內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有兩級機(jī)械增壓容量并帶有排氣后處理裝置的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。一種機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括串聯(lián)設(shè)置的至少兩個(gè)排氣渦輪增壓器，其中第一排氣渦輪增壓器充當(dāng)?shù)蛪杭壡业诙艢鉁u輪增壓器充當(dāng)高壓級。第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機(jī)可存在于第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機(jī)上游，且第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機(jī)可設(shè)置在第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中，且第一旁通管路可從第二渦輪機(jī)上游分支出來并在第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)之間的結(jié)點(diǎn)處接回。機(jī)械增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)還包括排氣再循環(huán)裝置，以及第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)之間的至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)。
【專利說明】內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)及其操作方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2015年4月2日提交的德國專利申請N0.102015206041.1的優(yōu)先權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容在此以參考的方式并入以用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及帶有兩級機(jī)械增壓容量并帶有排氣后處理裝置的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及用于操作所述類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在本公開的上下文中，表達(dá)“內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)”涵蓋奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且還涵蓋利用混合燃燒過程的混合動(dòng)力內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，以及不僅包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)而且包括電動(dòng)機(jī)器的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，所述電動(dòng)機(jī)器根據(jù)驅(qū)動(dòng)可連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)并從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)接收動(dòng)力，或作為可切換的輔助驅(qū)動(dòng)裝置額外地輸出動(dòng)力。
[0005]機(jī)械增壓主要用于增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。燃燒過程所需的空氣被壓縮，其結(jié)果是較大的空氣質(zhì)量每工作循環(huán)能夠被供應(yīng)到每個(gè)汽缸。這樣，燃料質(zhì)量且因此平均壓力可以增加。
[0006]機(jī)械增壓是用于增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率同時(shí)維持掃氣容積不變，或用于減小掃氣容積同時(shí)維持相同的功率的合適手段。機(jī)械增壓導(dǎo)致體積功率輸出的增加和改善的功率-重量比。如果掃氣容積被減小，因此朝較高負(fù)荷移動(dòng)負(fù)荷集是可能的，在所述較高負(fù)荷處，燃料消耗率較低。通過結(jié)合合適的傳輸配置的機(jī)械增壓，實(shí)現(xiàn)所謂的自動(dòng)降速也是可能的，在所述自動(dòng)降速的情況下實(shí)現(xiàn)較低的燃料消耗率同樣是可能的。因此，機(jī)械增壓幫助不斷努力研發(fā)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以最小化燃料消耗從而改善內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
[0007]對于機(jī)械增壓，包括壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的排氣渦輪增壓器設(shè)置在同一軸桿上。熱排氣流被供應(yīng)到渦輪機(jī)并且在伴有使軸桿旋轉(zhuǎn)的能量釋放的渦輪機(jī)中膨脹。通過排氣流供應(yīng)到渦輪機(jī)并最終到軸桿的能量用于驅(qū)動(dòng)同樣設(shè)置在軸桿上的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)傳送并壓縮供應(yīng)至該壓縮機(jī)的增壓空氣，其結(jié)果是獲得汽缸的機(jī)械增壓。
[0008]增壓空氣冷卻器可以被提供在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中，從而在壓縮的增壓空氣進(jìn)入至少一個(gè)汽缸前冷卻所述壓縮的增壓空氣。增壓空氣冷卻器降低溫度且因此增加增壓空氣的密度，從而改善至少一個(gè)汽缸的充氣。
[0009]例如，與機(jī)械增壓器相比，排氣渦輪增壓器可利用熱排氣的排氣能量以用于在增壓器和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)之間傳送功率且可不需要機(jī)械連接。相比之下，機(jī)械增壓器從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提取完全驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械增壓器所需的能量，且因此減少輸出功率且因此不利地影響效率。
[0010]排氣渦輪增壓的配置中遇到問題，其中在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍處獲得顯著的性能增加是基本追求。在帶有排氣渦輪增壓器的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，當(dāng)?shù)陀谔囟ǖ陌l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)觀察到顯著的扭矩下降。所述效果是不理想的且因此也是排氣渦輪增壓的最嚴(yán)重的缺點(diǎn)之一。
[0011]如果考慮到充氣壓力比取決于渦輪機(jī)壓力比，所述扭矩下降是可以理解的。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，這導(dǎo)致較小的排氣質(zhì)量流量且因此導(dǎo)致較低的渦輪機(jī)壓力比。結(jié)果，充氣壓力比在較低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方向上同樣減小，所述較低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相當(dāng)于扭矩下降。
[0012]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，各種措施已用于改善排氣渦輪增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特征，其包括小的渦輪機(jī)橫截面和排氣放氣設(shè)施的同時(shí)提供。為此，渦輪機(jī)裝備有旁通管路，該旁通管路從渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)分支出來且切斷元件安置在所述旁通管路中。這種渦輪機(jī)也稱為廢氣門渦輪機(jī)。如果排氣質(zhì)量流量超過臨界值，則該排氣流的一部分在所謂的排氣放氣過程期間經(jīng)由旁通管路被引導(dǎo)穿過渦輪機(jī)，即，被吹走。該過程具有高能量被吹走的排氣仍未利用且機(jī)械增壓行為通常在較高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下不充足的缺點(diǎn)。
[0013]具有可變渦輪機(jī)幾何形狀的渦輪機(jī)通過渦輪機(jī)幾何形狀或有效的渦輪機(jī)橫截面的調(diào)整的方式準(zhǔn)許更全面的適于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)操作點(diǎn)，從而使渦輪機(jī)幾何形狀的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的或負(fù)荷相關(guān)的調(diào)節(jié)能夠在特定程度上發(fā)生。
[0014]機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特征還可借助于平行設(shè)置的多個(gè)渦輪增壓器來改善，例如借助于平行設(shè)置的相對小的渦輪機(jī)橫截面的多個(gè)渦輪機(jī)。隨著排氣流率的增加，類似于連續(xù)機(jī)械增壓，渦輪機(jī)可相繼被激活。
[0015]扭矩特征還可受串聯(lián)連接多個(gè)排氣渦輪增壓器的影響。在一個(gè)示例中，串聯(lián)連接兩個(gè)排氣渦輪增壓器時(shí)，其中第一排氣渦輪增壓器用作高壓級且第二排氣渦輪增壓器用作低壓級，壓縮機(jī)特征映射圖可經(jīng)擴(kuò)大以包括較小的壓縮機(jī)流和較大的壓縮機(jī)流二者。
[0016]特別地，關(guān)于用作高壓級的第一排氣渦輪增壓器，喘振極限在較小壓縮機(jī)流的方向上被轉(zhuǎn)移是可能的，因此高充氣壓力比甚至可利用小的壓縮機(jī)流獲得，所述小的壓縮機(jī)流在較低部分負(fù)荷范圍內(nèi)可顯著改善扭矩特征。這通過使用用于小排氣質(zhì)量流量的高壓渦輪機(jī)且通過提供旁通管路來實(shí)現(xiàn)，借助于該旁通管路，隨著排氣質(zhì)量流量的增加，增加的排氣量被引導(dǎo)穿過高壓渦輪機(jī)。為此，旁通管路從高壓渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)分支出來并且又通向高壓渦輪機(jī)下游且低壓渦輪機(jī)上游(即，兩個(gè)渦輪機(jī)之間)的排氣排出系統(tǒng)中，其中切斷元件設(shè)置在旁通管路中以便控制被引導(dǎo)穿過高壓渦輪機(jī)的排氣流。
[0017]串聯(lián)連接的兩個(gè)排氣渦輪增壓器進(jìn)一步增加經(jīng)過機(jī)械增壓的功率升壓。此外，帶有兩個(gè)排氣渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)行為可顯著改善，尤其在與帶有單級機(jī)械增壓的類似內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)比較的部分負(fù)荷范圍內(nèi)。這樣做的原因是相對小的高壓級比用于單級機(jī)械增壓的相對大的排氣渦輪增壓器有更少的惰性，因?yàn)檩^小尺寸的排氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子或葉輪可更快加速并減速。
[0018]這還具有關(guān)于微粒排放的優(yōu)點(diǎn)。在大型的單一排氣渦輪增壓器中，在加速期間，由于大型葉輪的慣性，供應(yīng)到汽缸以用于增加的燃料流率的空氣質(zhì)量的所需增加僅延遲發(fā)生。相比之下，關(guān)于相對小的高壓渦輪增壓器，增壓空氣幾乎不加延遲地供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)，且因此帶有增加的微粒排放的操作狀態(tài)更常見地被消除。
[0019]結(jié)合排氣后處理的排氣渦輪增壓已被證明是有問題的。當(dāng)使用排氣渦輪增壓器時(shí)，盡可能接近發(fā)動(dòng)機(jī)(即，接近汽缸的出口開口)設(shè)置增壓器的渦輪機(jī)以便能夠最佳利用通過排氣壓力和排氣溫度明顯確定的熱排氣的排氣焓，并確保渦輪增壓器的快速響應(yīng)行為是基本追求。此外，熱排氣到不同的排氣后處理系統(tǒng)的路徑也應(yīng)盡可能短以使得幾乎沒有時(shí)間冷卻排氣且排氣后處理系統(tǒng)盡可能快地達(dá)到它們的操作溫度或起燃溫度，尤其在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)后。
[0020]因此，位于汽缸處的出口開口和渦輪機(jī)之間，或汽缸處的出口開口和排氣后處理系統(tǒng)之間的排氣管路的部分的熱慣性也應(yīng)當(dāng)盡可能低，這可通過減小相應(yīng)部分的質(zhì)量和長度來頭現(xiàn)。
[0021 ]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在一個(gè)示例中，排氣管路可基本上在汽缸蓋內(nèi)合并。排氣管路的長度通過整合到汽缸蓋中的方式而被減小，由此不僅熱慣性而且相關(guān)部分的管路體積被減小，從而改善渦輪機(jī)的響應(yīng)行為，并增加通向渦輪機(jī)的入口處的排氣的焓。
[0022]雖然單一渦輪機(jī)可以被容易地定位成接近發(fā)動(dòng)機(jī)，但是同時(shí)接近發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置多個(gè)渦輪機(jī)會(huì)有問題，例如，在包括串聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)渦輪機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中時(shí)。
[0023]EP 1396619A1涉及排氣渦輪增壓和排氣后處理的同時(shí)使用，其中排氣后處理系統(tǒng)可以被設(shè)置成盡可能接近內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的出口。在根據(jù)EP1396619A1的一個(gè)實(shí)施例中，排氣流可通過合適的切換設(shè)備和旁通管路被引導(dǎo)穿過兩個(gè)渦輪機(jī)。這提供關(guān)于設(shè)置在渦輪機(jī)下游的排氣排出系統(tǒng)中的催化轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，尤其在冷啟動(dòng)后或在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱階段，因?yàn)闊崤艢獗恢苯庸?yīng)到催化轉(zhuǎn)換器且沒有首先被傳導(dǎo)穿過被認(rèn)為是溫度槽的渦輪機(jī)。這樣，在冷啟動(dòng)后或預(yù)熱階段，催化轉(zhuǎn)化器更快速達(dá)到它的起燃溫度。進(jìn)一步的實(shí)施例提供第二催化轉(zhuǎn)化器的設(shè)置，例如，繞過兩個(gè)渦輪機(jī)的旁通管路中的主催化轉(zhuǎn)化器。
[0024]然而，發(fā)明人在此已意識到這種系統(tǒng)的潛在問題。如一個(gè)示例，EP1396619A1所述的概念的缺點(diǎn)是在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱階段，所有的排氣被供應(yīng)到至少一個(gè)催化轉(zhuǎn)換器以用于加熱目的，且沒有排氣被引導(dǎo)穿過渦輪機(jī)，以使得在預(yù)熱階段期間，由于缺少充氣壓力，沒有發(fā)生機(jī)械增壓。
[0025]US 2009/0178406A1和US 2012/0216529A1描述一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中排氣后處理系統(tǒng)設(shè)置在渦輪機(jī)之間。從高壓渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)分支出來的旁通管路又通向低壓渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)中，從而繞過高壓渦輪機(jī)和所述排氣后處理系統(tǒng)。在存在低壓排氣流率的情況下，尤其是在冷啟動(dòng)后或在預(yù)熱階段，排氣被供應(yīng)到小型高壓渦輪機(jī)，由此內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械增壓在這些工況下實(shí)現(xiàn)。在以上所引用的參考中，設(shè)置在高壓渦輪機(jī)下游的排氣后處理系統(tǒng)用于確保污染物的所需轉(zhuǎn)化。
[0026]隨著排氣流的增加，增加的排氣量被引導(dǎo)穿過高壓渦輪機(jī)，從而增加流到低壓渦輪機(jī)的未處理的排氣的量。因此，低壓渦輪機(jī)下游具有額外的排氣后處理系統(tǒng)是可取的。然而，貴重金屬的使用首要導(dǎo)致排氣后處理系統(tǒng)的高生成成本。由于排氣后處理裝置的增加的空間要求，提供不止一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)的需要可明顯增加成本和包裝缺點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，排氣渦輪增壓和排氣后處理之間所述的沖突不能得到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可包括用于供應(yīng)增壓空氣到至少一個(gè)汽缸的進(jìn)氣系統(tǒng)且具有用于從至少一個(gè)汽缸排出排氣的排氣排出系統(tǒng)且具有串聯(lián)設(shè)置的至少兩個(gè)排氣渦輪增壓器。第一排氣渦輪增壓器可用作低壓級且第二排氣渦輪增壓器用作高壓級。第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機(jī)可設(shè)置在第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)中。第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機(jī)可設(shè)置在第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。第一旁通管路可從第二渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)分支出來且可又回接排氣排出系統(tǒng)以在帶有切斷元件的第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)之間形成結(jié)點(diǎn)(junct1n point)。排氣再循環(huán)裝置可親合到機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)可設(shè)置在第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)之間的排氣排出系統(tǒng)中。
[0028]排氣后處理系統(tǒng)的該設(shè)置具有以下技術(shù)效果:所有排氣在所有工況下完全穿過至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)，以使得沒有相同類型的進(jìn)一步額外的排氣后處理系統(tǒng)必須(即，必要的)提供在低壓渦輪機(jī)下游。因此，這產(chǎn)生關(guān)于成本和包裝二者的優(yōu)勢。
[0029]應(yīng)該理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡化的形式引入在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述的概念選擇。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍被緊隨【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0030]圖1示意性地示出機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例。
[0031]圖2A和圖2B是示出用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本公開還涉及用于操作上述類型的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中上述類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可用作馬達(dá)車輛驅(qū)動(dòng)單元。這樣，本公開提供包括便宜的排氣后處理裝置和緊湊包裝的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及用于操作上述類型的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
[0033]在根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，設(shè)置在第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)之間的至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)不提供在繞過高壓渦輪機(jī)的旁通管路中，而是提供在高壓渦輪機(jī)的下游且在繞過高壓渦輪機(jī)的旁通管路的下游。
[0034]排氣后處理系統(tǒng)必須被設(shè)計(jì)為用于預(yù)期的體積流量，以便確保排氣流經(jīng)排氣后處理系統(tǒng)時(shí)排氣后處理系統(tǒng)中的排氣的所需最小滯留時(shí)間的事實(shí)在這里已被證明不是問題。原因如下。
[0035]在存在低排氣流率的情況下，尤其在冷啟動(dòng)后或在預(yù)熱階段，排氣被完全或主要供應(yīng)到小型高壓渦輪機(jī)。供應(yīng)到高壓渦輪機(jī)的排氣流經(jīng)高壓渦輪機(jī)時(shí)膨脹，由此排氣的密度降低，且體積流量增加。
[0036]相比之下，隨著排氣流增加，排氣越來越多地被引導(dǎo)穿過高壓渦輪機(jī)。被引導(dǎo)穿過高壓渦輪機(jī)的排氣不經(jīng)歷任何膨脹，即，不經(jīng)歷高壓渦輪機(jī)的任何壓力減小，使得排氣后處理系統(tǒng)上游和低壓渦輪機(jī)上游存在相對高的壓力且相對高的密度的排氣。相對高的密度是用于比較小的體積流量的基礎(chǔ)。
[0037]關(guān)于排氣體積流量的上述效果具有這樣的效果:在存在小排氣質(zhì)量的情況下以及在存在相對大的排氣質(zhì)量的情況下，特定類型的一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)足夠用于所有排氣的后處理。
[0038]已經(jīng)在此經(jīng)證明不是缺點(diǎn)的是，由于渦輪機(jī)之間至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)的設(shè)置，在一些情況下低壓渦輪機(jī)能夠被設(shè)置成不特別靠近發(fā)動(dòng)機(jī)，而是可能在排氣排出系統(tǒng)的更遠(yuǎn)下游，因?yàn)榕艢夂筇幚硌b置一般或通常與放熱反應(yīng)相關(guān)聯(lián)，且作為排氣后處理的結(jié)果，排氣進(jìn)入低壓渦輪機(jī)之前排氣溫度因此再次增加。相應(yīng)的排氣后處理系統(tǒng)的示例是氧化型催化轉(zhuǎn)化器;進(jìn)一步的示例是微粒過濾器。
[0039]由于所有排氣在低壓渦輪機(jī)上游經(jīng)歷后處理的事實(shí)，使用相對小的體積(S卩，相對于提供在低壓渦輪機(jī)下游的相同類型的排氣后處理系統(tǒng)的小體積)排氣后處理系統(tǒng)是可能的。關(guān)于成本和關(guān)于驅(qū)動(dòng)單元作為整體的包裝二者，這是優(yōu)勢。
[0040]本公開涉及機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有用于供應(yīng)增壓空氣到至少一個(gè)汽缸的進(jìn)氣系統(tǒng)且具有用于從至少一個(gè)汽缸排出排氣的排氣排出系統(tǒng)。機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)還包括可串聯(lián)設(shè)置的至少兩個(gè)排氣渦輪增壓器，其中所述至少兩個(gè)排氣渦輪機(jī)增壓器中的每個(gè)包括設(shè)置在排氣排出系統(tǒng)中的渦輪機(jī)和設(shè)置在進(jìn)氣系統(tǒng)中的壓縮機(jī)。
[0041]根據(jù)本公開的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)旨在實(shí)現(xiàn)便宜的排氣后處理裝置和緊湊包裝。
[0042]根據(jù)本公開，提供排氣再循環(huán)裝置，其包括用于排氣再循環(huán)的管路。為了遵守氮氧化物排放的未來限制，排氣再循環(huán)(即，排氣從出口側(cè)到入口側(cè)的再循環(huán))越來越多地被使用，由此氮氧化物排放隨排氣再循環(huán)速率的增加而明顯減少是可能的。這里，排氣再循環(huán)速率XEGR被確定為XEGR = mEGR/(mEGR+mfresh air)，其中mEGR表不再循環(huán)的排氣的質(zhì)量且mfresh air表示被引導(dǎo)經(jīng)過壓縮機(jī)且被壓縮的供應(yīng)的新鮮空氣。
[0043]排氣再循環(huán)也適于在部分負(fù)荷范圍內(nèi)減少未燃燒的碳氮化合物的排放。
[0044]至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)可為氧化型催化轉(zhuǎn)化器、三元催化轉(zhuǎn)化器、存儲(chǔ)催化轉(zhuǎn)換器、選擇性催化轉(zhuǎn)化器和/或微粒過濾器。
[0045]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中提供第二旁通管路，該第二旁通管路從第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)分支出來且又通向第二壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中且切斷元件設(shè)置在所述第二旁通管路中。
[0046]第二旁通管路允許高壓壓縮機(jī)被繞過。這使得被引導(dǎo)穿過高壓壓縮機(jī)的增壓空氣質(zhì)量流量與被引導(dǎo)穿過高壓渦輪機(jī)的排氣質(zhì)量流量相協(xié)調(diào)，且因此與高壓級的可用渦輪機(jī)功率相協(xié)調(diào)是可能的。
[0047]在排氣主要或完全供應(yīng)到第一渦輪機(jī)，從而繞過高壓渦輪機(jī)且因此第二渦輪機(jī)不輸出功率或幾乎不輸出功率的情況下，第一壓縮機(jī)生成必需的充氣壓力，然而第二壓縮機(jī)僅構(gòu)成用于增壓空氣的流阻，所述增壓空氣在通往汽缸的路徑上被吸入并被第一壓縮機(jī)壓縮。第二旁通管路然后允許第二壓縮機(jī)被繞過。
[0048]還提供內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中第二壓縮機(jī)具有可變壓縮機(jī)幾何形狀。該實(shí)施例有優(yōu)勢，尤其是如果第二排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)具有可變渦輪機(jī)幾何形狀，且可變壓縮機(jī)幾何形狀因此可以連續(xù)的方式與渦輪機(jī)幾何形狀相協(xié)調(diào)。
[0049]已經(jīng)證明可變壓縮機(jī)幾何形狀有優(yōu)勢，尤其是如果僅小的排氣質(zhì)量流量被引導(dǎo)穿過第二渦輪機(jī)，因?yàn)橥ㄟ^葉片的調(diào)整，壓縮機(jī)特征映射圖中壓縮機(jī)的喘振極限可在小的壓縮機(jī)流的方向上轉(zhuǎn)變，且因此阻止壓縮機(jī)超過喘振極限操作。
[0050]然而，第二壓縮機(jī)的可變壓縮機(jī)幾何形狀也提供操作狀態(tài)的優(yōu)勢，在所述操作狀態(tài)中，排氣主要或完全流經(jīng)第一渦輪機(jī)，且第一壓縮機(jī)生成所需的充氣壓力。在這些情況下，第二壓縮機(jī)僅構(gòu)成流阻。
[0051]可變壓縮機(jī)幾何形狀可致使第二旁通管路多余，因?yàn)閴嚎s機(jī)橫截面能夠適于增壓空氣流。然而，為此，壓縮機(jī)的幾何形狀或壓縮機(jī)的流量橫截面的幾何形狀必須在廣泛范圍內(nèi)可調(diào)整，使得壓縮機(jī)可適于非常小的增壓空氣流和非常大的增壓空氣流二者。
[0052]雖然如此，不過可提供內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中第二壓縮機(jī)可具有固定的、不變的壓縮機(jī)幾何形狀。與帶有可變幾何形狀的上述壓縮機(jī)相比，在此控制要求在原則上被消除。總而言之，該實(shí)施例具有成本優(yōu)勢。
[0053]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機(jī)具有可變渦輪機(jī)幾何形狀。
[0054]可變渦輪機(jī)幾何形狀增加機(jī)械增壓的靈活性。其準(zhǔn)許渦輪機(jī)幾何形狀適于存在的排氣流。這里，用于影響流向的導(dǎo)向葉片設(shè)置在渦輪機(jī)的葉輪上游。與旋轉(zhuǎn)葉輪的葉輪葉片相比，導(dǎo)向葉片不隨渦輪機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)，即，不隨葉輪旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)向葉片被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置為靜止的，但不是完全不動(dòng)的，而是以便圍繞它們的軸線可旋轉(zhuǎn)，使得接近葉輪葉片的流量會(huì)受到影響。
[0055]相比之下，如果渦輪機(jī)具有固定的、不變的幾何形狀，則導(dǎo)向葉片不僅是靜止的，而且也是完全不動(dòng)的，也就是說，既然提供了導(dǎo)向葉片，那么該導(dǎo)向葉片就被牢牢地固定。
[0056]特定地，渦輪機(jī)與可變渦輪機(jī)幾何形狀及繞過所述渦輪機(jī)的旁通管路的結(jié)合使得高壓渦輪機(jī)被設(shè)計(jì)以用于非常小的排氣流且因此用于較低的部分負(fù)荷范圍是可能的。因此，甚至以低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速且甚至在非常低的排氣流率的情況下實(shí)現(xiàn)高渦輪機(jī)壓力比是可能的。
[0057]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中提供第三旁通管路，該第三旁通管路從第一壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)分支出來且切斷元件設(shè)置在所述第三旁通管路中。第三旁通管路可用于增壓空氣放氣且可又通向第一壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)中，由此第一壓縮機(jī)中壓縮的增壓空氣沒被吹走，而是僅被再循環(huán)。切斷元件被提供在旁通管路中以用于控制吹氣或再循環(huán)的增壓空氣流率的目的。
[0058]然而，第三旁通管路還用于增壓空氣的進(jìn)氣，特別在幾乎無排氣或無排氣流經(jīng)第一大型渦輪機(jī)且因此第二較小的渦輪機(jī)執(zhí)行壓縮機(jī)功的情況下。第一壓縮機(jī)然后僅構(gòu)成用于通過第二壓縮機(jī)吸入的增壓空氣的流阻。旁通管路然后使第一壓縮機(jī)能夠被繞過，從而準(zhǔn)許減少進(jìn)氣系統(tǒng)的節(jié)流。
[0059]從以上所述，由此得出結(jié)論，低壓渦輪機(jī)可同樣裝備有旁通管路。
[0060]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)包括氧化型催化轉(zhuǎn)化器。
[0061]甚至在沒有額外措施的情況下，未燃燒的碳氮化合物和一氧化碳的氧化在足夠高的溫度水平下的汽缸充氣的膨脹和排出過程中且在存在足夠大的氧氣量的情況下適當(dāng)?shù)匕l(fā)生。然而，由于在下游方向快速下降且因此迅速減小反應(yīng)速率的排氣溫度，所述反應(yīng)快速停止。
[0062]為此，利用包括催化材料的催化反應(yīng)器，所述催化材料增加特定反應(yīng)的速率并確保甚至在低溫下的氧化。如果氮氧化物額外地被還原，這可在帶有三元催化轉(zhuǎn)換器的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下被實(shí)現(xiàn)，然而，出于此目的，所述三元催化轉(zhuǎn)換器需要奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在狹窄范圍內(nèi)的化學(xué)計(jì)量操作(λ? I)。這里，氮氧化物通過存在的非氧化型排氣成分(特別是一氧化碳和未燃燒的碳氮化合物)被還原，其中所述排氣成分同時(shí)被氧化。
[0063]在利用過量空氣操作的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，S卩，例如在稀燃模式中操作的奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，但尤其是直接噴射柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和直接噴射奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于缺少還原劑，包含在排氣中的氮氧化物不能違背原則被還原。然后，為了未燃燒的碳氮化合物和一氧化碳的氧化，氧化型催化轉(zhuǎn)換器提供在排氣排出系統(tǒng)中。
[0064]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)包括微粒過濾器。為了最小化碳煙微粒的排放，利用所謂的再生微粒過濾器，其過濾出排氣中的碳煙微粒并儲(chǔ)存它們，其中，所述碳煙微粒在過濾器的再生過程期間被間歇性地燃盡。為此，氧或排氣中的過量空氣是必要的，以便氧化過濾器中的碳煙。
[0065]過濾器必須定期再生，S卩，以固定的預(yù)先限定的間隔，且通常當(dāng)達(dá)到預(yù)先限定的英里數(shù)或操作持續(xù)時(shí)間。在沒有催化幫助的情況下，僅在操作過程中的高負(fù)荷和高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處達(dá)到用于微粒過濾器的再生的約550°C的高溫。如果根據(jù)本公開，所有的排氣可以被直接供應(yīng)到至少一個(gè)緊密耦合的排氣后處理系統(tǒng)(即，目前的情況下是微粒過濾器)，因此已經(jīng)證明有優(yōu)勢。
[0066]上述排氣后處理系統(tǒng)中的每個(gè)也可用作，S卩，被設(shè)計(jì)為，組合的排氣后處理系統(tǒng)的部件。結(jié)果，使用不同類型的多個(gè)排氣后處理系統(tǒng)也是可能的。
[0067]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中第一壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成大于第二壓縮機(jī)，因?yàn)樵陔p級壓縮的背景下，第一壓縮機(jī)形成低壓級，然而第二壓縮機(jī)壓縮已經(jīng)預(yù)先壓縮的空氣且因此構(gòu)成高壓級。
[0068]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中第一渦輪機(jī)被設(shè)計(jì)為大于第二渦輪機(jī)。在兩級壓縮的背景下，第二渦輪機(jī)用作高壓渦輪機(jī)，使得在第一渦輪機(jī)中由于已經(jīng)在相對低的壓力處且具有相對小的密度的排氣流已穿過高壓級的事實(shí)，所述排氣流膨脹。相比之下，在存在相對高的排氣流率的情況下，至少主要繞過高壓渦輪機(jī)的排氣被供應(yīng)到低壓渦輪機(jī)，所述低壓渦輪機(jī)因此必須為大型的或相對大的設(shè)計(jì)。
[0069]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中切斷元件可經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器被電力控制、液壓控制、氣動(dòng)控制、機(jī)械控制或磁力控制。
[0070]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中切斷元件以連續(xù)可變的方式或以階梯式可控制，即可切換。
[0071]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中提供排氣再循環(huán)裝置。
[0072]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中額外的冷卻器被提供在用于排氣再循環(huán)的管路中。所述額外的冷卻器降低熱排氣流的溫度且因此增加排氣的密度。在新鮮空氣與再循環(huán)的排氣混合時(shí)產(chǎn)生的汽缸新鮮充氣的溫度因此以這樣的方式被進(jìn)一步降低，因此額外的冷卻器也有助于帶有新鮮混合物的燃燒室的改善的充氣。
[0073]提供內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中切斷元件被提供在用于排氣再循環(huán)的管路中。切斷元件用于排氣再循環(huán)速率的控制。
[0074]為了獲得氮氧化物排放的明顯減少，需要高排氣再循環(huán)速率，其量級順序可為XECR* 60%到70%。
[0075]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中提供包括管路的排氣再循環(huán)裝置，所述管路從渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)分支出來并通向進(jìn)氣系統(tǒng)中，優(yōu)選通向壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。
[0076]還提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中提供包括管路的排氣再循環(huán)裝置，所述管路從渦輪機(jī)下游的排氣排出系統(tǒng)分支出來并通向進(jìn)氣系統(tǒng)中。
[0077]這里，提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中所述管路通向壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。
[0078]上面，機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有低壓EGR裝置。與從渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)提取的排氣被引入進(jìn)氣系統(tǒng)的高壓EGR裝置相比，在低壓EGR裝置的情況下，已經(jīng)流經(jīng)渦輪機(jī)的排氣被再循環(huán)到入口側(cè)。為此，低壓EGR裝置包括再循環(huán)管路，該再循環(huán)管路從渦輪機(jī)下游的排氣排出系統(tǒng)分支出來并通向壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。
[0079]低壓EGR裝置相對于高壓EGR裝置的主要優(yōu)勢在于在排氣再循環(huán)期間被引入渦輪機(jī)中的排氣流通過再循環(huán)的排氣流率沒有被減少。整個(gè)排氣流通?？捎糜跍u輪機(jī)處，用于生成足夠高的充氣壓力。
[0080]經(jīng)由低壓EGR裝置再循環(huán)到入口側(cè)且優(yōu)選地被冷卻的排氣通常與壓縮機(jī)上游的新鮮空氣混合。新鮮空氣和以這種方式產(chǎn)生的再循環(huán)的排氣的混合物形成增壓空氣，該增壓空氣被供應(yīng)到壓縮機(jī)并且被壓縮。
[0081]這里，在低壓EGR過程期間排氣被引導(dǎo)穿過壓縮機(jī)的事實(shí)不是不利的，因?yàn)槭褂脙?yōu)選在微粒過濾器中已經(jīng)經(jīng)受排氣后處理的排氣。因此，不存在壓縮機(jī)中有沉積物的風(fēng)險(xiǎn)，而所述沉積物改變幾何形狀，尤其是改變流量橫截面，且因此損害壓縮機(jī)的效率。
[0082]提供機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，其中增壓空氣冷卻器被設(shè)置在壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。增壓空氣冷卻器降低空氣溫度且因此增加增壓空氣的密度，其結(jié)果是冷卻器也有助于帶有空氣的燃燒室的改善的充氣，即，較大的空氣質(zhì)量。
[0083]這里，提供實(shí)施例，其中用于排氣再循環(huán)的管路通向增壓空氣冷卻器下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中。這樣，排氣流不被引導(dǎo)穿過增壓空氣冷卻器，且因此，所述冷卻器不能被包含在排氣流中的污染物的沉積物(尤其是碳煙微粒和油)污染。
[0084]機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例還可具有優(yōu)勢，其中提供包括管路的排氣再循環(huán)裝置，所述管路從渦輪機(jī)之間的排氣排出系統(tǒng)分支出來并且在合適的點(diǎn)處通向進(jìn)氣系統(tǒng)中。適合性尤其取決于是否能夠確保或生成再循環(huán)所需的壓力梯度。
[0085]本公開基于的第二子目標(biāo)通過以下方法來實(shí)現(xiàn)，所述方法通過以下事實(shí)區(qū)別:在預(yù)熱階段，第一旁通管路打開，且排氣經(jīng)由第一旁通管路被引導(dǎo)穿過第二渦輪機(jī)。
[0086]已結(jié)合根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)陳述的內(nèi)容同樣應(yīng)用到根據(jù)本公開的方法。
[0087]圖1基于四缸直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的示例示出機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的第一實(shí)施例。圖1示出帶有各種部件的相對定位的示例配置。至少在一個(gè)示例中，如果示出彼此直接接觸，或直接耦合，則此類元件可以被分別稱為直接接觸或直接耦合。類似地，至少在一個(gè)示例中，示出連續(xù)的或彼此鄰近的元件可分別為連續(xù)的或彼此鄰近。如一個(gè)示例，彼此共面接觸的部件可被稱為處于共面接觸。如另一示例，在至少一個(gè)示例中，彼此分開安置的其間僅帶有空間但沒有其它部件的元件也可如此稱之。然而，如另一示例，示出在另一個(gè)的上面/下面，在另一個(gè)的相對側(cè)處，或在另一個(gè)的左邊/右邊的元件可相對于另一個(gè)如此稱之。進(jìn)一步地，如圖中所示，在至少一個(gè)示例中，最上面的元件或元件的點(diǎn)可以被稱為部件的“頂部”且最下面的元件或元件的點(diǎn)可以被稱為部件的“底部”。如本文所用的，頂部/底部，上/下，上面/下面可相對于圖的豎直軸線且用于描述圖中的元件相對于彼此的定位。正因如此，在一個(gè)示例中，示出在其它元件上面的元件可以被豎直安置在其它元件上面。如又一示例，圖內(nèi)所述的元件的形狀可以被稱為具有那些形狀(例如，諸如圓形的、筆直的、平面的、彎曲的、圓的、倒棱的、有角的等等)。進(jìn)一步地，在至少一個(gè)示例中，示出彼此相交的元件可以被稱為相交元件或彼此相交。仍進(jìn)一步地，在一個(gè)示例中，示出在另一元件內(nèi)或示出在另一元件外的元件可以被如此稱之。
[0088]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的汽缸3沿汽缸蓋的縱軸線設(shè)置，S卩，直列式設(shè)置。為了供應(yīng)增壓空氣到汽缸3中，提供進(jìn)氣系統(tǒng)2，且為了從汽缸3排出排氣，提供排氣排出系統(tǒng)4。
[0089]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I裝備有串聯(lián)設(shè)置的第一排氣渦輪增壓器6和第二排氣渦輪增壓器7，并且所述第一排氣渦輪增壓器6和第二排氣渦輪增壓器7中的每個(gè)包括設(shè)置在排氣排出系統(tǒng)4中的第一渦輪機(jī)6a和第二渦輪機(jī)7a，以及設(shè)置在進(jìn)氣系統(tǒng)2中的第一壓縮機(jī)6b和第二壓縮機(jī)7b，第一排氣渦輪增壓器6用作低壓級6且第二排氣渦輪增壓器7用作高壓級7。
[0090]為此，第一壓縮機(jī)6b被設(shè)計(jì)為大于第二壓縮機(jī)7b，因?yàn)榫哂械谝慌艢鉁u輪增壓器6和第二排氣渦輪增壓器7的設(shè)置，在兩級壓縮的背景下，第一壓縮機(jī)6b形成低壓級6，然而第二壓縮機(jī)7b壓縮已預(yù)先壓縮的空氣且因此構(gòu)成高壓級7。
[0091]出于相同的原因，第一渦輪機(jī)6a被設(shè)計(jì)為大于第二渦輪機(jī)7a。這是因?yàn)樵趦杉壴鰤旱谋尘跋拢诙u輪機(jī)7a用作高壓渦輪機(jī)7a，然而第一渦輪機(jī)6a用于膨脹排氣流，由于所述排氣流已穿過高壓級7的事實(shí)，所述排氣流已處于相對低的壓力處并具有相對低的密度。
[0092]增壓空氣冷卻器5設(shè)置在第一壓縮機(jī)6b和第二壓縮機(jī)7b下游的進(jìn)氣系統(tǒng)2中。增壓空氣冷卻器5可降低空氣溫度且因此增加增壓空氣的密度，其結(jié)果是冷卻器有助于利用經(jīng)由增壓室9供應(yīng)到汽缸3的空氣改善汽缸3的充氣。
[0093]第二排氣渦輪增壓器7的第二渦輪機(jī)7a具有第一旁通管路10，其從第二渦輪機(jī)7a上游的排氣排出系統(tǒng)4分支出來并且又通向排氣排出系統(tǒng)4中，以便在第一渦輪機(jī)6a和第二渦輪機(jī)7a之間形成結(jié)點(diǎn)8，其中切斷元件11設(shè)置在所述旁通管路10中。
[0094]在圖1所圖示的實(shí)施例中，第二壓縮機(jī)7b具有第二旁通管路12，其從第二壓縮機(jī)7b上游和第一壓縮機(jī)6b和第二壓縮機(jī)7b之間的進(jìn)氣系統(tǒng)2分支出來，并又通向第二壓縮機(jī)7b下游且第二壓縮機(jī)7b和增壓空氣冷卻器5之間的進(jìn)氣系統(tǒng)2中，且切斷元件13設(shè)置在所述第二旁通管路12中。
[0095]存在設(shè)置在第一渦輪機(jī)6a和第二渦輪機(jī)7a之間的排氣排出系統(tǒng)4中的組合的排氣后處理系統(tǒng)15，其包括氧化型催化轉(zhuǎn)化器15a和微粒過濾器15b。這里，排氣后處理系統(tǒng)15設(shè)置在結(jié)點(diǎn)8和第一排氣渦輪增壓器6的第一渦輪機(jī)6a之間，以使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I的所有排氣穿過排氣后處理系統(tǒng)15，且在所有工況下經(jīng)歷后處理。
[0096]此外，圖1所圖示的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I裝備有低壓EGR裝置16，該低壓EGR裝置16包括再循環(huán)管路16a，所述再循環(huán)管路從第一渦輪機(jī)6a和第二渦輪機(jī)7a下游的排氣排出系統(tǒng)4分支出來，并且通向第一壓縮機(jī)6b和第二壓縮機(jī)7b上游的進(jìn)氣系統(tǒng)2中，且具有設(shè)置其中的冷卻器16c。在第一壓縮機(jī)6b和第二壓縮機(jī)7b上游的排氣與新鮮空氣混合并形成增壓空氣之前，冷卻器降低熱排氣流的溫度。也設(shè)置在再循環(huán)管路16a中的是切斷元件16b，該切斷元件16b起EGR閥16b的作用并用于調(diào)整經(jīng)由低壓EGR裝置16再循環(huán)的排氣流率。
[0097]為了能夠生成非常高的再循環(huán)速率，提供額外的排氣再循環(huán)裝置14。為了形成所述高壓EGR裝置14，提供管路14a，其從第一渦輪機(jī)6a和第二渦輪機(jī)7a上游的排氣排出系統(tǒng)4分支出來并且通向增壓空氣冷卻器5下游的進(jìn)氣系統(tǒng)2中。為了調(diào)整經(jīng)由高壓EGR裝置14再循環(huán)的排氣流率，充當(dāng)EGR閥14b的切斷元件14b設(shè)置在管路14a中。高壓EGR裝置14也具有冷卻器14c。
[0098]發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可包括控制器112?？刂破?12在圖1中示出為微型計(jì)算機(jī)，其包括微處理器單元(CPU) 102、輸入/輸出端口(I/O) 104、在該特定示例中用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的被示出為只讀存儲(chǔ)器芯片(R0M)106的電子存儲(chǔ)介質(zhì)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 108、?；畲鎯?chǔ)器(KAM) 110和數(shù)據(jù)總線?？刂破?12可從耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)I的傳感器接收除之前討論的那些信號之外的各種信號，包括:來自質(zhì)量空氣流量傳感器的所導(dǎo)入的質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值;來自耦合到冷卻套管的溫度傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度(ECT);來自耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸的霍爾效應(yīng)傳感器(或其它類型)的表面點(diǎn)火感測信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);和來自MAP傳感器的絕對歧管壓力信號MAP。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號RPM可通過控制器112從信號PIP生成。一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器(未示出)可安置在排氣裝置中以測量排氣溫度、排氣后處理溫度，或其它溫度。
[0099]存儲(chǔ)介質(zhì)只讀存儲(chǔ)器106能夠用表示通過處理器102可執(zhí)行的指令的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)編程以用于執(zhí)行下述方法以及預(yù)期的但沒有具體列出的其它變體。參考圖2A和圖2B描述示例方法。
[0100]控制器112從圖1的各種傳感器接收信號并采用圖1的各種致動(dòng)器基于接收的信號以及儲(chǔ)存在控制器的存儲(chǔ)器上的指令調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)操作。例如，為了調(diào)整切斷元件11的位置，控制器可從一個(gè)或多個(gè)傳感器接收反饋以確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，和/或后處理設(shè)備溫度(諸如來自MAF、MAP、PIP傳感器，和溫度傳感器的反饋)且然后可調(diào)整耦合到切斷元件11的致動(dòng)器以調(diào)整切斷元件的位置。
[0101]轉(zhuǎn)向圖2A和圖2B，示出用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的方法200。方法200可根據(jù)儲(chǔ)存在控制器(諸如圖1的控制器112)的存儲(chǔ)器中的非暫時(shí)性指令實(shí)施，以便調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)I)的各種操作參數(shù)，從而根據(jù)檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)提供指定的增壓壓力，同時(shí)管理排氣后處理系統(tǒng)的溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)可包括第一渦輪增壓器(例如，圖1的渦輪增壓器6)和第二渦輪增壓器(例如，圖1的渦輪增壓器7)，所述第一渦輪增壓器包括第一渦輪機(jī)和第一壓縮機(jī)，所述第二渦輪增壓器包括第二渦輪機(jī)和第二壓縮機(jī)。第二渦輪增壓器可為高壓渦輪增壓器且因此第二渦輪機(jī)可在排氣流動(dòng)方向上安置在第一渦輪機(jī)上游。第一渦輪增壓器可為低壓渦輪增壓器。排氣后處理系統(tǒng)(ATS)可設(shè)置在兩個(gè)渦輪機(jī)之間的排氣通道中(諸如圖1的排氣后處理系統(tǒng)15)。如上所述，切斷閥(例如，切斷元件11)可與第二渦輪機(jī)并聯(lián)耦合，從而允許排氣在一些狀況下繞過第二渦輪機(jī)。進(jìn)一步地，高壓EGR系統(tǒng)可耦合第二渦輪機(jī)上游的排氣裝置到進(jìn)氣裝置，且低壓EGR系統(tǒng)可耦合第一渦輪機(jī)下游的排氣裝置到進(jìn)氣裝置。
[0102]用于實(shí)施方法200的指令可基于儲(chǔ)存在控制器的存儲(chǔ)器上的指令并結(jié)合從發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的傳感器(諸如上面參考圖1描述的傳感器)接收的信號通過控制器執(zhí)行。根據(jù)下面所述的方法，控制器可采用發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)致動(dòng)器調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)操作。
[0103]在202處，方法200包括確定發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)。確定的操作參數(shù)可包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、升壓壓力(例如，其可為進(jìn)氣歧管壓力相對于環(huán)境壓力的測量值)、ATS溫度和其它參數(shù)。在204處，方法200確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否在冷啟動(dòng)狀況下操作，所述冷啟動(dòng)狀況可包括發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)但處于環(huán)境溫度下。如果發(fā)動(dòng)機(jī)沒有在冷啟動(dòng)狀況操作，則方法200前進(jìn)到214，214將在下面描述。
[0104]如果發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)狀況下操作，則方法200前進(jìn)到206以迅速加熱ATS。在冷啟動(dòng)狀況期間，ATS的一個(gè)或多個(gè)部件(諸如氧化催化劑)可低于起燃溫度，且正因如此，排放可在冷啟動(dòng)狀況期間受到影響。因此，迅速加熱ATS是可取的。如208處所示，迅速加熱ATS可包括打開在第二高壓渦輪機(jī)(例如，圖1的渦輪機(jī)7)周圍的旁通管路中耦合的切斷閥(例如，圖1的切斷元件11)，所述第二高壓渦輪機(jī)也可被稱為HP渦輪機(jī)。在冷ATS狀況期間，打開切斷閥引起來自發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一部分排氣直接流到ATS，而不是流經(jīng)第二渦輪機(jī)。這樣做，ATS可以被迅速加熱。
[0105]迅速加熱ATS還可包括調(diào)整耦合到HP渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。如210處所示，可變幾何形狀壓縮機(jī)(VGC)設(shè)置或壓縮機(jī)旁通閥(CBV)位置可基于HP渦輪機(jī)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，使得流經(jīng)壓縮機(jī)的空氣流匹配流經(jīng)HP渦輪機(jī)的排氣流。
[0106]在HP渦輪機(jī)的旁通期間，期望的升壓可經(jīng)由低壓渦輪增壓器(例如，圖1的渦輪增壓器6)提供和/或控制，如211處所示。提供到進(jìn)氣裝置的升壓可通過調(diào)整LP渦輪增壓器的各種參數(shù)被控制到指定的增壓壓力(若有指示)，調(diào)整LP渦輪增壓器的各種參數(shù)包括調(diào)整LP渦輪機(jī)周圍的排氣旁通的量，調(diào)整LP渦輪機(jī)的VGT設(shè)置，和/或調(diào)整流經(jīng)LP壓縮機(jī)的壓縮機(jī)流的量。
[0107]進(jìn)一步地，若需要，如212處所示，ATS的迅速加熱可包括使LP-EGR流動(dòng)。為了使LP-EGR流動(dòng)，LP-EGR閥可以被至少部分地打開(例如，圖1的切斷元件16b)。進(jìn)一步地，這可包括關(guān)閉或完全關(guān)閉HP-EGR閥(例如，切斷元件14b)。在ATS預(yù)熱期間，通過使LP-EGR而不是HP-EGR流動(dòng)，更多的排氣可用于流經(jīng)ATS。
[0108]在214處，方法200確定ATS是否處于或高于起燃溫度，或ATS的另一期望溫度。例如，在ATS的一個(gè)或多個(gè)部件(例如，微粒過濾器)的再生期間，發(fā)動(dòng)機(jī)可以增加ATS溫度的方式操作以燃盡存儲(chǔ)的碳煙微粒，例如。因此，至少在再生期間，期望的ATS溫度可包括高于再生閾值的溫度。
[0109]如果ATS不處于或不高于點(diǎn)火或再生溫度，方法200繼續(xù)迅速加熱ATS，如以上所解釋的。如果ATS處于或高于起燃溫度或其它指定溫度，方法200前進(jìn)到216以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)升壓/EGR控制。標(biāo)準(zhǔn)控制可包括調(diào)整在第二 HP渦輪機(jī)周圍的旁通管路中耦合的切斷閥的位置，如218處所示。在標(biāo)準(zhǔn)升壓控制期間，切斷閥可基于排氣質(zhì)量流量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，和/或其它參數(shù)調(diào)整以向發(fā)動(dòng)機(jī)提供期望的升壓壓力，同時(shí)維持第二渦輪機(jī)在其最佳操作范圍內(nèi)。這可包括隨著排氣質(zhì)量流量的增加而打開切斷閥。在另一示例中，切斷閥位置可在相對于穩(wěn)定狀態(tài)工況的瞬時(shí)狀況期間區(qū)別性地調(diào)整。例如，甚至在第二渦輪機(jī)將通常被繞過的相對高的排氣流狀況期間，由于較小尺寸的第二渦輪機(jī)迅速響應(yīng)以及離排氣流中的發(fā)動(dòng)機(jī)更近的位置，調(diào)整(例如，關(guān)閉)切斷閥以響應(yīng)操作員踩加速器踏板從而快速提供所要求的升壓以傳送所要求的扭矩。進(jìn)一步地，切斷閥可基于排氣壓力進(jìn)行調(diào)整。如下面更詳細(xì)所解釋的，在一些發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷狀況期間使HP-EGR流動(dòng)會(huì)是可取的。然而，難以在所有狀況下使HP-EGR流動(dòng)，因?yàn)镠P-EGR流可依靠高于進(jìn)氣歧管壓力的排氣壓力。因此，如果排氣壓力低于閾值(例如，低于進(jìn)氣壓力)，切斷閥可移動(dòng)到更閉合的位置以引導(dǎo)額外的排氣穿過HP渦輪機(jī)，從而增加排氣背壓以使HP-EGR流動(dòng)。進(jìn)一步地，在標(biāo)準(zhǔn)升壓控制期間，排氣可在流經(jīng)上游HP渦輪機(jī)或在上游HP渦輪機(jī)周圍流動(dòng)后流經(jīng)下游LP渦輪機(jī)。
[0110]在一些示例中，標(biāo)準(zhǔn)升壓控制可包括基于排氣流或其它參數(shù)調(diào)整可變幾何形狀渦輪機(jī)(VGT)位置，如220處所示。HP渦輪機(jī)可為包括葉片/噴口的VGT，所述葉片/噴口可以基于排氣流被調(diào)整以提供寬高比(aspect rat1)，從而例如隨排氣流的增加而增加寬高比。此外，可變幾何形狀壓縮機(jī)(VGC)和/或也稱為切斷元件(例如圖1的切斷元件13)的壓縮機(jī)旁通閥(CBV)的位置可基于HP渦輪機(jī)設(shè)置調(diào)整，如222處所示。VGC葉片/噴口位置和/SCBV可被調(diào)整以與VGT調(diào)整協(xié)調(diào)，或與切斷閥位置調(diào)整協(xié)調(diào)，從而例如使壓縮機(jī)流匹配渦輪機(jī)流。在一個(gè)示例中，如果第二渦輪機(jī)周圍的切斷閥在瞬時(shí)事件期間被關(guān)閉，則CBV可打開以增加壓縮機(jī)空氣流。
[0111]在一些示例中，標(biāo)準(zhǔn)升壓和EGR控制可進(jìn)一步包括基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，或其它合適的參數(shù)調(diào)整高壓EGR(HP-EGR)和低壓EGR(LP-EGR)量中的一個(gè)或多個(gè)，如224處所示。這樣，用于控制排放的期望EGR可基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來提供，且進(jìn)一步可在HP-EGR和LP-EGR系統(tǒng)之間均衡以提供期望的瞬時(shí)響應(yīng)或其它參數(shù)。例如，較大部分的HP-EGR可在高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況期間被提供，而較大部分的LP-EGR可在低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況期間被提供。
[0112]在226處，方法200確定ATS是否已達(dá)到上限閾值。上限閾值溫度可為ATS的上限溫度，在所述上限溫度以上可出現(xiàn)退化。例如，在微粒過濾器再生期間，微粒過濾器的溫度可在特定的發(fā)動(dòng)機(jī)工況期間(例如，當(dāng)過量的氧氣被供應(yīng)到微粒過濾器時(shí))變得太高。如果ATS沒有達(dá)到上限溫度，則方法200返回到214以再次評估ATS是否處于或高于起燃溫度，且如果是這樣的話，繼續(xù)執(zhí)行上述的標(biāo)準(zhǔn)升壓/EGR控制。進(jìn)一步地，在一些工況下，ATS下降到起燃溫度以下或下降到期望的ATS溫度(例如，再生溫度)以下是可能的，且因此如果在214處確定ATS已下降到指定溫度以下，則可執(zhí)行如上所述的ATS的迅速加熱。
[0113]如果在226處確定ATS已達(dá)到或超過上限溫度，則方法200前進(jìn)到228以降低ATS溫度從而阻止ATS的退化。如230處所示，切斷閥可關(guān)閉以便經(jīng)由HP渦輪機(jī)使排氣流到ATSJn232處所示。這樣做，第二渦輪機(jī)處的熱可散失，從而降低進(jìn)入ATS的排氣的溫度。
[0114]在234處，方法200包括基于對切斷閥位置的調(diào)整改變升壓/EGR控制。如236處所示，這可包括調(diào)整VGT位置，從而例如增加寬高比以便允許第二渦輪機(jī)接受增加的排氣流。進(jìn)一步地，在一些示例中，HP-EGR和/或LP-EGR量可被調(diào)整，如238處所示。例如，為了轉(zhuǎn)移排氣流遠(yuǎn)離第二渦輪機(jī)，HP-EGR的比例可增加，從而至少在一些狀況下可導(dǎo)致LP-EGR量的相應(yīng)減少。仍進(jìn)一步地，如240處所示，耦合到HP渦輪機(jī)的第二壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)方面可被調(diào)整以對應(yīng)VGT/切斷閥位置的調(diào)整，諸如調(diào)整VGT或CBV位置。
[0115]在242處，方法200確定ATS是否已經(jīng)降回到上限閾值以下。如果沒有，方法200繼續(xù)返回到228以降低ATS溫度。如果ATS已降回到上限閾值以下，方法200前進(jìn)到224以恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)升壓/EGR控制，如上所述。方法200然后返回。
[0116]這樣，通過提供串聯(lián)設(shè)置的帶有設(shè)置在低壓渦輪機(jī)上游的高壓渦輪機(jī)的兩級渦輪增壓器，并通過包括高壓渦輪機(jī)周圍的旁路，高壓渦輪機(jī)可被設(shè)定尺寸以在低排氣流和/或瞬時(shí)狀況期間提供最佳升壓控制，而低壓渦輪機(jī)可被設(shè)定尺寸以在較高的排氣流狀況期間提供最佳升壓控制。在不犧牲升壓控制且不允許高壓渦輪機(jī)被包裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的緊密耦合位置中的情況下，通過在兩個(gè)渦輪機(jī)之間安置后處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)迅速后處理系統(tǒng)預(yù)熱。額外的進(jìn)氣和排氣流控制可通過高壓渦輪機(jī)的VGT配置以及高壓壓縮機(jī)的壓縮機(jī)控制提供。HP-EGR和LP-EGR 二者都可用于使EGR能夠在廣泛范圍的操作參數(shù)內(nèi)使用。進(jìn)一步地，后處理系統(tǒng)的溫度可通過控制流經(jīng)高壓渦輪機(jī)或在高壓渦輪機(jī)周圍流動(dòng)的流量和/或管理HP-EGR流管理(例如，維持在起燃以上、上限以下，和/或處于再生閾值)。在后處理系統(tǒng)溫度經(jīng)由流經(jīng)高壓渦輪機(jī)或在高壓渦輪機(jī)周圍流動(dòng)的流量積極管理的狀況期間，由于低壓渦輪增壓器的提供，和/或通過協(xié)調(diào)對高壓渦輪機(jī)的VGT配置的調(diào)整以及對高壓壓縮機(jī)的參數(shù)的相應(yīng)調(diào)整，升壓控制可被維持。
[0117]上述排氣后處理系統(tǒng)的技術(shù)效果為在所有工況下，排氣完全穿過至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)，以使得沒有相同類型的進(jìn)一步額外的排氣后處理系統(tǒng)必須提供在低壓渦輪機(jī)下游，從而增加效率并降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。
[0118]系統(tǒng)的實(shí)施例包括第一渦輪增壓器，其包括第一渦輪機(jī)和第一壓縮機(jī);與第一渦輪增壓器串聯(lián)的第二渦輪增壓器，其包括第二渦輪機(jī)和第二壓縮機(jī)，所述第二渦輪機(jī)設(shè)置在第一渦輪機(jī)上游的排氣通道中，且所述第二壓縮機(jī)設(shè)置在第一壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣通道中；橫跨第二渦輪機(jī)耦合并包括切斷閥的旁通管路;耦合第二渦輪機(jī)上游的排氣通道到進(jìn)氣通道的高壓排氣再循環(huán)(HP-EGR)通道，流經(jīng)所述HP-EGR通道的EGR流通過HP-EGR閥控制；設(shè)置在第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)之間的排氣通道中的后處理系統(tǒng)，旁通管路包括耦合到所述后處理系統(tǒng)上游的排氣通道的出口；以及包括指令的控制器，用于基于后處理系統(tǒng)的溫度調(diào)整切斷閥的位置，且基于對切斷閥的調(diào)整調(diào)整HP-EGR閥的位置。在第一示例中，第二渦輪機(jī)為可變幾何形狀渦輪機(jī)，且控制器可包括進(jìn)一步的指令，用于基于對切斷閥的調(diào)整調(diào)整可變幾何形狀渦輪機(jī)的寬高比。在可包括第一示例的第二示例中，控制器包括指令，用于:響應(yīng)后處理系統(tǒng)的溫度低于下閾值溫度，打開切斷閥并關(guān)閉HP-EGR閥，并且響應(yīng)于后處理系統(tǒng)的溫度高于上閾值溫度，關(guān)閉切斷閥并打開HP-EGR閥。因此，基于對切斷閥的調(diào)整調(diào)整HP-EGR閥的位置可包括當(dāng)切斷閥打開時(shí)關(guān)閉HP-HER閥，且可包括當(dāng)切斷閥關(guān)閉時(shí)打開HP-EGR閥。進(jìn)一步地，當(dāng)切斷閥關(guān)閉時(shí)，第二渦輪機(jī)的寬高比可增加，且當(dāng)切斷閥打開時(shí)，第二渦輪機(jī)的寬高比可減小。同樣地，當(dāng)切斷閥關(guān)閉和/或第二渦輪機(jī)的寬高比增加時(shí)，耦合到第二渦輪機(jī)的第二壓縮機(jī)的寬高比可增加和/或在第二壓縮機(jī)周圍耦合的壓縮機(jī)旁通閥可關(guān)閉。當(dāng)切斷閥打開和/或第二渦輪機(jī)的寬高比減小時(shí)，第二壓縮機(jī)的寬高比可減小和/或壓縮機(jī)旁通閥可打開。
[0119]在可包括第一和第二示例中的一者或二者的第三示例中，控制器包括指令，用于:響應(yīng)于后處理系統(tǒng)的溫度在下閾值溫度和上閾值溫度之間，基于排氣流調(diào)整切斷閥的位置且基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)整HP-EGR閥的位置?；谂艢饬髡{(diào)整切斷閥的位置可包括隨排氣流的增加而增加切斷閥的開口且隨排氣流的減少而減小切斷閥的開口?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)整HP-EGR閥的位置可包括隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而增加HP-EGR閥的開口且隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的減少而減小HP-EGR閥的開口。在一些示例中，當(dāng)HP-EGR閥被調(diào)整時(shí)，LP-EGR閥可被相應(yīng)地調(diào)整，例如，當(dāng)HP-EGR打開時(shí)，LP-EGR可關(guān)閉，且反之亦然。
[0120]方法的實(shí)施例包括響應(yīng)于后處理系統(tǒng)溫度低于第一閾值溫度，完全打開切斷閥，該切斷閥橫跨設(shè)置在后處理系統(tǒng)上游的高壓渦輪機(jī)耦合;且響應(yīng)于后處理系統(tǒng)溫度高于第二閾值溫度的后處理系統(tǒng)溫度，完全關(guān)閉切斷閥并調(diào)整高壓渦輪機(jī)的幾何形狀，該第二閾值溫度高于第一閾值溫度高。在一示例中，所述方法進(jìn)一步包括，響應(yīng)于調(diào)整高壓渦輪機(jī)的幾何形狀，調(diào)整可操作地耦合到高壓渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)的幾何形狀。在一示例中，當(dāng)切斷閥關(guān)閉時(shí)，高壓渦輪機(jī)的幾何形狀可以被調(diào)整以增加高壓渦輪機(jī)的寬高比。在一示例中，當(dāng)高壓渦輪機(jī)的寬高比增加時(shí)，高壓壓縮機(jī)的寬高比可增加。在一示例中，當(dāng)后處理系統(tǒng)溫度低于第一閾值溫度時(shí)，高壓渦輪機(jī)的寬高比可隨切斷閥的打開而減小。
[0121]注意，本文所包括的示例控制和估計(jì)程序能夠與各種發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。本文所公開的控制方法和程序可作為可執(zhí)行指令儲(chǔ)存在非暫時(shí)性存儲(chǔ)器中且可通過包括控制器的控制系統(tǒng)與各種傳感器、致動(dòng)器和其它發(fā)動(dòng)機(jī)硬件結(jié)合來實(shí)施。在本文中所描述的具體程序可以代表任意數(shù)量的處理策略中的一個(gè)或多個(gè)，諸如事件驅(qū)動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多線程等。因此，所描述的各種動(dòng)作、操作和/或功能可以所示順序、并行地被執(zhí)行，或者在一些情況下被省略。同樣，實(shí)現(xiàn)在本文中所描述的本發(fā)明的示例實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)不一定需要所述處理順序，但是為了便于圖釋和說明而提供了所述處理順序。取決于所使用的特定策略，所示出的動(dòng)作、操作和/或功能中的一個(gè)或多個(gè)可以被重復(fù)執(zhí)行。另夕卜，所描述的動(dòng)作、操作和/或功能可以圖形地表示被編入發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的非臨時(shí)性存儲(chǔ)器的代碼，其中通過配合電子控制器執(zhí)行包括各種發(fā)動(dòng)機(jī)硬件部件的系統(tǒng)中的指令而使所描述的動(dòng)作得以實(shí)現(xiàn)。
[0122]應(yīng)認(rèn)識到，在本文中所公開的配置和程序本質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實(shí)施例不被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多變體是可能的。例如，上述技術(shù)能夠應(yīng)用于V-6、I_4、1-
6、V_12、對置4缸和其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本公開的主題包括在本文中所公開的各種系統(tǒng)和構(gòu)造和其他的特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0123]本申請的權(quán)利要求具體地指出某些被認(rèn)為是新穎的和非顯而易見的組合和子組合。這些權(quán)利要求可能涉及“一個(gè)”元件或“第一”元件或其等同物。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被理解為包括一個(gè)或多個(gè)這種元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或多個(gè)這種元件。所公開的特征、功能、元件和/或特性的其他組合和子組合可通過修改現(xiàn)有權(quán)利要求或通過在這個(gè)或關(guān)聯(lián)申請中提出新的權(quán)利要求而得要求保護(hù)。這些權(quán)利要求，無論與原始權(quán)利要求范圍相比更寬、更窄、相同或不相同，都被認(rèn)為包括在本公開的主題內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括: 第一排氣渦輪增壓器，所述第一排氣渦輪增壓器帶有第一渦輪機(jī)和第一壓縮機(jī)； 第二排氣渦輪增壓器，所述第二排氣渦輪增壓器帶有第二渦輪機(jī)和第二壓縮機(jī)并且與所述第一排氣渦輪增壓器串聯(lián)設(shè)置，其中所述第二排氣渦輪增壓器的所述第二渦輪機(jī)設(shè)置在所述第一排氣渦輪增壓器的所述第一渦輪機(jī)上游的排氣排出系統(tǒng)中，且所述第二排氣渦輪增壓器的所述第二壓縮機(jī)設(shè)置在所述第一排氣渦輪增壓器的所述第一壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣系統(tǒng)中； 第一旁通管路，所述第一旁通管路從所述第二渦輪機(jī)上游的所述排氣排出系統(tǒng)分支出來并且又通向所述排氣排出系統(tǒng)中以在包括第一切斷元件的所述第一渦輪機(jī)和所述第二渦輪機(jī)之間形成結(jié)點(diǎn)； 排氣再循環(huán)裝置，所述排氣再循環(huán)裝置與所述排氣排出系統(tǒng)相關(guān)聯(lián);和 至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)，所述至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)設(shè)置在所述第一渦輪機(jī)和所述第二渦輪機(jī)之間的所述排氣排出系統(tǒng)中，其中所述至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)存在于所述結(jié)點(diǎn)和所述第一排氣渦輪增壓器的所述第一渦輪機(jī)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括第二旁通管路，所述第二旁通管路從所述第二排氣渦輪增壓器的所述第二壓縮機(jī)上游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)分支出來并且又通向所述第二壓縮機(jī)下游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)中，且第二切斷元件設(shè)置在所述第二旁通管路中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述第二排氣渦輪增壓器的所述第二壓縮機(jī)具有可變壓縮機(jī)幾何形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述第二排氣渦輪增壓器的所述第二渦輪機(jī)具有可變渦輪機(jī)幾何形狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中第三旁通管路從所述第一壓縮機(jī)下游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)分支出來并且第三切斷元件設(shè)置在所述第三旁通管路中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述第三旁通管路從所述第一壓縮機(jī)和所述第二壓縮機(jī)之間的所述進(jìn)氣系統(tǒng)分支出來并且通向所述第一壓縮機(jī)上游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)中。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)包括氧化型催化轉(zhuǎn)化器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)包括微粒過濾器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述第一壓縮機(jī)大于所述第二壓縮機(jī)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述第一渦輪機(jī)大于所述第二渦輪機(jī)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述排氣再循環(huán)裝置包括從所述第一渦輪機(jī)和所述第二渦輪機(jī)上游的所述排氣排出系統(tǒng)分支出來并且通向所述進(jìn)氣系統(tǒng)中的管路。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述管路通向所述第一壓縮機(jī)和所述第二壓縮機(jī)下游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)中。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述管路通向所述第一壓縮機(jī)和所述第二壓縮機(jī)上游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)中。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械增壓式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中增壓空氣冷卻器設(shè)置在所述第一壓縮機(jī)和所述第二壓縮機(jī)下游的所述進(jìn)氣系統(tǒng)中。15.—種系統(tǒng)，其包括: 第一渦輪增壓器，所述第一渦輪增壓器包括第一渦輪機(jī)和第一壓縮機(jī)； 第二渦輪增壓器，所述第二渦輪增壓器包括第二渦輪機(jī)和第二壓縮機(jī)并且與所述第一渦輪增壓器串聯(lián)，所述第二渦輪機(jī)設(shè)置在所述第一渦輪機(jī)上游的排氣通道中，且所述第二壓縮機(jī)設(shè)置在所述第一壓縮機(jī)下游的進(jìn)氣通道中； 旁通管路，所述旁通管路橫跨所述第二渦輪機(jī)耦合并包括切斷閥； 高壓排氣再循環(huán)通道，即HP-EGR通道，所述HP-EGR通道耦合所述第二渦輪機(jī)上游的所述排氣通道到所述進(jìn)氣通道，經(jīng)過所述HP-EGR通道的EGR流通過HP-EGR閥控制； 后處理系統(tǒng)，所述后處理系統(tǒng)設(shè)置在所述第一渦輪機(jī)和所述第二渦輪機(jī)之間的所述排氣通道中，所述旁通管路包括耦合到所述后處理系統(tǒng)上游的所述排氣通道的出口；和 控制器，所述控制器包括指令，用于基于所述后處理器系統(tǒng)的溫度調(diào)整所述切斷閥的位置，并且基于對所述切斷閥的所述調(diào)整調(diào)整所述HP-EGR閥的位置。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述第二渦輪機(jī)是可變幾何形狀渦輪機(jī)，并且其中所述控制器包括進(jìn)一步的指令，用于基于對所述切斷閥的所述調(diào)整調(diào)整所述可變幾何形狀渦輪機(jī)的寬高比。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括指令，用于響應(yīng)于所述后處理系統(tǒng)的所述溫度低于下閾值溫度，打開所述切斷閥并關(guān)閉所述HP-EGR閥，并且響應(yīng)于所述后處理系統(tǒng)的所述溫度高于上閾值溫度，關(guān)閉所述切斷閥并打開所述HP-EGR閥。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括指令，用于響應(yīng)于所述后處理系統(tǒng)的所述溫度在所述下閾值溫度與所述上閾值溫度之間，基于排氣流調(diào)整所述切斷閥的所述位置，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷調(diào)整所述HP-EGR閥的位置。19.一種方法，其包括: 響應(yīng)于后處理系統(tǒng)溫度低于第一閾值溫度，完全打開切斷閥，所述切斷閥橫跨設(shè)置在所述后處理系統(tǒng)上游的高壓渦輪機(jī)耦合;且 響應(yīng)于后處理系統(tǒng)溫度高于第二閾值溫度，完全關(guān)閉所述切斷閥并調(diào)整所述高壓渦輪機(jī)的幾何形狀，所述第二閾值溫度高于所述第一閾值溫度。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括:響應(yīng)于調(diào)整所述高壓渦輪機(jī)的所述幾何形狀，調(diào)整可操作地耦合到所述高壓渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)的幾何形狀。
【文檔編號】F02B37/24GK106050402SQ201610204720
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610204720.9, CN 106050402 A, CN 106050402A, CN 201610204720, CN-A-106050402, CN106050402 A, CN106050402A, CN201610204720, CN201610204720.9
【發(fā)明人】V·斯米利亞諾夫斯基, H·M·金德爾, J·克默林, F·A·薩默候夫, F·J·布林克曼
【申請人】福特環(huán)球技術(shù)公司