具有串聯(lián)布置的排氣渦輪增壓器的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機以及用于操作該類型內(nèi)燃發(fā)動機 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其包括：高壓渦輪機，其連接到低壓渦輪機的通道上；以及旁通管線，其從所述高壓渦輪機的上游分支出來并且經(jīng)由定位在所述旁通管線內(nèi)的控制元件可連接到所述低壓渦輪機的所述通道上。響應于排氣流量調(diào)節(jié)所述控制元件，以將所述低壓渦輪機的每個通道流體連接到所述旁通管線上，從而優(yōu)化所述發(fā)動機的性能。
【專利說明】具有串聯(lián)布置的排氣渦輪增壓器的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機以及用于操作該類型內(nèi)燃發(fā)動機的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請主張2013年9月19日提交的第102013218815.3號德國專利申請的優(yōu)先權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文以用于所有目的。

【技術(shù)領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種操作具有高壓渦輪機以及雙渦形管低壓渦輪機的串聯(lián)順次增壓系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]對內(nèi)燃發(fā)動機進行的增壓通過為燃燒過程供應壓縮空氣來增加功率。在其中壓縮機和渦輪機被布置在同一軸桿上的排氣渦輪增壓器使用由排氣流供應到渦輪機的能量來經(jīng)由所述軸桿驅(qū)動壓縮機。由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，渦輪增壓器可能引起不合需要的轉(zhuǎn)矩下降，其影響排氣流并因此影響渦輪機壓力比。
[0005]在一種方法中，為了改進增壓內(nèi)燃發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩特性，采用具有小截面結(jié)合排氣吹泄(blow-off)的渦輪機。這在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下以及在排氣流量高于閾值且一部分排氣經(jīng)由旁通管線傳送通過渦輪機時的轉(zhuǎn)速下優(yōu)化了壓縮機。在另一方法中，排氣渦輪增壓器被設計為具有大渦輪機截面以用于發(fā)動機高轉(zhuǎn)速，并且進氣系統(tǒng)被設計為用于發(fā)動機低轉(zhuǎn)速下的動態(tài)增壓。
[0006]發(fā)明人注意到上述方法的潛在問題是只有在特定的發(fā)動機操作條件下才能改進轉(zhuǎn)矩特性。在第一方法中，使用排氣吹泄將導致在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速下的缺點，并且所提供的壓縮機可能達到其排量的閾值并且因此可能不再能夠提供所需的動力。在第二方法中，缺點可能是構(gòu)造方面的高額花費以及在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化期間出現(xiàn)的惰性行為。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]至少部分解決上述問題中的一些問題的一種潛在方案包含用于機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)和方法，所述機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機包括用于供應增壓空氣的進氣系統(tǒng)以及用于排放排氣的排氣排放系統(tǒng)，并且具有至少兩個串聯(lián)排氣渦輪增壓器，所述排氣渦輪增壓器各自包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪機以及布置在進氣系統(tǒng)中的壓縮機，并且其中第一排氣渦輪增壓器充當?shù)蛪杭壡业诙艢鉁u輪增壓器充當高壓級。第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機的上游，并且第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機的下游。提供第一旁通管線，其在第二渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且在第一渦輪機的上游通向排氣排放系統(tǒng)。提供控制元件，其用于計量經(jīng)由旁通管線傳送的排氣流量。提供排氣再循環(huán)布置。第一渦輪機是雙通道渦輪機，其包括安裝在渦輪機殼體中的可旋轉(zhuǎn)軸桿上的至少一個轉(zhuǎn)子，并且第二渦輪機經(jīng)由排氣管線連接到雙通道渦輪機的第一通道上。第一旁通管線可連接到雙通道渦輪機的兩個通道上，控制元件在靜止位置時阻斷第一旁通管線，在第一工作位置時將第一旁通管線連接到雙通道的第一通道上，并且在第二工作位置時將第一旁通管線連接到雙通道渦輪機的兩個通道上。
[0008]例如，在低排氣流量下，通過將控制元件定位在靜止位置，可以導引排氣流通過第二排氣渦輪增壓器并且隨后通過第一排氣渦輪增壓器的第一通道。此位置阻止排氣流通過旁通管線并且在排氣流流過低壓渦輪機的第一通道之前將所有的排氣流傳送通過高壓渦輪機。在另一示例中，在高排氣流量下，可以導引排氣流通過第一旁通管線流到第一排氣渦輪增壓器的兩個通道。
[0009]以此方式，通過調(diào)節(jié)定位在第一旁通管線中的控制元件，布置在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣排放系統(tǒng)中的一連串渦輪機可以提供基于發(fā)動機工況的期望轉(zhuǎn)矩。因此，第二渦輪增壓器可以被優(yōu)化以用于發(fā)動機低轉(zhuǎn)速增壓并且第一渦輪增壓器可以被優(yōu)化以用于發(fā)動機高轉(zhuǎn)速增壓，并且操作控制元件允許在上限閾值與下限閾值之間的發(fā)動機工況下的增壓的優(yōu)化。
[0010]應當理解，提供以上概述是為了以簡化形式介紹在【具體實施方式】中進一步描述的概念的選擇。其并不意味著識別要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，要求保護的主題的范圍由所附權(quán)利要求唯一地界定。此外，要求保護的主題不限于解決上文或本發(fā)明的任何部分中所述的任何缺點的實施方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1a示意性地示出機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的第一實施例的排氣排放系統(tǒng)，其中控制元件處于靜止位置。
[0012]圖1b示意性地示出圖1a所示的第一實施例的排氣排放系統(tǒng)，其中控制元件處于第一工作位置。
[0013]圖1c示意性地示出圖1a所示的第一實施例的排氣排放系統(tǒng)，其中控制元件處于另一個第一工作位置。
[0014]圖1d示意性地示出圖1a所示的第一實施例的排氣排放系統(tǒng)，其中控制元件處于第二工作位置。
[0015]圖2示出響應于排氣流量以調(diào)節(jié)控制元件的示例方法。

【具體實施方式】
[0016]本申請涉及機械增壓/超增壓(supercharged)內(nèi)燃發(fā)動機,所述機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機包括用于供應增壓空氣的進氣系統(tǒng)以及用于排放排氣的排氣排放系統(tǒng)，并且具有至少兩個串聯(lián)排氣渦輪增壓器，所述排氣渦輪增壓器各自包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪機以及布置在進氣系統(tǒng)中的壓縮機，并且其中第一排氣渦輪增壓器充當?shù)蛪杭壎诙艢鉁u輪增壓器充當高壓級，第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機的上游，并且第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機的下游，提供第一旁通管線，其在第二渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且在第一渦輪機的上游通向排氣排放系統(tǒng)，提供用于計量經(jīng)由旁通管線傳送的排氣流量的控制元件，并且提供排氣再循環(huán)布置。
[0017]本申請還涉及用于操作上述類型的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的方法。
[0018]在引言中提到的所述類型的內(nèi)燃發(fā)動機用作機動車輛驅(qū)動單元。在本申請的上下文中，表述“內(nèi)燃發(fā)動機”涵蓋奧托循環(huán)發(fā)動機、柴油發(fā)動機并且還有利用混合燃燒過程的混合內(nèi)燃發(fā)動機，以及混合驅(qū)動器，所述混合驅(qū)動器不僅包括內(nèi)燃發(fā)動機而且還包括電機，該電機可以根據(jù)驅(qū)動連接到內(nèi)燃發(fā)動機上并且從內(nèi)燃發(fā)動機接收動力或者作為可切換的輔助驅(qū)動器額外地輸出動力。
[0019]機械增壓/超增壓(supercharging)主要是用于增加內(nèi)燃發(fā)動機的功率。此處，用于燃燒過程的空氣被壓縮，其結(jié)果是，在每個工作周期可以向每個汽缸供應更大的空氣質(zhì)量。以此方式,可以增加燃料質(zhì)量并因此增加平均壓力。
[0020]機械增壓是用于增加內(nèi)燃發(fā)動機的功率且同時保持容積排量不變，或用于減少容積排量且同時保持相同功率的合適手段。因此，機械增壓帶來體積功率輸出的增加以及功率重量比的改進。對于相同的車輛邊界條件，因此有可能朝向較高負載移動負載集體，在較高負載下比燃料消耗量(specific fuel consumpt1n)較低。這也被稱作縮減(downsizing)。
[0021]由于化石燃料的資源有限，例如，由于礦物油作為用于生產(chǎn)用于操作內(nèi)燃發(fā)動機的燃料的原料的有限可用性，因此，機械增壓有助于發(fā)展內(nèi)燃發(fā)動機以將燃料消耗量降至最低(亦即增加內(nèi)燃發(fā)動機的效率)所進行的不斷努力。
[0022]對于機械增壓，通常使用的是排氣渦輪增壓器，其中壓縮機和渦輪機被布置在同一軸桿上。熱排氣流被供應到渦輪機并且在渦輪機中膨脹，伴隨有能量的釋放，其結(jié)果是，軸桿被設定為旋轉(zhuǎn)。通過排氣流向渦輪機并且最終向軸桿供應的能量被用于驅(qū)動同樣布置在軸桿上的壓縮機。壓縮機輸送并且壓縮供應到其中的增壓空氣，其結(jié)果是實現(xiàn)了汽缸的機械增壓。可以額外提供增壓空氣冷卻裝置，在經(jīng)壓縮的增壓空氣進入汽缸之前借助于該增壓空氣冷卻裝置來冷卻經(jīng)壓縮的增壓空氣。
[0023]排氣潤輪增壓器相對于例如機械增壓器(mechanical charger)的優(yōu)點在于在增壓器與內(nèi)燃發(fā)動機之間不存在或不需要用于傳遞動力的機械連接。機械增壓器從內(nèi)燃發(fā)動機提取驅(qū)動其所需的能量，并且由此減少了輸出動力且因此對效率產(chǎn)生不利影響，而排氣渦輪增壓器利用熱排氣的排氣能量。
[0024]排氣渦輪增壓的配置中可能碰到潛在的問題，其中主要探尋的是獲得在所有發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的明顯的性能提高。在具有排氣渦輪增壓器的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的情況下，在一定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下沖時觀察到轉(zhuǎn)矩下降。所述效果是不合需要的并且因此也成為排氣渦輪增壓的最嚴重的缺點之一。
[0025]如果考慮到增壓壓力比取決于渦輪機壓力比，則所述轉(zhuǎn)矩下降是可理解的。例如，如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，則其帶來較小的排氣流量并且因此產(chǎn)生較低的渦輪機壓力比。這便使得對于較低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，增壓壓力比同樣降低，這相當于轉(zhuǎn)矩下降。
[0026]在一些方案中，已經(jīng)通過各種措施來探尋改進機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩特性，例如借助于小型設計的渦輪機截面結(jié)合排氣吹泄。如果排氣流量超出臨界閾限，則在排氣吹泄的過程中，排氣的一部分經(jīng)由旁通管線傳送通過渦輪機。然而，排氣吹泄在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時帶來缺點。
[0027]基本上還可能提供小型設計的渦輪機截面連同增壓空氣吹泄設備，其中由于增壓空氣吹泄的與能量相關(guān)的缺點，以及所提供的壓縮機可能達到其排量的閾值且因此可能不再能提供期望動力，因此很少使用所述變體。
[0028]然而，排氣渦輪增壓器也可以被設計用于發(fā)動機高轉(zhuǎn)速或高排氣流量，并具有大渦輪機截面。此處，隨后對進氣系統(tǒng)進行設計以使得動態(tài)機械增壓因波動現(xiàn)象而在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速下發(fā)生。此處的缺點可能是構(gòu)造方面的高額花費以及在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化期間出現(xiàn)的惰性行為。
[0029]具有可變渦輪幾何形狀的渦輪機準許渦輪機幾何形狀或有效渦輪機截面適應于內(nèi)燃發(fā)動機的相應工作點，從而可以相對于低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速或者相對于低排氣流量和高排氣流量執(zhí)行渦輪機幾何形狀的調(diào)節(jié)。然而，渦輪機幾何形狀可以在某些閾值范圍內(nèi)調(diào)適，而不會達到任何期望的程度。
[0030]此外，可以借助于多個并聯(lián)或串聯(lián)連接的渦輪增壓器(在適當情況下結(jié)合機械增壓器)來改進機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩特性。
[0031]本申請所涉及的內(nèi)燃發(fā)動機具有至少兩個串聯(lián)布置的渦輪增壓器。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高壓級而一個排氣渦輪增壓器充當?shù)蛪杭?，可以有利地擴展組合的壓縮機的特性圖，特別是在較小壓縮機流方向上以及還有在較大壓縮機流方向上。
[0032]在一個示例中，通過充當高壓級的排氣渦輪增壓器，有可能的是喘振極限在較小壓縮機流方向上移動，其結(jié)果是即使具有小壓縮機流也可以獲得高增壓壓力比，這樣大大改進了在較低部分負載范圍中的轉(zhuǎn)矩特性。這通過設計用于小排氣流的高壓渦輪機并且通過提供旁通管線來實現(xiàn)，由此通過增加排氣流，增加的排氣量被傳送通過高壓渦輪機。為此目的，旁通管線在高壓渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且在高壓渦輪機的下游以及低壓渦輪機的上游再次通向排氣排放系統(tǒng)，其中在旁通管線中布置有截流元件以便控制被傳送通過高壓渦輪機的排氣流。
[0033]然而，兩個串聯(lián)的排氣渦輪增壓器也提供了其它優(yōu)點。通過機械增壓可以進一步提高動力增強。此外，以此方式機械增壓的內(nèi)燃發(fā)動機相對于具有單級機械增壓的相似內(nèi)燃發(fā)動機的響應行為(例如，在部分負載范圍中)得到了大大改進。其原因是相對較小的高壓級與用于單級機械增壓的相對較大的排氣渦輪增壓器相比惰性更小，因為較小尺寸的排氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子可以更迅速地加速和減速。
[0034]這在微粒排放方面也具有優(yōu)點。因為在加速期間，用于提高燃料流量所需要供應到汽缸中的空氣質(zhì)量的增加由于轉(zhuǎn)子的慣性而延遲發(fā)生，這樣的話，使用相對小的高壓渦輪增壓器將增壓空氣供應到發(fā)動機而幾乎不會發(fā)生延遲，并且因此可以幾乎消除增加微粒排放的操作狀態(tài)。
[0035]盡管具有所描述的有利作用，但是具有兩個串聯(lián)布置的渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動機也具有進一步改進的潛能。
[0036]高壓渦輪機不可能被設計為任意小，從而可能需要準許在低排氣流量和極低排氣流量下優(yōu)化機械增壓的概念。
[0037]在一些方案中，低壓渦輪機還配備有吹泄管線，以便以最大排氣流量傳送排氣通過低壓渦輪機。也就是說，存在不利用或者可以不利用全部排氣流的排氣能量或排氣焓的工作點。低壓渦輪機處的排氣吹泄的背景是低壓渦輪機可能不設計為具有以下特性:在被傳送通過高壓渦輪機的排氣流量隨著排氣流增加而提高時用于最大排氣流量而不接受在中等排氣流量的情況下的機械增壓行為的減少。
[0038]綜上所述，可以說，即使對于具有兩個串聯(lián)布置的渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動機，也可能需要進一步的措施來改進機械增壓行為，使得就操作期間排氣流量的顯著變化而言內(nèi)燃發(fā)動機的操作行為得到進一步改進。
[0039]針對此背景，本申請的目的是提供如權(quán)利要求1的前序部分所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，例如就操作期間排氣流量的顯著變化而言所述內(nèi)燃發(fā)動機的機械增壓行為得到改進。
[0040]本申請的進一步次級目的是詳細說明用于操作所述類型的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的方法。
[0041]第一次級目的借助于一種機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機來實現(xiàn)，所述機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機具有用于供應增壓空氣的進氣系統(tǒng)，并且具有用于排放排氣的排氣排放系統(tǒng)，并且具有至少兩個串聯(lián)的排氣渦輪增壓器，所述排氣渦輪增壓器各自包括布置在排氣排放系統(tǒng)中的渦輪機以及布置在進氣系統(tǒng)中的壓縮機，并且其中第一排氣渦輪增壓器充當?shù)蛪杭壡业诙艢鉁u輪增壓器充當高壓級，第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機的上游，并且第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機的下游，提供第一旁通管線，其在第二渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且在第一渦輪機的上游通向排氣排放系統(tǒng)，提供用于計量經(jīng)由旁通管線傳送的排氣流量的控制元件，并且提供排氣再循環(huán)裝置，并且其中第一渦輪機是雙通道渦輪機，其包括安裝在渦輪機殼體中的可旋轉(zhuǎn)軸桿上的至少一個轉(zhuǎn)子，第二渦輪機經(jīng)由排氣管線連接到所述雙通道渦輪機的第一通道上，并且第一旁通管線可連接到雙通道渦輪機的兩個通道上，控制元件在處于靜止位置時阻斷第一旁通管線，在處于第一工作位置時將第一旁通管線連接到雙通道渦輪機的第一通道上，并且在處于第二工作位置時將第一旁通管線連接到雙通道渦輪機的兩個通道上。
[0042]根據(jù)本申請的內(nèi)燃發(fā)動機的低壓渦輪機是雙通道渦輪機。憑借低壓級中的排氣流不是經(jīng)由單個相對大的通道傳送到至少一個轉(zhuǎn)子上，而是可能提供兩個通道的這一事實，排氣流有可能經(jīng)由單個相對小的通道傳送到至少一個轉(zhuǎn)子上，或者將被分配通過兩個通道。
[0043]根據(jù)本申請，第二渦輪機(即高壓渦輪機)經(jīng)由排氣管線連接到雙通道低壓渦輪機的第一通道上。通過高壓渦輪機傳送的排氣被專門供應到低壓渦輪機的第一通道上。由于所述單個通道比單通道低壓渦輪機的通道具有更小的流動截面，因此供應到低壓渦輪機的轉(zhuǎn)子上的排氣呈現(xiàn)更大的能量。后一事實改進了在相對低的排氣流量下(即相對低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下)的機械增壓行為。
[0044]然而，具體來說，同樣由于根據(jù)本申請的內(nèi)燃發(fā)動機的低壓渦輪機是雙通道渦輪機即具有一個以上通道(具體來說是兩個通道)的事實，對于更高的排氣流量，機械增壓行為也得到大大改進。
[0045]如果排氣流量超出可預定的排氣流量(例如，高壓渦輪機的最大可容許排氣流量)，則繞過高壓渦輪機的第一旁通管線被打開，也就是說，控制元件從靜止位置(其中所述第一旁通管線被阻斷)移動到第一工作位置。在第一工作位置，該旁通管線連接到雙通道低壓渦輪機的第一通道上。被傳送通過高壓渦輪機的排氣因此專門供應到低壓渦輪機的第一通道。正如上文已經(jīng)進一步提到的，由于所述單個通道具有比常規(guī)通道更小的流動截面，因此供應到低壓渦輪機的轉(zhuǎn)子上的排氣即使在中等排氣流量下也呈現(xiàn)更大的能量。
[0046]在另一實施例中，低壓渦輪機可以配備有吹泄管線。
[0047]低壓渦輪機可以設計用于最大排氣流量，而不接受在相對較低或中等排氣流量下的機械增壓行為的減少。
[0048]這是因為，除了被傳送通過高壓渦輪機的排氣之外，在中等排氣流量情況下被傳送通過高壓渦輪機的排氣也專門供應到低壓渦輪機的第一通道。如果排氣流量進一步提高，則第一旁通管線連接到雙通道低壓渦輪機的兩個通道上。為此目的，控制元件從第一工作位置移動到第二工作位置。
[0049]低壓渦輪機可以設計用于內(nèi)燃發(fā)動機的最大排氣流量，因為根據(jù)本申請憑借低壓渦輪機的兩個通道之一(在本案中為第二通道)被停用以便減小兩個通道的整體流動截面的尺寸，由此在通向轉(zhuǎn)子的入口處提供具有更大能量的排氣，這就避免了或者可以避免對于較低排氣流量(即中等排氣流量)的機械增壓行為的退化。
[0050]借助于根據(jù)本申請的內(nèi)燃發(fā)動機，實現(xiàn)了本申請所基于的第一目的，也就是說，提供了根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，就在操作期間排氣流量的顯著變化而言，所述內(nèi)燃發(fā)動機的機械增壓行為得到改進。
[0051]根據(jù)本申請，提供一種排氣再循環(huán)裝置。為了遵守未來關(guān)于氮氧化物排放的閾值，日益增加對排氣再循環(huán)(即排氣從排氣側(cè)到進氣側(cè)的再循環(huán))的利用，其中通過提高排氣再循環(huán)率可以大大減少氮氧化物排放。此處，排氣再循環(huán)率xEGR按下式確定:
[0052]xEGR = mEGR/ (mEGR+mFresh air),
[0053]其中,mEGR表示再循環(huán)排氣的質(zhì)量,而mFresh air表示所供應的新鮮空氣或燃燒空氣(根據(jù)需要已經(jīng)被傳送通過壓縮機且被壓縮機壓縮)。
[0054]排氣再循環(huán)也適用于減少在部分負載范圍中未燃燒的碳氫化合物的排放。
[0055]為了實現(xiàn)大量減少氮氧化物的排放，可以使用高排氣再循環(huán)率，所述循環(huán)率可以是xEGR ^ 60%到70%的數(shù)量級。
[0056]將結(jié)合從屬權(quán)利要求來說明根據(jù)本申請的內(nèi)燃發(fā)動機的其它有利實施例。
[0057]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中控制元件是可樞轉(zhuǎn)活板。
[0058]在此方面，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中在借助于從靜止位置(其中第一旁通管線是關(guān)斷的)出發(fā)的樞轉(zhuǎn)運動打開第一旁通管線時，活板隨著排氣流樞轉(zhuǎn)，也就是說在流動方向上樞轉(zhuǎn)。隨后，如果活板出現(xiàn)缺陷，則其被排氣流樞轉(zhuǎn)到打開位置，其中第一旁通管線被打開，并且排氣流過兩個渦輪機。
[0059]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中可以可選地借助于發(fā)動機控制器電動地、液壓地、氣動地、機械地或磁性地控制控制元件。
[0060]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以是有利的，其中控制元件是以步進方式可控制的，即是可切換的。
[0061]然而，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中控制元件是可連續(xù)調(diào)節(jié)的。
[0062]在此方面，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以是有利的，其中控制元件至少在第一工作位置是可連續(xù)調(diào)節(jié)的?？刂圃诘谝还ぷ魑恢玫目蛇B續(xù)調(diào)節(jié)性是特別重要的，因為隨后從靜止位置出發(fā)的控制元件有可能在打開位置的方向上被進一步打開，即被進一步調(diào)節(jié)，并且提高排氣流量，使得一方面，可以維持或者基本維持被傳送通過高壓渦輪機的排氣流量，并且另一方面，可以以連續(xù)的方式增大被傳送通過高壓渦輪機的排氣流量。否則，例如，在由于例如控制元件的步進調(diào)節(jié)使得被傳送通過高壓渦輪機的排氣流量突然發(fā)生變化的情況下，可能出現(xiàn)過度劇烈的轉(zhuǎn)矩波動。
[0063]盡管如此，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例也可以在以下方面是有利的，其中在超出特定排氣流量的情況下，高壓渦輪機被停用并且所有的排氣被傳送通過低壓渦輪機，也就是說，低壓渦輪機是允許排氣進入其中的唯一渦輪機。
[0064]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中第一壓縮機被設計為大于第二壓縮機，因為在二級壓縮的背景下，第一壓縮機形成低壓級，而第二壓縮機壓縮已經(jīng)被預壓縮的增壓空氣并因此構(gòu)成高壓級。
[0065]出于此原因，這些實施例可以在以下方面是有利的，其中第一渦輪機被設計為大于第二渦輪機。這是因為第二渦輪機充當高壓渦輪機，而第一渦輪機用于使由于已穿過高壓級的事實而已處于相對低壓下并具有相對較低密度的排氣流膨脹。
[0066]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中雙通道渦輪機是雙流式渦輪機。
[0067]此處，一些實施例可以在以下方面是有利的，其中雙通道渦輪機是雙流式渦輪機，其中如在垂直于至少一個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的截面中所觀測到的，兩個通道被布置為一個在另一個上方，并且至少沿著一弧形段以不同半徑的螺旋形式包圍至少一個轉(zhuǎn)子。
[0068]雙流式(dual-flow)渦輪機通常呈現(xiàn)更高的效率以及相對于雙重流式(twin-flow)渦輪機的轉(zhuǎn)子上的提高的流動沖擊。此外，雙流式渦輪機可以承受更大的熱負載。后一優(yōu)點從通道的布置中可以看出。
[0069]雙流式渦輪機具有渦輪機殼體，在所述渦輪機殼體中至少一個轉(zhuǎn)子被安裝在可旋轉(zhuǎn)軸桿上。雙流式渦輪機的一個實施例的特征在于，兩個通道布置為一個在另一個上方，并且在每種情況下沿著一圓弧形段朝向轉(zhuǎn)子打開，因此所述雙流式渦輪機也通常被稱作分段式潤輪機。
[0070]如果使用雙流式渦輪機，則機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中第二渦輪機經(jīng)由排氣管線連接到雙流式渦輪機的內(nèi)通道上。該內(nèi)通道具有在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸周圍的更小半徑，以及從進入渦輪機的入口區(qū)到轉(zhuǎn)子所測量的更小體積。因此，如果經(jīng)由內(nèi)通道而不是通過外通道將排氣傳送到轉(zhuǎn)子上，則起始于高壓渦輪機(即穿過高壓渦輪機)的排氣在進入轉(zhuǎn)子后呈現(xiàn)更高的焓。
[0071]然而，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例也可以在以下方面是有利的，其中雙通道渦輪機是雙重流式潤輪機。
[0072]此處，一些實施例可以在以下方面是有利的，其中雙通道渦輪機是雙重流式渦輪機，其中兩個通道被布置成彼此相鄰，并且至少沿著一弧形段以相同半徑的螺旋形式包圍至少一個轉(zhuǎn)子。
[0073]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中兩個通道借助于殼體壁彼此分離一直到至少一個轉(zhuǎn)子處。渦輪機殼體的殼體壁在轉(zhuǎn)子側(cè)具有舌狀自由端，在本案中，該舌狀自由端延伸到盡可能靠近至少一個轉(zhuǎn)子的點處。這使通道的分離程度最大化。在殼體壁與至少一個轉(zhuǎn)子之間保持更大或更小尺寸的間隙，以使轉(zhuǎn)子可以不受阻礙地旋轉(zhuǎn)，而不會摩擦殼體壁。然而，在本案中，所述間隙應設計為盡可能狹窄。
[0074]在此背景下，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中殼體壁是固定連接到殼體上的不可移動壁。殼體壁的所述實施例更好地實現(xiàn)了由熱排氣引入到殼體壁中的熱量以有利的方式并在適當?shù)某潭壬媳会尫诺綒んw中并且經(jīng)由殼體釋放。
[0075]此處，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中殼體壁具有至少一個流動傳輸開口或穿孔，使得通道之間的流動傳輸或交互成為可能。
[0076]出于此原因，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例也可以在以下方面是有利的，其中兩個通道至少在截面中借助于殼體壁彼此分離，其中殼體壁在轉(zhuǎn)子側(cè)具有舌狀自由端并且終結(jié)于與至少一個轉(zhuǎn)子間隔一定距離，從而形成舌間距。在本案中，準許通道之間的交互。這些通道可以在至少一個轉(zhuǎn)子的上游彼此連通。
[0077]在此背景下，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中舌狀端部具有可變的形狀以便于改變舌間距，例如，可以沿轉(zhuǎn)子方向延長舌狀端部以便減少舌間距。
[0078]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中提供第二旁通管線，其在第一渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)分支出來。此處，機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中所述第二旁通管線在第一渦輪機的下游再次通向排氣排放系統(tǒng)。該旁通管線再次通向排氣排放系統(tǒng)的事實具有以下優(yōu)點:隨后所有的排氣可以供應到在排氣排放系統(tǒng)中設置的排氣后處理系統(tǒng)中。
[0079]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中提供排氣再循環(huán)裝置，其包括在兩個渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且可選地在壓縮機的下游通向進氣系統(tǒng)的管線。
[0080]一些實施例可以在以下方面是有利的，其中在用于排氣再循環(huán)的管線中提供額外的冷卻器。所述額外的冷卻器降低了熱排氣流中的溫度并且由此增加了排氣的密度。因此，以此方式進一步降低了由新鮮空氣與再循環(huán)排氣混合而形成的汽缸新鮮充氣的溫度，其結(jié)果是，該額外的冷卻器還有利于改進具有新鮮混合物的燃燒室的增壓。
[0081]一些實施例可以在以下方面是有利的，其中在用于排氣再循環(huán)的管線中提供截流元件。所述截流元件用于控制排氣再循環(huán)率。
[0082]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例也可以在以下方面是有利的，其中提供排氣再循環(huán)裝置，其包括在兩個渦輪機的下游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且可選地在壓縮機的上游通向進氣系統(tǒng)的管線。
[0083]與其中在渦輪機的上游從排氣排放系統(tǒng)提取排氣并且在壓縮機的下游將排氣引入到進氣系統(tǒng)中的上述高壓EGR裝置相反，在低壓EGR裝置的情況下，已經(jīng)流過渦輪機的排氣被再循環(huán)到入口側(cè)。為此目的，低壓EGR裝置包括在渦輪機的下游從排氣排放系統(tǒng)分支出來并且在壓縮機的上游通向進氣系統(tǒng)的再循環(huán)管線。
[0084]經(jīng)由低壓EGR裝置再循環(huán)到入口側(cè)并且可選地被冷卻的排氣與壓縮機上游的新鮮空氣混合。以此方式產(chǎn)生的新鮮空氣與再循環(huán)排氣的混合物形成供應到壓縮機并被壓縮的增壓空氣。
[0085]此處，在低壓EGR的過程中將排氣傳送通過壓縮機并不是不利的，因為一般來說所使用的排氣已經(jīng)在渦輪機下游(例如在微粒過濾器中)經(jīng)過了排氣后處理。因此，不存在在壓縮機中形成沉積從而改變壓縮機的幾何形狀(例如，流動截面)并且由此降低壓縮機效率的風險。
[0086]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機具有可變渦輪幾何形狀。
[0087]可變渦輪幾何形狀能提高機械增壓的靈活性。它準許渦輪機幾何形狀連續(xù)可變地適應于內(nèi)燃發(fā)動機的相應工作點，例如，適應于當前排氣流量。與具有固定幾何形狀的渦輪機不同，并不需要在渦輪機的設計中達成妥協(xié)以在所有的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載范圍內(nèi)實現(xiàn)大體上令人滿意的機械增壓。
[0088]具有可變渦輪幾何形狀的渦輪機與繞過所述渦輪機的旁通管線的組合使得高壓渦輪機有可能被設計用于極小排氣流并因此用于較低的部分負載范圍。因此，即使在存在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速或極低排氣質(zhì)量流量的情況下也可以實現(xiàn)高渦輪壓力比。
[0089]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中提供第三旁通管線，其在第一壓縮機的下游從進氣系統(tǒng)分支出來并且其中布置了截流元件。所述旁通管線可以用于增壓空氣吹泄并且可以在第一壓縮機的上游再次通向進氣系統(tǒng)，由此在第一壓縮機中經(jīng)壓縮的新鮮空氣不會被吹泄而是僅僅被再循環(huán)。在該旁通管線中設置截流元件以便控制被吹泄的或被再循環(huán)的新鮮空氣流量。
[0090]然而，所述第三旁通管線也可以用于傳導新鮮空氣，具體來說是在第二相對較小的渦輪機執(zhí)行壓縮機的大部分工作并且第一壓縮機僅僅構(gòu)成由第二壓縮機吸入的新鮮空氣的流動阻力的情形中如此使用。
[0091]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中提供第四旁通管線，其在第二壓縮機的上游從進氣系統(tǒng)分支出來并且在該壓縮機的下游再次通向進氣系統(tǒng)。在所述旁通管線中布置有截流元件，如果第二壓縮機被停用則打開所述截流元件。
[0092]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中在壓縮機下游的進氣管線中布置了增壓空氣冷卻器。該增壓空氣冷卻器降低了空氣溫度并且由此增加了增壓空氣的密度，其結(jié)果是，該冷卻器也有利于改進對燃燒室填充空氣，即促成了更大的空氣質(zhì)量。
[0093]在機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機具有至少兩個汽缸，其中每個汽缸具有用于將排氣排放到汽缸外的至少一個排出口，并且每個排出口通過排氣管線鄰接的情況下，一些實施例可能是有利的，這些實施例可以通過至少兩個汽缸的排氣管線在汽缸蓋內(nèi)合并從而形成整合的排氣歧管的事實而突出。
[0094]然后渦輪機可以被布置成非常靠近內(nèi)燃發(fā)動機的出口，也就是靠近汽缸的排出口。這種布置具有可以最佳地利用排氣焓并且可以更好地實現(xiàn)渦輪機的快速響應行為的優(yōu)點。
[0095]此外，排氣歧管整合到汽缸蓋中形成了汽缸蓋的緊湊設計以及因此形成根據(jù)本申請的內(nèi)燃發(fā)動機的緊湊設計，并且準許將驅(qū)動單元高密度封裝為一個整體。此外，以此方式，所述排氣歧管可以受益于可以在汽缸蓋中設置的液態(tài)型冷卻裝置，使得歧管不需要由高熱度可加載的并且因此昂貴的材料制成。
[0096]機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以在以下方面是有利的，其中可以提供控制元件，通過該控制元件可以例如在超過某一排氣流量時停用第二渦輪機。隨后，所有的排氣被傳送通過低壓渦輪機，并且低壓渦輪機是允許排氣進入其中的唯一渦輪機。
[0097]借助于如果排氣流量超出第一可預定排氣流量，則控制元件從靜止位置移動到第一工作位置的事實而突出的方法，實現(xiàn)了本申請所基于的第二次級目的，具體來說，實現(xiàn)了指定用于操作上述類型的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機的方法的目的。
[0098]已經(jīng)結(jié)合根據(jù)本申請的內(nèi)燃發(fā)動機陳述的內(nèi)容同樣適用于根據(jù)本申請的方法。
[0099]在非機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機中，排氣流量大致對應于內(nèi)燃發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或負載，具體來說，取決于用于個別情形的負載控制。在傳統(tǒng)的具有定量調(diào)控的奧托循環(huán)發(fā)動機中，即使在恒定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，排氣流量也會隨著負載的增加而提高，而在傳統(tǒng)的具有定性調(diào)控的柴油發(fā)動機中，排氣流量僅僅取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速，因為在恒定發(fā)動機轉(zhuǎn)速時負載改變的情況下，改變的是混合物組份而不是混合物的數(shù)量。
[0100]如果使用具有定量調(diào)控的內(nèi)燃發(fā)動機，其中借助于新鮮混合物的流量來控制負載，則根據(jù)本申請用于操作所述內(nèi)燃發(fā)動機的方案意味著如果(假定固定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速)內(nèi)燃發(fā)動機的負載超出第一可預定負載，則控制元件從靜止位置移動到第一工作位置，因為所述類型的內(nèi)燃發(fā)動機中的排氣流量對應于負載，并且排氣流量隨著負載的增加而上升，且隨著負載的減少而降低。此外，如果奧托循環(huán)發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速超出第一可預定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，則控制元件從靜止位置移動到第一工作位置，因為排氣流量隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而上升，且隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的減小而降低，與用于個別情形的負載控制無關(guān)。
[0101]相反，如果內(nèi)燃發(fā)動機基于定性調(diào)控，其中借助于新鮮混合物的組份來控制負載，并且排氣流量幾乎唯一地隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速而改變，即與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成正比，則在根據(jù)本申請用于操作所述內(nèi)燃發(fā)動機的方法中，如果內(nèi)燃發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速超出第一可預定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，則控制元件以與負載無關(guān)的方式從靜止位置移動到第一工作位置，因為在這種情況下，排氣流量隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而上升，且隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的減小而降低。
[0102]如果內(nèi)燃發(fā)動機是一個經(jīng)機械增壓的(例如，借助于排氣渦輪增壓的)內(nèi)燃發(fā)動機，則另外考慮在入口側(cè)上的增壓壓力可以隨著負載和/或發(fā)動機轉(zhuǎn)速而改變，并且影響排氣流量。因此以上以簡化形式提出的排氣流量與負載或發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系并不適用于所述一般形式。根據(jù)本申請的方法通常因此非常適用于排氣流量而并不適用于負載或者發(fā)動機轉(zhuǎn)速。因此，如果排氣流量超出第一可預定排氣流量，則控制元件從靜止位置移動到第一工作位置。
[0103]方法變體可以在以下方面是有利的，其中如果排氣流量超出第一可預定排氣流量并且在可預定時間段Atl內(nèi)高于所述第一可預定排氣流量，則控制元件從靜止位置移動到第一工作位置。
[0104]額外條件的引入旨在減少位置之間的過于頻繁的變化，例如，如果排氣流量短暫地超出第一可預定排氣流量并且隨后再次降低或者圍繞排氣流量的第一可預定值波動，則未達到確定轉(zhuǎn)換到第一工作位置的超出值。
[0105]方法變體可以在以下方面是有利的，其中隨著排氣流量提高，控制元件在第一工作位置進一步打開。
[0106]方法變體可以在以下方面是有利的，其中如果排氣流量超出第二可預定排氣流量，則控制元件從第一工作位置移動到第二工作位置。
[0107]出于以上已經(jīng)提到的原因，方法變體可以在以下方面是有利的，其中如果排氣流量超出第二可預定排氣流量并且在可預定時間段At2內(nèi)高于所述第二可預定排氣流量，則控制元件從第一工作位置移動到第二工作位置。
[0108]方法變體可以在以下方面是有利的，其中如果排氣流量超出第三可預定排氣流量，則第二渦輪機(即高壓渦輪機)被停用。
[0109]以下將根據(jù)附圖基于示例性實施例更詳細地描述本申請。
[0110]圖1a示意性地示出了機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機I的第一實施例的排氣排放系統(tǒng)2，其中控制元件5a處于靜止位置。內(nèi)燃發(fā)動機I的四個汽缸la(未圖示)在每種情況下具有用于排放熱燃燒氣體的一個排氣管線，其中汽缸Ia的排氣管線合并從而形成排氣歧管2b，由此汽缸Ia的所述排氣管線彼此連接并且構(gòu)成常見排氣排放系統(tǒng)2的一部分。
[0111]內(nèi)燃發(fā)動機I配備有在排氣排放系統(tǒng)2中串聯(lián)布置的兩個渦輪機3a、4a，其中渦輪機3a、4a各自屬于排氣渦輪增壓器3、4，其中第一排氣渦輪增壓器3充當?shù)蛪杭?而第二排氣渦輪增壓器4充當高壓級4。出于此原因，第一渦輪機3a也被設計為大于第二渦輪機4a，因為第二渦輪機4a充當高壓渦輪機4a，而第一渦輪機3a用于使由于已穿過高壓級4的事實而可能處于相對低壓下并具有相對較低密度的排氣流膨脹。
[0112]提供第一旁通管線5，其在第二渦輪機4a的上游從排氣排放系統(tǒng)2 (具體來說，在這種情況下是從排氣歧管2b)分支出來，并且在第一渦輪機3a的上游再次通向排氣排放系統(tǒng)2?？刂圃?a用于計量經(jīng)由旁通管線5傳送的排氣流量。作為控制元件5a，提供有可樞轉(zhuǎn)活板5b，其可以至少在第一工作位置是連續(xù)可調(diào)節(jié)的。
[0113]串聯(lián)布置的渦輪機3a、4a的圖示概念通過以下事實而突出:第一渦輪機3a(也就是低壓渦輪機3a)是雙通道渦輪機6，而第二渦輪機4a (也就是高壓渦輪機4a)經(jīng)由排氣管線2a連接到所述雙通道渦輪機6的僅一個通道6a上，其中所述通道6a被稱作第一通道6a。
[0114]在本案中，雙通道渦輪機6是雙流式渦輪機8，其中如圖1a所示在垂直于轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)軸7a的截面中，兩個通道6a、6b被布置為一個在另一個上方，并且沿著一弧形段以不同半徑的螺旋形式包圍轉(zhuǎn)子7。雙流式渦輪機8因此具有內(nèi)通道6a和外通道6b ;這可以從圖1a中看出。兩個通道6a、6b借助于殼體壁9彼此分離一直到轉(zhuǎn)子7處，并且在每種情況下沿著圓弧形段朝向轉(zhuǎn)子7打開，由此所圖示的雙流式渦輪機8是分段式渦輪機。
[0115]第二渦輪機4a經(jīng)由排氣管線2a連接到雙流式渦輪機8的內(nèi)通道6a上，所述內(nèi)通道具有在轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)軸7a周圍的更小半徑，以及從進入渦輪機3a、6、8的入口區(qū)10到轉(zhuǎn)子7所測量的更小體積。因此被傳送通過內(nèi)通道6a的排氣因此在進入轉(zhuǎn)子7后呈現(xiàn)更高的焓。例如，在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速下，控制元件5a完全關(guān)閉，并且來自排氣歧管的排氣流到第二排氣渦輪增壓器4，并通過排氣管線2a流到第一排氣渦輪增壓器3的第一通道6a，如通過示意圖中的箭頭所示。因此，排氣流過雙通道渦輪機6的通道之一。因此，第一通道6a和第二通道6b經(jīng)受不同的排氣流量和排氣組份，因為在控制元件5a完全關(guān)閉并且第二通道不接收排氣流時，排氣僅流過第一通道6a。因此，低壓渦輪機的轉(zhuǎn)子通過僅流過第一通道的排氣起作用。
[0116]繞過高壓渦輪機4a的第一旁通管線5可連接到雙流式渦輪機8的兩個通道6a、6b上，控制元件5a在靜止位置(見圖1a)時阻斷第一旁通管線5，在第一工作位置(見圖1b和圖1c)時將第一旁通管線5連接到雙流式渦輪機8的第一通道6a上，并且在第二工作位置(見圖1d)時將第一旁通管線5連接到雙流式渦輪機8的兩個通道6a、6b上。
[0117]圖1b和圖1c示意性地示出了圖1a所示的第一實施例的排氣排放系統(tǒng)2，其中控制元件5a處于第一工作位置，圖1d示意性地示出了其中控制元件5a處于第二工作位置的排氣排放系統(tǒng)2。目的是為了簡要地論述所圖示的不同位置之間的區(qū)別。另外參考圖1a以及相關(guān)的描述。對于相同的組件已使用相同的參考標記。
[0118]在圖1a所示的靜止位置，充當控制元件5a的活板5b關(guān)閉第一旁通管線5，使得來自內(nèi)燃發(fā)動機I的所有排氣流過高壓渦輪機4a并且隨后通過低壓渦輪機3a的第一通道6a。
[0119]如果排氣流量超出可預定的排氣流量，則活板5b從靜止位置移動到如圖1b所示的第一工作位置，由此啟用(即打開)第一旁通管線5。在所述第一工作位置中，旁通管線5連接到雙流式渦輪機8的第一通道6a上。如果排氣流量進一步提高，則第一旁通管線5憑借活板5b的進一步樞轉(zhuǎn)而在第一工作位置內(nèi)進一步打開，如所圖1c所示。活板5b可以在第一位置中是連續(xù)可變的從而優(yōu)化通過高壓渦輪機4a以及低壓渦輪機3a的第一通道6a的排氣流量。當活板5b在第一位置時，排氣從兩個來源流過第一通道6a，并且沒有排氣流過第二通道6b。因此，低壓渦輪機的第一通道從旁通管線以及高壓渦輪機接收排氣，隨后排氣作用在低壓渦輪機的轉(zhuǎn)子上。
[0120]控制元件5a的第一位置可以響應于排氣流量高于第一閾值并低于第二閾值而定位，其中調(diào)節(jié)所述位置以優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)動機的增壓?？刂圃梢詮耐耆P(guān)閉的位置(靜止位置)稍微打開為局部打開位置，并且連續(xù)地改變至完全打開位置，其中活板5b示出了在旁通管線5的入口區(qū)10中到渦輪機的殼體壁9的殼體壁端部9a的最小間距。因此控制元件的位置在旁通通道中產(chǎn)生了與殼體壁端部9a之間的最小間距，使得控制元件5a的端部與殼體壁端部9a之間的間隙極小?？刂圃?a的第一位置允許排氣通過旁通管線5流到低壓渦輪機的第一通道6a上，如圖1b和圖1c中的箭頭所示。當控制元件處于第一位置時，第二通道被活板阻斷。
[0121]如果排氣流量還進一步提高，則活板5b通過進一步樞轉(zhuǎn)移動到第二工作位置，其中第一旁通管線5連接到雙通道低壓渦輪機的兩個通道6a、6b上。例如，排氣通過第一旁通管線5從排氣歧管2b流到低壓渦輪機3a的第一通道6a和第二通道6b。當活板5b在第二位置完全打開時，流過第一通道6a和第二通道6b的所有排氣具有相同的壓力和組份。在一個示例中，當控制元件5a處于第二工作位置時，高壓渦輪機4可以被停用以使得沒有排氣流過高壓渦輪機4。因此，可以使用控制閥(未示出)來停用高壓渦輪機4。在又一示例中，當控制元件處于第二位置時，高壓渦輪機4可以不被停用，并且一定量的排氣可以流過高壓渦輪機。因此，可以維持或者基本維持傳送通過高壓渦輪機的排氣流量。
[0122]在此示例情況中，在圖1c和圖1d中，高壓渦輪機4a被停用，其中所有的排氣被傳送通過低壓渦輪機3a。例如，可以包含控制閥以阻止排氣流過高壓渦輪機4a。然而，在另一示例中，高壓渦輪機不被停用，使得相對較小的高壓渦輪機4a即使在存在相對較高排氣流量的情況下也無論如何可以有助于在入口側(cè)上產(chǎn)生增壓壓力。
[0123]轉(zhuǎn)向圖2，其概述了響應于渦輪增壓內(nèi)燃發(fā)動機中的排氣流量超過閾值來調(diào)節(jié)控制元件的示例方法200。在旁通管線中的控制元件經(jīng)調(diào)節(jié)從而將排氣排放管線流體連接到低壓渦輪機的第一和第二通道。在另一示例中，可以響應于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或發(fā)動機負載來調(diào)節(jié)控制元件。
[0124]在202處所述方法可以確定發(fā)動機工況。這可以包含發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載、在入口側(cè)上的增壓壓力等。
[0125]在204處，所述方法可以基于在202處確定的發(fā)動機工況來確定排氣流量。所述方法可以進一步確定所使用的發(fā)動機是否具有定量調(diào)控、定性調(diào)控等，以便確定排氣流量。
[0126]在206處，所述方法可以確定排氣流量是否高于第一閾值。可以基于高壓渦輪機的排氣流上限閾值來設定第一閾值。如果回答為“否”，排氣流量低于第一閾值，則所述方法在208處將控制元件調(diào)節(jié)到靜止位置。將控制元件調(diào)節(jié)到靜止位置允許排氣流過高壓渦輪機并且隨后在低排氣流量下流到低壓渦輪機的第一通道。這通過使排氣從具有更大能量的高壓渦輪機流到低壓渦輪機優(yōu)化了在相對較低排氣流量下的增壓行為，因為高壓渦輪機的單個通道具有比低壓渦輪機的第一通道更小的截面。處于靜止位置的控制元件完全關(guān)閉并且阻止排氣流過旁通管線。因此，所有的排氣在穿過低壓渦輪機的僅第一通道之前穿過高壓渦輪機。
[0127]如果在206處排氣流量高于第一閾值，則所述方法可以繼續(xù)進行到210并且將控制元件調(diào)節(jié)到第一位置?？刂圃牡谝晃恢么蜷_旁通管線以允許排氣從排氣歧管流過低壓渦輪機的第一通道，以及允許排氣從高壓渦輪機流出并且隨后流過第一通道。因此，僅來自第一通道的排氣流在低壓渦輪機的轉(zhuǎn)子上起作用并且第一通道從高壓渦輪機和旁通管線二者接收排氣流。
[0128]在212處，所述方法可以確定排氣流量是否高于第二閾值。第二閾值可以基于第一渦輪機的第一通道的排氣流上限閾值。如果回答為“否”，排氣流量低于第二閾值，則所述方法可以繼續(xù)進行到214并且響應于排氣流量調(diào)節(jié)控制元件在第一位置的打開程度。通過將控制元件調(diào)節(jié)到能夠控制通過旁通管線流到低壓渦輪機的第一通道的排氣流量的位置，這允許以基于排氣流量優(yōu)化增壓行為的方式來定位控制元件。控制元件的第一位置可以是連續(xù)可變的。第一位置僅允許排氣通過旁路流到第一通道；第二通道仍然被阻斷。
[0129]如果回答為“是”，在212處排氣流量高于第二閾值，則所述方法可以繼續(xù)進行到216并且將控制元件從第一位置調(diào)節(jié)到第二位置?？刂圃牡诙恢檬古艢鈴呐艢馄绻芎团酝ü芫€流過低壓渦輪機的兩個通道。因此，來自發(fā)動機的汽缸的所有排氣在排氣歧管中混合并且流過低壓渦輪機的兩個通道。因此，每個通道通過相同的排氣流量和組份起作用。在此示例中，當控制元件處于第二位置時，可以使用閥門來阻斷高壓渦輪機。在另一示例中，當控制元件處于第二位置時，高壓渦輪機可以不具有閥門，并且一定量的排氣可以流過高壓渦輪機。隨后所述方法可以結(jié)束。
[0130]以此方式，通過在旁通管線中調(diào)節(jié)控制元件可以針對發(fā)動機工況優(yōu)化渦輪增壓器的串聯(lián)布置的性能。通過使用控制元件使排氣從排氣歧管選擇性地流到高壓渦輪機和低壓渦輪機的兩個通道，這允許對壓縮機和渦輪機設定大小，以利用系統(tǒng)給定的排氣流量上限閾值和下限閾值。因此，可以優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)動機的增壓。
[0131]在一個示例中，上述示例圖示了一種方法，其包括:在第一模式期間，導引排氣通過第一渦輪機并且隨后僅通過第二渦輪機的第一通道；在第二模式期間，導引排氣通過第一渦輪機并且隨后通過第二渦輪機的第一通道，同時導引排氣并行通過第二渦輪機的第二通道；在第三模式期間，導引排氣僅通過第二通道并且不通過第一渦輪機，以及在第四模式期間，導引排氣僅通過第二渦輪機的第一通道和第二通道并且不通過第一渦輪機。在一個示例中，在第一模式期間，沒有排氣流過第二渦輪機的第二通道，并且其中在第二模式期間，沒有排氣流過第二渦輪機的第二通道，其中第一渦輪機僅具有單個通道，其中第一、第二、第三和第四模式互相排他性地實施，并且通過在第二渦輪機上游與第一渦輪機平行的通路中調(diào)節(jié)閥門來轉(zhuǎn)換不同模式之間的操作。此外，在一個示例中，在第二模式期間，可以調(diào)節(jié)閥門以使并行流到第一渦輪機并且導向第一通道的排氣流的量變?yōu)榇篌w上為零，但是大于零，而沒有任何排氣流經(jīng)過閥門進入第一渦輪機。同樣，在第四模式期間，可以調(diào)節(jié)閥門以使并行流到第一渦輪機并且導向第二通道的排氣流的量變?yōu)榇篌w上為零，但是大于零，同樣沒有任何排氣流經(jīng)過閥門導向第一渦輪機，并且不限制排氣流導向第二渦輪機的第一通道。
[0132]應注意，在本文中包含的示例性控制和估計程序可以與多種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。本文公開的控制方法和程序可以作為可執(zhí)行指令存儲在非臨時性存儲器中。本文中所描述的特定程序可以表示任意數(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、多線程等。因此，可以按所說明的順序同時執(zhí)行所說明的各種動作、操作或功能，或者在一些情況下可以將它們省略。同樣，為了獲得本文中所描述的示例實施例的特征和優(yōu)勢，該處理順序并不是必需的，而是被提供為了便于說明和描述。取決于所使用的特定策略，可以重復地執(zhí)行一個或多個所說明的動作或功能。此外，所描述的動作、操作和/或功能可以以圖形方式表示將要編程到發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲介質(zhì)的非臨時性存儲器中的代碼。
[0133]應了解，本文中所公開的配置和程序在本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實施例不應被視為具有限制含義，這是因為可能存在眾多的變化形式。例如，上述技術(shù)可應用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4和其他發(fā)動機類型中。本發(fā)明的主題包括本文中所公開的各種系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f的和非顯而易見的組合以及子組八口 ο
[0134]所附權(quán)利要求書具體指出被視為新穎的和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可能提及“一個”元件或“第一”元件或其等效物。此類權(quán)利要求應被理解為包括一個或多個此類元件的并入，既不必需也不排除兩個或兩個以上此類元件。所公開的特征、功能、元件和/或?qū)傩缘钠渌M合和子組合可以通過本發(fā)明的權(quán)利要求的修正或通過在此申請或相關(guān)申請中的新權(quán)利要求的呈現(xiàn)來主張。此類權(quán)利要求，無論在范圍上與原始權(quán)利要求相比是更寬廣的、更狹窄的、相同的還是不同的，都被視為包括在本發(fā)明的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機,其包括: 進氣系統(tǒng)，其用于供應增壓空氣； 排氣排放系統(tǒng)，其用于排放排氣； 至少兩個串聯(lián)排氣渦輪增壓器，其各自包括布置在所述排氣排放系統(tǒng)中的渦輪機以及布置在所述進氣系統(tǒng)中的壓縮機，并且其中第一排氣渦輪增壓器充當?shù)蛪杭壡业诙艢鉁u輪增壓器充當高壓級； 所述第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機布置在所述第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機的上游，并且所述第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機布置在所述第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機的下游； 第一旁通管線，其被提供為在所述第二渦輪機的上游從所述排氣排放系統(tǒng)分支出來并且在所述第一渦輪機的上游通向所述排氣排放系統(tǒng)； 控制元件，其被提供用于計量經(jīng)由所述旁通管線傳導的所述排氣流量； 所提供的排氣再循環(huán)布置； 其中所述第一渦輪機是雙通道渦輪機，其包括安裝在渦輪機殼體中的可旋轉(zhuǎn)軸桿上的至少一個轉(zhuǎn)子； 所述第二渦輪機經(jīng)由排氣管線連接到所述雙通道渦輪機的第一通道；以及 所述第一旁通管線可連接到所述雙通道渦輪機的兩個通道，所述控制元件在處于靜止位置時阻斷所述第一旁通管線，在處于第一工作位置時將所述第一旁通管線連接到所述雙通道渦輪機的所述第一通道，并且在處于第二工作位置時將所述第一旁通管線連接到所述雙通道渦輪機的兩個通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述控制元件是可樞轉(zhuǎn)活板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述控制元件是可連續(xù)調(diào)節(jié)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述控制元件至少在所述第一工作位置是可連續(xù)調(diào)節(jié)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述第一壓縮機被設計成大于所述第二壓縮機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述第一渦輪機被設計成大于所述第二渦輪機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述雙通道渦輪機是雙流式渦輪機，其中如在垂直于所述至少一個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的截面中所觀測到的，所述兩個通道布置為一個在另一個上方，并且至少沿著一弧形段以不同半徑的螺旋形式包圍所述至少一個轉(zhuǎn)子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述雙通道渦輪機是雙流式渦輪機，其中所述兩個通道布置為彼此相鄰，并且至少沿著一弧形段以相同半徑的螺旋形式包圍所述至少一個轉(zhuǎn)子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述兩個通道借助于殼體壁彼此分離一直到所述至少一個轉(zhuǎn)子處，其中所述殼體壁在所述轉(zhuǎn)子側(cè)具有舌狀自由端并且終結(jié)于與所述至少一個轉(zhuǎn)子間隔一定距離，從而形成舌間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中提供第二旁通管線，所述第二旁通管線在所述第一渦輪機的上游從所述排氣排放系統(tǒng)分支出來并且通向所述第一渦輪機的下游。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其具有至少兩個汽缸，其中每個汽缸具有用于從所述汽缸中排放所述排氣的至少一個排出口，并且每個排出口通過排氣管線鄰接，其中至少兩個汽缸的所述排氣管線在所述汽缸蓋內(nèi)合并以形成整合的排氣歧管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃發(fā)動機，其中提供控制閥，通過所述控制閥能夠停用所述第二渦輪機。
13.一種方法，其包括: 控制渦輪增壓發(fā)動機，所述渦輪增壓發(fā)動機具有定位在第一雙通道渦輪機上游的第二渦輪機，所述第二渦輪機流體僅連接到所述第一渦輪機的第一通道，并且還具有在所述第二渦輪機的上游分支出來并經(jīng)由閥門可流體連接到兩個通道的旁通管線，包含: 響應于排氣流量高于閾值而從靜止位置調(diào)節(jié)所述閥門，從而將所述旁通管線流體連接到所述第一渦輪機的所述第一通道以及第二通道上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中當所述排氣流量高于第一閾值時，所述閥門被調(diào)節(jié)到第一位置從而將所述第一通道流體連接到所述旁通管線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述閥門在所述第一位置是可連續(xù)調(diào)節(jié)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括當所述排氣流量高于所述第一閾值一段時間時將所述閥門調(diào)節(jié)到所述第一位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中當所述排氣流量高于第二閾值時，所述閥門被調(diào)節(jié)到第二位置從而將所述第一通道和所述第二通道流體連接到所述旁通管線，所述方法進一步包括當所述排氣流量高于所述第二閾值一段時間時將所述閥門調(diào)節(jié)到所述第二位置。
18.—種方法,其包括: 在第一模式期間，導引排氣通過第一渦輪機并且隨后僅通過第二渦輪機的第一通道； 在第二模式期間，導引排氣通過所述第一渦輪機并且隨后通過所述第二渦輪機的所述第一通道，同時導引排氣并行通過所述第二渦輪機的第二通道；以及 在第三模式期間，導引排氣僅通過所述第二通道而不通過所述第一渦輪機。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法進一步包括在第四模式期間，導引排氣僅通過所述第二渦輪機的所述第一通道和所述第二通道而不通過所述第一渦輪機。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述第一模式期間，沒有排氣流過所述第二渦輪機的所述第二通道，并且其中在所述第二模式期間，沒有排氣流過所述第二渦輪機的所述第二通道，其中所述第一渦輪機僅具有單個通道，其中所述第一、第二、第三和第四模式互相排他性地實施，并且通過在與所述第一渦輪機平行的通路中調(diào)節(jié)所述第二渦輪機上游的閥門來在各種模式之間轉(zhuǎn)換操作。
【文檔編號】F02C6/12GK104454139SQ201410483792
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月19日
【發(fā)明者】J·克默林, F·A·薩默候夫, V·斯米利亞諾夫斯基, H·M·金德爾, A·庫斯克 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司