CN113167182A - 升高柴油发动机中的排气温度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在柴油发动机的部分负荷下提供增加的排气温度和降低的排放的方法，其中，所述发动机包括汽缸，所述汽缸具有往复活塞、可变压缩体积(VCR)、至少一个排气阀和至少一个进气阀。进气阀具有可变阀定时(WT)。根据普遍的发动机功率需求，发动机控制系统确定何时打开和关闭所述进气阀，以及所述压缩体积的大小，以实现充分升高的废气温度，从而可以实现正确的废气净化。该方法的特征在于，在膨胀冲程期间的汽缸压力由发动机控制系统借助VCR和VVT功能进行管理，以使在发动机负荷为或低于最大发动机负荷的25％时，所述压力在下止点处或下止点之前达到大气压或低于大气压的水平，从而打开进气阀以允许空气与燃烧气体混合。本发明还涉及相应的装置和包括所述装置的柴油发动机。

Description

升高柴油发动机中的排气温度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在柴油发动机的发动机部分负荷期间提供增加的排气温度和/或降低的排放的方法以及一种执行该方法的装置。
背景技术
众所周知，柴油发动机车辆的排放控制在较低的速度下表现不佳，例如在城市交通中或频繁的起停中。这在使用冷机启动和初次驾驶期间尤其有效。
在2012年10月的瑞典交通总署第11章有关排放控制的出版物中，以下内容以充分和完整的方式描述了背景、技术水平以及当今柴油发动机的问题。
我们引用：
“11.排放控制
废气排放及排放控制
在柴油发动机中燃烧期间，形成了不同类型的废气排放。其中一些的排放水平受法律法规的控制。自从引入法律以来，要求变得越来越严格。受控制的排放是碳氢化合物排放(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和微粒(PM)。在柴油发动机燃烧期间也会排放二氧化碳，但是这种气体是燃烧产物，其生成量取决于燃料中的碳原子数。二氧化碳是一种导致温室效应的气体，如果它是在化石燃料燃烧过程中产生的，则应缴税，即所谓的二氧化碳税。
很久以来，所有与排放有关的发动机发展的基本目标一直是减少发动机的基本排放，即减少在发动机燃烧系统中形成的排放。多年来，通过发展先进的燃烧技术，具有极高压力的喷射系统和顺序喷射以及通过开发涡轮增压系统进行先进的气体交换，这已经非常成功。这与发动机及其部件的电子控制系统日趋完善结合在一起。
然而，在过去的十年中，排放要求变得更加严格，这导致了不同类型的排气后处理系统的发展。这些系统进一步减少了发动机后面的排放。
最困难的问题之一是减少微粒和NOx的排放。NOx是空气中氧气和氮气之间氧化的结果，并随燃烧温度迅速增加。高温燃烧可减少HC、CO和微粒的形成，并有助于降低燃料消耗，但会增加NOx排放量。
减少NOx的方法
多年来，减少重型柴油发动机的NOx排放的要求变得越来越严格。从第一个排放标准(欧洲I 1992)到今天(欧洲VI 2013)，限值已降低了95％。
已经不可能通过改进的燃烧技术来实现这种减少，相反，有必要发展单独的技术解决方案。
废气再循环(EGR)
该方法基于一部分废气被冷却并再循环至发动机的进气口，然后进一步进入汽缸。这些废气减少了NOx的形成，因为一方面降低了氧气的浓度，另一方面由于废气冷却了汽缸中的气体。这导致火焰本身的燃烧温度降低，从而减少了NOx的形成。
该方法是有效的，但是必须根据发动机转速和负荷来控制再循环排气的量。缺点是，微粒的形成经常增加，并且该方法导致微粒过滤器上的负荷更高。该技术在某种程度上增加了发动机的燃油消耗。
SCR–选择性催化还原
SCR是指在发动机后面安装SCR催化剂。装有尿素溶液的罐安装在车辆上。溶液从罐中喷到催化剂前面的排气管中。正确混合后，废气中的氮氧化物会转化为氮气和水。尿素的喷射是电子控制的，并根据发动机负荷和转速而变化。NOx的催化还原意味着催化剂和在催化剂前面添加的还原剂转化为氮(N2)和氧(O2)(水：H2O)。最常见的还原剂是氨(NH3)，通常为尿素形式。尿素
Figure BDA0003099463170000031
储存在车辆上，并结合还原转化为氨。
SCR系统运行的要求是排气温度必须足够高。如果排气温度降至约200℃以下，则SCR系统将不再起作用，并且NOx的还原会停滞。在约300℃时，还原量约为90-95％。另一个要求是废气中必须有足够的氧气。也有一些系统具有空气辅助的尿素喷射，该系统一方面使尿素溶液雾化，从而使喷雾更雾化并更有效地使用。该方法还确保排气中的氧气含量处于合适的水平。
除了减少NOx之外，SCR催化剂还可以减少柴油发动机上的微粒和HC。HC排放量最多可减少80％，微粒最多可减少20-30％。
使SCR系统运行涉及若干技术挑战。几个例子：尿素及其剂量的复杂处理，催化剂需要高温才能有效运行，在过渡条件下控制过量的氨，以及催化剂的大小。周围空气中的氨会引起二次微粒，因此也应使用“氨泄漏催化剂”。SCR会释放更多的细小颗粒，因此通常与微粒过滤器结合使用。
减少CO和HC排放
柴油发动机的CO排放已引起相对较小的问题，因为柴油发动机涉及通过过量空气进行的燃烧。但是，在启动和加热阶段，发动机的HC排放可能很高。在正常运行期间，这些排放通常非常低。
但是，使用氧化催化剂很容易减少CO和HC的排放。这种催化剂需要废气中过量的氧气，而这正是柴油发动机所具有的。在这种氧气的帮助下，CO、HC和HC衍生物被氧化为CO2和水蒸气。缺点是，为了使催化剂有活性，需要一定的排气温度，而在发动机的启动和加热过程中通常不是这种情况。
氧化催化剂对总的NOx排放没有影响，但是会将NO氧化为NO2。当氧化催化剂与微粒过滤器一起使用时(在“这些系统的组合”下面)，这很有用。它通常与EGR技术结合使用以减少碳氢化合物的排放。
减少微粒排放的方法
微粒形成在发动机的燃烧室中，然后通过较小的颗粒聚集形成较大的颗粒和挥发性物质的冷凝而使其在排气管中发生一定的增长。非常小的颗粒通常由碳、未燃烧的燃料、润滑油、金属颗粒和硫化合物组成。它们具有致癌性，并且由于其体积小，在呼吸时会留在肺中，并从肺中渗透到血液中。它们可以远距离运输。因此，对微粒排放的要求已降低到非常低的值。为了减少柴油发动机的微粒排放，发动机设有微粒过滤器。微粒过滤器安装在排气系统中，并在废气离开排气管之前物理地捕获颗粒。
最终，由于过滤器中充满了微粒，因此，随着燃料消耗的增加，流通阻力变得越来越高。然后在所谓的再生期间需要将收集的颗粒从过滤器中除去。基本上有两种方法可以做到这一点。
通过以受控方式升高温度来燃烧和氧化颗粒，以使颗粒中的碳被点燃并燃烧。
第二种方法基于连续再生。这种系统称为连续再生
Figure BDA0003099463170000051
这些过滤器系统由位于微粒过滤器前面的氧化催化剂组成。催化剂的功能是将NO氧化为NO2。结果形成的NO2将碳催化氧化为CO2和N2。催化剂还氧化HC和CO排放物，因此是减少所有排放物的系统。
该系统的缺点是，随着时间的流逝，NO2和微粒流之间必须达到平衡，并且排气温度必须高于约250℃，才能使催化剂具有活性。如果随着时间的推移未满足这些条件，则微粒过滤器可能会被颗粒饱和，从而增加燃料消耗，并且在最坏的情况下可能会被破坏。随着时间的流逝，过滤器中会充满灰烬产品，然后需要更换或清洁过滤器。对于普通卡车(40吨长的运输卡车)，在大约30万公里后可能会需要(取决于用途等)。
在许多应用中，可能难以达到温度要求，例如在频繁停下来、低速和大量空转的配送卡车和垃圾卡车中。然后，需要增加排气温度的主动系统。一种常见的系统是在催化剂之前喷射燃料，然后将其催化燃烧并提高排气温度。然而，可能仍然存在排气温度太低以至于催化剂不能有活性的基本问题。在这些情况下，可以添加燃烧器或系统的电加热装置。
为了符合排放法规，大型制造商已选择使用EGR技术、SCR技术或这些技术的组合。因此，在进行新投资之前，建议您了解该技术的优缺点，并分析它们在您自己的业务中可能具有的重要性。
SCR和EGR技术都有其优点和缺点。
使用SCR技术可将柴油消耗量减少到与尿素喷射量相同的水平(欧洲V约为5％)。假设尿素的价格大大低于柴油的价格，则减少了车辆的总燃料成本。
降低尿素成本的一种方法是拥有自己的仓库，以较低的价格购买大量尿素。
由于再循环废气，与SCR发动机相比，EGR发动机可能需要更频繁地更换发动机润滑油。
EGR技术是已知的并得到证明。它减少了源头即发动机的排放。该技术也得到了不断改进。
SCR是一个积极的后处理系统，需要额外的监督和维护。作为车主，您需要另一种产品来处理车辆的运行，并需要另一套系统来维护。车辆的重量由于添加物而增加，这导致车辆的有效载荷较低。
SCR催化剂需要约300℃的最低运行温度才能有效运行。例如，对于城市交通中具有许多起止点的车辆而言，这可能很难实现。当SCR催化剂不运行时，NOx排放将等同于欧洲I或欧洲II发动机的排放。
由于微粒过滤器从燃料和油中收集灰分，因此使用灰分含量低的燃料来增加过滤器的寿命是有利的。
SCR不能正常工作，并且在发动机加热时不能使用(EGR)，这实际上意味着从启动到发动机达到特定温度之前都不会减少NOx排放。SCR催化剂的发展旨在实现催化剂在较低温度下的运行，并且可能从一开始就直接(几乎)使用EGR。到目前为止，尚未实现这些目标。为了获得最环保的解决方案，应在考虑到运行条件的情况下进行减排系统的选择，但通常缺少考虑因素的依据。”
因此，如上所述，SCR是指将SCR催化剂放置在发动机后面。装有尿素溶液的罐安装在车辆上。将溶液从罐中喷到催化剂前面的排气管中。正确混合后，废气中的氮氧化物会转化为氮气和水。尿素的喷射是电子控制的，并根据发动机负荷和转速而变化。NOx的催化还原意味着催化剂和在催化剂前面添加的还原剂转化为氮(N2)和氧(O2)(水：H2O)。最常见的还原剂是氨(NH3)，通常为尿素形式。尿素
Figure BDA0003099463170000071
储存在车辆上，并结合还原转化为氨。
SCR系统仅在排气温度足够高时运行。如果排气温度降至约200℃以下，则SCR系统将不再起作用，并且NOx的还原会停滞。在约300℃时，还原量约为90-95％。
有人提到，在启动和加热阶段，发动机的HC排放可能很高。在正常运行期间，这些排放通常非常低。
使用氧化催化剂很容易减少CO和HC的排放。缺点是，为了使催化剂有活性，需要一定的排气温度，而在发动机的启动和加热过程中通常不是这种情况。
早先还公开了在发动机的燃烧室中形成颗粒，然后通过较小的颗粒聚集形成较大的颗粒和挥发性物质的冷凝而使它们在排气管中经受一定的增长。非常小的颗粒通常由碳、未燃烧的燃料、润滑油、金属颗粒和硫化合物组成。它们具有致癌性，并且由于其体积小，在呼吸时会留在肺中，并从肺中渗透到血液中。它们可以远距离运输。因此，对微粒排放的要求已降低到非常低的值。
柴油发动机的微粒排放是通过排气系统中的微粒过滤器进行处理的，这意味着在废气离开排气管之前就将颗粒捕获了。
最终，随着燃料消耗的增加，流通阻力变得越来越高。然后需要在所谓的再生期间将颗粒从过滤器中除去。一种方法是通过以受控方式升高温度来燃烧和氧化颗粒，从而点燃并燃烧颗粒中的碳。
因此，排放控制是关于减少NOx、CO、HC和微粒排放。排气温度确定减少是否成功。
当今柴油发动机固有的问题是，与燃料流量相比，它们的空气流量大，这意味着排气温度变得太低，以至于排放控制无法令人满意地运行。
如今，用于车辆的柴油发动机通常根据四冲程原理运行，其中在进气冲程期间，在较高压力的涡轮增压过程中，在大气压力下引入燃烧空气，而没有例如通过节流阀进行控制，这意味着在压缩冲程之前，进气冲程结束时的压力至少为大气压。在压缩冲程结束时，喷射并燃烧了所需负荷所需的燃料量，即所谓的定性燃烧，并且在活塞工作期间燃烧气体在工作冲程中膨胀。在工作冲程期间或结束时，燃烧气体中的压力绝不会低于通常为1巴的大气压以下。发动机负荷越低，排气的温度就越低。
下面的一个示例基于空气温度为0℃(273K)时的大气压为1巴，有效压缩比为16,67，此外，对于本发明的概念没有意义，燃烧在活塞的上止点处以恒定的体积进行，即在今天的柴油发动机正在接近的奥托循环中，并且在柴油发动机中使用VVT和VCR并具有所谓的定量燃烧的可能性时，这是至关重要的。因此，温度和压力等的数字是理论上的，并且不受热损失和摩擦等的影响，并且圆满结束，但是如上所述，对于本发明的概念没有意义。
以下示例的先决条件是，当今的柴油发动机在满负荷时会被供给燃料，从而使压缩空气质量增加2000度。
因此，今天的柴油发动机中有25％的负荷与恒定体积燃烧的公式一致，导致压缩空气质量的温度升高0.25*2000＝500度。在841.2K的温度下压缩压力变为51.4巴，在1341.2K的温度下压缩压力为81.9巴，并且在工作冲程结束时排气中的压力在排气温度435K(即162℃)下变为1.6巴。在此温度下，例如，根据上述瑞典运输管理局，SCR催化剂不再处于活跃状态(温度低于200℃)。在比例示的发动机负荷低的情况下，排气温度当然变得更低。该示例确定了排放控制问题的原因。
通过在部分负荷期间，例如在城市交通中的低速行驶期间或在具有多次启动和停止的交通中，或在冷机启动期间，显著提高装有柴油发动机的车辆的排气温度，可以实现有效的排放控制。
在通过引用并入本文的瑞典专利SE1500404-7中，分别描述了VCR和VVT(这里称为自由可控阀)、可变压缩比和可变阀定时。在排气温度仍然很高的情况下，可以显著降低部分负荷时废气的体积流量。因此，达到了催化剂正常运行所需的排气温度。
发明内容
本发明的主要目的是提供进一步改进的技术，该技术解决了在较低负荷下排放控制不足的问题。通过提供具有专利权利要求中指出的特征的方法和装置来实现该目的。
本发明涉及燃烧技术的发展，较早的发展是不可能的。
本发明是SE1500404-7中描述的解决方案的进一步发展。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在发动机部分负荷下提供高排气温度和/或降低的排放的方法。所述发动机包括至少一个汽缸。所述汽缸具有往复活塞、可变的压缩体积(VCR)、至少一个排气阀和至少一个进气阀。所述进气阀设置有可变阀定时(VVT)。柴油发动机的发动机控制系统可以被配置为基于当前对发动机功率的需求确定进气阀何时打开和关闭，以及将压缩体积调节至何种大小，以使得排气时的废气温度足够高从而实现本发明的排气后处理的清洁功能。本发明的特征在于，发动机控制系统控制VVT和VCR的功能，使得在活塞到达下止点之前或当活塞到达下止点时，工作冲程期间的汽缸压力在等于或小于所述最大发动机负荷的25％的发动机负荷下达到或低于当前大气压，其中，当汽缸压力达到或低于当前大气压时，进气阀打开，以引入空气与燃烧气体混合。由于汽缸中的压力增加，这有助于微粒、CO、HC的氧化，并增加发动机工作。在某种程度上，由于压力的增加，燃烧气体的温度也会增加。
应当理解，提供高排气温度是指与常规柴油发动机相比提供更高的排气温度，即增加的排气温度。达到或低于当前大气压的上述汽缸压力可以例如通过控制VVT和VCR来实现，使得在已经供应了发动机控制系统已确定所需的发动机负荷(根据所谓的早期米勒循环)需要的燃烧空气量时，关闭进气阀，同时通过发动机控制系统调节压缩比以获得最佳效率。排气阀不必一定是可变的。在实施例中，发动机控制系统为本发明的排气后处理技术预期的清洁功能提供在排气时足够高的废气温度的上述布置还可以通过进气阀的所述早期关闭和调节压缩比以达到最佳效率来实现。可替代地，进气阀的迟关闭(在根据所谓的稍后的米勒循环的上止点之后)可以用于相同的目的。
除了上述添加空气的优点外，由于在汽缸内的负压会导致热废气回流到汽缸内，因此在废气的初次排气期间还出现了进行更有效排放控制的机会，这也有助于微粒、CO和HC在再次排气废气之前氧化。
25％的负荷基本上意味着，当完成25％的进气冲程时，燃烧空气的引入就会中断，而当剩余25％的压缩冲程时，有效压缩比16.67就会启动。如上所述，压缩压力在温度841.2K时变为51.4巴，但是燃烧压力在温度2841.2K时增加到173.5巴，而在工作冲程结束时废气中的压力在排气温度530K时变为0.5巴，即257℃，在该温度下SCR催化剂仍处于有活性状态。但是，最有趣的是，当压力超过大气压(此处为1巴)时，在工作冲程中温度将变为多少，因为主要是在此温度下开始排气废气。在1巴下，温度为654K，即381℃，在该温度下SCR催化剂将NOx还原约95％。
在工作冲程期间经过1巴时，剩余40％的工作冲程，并且发动机负荷越低，就剩余工作冲程的更大部分。例如，在10％的负荷下，温度仍变为654K，并且在经过1巴时仍保持75％的工作冲程。
因此，有可能在发动机部分负荷下在燃烧中产生一个压力，该压力低于大气压力，从而允许在废气离开汽缸之前就已经进行了排放控制措施。
与当今的柴油发动机中的流量相比，排气的废气质量流量低，在催化剂中的停留时间更长，从而进一步改善了催化剂的功能，这有助于在一定程度上将形成的NOx还原为氮和氧气。此外，在汽缸和排气系统快速加热之后，可以在冷机启动时直接产生热废气，这是一个实质性的优点，因为催化作用随后在启动后几乎立即开始。
在实施例中，引入的空气由热交换器(Interheatertm)加热。该热交换器例如与废气进行热交换。这改善了所述氧化并有助于增加所产生的混合物中的温度。与没有热交换器的情况相比，温度升高还导致排气温度升高。
在实施例中，空气的引入与排气的开始有关，其中高速的空气流入汽缸并有效地与燃烧气体混合。例如，这可以通过具有可变阀定时(VVT)的进气阀来实现。该进气阀与排气阀同时打开(不一定是可变的)。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在柴油发动机的发动机部分负荷下提供高排气温度和/或降低的排放的装置。该柴油发动机包括至少一个汽缸。该汽缸具有允许可变压缩体积VCR的往复式活塞以及至少一个排气阀和至少一个进气阀。进气阀具有可变阀定时VVT。柴油发动机的发动机控制系统可以被配置为基于当前对发动机功率的需求确定进气阀何时打开和关闭，以及将压缩体积调节至何种大小，以使得排气时的废气温度对于本发明的排气后处理的预期清洁功能而言足够高。发动机控制系统可以被配置为执行根据本发明的第一方面的方法。该装置的特征在于，在工作冲程期间废气中的压力由发动机控制系统使用VVT和VCR的功能进行控制，以使在活塞到达下止点之前，在等于或小于最大发动机的25％的发动机负荷下的压力达到或低于当前大气压。此时进气阀打开，空气被引入。
根据本发明的第三方面，提供了一种柴油发动机。该柴油发动机包括至少一个汽缸和发动机控制系统。该汽缸具有往复运动活塞、可变压缩体积VCR以及至少一个排气阀和至少一个进气阀。进气阀具有可变阀定时VVT。发动机控制系统被配置为使用VVT和VCR功能控制在等于或小于最大发动机负荷的25％的发动机负荷下的汽缸压力，以使汽缸压力在活塞到达下止点之前达到或低于当前大气压，并控制进气阀在汽缸压力达到或低于当前大气压时打开，从而引入空气。柴油发动机的发动机控制系统可以进一步被配置为基于当前对发动机功率的需求确定进气阀何时打开和关闭，以及将压缩体积调节至何种大小，以使得排气时的废气温度对于本发明的排气后处理的预期清洁功能而言足够高。
该方法的上述实施例也可以用作本发明的第二和第三方面的相应实施例。
附图说明
现在将参照示出本发明实施例的附图更详细地描述本发明的上述和其他方面，在附图中
图1示出了图示根据本发明的第一方面的方法的实施例的流程图，以及
图2示意性地示出了根据本发明的第二方面的装置的实施例。
具体实施方式
图1示出了流程图，该流程图示意性地示出了根据本发明的第一方面的方法的实施例，其中该方法包括基于当前对发动机功率的需求确定(1)何时进气阀将要打开和关闭，以及将压缩体积调节至何种大小，以使得排气时的废气温度足够高从而实现本发明排气后处理的预期清洁功能。该方法还包括使用发动机控制系统来控制(2)VVT和VCR的功能，以使得在发动机负荷等于或小于所述最大发动机负荷的25％时，工作冲程期间的汽缸压力在活塞到达下止点之前或当活塞到达下止点时达到或低于当前大气压，其中，当所述汽缸压力达到或低于所述当前大气压时，进气阀打开(4)，以引入空气与燃烧气体混合。在引入空气之前，通过与废气进行热交换对空气进行加热(3)。
图2示出了根据本发明的第二方面的装置的实施例，但是也可以认为是示出了根据本发明的第三方面的柴油发动机的实施例的各部分。
发动机以常规方式设置有汽缸11。连接至活塞杆13的活塞12在汽缸11中来回运动。发动机还包括形成在从动缸15中的汽缸盖中的可变压缩体积14。可变压缩体积14朝着汽缸11向下开口，并设有允许可变压缩体积(VCR)的往复运动的次级活塞16。通过改变次级活塞16的位置，改变了活塞12上方的总体积。次级活塞借助于致动器17可调节。在汽缸盖中布置有至少一个排气阀18和至少一个进气阀19。至少使用致动器20为进气阀提供可变阀定时VVT。在图中，排气阀18以与进气阀相对应的方式示出有致动器，但这不是必需的。常规地使用凸轮轴驱动排气阀也是可能的。适合用作致动器17、20的不同类型的致动器是已知的，因此在此不再详细描述。喷射器23布置成将燃料喷射到可变压缩体积14中。
发动机和装置还包括发动机控制系统21。发动机控制系统21基于当前对发动机功率的需求确定进气阀19何时打开和关闭，以及将压缩体积14调节至何种大小，以使得排气时(即在排气阀18打开时)的废气温度足够高从而提供和维持排气后处理(例如SCR)的预期清洁功能。发动机控制系统21被配置为使用VVT和VCR的功能(即，通过使用致动器17、20控制进气阀的打开和关闭时间以及次级活塞16的位置)来控制汽缸压力在活塞12到达下止点之前在等于或小于最大发动机负荷的25％的发动机负荷下达到或低于当前大气压。发动机控制系统21还被配置为当汽缸压力达到或低于当前大气压时使用致动器20控制进气阀19打开，从而引入空气。
在图中，示出了当活塞12刚好在下止点上方时，即在工作冲程结束时。通过发动机控制系统21的控制，此时汽缸压力低于当前大气压。进气阀18和排气阀19都打开，从而经由进气阀引入空气并且经由排气阀引入热废气(参见图中的箭头)。通过进气阀引入的空气通过使用热交换器22(示意性地示出)与废气进行热交换而被加热。
当活塞12最终开始向上运动(在下止点之后)时，进气阀19关闭，而排气阀18保持打开以排出燃烧气体(在排气冲程期间)。
本发明不限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内进行修改。例如，可变压缩体积和可变阀定时可以以许多不同的方式并且利用许多不同类型的致动器(气动、液压、电动)来实现。发动机控制系统也不必一定配置为完全如上所述。例如，不需要同时打开排气阀和进气阀，但是可以在打开排气阀之前打开和关闭进气阀。

Claims (7)

1.一种用于在柴油机发动机中的发动机部分负荷达到最大发动机负荷的25％或更少的情况下提供增加的排气温度和降低的排放的方法，所述发动机包括至少一个汽缸，所述汽缸具有往复活塞、可变压缩体积VCR以及至少一个排气阀和至少一个进气阀，所述进气阀具有可变阀定时VVT，其中，发动机控制系统根据当前对发动机功率的需求确定(1)所述进气阀何时打开和关闭以及将所述压缩体积调节至何种尺寸，以使得排气时的废气温度足够高，从而实现当前排气后处理的预期清洁功能，其特征在于，所述发动机控制系统使用VVT和VCR的功能，在发动机负荷达到所述最大发动机负荷的25％或更少时，控制(2)在工作冲程期间的汽缸压力在所述活塞到达下止点之前，达到或下降到当前大气压以下，其中，当所述汽缸压力达到或下降到所述当前大气压以下时，所述进气阀打开(4)，以引入空气与燃烧气体混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引入的空气在热交换器中被废气加热(3)。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所述阀被打开(4)以用于在开始排气时引入空气。
4.一种用于在柴油发动机中的发动机部分负荷下提供升高的排气温度和降低的排放的装置，所述发动机包括至少一个汽缸(11)，所述汽缸具有允许可变的压缩体积VCR(14)的往复活塞(12)、至少一个排气阀(18)和至少一个进气阀(19)，所述进气阀设有可变阀定时VVT，其中，所述装置包括发动机控制系统(21)，所述发动机控制系统基于当前对发动机功率的需求确定何时打开和关闭所述进气阀(19)以及将所述压缩量(14)调节至何种尺寸，以使排气时的排气温度足够高从而实现当前排气后处理的预期清洁功能，以及用于执行根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机控制系统(21)被配置为使用用于VVT和VCR的功能在发动机负荷达到最大发动机负荷的25％或更少时控制汽缸压力在所述活塞到达下止点之前达到或下降到当前大气压以下，并在所述汽缸压力达到或下降到所述当前大气压以下时控制所述进气阀(19)打开从而引入空气。
5.根据权利要求4所述的装置，还包括热交换器(22)，所述热交换器(22)布置成当所述汽缸压力达到或下降到所述当前大气压以下时升高经由所述进气阀(19)引入的所述空气的温度。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，所述发动机控制系统(21)构造成控制所述进气阀(19)，使得所述进气阀在汽缸压力达到或下降到所述当前大气压以下并开始排气时打开。
7.一种柴油发动机，包括至少一个汽缸(11)，所述汽缸具有往复活塞(12)、可变压缩量VCR(14)和至少一个排气阀(18)以及至少一个进气阀(19)，所述进气阀设有可变阀定时VVT，以及根据权利要求4-6中任一项所述的装置。
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