CN106257037B - 带有排气涡轮增压和排气再循环的自动点火式内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有排气涡轮增压和排气再循环的自动点火式内燃发动机。提供内燃发动机的实施例。在一个示例中，发动机包括至少一个汽缸；用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统；用于从至少一个汽缸排放排气的排气排放系统；第一排气涡轮增压器，其包括布置在排气排放系统中的第一涡轮和布置在进气系统中的第一压缩机；以及排气再循环(EGR)系统。该EGR系统包括从排气排放系统分叉并通向进气系统的管路；第二排气涡轮增压器，该第二排气涡轮增压器包括布置在轴上的管路中的EGR涡轮和布置在所述EGR涡轮上游的在轴上的管路中的EGR压缩机；以及定位在EGR涡轮和EGR压缩机之间的EGR冷却器。

Description

带有排气涡轮增压和排气再循环的自动点火式内燃发动机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年5月15日提交的德国专利申请No.102015208957.6以及于2015年6月18日提交的德国专利申请No.102015211228.4的优先权，所述的专利申请中的每个的全部内容据此以引用方式并入，以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及自动点火式机械增压内燃发动机。

背景技术

内燃发动机可被增压(例如，机械增压、涡轮增压等)，其中，供应给发动机的汽缸的进气空气具有比大气压力更高的压力。机械增压主要用于增加功率。燃烧过程所需的空气被压缩，由此在每个工作循环，能够将更大的空气质量供应给每个汽缸。以此方式，能够增加燃料质量并因此增加平均压力。

机械增压是用于增加内燃发动机的功率同时保持不变的扫过容积或用于减小扫过容积同时保持相同功率的合适手段。在任一情况下，机械增压导致容积功率输出的增加和提高的功率-重量比。如果扫过容积减小，因此总的负荷可以移向较高负荷，在此燃料消耗率较低。借助与合适的传动装置配置结合的机械增压，也可以实现所谓的自动降速，通过所述自动降速同样也可以实现较低的燃料消耗率。

因此，机械增压有助于不断努力地开发内燃发动机以最小化燃料消耗，即提高内燃发动机的效率。

对于机械增压，在该情况下利用至少一个排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮布置在相同轴上。热排气流被供应给涡轮并通过释放热量而在涡轮中膨胀，由此，该轴被设定为旋转。由排气流供应给涡轮并最终供应给该轴的能量用于驱动同样布置在该轴上的压缩机。压缩机输送并压缩供应给该压缩机的增压空气，由此获得汽缸的机械增压。增压空气冷却器可设置在压缩机下游的进气系统中，借助于该增压空气冷却器，被压缩的增压空气在进入至少一个汽缸之前被冷却。冷却器降低温度并由此增加增压空气的密度，使得冷却器也有助于改进的汽缸增压，即有助于更大的空气质量。通过冷却发生压缩。

排气涡轮增压器相对于机械增压器的优点在于，不存在用于传输功率的机械连接或在增压器和内燃发动机之间不需要机械连接。在机械增压器完全从内燃发动机汲取驱动该机械增压器所需的能量并由此降低输出功率并因此对效率有不利影响时，排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。

另一方面，在排气涡轮增压的情况下，往往遇到困难，特别是即使在低发动机速度下生成并提供足够高的增压压力的困难。如果没有达到特定发动机速度，则观察到扭矩下降。如果考虑到增压压力比取决于涡轮压力比，则所述扭矩下降是可以理解的。例如，如果发动机速度减小，这导致更小的排气流并因此导致更低的涡轮压力比。因此，增压压力比同样在较低发动机速度的方向上减少，这相当于扭矩下降。

在现有技术中，寻求使用各种措施来改进机械增压内燃发动机的扭矩特性。这例如借助于设计小的涡轮横截面并同时提供排气漏气设施来实现。此类涡轮也被称为废气门涡轮。如果排气流量超过临界值，则在所谓的排气漏气过程内排气流的一部分经由旁路管路导引越过涡轮。所述方法在相对高的发动机速度或在相对大的排气流量的情况下具有增压性能不足的缺点。此外，根据现有技术，漏气排气被导引越过涡轮而不被进一步使用，并且没有利用热排气中的可用能量。

此外，机械增压内燃发动机的扭矩特性可进一步借助于平行布置的多个即至少两个涡轮增压器，即借助于平行布置的具有相对小的涡轮横截面的多个涡轮来改进，其中利用增加的排气流量来连续启用涡轮。

扭矩特性也可有利地受多个串联连接的排气涡轮增压器影响。通过串联连接两个排气涡轮增压器，其中，一个排气涡轮增压器充当高压级，并且一个排气涡轮增压器充当低压级，压缩机特性映射图能够被有利扩展，具体地在较小压缩机流的方向以及在较大压缩机流的方向上扩展。

具体地，利用充当高压级的排气涡轮增压器，喘振极限可以转移到较小压缩机流的方向，由此即使利用小的压缩机流仍能够获得高的增压压力比，这大大改进了在较低的发动机速度范围内的扭矩特性。这通过设计用于小排气质量流的高压涡轮并提供旁路管路来实现，在排气质量流增加的情况下，增加量的排气可借助于所述旁路管路被导引越过该高压涡轮。为此，旁路管路从在高压涡轮上游的排气排放系统分叉并再次通向在低压涡轮上游的排气排放系统。在旁路管路中，布置有用于控制被导引越过高压涡轮的排气流的切断元件。

利用机械增压的目标配置，也可以适当地实现在排气排放方面的优点，例如，在柴油发动机的情况下，氮氧化物排放减少而在效率上没有损失，并且/或者有利地影响碳氢化合物排放。不过，为了遵循未来的污染物排放的限值，有必要采取进一步的措施。

在这里，焦点在于氮氧化物排放的减少，这特别在柴油发动机中有很高的相关性。由于氮氧化物的形成不仅需要过量的空气，而且也需要高的温度，用于降低氮氧化物排放的一种原理在于开发具有低燃烧温度的燃烧过程。

在这里，排气再循环，即排气从排气排放系统到进气系统的再循环，对实现该目标是有利的，其中通过增加的排气再循率可以相当大程度地减少氮氧化物排放。在这里，排气再循环率x_EGR被确定为x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_新鲜空气)，其中，m_EGR表示再循环排气的质量，以及m_新鲜空气表示所供应的新鲜空气，该新鲜空气可能已在压缩机中被压缩。排气再循环也适合用于在部分负荷范围内减少未燃烧碳氢化合物的排放。

为获得碳氢氧化物排放的相当大程度的减少，可使用高排气再循环率，该排气再循环率可以是x_EGR≈60％-80％的数量级。

为能够实现此类高再循环率，通过排气温度的急剧下降，用于再循环的排气被有效冷却是必不可少的，即此类高再循环率在不降低排气温度的情况下可能无法实现。冷却器可设置在用于排气再循环的管路中，所述冷却器降低在热排气流中的温度并因此增加排气的密度。在增压空气与再循环排气混合时所得的汽缸的新鲜增压的温度同样以这种方式降低，由此在再循环管路中的冷却器有助于利用新鲜混合物提高汽缸的增压。

不过，本文的发明人已经认识到上述方法的问题。为了能够冷却高再循环率所需的大量排气以及为了能够汲取和消散在这里出现的热量，存在可能需要非常大的容积的冷却器的情况，所述冷却器使得致密封装是不可能的。

发明内容

因此，本文提供的系统和方法至少部分解决上述问题。在一个示例中，系统包括发动机，该发动机包括至少一个汽缸；用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统；用于从至少一个汽缸排放排气的排气排放系统；第一排气涡轮增压器，其包括布置在排气排放系统中的第一涡轮和布置在进气系统中的第一压缩机；以及排气再循环(EGR)系统。该EGR系统包括从排气排放系统分叉并通向进气系统的管路；第二排气涡轮增压器，其包括布置在轴上的管路中的EGR涡轮和布置在所述EGR涡轮的上游的在该轴上的管路中的EGR压缩机；以及定位在EGR涡轮和EGR压缩机之间的EGR冷却器。

在一个或多个实施列中，该发动机还包括第三排气涡轮增压器，所述第三排气涡轮增压器包括布置在所述排气排放系统中的第三涡轮和布置在所述进气系统中的第三压缩机。

以此方式，布置在EGR系统中并因此也被称为EGR涡轮增压器的第二排气涡轮增压器可包括在涡轮的排气流动路径上游的压缩机，该压缩机将排气压缩至高压并随后使该排气膨胀，从而降低该排气的温度。EGR冷却器可设置在压缩机和涡轮的中间，从而进一步降低排气温度。由于排气具有非常低的温度，所以可提供高的EGR率，从而降低排放。

应当理解，所提供的上述发明内容以简化形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的本发明的原理选择。不过，这不意味着所述发明内容等同于要求保护的本发明主题的关键或基本特征的范围，本发明所要求保护的范围由附属的权利要求唯一限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上述或本公开任何部分中的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性示出内燃发动机的第一实施例。

图2以示意图示出在图1所示的内燃发动机的排气再循环装置的背景下，排气的压缩、冷却和膨胀。

图3为示出用于操作图1的发动机的方法的流程图。

图4示意性示出内燃发动机的第二实施例。

图5为示出用于操作图4的发动机的方法的流程图。

具体实施方式

在上面的背景技术章节中提到的所述类型的自动点火式内燃发动机用作机动车辆驱动单元。在本公开的背景下，表述“内燃发动机”涵盖自动点火式柴油发动机并且也涵盖混合动力内燃发动机，所述内燃发动机利用具有自动点火的混合燃烧过程，以及涵盖不仅包括自动点火内燃发动机而且也包括电机的混合动力驱动器，所述电机可以以驱动方式连接至内燃发动机并从自动点火内燃发动机接收功率，或作为可切换的辅助驱动器另外输出功率。在一些示例中，在不脱离本公开的范围的情况下，可使用火花点火式燃烧发动机。

本公开涉及的内燃发动机为机械增压内燃发动机。

概括地说，关于内燃发动机的排气涡轮增压，可以认为扭矩特性的改进是显著的，特别是在低发动机速度下或存在小排气流量的情况下，为此可能与排气涡轮增压器组合使用机械涡轮增压器可以是有利的。

与排气涡轮增压器相关的机械增压器的优点在于，一般来说，机械增压器可以独立于内燃发动机的当前操作状态，特别是也在曲轴的低旋转速度下生成所要求的增压压力并使该增压压力可用。这特别适用于可以另选地借助于电机驱动的机械增压器。电动辅助驱动器在低发动机速度下或存在小排气流量的情况下也可用于帮助排气涡轮增压器。

本公开涉及的内燃发动机为排气涡轮增压的内燃发动机。

本公开涉及的内燃发动机此外配备有至少一个包括管路的排气再循环装置，该管路从排气排放系统分叉并通向进气系统以用于排气的再循环。

根据本文所公开的实施例，自动点火式机械增压内燃发动机包括允许高再循环率的排气再循环装置。该自动点火式机械增压内燃发动机包括至少一个汽缸；用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统；用于从至少一个汽缸排放排气的排气排放系统；至少一个排气涡轮增压器，其包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机；以及至少一个排气再循环装置，其包括从排气排放系统分叉并通向进气系统的管路。在用于排气再循环的管路中，设有排气涡轮增压器，其包括布置在轴上的管路中的EGR涡轮以及包括布置在所述EGR涡轮上游的在该轴上的管路中的EGR压缩机，以及设置在EGR涡轮和EGR压缩机之间的EGR冷却器。

在排气再循环的过程中，用于再循环的排气被冷却，其中，根据本公开，在用于排气再循环的管路中，设有用于在冷却过程之前压缩排气的压缩机。此外，在冷却器的下游，布置有其中被冷却的排气可以膨胀的涡轮，由此排气温度再次显著降低。

根据本公开，压缩机和涡轮经组合以形成排气涡轮增压器并布置在增压器的相同轴上，使得在下文中也被称为EGR涡轮的涡轮至少共同驱动在下文中也被称为EGR压缩机的压缩机。可能存在由EGR涡轮提供的功率不足以驱动EGR压缩机的情况，可提供辅助驱动器，在指示时，该辅助驱动器被启用并填充功率缺口以用于驱动EGR压缩机。

可能存在的功率缺口可以通过合适引导用于排气再循环的管路来降低或最小化。如果借助于高压EGR从在涡轮上游的排气排放系统汲取排气，则在EGR压缩机入口处的排气压力是相对高的，由此降低压缩机压力比同时保持相同的出口压力，并且可以降低所赋予的压缩机功率。

接着，如果存在用于排气再循环的管路通向在至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统的情况，实现在EGR涡轮处的高涡轮压力比，该高涡轮压力比高于压缩机压力比。接着，高水平的驱动功率可供EGR压缩机使用。可能存在关于驱动EGR压缩机的功率缺口，该功率缺口顶多是小的。

用于再循环的排气在冷却过程产生多个有利效果之前被压缩。首先，可以提供相对小容积的冷却器，该冷却器允许排气再循环装置的致密封装并且因此允许驱动单元作为整体的致密封装。其次，在冷却过程之后该压缩首先允许膨胀，在所述膨胀期间，该排气再一次被显著冷却。

根据本公开，用于再循环的排气的冷却引起比没有压缩和膨胀的常规冷却低得多的排气温度，因此，根据本公开的方法确保或允许实现非常高的排气再循环率。

因此，根据本公开的内燃发动机提供自动点火式机械增压内燃发动机，其就排气再循环装置的方面加以改进，并借助于该排气再循环装置，特别是可以实现高再循环率。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于调节再循环排气流量的阀被布置在至少一个排气再循环装置的再循环管路中。在这里，提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，阀被布置在EGR涡轮下游或EGR压缩机上游的管路中。

在利用排气涡轮增压和排气再循环操作内燃发动机时，如果用于再循环的排气借助于高压EGR从在涡轮上游的排气排放系统被汲取并且可不再用于驱动涡轮，则会出现冲突。

如果排气借助于高压EGR再循环，则供应给涡轮的排气流同时减少。通过涡轮的更小排气流产生更小的涡轮压力比。随着涡轮压力比减小，增压压力比同样减小，这相当于更小的增压空气流或更低的增压压力。除了减小增压压力之外，在压缩机的操作中另外会出现关于压缩机的喘振极限的问题。

为此，可提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于排气再循环的管路从在至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游的排气排放系统分叉。作为高压EGR装置的替代或除了高压EGR装置以外，还可提供所述类型的低压EGR装置。

在此背景下，可提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于排气再循环的管路通向在至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统。接着，在排气排放系统和进气系统之间用于输送再循环的排气所需的压力梯度通常会比通向在压缩机下游的进气系统的用于排气再循环的管路更容易实现。

与排气从在涡轮上游的排气排放系统被汲取并被引入通常在压缩机下游的进气系统的高压EGR装置相比，在低压EGR装置的情况下，已流过涡轮的排气被再循环至入口侧。在这里，在低压EGR装置中排气可被导引通过压缩机并不是不利的，因为一般来说，所使用的是已经受排气后处理，特别是在涡轮下游的颗粒过滤器中经受排气后处理的排气。因此，没有压缩机中的沉积物的风险，所述沉积物改变压缩机的几何结构，特别是流动横截面，并由此损害压缩机的效率。

尽管如此，在本公开的背景下，提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，具体地，在该实施例中，借助于高压EGR从在涡轮上游的排气排放系统汲取排气，即用于排气再循环的管路从在至少一个排气涡轮增压器的涡轮上游的排气排放系统分叉的实施例。

可以看出，这样做的原因在于，如果从在涡轮上游的排气排放系统汲取排气，则EGR压缩机的入口处的压力较高并且从该相当高的压力水平开始对用于再循环的排气执行压缩。接着，在压缩的背景下，可以用相同的压缩机功的量将排气压缩至较高的压力，或减少所需的压缩机功率，即待赋予的压缩机功率。考虑EGR涡轮驱动EGR压缩机的事实并且可以存在由EGR涡轮提供的功率不足以驱动EGR压缩机的情况，即用于EGR压缩机的驱动功率可使用辅助驱动器增加或补充，这两种变型已被证明是有利的，因为在所讨论的实施例的情况下，可必须由辅助驱动器提供的驱动功率可减小或最小化。这被证明是有利的，特别是在使用电动辅助驱动器的情况下，因为位于机动车辆上的可用电能是有限的。排气借助于EGR压缩机被压缩到的压力，即在EGR压缩机出口的压力大致对应于进入EGR涡轮的入口压力，从上述情况开始，被压缩的排气在EGR涡轮中膨胀。因此，在EGR涡轮处的涡轮压力比同样随着较高的压缩机压力比而增加。如果EGR压缩机将排气压缩至更高压力，则待赋予压缩机功增加，但同时由EGR涡轮所提供的可用驱动功率也增加。

出于上述原因，也提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于排气再循环的管路通向在至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统。该实施例确保在EGR涡轮处的高涡轮压力比，并因此确保用于EGR压缩机的可用驱动功率的增加。涡轮压力比高于压缩机压力比。关于辅助驱动器的使用以及可能必须在EGR压缩机的驱动功率中填充的功率缺口，所讨论的实施例适合减小或最小化所述功率缺口。

尽管如此，在该背景下，也可提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于排气再循环的管路通向在至少一个排气涡轮增压器的压缩机下游的进气系统。接着，再循环排气未被导引通过排气涡轮增压器的压缩机。可以省去对用于再循环的排气的排气后处理，这诸如在排气被导引通过压缩机的情况下是必要的。在EGR涡轮处的涡轮压力比低于在先前实施例中的涡轮压力比，并且对应于在EGR压缩机处的压缩机压力比。

在这里，提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于排气再循环的管路通向在增压空气冷却器下游的进气系统。以此方式，排气流未被导引通过增压空气冷却器，并因此，所述冷却器不会被污染物的沉积物，具体地为包含在排气流中的煤烟颗粒和油弄脏。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供在至少一个排气涡轮增压器的压缩机下游的进气系统中的增压空气冷却器。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，如果排气被导引通过至少一个排气涡轮增压器的压缩机，至少一个排气后处理系统被布置在EGR涡轮下游的用于排气再循环的管路中。

出于上述的原因，提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，设置在用于排气再循环的管路中的排气涡轮增压器配备有辅助驱动器，在指示时，该辅助驱动器可被启用以用于帮助目的。

如果由EGR涡轮提供的功率不足以驱动EGR压缩机，则指示帮助，并且经提供用于EGR压缩机的驱动功率可使用辅助驱动器来增加。

在这里，具体地提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供电动辅助驱动器，优选地为包括定子和转子的电动辅助驱动器，其中该电动辅助驱动器的转子被布置在排气涡轮增压器的轴上。

呈电动马达的形式的电动辅助驱动器包括定子和转子。因此，电动马达，即电动驱动器可以形成具有可旋转的转子和定子，所述定子相对于外壳固定地布置，即例如固定地布置在排气涡轮增压器的外壳中，优选由磁性材料制成的所述定子围绕转子周向延伸，该转子以轮的方式形成。当定子(优选地为线圈)被激励时，生成使转子旋转的电磁力。

因此，提供定子包括用于生成磁场的可激励线圈的实施例，并且也提供转子包括用于生成磁场的至少一个永磁体的实施例。

基本上，转子包括用于生成磁场的可激励线圈的实施例也是有利的。与先前的转子包括至少一个永磁体的实施例相比，用于生成磁场的可激励线圈需要向转子的旋转线圈周期性地供电，这使电流反向并且因此使电刷成为必需。这种类型的电动马达更复杂并具有较大的空间要求，为此该电动马达相当不适合于当前小结构空间的使用，但尽管如此基本上仍是一种选择。

也可提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，定子包括用于生成磁场的至少一个磁体。然而，转子包括用于生成磁场的可激励线圈是必要的。

然而，也可提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供机械辅助驱动器。

在这里，提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，机械辅助驱动器为牵引机构驱动器，除了牵引机构以外，该牵引机构驱动器包括布置在曲轴上的第一驱动轮，以及布置在排气涡轮增压器的轴上的至少一个另外的第二从动轮，该牵引机构围绕第一驱动轮并围绕至少一个另外的第二从动轮引导。该牵引机构可为皮带或链条。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，设置在用于排气再循环的管路中的排气涡轮增压器，以及设置在用于排气再循环的管路中的EGR冷却器形成结构单元，即至少局部一体化形成，并具有例如公用外壳。这允许内燃发动机的致密封装，并且也简化内燃发动机的组装。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供用于绕过被布置在用于排气再循环的管路中的排气涡轮增压器的旁路管路。在一些情况下，未冷却排气的再循环是优选的，例如在内燃发动机的冷起动之后。如果用于再循环的排气未被冷却或不需要被冷却，也是排气没有必要借助于EGR压缩机压缩并且在EGR涡轮中的膨胀可以被省略的情况。

在此背景下，因此也提供自动点火内燃发动机的实施例，在该实施例中，旁路管路从在EGR压缩机上游的排气排放系统分叉并通向在EGR涡轮下游的排气排放系统。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，只提供一个排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机。

单排气涡轮增压器的涡轮的紧密耦接布置是可能的，并因此可最佳利用热排气的排气焓，所述热排气的排气焓显著由排气压力和排气温度确定，并且可以确保涡轮增压器快速响应性能。紧密耦接的布置缩短热排气至涡轮的路径，并且在涡轮上游的排气排放系统的容积也减小。排气排放系统的热惰性同样减少，这具体地是由于通向涡轮的排气排放系统的部分的质量和长度的减少所致。

就内燃发动机的摩擦损耗和总效率而论，使用单排气涡轮增压器来代替多个涡轮增压器更为有利。此外，不需要在多个排气涡轮增压器之间转换，或者不需要启用或停用排气涡轮增压器。这就扭矩特性而言也被证明是有利的并且具体地防止临时的扭矩下降。单排气涡轮增压器的涡轮的紧密耦接布置允许驱动单元作为整体的致密封装。

在使用多个排气涡轮增压器，例如两级机械增压时，所有涡轮的紧密耦接布置引起背离原则的问题。

尽管如此，也可提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供至少两个排气涡轮增压器，其中，每个排气涡轮增压器包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机。已经解释使用多个排气涡轮增压器所产生的优点。这里参考相关的陈述。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个排气涡轮增压器的涡轮具有旁路管路。接着，在排气漏气期间，排气可以被导引越过涡轮，由此该涡轮可以针对相对低或中等的排气流量设计。以此方式，显著改进扭矩特性，特别是在低发动机速度下或存在相对低的排气流量的情况下。在这种情况下，如果排气在发动机特性映射图的广泛区域中以并非微小的流量再循环，则涡轮针对相对小或中等排气流量来设定尺寸是有利的。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个排气涡轮增压器的涡轮具有可变的涡轮几何结构。

可变的涡轮几何结构允许通过调节涡轮的几何结构或有效的涡轮横截面来广泛适应相应的操作点。在这里，用于影响流动方向的导向叶片被布置在涡轮的至少一个叶轮的上游。与旋转叶轮的叶轮叶片相比，导向叶片并不随着涡轮的轴旋转，即不随着叶轮旋转。导向叶片经布置以便为静止的，但并不是完全不能移动的，而是围绕它们的轴线是可旋转的，使得接近叶轮叶片的流可以被影响。

相比之下，如果涡轮具有固定的不变的几何结构，则导向叶片不仅是静止的而且也完全不能移动，即如果提供导向装置，则完全是刚性固定的。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，属于至少一个排气涡轮增压器的涡轮的压缩机具有可变的压缩机几何结构。

可变的压缩机几何结构特别是在小排气流量被导引通过涡轮的情况下已被证明是有利的，因为通过调节导向叶片，在压缩机特性映射图中的压缩机的喘振极限可转移到小压缩机流的方向，并因此防止压缩机超出喘振极限来操作。因此，如果高的排气流量被再循环以便实现高再循环率，可变的压缩机几何结构因此也提供优点。如果至少一个排气涡轮增压器的涡轮具有可变的涡轮几何结构，则可变的压缩机几何结构可以连续适应涡轮几何结构。

提供自动点火式机械增压内燃发动机，在该实施例中，提供用于储存电能的电池。需要电能以用于向可被提供的电动辅助驱动器提供电力并且用于驱动所述电动辅助驱动器。

提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个排气涡轮增压器的压缩机为径向压缩机，并且至少一个排气涡轮增压器的涡轮为径向涡轮。这允许排气涡轮增压器的致密封装并因此允许机械增压布置作为整体的致密封装。

下面所述的图1和图4示出具有各个部件的相对定位的示例配置。在至少一个示例中，如果所示的元件彼此直接接触或直接耦接，那么此类元件可被分别称为直接接触或直接耦接。类似地，在至少一个示例中，示为彼此邻接或相邻的元件可分别为彼此邻接或相邻的。例如，置放成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。又如，在至少一个示例中，彼此隔开定位而其间只有空间并没有其他部件的元件可被如此称呼。再如，被示为在彼此的上方/下方、在彼此的相对侧或在彼此的左边/右边的元件可相对于彼此如此称呼。此外，如图所示，在至少一个示例中，最高的元件或元件的点可被称为部件的“顶部”，并且最低的元件或元件的点可被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可相对于附图的垂直轴线并用于描述附图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示为在其他元件上方的元件垂直定位在其他元件上方。再如，在附图中描绘的元件的形状可被看作具有那些形状(例如，诸如为圆形、直线的、平面的、弯曲的、倒圆形、斜切的、成角度的，等)。此外，在至少一个示例中，被示为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被示为在另一元件内或被示为在另一元件外面的元件可被如此称呼。

图1示意性示出机械增压内燃发动机1的第一实施例。所述内燃发动机为四缸直列发动机1，其中四个汽缸沿汽缸盖的纵向轴线布置，即成一条线布置。进气系统2经设置用于向汽缸供应增压空气，并且排气排放系统3经设置用于从汽缸排放排气。

出于机械增压的目的，内燃发动机1配备有排气涡轮增压器4，其包括布置在排气排放系统3中的第一涡轮4a和布置在进气系统2中的第一压缩机4b。热排气通过向轴释放能量在第一涡轮4a中膨胀。同样布置在轴上的第一压缩机4b压缩经由进气系统2、增压空气冷却器5和正压室10(例如，进气歧管)供应给汽缸的增压空气，由此实现内燃发动机1的机械增压。增压空气冷却器5布置在第一压缩机4b的下游。

此外，内燃发动机1配备有排气再循环装置6，其包括从排气排放系统3分叉并通向进气系统2的管路6a。在这种情况下，用于排气再循环6的管路6a从在排气涡轮增压器4的第一涡轮4a上游的排气排放系统3分叉并再次通向排气涡轮增压器4的第一压缩机4b上游的进气系统2。

在用于排气再循环6的管路6a中，设有排气再循环(EGR)涡轮增压器8，其包括布置在管路6a中的第二EGR涡轮8a和布置在所述EGR涡轮8a上游的管路6a中的第二EGR压缩机8b。EGR冷却器7设置在EGR涡轮8a和EGR压缩机8b之间。EGR阀6c布置在EGR涡轮8a下游的用于排气再循环6的管路6a中，借助于该EGR阀，能够调节再循环率。

设置在排气再循环装置6中的EGR涡轮增压器8配备有可启用的电动辅助驱动器9，其包括定子和转子，其中电动辅助驱动器9的转子布置在EGR涡轮增压器8的轴上。

发动机系统还可包括控制系统。该控制系统可包括控制器112。控制器112在图1中被示为微计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在该特定示例中被示为只读存储器芯片(ROM)106的用于可执行程序和校验值的电子储存介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。除了先前讨论的那些信号以外，控制器112可从耦接至发动机1的传感器接收各种信号，其包括来自质量空气流量传感器120的引入质量空气流量(MAF)的测量；来自耦接至冷却套筒的温度传感器的发动机冷却液温度(ECT)；来自耦接至发动机曲轴的霍尔效应传感器(或其他类型)的轮廓点火拾取信号(PIP)；来自节流阀位置传感器的节流阀位置(TP)；以及来自MAP传感器的绝对歧管压力信号MAP。发动机速度信号RPM可以由控制器112从信号PIP生成。

存储介质只读存储器106可以用表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据进行编程，所述指令用于执行下面描述的方法以及可以预期但是没有具体列出的其他变型。示例方法参考图2进行描述。

控制器112从图1的各种传感器接收信号，并基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调节发动机操作。例如，为控制EGR流，控制器可从各种传感器接收指示发动机速度和负荷的信号，并且控制器可基于接收到的信号调节EGR阀的致动器，使得将指定量的EGR提供给发动机。为在充足的功率不是由EGR涡轮生成的条件下驱动EGR压缩机，控制器可从各种传感器接收指示排气质量流量、EGR压缩机或涡轮比等的信号，并启用电动辅助驱动器的马达。

在一些示例中，皮带集成式起动机发电机(BISG)系统11可耦接至发动机1。BISG系统11可包括耦接至电池并经由皮带耦接至发动机的起动机发电机。在一个示例中，起动机发电机马达可为48伏马达并且电池可为48伏电池。DC-DC转换器可将来自马达的48伏输出转换为12伏以用于车辆的电气部件的子集中。电动辅助驱动器9可由48伏BISG系统11供电。因此，在一些示例中，在电动辅助驱动器9被启用(例如，线圈被激励)时，可调节BISG的马达的马达扭矩。

图2以示意图200示出在图1所示的内燃发动机的情况下，在根据本公开的排气再循环和冷却的背景下排气的压缩(A至B)、冷却(B至C)和膨胀(C至D)，其中以℃为单位的温度在纵坐标上绘出，并且相对于气体常数R的熵S在横坐标上绘出。为了比较，示出在等压排气再循环装置的背景下的常规冷却(A'至D')。

相对于没有压缩和膨胀的常规冷却(A'至D')，用于再循环的排气的冷却(A至D)导致显著较低的排气温度。而情况是在状态D中在排气处于低于85℃的温度，高于180℃的排气温度在状态D'中占优势。由此，根据本公开的方法确保高的排气再循环率。

图3为示出使用高排气再循环率操作发动机，诸如图1的发动机1的方法300的流程图。用于执行方法300和本文所包括的方法的其余部分的指令可由控制器(诸如图1的控制器12)基于存储在控制器的存储器中的指令并结合从发动机系统的传感器诸如上面参考图1所述的传感器接收到的信号来执行。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。

在302，方法300包括确定发动机操作参数。所确定的操作参数包括但不限于发动机速度、发动机负荷、发动机温度等。在304，方法300确定排气再循环(EGR)是否被启动。EGR可在大多数的发动机工况下被启动，但是可在表现出相对高的燃烧不稳定性的某些条件下被禁用，诸如非常稀的空气-燃料比的条件，低速度或低负荷条件等。

如果EGR被启动，则方法300前进至312，该步骤将在下面更详细解释。如果EGR未被启动，则方法300前进至306以完全闭合存在于EGR通道中的EGR阀。例如，相对于图1的发动机配置，在EGR管路6a中的EGR阀6c可被完全闭合以防止排气流向进气系统。由于闭合的EGR阀，没有排气流过被布置在EGR管路中的EGR涡轮或EGR压缩机，并且停用电动辅助驱动器。在308，方法300包括新鲜空气(但没有EGR)流向发动机以用于燃烧。在310，方法300任选地包括调节一个或多个排气涡轮增压器参数以满足升压和/或避免喘振，诸如排气涡轮或压缩机几何结构、涡轮或压缩机旁路阀位置等。接着方法300返回。

返回304，如果确定EGR被启动，则方法300前进至312以调节EGR阀，以便输送指定的EGR量。EGR阀可基于例如发动机速度和发动机负荷调节。在314，方法300包括使EGR流过EGR压缩机、EGR冷却器并接着流过EGR涡轮。例如，如上面关于图1所解释的，EGR涡轮增压器可存在于EGR管路中，并且在排气流过EGR管路时，排气在EGR涡轮8a中膨胀之前首先被EGR压缩机8b压缩并接着被EGR冷却器7冷却。EGR压缩机由EGR涡轮驱动，并由于EGR涡轮增压器的配置(例如，排气在流过EGR涡轮之前，首先行进通过EGR压缩机和EGR冷却器的配置)，在一些条件下，在没有充足的排气能量可用于驱动EGR涡轮来匹配EGR压缩机的功率的情况下，可存在功率缺口。为减小功率缺口，电动辅助驱动器(例如，图1的电动辅助驱动器9)可耦接至EGR涡轮增压器的轴，以便在功率缺口条件下驱动压缩机。

因此，在316，方法300包括确定EGR涡轮是否生成充足的功率。在一个示例中，EGR涡轮的功率生成可基于将EGR涡轮耦接至EGR压缩机的轴的旋转速度来确定，例如由速度传感器测量的旋转速度。如果轴速度低于阈值，则可确定EGR涡轮未生成充足的功率。在另一示例中，EGR涡轮的功率生成可由跨EGR涡轮的压力比或跨EGR压缩机的压力比来确定，所述压力比可基于位于EGR压缩机和/或EGR涡轮的上游/下游的压力传感器的压力传感器读数来确定。如果该压力比小于阈值比，则可确定EGR涡轮未生成充足的功率。在进一步的示例中，在发动机速度和/或发动机负荷相对低(例如，最大额定负荷的25％或更小的负荷、发动机怠速等)时，可确定EGR涡轮未生成充足的功率。

如果EGR涡轮未生成充足的功率，则方法300前进至318以启用电动辅助驱动器，在318该方法可包括将电压源耦接至驱动器的线圈以激励该线圈并因此使驱动器的转子旋转，从而使EGR涡轮增压器的轴旋转。如果EGR涡轮生成充足的功率，则方法300前进至320以使电动驱动器保持停用，并且EGR压缩机仅由EGR涡轮驱动。

在322，方法300包括使EGR和新鲜空气混合物流向发动机以用于燃烧。EGR对新鲜空气的相对比例可基于EGR阀的位置。此外，在一些示例中，EGR可与在排气涡轮增压器的压缩机上游的新鲜空气混合，并因此EGR在EGR涡轮中膨胀之后可被再次压缩，并随后经由增压空气冷却器再次冷却。通过EGR首先流过EGR涡轮增压器和EGR冷却器，EGR可被冷却到更高程度，从而允许相对高的EGR率，诸如60-85％。

在324，方法300任选地包括调节一个或多个排气涡轮增压器参数以满足升压和/或避免喘振，诸如排气涡轮或压缩机几何结构、涡轮或压缩机旁路阀位置等。在一个示例中，相对于EGR不流动时，在EGR流动时，排气涡轮或压缩机几何结构或涡轮或压缩机旁路阀位置可进行不同的调节，并且相对于较低EGR率条件(例如，EGR率低于50％)，在高EGR率条件(例如，EGR率高于50％)期间，排气涡轮或压缩机几何结构或涡轮或压缩机旁路阀位置可进行不同的调节。

以此方式，标准的排气涡轮增压器可设置在发动机系统中以提供升压来用于增加发动机功率，而电辅助的EGR涡轮增压器可设置在EGR系统中以增加EGR冷却。EGR首先由EGR压缩机升压(例如，被压缩)至高的压力(例如，比发动机排出的排气压力更高)并随后在EGR冷却器中冷却。最终，EGR在EGR涡轮中膨胀，从而在EGR与进气系统中的新鲜空气混合之前进一步冷却所述EGR。为将EGR压缩至高的压力，另外的功率可由电辅助提供。通过这样来做，可提供极端的EGR冷却(例如，低于EGR冷却器中的冷却液的温度)同时能使用紧凑的EGR冷却器，并且电辅助可消耗相对少量的功率(例如，相对于发动机制动功率)。因此，可向发动机提供非常高的EGR率，从而降低NOx排放。

在需要驱动EGR系统中的压缩机时，上述的电辅助系统可用于提供另外的功率。不过，在进气系统中的压缩机可能不能满足所有条件期间的升压要求，并因此在进气系统中包括电辅助压缩机(也被称为电子升压器)可以是有益的。电子升压器可定位在主压缩机的下游，这将允许电子升压器的尺寸被设定为相对小的。压缩机上游的另选位置将是合适的，但电子升压器在被放置在该位置中时可能相对更大。

在从完全活动汽缸模式切换至其中发动机的一个或多个汽缸被停用的停用汽缸模式时，该电子升压器可被启用以支持另外的升压要求，该升压需求可不由排气涡轮增压器单独输送。一旦系统在稳定的停用模式中运行，在涡轮上的可用能量和压缩机上的所需能量就将被平衡，并因此电子升压器可被再次平稳地切断。在电子升压器被停用时，旁路对于避免空气路径中的不必要压降将是有益的。

通过使发动机去节流，汽缸停用可提高发动机效率(至少在火花点火发动机中，也被称为奥托循环发动机)。汽缸停用包括个别汽缸在某些负荷范围内的停用。借助于部分停用，可以提高即增加处于部分负荷操作的奥托循环发动机的效率，因为如果发动机功率保持恒定，多汽缸内燃发动机的一个汽缸的停用增加仍保持操作的其他汽缸上的负荷，使得节流挡板可以或必须进一步打开以便将更多的空气质量引入所述汽缸中，由此整体达到内燃发动机的去节流。在部分停用期间，一直在操作的汽缸此外在较高的负荷区域操作，在此燃料消耗率较低。总的负荷移向较高负荷。

由于供应更大的空气质量或混合物质量，在部分停用期间保持操作的汽缸另外表现出改进的混合物形成。获得关于效率的进一步优点在于停用汽缸由于不存在燃烧而不产生由于从燃烧气体至燃烧室壁的热传递所致的任何壁的热损失。

即使相比于如上所述的负荷借助于关于汽缸增压的节流或量调节理进行调节的奥托循环发动机，柴油发动机，即自动点火内燃发动机由于它们所基于的质调节而表现出更大的效率，即更低的燃料消耗，即使在柴油发动机的情况下也存在改进的可能性和关于燃料消耗和效率的改进的需求。

也在柴油发动机的情况下，用于降低燃料消耗的一个概念为汽缸停用，即在某些负荷范围内个别汽缸的停用。借助于部分停用，可以提高即增加处于部分负荷操作的柴油发动机的效率，因为即使在柴油发动机的情况下，在恒定发动机功率的情况下，停用多汽缸内燃发动机的至少一个汽缸增加仍然在操作的其他汽缸的负荷，使得所述汽缸在更高的负荷区域操作，其中燃料消耗率较低。在柴油发动机的部分负荷操作中总的负荷移向较高负荷。

关于壁的热损失，获得与在奥托循环发动机的情况下的相同优点，为此参考所给出的对应陈述。在柴油发动机的情况下，部分停用也旨在防止燃料-空气混合物在所使用的燃料量减少所致的负荷降低的情况下变得太稀，这为质调节的一部分。

如果出于部分停用的目的，停止即中断对可停用汽缸的燃料供应，如果被停用汽缸的关联阀驱动器未被停用或不能停用，则所述汽缸继续参与增压交换。因此，所产生的增压交换损失削弱并抵消借助于部分停用所实现的关于燃料消耗和效率的改进，使得至少部分失去部分停用的益处，即部分停用实际上产生完全不太明显的改进。

为弥补上述不利影响，在入口侧和在出口侧设置可切换或可调节的阀驱动器可以是有利的，借助于该阀驱动器，停用汽缸保持闭合，并因此在部分停用期间不再参与增压交换。以此方式，也防止被导引通过停用汽缸的相对冷的增压空气减少提供给涡轮的排气流的焓并致使停用汽缸快速冷却下来的情况。

不过，在借助于排气涡轮增压来机械增压的内燃发动机，诸如本文所述的内燃发动机的情况下，可切换的阀驱动器可导致另外的问题，因为排气涡轮增压器的涡轮被构造成用于一定的排气流量，并因此通常也可用于某些数量的汽缸。如果停用汽缸的阀驱动器被停用，初始减少流过内燃发动机的汽缸的总质量流。被导引通过涡轮的排气质量流减少，并因此涡轮压力比通常也减少。减少的涡轮功率具有增压压力比同样减少，即增压压力下降的结果。

为了向保持操作的汽缸供应更多的增压空气，增加增压压力可以是必要的，因为在停用多汽缸内燃发动机的至少一个汽缸的情况下，保持操作的其他汽缸上的负荷增加，为此，更大量的增压空气和更大量的燃料必须供应给所述汽缸。在压缩机处可用于生成足够高的增压压力的驱动功率取决于热排气的排气焓，该排气焓显著地由排气压力和排气温度以及排气质量或排气流确定。

在奥托循环发动机的情况下，通过打开节流挡板，增压压力可以很容易在与部分停用相关的负荷范围内增加。在柴油发动机的情况下并不存在这种可能性。小的增压空气流可具有压缩机超出喘振极限操作的效应。

上述效应导致对部分停用的实用性的限制，特别是导致对部分停用所能使用的发动机速度范围和负荷范围的限制。在低增压空气流量的情况下，由于不充足的压缩机功率或涡轮功率，根据要求增加增压压力是不可能的。

在部分停用期间的增压压力并因此供应给保持操作的汽缸的增压空气流量可以例如借助于涡轮横截面的小配置和借助于排气的同时漏气来增加，由此与部分停用相关的负荷范围也将再次扩展。不过，这种方法的缺点在于在所有汽缸在操作时，机械增压的性能是不足的。

在部分停用期间的增压压力并因此供应给仍然操作的汽缸的增压空气流量也可凭借配备有可变涡轮几何结构的涡轮来增加，该可变涡轮几何结构允许有效的涡轮横截面适应当前的排气流。不过，随后在涡轮上游的排气排放系统中的排气回压将同时增加，继而导致仍然操作的汽缸中的更高增压交换损失。

一些发动机可配备有平行布置的具有相对小涡轮横截面的多个涡轮，其中，随着负荷增加，不仅汽缸，而且涡轮和汽缸一起陆续被启用，类似于按顺序的机械增压布置。机械增压的可部分停用的内燃发动机的扭矩特性可以以此方式加以改进，其中，使用多个增压器或涡轮总是具有增加的摩擦损失的缺点，并且多个涡轮增压器比单个排气涡轮增压器具有更差的总效率。此外，如果使用多个排气涡轮增压器，则要显著增加机械增压布置的成本和空间要求。

因此，根据本文公开的实施例，电子升压器可存在于进气系统中以在汽缸停用期间提供另外的升压。在一个示例中，提供包括至少三个汽缸的具有至少一个汽缸盖的机械增压内燃发动机，其中每个汽缸具有至少一个入口开口，其与用于经由进气系统供应增压空气的进气管路毗邻，每个汽缸具有至少一个出口开口，其与用于经由排气排放系统排放排气的排气管路毗邻，提供至少一个排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括布置在排气排放系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机，并且提供至少一个排气再循环装置。所述至少三个汽缸以下述方式配置，即所述至少三个汽缸形成至少两组，每组各自具有至少一个汽缸，第一组的至少一个汽缸为即使在内燃发动机部分停用的情况下仍在操作的汽缸，并且第二组的至少一个汽缸形成为依赖负荷的可切换汽缸，并且至少三个汽缸的排气管路合并，通过形成排气歧管，以形成连接到至少一个排气涡轮增压器的涡轮的总排气管路。内燃发动机包括布置在进气系统中的可电驱动的压缩机，所述可电驱动的压缩机可与至少一个排气涡轮增压器的压缩机串联连接，以及出于绕过所述可电驱动的压缩机的目的而提供的旁路管路，该旁路管路通过在可电驱动的压缩机上游形成第一结点从进气系统分叉并通过在该可电驱动的压缩机下游形成第二结点通向该进气系统。

根据本公开的排气涡轮增压的内燃发动机配备有另外的压缩机，在这种情况下，该另外的压缩机为可电驱动的压缩机，使得在该压缩机和内燃发动机之间不存在或不需要用于动力传输的机械连接。因此，该可电驱动的压缩机通过小的空间要求来区分。这允许机械增压布置的致密封装，并因此允许内燃发动机的致密封装。

与排气涡轮增压器相比，可电驱动的压缩机的进一步优点在于，该可电驱动的压缩机可以独立于内燃发动机的当前操作状态生成并提供所要求的增压压力，特别是即使在存在低排气流量的情况下或在曲轴的低旋转速度下。

根据本公开，可电驱动的压缩机被设计为可启用的压缩机，出于帮助至少一个排气涡轮增压器的压缩机的目的，所述可启用的压缩机根据特别是在过渡至部分停用时的要求被启用，以便有助于增压空气的压缩或配合生成所需的增压压力。

如已经讨论的，在内燃发动机部分停用时，增加增压压力以便可以向保持操作的那些汽缸供应更多的增压空气，所述保持操作的那些汽缸的负荷在部分停用的操作模式中增加。

在排气涡轮增压器的压缩机处可用于生成增压压力的驱动功率取决于热排气的排气焓并取决于通过内燃发动机的汽缸的总质量流，由此压缩机的功率不能很容易根据在过渡至部分停用时的要求增加。该可电驱动的压缩机封闭这种由于排气涡轮增压器的过低的内燃发动机的涡轮功率或压缩机功率所产生的缺口。

在过渡至部分停用时，增压空气通过使用可电驱动的压缩机和至少一个排气涡轮增压器的压缩机以两级的方式被压缩，由此可以增加增压压力。以此方式，更多的增压空气可以供应给和被供应给保持操作的汽缸。通过内燃发动机的汽缸的总质量流增加，并因此通过至少一个排气涡轮增压器的涡轮的排气流也增加。涡轮功率增加，并因此排气涡轮增压器的可用压缩机功率增加。在过渡阶段之后，至少一个排气涡轮增压器的压缩机即使在没有帮助的情况下仍能够在该压缩机下游的进气系统中生成所要求的增压压力。

只要部分停用的内燃发动机以稳定的方式运行，即在不存在上述的要求情况时，可电驱动的压缩机就被停用。

在内燃发动机的正常操作期间，也可使用该可电驱动的压缩机，以便改进在低发动机速度下或存在低排气流量的情况下的扭矩特性。

对于根据本公开的内燃发动机，所提供的内燃发动机针对其扭矩特性和部分停用进行进一步的优化。

根据本公开的内燃发动机具有至少三个汽缸或具有至少两组，每组各自具有至少一个汽缸。在这方面，带有三个汽缸的内燃发动机或带有六个汽缸的内燃发动机同样为根据本公开的内燃发动机，所述三个汽缸被配置成三组，每组各自具有一个汽缸，所述六个汽缸被配置成三组，每组各自具有两个汽缸。在部分停用的背景下，三个汽缸组可被陆续启用或停用，由此也可实现两次切换。由此，部分停用得以进一步优化。该汽缸组也可包括不同数量的汽缸。

根据本公开，提供至少一个排气再循环装置，其包括从排气排放系统分叉并通向进气系统的再循环管路。

排气再循环，即燃烧气体的的再循环是用于降低氮氧化物排放的合适手段，其中利用增加的排气再循环率可以相当大程度地降低氮氧化物排放。在这里，排气再循环率x_EGR被确定为x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_新鲜空气)，其中，m_EGR表示再循环排气的质量，以及m_新鲜空气表示所供应的新鲜空气，在适当时，该新鲜空气被导引通过压缩机并被压缩。为获得碳氢氧化物排放的相当大程度的下降，需要高排气再循环率，该排气再循环率可以是x_EGR≈60％-70％的数量级。

在这里，提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，用于调节再循环排气流量的切断元件被布置在排气再循环装置的再循环管路中。

在机械增压内燃发动机具有至少一个排气涡轮增压器和排气再循环装置的情况下，提供排气再循环装置的再循环管路从在至少一个排气涡轮增压器的涡轮上游的排气排放系统分叉并通向优选在压缩机或多个压缩机下游的进气系统的实施例。在所述的所谓高压EGR装置的情况下，排气从在涡轮上游的排气排放系统被汲取并被供给到在压缩机下游的进气系统，由此排气在再循环之前不需要经受排气后处理，具体地不需要供应给颗粒过滤器，因为不存在弄脏压缩机或多个压缩机的风险。

不过，在利用排气涡轮增压操作内燃发动机并同时使用高压EGR的情况下，可能出现冲突，因为再循环排气可不再用于驱动涡轮。在增加排气再循环率的情况下，引入涡轮的排气流减少。通过涡轮的减少的排气质量流导致较低的涡轮压力比，由此增压压力比或增压压力同样下降。

这种问题的一个解决方案为所谓的低压EGR。与高压EGR相比，在低压EGR的情况下，已流过涡轮的排气被引入进气系统中。为此，低压EGR装置具有从在涡轮下游的排气排放系统分叉并通向优选在压缩机或多个压缩机上游的进气系统的再循环管路。

因此，可提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供低压EGR装置来代替高压EGR装置，或除了提供高压EGR装置以外，还提供低压EGR装置。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个旁路管路配备有切断元件。如果试图使用排气涡轮增压器实现单级压缩或机械增压，则所述切断元件通过被打开来允许绕过并因此停用可电驱动的压缩机。不过，借助于所述切断元件，也可以控制即调节供应给可电驱动的压缩机的增压空气量。这特别是在可电驱动的压缩机被停用或将再次被停用的内燃发动机的操作的阶段中具有相关性。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，增压空气冷却器被布置在压缩机下游的进气系统中。增压空气冷却布置降低压缩增压空气的温度并增加其密度，并因此有助于进一步的压缩和改进操作汽缸的增压。例如，在冷起动之后，可使用用于绕过增压空气冷却器的旁路管路。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，可电驱动的压缩机被布置在至少一个排气涡轮增压器的压缩机下游的进气系统中。

在这里，提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，通过在可电驱动的压缩机和至少一个排气涡轮增压器的压缩机之间形成第一结点，旁路管路从进气系统分叉。随后，该旁路管路唯一用于绕过可电驱动的压缩机。

在此背景下，提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供另外的增压空气冷却器，该增压空气冷却器被布置在可电驱动的压缩机和第一结点之间的进气系统中。随后，旁路管路用于绕过可电驱动的压缩机。

在此背景下，也可提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供另外的增压空气冷却器，该增压空气冷却器被布置在至少一个排气涡轮增压器的压缩机和第一结点之间的进气系统中。随后，旁路管路用于绕过可电驱动的压缩机，但是不再用于绕过所述另外的增压空气冷却器。

在后两个实施例中，另外的增压空气冷却器被布置在压缩机之间，即在至少一个排气涡轮增压器的压缩机和可电驱动的压缩机之间，在两级压缩的背景下，在压缩机之间的预压缩增压空气进入位于下游的可电驱动的压缩机之前，所述另外的增压空气冷却器降低所述预压缩增压空气的温度并因此增加所述增压空气的密度。以此方式，改进在可电驱动的压缩机中的压缩，并且来自所述压缩机的出口温度下降，同时机械增压组的相同总压力比得以保持。不过，也可以增加压缩机组的总压力比并因此增加增压压力。在任何情况下，所述另外的增压空气冷却器有助于改进可操作汽缸的增压。

同样提供自动点火式机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，可电驱动的压缩机布置在至少一个排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统中。

如果可电驱动的压缩机未布置在至少一个排气涡轮增压器的下游而是布置在其上游，在两级压缩的背景下，所述压缩机用作低压级而不是高压级。

在这里，提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，通过在可电驱动的压缩机和至少一个排气涡轮增压器的压缩机之间形成第二结点，旁路管路通向进气系统。随后，该旁路管路唯一用于绕过可电驱动的压缩机。

在此背景下，提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供另外的增压空气冷却器，该增压空气冷却器被布置在可电驱动的压缩机和第二结点之间的进气系统中。随后，旁路管路用于绕过可电驱动的压缩机。

在此背景下，也可提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，提供另外的增压空气冷却器，该增压空气冷却器被布置在至少一个排气涡轮增压器的压缩机和第二结点之间的进气系统中。随后，旁路管路用于绕过可电驱动的压缩机，但是不再用于绕过所述另外的增压空气冷却器。

已结合另外的增压空气冷却器陈述的应用是类似的，为此，参考对应的陈述。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个排气涡轮增压器的涡轮具有固定的涡轮几何结构。固定的涡轮几何结构是廉价的。为了令人满意的扭矩特性，涡轮被设计为废气门涡轮可能是有利的。也提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个排气涡轮增压器的涡轮具有可变的涡轮几何结构。具体地，具有可变涡轮几何结构的涡轮以及具有可变压缩机几何结构的压缩机的组合使得即使在存在非常低排气流量的情况下仍有可能实现高增压压力。提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，至少一个排气涡轮增压器的压缩机具有可变的压缩机几何结构。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，可电驱动的压缩机经设定尺寸以小于至少一个排气涡轮增压器的压缩机。这特别是在可电驱动的压缩机被布置在至少一个排气涡轮增压器的压缩机下游的进气系统中并在两级压缩的背景下用作高压级的实施例中是有利的。

提供机械增压内燃发动机的实施例，在该实施例中，只提供一个标准的排气涡轮增压器。接着，在内燃发动机的正常操作期间，通常发生单级机械增压或压缩的情况。至于摩擦损失和总效率，使用单个排气涡轮增压器比使用多个涡轮增压器是更有利的，为此，上述实施例具有效率方面的优点。

在内燃发动机具有呈直列布置的四个汽缸的情况下，提供两个外缸和两个内缸各自形成一组的实施例。

在示例中，用于操作只具有一个排气涡轮增压器的内燃发动机的方法包括，在过渡至其中第二组的至少一个可切换汽缸被停用的部分停用的操作模式的过程期间，出于帮助排气涡轮增压器的压缩机的目的，启用可电驱动的压缩机以便在压缩机下游的进气系统中生成足够高的预定义增压压力。

关于根据本公开的内燃发动机的陈述也适用于根据本公开的方法，为此，在此时大体参考上述关于内燃发动机所作出的陈述。不同的内燃发动机部分需要不同的方法变体。

提供该方法的实施例，在该实施例中，只要部分停用内燃发动机的部分停用的操作模式稳定，可电驱动的压缩机就被停用，使得排气涡轮增压器的压缩机能够在没有帮助的情况下在压缩机下游的进气系统中提供足够高的预定义增压压力。

图4示意性示出机械增压内燃发动机400的实施例，该机械增压内燃发动机400配备有排气涡轮增压器402，其包括布置在排气排放系统410中的涡轮404和布置在进气系统408中的压缩机406。热排气通过释放能量在涡轮404中膨胀。压缩机406压缩经由进气系统408和增压空气冷却器411供应给发动机汽缸的增压空气，由此实现内燃发动机400的机械增压。

所述内燃发动机为四缸直列发动机400，其中四个汽缸沿汽缸盖的纵向轴线布置，即成一条线布置。四个汽缸经配置以便形成两组，每组各自具有两个汽缸，其中两个内缸形成第二组，第二组的汽缸呈在部分停用的过程期间被停用的依赖负荷的可切换汽缸的形式。两个外缸形成第一组，第一组的汽缸即使在部分停用期间仍是可操作的。

汽缸的排气管路合并以形成总排气管路414，从而形成排气歧管412。总排气管路414通向排气涡轮增压器402的涡轮404。

可电驱动的压缩机416另外被布置在进气系统408中，该压缩机可以与排气涡轮增压器402的压缩机406串联连接。可电驱动的压缩机416被设计为可启用压缩机，出于帮助排气涡轮增压器402的压缩机406的目的，所述可启用的压缩机根据特别是在过渡至部分停用时的要求被启用，以便能够向保持操作的汽缸供应充足的增压空气。

在这种情况下，可电驱动的压缩机416被布置在排气涡轮增压器402的压缩机406下游的进气系统408中，其中出于绕过可电驱动的压缩机416的目的，提供旁路管路418，通过在可电驱动的压缩机416和排气涡轮增压器402的压缩机406之间形成第一结点420，所述旁路管路418从进气系统408分叉，并通过在可电驱动的压缩机416下游形成第二结点422，所述旁路管路418通向进气系统408。切断元件424可存在于旁路管路418中以控制进气围绕可电驱动的压缩机416的流动。

在一些示例中，上述的发动机400包括EGR系统，其中来自发动机的排气被再循环至进气系统。该EGR系统可包括EGR管路，该EGR管路耦接至在涡轮404上游的排气系统并耦接至在压缩机406下游的进气系统，该EGR系统也被称为高压EGR。在其他示例中，EGR系统可另外或另选包括低压EGR，其中EGR管路耦接至在涡轮404下游的排气系统并耦接至在压缩机406上游的进气系统。此外，在一些示例中，图1的EGR系统可被包括在发动机400中。在此配置中，EGR管路耦接至在涡轮404上游的排气系统，包括EGR涡轮增压器以及冷却EGR的EGR冷却器，并且也耦接至进气系统。在此示例中，EGR管路可耦接在压缩机406的上游、在压缩机406和可电驱动的压缩机416的中间或在可电驱动的压缩机416的下游。在此示例中，可电驱动的压缩机416可能够在小排气容积可用于驱动涡轮404，诸如在存在高EGR率的条件下(并因此大量的排气被转向EGR系统而不是涡轮)提供合适的压缩。

发动机400可由控制器430控制，该控制器430可包括存储非暂态指令的存储器，该非暂态指令可由控制器的处理器执行以实现本文所述的一个或多个方法，控制器430类似于图1的控制器112。在一个示例中，控制器430可包括指令，该指令可经执行以响应于发动机速度和/或负荷低于阈值速度-负荷范围来停用发动机400的一个或多个汽缸，并响应于停用所述汽缸来启用可电驱动的压缩机416。

在一些示例中，BISG系统421可耦接至发动机400。BISG系统421可包括耦接至电池并经由皮带耦接至发动机的起动发电机马达。在一个示例中，起动发电机马达可为48伏马达并且电池可为48伏电池。DC-DC转换器可将来自马达的48伏输出转换为12伏以用于车辆的电气部件的子集中。可电驱动的压缩机416可由48伏BISG系统421供电。因此，在一些示例中，在可电驱动的压缩机416被启用时，BISG的马达的马达扭矩可被调节。

图5为示出用于操作发动机，诸如图4的发动机400的方法500的流程图。方法500包括在502，确定发动机操作参数，所述参数可包括发动机速度、发动机负荷等。在504，方法500包括经由排气涡轮增压器提供指定的增压压力。该指定的增压压力(也被称为升压或升压压力)可基于发动机速度和发动机负荷或其他工况，并由排气涡轮增压器的压缩机，诸如图4的压缩机406经由进气的压缩来提供。该压缩机耦接至排气涡轮，诸如图1的涡轮404并由该涡轮驱动。

在506，方法500确定是否指示汽缸停用。在发动机负荷低于阈值负荷，诸如低于最大额定负荷的30％时，可指示汽缸停用。如果未指示汽缸停用，方法500前进至508以保持当前的操作参数，这可包括在所有汽缸是活动的情况下操作发动机并经由排气涡轮增压器提供升压。此外，在进气系统中的可电驱动的汽缸可以是不活动的。接着，方法500返回。

如果在506确定指示了汽缸停用，则方法500前进至510以停用发动机的一个或多个汽缸。例如，如上面关于图4所述，四缸发动机的两个汽缸可被停用。为停用汽缸，可停止对该汽缸喷射燃料，从而防止在该汽缸中的燃烧。在一些示例中，被停用汽缸的进气阀和排气阀致动可继续，使得被停用汽缸继续吸入和排出增压空气。不过，在其他示例中，进气阀和排气阀致动可被调节，使得被停用汽缸的进气阀和排气阀不打开。

在汽缸停用期间，剩余的活动汽缸可接收增加量的燃料以继续输送所请求的发动机扭矩。因此，这些汽缸也利用更大量的增压空气，并因此在汽缸停用期间，进气节流阀可被打开到更大的程度。不过，由于只在所述汽缸中的一些汽缸中发生燃烧，排气温度可下降。总的来说，这可致使排气涡轮增压器不能提供指定的增压压力以输送所请求的扭矩。为防止在过渡至汽缸停用模式期间所输送扭矩的滞后，可电驱动的压缩机可被启用，如在512所指示的。以此方式，可电驱动的压缩机，诸如图4的可电驱动的压缩机416可满足增压要求，使得所请求的扭矩得以输送。可电驱动的压缩机可经由施加于该可电驱动的压缩机的马达的线圈的电压源被启用，从而致使该马达的转子旋转并驱动该压缩机。在可电驱动的压缩机被启用时，在围绕压缩机的旁路通道中的切断元件可闭合，使得增压空气被引导通过被启用的压缩机。

在514，方法500确定是否已达到阈值增压压力。该阈值增压压力可为输送所请求的扭矩的指定增压压力，并因此达到该阈值增压压力可包括达到命令的/指定的增压压力。如果还未满足该阈值增压压力，则方法500循环回到512并继续在可电驱动的压缩机被启用的情况下操作。如果已满足该阈值增压压力，则方法500前进至516以停用可电驱动的压缩机，因为指定的增压压力经由排气涡轮增压器得以满足。在可电驱动的压缩机被停用时，在围绕压缩机的旁路通道中的切断元件可打开，使得增压空气能够绕过被停用的压缩机。接着，方法500返回。

提供EGR涡轮增压器的技术效果是为了增加EGR的冷却以允许高的EGR率，从而降低NOx排放。

作为一个实施例，用于操作内燃发动机的方法包括，在过渡至其中发动机的至少一个可切换汽缸被停用的部分停用的操作模式期间，启用定位在排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统中的可电驱动的压缩机，该排气涡轮增压器的压缩机由定位在发动机的排气系统中的涡轮驱动。该方法还可包括响应于在排气涡轮增压器的压缩机下游的进气系统中的增压压力达到阈值压力而停用可电驱动的压缩机。

方法的另一实施例包括调节排气再循环(EGR)阀的位置以向发动机的进气系统输送指定量的EGR；在EGR到达进气系统之前，经由EGR涡轮增压器和EGR冷却器冷却EGR，EGR涡轮增压器包括定位在EGR涡轮上游的EGR通道中的EGR压缩机；以及选择性地启用耦接至EGR压缩机的辅助驱动器。该方法还可包括，响应于指定量的EGR超过阈值量，启用定位在进气系统中的可电驱动的压缩机。

应当指出，本文中包括的示例控制和估算例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可被存储为在非暂态存储器中的可执行指令，并可由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统实现。本文描述的具体例程可以表示任何数目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、多线程等处理策略。因此，示出的各种动作、操作和/或功能可以以示出的顺序执行，或并行执行，或在某些情况下可以省略。同样，处理次序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而仅仅是为了便于说明和描述才提供在本文中。根据所采用的特定策略，示出的动作、操作和/或功能中的一个或更多可以被重复执行。此外，所述的动作、操作和/或功能可图形化表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码，其中，所述的动作通过执行在系统中的指令来实现，该系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。

应当明白，本文公开的配置和例程本质上是示例性的，这些具体的实施例不应被视为对本发明的限制，这是因为很多变化是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他类型的发动机。本公开的主题包括本文公开的各个系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非明显组合以及子组合。

附属权利要求特别指出被视为新颖和非明显的特定组合和子组合。这些权利要求可以指的是“一个”元件或“第一”元件或其等效元件。此类权利要求应当理解成包括一个或多个此类元件的合并，既不需要也不排除两个或两个以上此类元件。本文公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合以及子组合可以通过本公开的权利要求的修正或通过本申请或相关申请呈现的新权利要求加以要求。此类权利要求，无论其对于初始权利要求的范围是更广、更窄、等同或不同，都应当被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种自动点火式机械增压内燃发动机，其包括：

至少一个汽缸；

用于向所述至少一个汽缸供应增压空气的进气系统；

用于从所述至少一个汽缸排放排气的排气排放系统；

第一排气涡轮增压器，其包括布置在所述排气排放系统中的第一涡轮和布置在所述进气系统中的第一压缩机；以及

至少一个排气再循环装置，即EGR装置，其包括：

从所述排气排放系统分叉并通向所述进气系统的管路；

第二排气涡轮增压器，其包括布置在轴上的所述管路中的EGR涡轮和布置在所述EGR涡轮上游的在所述轴上的所述管路中的EGR压缩机；以及

定位在所述EGR涡轮和所述EGR压缩机之间的EGR冷却器。

2.根据权利要求1所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，用于排气再循环的所述管路从在所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮下游的所述排气排放系统分叉。

3.根据权利要求2所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，用于排气再循环的所述管路通向在所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机上游的所述进气系统。

4.根据权利要求1所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，用于排气再循环的所述管路从在所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮上游的所述排气排放系统分叉。

5.根据权利要求4所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，用于排气再循环的所述管路通向在所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机上游的所述进气系统。

6.根据权利要求4所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，用于排气再循环的所述管路通向在所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机下游的所述进气系统。

7.根据权利要求1所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，设置在用于排气再循环的所述管路中的所述第二排气涡轮增压器配备有辅助驱动器。

8.根据权利要求7所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，所述辅助驱动器为包括定子和转子的电动辅助驱动器，其中，所述电动辅助驱动器的所述转子被布置在所述第二排气涡轮增压器的所述轴上。

9.根据权利要求8所述的自动点火式机械增压内燃发动机，还包括48伏皮带集成式起动机发电机系统，其经配置以向所述电动辅助驱动器供应电力，并且其中，响应于所述电动辅助驱动器的启用，调节所述皮带集成式起动机发电机系统的马达扭矩。

10.根据权利要求7所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，所述辅助驱动器为机械辅助驱动器。

11.根据权利要求10所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，所述机械辅助驱动器为牵引机构驱动器，所述牵引机构驱动器包括布置在曲轴上的第一驱动轮，以及布置在所述第二排气涡轮增压器的所述轴上的至少一个另外的第二从动轮，所述牵引机构驱动器的牵引机构围绕所述第一驱动轮并围绕所述至少一个另外的第二从动轮被引导。

12.根据权利要求1所述的自动点火式机械增压内燃发动机，还包括用于绕过布置在用于排气再循环的所述管路中的所述第二排气涡轮增压器的旁路管路。

13.根据权利要求12所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，所述旁路管路从在所述EGR压缩机上游的所述排气排放系统分叉并通向在所述EGR涡轮下游的所述排气排放系统。

14.根据权利要求1所述的自动点火式机械增压内燃发动机，还包括第三排气涡轮增压器，所述第三排气涡轮增压器包括布置在所述排气排放系统中的第三涡轮和布置在所述进气系统中的第三压缩机。

15.根据权利要求1所述的自动点火式机械增压内燃发动机，其中，所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮具有可变涡轮几何结构。

16.一种用于操作根据权利要求1-15中任一所述的自动点火式机械增压内燃发动机的方法，其包括：

在从完全活动汽缸模式过渡至其中所述发动机的至少一个可切换汽缸被停用的部分停用的操作模式期间，启用可电驱动的压缩机，所述可电驱动的压缩机定位在第一排气涡轮增压器的压缩机上游的进气系统中，所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机由定位在所述发动机的排气系统中的涡轮驱动。

17.根据权利要求16所述的用于操作所述内燃发动机的方法，还包括：响应于在所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机下游的所述进气系统中的增压压力达到阈值压力，停用所述可电驱动的压缩机。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，启用所述可电驱动的压缩机包括从48伏皮带集成式起动机发电机系统向所述可电驱动的压缩机供应电压，其中，响应于启用所述可电驱动的压缩机调节所述皮带集成式起动机发电机系统的马达扭矩。

19.一种用于发动机的方法，其包括：

调节排气再循环阀即EGR阀的位置以向所述发动机的进气装置输送指定量的EGR；

在所述EGR到达所述进气装置之前，经由EGR涡轮增压器和EGR冷却器冷却所述EGR，所述EGR涡轮增压器包括定位在EGR涡轮上游的EGR通道中的EGR压缩机；并且

选择性地启用耦接至所述EGR压缩机的辅助驱动器。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：响应于所述指定量的EGR超过阈值量，启用定位在所述进气装置中的可电驱动的压缩机。

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