[发明专利]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

权利要求书

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。