本申請要求于2015年5月15日提交的德國專利申請No.102015208957.6以及于2015年6月18日提交的德國專利申請No.102015211228.4的優(yōu)先權(quán)，所述的專利申請中的每個的全部內(nèi)容據(jù)此以引用方式并入，以用于所有目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃發(fā)動機(jī)可被增壓(例如，機(jī)械增壓、渦輪增壓等)，其中，供應(yīng)給發(fā)動機(jī)的汽缸的進(jìn)氣空氣具有比大氣壓力更高的壓力。機(jī)械增壓主要用于增加功率。燃燒過程所需的空氣被壓縮，由此在每個工作循環(huán)，能夠?qū)⒏蟮目諝赓|(zhì)量供應(yīng)給每個汽缸。以此方式，能夠增加燃料質(zhì)量并因此增加平均壓力。

機(jī)械增壓是用于增加內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的功率同時保持不變的掃過容積或用于減小掃過容積同時保持相同功率的合適手段。在任一情況下，機(jī)械增壓導(dǎo)致容積功率輸出的增加和提高的功率-重量比。如果掃過容積減小，因此總的負(fù)荷可以移向較高負(fù)荷，在此燃料消耗率較低。借助與合適的傳動裝置配置結(jié)合的機(jī)械增壓，也可以實現(xiàn)所謂的自動降速，通過所述自動降速同樣也可以實現(xiàn)較低的燃料消耗率。

因此，機(jī)械增壓有助于不斷努力地開發(fā)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以最小化燃料消耗，即提高內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的效率。

對于機(jī)械增壓，在該情況下利用至少一個排氣渦輪增壓器，其中壓縮機(jī)和渦輪布置在相同軸上。熱排氣流被供應(yīng)給渦輪并通過釋放熱量而在渦輪中膨脹，由此，該軸被設(shè)定為旋轉(zhuǎn)。由排氣流供應(yīng)給渦輪并最終供應(yīng)給該軸的能量用于驅(qū)動同樣布置在該軸上的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)輸送并壓縮供應(yīng)給該壓縮機(jī)的增壓空氣，由此獲得汽缸的機(jī)械增壓。增壓空氣冷卻器可設(shè)置在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中，借助于該增壓空氣冷卻器，被壓縮的增壓空氣在進(jìn)入至少一個汽缸之前被冷卻。冷卻器降低溫度并由此增加增壓空氣的密度，使得冷卻器也有助于改進(jìn)的汽缸增壓，即有助于更大的空氣質(zhì)量。通過冷卻發(fā)生壓縮。

排氣渦輪增壓器相對于機(jī)械增壓器的優(yōu)點(diǎn)在于，不存在用于傳輸功率的機(jī)械連接或在增壓器和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)之間不需要機(jī)械連接。在機(jī)械增壓器完全從內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汲取驅(qū)動該機(jī)械增壓器所需的能量并由此降低輸出功率并因此對效率有不利影響時，排氣渦輪增壓器利用熱排氣的排氣能量。

另一方面，在排氣渦輪增壓的情況下，往往遇到困難，特別是即使在低發(fā)動機(jī)速度下生成并提供足夠高的增壓壓力的困難。如果沒有達(dá)到特定發(fā)動機(jī)速度，則觀察到扭矩下降。如果考慮到增壓壓力比取決于渦輪壓力比，則所述扭矩下降是可以理解的。例如，如果發(fā)動機(jī)速度減小，這導(dǎo)致更小的排氣流并因此導(dǎo)致更低的渦輪壓力比。因此，增壓壓力比同樣在較低發(fā)動機(jī)速度的方向上減少，這相當(dāng)于扭矩下降。

在現(xiàn)有技術(shù)中，尋求使用各種措施來改進(jìn)機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的扭矩特性。這例如借助于設(shè)計小的渦輪橫截面并同時提供排氣漏氣設(shè)施來實現(xiàn)。此類渦輪也被稱為廢氣門渦輪。如果排氣流量超過臨界值，則在所謂的排氣漏氣過程內(nèi)排氣流的一部分經(jīng)由旁路管路導(dǎo)引越過渦輪。所述方法在相對高的發(fā)動機(jī)速度或在相對大的排氣流量的情況下具有增壓性能不足的缺點(diǎn)。此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，漏氣排氣被導(dǎo)引越過渦輪而不被進(jìn)一步使用，并且沒有利用熱排氣中的可用能量。

此外，機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的扭矩特性可進(jìn)一步借助于平行布置的多個即至少兩個渦輪增壓器，即借助于平行布置的具有相對小的渦輪橫截面的多個渦輪來改進(jìn)，其中利用增加的排氣流量來連續(xù)啟用渦輪。

扭矩特性也可有利地受多個串聯(lián)連接的排氣渦輪增壓器影響。通過串聯(lián)連接兩個排氣渦輪增壓器，其中，一個排氣渦輪增壓器充當(dāng)高壓級，并且一個排氣渦輪增壓器充當(dāng)?shù)蛪杭?，壓縮機(jī)特性映射圖能夠被有利擴(kuò)展，具體地在較小壓縮機(jī)流的方向以及在較大壓縮機(jī)流的方向上擴(kuò)展。

具體地，利用充當(dāng)高壓級的排氣渦輪增壓器，喘振極限可以轉(zhuǎn)移到較小壓縮機(jī)流的方向，由此即使利用小的壓縮機(jī)流仍能夠獲得高的增壓壓力比，這大大改進(jìn)了在較低的發(fā)動機(jī)速度范圍內(nèi)的扭矩特性。這通過設(shè)計用于小排氣質(zhì)量流的高壓渦輪并提供旁路管路來實現(xiàn)，在排氣質(zhì)量流增加的情況下，增加量的排氣可借助于所述旁路管路被導(dǎo)引越過該高壓渦輪。為此，旁路管路從在高壓渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)分叉并再次通向在低壓渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)。在旁路管路中，布置有用于控制被導(dǎo)引越過高壓渦輪的排氣流的切斷元件。

利用機(jī)械增壓的目標(biāo)配置，也可以適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)在排氣排放方面的優(yōu)點(diǎn)，例如，在柴油發(fā)動機(jī)的情況下，氮氧化物排放減少而在效率上沒有損失，并且/或者有利地影響碳?xì)浠衔锱欧?。不過，為了遵循未來的污染物排放的限值，有必要采取進(jìn)一步的措施。

在這里，焦點(diǎn)在于氮氧化物排放的減少，這特別在柴油發(fā)動機(jī)中有很高的相關(guān)性。由于氮氧化物的形成不僅需要過量的空氣，而且也需要高的溫度，用于降低氮氧化物排放的一種原理在于開發(fā)具有低燃燒溫度的燃燒過程。

在這里，排氣再循環(huán)，即排氣從排氣排放系統(tǒng)到進(jìn)氣系統(tǒng)的再循環(huán)，對實現(xiàn)該目標(biāo)是有利的，其中通過增加的排氣再循率可以相當(dāng)大程度地減少氮氧化物排放。在這里，排氣再循環(huán)率x_EGR被確定為x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_新鮮空氣)，其中，m_EGR表示再循環(huán)排氣的質(zhì)量，以及m_新鮮空氣表示所供應(yīng)的新鮮空氣，該新鮮空氣可能已在壓縮機(jī)中被壓縮。排氣再循環(huán)也適合用于在部分負(fù)荷范圍內(nèi)減少未燃燒碳?xì)浠衔锏呐欧拧?/p>

為獲得碳?xì)溲趸锱欧诺南喈?dāng)大程度的減少，可使用高排氣再循環(huán)率，該排氣再循環(huán)率可以是x_EGR≈60％-80％的數(shù)量級。

為能夠?qū)崿F(xiàn)此類高再循環(huán)率，通過排氣溫度的急劇下降，用于再循環(huán)的排氣被有效冷卻是必不可少的，即此類高再循環(huán)率在不降低排氣溫度的情況下可能無法實現(xiàn)。冷卻器可設(shè)置在用于排氣再循環(huán)的管路中，所述冷卻器降低在熱排氣流中的溫度并因此增加排氣的密度。在增壓空氣與再循環(huán)排氣混合時所得的汽缸的新鮮增壓的溫度同樣以這種方式降低，由此在再循環(huán)管路中的冷卻器有助于利用新鮮混合物提高汽缸的增壓。

不過，本文的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到上述方法的問題。為了能夠冷卻高再循環(huán)率所需的大量排氣以及為了能夠汲取和消散在這里出現(xiàn)的熱量，存在可能需要非常大的容積的冷卻器的情況，所述冷卻器使得致密封裝是不可能的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本文提供的系統(tǒng)和方法至少部分解決上述問題。在一個示例中，系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)包括至少一個汽缸；用于向至少一個汽缸供應(yīng)增壓空氣的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于從至少一個汽缸排放排氣的排氣排放系統(tǒng)；第一排氣渦輪增壓器，其包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的第一渦輪和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的第一壓縮機(jī)；以及排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。該EGR系統(tǒng)包括從排氣排放系統(tǒng)分叉并通向進(jìn)氣系統(tǒng)的管路；第二排氣渦輪增壓器，其包括布置在軸上的管路中的EGR渦輪和布置在所述EGR渦輪的上游的在該軸上的管路中的EGR壓縮機(jī)；以及定位在EGR渦輪和EGR壓縮機(jī)之間的EGR冷卻器。

以此方式，布置在EGR系統(tǒng)中并因此也被稱為EGR渦輪增壓器的第二排氣渦輪增壓器可包括在渦輪的排氣流動路徑上游的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)將排氣壓縮至高壓并隨后使該排氣膨脹，從而降低該排氣的溫度。EGR冷卻器可設(shè)置在壓縮機(jī)和渦輪的中間，從而進(jìn)一步降低排氣溫度。由于排氣具有非常低的溫度，所以可提供高的EGR率，從而降低排放。

應(yīng)當(dāng)理解，所提供的上述發(fā)明內(nèi)容以簡化形式介紹將在具體實施方式中進(jìn)一步描述的本發(fā)明的原理選擇。不過，這不意味著所述發(fā)明內(nèi)容等同于要求保護(hù)的本發(fā)明主題的關(guān)鍵或基本特征的范圍，本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍由附屬的權(quán)利要求唯一限定。而且，所要求保護(hù)的主題不限于解決上述或本公開任何部分中的任何缺點(diǎn)的實施方式。

附圖說明

圖1示意性示出內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的第一實施例。

圖2以示意圖示出在圖1所示的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)裝置的背景下，排氣的壓縮、冷卻和膨脹。

圖3為示出用于操作圖1的發(fā)動機(jī)的方法的流程圖。

圖4示意性示出內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的第二實施例。

圖5為示出用于操作圖4的發(fā)動機(jī)的方法的流程圖。

具體實施方式

在上面的背景技術(shù)章節(jié)中提到的所述類型的自動點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)用作機(jī)動車輛驅(qū)動單元。在本公開的背景下，表述“內(nèi)燃發(fā)動機(jī)”涵蓋自動點(diǎn)火式柴油發(fā)動機(jī)并且也涵蓋混合動力內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)利用具有自動點(diǎn)火的混合燃燒過程，以及涵蓋不僅包括自動點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)而且也包括電機(jī)的混合動力驅(qū)動器，所述電機(jī)可以以驅(qū)動方式連接至內(nèi)燃發(fā)動機(jī)并從自動點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)接收功率，或作為可切換的輔助驅(qū)動器另外輸出功率。在一些示例中，在不脫離本公開的范圍的情況下，可使用火花點(diǎn)火式燃燒發(fā)動機(jī)。

本公開涉及的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。

概括地說，關(guān)于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣渦輪增壓，可以認(rèn)為扭矩特性的改進(jìn)是顯著的，特別是在低發(fā)動機(jī)速度下或存在小排氣流量的情況下，為此可能與排氣渦輪增壓器組合使用機(jī)械渦輪增壓器可以是有利的。

與排氣渦輪增壓器相關(guān)的機(jī)械增壓器的優(yōu)點(diǎn)在于，一般來說，機(jī)械增壓器可以獨(dú)立于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的當(dāng)前操作狀態(tài)，特別是也在曲軸的低旋轉(zhuǎn)速度下生成所要求的增壓壓力并使該增壓壓力可用。這特別適用于可以另選地借助于電機(jī)驅(qū)動的機(jī)械增壓器。電動輔助驅(qū)動器在低發(fā)動機(jī)速度下或存在小排氣流量的情況下也可用于幫助排氣渦輪增壓器。

本公開涉及的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為排氣渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。

本公開涉及的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)此外配備有至少一個包括管路的排氣再循環(huán)裝置，該管路從排氣排放系統(tǒng)分叉并通向進(jìn)氣系統(tǒng)以用于排氣的再循環(huán)。

根據(jù)本文所公開的實施例，自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括允許高再循環(huán)率的排氣再循環(huán)裝置。該自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括至少一個汽缸；用于向至少一個汽缸供應(yīng)增壓空氣的進(jìn)氣系統(tǒng)；用于從至少一個汽缸排放排氣的排氣排放系統(tǒng)；至少一個排氣渦輪增壓器，其包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)；以及至少一個排氣再循環(huán)裝置，其包括從排氣排放系統(tǒng)分叉并通向進(jìn)氣系統(tǒng)的管路。在用于排氣再循環(huán)的管路中，設(shè)有排氣渦輪增壓器，其包括布置在軸上的管路中的EGR渦輪以及包括布置在所述EGR渦輪上游的在該軸上的管路中的EGR壓縮機(jī)，以及設(shè)置在EGR渦輪和EGR壓縮機(jī)之間的EGR冷卻器。

在排氣再循環(huán)的過程中，用于再循環(huán)的排氣被冷卻，其中，根據(jù)本公開，在用于排氣再循環(huán)的管路中，設(shè)有用于在冷卻過程之前壓縮排氣的壓縮機(jī)。此外，在冷卻器的下游，布置有其中被冷卻的排氣可以膨脹的渦輪，由此排氣溫度再次顯著降低。

根據(jù)本公開，壓縮機(jī)和渦輪經(jīng)組合以形成排氣渦輪增壓器并布置在增壓器的相同軸上，使得在下文中也被稱為EGR渦輪的渦輪至少共同驅(qū)動在下文中也被稱為EGR壓縮機(jī)的壓縮機(jī)。可能存在由EGR渦輪提供的功率不足以驅(qū)動EGR壓縮機(jī)的情況，可提供輔助驅(qū)動器，在指示時，該輔助驅(qū)動器被啟用并填充功率缺口以用于驅(qū)動EGR壓縮機(jī)。

可能存在的功率缺口可以通過合適引導(dǎo)用于排氣再循環(huán)的管路來降低或最小化。如果借助于高壓EGR從在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)汲取排氣，則在EGR壓縮機(jī)入口處的排氣壓力是相對高的，由此降低壓縮機(jī)壓力比同時保持相同的出口壓力，并且可以降低所賦予的壓縮機(jī)功率。

接著，如果存在用于排氣再循環(huán)的管路通向在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)的情況，實現(xiàn)在EGR渦輪處的高渦輪壓力比，該高渦輪壓力比高于壓縮機(jī)壓力比。接著，高水平的驅(qū)動功率可供EGR壓縮機(jī)使用。可能存在關(guān)于驅(qū)動EGR壓縮機(jī)的功率缺口，該功率缺口頂多是小的。

用于再循環(huán)的排氣在冷卻過程產(chǎn)生多個有利效果之前被壓縮。首先，可以提供相對小容積的冷卻器，該冷卻器允許排氣再循環(huán)裝置的致密封裝并且因此允許驅(qū)動單元作為整體的致密封裝。其次，在冷卻過程之后該壓縮首先允許膨脹，在所述膨脹期間，該排氣再一次被顯著冷卻。

根據(jù)本公開，用于再循環(huán)的排氣的冷卻引起比沒有壓縮和膨脹的常規(guī)冷卻低得多的排氣溫度，因此，根據(jù)本公開的方法確?；蛟试S實現(xiàn)非常高的排氣再循環(huán)率。

因此，根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其就排氣再循環(huán)裝置的方面加以改進(jìn)，并借助于該排氣再循環(huán)裝置，特別是可以實現(xiàn)高再循環(huán)率。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于調(diào)節(jié)再循環(huán)排氣流量的閥被布置在至少一個排氣再循環(huán)裝置的再循環(huán)管路中。在這里，提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，閥被布置在EGR渦輪下游或EGR壓縮機(jī)上游的管路中。

在利用排氣渦輪增壓和排氣再循環(huán)操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)時，如果用于再循環(huán)的排氣借助于高壓EGR從在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)被汲取并且可不再用于驅(qū)動渦輪，則會出現(xiàn)沖突。

如果排氣借助于高壓EGR再循環(huán)，則供應(yīng)給渦輪的排氣流同時減少。通過渦輪的更小排氣流產(chǎn)生更小的渦輪壓力比。隨著渦輪壓力比減小，增壓壓力比同樣減小，這相當(dāng)于更小的增壓空氣流或更低的增壓壓力。除了減小增壓壓力之外，在壓縮機(jī)的操作中另外會出現(xiàn)關(guān)于壓縮機(jī)的喘振極限的問題。

為此，可提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于排氣再循環(huán)的管路從在至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪下游的排氣排放系統(tǒng)分叉。作為高壓EGR裝置的替代或除了高壓EGR裝置以外，還可提供所述類型的低壓EGR裝置。

在此背景下，可提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于排氣再循環(huán)的管路通向在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)。接著，在排氣排放系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)之間用于輸送再循環(huán)的排氣所需的壓力梯度通常會比通向在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)的用于排氣再循環(huán)的管路更容易實現(xiàn)。

與排氣從在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)被汲取并被引入通常在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)的高壓EGR裝置相比，在低壓EGR裝置的情況下，已流過渦輪的排氣被再循環(huán)至入口側(cè)。在這里，在低壓EGR裝置中排氣可被導(dǎo)引通過壓縮機(jī)并不是不利的，因為一般來說，所使用的是已經(jīng)受排氣后處理，特別是在渦輪下游的顆粒過濾器中經(jīng)受排氣后處理的排氣。因此，沒有壓縮機(jī)中的沉積物的風(fēng)險，所述沉積物改變壓縮機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)，特別是流動橫截面，并由此損害壓縮機(jī)的效率。

盡管如此，在本公開的背景下，提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，具體地，在該實施例中，借助于高壓EGR從在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)汲取排氣，即用于排氣再循環(huán)的管路從在至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)分叉的實施例。

可以看出，這樣做的原因在于，如果從在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)汲取排氣，則EGR壓縮機(jī)的入口處的壓力較高并且從該相當(dāng)高的壓力水平開始對用于再循環(huán)的排氣執(zhí)行壓縮。接著，在壓縮的背景下，可以用相同的壓縮機(jī)功的量將排氣壓縮至較高的壓力，或減少所需的壓縮機(jī)功率，即待賦予的壓縮機(jī)功率?？紤]EGR渦輪驅(qū)動EGR壓縮機(jī)的事實并且可以存在由EGR渦輪提供的功率不足以驅(qū)動EGR壓縮機(jī)的情況，即用于EGR壓縮機(jī)的驅(qū)動功率可使用輔助驅(qū)動器增加或補(bǔ)充，這兩種變型已被證明是有利的，因為在所討論的實施例的情況下，可必須由輔助驅(qū)動器提供的驅(qū)動功率可減小或最小化。這被證明是有利的，特別是在使用電動輔助驅(qū)動器的情況下，因為位于機(jī)動車輛上的可用電能是有限的。排氣借助于EGR壓縮機(jī)被壓縮到的壓力，即在EGR壓縮機(jī)出口的壓力大致對應(yīng)于進(jìn)入EGR渦輪的入口壓力，從上述情況開始，被壓縮的排氣在EGR渦輪中膨脹。因此，在EGR渦輪處的渦輪壓力比同樣隨著較高的壓縮機(jī)壓力比而增加。如果EGR壓縮機(jī)將排氣壓縮至更高壓力，則待賦予壓縮機(jī)功增加，但同時由EGR渦輪所提供的可用驅(qū)動功率也增加。

出于上述原因，也提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于排氣再循環(huán)的管路通向在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)。該實施例確保在EGR渦輪處的高渦輪壓力比，并因此確保用于EGR壓縮機(jī)的可用驅(qū)動功率的增加。渦輪壓力比高于壓縮機(jī)壓力比。關(guān)于輔助驅(qū)動器的使用以及可能必須在EGR壓縮機(jī)的驅(qū)動功率中填充的功率缺口，所討論的實施例適合減小或最小化所述功率缺口。

盡管如此，在該背景下，也可提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于排氣再循環(huán)的管路通向在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)。接著，再循環(huán)排氣未被導(dǎo)引通過排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)?？梢允∪τ糜谠傺h(huán)的排氣的排氣后處理，這諸如在排氣被導(dǎo)引通過壓縮機(jī)的情況下是必要的。在EGR渦輪處的渦輪壓力比低于在先前實施例中的渦輪壓力比，并且對應(yīng)于在EGR壓縮機(jī)處的壓縮機(jī)壓力比。

在這里，提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于排氣再循環(huán)的管路通向在增壓空氣冷卻器下游的進(jìn)氣系統(tǒng)。以此方式，排氣流未被導(dǎo)引通過增壓空氣冷卻器，并因此，所述冷卻器不會被污染物的沉積物，具體地為包含在排氣流中的煤煙顆粒和油弄臟。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中的增壓空氣冷卻器。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，如果排氣被導(dǎo)引通過至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)，至少一個排氣后處理系統(tǒng)被布置在EGR渦輪下游的用于排氣再循環(huán)的管路中。

出于上述的原因，提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，設(shè)置在用于排氣再循環(huán)的管路中的排氣渦輪增壓器配備有輔助驅(qū)動器，在指示時，該輔助驅(qū)動器可被啟用以用于幫助目的。

如果由EGR渦輪提供的功率不足以驅(qū)動EGR壓縮機(jī)，則指示幫助，并且經(jīng)提供用于EGR壓縮機(jī)的驅(qū)動功率可使用輔助驅(qū)動器來增加。

在這里，具體地提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供電動輔助驅(qū)動器，優(yōu)選地為包括定子和轉(zhuǎn)子的電動輔助驅(qū)動器，其中該電動輔助驅(qū)動器的轉(zhuǎn)子被布置在排氣渦輪增壓器的軸上。

呈電動馬達(dá)的形式的電動輔助驅(qū)動器包括定子和轉(zhuǎn)子。因此，電動馬達(dá)，即電動驅(qū)動器可以形成具有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和定子，所述定子相對于外殼固定地布置，即例如固定地布置在排氣渦輪增壓器的外殼中，優(yōu)選由磁性材料制成的所述定子圍繞轉(zhuǎn)子周向延伸，該轉(zhuǎn)子以輪的方式形成。當(dāng)定子(優(yōu)選地為線圈)被激勵時，生成使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁力。

因此，提供定子包括用于生成磁場的可激勵線圈的實施例，并且也提供轉(zhuǎn)子包括用于生成磁場的至少一個永磁體的實施例。

基本上，轉(zhuǎn)子包括用于生成磁場的可激勵線圈的實施例也是有利的。與先前的轉(zhuǎn)子包括至少一個永磁體的實施例相比，用于生成磁場的可激勵線圈需要向轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)線圈周期性地供電，這使電流反向并且因此使電刷成為必需。這種類型的電動馬達(dá)更復(fù)雜并具有較大的空間要求，為此該電動馬達(dá)相當(dāng)不適合于當(dāng)前小結(jié)構(gòu)空間的使用，但盡管如此基本上仍是一種選擇。

也可提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，定子包括用于生成磁場的至少一個磁體。然而，轉(zhuǎn)子包括用于生成磁場的可激勵線圈是必要的。

然而，也可提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供機(jī)械輔助驅(qū)動器。

在這里，提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，機(jī)械輔助驅(qū)動器為牽引機(jī)構(gòu)驅(qū)動器，除了牽引機(jī)構(gòu)以外，該牽引機(jī)構(gòu)驅(qū)動器包括布置在曲軸上的第一驅(qū)動輪，以及布置在排氣渦輪增壓器的軸上的至少一個另外的第二從動輪，該牽引機(jī)構(gòu)圍繞第一驅(qū)動輪并圍繞至少一個另外的第二從動輪引導(dǎo)。該牽引機(jī)構(gòu)可為皮帶或鏈條。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，設(shè)置在用于排氣再循環(huán)的管路中的排氣渦輪增壓器，以及設(shè)置在用于排氣再循環(huán)的管路中的EGR冷卻器形成結(jié)構(gòu)單元，即至少局部一體化形成，并具有例如公用外殼。這允許內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的致密封裝，并且也簡化內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的組裝。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供用于繞過被布置在用于排氣再循環(huán)的管路中的排氣渦輪增壓器的旁路管路。在一些情況下，未冷卻排氣的再循環(huán)是優(yōu)選的，例如在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的冷起動之后。如果用于再循環(huán)的排氣未被冷卻或不需要被冷卻，也是排氣沒有必要借助于EGR壓縮機(jī)壓縮并且在EGR渦輪中的膨脹可以被省略的情況。

在此背景下，因此也提供自動點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，旁路管路從在EGR壓縮機(jī)上游的排氣排放系統(tǒng)分叉并通向在EGR渦輪下游的排氣排放系統(tǒng)。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，只提供一個排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)。

單排氣渦輪增壓器的渦輪的緊密耦接布置是可能的，并因此可最佳利用熱排氣的排氣焓，所述熱排氣的排氣焓顯著由排氣壓力和排氣溫度確定，并且可以確保渦輪增壓器快速響應(yīng)性能。緊密耦接的布置縮短熱排氣至渦輪的路徑，并且在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)的容積也減小。排氣排放系統(tǒng)的熱惰性同樣減少，這具體地是由于通向渦輪的排氣排放系統(tǒng)的部分的質(zhì)量和長度的減少所致。

就內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的摩擦損耗和總效率而論，使用單排氣渦輪增壓器來代替多個渦輪增壓器更為有利。此外，不需要在多個排氣渦輪增壓器之間轉(zhuǎn)換，或者不需要啟用或停用排氣渦輪增壓器。這就扭矩特性而言也被證明是有利的并且具體地防止臨時的扭矩下降。單排氣渦輪增壓器的渦輪的緊密耦接布置允許驅(qū)動單元作為整體的致密封裝。

在使用多個排氣渦輪增壓器，例如兩級機(jī)械增壓時，所有渦輪的緊密耦接布置引起背離原則的問題。

盡管如此，也可提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供至少兩個排氣渦輪增壓器，其中，每個排氣渦輪增壓器包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)。已經(jīng)解釋使用多個排氣渦輪增壓器所產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。這里參考相關(guān)的陳述。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪具有旁路管路。接著，在排氣漏氣期間，排氣可以被導(dǎo)引越過渦輪，由此該渦輪可以針對相對低或中等的排氣流量設(shè)計。以此方式，顯著改進(jìn)扭矩特性，特別是在低發(fā)動機(jī)速度下或存在相對低的排氣流量的情況下。在這種情況下，如果排氣在發(fā)動機(jī)特性映射圖的廣泛區(qū)域中以并非微小的流量再循環(huán)，則渦輪針對相對小或中等排氣流量來設(shè)定尺寸是有利的。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪具有可變的渦輪幾何結(jié)構(gòu)。

可變的渦輪幾何結(jié)構(gòu)允許通過調(diào)節(jié)渦輪的幾何結(jié)構(gòu)或有效的渦輪橫截面來廣泛適應(yīng)相應(yīng)的操作點(diǎn)。在這里，用于影響流動方向的導(dǎo)向葉片被布置在渦輪的至少一個葉輪的上游。與旋轉(zhuǎn)葉輪的葉輪葉片相比，導(dǎo)向葉片并不隨著渦輪的軸旋轉(zhuǎn)，即不隨著葉輪旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)向葉片經(jīng)布置以便為靜止的，但并不是完全不能移動的，而是圍繞它們的軸線是可旋轉(zhuǎn)的，使得接近葉輪葉片的流可以被影響。

相比之下，如果渦輪具有固定的不變的幾何結(jié)構(gòu)，則導(dǎo)向葉片不僅是靜止的而且也完全不能移動，即如果提供導(dǎo)向裝置，則完全是剛性固定的。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，屬于至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪的壓縮機(jī)具有可變的壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)。

可變的壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)特別是在小排氣流量被導(dǎo)引通過渦輪的情況下已被證明是有利的，因為通過調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片，在壓縮機(jī)特性映射圖中的壓縮機(jī)的喘振極限可轉(zhuǎn)移到小壓縮機(jī)流的方向，并因此防止壓縮機(jī)超出喘振極限來操作。因此，如果高的排氣流量被再循環(huán)以便實現(xiàn)高再循環(huán)率，可變的壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)因此也提供優(yōu)點(diǎn)。如果至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪具有可變的渦輪幾何結(jié)構(gòu)，則可變的壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)可以連續(xù)適應(yīng)渦輪幾何結(jié)構(gòu)。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，在該實施例中，提供用于儲存電能的電池。需要電能以用于向可被提供的電動輔助驅(qū)動器提供電力并且用于驅(qū)動所述電動輔助驅(qū)動器。

提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)為徑向壓縮機(jī)，并且至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪為徑向渦輪。這允許排氣渦輪增壓器的致密封裝并因此允許機(jī)械增壓布置作為整體的致密封裝。

下面所述的圖1和圖4示出具有各個部件的相對定位的示例配置。在至少一個示例中，如果所示的元件彼此直接接觸或直接耦接，那么此類元件可被分別稱為直接接觸或直接耦接。類似地，在至少一個示例中，示為彼此鄰接或相鄰的元件可分別為彼此鄰接或相鄰的。例如，置放成彼此共面接觸的部件可被稱為共面接觸。又如，在至少一個示例中，彼此隔開定位而其間只有空間并沒有其他部件的元件可被如此稱呼。再如，被示為在彼此的上方/下方、在彼此的相對側(cè)或在彼此的左邊/右邊的元件可相對于彼此如此稱呼。此外，如圖所示，在至少一個示例中，最高的元件或元件的點(diǎn)可被稱為部件的“頂部”，并且最低的元件或元件的點(diǎn)可被稱為部件的“底部”。如本文所使用的，頂部/底部、上部/下部、上方/下方可相對于附圖的垂直軸線并用于描述附圖的元件相對于彼此的定位。因此，在一個示例中，被示為在其他元件上方的元件垂直定位在其他元件上方。再如，在附圖中描繪的元件的形狀可被看作具有那些形狀(例如，諸如為圓形、直線的、平面的、彎曲的、倒圓形、斜切的、成角度的，等)。此外，在至少一個示例中，被示為彼此相交的元件可被稱為相交元件或彼此相交。另外，在一個示例中，被示為在另一元件內(nèi)或被示為在另一元件外面的元件可被如此稱呼。

圖1示意性示出機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1的第一實施例。所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為四缸直列發(fā)動機(jī)1，其中四個汽缸沿汽缸蓋的縱向軸線布置，即成一條線布置。進(jìn)氣系統(tǒng)2經(jīng)設(shè)置用于向汽缸供應(yīng)增壓空氣，并且排氣排放系統(tǒng)3經(jīng)設(shè)置用于從汽缸排放排氣。

出于機(jī)械增壓的目的，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1配備有排氣渦輪增壓器4，其包括布置在排氣排放系統(tǒng)3中的第一渦輪4a和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)2中的第一壓縮機(jī)4b。熱排氣通過向軸釋放能量在第一渦輪4a中膨脹。同樣布置在軸上的第一壓縮機(jī)4b壓縮經(jīng)由進(jìn)氣系統(tǒng)2、增壓空氣冷卻器5和正壓室10(例如，進(jìn)氣歧管)供應(yīng)給汽缸的增壓空氣，由此實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1的機(jī)械增壓。增壓空氣冷卻器5布置在第一壓縮機(jī)4b的下游。

此外，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1配備有排氣再循環(huán)裝置6，其包括從排氣排放系統(tǒng)3分叉并通向進(jìn)氣系統(tǒng)2的管路6a。在這種情況下，用于排氣再循環(huán)6的管路6a從在排氣渦輪增壓器4的第一渦輪4a上游的排氣排放系統(tǒng)3分叉并再次通向排氣渦輪增壓器4的第一壓縮機(jī)4b上游的進(jìn)氣系統(tǒng)2。

在用于排氣再循環(huán)6的管路6a中，設(shè)有排氣再循環(huán)(EGR)渦輪增壓器8，其包括布置在管路6a中的第二EGR渦輪8a和布置在所述EGR渦輪8a上游的管路6a中的第二EGR壓縮機(jī)8b。EGR冷卻器7設(shè)置在EGR渦輪8a和EGR壓縮機(jī)8b之間。EGR閥6c布置在EGR渦輪8a下游的用于排氣再循環(huán)6的管路6a中，借助于該EGR閥，能夠調(diào)節(jié)再循環(huán)率。

設(shè)置在排氣再循環(huán)裝置6中的EGR渦輪增壓器8配備有可啟用的電動輔助驅(qū)動器9，其包括定子和轉(zhuǎn)子，其中電動輔助驅(qū)動器9的轉(zhuǎn)子布置在EGR渦輪增壓器8的軸上。

發(fā)動機(jī)系統(tǒng)還可包括控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可包括控制器112。控制器112在圖1中被示為微計算機(jī)，其包括微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出端口(I/O)104、在該特定示例中被示為只讀存儲器芯片(ROM)106的用于可執(zhí)行程序和校驗值的電子儲存介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)108、?；畲鎯ζ?KAM)110和數(shù)據(jù)總線。除了先前討論的那些信號以外，控制器112可從耦接至發(fā)動機(jī)1的傳感器接收各種信號，其包括來自質(zhì)量空氣流量傳感器120的引入質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量；來自耦接至冷卻套筒的溫度傳感器的發(fā)動機(jī)冷卻液溫度(ECT)；來自耦接至發(fā)動機(jī)曲軸的霍爾效應(yīng)傳感器(或其他類型)的輪廓點(diǎn)火拾取信號(PIP)；來自節(jié)流閥位置傳感器的節(jié)流閥位置(TP)；以及來自MAP傳感器的絕對歧管壓力信號MAP。發(fā)動機(jī)速度信號RPM可以由控制器112從信號PIP生成。

存儲介質(zhì)只讀存儲器106可以用表示可由處理器102執(zhí)行的指令的計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，所述指令用于執(zhí)行下面描述的方法以及可以預(yù)期但是沒有具體列出的其他變型。示例方法參考圖2進(jìn)行描述。

控制器112從圖1的各種傳感器接收信號，并基于接收到的信號和存儲在控制器的存儲器上的指令采用圖1的各種致動器來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)操作。例如，為控制EGR流，控制器可從各種傳感器接收指示發(fā)動機(jī)速度和負(fù)荷的信號，并且控制器可基于接收到的信號調(diào)節(jié)EGR閥的致動器，使得將指定量的EGR提供給發(fā)動機(jī)。為在充足的功率不是由EGR渦輪生成的條件下驅(qū)動EGR壓縮機(jī)，控制器可從各種傳感器接收指示排氣質(zhì)量流量、EGR壓縮機(jī)或渦輪比等的信號，并啟用電動輔助驅(qū)動器的馬達(dá)。

在一些示例中，皮帶集成式起動機(jī)發(fā)電機(jī)(BISG)系統(tǒng)11可耦接至發(fā)動機(jī)1。BISG系統(tǒng)11可包括耦接至電池并經(jīng)由皮帶耦接至發(fā)動機(jī)的起動機(jī)發(fā)電機(jī)。在一個示例中，起動機(jī)發(fā)電機(jī)馬達(dá)可為48伏馬達(dá)并且電池可為48伏電池。DC-DC轉(zhuǎn)換器可將來自馬達(dá)的48伏輸出轉(zhuǎn)換為12伏以用于車輛的電氣部件的子集中。電動輔助驅(qū)動器9可由48伏BISG系統(tǒng)11供電。因此，在一些示例中，在電動輔助驅(qū)動器9被啟用(例如，線圈被激勵)時，可調(diào)節(jié)BISG的馬達(dá)的馬達(dá)扭矩。

圖2以示意圖200示出在圖1所示的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的情況下，在根據(jù)本公開的排氣再循環(huán)和冷卻的背景下排氣的壓縮(A至B)、冷卻(B至C)和膨脹(C至D)，其中以℃為單位的溫度在縱坐標(biāo)上繪出，并且相對于氣體常數(shù)R的熵S在橫坐標(biāo)上繪出。為了比較，示出在等壓排氣再循環(huán)裝置的背景下的常規(guī)冷卻(A′至D′)。

相對于沒有壓縮和膨脹的常規(guī)冷卻(A′至D′)，用于再循環(huán)的排氣的冷卻(A至D)導(dǎo)致顯著較低的排氣溫度。而情況是在狀態(tài)D中在排氣處于低于85℃的溫度，高于180℃的排氣溫度在狀態(tài)D′中占優(yōu)勢。由此，根據(jù)本公開的方法確保高的排氣再循環(huán)率。

圖3為示出使用高排氣再循環(huán)率操作發(fā)動機(jī)，諸如圖1的發(fā)動機(jī)1的方法300的流程圖。用于執(zhí)行方法300和本文所包括的方法的其余部分的指令可由控制器(諸如圖1的控制器12)基于存儲在控制器的存儲器中的指令并結(jié)合從發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的傳感器諸如上面參考圖1所述的傳感器接收到的信號來執(zhí)行。根據(jù)下面描述的方法，控制器可采用發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)致動器來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)操作。

在302，方法300包括確定發(fā)動機(jī)操作參數(shù)。所確定的操作參數(shù)包括但不限于發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)荷、發(fā)動機(jī)溫度等。在304，方法300確定排氣再循環(huán)(EGR)是否被啟動。EGR可在大多數(shù)的發(fā)動機(jī)工況下被啟動，但是可在表現(xiàn)出相對高的燃燒不穩(wěn)定性的某些條件下被禁用，諸如非常稀的空氣-燃料比的條件，低速度或低負(fù)荷條件等。

如果EGR被啟動，則方法300前進(jìn)至312，該步驟將在下面更詳細(xì)解釋。如果EGR未被啟動，則方法300前進(jìn)至306以完全閉合存在于EGR通道中的EGR閥。例如，相對于圖1的發(fā)動機(jī)配置，在EGR管路6a中的EGR閥6c可被完全閉合以防止排氣流向進(jìn)氣系統(tǒng)。由于閉合的EGR閥，沒有排氣流過被布置在EGR管路中的EGR渦輪或EGR壓縮機(jī)，并且停用電動輔助驅(qū)動器。在308，方法300包括新鮮空氣(但沒有EGR)流向發(fā)動機(jī)以用于燃燒。在310，方法300任選地包括調(diào)節(jié)一個或多個排氣渦輪增壓器參數(shù)以滿足升壓和/或避免喘振，諸如排氣渦輪或壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)、渦輪或壓縮機(jī)旁路閥位置等。接著方法300返回。

返回304，如果確定EGR被啟動，則方法300前進(jìn)至312以調(diào)節(jié)EGR閥，以便輸送指定的EGR量。EGR閥可基于例如發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)。在314，方法300包括使EGR流過EGR壓縮機(jī)、EGR冷卻器并接著流過EGR渦輪。例如，如上面關(guān)于圖1所解釋的，EGR渦輪增壓器可存在于EGR管路中，并且在排氣流過EGR管路時，排氣在EGR渦輪8a中膨脹之前首先被EGR壓縮機(jī)8b壓縮并接著被EGR冷卻器7冷卻。EGR壓縮機(jī)由EGR渦輪驅(qū)動，并由于EGR渦輪增壓器的配置(例如，排氣在流過EGR渦輪之前，首先行進(jìn)通過EGR壓縮機(jī)和EGR冷卻器的配置)，在一些條件下，在沒有充足的排氣能量可用于驅(qū)動EGR渦輪來匹配EGR壓縮機(jī)的功率的情況下，可存在功率缺口。為減小功率缺口，電動輔助驅(qū)動器(例如，圖1的電動輔助驅(qū)動器9)可耦接至EGR渦輪增壓器的軸，以便在功率缺口條件下驅(qū)動壓縮機(jī)。

因此，在316，方法300包括確定EGR渦輪是否生成充足的功率。在一個示例中，EGR渦輪的功率生成可基于將EGR渦輪耦接至EGR壓縮機(jī)的軸的旋轉(zhuǎn)速度來確定，例如由速度傳感器測量的旋轉(zhuǎn)速度。如果軸速度低于閾值，則可確定EGR渦輪未生成充足的功率。在另一示例中，EGR渦輪的功率生成可由跨EGR渦輪的壓力比或跨EGR壓縮機(jī)的壓力比來確定，所述壓力比可基于位于EGR壓縮機(jī)和/或EGR渦輪的上游/下游的壓力傳感器的壓力傳感器讀數(shù)來確定。如果該壓力比小于閾值比，則可確定EGR渦輪未生成充足的功率。在進(jìn)一步的示例中，在發(fā)動機(jī)速度和/或發(fā)動機(jī)負(fù)荷相對低(例如，最大額定負(fù)荷的25％或更小的負(fù)荷、發(fā)動機(jī)怠速等)時，可確定EGR渦輪未生成充足的功率。

如果EGR渦輪未生成充足的功率，則方法300前進(jìn)至318以啟用電動輔助驅(qū)動器，在318該方法可包括將電壓源耦接至驅(qū)動器的線圈以激勵該線圈并因此使驅(qū)動器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而使EGR渦輪增壓器的軸旋轉(zhuǎn)。如果EGR渦輪生成充足的功率，則方法300前進(jìn)至320以使電動驅(qū)動器保持停用，并且EGR壓縮機(jī)僅由EGR渦輪驅(qū)動。

在322，方法300包括使EGR和新鮮空氣混合物流向發(fā)動機(jī)以用于燃燒。EGR對新鮮空氣的相對比例可基于EGR閥的位置。此外，在一些示例中，EGR可與在排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的新鮮空氣混合，并因此EGR在EGR渦輪中膨脹之后可被再次壓縮，并隨后經(jīng)由增壓空氣冷卻器再次冷卻。通過EGR首先流過EGR渦輪增壓器和EGR冷卻器，EGR可被冷卻到更高程度，從而允許相對高的EGR率，諸如60-85％。

在324，方法300任選地包括調(diào)節(jié)一個或多個排氣渦輪增壓器參數(shù)以滿足升壓和/或避免喘振，諸如排氣渦輪或壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)、渦輪或壓縮機(jī)旁路閥位置等。在一個示例中，相對于EGR不流動時，在EGR流動時，排氣渦輪或壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)或渦輪或壓縮機(jī)旁路閥位置可進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)，并且相對于較低EGR率條件(例如，EGR率低于50％)，在高EGR率條件(例如，EGR率高于50％)期間，排氣渦輪或壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)或渦輪或壓縮機(jī)旁路閥位置可進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)。

以此方式，標(biāo)準(zhǔn)的排氣渦輪增壓器可設(shè)置在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中以提供升壓來用于增加發(fā)動機(jī)功率，而電輔助的EGR渦輪增壓器可設(shè)置在EGR系統(tǒng)中以增加EGR冷卻。EGR首先由EGR壓縮機(jī)升壓(例如，被壓縮)至高的壓力(例如，比發(fā)動機(jī)排出的排氣壓力更高)并隨后在EGR冷卻器中冷卻。最終，EGR在EGR渦輪中膨脹，從而在EGR與進(jìn)氣系統(tǒng)中的新鮮空氣混合之前進(jìn)一步冷卻所述EGR。為將EGR壓縮至高的壓力，另外的功率可由電輔助提供。通過這樣來做，可提供極端的EGR冷卻(例如，低于EGR冷卻器中的冷卻液的溫度)同時能使用緊湊的EGR冷卻器，并且電輔助可消耗相對少量的功率(例如，相對于發(fā)動機(jī)制動功率)。因此，可向發(fā)動機(jī)提供非常高的EGR率，從而降低NOx排放。

在需要驅(qū)動EGR系統(tǒng)中的壓縮機(jī)時，上述的電輔助系統(tǒng)可用于提供另外的功率。不過，在進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)可能不能滿足所有條件期間的升壓要求，并因此在進(jìn)氣系統(tǒng)中包括電輔助壓縮機(jī)(也被稱為電子升壓器)可以是有益的。電子升壓器可定位在主壓縮機(jī)的下游，這將允許電子升壓器的尺寸被設(shè)定為相對小的。壓縮機(jī)上游的另選位置將是合適的，但電子升壓器在被放置在該位置中時可能相對更大。

在從完全活動汽缸模式切換至其中發(fā)動機(jī)的一個或多個汽缸被停用的停用汽缸模式時，該電子升壓器可被啟用以支持另外的升壓要求，該升壓需求可不由排氣渦輪增壓器單獨(dú)輸送。一旦系統(tǒng)在穩(wěn)定的停用模式中運(yùn)行，在渦輪上的可用能量和壓縮機(jī)上的所需能量就將被平衡，并因此電子升壓器可被再次平穩(wěn)地切斷。在電子升壓器被停用時，旁路對于避免空氣路徑中的不必要壓降將是有益的

通過使發(fā)動機(jī)去節(jié)流，汽缸停用可提高發(fā)動機(jī)效率(至少在火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)中，也被稱為奧托循環(huán)發(fā)動機(jī))。汽缸停用包括個別汽缸在某些負(fù)荷范圍內(nèi)的停用。借助于部分停用，可以提高即增加處于部分負(fù)荷操作的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)的效率，因為如果發(fā)動機(jī)功率保持恒定，多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一個汽缸的停用增加仍保持操作的其他汽缸上的負(fù)荷，使得節(jié)流擋板可以或必須進(jìn)一步打開以便將更多的空氣質(zhì)量引入所述汽缸中，由此整體達(dá)到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的去節(jié)流。在部分停用期間，一直在操作的汽缸此外在較高的負(fù)荷區(qū)域操作，在此燃料消耗率較低?？偟呢?fù)荷移向較高負(fù)荷。

由于供應(yīng)更大的空氣質(zhì)量或混合物質(zhì)量，在部分停用期間保持操作的汽缸另外表現(xiàn)出改進(jìn)的混合物形成。獲得關(guān)于效率的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于停用汽缸由于不存在燃燒而不產(chǎn)生由于從燃燒氣體至燃燒室壁的熱傳遞所致的任何壁的熱損失。

即使相比于如上所述的負(fù)荷借助于關(guān)于汽缸增壓的節(jié)流或量調(diào)節(jié)理進(jìn)行調(diào)節(jié)的奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)，即自動點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)由于它們所基于的質(zhì)調(diào)節(jié)而表現(xiàn)出更大的效率，即更低的燃料消耗，即使在柴油發(fā)動機(jī)的情況下也存在改進(jìn)的可能性和關(guān)于燃料消耗和效率的改進(jìn)的需求。

也在柴油發(fā)動機(jī)的情況下，用于降低燃料消耗的一個概念為汽缸停用，即在某些負(fù)荷范圍內(nèi)個別汽缸的停用。借助于部分停用，可以提高即增加處于部分負(fù)荷操作的柴油發(fā)動機(jī)的效率，因為即使在柴油發(fā)動機(jī)的情況下，在恒定發(fā)動機(jī)功率的情況下，停用多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的至少一個汽缸增加仍然在操作的其他汽缸的負(fù)荷，使得所述汽缸在更高的負(fù)荷區(qū)域操作，其中燃料消耗率較低。在柴油發(fā)動機(jī)的部分負(fù)荷操作中總的負(fù)荷移向較高負(fù)荷。

關(guān)于壁的熱損失，獲得與在奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)的情況下的相同優(yōu)點(diǎn)，為此參考所給出的對應(yīng)陳述。在柴油發(fā)動機(jī)的情況下，部分停用也旨在防止燃料-空氣混合物在所使用的燃料量減少所致的負(fù)荷降低的情況下變得太稀，這為質(zhì)調(diào)節(jié)的一部分。

如果出于部分停用的目的，停止即中斷對可停用汽缸的燃料供應(yīng)，如果被停用汽缸的關(guān)聯(lián)閥驅(qū)動器未被停用或不能停用，則所述汽缸繼續(xù)參與增壓交換。因此，所產(chǎn)生的增壓交換損失削弱并抵消借助于部分停用所實現(xiàn)的關(guān)于燃料消耗和效率的改進(jìn)，使得至少部分失去部分停用的益處，即部分停用實際上產(chǎn)生完全不太明顯的改進(jìn)。

為彌補(bǔ)上述不利影響，在入口側(cè)和在出口側(cè)設(shè)置可切換或可調(diào)節(jié)的閥驅(qū)動器可以是有利的，借助于該閥驅(qū)動器，停用汽缸保持閉合，并因此在部分停用期間不再參與增壓交換。以此方式，也防止被導(dǎo)引通過停用汽缸的相對冷的增壓空氣減少提供給渦輪的排氣流的焓并致使停用汽缸快速冷卻下來的情況。

不過，在借助于排氣渦輪增壓來機(jī)械增壓的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，諸如本文所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的情況下，可切換的閥驅(qū)動器可導(dǎo)致另外的問題，因為排氣渦輪增壓器的渦輪被構(gòu)造成用于一定的排氣流量，并因此通常也可用于某些數(shù)量的汽缸。如果停用汽缸的閥驅(qū)動器被停用，初始減少流過內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸的總質(zhì)量流。被導(dǎo)引通過渦輪的排氣質(zhì)量流減少，并因此渦輪壓力比通常也減少。減少的渦輪功率具有增壓壓力比同樣減少，即增壓壓力下降的結(jié)果。

為了向保持操作的汽缸供應(yīng)更多的增壓空氣，增加增壓壓力可以是必要的，因為在停用多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的至少一個汽缸的情況下，保持操作的其他汽缸上的負(fù)荷增加，為此，更大量的增壓空氣和更大量的燃料必須供應(yīng)給所述汽缸。在壓縮機(jī)處可用于生成足夠高的增壓壓力的驅(qū)動功率取決于熱排氣的排氣焓，該排氣焓顯著地由排氣壓力和排氣溫度以及排氣質(zhì)量或排氣流確定。

在奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)的情況下，通過打開節(jié)流擋板，增壓壓力可以很容易在與部分停用相關(guān)的負(fù)荷范圍內(nèi)增加。在柴油發(fā)動機(jī)的情況下并不存在這種可能性。小的增壓空氣流可具有壓縮機(jī)超出喘振極限操作的效應(yīng)。

上述效應(yīng)導(dǎo)致對部分停用的實用性的限制，特別是導(dǎo)致對部分停用所能使用的發(fā)動機(jī)速度范圍和負(fù)荷范圍的限制。在低增壓空氣流量的情況下，由于不充足的壓縮機(jī)功率或渦輪功率，根據(jù)要求增加增壓壓力是不可能的。

在部分停用期間的增壓壓力并因此供應(yīng)給保持操作的汽缸的增壓空氣流量可以例如借助于渦輪橫截面的小配置和借助于排氣的同時漏氣來增加，由此與部分停用相關(guān)的負(fù)荷范圍也將再次擴(kuò)展。不過，這種方法的缺點(diǎn)在于在所有汽缸在操作時，機(jī)械增壓的性能是不足的。

在部分停用期間的增壓壓力并因此供應(yīng)給仍然操作的汽缸的增壓空氣流量也可憑借配備有可變渦輪幾何結(jié)構(gòu)的渦輪來增加，該可變渦輪幾何結(jié)構(gòu)允許有效的渦輪橫截面適應(yīng)當(dāng)前的排氣流。不過，隨后在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)中的排氣回壓將同時增加，繼而導(dǎo)致仍然操作的汽缸中的更高增壓交換損失。

一些發(fā)動機(jī)可配備有平行布置的具有相對小渦輪橫截面的多個渦輪，其中，隨著負(fù)荷增加，不僅汽缸，而且渦輪和汽缸一起陸續(xù)被啟用，類似于按順序的機(jī)械增壓布置。機(jī)械增壓的可部分停用的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的扭矩特性可以以此方式加以改進(jìn)，其中，使用多個增壓器或渦輪總是具有增加的摩擦損失的缺點(diǎn)，并且多個渦輪增壓器比單個排氣渦輪增壓器具有更差的總效率。此外，如果使用多個排氣渦輪增壓器，則要顯著增加機(jī)械增壓布置的成本和空間要求。

因此，根據(jù)本文公開的實施例，電子升壓器可存在于進(jìn)氣系統(tǒng)中以在汽缸停用期間提供另外的升壓。在一個示例中，提供包括至少三個汽缸的具有至少一個汽缸蓋的機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中每個汽缸具有至少一個入口開口，其與用于經(jīng)由進(jìn)氣系統(tǒng)供應(yīng)增壓空氣的進(jìn)氣管路毗鄰，每個汽缸具有至少一個出口開口，其與用于經(jīng)由排氣排放系統(tǒng)排放排氣的排氣管路毗鄰，提供至少一個排氣渦輪增壓器，該排氣渦輪增壓器包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)，并且提供至少一個排氣再循環(huán)裝置。所述至少三個汽缸以下述方式配置，即所述至少三個汽缸形成至少兩組，每組各自具有至少一個汽缸，第一組的至少一個汽缸為即使在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)部分停用的情況下仍在操作的汽缸，并且第二組的至少一個汽缸形成為依賴負(fù)荷的可切換汽缸，并且至少三個汽缸的排氣管路合并，通過形成排氣歧管，以形成連接到至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪的總排氣管路。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括布置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，所述可電驅(qū)動的壓縮機(jī)可與至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)串聯(lián)連接，以及出于繞過所述可電驅(qū)動的壓縮機(jī)的目的而提供的旁路管路，該旁路管路通過在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)上游形成第一結(jié)點(diǎn)從進(jìn)氣系統(tǒng)分叉并通過在該可電驅(qū)動的壓縮機(jī)下游形成第二結(jié)點(diǎn)通向該進(jìn)氣系統(tǒng)。

根據(jù)本公開的排氣渦輪增壓的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)配備有另外的壓縮機(jī)，在這種情況下，該另外的壓縮機(jī)為可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，使得在該壓縮機(jī)和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)之間不存在或不需要用于動力傳輸?shù)臋C(jī)械連接。因此，該可電驅(qū)動的壓縮機(jī)通過小的空間要求來區(qū)分。這允許機(jī)械增壓布置的致密封裝，并因此允許內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的致密封裝。

與排氣渦輪增壓器相比，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于，該可電驅(qū)動的壓縮機(jī)可以獨(dú)立于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的當(dāng)前操作狀態(tài)生成并提供所要求的增壓壓力，特別是即使在存在低排氣流量的情況下或在曲軸的低旋轉(zhuǎn)速度下。

根據(jù)本公開，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被設(shè)計為可啟用的壓縮機(jī)，出于幫助至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)的目的，所述可啟用的壓縮機(jī)根據(jù)特別是在過渡至部分停用時的要求被啟用，以便有助于增壓空氣的壓縮或配合生成所需的增壓壓力。

如已經(jīng)討論的，在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)部分停用時，增加增壓壓力以便可以向保持操作的那些汽缸供應(yīng)更多的增壓空氣，所述保持操作的那些汽缸的負(fù)荷在部分停用的操作模式中增加。

在排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)處可用于生成增壓壓力的驅(qū)動功率取決于熱排氣的排氣焓并取決于通過內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸的總質(zhì)量流，由此壓縮機(jī)的功率不能很容易根據(jù)在過渡至部分停用時的要求增加。該可電驅(qū)動的壓縮機(jī)封閉這種由于排氣渦輪增壓器的過低的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的渦輪功率或壓縮機(jī)功率所產(chǎn)生的缺口。

在過渡至部分停用時，增壓空氣通過使用可電驅(qū)動的壓縮機(jī)和至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)以兩級的方式被壓縮，由此可以增加增壓壓力。以此方式，更多的增壓空氣可以供應(yīng)給和被供應(yīng)給保持操作的汽缸。通過內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽缸的總質(zhì)量流增加，并因此通過至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪的排氣流也增加。渦輪功率增加，并因此排氣渦輪增壓器的可用壓縮機(jī)功率增加。在過渡階段之后，至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)即使在沒有幫助的情況下仍能夠在該壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中生成所要求的增壓壓力。

只要部分停用的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以穩(wěn)定的方式運(yùn)行，即在不存在上述的要求情況時，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)就被停用。

在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的正常操作期間，也可使用該可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，以便改進(jìn)在低發(fā)動機(jī)速度下或存在低排氣流量的情況下的扭矩特性。

對于根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，所提供的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)針對其扭矩特性和部分停用進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少三個汽缸或具有至少兩組，每組各自具有至少一個汽缸。在這方面，帶有三個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或帶有六個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)同樣為根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，所述三個汽缸被配置成三組，每組各自具有一個汽缸，所述六個汽缸被配置成三組，每組各自具有兩個汽缸。在部分停用的背景下，三個汽缸組可被陸續(xù)啟用或停用，由此也可實現(xiàn)兩次切換。由此，部分停用得以進(jìn)一步優(yōu)化。該汽缸組也可包括不同數(shù)量的汽缸。

根據(jù)本公開，提供至少一個排氣再循環(huán)裝置，其包括從排氣排放系統(tǒng)分叉并通向進(jìn)氣系統(tǒng)的再循環(huán)管路。

排氣再循環(huán)，即燃燒氣體的的再循環(huán)是用于降低氮氧化物排放的合適手段，其中利用增加的排氣再循環(huán)率可以相當(dāng)大程度地降低氮氧化物排放。在這里，排氣再循環(huán)率x_EGR被確定為x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_新鮮空氣)，其中，m_EGR表示再循環(huán)排氣的質(zhì)量，以及m_新鮮空氣表示所供應(yīng)的新鮮空氣，在適當(dāng)時，該新鮮空氣被導(dǎo)引通過壓縮機(jī)并被壓縮。為獲得碳?xì)溲趸锱欧诺南喈?dāng)大程度的下降，需要高排氣再循環(huán)率，該排氣再循環(huán)率可以是x_EGR≈60％-70％的數(shù)量級。

在這里，提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，用于調(diào)節(jié)再循環(huán)排氣流量的切斷元件被布置在排氣再循環(huán)裝置的再循環(huán)管路中。

在機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有至少一個排氣渦輪增壓器和排氣再循環(huán)裝置的情況下，提供排氣再循環(huán)裝置的再循環(huán)管路從在至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)分叉并通向優(yōu)選在壓縮機(jī)或多個壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)的實施例。在所述的所謂高壓EGR裝置的情況下，排氣從在渦輪上游的排氣排放系統(tǒng)被汲取并被供給到在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)，由此排氣在再循環(huán)之前不需要經(jīng)受排氣后處理，具體地不需要供應(yīng)給顆粒過濾器，因為不存在弄臟壓縮機(jī)或多個壓縮機(jī)的風(fēng)險。

不過，在利用排氣渦輪增壓操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)并同時使用高壓EGR的情況下，可能出現(xiàn)沖突，因為再循環(huán)排氣可不再用于驅(qū)動渦輪。在增加排氣再循環(huán)率的情況下，引入渦輪的排氣流減少。通過渦輪的減少的排氣質(zhì)量流導(dǎo)致較低的渦輪壓力比，由此增壓壓力比或增壓壓力同樣下降。

這種問題的一個解決方案為所謂的低壓EGR。與高壓EGR相比，在低壓EGR的情況下，已流過渦輪的排氣被引入進(jìn)氣系統(tǒng)中。為此，低壓EGR裝置具有從在渦輪下游的排氣排放系統(tǒng)分叉并通向優(yōu)選在壓縮機(jī)或多個壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)的再循環(huán)管路。

因此，可提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供低壓EGR裝置來代替高壓EGR裝置，或除了提供高壓EGR裝置以外，還提供低壓EGR裝置。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個旁路管路配備有切斷元件。如果試圖使用排氣渦輪增壓器實現(xiàn)單級壓縮或機(jī)械增壓，則所述切斷元件通過被打開來允許繞過并因此停用可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。不過，借助于所述切斷元件，也可以控制即調(diào)節(jié)供應(yīng)給可電驅(qū)動的壓縮機(jī)的增壓空氣量。這特別是在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被停用或?qū)⒃俅伪煌Ｓ玫膬?nèi)燃發(fā)動機(jī)的操作的階段中具有相關(guān)性。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，增壓空氣冷卻器被布置在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。增壓空氣冷卻布置降低壓縮增壓空氣的溫度并增加其密度，并因此有助于進(jìn)一步的壓縮和改進(jìn)操作汽缸的增壓。例如，在冷起動之后，可使用用于繞過增壓空氣冷卻器的旁路管路。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被布置在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。

在這里，提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，通過在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)和至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)之間形成第一結(jié)點(diǎn)，旁路管路從進(jìn)氣系統(tǒng)分叉。隨后，該旁路管路唯一用于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。

在此背景下，提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供另外的增壓空氣冷卻器，該增壓空氣冷卻器被布置在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)和第一結(jié)點(diǎn)之間的進(jìn)氣系統(tǒng)中。隨后，旁路管路用于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。

在此背景下，也可提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供另外的增壓空氣冷卻器，該增壓空氣冷卻器被布置在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)和第一結(jié)點(diǎn)之間的進(jìn)氣系統(tǒng)中。隨后，旁路管路用于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，但是不再用于繞過所述另外的增壓空氣冷卻器。

在后兩個實施例中，另外的增壓空氣冷卻器被布置在壓縮機(jī)之間，即在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)和可電驅(qū)動的壓縮機(jī)之間，在兩級壓縮的背景下，在壓縮機(jī)之間的預(yù)壓縮增壓空氣進(jìn)入位于下游的可電驅(qū)動的壓縮機(jī)之前，所述另外的增壓空氣冷卻器降低所述預(yù)壓縮增壓空氣的溫度并因此增加所述增壓空氣的密度。以此方式，改進(jìn)在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)中的壓縮，并且來自所述壓縮機(jī)的出口溫度下降，同時機(jī)械增壓組的相同總壓力比得以保持。不過，也可以增加壓縮機(jī)組的總壓力比并因此增加增壓壓力。在任何情況下，所述另外的增壓空氣冷卻器有助于改進(jìn)可操作汽缸的增壓。

同樣提供自動點(diǎn)火式機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)布置在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。

如果可電驅(qū)動的壓縮機(jī)未布置在至少一個排氣渦輪增壓器的下游而是布置在其上游，在兩級壓縮的背景下，所述壓縮機(jī)用作低壓級而不是高壓級。

在這里，提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，通過在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)和至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)之間形成第二結(jié)點(diǎn)，旁路管路通向進(jìn)氣系統(tǒng)。隨后，該旁路管路唯一用于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。

在此背景下，提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供另外的增壓空氣冷卻器，該增壓空氣冷卻器被布置在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)和第二結(jié)點(diǎn)之間的進(jìn)氣系統(tǒng)中。隨后，旁路管路用于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。

在此背景下，也可提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，提供另外的增壓空氣冷卻器，該增壓空氣冷卻器被布置在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)和第二結(jié)點(diǎn)之間的進(jìn)氣系統(tǒng)中。隨后，旁路管路用于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，但是不再用于繞過所述另外的增壓空氣冷卻器。

已結(jié)合另外的增壓空氣冷卻器陳述的應(yīng)用是類似的，為此，參考對應(yīng)的陳述。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪具有固定的渦輪幾何結(jié)構(gòu)。固定的渦輪幾何結(jié)構(gòu)是廉價的。為了令人滿意的扭矩特性，渦輪被設(shè)計為廢氣門渦輪可能是有利的。也提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個排氣渦輪增壓器的渦輪具有可變的渦輪幾何結(jié)構(gòu)。具體地，具有可變渦輪幾何結(jié)構(gòu)的渦輪以及具有可變壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)的組合使得即使在存在非常低排氣流量的情況下仍有可能實現(xiàn)高增壓壓力。提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)具有可變的壓縮機(jī)幾何結(jié)構(gòu)。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)經(jīng)設(shè)定尺寸以小于至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)。這特別是在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被布置在至少一個排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中并在兩級壓縮的背景下用作高壓級的實施例中是有利的。

提供機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的實施例，在該實施例中，只提供一個標(biāo)準(zhǔn)的排氣渦輪增壓器。接著，在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的正常操作期間，通常發(fā)生單級機(jī)械增壓或壓縮的情況。至于摩擦損失和總效率，使用單個排氣渦輪增壓器比使用多個渦輪增壓器是更有利的，為此，上述實施例具有效率方面的優(yōu)點(diǎn)。

在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有呈直列布置的四個汽缸的情況下，提供兩個外缸和兩個內(nèi)缸各自形成一組的實施例。

在示例中，用于操作只具有一個排氣渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法包括，在過渡至其中第二組的至少一個可切換汽缸被停用的部分停用的操作模式的過程期間，出于幫助排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)的目的，啟用可電驅(qū)動的壓縮機(jī)以便在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中生成足夠高的預(yù)定義增壓壓力。

關(guān)于根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的陳述也適用于根據(jù)本公開的方法，為此，在此時大體參考上述關(guān)于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)所作出的陳述。不同的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)部分需要不同的方法變體。

提供該方法的實施例，在該實施例中，只要部分停用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的部分停用的操作模式穩(wěn)定，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)就被停用，使得排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)能夠在沒有幫助的情況下在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中提供足夠高的預(yù)定義增壓壓力。

圖4示意性示出機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)400的實施例，該機(jī)械增壓內(nèi)燃發(fā)動機(jī)400配備有排氣渦輪增壓器402，其包括布置在排氣排放系統(tǒng)410中的渦輪404和布置在進(jìn)氣系統(tǒng)408中的壓縮機(jī)406。熱排氣通過釋放能量在渦輪404中膨脹。壓縮機(jī)406壓縮經(jīng)由進(jìn)氣系統(tǒng)408和增壓空氣冷卻器411供應(yīng)給發(fā)動機(jī)汽缸的增壓空氣，由此實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)400的機(jī)械增壓。

所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為四缸直列發(fā)動機(jī)400，其中四個汽缸沿汽缸蓋的縱向軸線布置，即成一條線布置。四個汽缸經(jīng)配置以便形成兩組，每組各自具有兩個汽缸，其中兩個內(nèi)缸形成第二組，第二組的汽缸呈在部分停用的過程期間被停用的依賴負(fù)荷的可切換汽缸的形式。兩個外缸形成第一組，第一組的汽缸即使在部分停用期間仍是可操作的。

汽缸的排氣管路合并以形成總排氣管路414，從而形成排氣歧管412。總排氣管路414通向排氣渦輪增壓器402的渦輪404。

可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416另外被布置在進(jìn)氣系統(tǒng)408中，該壓縮機(jī)可以與排氣渦輪增壓器402的壓縮機(jī)406串聯(lián)連接?？呻婒?qū)動的壓縮機(jī)416被設(shè)計為可啟用壓縮機(jī)，出于幫助排氣渦輪增壓器402的壓縮機(jī)406的目的，所述可啟用的壓縮機(jī)根據(jù)特別是在過渡至部分停用時的要求被啟用，以便能夠向保持操作的汽缸供應(yīng)充足的增壓空氣。

在這種情況下，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416被布置在排氣渦輪增壓器402的壓縮機(jī)406下游的進(jìn)氣系統(tǒng)408中，其中出于繞過可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416的目的，提供旁路管路418，通過在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416和排氣渦輪增壓器402的壓縮機(jī)406之間形成第一結(jié)點(diǎn)420，所述旁路管路418從進(jìn)氣系統(tǒng)408分叉，并通過在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416下游形成第二結(jié)點(diǎn)422，所述旁路管路418通向進(jìn)氣系統(tǒng)408。切斷元件424可存在于旁路管路418中以控制進(jìn)氣圍繞可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416的流動。

在一些示例中，上述的發(fā)動機(jī)400包括EGR系統(tǒng)，其中來自發(fā)動機(jī)的排氣被再循環(huán)至進(jìn)氣系統(tǒng)。該EGR系統(tǒng)可包括EGR管路，該EGR管路耦接至在渦輪404上游的排氣系統(tǒng)并耦接至在壓縮機(jī)406下游的進(jìn)氣系統(tǒng)，該EGR系統(tǒng)也被稱為高壓EGR。在其他示例中，EGR系統(tǒng)可另外或另選包括低壓EGR，其中EGR管路耦接至在渦輪404下游的排氣系統(tǒng)并耦接至在壓縮機(jī)406上游的進(jìn)氣系統(tǒng)。此外，在一些示例中，圖1的EGR系統(tǒng)可被包括在發(fā)動機(jī)400中。在此配置中，EGR管路耦接至在渦輪404上游的排氣系統(tǒng)，包括EGR渦輪增壓器以及冷卻EGR的EGR冷卻器，并且也耦接至進(jìn)氣系統(tǒng)。在此示例中，EGR管路可耦接在壓縮機(jī)406的上游、在壓縮機(jī)406和可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416的中間或在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416的下游。在此示例中，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416可能夠在小排氣容積可用于驅(qū)動渦輪404，諸如在存在高EGR率的條件下(并因此大量的排氣被轉(zhuǎn)向EGR系統(tǒng)而不是渦輪)提供合適的壓縮。

發(fā)動機(jī)400可由控制器430控制，該控制器430可包括存儲非暫態(tài)指令的存儲器，該非暫態(tài)指令可由控制器的處理器執(zhí)行以實現(xiàn)本文所述的一個或多個方法，控制器430類似于圖1的控制器112。在一個示例中，控制器430可包括指令，該指令可經(jīng)執(zhí)行以響應(yīng)于發(fā)動機(jī)速度和/或負(fù)荷低于閾值速度-負(fù)荷范圍來停用發(fā)動機(jī)400的一個或多個汽缸，并響應(yīng)于停用所述汽缸來啟用可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416。

在一些示例中，BISG系統(tǒng)421可耦接至發(fā)動機(jī)400。BISG系統(tǒng)421可包括耦接至電池并經(jīng)由皮帶耦接至發(fā)動機(jī)的起動發(fā)電機(jī)馬達(dá)。在一個示例中，起動發(fā)電機(jī)馬達(dá)可為48伏馬達(dá)并且電池可為48伏電池。DC-DC轉(zhuǎn)換器可將來自馬達(dá)的48伏輸出轉(zhuǎn)換為12伏以用于車輛的電氣部件的子集中?？呻婒?qū)動的壓縮機(jī)416可由48伏BISG系統(tǒng)421供電。因此，在一些示例中，在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416被啟用時，BISG的馬達(dá)的馬達(dá)扭矩可被調(diào)節(jié)。

圖5為示出用于操作發(fā)動機(jī)，諸如圖4的發(fā)動機(jī)400的方法500的流程圖。方法500包括在502，確定發(fā)動機(jī)操作參數(shù)，所述參數(shù)可包括發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)荷等。在504，方法500包括經(jīng)由排氣渦輪增壓器提供指定的增壓壓力。該指定的增壓壓力(也被稱為升壓或升壓壓力)可基于發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷或其他工況，并由排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)，諸如圖4的壓縮機(jī)406經(jīng)由進(jìn)氣的壓縮來提供。該壓縮機(jī)耦接至排氣渦輪，諸如圖1的渦輪404并由該渦輪驅(qū)動。

在506，方法500確定是否指示汽缸停用。在發(fā)動機(jī)負(fù)荷低于閾值負(fù)荷，諸如低于最大額定負(fù)荷的30％時，可指示汽缸停用。如果未指示汽缸停用，方法500前進(jìn)至508以保持當(dāng)前的操作參數(shù)，這可包括在所有汽缸是活動的情況下操作發(fā)動機(jī)并經(jīng)由排氣渦輪增壓器提供升壓。此外，在進(jìn)氣系統(tǒng)中的可電驅(qū)動的汽缸可以是不活動的。接著，方法500返回。

如果在506確定指示了汽缸停用，則方法500前進(jìn)至510以停用發(fā)動機(jī)的一個或多個汽缸。例如，如上面關(guān)于圖4所述，四缸發(fā)動機(jī)的兩個汽缸可被停用。為停用汽缸，可停止對該汽缸噴射燃料，從而防止在該汽缸中的燃燒。在一些示例中，被停用汽缸的進(jìn)氣閥和排氣閥致動可繼續(xù)，使得被停用汽缸繼續(xù)吸入和排出增壓空氣。不過，在其他示例中，進(jìn)氣閥和排氣閥致動可被調(diào)節(jié)，使得被停用汽缸的進(jìn)氣閥和排氣閥不打開。

在汽缸停用期間，剩余的活動汽缸可接收增加量的燃料以繼續(xù)輸送所請求的發(fā)動機(jī)扭矩。因此，這些汽缸也利用更大量的增壓空氣，并因此在汽缸停用期間，進(jìn)氣節(jié)流閥可被打開到更大的程度。不過，由于只在所述汽缸中的一些汽缸中發(fā)生燃燒，排氣溫度可下降?？偟膩碚f，這可致使排氣渦輪增壓器不能提供指定的增壓壓力以輸送所請求的扭矩。為防止在過渡至汽缸停用模式期間所輸送扭矩的滯后，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)可被啟用，如在512所指示的。以此方式，可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，諸如圖4的可電驅(qū)動的壓縮機(jī)416可滿足增壓要求，使得所請求的扭矩得以輸送?？呻婒?qū)動的壓縮機(jī)可經(jīng)由施加于該可電驅(qū)動的壓縮機(jī)的馬達(dá)的線圈的電壓源被啟用，從而致使該馬達(dá)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動該壓縮機(jī)。在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被啟用時，在圍繞壓縮機(jī)的旁路通道中的切斷元件可閉合，使得增壓空氣被引導(dǎo)通過被啟用的壓縮機(jī)。

在514，方法500確定是否已達(dá)到閾值增壓壓力。該閾值增壓壓力可為輸送所請求的扭矩的指定增壓壓力，并因此達(dá)到該閾值增壓壓力可包括達(dá)到命令的/指定的增壓壓力。如果還未滿足該閾值增壓壓力，則方法500循環(huán)回到512并繼續(xù)在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被啟用的情況下操作。如果已滿足該閾值增壓壓力，則方法500前進(jìn)至516以停用可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，因為指定的增壓壓力經(jīng)由排氣渦輪增壓器得以滿足。在可電驅(qū)動的壓縮機(jī)被停用時，在圍繞壓縮機(jī)的旁路通道中的切斷元件可打開，使得增壓空氣能夠繞過被停用的壓縮機(jī)。接著，方法500返回。

提供EGR渦輪增壓器的技術(shù)效果是為了增加EGR的冷卻以允許高的EGR率，從而降低NOx排放。

作為一個實施例，用于操作內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法包括，在過渡至其中發(fā)動機(jī)的至少一個可切換汽缸被停用的部分停用的操作模式期間，啟用定位在排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)中的可電驅(qū)動的壓縮機(jī)，該排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)由定位在發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)中的渦輪驅(qū)動。該方法還可包括響應(yīng)于在排氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中的增壓壓力達(dá)到閾值壓力而停用可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。

方法的另一實施例包括調(diào)節(jié)排氣再循環(huán)(EGR)閥的位置以向發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)輸送指定量的EGR；在EGR到達(dá)進(jìn)氣系統(tǒng)之前，經(jīng)由EGR渦輪增壓器和EGR冷卻器冷卻EGR，EGR渦輪增壓器包括定位在EGR渦輪上游的EGR通道中的EGR壓縮機(jī)；以及選擇性地啟用耦接至EGR壓縮機(jī)的輔助驅(qū)動器。該方法還可包括，響應(yīng)于指定量的EGR超過閾值量，啟用定位在進(jìn)氣系統(tǒng)中的可電驅(qū)動的壓縮機(jī)。

應(yīng)當(dāng)指出，本文中包括的示例控制和估算例程可以與各種發(fā)動機(jī)和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。本文公開的控制方法和例程可被存儲為在非暫態(tài)存儲器中的可執(zhí)行指令，并可由包括與各種傳感器、致動器和其他發(fā)動機(jī)硬件組合的控制器的控制系統(tǒng)實現(xiàn)。本文描述的具體例程可以表示任何數(shù)目的處理策略中的一個或多個，諸如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等處理策略。因此，示出的各種動作、操作和/或功能可以以示出的順序執(zhí)行，或并行執(zhí)行，或在某些情況下可以省略。同樣，處理次序不是實現(xiàn)本文描述的示例實施例的特征和優(yōu)點(diǎn)所必需的，而僅僅是為了便于說明和描述才提供在本文中。根據(jù)所采用的特定策略，示出的動作、操作和/或功能中的一個或更多可以被重復(fù)執(zhí)行。此外，所述的動作、操作和/或功能可圖形化表示被編程到發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)的非暫態(tài)存儲器中的代碼，其中，所述的動作通過執(zhí)行在系統(tǒng)中的指令來實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括與電子控制器組合的各種發(fā)動機(jī)硬件部件。

應(yīng)當(dāng)明白，本文公開的配置和例程本質(zhì)上是示例性的，這些具體的實施例不應(yīng)被視為對本發(fā)明的限制，這是因為很多變化是可能的。例如，上述技術(shù)可以應(yīng)用于V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸以及其他類型的發(fā)動機(jī)。本公開的主題包括本文公開的各個系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f和非明顯組合以及子組合。

附屬權(quán)利要求特別指出被視為新穎和非明顯的特定組合和子組合。這些權(quán)利要求可以指的是“一個”元件或“第一”元件或其等效元件。此類權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解成包括一個或多個此類元件的合并，既不需要也不排除兩個或兩個以上此類元件。本文公開的特征、功能、元件和/或?qū)傩缘钠渌M合以及子組合可以通過本公開的權(quán)利要求的修正或通過本申請或相關(guān)申請呈現(xiàn)的新權(quán)利要求加以要求。此類權(quán)利要求，無論其對于初始權(quán)利要求的范圍是更廣、更窄、等同或不同，都應(yīng)當(dāng)被視為包括在本公開的主題內(nèi)。