CN102312731B - 用于车辆的柴油发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的柴油发动机。该柴油发动机具有几何压缩比ε设定在12:1至15:1的范围内的发动机本体，该发动机本体具有开启和关闭汽缸的进气通道的进气门、开启和关闭汽缸的排气通道的排气门、及连通进气通道与排气通道并用于部分地再循环排气到进气通道的排气再循环通道。当在低发动机负荷和转速下时，在进气行程中排气门开启，进气通道节流。排气门在进气行程后期进气门关闭之前关闭。设定排气门的开启面积SE以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比满足如下的关系：0.01 × (15-ε) + 0.02 ≤ SE/SI ≤ 0.17。

Description

用于车辆的柴油发动机
技术领域
本发明涉及用于车辆的柴油发动机，特别涉及具有几何压缩比设定在12:1至15:1的范围内的较低压缩比的柴油发动机。
背景技术
在使用主要成分是柴油燃料的燃料进行燃烧的柴油发动机中，柴油燃料被压缩以产生自燃，设定较低压缩比，例如其中几何压缩比为15:1或更低，以减少NOx的排放量。即，低压缩比减缓汽缸内的燃烧速度，进而抑制NOx的产生（参见JP2008-261236A）。因为降低发动机的压缩比减少了机械阻力损耗，因此也有利于改进热效率。
然而，当柴油发动机的几何压缩比设定得较低时，响应于低压缩比在压缩行程末端的发动机温度降低。因此，例如在发动机具有低负荷和低转速的工作范围内，自燃条件很难满足。此外，特别是在JP2008-261236A中公开的柴油发动机中，取决于供给的燃料的特性，随着十六烷值降低点火性能劣化。因此，当结合与发动机的工况和燃料的特性相关的因素时，自燃条件更难满足。因此，在对柴油发动机设定低压缩比而不管发动机的工况和供给的燃料的特性时确保燃料的可燃性非常重要。
发明内容
本发明鉴于上述情况形成，本发明的目的在于确保特别是具有低压缩比的用于车辆的柴油发动机中的燃料的可燃性。
具有几何压缩比设定在12:1至15:1的范围内的较低压缩比的本发明柴油发动机，特别是在发动机处于低负荷和低转速的工作范围内，配置为通过在进气行程中开启（再开启）排气门引进内部EGR气体到汽缸中，以便增加在压缩行程末端的汽缸温度。此外，具有上述配置的柴油发动机，鉴于在压缩行程末端汽缸中所要求的最小温度增加以满足自燃条件，规定在进气行程中的排气门的升程特性以实现压缩行程末端的最小温度增加。
根据本发明的一个方面提供一种用于车辆的柴油发动机，该柴油发动机包括安装在车辆中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，且几何压缩比ε设定在12:1至15:1的范围内的发动机本体。该发动机本体具有开启和关闭连通进气通道与汽缸的进气道口的进气门、开启和关闭连通排气通道与汽缸的排气道口的排气门、及连通进气通道与排气通道并用于部分地再循环排气到进气通道的排气再循环通道。
当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气被部分地引进到汽缸中并且进气通道节流。在进气行程中开启的排气门在进气行程的后期进气门关闭之前关闭。
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积SE以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比SE/SI，相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.01 × (15-ε) + 0.02 ≤ SE/SI ≤ 0.17 ... 公式 (1)。
在此，进气门的开启面积SI [mm∙deg]确定为在进气门的升程曲线下对应于进气门的气门开启时期(θIC-θIO)的面积(SI= ∫θ IO θ ICLI(θ) ∙ dθ)，其中升程曲线的横轴表示曲轴转角θ[deg]，纵轴表示进气门的升程量LI(θ) [mm]。类似地，排气门的开启面积SE [mm∙deg]确定为在进气行程中排气门的升程曲线下对应于排气门的气门开启时期(θEC-θEO)的面积 (SE= ∫θ IO θ ICLE(θ) ∙ dθ)，其中升程曲线的横轴表示曲轴转角θ[deg]，纵轴表示在进气行程中的排气门的升程量LE(θ)[mm]。
此外，在进气行程中关闭排气门的正时根据预定正时设定得早于在进气行程的后期或压缩行程的前期关闭进气门的正时。因此，排气门设定为不在进气行程的前期开启，而是在进气行程的中期到后期的范围内开启。应注意，进气门和排气门的升程曲线的每个可以划分成在开启侧的振动缓冲区域、凸起区域及在关闭侧的振动缓冲区域。在升程曲线中开启侧的振动缓冲区域和凸起区域之间的边界点可以分别设定为进气门和排气门的开启正时，在升程曲线中凸起区域和关闭侧的振动缓冲区域之间的边界点可以分别设定为进气门和排气门的关闭正时。具体地，在进气门和排气门提升0.5mm所在的点可以分别设定为进气门和排气门的开启正时和关闭正时。
在进气行程中的进气门的升程特性明确地确定为发动机的基本特性，因此，进气门的开启面积SI设定为在预定值的常数。因此，排气门的开启面积SE与排气门开启面积SE对进气门开启面积SI的比SE/SI成比例，即比值SE/SI随着排气门开启面积SE增大而增加。因此，设定排气门的开启面积SE以满足0.01 × (15-ε) + 0.02 ≤ SE/SI相当于增大排气门开启面积SE超过预定值。即满足公式（1）意味着增大排气门开启面积SE超过预定值，并引进超过预定量的内部EGR气体到汽缸以便提高在压缩行程末端的汽缸温度，从而满足自燃条件。
即，如下所述，气门开启面积比SE/SI是公式（1）中包含的参数，当考虑在进气行程中引进到汽缸的新鲜空气和外部EGR气体的量（通过排气再循环通道再循环的排气量）时，也是与引进到汽缸中的内部EGR气体的量相关的参数。此外，如上所述，气门开启面积比SE/SI具有如下特性，其中引进到汽缸中的内部EGR气体的量随着气门开启面积比SE/SI的增大而增加，内部EGR气体的量随着开启面积比SE/SI的减小而减少。在公式（1）中气门开启面积比SE/SI的最小值表示为0.01 × (15-ε) + 0.02，是相对于发动机本体的几何压缩比ε满足自燃条件所要求的最小值，通过设定气门开启面积比SE/SI到最小值或更高，引进所要求的最小量的内部EGR气体到汽缸，在压缩行程末端的汽缸的温度足以增加到满足自燃的条件。
设定上述数学公式成立的自燃条件优选于假设使用具有最差可能的可燃性的燃料，相对于在发动机本体中使用具有最低十六烷值的燃料时公式（1）成立。因此，只要满足公式（1），即使当使用具有最低的十六烷值的燃料时，也能满足自燃条件。因此，当使用具有较高的十六烷值的燃料时，当然满足公式（1）以满足自燃条件。
此外，在公式（1）中气门开启面积比SE/SI的最小值随着几何压缩比ε增大而减小，且该最小值随着几何压缩比ε减小而增大。即，因为在压缩行程末端汽缸的温度随着几何压缩比ε增大而升高，满足自燃条件所要求的最小温度增量变少，需要引进到汽缸中的内部EGR气体的量变少。另一方面，因为在压缩行程末端汽缸的温度随着几何压缩比ε减小而降低，满足自燃条件所要求的最小温度增量增加，引进到汽缸中所要求的内部EGR气体的量变多。
此外，在公式（1）中气门开启面积比SE/SI的最小值源于发动机本体以过量空气系数λ= 1.0操作的条件。即，考虑黑烟和NOx的排气排放性能，发动机本体优选地以过量空气系数λ约等于1.0操作。因此，在进气通道节流的条件下，考虑到通过排气再循环通道再循环到进气侧的排气的量（外部EGR气体的量）设定最小值，以实现过量空气系数λ= 1.0。同时，考虑响应于例如加速的发动机本体的负荷变化，发动机本体可以过量空气系数λ= 1.1操作。在这种情况下，设定排气门开启面积SE以便气门开启面积比SE/SI满足：
0.01 × (15-ε) + 0.025 ≤ SE/SI ≤ 0.17 ... 公式 (1-2)。
即，在压缩比相同时，通过将过量空气系数λ从1.0改变到1.1，气门开启面积比SE/SI的最小值增大，所要求的排气门开启面积SE的最小尺寸增大。换言之，内部EGR气体的量需要增加，因为通过排气再循环通道的外部EGR气体的量由于进气负压的降低而减少，同时，响应于过量空气系数λ从1.0增加到1.1，减少进气通道中的节流度以增加新鲜空气量。因此，需要通过增大排气门开启面积，换言之，通过增加内部EGR气体的量，补偿外部EGR气体减少的量。
在发动机本体以过量空气系数λ=1.1操作的条件下，设定在公式（1）和公式（1-2）中的气门开启面积比SE/SI的最大值为"0.17"。即，将排气门开启面积SE设定得较大，以便气门开启面积比SE/SI大于0.17导致引进到汽缸中的EGR气体的量过多增加，且为了满足过量空气系数λ=1.1所要求的新鲜空气量超过汽缸的容量，并且不能被引进到汽缸中。
因此，通过设定排气门开启面积SE满足公式（1）和公式（1-2）中的任意一个，并相应地设定进气行程中的排气门的升程特性，即使当发动机本体处于低负荷、低转速及使用具有低可燃性的燃料时，也能确保燃料的可燃性。因此，可以实现具有几何压缩比设定为12:1至15:1范围内的较低压缩比的柴油发动机。由于减缓燃烧明显减少NOx的排放量，从而具有低压缩比的柴油发动机具有高排气排放性能，并且由于减少机械阻力损耗提高热效率而改善燃料消耗性能。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态下时，在进气行程中排气门开启以便部分地引进排气到汽缸，并且进气通道不节流。在进气行程中开启的排气门在进气行程的后期进气门关闭之前关闭。
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积SE以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI比SE/SI，相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.03 × (15-ε) + 0.03 ≤ SE/SI ≤ 0.17 ... 公式 (2)。
在此，术语进气通道“不节流”，包括在进气通道中不提供节流阀，以及在进气通道中提供节流阀，但是在具有较低负荷和低转速的工作状态下进气通道中提供的节流阀全开的情况。
因为进气通道不节流，减少了进气负压，相比较于在进气通道节流时，通过排气再循环通道的外部EGR气体的量减小。在公式（2）中，气门开启面积比SE/SI的最小值相对于公式（1）设定得较大。即，通过将排气门开启面积SE设定得较大，内部EGR气体的量增加，进而增加在压缩行程末端的汽缸的温度。因为在相同的气门开启面积比下进气负压的降低减少了内部EGR气体的量，当进气通道不节流时，气门开启面积比SE/SI需要有更大变化以便增加内部EGR气体的量。从而产生在公式（1）与公式（2）之间的斜率的差异。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地引进到汽缸，并且进气通道节流。在进气行程中开启的排气门在进气门开启之后的预定时间开启。
排气门的开启面积SE [mm ∙ deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm ∙ deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积SE以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI比SE/SI，相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.01 × (15-ε) + 0.03 ≤ SE/SI ≤ 0.15 ... 公式 (3)。
在此，“排气门在进气门开启之后的预定时间开启”可以重新表述为排气门在进气行程的上止点之后开启。即，当排气门在进气行程中开启和关闭，并进一步在接下来的进气行程中开启时，从排气门已经关闭的时刻起在经过预定的振动缓冲时期之后要求排气门开启。换言之，排气门在进气行程的前期开启，内部EGR气体至少在进气行程的前期引进到汽缸中。当内部EGR气体至少在进气行程的前期引进到汽缸中时，相比较于当排气门在进气行程的前期关闭时，新鲜空气更难引进到汽缸中。因此在公式（3）中气门开启面积比SE/SI的最大值设定到“0.15”，以便低于在上述公式例如公式（1）中的气门开启面积比SE/SI的最小值“017”。类似于在SE/SI=0.17的情况，当过量空气系数λ= 1.1时，值“0.15”是最大值。因为新鲜空气更难引进到汽缸，需要限制内部EGR气体的量，否则减少汽缸中的新鲜空气的量，不可能满足过量空气系数λ= 1.1。
此外，当进气通道节流满足过量空气系数λ= 1.0的情况时，公式（3）成立，在公式（3）中的气门开启面积比SE/SI的最小值大于公式（1）中的最小值，因为在基于上述的公式（3）的条件下，由于新鲜空气很难引进到汽缸中，进气通道不需要节流或节流比较少以满足过量空气系数λ= 1.0，因此，进气负压相对降低，外部EGR气体的量减少。即，排气门开启面积SE需要设定得足够大以增加内部EGR气体的量以便补偿外部EGR气体减少的量。
此外，对于公式（3）中的条件，当发动机本体以过量空气系数λ= 1.1操作时，设定排气门开启面积SE以便气门开启面积比SE/SI满足
0.01 × (15-ε) + 0.035 ≤ SE/SI ≤ 0.15 ... 公式 (3-2)。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气至少部分地引进到汽缸，并且进气通道不节流。在进气行程中开启的排气门在进气门开启之后的预定时间开启。
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积SE以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比SE/SI，相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.03 × (15-ε) + 0.04 ≤ SE/SI ≤ 0.15 ... 公式 (4)。
发动机本体每个汽缸具有两个进气门和两个排气门，在进气行程中，排气门中仅一个可以开启，而两个进气门都开启。注意，在所有的公式(1), (1-2), (2), (3), (3-2) 和(4)中，计算的进气门开启面积SI适用于两个进气门，计算的排气门开启面积SE适用于排气门中的一个。
进气门和排气门中的每个可以是根据预定升程曲线提升的提升阀。进气门的升程曲线和排气门的升程曲线（特别是当排气门开启时，在进气行程中的排气门的升程曲线）可以具有彼此类似的形状。
在上述公式中，采用气门开启面积比SE/SI作为表示进气行程中的排气门的升程特性的参数，此外作为与引进到汽缸中的内部EGR气体的量相关的参数。然而，例如可以采用进气行程中的排气门的开启时期(θEC-θEO)作为与引进到汽缸中的内部EGR气体的量相关的参数。即，随着开启时期(θEC-θEO)变长，内部EGR气体的量增加，在压缩行程末端的温度增量增加，另一方面，随着开启时期(θEC-θEO)变短，内部EGR气体的量减少，在压缩行程末端的温度增量减少。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地引进到汽缸，并且进气通道节流。在进气行程中开启的排气门在进气行程后期进气门关闭之前关闭。
在进气行程中排气门的开启时期(θEC-θEO) [deg]（在此，排气门提升0.5mm所在的点确定为开启正时θEO和关闭正时θEC），相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下关系：
9 × (15-ε) + 95 ≤ (θEC - θEO) ≤ 160 [deg] ... 公式(5)。
在公式（5）中的开启时期(θEC-θEO)的最小值是在过量空气系数λ= 1.0时的值。当过量空气系数λ= 1.1时，公式：
9 × (15-ε) + 98 ≤ (θEC - θEO) ≤ 160 [deg] ... 公式(5-2)
可以成立。应注意，在公式（5）和公式（5-2）中的最大值“160”是在过量空气系数λ= 1.1时的值。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地引进到汽缸中，并且进气通道不节流。在进气行程中开启的排气门在进气行程后期进气门关闭之前关闭。
在进气行程中排气门的开启时期(θEC-θEO) [deg]（在此，排气门提升0.5mm所在的点确定为开启正时θEO和关闭正时θEC），相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下关系：
14 × (15-ε) + 105 ≤ (θEC - θEO) ≤ 160 [deg] ... 公式(6)。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地引进到汽缸，并且进气通道节流。在进气行程中开启的排气门在进气门开启之后的预定时间开启。
在进气行程中排气门的开启时期(θEC-θEO) [deg]（在此，排气门提升0.5mm所在的点确定为开启正时θEO和关闭正时θEC），相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下关系：
9 × (15-ε) + 100 ≤ (θEC - θEO) ≤ 155 [deg] ... 公式(7)。
当过量空气系数λ= 1.1时，公式：
9 × (15-ε) + 103 ≤ (θEC - θEO) ≤ 155 [deg] ... 公式 (7-2)
可以成立。
根据本发明的一个方面提供一种柴油发动机。当发动机本体至少在具有较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地引进到汽缸，并且进气通道不节流。在进气行程中开启的排气门在进气门开启之后的预定时间开启。
在进气行程中排气门的开启时期(θEC-θEO) [deg]（在此，排气门提升0.5mm所在的点确定为开启正时θEO和关闭正时θEC），相对于发动机本体的几何压缩比ε，满足如下关系：
9 × (15-ε) + 110 ≤ (θEC - θEO) ≤ 155 [deg] ... 公式(8)。
附图说明
图1是示出根据一个实施例的柴油发动机的结构的示意图；
图2是与柴油发动机的控制相关的框图；
图3是示出汽缸中的进气门和排气门的设置的示例的视图；
图4是在关闭排气门的正时设定为预定正时的条件下，根据发动机的几何压缩比ε和进气门与排气门的开启面积比SE/SI之间的关系，与压缩行程末端的温度增量相关的等值线图；
图5是示出在关闭排气门的正时设定为预定正时的条件下，进气门和排气门的升程曲线的示例的示图；
图6是在关闭排气门的正时设定为预定正时的条件下，根据发动机的几何压缩比ε和排气门的开启时期(θEC-θEO)之间的关系，与压缩行程末端的温度增量相关的等值线图；
图7是在开启排气门的正时设定为预定正时的条件下，根据发动机的几何压缩比ε和进气门与排气门的开启面积比SE/SI之间的关系，与压缩行程末端的温度增量相关的等值线图；
图8是示出在开启排气门的正时设定为预定正时的条件下，进气门和排气门的升程曲线的示例的示图；
图9是在开启排气门的正时设定为预定正时的条件下，根据发动机的几何压缩比ε和排气门的开启时期(θEC-θEO)之间的关系，与压缩行程末端的温度增量相关的等值线图。
具体实施方式
在下文，参考附图详细描述根据本发明的实施例的柴油发动机。应注意下文描述的优选实施例仅为示例。图1和图2示出了该实施例的发动机1的示意性结构。发动机1是安装在车辆上并且供给有其中主要成分为柴油燃料的燃料的柴油发动机。该柴油发动机包括具有多个汽缸11a（仅示出一个汽缸）的汽缸体11、设置在汽缸体11上的汽缸盖12、设置在汽缸体11下方并在其中存储润滑油的油底壳13。在发动机1的汽缸11a内，插入往复式活塞14，部分形成缩口型（reentrant）燃烧室14a的腔在各活塞14的顶面上形成。每个活塞14通过连杆14b连接到曲轴15。
在汽缸盖12中，对于每个汽缸11a，形成进气道16和排气道17，并设置进气门21和排气门22，进气门21用于开启和关闭在燃烧室14a侧上的进气道16的开口，排气门22用于开启和关闭在燃烧室14a侧上的排气道17的开口。如图3示意性所示，每个汽缸11a形成有进气道16的两个开口和排气道17的两个开口，即，每个汽缸11a设置有两个进气门21和两个排气门22。
在用于操作进气门21和排气门22的发动机1的气门系统中，用于在正常模式和特殊模式之间切换排气门22的操作模式的液压驱动切换机构71（参见图2，在下文称为VVM，可变气门装置）设置在在排气门侧。VVM 17（未示出其详细结构）包括具有一个凸轮尖的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮（这是彼此具有不同凸轮轮廓的两种凸轮），以及用于选择性地将第一凸轮和第二凸轮中的任意一个的操作状态传递到排气门22的空转（lost motion）机构。当空转机构将第一凸轮的操作状态传递到排气门22时，排气门22在正常模式下操作并且在排气行程中仅开启一次。在另一方面，当空转机构将第二凸轮的操作状态传递到排气门22时，排气门22在特殊模式下操作且在排气行程中开启，并进一步在进气行程中再次开启，即排气门开启两次。在该实施例中，在汽缸11a的每个中，在进气行程中仅排气门22中的一个开启。应注意，在汽缸11a的每个中，明确地在排气行程中两个排气门22开启，在进气行程中两个进气门21开启。
VVM 71中在正常模式和特殊模式之间的模式切换由发动机操作的液压泵（未图示）施加的液压执行。如下文所述特殊模式可以用于与内部EGR相关的控制。应注意，可以采用通过使用电磁驱动器操作排气门22的电磁操作气门系统在正常模式和特殊模式之间切换。
用于喷射燃料的喷射器18和用于通过在发动机1的冷状态下加热进气改善燃料可燃性的电热塞19设置在汽缸盖12中。喷射器18设置为使其燃料喷射口分别从燃烧室14a的天花板表面朝向燃烧室14a，喷射器18通过在压缩行程的上止点附近的点直接喷射燃料以将燃料供给到燃烧室14a中。
进气通道30连接到发动机1的侧面以便与汽缸11a的进气道16连通。同时，用于从汽缸11a的燃烧室14a排出燃烧气体（排气）的排气通道40连接到发动机1的另一个侧面。进气通道30和排气通道40中设置有用于对进气涡轮增压的大型涡轮增压器61和小型涡轮增压器62（在下文中详述）。
用于过滤进气的空气滤清器31设置在进气通道30的上游端部。均压箱33设置在进气通道30的下游端附近。在均压箱33的下游侧的进气通道30的部分分支为向各汽缸11a延伸的独立通道，这些独立通道的下游端与汽缸11a的进气道16连接。
大型涡轮增压器61的压缩机61a、小型涡轮增压器62的压缩机62a、用于冷却由压缩机61a和压缩机62a压缩的空气的中间冷却器35、及用于调节汽缸11a的燃烧室14a的进气量的节流阀36，设置在空气滤清器31和均压箱33之间的进气通道30中。节流阀36基本上全开；然而，当发动机1停机时，节流阀36全闭以防止振动。
排气通道40的上游侧的部分由排气歧管构成，该排气歧管具有朝向汽缸11a分支并且与排气道17的外端连接的独立通道和这些独立通道集合在一起的集合部。
在排气歧管的下游的排气通道40的部分中，从上游以此顺序设置有小型涡轮增压器62的涡轮62a、大型涡轮增压器61的涡轮61b、用于清除排气中含有的有害成分的排气排放控制装置41、及消声器42。
排气排放控制装置41包括氧化催化剂41a和柴油微粒过滤器41b（在下文中称为过滤器），这些部件从上游以此顺序设置。氧化催化剂41a和过滤器41b容纳在壳体中。氧化催化剂41a具有承载例如铂或添加钯的铂的氧化催化剂，并引起通过氧化排气中含有的CO和HC而产生CO2和H2O的反应。过滤器41b捕捉发动机1的排气中含有的微粒，例如黑烟。应注意，过滤器41b可涂有氧化催化剂。如下文描述，由于低压缩比明显抑制或防止发动机1中NOx的产生，从而不必使用NOx催化剂。
在均压箱33和节流阀36之间的进气通道30的部分（即，在小型涡轮增压器62的小型压缩机62a的下游的部分）和在排气歧管和小型涡轮增压器62的小型涡轮62a之间的排气通道40的部分（即，在小型涡轮增压器62的小型涡轮62b的上游的部分）与排气再循环通道51连接，用于部分地再循环排气到进气通道30。用于调节到进气通道30的排气的再循环量的排气再循环阀51a和用于通过发动机冷却剂冷却排气的EGR冷却器52设置在排气再循环通道51中。
大型涡轮增压器61具有设置在进气通道30中的大型压缩机61a和设置排气通道40中的大型涡轮61b。大型压缩机61a设置在空气滤清器31和中间冷却器35之间的进气通道30中。大型涡轮61b设置在排气歧管和氧化催化剂41a之间的排气通道40中。
小型涡轮增压器62具有设置在进气通道30中的小型压缩机62a和设置排气通道40中的小型涡轮62b。小型压缩机62a设置在大型压缩机61a的下游的进气通道30中。小型涡轮62b设置在大型涡轮61b的上游的排气通道40中。
即，大型压缩机61a和小型压缩机62a从上游以此顺序串联设置在进气通道30中，小型涡轮62b和大型涡轮61b从上游以此顺序串联设置在排气通道40中。大型涡轮61b和小型涡轮62b通过排气的流动旋转，与大型涡轮61b和小型涡轮62b连接的大型压缩机61a和小型压缩机62a分别通过大型涡轮61b和小型涡轮62b的旋转驱动。
小型涡轮增压器62相对较小而大型涡轮增压器61相对较大。即，大型涡轮增压器61的大型涡轮61b的惯性大于小型涡轮增压器62的小型涡轮62b的惯性。
用于绕过小型压缩机62a的小型进气旁通道63与进气通道30连接。用于调节流到小型进气旁通道63的空气量的小型进气旁通阀63a设置在小型进气旁通道63中。该小型进气旁通阀63a在未分配到电力时全闭（常闭）。
用于绕过小型涡轮62b的小型排气旁通道64和用于绕过大型涡轮61b的大型排气旁通道65与排气通道40连接。用于调节流到小型排气旁通道64的排气量的调节阀64a设置在小型排气旁通道64中，用于调节流到大型排气旁通道65的排气量的排气泄压阀65a设置在大型排气旁通道65中。该调节阀64a和排气泄压阀65a在未分配到电力时都全开（常开）。
具有上述结构的柴油发动机1由动力系控制模块10（在下文称为PCM）控制。PCM 10配置有CPU、存储器、计数器计时器组、接口、及具有用于与这些单元相连的路径的微处理器。PCM配置为控制装置。如在图2中所示，将来自用于检测发动机冷却剂温度的流体温度传感器SW1、连接到均压箱33并用于检测供给到燃烧室14a的空气的压力的涡轮增压压力传感器SW2、用于检测进气的温度的进气温度传感器SW3、用于检测曲轴15的转角的曲轴转角传感器SW4、用于检测响应于车辆的加速踏板（未图示）的角度的加速器开度的加速器位置传感器SW5、及用于检测排气中的氧浓度的O2传感器SW6的检测信号输入PCM 10。PCM 10基于检测信号执行各种计算以便确定发动机1和车辆的状态，并进一步根据确定的状态输出控制信号到喷射器18、电热塞19、气门系统的VVM 71、以及阀36、51a、63a、64a、及65a的驱动器。
因此，发动机1配置为具有几何压缩比在12:1至低于15:1的范围内的较低压缩比，从而改善了排气排放性能并提高了热效率。另一方面，由于设定低几何压缩比，特别是在发动机具有低负荷和低转速的工作范围内在压缩行程末端的汽缸温度降低，因此，自燃很难发生，且取决于供给的燃料（例如具有低十六烷值的燃料）的特性，自燃条件不能满足。
为此，在发动机1中，执行通过排气再循环通道51的排气（外部EGR气体）再循环和通过VVM 71控制引进排气（内部EGR气体）到汽缸11a中。从而，至少在发动机具有低负荷和低转速的工作范围内，通过引进较大量的EGR气体到汽缸11a中，增加在压缩行程末端的汽缸11a的温度。特别是在具有低压缩比的发动机1中，在进气行程中开启的排气门22中的一个设定为具有根据发动机的几何压缩比的预定升程特性，以便确保燃料的可燃性而不管工况和燃料的特性。在下文中，参考附图描述排气门22中的一个的升程特性。
图4是表示基于在发动机1的几何压缩比ε（横轴）和排气门开启面积SE与进气门开启面积SI的面积比SE/SI（纵轴）之间的关系确定的在压缩行程末端的温度增量(ΔT)的示图。其中，排气门开启面积SE和进气门开启面积SI的值分别基于排气门22中的一个的升程曲线（见图5中的实线）和进气门21的升程曲线（见图5中的虚线）确定。即，排气门开启面积SE确定为在排气门22的升程曲线LE（θ）（限于进气行程中的升程曲线）下对应于排气门22的气门开启时期(θEC-θEO)的面积。类似地，进气门开启面积SI确定为在进气门21的升程曲线LI(θ)下对应于进气门21的气门开启时期(θIC-θIO)的面积。气门开启时期(θEC-θEO)和(θIC-θIO)作为曲轴转角θ(deg)的函数：
排气门开启面积 SE= ∫θ EO θ ECLE(θ)dθ [mm∙deg]；且
进气门开启面积 SI= ∫θ IO θ ICLI(θ)dθ [mm∙deg]。
然而，在该实施例中，因为如上所述在进气行程中每个汽缸两个进气门21都开启，另一方面，仅排气门22中的一个开启，因此在上述方程中，排气门开启面积SE适用于排气门22中的一个，进气门开启面积SI适用于进气门21中的两个（即， SI= ∫θ IO θ ICLI(θ)dθ × 2）。应注意，在计算下文的方程和数学公式时，进气门21的每个的直径DI设定为26mm，排气门22的每个的直径DE设定为22.5mm（见图3）。
在进气行程中开启的排气门22的升程曲线和进气门21的升程曲线彼此具有类似的形状。在进气行程中关闭排气门22的正时设定为早于在进气行程后期关闭进气门21的正时。具体地，关闭排气门22的正时设定在进气行程中的上止点之后200°CA（在下文中，设定的正时称为“设定关闭排气门22的正时的条件”）。应注意，进气门21和排气门22的升程曲线的每个划分为在开启侧的振动缓冲区域、凸起区域及关闭侧的振动缓冲区域。在升程曲线中的开启侧的振动缓冲区域和凸起区域之间的边界点可以分别设定为进气门21和排气门22的开启正时θO。在升程曲线中的凸起区域和关闭侧的振动缓冲区域之间的边界点可以分别设定为进气门21和排气门22的关闭正时θC。此外，具体地，进气门21和排气门22提升0.5mm所在的点可以分别设定为进气门21和排气门22的开启正时和关闭正时。
由于在设定关闭排气门22的正时的条件下，在进气行程的前期关闭排气门22，因而在进气行程的前期新鲜空气引进到汽缸中。因此，在增加发动机负荷，例如当在加速车辆时特别有效。
如上所述，图4是与基于发动机1的几何压缩比ε和气门开启面积比SE/SI之间的关系确定的压缩行程末端的温度增量(ΔT)相关的等值线图（等量线图）。即，该等值线图表示温度增量的变化取决于相对于发动机1的几何压缩比ε设定的气门开启面积比SE/SI的变化，虚线表示温度增量的等温线。在发动机1的预定工况下，对于每个发动机1的几何压缩比，执行在压缩行程末端温度的如下文所述的评估计算获得图4中的等值线图。同时通过改变排气门22的升程曲线改变排气门开启面积SE，如在图5中的白色箭头所示在进气行程中的关闭排气门22的正时未改变（在进气行程的上止点之后的200°CA）的条件下，其中等值线基本上保持相同。
在此，基于发动机1的基本特征，进气门开启面积SI设定为预定常数。因此，在图4中由纵轴表示的气门开启面积比SE/SI变化成比例于排气门开启面积SE的变化。换言之，排气门开启面积SE随着气门开启面积比SE/SI的增大而增大，从而，引进到汽缸11a中的内部EGR气体的量增大。此外，排气门开启面积SE随着气门开启面积比SE/SI减小而减小，从而，引进到汽缸11a中的内部EGR气体的量减少。
在图4中的粗实线表示在发动机1具有较低负荷和低转速的预定工况下满足自燃条件所要求的最小气门开启面积比SE/SI，即：
y= 0.01 × (15-ε) + 0.02 ... 方程 (1a)。
方程（1a）表示当节流阀36节流以便过量空气系数λ= 1.0时气门开启面积比SE/SI的最小值。通过设定气门开启面积比SE/SI到最小值或更大，可以满足自燃条件。即，因为确保排气门开启面积SE所要求的尺寸，满足自燃条件，从而，引进到汽缸11a中的EGR气体的量超过预定值，并且在压缩行程末端的温度增量超过预定值。在此，相对于具有最差可燃性的燃料（具有最低十六烷值的燃料）设定计算最小值所要求的自燃条件。从而，即使当使用具有最低十六烷值的燃料时，也可以满足自燃条件。应注意，当使用具有较高十六烷值的燃料时，自燃条件相应地变得更容易满足并自然地满足。
在此，方程（1a）表示的最小值随着几何压缩比ε的增大而减小，最小值随着几何压缩比ε的减少而增大。即，因为在压缩行程末端的汽缸温度随着几何压缩比ε的增大而升高，满足自燃条件所要求的最小温度增量变少，并且需要引进到汽缸11a中的内部EGR气体的量变少。在另一方面，因为在压缩行程末端的汽缸的温度随着几何压缩比ε减小而降低，满足自燃条件所要求的最小温度增量增加，并且要求引进更大量的内部EGR气体到汽缸11a中。
如上所述，方程（1a）表示源于发动机以过量空气系数λ= 1.0操作的条件时的最小值。即，基于考虑对黑烟和NOx的排气排放性能，发动机1优选地以约等于1.0的过量空气系数λ操作，考虑在节流阀36节流的条件下，通过排气再循环通道51再循环到进气侧的排气量（外部EGR气体量）以实现过量空气系数λ= 1.0时方程（1a）成立。同时，考虑到响应于例如加速的发动机1的负荷变化，发动机1以过量空气系数λ= 1.1操作。在这种情况下，气门开启面积比SE/SI的最小值可以表示为如下：
y= 0.01 × (15-ε) + 0.025 ... 方程(1b)。
如图4所示，由于过量空气系数λ从1.0变化到1.1，气门开启面积比SE/SI的最小值转变到更高，这是因为由于进气负压减少，通过排气再循环通道51的外部EGR气体的量减少，同时响应于过量空气系数λ从1.0变化到1.1，节流阀36的节流量减少以增加新鲜空气。因此，要求通过增大排气门22的气门开启面积SE，换言之，增加内部EGR气体的量补偿外部EGR气体的减少量。
如上所述，内部EGR气体量随着气门开启面积比SE/SI增加而增加，并且有利于增加在压缩行程末端的汽缸温度。然而，增加气门开启面积比SE/SI（换言之，增大进气行程中排气门22的开启面积）以便增加内部EGR气体量，造成通过进气门21引进到汽缸11a的新鲜空气减少。因此，为确保以预定过量空气系数λ操作发动机1所要求的新鲜空气的量，设定气门开启面积比SE/SI的最大值。在图4中表示气门开启面积比SE/SI=0.17的粗实线表示设定以保持过量空气系数λ=1.1的气门开启面积比SE/SI的最大值。气门开启面积比SE/SI的最大值是常数，而不管发动机1的几何压缩比，因为它们之间没有关系。
因此，基于方程（1a），通过设定排气门开启面积SE，结果，设定在进气行程中的排气门22的升程特性以便气门开启面积比SE/SI满足下列数学公式：
0.01 × (15-ε) + 0.02 ≤ SE/SI ≤ 0.17 ... 公式 (1)。
即使具有低压缩比，发动机1也可以满足自燃条件，可以确保燃料的可燃性，而不管发动机的工作状态或燃料的特性。
此外，考虑方程（1b）的情况，可以设定排气门开启面积SE以便气门开启面积比SE/SI满足下列数学公式：
0.01 × (15-ε) + 0.025 ≤ SE/SI ≤ 0.17 ... 公式(1-2)。
上述方程和数学公式在这样的条件下成立，其中通过节流阀36节流，排气容易再循环通过排气再循环通道51；然而，在例如发动机具有低负荷和低转速的工作范围内节流阀36不节流或在进气通道30中未提供节流阀的柴油发动机中，由于进气负压减少，引进到汽缸11a的外部EGR气体的量相对减少，因此，对这种情况确立不同的方程和数学公式。具体地，没有节流的气门开启面积比SE/SI的最小值表示如下：
y= 0.03 × (15-ε) + 0.03 ... 方程(2a)。
如图4所示，通过不执行节流气门开启面积比SE/SI的最小值增大，因为对应于进气通道30的不节流，内部EGR气体的量要求随着引进到汽缸11a中的外部EGR气体的量的减少而增加。因为未执行节流导致的进气负压降低减少了在相同气门开启面积比下的内部EGR气体的量，气门开启面积比SE/SI需要具有更大的变化以便当进气通道30不节流时增加内部EGR气体的量。因此产生在上述方程（例如方程（1a）和方程（2a））之间斜率的差异。
同时，类似于上述情况，以相同的方式设定气门开启面积比SE/SI的最大值而不管节流，以便保持过量空气系数λ= 1.1。
因此，在未执行节流的情况下，通过设定排气门开启面积SE，结果，基于方程（2a）设定进气行程中的排气门22的升程特性以便气门开启面积比SE/SI满足如下数学公式：
0.03 × (15-ε) + 0.03 ≤ SE/SI ≤ 0.17 ... 公式 (2)。
即使在低压缩比时，发动机1也能满足自燃条件，可以确保燃料的可燃性而不管发动机工作状态或燃料的特性。
例如，如在图4中的黑色圆所示，当发动机压缩比设定到14:1时，通过将气门开启面积比SE/SI设定在低于0.08，相应地设定VVM 17的第二凸轮的凸轮轮廓（上述凸轮用于在进气行程中开启排气门22），获得的温度增量约为40K（开尔文）。因此，即使在发动机具有低负荷和低转速的工作范围内使用具有低十六烷值的燃料时，在节流阀36节流或不节流的任意一种情况下都可以满足自燃条件。
在此，针对于在进气行程中仅有排气门22中的一个开启的条件，获得方程和数学公式中的值。因此，例如当在进气行程中两个排气门22都开启时，每个气门的升程量和气门开启时期要求更少或更短以便保持气门开启面积比SE/SI的上述值。然而，减少排气门22的升程量并缩短排气门22的开启时期使得排气门22的运动更小，并会造成内部EGR气体的引进量变化。即，期望充分增加排气门22的升程量并延长排气门22的开启时期以确保所要求的内部EGR气体的量。因此，在进气行程中仅开启排气门22中的一个有利于改进燃料的可燃性。
图4中等值线图利用气门开启面积比SE/SI作为参数，用作与内部EGR气体量的特性相关的排气门升程特性中的一个。或者，可以利用进气行程中排气门22的开启时期(θEC-θEO)作为参数，用作与内部EGR气体量的特性相关的排气门升程特性中的一个。
图6是表示基于在发动机1的几何压缩比ε（横轴）和排气门22的开启时期(θEC-θEO)（纵轴）之间的关系确定的压缩行程末端的温度增量(ΔT)的等值线图。在此，如上所述，排气门22的开启时期(θEC-θEO) (单位: deg)可以设定为对应于排气门22的升程曲线中的凸起区域的曲轴转角的范围。具体地，排气门22提升0.5mm所在的点可以设定为排气门22的开启正时θEO和关闭正时θEC（见图5）。
如图6所示，当在低发动机负荷和转速并且过量空气系数λ= 1.0的工作范围内节流阀36节流时，设定排气门22的升程特性以使排气门22的开启时期(θEC-θEO)满足下述数学公式：
9 × (15-ε) + 95 ≤ (θEC - θEO) ≤ 160 [deg] ...公式(5)。
在图6中，开启时期(θEC-θEO)的最小值由针对相应的压缩比计算的最小值（见正方形点）通过一阶方程（直线）逼近的方式表示。类似地，当过量空气系数λ= 1.1时，设定排气门22的升程特性以使排气门22的开启时期(θEC-θEO)满足如下数学公式：
9 × (15-ε) + 98 ≤ (θEC - θEO) ≤ 160 [deg] ... 公式(5-2)。
在另一方面，如图6所示，当在低发动机负荷和转速的工作范围内节流阀36不节流时，设定排气门22的升程特性以使排气门22的开启时期(θEC-θEO)满足如下数学公式：
14 × (15-ε) + 105 ≤ (θEC - θEO) ≤ 160 [deg] ...公式(6)。
如上所述，图4和图6是在进气行程后期设定进气行程中的排气门22的关闭正时的条件下的等值线图。或者如在图8中所示，在进气行程的前期设定进气行程中的排气门22的开启正时。在此，因为在排气行程中排气门22已经关闭之后，预定的振动缓冲时期过去之后排气门22开启，排气门22的开启正时设定为从进气门21的开启正时的预定时间过去之后的点。换言之，排气门22的开启正时设定为从进气行程的上止点的预定时间过去后所在的点。具体地，排气门22的开启正时设定为在进气行程中的上止点之后45°CA。在下文中，设定正时可以称为“设定开启排气门22的正时的条件”。因为在设定开启排气门22的正时的条件下，排气门22在进气行程前期开启，在进气行程前期新鲜空气很难引进到汽缸中。
图7是在设定开启排气门的正时的条件下，根据发动机的几何压缩比ε和气门开启面积比SE/SI之间的关系，与在压缩行程末端的温度增量(ΔT)相关的等值线图（等量线图）。即，在发动机1的预定工况下，针对发动机1的每个几何压缩比，执行压缩行程末端温度的评估计算获得图7中的等值线图，同时通过改变升程曲线改变排气门开启面积SE，其中在如图8中的白色箭头表示在进气行程中开启排气门22的正时（进气行程中上止点之后的45°CA）未改变的条件下，其等值线基本保持相同。当节流阀36节流以便过量空气系数λ= 1.0时，气门开启面积比SE/SI设定为满足如下数学公式：
0.01 × (15-ε) + 0.03 ≤ SE/SI ≤ 0.15 ... 公式(3)。
相比较公式（1），在公式（3）中最小值转变到较高。如上所述，因为在进气行程的前期新鲜空气很难引进到汽缸11a中，节流阀36需要开启较多以保持过量空气系数λ= 1.0。因此，进气负压相应地降低，从而通过排气再循环通道51的外部EGR气体的量减少。因此，气门开启面积比SE/SI要求更高以获得更大的排气门开启面积SE以便内部EGR气体的量增加。
相比较于公式（1），在公式（3）中气门开启面积比SE/SI的最大值转变得较低，因为在进气行程的前期新鲜空气变得难以引进，内部EGR气体的量需要限制以确保用于保持过量空气系数λ= 1.1的新鲜空气的量。
此外，如在图7中所示，当过量空气系数λ= 1.1时，设定排气门开启面积SE以满足如下公式：
0.01 × (15-ε) + 0.035 ≤ SE/SI ≤ 0.15 ... 公式(3-2)。
此外，如图7所示，在具有较低负荷和低转速的工作范围内节流阀36不节流的条件下，设定排气门开启面积SE以满足如下公式：
0.03 × (15-ε) + 0.04 ≤ SE/SI ≤ 0.15 ... 公式(4)。
当排气门22的开启时期(θEC-θEO)用作上述的参数时，如图9所示，设定气门开启时期(θEC-θEO)的最小值和最大值。具体地，在节流阀36节流的条件下，当过量空气系数λ= 1.0时，如下公式成立：
9 × (15-ε) + 100 ≤ (θEC - θEO) ≤ 155 [deg] ... 公式 (7)，及
当过量空气系数λ= 1.1时，如下公式成立：
9 × (15-ε) + 103 ≤ (θEC - θEO) ≤ 155 [deg] ... 公式(7-2)
此外，在节流阀36不节流的条件下，如下公式成立：
9 × (15-ε) + 110 ≤ (θEC - θEO) ≤ 155 [deg] ... 公式 (8)。
因此，对在进气行程中的排气门22设定预定升程特性。从而在具有较低压缩比如12:1至15:1的柴油发动机中，即使供给具有可燃性低的低十六烷值的燃料时，也可以确保充足的可燃性而不管发动机1的工作范围。因此，可以实现由于柴油发动机1的压缩比减小的缓慢燃烧，可以减少或防止NOx排放量，抑制黑烟并且改进排气排放性能。因此，可以不需要NOx催化剂。此外，减少发动机1的压缩比降低了机械阻力损耗，并提高了热效率，进一步改进燃油消耗。因此，规定排气门22的升程特性，有利于实现柴油发动机1改进的排气排放性能和燃料消耗性能。
应理解本文中的实施例是示例性而并非限制性，因为本发明的范围由权利要求而不是说明书限定，落在权利要求的界线和边界内的所有变化，或者等价于这样的界线和边界将会包括在权利要求中。

Claims (6)

1.一种用于车辆的柴油发动机，包括
安装到车辆中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，且几何压缩比ε设定在12:1至15:1的范围内的发动机本体，所述发动机本体包括：
开启和关闭连通进气通道与汽缸的进气道口的进气门；
开启和关闭连通排气通道与汽缸的排气道口的排气门；及
连通进气通道与排气通道并用于部分地再循环排气到进气通道的排气再循环通道；
其中，当所述发动机本体至少在较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地被引进到汽缸中，并且进气通道节流；
在进气行程中开启的排气门在进气行程的后期进气门关闭之前关闭；及
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比SE/SI，相对于所述发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.01 × (15-ε) + 0.02 ≤ SE/SI ≤ 0.17。
2.一种用于车辆的柴油发动机，包括
安装到车辆中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，且几何压缩比ε设定在12:1至15:1的范围内的发动机本体，所述发动机本体包括：
开启和关闭连通进气通道与汽缸的进气道口的进气门；
开启和关闭连通排气通道与汽缸的排气道口的排气门；及
连通进气通道与排气通道并用于部分地再循环排气到进气通道的排气再循环通道；
其中，当所述发动机本体至少在较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气部分地被引进到汽缸中，并且进气通道不节流；
在进气行程中开启的排气门在进气行程的后期进气门关闭之前关闭；及
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比SE/SI，相对于所述发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.03 × (15-ε) + 0.03 ≤ SE/SI ≤ 0.17。
3.一种用于车辆的柴油发动机，包括
安装到车辆中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，且几何压缩比ε设定在12:1至15:1的范围内的发动机本体，所述发动机本体包括：
开启和关闭连通进气通道与汽缸的进气道口的进气门；
开启和关闭连通排气通道与汽缸的排气道口的排气门；及
连通进气通道与排气通道并用于部分地再循环排气到进气通道的排气再循环通道；
其中，当所述发动机本体至少在较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气被部分地引进到汽缸中，并且进气通道节流；
在进气行程中开启的排气门在进气门开启之后的预定时间开启；及
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比SE/SI，相对于所述发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.01 × (15-ε) + 0.03 ≤ SE/SI ≤ 0.15。
4.一种用于车辆的柴油发动机，包括
安装到车辆中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，且几何压缩比ε设定在12:1至15:1的范围内的发动机本体，所述发动机本体包括：
开启和关闭连通进气通道与汽缸的进气道口的进气门；
开启和关闭连通排气通道与汽缸的排气道口的排气门；及
连通进气通道与排气通道并用于部分地再循环排气到进气通道的排气再循环通道；
其中，当所述发动机本体至少在较低负荷和低转速的工作状态中时，在进气行程中排气门开启以便排气被部分地引进到汽缸中，并且进气通道不节流；
在进气行程中开启的排气门在进气门开启之后的预定时间开启；及
排气门的开启面积SE [mm∙deg]由在进气行程中的排气门的升程曲线确定，进气门的开启面积SI [mm∙deg]由进气门的升程曲线确定，设定排气门的开启面积以便排气门的开启面积SE对进气门的开启面积SI的比SE/SI，相对于所述发动机本体的几何压缩比ε，满足如下的关系：
0.03 × (15-ε) + 0.04 ≤ SE/SI ≤ 0.15。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的柴油发动机，其特征在于，所述发动机本体每个汽缸具有两个进气门和两个排气门，在进气行程中，排气门中仅一个开启，而进气门中的两个都开启。
6.如权利要求1至4中的任意一项所述的柴油发动机，其特征在于，所述进气门和排气门中的每个是根据预定升程曲线提升的提升阀；及
其中所述进气门的升程曲线和所述排气门的升程曲线具有彼此类似的形状。
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