CN100359144C - 均质充量压缩点火式内燃发动机及其点火正时控制方法 - Google Patents

均质充量压缩点火式内燃发动机及其点火正时控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100359144C
CN100359144C CNB2004100921192A CN200410092119A CN100359144C CN 100359144 C CN100359144 C CN 100359144C CN B2004100921192 A CNB2004100921192 A CN B2004100921192A CN 200410092119 A CN200410092119 A CN 200410092119A CN 100359144 C CN100359144 C CN 100359144C
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
valve
exhaust
pressurized machine
egr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100921192A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1641194A (zh
Inventor
葛山裕史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Automatic Loom Works Ltd filed Critical Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Publication of CN1641194A publication Critical patent/CN1641194A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100359144C publication Critical patent/CN100359144C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/03—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single mechanically or electrically driven intake charge compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

执行EGR的均质充量压缩点火式内燃机的燃烧室与进气通道和排气通道相通。该燃烧室采用进气门与进气通道连通及隔断，并且采用排气门与排气通道连通及隔断。在排气冲程内排气门的关闭正时相对于活塞的上死点被提前。可变的增压压力型增压器位于进气通道内。这种配置将发动机操作范围扩大到较高的负载区域。

Description

均质充量压缩点火式内燃发动机及其点火正时控制方法
技术领域
本发明涉及一种执行EGR的均质充量压缩点火式内燃机(HCCI内燃机)，EGR用于将废气再循环至燃烧室。同时，本发明还涉及一种对位于HCCI内燃机内的预先混合好的混合物的控制点火正时的方法。
背景技术
例如，公开号为2000-64863的日本特许专利中披露了一种执行EGR的HCCI内燃机。在这个公开专利中，当压缩点火在低负载状态下进行时，在活塞到达上死点之前排气门的关闭正时就立即被提前到排气冲程内的某点处。即，排气门的关闭正时在活塞到达上死点之间就预先到达排气冲程内的某点处。因此，高温的燃烧气体就作为内部EGR气体停留在燃烧室内。该内部EGR气体在下一个循环中与被吸入到燃烧室内的新的空气相混合。这就提高了压缩点火的易燃性。同时，当负载低时该公开专利中的装置实施压缩点火并且还可以实施火花点火燃烧。
通常，在HCCI内燃机中，燃料和空气被预混合并且该混合物被压缩从而发生自燃。包括温度、压力以及燃料浓度在内的控制因素必须被恰当地控制从而当活塞位于上死点或者在其附近时发生自燃。但是这些因素的控制非常困难。因此，这种发动机被操作在这些因素不是很难控制的区域内。因此，该操作区域狭窄。
想将上述所公开的HCCI内燃机的操作范围加宽，从而压缩机点火能够在目前火花点火的操作范围内执行。这将使压缩点火优越性达到最大，或者产生高的热效率并且使有毒物质的排放较少。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供执行EGR并且将操作范围扩大到更高的负载范围内的HCCI内燃机，以及控制点火正时的方法。
为了获得前述的和其它目的以及与本发明的目的一致，提供了一种执行EGR的均质充量的压缩点火式内燃发动机，这种发动机包括：活塞；燃烧室；与燃烧室相通的进气和排气通道；使燃烧室与进气通道相通及隔断的进气门；和使燃烧室与排气通道连通及隔断的排气门，其中排气门的关闭正时被提前到先于活塞到达排气冲程内的上死点的点处，发动机的特征在于：增压器位于进气通道内，并且这种增压器为可变增压压力型增压器；根据发动机所需的负载对增压器进行控制从而改变增压压力的增压器控制部分，由此控制燃烧室内的预先混合好的混合物的点火正时。
本发明还提供了用于控制均质充量压缩点火式内燃机的点火正时的方法，其中这种内燃机包括活塞、燃烧室、与燃烧室相通的进气和排气通道。该方法包括：在活塞的进气冲程内采用进气门连通及隔断燃烧室与进气通道；在活塞的排气冲程内采用排气门连通及隔断燃烧室与排气通道，其中在活塞到达排气冲程的上死点之前将排气门关闭；并且改变增压器的增压压力，该增压器为可变增压压力型增压器并且位于进气通道内，根据发动机所需的负载，由此控制燃烧室内的预先混合好的混合物的点火正时。
结合附图从下面的描述中本发明的其它特征和优点将会变得明显，这些附图通过示例的方式示出了本发明的原理。
附图说明
结合本发明的目的和优点，通过结合以下的附图并参照所提供的最优实施例，本发明可以被最好地理解。
图1为示出了配置有HCCI内燃机的气体热泵的示意图；
图2为示出了图1中所示的热泵中的发动机的配置的示意图；
图3为示出了用于控制图2中所示的发动机的配置的流程图；
图4为示出了用于控制点火的图的图表；
图5为示出了图2的内燃机的进气和排气门的开启和关闭正时的示意图；
图6为示出了变化的实施例中的进气和排气门的开启和关闭正时的示意图。
具体实施方式
现在将对本发明的一个实施例进行描述。
图1示出了具有内燃机1的气体热泵100。该发动机1为根据本发明一个实施例的四冲程压缩点火型发动机。例如，发动机1被用于图1中所示的气体热泵100内。在这个例子中，发动机1为使用民用燃气(天然气)的气体发动机。该气体热泵100利用发动机1驱动热泵循环进行空气调节和加热。图1示出了作为热循环的该系统。
该气体热泵100包括室外机101和室内机102。该室外机101包括本实施例的气体发动机1、被该发动机1驱动的压缩机103、热交换器104、105和膨胀阀106。
制冷剂在室内机102内的热交换器(未示出)中被冷凝和液化并排出热量，由此对内部进行加热。然后制冷剂沿着箭头A流动并且通过膨胀阀106。然后制冷剂变成低温低压流体。此后，制冷剂沿着箭头B流动并且在室外机101内的热交换器104处汽化，并且吸收热量。然后制冷剂变成低温低压气体。随后，制冷剂沿着箭头C流动并且被压缩机压缩。由此，制冷剂变成高温高压气体。该制冷剂沿着箭头D流动并且在室内机102处被液化从而释放出热量。该热循环在气体热泵100中重复进行。图1示例性地示出了发动机1所排放的热量被用于使热水循环的循环，并且在制冷剂和热交换器105之间进行热交换循环。
如图2所示，发动机1包括气缸体2、缸盖3、活塞4、进气门7和排气门9。燃烧室5位于气缸体2内。进气口8和排气口10与燃烧室5相通。
进气口8通过进气歧管11连接在稳压罐(surge tank)12上。该稳压罐12连接到进气管13上。进气管13通过进气管线17连接到增压器15的出口上。该增压器15为由电马达14驱动的离心式压缩机。气体调节器16的燃料输送口21连接到一部分进气管13上。气体调节器16将燃料输送到进气管13中。节流阀18位于进气管13内。增压器15的进口通过进气管19连接到空气过滤器20上。
旁通通道27连接到进气管19和进气管线17上。旁通控制阀28用于将旁通通道27打开和关闭。
排气口10通过排气歧管22连接到排气管23上。排气管23通过排气再循环(EGR)通道24与一部分进气管19相连。即，在进气系统中EGR通道24的开口位于增压器15的上游部分处。
EGR控制阀25位于EGR通道24内。同样，EGR冷却器26也位于EGR通道24内。EGR冷却器26对流经EGR通道24的EGR气体进行冷却。
发动机1包括分别与进气门7和排气门9相对应的进气凸轮轴和排气凸轮轴(未示出)。可变气门正时机构31、32分别位于进气凸轮和排气凸轮处，从而独立地使进气和排气门7、9的气门正时(气门开启正时和气门关闭正时)进行变化。可变气门正时机构31、32相对于曲轴(未示出)对凸轮轴的旋转相位进行调整，从而打开和关闭进气门7和排气门9。因此，能够对进气和排气门7、9都处于关闭的时间段进行任意地控制。可变气门正时机构31、32分别与进气液压控制阀33和排气液压控制阀34相连。液压控制阀33、34内的液压被控制从而允许可变气门正时机构31、32来调节气门正时。例如，可变气门正时机构31、32可以为如公开号为2001-355462的日本公开专利所披露的。
接下来将对发动机1的发动机控制装置40进行描述。如图3所示，发动机控制装置40包括用于改变进气门和排气门7、9的气门正时的可变气门正时机构31、32，以及对液压控制阀33、34进行控制并且完成发动机1的各种控制过程的发动机控制单元(ECU)35。
ECU 35包括中央处理部分30、用于控制气门正时机构31、32的气门正时控制部分42、EGR阀控制部分51，以及增压器控制部分52。中央处理部分30、气门正时控制部分42、EGR阀控制部分51和增压器控制部分52代表ECU35所执行的功能并不代表硬件部分。ECU 35连接在曲柄角传感器36、进气凸轮角传感器37、排气凸轮角传感器38以及负载传感器39上。曲柄角传感器36位于曲轴上并且在每个预定曲柄角处将曲柄角信号输出。进气凸轮角传感器37和排气凸轮角传感器38分别位于进气凸轮和排气凸轮上，并且在每个预定的凸轮角处将凸轮角信号输出。负载传感器39将室内机102的设定操作工况作为负载信号输出。可替换的是，负载信号监测压缩机103的操作工况并且将被监测到的操作工况作为负载信号输出。ECU 35接收来自这些传感器的信号。同时，ECU 35还连接到液压控制阀33、34上并且以如下所示对阀33、34进行控制。
ECU 35的硬件(未示出)包括CPU、ROM和RAM。ROM存储用于控制发动机1操作的各种程序。RAM临时存储在程序的执行过程中的计算结果。CPU根据各种所接收到的信号和存储在ROM内的程序执行计算和处理，由此对液压控制阀33、34进行控制。通过硬件和软件的结合，ECU 35执行中央处理部分30、气门正时控制部分42、EGR阀控制部分51以及增压器控制部分52的功能。
根据来自负载传感器39的负载信号，气门正时控制部分42设置进气门7和排气门9都处于关闭的时间段以及设置进气门7和排气门9开启和关闭正时。在这个实施例中，气门正时控制部分42将排气门9的关闭正时设置在早于活塞4的进气冲程的上死点处。气门正时控制部分42还将进气门7的开启正时滞后到活塞4的进气冲程的上死点之后的点处。进气门7的开启正时相对于进气冲程的上死点被滞后的量与排气门9的关闭正时相对于进气冲程的上死点被提前的量相同。以这种方式，目标气门正时被设置成在进气门和排气门7、9都被关闭的时间段从排气冲程到进气冲程都一直存在。根据来自曲柄角传感器36、凸轮角传感器37、38，以及液压控制阀33、34的信号，获得了进气和排气门7、9实际气门正时。因此，对液压控制阀33、34的指令被调整从而对可变气门正时机构31、32实施反馈控制，以便进气和排气门7、9的气门正时寻找目标气门正时。
EGR阀控制部分51与EGR控制阀25相连，从而改变EGR控制阀25的开度。另外，增压器控制部分52被电连接到电马达14上。该增压器控制部分52改变马达14的转数，从而控制增压压力。增压器控制部分52还连接到旁通控制阀28上，从而打开和关闭旁通控制阀28。
现在将对ECU 35的操作进行说明。
根据来自曲柄角传感器36和负载传感器39的信号，ECU 35计算并获得在预定的间隔内发动机1的转数和所需的负载。ECU 35将得到的转数和负载与存储在ROM中的控制图相比较，从而决定是否(a)执行内部EGR气体的输送，(b)除了内部EGR气体的输送外执行增压，或者(c)执行内部EGR气体的输送、增压和外部EGR气体的输送。
控制图，例如可以是图4中示出的图。该图被设置成(a)在低转数和低负载区域内执行内部EGR气体的输送，(b)在中间负载区域内执行内部EGR气体的输送和增压，以及(c)在高负载区域内执行内部EGR气体的输送、增压和外部EGR气体。除了将图存储在ROM中以及将数据与图相比较的配置外，还可以进行别的配置。例如，配置可以被应用在将发动机1的转数和负载被代入到存储的公式中从而确定是否应该执行程序(a)、(b)和(c)中的哪一个。
在程序(a)中，或者当仅仅应该执行EGR气体的输送时，根据所需的负载对气门正时进行控制从而调整EGR量。由于在程序(a)的区域内没有执行增压，因此电马达14被停止。旁通控制阀28被打开以便旁通通道27被打开。因此，新的空气通过旁通通道27被输送到燃烧室5内。在程序(a)的区域内，EGR控制阀25的开度被控制为零。因此，废气(外部EGR气体)不会通过EGR通道24被输送到进气侧。
图5示意性地示出了当发动机1正在进行压缩点火时进气和排气门7、9的气门正时。如图5所示，从排气冲程到进气冲程，排气门9的关闭正时或者排气门的关闭(EVC)相对于进气冲程的上死点被提前。同样，进气门7的开启正时，或者进气门的开启(IVO)被控制为相对于进气冲程的上死点被滞后。换句话说，进气和排气门7、9被控制成存在进气和排气门7、9都被关闭的时间段T(负重合时间段)。
现在将对上述控制的优点进行描述。当膨胀冲程结束并且排气冲程开始时，当活塞4向上运动时一些废气(燃烧后的气体)通过排气口10被排放。然而，由于排气门9在活塞4的进气冲程的上死点之前的某点处(EVC)就被关闭，因此，在排气门9被关闭后燃烧后的气体被收集到燃烧室5内。燃烧后的气体保留在燃烧室5内。这些残气被称作内部EGR气体。
然后，进气门7在相对于活塞4的进气冲程的上死点的被滞后的点(IVO)处被打开。这就使空气和从进气口8输送的燃料的混合物与燃烧室5内的残气相混合。因此，已经被燃烧并且成高温的内部EGR气体加热该混合物，从而提高了混合物的易燃性。
在程序(a)的操作区域内，例如以下面的方式对气门正时进行控制。当负载降低时，排气门9的关闭正时被提前而进气门7的开启正时被滞后。相反，当负载升高时，排气门9的关闭正时被滞后而进气门7的开启正时被提前。
因此，当负载低时高温内部EGR气体量被增加。这就允许充分并且稳定地完成微量的混合物的压缩点火。即，在低负载操作中就提高了燃料经济性指标，并且减小了NOx的释放量。另外，当负载增加时高温内部EGR气体量下降。这就防止了震动的发生。
在中间负载区域内，或者在程序(b)期间，ECU 35确定除了输送内部EGR气体外必须还要进行增压。在这种情况下，ECU 35驱动电马达14进行增压并且关闭旁通控制阀28从而阻断旁通通道27。由于在程序(b)的操作区域内没有执行外部EGR气体的输送，因此EGR控制阀25的开度被控制为零。
在程序(b)的操作区域中，被输送到气缸中的空气量相应于内部EGR气体量的程度被减少。吸入空气的不足通过电马达14产生的增压进行补偿。即，将增压器15致动从而增加吸入压力，由此增加通过进气口8被输送到燃烧室5中的空气和燃料的量。相应地，易燃性也就被提高了。
在程序(b)的操作区域内，不是通过吸入废气来执行EGR，而是通过将排气门9的关闭正时相对于活塞4的上死点提前，由此来使一些废气保留在气缸内。因此，很容易地就保证了足够量的内部EGR气体。内部EGR气体和增压的组合可靠地提高了易燃性。
在程序(b)的操作区域中，电马达14的转速被提高，即，当所需负载被提高时，增压压力被提高。可以将进气和排气门7、9的气门正时固定，从而对适当量的内部EGR气体进行收集。可替换的是，进气门7和排气门9的气门正时可以和增压压力的变化一起变化。在这种情况下，增压压力根据负载进行改变。这就使发动机1的操作范围扩大到了较高的负载区域。
在程序(c)中的高负载区域内，ECU 35确定除了内部EGR气体的输送和增压外还应该执行外部EGR的输送。在这种情况下，ECU 35控制控制阀25开启。
在程序(c)的操作区域中，具有相对低温的外部EGR气体被吸入到气缸内，从而使已经被内部EGR气体的输送和增压所极大地提高的易燃性受到阻碍。因此，就可以避免例如过早地点火和非稳定地燃烧这类的非正常性燃烧。以这种方式，除了内部EGR气体的输送和增压之外，外部EGR气体的输送可靠地防止了例如过早点火的非正常现象。这样操作范围就被扩大到较高的负载区域。
如上所述，在本实施例中，在排气冲程内排气门9的关闭正时相对于活塞4的上死点(图5)被提前。因此，燃烧后的气体被收集到燃烧室5内从而保证了内部EGR气体。内部EGR气体和由增压器15产生的增压提高了易燃性。此外，增压器15被电马达14驱动。马达14的转数被改变，以至于增压压力发生改变。由此，增压压力根据负载进行改变。这就将发动机1的操作范围扩大到较高的负载区域。
同样，在本实施例中，EGR通道24被构造为使废气从排气歧管22和排气管23再循环到增压器15的上游部分。这就允许了大量的外部EGR气体被再循环到进气侧。在这个实施例中，由于发动机1是将气体燃料输送到燃烧室5中的气体发动机，因此废气包括少量的有机馏份(SOF)。因此，即使废气被再循环到增压器15的上游部分，SOF也不会聚集到增压器15的部件上，或者离心式压缩机的叶轮上，从而对操作带来负面的影响。
此外，在低负载操作过程中EGR控制阀25由ECU 35(EGR阀控制部分51)关闭，并且在高负载操作过程中也被关闭。因此，即使HCCI内燃机1的操作范围被扩大到中以至高负载区域内，在高负载操作中通过打开EGR控制阀25大量的外部EGR气体也会被再循环到燃烧室5内。这就降低了燃烧室5内的燃烧率。即，就防止了例如过早点火的这类非正常燃烧从而发动机1操作平稳。
同样，在本实施例中，EGR冷却器26位于EGR通道24内。因此，外部EGR气体在被EGR冷却器26进行冷却后被再循环。这就允许燃烧室5内的燃烧率有效地被阻碍。因此，发动机1的操作范围进一步被扩大到更高的负载区域内。
另外，在这个实施例中可变气门正时机构32被用于排气门9中。因此，通过改变排气门9的关闭正时，从而收集到燃烧室5内的内部EGR气体量发生改变，这样使混合物的易燃性得到容易地控制。
对本领域技术人员应该明显的是，本发明可以在不偏离本发明的精神和范围内以许多其它特定的形式进行实施。特别的是，它应该被理解为本发明可以以下面的方式进行实施。
(1)在图1到图5的实施例中，由电马达14驱动的离心式压缩机被用作增压器15。然而，离心式压缩机的叶轮轴可以与发动机1的曲轴相连。在这种情况下，可以使用离合器从而增压的压力可以根据负载进行变化。同样，增压器15可以由具有连接在涡轮机上的叶轮轴的涡轮增压器所替代，其中该涡轮机由废气所驱动。例如，可以将变叶片式涡流增压器作为增压器15。
(2)在图1到图5的实施例中，进气和排气门7、9的气门正时以图5所示被控制。即，排气门9的关闭正时(EVC)相对于进气冲程的上死点被提前，而进气门7的开启正时(IVO)相对于进气冲程的上死点以相同的程度被滞后。然而，进气门7的开启正时的滞后度可以比排气门9的关闭正时的提前度少。
如图6所示，进气门7的开启正时的滞后度也可以相对于排气门9的关闭正时的提前度几乎为零，从而进气门7大概在进气冲程的上死点处被打开。
在这种情况下，当活塞4到达上死点处时或者当所收集的残气被压缩并且气体的温度和压力高时，进气门7被打开。这样，当进气门7被打开时，高温的残气喷出并且回流到进气口8，并与空气-燃料混合物相混合。这就对空气-燃料混合物进行加热。此后，活塞4通过上死点并且开始进气冲程。因此，残气(内部EGR气体)和来自进气侧的空气-燃料混合物一起重新进入燃烧室。在这种情况下，吸入的空气被内部EGR气体加热，使易燃性得到提高。
(3)在图1到图5的实施例中，外部EGR气体通过EGR通道24被再循环到位于增压器15的上游部分处。然而，在具有两个或多个气缸的发动机中，处于排气冲程的气缸中的废气能够被再循环到处于进气冲程的另一个气缸内。在这种情况下，排气冲程内的气缸中的高压废气被使用，从而外部EGR气体被输送到作为增压器15的离心式压缩机的下游部分处，或者被输送到吸入压力被增加的部分处。在这种结构中，外部EGR气体不需要通过作为增压器15的离心式压缩机。因此，这种更改能够被运用到废气中包含了大量的SOF柴油机中。在这种情况下，防止SOF聚集在增压器15(特别的是，离心式压缩机的叶轮)上。这种操作不会由SOF带来副作用。
(4)本发明可以被实施于具有位于燃烧室内点火塞的内燃机中并且完成HCCI和火花点火。例如，在如图4所示的点火控制图中，可以提供火花点火的区域，该区域与比压缩点火区域的负载和转数更高负载和更高转数相对应。当根据发动机1的转数和所需负载确定必须进行火花点火时，点火信号就会被发送到火花塞中，从而执行火花点火。在这种情况下，根据这个实施例的点火正时控制就会被扩大到压缩点火能够被执行的区域中，从而在宽的操作范围内获得高的热效率和低的NOx排放。
(5)在图1到图5的实施例中，发动机1采用民用气体(天然气)作为燃料。然而，本实施例的发动机和点火正时控制方法可以被用于例如丙烷气体的其它气体作为燃料的地方。同样，在所示的实施例中，HCCI的范围通过采用所有的内部EGR、可变增压压力增压器以及外部EGR被扩大。然而，并不必须要执行外部EGR。本发明仅仅通过内部EGR和可变增压压力增压器也是可行的。在这种情况下，操作范围比采用了外部EGR的情况更窄。但是，由于SOF所产生的问题不需要进行考虑，因此，燃料就不局限于气体燃料，还可以采用例如汽油的液体燃料。
(6)在所示的实施例中，本发明被应用于热泵循环的发动机1中。然而，本发明也可以被用于例如车辆发动机的各种用途的发动机中。
因此，本发明的例子和实施例被考虑为是示范性的而不是限制性的，并且本发明并不局限于这里所给出的细节中，而是可以在所附权利要求的范围和等同物中被更改。

Claims (17)

1.执行EGR的均质充量的压缩点火式内燃发动机，这种发动机包括：
活塞；
燃烧室；
与燃烧室相通的进气和排气通道；
使燃烧室与进气通道相通及隔断的进气门；和
使燃烧室与排气通道连通及隔断的排气门，其中排气门的关闭正时被提前到先于活塞到达排气冲程内的上死点的点处，发动机的特征在于：
增压器位于进气通道内，并且这种增压器为可变增压压力型增压器；
根据发动机所需的负载对增压器进行控制从而改变增压压力的增压器控制部分，由此控制燃烧室内的预先混合好的混合物的点火正时。
2.如权利要求1的发动机，其特征在于所述内燃发动机还包括改变排气门的关闭正时的可变气门正时机构。
3.如权利要求2的发动机，其特征在于当发动机所需的负载提高时可变气门正时机构将排气门的关闭正时滞后。
4.如权利要求1的发动机，其特征在于当发动机的所需负载相对较低时增压器控制部分不允许增压器执行增压。
5.如权利要求1的发动机，其特征在于增压器由电马达驱动。
6.如权利要求1的发动机，其特征在于所述内燃发动机还包括将排气通道内的废气返回到增压器上游处的进气通道部分的EGR通道。
7.如权利要求6的发动机，其特征在于所述内燃发动机还包括：
位于EGR通道内的EGR阀；
控制EGR阀的EGR阀控制部分，其中，当发动机所需的负载相对低时，EGR阀控制部分使EGR阀将EGR通道关闭，并且其中当发动机所需负载相对高时，EGR阀控制部分使EGR阀将EGR通道打开。
8.如权利要求6的发动机，其特征在于所述发动机还包括EGR冷却器位于EGR通道内。
9.如权利要求1至8任一项的发动机，其特征在于进气门的开启正时被滞后到活塞从排气冲程转换到进气冲程的点处之后的点处。
10.如权利要求1至8任一项的发动机，其特征在于输送到燃烧室的燃料为气体燃料。
11.如权利要求1至8任一项的发动机，其特征在于发动机被用于驱动气体热泵中的压缩机，该气体热泵执行用于空气调节的热泵循环。
12.用于控制均质充量压缩点火式内燃发动机的点火正时的方法，这种内燃发动机包括活塞、燃烧室、与燃烧室相通的进气和排气通道，和增压器，该方法包括：
在活塞的进气冲程内采用进气门连通及隔断燃烧室与进气通道，在活塞的排气冲程内采用排气门连通及隔断燃烧室与排气通道，其中在活塞到达排气冲程的上死点之前将排气门关闭；该方法的特征在于：
改变增压器的增压压力，该增压器为可变增压压力型增压器并且位于进气通道内，根据发动机所需的负载，由此控制燃烧室内的预先混合好的混合物的点火正时。
13.如权利要求12的方法，其特征在于采用可变气门正时机构改变排气门的关闭正时。
14.如权利要求13的方法，其特征在于改变排气门的关闭正时包括当发动机所需的负载提高时将排气门的关闭正时滞后。
15.如权利要求12的方法，其特征在于所述发动机还包括增压器控制部分，其中当发动机的所需负载相对低时该增压器控制部分不允许增压器执行增压。
16.如权利要求12的方法，其特征在于：
将排气通道内的废气通过EGR通道返回到增压器上游处的进气通道部分；
当发动机所需负载相对低时关闭EGR通道；以及
当发动机所需负载相对高时打开EGR通道。
17.如权利要求13至16任一项的方法，其特征在于进气门开启正时被滞后到活塞从排气冲程转换到进气冲程的点处之后的点处，和当发动机所需负载增高时将进气门的开启正时提前。
CNB2004100921192A 2003-09-22 2004-09-22 均质充量压缩点火式内燃发动机及其点火正时控制方法 Expired - Fee Related CN100359144C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP329267/03 2003-09-22
JP329267/2003 2003-09-22
JP2003329267A JP2005090468A (ja) 2003-09-22 2003-09-22 予混合圧縮自着火内燃機関のｅｇｒ装置、および、予混合圧縮自着火内燃機関の着火時期制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1641194A CN1641194A (zh) 2005-07-20
CN100359144C true CN100359144C (zh) 2008-01-02

Family

ID=34308852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100921192A Expired - Fee Related CN100359144C (zh) 2003-09-22 2004-09-22 均质充量压缩点火式内燃发动机及其点火正时控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7066158B2 (zh)
JP (1) JP2005090468A (zh)
CN (1) CN100359144C (zh)
DE (1) DE102004045967B4 (zh)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060051868A (ko) * 2004-09-30 2006-05-19 마일 파워트레인 리미티드 엔진
JP2007085280A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Honda Motor Co Ltd 内燃機関
DE102005048349A1 (de) * 2005-10-10 2007-04-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
JP2007120330A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Toyota Industries Corp 予混合圧縮着火燃焼を行う内燃機関
AT500927B1 (de) * 2006-01-10 2007-12-15 Avl List Gmbh Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit abgasturbolader
DE102005062280A1 (de) * 2005-12-24 2007-06-28 Daimlerchrysler Ag Regelung einer Abgasrückführrate einer Verbrennungskraftmaschine
JP4645456B2 (ja) * 2006-01-23 2011-03-09 株式会社豊田自動織機 予混合圧縮自着火燃焼機関の制御装置
DE102006032119B4 (de) * 2006-07-12 2021-01-07 Volkswagen Ag Brennkraftmaschine mit Turbolader und Verfahren zur Reduktion der effektiven Leistung dieser Brennkraftmaschine
JP2008025543A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Toyota Industries Corp 内燃機関の排気再循環システム
JP2008202520A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Toyota Industries Corp 予混合圧縮着火機関及びその吸排気装置
US7822529B2 (en) * 2007-03-06 2010-10-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for determining a parameter for normalized instantaneous heat release in an internal combustion engine
US7762242B2 (en) 2008-06-06 2010-07-27 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas recirculation valve
US8353275B2 (en) * 2010-01-08 2013-01-15 Ford Global Technologies, Llc Dual throttle for improved tip-out stability in boosted engine system
US20120291749A1 (en) * 2010-01-27 2012-11-22 Tzunan Chuang Air Inlet System of Engine
US20150211423A1 (en) * 2010-01-27 2015-07-30 Tzu-Nan CHUANG Air inlet system of engine
US8596065B2 (en) 2010-03-09 2013-12-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control device for internal combustion engine
JP5278600B2 (ja) * 2010-04-08 2013-09-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃焼制御装置
DE102010056514A1 (de) * 2010-12-31 2012-07-05 Fev Gmbh NOX-Regelung mit innerer und äußerer Abgasrückführung
US8103428B2 (en) 2011-01-11 2012-01-24 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling an engine
JP5126424B1 (ja) * 2011-04-13 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2013051109A1 (ja) * 2011-10-04 2013-04-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2014022595A2 (en) 2012-07-31 2014-02-06 Cummins, Inc. System and method for reducing engine knock
WO2014053169A1 (en) * 2012-10-02 2014-04-10 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Gas reformation with motor driven compressor
CN103133139A (zh) * 2013-01-17 2013-06-05 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 含氧气体液化物发动机
US20140305415A1 (en) * 2013-04-15 2014-10-16 Volvo Car Corporation Combustion control for combustion engines
JP6206163B2 (ja) * 2013-12-20 2017-10-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御システム
FR3027954B1 (fr) * 2014-11-03 2019-08-09 Renault S.A.S. Groupe motopropulseur de vehicule a emissions polluantes reduites
JP6367872B2 (ja) * 2016-07-29 2018-08-01 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
WO2018096590A1 (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 マツダ株式会社 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
US10138822B2 (en) 2016-12-16 2018-11-27 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a split exhaust engine system
US10018123B1 (en) * 2016-12-16 2018-07-10 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a split exhaust engine system
US10132235B2 (en) * 2016-12-16 2018-11-20 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a split exhaust engine system
US10012159B1 (en) 2016-12-16 2018-07-03 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a split exhaust engine system
JP6528818B2 (ja) * 2017-08-25 2019-06-12 マツダ株式会社 過給機付き圧縮自己着火式エンジン
JP2019044754A (ja) * 2017-09-07 2019-03-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の可変動作システム及びその制御装置
KR101997785B1 (ko) 2017-12-12 2019-07-08 엘지전자 주식회사 가스 히트펌프 시스템
KR101981792B1 (ko) * 2017-12-14 2019-05-27 엘지전자 주식회사 가스 히트펌프 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958606A (en) * 1986-11-27 1990-09-25 Mazda Motor Corporation Supercharged engine
US6234123B1 (en) * 1998-08-21 2001-05-22 Nissan Motor Co., Ltd. Four-cycle internal combustion engine and valve timing control method thereof
WO2002018761A1 (en) * 2000-08-29 2002-03-07 Jenara Enterprises Ltd. Apparatus and method to oprate an engine exhaust brake together with an exhaust gas recirculation system
US20020166536A1 (en) * 2001-02-14 2002-11-14 Mazda Motor Corporation Automotive four-cycle engine

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2271393A1 (zh) * 1974-02-01 1975-12-12 Alsacienne Constr Meca
US6230683B1 (en) * 1997-08-22 2001-05-15 Cummins Engine Company, Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
JP4004193B2 (ja) 1999-10-06 2007-11-07 日野自動車株式会社 ターボ過給機付エンジンの排ガス再循環装置
DE19952096C2 (de) * 1999-10-29 2001-10-11 Daimler Chrysler Ag Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung
DE10122775A1 (de) * 2000-05-18 2001-11-22 Ford Global Tech Inc Hybrider Motor und Verfahren zu dessen Taktsteuerung
JP2001355462A (ja) 2000-06-09 2001-12-26 Denso Corp 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置
JP2002256911A (ja) * 2001-02-23 2002-09-11 Fuji Heavy Ind Ltd エンジンの燃焼制御装置
JP3957484B2 (ja) 2001-08-22 2007-08-15 朝日リーラック株式会社 先行手摺の支持装置
US6755022B2 (en) * 2002-02-28 2004-06-29 Mack Trucks, Inc. Turbo-charged internal combustion engine with in-cylinder EGR and injection rate shaping
JP2004036595A (ja) * 2002-07-08 2004-02-05 Honda Motor Co Ltd 圧縮着火式内燃機関の制御装置
US20030178002A1 (en) * 2003-02-27 2003-09-25 Israel Mark A. Apparatus and method to operate an engine exhaust brake together with an exhaust gas recirculation system
US6925976B2 (en) * 2003-03-06 2005-08-09 Jenara Enterprises Ltd. Modal variable valve actuation system for internal combustion engine and method for operating the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4958606A (en) * 1986-11-27 1990-09-25 Mazda Motor Corporation Supercharged engine
US6234123B1 (en) * 1998-08-21 2001-05-22 Nissan Motor Co., Ltd. Four-cycle internal combustion engine and valve timing control method thereof
WO2002018761A1 (en) * 2000-08-29 2002-03-07 Jenara Enterprises Ltd. Apparatus and method to oprate an engine exhaust brake together with an exhaust gas recirculation system
US20020166536A1 (en) * 2001-02-14 2002-11-14 Mazda Motor Corporation Automotive four-cycle engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004045967B4 (de) 2015-07-23
JP2005090468A (ja) 2005-04-07
US7066158B2 (en) 2006-06-27
US20050061303A1 (en) 2005-03-24
DE102004045967A1 (de) 2005-06-02
CN1641194A (zh) 2005-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100359144C (zh) 均质充量压缩点火式内燃发动机及其点火正时控制方法
CN100434664C (zh) 均质充量压缩点火式内燃机
CN101939529B (zh) 控制在涡轮增压与排气再循环之间分开的排气流动
CN100439680C (zh) 四冲程预混压缩点火式内燃机的控制装置和控制方法
EP1127218B1 (en) Combustion engine
EP1945932B1 (en) An exhaust gas recirculation system
JP4478334B2 (ja) 内燃機関の燃焼過程を制御する方法と、エンジン弁を制御する手段を有する内燃機関
CN101624948B (zh) 改进涡轮增压发动机的排气再循环的系统及方法
CN104081022B (zh) 一种具有两个可停用汽缸的四缸发动机
US3958540A (en) Staged internal combustion engine with interstage temperature control
JP2633988B2 (ja) 低セタン価燃料圧縮点火式内燃機関
US20070000248A1 (en) Air induction system having bypass flow control
CN102086813B (zh) 用于在冷hcci操作期间加热进气的系统和方法
CN105683545A (zh) 用于汽油直喷式压燃发动机的冷起动策略和系统
CN102140967A (zh) 用于操作直喷火花辅助的压燃式发动机的方法
CN102213159A (zh) 增压发动机的内部和外部lp egr
US20140352656A1 (en) Intake port throttling control for dual fuel engines with asymmetric intake passages
CN103061899A (zh) 内燃发动机及用于这种内燃发动机的进气交换方法
WO2017127587A1 (en) Air flow management strategies for a diesel engine
US7225610B2 (en) Process for operating a combustion engine
CN103266950A (zh) 一种油水燃料复合式废气动力型二行程发动机
CN103867322A (zh) 汽车及内燃机的一种控制方法
US20090064974A1 (en) Method for operating an internal combustion engine
US10634086B1 (en) System and method for estimating cylinder pressures
CN107575326A (zh) 具有高压燃料泵的直接喷射机械增压内燃发动机，和用于操作所述类型的内燃发动机的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080102

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee