CN111188704B - 可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统及方法，包括复合可变增压系统、废气再循环系统、可变有效压缩比系统、燃油喷射系统；复合可变增压系统包括可变两级增压系统、动力涡轮系统、电动增压系统、进气中冷器；可变两级增压系统包括高压级涡轮增压器、低压级涡轮增压器和级间中冷器；动力涡轮系统包括动力涡轮、排气控制阀、高速发电机、排气旁通阀；电动增压系统包括电动压气机、进气控制阀、电动机、电动压气机旁通阀；废气再循环系统包括EGR阀、EGR中冷器、排气背压阀。本发明还提出了控制方法，解决了汽油均质压燃燃烧难以控制的难题。

Description

可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统及方法

技术领域

本发明涉及一种发动机系统及方法，更具体地说，是涉及一种可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统及方法。

背景技术

环境污染、温室效应、能源危机等问题在当今时代日趋得到重视，内燃机在实现低排放的同时，进一步提高其热效率成为当今内燃机技术发展最为重要的方向，高热效率内燃机研发成为热点问题；同时内燃机经过了100多年的发展和完善，要想实现热效率的进一步提高也是充满挑战的问题。

现有技术中斯坦福大学Daw等人设计了一种超高压缩比100的发动机，可创造高初始能量配置，有利于提高燃烧速率，提高热效率，但该装置要求极强的密封和耐高温性能，在实际应用中难以实现，但由此可说明两点：1)提高燃烧速率；2)提高初始能量配置(主要是高压的燃烧边界条件)；是进一步实现热效率提高的关键。均质压燃(HCCI)燃烧是一种可实现最快燃烧速率的燃烧方式，同时其可采用较高的压缩比，也可提高初始能量配置，而且HCCI燃烧还是一种非常清洁的燃烧模式，可以作为实现高热效率低排放发动机的燃烧模式。

对于HCCI燃烧而言，在常用的两种燃料中，汽油相比于柴油具有挥发性好，辛烷值高的特点，采用汽油燃料更有利于使用更高压缩比的发动机，进而提高燃烧边界的初始能量配置，提高热效率。然而，燃烧相位和燃烧速率的控制一直以来都是HCCI燃烧的难点问题，也是影响热效率的关键。提高压缩比必然会带来燃烧边界温度和压力的提高，尤其是温度对于燃烧相位的影响尤为显著。现有技术通常选择的汽油均质压燃发动机压缩比为固定值，且范围为14～17，以避免过早的燃烧相位导致粗暴燃烧或者传热损失过大，热效率恶化。倘若将高压缩比所带来的高温和高压条件分离，即保持高压力条件且避免过高的温度，可在获得高的燃烧边界初始能量配置条件下，还能实现对燃烧相位的优化。因此，本发明提出了采用分开式循环的方法，即通过缸内和缸外两个循环分别进行两次压缩的办法创造出类似于高压缩比条件的高压力的燃烧边界，同时又通过中间冷却机构对温度进行冷却，并通过缸内可变压缩比进行温度调控，进而可实现对HCCI燃烧相位的控制，也可有利于对燃烧速率的控制。

现有技术对于汽油HCCI燃烧系统的开发都是在自然吸气的高压缩比发动机(单一循环)中，或者较低的进气压力条件下。美国圣地亚国家实验室的Dec等人也提出了高进气压力的汽油HCCI模式的方法，实现了较高的热效率及宽广的负荷范围；然而Dec等人对于缸外低压循环(可提供高进气压力)系统如何设计及实现没有进行阐述和说明，只是基于假设给出的大致值。本发明中对低压循环系统及高压循环系统的设计及实施方法有详细的说明。

然而，想要精确地控制燃烧相位和燃烧速率，还需要进一步对燃烧边界热力学参数的控制以及燃烧过程热力学参数的控制。对此，现有技术中最为广泛的采用了EGR与当量比的联合控制，也有技术采用了可变压缩比来实现对燃烧相位和燃烧速率的控制，也有技术采用调节进气压力和当量比来实现对燃烧相位和燃烧速率的控制。但是，综合利用上述技术的系统设计，以及协同控制方法的提出与阐明还尚未所见。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统及方法。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。

本发明可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，包括复合可变增压系统、废气再循环系统、可变有效压缩比系统、燃油喷射系统；

所述复合可变增压系统由可变两级增压系统、动力涡轮系统、电动增压系统、进气中冷器构成；

所述可变两级增压系统包括高压级涡轮增压器、低压级涡轮增压器和级间中冷器；所述高压级涡轮增压器由高压级压气机和高压级涡轮构成，所述低压级涡轮增压器由低压级压气机和低压级涡轮构成，所述高压级涡轮进气口与气缸排气口之间通过排气管路连接，所述高压级涡轮出气口与低压级涡轮进气口之间通过排气管路连接，所述级间中冷器设置于高压级压气机进气口和低压级压气机出气口之间连接的进气管路上；所述进气中冷器设置于高压级压气机出气口和气缸进气口之间连接的进气管路上；

所述动力涡轮系统包括动力涡轮、排气控制阀、高速发电机、排气旁通阀，所述排气控制阀设置于动力涡轮进气口和低压级涡轮出气口之间连接的排气管路上，所述高速发电机与动力涡轮通过联轴器连接，所述排气旁通阀设置于排气控制阀进气口和动力涡轮出气口之间连接的排气旁通支路上；

所述电动增压系统包括电动压气机、进气控制阀、电动机、电动压气机旁通阀，所述电动压气机出气口与低压级压气机进气口连接，所述电动压气机进气口与进气控制阀出气口连接，所述电动压气机与电动机通过联轴器连接，所述电动压气机旁通阀设置于电动压气机出气口和进气控制阀进气口之间连接的进气旁通支路上；

所述废气再循环系统包括EGR阀、EGR中冷器、排气背压阀，所述排气背压阀设置于动力涡轮出气口连接的排气管路上，所述排气背压阀进气口和进气控制阀进气口之间连接有废气再循环回路，所述EGR阀和EGR中冷器设置于废气再循环回路上。

所述高压级涡轮采用可变截面涡轮机构。

所述进气中冷器的进气口和出气口之间连接有旁通管路，该旁通管路上设置有进气中冷旁通阀。

所述电动机和高速发电机均与蓄电池电连接。

所述可变有效压缩比系统设置于气缸与进气道连接处，采用可变气门正时机构实现。

所述燃油喷射系统采用进气歧管汽油电喷系统。

本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

本发明可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统的控制方法，包括以下内容：

1)在任意转速下，随着负荷增加，需通过延迟进气门关闭正时，降低有效压缩比ε_e，以推迟燃烧相位；并通过增加EGR阀开度，增加EGR率，以控制燃烧速率；从而实现燃烧相位和燃烧速率的优化，进而优化热效率和排放；

2)随着负荷的增加，基于步骤1)燃-氧当量比Φ也随之增大，但Φ应控制在一个最佳的范围：0.3≤Φ≤0.7，以优化热效率及排放；当Φ小于0.3时，通过推迟进气门关闭定时，降低有效压缩比ε_e，或者通过调节复合可变增压系统中的高压级涡轮，降低进气压力；当Φ大于0.7时，通过调节复合可变增压系统中的高压级涡轮或者启动电动增压系统，以增大进气压力；或者通过进一步推迟进气门关闭正时，降低ε_e推迟燃烧相位，从而减少EGR率的使用，使氧气量增加；

3)基于步骤1)和步骤2)的控制方法基础上，提高发动机负荷，同时提高进气压力和最高燃烧压力，即高负荷-高增压-高燃烧压力的“三高”措施，是实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统的有效途径。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)基于本发明的系统设计，可良好地实现对汽油均质压燃发动机各个运行工况的燃烧相位及燃烧速率的控制和优化，解决汽油均质压燃中燃烧相位和燃烧速率难以控制这个难题，有利于获得高热效率及低排放。

(2)本发明还提出了一种可获得高热效率的控制方法，明确了汽油均质压燃发动机的控制规律及要点，以及如何实现高热效率的途径。

(3)与现有技术中采用高压缩比单一发动机循环相比，本发明采用了缸内和缸外高低压分开式循环设计，并通过进气中冷器及其旁通支路设计，可实现燃烧边界同样的高压力，但更加灵活可控的温度。

(4)本发明通过低压循环中复合可变涡轮增压系统的设计，，可实现进气温度和压力的可变调节，并通过动力涡轮系统、电动压气机系统的控制、可实现对全工况排气能量的分配及最大化利用，更有利于优化各个工况的热效率。

(5)基于本发明的系统设计和控制方法，汽油均质压燃发动机系统具备实现接近零的NO_x和Soot排放，50％有效热效率的潜力。

附图说明

图1是本发明可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统示意图；

图2是高低压循环设计示意图。

附图标记：1进气中冷器，2进气中冷旁通阀，3级间中冷器，4高压级压气机，5高压级涡轮，6电动压气机旁通阀，7电动机，8电动压气机，9进气控制阀，10排气控制阀，11动力涡轮，12高速发电机，13排气旁通阀，14 EGR阀，15 EGR中冷器，16排气背压阀，17蓄电池，18低压级压气机，19低压级涡轮，20可变气门正时系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，以常规柴油机为基础进行改造，如图1所示，主要包括复合可变增压系统、废气再循环系统(EGR)、可变有效压缩比系统、燃油喷射系统。

所述复合可变增压系统由可变两级增压系统、动力涡轮系统、电动增压系统、进气中冷器1构成，是可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统的低压循环的执行机构。

所述可变两级增压系统包括高压级涡轮增压器、低压级涡轮增压器和级间中冷器3。所述高压级涡轮增压器由高压级压气机4和高压级涡轮5构成，所述高压级涡轮5采用可变几何截面的涡轮。所述低压级涡轮增压器由低压级压气机18和低压级涡轮19构成，所述高压级涡轮5进气口与气缸21排气口之间通过排气管路连接，所述高压级涡轮5出气口与低压级涡轮19进气口之间通过排气管路连接，所述级间中冷器3设置于高压级压气机4进气口和低压级压气机18出气口之间连接的进气管路上。所述进气中冷器1设置于高压级压气机4出气口和气缸21进气口之间连接的进气管路上。所述进气中冷器1的进气口和出气口之间连接有旁通管路，该旁通管路上设置有进气中冷旁通阀2。

进气充量首先经过低压级压气机18压缩后，温度和压力上升，经过级间中冷器3可降低进入下一级压气机的温度，进而可降低后一级压气机的压缩功，再由高压级压气机4压缩后，通过进气中冷器冷1却后进入气缸21内，进气充量在进入气缸21内前采用进气中冷器1，是为了降低进气温度且同时可以增加进气充量。

但是当运行工况为任意转速、平均有效压力≤0.5MPa时，可打开进气中冷旁通阀2，开通旁通支路，绕过进气中冷器1以提供更高的进气温度，因为在该运行工况条件下，燃油较少，气缸21内混合气活性低，需要更高的进气温度促进着火和燃烧。进气中冷器1及其旁通支路，实现了对进气温度的可变调节。

当排气门打开后，燃烧后的废气经过高压级涡轮5膨胀做功焓值降低，通过高速传动轴连接将能量传给高压级压气机4，这里的高压级涡轮5采用可变结构，可采用可变截面涡轮(VGT)机构。废气经过高压级涡轮5后再经过低压级涡轮19再次进行膨胀做功，完成了两级增压系统的全过程。可变截面涡轮(VGT)机构实现了对两级增压系统可变调节，进而可实现对进气压力的可变调节。

在两级涡轮之后，还设计了动力涡轮系统，在排气能量过多的工况，可对残余的能量进行回收。所述动力涡轮系统包括动力涡轮11、排气控制阀10、高速发电机12、排气旁通阀13，所述排气控制阀10设置于动力涡轮11进气口和低压级涡轮19出气口之间连接的排气管路上，所述高速发电机12与动力涡轮11通过联轴器进行连接，所述排气旁通阀13设置于排气控制阀10进气口和动力涡轮11出气口之间连接的排气旁通支路上。所述高速发电机12与蓄电池17电连接。

动力涡轮11带动高速发电机12运转进而发电，发出的电能将储存到蓄电池17中。当运行工况在1300r/min转速以上且负荷范围为平均有效压力8bar～15bar时，动力涡轮11处于工作状态(图1中排气控制阀10打开，排气旁通阀13关闭)；当运行工况1300r/min以下，或者负荷低于平均有效压力8bar以下时，由于排气能量较小(经过两级涡轮增压之后排气中几乎没有可以再利用的能量)，可将排气旁通阀13开启，排气控制阀10关闭，尾气经过排气旁通支路排气，可避免动力涡轮11增大排气背压；当运行工况任意转速负荷高于平均有效压力15bar时，需要调节两级增压尽量保证获得较大的进气压力，以优化燃烧，所以此时经过两级增压之后排气能量中可以利用的能量也几乎没有，此时也需要打开排气旁通阀13，关闭排气控制阀10，使尾气经过排气旁通支路排出，避免增大排气背压。

在可变两级增压系统的压气机之前，设置有电动增压系统，可对进入的充量进行增压，经过电动压气机8增压后的充量继续流入可变两级增压系统进行增压，进而可实现三次增压，以满足汽油均质压燃对足够的充量(混合气)的需求。电动压气机8由电动机7驱动，电动机7与电动压气机8之间采用联轴器连接，所述电动机7与蓄电池17电连接，电动机7的电来源于蓄电池17。所述电动增压系统包括电动压气机8、进气控制阀9、电动机7、电动压气机旁通阀6，所述电动压气机8出气口与低压级压气机18进气口连接，所述电动压气机8进气口与进气控制阀9出气口连接，所述电动压气机旁通阀6设置于电动压气机8出气口和进气控制阀9进气口之间连接的进气旁通支路上。

运行工况在任意转速，负荷为平均有效压力15bar以下时，不需要启动电动压气机8，关闭进气控制阀9，开启电动压气机旁通阀6，此时进气充量不流过电动压气机8，充量可经过进气旁通支路进入两级增压器进行增压，因为此时可变两级增压系统可以提供满足气缸21内燃烧所需要的进气压力，可不需要耗费蓄电池17中的电能。当运行工况在任意转速，平均有效压力在15bar以上时，需要启动电动压气机8进行进气增压，经过电动压气机8增压后的充量再通过可变两级增压系统进行增压，因为上述条件下需要尽量多的充量来抑制粗暴燃烧现象。

所述可变有效压缩比系统设置于气缸21与进气道连接处，最常用的实现方式就是通过可变气门正时机构来实现，将现有技术可变气门正时机构应用在本发明的发动机上，即可实现气缸21内可变有效压缩比的且有效膨胀比保持不变。

所述废气再循环系统包括EGR阀14、EGR中冷器15、排气背压阀16，所述排气背压阀16设置于动力涡轮11出气口连接的排气管路上，所述排气背压阀16进气口和进气控制阀9进气口之间连接有废气再循环回路，所述EGR阀14和EGR中冷器15设置于废气再循环回路上。通过排气背压阀16及EGR阀14的联合调节，可调节进气充量中的废气率，即控制EGR率，再循环的废气经过冷却后进入进气道与新鲜空气混合后进入增压器。本系统中采用低压EGR系统，因为高压EGR系统的EGR率受进排气压差影响较大，在没有运用特殊手段的情况下，可实现的EGR率通常较低，而本系统对燃烧过程优化中需采用较高的EGR率；并且，随着EGR率的增加，高压EGR旁通废气会导致涡轮获得能量减少，影响进气增压，进而影响燃烧过程的优化，而采用低压EGR系统对增压器影响不大。此外，相同流量的EGR废气，由于高压EGR废气直接由涡轮前引入，所需冷却强度大；而低压EGR废气由两级涡轮膨胀之后引入，温度已经较低，所需冷却强度较小。

所述燃油喷射系统采用广泛应用且成本低的进气歧管汽油电喷系统，采用最常用的进气歧管喷油器即可。所述燃油喷射系统由燃油箱、燃油泵、进气歧管燃油喷射器、以及电控系统组成。汽油通过配备的汽油油箱，燃油泵将其引入到汽油喷油器中，并通过电控系统的脉冲信号对燃油喷射量及喷射定时进行控制，在进气门打开前便将燃油喷射到进气管路中，实现预混混合气的制备。

下面对本系统中高低压分开式循环的特点及实施过程进行阐述。

(1)高低压分开式循环

整个系统可以视作由缸内和缸外两个部分组成。缸外工作过程主要由复合可变增压系统执行，其压力相对较低，如图2所示，故称为低压循环过程；缸内工作过程主要由活塞运动及燃烧过程驱动，并可通过EGR率及可变有效压缩比调节，其压力相对较高，如图2所示，故称之为高压循环过程。从整个系统工作来看，压缩过程分别由缸外压气机和缸内活塞进行，膨胀过程分别由缸内活塞和缸外涡轮进行，因此，可视作为高低压分开式循环。高低压分开式循环的设计，可以获得高的燃烧边界的压力，实现燃烧边界高的初始能量配置，同时灵活可控的压缩温度，有利于实现不同工况下对汽油均质压燃燃烧相位及燃烧速率的控制，有利于优化热效率和排放。

(2)低压循环

复合可变增压系统是低压循环的主要执行机构，其特点在于：1)实现膨胀功最大化、压缩功最小化。缸内工质经过推动活塞膨胀后，还可经过两级可变涡轮增压器继续膨胀，并且还可通过动力涡轮进一步膨胀，两级涡轮增压器加上动力涡轮的组合，可实现对排气中的膨胀功最大程度地回收。另外，压气机之间采用级间中冷器，进气前采用中冷器中冷，可最小化压气机及活塞的压缩功；2)可变几何截面涡轮的使用可实时灵活调节进气压力，但通过中冷器有可保持适中的进气温度，进而实现低压循环压力、温度的灵活可控。3)与常规的可变两级涡轮增压系统不同，动力涡轮和电动压气机的加入更有利于在全工况范围内实现对排气能量的回收利用。因为两级涡轮增压器的匹配通常是以一个工况点最优化为原则进行的，通常会导致某些运行工况排气能量不足，某些运行工况排气能量过剩的情况，采用可变两级涡轮增压器虽然可有效拓展最优化匹配工况的范围，但仍然难以兼顾全工况范围内的优化匹配。采用动力涡轮系统、电动压气机系统、蓄电池之后，可将可变两级涡轮增压系统排气能量过剩工况的能量以电能形式储存起来，在排气能量不足以支撑所需要的高进气压力时，通过电动涡轮辅助增压，提高进气压力；实际上增加了这套系统，相当于增加了低压循环的能量调节器，具有储备过剩能量，释放补偿能量的作用，进而促进了全工况下能量的平衡与分配，真正意义上实现了排气能量最大化回收利用。

(3)高压循环

高压循环主要通过活塞运动及燃烧过程改变缸内的压力状态，缸内高压循环的热力学参数(如温度、压力、氧浓度等)对于燃烧过程有直接的影响。废气再循环(EGR)通过引入燃烧后的废气，可改变缸内热力学参数，进而影响燃烧过程；可变有效压缩比机构可通过改变缸内压缩过程的温度、压力等，进而影响燃烧过程。燃烧过程主要可由燃烧相位和燃烧速率来衡量。其设计特点在于：EGR与可变有效压缩比对缸内压缩阶段温度影响上具有协同作用，例如增大EGR率可降低缸内压缩阶段的温度，降低有效压缩比也可降低缸内压缩阶段的温度，即要想实现同样的压缩温度，可有不同的EGR率与有效压缩比的组合；然而，EGR率与有效压缩比在对燃烧速率的影响上却有不同的作用，增大EGR率，降低燃烧速率，降低有效压缩比会提高当量比，进而提高燃烧速率；因此，利用EGR率和有效压缩比在燃烧相位上的协同效应及在燃烧速率上的不同效应，则可以实现对燃烧相位和燃烧速率分别地、灵活地、精准地控制。这对于现有技术中采用固定压缩比、采用EGR率和当量比调控缸内热力学状态参数的发动机而言是难以实现的(即难以实现燃烧相位和燃烧速率的分别地灵活控制)，基于本发明的设计，可以有效解决上述问题。

下面对基于本发明专利所设计的系统而提出的控制方法的实施过程进行阐述

燃-氧当量比(Φ)、EGR率和有效压缩比(ε_e)可控制缸内热力学参数，进而控制燃烧过程，是决定发动机热效率及排放的重要控制参数。基于本发明所设计的发动机系统，可实现对燃-氧当量比(Φ)、EGR率和有效压缩比(ε_e)的灵活调控。在不同的发动机运行工况下，要想实现对热效率及排放的优化，对、Φ、EGR率及ε_e的需求有所不同。本发明提出了，对上述关键参数的控制方法以及获得高热效率的途径。具体包括以下内容：

1)在任意转速下，随着负荷(平均有效压力)增加，需要通过延迟进气门关闭正时，降低有效压缩比ε_e，以推迟燃烧相位；并需要通过增加EGR阀14开度增加EGR率，随着负荷增加进气压力也随之增加(因为排气能量会增加)，但由于ε_e的降低和EGR率的增加，Φ也随之增加。这样控制的原因是对于任意转速，随着负荷的增加，气缸21内混合气活性增加，在粗暴燃烧的限制条件下，需降低ε_e推迟燃烧相位，同时增大EGR率控制燃烧速率，从而可实现燃烧相位和燃烧速率的优化，进而优化热效率和排放。

2)随着负荷的增加，基于步骤1)中的控制方法，Φ也随之增大；但Φ应控制在一个最佳的范围：0.3≤Φ≤0.7，以优化热效率及排放。Φ过高，会使得燃烧速率过快，不得不使用高EGR率来减缓燃烧速率，避免粗暴燃烧，但过高的Φ和EGR率又会减小混合气比热比，不利于热效率提高；当Φ过低时，通常会导致燃烧速率过低，使得未完全燃烧损失较大，使热效率过低。当Φ小于0.3时，通过推迟进气门关闭定时，降低有效压缩比ε_e，或者通过调节复合可变增压系统中的高压级涡轮，降低进气压力，减少进气量；当Φ大于0.7时，可调节复合可变增压系统中的高压级涡轮或者启动电动增压系统，以增大进气压力，增加进气量，氧气量增加，Φ可降低；或者通过进一步推迟进气门关闭正时，降低ε_e推迟燃烧相位，从而减少EGR率的使用，可使氧气量增加，Φ可降低。

3)基于步骤1)和步骤2)的控制方法基础上，要想提高热效率，同时保持低排放，需尽量提高发动机负荷(增大喷油量)，同时提高进气压力(排气能量增加，进气压力随之增加)，以及同时提高最高燃烧压力(通过Φ-EGR-ε_e的协同控制优化燃烧相位和燃烧速率)，即本发明提出高负荷-高增压-高燃烧压力的“三高”措施，是实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统的有效途径。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，其特征在于，包括复合可变增压系统、废气再循环系统、可变有效压缩比系统、燃油喷射系统；整个系统采用高低压分开式循环，低压循环过程由缸外复合可变增压系统执行，高压循环过程由缸内活塞运动驱动，并通过废气再循环系统提供的EGR率及可变有效压缩比调节；

所述复合可变增压系统由可变两级增压系统、动力涡轮系统、电动增压系统、进气中冷器构成；

所述可变两级增压系统包括高压级涡轮增压器、低压级涡轮增压器和级间中冷器；所述高压级涡轮增压器由高压级压气机(4)和高压级涡轮(5)构成，所述低压级涡轮增压器由低压级压气机(18)和低压级涡轮(19)构成，所述高压级涡轮(5)进气口与气缸(21)排气口之间通过排气管路连接，所述高压级涡轮(5)出气口与低压级涡轮(19)进气口之间通过排气管路连接，所述级间中冷器(3)设置于高压级压气机(4)进气口和低压级压气机(18)出气口之间连接的进气管路上；所述进气中冷器(1)设置于高压级压气机(4)出气口和气缸(21)进气口之间连接的进气管路上；

所述动力涡轮系统包括动力涡轮(11)、排气控制阀(10)、高速发电机(12)、排气旁通阀(13)，所述排气控制阀(10)设置于动力涡轮(11)进气口和低压级涡轮(19)出气口之间连接的排气管路上，所述高速发电机(12)与动力涡轮(11)通过联轴器连接，所述排气旁通阀(13)设置于排气控制阀(10)进气口和动力涡轮(11)出气口之间连接的排气旁通支路上；

所述电动增压系统包括电动压气机(8)、进气控制阀(9)、电动机(7)、电动压气机旁通阀(6)，所述电动压气机(8)出气口与低压级压气机(18)进气口连接，所述电动压气机(8)进气口与进气控制阀(9)出气口连接，所述电动压气机(8)与电动机(7)通过联轴器连接，所述电动压气机旁通阀(6)设置于电动压气机(8)出气口和进气控制阀(9)进气口之间连接的进气旁通支路上；

所述废气再循环系统包括EGR阀(14)、EGR中冷器(15)、排气背压阀(16)，所述排气背压阀(16)设置于动力涡轮(11)出气口连接的排气管路上，所述排气背压阀(16)进气口和进气控制阀(9)进气口之间连接有废气再循环回路，所述EGR阀(14)和EGR中冷器(15)设置于废气再循环回路上。

2.根据权利要求1所述的可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，其特征在于，所述高压级涡轮(5)采用可变截面涡轮机构。

3.根据权利要求1所述的可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，其特征在于，所述进气中冷器(1)的进气口和出气口之间连接有旁通管路，该旁通管路上设置有进气中冷旁通阀(2)。

4.根据权利要求1所述的可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，其特征在于，所述电动机(7)和高速发电机(12)均与蓄电池(17)电连接。

5.根据权利要求1所述的可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，其特征在于，所述可变有效压缩比系统设置于气缸(21)与进气道连接处，采用可变气门正时机构实现。

6.根据权利要求1所述的可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统，其特征在于，所述燃油喷射系统采用进气歧管汽油电喷系统。

7.一种上述权利要求1至6中任一项所述的可实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统的控制方法，其特征在于，包括以下内容：

1)在任意转速下，随着负荷增加，通过延迟进气门关闭正时，降低有效压缩比ε_e，以推迟燃烧相位；并通过增加EGR阀开度，增加EGR率，以控制燃烧速率；从而实现燃烧相位和燃烧速率的优化，进而优化热效率和排放；

2)随着负荷的增加，基于步骤1)燃-氧当量比Φ也随之增大，但Φ应控制在一个最佳的范围：0.3≤Φ≤0.7，以优化热效率及排放；当Φ小于0.3时，通过推迟进气门关闭定时，降低有效压缩比ε_e，或者通过调节复合可变增压系统中的高压级涡轮，降低进气压力；当Φ大于0.7时，通过调节复合可变增压系统中的高压级涡轮或者启动电动增压系统，以增大进气压力；或者通过进一步推迟进气门关闭正时，降低ε_e推迟燃烧相位，从而减少EGR率的使用，使氧气量增加；

3)基于步骤1)和步骤2)的控制方法基础上，提高发动机负荷，同时提高进气压力和最高燃烧压力，即高负荷-高增压-高燃烧压力的“三高”措施，是实现高热效率低排放的汽油均质压燃发动机系统的有效途径。

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