CN105863825B - 具有涡轮的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及具有涡轮的内燃发动机。提供用于控制内燃发动机内的涡轮的方法和系统。在一个示例中，内燃发动机内的涡轮系统可以包括具有壳体的至少一个涡轮，该壳体可以进一步包括安装在可旋转轴上的至少一个叶轮、入口区域、出口区域和至少一个过压管路，所述过压管路包括用于控制排气流量的自控阀。

Description

具有涡轮的内燃发动机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月9日提交的德国专利申请第102015202224.2号的优先权，其全文内容以引用并入本文用于所有目的。

技术领域

本说明书总体涉及用于控制内燃发动机内的涡轮的方法和系统。

背景技术

内燃发动机具有汽缸体和至少一个汽缸盖，这些汽缸体和汽缸盖彼此连接以形成发动机的汽缸。在充气交换期间，燃烧气体经由出气口排放并且经由进气口对汽缸进行充气。为了控制充气交换，内燃发动机需要诸如提升阀的控制元件和用于致动控制元件的致动设备。气门的运动需要的气门驱动机构和气门本身在本文中被称为气门驱动装置。

根据现有技术，邻接汽缸的出气口的排气管路至少部分集成到汽缸盖中并且被合并以形成单个总排气管路或多个总排气管路。合并排气管路以形成的总排气管路在本文中被称为排气歧管。

然后在至少一个歧管的下游，排气通常被供给至涡轮。例如，如果适当的话，则排气涡轮增压器的涡轮通过一个或多个排气后处理系统执行。

然而，本文的发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，根据现有技术，涡轮在尺寸方面被设计为具有一定的安全裕度以避免入口区域中的过高压力。以在特定压力和温度下的最大预期排气质量流量为起始点，涡轮被设计为具有大于理论上需要的或理论上为处理排气质量流量所必需的流动横截面约10％至15％的流动横截面。这种测量的背景是涡轮入口区域中的压力不应当超过可预定义的容许压力。例如，在实际排气质量流量在个别情况下超过最大预期排气质量流量和/或排气压力暂时地并且意外地高于最大预期排气压力的情况下。

至少一个叶轮上游的排气压力不允许变得任意高，因为否则出口阀可能沿气门驱动装置的气门弹簧的弹簧力的相反方向被打开。这可能导致气门弹簧迫使气门朝向气门闭合位置的方向。不宜通过较强力的气门弹簧来消除这种风险，因为这可能增加气门驱动装置内的摩擦损失。

提供尺寸方面的安全裕度产生很多缺点。可以使用的较大涡轮具有较高的重量并且体积可以较大，这引起增加的空间需求。至少一个叶轮可能因而具有相应较大的尺寸并且具有较大的惯性。为此，涡轮表现出相对差的响应行为。然而，主要缺点是相对较大的涡轮具有相对差的效率，在操作期间该相对较大的涡轮主要以小于实际上可处理的排气质量流量的排气质量流量来起作用。这种涡轮在小排气质量流量的情况下表现出极不令人满意的操作行为。这里特别是指由于安全裕度而对大型涡轮设计具有不利影响。以此方式，可能期望采用具有较小尺寸的涡轮的内燃发动机系统。

上述陈述不仅适用于具有固定的不可变几何结构的涡轮，还适用于具有可变涡轮几何结构的涡轮。在涡轮具有可变几何结构的情况下，允许提供安全裕度，使得以约85％至90％的打开的流动横截面管理在特定压力和特定温度下的最大预期排气质量流量。为了能够抵消超过预期的较高的排气压力或能够处理超过预期的较高的排气压力，进一步调节可变涡轮几何结构是可能的。换言之，流动横截面可以更进一步被打开。

发明内容

相对于上述背景技术，本主题的目标是提供根据优选实施例所述的内燃发动机，其关于涡轮的入口区域中的极高压力的问题被优化。

所述目标可以借助于一种内燃发动机来实现，该内燃发动机包含具有涡轮壳体的至少一个涡轮，在涡轮壳体中可以布置可安装在可旋转轴上的至少一个叶轮，在该内燃发动机中，涡轮壳体具有入口区域、出口区域和至少一个排气导流管道，该入口区域用于供给排气且被布置在至少一个叶轮的上游，并且属于排气排放系统的出口区域被布置在至少一个叶轮的下游且邻接至少一个叶轮。可以提供至少一个排气导流管道，其经由叶轮将入口区域连接到出口区域，并且其中可以提供至少一个过压管路，其从出口区域上游的至少一个排气导流管道分支出来且通向至少一个叶轮下游的排气排放系统，其中自控压力阀可以被布置在过压管路中。

根据本主题，可以在涡轮壳体中提供至少一个过压管路。每个过压管路可以进一步配备有自控压力阀，当涡轮的入口区域中的压力超过可预定义的压力时，该自控压力阀自动地打开。这可以用于防止过高的压力在入口区域中占优势。

因此，可以不再需要考虑将涡轮设计为具有一定的安全裕度。即，涡轮可以不再需要被设计为比安全地处理排气质量流量所实际需要的更大。省去所述安全裕度导致的超尺寸可以使涡轮较小，然后较小的涡轮可以具有较低的重量并且体积可以较小。响应行为同样由于转子的较低惯性而得到改善。另外，所述较小的涡轮的效率可以较高，并且尤其是在相对小的排气质量流量的情况下可以显著地改善操作行为。

在一个示例中，上述问题可以通过一种内燃发动机来解决，该内燃发动机包含具有涡轮壳体的至少一个涡轮，在涡轮壳体中布置有安装在可旋转轴上的至少一个叶轮，在该内燃发动机中，涡轮壳体具有入口区域、出口区域和至少一个排气导流管道，该入口区域用于供给排气且被布置在至少一个叶轮的上游，并且属于排气排放系统的出口区域被布置在至少一个叶轮的下游且邻接至少一个叶轮，提供至少一个排气导流管道，其经由叶轮将入口区域连接到出口区域，其中提供至少一个过压管路，其从出口区域上游的至少一个排气导流管道分支出来并且通向至少一个叶轮下游的排气排放系统，其中自控压力阀被布置在过压管路中。以此方式，可以不再需要将涡轮设计为具有一定的安全裕度。换言之，可以不再需要将涡轮设计为比处理排气质量流量需要的更大。

作为一个示例，在涡轮具有可变涡轮几何结构的情况下，使用完全打开的流动横截面来管理特定压力和特定温度下的最大预期排气质量流量。在较高的排气压力的情况下，由于几何结构已经完全打开，所以几何结构不再进一步打开。相反地，当涡轮的入口区域中的压力超过可预定义的压力时，过压阀自动地打开。这样一来，涡轮压力和发动机背压可以自动地增加涡轮转速。

应当理解，提供以上本发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出发动机的示意性描述。

图2示出具有涡轮的内燃发动机的第一实施例的涡轮，该涡轮沿涡轮叶轮的轴被局部平分。

图3示出具有涡轮的内燃发动机的第二实施例的涡轮，该涡轮沿涡轮叶轮的轴被局部平分。

图4示出用于操作涡轮的过压管路的方法。

图2-3近似按比例示出，但是可以使用其他相对尺寸。

具体实施方式

以下描述涉及用于控制内燃发动机内的涡轮的系统和方法。具体地，本说明书涉及控制诸如图2和图3中相应的涡轮系统200和涡轮系统300的涡轮，该涡轮可以包括涡轮壳体中的至少一个过压管路。另外，图2-3的涡轮系统可以包括配备有自控压力阀的过压管路，当涡轮的入口区域内的压力开始超过某一可预定义的压力时，该自控压力阀可以自动地打开。图1示出包括涡轮的示例内燃发动机。

图1中的涡轮164通过示例内燃发动机涡轮200的第一实施例在图2中进一步说明。在该示例实施例中，可以提供从排气导流管道214分支出来的过压管路204、206，排气导流管道214可以位于发动机系统的入口区域216内。图3说明可以提供过压管路304、306的内燃发动机内的另一示例涡轮系统，其中过压管路可以被设置，使得过压管路从发动机的叶轮310的排气导流管道分支出来。特别地，提供的涡轮系统的这两个示例实施例可以包含径流式涡轮，在径流式涡轮中工作流体可以相对于轴径向流动，其中径流式涡轮可以附着到该轴。

应当认识到，本公开的涡轮系统可以适用于径向、轴向或其他涡轮系统，并且本文提供的示例实施例不得以限制性的方式来看待。即，在本公开中描述的关于涡轮系统的技术可以应用于存在涡轮的系统和可能需要过压控制的系统。

在一个示例中，内燃发动机可以包含具有涡轮壳体的至少一个涡轮，在涡轮壳体中布置有安装在可旋转轴上的至少一个叶轮，在该内燃发动机中，涡轮壳体具有入口区域、出口区域和至少一个排气导流管道，入口区域用于供给排气且被布置在至少一个叶轮的上游，属于排气排放系统的出口区域被布置在至少一个叶轮的下游且邻接至少一个叶轮，提供至少一个排气导流管道，其经由叶轮将入口区域连接到出口区域，其中提供至少一个过压管路，其从出口区域上游的至少一个排气导流管道分支出来并且通向至少一个叶轮下游的排气排放系统，其中自控压力阀被布置在过压管路中。以此方式，可以不再需要将涡轮设计为具有一定的安全裕度。换言之，可以不再需要将涡轮设计为比处理排气质量流量需要的更大。

作为又一个示例，在涡轮具有可变涡轮几何结构的情况下，以完全打开的流动横截面来管理特定压力和特定温度下的最大预期排气质量流量。在存在较高的排气压力的情况下，由于几何结构已经完全打开，所以几何结构不再进一步打开。相反地，当涡轮的入口区域中的压力超过可预定义的压力时，过压阀自动地打开。这样一来，涡轮压力和发动机背压可以自动地增加涡轮转速。

如一个实施例所提供，内燃发动机可以包含具有过压管路的至少一个涡轮，该过压管路通向所提供的叶轮下游的出口区域并且可以从排气导流管道分支出来。另一实施例可以提供(多个)过压管路可以从叶轮上游的入口区域中的排气导流管道分支出来并且可以包括布置在过压管路的入口侧处的压力阀。可替代地，附加实施例可以包括布置在过压管路的出口侧处的压力阀。在一些示例中，可以提供多个过压管路。提供的(多个)过压管路可以被布置在涡轮叶轮上游或下游的入口处或可以被布置在涡轮的叶轮上游或下游的出口处。

现在参考图1，其示出了包含涡轮164的内燃发动机10。图1中的内燃发动机10可以由电子发动机控制器12控制并且可以进一步包括燃烧室30。燃烧室30被示出经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53来操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。另外，排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。

燃料喷射器66被示出设置为直接将燃料喷射进入燃烧室30，这是本领域技术人员公知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送燃料。燃料可以通过燃料系统(未示出)被输送至燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵、燃料导轨(未示出)。由燃料系统输送的燃料压力可以通过改变调整到燃料泵(未示出)的流量的位置阀来调节。另外，计量阀可以位于燃料导轨之中或附近以用于闭环燃料控制。泵计量阀也可以调整到燃料泵的燃料流，从而减少泵送至高压燃料泵的燃料。

进气歧管44被示出与可选的电子节气门62连通，可选的电子节气门62调节节流板64的位置以控制来自进气增压室46的气流。压缩机162抽吸来自空气进气口42的空气以供给增压室46。排气旋转涡轮164，该涡轮164经由轴161耦接至压缩机162。增压空气冷却器115冷却由压缩机162压缩的空气。压缩机转速可以通过调节可变叶片控件72或压缩机旁通阀158的位置来调节。在可替代示例中，除可变叶片控件72之外，还可以使用废气门74。可变叶片控件72调节可变几何结构涡轮叶片的位置。当叶片处于闭合位置时，排气可以穿过涡轮164并且对涡轮164施加增强的力。可替代地，本公开的涡轮可以替代废气门74或与废气门74一起使用以允许排气流过或绕过涡轮164，以便减少向涡轮供给的能量的量。压缩机旁通阀158可以允许在压缩机162的出口处的压缩空气返回至压缩机162的入口。以此方式，压缩机162的效率可以被降低以便影响压缩机162的流量并降低进气歧管压力。

在本文提供的实施例中，由于供给的过压管路内的压力阀具有控制来自涡轮总成(assembly)的入口部分和出口部分内的排气的释放和保留的潜力，所以可以不再需要附加或包括废气门74。具体地，在高压情况下，废气门74通常用于转移排气质量流环绕并远离涡轮。在本文提供的以及在下面关于图2和图3更详细描述的示例实施例中，提供的压力阀可以允许排气质量流连续地流过涡轮并进入排放设备70，同时仍提供可变输出质量流。

随着活塞36接近上止点压缩冲程，当燃料通过压缩点火燃烧时，发动机系统10内的燃烧可以在燃烧室30中开始。在一些示例中，通用排气氧(UEGO)传感器126可以耦接至排放设备70上游的排气歧管48。在另一些示例中，UEGO传感器可以位于一个或多个排气后处理设备的下游。另外，在一些示例中，UEGO传感器可以被NOx传感器替代，NOx传感器可以包括NOx感测元件和氧感测元件两者。

在较低的发动机温度下，电热塞68可以将电能转换为热能以便升高燃烧室30中的温度。通过升高燃烧室30的温度，可以更容易地通过压缩来点燃汽缸空燃混合物。然后，控制器12可以调节供给至电热塞68的电能的量。电热塞68伸入汽缸中并且电热塞还可以包括与其集成的用于确定燃烧室30内的压力的压力传感器。

在一个示例中，排放控制设备70可以包括微粒过滤器和催化剂砖。在另一个示例中，可以使用多个排放控制设备，每个排放控制设备具有多个催化剂砖。另外，在一个示例中，排放设备70可以包括氧化催化剂。在另一些示例中，排放设备可以包括稀NOx捕集器或选择性催化剂还原(SCR)，和/或柴油机微粒过滤器(DPF)。发动机系统10的排放设备70可以相对于涡轮164设置在发动机排气系统的下游，使得供给至涡轮164的排气可以转变为安全形式以释放到大气。

排气再循环(EGR)可以经由EGR阀80被提供到发动机。EGR阀80可以是三通阀，其关闭或允许排气从排放设备70的下游流至压缩机162上游的发动机进气系统中的位置。在可替代示例中，EFT可以从涡轮164的上游流至进气歧管44。EGR可以绕过EGR冷却器85，或可替代地，EGR可以通过流经EGR冷却器85而被冷却。在其他示例中，可以提供高压EGR系统和低压EGR系统。

控制器12在图1中被示为常规微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、不失效存储器110和常规数据总线。控制器12被示出接收来自耦接到发动机10的传感器的各种信号，除了前面讨论的那些信号，还包括：来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；耦接到加速器踏板130的位置传感器134所感测的由驾驶员132调节的加速器位置；来自耦接至进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自压力传感器122的增压压力；来自氧传感器126的排气氧浓度；来自霍尔效应传感器118的发动机位置传感器所感测的曲轴40位置；来自传感器120(例如，热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(未示出传感器)，用于由控制器12处理。在本说明书的一个示例实施例中，发动机位置传感器118可以在曲轴的每一次回转中产生预定数量的等间隔脉冲，发动机转速(RPM)可以根据脉冲数量来确定。发动机系统的控制器12可以进一步用于控制并随后致动过压管路的阀，该过压管路可以提供在具有涡轮的内燃发动机的涡轮164的示例实施例中。

在操作期间，发动机系统10的涡轮162可以收集发动机排气、利用发动机排气的能量旋转叶轮，该叶轮然后可以连接至可旋转轴161，可旋转轴161也可以连接至发动机的压缩机162。然后，压缩机162可以提供冷却的压缩空气以供给发动机系统10的增压室46。

图1中的系统提供一种内燃发动机，其包含：排气排放系统；以及至少一个涡轮，所述涡轮包含：至少一个涡轮壳体和安装在可旋转轴上的叶轮，其中涡轮壳体包含：用于供给排气的入口区域，该入口区域被布置在至少一个叶轮的上游；用于排放排气的出口区域，该出口区域被布置在至少一个叶轮的下游并且邻接至少一个叶轮；以及至少一个排气导流管道，其经由叶轮将入口区域连接到出口区域；一个或多个过压管路，其从出口区域上游的至少一个排气导流管道分支出来并且通向至少一个叶轮下游的排气排放系统，并且其中自控压力阀被布置在过压管路中。

在一些示例中，涡轮可以具有多于一个过压管路，每个过压管路可以进一步包括自控压力阀。提供的过压管路及其压力阀可以被布置在涡轮的入口区域内、涡轮的出口区域内或其任何组合。例如，具有涡轮的内燃发动机可以包括两个过压管路，一个可以布置在涡轮的入口区域内，一个可以布置在涡轮的出口区域内。以此方式，有可能考虑并且随后释放具有潜在危险的高压力的排气。

在内燃发动机总成内的涡轮系统的一个示例实施例中，所述内燃发动机可以包含可包括涡轮壳体202的至少一个涡轮200，在涡轮壳体中可以布置可安装在可旋转轴212上的至少一个叶轮210。示例内燃发动机实施例可以进一步包含涡轮壳体202，在其中可设置有用于供给排气的入口区域216和用于排放供给的排气的出口区域218。入口区域216可以被布置在至少一个叶轮210的上游并且可以进一步包括可用于连接发动机实施例的入口区域216和出口区域218的排气导流管道214。

提供的示例实施例的入口区域216可以被布置在至少一个叶轮210上游的位置，并且出口区域218可以是排气排放系统220的组成部分，排气排放系统220可以位于至少一个叶轮210的下游并且可以进一步邻接至少一个叶轮210。提供的过压管路204、206可以被设置，使得过压管路可以从可位于出口区域218上游并且可通向叶轮210下游的排气排放系统220的至少一个排气导流管道214分支出来。另外，过压管路204、206可以包括可位于过压管路内的出口侧上的自控压力阀208。

图2中的涡轮200可以是径流式涡轮，在该径流式涡轮中涡轮的工作流体可以相对于轴径向流动，其中径流式涡轮可以附着到该轴。在径流式涡轮中，通过压缩机可以使流动以大约90度取向平稳地朝向燃烧室。这可以导致减小的机械应力和热应力，因而可能使得径流式涡轮相对于轴流式涡轮被设计得更小并且更具鲁棒性和高效。

如上简述，图2中提供的示例涡轮200可以包括涡轮壳体202，该涡轮壳体202可用于容纳同样在该实施例中提供的叶轮210。提供的叶轮210可以被安装在可旋转轴上，使得排气流可以径向地接近所述叶轮210的转子叶片。示例实施例的涡轮壳体202可以包含围绕叶轮210的螺旋设计，该螺旋设计可以使排气更易于以径向方式流动。提供的排气导流管道214也可以类似地以螺旋形式延伸至涡轮壳体202，使得流管道214可以围绕叶轮210。

涡轮壳体202可以包含用于向涡轮中供给排气的入口区域216和用作先前供给的排气的排放区域的出口区域218。入口区域216可以进一步被布置在叶轮210的上游。涡轮系统200的示例出口区域218可以包含至少一部分示例排气排放系统220，该部分可以被布置在提供的叶轮210的下游并且可以直接邻接所述叶轮210。

在提供的主题的一个示例实施例中，涡轮200可以是单通道涡轮，在单通道涡轮中排气导流管道214可以经由提供的叶轮210将入口区域216连接到出口区域218。

作为一个示例，可以提供两个过压管路204、206，其中每个过压管路204、206可以从位于涡轮系统的入口区域216内的排气导流管道214分支出来。另外，入口区域216可以位于叶轮210的上游。过压管路204、206可以被设置，使得过压管路204、206通向出口区域218，该出口区域218可以位于提供的叶轮210下游并且可以进一步包括沿过压管路204、206的入口216侧安置的自控压力阀。过压管路204、206可以直线地延伸并且可以被钻入提供的涡轮系统200的壳体202中。

现在参照图3，该图示出了具有涡轮系统的示例内燃发动机的第二示例实施例的涡轮300，其中涡轮系统沿涡轮叶轮310的轴312被局部平分。应当理解，所提供和描述的图3可以被提供和描述成这样，即仅阐明相对于图2说明的实施例的差别，为此要另外参考图2及相关描述。类似的附图标记已经用于说明所提供的不同实施例中的通用组件。换言之，图2中提供的示例涡轮系统的叶轮由附图标记“210”表示，并且在图3的示例涡轮系统中提供的叶轮由附图标记“310”表示。以此方式，可以更容易地识别本文提供的多个示例实施例之间的通用元件。

相比于图2中提供的示例实施例，实施例300的图示的过压管路304、306可以从叶轮310的示例排气导流管道314分支出来。过压管路304、306可以包括可沿过压管路304、306的出口侧布置的自控压力阀308，因为在叶轮310的入口侧内没有足够的结构空间满足阀308需要的空间。当打开过压管路304、306时，叶轮310内的压力可以消散。通过致动自控压力阀308而打开过压管路304、306的这种动作可以进一步引起涡轮系统的入口区域316内的压力同样被减小。

另外，过压管路304、306可以包含两个直线部分，并且可以同样地被钻孔。应当理解，图2中提供的实施例200的过压管路204、206可以被布置在涡轮壳体202内，而图3中提供的实施例300的过压管路304、306可以延伸穿过涡轮系统的容器，该容器可以包含盒状外形的可变涡轮几何结构。因此，实施例300的过压管路304、306可以穿过实施例300的延长的涡轮壳体302。

现在参考图3，该图示出了具有涡轮总成的内燃发动机的另一个示例实施例。在该示例实施例300中，过压管路304、306被示出从叶轮310区域中的排气导流管道314分支出来。如图所示，压力阀308可以被布置在提供的过压管路304、306的出口侧上以考虑到用于叶轮310区域的入口侧中的阀308的结构空间的减少。以此方式，通过经由致动压力阀308来打开提供的过压管路304、306，可以减小或完全消散叶轮310区域内的压力。这样一来，也可以降低示例实施例的入口区域116内的压力。

示例过压管路304、306可以包含两个直线部分，并且可以进一步同样地被钻孔。相比于图2中说明的被示为布置在涡轮壳体202内的过压管路204、206，图3中的过压管路304、306可以穿过涡轮容器，从而可以贯穿延长的涡轮壳体202，该涡轮容器可以包含盒状外形并且可以进一步包含可变涡轮几何结构。

图1-3示出了具有各种组件的相对定位的示例配置。如果被示出彼此直接接触或直接耦合，则这些元件至少在一个示例中可以分别被称为直接接触或直接耦合。类似地，被示出连续或彼此邻近的元件至少在一个示例中可以分别是连续或彼此邻接。作为一个示例，彼此面共享接触放置的组件可以被称为处于面共享接触。作为另一个示例，彼此隔开设置并且其间仅有间隔而没有其他组件的元件在至少一个示例中可以被称为彼此隔开设置。作为又一个示例，被示为在彼此上方/下方、在彼此的对面或在彼此的左边/右边的元件可以被称为相对于彼此在上方/下方、在对面或在左边/右边。另外，如图所示，在至少一个示例中，最上面的元件或元件的最上面的点可以被称为组件的“顶部”，并且最下面的元件或元件的最下面的点可以被称为组件的“底部”。如在本文中所用，顶部/底部、上面/下面、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述图中的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件之上。作为另一个示例，图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如为环形的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒棱的、有角的等)。进一步地，被示出彼此交叉的元件在至少一个示例中可以被称为交叉元件或彼此交叉。更进一步地，被示出在另一个元件内部或被示出在另一个元件外部的元件在一个示例中可以被称为在另一个元件内部或在另一个元件外部。

图4示出了示例流程图，该示例流程图示出了用于包含涡轮总成的内燃发动机的方法，该方法包括第一示例工况、第二示例工况、第三示例工况和第四示例工况：在第一示例工况中，提供的(多个)过压管路的(多个)压力阀未被致动；在第二示例工况中，涡轮叶轮上游的过压管路中的单个压力阀可以响应于压力传感器输出而被致动；在第三示例工况中，涡轮叶轮下游的所提供的过压管路中的单个压力阀响应于压力传感器输出而被致动；以及在第四示例工况中，上游和下游两者的所提供的过压管路内的压力阀均响应于压力传感器输出而被致动。

关于图4，其提供了一个说明示例过程的示例流程图，通过该实例过程，所提供的过压管路的过压阀可以响应于由涡轮总成内的压力传感器产生的输出而被致动和控制。例如，如图1所示，可以经由内燃发动机的排气系统向涡轮总成内提供排气流。一旦气体被供给至涡轮的入口区域，则涡轮总成内的当前操作压力可以通过安置在发动机和涡轮总成内的多个传感器和控件来确定。如果本公开的涡轮总成内的操作压力在被认为是安全操作压力的一组预定值内，则本公开中的涡轮将正常操作而不致动涡轮总成中所提供的过压管路内的压力阀。然而，如果涡轮的操作压力超出被认为对于涡轮是安全的预定范围之外，则在示例实施例的过压管路内提供的压力阀可以响应于由所提供的过压管路内的某种压力传感器供给的压力输出而自动致动。所提供的(多个)压力传感器可以允许过压管路并因此允许涡轮总成在由一个或多个工况限定的多个速度和负载下操作。

例如，上述工况可以允许涡轮总成的操作，并且因此允许发动机系统作为整体在预定义的“安全”操作负载内操作。操作负载可以进一步包含第一工况，在第一工况中涡轮总成内的操作压力被确定为是安全的并且可以不必打开所提供的过压管路的压力阀，并且因此涡轮通常在其被供给安全操作压力时操作。进一步的工况可以包含第二状况，在第二状况中涡轮操作压力可以被确定为是高的或不安全的。在这种工况中，过压管路的所提供的阀门之一可以响应于涡轮操作压力而打开。然后该阀门的打开可以降低涡轮内的工作压力。另外，第三工况可以包括以下工作状态，即涡轮操作压力可以被确定为足够高以致所提供的过压管路的两个阀门都可以响应于该充分高的操作压力而打开。两个阀门的打开可以进一步充分降低涡轮内的工作压力。

如上文简述，如果涡轮总成内的压力处于一组预定上限压力值和下限压力值内，则传感器可以不致动所提供的(多个)过压管路的(多个)压力阀，该上限压力值和下限压力值在图4中分别表示为“高”值和“低”值。在这种情况下，涡轮的工作流体即发动机的排气在预定的“安全”操作范围内被维持在涡轮叶轮区域的入口区域和出口区域内。然而，如果不同示例实施例所提供的涡轮总成的入口部分和出口部分内的操作压力由提供的传感器确定为高于预定的“安全”操作压力，则可以采用关于减小涡轮内的压力的多个工况。

在第一工况中，涡轮的操作压力可以被确定为高于预定安全操作压力，即，如果示例涡轮内的压力在规定的非零值之上并且在第一高压力值之上，但在第二预定高压力值之下，则提供的过压管路的一个过压阀可以被打开。在具有多于一个过压管路的示例实施例中，一个或多个压力阀可以被打开以关于排气流量将涡轮的操作压力减小至相对于其位置的“安全”值，使得贯穿入口区域和出口区域可以维持安全压力。例如，如果图2中的实施例200在高于第一预定高压力值且低于第二预定压力值的压力下操作，则仅一个压力阀可以被致动。更具体地，例如，如果在入口区段216中相对于叶轮210的上游压力被确定为高于第一预定高压力值，则叶轮上游的过压管路的过压阀可以被打开。在示出了第二工况的另一个示例中，如果叶轮210下游的入口区域的压力高于第一预定高压力值并且低于第二预定高压力值，则涡轮总成的入口区域中的叶轮210下游的压力阀208可以被打开。以此方式，可以维持在入口区域216和出口区域218两处的压力比。

例如，调节实施例200的过压管路阀204、206可以包括调节所提供的(多个)压力阀208的致动器，以便调节涡轮总成的总操作压力。

在图2提供的一个示例实施例中，应当认识到，提供的涡轮总成的第一和第二高压工况可以分别涉及叶轮210上游和下游的入口区域中的压力高于第一预定高压力值并且低于第二预定高压力值的状况。这样一来，可以控制在不同阶段进入涡轮的气体流量同时维持涡轮入口区域和出口区域处的总压力比，使得通过所提供的过压管路中的压力阀来减少排气流不会对涡轮以及因此对发动机的整体性能产生负面影响。

也可以提供第三高压工况，使得在该状况中涡轮在高于第一和第二预定高压力值两者的压力下操作。在该第三工况中，多于一个压力阀可以被致动以导致涡轮内流动压力的减小。例如，如果图2中提供的实施例200被发现在大于第一和第二高压力值两者的压力下操作，则可以以可有效地降低涡轮的操作压力的方式致动过压管路204、206两者的压力阀208。例如，阀208可以响应于由涡轮内的压力传感器供给的输出信号而打开和关闭，并且可以迅速地减小涡轮内的操作压力，使得入口区域和出口区域之间的期望压力比可以被维持。

应当认识到，本文提供的实施例可以允许使用可安置在如图2中说明的入口区域内的过压管路或安置在如图3所示的叶轮的盒状容器的出口区域内的过压管路以及过压管路被安置在入口区域和出口区域两者(未示出)中及其任何组合的实施例。

提供过压管路和用于调整气体以便维持“安全”操作压力范围的过压管路内的压力阀的示例技术效果是可以不再需要考虑将涡轮设计为具有关于其尺寸的某一安全裕度。换言之，不需要将涡轮设计为比处理排气质量流量需要的更大。最终省略所述安全裕度尺度(dimensionality)可以进一步导致使用较小的涡轮，该较小的涡轮可以具有更低的重量并且体积也可以更小。由于使用的转子的惯性可能较小，所以涡轮和叶轮的行为同样可以被改善。相对于因为使用较小的涡轮和叶轮而产生的相对小的排气质量流量，涡轮总成的效率也可以被提高。

注意，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为非临时性存储器中的可执行指令被存储，且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件的控制系统执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的实施例的特征和优点所必需的，而是被提供以便于说明和描述。根据使用的特定策略，所示的行为、运转和/或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以以图形形式表示被编程到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器内的代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而被执行。

应当认识到，本文所公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体指出被视为新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过本申请的修改或通过在这个相关的申请中出现的新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (13)

1.一种内燃发动机，其包含：

排气排放系统；以及

至少一个涡轮，其包含至少一个涡轮壳体和安装在可旋转轴上的至少一个叶轮，其中所述涡轮壳体包含：

入口区域，其用于供给排气，所述入口区域被布置在所述至少一个叶轮的上游；

出口区域，其用于排放所述排气，所述出口区域被布置在所述至少一个叶轮的下游并且邻接所述至少一个叶轮；以及

至少一个排气导流管道，其经由所述至少一个叶轮将所述入口区域连接到所述出口区域；以及

一个或多个过压管路，其从所述出口区域上游的所述至少一个排气导流管道分支出来并且通向所述至少一个叶轮下游的所述排气排放系统，并且其中自控压力阀被布置在所述过压管路中，所述压力阀被布置在所述过压管路中的出口侧，所述涡轮配备有可变涡轮几何结构，所述可变涡轮几何结构包含可调导流叶片，所述可调导流叶片被布置在所述涡轮的所述入口区域中用于影响流动方向，其中所述过压管路延伸穿过所述涡轮的容器，所述容器包含在所述涡轮壳体内部并与所述涡轮壳体间隔开的盒状外形。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中至少一个过压管路通向至少一个叶轮下游的所述出口区域。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机，其中至少一个过压管路从至少一个叶轮中的至少一个排气导流管道分支出来。

4.根据权利要求3所述的内燃发动机，其中至少一个过压管路从至少一个叶轮上游的所述入口区域中的至少一个排气导流管道分支出来。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机，其中过压阀被布置在所述过压管路的入口侧。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中提供至少两个过压管路。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述涡轮壳体是整体式铸造壳体。

8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述涡轮壳体具有模块化结构。

9.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述涡轮是径流式涡轮。

10.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述涡轮是轴流式涡轮。

11.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述涡轮是排气涡轮增压器的涡轮。

12.一种用于发动机的方法，其包含：

响应于感测到的发动机工况，经由控制器调节发动机排气涡轮过压管路的第一过压泄压阀和第二过压泄压阀，所述过压管路延伸穿过涡轮的容器，所述容器包含定位在涡轮壳体内部并与所述涡轮壳体间隔开的盒状外形，所述容器接收可变几何结构涡轮增压器的可变叶片；

其中所述发动机包括具有所述涡轮的排气通道，所述涡轮具有至少一个涡轮壳体和安装在可旋转轴上的至少一个叶轮，其中所述涡轮壳体包含：入口区域，其用于供给排气，所述入口区域被布置在所述至少一个叶轮的上游；出口区域，其用于排放所述排气，所述出口区域被布置在所述至少一个叶轮的下游并且邻接所述至少一个叶轮；以及至少一个排气导流管道，其经由所述至少一个叶轮将所述入口区域连接到所述出口区域；所述过压管路，其从所述出口区域上游的所述至少一个排气导流管道分支出来并且通向所述至少一个叶轮下游的排气排放系统。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一过压泄压阀和所述第二过压泄压阀响应于多种工况而被致动，所述工况包含：

第一状况，其中响应于在第一最低水平下的压力传感器输出，仅所述第一过压泄压阀被打开，

第二状况，其中响应于在高于所述第一最低水平的第二水平下的压力传感器输出，仅所述第二过压泄压阀被打开，以及

第三状况，其中响应于在高于所述第二水平的第三水平下的压力传感器输出，所述第一过压泄压阀和所述第二过压泄压阀两者都被打开。

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