CN107023430A - 具有火花塞的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有火花塞的内燃发动机。提供了用于内燃发动机的方法和***，该内燃发动机具有用于燃烧燃料混合物的至少一个燃烧室以及用于对该燃烧室中的燃料混合物进行火花点火的火花塞。该火花塞包括用于在燃烧室内的位置处产生点火火花的电极。此外，内燃发动机包括调整装置，该调整装置用于在运转期间在内燃发动机的温度增加的情况下减小点火火花的位置与燃烧室的边缘之间的距离。

Description

具有火花塞的内燃发动机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月29日提交的德国专利申请号102016201401.3的优先权。以上引用的申请的全部内容出于所有目的通过引用以其全文结合于此。

技术领域

本说明总体上涉及用于操作内燃发动机的方法和***，该内燃发动机具有用于燃烧燃料混合物的至少一个燃烧室以及用于对该燃烧室中的燃料混合物进行火花点火的火花塞。

背景技术

在具有燃料/空气混合物的火花点火的内燃发动机中，诸如，例如在往复活塞发动机或旋转活塞发动机的情况下，通常提供至少一个火花塞以用于产生点火火花。用于这个目的的火花塞紧固在燃烧室壁(例如往复活塞发动机的汽缸盖)的螺纹插孔(receptacle)中。该火花塞的一个末端与设置在该末端处的电极一起伸入到燃烧室中。在被安排在距彼此预定距离的电极之间，通过施加高电压在预定的点火时间产生点火火花，该点火火花点燃燃料/空气混合物。

为了避免内燃发动机运转期间该火花塞的过热以及尤其是电极的过热，该火花塞通常以一种方式安排，该方式使得该火花塞的电极以及因此该点火火花的位置相对地靠近燃烧室壁定位。以此方式，火花塞仅有一小部分和电极一起伸入到燃烧室中，而更大的部分设置在该燃烧室壁内或在其外侧上。因此尤其地通过将热量传导远离到冷却的燃烧室壁中使该火花塞获得充分冷却。

发明内容

然而，发明人在此已经认识到这种***具有的潜在问题。作为一个实例，在冷启动的情况下或在内燃发动机的升温阶段期间，在电极(和因此的点火火花)与燃烧室的边缘之间的小距离对燃料/空气混合物的点火具有不利影响。不适用于内燃发动机的升温(warm-up)阶段的点火过程能够引起例如燃料/空气混合物的不完全燃烧。在内燃发动机冷启动的情况下，这可能导致燃料消耗和污染物排放增加。在一个实例中，以上描述的问题可以通过内燃发动机解决，该内燃发动机具有用于燃烧燃料混合物的至少一个燃烧室以及用于对燃烧室中的燃料混合物进行火花点火的火花塞，该火花塞具有用于在该燃烧室内的位置处产生点火火花的电极。该内燃发动机可以包括一个或多个汽缸，每个汽缸具有对应的燃烧室，并且在各自情况下，每个汽缸具有至少一个火花塞。每个火花塞均被设置在用于对应的燃烧室的火花塞插孔中。该火花塞插孔例如可以安排在围绕对应的燃烧室的外壳中，诸如，例如，在汽缸盖中，这种方式使得由该火花塞插孔固定的火花塞与包括电极的第一末端一起伸入到燃烧室中。

在另一个实例中，内燃发动机可以包括调整装置，调整装置用于在运转期间内燃发动机的温度增加的情况下减小在点火火花的位置与燃烧室的边缘之间的距离。具体地，在点火火花距燃烧室的边缘的距离的变化期间，在电极之间提供了恒定的电极距离。点火火花的位置为例如电极间距的中心点，或者在一个电极的情况下为点火火花的位置。相对于燃烧室的紧邻火花塞的边缘，该距离优选地减小。通过举例，燃烧室的边缘由围绕燃烧室的外壳的内表面限定。在此上下文中，可以提供火花塞整体上相对于燃烧室的边缘或者相对于围绕燃烧室的外壳的移位。根据一个实施例，为内燃发动机的每个火花塞提供一个调整装置。

从而，在对内燃发动机进行加热的情况下，由火花塞的电极限定的点火火花在燃烧室中的位置借助于调整装置从位于燃烧室内更靠里的位置转移到位于更靠近边缘的位置。相对应地，在点火火花位置中能够出现从位于更靠近边缘的位置到位于燃烧室内更靠里的位置的改变，并且因此在对内燃发动机进行冷却的情况下，能够增加距燃烧室的边缘的距离。因此，在内燃发动机的冷启动期间，比起在温暖运转状态下，点火火花的位置在距燃烧室的边缘更大的距离处。

以此方式，在内燃发动机的升温阶段期间，显著更有效的点火和因此燃料/空气混合物的燃烧在燃烧室中发生。在冷启动的情况下，这导致较低的燃料消耗和污染物排放。当达到预定运转温度时，点火火花的位置被设置成更靠近燃烧室的边缘。除了燃料/空气混合物的有效点火外，这还尤其确保了火花塞甚至在满载的情况下的充分冷却。优化了火花塞的使用寿命。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在详细说明中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决以上或在本披露的任何部分中所提到的任何缺点的实现方式。

附图说明

图1示出了内燃发动机的示意图。

图2示出了内燃发动机的第一实施例的部分视图，其中火花塞在第一位置联接调整装置，该调整装置用于调节点火火花在燃烧室内的位置。

图3示出了内燃发动机的第一实施例的部分视图，其中火花塞在第二位置联接调整装置，该调整装置用于调节点火火花在燃烧室内的位置。

图4示出了内燃发动机的第二实施例的部分视图，其中火花塞在第一位置联接调整装置，该调整装置用于调节点火火花在燃烧室内的位置。

图5示出了内燃发动机的第二实施例的部分视图，其中火花塞在第二位置联接调整装置，该调整装置用于调节点火火花在燃烧室内的位置。

图6展示了用于操作内燃发动机的方法，内燃发动机包括用于对联接至燃烧室的火花塞进行定位的调整装置。

具体实施方式

以下描述涉及用于根据发动机运转温度来调节由内燃发动机的燃烧室内的火花塞产生的点火火花的位置的***和方法。图1展示了具有定位在燃烧室中的火花塞的内燃发动机。联接至火花塞的调整装置可以调节由在燃烧室内的火花塞产生的点火火花的位置，以便在燃烧期间点燃燃料混合物。图2和图3展示了内燃发动机的第一实施例的部分视图，其中火花塞联接至调整装置，调整装置用于调节在燃烧室内的点火火花的位置。图2展示了在发动机冷启动期间当发动机在低温下(例如在低于阈值的温度下)运转时火花塞的第一位置。图3展示了当发动机在高于阈值的温度下运转时火花塞的第二位置。如图2所展示的，在冷启动条件期间由火花塞产生的点火火花的位置距燃烧室的边缘较远。相比之下，当发动机在比冷启动条件高的温度下运转时，点火火花的位置更靠近燃烧室的边缘。图4和图5展示了内燃发动机的第二实施例的部分视图，其中火花塞联接至调整装置，该调整装置用于调节在燃烧室内的点火火花的位置。图6展示了用于操作内燃发动机的方法，内燃发动机包括用于使联接至发动机的燃烧室的火花塞定位的调整装置。

在一个实例中，调整装置可以使火花塞沿着火花塞的纵向轴线移位。通过这种移位，包括在多个电极之间的点火火花位置的、伸入到燃烧室中的火花塞的第一末端沿着火花塞的纵向轴线移位到燃烧室中或者朝向燃烧室的边缘移位。在此上下文中，在加热的情况下或者一旦在内燃发动机(例如，在内燃发动机的外壳中在紧邻调整装置的周围环境)的温度增加，则火花塞的具有电极的第一末端就朝向燃烧室的边缘移位。火花塞的纵向轴线相对于邻接燃烧室的外壳表面或外壳部分(诸如，例如，内燃发动机的汽缸盖)可以是垂直的。根据一个实施例，调整装置可以执行火花塞的热激活移位。例如，通过例如由于在汽缸盖中的热量而加热调整装置的周围环境或火花塞来使火花塞移位。使用热能将火花塞移位使得用于调整点火火花在燃烧室中的位置的非常可靠的调整装置成为可能。

在另一个实例中，调整装置可以包括膨胀元件。膨胀元件根据其温度改变其形状。例如，膨胀元件可以是蜡膨胀元件、双金属元件或者这些元件的组合。具体地，膨胀元件可以被以一种方式安排，使得膨胀元件的加热使燃烧室内的点火火花的位置移位。例如，借助于在调整装置的周围环境中对内燃发动机进行加热可以产生对膨胀元件的加热。为此目的，调整装置可以安排在例如汽缸盖中在火花塞中，这样使得加热汽缸盖也需要加热膨胀元件。可替代地，可以提供加热该膨胀元件的可控器件，例如，电加热器件。通过这种膨胀元件可以实施成本有效、鲁棒且可靠运转的调整装置。

在另一个实例中，膨胀元件优选包含具有密度异常的材料。术语“具有密度异常的材料”在此用于表明在温度降低时其密度在一温度范围内减小的材料。材料因此在低于特定温度的冷却情况下膨胀。例如，膨胀元件包含伍德合金(Wood’s metal)或一些其他合适的铋合金。伍德合金是铋、铅、镉和锡的合金，其熔点近似为60℃。伍德合金在凝固时膨胀。具有伍德合金的膨胀元件在冷的内燃发动机的情况下比在温暖运转的内燃发动机的情况下占据更大的空间。以此方式，可以实施一种调整装置，调整装置具有尤其简单的设计、功能可靠性，并且在冷的内燃发动机的情况下将火花塞在点火火花与燃烧室壁之间以相对较大的距离压入到燃烧室中，并且相反地在暖的内燃发动机的情况下允许点火火花距燃烧室壁相对较小的距离。

在另一个实施例中，调整装置可以包括延伸套筒(running sleeve)，延伸套筒可移位地安排在内燃发动机的外壳中并且具有容纳火花塞的用途。例如，延伸套筒可以以强制锁定的方式被包括在外壳内的钻孔中并且可以沿着钻孔的纵向轴线移位。延伸套筒在其内侧上可以包括用于容纳火花塞的螺纹。延伸套筒能够与钻孔一起设置例如在往复活塞发动机的汽缸盖中而不是常规的火花塞夹具。通过这种延伸套筒，当在内燃发动机中的该点火火花的位置被设置时，可以使火花塞沿着火花塞的纵向轴线可靠地移位。同时，延伸套筒确保固了火花塞的紧固固定和燃烧空间的有效密封。

此外，在一个实例中，膨胀元件可以安排在延伸套筒与内燃发动机的外壳之间。例如，膨胀元件圆周地围绕延伸套筒的一段或者相对于延伸套筒的圆周侧向地安排在一个或多个位置处。另外地或可替代地，膨胀元件的一侧可以搁置在延伸套筒的套环上，而膨胀元件的相反侧搁置在外壳的表面或者搁置在紧固至外壳的附接元件的表面上。这些措施允许特别有效且少量维护的调整装置来用于使延伸套管与火花塞一起移位。

在一个实施例中，弹簧元件可以被提供用于将调整装置预拉伸到点火火花位置相对于燃烧室的边缘的预定位置中。例如，弹簧元件将调整装置或者火花塞预拉伸到一个位置中，在该位置处，通过调整装置使点火火花的位置最大程度地远离或者朝向燃烧室的边缘移位。弹簧元件包含：例如，以不同方式实施的螺旋弹簧或扭力弹簧、片弹簧、膜片弹簧或者以一些其他的方式实施的弯曲弹簧、或者气体弹簧或弹性体弹簧。根据一个实施例，弹簧元件的弹簧力与加热膨胀元件的效果相反地作用。在这种情况下，通过弹簧元件实现了调整装置在冷却膨胀元件的情况下的可靠重置。

在用于操作内燃发动机(内燃发动机具有用于燃烧燃料混合物的至少一个燃烧室)的示例方法中，点火火花在燃烧室内在火花塞的电极之间的位置处产生，以便点燃燃料混合物。此外，方法包括在内燃发动机运动期间温度增加的情况下，在点火火花的位置与燃烧室的边缘之间的距离减小。

在点火火花距燃烧室的边缘的距离改变的情况下，在电极之间的电极间距优选地保持恒定。可以提供火花塞整体上相对于燃烧室的边缘或者相对于围绕燃烧室的外壳的移位。此外，在本方法的实施例中，点火火花的位置可以借助于在内燃发动机的每个火花塞处的调整装置来移位。

在一个实例中，在冷启动的事件中，点火火花首先位于距燃烧室的边缘相对较大的距离处。在内燃发动机的升温期间，因此产生了燃料/空气混合物的特别有效的点火和燃烧。实现了燃料消耗和污染物排放的降低。加热内燃发动机需要使点火火花的位置更靠近燃烧室的边缘移位。在温暖运转的内燃发动机的情况下，以这种方式尤其确保了对火花塞的充分冷却。

方法的进一步的实施例相应地分别对应于内燃发动机的所描述的实施例并且具有对应的特征和优势。

现在参照图1，图1描述了用于车辆的发动机***100。车辆可以是道路车辆，道路车辆具有接触路面的驱动轮。发动机***100包括具有多个汽缸的发动机10。图1详细描绘了一个这样的汽缸或燃烧室。可以通过电子发动机控制器12来控制发动机10的不同部件。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，这些汽缸壁具有定位在其中并且连接至曲轴40的活塞36。燃烧室30被示出为经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。可通过进气凸轮51和排气凸轮53来运转每一个进气门和排气门。可替代地，可由机电控制气门线圈和电枢组件操作进气门和排气门中的一者或多者。可由进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可由排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。

燃料喷射器66被示出为定位成将燃料直接喷射到汽缸30中，这为本领域技术人员熟知的直接喷射。可替代地，可以将燃料喷射至进气道，这位本领域技术人员熟知的进气道喷射。燃料喷射器66递送与来自控制器12的信号的脉冲宽度FPW成比例的液体燃料。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料***(未示出)将燃料递送至燃料喷射器66。燃料喷射器66被供应来自响应于控制器12的驱动器68的运转电流。此外，进气歧管144被示出为与任选的电子节气门62连通，电子节气门调整节流板64的位置以控制至发动机汽缸30的气流。这可以包括控制来自进气增压室146的增压空气的气流。在一些实施例中，可以省略节气门62，并且可以通过单个进气***节气门(AIS节气门)82控制至发动机的气流，单个进气***节气门联接至进气通道42并且位于增压室146的上游。

在一些实施例中，发动机10被配置成用于提供排气再循环或EGR。当包括时，通过EGR通道135和EGR阀138，从涡轮机164的下游的排气***中的位置处将EGR提供至在进气***(AIS)节气门82的下游的位置处的发动机进气***。当存在压差以驱动流动时，可以将EGR从排气***抽到进气***。能够通过部分关闭AIS节气门82来产生压差。节流板84控制通向压缩机162的入口处的压力。AIS可以被电力控制，并且其位置可以基于任选的位置传感器88来调整。

压缩机162从进气通道42抽取空气以供应给增压室146。在一些实例中，进气通道42可以包括具有过滤器的气箱(未示出)。排气旋转式涡轮机164经由轴161联接至压缩机162。真空操作的废气门致动器72允许排气绕过涡轮机164，使得能够控制不同运转条件下的增压压力。在替代实施例中，可以压力致动或电力致动废气门致动器。废气门72可以响应于诸如操作者踩加速器踏板期间的增压需求增加而关闭(或可以缩小该废气门的开口)。通过关闭废气门，能够增加涡轮机上游的排气压力，从而提升涡轮机速度和峰值功率输出。这允许提升增压压力。另外地，当压缩机再循环阀被部分打开时，能够使废气门朝向关闭位置移动以维持期望的增压压力。在另一个实例中，废气门72可以响应于诸如操作者松开加速器踏板期间的增压需求降低而打开(或可以增大废气门的开口)。通过打开废气门，能够减小排气压力，从而减小涡轮机速度和涡轮机功率。这允许减小增压压力。

压缩机再循环阀158(CRV)可以被提供在围绕压缩机162的压缩机再循环路径159中，使得空气可以从压缩机出口移动至压缩机入口，以便减小可以在压缩机162两侧产生的压力。增压空气冷却器157可以定位在压缩机162下游的通道146中，以用于冷却递送至发动机进气装置的增压充入空气。在所描绘的实例中，压缩机再循环路径159被配置成用于使来自增压空气冷却器157下游的被冷却的压缩空气再循环至压缩机入口。在替代实例中，压缩机再循环路径159可以被配置成用于使来自压缩机下游和增压空气冷却器157上游的压缩空气再循环至压缩机入口。可经由来自控制器12的电信号打开和关闭CRV 158。CRV 158可以被配置成三态的阀门，阀门具有默认的半打开位置，其能够从默认的半打开位置移动至全打开位置或全关闭位置。

无分电器点火***90响应于控制器12经由火花塞92将点火火花提供给燃烧室30。点火***90可以包括感应线圈点火***，其中点火线圈变压器连接至发动机的每个火花塞。

第一排气氧传感器126被示出为在催化转换器70上游联接至排气歧管148。第二排气氧传感器186被示出为联接在转换器70下游的排气装置中。第一排气氧传感器126和第二排气氧传感器186可以是宽域排气氧(UEGO)传感器、加热型排气氧传感器(HEGO)或双态排气氧传感器(EGO)中的任何一者。UEGO可以是线性传感器，其中，输出为与空气-燃料比成比例的线性泵浦电流。

转换器70包括排气催化器。例如，转换器70能够包括多个催化剂砖。在另一个实例中，能够使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。在一个实例中，转换器70能够是三元型催化器。尽管所描绘的实例示出了涡轮机164上游的第一排气氧传感器126，将理解的是在替代实施例中，第一排气氧传感器126可以定位在涡轮机164下游和转换器70上游的排气歧管中。进一步地，第一排气氧传感器126在此可以被称为催化器前氧传感器，并且第二排气氧传感器186在此可以被称为催化器后氧传感器。第一氧传感器和第二氧传感器可以给出排气的空气-燃料比的指示。例如，第二排气氧传感器186可以用于催化器监测，而第一排气氧传感器126可以用于发动机控制。进一步地，第一排气氧传感器126和第二排气氧传感器186均可以在切换频率或响应时间操作，其中，传感器在浓和稀的空气-燃料控制之间切换(例如从稀到浓或从浓到稀切换)。在一个实例中，排气氧传感器劣化速率可以基于传感器的切换频率，对于降低的切换频率而言劣化速率增加。在另一个实例中，排气氧传感器劣化速率可以基于排气氧传感器的响应时间，对于降低的响应时间而言劣化速率增加。例如，如果传感器为线性传感器(诸如UEGO)，则传感器劣化速率可以基于传感器的响应时间。可替代地，如果传感器不是线性传感器(例如HEGO)，则传感器劣化速率可以基于传感器的切换频率。为了描述如下方法的目的，在推断火花塞积污时，可以可交换地使用切换频率和响应时间。然而，在一些实施例中，可以相应地基于排气氧传感器是非线性还是线性的来对切换频率还是响应时间进行分析。

发动机10可以进一步包括一个(如所描述的)或多个爆震传感器91，一个或多个爆震传感器沿着发动机本体(例如沿着发动机缸体)分布。当包括时，多个爆震传感器可以沿着发动机缸体对称地或非对称地分布。爆震传感器91可以是加速度计(例如振动传感器)、电离传感器或缸内传感器。在一个实例中，控制器12可以被配置成通过爆震传感器91来检测由于异常燃烧事件(例如爆震和预点火)产生的发动机缸体振动。

进一步地，控制器12可以被配置成执行自适应爆震控制。确切地，控制器12可以响应于通过爆震传感器91感测到爆震来将一定量的火花角度延迟应用于点火正时。在当前的速度-负载操作点处的点火延迟量可以基于存储在速度/负载特征映射图中的数值被确定。这可以称为自适应爆震项。当发动机再次在相同的速度-负载区域中运转时，可以更新在速度-负载操作点的自适应爆震项。以此方式，在发动机运转期间可以更新自适应爆震项。可以在发动机运转的预定持续时间(例如发动机循环的时间或次数)或车辆行进的预定距离上对自适应爆震项进行监测。如果爆震速率随着自适应爆震项中的变化增加而增加，则可以表明火花塞积污。如此，控制器可以经由爆震传感器91监测爆震以及在自适应爆震项中的变化，以便推断火花塞积污水平，如参照图2至图3在以下进一步描述的。

控制器12在图1中被示出为微型计算机，该微型计算机包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和常规数据总线。控制器12被示出为接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除了之前讨论的那些信号之外，还包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到加速器踏板130用于感测由车辆操作者的脚132调整的加速器踏板位置(PP)的位置传感器134；用于确定尾气点火的爆震传感器；来自联接至进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量；来自联接至增压室146的压力传感器122的增压压力的测量；来自霍尔效应传感器118(或其他可变磁阻传感器)的感测曲轴40的位置的发动机位置传感器；来自传感器120(例如热线式空气流量计)的对进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的对节气门位置的测量。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12处理。在本说明的优选方面中，发动机位置传感器118在曲轴每回转一次产生预定数量的等间距脉冲，根据其能够确定发动机转速(RPM)。

在一些实施例中，发动机可以联接至混合动力车辆中的电动马达/电池***。混合动力车辆可以具有并联构型、串联构型或其变体或组合。

在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门154关闭，而进气门152打开。空气经由进气歧管144被引入燃烧室30中，并且活塞36移动到汽缸的底部，以增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸底部并且在其冲程结束时(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)所在的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门152和排气门154关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束时并且最接近汽缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)所在的点通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文称为点火的过程中，喷射的燃料被诸如火花塞92的已知点火装置点燃，导致燃烧。在膨胀冲程过程中，膨胀气体推动活塞36返回到BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门154打开，以将燃烧过的空气-燃料混合物释放到排气歧管148，并且活塞返回到TDC。注意是，以上描述的仅是实例，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变，如以提供正气门重叠或负气门重叠、进气门延迟关闭、或各种其他实例。

在一个实施例中，点火线圈电路可以包括火花塞积污检测部件。在这个实施例中，可以基于在施加停留(dwell)命令之后点火线圈的控制线的控制电流降落低于预定值所占用的切换时间来确定火花塞积污。然而，这种检测火花塞积污的方法实施起来可能复杂且昂贵。因此，并不是所有的发动机***都可以包括具有火花塞积污检测部件的点火线圈电路。相反，控制器可以监测与火花塞健康相关联的多个发动机运转参数并且基于多个发动机运转参数中的一者或多者的变化来推断由于燃料添加剂积聚而造成的火花塞积污。

图2至图5示出了具有各种部件的相对定位的示例构型。至少在一个实例中，如果被示出为彼此直接接触或直接联接，则这种元件可以分别被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个实例中，被示出为彼此相连或相邻的元件可以分别是彼此相连或相邻。作为实例，处于彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个实例，在至少一个实例中，定位成彼此分开且两者之间只有空间而没有其他部件的元件可以照此称谓。作为又另一个实例，被示出在彼此的上方/下方、在彼此的相对侧、或在彼此的左侧/右侧的元件相对于彼此可以照此称谓。此外，如图所示，在至少一个实例中，最顶部元件或元件的最顶部点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底部点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上/下、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且可以用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。如此，在一个实例中，被示出在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件的上方。作为又一个实例，附图内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、直的、平面的、弯曲的、修圆的、倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个实例中，被示出彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个实例中，被示出在另一元件内或被示出在另一元件之外的元件可以照此称谓。

在图2中，示意性地展示了内燃发动机210的第一实施例的部分区域，内燃发动机包括燃烧室212和火花塞214。火花塞214在第一位置200处。在一个实例中，内燃发动机210可以与图1的发动机10相同。燃烧室212可以是图1的燃烧室30，并且火花塞214可以是图1的火花塞92。燃烧室212在汽缸(未示出)中，并且往复活塞被安排在内燃发动机210的汽缸中。具体地，内燃发动机210可以具有多个燃烧室，这些燃烧室以对应方式呈现。内燃发动机210可以是往复活塞发动机。在替代实施例中，燃烧室不包括往复活塞，例如，在内燃发动机中可以包括旋转活塞发动机。

燃烧室212可以不仅由往复活塞包围而且还由内燃发动机的外壳216包围。在图2中，连同火花塞214仅展示了燃烧室212和外壳216的一个区域。图2中展示的外壳216例如构成汽缸盖并且通过相对于燃烧室212定位的其表面构成燃烧室212的边缘218。火花塞214的第一末端217穿过外壳216伸入到燃烧室212中。在火花塞214的第一末端217处，安排有电极220、222，在电极之间在预定时间通过高电压产生用于点燃位于燃烧室212中的燃料/空气混合物的点火火花。

电极220、222在燃烧室212中的位置由火花塞214相对于燃烧室212的边缘218和因此相对于外壳216的位置来限定。为此目的，火花塞214可以被固定在火花塞插孔224中。与具有螺纹钻孔的常规火花塞插孔(其设置在汽缸盖中以用于拧紧火花塞)相比，火花塞插孔224可以包括延伸套筒226。延伸套筒226以强制锁定且可移位的方式安排在外壳216中的凹陷内，该凹陷形成为钻孔228。在替代实施例中，代替钻孔，可以提供以一些其他的形式成形的凹陷和对应呈现的延伸套筒。在延伸套筒226的内侧上，用于接收和固定火花塞214的螺纹230被设置在延伸套筒226中。火花塞214可以被安排成与延伸套筒226一起在钻孔228中沿火花塞214的纵向轴线232可移位。在火花塞214的情况下，钻孔228和延伸套筒226可以如此，即，使得火花塞214的纵向轴线232被安排成相对于燃烧室212的边缘218基本上垂直。

延伸套筒226在其背离燃烧室212的末端处具有径向向外延伸的套环234和用于火花塞214的支撑面236。火花塞214可以被拧紧到延伸套筒226中直至其抵靠在支撑面236上并且可以由此被紧固在相对于延伸套筒226的精确预定的位置中。被安排成沿着延伸套筒226的圆周的套环234伸入到钻孔228的凸起238中，并且在冷的内燃发动机210的情况下，套环通过其朝燃烧室212指向的侧边来搁置在凸起238中的外壳216的支撑面239上。火花塞214因此可以与延伸套筒226一起被推入到燃烧室中仅至多到图2中展示的第一位置200。可替代地，代替套环234，还可以在延伸套筒上提供不同形状的一个或多个凸起。

在套环234背离燃烧室212的一侧与安排在外壳216的外侧上的附接元件240之间可以包括膨胀元件242。在一个实例中，膨胀元件242可以圆周地存在于火花塞214周围并且可以通过一个侧边来搁置在套环234上并且通过相反的侧边搁置在附接元件240上。可替代地，还可以使用一个或多个不同形状的膨胀元件。在一个实例中，膨胀元件可以包括伍德合金。伍德合金是铋、铅、镉和锡的合金，其熔点近似为60℃。伍德合金在其凝固时膨胀。伍德合金因此是具有密度异常的材料。当温度降低时，伍德合金的密度在温度范围内减小。膨胀元件在冷却情况下膨胀并且在加热情况下收缩。在替代实施例中，代替伍德合金，可以使用不同的铋合金(例如铋铅锡锭(Rose’s metal))或者不同的具有异常密度的适当材料。

延伸套筒226、膨胀元件242以及附接元件240是调整装置244的部件，用于在燃烧室212中设置火花塞214的点火火花的位置。当内燃发动机210在运转期间加热时，将点火火花的位置设置成更靠近燃烧室212的边缘218，并且在冷却的情况下该位置被相反地设置成在燃烧室212内更深。为此目的，通过调整装置244来执行火花塞214相对于外壳216的对应移位。具体地，可以在调整装置244中使用常规的火花塞。

将在以下参照图6描述一种操作包括调整装置244的内燃发动机的方法。在内燃发动机的冷启动之前和期间，调整装置244位于延伸套筒226内并且火花塞214在图2所展示的第一位置200中。膨胀元件242的伍德合金以固体形式存在，其结果是膨胀元件242将延伸套筒226的套环234压靠在凸起238中外壳216的支撑面239上，并且如此以在套环234与附接元件240之间延伸。在冷启动的情况下和在升温阶段期间，膨胀元件242与燃烧室212中燃料/空气混合物或燃烧气体的压力相反地将套环234和因此的延伸套筒226以及火花塞214保持在这个位置中。

图3示出了图2的内燃发动机210的一部分在预定运转温度下的运转期间的示意图。在升温阶段中，外壳216的、延伸套筒226的以及火花塞214的温度连续升高。膨胀元件242呈现其周围环境的、尤其是延伸套筒226和外壳216的温度。如果该温度超过约60℃，则在膨胀元件242中的伍德合金开始熔化并且由于密度异常而减小其体积。膨胀元件242收缩。在体积变得自由的情况下，由于燃烧室212中的压力，延伸套筒226与火花塞214一起向后移动。延伸套筒226和火花塞214因此沿着钻孔228被推动远离该燃烧室。在一个实例中，为了协助这个过程，在套环234面对燃烧室212的一侧与凸起238的面239之间可以提供弹簧元件(未示出)。

图3展示了在升温阶段之后的火花塞214的第二位置202。延伸套筒226的套环234通过一个侧边搁置在具有相对较小体积的膨胀元件242上。延伸套筒226通过燃烧室212中的压力来保持在这个位置中。明显的是由于火花塞214移位，电极220、222在钻孔228的情况下比在冷启动的情况下和在根据图2的升温期间显著地搁置得更靠近燃烧室212的边缘218。在升温阶段期间，点火火花的位置与在温暖运转的内燃发动机210的情况下相比被定位得更深入燃烧室212。在内燃发动机210的温度升高的情况下，调整装置244减小在点火火花与燃烧室的边缘218之间的距离。在内燃发动机210已经关闭之后，其冷却下来回到环境温度。在此上下文中，伍德合金凝固并且膨胀元件242膨胀。具有火花塞214的延伸套筒226在燃烧室212的方向移位直至套环234的一个侧边搁置在外壳216的凸起238的面239上，如图2所展示的。因此，在钻孔228的情况下，点火火花的位置再次在距燃烧室212的边缘218相对较大的距离处。

图4示出了包括火花塞214的内燃发动机410的第二实施例的部分视图。火花塞214在第一位置400处。内燃发动机410在很大程度上对应于图2的内燃发动机210。因此结构上或功能上相同或类似的部件通过对应的参考号来指明。为了描述这些部件，参考如下陈述并且尤其还参考关于图2和图3的评述。

与内燃发动机210的第一实施例相比，内燃发动机410的第二实施例在套环234的背离燃烧室212的一侧与安排在外壳216的外侧上的附接元件240之间包括弹簧元件446而不是膨胀元件。弹簧元件446在燃烧室212的方向上预拉伸延伸套筒。在一个实例中，弹簧元件446可以包括螺旋弹簧。在其他实例中，弹簧元件446可以包括扭力弹簧、弯曲弹簧(例如，叶片弹簧或膜片弹簧)、或者气体弹簧或弹性体弹簧。此外，膨胀元件448被设置在套环234的面向燃烧室212的一侧与外壳的凸起238的支撑面之间。与第一示例性实施例相比，这个膨胀元件不包含具有密度异常的材料并且在加热情况下膨胀。为此目的，膨胀元件448例如可以包括蜡或一些其他合适的材料。可替代地或另外地，膨胀元件448可以包括对应地呈现的双金属元件。

在冷启动之前或冷启动期间，调整装置244和火花塞214位于图4展示的第一位置400中。弹簧元件446将延伸套筒226预拉伸靠在膨胀元件448上，该膨胀元件在冷状态下比在暖状态下占据较小的体积。火花塞214因此与电极220、222一起相对较远地伸入燃烧室212中并且通过弹簧元件446与燃烧室212中的压力相反地被预拉伸在这个位置中。加热内燃发动机410也会引起膨胀元件448的温度升高。膨胀元件448膨胀并且与弹簧元件446的弹簧力相反地推动延伸套筒226远离燃烧室212。

图5示出了图4的内燃发动机在已经达到预定运转温度之后的部分视图。连同调整装置的火花塞214在第二位置402中，在图5所示。在第二位置402处，膨胀元件448已经加热并且膨胀至之前限定的程度。由于延伸套筒226与火花塞214的移位，在钻孔228的情况下，在电极220、222之间的点火火花的位置现在更靠近燃烧室212的边缘218。如在第一实施例中，确保了火花塞214的有效冷却，而在冷启动的情况下，由于点火火花距燃烧室212的边缘218有较大距离，燃料/空气混合物产生了特别有效的点火和燃烧。在内燃发动机410已经关闭之后，膨胀元件448冷却，并且火花塞214通过弹簧元件446被推回进入燃烧室212至图4的第一位置400。

图6是展示了用于操作发动机的方法600的流程图，该发动机包括联接至火花塞的调整装置，该火花塞伸入到发动机的燃烧室中。可以执行方法600以便操作图1的包括火花塞92的发动机10、图2至图3的发动机210和/或图4至图5的发动机410。用于实行方法600的指令和本文所包括的方法的其余部分可由控制器(如控制器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***的传感器(诸如以上参照图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***的发动机致动器(例如联接至图1的火花塞92的点火***90)以调整发动机运转。

在602处，方法600包括确定发动机运转参数。所确定的运转参数可以包括但不限于发动机转速、所要求的扭矩、发动机温度、增压压力、发动机输出、排气组分浓度以及其他参数。

方法600进行到604以确定火花塞的位置。在一个实例中，可以基于发动机运转温度来确定火花塞的位置以及因此在火花塞的第一末端上的电极之间的点火火花位置。在实例中，当发动机在低于阈值温度的温度下运转时(例如在发动机冷启动条件期间)，与发动机升温并且在高于阈值的温度下运转时相比，点火火花位置可以距燃烧室的边缘更远(更加伸入到燃烧室内部)。

方法600进行至606以确定火花塞是否在第一位置处。在火花塞的第一位置处，点火火花位置远离燃烧室的边缘而伸入到燃烧室中。在一个实例中，在冷启动条件期间，火花塞可以在第一位置中。在冷启动期间，调整装置的膨胀元件膨胀并且将火花塞的第一末端进一步推入燃烧室，从而，点火火花位置被定位成更加远离燃烧室的边缘，如以上参照图2和图4描述的。在一个实例中，膨胀元件可以包括温度敏感材料，例如具有密度异常的伍德合金，如以上参照图2至图3描述的。在另一个实例中，膨胀元件可以是弹簧元件，弹簧元件可以联接至温度敏感材料(例如蜡或者双金属元件等)，如以上参照图4至图5描述的。如果该火花塞在第一位置中，则方法600进行至610。

在610处，方法600调整至火花塞的信号，而点火火花位置在距燃烧室的边缘第一距离处并且伸入该燃烧室内部。调整信号可以包括调整转送到火花塞的电压、延迟或提前点火正时等，从而保持发动机运转以用于维持当前的发动机转速和负载。在一个实例中，当火花塞在第一位置中并且发动机运转温度在阈值温度下时(例如在发动机冷启动期间)，调整信号可以包括延迟点火正时。在发动机冷启动期间，延迟点火正时快速增加发动机运转温度，从而增加燃烧效率并且降低排放的劣化。

如果在608处火花塞没有在第一位置处，则方法600进行至612，在612处火花塞在第二位置处。在一个实例中，当发动机升温并且在高于阈值温度的温度下运转时，火花塞可以在第二位置中。在一个实例中，随着发动机的温度增加，调整装置的膨胀元件收缩以便使火花塞沿着火花塞的纵向轴线远离燃烧室移动，如以上参照图3和图5描述的。因而，在第二位置中，与火花塞的第一位置相比，点火火花的位置更靠近燃烧室的边缘并且更少地伸入燃烧室内部。当发动机的温度高于阈值温度时，更靠近燃烧室的边缘的点火火花位置确保了燃料/空气混合物的有效点火以及火花塞的充分冷却。

当点火火花位置在距燃烧室的边缘的第二距离处时，方法600进行至614并且调整至火花塞的信号，第二距离小于610处的第一距离。在一个实例中，当发动机升温(也就是说，发动机温度高于阈值温度)时，点火火花位置可以在距边缘的第二距离处。当发动机在标准运转温度下运转时，调整信号可以包括调整转送到该火花塞的电压、点火正时(延迟或提前点火正时)等，从而保持发动机运转以用于维持发动机转速和负载等。方法600然后返回。

因此，内燃发动机基于点火火花在燃烧室中的位置来运转。根据发动机的温度，点火火花的位置通过调整装置从位于燃烧室内更靠里的位置向位于更靠近燃烧室的边缘的位置转移。以此方式，在内燃发动机的升温阶段期间，距边缘更远的点火火花位置导致燃烧室中的燃料/空气混合物的更显著有效的点火和燃烧。当达到预定发动机运转温度时，点火火花的位置被设置成更靠近燃烧室的边缘。

基于发动机的运转温度调节点火火花在燃烧室内的位置的技术效果包括通过燃料/空气混合物的有效点火而降低排放劣化，以及通过在高温期间将火花塞定位成更靠近燃烧室的边缘而增加了火花塞的寿命。

实例***包括：内燃发动机的带有火花塞的燃烧室，火花塞具有电极以在燃烧室内的位置处产生点火火花；以及包括联接火花塞的膨胀元件的调整装置，调整装置使火花塞沿火花塞的纵向轴线移位，从而控制在点火火花的位置与燃烧室的边缘之间的距离。在前述实例中，附加地或任选地，点火火花点燃在燃烧室中的空气和燃料的混合物。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，在燃烧室的边缘与火花的位置之间的距离在发动机高于阈值温度时减小、并且在发动机低于阈值温度时增加。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，膨胀元件包括具有密度异常的材料。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，调整装置包括可移位地安排在内燃发动机的外壳中的延伸套筒，该延伸套筒容纳火花塞。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，膨胀元件被安排在延伸套筒与内燃发动机的外壳之间。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，弹簧元件被提供用于将调整装置预拉伸到相对于燃烧室的边缘的点火火花的位置的预定位置中。

用于操作内燃发动机的实例方法，包括：在内燃发动机的燃烧室内的点火火花位置处产生点火火花，该点火火花产生在联接至该燃烧室的火花塞的电极之间，点火火花点燃燃烧室内的燃料混合物；通过联接火花塞的膨胀元件使火花塞沿火花塞的纵向轴线移位；并且响应于内燃发动机的温度增加高于阈值温度来减小在点火火花位置与燃烧室的边缘之间的距离。在前述实例中，附加地或任选地，该方法进一步包括响应于内燃发动机的温度降低低于阈值温度，增加在点火火花位置与燃烧室的边缘之间的距离。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，减小距离包括使联接至火花塞的调整套筒的膨胀元件收缩，该收缩使火花塞移位以减小距离。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，增加距离的方法包括使膨胀元件膨胀，膨胀使火花塞移位以增加该距离。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，膨胀元件包括热敏材料。在前述实例中，附加地或任选地，膨胀元件包括联接至热敏材料的弹簧元件。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，方法进一步包括基于在点火火花位置与燃烧室的边缘之间的距离来调整转送至火花塞的信号。

另一个实例方法包括确定火花塞相对于内燃发动机的燃烧室的边缘的位置，并且调整至火花塞的信号以调节燃烧室内的燃料混合物的点火。在前述实例中，附加地或任选地，在低于阈值的发动机运转温度下，火花塞移动至第一位置处，在该第一位置处点火火花位于距燃烧室的边缘的第一距离处。在前述实例中，附加地或任选地，在高于阈值的发动机运转温度下，火花塞移动至第二位置处，在该第二位置处点火火花位于距燃烧室的边缘的第二距离处，该第二距离小于所述第一距离。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，调整信号包括调整火花塞的点火正时。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，调整信号包括调整转送至火花塞的电压。在前述实例的任何实例或全部实例中，附加地或任选地，火花塞通过联接该火花塞的膨胀元件来沿该火花塞的纵向轴线移动。

Claims (20)

1.一种***，包括：

内燃发动机的带有火花塞的燃烧室，所述火花塞具有电极以在所述燃烧室内的位置处产生点火火花；以及

包括联接所述火花塞的膨胀元件的调整装置，所述调整装置使所述火花塞沿所述火花塞的纵向轴线移位，从而控制所述点火火花的所述位置与所述燃烧室的边缘之间的距离。

2.如权利要求1所述的***，其中，所述点火火花点燃在所述燃烧室中的空气和燃料的混合物。

3.如权利要求1所述的***，其中，所述燃烧室的所述边缘与所述火花的所述位置之间的距离在所述发动机高于阈值温度时减小，并且在所述发动机低于所述阈值温度时增加。

4.如权利要求3所述的***，其中，所述膨胀元件包括具有密度异常的材料。

5.如权利要求1所述的***，其中，所述调整装置包括可移位地安排在所述内燃发动机的外壳中的延伸套筒，所述延伸套筒容纳所述火花塞。

6.如权利要求5所述的***，其中，所述膨胀元件被安排在所述延伸套筒与所述内燃发动机的所述外壳之间。

7.如权利要求1所述的***，其中，弹簧元件被提供用于将所述调整装置预拉伸到相对于所述燃烧室的所述边缘的所述点火火花的位置的预定位置中。

8.一种方法，包括：

在内燃发动机的燃烧室内的点火火花位置处产生点火火花，所述点火火花在联接至所述燃烧室的火花塞的电极之间产生，所述点火火花点燃所述燃烧室内的燃料混合物；

通过联接所述火花塞的膨胀元件使所述火花塞沿所述火花塞的纵向轴线移位；并且

响应于所述内燃发动机的温度增加高于阈值温度，减小所述点火火花位置与所述燃烧室的边缘之间的距离。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括响应于所述内燃发动机的温度降低低于所述阈值温度，增加所述点火火花位置与所述燃烧室的所述边缘之间的所述距离。

10.如权利要求8所述的方法，其中，减小所述距离包括使联接至所述火花塞的调整套筒的所述膨胀元件收缩，所述收缩使所述火花塞移位以减小所述距离。

11.如权利要求10所述的方法，其中，增加所述距离包括使所述膨胀元件膨胀，所述膨胀使所述火花塞移位以增加所述距离。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述膨胀元件包括热敏材料。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述膨胀元件包括联接至所述热敏材料的弹簧元件。

14.如权利要求8所述的方法，进一步包括，基于所述燃烧室中的所述点火火花位置，调整转送至所述火花塞的信号，从而提供所述点火火花。

15.一种方法，所述方法包括：

确定火花塞相对于内燃发动机的燃烧室的边缘的位置；并且

调整至所述火花塞的信号，以调节在所述燃烧室内的燃料混合物的点火。

16.如权利要求15所述的方法，其中，在低于阈值的发动机运转温度下，所述火花塞移动至第一位置处，在所述第一位置处点火火花位于距所述燃烧室的所述边缘的第一距离处。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在高于所述阈值的发动机运转温度下，所述火花塞移动至第二位置处，在所述第二位置处所述点火火花位于距所述燃烧室的所述边缘的第二距离处，所述第二距离小于所述第一距离。

18.如权利要求15所述的方法，其中，调整所述信号包括调整所述火花塞的点火正时。

19.如权利要求15所述的方法，其中，调整所述信号包括调整转送至所述火花塞的电压。

20.如权利要求16所述的方法，其中，所述火花塞通过联接所述火花塞的膨胀元件沿所述火花塞的纵向轴线移动。