基于预测模型的火花控制
在某些实施例中，通过主动清除预燃室技术和基于预测模型的火花控制的组合，以克服已知燃烧技术的缺点，可以实现H2‑ICE性能的显著改进。在某些实施例中，包括火花事件、电弧行程和拉伸、以及所产生的火焰传播在内的点火过程的高级燃烧建模和模拟可以用于预测火花能量/功率、电极间隙内的流、以及针对不同引擎、不同火花塞和在不同状况下的火焰发展(SOC)之间的关系。该信息可以用于调整相同周期火花事件期间的火花能量/功率特性，以最小化SOC变化并显著降低燃烧异常(例如，回火、爆震和提前点火)的倾向，这些燃烧异常阻止实现高引擎功率密度和效率。
发明专利
CN202380015226.6
2023-07-08
CN118401749A
2024-07-25
F02P5/145(2006.01)
普罗米修斯应用技术有限责任公司
玛利亚-艾曼纽拉·索蒂罗普罗;路易吉·P·托齐
美国
中科专利商标代理有限责任公司
罗松梅%潘剑颖
美国;US
1.一种控制内燃机中的燃烧启动的方法，包括： 提供预燃室，所述预燃室包括： 外表面和内表面，所述外表面和所述内表面包围预燃室空间； 一个或多个喷射口，连通所述外表面和所述内表面，用于将燃料-空气混合物引入到所述预燃室空间中； 火花间隙电极组件，包括： 主电极，设置所述预燃室空间内；以及 一个或多个接地电极，设置在所述预燃室空间内且偏离所述主电极，以形成一个或多个电极间隙； 跨所述一个或多个电极间隙中的至少一个电极间隙引入火花，以点燃所述燃料-空气混合物； 测量所述火花的火花电压或火花电流的初始趋势； 确定所述火花是在所述电极间隙的前缘还是后缘处引发的； 确定所述火花的位置处的流动是快还是慢；以及 基于所述火花是在所述前缘还是所述后缘处引发以及所述火花的流动是快还是慢来调整所述火花的功率，以通过调整点火延迟来控制火焰传播的初始速率，以便保持基本恒定的燃烧启动。 2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个电极间隙具有在约2mm-1和约4mm-1之间的表面与体积比。 3.根据权利要求2所述的方法，其中，从针对约10bar BMEP的引擎功率密度的约2mm-1到针对约20bar BMEP的引擎功率密度的约4mm-1，所述一个或多个电极间隙的表面与体积比与BMEP成正比地变化。 4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃料-空气混合物在所述预燃室空间和电极间隙中具有均匀的流速分布，所述流速分布在周期之间变化小于50％。 5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述火花的功率被调整预定量以实现目标燃烧启动值并实现稳定的引擎操作，所述预定量是使用燃烧模拟来确定的，且存储在一个或多个点火控制模块查找表中。 6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述火花是在所述前缘处引发的，则增加所述火花的功率。 7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述火花的功率与所述火花的位置处的流速成反比地增加。 8.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述火花是在所述后缘处引发的，则降低所述火花的功率。 9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述火花的功率与所述火花的位置处的流速成反比地降低。 10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定步骤包括：将所述火花的火花电压或火花电流的初始趋势与预定火花波形进行比较。 11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过考虑以下至少一种来确定所述预定火花波形：所述火花最初是否位于所述前缘和所述后缘之间，以及所述火花最初是否具有平均前缘速度和平均后缘速度之间的流速。 12.根据权利要求1所述的方法，其中，在引入所述火花的相同周期中执行调整所述火花的功率的步骤，以实现目标燃烧启动。 13.根据权利要求1所述的方法，还包括：当检测到所述火花电压的急剧的短暂增加呈指数或正弦振荡时，确定存在电弧熄灭状况。 14.根据权利要求1所述的方法，还包括：当检测到以下任一种情况时，确定存在稳定火焰状况：(1)在随后增加速率超过预定值的电压击穿事件之后，所述火花电压呈平坦趋势；或者(2)在不呈指数或正弦振荡并且增加速率低于预定值的电压击穿事件之后，火花电压立即增加。 15.根据权利要求1所述的方法，还包括：当检测到以下任一种情况时，确定存在火焰熄灭或缓慢燃烧状况：(1)在表明距所述电极的前缘的电弧行程和拉伸不足的电压击穿事件之后，降低火花电压；或者(2)在表明从所述电极的后缘或前缘预测到电弧熄灭的电压击穿事件之后，以高于预定值的速率增加火花电压。 16.根据权利要求1所述的方法，还包括：当在电压击穿事件之后检测到在预定范围内增加的火花电压时，确定存在快速燃烧或爆震状况。 17.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用电压击穿事件之后的火花电压趋势或火花电流趋势中的至少一种，基于以下中的一种或多种来预测所述燃烧启动：引擎设计、燃料特性和一个或多个操作条件。 18.一种用于内燃机的高能可编程点火系统，包括： 火花电压传感器和火花电流传感器中的至少一个，所述火花电压传感器用于感测来自预燃室中的一个或多个火花间隙电极的火花电压，所述火花电流传感器用于感测来自预燃室中的一个或多个火花间隙电极的火花电流；以及 点火控制模块，被配置为： 接收来自所述一个或多个火花间隙电极的火花电压和火花电流中的至少一种， 测量所述一个或多个火花间隙电极的火花电压或火花电流的初始趋势； 确定所述火花是在所述一个或多个火花间隙电极的前缘还是后缘处引发的； 确定所述火花的位置处的流动是快还是慢； 基于所述火花是在所述前缘还是所述后缘处引发以及所述火花的流动是快还是慢来调整所述火花的功率，以通过调整点火延迟来控制火焰生长的初始速率，以便保持基本恒定的燃烧启动。 19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：将所述火花的功率调整预定量以实现目标燃烧启动值并实现稳定的引擎操作，所述预定量是使用燃烧模拟来确定的，且存储在一个或多个点火控制模块查找表中。 20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：如果所述火花是在所述前缘处引发的，则增加所述火花的功率。 21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：与所述火花的位置处的流速成反比地增加所述火花的功率。 22.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：如果所述火花是在所述后缘处引发的，则降低所述火花的功率。 23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：与所述火花的位置处的流速成反比地降低所述火花的功率。 24.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：将所述火花的火花电压或火花电流的初始趋势与预定火花波形进行比较。 25.根据权利要求24所述的系统，其中，通过考虑以下至少一种来确定所述预定火花波形：所述火花最初是否位于所述前缘和所述后缘之间，以及所述火花最初是否具有平均前缘速度和平均后缘速度之间的流速。 26.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：在引入所述火花的相同周期中调整所述火花的功率，以实现目标燃烧启动。 27.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块被配置为：当检测到所述火花电压的急剧的短暂增加呈指数或正弦振荡时，确定存在电弧熄灭状况。 28.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块还被配置为：当检测到以下任一种情况时，确定存在稳定火焰状况：(1)在随后增加速率超过预定值的电压击穿事件之后，所述火花电压呈平坦趋势；或者(2)在不呈指数或正弦振荡并且增加速率低于预定值的电压击穿事件之后，火花电压立即增加。 29.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块还被配置为：当检测到以下任一种情况时，确定存在火焰熄灭或缓慢燃烧状况：(1)在表明距所述电极的前缘的电弧行程和拉伸不足的电压击穿事件之后，降低火花电压；或者(2)在表明从所述电极的后缘或前缘预测到电弧熄灭的电压击穿事件之后，以高于预定值的速率增加火花电压。 30.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块还被配置为：当在电压击穿事件之后检测到在预定范围内增加的火花电压时，确定存在快速燃烧或爆震状况。 31.根据权利要求18所述的系统，其中，所述点火控制模块还被配置为：使用电压击穿事件之后的火花电压趋势或火花电流趋势中的至少一种，基于引擎设计、燃料特性和一个或多个操作条件中的一种或多种来预测所述燃烧启动。