CN104196617A - 全可变气门增压柴油机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全可变气门增压柴油机，包括具有进气道和排气道的气缸，设置在气缸内的喷油器，在进气道上设置有节气门，在排气道上设置有尾气处理单元，在进排气道与气缸的连通处分别设置有全可变气门机构，在进气道与排气道之间连接设有使排气道中气体导入进气道内的EGR机构以及在排气道内排气驱动下对进气道中气体进行增压的涡轮增压机构，还包括可控制所述喷油器、全可变气门机构，EGR机构以及涡轮增压机构，以使发动机运转的ECU控制单元。本全可变气门增压柴油机可实现多种燃烧模式下的运行，提高了柴油发动机的综合性能。

Description

全可变气门增压柴油机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种安装有可变气门的增压柴油机，尤其涉及一种全可变气门增压柴油机。本发明还涉及一种上述全可变气门增压柴油机的控制方法。

背景技术

近年来，各汽车企业纷纷推出节能的柴油发动机，并发展VVT、二级涡轮增压和多次直喷喷射控制等技术，通过多次喷射可改善滞燃期混合气质量，降低主喷射燃烧的放热率，从而降低缸压升高率减小燃烧噪声。通过在燃烧前提前将柴油和空气的预混合，产生预混混合气，以进行预混合燃烧，其可降低燃烧温度，减少NOx的排放。预混的燃烧方式可以使有害物质的排放降低，但其在高压负荷时压升率过高，另外，为了综合考虑冷起动性能和柴油机噪声性能，也需要发动机能够在不同工况采用不同的燃烧模式，但由于传统的凸轮驱动机构无法实现气门开启相位、关闭相位和升程的范围可变，其使得柴油发动机的燃烧模式较少，在需要兼顾冷起动、扭矩提升、油耗及排放和NVH性能的现有标准下，越来越难以满足需求。因此，寻求一种可实现柴油机多种燃烧模式，以使发动机扭矩输出、油耗、排放和NVH的控制具有更大的柔性就成为一个迫切需解决的问题。 

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种全可变气门增压柴油机，其可实现柴油机于多种燃烧模式下运行，提高了柴油发动机的综合性能。

为实现上述目的，本发明的全可变气门增压柴油机包括具有进气道和排气道的气缸，设置在气缸内的喷油器，在进气道上设置有节气门，在进气道和排气道与气缸的连通处分别设置有全可变气门机构，在进气道与排气道之间连接设有使排气道中气体导入进气道内的EGR机构以及在排气道内排气驱动下对进气道中气体进行增压的涡轮增压机构，还包括可控制所述喷油器、全可变气门机构，EGR机构以及涡轮增压机构，以使发动机运转的ECU控制单元，所述的EGR机构包括连接设于进气道末端与排气道始端间的带有高压EGR冷却器的高压EGR通道，在所述高压EGR通道内设置有高压EGR阀门，还包括连接设于排气道末端与进气道始端间的带有低压EGR冷却器的低压EGR通道，在所述低压EGR通道内设置有低压EGR阀门；所述的涡轮增压机构包括连接设于低压EGR通道与高压EGR通道之间的进排气道上的呈间隔布置的可单独或共同工作的大涡轮增压器和小涡轮增压器。

采用上述的技术方案，通过设置全可变气门机构可对进排气门进行更好的柔性控制，其通过与涡轮增压机构中大小涡轮增压器的不同工作模式，以及与高低压EGR冷却器的不同工作模式相配合，从而可实现柴油机于多种燃烧模式下运行，提高了柴油机的综合性能。

作为对上述方式的限定，在进气道内于所述小涡轮增压器处并联设有带有第一阀门的旁通气道，在排气道内于所述小涡轮增压器和大涡轮增压器处也分别并联设有带有第二阀门和第三阀门的旁通气道。设置各旁通气道即可经由其上阀门的启闭控制来实现大小涡轮增压器于不同模式下的工作。

作为对上述方式的限定，在所述进气道的末端设置有预热塞。设置预热塞可在发动机冷起动时对进气道内气体进行预热，以提高发动机冷启动性能。

作为对上述方式的限定，在所述进气道上串联设置有进气冷却机构，所述的进气冷却机构包括串联设于进气道上的冷却器以及设于所述冷却器一侧的冷却风扇。

本发明的全可变气门增压柴油机的控制方法包括如下的步骤：

a、发动机启动时，ECU控制排气门定时提前，进排气门升程降低，小涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射，经由节气门及内部EGR气体调节发动机运行；

b、发动机处于启动后的低负荷区时，

（1）、发动机转速较低时，ECU控制排气门升程降低幅度渐小，逐步开启低压EGR阀门，关闭高压EGR阀门，小涡轮增压器和大涡轮增压器均工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

（2）、发动机转速较高时，ECU控制进气门为固定定时，排气门定时延后，逐渐开启高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点附近进行主喷射；

c、发动机处于启动后的中等负荷区时，

（1）、发动机转速较低时，

若负荷较低，则ECU控制进气门为固定定时，排气门定时延后，逐渐开启高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，小涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点前喷射；

若负荷较高，则ECU控制低压EGR阀门关闭，高压EGR阀门开启，小涡轮增压器继续工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

（2）、发动机转速较高时，

若负荷较低，则ECU控制进气门为固定定时，排气门定时延后，开启高压EGR阀门，关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点前喷射；

若负荷较高，则ECU控制排气门定时延后，进排气门升程增加，小涡轮增压器工作，开启高压EGR阀门，关闭低压EGR阀门，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

d、发动机处于启动后的较高负荷区时，

（1）、发动机转速较低时，ECU控制排气门为固定定时，高压EGR阀门和低压EGR阀门均开启且经由ECU调节两阀门开启比例，小涡轮增压器和大涡轮增压器均工作，喷油器于压缩上止点附近进行主喷射；

（2）、发动机转速较高时，ECU控制排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次相间隔的喷射；

e、发动机处于启动后的高负荷区时，

（1）、发动机转速较低时，ECU控制进排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，小涡轮增压器工作，喷油器于于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次相间隔的喷射；

（2）、发动机转速中等时，ECU控制进排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

（3）、发动机转速较高时，ECU控制进排气门升程增加，关闭高压EGR阀门和低压EGR阀门，小涡轮增压器和大涡轮增压器均工作，喷油器于压缩上止点附近进行主喷射。

采用上述的控制方法，在发动机冷起动时可提高工质温度，使压缩燃烧温度增大，发动机更容易冷起动，且柴油当量比小，也可降低碳烟的排放；在发动机启动后的低负荷区可在保证发动机运行性能下，在转速较低时通过调节EGR冷却流量而减少EGR系统积碳，在转速较高时可降低发动机的NOx排放；在发动机启动后的中等复负荷区可在保证发动机运行性能下，经由控制缸内燃烧温度而降低发动机排放及NVH；在发动机启动后的较高负荷区，经由两次喷射可降低缸内的爆发压力，并可通过对高低压EGR阀门的控制而提高发动机的功率输出，且也可降低NVH；在发动机启动后的高负荷区，通过ECU的控制调节也可增大发动机的功率输出，以适应发动机实际工况的需要。

作为对上述方式的限定，在发动机处于启动后的中等负荷区时，

若发动机转速低而负荷较高时，ECU控制排气门定时延后，小涡轮增压器工作，喷油器于上止点进行主喷射，喷油器于压缩上止点前喷射；

若发动机转速高而负荷较低时，ECU控制排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射。

通过上述的控制方法，可在发动机处于中等负荷区时，在发动机转速低而负荷较高时提高发动机的扭矩输出，而在发动机负荷低而转速较高时降低发动机的NVH及NOx排放，以保证发动机的运行性能。

作为对上述方式的限定，喷油器于主喷射前可具有相对主喷射的喷油量较少的至少一次喷射。通过喷油器于主喷射前的喷射可使气缸内形成主喷射前的预燃烧，从而主喷射就能容易进行点火，而且其也能够使得主喷射的燃料喷射量减少，也有利于抑制黑烟的形成。

作为对上述方式的限定，喷油器于压缩上止点前的喷射包括相对压缩上止点较远的至少一次相对大量的喷射，以及相对压缩上止点较近的至少一次相对小量的喷射。相对较远的且相对大量的喷射可经由在较早期喷射较多燃料而增加燃料的预混合性，同时也可改进空气的利用率，而相对较近的且相对小量的喷射可与较早期的相对大量的喷射结合，在主喷射前引起气缸内的预燃烧，从而使气缸内处于易于点火的状态。

作为对上述方式的限定，在发动机启动时预热塞工作。在启动时利用预热塞可提高进气温度，从而有利于提高发动机冷起动性能。

作为对上述方式的限定，在发动机处于怠速状态时，若大涡轮增压器和小涡轮增压器在两个循环内的扭矩值之差大于35Nm时则降低小涡轮增压器的工作量。在两个循环内的扭矩值之差大于35Nm时降低小涡轮增压器的工作量，也即打开第一阀门，即可使得发动机的增压比立即减小，以保证发动机的运行性能。

综上所述，采用本发明的技术方案，可使柴油机于多种模式下运行，能够很好的适应发动机的各种运行工况，并可降低发动机的排放及NVH，提高了柴油机的综合性能。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为全可变气门机构的结构示意图；

图3为节流孔布置结构示意图；

图4为本发明实施例二的柴油机控制模式示意图；

图5为喷油器喷油模式示意图；

图6为喷油器喷油模式示意图；

图中：1、气缸；2、活塞；3、曲柄连杆机构；4、喷油器；5、进气道；6、排气道；7、排气温度传感器；8、尾气处理单元；9、全可变气门机构；10、ECU；11、节气门；12、气缸冷却水温度传感器；13、转速传感器；14、排气口温度传感器；15、低压EGR温度传感器；16、冷却器；17、冷却风扇；18、冷却前温度传感器；19、冷却后温度传感器；20、油箱；21、液压油滤清器；22、液压泵；23、调压阀；24、蓄能器；25、压力表；26、单向阀；27、缓冲器；28、分流器；29、三位五通电磁换向阀；30、上部单向节流阀；301、上部节流阀组件；31、电磁阀；32、液压缸；33、上部第一节流阀；34、上部第二节流阀；35、下部第二节流阀；36、下部第一节流阀；37、下部单向节流阀；371、下部节流阀组件；38、离合器；39、电机；40、冷却机构；41、气门；42、锁夹；43、气门弹簧；44、气门座；45、高压EGR冷却器；46、高压EGR阀门；47、高压EGR前温度传感器；48、高压EGR后温度传感器；49、低压EGR冷却器；50、低压EGR阀门；51、小涡轮增压器；52、大涡轮增压器；53、第一阀门；54、第二阀门；55、第三阀门；56、空气滤清器；57、预热塞。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种全可变气门增压柴油机，如图1中所示，其包括气缸1，在气缸1中设置有活塞2，活塞2与位于其下方的曲柄连杆机构3转动连接，在气缸1中位于活塞2上方的燃烧室的顶壁上还设置有喷油器4。气缸1的上部连通设有进气道5和排气道6，在进气道5上设置有节气门11，而在进气道5上位于节气门11的上游还串联设置有进气冷却机构，该进气冷却机构包括串联设置于进气道5上的冷却器16，以及设置在冷却器16一侧的冷却风扇17。在排气道6的末端可设置有尾气处理单元8，尾气处理单元8可为常规的三元催化器，以用于对气缸1内排出的废气进行处理。

本实施例中在气缸1的侧壁上设置有气缸冷却水温度传感器12，在曲柄连杆机构3上也设置有转速传感器13，而在进气道5上位于冷却器16的前后端处也分别设置有冷却前温度传感器18和冷却后温度传感器19，在排气道6的始端，也即排气道6与气缸1的连通处也设置有排气温度传感器7，在尾气处理单元8上还设置有排气口温度传感器14，这些传感器均电连接于设置在发动机上的控制单元ECU10上。本实施例中在进气道5的进口连接设置有空气滤清器56，该空气滤清器56可设计为带有进气温度检测功能的形式，在进气道5的末端，也即进气道5与气缸1的连通处也设置有预热塞57，预热塞57可在发动机冷起动时用于对进气道5内的空气进行预热，以提高发动机的冷起动性能。

本实施例中在进气道5和排气道6与气缸1的连通处分别设置有全可变气门机构9，全可变气门机构9可对气缸1的进排气进行控制调节，以获得不同的发动机运行状态。而在进气道5与排气道6之间也连接设有使排气道6中气体导入进气道5内的EGR机构以及在排气道6内排气驱动下对进气道5中气体进行增压的涡轮增压机构。全可变气门机构9、EGR机构、涡轮增压机构以及节气门11、预热塞57等也均电连接于ECU10，以在ECU10的控制下实现发动机的正常运行。

本实施例中的全可变气门机构9的结构可如图2中所示，其为一采用电磁、液压和弹簧共同驱动的全可变气门机构。该全可变气门机构9包括气门41，以及驱动气门41回位的气门弹簧43，所述气门弹簧43通过锁夹42安装于气门41与气门座44之间。在气门41上串联设置有驱动气门41启闭的电磁驱动机构和液压驱动机构。电磁驱动机构为连接于气门41顶端的电磁阀31，气门41通过与电磁阀31中的衔铁固连，从而可在电磁阀31电磁线圈产生的磁力作用下上下运动。

液压驱动机构包括油箱20，油箱20上安装有换气孔，液压泵22通过液压油滤清器21与油箱20相连，液压泵22的驱动端连接有驱动其运转的电机39，电机39为经由设置在离合器38上的常开触点控制启停，当离合器38合上时常开触点闭合电机39启动，当离合器38松开时常开触点断开电机39停止。此外液压泵22的驱动端也可与发动机的分动器相连，从而在发动机正常运转而离合器38分离时，可通过发动机的分动器继续驱动液压泵22运转。在液压泵22的出口连接设有调压阀23和蓄能器24，蓄能器24上安装有压力表25，以通过调压阀23对液压泵22出口的液压油压力进行定量调节。在调压阀23与蓄能器24的后端串联连接有单向阀26，单向阀26可防止液压油工作端冲击波动的回传，以保证管路内压力的稳定。

在单向阀26的后端串联连接有缓冲器27，在缓冲器27和电磁换向阀之间还串联设置有分流器28，以进一步减小由于电磁换向阀和液压缸32的切换而产生的液压冲击回传。在分流器28之后连接有三位五通电磁换向阀29，三位五通电磁换向阀29再通过上部单向节流阀30和下部单向节流阀37与设置在气门41上的液压缸32的上下腔相连。三位五通电磁换向阀29的左位机能为液压缸32下降以驱动气门41开启，三位五通电磁换向阀29的右位机能为液压缸32上行以驱动气门23关闭。而三位五通电磁换向阀29的中位机能为U型相通，此时液压缸32的上下腔通过三位五通电磁换向阀29在分流器28处相连通，液压缸32的上下腔可同时充满油液，保证了气门41上行和下降时缓冲机理有效。

本实施例中液压缸32为安装于气门41上方且位于电磁阀31的下方，当然其也可以安装于电磁阀31的上方。三位五通电磁换向阀29与电磁阀31一起由控制单元10控制。上部单向节流阀30和下部单向节流阀37的结构相同，其均包括单向阀组件和节流阀组件，单向阀组件用于在三位五通电磁换向阀29处于左位机能时使液压油顺利通过上部单向节流阀30以驱动液压缸32下降，同时又使液压缸32的回程油经过下部单向节流阀37时只能通过节流阀组件，以此来使得液压缸32的动作过程更加平稳，从而可以有效抵消电磁阀31响应动作快而导致的液压缸活塞及气门41的落座冲击。在三位五通电磁换向阀29处于右位机能时情况同样如此。

为进一步减小液压缸32的活塞及气门41的落座冲击，在上部单向节流阀30的两端并联连接有上部第一节流阀33和上部第二节流阀34，在下部单向节流阀37的两端也并联连接有下部第一节流阀36和下部第二节流阀35，各节流阀均连接于液压缸32上，其具体结构如图3所示。为减少落座时间，同时也减小了落座时的冲击力，将上部第二节流阀34、上部第一节流阀33、上部单向节流阀30中的上部节流阀组件301的节流孔的位置采用黄金分割法布置，即三个节流孔间的距离采用黄金分割法依次递减布置，同时三个节流孔的孔径也可采用黄金分割法依次递减布置，下部第二节流阀35、下部第一节流阀36、下部单向节流阀37中的下部节流阀组件371的节流孔也采用同样的黄金分割法设置方式。在液压缸32的运行中，上部第二节流阀34、上部第一节流阀33、上部单向节流阀30中的上部节流阀组件301或下部第二节流阀35、下部第一节流阀36、下部单向节流阀37中的下部节流阀组件371将被液压缸32的活塞依次封堵而关闭，从而可使液压缸32回油的节流阻力增加，使得液压缸32运行速度逐步减低，以减小液压缸32活塞和气门41的落座冲击。

在三位五通电磁换向阀29与油箱20间的回油管路上还设置有冷却机构40，冷却机构40包括包覆在电磁阀31的电磁线圈和三位五通电磁换向阀29的电磁线圈之上的回油管路，以及对回油管路中的液压油进行冷却的冷却元件。冷却元件由控制单元10控制，可根据发动机的工况，以及回程油路中液压油的温度对回程油路中的液压油进行冷却。本实施例中电磁换向阀除了可为上述的三位五通电磁换向阀29之外，其也可为采用三位四通电磁换向阀，此时可去掉分流器28，三位四通电磁换向阀的左、中、右位机能可与三位五通电磁换向阀29的相同。

本实施例中的EGR机构包括连接设置在进气道5末端和排气道6始端间的高压EGR通道，在高压EGR通道上串接有高压EGR冷却器45，而在高压EGR通道内位于高压EGR冷却器45的一侧也设置有对高压EGR通道进行启闭控制的高压EGR阀门46。在高压EGR通道内位于高压EGR冷却器45的两侧也还分别设置有高压EGR前温度传感器47和高压EGR后温度传感器48。而本实施例中的EGR机构还包括连接设置在排气道6的末端，如可位于尾气处理单元8的下游与进气道5的进气道始端之间的低压EGR通道，在低压EGR通道上串接有低压EGR冷却器49，在低压EGR通道内位于低压EGR冷却器49的一侧也设置有低压EGR阀门50，而且在低压EGR通道与进气道5相连接的一侧也设置有低压EGR温度传感器15。上述的各传感器以及高压EGR阀门46和低压EGR阀门50也均电连接于ECU10。

本实施例中的涡轮增压机构包括连接设置在位于低压EGR通道和高压EGR通道之间的进气道5和排气道6上的呈间隔设置的小涡轮增压器51和大涡轮增压器52。其中小涡轮增压器51为设置于靠近气缸1的一侧，在进气道5中位于小涡轮增压器51的设置处还并联设置有一个旁通气道，在该旁通气道内设置有第一阀门53，从而可经由对第一阀门53的启闭控制而使小涡轮增压器51选择是否投入工作。在排气道6中位于小涡轮增压器51和大涡轮增压器52的设置处也分别并联设置有一个旁通气道，在这两个旁通气道内也分别设置有对应于小涡轮增压器51的第二阀门54，以及对应于大涡轮增压器52的第三阀门55。经由对第二阀门54和第三阀门55的启闭控制也可实现对小涡轮增压器51和大涡轮增压器52的工作状态的选择控制。上述的第一阀门53、第二阀门54和第三阀门55也均电连接于ECU10，以实现对它们的实时控制。

实施例二

本实施例涉及一种全可变气门增压柴油机的控制方法，此全可变气门增压柴油机具有上述实施例一中的全可变气门增压柴油机的结构。此全可变气门增压柴油机的控制方法包括如下所述的步骤，其整体过程可如图4至图6中所示。

在发动机启动时，尤其是发动机处于低温启动时，由于汽缸1内温度较低，不利于燃料的压燃燃烧，因此在此时可经由ECU10控制排气门定时提前，进排气门升程降低以形成内部EGR气体，进而提高工质温度，且使第三阀门55开启，第一阀门53和第二阀门54关闭，小涡轮增压器51工作以适应启动时转速较低的情况，提高发动机功率输出，而喷油器4于压缩上止点进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有相间隔的两次相对小量的喷射，预热塞57也工作，发动机为经由节气门11及内部EGR气体调节运行，此时发动机的控制模式即模式一。喷油器4于压缩上止点前的相对小量的喷射可使气缸1内形成主喷射前的预燃烧，从而主喷射就能容易进行点火，主喷射燃料的点火延迟变短，也使得主燃烧变缓，从而可避免或抑制热释放率的突然上升，且通过压缩上止点前的相对小量的喷射也可减少主喷射的燃料喷射量，也有利于抑制黑烟的形成。

在发动机起动暖机后，当发动机处于低负荷区时，此时为便于控制，可根据发动机的不同转速，将发动机的低负荷区再分为两个不同的区间。发动机的ECU10可根据相关检测单元，如检测曲柄连杆机构3中曲轴转速的转速传感器13及各传感器的检测而对发动机的运行状况进行判断，从而可采取合适的运行模式。

发动机处于启动后的低负荷区中其转速较低时，即模式二，ECU10控制排气门升程降低幅度渐小，以减少内部EGR气体，逐步开启低压EGR阀门50，关闭高压EGR阀门46，增加低压EGR气体，并调节冷却液流量以控制EGR气体温度，减少EGR系统内积碳，关闭第一阀门53、第二阀门54和第三阀门55，小涡轮增压器51和大涡轮增压器52均工作，提高发动机功率输出，喷油器4于压缩上止点处进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有一次相对压缩上止点较远的相对大量的喷射和两次相间隔的相对压缩上止点较近的相对小量的喷射。使喷油器4于压缩上止点前具有一次相对较远的且相对大量的喷射，可通过在较早期喷射较多燃料而增加燃料的预混合性，同时也可改进空气的利用率，而通过相对压缩上止点较近的相对小量的喷射可与较早期的相对大量的喷射结合，在主喷射前引起气缸1内的预燃烧，从而使气缸1内处于易于点火的状态，主喷射点火延迟缩短，也使主燃烧变缓，对减小燃烧噪声也是有利的。

发动机处于启动后的低负荷区中其转速较高时，即模式三，ECU10控制进气门为固定定时，排气门定时延后，减少内部EGR气体，逐渐开启高压EGR阀门46，逐渐关闭低压EGR阀门50，打开第一阀门53和第二阀门54，关闭第三阀门55，大涡轮增压器52工作以适应转速较高时的情况，提高发动机功率输出，喷油器4于压缩上止点附近进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有一次相对压缩上止点较远的相对大量的喷射和两次相间隔的相对压缩上止点较近的相对小量的喷射，依次可在易于气缸1内燃烧的同时，降低发动机低负荷高转速时的NOx排放。

随着发动机负荷的进一步增大，当发动机的负荷增大到相对于前述的低负荷区较高的中等负荷区时，此时也根据发动机转速的不同而将其分为较低转速和较高转速两个区间。在发动机处于启动后的中等负荷区，当发动机转速较低时，此时还可根据发动机的具体负荷而再分为两种情况，即负荷较低时和负荷较高时，以充分配合发动机的具体运行工况，进行更具体有效的调控。

若负荷较低，即模式四，则ECU10控制进气门为固定定时，排气门定时延后，以减少内部EGR气体，逐渐开启高压EGR阀门46，逐渐关闭低压EGR阀门50，经由调节EGR气体的量和温度控制缸内燃烧温度，打开第三阀门55，关闭第一阀门53和第二阀门54，小涡轮增压器51工作，提高发动机功率输出，喷油器4于压缩上止点前具有两次相间隔的相对压缩上止点较远的相对大量的喷射，且喷油器4于压缩上止点前也具有一次相对压缩上止点较近的相对小量的喷射。喷油器4均为于压缩上止点前进行喷射，也即为适应低速工况的预混燃烧模式，通过两次相对较远的相对大量的喷射以增加燃料的预混合性，使燃料与空气处于充分混合的状态中，从而在点火前可以产生均一的燃料氛围，这对燃料的消耗及燃烧排放是有利的。

若负荷较高，即模式七，则ECU10控制低压EGR阀门50关闭，高压EGR阀门46开启，经由调节EGR气体量和温度控制气缸1内燃烧温度，小涡轮增压器51继续工作以适应低转速工况，喷油器4于压缩上止点进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前可具有相对小量的喷射，另外喷油器4于压缩上止点后也可具有相对小量的喷射。喷射器4于压缩上止点主喷射以使缸内为扩散燃烧的主燃烧模式，可适应高负荷的需求，而通过喷油器4于压缩上止点前的喷射以提高主喷射时的易燃性，缩短主燃烧点火延迟，而通过喷油器4于压缩上止点后的喷射可抑制经主燃烧的热释放率的峰值后在膨胀期间缸内温度的下降，从而可使气缸1内保持在高温度，这对利用缸外空气促进氧化在燃烧阶段产生的黑烟以降低黑烟排放是有利的。

在发动机处于启动后的中等负荷区，当发动机转速较高时，此时也可根据发动机的具体负荷而再分为两种情况，即负荷较低时和负荷较高时，以充分配合发动机的具体运行工况，进行更具体有效的调控。

若负荷较低，即模式五，则ECU10控制进气门为固定定时，排气门定时延后，以减少内部EGR气体，开启高压EGR阀门46，关闭低压EGR阀门50，通过调节EGR气体温度控制缸内燃烧温度，打开第一阀门53和第二阀门54，关闭第三阀门55，大涡轮增压器52工作以适应较高转速需要，并提高发动机功率输出，喷油器4于压缩上止点前具有两次相间隔的相对压缩上止点较远的相对大量的且时间较长的喷射，且喷油器4于压缩上止点前也具有一次相对压缩上止点较近的相对小量的且时间较长的喷射，使喷油器4喷油时间延长以增加喷入的燃料量，从而可在实现燃料的充分预混合，以有利于发动机预混燃烧进行的情况下，与发动机的负荷工况相适应，并可在EGR气体的配合下降低发动机的NOx排放和NVH。

若负荷较高，即模式六，则ECU10控制排气门定时延后，进排气门升程增加，以增加进气量，减少内部EGR气体，打开第三阀门55，关闭第一阀门53和第二阀门54，小涡轮增压器51工作适应较高负荷的需要，开启高压EGR阀门46，关闭低压EGR阀门50，喷油器4于压缩上止点进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有两次相间隔的相对小量的喷射，此时喷油器4仍可于压缩上止点后具有一次相对小量的喷射。

随着发动机负荷的进一步增大，当发动机的负荷增大到相对于前述的中等负荷区更高的较高负荷区时，此时也根据发动机转速的不同而将其分为较低转速和较高转速两个区间。当发动机转速较低时，即模式十一，ECU10控制排气门为固定定时，无内部EGR气体，高压EGR阀门46和低压EGR阀门50均开启且经由ECU10调节两阀门开启比例，第一阀门53、第二阀门54和第三阀门55均关闭，小涡轮增压器51和大涡轮增压器52均工作，喷油器4于压缩上止点附近进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有一次时间较短的喷射，另外喷油器4于压缩上止点后也可具有一次时间较短的喷射。通过喷油器4于压缩上止点前后的喷射在主喷射前实现预燃烧而提高主燃烧的点火性能，而且也增加了对燃烧过程中产生的黑烟的氧化，提高了发动机功率输出，也降低排放及NVH。

当发动机转速较高时，即模式十，ECU10控制排气门为固定定时，无内部EGR气体，关闭高压EGR阀门46，逐渐关闭低压EGR阀门50，通过调节EGR气体量控制缸内燃烧温度，打开第一阀门53和第二阀门54，关闭第三阀门55，大涡轮增压器52工作以适应高转速需求，提高发动机功率输出，喷油器4于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次相间隔的喷射。通过使喷油器4于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次喷射，可在实现缸内扩散燃烧模式下，降低缸内的爆发压力，以降低NVH，同时通过EGR量的逐步减少也可降低发动机的NOx排放。

随着发动机负荷的进一步增大，当发动机处于启动后的高负荷区时，此时也根据发动机转速的不同而将其分为较低转速、中等转速及较高转速三个区间。当发动机转速较低时，即模式十二，ECU10控制进排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门46，逐渐关闭低压EGR阀门50，打开第三阀门55，关闭第一阀门53和第二阀门54，小涡轮增压器51工作，以获得较高的扭矩输出，喷油器4于于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次相间隔的喷射，且喷油器4于压缩上止点前也具有一次相对小量的喷射。

当发动机转速中等时，即模式十三，ECU10控制进排气门为固定定时，无内部EGR气体，关闭高压EGR阀门46，逐渐关闭低压EGR阀门50，打开第一阀门53和第二阀门54，关闭第三阀门55，大涡轮增压器52工作，以获得较高的扭矩输出，喷油器4于压缩上止点进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前均具有一次相对小量的喷射，另外喷油器4于压缩上止点后也可具有一次相对小量的喷射。而发动机转速较高时，即模式十四，ECU10控制进排气门升程增加，以增加进气量，增大功率和扭矩输出，关闭高压EGR阀门46和低压EGR阀门50，由此使得经过尾气处理单元8的排气温度较高，从而可消除尾气处理单元8内的积碳，第一阀门53、第二阀门54和第三阀门55均关闭，小涡轮增压器51和大涡轮增压器52均工作，喷油器4于压缩上止点附件进行主喷射。

在模式十四中，虽然此工况下的振动及噪声均较大，但由于转速和负荷很高故可以接受，且在运行中还可经由ECU10调节第二阀门54和第三阀门55的开度，以避免喘振的发生。

同时在发动机处于启动后的中等负荷区时，根据发动机的实际运行工况，发动机也可能处于转速低而负荷较高或转速高而负荷较低的极限工况，此时就需要ECU10根据相关检测信号控制全可变气门机构12、涡轮增压机构及EGR机构等采取相应的控制模式，以保证发动机能够正常运转。

若发动机处于中等负荷区且其转速低而负荷较高时，即模式八，ECU10控制排气门定时延后，以减少内部EGR气体，打开第三阀门55，关闭第一阀门53和第二阀门54，小涡轮增压器51工作，以适应较低转速的需求，喷油器4于上止点进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有一次相对压缩上止点较远的相对大量的喷射和一次相对压缩上止点较近的相对小量的喷射，喷油器4于压缩上止点后也具有一次相对小量的喷射。

若发动机处于中等负荷区且其转速高而负荷较低时，即模式九，ECU10控制排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门46，逐渐关闭低压EGR阀门50，打开第一阀门53和第二阀门54，关闭第三阀门55，大涡轮增压器52工作，喷油器4于压缩上止点进行主喷射，且喷油器4于压缩上止点前具有一次相对小量的喷射。

此外，在本实施例中当发动机处于低负荷区时，还可由ECU10控制发动机减少气缸1的工作数量，气缸1工作数量的减少可提高燃料的利用率，从而也可降低有害气体的排放。而在发动机处于怠速状态时，为使发动机的增压比处于正常的范围内，还可经由ECU10控制，当大涡轮增压器52和小涡轮增压器51在两个循环内的扭矩值之差大于35Nm时通过打开第一阀门53降低小涡轮增压器的工作量51，以使得此时发动机的增压比立即减小，以保证发动机的运行性能。

Claims (10)

1.一种全可变气门增压柴油机，包括具有进气道和排气道的气缸，设置在气缸内的喷油器，在进气道上设置有节气门，在进气道和排气道与气缸的连通处分别设置有全可变气门机构，在进气道与排气道之间连接设有使排气道中气体导入进气道内的EGR机构以及在排气道内排气驱动下对进气道中气体进行增压的涡轮增压机构，还包括可控制所述喷油器、全可变气门机构、EGR机构以及涡轮增压机构，以使发动机运转的ECU控制单元，其特征在于：所述的EGR机构包括连接设于进气道末端与排气道始端间的带有高压EGR冷却器的高压EGR通道，在所述高压EGR通道内设置有高压EGR阀门，还包括连接设于排气道末端与进气道始端间的带有低压EGR冷却器的低压EGR通道，在所述低压EGR通道内设置有低压EGR阀门；所述的涡轮增压机构包括连接设于低压EGR通道与高压EGR通道之间的进排气道上的呈间隔布置的可单独或共同工作的大涡轮增压器和小涡轮增压器。

2.根据权利要求1所述的全可变气门增压柴油机，其特征在于：在进气道内于所述小涡轮增压器处并联设有带有第一阀门的旁通气道，在排气道内于所述小涡轮增压器和大涡轮增压器处也分别并联设有带有第二阀门和第三阀门的旁通气道。

3.根据权利要求1所述的全可变气门增压柴油机，其特征在于：在所述进气道的末端设置有预热塞。

4.根据权利要求1所述的全可变气门增压柴油机，其特征在于：在所述进气道上串联设置有进气冷却机构，所述的进气冷却机构包括串联设于进气道上的冷却器以及设于所述冷却器一侧的冷却风扇。

5.一种全可变气门增压柴油机的控制方法，其特征在于所述的全可变气门发动机的控制方法包括如下的步骤：

a、发动机启动时，ECU控制排气门定时提前，进排气门升程降低，小涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射，经由节气门及内部EGR气体调节发动机运行；

b、发动机处于启动后的低负荷区时，

（1）发动机转速较低时，ECU控制排气门升程降低幅度渐小，逐步开启低压EGR阀门，关闭高压EGR阀门，小涡轮增压器和大涡轮增压器均工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

（2）发动机转速较高时，ECU控制进气门为固定定时，排气门定时延后，逐渐开启高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点附近进行主喷射；

c、发动机处于启动后的中等负荷区时，

（1）发动机转速较低时，

若负荷较低，则ECU控制进气门为固定定时，排气门定时延后，逐渐开启高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，小涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点前喷射；

若负荷较高，则ECU控制低压EGR阀门关闭，高压EGR阀门开启，小涡轮增压器继续工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

（2）发动机转速较高时，

若负荷较低，则ECU控制进气门为固定定时，排气门定时延后，开启高压EGR阀门，关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点前喷射；

若负荷较高，则ECU控制排气门定时延后，进排气门升程增加，小涡轮增压器工作，开启高压EGR阀门，关闭低压EGR阀门，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

d、发动机处于启动后的较高负荷区时，

（1）发动机转速较低时，ECU控制排气门为固定定时，高压EGR阀门和低压EGR阀门均开启且经由ECU调节两阀门开启比例，小涡轮增压器和大涡轮增压器均工作，喷油器于压缩上止点附近进行主喷射；

（2）发动机转速较高时，ECU控制排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次相间隔的喷射；

e、发动机处于启动后的高负荷区时，

（1）发动机转速较低时，ECU控制进排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，小涡轮增压器工作，喷油器于于压缩上止点附近及压缩上止点后进行两次相间隔的喷射；

（2）发动机转速中等时，ECU控制进排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门，大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射；

（3）发动机转速较高时，ECU控制进排气门升程增加，关闭高压EGR阀门和低压EGR阀门，小涡轮增压器和大涡轮增压器均工作，喷油器于压缩上止点附近进行主喷射。

6.根据权利要求5所述的全可变气门增压柴油机的控制方法，其特征在于：在发动机处于启动后的中等负荷区时，

若发动机转速低而负荷较高时，ECU控制排气门定时延后，小涡轮增压器工作，喷油器于上止点进行主喷射，喷油器于压缩上止点前喷射；

若发动机转速高而负荷较低时，ECU控制排气门为固定定时，关闭高压EGR阀门，逐渐关闭低压EGR阀门大涡轮增压器工作，喷油器于压缩上止点进行主喷射。

7.根据权利要求5或6中所述的全可变气门增压柴油机的控制方法，其特征在于：喷油器于主喷射前可具有相对主喷射的喷油量较少的至少一次喷射。

8.根据权利要求5或6中所述的全可变气门增压柴油机的控制方法，其特征在于：喷油器于压缩上止点前的喷射包括相对压缩上止点较远的至少一次相对大量的喷射，以及相对压缩上止点较近的至少一次相对小量的喷射。

9.根据权利要求5所述的全可变气门增压柴油机的控制方法，其特征在于：在发动机启动时预热塞工作。

10.根据权利要求7所述的全可变气门增压柴油机的控制方法，其特征在于：在发动机处于怠速状态时，若大涡轮增压器和小涡轮增压器在两个循环内的扭矩值之差大于35Nm时则降低小涡轮增压器的工作量。