个开口；和其中来自燃料喷嘴的燃料喷溅样式包括多个径向地喷出的羽流，且其中在等离子能量脉冲期间羽流中的一个接触点火器的末端部分。进一步地，点火器的末端部分包括阳极、围绕阳极周边形成的环形介质阻挡层、和连续环形阴极，其中环形间隙形成在介质阻挡层和阴极之间。进一步地，点火器的末端部分包括阳极、围绕阳极周边形成的环形介质阻挡层、和不连续的环形阴极，其中环形间隙形成在介质阻挡层和阴极之间。进一步地，控制器包括操作为在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机的可执行代码，进一步包括：控制器包括操作为在负阀重叠模式下控制内燃发动机的可执行代码。进一步地，控制器包括操作为在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机的可执行代码，进一步包括：控制器包括操作为在正阀重叠模式下控制内燃发动机的可执行代码。进一步地，控制器包括操作为在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机的可执行代码，进一步包括：控制器包括操作为在具有负阀重叠的点火辅助压缩点火式模式下控制内燃发动机的可执行代码。进一步地，控制器包括操作为在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机的可执行代码，进一步包括：控制器包括操作为在具有正阀重叠的点火辅助压缩点火式模式下控制内燃发动机的可执行代码。进一步地，控制器包括操作为在贫化学当量比的空气/燃料比下控制内燃发动机的可执行代码，进一步包括：控制器包括操作为在压缩点火式模式下控制内燃发动机的可执行代码。本发明提供一种用于内燃发动机的等离子点火系统，包括:阻挡放电点火器，具有伸入内燃发动机的燃烧室中的末端部分，其中末端部分靠近伸入燃烧室的直接喷射燃料喷射器的燃料喷嘴的末端部分；和控制器，操作性地连接到等离子点火系统，控制器包括操作为控制点火器的可执行代码，以在直接喷射燃料喷射器启动之后在燃烧室中启动等离子能量脉冲，以将第一燃料脉冲喷射到燃烧室中；其中直接喷射燃料喷射器可操作为在等离子能量脉冲期间喷射第二燃料脉冲到燃烧室中。进一步地，燃料喷射器具有第一纵向轴线，且点火器具有第二纵向轴线，其中所述第二纵向轴线定位为相对于第一纵向轴线旋转10°到50°。进一步地，点火器的末端部分定位在距燃料喷嘴5mm到20mm的直线距离处。进一步地，点火器的末端部分被从直接喷射燃料喷射器而来的燃料喷溅样式的燃料羽流接触。进一步地，点火器的末端部分包括阳极、围绕阳极周边形成的环形介质阻挡层、和连续环形阴极，其中环形间隙形成在介质阻挡层和阴极之间。进一步地，点火器的末端部分包括阳极、围绕阳极周边形成的环形介质阻挡层、和不连续的环形阴极，其中环形间隙形成在介质阻挡层和阴极之间。本发明提供一种用于控制内燃发动机的方法，内燃发动机包括等离子点火系统，所述等离子点火系统包括具有伸入燃烧室中的末端部分的阻挡放电点火器，内燃发动机还包括具有直接喷射燃料喷射器的燃料喷射系统，所述燃料喷射器包括伸入燃烧室中的燃料喷嘴，其中燃料喷嘴靠近点火器，该方法包括：控制内燃发动机，以在贫化学当量比的空气/燃料比下运行；控制燃料喷射器，以在启动点火器之前喷射第一燃料脉冲；控制点火器，以启动等离子能量脉冲；和控制燃料喷射器，以在等离子能量脉冲期间喷射第二燃料脉冲。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。附图说明参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中:图1示意性地示出了根据本发明的用于内燃发动机的单个缸体的截面图，所述内燃发动机包括靠近等离子点火系统的介质阻挡放电等离子点火器的直接喷射燃料喷射器；图2-1和2-2每一个示意性地显示根据本发明的等离子点火系统的点火器的一个实施例的端部视图；图3示意性地显示了根据本发明的内燃发动机的实施例，其包括可变容积燃烧室，所述燃烧室配备有点火器和具有10°喷溅角的直接喷射燃料喷射器；图4示意性地显示了根据本发明的内燃发动机的另一实施例，其包括可变容积燃烧室，所述燃烧室配备有点火器和具有90°喷溅角的直接喷射燃料喷射器；和图5到9每一个图形显示了正时图，包括与采用根据本发明的靠近燃料喷射器的点火器实施例的内燃发动机实施例操作相关的运行参数。
具体实施方式现在参见附图，其中出于仅显示些示例性实施例的目的而不出于限制本发明的目的显示了附图，图1示意性地示出了用于多缸体内燃发动机(发动机)10的单个汽缸14的截面图，其中每一个汽缸包括可变容积燃烧室24具有直接喷射燃料喷射器68和伸入其中的近端介质阻挡放电(dielectricbarrier-discharge)点火器(点火器)50。点火器50是用于等离子点火系统65的促动器。燃料喷射器68流体地且操作性地联接到燃料喷射系统60。控制器5监测和控制发动机10的操作，包括监测和控制等离子点火系统65和燃料喷射系统60。在本发明中相同的附图标记指示相同的元件。发动机10根据运行状态选择性地运行于多个燃烧模式中的一个，包括均质充气压缩点火式(HCCI)燃烧模式或分层充气(stratifiedcharge)燃烧模式(二者包括在基本贫化学当量比(leanofstoichiometry)的空气/燃料比下运行)，和火花点火式(SI)燃烧模式，其包括在化学当量比下运行。本发明可以应用于各种发动机系统和燃烧循环。在一个实施例中，发动机10可以操作地连接到设置在车辆(未示出)的一个或多个车轴上的多个车轮，以提供牵引功率。例如，发动机10可以连接到变速器(未示出)，变速器又可以让一个或多个车轴旋转。发动机10可以为多个车轮提供直接牵引功率，例如经由连接到一个或多个车轴的变速器，或可以为一个或多个电动机(未示出)提供功率，其又可以向多个车轮提供直接机动力。在任何事件中，发动机10可以配置为用于通过燃烧燃料和将化学能转换为机械能而向车辆提供功率。发动机10包括汽缸体16，在汽缸体中形成汽缸14，汽缸中的一个被显示。每一个汽缸14承装可动活塞26。汽缸14的壁20、活塞26的顶部部分25和汽缸盖18的内露出部分限定设置在其中的可变容积燃烧室24的外边界。每一个活塞26机械地联接到连接杆22，所述连接杆可旋转地联接到曲轴，且活塞26在汽缸14中在上死点(TDC)位置和下死点(BDC)位置之间可滑动地平移，以在燃烧事件期间向曲轴传递功率。如所示的，活塞26靠近BDC位置。汽缸盖18提供用于在点火器50附近安装燃料喷射器68的结构，使得其一些部分伸入燃烧室24中。汽缸盖18包括与燃烧室24流体连通的进入口或流道38，进气阀34设置在其中用于控制进入燃烧室24的气流。汽缸盖18还包括与燃烧室24流体连通的排出口或流道48，排气阀36设置在其中用于控制到燃烧室24以外的排气流46。图1显示了与燃烧室24相关的单个进气阀34和单个排气阀36，但是应理解每一个燃烧室24可以配置有多个进气阀和/或多个排气阀。进气阀和排气阀的打开和关闭通过一个或多个旋转凸轮轴(其可旋转地联接到曲轴)上的阀弹簧和瓣或其他合适机构的促动而实现。在操作中，控制器5监测从发动机和车辆传感器而来的输入，以确定发动机参数的状态。控制器5配置为接收操作者命令，例如经由加速器踏板和制动踏板，以确定输出扭矩请求，从所述输出扭矩请求获得发动机控制参数和发动机扭矩命令。控制器5执行存储在其中的控制程序，以确定用于发动机控制参数的状态，以控制上述的促动器以形成汽缸充气，包括控制节流阀位置、压缩机增压、等离子点火正时、燃料喷射脉宽(其影响被喷射燃料质量和正时)、EGR阀位置(以控制再循环排出气体的流动)、和进气阀和/或排气阀的正时和相位(phasing)。阀正时和相位可以包括负阀重叠(negativevalveoverlap，NVO)和排气阀再打开升程(在排气再吸入策略中)和正阀重叠(positivevalveoverlap，PVO)。与缸体充气相关的发动机参数(其被各发动机控制参数影响)包括空气/燃料比、进入氧气、发动机空气流量(MAF)、歧管压力(MAP)和质量-燃烧-分数点(mass-burn-fractionpoint)(CA50点)。空气/燃料比可以被燃料喷射脉宽控制，且影响每一个发动机循环期间喷入每一个燃烧室24的燃料量。发动机空气流量(MAF)和歧管压力(MAP)通过控制NVO/PVO、ETC和涡轮增压器(在采用时)而被控制，且影响缸体中陷落的空气质量的量和燃烧室24中残余气体的量。进入氧气可以被EGR阀控制，所述EGR阀控制每一个发动机循环期间外部EGR的量。MAF、实际的空气/燃料比、进入氧气、MAP和CA50点的发动机参数可以直接使用传感器测量、从其他感测参数推断、估计、从发动机模块获得或以其他方式通过控制器5动态确定。术语控制器、控制模块、模块、控制部、控制单元、处理器和相似的术语是指专用集成电路(一个或多个)(ASIC)、电子回路(一个或多个)、中央处理单元(一个或多个)(例如是微处理器(一个或多个))和存储器和存储装置形式的相关的非瞬时存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬件驱动等)中的任何一个或组合。非瞬时存储器部件能存一个或多个软件或固件程序或例行程序形式的储机器可读指令、组合的逻辑回路(一个或多个)、输入/输出回路(一个或多个)和装置、信号调节和缓冲器电路、可被一个或多个处理器访问以提供所述功能性的其他部件。输入/输出回路(一个或多个)和装置包括模拟/数字转换器和监测从传感器而来的输入的相关装置，这种输入被以预设的采样频率或响应于触发事件监测。软件、固件、程序、指令、控制程序、代码、算法和相似的术语是指任何控制器可执行的指令集，包括校准和查找表。每一个控制器执行控制程序(一个或多个)，以提供期望功能，包括监测来自传感装置和其他联网控制器的输入和执行控制和诊断的指令，以控制促动器的操作。程序可以被周期性地以规律间隔执行，例如在正在进行的操作期间每100微秒一次。替换地，程序可以响应于触发事件的发生而被执行。控制器之间的通信以及在控制器、促动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线链路、网络通信总线链路、无线链路或其他合适通信链路实现。通信包括交换任何合适形式的数据信号，例如包括经由传导介质传递的电信号、经由空气传递的电磁信号、经由光学波导传递的光学信号等。数据信号可以包括代表从传感器而来的输入的信号、代表促动器命令的信号、和在控制器之间的通信信号。术语‘模型’是指基于处理器或处理器可执行的代码和相关的校准，其模拟装置或物理过程的物理存在。如在本文使用的，术语‘动态’和‘动态地’描述了被实时执行且有下述特点的步骤或过程：其监测或以其他方式确定参数状态，且在程序执行或程序执行的迭代之间有规律地或周期性地更新参数状态。燃料喷射器68包括流动控制阀和燃料喷嘴70，所述燃料喷嘴直接将燃料喷射到燃烧室24中。燃料可以是任何合适成分，例如但不限于汽油、乙醇、柴油、天然气和其组合。燃料喷嘴70优选延伸通过汽缸盖18并进入燃烧室24。如所示的，汽缸盖18布置有在燃烧室24的圆柱形横截面的几何中央部分中且与其纵向轴线21对准的燃料喷嘴70和燃料喷射器68。燃料喷嘴70显示为在进气阀34和排气阀36之间与点火器50成一线。替换地，汽缸盖18布置有与点火器50成一线的燃料喷嘴70且与进气阀34和排气阀36之间的线正交。替换地，汽缸盖18布置有侧喷射构造的燃料喷嘴70。本文所述的包括燃料喷嘴70和点火器50的汽缸盖18的结构是说明性的。其他合适结构可以用在本发明中。燃料喷嘴70包括限定一个或多个开口(未示出)的端部，燃料通过该端部流动到燃烧室24中，形成包括一股或多股燃料羽流(fuelplume)的喷溅样式15。燃料羽流(一个或多个)的形状和穿透是通过燃料喷嘴70的燃料压力和构造造成的燃料动量的结果，构造包括横截面面积、相对于燃烧室24的燃料喷嘴70的开口(一个或多个)的形状和取向和燃烧室流动动态特点。燃烧室流动动态特点可以通过燃烧室24的形状决定，包括用于在其中产生漩涡的装置的存在，以及其他因素。通过非限制性的例子，在燃料喷嘴70包括单个孔装置(包括轴(pintle)和具有进入燃烧室24的单个圆形横截面开口的座部)时，所形成的燃料喷溅样式15可以是具有连续的大致中空圆锥形形状的单股羽流。替换地，燃料喷嘴70可以是多孔装置，包括轴和具有让燃料经过的多个开口的座部，且所形成的燃料喷溅样式15包括多个径向地喷射的燃料羽流。在燃料喷嘴70包括多个开口的实施例中，在燃料喷射期间形成的燃料喷溅样式15包括多个径向地喷射的燃料羽流，在从燃烧室24的侧视图观察时所述燃料羽流一起在燃烧室24中形成大致圆锥形形状，其中圆锥形形状具有优选在喷溅羽流中一些(其在燃料喷嘴70上取向为分开180°，或作为限定喷溅角的外边界)的主轴线之间测量的喷溅角。多个喷溅羽流的每一个可以具有大致圆锥形形状、大致平坦形状或其他合适形状，该形状主要取决于燃料喷嘴70的开口的横截面形状。图2-1和2-2示意性地显示了参考图1所述的点火器50的实施例的端部视图。图2-1示意性地显示了点火器110的末端部分111的一个实施例的端部视图，其包括具有同中心元件的大致圆形横截面形状，其包括阳极112、围绕阳极112的周边形成的环形介质阻挡层114、和连续环形阴极116。环形间隙118形成在介质阻挡层114和阴极116之间。介质阻挡层114可以用氧化铝或其他合适绝缘材料制造。通过对点火器110的操作的大致描述，等离子点火系统65在短期能量脉冲期间将交流电流供应到点火器110，且电流流动经过在阳极112和阴极116之间形成多个等离子流(streamer)119的间隙118。流119与燃烧室中的空气-燃料充气的近端部分相互作用，造成其点火。图2-2示意性地显示了点火器120的末端部分121的另一实施例，其包括大致圆形的横截面形状，其具有同中心元件，所述同中心元件包括阳极122、围绕阳极122的周边形成的环形介质阻挡层124、和不连续的环形阴极126，环形间隙128形成在介质阻挡层124和阴极126之间。不连续的环形阴极126是形成在阴极126的周边中的开口127结果，形成开放区域，其有助于燃料空气汽缸充气在阴极126和阳极122之间穿透。介质阻挡层124例如可以用氧化铝形成。在两实施例中，短期的能量脉冲是施加到阳极112、122的电流，电流通过等离子点火系统65供应。如参考图2-1所述的，在短期的能量脉冲，且电流流动经过在阳极122和阴极126之间形成多个等离子流129的间隙128。流129与燃烧室中空气-燃料充气相互作用，造成其点火。在一个非限制性的实施例中，短期的能量脉冲可以具有100V的峰值主电压、10到70kV的次电压、2.5毫秒持续时间和1.0J的总能量。短期的能量脉冲在本文还被称为等离子能量脉冲。点火器110和120的端部的大致圆形的横截面形状是一个非限制性的说明性实施例。可以采用其他横截面形状，例如椭圆形、矩形、六角形的等。所示的点火器50包括具有单个阳极112和阴极116的构造。可以采用介质阻挡放电点火器的其他构造，例如具有相似的效果的具有多个阳极、阻挡层和/或阴极的装置。点火器50的构造的具体细节、其在燃烧室24中的布置结构、和与电功率相关的运行参数(峰值电压、频率和持续时间)和启动正时是取决于具体应用的，且优选被选择为在燃烧室24中实现期望燃烧特点。图3示意性地显示了参考图1所述的发动机210的实施例的截面图，其包括设置在其中的可变容积燃烧室224，且包括具有缸体壁220、活塞226和汽缸盖218的汽缸214。汽缸盖218提供用于安装燃料喷嘴270和点火器250的结构，所述燃料喷嘴配置为具有60°的喷溅角213。燃料喷嘴270靠近点火器250的末端部分252且两者伸入燃烧室224中。在一个实施例中，燃料喷嘴270可以中心定位在汽缸盖218中，其中燃料喷嘴270限定第一纵向轴线271，所述第一纵向轴线布置为在活塞226和汽缸214的横截面的几何中心处与汽缸214的纵向轴线221共线。替换地，在汽缸盖218和燃料喷嘴270布置为侧燃料喷射构造时通过燃料喷嘴270限定的第一纵向轴线271可以有其他定位。点火器250限定第二纵向轴线251。燃料喷嘴270将燃料脉冲喷射到燃烧室224中，具有以喷溅角213和羽流锥形角217为特点的燃料喷溅样式215。喷溅角213限定燃烧室224中燃料喷溅样式215的总暴露角，且羽流锥形角217在燃料喷溅样式215的单个燃料羽流中(在燃料喷嘴270为多孔喷射器时)或在燃料喷溅样式215的燃料羽流横截面中(在燃料喷嘴270是单个孔喷射器时)限定燃料出射角。如所示的，喷溅角213具有60°的大小且羽流锥形角217具有15°的大小。如所示的，点火器250的第二纵向轴线251可在相对于第一纵向轴线271旋转10°到50°的范围内，容许差异为+/-10°。如所示的，点火器250的末端部分252在燃烧室224中伸入距离279，其沿第二纵向轴线251可变化+/-15mm。图4示意性地显示了参考图1所述的发动机310的另一实施例的截面图，其包括设置在其中的可变容积燃烧室324，且包括具有缸体壁320、活塞326和汽缸盖318的汽缸314。汽缸盖318提供用于安装燃料喷嘴370和点火器350的结构，燃料喷溅样式315具有90°大小的喷溅角313。点火器350的末端部分352和燃料喷嘴370两者可以伸入燃烧室324中。燃料喷嘴370可以在汽缸盖318中中心定位，其中燃料喷嘴370限定第一纵向轴线371，所述第一纵向轴线布置为在活塞326和汽缸314的横截面的几何中心处与汽缸314区域的纵向轴线321共线。点火器350限定第二纵向轴线351。燃料喷嘴370将燃料脉冲喷射到燃烧室324中，具有以喷溅角313和羽流锥形角317为特点的燃料喷溅样式315。喷溅角313限定燃烧室324中燃料喷溅样式315的总暴露角，且羽流锥形角317在多孔喷射器中的燃料喷溅样式315的单个燃料羽流中或在单个孔喷射器的燃料喷溅样式315的燃料羽流横截面中限定出射角。如所示的，喷溅角313具有90°的大小且羽流锥形角317具有15°的大小。如所示的，点火器350的第二纵向轴线351可以在相对于第一纵向轴线371旋转10°到50°的范围内，容许差异为10°。如所示的，点火器350的末端部分352在燃烧室324中伸入距离379，其可沿第二纵向轴线变化±15mm。在燃料喷嘴370具有90°的喷溅角时，进入燃烧室324的较小深入距离(+/-5mm)是优选的。喷溅角313可根据直接喷射式发动机中闪动或瓦解的燃料喷溅变化。点火器350的末端部分352优选相对于燃料喷嘴370定位在对喷溅瓦解不敏感的位置。在燃料喷嘴370中心定位在汽缸盖318中时，点火器350可定位在相对于通过燃料喷嘴370限定的第一纵向轴线371旋转10°到50°的范围内，且点火器350的末端部分352可以定位为距燃料喷嘴370的喷嘴出口5mm到20mm的距离。用于任何给定喷溅角的点火器伸出可被选择为使得燃料喷溅样式315中的一股或多股燃料羽流接触点火器350的末端部分352。在该结构下伸出距离的敏感性在一个实施例中为能成功点火的+/-1mm范围。点火器350可以在燃烧室324中伸出3mm到15mm，这取决于喷溅角313。对于分层充气燃烧系统，可以采用具有额定15°喷溅羽流角的多孔喷溅样式，且点火器350的末端部分352可以伸入到燃烧室324并具有15mm的距离379，有额定±10°的旋转角变化。图5显示了正时图500，其包括与发动机10实施例的单个发动机循环期间一个汽缸的运行相关的运行参数，所述发动机10被参考图1所述地配置且包括采用与伸入到燃烧室24中的燃料喷射器68靠近的点火器50的实施例。燃烧模式可以被描述为点火辅助式压缩点火燃烧模式。相对于发动机曲轴旋转，图中的参数包括排气阀打开510、进气阀打开520、等离子能量脉冲(一个或多个)530、燃料喷射器脉冲540和空气/燃料比550，针对排气I、进气II、压缩III和做功IV冲程的单个发动机循环在水平轴线502上显示了曲轴旋转。显示了上死点(TDC)时刻。如所示的，发动机在贫(λ>1)空气/燃料比下运行于NVO模式。在时刻T1503发生第一燃料脉冲541。在时刻T2505，等离子能量脉冲532被启动，且其后在时刻T3507立即启动第二燃料脉冲542。正时T1503、T2505和T3507被选择为使得在T1503的第一燃料脉冲541与点火器50相互作用。在点火器50产生等离子能量脉冲532时，在点火器50附近形成激烈变化的周围情况，且来自T3507的第二燃料脉冲与点火器末端上的一股或多股流相互作用且燃烧，在整个燃烧室产生空气-燃料混合物的燃烧。图6用图显示了正时图600，其包括与发动机10实施例的单个发动机循环期间一个汽缸的运行相关的运行参数，所述发动机10被参考图1所述地配置且包括采用与伸入到燃烧室24中的燃料喷射器68靠近的点火器50的实施例。燃烧模式可以被描述为点火辅助式压缩点火燃烧模式。相对于发动机曲轴旋转，图中的参数包括排气阀打开610、进气阀打开620、等离子能量脉冲(一个或多个)630、燃料喷射器脉冲640和空气/燃料比650，针对排气I、进气II、压缩III和做功IV冲程的单个发动机循环在水平轴线602上显示了曲轴旋转。显示了上死点(TDC)时刻。如所示的，发动机在贫(λ>1)空气/燃料比下运行于PVO模式。在时刻T0601发生早期燃料脉冲641，随后是多个等离子能量脉冲631、632、633，以有助于燃烧。在时刻T1603发生第一燃料脉冲642。在时刻T2605，另一等离子能量脉冲634被启动，且其后在时刻T3607立即启动第二燃料脉冲643。正时T1603、T2605和T3607被选择为使得在T1603的燃料脉冲642与点火器50相互作用。在点火器50产生等离子能量脉冲634时，点火器50附近形成激烈变化的周围情况，且来自与点火器靠近的第二燃料脉冲643的燃料与点火器末端上的一股或多股流相互作用且燃烧，在整个燃烧室产生空气-燃料混合物的燃烧。图7图形显示了正时图700，其包括与发动机10实施例的单个发动机循环期间一个汽缸的运行相关的运行参数，所述发动机10被参考图1所述地配置且包括采用与伸入到燃烧室24中的燃料喷射器68靠近的点火器50的实施例。燃烧模式可以被描述为点火辅助式压缩点火燃烧模式。相对于发动机曲轴旋转，图中的参数包括排气阀打开710、进气阀打开720、等离子能量脉冲(一个或多个)730、燃料喷射器脉冲740和空气/燃料比750，针对排气I、进气II、压缩III和做功IV冲程的单个发动机循环在水平轴线706上了曲轴旋转。显示了上死点(TDC)时刻。如所示的，发动机在贫(λ>1)空气/燃料比下运行于NVO模式。在时刻T701发生第一燃料脉冲741，且在时刻T0702发生第二燃料脉冲742，随后是多个等离子能量脉冲731、732、733，以产生自由基，以通过产生臭氧或其他自由基(其促进反应和燃烧)而有助于燃烧。在时刻T1703发生第三燃料脉冲743。在时刻T2704，另一等离子能量脉冲734被启动，且其后在时刻T3705立即启动第四燃料脉冲744。正时T1703、T2704和T3705被选择为使得在T1的燃料脉冲与点火器50相互作用。在点火器50产生等离子能量脉冲734时，点火器50附近形成激烈变化的周围情况，且来自点火器附近的燃料脉冲的燃料与点火器末端上的一股或多股流相互作用且燃烧，在整个燃烧室产生空气-燃料混合物的燃烧。图8图形显示了正时图800，其包括与发动机实施例的单个发动机循环期间一个汽缸的运行相关的运行参数，所述发动机被参考图1所述地配置且包括采用与伸入到燃烧室24中的燃料喷射器68靠近的点火器50的实施例。燃烧的特点是贫燃料燃烧模式或贫燃料分层燃烧模式，或点火辅助压缩点火模式。相对于发动机曲轴旋转，图中的参数包括排气阀动力810、进气阀打开820、等离子能量脉冲(一个或多个)830、燃料喷射器脉冲840和空气/燃料比850，针对排气I、进气II、压缩III和做功IV冲程的单个发动机循环在水平轴线802上显示了曲轴旋转。还显示了上死点(TDC)时刻。如所示的，发动机在贫(λ>1)空气/燃料比下运行于PVO模式。在时刻T0803发生早期燃料脉冲841。在时刻T1804，发生第二燃料脉冲842。在时刻T2805，等离子能量脉冲831启动，且其后在时刻T3806立即启动第三燃料脉冲843。T1804、T2805和T3806的时刻被选择为使得在T1804燃料脉冲与点火器50相互作用。在点火器50于时刻T2805产生等离子能量脉冲时，来自与点火器靠近的第二燃料脉冲842的燃料与点火器末端上的一股或多股流相互作用且燃烧，整个燃烧室产生空气-燃料混合物的燃烧。图9图形显示了正时图900，其包括与发动机实施例的单个发动机循环期间一个汽缸的运行相关的运行参数，所述发动机被参考图1所述地配置为且包括采用与伸入到燃烧室24中的燃料喷射器68靠近的点火器50的实施例。燃烧的特点是贫燃料燃烧模式或贫燃料分层燃烧模式，或点火辅助压缩点火模式。相对于发动机曲轴旋转，图中的参数包括排气阀打开910、进气阀打开920、等离子放电事件(一个或多个)930、燃料喷射器脉冲940和空气/燃料比950，针对排气I、进气II、压缩III和做功IV冲程的单个发动机循环在水平轴线902上了曲轴旋转。显示了上死点(TDC)时刻。如所示的，发动机在贫(λ>1)空气/燃料比下运行于PVO模式。在时刻T903发生第一燃料脉冲941，随后是多个等离子能量脉冲931、932、933。在时刻T0904发生第二燃料脉冲942。在时刻T1905发生第三燃料脉冲943，且在时刻T2906启动等离子能量脉冲934，且其后在时刻T3907立即启动第四燃料脉冲944。正时T1905、T2906和T3907被选择为使得在T1905的第三燃料脉冲943与点火器50相互作用。在点火器50于时刻T2906启动等离子能量脉冲934时，在点火器50附近形成激烈变化的周围情况，且来自第二燃料脉冲942和第三燃料脉冲943的燃料与点火器末端上的一股或多股流相互作用且燃烧，在整个燃烧室产生空气-燃料混合物的燃烧。包括参考图1所述配置的阻挡放电点火器的等离子点火系统的实施例可以在与多个燃料喷射策略组合时有助于在非常稀燃料运行状态下进行稳定的低温燃烧，且由此提供对可让高燃烧压力下的低温稀燃料燃烧得以增强的火花塞点火系统的替换，同时获得鲁棒的贫燃料低温燃烧。附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年9月8日递交的美国临时专利申请No.62/047,261的权益，其通过引用全部合并于此。
