射而非直接燃料喷射。
[0067] 在另一个实施方式（未示出）中，涡轮增压发动机可使用本发明的EGR和水喷射， 其具有端口燃料和端口水喷射。在另一个实施方式中，使用超级增压器。术语"涡轮增压 器"表示由废气驱动的空气压缩机。术语"超级增压器"表示由与发动机的机械联动件驱动 的空气压缩机。
[0068] 在其他实施方式中，在图4至图9中示出的实施方式可与压缩点火式发动机一起 使用，但其不具有火花点火系统。
[0069] 表1示出了VW1. 9L4气缸涡轮增压的直喷式柴油机的实验结果，其具有19:1的 压缩比，并且外部EGR被修改为在每个气缸中包括水喷射器。在这个试验发动机中，A取决 于发动机负荷而变化，但绝不小于1.1，并且其范围高达大约1.5。EGR和A成反比，使得入 越大，EGR越小。EGR从0%改变到30%。水从0%改变到100%。最高的操作效率（17-21 行）提高了NOx产量。增大水量或EGR量，大幅减少NOx产量对总效率具有最小影响，如在 实验5、11、21以及23中所示。
[0070]
[0071]
[0072] 表1 :四缸柴油机的实验结果
[0073] 在表1中的发动机试验结果示出了 39. 5 %的最大效率，其具有10 %的EGR以及 25 %或50%的水喷射（实验20和21)。
[0074] 在本发明中，雾化水的量、空气燃料混合物以及在任何规定的时间使用的EGR的 量由发动机控制器（ECU)控制。具体而言，例如，发动机控制器接收与加速计的位置、排气 温度、车速、阀门时间和位置、空燃比相关的信号。这些信号由在本领域中众所周知的并且 在电子上向发动机控制器提供的相应传感器生成。信号提供控制参数，以用于调节EGR的 量以及注入EGR通道中的雾化水的量，以获得再循环废气的期望温度。此外，在发动机空转 和巡航的条件下，根据以上信号来调节空气燃料混合物，以优化功率输出并且使节流损失 最小化。
[0075] 在使用本发明的发动机的车辆巡航的情况下，空气燃料混合物最贫。然而，这在燃 烧室中产生了大量热量，如上文所述。因此，通过将更大量的雾化水引入EGR通道中，将EGR 冷却为更低温度。通过这种方式，压缩比可保持较高，并且可优化空燃比。
[0076] 根据上面确定的信号，还控制引入燃烧室内的EGR的量，以优化燃烧室的热质量。 因为热交换器将反应迟滞引入到该系统中，所以本发明的发动机不能通过外部EGR热交换 器来提供精密控制。换言之，在燃烧室内不能实现对在外部热交换器处的再循环的废气的 冷却进行调节，直到热交换器中的废气最终到达燃烧室中，这可能需要几秒钟。
[0077] 在本发明的一个实施方式中，本发明的发动机使用具有直接冷却的内部EGR，这是 因为其提供了EGR容量的最直接且精确的控制以及废气温度的控制。
[0078] 基于由发动机控制器获得的预先储存的或定期生成的表格，来控制注水量以及 EGR量。在一个实施方式中，通过运行注射扫描，实验性地生成这些表格。具体地，发动机保 持恒定的速度和负荷，同时改变注水和EGR的量。以不同的速度和负荷执行注射扫描，使得 在大部分运行条件下，为注水和EGR确定最佳值或一组最佳值。数据被添进试验结果之间， 以产生位于实际的试验点之间的点的全矩阵。因此，在发动机以不同的负荷和速度运行时， ECU能够将优化的注水量和EGR量提供给燃烧室，以便保持期望的操作参数。
[0079] 更具体地，在图10中描述了用于为了内燃室的每个气缸而对水和EGR进行控制的 方法1000。在1010中，E⑶确定当前发动机运转状态，例如，包括发动机RPM、负荷、空气质 量流量。在1015中，例如，根据操作参数（例如，空气质量流和RPM)，确定期望的空气/燃 料混合物。
[0080] 在1020,基于运行参数以及空气/燃料混合物，获得EGR的量。E⑶可凭经验或者 根据储存的查找表获得EGR的量。此外，在1025中，感测废气的温度，并且将该温度报告给ECU。
[0081] 基于空气/燃料混合物、压缩比以及排气温度，来计算必要的冷却量，并且在1030 中，ECU确定合适的注水量。可凭经验计算或者根据ECU可获得的预先储存的查找表来确 定待注入的水量。
[0082] 基于空气/燃料混合物、EGR水平以及注水量的上文确定的值，E⑶控制当前气缸 的燃料喷射器，在1035中，在活塞的上死点（TDC)之前，通过计算的空气/燃料比将空气和 燃料喷射到燃烧室中。此外，控制1040中的水喷射器以及1045中的EGR阀门以在TDC之 前将确定量的雾化水和废气引入燃烧室中。在本发明中，EGR阀门可构成设置在外部EGR通 道上的阀门、在持续时间内保持打开以便允许废气再循环回燃烧室中的排气阀、或者耦接 至EGR通道的进气阀，上文更详细地进行描述。
[0083] 应同时引入雾化水和废气，以便降低由注入的水引起更彻底的混合和冷却，从而 降低在燃烧室中的燃料过早点火的风险。可替换地，在引入空气/燃料混合物之前，可引入 水和废气。
[0084] 在E⑶的相应的查找表中，E⑶可继续监控发动机的性能并且调节水和EGR的值。
[0085] S卩，在一个实施方式中，使用储存在一个或多个注水和EGR表格中的预定信息，发 动机控制器计算控制参数，以影响发动机输出条件，例如，待注入燃烧室中的雾化水和废气 的量。根据在本文中描述的实施方式，这些调节可受到发动机控制器的影响，该发动机控制 器传送消息，以用于控制燃料喷射器的驱动（例如，停留时间）、传送消息来控制注水的时 间和雾化水喷射的量（在TDC之前）、以及控制引入燃烧室中的废气的量（在TDC之前）。
[0086] 在发动机每个周期的基础上，考虑当前感测的条件值，并且响应于当前温度和压 力读数以及其他变量（例如，环境条件，诸如，环境温度），在用于本文中描述的最大效率、 压缩以及冷却的压缩冲程期间，通过发送出用于修改燃料喷射量和时间的控制消息以及相 对于在气缸处的火花点火（进展）的时间来控制注水的量（是端口直喷还是气缸直喷）的 控制消息，发动机控制器协调系统的操作。
[0087] 要理解的是，可根据在现有循环期间的操作（包括一些现有循环的时间平均值）， 在发动机的任何特定的操作周期中，调节发动机操作的监控和控制，以确保以稳定的方式 通过合适的曲轴角进行点火和注水。
[0088] 维持发动机效率并目.减小NOx
[0089] 除了使用上述实施方式中的雾化水，本发明的实施方式被构造成将一定量的水注 入到内燃机的燃烧室中以维持大约95°C到大约200°C之间的发动机温度。该温度表示冷却 剂（即，水箱冷却液）流出发动机的出口温度。
[0090] 在燃烧燃料/空气混合物之前将水引入燃烧室可显著地减少NOx。然而，在以大 约90°C的冷却剂温度操作的传统内燃机中，随着引入的水量的增加，内燃机的效率减小。本 发明通过以在大约95°C至大约200°C、在另一个实施方式中大约100°C至大约200°C、以及 在又一个实施方式中大约l〇〇°C至大约140°C的范围内的冷却剂温度运行内燃机来维持内 燃机的效率同时显著减少了NOx排放的产生。因而，根据本发明，冷却剂温度可以是91°C、 92°C、93°C、94°C、95°C、96°C、97°C、98°C、99°C、100°C、101°C、102°C、103°C、104°C、105°C、 106 °C、107 °C、108 °C、109 °C、110 °C、111 °C、112 °C、113 °C、114 °C、115 °C、116 °C、117 °C、 118 °C、119 °C、120 °C、121 °C、122 °C、123 °C、124 °C、125 °C、126 °C、127 °C、128 °C、129 °C、 130 °C、131 °C、132 °C、133 °C、134 °C、135 °C、136 °C、137 °C、138 °C、139 °C、140 °C、141 °C、 142 °C、143 °C、144 °C、145 °C、146 °C、147 °C、148 °C、149 °C、150 °C、151 °C、152 °C、153 °C、 154 °C、155 °C、156 °C、157 °C、158 °C、159 °C、160 °C、161 °C、162 °C、163 °C、164 °C、165 °C、 166 °C、167 °C、168 °C、169 °C、170 °C、171 °C、172 °C、173 °C、174 °C、175 °C、176 °C、177 °C、 178 °C、179 °C、180 °C、181 °C、182 °C、183 °C、184 °C、185 °C、186 °C、187 °C、188 °C、189 °C、 190°C、191°C、192°C、193°C、194°C、195°C、196°C、197°C、198°C、199°C、200°C。
[0091] 在发动机中使用的润滑剂和密封件的分解温度限制了发动机温度的最大值。例 如，传统的润滑剂允许大约140°C的最高温度，合成润滑剂允许至少200°C的较高的范围。 因此，可以与能够在200°C以上的温度恰当运行的滑润剂、密封件和其他发动机部件结合使 用，从而以200°C以上的发动机温度来实施本发明。
[0092] 例如，在实施方式中，在图5中示出的发动机被内部注水冷却。本实施方