CN104213998A - 运行内燃发动机的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及运行内燃发动机的***和方法。提供一种运行内燃发动机的方法。方法包括在多个汽缸内燃烧新鲜空气和燃料的混合物。方法还包括将排气的第一部分引导到涡轮增压器的第一级涡轮和第二级涡轮中以使排气膨胀，将排气的第二部分从排气歧管引导通过绕过第一级涡轮的排气通道，以及使排气的第三部分在与新鲜空气混合之后再循环到进气歧管中。方法包括控制下者中的至少一个：减小在各个发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射来保持恒定发动机功率水平；同时增加再循环期间的排气的第三部分的流率；以及使燃料喷射正时提前，以减小排放水平，所述排放水平满足4级要求。

Description

运行内燃发动机的***和方法
技术领域
本发明的实施例大体涉及运行发动机的***和方法，并且更具体而言，涉及用于控制发动机的排气排放的***和方法。
背景技术
诸如柴油发动机的压缩点火发动机通过在一个或多个活塞-汽缸组件中将燃料(例如，柴油燃料)直接喷射到压缩空气中来运行，使得压缩空气的热点燃燃料-空气混合物。压缩点火发动机还可包括电热塞，以提供热来确保点火。直接燃料喷射将燃料雾化成液滴，液滴蒸发且在活塞-汽缸组件的燃烧室中与压缩空气混合。典型地，与火花点火发动机相比，压缩点火发动机在较高压缩比下运行。压缩比直接影响发动机性能、效率、排气污染物和其它发动机特性。另外，燃料-空气比影响发动机性能、效率、排气污染物和其它发动机特性。排气排放大体包括污染物，诸如碳氧化物(例如，一氧化碳)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、颗粒物质(PM)和未燃烧的烃(HC)。这些污染物的量和相对比例根据下者改变：燃料-空气混合物、压缩比、喷射正时(timing)、环境状况(例如，大气压力、温度等)等。如美国环保局(EPA) 4级机车(40 CFR 1033部分)排放规定的新的严厉的排放要求导致需要使用后处理***来控制排气排放的发动机设计方法。但是，使用后处理***可增加制造发动机的成本和燃料消耗，从而导致高的寿命周期成本。
因此期望有一种***和方法来增强控制排气排放和实现发动机的低比燃料消耗的技术。
发明内容
根据本发明的实施例，提供一种运行内燃发动机的方法。方法包括在多个汽缸内燃烧新鲜空气流和燃料的混合物，其中燃料从燃料喷射***喷射到多个汽缸中。方法还包括将排气的第一部分从排气歧管引导到涡轮增压器的第一级涡轮和第二级涡轮中，以使排气的第一部分膨胀。方法进一步包括将排气的第二部分从排气歧管引导通过绕过第一级涡轮的排气通道。此外，方法包括使排气的第三部分在与新鲜空气流混合之后从排气歧管再循环到进气歧管中。方法包括控制下者中的至少一个：减小各个发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而保持恒定发动机功率水平；同时增加再循环期间的排气的第三部分的流率；以及使燃料喷射正时提前，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足规定要求。
根据本发明的实施例，提供一种燃烧燃料的***。***包括内燃发动机，内燃发动机包括发动机的多个汽缸，用于燃烧新鲜空气和燃料的混合物。***进一步包括涡轮增压器，涡轮增压器包括通过涡轮增压器轴联接到压缩机上的涡轮，其中压缩机构造成接收新鲜空气和将压缩空气流排出到内燃发动机的进气歧管。此外，***包括：第一流径，其允许排气的第一部分从排气歧管进入涡轮中，以使排气的第一部分膨胀；第二流径，其允许排气的第二部分从排气歧管通过绕过第一级涡轮的排气通道；以及第三流径，其使排气的第三部分在与与新鲜空气混合之后从排气歧管再循环到进气歧管中。***还包括控制器, 控制器包括感测多个运行参数的多个传感器，其中控制器构造成：减小各个发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而保持恒定发动机功率水平；增加排气再循环的流率；增加喷射压力；降低压缩比；以及使燃料喷射正时提前，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。
根据本发明的实施例，提供一种控制器。控制器包括感测多个运行参数的多个传感器。控制器还包括控制单元，控制单元构造成改变和优化各个发动机功率设置下的发动机的运行速度、排气再循环、燃料喷射压力和/或持续时间和燃料喷射正时，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。优化各个发动机功率设置下的发动机的运行速度包括响应于发动机的排气的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平两者而同时：减小对应的发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而保持恒定发动机功率水平；增加排气再循环，以及使燃料喷射正时提前。
一种运行内燃发动机的方法，所述方法包括：
在多个汽缸内燃烧新鲜空气流和燃料的混合物，其中所述燃料从燃料喷射***喷射到所述多个汽缸中；
将排气的第一部分从排气歧管引导到涡轮增压器的第一级涡轮和第二级涡轮中，以使所述排气的第一部分膨胀；
使排气的第二部分在与所述新鲜空气流混合之后从所述排气歧管再循环到进气歧管中，以及
控制下者中的至少一个：
　　减小发动机速度，同时在给定发动机功率下以高制动平均有效压力运行所述内燃发动机，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而进一步保持恒定发动机功率水平；
　　同时增加再循环期间的排气的第二部分的流率；以及
　　使燃料喷射正时提前，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。
在一个实施例中，进一步包括增加在给定发动机功率下的喷射压力，同时减小在各个发动机功率设置下的正常发动机速度，以保持恒定发动机功率水平。
在一个实施例中，进一步包括基于不超过多个运行参数的阈值极限而减小在所述给定发动机功率下的正常发动机速度，所述运行参数包括峰值汽缸压力和发动机轴承负载。
在一个实施例中，进一步包括基于相应的发动机功率的至少为阈值的氧-燃料比的空气调节***要求而减小在给定发动机功率下的正常发动机速度。
在一个实施例中，进一步包括通过控制下者中的至少一个来增加用于保持在各个发动机功率设置下的至少为阈值的氧-燃料比的升压压力：绕过所述第一级涡轮的所述排气通道中的可变阀位置、可变几何结构的涡轮增压器、增压压缩机，以及布置成增加所述升压压力的多个压缩机的子***。
在一个实施例中，排气再循环的流率增加大约40%，同时使所述燃料喷射正时提前。
在一个实施例中，进一步包括响应于所述发动机的排气的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平两者而同时减小发动机速度，增加排气再循环，使所述燃料喷射正时提前，增加喷射压力和降低压缩比。
在一个实施例中，进一步包括将各个汽缸中的压缩比从大约17.1降低到大约15.1。
在一个实施例中，进一步包括响应于感测***在排气中检测到的氮氧化物(NOx)的最大排放水平以及通过感测所述进气歧管中的氧-燃料比而推断出的颗粒物质(PM)的最大排放水平而实时减小所述发动机速度。
在一个实施例中，所述排气中的氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)的排放水平满足美国环保局(EPA)4级机车排放水平。
在一个实施例中，进一步包括在所述排气的第二部分进入所述进气歧管之前通过排气再循环冷却器冷却所述排气的第二部分。
在一个实施例中，进一步包括在具有第一级压缩机和第二级压缩机的进气通道中使用一个或多个热交换器冷却所述新鲜空气。
在一个实施例中，根据米勒循环运行所述内燃发动机包括：
使活塞在发动机汽缸中从上死点位置运动向下死点位置；
在进气冲程期间，当所述活塞处于所述发动机汽缸中的大约所述下死点位置时，关闭所述内燃发动机的进气阀；
在排气冲程期间，在关闭所述进气阀之后，在所述活塞处于所述发动机汽缸的大约所述下死点位置时，打开排气阀达预定时段，以通过所述排气阀将预定量的新鲜混合气从所述发动机汽缸排出。
一种***，包括：
内燃发动机，其包括所述发动机的多个汽缸，以燃烧新鲜空气和燃料的混合物；
燃料喷射***，其用于将燃料喷射到所述发动机的多个汽缸中；
涡轮增压器单元，其包括通过涡轮增压器轴联接到压缩机上的涡轮，其中所述压缩机构造成接收所述新鲜空气，以及将压缩空气流排到所述内燃发动机的进气歧管；
第一流径，其用于允许排气的第一部分从排气歧管进入所述涡轮中，以使所述排气的第一部分膨胀；
第二流径，其允许排气的第二部分从所述排气歧管通过绕过第一级涡轮的排气通道；
第三流径，其用于使排气的第三部分在与所述新鲜空气混合之后从所述排气歧管再循环到所述进气歧管中；以及
控制器，其包括用于感测多个运行参数的多个传感器，其中，所述控制器构造成：减小在给定发动机功率下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而保持恒定发动机功率水平；增加排气再循环的流率；增加喷射压力；以及使燃料喷射正时提前，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。
在一个实施例中，进一步包括将各个汽缸中的压缩比从大约17.1降低到大约15.1。
在一个实施例中，进一步包括位于将所述排气的第三部分传送到所述进气歧管中的所述第三流径中的排气再循环冷却器，以及位于具有第一级压缩机和第二级压缩机的进气通道中的一个或多个中间冷却器。
在一个实施例中，所述第三流径包括EGR控制阀，用于控制所述排气的第二部分的流量。
在一个实施例中，所述控制器构造成响应于所述发动机的排气的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平两者而同时增加所述排气再循环(EGR)和使所述燃料喷射正时提前。
在一个实施例中，所述控制器构造成响应于所述发动机的排气的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平两者，同时：基于多个运行参数、相应的发动机功率设置下的至少为阈值的氧-燃料比的空气调节***要求而减小各个发动机功率设置下的正常发动机速度，以及增加排气再循环，以及使燃料喷射正时提前，所述运行参数包括峰值汽缸压力和发动机轴承负载。
一种控制器包括：
用于感测多个运行参数的多个传感器；
控制单元，其构造改变和优化在各个发动机功率设置下的发动机的运行速度、排气再循环、燃料喷射压力或燃料喷射持续时间以及燃料喷射正时，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定，
其中，优化各个发动机功率设置下的发动机的运行速度包括响应于所述发动机的排气的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平两者而同时：减小对应的发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而保持恒定发动机功率水平；增加所述排气再循环；以及使燃料喷射正时提前。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1是根据本发明的实施例的具有涡轮增压器***的***的示意图。
图2显示曲线图，其比较根据本发明的实施例的随着发动机速度而变化的在恒定排气再循环流率下的排气的颗粒物质排放和比较在增加的再循环排气流率下、在恒定速度下、在恒定NOx下的颗粒物质排放。
图3显示曲线图，其比较根据本发明的实施例的在不同的发动机功率下、在恒定NOx下的排气的颗粒物质排放水平。
图4是根据本发明的实施例的运行内燃发动机的方法的流程图。
具体实施方式
当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。运行参数的任何示例不排除公开的实施例的其它参数。
图1是根据本发明的实施例的具有涡轮增压器单元12的***10。涡轮增压的单元12包括两级涡轮增压器和压缩点火发动机，例如，柴油发动机14。在一个实施例中，***10可包括单级涡轮增压器。发动机14包括多个燃烧汽缸。活塞(未显示)可滑动地设置在各个汽缸中且在上死点位置和下死点位置之间往复。应当在本文注意到，汽缸的数量可根据应用而改变。示出的发动机14包括空气进气歧管16和排气歧管18。燃烧汽缸联接到进气歧管16上，并且通过进气歧管16接收压缩空气。马达-发电机单元(未显示)可以机械的方式联接到涡轮增压器单元12上。***10进一步包括燃料喷射***19，以将燃料喷射到发动机14的多个汽缸中。燃料喷射***19包括燃料喷射泵(未显示)，以驱动多个燃料喷射器(未显示)来将燃料喷射到发动机14的多个汽缸中。
涡轮增压器单元12包括第一级压缩机20、第二级压缩机22、第一级涡轮24和第二级涡轮26。进气新鲜空气28可通过过滤器(未显示)抽送到进气通道29中且然后通过第一级压缩机20压缩到更高的压力。空气的温度由于压缩而升高。压缩进气空气28通过中间冷却器30冷却，并且然后通过第二级压缩机22进一步压缩到更高的压力。压缩空气28然后通过后冷却器32冷却且然后供应到进气歧管16以在发动机14内燃烧。压缩空气28流过后冷却器32，使得空气的温度在输送到发动机14的进气歧管16中之前降低。在一个实施例中，中间冷却器30和后冷却器32可为空气-水热交换器，其使用冷却剂来促进从压缩空气移除热。在另一个实施例中，中间冷却器30和后冷却器32可为空气-空气热交换器，其利用环境空气来促进从压缩空气移除热。在又一个实施例中，中间冷却器30和后冷却器32可为混合式冷却器组件，其利用空气-水热交换器和空气-空气热交换器两者。
第一级涡轮24联接到排气歧管18上，以从排气抽取能量来使涡轮增压器轴34旋转，涡轮增压器轴34联接到第二级压缩机22上。第二级涡轮26联接到第一级涡轮24上，以从第一级涡轮24馈送的经膨胀气体抽取能量，以使联接到第一级压缩机20上的涡轮增压器轴36旋转。来自第二级涡轮26的经膨胀气体可排到大气中。
在示出的实施例中，设置绕过第一级涡轮24的排气通道38。对排气通道38提供旁通控制阀40，以控制通过排气通道38的流量。在一些实施例中，来自排气歧管18的所有的排气通过第一级涡轮24而膨胀。在图1显示的实施例中，排气的第一部分在第一流径25中从排气歧管18流入第一级涡轮24中以进行膨胀，并且来自排气歧管18的排气的第二部分馈送通过绕过第一级涡轮24的排气通道38。馈送通过通道38的排气的第二部分通过第二级涡轮26而膨胀。
***10还包括第三流径42，以使排气的第三部分在与压缩空气28混合之后从排气歧管18再循环到进气歧管16中。提供排气再循环(EGR)控制阀44来控制通过第三流径42的压缩空气28的流量。在一些实施例中，来自供体汽缸(未显示)的整个排气通过第三流径42馈送到进气歧管16中。对第三流径42提供EGR冷却器46，以在排气通过进气歧管16馈送到多个燃烧汽缸中之前冷却排气。在图1中显示的一个实施例中，在第三流径42中从排气歧管18流出的排气的第三部分直接再循环到进气歧管16中。在其它实施例中，第三流径42可在任何位置处将排气的第三部分引导到进气通道29中，以使其在进入进气歧管16之前与压缩空气28混合。
涡轮增压式单元10还包括控制单元48。在示出的实施例中，控制单元48为用于涡轮增压器12和发动机14的电子控制单元。在另一个实施例中，控制单元48为可通过使用者来编程的电子逻辑控制单元。
控制单元48构造成通过位于***10中的多个传感器来感测多个运行参数。在一个实施例中，控制单元48接收来自压力传感器的压力信号，提供压力传感器来检测馈送到发动机14的进气空气28的压力。另外，控制单元48接收来自温度传感器的温度信号，提供温度传感器来检测馈送到发动机14的进气空气28的温度。控制单元48还可接收来自氧传感器的氧信号，提供氧传感器来检测馈送到进气歧管16的进气空气28中的氧的量。在一些实施例中，控制单元48还可接收来自另一个氧传感器的另一个氧信号，提供该另一个氧传感器来检测从排气歧管18馈送的排气的氧的量。另外，控制单元48还可接收来自燃料传感器的质量流量信号，提供燃料传感器来检测馈送给发动机14的燃料的质量流量。控制单元48还可接收来自速度传感器的速度信号、来自负载传感器的负载信号、来自喷射正时传感器的燃料喷射正时信号，以及来自质量流量传感器的排气再循环流量信号。
另外，控制单元48控制发动机速度和/或燃料质量流，通过产生正时信号来控制燃料喷射***19中中的燃料喷射器的运行。控制单元48还构造成增加第三流径42中的排气再循环的流率，通过控制EGR阀44和进一步增加喷射压力，以及使燃料喷射正时提前，基于接收自多个传感器的信号，以减小氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。
为了满足排放要求，控制单元48构造成改变排气再循环流率/燃料喷射压力和/或持续时间和燃料喷射正时，同时优化各个发动机功率设置下的发动机14的运行速度。
优化各个发动机功率设置下的发动机速度包括减小对应的发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加发动机扭矩而保持恒定发动机功率水平，使得功率保持在同一水平。在一个实施例中，也可增加喷射压力，以增加每个循环的燃料喷射，以增加发动机扭矩。基于满足多个运行参数的阈值极限而减小各个发动机功率设置下的正常发动机速度，运行参数包括峰值汽缸压力和发动机轴承负载。另外，基于相应的发动机功率下的至少大于阈值的值的氧-燃料比(OFR)的空气调节***要求而减小各个发动机功率设置下的正常发动机速度。氧-燃料比(OFR)限定为氧质量流量的总进气量与燃料质量流量的比。注意到，速度减小量在较低发动机功率设置(下部凹口)下可较高，以减小颗粒物质排放。
在一个实施例中，控制单元48构造成增加升压压力，以使氧-燃料比在各个发动机功率设置下保持高于阈值。为了增加涡轮增压器单元12的升压压力，根据本发明的实施例，控制单元48控制绕过第一级涡轮24的排气通道38中的旁通控制阀40的可变阀位置。在另一个实施例中，控制单元48可构造成控制可变几何结构的涡轮增压器(VGT)，或增压压缩机(supercharger)，或多个压缩机的子***，该多个压缩机布置成增加升压压力且从而保持各个发动机功率下的至少为比阈值的氧-燃料比(OFR)。
而且，优化再循环排气的流率包括增加排气再循环流率以及使燃料喷射正时提前，同时减小发动机14的运行速度，以减小排气发动机14的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平。在非限制性示例中，排气再循环的流率增加大约40%，同时对应地使燃料喷射正时提前。在一个实施例中，发动机14的压缩比降低以减小排放水平，以满足排放规定。
在一个实施例中，控制单元48构造成响应于排气中的氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)的最大排放水平而实时减小发动机速度。氮氧化物(NOx)水平由氮氧化物(NOx)传感器在排气中检测到，或者随运行歧管空气温度、喷射正时等而变化，而根据感测进气歧管16和排气歧管18中的氧-燃料比进行推断来检测颗粒物质(PM)水平。
另外，在一个实施例中，通过根据米勒循环来运行发动机14来减少氮氧化物(NOx)排放，米勒循环包括：使活塞在发动机汽缸中从上死点位置运动向下死点位置；在进气冲程期间在活塞在发动机汽缸中处于大约下死点位置处时关闭内燃发动机的进气阀；以及在排气冲程期间，在关闭进气阀之后，在活塞处于发动机汽缸的大约下死点位置时，打开排气阀达预定时段，以便通过排气阀将预定量的新鲜混合气(charge)从发动机汽缸排出。米勒循环的目标在于减小有效压缩比，同时保持膨胀比。这会降低汽缸中的绝热压缩温度，这使得能够减少氮氧化物(NOx)排放。
图2显示曲线图100，其比较根据本发明的实施例的在恒定排气再循环流率下的和在增加的再循环排气流率下的排气的颗粒物质排放。曲线图100的y-轴以基本PM排放的百分比为单位显示颗粒物质(PM)排放水平。曲线图100的x-轴线以转/分钟(rpm)为单位显示发动机的运行速度。曲线图100显示第一曲线102，第一曲线102描绘在再循环排气的恒定流率下、在发动机的各种速度下、在排气中的颗粒物质(PM)水平，而第二曲线104描绘在发动机的恒定速度下在增加再循环排气的流率时在排气中的颗粒物质(PM)水平。曲线图100清楚地示出当减小发动机速度且同时增加排气再循环时在排气中的颗粒物质(PM)显著减少。
作为非限制性示例，图3显示曲线图200，其比较根据本发明的实施例的在不同的发动机功率设置下的排气的颗粒物质排放水平。曲线图200的y-轴线以基线排放的百分比为单位显示颗粒物质(PM)排放水平。曲线图200的x-轴线以转/分钟(rpm)为单位显示发动机的运行速度。要注意，在图200中，描绘了在使氮氧化物(NOx)排放水平和空气-燃料比保持恒定的同时在部分负载和满负载状况下、在不同的发动机速度下的排气的颗粒物质排放水平。在这个非限制性示例中，优化排气再循环，以最大程度地减少颗粒物质排放。曲线图200显示第一曲线202，第一曲线202描绘在满负载状况下的排气中的颗粒物质(PM)水平。曲线图200显示第二曲线204，第二曲线204描绘在部分负载状况下在排气中的颗粒物质(PM)水平。曲线图200清楚地示出在较低速度下在排气中的颗粒物质(PM)减少。
图4是根据本发明的实施例的运行内燃发动机的方法的流程图300。在步骤302处，方法包括在多个汽缸内燃烧新鲜空气流和燃料的混合物，其中，燃料从燃料喷射***喷射到多个汽缸中。在步骤304处，方法包括将排气的第一部分从排气歧管喷射到涡轮增压器的第一级涡轮和第二级涡轮中，以使排气的第一部分膨胀。进一步在步骤306处，方法进一步包括将排气的第二部分从排气歧管引导通过绕过第一级涡轮的排气通道。此外，在步骤308处，方法包括使排气的第三部分在与新鲜空气流混合之后从排气歧管再循环到进气歧管中。最后在步骤310处，方法包括控制下者中的至少一个：减小各个发动机功率设置下的正常发动机速度，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而保持恒定发动机功率水平；同时增加再循环期间的排气的第三部分的流率；以及使燃料喷射正时提前，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。
要注意，减小各个发动机功率设置下的速度要满足机械限制，包括最大峰值汽缸压力和最大轴承负载。峰值汽缸压力和轴承负载两者随着每个循环的燃料量的增加而增加。另外，减小各个发动机功率设置下的速度要满足各个功率设置的至少为阈值的氧-燃料比(OFR)的空气调节限制，以保持低颗粒物质(PM)排放。在各个发动机功率设置(凹口)下可存在不同的阈值氧-燃料比(OFR)。还要注意到，涡轮增压器单元12(图1中显示)限制了满足氧-燃料比(OFR)约束的能力。如果排气再循环(EGR)水平增加太高，同时使OFR保持高于最低水平，则仅能遇到空气调节***的限制之前减小发动机速度。
方法还包括增加在各个发动机功率设置下的喷射压力和/或持续时间，同时减小正常发动机速度，以保持恒定发动机功率水平。在一个实施例中，方法包括同时减小发动机速度，增加排气再循环，使燃料喷射正时提前，增加喷射压力和降低压缩比，以在发动机的排气中实现期望氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平。有利地，本***和方法涉及控制满足调整要求(IV级)的排气排放，而不使用任何后处理***。
此外，技术人员将认识到不同的实施例中的各种特征的互换能力。类似地，描述的各种方法步骤和特征以及各个这样的方法和特征的其它已知等效方案能由本领域普通技术人员混合和匹配，以根据本公开的原理构造额外的***和技术。当然，要理解，未必可根据任何特定实施例实现上面描述的所有这样的目标或优点。因而，例如，本领域那些技术人员将认识到本文描述的***和技术可实现或执行成使得实现或优化一个优点或一组优点，如本文教导的那样，而不必本文可能教导或建议的其它目标或优点。
虽然本文示出和描述了本发明的仅某些特征，但是本领域那些技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解，所附权利要求意图覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样修改和改变。

Claims (10)

1. 一种运行内燃发动机的方法，所述方法包括：
在多个汽缸内燃烧新鲜空气流和燃料的混合物，其中所述燃料从燃料喷射***喷射到所述多个汽缸中；
将排气的第一部分从排气歧管引导到涡轮增压器的第一级涡轮和第二级涡轮中，以使所述排气的第一部分膨胀；
使排气的第二部分在与所述新鲜空气流混合之后从所述排气歧管再循环到进气歧管中，以及
控制下者中的至少一个：
　　减小发动机速度，同时在给定发动机功率下以高制动平均有效压力运行所述内燃发动机，同时通过增加每个循环的燃料喷射以增加扭矩而进一步保持恒定发动机功率水平；
　　同时增加再循环期间的排气的第二部分的流率；以及
　　使燃料喷射正时提前，以减小氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平，所述排放水平满足排放规定。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括增加在给定发动机功率下的喷射压力，同时减小在各个发动机功率设置下的正常发动机速度，以保持恒定发动机功率水平。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于不超过多个运行参数的阈值极限而减小在所述给定发动机功率下的正常发动机速度，所述运行参数包括峰值汽缸压力和发动机轴承负载。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于相应的发动机功率的至少为阈值的氧-燃料比的空气调节***要求而减小在给定发动机功率下的正常发动机速度。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括通过控制下者中的至少一个来增加用于保持在各个发动机功率设置下的至少为阈值的氧-燃料比的升压压力：绕过所述第一级涡轮的所述排气通道中的可变阀位置、可变几何结构的涡轮增压器、增压压缩机，以及布置成增加所述升压压力的多个压缩机的子***。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，排气再循环的流率增加大约40%，同时使所述燃料喷射正时提前。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于所述发动机的排气的氮氧化物(NOx)排放水平和颗粒物质(PM)排放水平两者而同时减小发动机速度，增加排气再循环，使所述燃料喷射正时提前，增加喷射压力和降低压缩比。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括将各个汽缸中的压缩比从大约17.1降低到大约15.1。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于感测***在排气中检测到的氮氧化物(NOx)的最大排放水平以及通过感测所述进气歧管中的氧-燃料比而推断出的颗粒物质(PM)的最大排放水平而实时减小所述发动机速度。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述排气中的氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)的排放水平满足美国环保局(EPA)4级机车排放水平。
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