CN107882658B - 具有冷却式排气再循环装置的增压内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有冷却式排气再循环装置的增压内燃发动机。提供用于冷却装置的方法和系统。在一个示例中，用于冷却装置的方法包括响应于排气再循环需求和能量回收需求中的一个或多个调节到冷却装置的第一冷却器和第二冷却器的排气再循环和/或排气流。

Description

具有冷却式排气再循环装置的增压内燃发动机
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月30日提交的德国专利申请No.102016218990.5的优先权。以上引用的申请的全部内容以引用的方式全文并入本文以用于所有目的。
技术领域
本说明书整体涉及用于控制具有排气再循环(EGR)冷却和热回收功能的组合的低压排气再循环(LP-EGR)和热回收系统的方法和系统。
背景技术
所述类型的内燃发动机用作机动车辆驱动单元。在本公开的上下文内，表达“内燃发动机”包括柴油发动机和奥托循环发动机并且还包括利用混合动力燃烧过程的混合动力内燃发动机，以及混合动力驱动器，混合动力驱动器不仅包括内燃发动机而且还包括电机，电机可以传动连接到内燃发动机并且从内燃发动机接收功率，或者作为可切换的辅助驱动器另外输出功率。
在内燃发动机的发展中，寻求最小化燃料消耗。此外，寻求污染物排放的减少，以便能够符合未来的污染物排放的极限值。
内燃发动机越来越普遍地装备有增压(supercharging)，其中增压可为用于增加功率的方法，其中用于发动机中的燃烧过程的增压空气被压缩，因此每个工作循环可以向每个汽缸供应更大质量的增压空气。以这种方式，可以增加燃料质量并且因此增加平均压力。
增压是用于增加内燃发动机的功率同时维持不变扫气容积，或者用于减小扫气容积同时维持相同动力的合适的方法。在任何情况下，增压导致体积功率输出增加和更有利的功率重量比。如果扫气容积减小，考虑到相同的车辆边界条件，可以将总负荷朝向单位燃料消耗率较低的较高负荷移位。因此，内燃发动机的增压有助于最小化燃料消耗，也就是说有助于改善内燃发动机的效率。
通过合适的变速器配置，可以另外实现所谓的降速，从而同样实现较低的单位燃料消耗率。在降速的情况下，利用低发动机转速下特别是在存在相对高的负荷的情况下单位燃料消耗率通常较低的事实。
利用增压的目标配置还可以获得减少的排气排放。利用例如柴油发动机的合适的增压，可以因此减少氮氧化物的排放而无效率上的任何损失。同时，可以积极地影响碳氢化合物的排放。与燃料消耗直接相关的二氧化碳排放同样随燃料消耗量的下降而减少。
然而，为了遵守未来的污染物排放的极限值，期望进一步的措施。在此，发展工作的重点尤其在于减少氮氧化物的排放，这在特别是柴油发动机中具有高度的相关性。由于氮氧化物的形成不仅起于过量的空气而且还起于高温度，所以用于降低氮氧化物排放的一个概念在于使用具有较低燃烧温度的燃烧过程。
在此，排气再循环(EGR)，也就是说燃烧气体从发动机的出口侧到入口侧的再循环有利于实现该目的，其中氮氧化物排放可以随着EGR率的增加而大量减少。在此，EGR率xEGR被确定为xEGR＝mEGR/(mEGR+m新鲜空气)，其中mEGR表示再循环的排气的质量，并且m新鲜空气表示供应的新鲜空气。可能考虑经由排气再循环提供的氧。
为获得氮氧化物排放的大量减少，可期望高EGR率，其可为xEGR≈60％至70％的数量级或更多。此类高的再循环率可需要EGR的冷却，通过这种方式，排气的温度降低并且排气的密度增加，使得可以再循环较大质量的排气。因此，排气再循环装置通常装备有冷却器。本公开涉及的内燃发动机的排气再循环装置还具有冷却装置，也就是说至少一个EGR冷却器，其具有用于在排气和冷却剂之间传递热的引导冷却剂的冷却剂套。
如果再循环的热排气的温度降低并且形成冷凝物，则在将再循环的排气引入进气系统期间可出现问题。
首先，如果再循环的热排气与进气系统中的冷的新鲜空气相遇并且混合，则可以形成冷凝物。EGR气体冷却，而新鲜空气的温度增加。新鲜空气和EGR的混合物的温度，也就是说燃烧空气的温度低于EGR的温度。在排气的冷却过程期间，如果未达到气态燃烧空气流的组分的露点温度，则先前包含在EGR中的和/或在仍处于气态形式的燃烧空气中的液体特别是水可冷凝。冷凝物形成发生在自由的燃烧空气流中，其中燃烧空气中的污染物通常形成用于形成冷凝物液滴的起始点。
其次，当EGR和/或燃烧空气撞击进气系统的内壁时，可形成冷凝物，因为壁温度通常低于相关气态组分的露点温度。
冷凝物和冷凝物液滴是不期望的，并且可增加进气系统中的噪声排放，并且可导致机械增压器或排气涡轮增压器的布置在进气系统中的压缩机叶轮的叶轮叶片的劣化。后者的效果与压缩机效率的降低有关。
关于上述冷凝物形成的问题，EGR冷却器也可为有利的或有用的。在再循环过程期间用于再循环的排气的冷却具有以下效果：冷凝物不是首次在进气系统中形成，而是在再循环期间已经形成，并且可在再循环过程期间分离。
根据先前尝试的EGR冷却器的缺点是有用的排气能量也就是说可以通过冷却剂从冷却器中的排气抽取的热仅当排气正在再循环时是有效的和可用的是不合理的。根据先前的实施例，如果排气再循环装置已被停用，使得没有排气正被再循环，则热排气的排气能量可浪费。如果可以利用所述排气能量，也就是说在能量回收的情况下回收所述排气能量，则可以在内燃发动机中实现进一步的效率优点。
可以例如利用热排气的能量来减少摩擦损失，并且因此减少内燃发动机的燃料消耗。在此，通过排气热，特别是冷启动之后的发动机油的迅速升温可以是有利的。在内燃发动机的预热阶段期间，发动机油的快速升温确保油的粘度对应地快速降低，并且因此减少摩擦和摩擦损失，特别是在被供给油的轴承中，例如曲轴的轴承。
在此，例如，可以通过加热设备主动使油加温。为此，可以在预热阶段使用冷却剂操作的油冷却器(与其预期目的相反)用于使油升温。
使发动机油快速升温以便减少摩擦损失基本上也可通过内燃发动机本身的快速加热来辅助，由于在预热阶段期间从内燃发动机中提取尽可能少的热，所以内燃发动机本身的快速加热继而被协助也就是说被强制进行。
在这方面，在液体冷却的内燃发动机的情况下，将热供应到发动机冷却装置的冷却剂也可为有利的，特别是在预热阶段中或在冷启动之后。利用排气能量来使发动机冷却装置的冷却剂升温可以是可能的。
根据先前的尝试的EGR冷却器的缺点在于，冷却器可不被配置为执行能量回收，其重点是排气的冷却，也就是纯粹的冷却效果。在此，冷却器可能够在内燃发动机操作期间处理用于经由排气再循环装置再循环的所有排气流率。特别地，可允许用于再循环和用于冷却的最大排气流率。用于经由排气再循环装置再循环的排气流率的变化范围导致在冷却器处的广泛变化的压力条件。冷却器上的压力梯度以取决于用于再循环的排气流率的方式显著改变，也就是说以可在再循环率的控制或设定中加以考虑的相关方式。所产生的相互作用导致某些动力学特性，并且需要对排气再循环装置进行对应的复杂或错综的控制。
发明内容
在一个示例中，上述问题可由增压内燃发动机解决，该增压内燃发动机具有至少一个汽缸、用于向至少一个汽缸供应空气的进气系统、用于排出排气的排气排出系统和排气再循环装置，排气再循环装置包括至少一个再循环管路，其中至少一个冷却器和至少一个控制元件被设置在至少一个再循环管路中，用于设定用于再循环的可预定义的排气流率，该内燃发动机进一步包括至少两个再循环管路，其中在每种情况下布置一个冷却器，冷却器平行布置并且可彼此独立地用于冷却排气用于能量回收的目的。
在根据本公开的内燃发动机的情况下，提供多个冷却器，通过所述多个冷却器能够冷却用于再循环的排气。在一些情况下，冷却器能够被激活，并用于连续地冷却用于再循环的排气。以这种方式，EGR冷却装置的冷却功率或EGR冷却器的数量能够适于用于冷却的排气流率。其益处将在下面更详细地描述。
因为要由所述冷却器冷却或处理的排气流率在较小的范围内变化，所以在冷却器的操作期间，相比于在先前的示例中，单个冷却器上的压力梯度在较小的范围内改变。
在相对低的再循环率的情况下，根据本公开，可以使用一个冷却器来冷却用于再循环的排气。然后，如果用于再循环和用于冷却的排气流率增加，则例如在超过可预定义的排气流率的情况下，可以激活另外的冷却器以便冷却排气并且有助于用于再循环的排气的冷却。根据所提供的EGR冷却器的数量，如果提供例如三个、四个或更多个冷却器，则可以执行若干次激活或连续激活。再循环率的控制或调节较少动态地作出反应。
此外，排气引导管路的管路系统可被配置或可切换使得即使当排气再循环装置已经停用时，当没有排气再循环时，仍能利用和使用一个冷却器来冷却排气，使得与先前的示例相反，在能量回收的情况下，即使当排气再循环装置已经被停用时，仍可以利用排气中固有的能量或使其可被利用。
排气能量可以例如在预热阶段中或在冷启动之后用于使内燃发动机的发动机油升温，并且因此减少内燃发动机的摩擦损失。在液体冷却的内燃发动机的情况下，可以利用排气能量来使发动机冷却装置的冷却剂升温，并且因此加速内燃发动机的加热。这两种措施均改善或增加内燃发动机的效率。
根据本公开的内燃发动机的EGR冷却器关于有效冷却以及关于能量回收(也就是说排气能量的利用)二者进行配置。根据本公开，提供了两个方面。
本公开涉及的内燃发动机是增压内燃发动机。参考已经提到的益处，以及与增压相结合做出的陈述。
因此，根据本公开的内燃发动机可为增压内燃发动机，其中排气能量可以比先前的示例得到更有效地利用，并且该增压内燃发动机关于排气再循环得到了进一步改善。
根据本公开，至少两个再循环管路属于一个排气再循环装置，也就是说属于单个或相同的排气再循环装置。装备有包括再循环管路的低压EGR装置和包括再循环管路的高压EGR装置的内燃发动机具有两个再循环管路，但不是根据本公开的排气再循环装置。
期望其中冷却器形成一体的结构单元的内燃发动机的实施例。包括冷却器并且构成整个冷却单元的预制组件简化了排气再循环装置和内燃发动机作为整体的安装，并且因此也降低了成本。
也可期望其中冷却器呈单独的、分离的冷却器的形式的内燃发动机的实施例。根据模块化原理，然后可以使用单独的冷却器来形成不同的排气再循环装置或装备不同的内燃发动机。
本文将讨论根据本公开的内燃发动机的另外的替代实施例。
可期望增压内燃发动机的实施例可包括所提供的第一再循环管路和所提供的第二再循环管路中的一个或多个，其中第一再循环管路中布置有第一冷却器，并且第一再循环管路使用至少一个控制元件至少在第一冷却器上游可连接到排气排出系统并且在第一冷却器下游可连接到进气系统，第二再循环管路中布置有第二冷却器，并且第二再循环管路使用至少一个控制元件至少在第二冷却器上游可连接到排气排出系统并且在第一冷却器下游可选择性地连接到进气系统或排气排出系统，并且出于能量回收的目的，每个冷却器具有用于在排气和冷却剂之间传递热的至少一个引导冷却剂的冷却剂套。
可期望在内燃发动机的冷启动之后没有排气再循环，因为在将再循环的排气引入仍然冷的进气系统中时，可形成特别大量的冷凝物。利用随后停用的排气再循环装置，先前示例中的情况是不可以使用热排气的排气能量，尽管事实上，特别是在内燃发动机的冷启动之后，存在以有目的的方式使发动机油和内燃发动机升温的需求。
与此相反，在本实施例的情况下，即使当排气再循环装置已经被停用时，仍可以利用热排气的排气能量；至少通过可选择性地在下游连接到进气系统或排气排出系统的第二冷却器，其中至少一个控制元件用于此目的，排气引导管路可以通过该控制元件做出对应地切换，特别地连接到排气排出系统。因此，即使当排气再循环装置已经被停用时，热仍可以从排气传递到第二冷却器的冷却剂，其中流过或循环通过第二冷却器的冷却剂将热从第二冷却器的内部排出并且供应热用于预定的使用，从而增加内燃发动机的效率。
增压内燃发动机的实施例可包括：其中使用至少一个控制元件，第一再循环管路在第一冷却器的下游至少可选择性地连接到进气系统或排气排出系统。
在上述实施例中，当排气再循环装置已经被停用时，仍可以通过第一冷却器利用热排气的排气能量，在当前情况下，第一冷却器同样可使用用于该目的的至少一个控制元件在下游选择性地连接到进气系统或排气排出系统，其中排气引导管路可以通过该控制元件做出对应地切换，特别地连接到排气排出系统。
因此，当排气再循环装置已经被停用时，排气再循环装置的两个冷却器均可以用于能量回收并且用于改善内燃发动机的效率。
也可以将第一和/或第二冷却器在上游永久地连接到排气排出系统，其中调节或切换设置在冷却器下游的至少一个控制元件，使得冷却器在下游连接到进气系统或排气排出系统。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中第一再循环管路从排气排出系统分支出来以便形成第一接合点，并且通向(open into)进气系统以便形成第二接合点。
在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中第一控制元件在第二接合点处设置在第一再循环管路中。
第一控制元件用作EGR阀，并且当排气再循环装置有效时，用于调节再循环率，或至少调节经由第一再循环管路再循环的排气流率。布置在第二接合点处的组合阀的使用容许确定再循环的排气流率，并且同时节流进气新鲜空气流率。
所述类型的组合阀可为例如围绕相对于新鲜空气流横向延伸的轴线可枢转的瓣阀(flap)，使得在第一端部位置，瓣阀的前侧阻塞进气系统并且同时再循环管路打开，并且在第二端位置中，瓣阀的后侧覆盖再循环管路并且同时进气系统打开。连接到瓣阀并因此机械地耦接到瓣阀的附加阀体打开或阻塞再循环管路。而瓣阀用于调节经由进气系统供应的空气流率，阀体影响再循环的排气流率的计量。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中第二再循环管路从排气排出系统分支出来以便形成第三接合点，并且通向进气系统以便形成第四接合点。
然而，在上述情况下，特别地，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中第二再循环管路从排气排出系统分支出来以便形成第三接合点，并且通向第一冷却器下游的第一再循环管路以便形成第四接合点。
然后，当排气再循环装置有效时，设置在第二接合点处的控制元件可以用于调节整个再循环率，特别是由第一再循环管路再循环的排气流率和由第二再循环管路再循环的排气流率。
在此，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中第二控制元件设置在第二冷却器下游的第二再循环管路中。所述第二控制元件可用于激活和停用第二冷却器。
然而，在一些情况下，第二控制元件还可用于在下游将第二冷却器连接到排气排出系统，为此，如果需要，可提供另外的排气引导管路。然后，第二冷却器不冷却用于再循环的任何排气。相反，第二冷却器冷却已经从排气排出系统抽取并且再次被引入排气排出系统中的排气。也就是说，在当前情况下，第二冷却器仅用于能量回收，也就是说用于使排气中固有的能量可利用。
由于上述原因，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中设置排气引导管路，该排气引导管路从第二冷却器下游的第二再循环管路分支出来以便形成第五接合点，并且通向排气排出系统以便形成第六接合点。
在此，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中第二控制元件布置在第五接合点处。
在其中第二再循环管路通向第一冷却器下游的第一再循环管路以便形成第四接合点的实施例中，第一冷却器还可以经由另外的排气引导管路在下游连接到排气排出系统。然后，第一冷却器不冷却用于再循环的任何排气，而是冷却被再次引入排气排出系统的排气。然后，当排气再循环装置已经被停用时，这两个冷却器均用于能量回收。
在其中排气引导管路从第二冷却器下游的第二再循环管路分支出来并且通向排气排出系统以便形成第六接合点的实施例中，可期望第六接合点布置在第一接合点和第三接合点下游的排气排出系统中。
在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中节流元件被布置在第六接合点上游和第一接合点与第三接合点下游的排气排出系统中。节流元件用于增加排气排出系统中上游的排气压力，由此冷却器上的驱动压力梯度同样地增加，并且消除了排气避开冷却器的路径，或者阻碍排气绕过冷却器。
为产生期望的压力梯度，此外，可以在排气再循环装置通向进气系统的点的上游设置切断元件，以便在入口侧处降低压缩机上游的压力。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中在进气系统中布置可通过辅助驱动器驱动的至少一个压缩机。
相对于排气涡轮增压器，可以通过辅助驱动器也就是机械增压器驱动的压缩机在于，机械增压器可以通过多个条件产生并且可获得所需的充气压力，特别是不管内燃发动机的操作状态如何。这特别适用于可以通过电机电驱动并且因此独立于曲轴的旋转速度的机械增压器。
在先前的示例中，特别是通过排气涡轮增压在所有发动机转速范围内实现功率增加时遇到困难。在发动机转速未达到目标的情况下，观察到相对严重的扭矩下降。如果考虑到充气压力比取决于涡轮压力比或涡轮功率，则所述扭矩下降是可以理解的。如果发动机转速降低，则这导致较小的排气质量流量，并且因此导致较低的涡轮压力比或较低的涡轮功率。因此，为降低发动机转速，充气压力比同样降低。这相当于扭矩下降。
尽管如此，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中提供至少一个排气涡轮增压器，排气涡轮增压器包括布置在排气排出系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机。在排气涡轮增压器中，压缩机和涡轮布置在相同的轴上。热排气流被进给到涡轮并且在涡轮中膨胀，其中能量被释放，轴因此旋转。由排气流供应到轴的能量用于驱动同样布置在轴上的压缩机。压缩机输送并且压缩进给到其的增压空气，因此获得汽缸的增压。增压空气冷却器有利地设置在压缩机下游的进气系统中，通过该增压空气冷却器，压缩的增压空气在其进入至少一个汽缸之前被冷却。冷却器降低温度，并且因此增加了增压空气的密度，使得冷却器也有助于改善汽缸的增压，也就是说有助于更大的空气质量。实际上，通过冷却获得压缩。
相对于可以通过辅助驱动器驱动的机械增压器，排气涡轮增压器在于，排气涡轮增压器利用热排气的排气能量，而机械增压器从内燃发动机抽取直接或间接地驱动机械增压器所需的能量，并且因此至少在驱动能量不源自能量回收源的时候不利地影响也就是降低效率。
如果机械增压器不是可以通过电机驱动也就是电驱动的增压器，则在机械增压器和内燃发动机之间通常需要用于动力传输的机械连接或运动学连接，这也不利地影响或确定发动机舱中的封装。
为了能够在低发动机转速下抵消扭矩下降，其中设置至少两个排气涡轮增压器的内燃发动机的实施例是特别有利的。具体地，如果发动机转速降低，则这导致较小的排气量质量流量，并且因此导致较小的充气压力比。
通过使用多个排气涡轮增压器例如串联或并联连接的多个排气涡轮增压器，可以显著改善增压内燃发动机的扭矩特性。
为改善扭矩特性，除至少一个排气涡轮增压器之外，还可以设置另外的压缩机，特别是可以通过辅助驱动器驱动的机械增压器或另外的排气涡轮增压器的压缩机。
在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中再循环管路通向压缩机下游的进气系统。
在所谓的高压EGR装置的情况下，排气被引入压缩机下游的进气系统中。在此，为提供或确保排气排出系统和进气系统之间的再循环所需的压力梯度，在排气涡轮增压装置的情况下，排气优选地并且通常从相关联的涡轮上游的排气排出系统抽取。高压EGR可不通过压缩机，并且因此在再循环之前不必经受例如在颗粒过滤器中的排气后处理。在压缩机中不存在改变压缩机几何形状特别是流动截面从而损害压缩机效率的风险。在压缩机下游发生冷凝物形成(如果有的话)，这在压缩过程期间也加热供应到压缩机的增压空气，并且因此防止或阻碍冷凝物形成。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中再循环管路通向压缩机上游的进气系统。
在操作具有排气涡轮增压并且同时使用高压EGR装置的内燃发动机期间，当再循环的排气从涡轮上游的排气排出系统中被抽取并且不再用于驱动涡轮时，可发生冲突。
在排气再循环率增加的情况下，引入到涡轮中的排气流同时减少。通过涡轮的减小的排气质量流导致较低的涡轮压力比，充气压力比也因此下降，这等于较小的压缩机质量流。除减小的充气压力之外，还可另外产生关于喘振极限的压缩机操作的问题。在柴油发动机的情况下，在加速期间关于碳烟形成的污染物排放可增加。
因此，期望足够高的充气压力，同时期望高的排气再循环率。解决方案的一种方法是所谓的低压EGR，已经流过涡轮的排气通过该低压EGR再循环到进气系统中。为此，低压EGR装置从涡轮下游的排气排出系统抽取排气，并将所述排气引导到优选地在压缩机上游的进气系统中，以便能够在排气排出系统和进气系统之间实现用于再循环的期望的压力梯度。
经由低压EGR装置再循环的排气与压缩机上游的新鲜空气混合。以这种方式产生的新鲜空气和再循环的排气的混合物形成供应到压缩机并且被压缩的增压空气，其中压缩的增压空气在压缩机的下游在增压空气冷却器中被冷却。
由于排气被引导通过压缩机，因此排气优选地在涡轮下游经受排气后处理。低压EGR装置还可与高压EGR装置组合。在一个示例中，排气后处理可包括微粒过滤器，使得低压EGR中的微粒不撞击到压缩机的表面上。
出于已经说明的原因，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中再循环管路从涡轮上游的排气排出系统分支出来。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中所提供的排气涡轮增压器的涡轮具有可变的涡轮几何形状，其容许通过调节涡轮几何形状或调节有效的涡轮截面来广泛地适应内燃发动机的操作。在此，用于影响流动方向的可调节的导向叶片布置在涡轮的入口区域中。与使叶轮旋转的叶轮叶片相比，导向叶片不随涡轮的轴一起旋转。
如果涡轮具有固定的不变几何形状，则如果设置导向设备的话，导向叶片布置在入口区域中，以便不仅静止而且完全不可移动，也就是说刚性地固定。相反，在可变几何形状的情况下，导向叶片被适当地布置，以便静止但不是完全不可移动，而是可绕其轴线旋转，使得接近叶轮叶片的流可受到影响。
通过调节涡轮几何形状，可以影响涡轮上游的排气压力，并且因此可以影响排气排出系统和进气系统之间的压力梯度，且因此可以影响高压气EGR装置的再循环率。
出于已经说明的原因，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中再循环管路从涡轮下游的排气排出系统分支出来。
在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中在涡轮和分支出来的再循环管路之间的排气排出系统中设置至少一个排气后处理系统。由于排气被引导通过压缩机，因此排气可在涡轮下游经受排气后处理。
在此，其中提供颗粒过滤器作为用于排气后处理的排气后处理系统的增压内燃发动机的实施例是有利的。
为最小化碳烟排放，在该情况下使用再生颗粒过滤器，其将碳烟颗粒从排气中过滤出并将它们储存起来，其中所述碳烟颗粒在过滤器的再生过程期间被间歇地烧掉。在没有催化协助的情况下，颗粒过滤器的再生温度约为550℃。因此，为确保在所有操作条件下的过滤器的再生，通常实施附加措施。
过滤器的再生将热引入排气中并且增加排气温度，并且因此增加排气焓。因此，在过滤器的出口处可获得更富能量的排气，该排气可以以根据本公开的方式使用。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中提供氧化催化转化器作为用于排气后处理的排气后处理系统。
即使没有附加措施，在足够高的温度水平下和存在足够大的氧气量的情况下，在排气排出系统中适当地发生未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的氧化。然而，由于在下游方向上快速下降的排气温度，以及因此迅速降低的反应速率，所述反应快速停止。因此，使用催化反应器，其使用催化材料，即使在低温下仍能确保氧化。如果另外地还原氮氧化物，则在奥托循环发动机的情况下，可通过使用三元催化转化器来实现氧化。
氧化是放热反应，其中释放的热使温度增加，并且因此增加排气的焓。因此，在氧化催化转化器的出口处可获得更富能量的排气。在这方面，提供氧化催化转化器可根据本公开利用排气能量。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中设置用于避开冷却器的旁通管路，该旁通管路绕过EGR冷却器，并且通过该旁通管路，可避开冷却器将经由排气再循环装置再循环的排气引入到进气系统中。
绕过EGR冷却装置可为有利的，例如以便防止热被另外地引入内燃发动机的液体型冷却装置中。如果内燃发动机的液体型冷却装置已经承受高度负荷，例如在全负荷情况下，此方法是有利的。如果在发动机制动过程期间利用排气再循环装置，热排气再循环而不被冷却同样是有利的。
增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中设置液体型冷却装置用于形成发动机冷却装置。
在此，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中内燃发动机的至少一个汽缸盖设置有集成在汽缸盖中的至少一个冷却剂套，以形成液体型冷却装置。
相比于常规内燃发动机，液体型冷却装置可更多地降低增压发动机的热负荷。如果汽缸盖具有集成的排气歧管，则相比于装备有外部歧管的常规汽缸盖，所述汽缸盖承受更高的热负荷。可对冷却装置提出更多的要求。
在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可进一步包括其中液体型冷却装置具有包括排气再循环装置的冷却器的冷却回路。
如果将EGR冷却器并入发动机冷却装置的冷却回路中，则仅需要特别地提供形成回路基本上所需的许多部件和组件，因为它们可用于EGR冷却器的冷却回路，并且还用于发动机冷却装置的冷却回路，这导致协同效应和成本节约，而且还带来重量节约。
例如，可仅提供用于输送冷却剂的一个泵和用于储存冷却剂的一个容器。从内燃发动机和EGR冷却装置散发到冷却剂的热可以从在共同的热交换器(例如，不同于EGR冷却装置的散热器)中的冷却剂中抽取。
因此，可同样更容易地利用由在EGR冷却装置中的冷却剂吸收的排气能量或排气热，以例如用于使内燃发动机或发动机油升温。
应当理解，提供上述发明内容是为以简化形式介绍所选概念，所选概念在具体实施方式中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征，主题的保护范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示意性地示出增压内燃发动机连同排气再循环装置的第一实施例。
图2示意性地示出处于第一操作模式的增压内燃发动机连同排气再循环装置的第一实施例。
图3示意性地示出处于第二操作模式的增压内燃发动机连同排气再循环装置的第一实施例。
图4示意性地示出处于第三操作模式的增压内燃发动机连同排气再循环装置的第一实施例。
图5示意性地示出处于第四操作模式的增压内燃发动机连同排气再循环装置的第一实施例。
图6示出用于选择哪个操作模式来操作排气再循环装置的方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于冷却装置的系统和方法。
现在转到图1，其示意性地示出增压内燃发动机1连同排气再循环装置4的第一实施例。
内燃发动机1具有用于向汽缸供应增压空气的进气系统3，并且具有用于从汽缸排出排气的排气排出系统2。
出于增压的目的，内燃发动机1装备有排气涡轮增压器6，排气涡轮增压器6包括布置在排气排出系统2中的涡轮6b和布置在进气系统3中的压缩机6a。
此外，提供具有两个再循环管路4a、4b的排气再循环(EGR)装置4，其中，冷却器5a、5b分别布置在每个再循环管路4a、4b中。在每种情况下，冷却器5a、5b具有一个用于在排气和冷却剂之间传递热的引导冷却剂的冷却剂套。冷却器5a、5b平行布置并且可相互独立地用于排气的冷却或用于能量回收，并且流体地连接或可连接到发动机冷却装置。因此，在本文中，EGR装置4可互换地被称为冷却装置4。具体地，所示冷却剂系统20流体地耦接到冷却器5a、5b中的每个。另外地，所示冷却剂系统20耦接到发动机1a。应当理解，在一些实施例中，在不脱离本公开的范围的情况下，冷却剂系统20与发动机1a的冷却剂系统分离。
第一再循环管路4a从涡轮6b下游的排气排出系统2分支出来以便形成第一接合点2a，并且在压缩机6a的上游通向进气系统3以便形成第二接合点3a。在第二接合点3a处设置第一控制元件7。组合阀7a用作第一控制元件7，该组合阀用于调节再循环的排气流率，即调节再循环率，并且因此还用于至少部分地停用冷却装置4。
第二再循环管路4b同样从涡轮6b下游和第一接合点2a下游的排气排出系统2分支出来以便形成第三接合点2c，并且通向第一冷却器5a下游的第一再循环管路4a以便形成第四接合点10。
提供另外的排气引导管路11，其从第二冷却器5b下游的第二再循环管路4b分支出来以便形成第五接合点12，并且通向排气排出系统2以便形成第六接合点2d。
在目前情况下，第六接合点2d布置分别在第一接合点2a和第三接合点2c下游的排气排出系统2中。节流元件2b布置在第六接合点2d上游以及第一接合点2a和第三接合点2c下游的排气排出系统2中。节流元件2b用于增加排气排出系统2中上游的排气压力，从而也增加冷却器5a、5b上的驱动压力梯度。
第二控制元件8设置在第二冷却器5b下游的第二再循环管路4b中，该第二控制元件布置在第五接合点12处。第二控制元件8是四位三通阀8a，其具有三个管路连接部和四个切换位置，并且经由第二接合点3a将两个冷却器5a、5b连接到进气系统3，或者经由第六接合点2d将两个冷却器5a、5b连接到排气排出系统2，或者停用第二冷却器5b，也就是说将所述第二冷却器与第一再循环管路4a分离，并且经由第六接合点2d将所述第二冷却器连接到排气排出系统2。
因此，两个冷却器5a、5b均可以用于冷却EGR，而且还可以用于在不期望EGR冷却时以及当前EGR冷却不足以满足当前能量回收需求时中的一个或多个时进行能量回收。这将在下面基于图2至图5更详细地讨论。
增压内燃发动机1可进一步包括控制系统14。所示控制系统14接收来自多个传感器16的信息(在本文中描述了其各种示例)，并且将控制信号发送到多个致动器81(在本文中描述了其各种示例)。作为一个示例，传感器16可包括排气流率传感器(其被配置为测量通过排气系统2的排气的流率)、排气传感器(位于排气系统2的排气歧管中)、温度传感器、压力传感器(任选地位于排气后处理系统9的下游)和PM传感器。其他传感器(诸如附加的压力传感器、温度传感器、空气/燃料比传感器、排气流率传感器和组分传感器)可耦接到增压内燃发动机1中的各种位置。作为另一个示例，致动器可包括燃料喷射器、节气门、控制过滤器再生的DPF阀、电路开关等。控制系统14可包括控制器13。控制器13可配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令。控制器13接收来自图1的各种传感器的信号，处理信号，并且采用图1的各种致动器基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机的操作。
图2示意性地示出处于第一操作模式的增压内燃发动机1连同排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释关于图1的附加特征，为此，在其他方面参考图1。因此，先前介绍的部件可在后续附图中被类似地编号。
在本说明书中，EGR指用于再循环的排气。因此，EGR从冷却器5a、5b中的一个或多个流到进气系统3。替代地，用于能量回收的排气不流到进气系统3。排气从冷却器5a、5b的一个或多个返回到排气系统2。
在第一操作模式中，冷却器5a、5b二者均可冷却EGR。在图2的实施例中，所示的两个冷却器均冷却EGR。第二再循环管路4b连接到第一再循环管路4a，并且第一再循环管路4a连接到进气系统3。对应地切换或设定第一控制元件7和第二控制元件8。
换句话说，在第一模式中，发动机1a期望冷却的EGR。在当前的示例中，期望的EGR流率可大于单个冷却器(例如，冷却器5a或冷却器5b)的容量。因此，EGR流到冷却器5a、5b二者。控制元件7a可被调节到使得第一再循环管路4a中的气体可流动通过第二接合点3a并且进入进气系统的位置。控制元件8a可被调节到使得来自冷却器5b的较冷的EGR流动通过第二再循环管路4b，通过第五接合点12，通过第四接合点10并且进入第一再循环管路4a的位置。因此，来自冷却器5b的冷却的EGR可与来自冷却器5a的较冷的EGR在第一再循环管路4a中混合和/或合并。在本文中，冷却器5a可被称为第一冷却器5a，冷却器5b可被称为第二冷却器5b。
图3示意性地示出处于第二操作模式的增压内燃发动机1连同排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释关于图1的附加特征，为此，在其他方面参考图1。
在第二操作模式中，仅第一冷却器5a可冷却EGR，为此，第一再循环管路4a经由第二接合点3a连接到进气系统3。第二再循环管路4b连同第二冷却器5b与第一再循环管路4a分离，并且经由第六接合点2d连接到排气排出系统2。因此，第二冷却器5b用于能量回收。对应地切换或设定第一控制元件7和第二控制元件8。
换句话说，在第二操作模式中，第一冷却器5a可被配置为冷却EGR，第二冷却器5b可被配置为冷却用于热回收的排气。因此，第二控制元件8可被切换到流体地密封第二再循环管路4b与第一再循环管路4a的位置。因此，来自第一冷却器5a和第二冷却器5b的气体在第二模式期间可不混合。
来自第一冷却器5a的EGR流动通过第四接合点10，通过第一再循环管路4a，通过第二接合点3a，并且进入进气系统3。因此，第一控制元件7处于被配置为允许来自第一再循环管路4a的气体流入进气系统3中的位置。
来自第二冷却器5b的用于热回收的排气流动通过第五接合点12，通过排气引导管路11，并且流入排气系统2的第六接合点2d。因此，第二控制元件8可处于被配置为允许来自第二再循环管路的气体流回排气系统2的位置。另外，在一个示例中，第二模式不允许来自第一冷却器5a的气体与来自第二冷却器5b的气体混合。以这种方式，第二模式经由第一冷却器5a向进气系统提供冷却的EGR，并且经由至少第二冷却器5b提供能量回收。应当理解，来自具有冷却的EGR的第一冷却器5a的冷却剂也可用于能量回收目的。因此，在第二模式期间，第一冷却器5a和第二冷却器5b可用于满足能量回收需求。
图4示意性地示出处于第三操作模式的增压内燃发动机1连同排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释关于图1的附加特征，为此，在其他方面参考图1。
在第三操作模式中，不期望冷却的EGR，并且冷却装置4的冷却器5a、5b二者均用于能量回收。对应地切换或设定第一控制元件7和第二控制元件8。冷却器5a、5b二者均经由第六接合点2d连接到排气排出系统2并且与进气系统3分离。
换句话说，第三模式对应于其中发动机1a不期望EGR冷却但期望排气热回收的条件。在一个示例中，这可在冷启动之后发生，其中发动机温度大于环境温度，但是变速器温度小于期望的温度并且/或者车厢加热请求仍然未满足。因此，可不期望EGR冷却，但可期望排气热回收。
因此，冷却装置4关于冷却EGR被停用。然而，冷却装置4在冷却排气具体地冷却用于热回收的排气方面仍然是有效的。因此，第一控制元件7移动到其中禁止来自第一再循环管路4a的气体流到进气系统3的位置。此外，第二控制元件8被调节到其中来自第一再循环管路4a和第二再循环管路4b的气体可流入排气引导管路11的位置。来自第一冷却器5a和第二冷却器5b的排气可在流到排气系统2的第六接合点2d之前在排气引导管路11中混合。本领域普通技术人员应当理解，在第三操作模式期间，EGR可流到进气系统3，然而，EGR不被冷却装置4冷却。
图4的实施例示出第一冷却器5a和第二冷却器5b二者用于满足能量回收需求。然而，本领域普通技术人员应当理解，如果单个冷却器可满足能量回收需求，则在第三操作模式期间可仅使用冷却器5a、5b中的一个冷却器。因此，在第三模式期间，可激活第一冷却器5a或第二冷却器5b中的任一个。
例如，如果能量回收需求小于或等于阈值能量回收需求，该阈值能量回收需求对应于单个冷却器被配置为执行的最大能量回收量，则第三模式可包括仅使用于热回收的排气流到冷却器5a、5b中的一个冷却器。作为示例，如果仅使用第二冷却器5b，则将第一控制元件7调节到流体地密封第一再循环管路与进气系统3的位置。另外地，将第二控制元件8调节到流体地密封第一再循环管路4a与排气引导管路11的位置。此外，将第二控制元件8调节到将第二再循环管路4b流体地耦接到排气引导管路11的位置。另外地或替代地，冷却剂可仅流到第二冷却器5b。因此，即使排气流到第一冷却器5a，其也不与流到冷却装置4的任何冷却剂连通。
图5示意性地示出处于第四操作模式的增压内燃发动机1连同排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释关于图1的附加特征，为此，在其他方面参考图1。
冷却器5a、5b二者关于用于再循环的排气的冷却以及关于能量回收均已被停用。冷却装置4和能量回收已经被停用。在一个示例中，冷却剂不流到第一冷却器5a和第二冷却器5b二者。对应地切换或设定第一控制元件7和第二控制元件8。
换句话说，第四模式可对应于其中不期望EGR冷却并且不期望热回收的发动机1a的条件。作为示例，这可发生在中等负荷期间，其中不期望车厢加热，并且发动机和变速器在期望的操作范围内操作。
在一个示例中，第一再循环管路4a经由第一控制元件7与进气系统3流体地密封，并且第二再循环管路4b经由第二控制元件8与排气引导管路11流体地密封。因此，在第四模式期间，排气保留在排气系统2中，并且不被冷却。
现在转到图6，其示出用于确定第一模式、第二模式、第三模式或第四模式中的哪种模式操作冷却装置4的方法。用于执行方法600的指令可由控制器基于存储在存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器诸如以上参考图1的传感器接收的信号来执行。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。
可参考先前关于图1至图5描述的部件来描述方法600。具体地，方法600可包括第一控制元件7、第二控制元件8、第一再循环通道4a、第二再循环通道4b、排气引导管路11、排气系统2、进气系统3、发动机1a和控制器13。
在一个示例中，该方法可包括确定满足第一模式条件，并且响应于此执行EGR冷却；以及确定满足第二模式条件(其中第二模式不同于第一模式)，并且响应于此执行EGR冷却和排气能量回收。另外地或替代地，该方法可进一步包括确定是否满足第三模式条件，并且响应于此执行排气能量回收而不进行EGR冷却。如果第一模式条件、第二模式条件和第三模式条件均未满足，则该方法可包括确定满足第四模式条件，并且响应于此既不执行EGR冷却也不执行排气热回收。作为示例，可基于来自发动机温度传感器、变速器温度传感器和排气传感器的反馈来确定第一模式条件、第二模式条件和第三模式条件。
方法600在602处开始，在602处该方法包括确定、估计和/或测量当前的发动机操作参数。当前的发动机操作参数可包括但不限于发动机温度、发动机负荷、歧管真空、EGR流率、排气背压、变速器温度、车厢加热需求和空气/燃料比中的一个或多个。
方法600可前进到604，在604处该方法可包括确定是否满足第一模式条件。如上所述，第一操作模式可包括仅使EGR流动通过冷却装置的冷却器。因此，第一模式条件可包括EGR冷却需求大于阈值EGR冷却需求以及EGR冷却需求大于能量回收需求中的一个或多个。阈值EGR冷却需求可基于冷却装置的冷却器的单个冷却器被配置为提供的最大程度的冷却。因此，如果EGR冷却需求大于阈值EGR冷却需求，则可需要两个冷却器来满足EGR冷却需求，并且可满足第一模式条件。在一个示例中，第一冷却器5a和第二冷却器5b二者均接收EGR，其中来自第一冷却器和第二冷却器的EGR在流到进气系统3之前在第一再循环管路中合并。
另外地或替代地，如果EGR冷却需求大于能量回收需求，则用于冷却冷却器中的EGR的冷却剂可足以满足能量热回收需求。换句话说，在冷却装置的冷却器中的一个或多个中的EGR和冷却剂之间的热传递可满足能量热回收需求，而无需使用于能量回收的排气流动。
如果满足第一模式条件并且期望至少一定量的EGR冷却，则该方法前进到606并且使EGR流到第一冷却器和第二冷却器中的一个或多个。作为示例，如果EGR冷却需求小于或等于阈值EGR冷却需求，并且EGR冷却需求大于或等于能量回收需求，则EGR可仅流到第一冷却器和第二冷却器中的一个。在一个示例中，EGR仅流到第一冷却器5a，并且第一控制元件7被调节到打开位置，使得来自第一再循环管路4a的EGR流到进气系统。此外，第二控制元件8移动到关闭位置以将第二再循环管路4b与第一再循环管路4a流体地密封。另外地，冷却剂可仅流到第一冷却器5a并且不流到第二冷却器5b。因此，在仅一个冷却器足以满足EGR冷却需求的情况下，即使排气在第一模式期间流到第二冷却器5b，排气仍可通过第二再循环管路4b流到排气引导管路11并回到排气系统2。
另外地或替代地，如果EGR冷却需求大于阈值EGR冷却需求，则EGR被引导到第一冷却器和第二冷却器二者。在一个示例中，第一控制器元件7被调节到打开位置，使得来自第一再循环管路4a的EGR流到进气系统。此外，第二控制元件移动到打开位置以将第二再循环管路4b流体地耦接到第一再循环管路4a。因此，来自第一冷却器5a和第二冷却器5b的EGR可在进入进气系统3之前在第一再循环管路4a中混合。
方法600可前进到608，并且不使仅用于热回收的排气流动。因此，在第一模式期间流到冷却器的任何排气在第一模式期间被引导到进气系统。如上所述，由于EGR冷却需求大于热回收需求，在第一模式期间可满足任何能量回收需求。
返回到604，如果不满足第一模式条件，则方法600可前进到610以确定是否满足第二模式条件。在一个示例中，如果EGR冷却需求小于能量回收需求，则不满足第一模式条件。因此，第二模式条件可包括能量回收需求大于EGR冷却需求并且EGR冷却需求大于零。另外地或替代地，EGR冷却需求小于或等于阈值EGR冷却需求，使得单个冷却器可满足EGR冷却需求。
如果满足第二模式条件，则方法600可前进到612以使EGR和排气分别流到第一冷却器和第二冷却器。来自第一冷却器的EGR通过第一再循环管路流到进气系统，并且来自第二冷却器的排气通过第二再循环管路流动回到排气系统。在一个示例中，第一控制元件处于被配置为允许来自第一再循环管路的气体进入进气系统的打开位置。第二控制元件处于被配置为允许来自第二再循环管路的气体进入排气引导管路的关闭位置。
方法600可前进到614，在614处来自第二再循环管路的气体并且因此来自第二冷却器的气体不进入第一再循环管路或与来自第一冷却器的气体混合。
在一个示例中，如果满足第二模式条件并且能量回收需求大于阈值能量回收需求，且EGR冷却需求不能满足能量回收需求与阈值能量回收需求之间的差异，则可调节一个或多个发动机操作参数以满足能量回收需求。例如，可通过延迟火花正时、增加后喷射压力等中的一个或多个来升高排气温度。这可升高排气温度，从而允许较热的排气和EGR将更多的热传递到冷却器中的冷却剂以满足能量回收需求。
返回到610，如果不满足第二模式条件，则方法600可前进到616以确定是否满足第三模式条件。在一个示例中，如果不存在EGR冷却需求(例如，为零)并且不存在能量回收需求(例如，为零)，则不满足第二模式条件。因此，第三模式条件可包括不存在EGR冷却需求，并且能量回收需求大于零。
如果满足第三模式条件，则方法600可前进到618以基于能量回收需求使排气流到第一冷却器和第二冷却器中的一个或多个。例如，如果能量回收需求大于阈值能量回收需求，则排气从排气系统被引导到第一冷却器和第二冷却器中的每个。第一冷却器可使冷却的排气流到第一再循环管路，其中来自第一再循环管路的气体在流动回到排气系统之前与来自第二冷却器的气体在排气引导管路中混合。另外地，第一控制元件处于关闭位置，使得第一再循环管路中的气体可不流到进气系统。
然而，如果能量回收需求小于或等于阈值能量回收需求，则排气从排气系统被引导到一个或多个第一冷却器或第二冷却器。在一个示例中，当能量回收需求小于或等于阈值能量回收需求时，在第二冷却器中发生能量回收。第二控制元件可移动到将第一再循环管路与排气引导管路流体断开的位置，使得仅来自第二再循环管路的气体可流到排气引导管路。另外地或替代地，可终止到第一冷却器的冷却剂流。以这种方式，即使第二控制元件处于其中第一再循环管路流体地耦接到排气引导管路的位置，流过第一冷却器的排气也不与冷却剂热连通(thermally communicate)。因此，当能量回收需求小于或等于阈值能量回收需求时，流出第一冷却器的排气比流出第二冷却器的排气热。
方法600可前进到620，在620处该方法可包括不使冷却的EGR流到进气系统。在一个示例中，在第三模式期间，进气系统可接收EGR，然而，EGR不流过冷却装置(例如，图1至图5的冷却装置4)。这可通过将第一控制元件调节到关闭位置以将进气系统与第一再循环管路密封来完成。
返回到616，如果不满足第三模式条件，则方法600可前进到622并且进入第四模式。在一个示例中，当第一模式、第二模式和第三模式的条件均不被满足时，选择第四模式。在一个示例中，第四模式条件包括EGR冷却需求为零并且能量回收需求为零。
在624处，方法600可包括调节节流元件以减轻和/或防止排气流到第一冷却器和第二冷却器。另外地或替代地，第一控制元件移动到关闭位置以将进气系统与第一再循环管路流体地密封。
在626处，方法600可包括不使冷却剂流到冷却装置。因此，第四模式可不冷却EGR或执行热回收。
除了用于实现方法600的指令之外，控制器可进一步包括用于基于来自上述传感器中的一个或多个的反馈在第一模式、第二模式、第三模式和第四模式之间转换的指令。作为从第一模式转换到第二模式的示例，响应于能量回收需求大于EGR冷却需求并且EGR冷却需求小于阈值EGR冷却需求，可发生转换。在转换期间，可调节第二控制元件以使第二再循环管路与第一再循环管路流体地密封。然而，第一控制元件可维持在第一模式期间保持的位置。节流元件在排气系统中的位置也可以保持在与在第一模式期间保持的位置相似的位置。
以这种方式，热交换器系统包括布置在单个壳体中的两个冷却器。冷却器可流体地耦接到共享的冷却系统，使得冷却器中的每个的排气和冷却剂之间的热传递可用于能量回收目的。具有布置在共享壳体中的两个冷却器的技术效果是允许热交换器系统在其中可不期望EGR冷却的条件下执行能量回收。这可允许系统减少冷启动时间，同时提供减少封装约束并且减少制造成本的热交换器系统。
一种方法，其包括在第一模式期间仅使排气再循环流到冷却装置，在第二模式期间使排气再循环和排气流到冷却装置，以及在第三模式期间仅使排气流到冷却装置，其中冷却装置包括具有两个流体地分离的冷却器的单个壳体。该方法的第一示例进一步包括：其中响应于EGR冷却需求大于或等于能量回收需求而发生第一模式，并且其中响应于EGR冷却需求小于能量回收需求并且EGR冷却需求小于阈值EGR冷却需求中的一个或多个而发生第二模式，并且其中响应于EGR冷却需求为零并且能量回收需求大于零而发生第三模式。任选地包括第一示例的方法的第二示例进一步包括：其中阈值冷却需求基于冷却器的单个冷却器的最大冷却能力。任选地包括第一示例和/或第二示例的方法的第三示例进一步包括第四模式，其中第四模式包括不使冷却剂流到冷却装置的冷却器，其中冷却剂从耦接到发动机的冷却剂系统流动。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的方法的第四示例进一步包括：其中冷却器包括在单个壳体中与第二冷却器相邻的第一冷却器，第一冷却器经由第一再循环管路流体地耦接到节流元件上游的排气系统并且耦接到压缩机上游的进气系统，并且其中第一再循环管路经由第一控制元件选择性地流体地耦接到进气系统，并且其中第二冷却器经由第二再循环管路流体地耦接到节流元件上游和第一再循环管路下游的位置处的排气系统，并且其中第二再循环管路经由第二控制元件选择性地流体地耦接到第一再循环管路。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的方法的第五示例进一步包括其中第二控制元件进一步被配置为将第二再循环管路选择性地耦接到排气引导管路，排气引导管路流体地耦接到节流元件下游的排气系统的一部分。
一种系统，其包括：冷却装置，其具有包括与第二冷却器相邻并且与其流体地分离的第一冷却器的单个壳体；单个冷却剂系统，其被配置为使冷却剂分别流到第一冷却器和第二冷却器；以及控制器，其具有存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令，当被执行时，所述指令使控制器能够：响应于排气再循环冷却需求大于能量回收需求，仅使排气再循环流到第一冷却器和第二冷却器中的一个或多个；响应于能量回收需求大于排气再循环冷却需求，排气再循环冷却需求大于零，分别使排气再循环和排气流到第一冷却器和第二冷却器；并且响应于排气再循环冷却需求为零并且能量回收需求大于零，仅使排气流到第一冷却器和第二冷却器中的一个或多个。系统的第一示例进一步包括：其中第一冷却器沿第一再循环管路布置，并且其中第一再循环管路在第一接合点处流体地耦接到排气系统并且在第二接合点处流体地耦接到进气系统，第二接合点进一步包括第一控制元件，第一控制元件被配置为将第一再循环管路选择性地流体地耦接到进气系统，其中第一接合点在第一冷却器的上游，并且第二接合点在第一冷却器的下游，并且其中第二冷却器沿第二再循环管路布置，并且其中第二再循环管路在第二冷却器上游的第三接合点处流体地耦接到排气系统，并且其中第二再循环管路在第一冷却器和第二冷却器中的每个的下游的第四接合点处流体地耦接到第一再循环管路，并且其中第二再循环管路进一步包括布置在第五接合点处的第二控制元件，第五接合点布置在第二冷却器的下游，并且其中第二控制元件将第二再循环管路选择性地流体地耦接到第一再循环管路或排气引导管路，并且其中排气引导管路在第六接合点处流体地耦接到排气系统，并且其中第六接合点在第一接合点、第三接合点和节流元件中的每个的下游。任选地包括第一示例的系统的第二示例进一步包括：其中排气再循环通过第一再循环管路流到进气系统，并且其中排气通过排气引导管路流到排气系统。任选地包括第一示例和/或第二示例的系统的第三示例进一步包括：其中冷却剂系统进一步流体地耦接到发动机。任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个的系统的第四示例进一步包括：其中控制器进一步包括用于响应于排气再循环冷却需求为零并且能量回收需求为零，在第四模式期间不使冷却剂流到第一冷却器和第二冷却器的指令。任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个的系统的第五示例进一步包括：其中第一模式进一步包括响应于排气再循环冷却需求小于或等于阈值排气再循环冷却需求而使排气再循环仅流到第一冷却器或第二冷却器中的一个，并且其中第三模式进一步包括：响应于能量回收需求小于或等于阈值能量回收需求而仅使排气流到第一冷却器或第二冷却器中的一个，并且其中阈值排气再循环冷却需求和阈值能量回收需求基于第一冷却器和第二冷却器中的一个的最大冷却能力。
注意，本文包括的示例控制和估计程序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程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其他发动机硬件来实行。本文所描述的特定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，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行执行或在某些情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。可以根据所使用的具体策略重复执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件组件的系统中结合电子控制器执行指令来实行。
应当理解，因为可能有许多变化，所以本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义。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，以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元素或“第一”元素或其等同物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元素的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元素。所公开的特征、功能、元素和/或性质的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求被要求保护。此类权利要求，无论是宽于、窄于、等于或不同于原始权利要求的范围，也都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种增压内燃发动机，其包括：
用于供应空气到所述发动机的进气系统、用于排出排气的排气排出系统以及排气再循环装置，所述排气再循环装置包括至少一个再循环管路，其中至少一个冷却器和至少一个控制元件被提供在所述至少一个再循环管路中，用于设定用于再循环的预定的排气流率，其中提供至少两个再循环管路，其中在每个再循环管路中布置有一个冷却器，所述冷却器平行布置并且可彼此独立地用于冷却排气以用于能量回收，其中提供包括至少第一冷却器的第一再循环管路，所述第一再循环管路流体地耦接到所述第一冷却器上游的所述排气排出系统，所述第一再循环管路还流体地耦接到所述第一冷却器下游的所述进气系统，其中第一控制元件布置在所述第一再循环管路和所述进气系统之间的接合点处；
提供包括至少第二冷却器的第二再循环管路，所述第二再循环管路流体地耦接到所述第二冷却器上游的所述排气排出系统，并且其中所述第二再循环管路还包括第二控制元件，所述第二控制元件将所述第二再循环管路选择性地流体地耦接到所述第一再循环管路或到排气引导管路以使排气返回到所述排气排出系统中，其中所述第二控制元件在所述第二冷却器的下游；以及
所述第一冷却器和所述第二冷却器包括至少一个冷却剂引导套，所述至少一个冷却剂引导套被配置为允许冷却剂流经其中以与排气热连通。
2.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其中所述第一再循环管路从所述排气排出系统分支出来以便形成第一接合点，并且通向所述进气系统以便形成第二接合点，所述第一控制元件布置在所述第二接合点处。
3.根据权利要求2所述的增压内燃发动机，其中所述第二再循环管路从所述排气排出系统分支出来以便形成第三接合点，并且通向所述第一冷却器下游的所述第一再循环管路以便形成第四接合点。
4.根据权利要求3所述的增压内燃发动机，其中提供所述排气引导管路，所述排气引导管路从所述第二冷却器下游的所述第二再循环管路分支出来以便形成第五接合点，并且通向所述排气排出系统以便形成第六接合点，其中所述第二控制元件布置在所述第五接合点处并且其中所述第六接合点在所述第一接合点和所述第三接合点以及布置在所述排气排出系统中的节流元件的下游，所述节流元件布置在所述第一接合点和所述第三接合点的下游。
5.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其进一步包括至少一个排气涡轮增压器，所述至少一个排气涡轮增压器包括布置在所述排气排出系统中的涡轮和布置在所述进气系统中的压缩机。
6.根据权利要求5所述的增压内燃发动机，其中所述排气排出系统包括布置在所述涡轮下游的后处理设备，并且其中所述后处理设备是微粒过滤器。
7.根据权利要求1所述的增压内燃发动机，其进一步包括提供用于形成发动机冷却装置的液体型冷却装置，并且其中所述发动机冷却装置流体地耦接到所述冷却器中的每一个。
8.一种用于发动机的方法，其包括：
在第一模式期间，经由包括第一冷却器的第一再循环管路和包括第二冷却器的第二再循环管路使排气流到冷却装置的所述第一冷却器和所述第二冷却器，其中所述第一模式进一步包括将第一阀致动到打开位置以便将所述第一再循环管路流体地耦接到进气系统，其中第二阀被致动成将所述第二再循环管路流体地耦接到所述第一再循环管路；
在第二模式期间，经由处于所述打开位置的所述第一阀使排气从所述第一冷却器流动到所述进气系统，所述第二模式进一步包括调节所述第二阀以便将所述第二再循环管路流体地耦接到排气引导管路，其中在所述第二模式中所述第二阀阻止排气从所述第二再循环管路流动到所述第一再循环管路，其中所述排气引导管路被配置成使得排气流动到排气排出系统；以及
在第三模式期间，使排气流到所述第一冷却器和所述第二冷却器，其中所述第一阀被致动成阻止排气从所述第一再循环管路流动到所述进气系统并且所述第二阀被调节成使得排气从所述第一冷却器和所述第二冷却器流动到所述排气引导管路。
9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于EGR冷却需求大于或等于能量回收需求，发生所述第一模式，并且其中响应于所述EGR冷却需求小于所述能量回收需求以及所述EGR冷却需求小于阈值EGR冷却需求中的一个或多个，发生所述第二模式，并且其中响应于所述EGR冷却需求为零并且所述能量回收需求大于零，发生所述第三模式。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述阈值EGR冷却需求基于所述第一冷却器和所述第二冷却器中的单个冷却器的最大冷却能力。
11.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括第四模式，其中所述第四模式包括不使冷却剂流到所述第一冷却器和所述第二冷却器，其中所述冷却剂从耦接到发动机的冷却剂系统流动。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一冷却器在单个壳体中与所述第二冷却器相邻，所述第一冷却器经由所述第一再循环管路流体地耦接到节流元件上游的所述排气排出系统并且耦接到压缩机上游的所述进气系统，并且其中所述第二冷却器经由所述第二再循环管路流体地耦接到在所述节流元件上游和所述第一再循环管路下游的位置处的所述排气排出系统。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述排气引导管路流体地耦接到所述节流元件下游的所述排气排出系统的一部分。
14.一种用于发动机的系统，其包括：
冷却装置，其具有包括与第二冷却器相邻并且与所述第二冷却器流体地分离的第一冷却器的单个壳体，所述第一冷却器沿第一再循环管路布置并且所述第二冷却器沿第二再循环管路布置，其中所述第一再循环管路经由第一控制元件选择性耦接到进气系统，所述第二再循环管路还包括第二控制元件，所述第二控制元件将所述第二再循环管路选择性地流体地耦接到所述第一再循环管路或到排气引导管路以使排气返回到排气排出系统中；
单个冷却剂系统，其被配置为使冷却剂分别流到所述第一冷却器和所述第二冷却器；以及
控制器，其具有存储在其非暂时性存储器上的计算机可读指令，当被执行时，所述计算机可读指令使所述控制器能够：
在第一模式期间，响应于排气再循环冷却需求大于能量回收需求，使排气流到所述第一冷却器和所述第二冷却器，其中所述排气从所述第一冷却器和所述第二冷却器中的每个流动到所述进气系统；
在第二模式期间，响应于所述能量回收需求大于所述排气再循环冷却需求，所述排气再循环冷却需求大于零，使排气流到所述第一冷却器和所述第二冷却器，其中来自所述第一冷却器的排气流到所述进气系统并且来自所述第二冷却器的排气流到所述排气引导管路；以及
在第三模式期间，响应于所述排气再循环冷却需求为零并且所述能量回收需求大于零，使排气流到所述第一冷却器和所述第二冷却器中的一个或多个，其中来自所述第一冷却器和所述第二冷却器的排气经由所述第二控制元件流到所述排气引导管路。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一再循环管路在第一接合点处流体地耦接到所述排气排出系统，并且在第二接合点处流体地耦接到所述进气系统，所述第二接合点进一步包括被配置为将所述第一再循环管路选择性地流体地耦接到所述进气系统的所述第一控制元件，其中所述第一接合点在所述第一冷却器的上游并且所述第二接合点在所述第一冷却器的下游，并且其中所述第二再循环管路在所述第二冷却器上游的第三接合点处流体地耦接到所述排气排出系统，并且其中所述第二再循环管路在所述第一冷却器和所述第二冷却器中的每一个的下游的第四接合点处流体地耦接到所述第一再循环管路，并且其中所述第二再循环管路进一步包括布置在第五接合点处的所述第二控制元件，所述第五接合点布置在所述第二冷却器的下游，并且其中所述第二控制元件将所述第二再循环管路选择性地流体地耦接到所述第一再循环管路或所述排气引导管路，并且其中所述排气引导管路在第六接合点处流体地耦接到所述排气排出系统，并且其中所述第六接合点在所述第一接合点、所述第三接合点和节流元件中的每一个的下游。
16.根据权利要求15所述的系统，其中在所述排气引导管路中的排气仅流到所述排气排出系统。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述冷却剂系统进一步流体地耦接到发动机。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器进一步包括用于以下的指令：在第四模式期间，响应于所述排气再循环冷却需求为零并且所述能量回收需求为零，不使冷却剂流到所述第一冷却器和所述第二冷却器。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一模式进一步包括响应于所述排气再循环冷却需求小于或等于阈值排气再循环冷却需求，使排气再循环仅流到所述第一冷却器或所述第二冷却器中的一个，并且其中所述第三模式进一步包括响应于所述能量回收需求小于或等于阈值能量回收需求，使排气仅流到所述第一冷却器或所述第二冷却器中的一个，并且其中所述阈值排气再循环冷却需求和所述阈值能量回收需求基于所述第一冷却器和所述第二冷却器中的一个的最大冷却能力。
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