CN107407195A - 发动机吸气和排气流管理 - Google Patents

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肖恩·保罗·凯德尔
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Abstract

一种发动机系统，包括发电站、连接至发电站的进气口的进气辅助装置以及连接至发电站的排气口的膨胀器。电机/发电机连接成为膨胀器提供动力以选择性地向膨胀器提供动力以及捕获来自膨胀器的动力。膨胀器控制器连接成控制电机/发电机与膨胀器的连接，并且构造成在被动模式与主动模式之间选择，在被动模式中，排气被动地运动通过膨胀器，在主动模式中，电机/发电机为膨胀器提供动力以从排气歧管主动地抽吸排气。在一个示例中，独立于发电站的旋转速度而控制进气和排气流。

Description

发动机吸气和排气流管理
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月16日提交的美国临时专利申请序列号62/116,666的受益权，该专利申请全部内容通过参引结合到本文中。
政府许可权
本发明在由美国能源部门授予的DE-EE0006844下通过政府支持做出。政府在本发明中具有特定权利。
技术领域
本申请涉及发动机系统。更具体地，本申请提供用于发动机吸气和排气流管理的系统和方法。
背景技术
当涡轮增压器未在理想的速度范围内运行时，涡轮增压汽油发动机可能以低发动机转速经历爆震。当发动机还很冷或预热时，由于涡轮增压器未收到使发动机加速所需的热和质量流，因此难以克服爆震。在发动机进气和排气之间引起背压。由背压增大的不恰当的空气燃料比引起爆震。当涡轮增压器未在理想速度范围内运行并且利用高水平EGR时，涡轮增压柴油发动机在低发动机转速下和在瞬时事件期间经历时滞和发动机性能问题。
校正涡轮增压器挑战的一个解决方案涉及在压缩冲程达到下止点(BDC)之前打开排气门。虽然这在下一次燃烧循环吸入空气之前给予排气更多时间以清洁气缸，但是该冲程减小也降低了发动机功率输出。通过打开废气门限制升压是另一种解决上述问题的通常采用的对策。然而，该方法引起降低的发动机功率输出和非最优的发动机性能/废热回收。
发明内容
本文中提供的方法和装置通过发动机进气和排气流管理克服了上述缺点并且改进了现有技术。本发明能够独立于发动机转速控制发动机的进气和排气。进气辅助装置和膨胀器中的一者或两者的计算机控制提高了发动机气缸的排气净化、减少了发动机爆震、改善了可驾驶性以及优化了燃料利用。
在一个示例中，提供一种包括发电站的发电系统，发电站具有曲轴、进气系统和排气口。膨胀器可以包括与排气口流体连通的一对对称转子以及可操作地连接至转子之一的驱动轴。还可以设置联接至膨胀器驱动轴的电机/发电机。控制器还设置为连接成控制发电站进气系统以及电机/发电机，控制器构造成操作电机/发电机和进气系统，以便独立于发电站曲轴的旋转速度控制进入发电站的进气流和流出发电站的排气流。
在一个示例中，发动机系统包括发动机，发动机包括进气歧管、排气歧管和多个燃烧气缸，多个燃烧气缸中的每一个连接成接收来自进气歧管的空气并且从排气歧管排出排气。进气门调节从进气歧管进入多个燃烧气缸中的每一个内的空气流。排气门调节从多个燃烧气缸中的每一个进入排气歧管内的排气流。多个燃烧气缸的每一个中的活塞连接至发动机以在其相应的气缸中从上止点前进至下止点以完成燃烧循环。可变气门正时控制器连接至相应的进气门和相应的排气门，以控制多个燃烧气缸中的每一个的正时用于接收来自进气歧管的空气以及控制多个燃烧气缸中的每一个的正时用于将排气排出至排气歧管。燃料喷射系统连接成向多个燃烧气缸中的每一个供给燃料。膨胀器连接成接收来自排气歧管的排气。电机/发电机连接成为膨胀器提供动力。膨胀器控制器连接成控制电机/发电机与膨胀器的连接，并且膨胀器控制器构造成在被动模式与主动模式之间选择，在被动模式中，排气被动地运动通过膨胀器，在主动模式中，电机/发电机为膨胀器提供动力以从排气歧管主动地抽吸排气。此外，除前述公开的功能之外，电机/发电机以及相关控制器使得膨胀器操作为排气系统中的压缩机和/或膨胀器。
另外的目标和优势将部分地在随后的说明书中阐述，从说明书中部分是明显的，或者可以通过本发明的实施获悉。还将通过随附权利要求书中具体指出的元素和组合实现和获得目标和优势。
可以理解的是上述概述和以下详细说明仅是示例性和说明性的，并非限制所要求保护的发明。
附图说明
图1是作为根据本发明的各方面的示例的发电系统的透视图。
图2是图1所示发电系统的侧视图。
图3是图1所示发电系统的膨胀器和电机/发电机的透视图。
图4是图3所示出的膨胀器和电机/发电机的侧视图。
图5是图1所示发电系统的膨胀器、排气旁路组件和排气歧管的透视图。
图6是图5所示膨胀器、排气旁路组件和排气歧管的侧视图。
图7是图1所示的将发动机气缸连接至控制器的发电系统的示意图。
图8是构造成操作图1所示的发电系统的计算机控制器的示意图。
图9是图1所示发电系统的改进型式的示意图，其中另外设置进气辅助装置和排气再循环系统。
图10是图9所示发电系统的改进型式的示意图，其中另外设置涡轮增压器。
图11是可用于图1所示的发电系统的膨胀器的示意性侧视图。
图12是图11所示的膨胀器的示意性透视图。
具体实施方式
现在将对附图中示出的示例进行详细参照。只要可能，相同的附图标记在整个附图中被用于指代相同或相似的零件。比如为“左”和“右”的方向基准便于参照附图。
容积能量回收装置(膨胀器)
在所公开的系统中，示出并说明容积能量回收装置或膨胀器20。虽然在该小节中论述膨胀器20的一些细节，但是另外的结构和操作方面可以在专利合作条约(PCT)国际公开号WO 2014/144701和美国专利申请公开US 2014/0260245中找到，这些专利公开的全部内容通过参引结合到本文中。
一般而言，容积能量回收装置或膨胀器20依靠工作流体的动能和静压以使输出轴38旋转。膨胀器20可以是能量回收装置20，其中工作流体12-1是来自发动机的直接发动机排气。在这些情况下，装置20可以指如以下段落中提供的膨胀器。
参照图11和12，可以看出膨胀器20具有包括流体进口24和流体出口26的壳体22，工作流体12-1通过流体进口24和流体出口26经历压降以将能量传递至输出轴38。输出轴38由布置在壳体22的空腔28中的同步连接的第一和第二交错反向旋转转子30、32驱动。转子30、32中的每一个具有沿着转子30、32的长度扭曲或螺旋地布置的凸叶。根据转子30、32的旋转，凸叶对着壳体的内侧至少部分地密封工作流体12-1，工作流体12-1的在壳体的内侧处的膨胀仅发生至由渗漏所允许的程度，这表示系统的低效。与当流体被密封时改变工作流体的体积的一些膨胀器相比，当工作流体12-1穿过转子30、32的长度时，限定在凸叶与装置20的壳体22的内侧之间的体积是恒定的。因此，当密封或部分密封工作流体体积不改变时，膨胀器20可被称为“容积装置”。
在图11和12中所示出的特定示例中，膨胀器20入口和出口构造成用于相对低压的工作流体，比如来自内燃机或燃料电池的排气。然而，以下说明大致适用于任何类型的工作流体。膨胀器20包括壳体22。如图11所示，壳体22包括构造成接纳来自热交换器18的相对高压工作流体12-1的进口端口24(图12所示)。壳体22还包括构造成将工作流体12-2排出至冷凝器14的出口端口26(图12所示)。注意到从出口26排出的工作流体处于比冷凝器14中的工作流体的压力相对更高的压力。
当在图12中另外地示出的，在转子30的情况下，每个转子30具有四个凸叶30-1、30-2、30-3和30-4，在转子32的情况下，每个转子32具有四个凸叶32-1、32-2、32-3和32-4。尽管对于每个转子30和32示出四个凸叶，但是两个转子中的每一个可以具有等于或大于两个的任何数量的凸叶，只要凸叶的数量对于两个转子相同即可，由此形成对称转子。因此，当转子30的一个凸叶比如凸叶30-1相对于进口端口24前导，转子32的凸叶比如凸叶30-2相对于进口端口24尾随并且因此相对于高压工作流体12-1的流尾随。
如图所示，第一转子30和第二转子32固定至相应的转子轴上，第一转子固定至输出轴38，第二转子固定至轴40。转子轴38、40中的每一个分别围绕轴线X1、X2旋转地安装在一组轴承(未示出)上。注意到，轴线X1和X2彼此大致平行。第一转子30和第二转子32交错并且连续地啮合，用于彼此的整体旋转。更新参照图5，膨胀器20还包括啮合的正时齿轮42和44，其中，正时齿轮42与转子30旋转地固定，而正时齿轮44与转子32旋转地固定。正时齿轮42、44构造成保持转子30、32的指定位置并且在膨胀器20的运转期间防止转子之间接触。
当工作流体从相对高压工作流体12-1至相对低压工作流体12-2经历膨胀时，输出轴38由工作流体12旋转。如另外可以在图5和6中看到的，输出轴38延伸超过壳体22的边界。因此，输出轴38构造成捕获由膨胀器20在工作流体12的膨胀期间所产生的功或动力，并且将这些功作为来自膨胀器20的输出扭矩传递，工作流体12的膨胀发生在进口端口24与出口端口26之间的转子空腔28中。尽管输出轴38示出为操作地连接至第一转子30，在可替代方案中输出轴38可以操作地连接至第二转子32。
在一个方面中，当由比如为电机/发电机70的电机/发电机驱动时，膨胀器20还可以操作为高容积效率正排量泵，如以下进一步详细说明的。
总体系统结构
参照图1和图2，示出发电系统或发动机系统100。发电系统100可以包括发电站110，例如内燃机或燃料电池。在所示出的示例中，发电站110具有用于接收来自发电站110的排气的排气歧管120。排气旁路组件130示出为安装至排气歧管120，同时膨胀器20示出为安装至旁路组件130。因此，来自发电站110的排气的任何部分可以由旁路组件130选择性地引导通过或围绕膨胀器20。膨胀器20还示出为联接至图1和图2中的电机/发电机70，其中，膨胀器20的输出轴38联接至电机/发电机70的驱动轴72。
参照图3和图4，膨胀器20和电机/发电机70示出为与发电系统100隔离。如图所示，电机/发电机70可以设置有安装凸缘74，安装凸缘74构造成对着膨胀器20的相应的安装凸缘27匹配。膨胀器20和电机/发电机70可以在凸缘27、74处通过比如为螺栓或螺杆76的机械紧固件紧固在一起。电机/发电机70还示出为具有电导线可以由其延伸至例如电池的端口78。
参照图5和图6，膨胀器20、排气旁路组件130和排气歧管120示出为与发电系统100隔离。如图所示，排气歧管120配置有用于接收来自四缸发动机的排气的四个进口端口122。然而，应当理解的是可以设置用于发动机的任何数量的气缸和相应的端口122。排气旁路组件130设置有具有进口133、第一出口135和第二出口136的主体132。如图所示，气门装置和致动器137设置在第二出口136中，以允许排气中的至少一些围绕膨胀器绕过。在可替代结构中，气门装置可以设置为三通阀以使来自进口133的排气以导向第一出口135的全部排气与导向第二出口136的全部排气之间的任何所需比率选择性地导向第一出口135和第二出口136中的任一者或两者。第一出口135示出为与膨胀器20的进口24流体连通。第二出口136可以联接至另一个下游装置，比如涡轮增压器，或者可以更简单地导向发电站110的排气出口。在所示出的示例中，排气旁路组件130、歧管120和膨胀器20设置有可以匹配并螺栓连接在一起的安装凸缘。可以设置垫片和/或密封件以确保在排气从一个部件穿过至另一部件时排气不泄漏或者逸出。
操作结构
图4示出当发电站110配置为多缸发动机时发电站110的一个气缸140。例如，发动机可以包括2个、3个、4个、6个、8个或更多个气缸。气缸140可以以不同的结构排列，比如直列型、V型或水平对置型。在所提供的示例中，示出柴油机燃烧，因此燃料喷射器142在进气门144与排气门146之间直接喷射燃料。活塞148通过连杆152连接至发电站110的曲轴150。
仍然参照图7，并且还参照图8，比如为单板芯片、电气控制单元200或专用可变气门正时控制器202的适当的计算机控制硬件收集关于发动机操作参数的数据，比如发动机曲轴的速度、气门位置、活塞位置、膨胀器的工作状态等等。中心计算装置可以包括配置程序编制，或者多个计算装置可以发送和接收数据用于处理。一个或多个处理器处理数据。一个或多个有形存储装置储存程序编制以实施执行控制策略所需的算法。RAM、ROM或其他存储装置可被用于储存用于由处理器操作的临时数据。
在说明中，可变气门正时控制器202收集来自曲轴的可选择数据以确定曲轴的每分钟转数(RPM)和旋转位置。其他可选择数据可以包括例如加速踏板位置、节气门位置、涡轮增压器速度、发动机温度、气温、排气温度等等。所收集的数据被燃料喷射控制器204用于确定燃料喷射的正时和数量(脉宽)，以及在设置进气门控制器206和排气门控制器208时确定通过进气门控制器206和排气门控制器208打开和关闭进气门111和排气门112的正时。数据还被用于向膨胀器控制器210发送信号以为电机/发电机70提供动力以驱动膨胀器20或断开动力用于膨胀器20的无源操作。可以包括另外的控制以将来自膨胀器20的被动地产生的能量转换为例如驱动电机/发电机70以及为电池80充电、增大曲轴输出或者为其他系统装置提供动力。
在一个方面中，膨胀器20沿排气流与电机/发电机70接合以改善发动机净化作用。即，膨胀器20通过电机/发电机70提供动力以使排气流正向地移动，由此净化来自气缸140的排气。这降低了低发动机速度时的发动机爆震。通过辅助从气缸140中排出排气，可变气门正时控制器202可以调整排气门正时以允许对于全部活塞行程的扭矩回收。燃烧冲程即使在低负载或冷起动状态期间也能够从上止点TDC到下止点BDC。替代在时间P时打开排气门的是，当活塞148没有完全前进到下止点BDC时，排气门146在下止点BDC处打开。该操作可以提高发动机功率输出。
由于膨胀器20联接至电机/发电机70并且由电机/发电机70独立地提供动力，因此膨胀器20能够独立于排气质量流率或如在RPM传感器216处测量的发动机速度净化气缸140。膨胀器20可以由电机/发电机70驱动以在缸膛上施加真空，这样又减少爆震相关因素并且实现压缩机90的更高升压水平。这产生车辆的改进的可驾驶性以及降速和小型化时的燃料效率提高。这还能够引起气门正时和爆震缓解策略的变化。当不需要辅助净化时，比如当发动机110以尖峰流量运行时，膨胀器20可以被动地接收排气流并且例如通过为电池80充电将旋转能传递回到系统，或者经由安装至轴38的输入滑轮传递至发动机110的系统FEAD(前端辅助驱动)。
膨胀器20还可以在任何发动机速度下操作以在气缸140上施加真空从而去除排气。这给予膨胀器20宽的效率岛以在大型发动机操作范围上保持膨胀效率。这与具有相对狭窄的峰值效率操作范围的涡轮增压器的可操作性形成对比。即，涡轮增压器对于使发动机升压以及对于在狭窄的系统操作范围内抽吸排气是有效的，但是膨胀器20在较大的发动机操作范围上给予系统峰值性能。膨胀器20独立于涡轮增压器动作、发动机转速和发动机温度而吸出排气，这是因为膨胀器可以独立于上述因素与为其正排量提供动力的电机/发电机70联动。
由于完全燃烧冲程由曲轴150捕获，从而增加输出扭矩，因此提高了系统的燃料经济性。低操作范围下的更长冲程通过允许每个气缸的更大扭矩回收增加停缸(CDA)机会，扩大停用其他气缸的范围。以及，当处于CDA模式的激活气缸经历比停用气缸更高的压力时，膨胀器20通过向外抽吸排气辅助压力释放。
以及，由于吸出排气，由涡轮增压器提供的升压被更加有效地吸入气缸140内用于下一次燃烧循环，由此改善升压。膨胀器20的排气真空度允许更大量的压缩空气在下一次吸气时进入气缸140内，减小了进气时的净化负担、减小了同时打开进气门144和排气门146的必要性，进一步减小了爆震的可能性，全部上述情况下提高了扭矩输出。效果是提供了更低的末端扭矩和更好的可驾驶性。
图9和10示出所公开的系统的各个结构。对比图9和10，另外可能通过包括进气辅助装置90定制吸气和排气流，以向发动机提供另外的空气，同时计算机控制膨胀器的动作。进气辅助装置90还示出在图7中并且示意性地示出在图1和2中。可以增加排气再循环(EGR)95以进一步减少发动机爆震并且再循环排气。在一些例子中，膨胀器20被用作EGR泵以利用高水平发动机排气帮助处理瞬态响应问题(即高压EGR策略)，或者向进气辅助装置90反馈EGR(即低压EGR策略)。虽然可能包括涡轮增压器160，但是也可能消除涡轮增压器160并且仅采用位于发动机110的出口处的膨胀器20。
升压可以通过比如为电动辅助变速(“EAVS”)增压器的进气辅助装置90、比如为具有电动机的离心压缩机的电动升压装置或比如为罗茨式增压器、螺旋或涡旋式增压器的其他升压装置、或者具有行星齿轮的电动辅助装置提供。可用于所公开的系统的EAVS增压器的例子在以下文献中示出和说明：美国临时专利申请序列号11/776,834；美国临时专利申请序列号61/776,837；美国临时专利申请序列号62/133,038；PCT申请号PCT/US2013/003094以及PCT申请号PCT/US2015/11339，上述专利申请的全部内容通过参引结合到本文中。
图8中示出的计算机控制器200可被用于图9和图10中所示的系统。电子控制单元(ECU)200是包括至少一个处理器200a和有形存储装置200b的机载计算机控制装置。控制逻辑存储在存储器200a中并且通过处理器200b操作以执行计算机控制。图8中示出多个分立模块，可以理解的是这些模块可以是互连控制器以及具有附属存储器和控制逻辑的独立处理器，或者ECU 200可以包括具有配置编程的中央处理机。因此，控制器可以组合在一个或多个处理器中或比如为集成电路的其他通信部件中。各种传感器可被用于收集用于处理的数据。
返回参考图9和图10，与膨胀器一起控制的进气辅助装置优化发动机呼吸。进气辅助装置90可以是计算机控制的以提供精确空气填充，膨胀器20可以是计算机控制的以吸出排气用于排气净化。ECU 200还控制气门正时，用于独立地打开和关闭进气门144和排气门146。通过控制吸入流和排出流，有可能增大通向气缸140的压缩比。这帮助控制瞬时发动机性能并减轻爆震。
图9和图10的一个方面需要EGR 95。进气和排气控制通过定制系统压力以有效地抽吸和引导EGR气体来改善EGR操作。通过膨胀器20执行的废热回收帮助调节排气压力以加强EGR。以及，进气辅助装置90还允许调整压力和空气流以补充EGR效率。
图9表示沿着排气可以从发动机110导向比如为计算机控制EGR气门的EGR控制装置95的路径3。排气可以选择性地从系统中排出，或者导回至进气歧管。路径1将EGR气体导向发动机110的进气侧，例如导向进气歧管或连接至进气辅助装置的出口的管道。路径2引导EGR气体以与新鲜空气混合以及流动通过进气辅助装置90。路径4表示替代路径3可能在膨胀器20之后收集排气通过EGR95用于再循环。使全部四个路径处于同一运动装置中是基本不切实际的，因此更可能采用仅路径1和3、1和4、2和3或2和4，如空气调节和系统压力所指示的。例如，在具有低压EGR气体的系统中，可能沿着路径2引导用于再循环的EGR气体，而高压EGR气体优选地利用路径1。但是，由于可能利用排气旁路组件130旁通空气，因此还可能具有包括路径2、3和4或路径1、3和4的系统。
图10表示可能包括用于沿着路径5和6中的任一者或两者接收排气的涡轮增压器160。EGR 95的计算机控制从系统中或沿着路径1或2引导排气。替代涡轮增压器160，还可能采用膨胀器20如上所述地吸出排气，并且利用增压器90为进气升压。在一个示例中，膨胀器20的输出轴38联接至行星齿轮组，行星齿轮组还联接至电机/发电机70以及联接至进气辅助装置90的输入轴。在该示例中，进气辅助装置90可以是离心压缩机，其中，膨胀器20(经由从排气产生的动力)和电机/发电机70中的任一者或两者可被用于驱动压缩机。这些结构的各方面在专利合作条约公开号WO2014/144701中进行了说明，该专利公开的全部内容通过参引结合到本文中。
膨胀器20可以相对于发动机110定尺寸成使得通过来自加长燃烧冲程的扭矩增加而恢复或过度补偿泵送损失或系统的能量放泄。即，膨胀器20是在系统上具有低能量负担的相对较小装置。能量负担可以与交流发电机相当。
本领域技术人员在考虑本文中所公开的示例的说明和实践时将容易理解其他实施方式。旨在说明书和示例仅被视为示例性的，本发明的真实范围由以下权利要求书指示。

Claims (47)

1.一种发电系统，包括：
a.发电站，所述发电站具有曲轴、进气系统和排气口；
b.膨胀器，所述膨胀器包括与所述排气口流体连通的一对对称转子，所述膨胀器包括可操作地连接至所述转子之一的驱动轴；
c.电机/发电机，所述电机/发电机联接至所述膨胀器的驱动轴；以及
d.控制器，所述控制器连接成控制所述发电站的进气系统、所述电机/发电机，所述控制器构造成操作所述电机/发电机和所述进气系统，以便独立于所述发电站的曲轴的旋转速度而控制进入所述发电站的进气流和流出所述发电站的排气流。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述进气系统包括进气辅助装置。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述控制器构造成在以下模式之间选择：
a.被动模式，其中，所述排气流被动地运动通过所述膨胀器以驱动所述电机/发电机；以及
b.主动模式，其中，所述电机/发电机为所述膨胀器提供动力以在所述排气口上施加真空，从而从所述发电站主动地抽吸所述排气流。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其中，所述发动机包括低功率输出操作范围、高功率输出操作范围和怠速操作范围，当所述发动机从所述怠速操作范围转变至所述低功率输出操作范围时，所述膨胀器控制器选择所述主动模式。
5.根据权利要求3所述的发电系统，其中，所述控制器包括可变气门正时控制模块，所述可变气门正时控制模块构造成对于与所述发电站相关的多个燃烧气缸中的至少一个而言通过停用相应的进气门和相应的排气门来执行停缸，同时对于所述多个燃烧气缸中的其余部分完成燃烧循环，以及其中，所述控制器构造成当所述可变气门正时控制器执行停缸时选择所述主动模式。
6.根据权利要求1所述的发电系统，还包括所述控制器中的排气再循环控制模块，用于接收来自所述发动机的排气以及联接成使排气返回至所述发电站的进气系统。
7.根据权利要求2所述的发电系统，还包括进气辅助装置，所述进气辅助装置包括电动辅助变速(“EAVS”)增压器、电动升压装置、具有电动机的离心压缩机、罗茨式、螺旋式或涡旋式增压器或者具有行星齿轮的电动辅助装置中的一者。
8.根据权利要求7所述的发电系统，还包括所述控制器中的排气再循环控制模块，用于接收来自所述发电站的所述排气流，并且联接成使排气返回与所述发电站相关的进气门的上游和所述进气辅助装置的下游。
9.根据权利要求8所述的发电系统，还包括所述控制器中的排气再循环控制模块，用于接收来自所述发动机的排气以及联接成使排气返回所述进气辅助装置的上游。
10.根据权利要求8所述的发电系统，还包括排气再循环控制器，用于接收来自所述膨胀器的排气以及联接成使排气返回所述进气门的上游和所述进气辅助装置的下游。
11.根据权利要求8所述的发电系统，还包括所述控制器中的排气再循环控制模块，用于接收来自所述膨胀器的排气以及联接成使排气返回所述进气辅助装置的上游。
12.根据权利要求1所述的发电系统，还包括涡轮增压器，其中，所述涡轮增压器在所述排气再循环控制器之前接收来自所述发电站的排气。
13.一种发动机系统，包括：
发动机，所述发动机包括进气歧管、排气歧管和多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸中的每一个连接成接收来自所述进气歧管的空气并且从所述排气歧管排出排气；
相应的进气门，所述相应的进气门用于调节从所述进气歧管进入所述多个燃烧气缸中的每一个的相应的一个内的空气流；
相应的排气门，所述相应的排气门用于调节从所述多个燃烧气缸中的每一个的相应的一个进入所述排气歧管内的排气流；
位于所述多个燃烧气缸中的每一个中的相应的活塞，每个相应的活塞连接至所述发动机以在其相应的气缸中从上止点前进至下止点从而完成燃烧循环；
可变气门正时控制器，所述可变气门正时控制器连接至所述相应的进气门和所述相应的排气门，以控制所述多个燃烧气缸中的每一个的正时，用于接收来自所述进气歧管的空气以及控制所述多个燃烧气缸中的每一个的正时，用于将排气排出至所述排气歧管；
燃料喷射系统，所述燃料喷射系统连接成向所述多个燃烧气缸中的每一个供给燃料；
膨胀器，所述膨胀器连接成接收来自所述排气歧管的排气；
电机/发电机，所述电机/发电机连接成为所述膨胀器提供动力；以及
膨胀器控制器，所述膨胀器控制器连接成控制所述电机/发电机与所述膨胀器的连接，所述膨胀器控制器构造成在被动模式与主动模式之间选择，在所述被动模式中，排气被动地运动通过所述膨胀器，在所述主动模式中，所述电机/发电机为所述膨胀器提供动力以从所述排气歧管主动地抽吸排气。
14.根据权利要求13所述的发动机系统，还包括作为所述电机/发电机的电池供电电机或发电机之一。
15.根据权利要求13所述的发动机系统，还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器连接成接收来自所述膨胀器的排气以及向所述进气歧管供给升压空气。
16.根据权利要求14所述的发动机系统，其中，所述膨胀器还联接成当处于所述被动模式时为所述发电机充电。
17.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述燃烧循环包括至少进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程，以及其中，所述可变气门正时控制器对于所述多个燃烧气缸中的至少一个控制至少一个进气门和至少一个排气门的正时，以从所述压缩冲程的下止点到上止点以及从所述燃烧冲程的上止点到下止点保持完全闭合。
18.根据权利要求13或17所述的发动机系统，其中，所述发动机包括低功率输出操作范围、高功率输出操作范围和怠速操作范围，当所述发动机处于所述低功率输出操作范围时，所述膨胀器控制器选择所述主动模式。
19.根据权利要求13或17所述的发动机系统，其中，所述发动机包括低功率输出操作范围、高功率输出操作范围和怠速操作范围，当所述发动机从所述怠速操作范围转变至所述低功率输出操作范围时，所述膨胀器控制器选择所述主动模式。
20.根据权利要求13或17所述的发动机系统，其中，所述可变气门正时控制模块构造成对于所述多个燃烧气缸中的至少一个而言通过停用相应的进气门和相应的排气门来执行停缸，同时对于所述多个燃烧气缸中的其余部分完成所述燃烧循环，以及其中，所述膨胀器控制器构造成当所述可变气门正时控制器执行停缸时选择所述主动模式。
21.根据权利要求13所述的发动机系统，还包括排气再循环控制器，所述排气再循环控制器用于接收来自所述发动机的排气并且联接成使排气返回至所述发动机进气歧管。
22.根据权利要求13所述的发动机系统，还包括排气再循环控制器，所述排气再循环控制器用于接收来自所述膨胀器的排气并且联接成使排气返回至所述发动机进气歧管。
23.根据权利要求13所述的发动机系统，还包括进气辅助装置，所述进气辅助装置包括电动辅助变速(“EAVS”)增压器、电动升压装置、具有电动机的离心压缩机、罗茨式、螺旋式或涡旋式增压器或者具有行星齿轮的电动辅助装置中的一者。
24.根据权利要求23所述的发动机系统，还包括排气再循环控制器，用于接收来自所述发动机的排气以及联接成使排气返回所述进气门的上游和所述进气辅助装置的下游。
25.根据权利要求23所述的发动机系统，还包括排气再循环控制器，用于接收来自所述发动机的排气以及联接成使排气返回所述进气辅助装置的上游。
26.根据权利要求23所述的发动机系统，还包括排气再循环控制器，用于接收来自所述膨胀器的排气以及联接成使排气返回所述进气门的上游和所述进气辅助装置的下游。
27.根据权利要求23所述的发动机系统，还包括排气再循环控制器，用于接收来自所述膨胀器的排气以及联接成使排气返回所述进气辅助装置的上游。
28.根据权利要求23至27中的任一项所述的发动机系统，还包括涡轮增压器，其中，所述涡轮增压器在所述排气再循环控制器之前接收来自所述发动机的排气。
29.一种控制发动机系统的方法，所述发动机系统包括：
发动机，所述发动机包括进气歧管、排气歧管和多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸中的每一个连接成接收来自所述进气歧管的空气并且从所述排气歧管排出排气；
相应的进气门，所述相应的进气门用于调节从所述进气歧管进入所述多个燃烧气缸中的每一个的相应的一个内的空气流；
相应的排气门，所述相应的排气门用于调节从所述多个燃烧气缸中的每一个的相应的一个进入所述排气歧管内的排气流；
位于所述多个燃烧气缸中的每一个中的相应的活塞，每个相应的活塞连接至所述发动机以在其相应的气缸中从上止点前进至下止点从而完成燃烧循环；
可变气门正时控制器，所述可变气门正时控制器连接至所述相应的进气门和所述相应的排气门，以控制所述多个燃烧气缸中的每一个的正时，用于接收来自所述进气歧管的空气以及控制所述多个燃烧气缸中的每一个的正时，用于将排气排出至所述排气歧管；
燃料喷射系统，所述燃料喷射系统连接成向所述多个燃烧气缸中的每一个供给燃料；
膨胀器，所述膨胀器连接成接收来自所述排气歧管的排气；
电机/发电机，所述电机/发电机连接成为所述膨胀器提供动力；以及
膨胀器控制器，所述膨胀器控制器连接成控制所述电机/发电机与所述膨胀器的连接，
所述方法包括控制所述膨胀器控制器在被动模式与主动模式之间选择，在所述被动模式中，排气被动地运动通过所述膨胀器，在所述主动模式中，所述电机/发电机为所述膨胀器提供动力以从所述排气歧管主动地抽吸排气。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述发动机系统还包括涡轮增压器，所述方法还包括将排气从所述膨胀器排出至所述涡轮增压器，以为所述涡轮增压器提供动力，从而向所述进气歧管供给升压空气。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括选择所述被动模式以及经由所述膨胀器为所述电机/发电机充电。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述燃烧循环包括至少进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程，以及所述方法还包括控制所述可变气门正时控制器，以对于所述多个燃烧气缸中的至少一个从所述压缩冲程的下止点到上止点以及从所述燃烧冲程的上止点到下止点关闭至少一个进气门和至少一个排气门。
33.根据权利要求29或32所述的方法，其中，所述发动机包括低功率输出操作范围、高功率输出操作范围和怠速操作范围，以及所述方法包括当所述发动机处于所述低功率输出操作范围时选择所述主动模式。
34.根据权利要求29或32所述的方法，其中，所述发动机包括低功率输出操作范围、高功率输出操作范围和怠速操作范围，所述方法包括当所述发动机从所述怠速操作范围转变至所述低功率输出操作范围时选择所述主动模式。
35.根据权利要求29或32所述的方法，还包括：
通过对于所述多个燃烧气缸中的至少一个停用所述相应的进气门和所述相应的排气门来执行停缸，同时对于所述多个燃烧气缸中的其余部分完成所述燃烧循环，以及
选择所述主动模式。
36.根据权利要求29所述的方法，其中，所述发动机还包括进气辅助装置，所述方法还包括控制所述进气辅助装置以向所述进气门提供填充空气，独立地对所述进气门和所述排气门进行正时以对于所述发动机的规定负荷优化所述气缸的空气含量。
37.根据权利要求29所述的方法，还包括一旦所述活塞在燃烧循环之后达到下止点则对所述排气门进行正时以打开用于排出排气。
38.根据权利要求29所述的方法，还包括控制进气辅助装置以增大所述燃烧气缸的进气压缩，所述进气辅助装置包括电动辅助变速(“EAVS”)增压器、电动升压装置、具有电动机的离心压缩机、罗茨式、螺旋式或涡旋式增压器或者具有行星齿轮的电动辅助装置中的一者。
39.根据权利要求38所述的方法，还包括控制排气再循环控制器，以便接收来自所述发动机的排气以及使排气返回所述进气门的上游和所述进气辅助装置的下游。
40.根据权利要求38所述的方法，还包括控制排气再循环控制器，以接收来自所述发动机的排气并且使排气返回所述进气辅助装置的上游。
41.根据权利要求38所述的方法，还包括控制排气再循环控制器，以便接收来自所述膨胀器的排气以及使排气返回所述进气门的上游和所述进气辅助装置的下游。
42.根据权利要求38所述的方法，还包括控制排气再循环控制器，以接收来自所述膨胀器的排气并且使排气返回所述进气辅助装置的上游。
43.根据权利要求38至42中的任一项所述的方法，还包括控制涡轮增压器以在所述排气再循环控制器之前接收来自所述发动机的排气。
44.根据权利要求38所述的方法，还包括选择所述主动模式以及控制所述进气辅助装置以提供升压进气。
45.根据权利要求44所述的方法，还包括独立于对所述排气门的正时控制所述进气门的正时。
46.根据权利要求38所述的方法，还包括控制所述进气辅助装置以控制所述进气门处的进气压力，以及控制所述膨胀器以控制所述排气门处的排气压力。
47.根据权利要求29所述的方法，还包括控制所述膨胀器以控制所述排气门处的排气压力。
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