CN109798206A - 经由egr冷却器进行能量回收的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及经由EGR冷却器进行能量回收的方法和系统。提供了用于包括相变材料的EGR冷却器的方法和系统。在一个示例中，当发动机被停用时，排气被传导通过EGR冷却器以维持发动机温度。

Description

经由EGR冷却器进行能量回收的方法和系统

技术领域

本描述大体涉及排气再循环(EGR)装置，所述EGR装置包括具有EGR冷却器的至少一个再循环管路。

背景技术

本描述的内燃发动机可用作机动车辆驱动单元。在本公开的上下文中，表述“内燃发动机”涵盖柴油发动机和奥托循环发动机，但是也涵盖混合动力内燃发动机，也就是说，通过混合动力燃烧过程操作的内燃发动机，以及除了内燃发动机之外还包括用于驱动机动车辆的至少一个另外的扭矩源的混合动力驱动装置，例如可以驱动地连接到内燃发动机并且取代内燃发动机输出动力或者除了内燃发动机之外另外输出动力的电动机器。

在内燃发动机的发展中，可以不断寻求最小化燃料消耗。此外，寻求减少污染物排放，以便能够符合污染物排放的未来限值。

内燃发动机可以配备有机械增压装置，其中机械增压与用于增加动力的方法相关联，其中用于发动机中的燃烧过程的增压空气被压缩，结果更大质量的增压空气能够在每个工作循环被供应给每个汽缸。以这种方式，能够增加燃料质量并因此增加平均压力。

机械增压可以是用于增加内燃发动机的功率同时保持不变的扫气体积或用于在保持相同功率的同时减小扫气体积的合适方法。在大多数情况下，机械增压会导致体积功率输出的增加和更有利的功率重量比。如果扫气体积减小，则在给定相同的车辆边界条件的情况下，可以将负荷集体转向更高的负荷，在该更高的负荷下，燃料消耗率更低。内燃发动机的机械增压可以意外地协助努力最小化燃料消耗，亦即改善内燃发动机的效率。

合适的变速器配置可另外允许降速，从而同样实现较低的燃料消耗率。在降速的情况下，存在这样的事实，即在低发动机转速下的燃料消耗率通常较低，特别是在存在相对高的负荷的情况下。

通过针对性配置机械增压，还可以获得关于排气排放的优点。通过例如柴油发动机的适当的机械增压，因此能够减少氮氧化物排放而不会有任何效率损失。同时，碳氢化合物排放能够受到积极影响。与燃料消耗直接相关的二氧化碳排放同样随着燃料消耗的降低而减少。

然而，为了符合污染物排放的未来限值，可能需要进一步的措施。一个示例可以包括氮氧化物，其中氮氧化物排放的减少特别是在柴油发动机中是高度相关的。由于氮氧化物的形成不仅伴随着过量的空气而且还伴随着高温，因此降低氮氧化物排放的一个概念包括使用具有较低燃烧温度的燃烧过程。

在此，可以期望排气再循环(EGR)，即燃烧气体从出口侧(例如，排气系统)到入口侧(例如，进气系统)的再循环，以实现该目的，其中，通过增加排气再循环率可以减少氮氧化物的排放。这里，排气再循环率x_EGR被确定为x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_{fresh air})，其中m_EGR表示再循环的排气的质量，而m_{fresh air}表示供应的新鲜空气。可以考虑通过排气再循环提供的氧气。

为了显著减少氮氧化物排放，可以使用高排气再循环率，其可以是x_EGR≈60％至70％或更高的数量级。这种高再循环率可能需要冷却排气以进行再循环，由此可以降低排气的温度并且增加排气的密度，使得能够再循环更大质量的排气。因此，排气再循环装置可以配备有冷却器。本公开涉及的内燃发动机的排气再循环装置包括冷却装置，亦即至少一个EGR冷却器，其具有用于在排气和冷却剂之间传递热的冷却剂传导冷却套(coolant-conducting coolant jacket)。

如果再循环的热排气的温度降低并且冷凝物形成，则在将再循环的排气引入进气系统期间会出现问题。

首先，如果再循环的热排气遇到进气系统中的冷新鲜空气并且与进气系统中的冷新鲜空气混合，则会形成冷凝物。排气冷却下来，而新鲜空气的温度升高。新鲜空气和再循环的排气的混合物的温度，即燃烧空气的温度，低于再循环的排气的排气温度。在排气的冷却过程中，如果气态燃烧空气流的成分的露点温度下降(undershot)，则先前包含在排气中和/或仍然呈气态的燃烧空气中的液体(特别是水)会冷凝出来。在自由燃烧空气流中发生冷凝物形成，其中燃烧空气中的污染物通常形成冷凝物液滴形成的起始点。

其次，由于进气系统的内壁的温度可能低于相关气体成分的露点温度，因此当再循环的热排气和/或燃烧空气撞击进气系统的内壁时，会形成冷凝物。

冷凝物和冷凝物液滴可能是不期望的并且导致进气系统中的噪声排放增加，并且可以与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碰撞。后一种效果与压缩机效率的降低有关，并且可以使叶轮叶片退化。

关于上述冷凝物形成的问题，EGR冷却器也可以是有利的或有帮助的。在再循环过程中用于再循环的排气的冷却具有以下有利效果：冷凝物在进气系统中不是第一次形成但在再循环期间已经形成，并且能够在再循环过程中分离出来。

根据现有技术的EGR冷却器的缺点在于，由于所涉及的原理，有用的排气能量，即能够通过冷却剂从冷却器中的排气抽取的热，仅在排气正在被再循环时可获得并可使用。如果排气再循环装置已经被停用，使得没有排气正在被再循环，则热排气的排气能量通常保持未被利用。如果可以无限制地利用所述排气能量，也就是说在能量回收的情况下恢复所述排气能量，则可以在内燃发动机中实现进一步的效率优势。

例如，热排气的能量可用于减少摩擦损失并因此减少内燃发动机的燃料消耗。在此，通过排气热，特别是在冷启动之后，对发动机油的快速变暖可能是有利的。在内燃发动机的暖机阶段期间发动机油的快速变暖确保油的粘度的相应快速降低并且因此减少摩擦和摩擦损失，特别是在供应有油的轴承中，例如曲轴的轴承。

在此，油可以例如通过加热装置被主动地变暖。为此目的，在暖机阶段可以使用冷却剂操作的油冷却器，这与其用于使油变暖的预期目的相反。

通过内燃发动机本身的快速加热基本上也可以促进发动机油的快速变暖以便减少摩擦损失，而由于尽可能少的热在暖机阶段期间从内燃发动机被抽取，所以内燃发动机本身的加热进而被辅助，即被促进。

在这方面，在液体冷却式内燃发动机的情况下，也可以有利地将热供应到发动机冷却装置的冷却剂，特别是在暖机阶段中或在冷启动之后。排气能量可用于使发动机冷却装置的冷却剂变暖。

在德国公开文献DE 10 2008 020 408 A1中示出的一个先前示例描述了一种内燃发动机，其中即使在没有排气被再循环时也可以使用排气能量。也就是说，即使没有排气从进气系统获取并且引入排气排出系统中，也可以使用排气能量。返回管路可以使用控制阀被可选地连接到进气系统和/或EGR冷却器下游的排气排出系统，该控制阀也用作EGR阀。即使当排气再循环装置被停用并且没有排气被再循环时，来自热气体的排气能量也可用于能量回收。回收的能量用于在冷启动之后更快地加热发动机油，并且以这种方式减少摩擦损失，或者用于加热车厢。

根据现有技术的EGR冷却器也可具有以下缺点：冷却器不必关于有效能量回收进行配置，而重点关注排气的冷却，即纯冷却影响。这里，冷却器能够在内燃发动机的操作期间应对通过排气再循环装置进行再循环的所有排气流率。特别地，冷却器可以被配置成向再循环的最大排气流率提供冷却。通过排气再循环装置进行再循环的排气流率的变化范围导致冷却器处的宽范围变化的压力条件。冷却器两端的压力梯度以取决于再循环的排气流率的方式显著变化，也就是说，以可以考虑再循环率的控制或设定的这种相关方式。由此产生的相互作用导致某些动态，并且需要排气再循环装置的相应地复杂或错综的控制。

发明内容

发明人在此已经认识到这种系统的潜在问题，并且已经提出至少部分地解决这些问题的方法。在一个示例中，上述问题可以通过一种方法来解决，该方法包括：在发动机停用期间，使经由沿着再循环管路布置的EGR冷却器加热的排气流到进气系统，并且经由EGR冷却器加热排气。以这种方式，即使没有EGR请求，EGR也可以在发动机停用期间流到发动机。

作为一个示例，通过在发动机停用期间侵入性地使EGR流动，EGR冷却器可以通过相变材料加热EGR。在发动机的燃烧状况期间可以从排气回收热，其中如果需要，可以在发动机停用期间将热释放到EGR。通过这样做，可以保持发动机温度，这可以减少摩擦损失并且提高燃料经济性。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性地示出了内燃发动机与排气再循环装置的第一实施例。

图2示意性地示出了处于第一操作模式的内燃发动机与排气再循环装置的第一实施例。

图3示意性地示出了处于第二操作模式的内燃发动机与排气再循环装置的第一实施例。

图4示意性地示出了处于第三操作模式的内燃发动机与排气再循环装置的第一实施例。

图5示出了用于在第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式之间进行选择的方法的高级流程图。

图6A示出了用于执行第一操作模式的方法。

图6B示出了用于执行第二操作模式的方法。

图6C示出了用于执行第三操作模式的方法。

图7示出了混合动力车辆的发动机的示意图。

图8示出了图示说明结合图1和图7的发动机执行的图6A、图6B和图6C的方法的发动机操作顺序。

图9A、图9B、图9C、图9D和图9E示出了内燃发动机的第二实施例的各种操作模式，其中第二实施例包括第一冷却器和第二冷却器。

具体实施方式

以下描述涉及用于EGR冷却器的系统和方法，所述EGR冷却器包括被配置成加热和冷却排气的相变材料。图1示出了内燃发动机的一实施例。图2示出了以第一模式操作的内燃发动机。图3示出了以第二模式操作的内燃发动机。图4示出了以第三模式操作的内燃发动机。图5示出了用于在第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式之间进行选择的高级流程图。图6A示出了用于执行第一操作模式的方法。图6B示出了用于执行第二操作模式的方法。图6C示出了用于执行第三操作模式的方法。图7示出了混合动力车辆中的发动机的示意图。图7的发动机可以类似于图1的发动机。图8示出结合图1和图7的发动机执行的包括图5、图6A、图6B和图6C的方法的发动机操作顺序。

图9A、图9B、图9C、图9D和图9E示出了内燃发动机的第二实施例的各种操作模式，其中第二实施例包括第一冷却器和第二冷却器。在一个示例中，第一冷却器可以是专用于冷却EGR的冷却器，并且第二冷却器可以是专用于热回收的冷却器。在一些操作模式中，第一冷却器和第二冷却器可串联操作以向EGR提供增加的冷却量，同时回收热。附加地或替代地，第一冷却器和第二冷却器二者都可以用于热回收。

图1-图4、图7和图9A至图9E示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。如果示出彼此直接接触或直接联接，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联接。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此邻接或相邻的元件可以分别彼此邻接或彼此相邻。作为示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此分开地布置其间仅有空间而没有其他部件的元件可以如此称之。作为又一个示例，被示出在彼此上方/下方，在彼此相对侧或彼此的左侧/右侧的元件可以相对于彼此如此称之。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶部点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底部点可以被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上/下、上方/下方可以相对于附图的垂直轴线并且用于描述附图的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，被示为在其他元件上方的元件垂直地定位在其他元件上方。作为又一个示例，附图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形、直线、平面、弯曲的、倒圆、倒角、成角度等)。此外，在至少一个示例中，被示为彼此交叉的元件可以被称为交叉元件或彼此交叉。此外，在一个示例中，被示为在另一元件内部或另一元件外部的元件可以被如此称之。应当理解，被称为“基本相似和/或相同”的一个或多个部件根据制造公差(例如，在1-5％的偏差内)而彼此不同。

作为另一个示例，上述问题可以通过一种内燃发动机解决，所述内燃发动机具有：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包括至少一个再循环管路的排气再循环装置，其中至少一个冷却器和至少一个控制元件被设置在所述至少一个再循环管路中，用于设定用于再循环的可预定的排气流率，并且至少一个冷却器配备有相变材料，其中相变材料根据材料温度以液相或固相存在，并且随着材料温度升高储存热而随着材料温度下降再次发出储存的热。

在根据本公开的内燃发动机中，排气再循环系统的至少一个冷却器配备有相变材料，其中也可以用这种材料制备若干冷却器。

相变材料可以从通过冷却器传导的热排气中抽取热，并因此用作附加的散热器，但也用作能量存储器。换句话说，与仅使用冷却剂的传统冷却器相比，配备有根据本公开的相变材料的冷却器可从排气抽取更多能量。这在高发动机转速或负荷下(并且尤其是在在高负荷下发生的高排气温度下)发生的大排气量的情况下提供优点。

与传统冷却器相比，根据本公开的配备有相变材料的冷却器具有进一步的显著优点。当需要时，相变材料可以将从排气中抽取的储存能量返回到排气。以这种方式，在排气温度低于冷却器的温度的一些发动机状况期间，冷却器可以用作加热器。

冷却器的这种设施的有利效果是例如它可以在超限模式(overrun mode)和/或燃料切断模式下减轻不工作的内燃发动机的冷却。从排气排出系统获取的排气在其通过冷却器时被进一步加热，并通过进气系统被供给不工作的内燃发动机的汽缸，从而至少部分地抵消了冷却。在重新启动或重新点火内燃发动机时，比平时更快地达到操作温度，从而在效率和污染物排放方面具有优势。在一些示例中，可以在燃料切断模式的整个持续时间期间保持操作温度。

此外，当内燃发动机被切断时，例如当车辆被停放时，会产生优点。当内燃发动机再次启动时，内燃发动机可以被更快地加热，特别是通过使用再循环的排气加热进气，从而再次在效率和污染物排放方面实现了优势。

这种效果将变得越来越重要，因为减少燃料消耗的一个概念包括在没有瞬时动力需求时停用内燃发动机，而不是继续怠速操作(启-停策略)。这可以包括停用汽缸，使得它们不再被供给燃料。

另一种应用是走走停停的交通状况(stop-and-go traffic)，例如在高速公路和公路上的交通堵塞中遇到的状况。在市中心的交通状况中，由于存在非相互协调的交通信号和交通量的增加，走走停停的交通状况无处不在。

使用冷却器中的冷却剂回收的排气能量可以用于例如暖机阶段或冷启动之后，用于使内燃发动机的发动机油变暖并因此减少内燃发动机的摩擦损失。在液体冷却式内燃发动机的情况下，排气能量能够用于使发动机冷却装置的冷却剂变暖，并且因此加速内燃发动机的加热。这两种措施都改善或提高了内燃发动机的效率。

根据本公开的内燃发动机的至少一个EGR冷却器关于有效冷却和能量回收方面两者被配置，即利用排气能量。根据本公开，下面描述用于这两者的方法。

根据本公开的排气再循环系统的至少一个再循环管路可属于低压EGR或高压EGR。

可以提供例如并联布置的若干冷却器，这些冷却器依次接通并用于冷却待再循环的排气。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应于用于冷却的排气流率。这具有许多有益效果，其将在下面进行描述。

单个冷却器两端的压力梯度在冷却器运行期间改变较小程度，因为由所述冷却器冷却或管理的排气流率变化较小程度。

在再循环率相对低的情况下，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。如果用于再循环和用于冷却的排气流率然后增加，则例如在超过阈值排气流率的情况下，可以激活另一个冷却器，以便冷却排气和有助于冷却用于再循环的排气。取决于所提供的EGR冷却器的数量，如果例如提供三个、四个或更多个冷却器，则能够多次或连续地执行激活。再循环率的控制或调整动态地反应较小。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中冷却器形成整体结构单元。包括冷却器并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，且因此也降低了成本。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中冷却器处于各个单独的冷却器的形式。根据模块化原理，则可以使用各个冷却器来形成不同的排气再循环装置或装配不同的内燃发动机。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供增压装置(chargingarrangement)。

根据本公开的冷却器可包括用于接收相变材料的至少一个腔或至少一个容器。用于接收相变材料的腔或容器可以在生产过程期间被形成为冷却器的组成部分/一体部件。冷却器可以以模块化方式进行构造，其中在组装期间形成用于接收相变材料的腔。

可以形成腔，其中冷却器本身设置有壳体，使得包含相变材料的腔被形成在冷却器和与其间隔布置的至少一个壳体元件之间。由壳体延伸的冷却器然后包括用于接收相变材料的容器。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中至少一个冷却器包括用于接收相变材料的至少一个腔。内燃发动机的实施例可以进一步包括其中使用至少一个壳体元件形成至少一个腔。

所述至少一个冷却器可以不是其中至少一个腔在铸造过程中被形成为整体组成部件的铸造件。相反，冷却器可以是被组装的系统，例如由金属板构成，其中在组装过程中使用彼此间隔开布置的壳体元件形成至少一个腔。

内燃发动机的实施例可以进一步包括，其中为了能量回收的目的，至少一个冷却器具有至少一个冷却剂传导冷却套，该冷却剂传导冷却套用于在排气和冷却剂之间传递热。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供第一再循环管路，第一冷却器布置在第一再循环管路中，并且第一再循环管路使用至少一个控制元件在第一冷却器的上游至少可连接到排气排出系统并且在第一冷却器的下游至少可连接到进气系统。

在这种情况下，内燃发动机的实施例可以进一步包括，其中第一再循环管路在第一冷却器的下游至少可选择地使用至少一个控制元件可连接到进气系统和/或排气排出系统。

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，也能够利用热排气的排气能量，即借助于第一冷却器，该第一冷却器可选择地连接到进气系统和/或排气排出系统的下游，其中至少一个控制元件用于此目的，通过该控制元件排气传导管路能够被相应地切换，即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，也可以将热从排气传递到第一冷却器的冷却剂和相变材料，其中流过第一冷却器的冷却剂从第一冷却器的内部排出热并且供应热达预定的持续时间，或者相变材料存储从排气抽取的热，由此提高内燃发动机的效率。在这方面，能够利用排气中固有的排气能量。

内燃发动机的实施例可以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通向进气系统中以便形成第二接合点。

在这种情况下，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中在第二接合点处在第一再循环管路中提供第一控制元件。

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，即通过第一再循环管路再循环的排气量。使用布置在第二接合点处的组合阀允许再循环的排气流率的大小确定并且同时节流进气新鲜空气流率。

所述类型的组合阀可以例如是可围绕相对于新鲜空气流横向延伸的轴线枢转的挡板，使得在第一末端位置，挡板的前侧阻挡进气系统，并且同时打开再循环管路，并且在第二末端位置，挡板的后侧覆盖再循环管路，并且同时打开进气系统。被连接并且因此被机械地联接到挡板的附加阀体打开或阻塞再循环管路。鉴于挡板用于调节通过进气系统供应的空气流率，阀体实现再循环的排气流率的计量。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供排气传导管路，该排气传导管路从第一冷却器下游的第一再循环管路分支出来，以便形成第三接合点并通向排气排出系统中，以便形成第四接合点。

在这种情况下，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中第二控制元件被布置在第四接合点处。第二控制元件可用于将第一冷却器下游连接到排气排出系统。第一冷却器不会冷却用于再循环的任何排气。相反，第一冷却器冷却从排气排出系统抽取的排气并且将其重新引入排气排出系统中。也就是说，在当前情况下，第一冷却器仅用于能量回收(例如，用于使排气中固有的能量在以后可用)。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中第二控制元件是3/3-通方向控制阀(三位三通换向阀)，其具有三个管路连接和三个切换位置。

这里，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中第四接合点被布置在第一接合点下游的排气排出系统中。在该实施例中，通过朝向关闭位置调节第二控制元件，可以有针对性地增加第四接合点上游的排气背压，并且因此也可以有针对性地增加在排气再循环系统的入口处的排气背压。

这允许增加冷却器两端的推进压力梯度。现在阻碍了排气在冷却器周围(例如，绕过冷却器)逸出的可能性。

为了产生期望的压力梯度，还可以在排气再循环装置通向进气系统的点的上游提供关闭元件，以便在入口侧降低关闭元件下游的压力。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中能够通过辅助驱动器驱动的至少一个压缩机被布置在进气系统中。

可以通过辅助驱动器(即机械增压器)相对于排气涡轮增压器驱动的压缩机的优点包含，机械增压器能够在更多的状况期间产生并且提供期望的增压压力，并且在一些示例中，与内燃发动机的操作状态无关。这尤其适用于能够通过电动机器被电驱动的机械增压器，因此与曲轴的转速无关。

在先前的示例中，特别是在通过排气涡轮增压实现所有发动机转速范围内的功率增加时遇到困难的情况。在低于某个发动机转速的情况下观察到相对严重的扭矩下降。所述扭矩下降是可以理解的，因为增压压力比取决于涡轮压力比或涡轮功率。如果发动机转速降低，则这导致较小的排气质量流量，并因此导致较低的涡轮压力比或较低的涡轮功率。因此，对于较低的发动机转速，增压压力比同样降低。这相当于扭矩下降。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中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同一轴上。热的排气流被馈送到涡轮并且在涡轮中膨胀并释放能量，由此轴被设定为旋转。由排气流供给轴的能量用于驱动压缩机，该压缩机同样设置在轴上。压缩机输送和压缩馈送到它的增压空气，由此实现汽缸的增压。在压缩机下游的进气系统中有利地设置增压空气冷却器，通过该增压空气冷却器，压缩的增压空气在进入至少一个汽缸之前被冷却。冷却器降低增压空气的温度，且从而增加增压空气的密度，使得冷却器也有助于改善汽缸的充气，也就是说有助于更大的空气质量。实际上，压缩通过冷却发生。

相对于机械增压器排气涡轮增压器的优点可以包括其中排气涡轮增压器利用热排气的排气能量，而机械增压器直接或间接地从内燃发动机抽吸驱动它所需的能量，并且因此，至少只要驱动能量不来自能量回收源就会不利地影响(也就是降低)效率。

如果机械增压器不是能够通过电动机器驱动(也就是说被电动地驱动)的增压器，则通常在机械增压器和内燃发动机之间需要用于动力传递的机械或运动连接，这也会不利地影响或确定发动机舱内的封装。

为了能够抵消低发动机转速下的扭矩下降，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供至少两个排气涡轮增压器。具体地，如果发动机转速降低，则这导致较小的排气质量流量并因此导致较低的充气压力比。

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，可以改善增压内燃发动机的扭矩特性。

为了改善扭矩特性，除了至少一个排气涡轮增压器之外，还可以设置另一压缩机，特别是能够通过辅助驱动器或另一排气涡轮增压器的压缩机驱动的机械增压器。

在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可以进一步包括其中至少一个再循环管路通向压缩机下游的进气系统。

在高压EGR装置的情况下，排气被引入压缩机下游的进气系统中。这里，为了在排气排出系统和进气系统之间提供或确保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中抽取。高压EGR具有以下优点：排气不通过压缩机，并且因此在再循环之前不必进行排气后处理，例如在微粒过滤器中。不存在如下风险：压缩机中的沉积物改变压缩机的几何形状，特别是流动横截面，并且从而损害压缩机的效率。冷凝物形成可以发生在压缩机的下游，压缩机在压缩过程中也加热供应给它的增压空气，并且从而防止或抵消冷凝物的形成。

在这种情况下，增压内燃发动机的实施例可以进一步包括其中至少一个再循环管路通向压缩机上游的进气系统。

在具有排气涡轮增压并且同时使用高压EGR装置的内燃发动机的操作过程中，当再循环的排气从涡轮上游的排气排出系统中抽取并且不再用于驱动涡轮时，冲突可以发生。

在排气再循环率增加的情况下，引入涡轮的排气流量同时减少。通过涡轮的减少的排气质量流量导致较低的涡轮压力比，结果充气压力比也下降，这相当于较小的压缩机质量流量。除了降低的充气压力之外，在压缩机的操作中还可能出现关于喘振极限的问题。在污染物排放方面也可能产生缺点，例如在柴油发动机的情况下加速期间形成烟尘。

出于这个原因，需要这样的概念，其确保足够高的充气压力，同时具有高的排气再循环率。一种解决方法是低压EGR，通过该低压EGR已经流过涡轮的排气被再循环到进气系统中。为此目的，低压EGR装置从涡轮下游的排气排出系统抽取排气，并将所述排气传导到优选地在压缩机上游的进气系统中，以便能够实现在排气排出系统和进气系统之间进行再循环所需要的压力梯度。

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增压空气，该增压空气被供应到压缩机并被压缩，其中压缩的增压空气在增压空气冷却器中在压缩机的下游被冷却。

由于排气被传导通过压缩机，所以排气可在涡轮下游经受排气后处理。低压EGR装置还可以与高压EGR装置组合。

由于已经陈述的原因，增压内燃发动机的实施例可以进一步包括其中至少一个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以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涡轮几何形状，这允许通过调节涡轮几何形状或有效涡轮横截面来广泛适应内燃发动机的操作。这里，用于影响流动方向的可调节导向叶片布置在涡轮的入口区域中。与旋转叶轮的叶轮叶片相比，导向叶片不随涡轮的轴旋转。

如果涡轮具有固定的、不可变的几何形状，则导向叶片可以布置在入口区域中，以便不仅是静止的而且也可以是完全不可移动的，也就是说，如果设置有导向装置则完全刚性地固定。相反，在可变几何形状的情况下，导向叶片适当地布置成静止但不是完全不可移动的，而是可绕其轴线旋转，使得到叶轮叶片上的入射流能够受到影响。

通过调节涡轮的几何形状，可以影响涡轮上游的排气压力，且从而影响排气排出系统和进气系统之间的压力梯度，且从而影响高压EGR装置的再循环率。

由于已经陈述的原因，增压内燃发动机的实施例可以进一步包括其中至少一个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以进一步包括其中至少一个排气后处理系统被设置在涡轮和至少一个分支的再循环管路之间的排气排出系统中。由于排气被传导通过压缩机，排气优选地在涡轮下游进行排气后处理。

这里，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供微粒过滤器作为用于排气后处理的排气后处理系统。

为了使烟尘排放最小化，在这种情况下使用再生微粒过滤器，再生微粒过滤器将烟尘微粒过滤出排气并储存它们，所述烟尘微粒在过滤器的再生过程中被间歇地烧掉。当不存在催化剂载体时，再生微粒过滤器所需的温度处于约550℃。因此，定期使用额外的措施来保证在所有工况下再生过滤器。

过滤器的再生将热引入排气中并增加排气温度，且从而提高排气焓。因此，在过滤器的出口处可获得富含能量的排气，其中排气可以根据本公开的方式被使用。

增压内燃发动机的实施例可以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。

无可否认，在足够高的温度水平和存在足够大的氧气量的情况下，即使没有额外的措施，在排气排出系统中也会发生未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的氧化。然而，由于排气温度在下游方向快速下降，并且因此反应速度迅速降低，所述反应迅速停止。因此，使用催化反应器，其使用催化材料即使在低温下也能确保氧化。如果还要还原氮氧化物，则在奥托循环发动机的情况下，这可以通过使用三元催化转化器来实现。

氧化是放热反应，其中释放的热增加了温度并因此增加了排气的焓。因此，在氧化催化转化器的出口处可获得更富含能量的排气。在这方面，提供氧化催化转化器是有益的且有利的，特别是在根据本公开的排气能量的利用方面。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供用于避开至少一个冷却器的旁通管路，该旁通管路绕过EGR冷却器并且其中能够引入经由排气再循环装置再循环的排气，从而避开冷却器，进入进气系统。

绕过EGR冷却装置可能是有益的，例如以便防止热另外被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高负荷，例如在满载情况下，这种方法是有利的。如果在发动机制动过程中使用排气再循环装置，则同样有利的是，热排气在不被冷却的情况下再循环。

内燃发动机的实施例可以进一步包括其中提供液体型冷却装置以形成发动机冷却装置。

在此，内燃发动机的实施例可以进一步包括，其中内燃发动机的至少一个汽缸盖设置有至少一个冷却套，该冷却套集成在汽缸盖中，以便形成液体型冷却装置。

在增压发动机的情况下可能需要液体型冷却装置，因为增压发动机的热负荷显著高于传统内燃发动机的热负荷。如果汽缸盖具有集成的排气歧管，则所述汽缸盖的热负荷高于配备有外部歧管的传统汽缸盖。对冷却装置的要求增加。

在这种情况下，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中液体型冷却装置具有冷却回路，该冷却回路包括排气再循环装置的至少一个冷却器。

如果至少一个EGR冷却器被结合到发动机冷却装置的冷却回路中，则可以仅单独地提供形成回路所需的多个部件和组件，因为这些部件和组件可以用于EGR冷却器的冷却回路并且也可以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省，但也需要减轻重量。

例如，希望仅提供一个泵用于输送冷却剂和一个容器用于储存冷却剂。从内燃发动机和EGR冷却装置散发到冷却剂的热能够从共同的热交换器中的冷却剂中被抽取。

因此，EGR冷却装置中的冷却剂吸收的排气能量或排气热同样能够更容易地利用，例如用于使内燃发动机或发动机油变暖。

图1示意性地示出了内燃发动机1与排气再循环装置4的第一实施例。

内燃发动机1可包括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。

为了机械增压，内燃发动机1可以配备有排气涡轮增压器6，该排气涡轮增压器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，提供排气再循环装置4，其具有再循环管路4a，该再循环管路4a从涡轮6b下游的排气排出系统2分支，以便形成第一接合点2a，并且通向压缩机6a上游的进气系统3，以便形成第二接合点3a。第一控制元件7设置在第二接合点3a处。组合阀7a可以用作第一控制元件7，该组合阀用于再循环的排气量(即再循环率)的调节，并且因此也用于排气再循环装置4的停用。

冷却器5布置在第一再循环管路4a中。冷却器5具有冷却剂传导冷却套，其用于在排气和冷却剂之间传递热，并且被或能够流体连接到发动机冷却系统12。使用冷却剂，排气能够被冷却并且排气能量可以被回收或使用。

第一冷却器5配备有相变材料5a。根据瞬时材料温度，相变材料5a以液相或固相存在；当材料温度升高时，它储存排气热，并随着材料温度的降低，将该储存的热再次释放到流过冷却器5的排气。

在这种情形下，在一种操作模式中，相变材料5a能够在冷却期间从热排气中抽取热并且用作能量存储器；在另一种操作模式中，它能够在加热期间将储存的能量返回到排气中。配备有相变材料5a的冷却器5能够比传统冷却器从排气中抽取更多能量，并且另外能够在需要时将额外的热引入排气中。

设置另一排气传导管路11，其从第一冷却器5下游的第一再循环管路4a分支出来，以便形成第三接合点10，并通向排气排出系统2以便形成第四接合点2b。

在当前情况下，第四接合点2b布置在第一接合点2a下游的排气排出系统2中。第二控制元件8布置在第四接合点2b处并且被配置为3/3通方向控制阀8a(例如，其具有三个管路连接和三个切换位置)，并且经由另一排气传导管路11和第四接合点2b将第一再循环管路4a连接到第一冷却器5下游的排气排出系统2，或者将另一排气传导管路11与排气排出系统2分开。

在个别情况下，第二控制元件8可以用作用于调节(例如，增加)排气排出系统2上游的排气压力的扼流元件，由此第一冷却器5两端的推进压力梯度也增加。

因此，第一冷却器5可用于冷却用于再循环的排气，但也可用于在排气再循环装置4已经被停用时进行能量回收。在图1中所示的第一操作模式的一个示例中，两个控制元件7、8被设定成使得待再循环的排气都被冷却并且从在第一接合点2a处从排气排出系统2抽取的排气中回收能量并将能量重新引入位于第四接合点2b处的排气排出系统2。下面将参考图2、图3和图4更详细地讨论其他操作模式。

在图1的一些示例中，第二冷却器可以布置在第一冷却器5的下游。第二冷却器可以有别于第一冷却器，第二冷却器可以专用于仅冷却排气。这样，第二冷却器可以没有PCM。附加地或替代地，第二冷却器可以与第一冷却器5完全相同。

下游可以指一部件相对于另一个部件进行布置，使得下游部件可以接收在上游部件之后的气体。这样，如果第二冷却器布置在第一冷却器的下游，则第一冷却器可以在第二冷却器之前接收排气。

在一些实施例中，附加地或替代地，可以存在布置在第一冷却器5和排气排出系统2之间的第三控制元件。第三控制元件可以调节从排气排出系统2到第一冷却器5的排气的流量。以这种方式，在期望EGR或能量回收的发动机工况期间，第三控制元件可以被移动到完全关闭位置以阻止排气流到第一冷却器5和其下游的通道的剩余部分。

现在转向图2，其示意性地示出了第一操作模式的另一示例中的内燃发动机1与排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释与图1有关的附加特征，因此另外参考图1。相同的附图标记用于相同的零件和部件。

在第一操作模式中，第二控制元件8将另一排气传导管路11从排气排出系统2分开，并且因此将第一再循环管路4a和第一冷却器5从排气排出系统2分开。然而，第一再循环管路4a连接到进气系统3。第一和第二控制元件7、8相应地切换或设定。第一冷却器5专门冷却用于再循环的排气，使得流过第一冷却器5的排气不会返回到排气排出系统2。

在一个示例中，第一操作模式可以包括允许LP-EGR从排气排出系统2流到进气系统3的一个或多个操作参数。这样，第一控制元件7可以处于至少稍微打开位置以允许LP-EGR从第一冷却器5通向进气系统3。为了确保为LP-EGR提供足够的冷却，这可以减少排放和冷凝物形成，离开第一冷却器5的排气可以不返回到排气排出系统2。因此，第二控制元件8可以处于完全关闭位置，从而将另一排气传导管路11与排气排出系统2流体密封。以这种方式，排气在第一模式5期间流到第一冷却器5被用作LP-EGR并且可以不返回到排气排出系统2。以这种方式，第一模式5可以在其中发动机汽缸被加燃料并且不用作热回收模式的发动机操作参数期间操作为LP-EGR冷却模式。在图1和图2的示例中，第一操作模式使至少一些排气流入进气系统3作为EGR，虽然图1中的第一操作模式的示例允许离开第一冷却器5的一些排气返回到排气排出系统2，但是图2示出的第一操作模式不是这样。

现在转向图3，其示意性地示出了处于第二操作模式的内燃发动机1与排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释与图1和图2有关的附加特征，因此另外参考图1和图2。相同的附图标记用于相同的零件和部件。

在第二操作模式中，第一控制元件7将第一再循环管路4a与进气系统3分开。第二控制元件8连接另一排气传导管路11——并因此连接第一再循环管路4a和第一冷却器5——到排气排出系统2。第一冷却器5不冷却任何用于再循环的排气，而是仅冷却在第一接合点2a处从排气排出系统2获取并且在第四接合点2b处重新引入排气排出系统2的排气。因此，第一冷却器5专门用于能量回收。相应地切换或设定第一和第二控制元件7、8。

在一个示例中，第二操作模式可以包括防止排气流到第一冷却器5以流到进气系统3的一个或多个操作参数。在一个示例中，第二操作模式可以被称为能量回收模式。响应于不期望LP-EGR结合第一冷却器5能够从排气中捕获更多热，可以选择第二操作模式。在一个示例中，如果第一冷却器中的相变材料(PCM)的一部分还是固体的，则第一冷却器5能够捕获和/或存储更多热。这样，第一冷却器中的PCM可以从排气中捕获热，其中PCM可以相变为液体。现在被冷却的排气可以经由处于至少部分打开位置的第二控制元件流回到排气排出系统2。由于第一控制元件7响应于不存在EGR需求而被命令关闭，因此离开第一冷却器5的排气可能不会流到进气系统3。

现在转向图4，其示意性地示出了处于第三操作模式的内燃发动机1与排气再循环装置4的第一实施例。仅寻求解释与图2有关的附加特征。因此另外参考图2。相同的附图标记用于相同的零件和部件。

在第三操作模式中，第一和第二控制元件7、8如图2所示被切换或设置。停用内燃发动机1，其可包括不再被加燃料的发动机的汽缸。

存储在冷却器5的相变材料5a中的能量在这种情况下被引入排气中，排气通过再循环管路4a从排气排出系统2中获取并被引入进气系统3中，以便加热排气并防止或延迟不工作的内燃发动机1的冷却。

从排气排出系统2获取的排气在流过冷却器5时被另外加热并且经由进气系统3被供应到不工作的内燃发动机1的汽缸，使得内燃发动机1的操作温度不会下降或慢速下降。

换句话说，第三操作模式可以基本上类似于第一操作模式，除了发动机没有被加燃料之外。这样，响应于发动机温度下降到低于期望阈值而不是响应于需要EGR，可以命令第一控制元件7打开。以这种方式，第一冷却器5用作加热装置，其中来自排气排出系统2的排气进入第一冷却器5并通过PCM 5a被加热。在一个示例中，在第三操作模式期间的排气可以基本上是进气，因为燃料没有燃烧。进入第一冷却器的排气可以被重新引导回到排气排出系统2而不流过内燃发动机1。这样，由于第二控制元件处于关闭位置，另一排气传导管路11可以从排气排出系统8密封。

现在转向图5，其示出了用于确定要进入的第一、第二和第三操作模式中的哪一个的方法500的高级流程图。用于执行方法500和本文包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器接收的信号来执行，所述传感器例如下面参考图7描述的传感器。根据下面描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。

方法500开始于502，其可以包括确定、估计和/或测量当前发动机操作参数。当前发动机操作参数可包括但不限于升压压力、踏板位置、发动机温度、发动机转速、EGR流率、质量空气流量、节气门位置和空气/燃料比中的一个或多个。

方法500可以进行到504，其可以包括确定是否期望EGR。在其中更多的氧气和氮气正流到发动机的更开放的节气门位置期间可能需要EGR。这可以另外对应于更稀薄的条件(其中空气/燃料比大于1)，使得存在过量的空气。以这种方式，EGR可以稀释充气，从而产生较少的氮氧化物。

如果期望EGR，则方法500可以进行到506，其可以包括进入第一操作模式，如下面参考图6A所述。如果不期望EGR，则方法500可以进行到508，其可以包括确定发动机是否被停用。如果发动机没有加燃料，则可以停用发动机。也就是说，当发动机停用时，发动机中的喷射器不再向发动机喷射燃料或一些其他燃料源。

如果发动机未被停用(例如，燃烧)，则方法500可以进行到510，其可以包括进入第二操作模式，如下面参考图6B所述。如果发动机被停用(例如，不燃烧)，则方法500可以进行到512，其可以包括进入第三操作模式，如下面参考图6C所述。

现在转向图6A，其示出了用于在第一操作模式下操作发动机的方法600。方法600开始于602，其包括关闭第二控制元件。如上所述，第二控制元件(例如，图1-图4的第二元件8)布置在另一排气传导管路中，并且可以调节从第一冷却器引导回排气系统的排气量。通过关闭第二控制元件，离开第一冷却器的排气流可以不流过另一排气传导管路并返回到排气系统。这样，第一冷却器中的排气在第一操作模式中被用作EGR。

方法600可以进行到604，其可以包括打开第一控制元件。通过打开第一控制元件，再循环管路(例如，图1-图4的再循环管路4a)中的排气可以流过第一控制元件并进入进气系统。在一个示例中，第一控制元件的打开可以基于所需的EGR量，其中当需要更多EGR时，第一控制元件被移动到更开放的位置。以这种方式，第一控制元件可以从完全关闭位置(例如，0％EGR流量)致动到完全打开位置(例如，100％EGR流量)以及它们之间的任何位置。

方法600可以进行到606，其可以包括使一部分排气从排气系统流过第一冷却器，通过再循环管路，并进入进气系统。这可以进一步包括阻止排气从再循环管路流过另一排气传导管路，并返回到排气系统。

方法600可以进行到608，其可以包括继续以第一模式操作直到不再期望EGR。响应于不再需要EGR，可以关闭第一控制元件并且可以打开第二控制元件。这样，在一些示例中，可以进入第二操作模式。

现在转向图6B，其示出了用于在第二操作模式下操作发动机的方法610。在一些示例中，第二操作模式可以是默认模式，其中第二操作模式包括使排气从排气系统流到第一冷却器，且然后使排气从第一冷却器流回排气系统以排出到环境大气。

方法610开始于612，其包括关闭第一控制元件。通过关闭第一控制元件，可以阻止排气流过再循环管路到达进气系统。因此，可以阻止EGR流。

方法610可以进行到614，其可以包括打开第二控制元件。这样，来自排气系统的排气可以流到第一冷却器，其中第一冷却器中的排气可以被引导通过另一排气传导管路，并且返回到排气系统中。这样，第二操作模式可以是能量回收模式。

方法610可以进行到616，其可以包括使一部分排气从排气系统流过第一冷却器，通过打开的第二控制元件，并返回到排气系统。可以关闭第一控制元件以阻止EGR流。

方法610可以进行到618，其可以包括继续第二操作模式直到请求EGR或者直到发动机被停用。在一些示例中，响应于第一冷却器不再能够从排气中回收热，可以终止第二操作模式。也就是说，第二操作模式可以响应于第一冷却器的PCM完全变为加热阶段(例如，液体)而被终止，使得其不再被排气加热。作为响应，除了第一控制元件关闭之外，第二控制元件也可以关闭，使得排气保留在排气系统中。

在一些示例中，附加地或替代地，可以存在布置在排气系统和第一冷却器之间的第三控制元件，其中第三控制元件可以调节从排气系统到第一冷却器的排气流。在这样的示例中，响应于PCM不再能够被排气加热，第三控制元件可以移动到关闭位置。

现在转向图6C，其示出了用于在第三操作模式下操作发动机的方法620。在一些示例中，诸如方法620的示例，可以在停用发动机之后执行第三操作模式。以这种方式，通过在第一冷却器中经由PCM加热排气系统中的气体，发动机温度可以保持在所需温度，如下所述。

方法620可以开始于622，其可以包括关闭第二控制元件，类似于图6A的方法600的602。这样，来自第一冷却器的排气可以不流过另一排气传导管路并返回到排气系统。

方法620可以进行到624，其可以包括打开第一控制元件。与方法600的基于EGR需求打开的604不同，第一控制元件可以被移动到完全打开位置。通过完全打开第一控制元件，第一冷却器中的所有排气可以流到进气系统以加热发动机部件和发动机下游的排气后处理装置。另外，完全打开第一控制元件可以允许利用从第一冷却器传递到排气的所有热。

在一些示例中，附加地或替代地，第一控制元件可以计量打开，使得其部分打开并且如果需要可以逐渐打开。通过部分地打开第一控制元件，受控量的加热排气可以从再循环管路流出以维持发动机的温度。通过这样做，发动机在其停用期间可以不超过上阈值温度。

方法620可以进行到626，其可以包括使排气从排气系统流到第一冷却器，加热第一冷却器中的排气，使排气流过再循环管路并通过至少部分打开的第一控制元件到进气系统。以这种方式，排气可以通过在发动机燃烧期间经由第一冷却器中的PCM材料从排气回收的热被加热。通过这样做，发动机润滑剂、冷却剂和部件可以保持在期望的发动机操作温度，使得可以降低退化的可能性并且可以减少摩擦损失。

方法620可以进行到628，其可以包括确定发动机是否仍然被停用。如果发动机仍未接收燃料，则仍可停用发动机。如果发动机仍然被停用，则方法620可以继续经由第一冷却器加热排气并且使加热的排气流动到停用的发动机。如果发动机不再被停用并且现在正在接收燃料和燃烧，则方法600可以进行到630，其可以包括退出第三操作模式。在一些示例中，可以终止第三操作模式，并且随后可以启动第二操作模式。

在一些示例中，方法可以另外包括响应于对即将到来的发动机停用的预测和/或估计来调整第一和第二控制元件的操作。如果车辆速度正在减小和/或如果释放加速器踏板中的一个或多个，则可以进入发动机停用。附加地或替代地，可以基于来自导航系统或其他GPS装置的反馈来预测发动机停用，其中预测可以基于驱动的路线。沿着交通灯远在前方、下坡且沿着公路的路线的部分可发生滑行。如果预测到停用，则方法可以包括启动第二操作模式以在不使EGR流动的同时将热从排气回收到第一冷却器。这可以允许发动机保持热并且不被EGR冷却，同时从排气中回收更多热以准备发动机停用。通过这样做，可以在保持发动机温度的同时延长发动机停用，从而减少排放并提高燃料经济性。

在一些示例中，附加地或替代地，方法可以另外包括在发动机停用期间调节第一和第二控制元件的操作。该调节可以响应于发动机温度发生。例如，如果在发动机停用开始时发动机温度在期望的发动机温度范围内，则可以延迟第三操作模式并且可以保持第二操作模式。附加地或替代地，如果第三控制元件布置在第一冷却器和排气系统之间，则第三控制元件可以关闭以阻止排气流到第一冷却器和进气系统。响应于发动机温度下降到低于期望的发动机温度范围，则可以执行第三操作模式，其中第一控制元件打开并且第二控制元件关闭并且第三控制元件(如果存在的话)打开。以这种方式，可以响应于发动机温度调节在停用期间流到第一冷却器的排气流。

如果发动机温度升高回到期望的发动机温度范围内的温度和/或如果第一冷却器的热被消耗，则可以禁用第三操作方法并且防止排气流到发动机。

现在转向图7，其描绘了用于车辆的发动机系统100。车辆可以是具有与路面接触的驱动轮的道路车辆。发动机系统100包括发动机710，发动机710包括多个汽缸。图7详细描述了一个这样的汽缸或燃烧室。发动机710的各种部件可以由电子发动机控制器712控制。发动机710可以类似于图1-图4的内燃发动机1使用。

发动机710包括汽缸体14和汽缸盖16，汽缸体14包括至少一个汽缸孔20，汽缸盖16包括进气门152和排气门154。在其他示例中，在其中发动机710被配置为二冲程发动机的示例中，汽缸盖16可包括一个或多个进气口和/或排气口。汽缸体14包括汽缸壁32，活塞36位于汽缸壁32中并连接到曲轴40。因此，当联接在一起时，汽缸盖16和汽缸体14可形成一个或多个燃烧室。这样，基于活塞36的振荡来调节燃烧室30的容积。燃烧室30在本文中也可称为汽缸30。燃烧室30显示为经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148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操作。替代地，进气门和排气门中的一个或多个可以由机电控制的气门线圈和电枢组件操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。因此，当气门152和154关闭时，燃烧室30和汽缸孔20可以流体密封，使得气体不会进入或离开燃烧室30。

燃烧室30可由汽缸体14的汽缸壁32、活塞36和汽缸盖16形成。汽缸体14可包括汽缸壁32、活塞36、曲轴40等。汽缸盖16可包括一个或多个燃料喷射器(诸如燃料喷射器66)、一个或多个进气门152，以及一个或多个排气门(例如排气门154)。汽缸盖16可以通过紧固件(例如螺栓和/或螺钉)联接到汽缸体14。特别地，当联接时，汽缸体14和汽缸盖16可以通过垫圈彼此密封接触，并且因此汽缸体14和汽缸盖16可以密封燃烧室30，使得当进气门152打开时气体仅可以经由进气歧管144流入和/或流出燃烧室30，当排气门154打开时，气体仅可以经由排气歧管148流入和/或流出燃烧室30。在一些示例中，每个燃烧室30可以仅包括一个进气门和一个排气门。然而，在其他示例中，在发动机710的每个燃烧室30中可以包括一个以上的进气门和/或一个以上的排气门。

在一些示例中，发动机710的每个汽缸可包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下，点火系统190能够响应于来自控制器712的火花提前信号SA经由火花塞192向汽缸14提供点火火花。然而，在一些实施例中，可以省略火花塞192，例如发动机710可以通过自动点火或通过喷射燃料来启动燃烧，如某些柴油发动机的情况。

燃料喷射器66可定位成将燃料直接喷射到燃烧室30中，这是本领域技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器712的信号FPW的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)被输送到燃料喷射器66。驱动器68响应于控制器712向燃料喷射器66供应操作电流。在一些示例中，发动机710可以是汽油发动机，并且燃料箱可以包括汽油，该汽油可以由喷射器66喷射到燃烧室30中。然而，在其他示例中，发动机710可以是柴油发动机，并且燃料箱可以包括柴油燃料，柴油燃料可以由喷射器66喷射到燃烧室中。此外，在发动机710被配置为柴油发动机的这种示例中，发动机710可包括电热塞以启动燃烧室30中的燃烧。

进气歧管144被示出为与节气门62连通，节气门62调节节流板64的位置以控制到发动机汽缸30的气流。这可包括控制来自进气升压室146的升压空气的气流。在一些实施例中，可省略节气门62并且可以通过连接到进气通道42并且位于进气升压室146上游的单个进气系统节气门(AIS节气门)82来控制到发动机的气流。在另外的示例中，可以省略AIS节气门82并且到发动机的气流可以用节气门62控制。

在一些实施例中，发动机710被配置成提供排气再循环或EGR。当被包括时，EGR可以被提供为高压EGR和/或低压EGR。在发动机710包括低压EGR的示例中，低压EGR可以从涡轮164下游的排气系统中的位置经由EGR通道135和EGR阀138被提供给在进气系统(AIS)节气门82下游和压缩机162上游的位置处的发动机进气系统。当存在压差以驱动流时，EGR可从排气系统被抽吸到进气系统。通过部分关闭AIS节气门82能够产生压差。节流板84控制压缩机162的入口处的压力。可以电控制AIS并且可以基于可选的位置传感器88调节其位置。在一个示例中，EGR通道135可以基本上类似于图1-图4的再循环通道4a。这样，EGR阀138可以表示布置在第一冷却器5的上游，在排气通道和第一冷却器5之间的第三控制元件。以这种方式，EGR阀138可以被成形为调节到第一冷却器的排气流。

环境空气经由进气通道42被吸入燃烧室30，进气通道42包括空气过滤器156。因此，空气首先通过空气过滤器156进入进气通道42。然后，压缩机162从进气通道42抽吸空气以经由压缩机出口管(图7中未示出)向升压室146供应压缩的空气。在一些示例中，进气通道42可包括具有过滤器的空气箱(未示出)。在一个示例中，压缩机162可以是涡轮增压器，其中压缩机162的动力从通过涡轮164的排气流中抽取。具体地，排气可以使涡轮164旋转，涡轮164经由轴161联接到压缩机162。废气门72允许排气绕过涡轮164，从而能够在变化的工况下控制升压压力。废气门72可以响应于增加的升压需求(诸如在操作者踩加速器踏板期间)而关闭(或者废气门的开口可以减小)。通过关闭废气门，能够增加涡轮上游的排气压力，从而提高涡轮速度和峰值功率输出。这允许提高升压压力。另外，当压缩机再循环阀部分打开时，废气门能够朝向关闭位置移动以保持所需的升压压力。在另一个示例中，废气门72可以响应于降低的升压需求(例如在操作者松开加速器踏板期间)而打开(或者可以增加废气门的开口)。通过打开废气门，能够降低排气压力，从而降低涡轮速度和涡轮功率。这允许降低升压压力。

然而，在替代实施例中，压缩机162可以是机械增压器，其中压缩机162的动力从曲轴40抽取。因此，压缩机162可以通过诸如皮带的机械联动装置联接到曲轴40。这样，曲轴40输出的旋转能的一部分可以被传递到压缩机162，以便为压缩机162提供动力。

压缩机再循环阀158(CRV)可以设置在压缩机162周围的压缩机再循环路径159中，使得空气可以从压缩机出口移动到压缩机入口，以便减小可能在压缩机162两端产生的压力。增压空气冷却器157可以位于压缩机162下游的升压室146中，用于冷却输送到发动机进气装置的升压空气充气。然而，在如图7所示的其他示例中，增压空气冷却器157可以定位在进气歧管144中的电子节气门62的下游。在一些示例中，增压空气冷却器157可以是空气-空气增压空气冷却器。然而，在其他示例中，增压空气冷却器157可以是液体-空气冷却器。

在所描绘的示例中，压缩机再循环路径159被配置成将冷却的压缩空气从增压空气冷却器157的上游再循环到压缩机入口。在替代示例中，压缩机再循环路径159可以被配置成将压缩的空气从压缩机下游和增压空气冷却器157的下游再循环到压缩机入口。CRV158可以经由来自控制器712的电信号打开和关闭。CRV 158可以被配置为具有默认半开位置的三态阀，从该默认半开位置能够将CRV 158移动到完全打开位置或完全关闭位置。

通用排气氧(UEGO)传感器126被示为连接到排放控制装置70上游的排气歧管148。替代地，双态排气氧传感器可代替UEGO传感器126。在一个示例中，排放控制装置70可包括多个催化剂砖。在另一个示例中，能够使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。虽然所描绘的示例示出了涡轮164上游的UEGO传感器126，但是应当理解，在替代实施例中，UEGO传感器可以定位在涡轮164下游和排放控制装置70上游的排气歧管中。附加地或替代地，排放控制装置70可包括柴油氧化催化剂(DOC)和/或柴油冷启动催化剂、微粒过滤器、三元催化剂、NO_x捕集器、选择性催化还原装置及其组合。在一些示例中，传感器可以布置在排放控制装置70的上游或下游，其中传感器可以被配置为诊断排放控制装置70的状况。

控制器712在图7中被示为微型计算机，其包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和传统数据总线。控制器12被示为从联接到发动机710的传感器接收各种信号，除了先前讨论的那些信号之外，还包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到输入装置130的位置传感器134，用于感测由车辆操作者132调节的输入装置踏板位置(PP)；用于确定尾气的点火的爆震传感器(未示出)；来自联接到进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自联接到升压室146的压力传感器122的升压压力的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；从传感器120(例如，热线式空气流量计)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。也可以感测大气压(传感器未示出)以供控制器712处理。在本说明书的优选方面，霍尔效应传感器118在每次曲轴回转产生预定数量的等距脉冲，由此能够确定发动机转速(RPM)。输入装置130可包括加速器踏板和/或制动踏板。这样，来自位置传感器134的输出可用于确定输入装置130的加速器踏板和/或制动踏板的位置，并因此确定期望的发动机扭矩。因此，可以基于输入装置130的踏板位置，估计车辆操作者132所请求的期望发动机扭矩。

在一些示例中，车辆705可以是具有可用于一个或多个车轮59的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆705是仅具有发动机的传统车辆，或仅具有(一个或多个)电动机器的电动车辆。在所示的示例中，车辆705包括发动机710和电动机器52。电动机器52可以是马达或马达/发电机(M/G)。当一个或多个离合器56被接合时，发动机710的曲轴40和电动机器52经由变速器54联接到车轮59。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴40和电动机器52之间，并且第二离合器56设置在电动机器52和变速器54之间。控制器712可以向每个离合器56的致动器发送信号以接合或脱开离合器，以便将曲轴40从电动机器52和与其连接的部件连接或断开，和/或将电动机器52从变速器54和与其连接的部件连接或断开。变速器54可以是变速箱、行星齿轮系统或其他类型的变速器。动力传动系统可以以各种方式配置，包括并联、串联或串并联混合动力车辆。

电动机器52从牵引电池58接收电力以向车轮59提供扭矩。电动机器52还可以作为发电机操作以提供电力以对电池58充电，例如在制动操作期间。

控制器712从图7的各种传感器接收信号并且采用图7的各种致动器，以便基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。例如，调节第一、第二和第三控制元件的操作可以响应于发动机温度、发动机加燃料或其他条件。

现在转向图8，其示出了说明响应于各种发动机工况执行图5、图6A、图6B和图6C的方法的发动机操作序列800。发动机操作序列包括示出发动机温度的曲线810和表示期望发动机操作温度范围的下端的虚线812、示出EGR需求的曲线820、示出EGR流率的曲线830、示出第一冷却器温度的曲线840、示出发动机是否被停用的曲线850，以及示出正在执行第一、第二和第三操作模式中的哪一个的曲线860。时间从图的左侧到图的右侧增加。

在t1之前，发动机温度(曲线810)高于期望发动机操作温度范围的下端(虚线812)。不需要EGR(曲线820)，并且因此，EGR流率相对较低(曲线830)。在图8的示例中，当不需要EGR时，EGR流率为0。发动机未被停用(曲线850)。结果，选择第二操作模式(曲线860)并关闭第一控制元件并且至少部分地打开第二控制元件，从而允许至少一些排气从排气系统流到第一冷却器，并回到排气系统。这样，第一冷却器温度增加(曲线850)。

在t1处，需要EGR并且发动机操作模式从第二操作模式切换到第一操作模式。在t1和t2之间，发动机温度可以保持在期望的发动机操作温度范围的下端之上。EGR流率可以开始朝向更高的EGR流率增加。这样，可以将第二控制元件调节到关闭位置，并且可以将第一控制元件调节到至少部分打开的位置，以允许EGR从再循环管路流到进气系统。随着排气流过冷却器并进入进气系统，冷却器温度继续增加。

在一个示例中，第一操作模式和第二操作模式可以经由到第一冷却器的冷却剂流被进一步区分。在第一操作模式期间，PCM和冷却剂中的每一个可以冷却排气，使得冷却剂在第一操作模式期间不流到第一冷却器。然而，在第二操作模式期间，由于不需要冷却，因此可以阻止到第一冷却器的冷却剂流，使得流到冷却器的排气可以仅通过PCM冷却。这样，由于第一冷却器中不存在冷却剂，PCM可以在第二操作模式期间回收比第一操作模式更多的热。以这种方式，第一冷却器的温度升高在第一操作模式期间可以低于在第二操作模式中的温度升高。

在t2处，不存在EGR需求并且发动机被停用。终止第一操作模式并激活第三操作模式。在t2和t3之间，EGR需求保持不存在，然而，EGR流率保持在高流率和低流率之间。在一个示例中，t2和t3之间的EGR流率小于t1和t2之间的流率，这可以是第一控制元件相对于其在t1和t2之间的位置移动到更闭合位置的结果。这可以延长发动机可以接收加热的排气的持续时间。另外，在t2和t3之间的发动机停用期间EGR的组分可以与在t1和t2之间的发动机燃烧期间的EGR的组分不同。在一个示例中，发动机停用期间的组分可包含较少的含碳化合物。当EGR在流到进气系统之前被冷却器加热时，发动机温度可以保持在期望发动机操作温度范围的下端之上。这样，在发动机停用期间，冷却器的温度可以降低，因为热从PCM传递到EGR。

在t3处，发动机保持停用。冷却器的温度等于相对低的温度，并且可能不再能够加热EGR。这样，第三操作模式被停用，并且第二操作模式可被激活。在t3和t4之间，由于第一冷却器不再包括传递到排气的热，因此当EGR流率减小到零时，停用继续并且发动机温度开始降低。

在t4处，发动机不再被停用。不需要EGR，并且因此，维持第二操作模式。在t4之后，发动机温度开始增加并且第二操作模式使热排气流到第一冷却器，其中随着来自排气的热被传递到PCM，冷却器温度开始增加。

图1-图4中所示的内燃发动机的第二实施例下面将关于图9A至图9E进行描述。第二实施例可以包括第一控制元件，该第一控制元件可以用作EGR阀，并且当排气再循环装置有效时，用于调节再循环率，或至少用于经由第一再循环管路调节再循环的排气流率。布置在第二接合点处的组合阀的使用允许再循环的排气流率的大小确定并且同时节流进气新鲜空气流率。

组合阀例如可以是可绕相对于新鲜空气流横向延伸的轴线枢转的挡板，使得在第一末端位置，挡板的前侧阻挡进气系统，并且同时打开再循环管路，并且在第二末端位置，挡板的后侧覆盖再循环管路，并且同时打开进气系统。连接并因此机械地连接到挡板的附加阀体打开或阻塞再循环管路。尽管挡板用于调节通过进气系统供应的空气流率，但是阀体实现了再循环的排气流率的计量。

内燃发动机的第二实施例可以进一步包括其中第二再循环管路从排气排出系统分支以形成第三接合点并通向进气系统以形成第四接合点。

然而，在上述背景下，特别地，内燃发动机的实施例可以进一步包括其中第二再循环管路从排气排出系统分支以形成第三接合点并通向第一冷却器的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能够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。

这里，内燃发动机的第二实施例可以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。

该第二控制元件能够是可在两个阶段中切换的控制元件，并且能够用于(即能够被使用)以将第二冷却器连接到第一再循环管路或将第二冷却器从第一再循环管路分开。

因此，第二控制元件也能够用于在下游将第二冷却器连接到排气再循环系统并通过第二冷却器将排气引入排气再循环系统，为此可能必要提供另外的排气传导管路。然后，第二冷却器可以不冷却用于再循环的任何排气。而是，第二冷却器冷却从排气排出系统中抽取的排气，并再次将该排气引入排气排出系统。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，内燃发动机的第二实施例可以进一步包括其中设置另一排气传导管路，其从第二冷却器和第二控制元件之间的第二再循环管路分支，以便形成第五接合点并通向排气排出系统以形成第六接合点。

在第二实施例中，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形成第四接合点，然后第一冷却器也可以经由另一排气传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，两个冷却器都用于能量回收。

在第二实施例中，其中排气传导管路从第二冷却器下游的第二再循环管路分支并通向排气排出系统以形成第六接合点，第六接合点布置在第一和第三接合点下游的排气排出系统中是有利的。

在这种情况下，内燃发动机的第二实施例可以进一步包括其中第三控制元件布置在第六接合点处。第三控制元件能够优选地用于关闭和打开另一排气传导管路或者用于关闭和打开第六接合点上游的气体排出系统。使用第三控制元件，另一排气传导管路能够连接到冷却器下游和上游的排气排出系统。能够使用第三控制元件控制经由另一排气传导管路引入排气排出系统的排气量。

第三控制元件还能够用作连续可变节流元件，用于增加排气排出系统上游的排气压力，从而同样驱动冷却器两端的驱动压力梯度，并且用于排气绕过冷却器的路径被消除，或者冷却器的旁路被阻止。

为了产生所需的压力梯度，还可以在排气再循环装置通向进气系统的点的上游设置关闭元件，以便在入口侧处降低关闭元件下游的压力。

现在转向图9A，其示意性地示出了处于第一操作模式的内燃发动机1与排气再循环装置4的第一实施例。这样，先前介绍的部件可以在图9A和随后的图中被类似地编号。

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。

为了机械增压，内燃发动机1配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(即第一再循环管路4a和第二再循环管路4b)的排气再循环装置4，其中第一冷却器905a和第二冷却器905b分别布置在第一再循环管路4a和第二再循环管路4b中的每一个中。第一和第二冷却器905a、905b在每种情况下可包括一个冷却剂传导冷却套，其用于在排气和冷却剂之间传递热。第一和第二冷却器905a、905b可以平行布置，并且可以相互独立地用于冷却排气或用于能量回收并且流体连接或可连接到发动机冷却装置。在一些示例中，附加地或替代地，第一和第二冷却器905a、905b中的一个可专用于仅冷却EGR，而另一个冷却器可冷却EGR并从排气中回收热。

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，并通向压缩机6a上游的进气系统3，以便形成第二接合点3A。第一控制元件7设置在第二接合点3a处。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，并且因此也用于排气再循环装置4的停用。

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，以便形成第三接合点2c并通向第一冷却器905a下游的第一再循环管路4a，以便形成第四接合点10。

提供另一排气传导管路11，其从第二冷却器905b下游的第二再循环管路4b分支，以便形成第五接合点912并通向排气排出系统2，以便形成第六接合点2d。

在当前情况下，第六接合点2d布置在第一和第三接合点2a、2c下游的排气排出系统2中。第三控制元件902布置在第六接合点2d处。第三控制元件902可以是连续可变的挡板，并且在第二实施例的第一操作模式中，用于关闭另一排气传导管路11。也就是说，挡板可以被移动到阻止另一排气传导管路11中的气体流到排气排出系统2的一个位置。

第二控制元件8设置在第二再循环管路4b中，在第二冷却器905b的下游和第五接合点912的下游。第二控制元件8可以是2/2通阀，其能够以两级方式切换，其具有两个管路连接器和两个切换位置，并且将两个冷却器905a、905b经由第二接合点3a连接到进气系统3或经由第六接合点2d连接到排气排出系统2，或者停用第二接合点冷却器905b，也就是说，将所述第二冷却器与第一再循环管路4a分开，并通过第六接合点2d将所述第二冷却器连接到排气排出系统2。

因此，冷却器905a、905b都能够用于冷却排气以进行再循环，但也可以用于在排气再循环装置已经被停用时的能量回收。这将在下面基于图9B至图9E更详细地进行讨论。

在图9A中所示的第二实施例900的第一操作模式中，第二控制元件8处于至少部分打开的位置，并且第一控制元件7将第一再循环管路4a与进气系统3密封。因此，排气再循环装置4被停用。由于经由第三控制元件902关闭排气传导管路11阻塞另一排气传导管路11，使用EGR冷却器905a、905b也可能没有能量回收。以这种方式，当第二实施例900处于第一操作模式时，排气可以保留在排气排出系统中而不流到第一和第二EGR冷却器905a、905b。

现在转向图9B，其示意性地示出了处于第二操作模式920的内燃发动机1与排气再循环装置4的第二实施例900。仅寻求解释与图9A相关的附加特征，因此另外参考图9A。相同的附图标记用于相同的零件和部件。

在第二操作模式920中，第一和第二冷却器905a、905b都冷却用于再循环的排气。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。第一控制元件7被切换或设定到至少部分打开的位置以使来自第一再循环管路的排气流到进气系统3。此外，第二控制元件8处于至少部分打开的位置，并且另一排气传导管路11继续通过保持在密封另一排气传导管路11与排气排出系统2的位置的第三控制元件902关闭。

特别地，如果内燃发动机已经被操作或者在相对高的负荷下操作并且冷却剂或第一和第二冷却器905a、905b已经加热，则可能希望通过冷却器905a、905b再循环排气。然后，加热的冷却器905a、905b和热的冷却剂将排气冷却到较小的程度。在某些情况下，加热的冷却器905a、905b和热的冷却剂甚至将热引入排气中。高温排气再循环到汽缸中，从而升高汽缸内的温度并减少摩擦损失。

现在转到图9C，其示意性地示出了处于第三操作模式930的内燃发动机1与排气再循环装置4的第二实施例900。仅寻求解释与图9A和/或图9B有关的附加特征，因此另外参考图9A和/或图9B。相同的附图标记已用于相同的零件和部件。

在第三操作模式930中，仅第一冷却器905a冷却用于再循环的排气，为此目的，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与第二冷却器905b一起与第一再循环管路4a分开和/或密封，并通过排气传导管路11和第六接合点2d连接到排气排出系统2。因此，第二冷却器905b用于能量回收。第一控制元件7将第一再循环管路4a连接到进气系统3，并且第二控制元件8处于关闭位置并将第二再循环管路4b与第一再循环管路4a分开。第三控制元件902在第三操作模式930中打开另一排气传导管路11。

在一个示例中，在内燃发动机1的第二实施例900的第三操作模式930期间，第二冷却器905b可以不接收冷却剂流。这样，布置在第二冷却器905b中的相变材料(PCM)可以存储从流过其中的排气回收的所有热。以这种方式，第一冷却器905a可以是对EGR提供冷却效果的唯一冷却器，而第二冷却器905b对不流入进气系统1但是流向环境大气的排气提供冷却效果。

现在转向图9D，其示意性地示出了处于第四操作模式940的内燃发动机1与排气再循环装置4的第二实施例900。仅寻求解释与上述图9A、图9B和/或图9C相关的附加特征，因此另外参考图9A、图9B和图9C。相同的附图标记用于相同的零件和部件。

在第四操作模式940中，排气再循环装置4已经被停用，并且第一和第二冷却器905a、905b在排气再循环装置4被停用的情况下用于能量回收。第一和第二控制元件7、8相应地被切换或设定，使得第一控制元件7关闭并且将第一再循环管路4a与进气系统密封，并且第二控制元件8至少部分地打开并且流体地将第一再循环管路4a联接到第二再循环管路4b。两个冷却器905a、905b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分开。

第一控制元件7将第一再循环管路4a与进气系统3分开，并且第二控制元件8处于打开位置并连接两个再循环管路4a、4b。第三控制元件902在第四操作模式940中打开另一排气传导管路11。以这种方式，第一和第二冷却器905a、905b中的每一个中的PCM可以从排气中回收能量。这可以响应于不期望EGR、即将到来的发动机燃料切断事件以及第一和第二冷却器905a、905b能够回收更多的排气热中的一个或多个而发生。

现在转向图9E，其示意性地示出了处于第五操作模式950的内燃发动机1与排气再循环装置4的第二实施例900。仅寻求解释与图9C相关的附加特征，因此另外参考图9C。相同的附图标记用于相同的零件和部件。

第一冷却器905a在第五操作模式950中冷却用于再循环的排气以。为此目的，第一控制元件7将第一再循环管路4a连接到进气系统3。

第二再循环管路4b与第二冷却器905b一起与第一再循环管路4a分开，并通过排气传导管路11和第六接合点2d与排气排出系统2连接。因此，第二冷却器905b用于能量回收。为此目的，第二控制元件8处于关闭位置并且将第二再循环管路4b与第一再循环管路4a分开。

在第五操作模式950中，第三控制元件902在第六接合点2d的上游打开另一排气传导管路11和排气排出系统2。后一种措施允许高排气流率，其能够在高负荷或高发动机转速下发生，并且可枢转的挡板在该高排气流量下用作减压阀并打开排气排出系统2以避免过度排气气压背压。该压力释放功能也能够在其他操作模式中触发，并且通过图中所示的第二实施例中的弹簧以被动自控方式实现。因此，当期望EGR并且当排气流率高于阈值流率时，第五操作模式950可以用作能量回收模式，使得如果第三控制元件902将所有排气转移到第一和第二冷却器905a、905b，然后排气背压将超过阈值压力，并且发动机操作可变得不那么有效率。这样，为了在仍然回收排气热的同时释放背压，第三控制元件902被移动到图9A和图9C中所示的位置之间的中间位置。

在一个示例中，内燃发动机的第二实施例包括一种系统，该系统包括沿第一再循环管路布置的第一冷却器和沿第二再循环管路布置的第二冷却器。第一控制元件调节从第一再循环管路到进气系统的排气流。第二控制元件调节从第一再循环管路到第二再循环管路的排气流。第三控制元件包括可枢转的挡板元件，该挡板元件被成形为调节从第二再循环管路到排气系统的排气流。第一和第二冷却器中的每一个可以被成形为冷却和回收来自流过其中的排气的热。附加地或替代地，冷却器中的一个可以被成形为回收热而另一个可以被成形为仅冷却EGR，这样一个冷却器可以接收冷却剂而另一个可以包括相变材料。

以这种方式，EGR冷却器可被配备有相变材料，该相变材料被成形为在一个或多个发动机工况期间接收和传递热与排气。一系列阀可用于调节发动机操作模式以调节EGR和到EGR冷却器的热传递。为EGR冷却器配备相变材料的技术效果是在非燃烧发动机事件期间保持发动机温度。通过这样做，可以减少排放。

一种内燃发动机的实施例，该内燃发动机具有至少一个汽缸、用于向所述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以及包括至少一个再循环管路的排气再循环装置，其中至少一个冷却器和至少一个控制元件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的排气流率，并且至少一个冷却器配备有相变材料，其中相变材料根据材料温度以液相或固相存在，并随着材料温度升高而储存热，并在材料温度下降时再次释放储存的热。内燃发动机的第一示例还包括：其中为了能量回收的目的，至少一个冷却器具有至少一个冷却剂传导冷却套，其用于在排气和冷却剂之间传递热。任选地包括第一示例的内燃发动机的第二示例还包括：其中提供第一再循环管路，在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的上游可连接到排气排出系统并且在第一冷却器的下游可连接到进气系统。任选地包括第一和/或第二示例的内燃发动机的第三示例还包括：其中第一再循环管路使用至少一个控制元件在第一冷却器的下游至少可选择地连接到进气系统和/或排气排出系统。任选地包括第一至第三示例中的一个或多个的内燃发动机的第四示例还包括：其中第一再循环管路从排气排出系统分支以形成第一接合点并通向进气系统以形成第二个接合点。任选地包括第一至第四示例中的一个或多个的内燃发动机的第五示例还包括：其中第一控制元件在第二接合点处被设置在第一再循环管路中。任选地包括第一至第五示例中的一个或多个的内燃发动机的第六示例还包括：其中设置排气传导管路，该排气传导管路从第一冷却器下游的第一再循环管路分支，以便形成第三接合点并通向排气排出系统以便形成第四接合点。任选地包括第一至第六示例中的一个或多个的内燃发动机的第七示例还包括：其中第二控制元件布置在第四接合点处。任选地包括第一至第七示例中的一个或多个的内燃发动机的第八示例还包括：其中第四接合点布置在第一接合点下游的排气排出系统中。任选地包括第一至第八示例中的一个或多个的内燃发动机的第九示例还包括：其中能够通过辅助驱动器驱动的至少一个压缩机布置在进气系统中。任选地包括第一至第九示例中的一个或多个的内燃发动机的第十示例还包括：其中设置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出系统中的涡轮和布置在进气系统中的压缩机。任选地包括第一至第十示例中的一个或多个的内燃发动机的第十一示例还包括：其中至少一个再循环管路通向压缩机下游的进气系统。任选地包括第一至第十一示例中的一个或多个的内燃发动机的第十二示例还包括：其中至少一个再循环管路通向压缩机上游的进气系统。任选地包括第一至第十二示例中的一个或多个的内燃发动机的第十三示例还包括其中：至少一个再循环管路从涡轮上游的排气排出系统分支。任选地包括第一至第十三示例中的一个或多个的内燃发动机的第十四示例还包括：其中至少一个再循环管路从涡轮下游的排气排出系统分支。任选地包括第一至第十四示例中的一个或多个的内燃发动机的第十五示例还包括：其中在涡轮和至少一个分支的再循环管路之间的排气排出系统中提供至少一个排气后处理系统。任选地包括第一至第十五示例中的一个或多个的内燃发动机的第十六示例还包括：其中提供微粒过滤器作为排气后处理系统用于排气后处理。任选地包括第一至第十六示例中的一个或多个的内燃发动机的第十七示例还包括：其中提供液体型冷却装置以形成发动机冷却装置。任选地包括第一至第十七示例中的一个或多个的内燃发动机的第十八示例还包括：其中液体型冷却装置具有冷却回路，该冷却回路包括排气再循环装置的至少一个冷却器。

一种内燃发动机的实施例，该内燃发动机包括：至少一个汽缸、用于向所述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、排气再循环装置，排气再循环装置包括至少两个再循环管路和至少一个控制元件，其中在每种情况下在每个再循环管路中设置一个冷却器，并且这些冷却器并联布置并且可彼此独立地用于冷却排气，所述控制元件用于设定用于再循环的可预定的排气流率，每个冷却器可用于冷却排气用于能量回收的目的。内燃发动机的第一示例还包括：其中为了能量回收的目的，每个冷却器具有至少一个冷却剂传导冷却套，其用于在排气和冷却剂之间传递热。任选地包括第一示例的内燃发动机的第二示例还包括：其中提供第一再循环管路，在该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的上游可连接到排气排出系统并且在第一冷却器的下游可连接到进气系统，并且提供设置有第二冷却器的第二再循环管路，第二再循环管路使用至少一个控制元件在第二冷却器的上游至少可连接到排气排出系统并且在第二冷却器的下游选择性可连接到进气系统或排气排出系统。任选地包括第一和/或第二示例的内燃发动机的第三示例还包括：其中第一再循环管路使用至少一个控制元件在第一冷却器下游至少可选择性地连接到进气系统或排气排出系统。任选地包括第一至第三示例中的一个或多个的内燃发动机的第四示例还包括：其中第一再循环管路从排气排出系统分支以形成第一接合点并通向进气系统以便形成第二接合点。任选地包括第一至第四示例中的一个或多个的内燃发动机的第五示例还包括：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。任选地包括第一至第五示例中的一个或多个的内燃发动机的第六示例还包括：其中第二再循环管路从排气排出系统分支以形成第三接合点并通向第一冷却器下游的第一再循环管路以形成第四接合点。任选地包括第一至第六示例中的一个或多个的内燃发动机的第七示例还包括：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。任选地包括第一至第七示例中的一个或多个的内燃发动机的第八示例还包括：其中设置排气传导管路，该排气传导管路从第二冷却器和第二控制元件之间的第二再循环管路分支以便形成第五接合点并通向排气排出系统以便形成第六接合点。任选地包括第一至第八示例中的一个或多个的内燃发动机的第九示例还包括：其中第六接合点布置在第一和第三接合点下游的排气排出系统中。任选地包括第一至第九示例中的一个或多个的内燃发动机的第十示例还包括：其中第三控制元件布置在第六接合点处。

一种方法的实施例，该方法包括在发动机停用期间使经由沿着再循环管路布置的EGR冷却器加热的排气流动到进气系统；并通过EGR冷却器加热排气。该方法的第一示例还包括：其中EGR冷却器包括相变材料。任选地包括第一示例的该方法的第二示例还包括：其中在发动机停用之外加热EGR冷却器。任选地包括第一和/或第二示例的该方法的第三示例还包括：其中加热EGR冷却器包括第一操作模式和第二操作模式，其中第一操作模式包括使经由EGR冷却器冷却的排气流动至进气系统，并且其中第二操作模式包括使排气从排气通道流到EGR冷却器并返回到排气通道而不使排气流到进气系统。任选地包括第一至第三示例中的一个或多个的该方法的第四示例还包括：其中第一操作模式还包括使冷却剂流到EGR冷却器，并且其中第二操作模式包括EGR冷却器没有冷却剂。

一种系统的实施例包括被成形为从进气系统接收气体并且被成形为将气体排出到排气系统的发动机、将排气系统流体地联接到进气系统的再循环管路以及控制器，所述再循环管路包括包含相变材料的冷却器，所述控制器具有存储在其存储器上的计算机可读指令，当执行时，所述可读指令使得控制器：当发动机燃烧期间需要EGR时，通过打开第一阀并关闭第二阀以使排气从排气系统流到进气系统，启动第一模式；当发动机燃烧期间不需要EGR时，通过关闭第一阀并打开第二阀以使排气流到冷却器并返回到排气系统，启动第二模式；以及当发动机停用期间期望通过排气加热时，通过打开第一阀并关闭第二阀以使排气从排气系统流到进气系统，启动第三模式。该系统的第一示例还包括：其中第一模式还包括使冷却剂流到冷却器。任选地包括第一示例的该系统的第二示例还包括：其中第二模式还包括不使冷却剂流到冷却器。任选地包括第一和/或第二示例的该系统的第三示例还包括：其中冷却器是第一冷却器，并且还包括布置在第一冷却器下游或平行于第一冷却器布置的第二冷却器，并且其中第一冷却器和第二冷却器中的每个包括相变材料。任选地包括第一至第三示例中的一个或多个的该系统的第四示例还包括：其中第三模式还包括第一阀处于比第一模式中的第一阀的位置更少打开的位置。任选地包括第一至第四示例中的一个或多个的该系统的第五示例还包括：其中发动机停用包括其中发动机未被加燃料。任选地包括第一至第五示例中的一个或多个的该系统的第六示例还包括：其中第三模式还包括不存在EGR请求。任选地包括第一至第六示例中的一个或多个的该系统的第七示例还包括：其中第二模式是能量回收模式，并且其中来自排气的热在被重定向到排气系统之前被传递到相变材料。任选地包括第一至第七示例中的一个或多个的该系统的第八示例还包括：其中第三模式包括其中加热排气还包括冷却相变材料。任选地包括第一至第八示例中的一个或多个的该系统的第九示例还包括：其中处于第三模式中的排气包括与第一模式中的排气不同的组分，并且其中第三模式中的排气包括比第一模式中的排气少的碳氢化合物。

一种方法的实施例包括：在第一操作模式期间，在使具有第一温度的排气流到进气系统之前使该排气流到冷却器；在第二操作模式期间，在使具有第一温度的排气流到排气系统之前使该排气流到冷却器；以及在第三操作模式期间，在使具有不同于第一温度的第二温度的排气流到进气系统之前使该排气流到冷却器，其中发动机在第一和第二操作模式中燃烧并且其中发动机在第三操作模式期间被停用，并且其中冷却器包括相变材料。该方法的第一示例还包括：其中在第一和第二操作模式期间加热冷却器的相变材料，以及在第三操作模式期间冷却冷却器的相变材料。任选地包括第一示例的该方法的第二示例还包括：其中冷却器在第三操作模式期间使排气变暖，并且其中第三操作模式中的排气在发动机停用时加热或维持发动机温度。任选地包括第一和/或第二示例的该方法的第三示例还包括：其中冷却器布置在将排气系统流体地联接到进气系统的EGR通道中，还包括布置在EGR通道和进气系统之间的接合处的第一控制元件，其中第一控制元件在第一和第三操作模式期间至少部分地打开并且在第二操作模式期间关闭，还包括将冷却器下游的EGR通道的一部分流体地连接到排气系统的另一排气传导管路，并且其中第二控制元件布置在该另一排气传导管路中，其中第二控制元件在第二操作模式期间至少部分地打开并且在第一和第三操作模式期间关闭。任选地包括第一至第三示例中的一个或多个的该方法的第四示例还包括：其中第一操作模式还包括存在EGR请求，并且其中第三操作模式包括不存在EGR请求。

注意，本文包括的示例控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂态存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统组合各种传感器、致动器以及其他发动机硬件来进行。本文所描述的特定例程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、并行执行或在一些情况下被省略。同样地，处理的次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而提供所描绘的处理次序。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态存储器中的代码，其中所描述的动作通过结合电子控制器执行在包括各种发动机硬件部件的系统中的指令来进行。

应当理解，本文公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变化是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。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。

如本文所使用的，除非另有说明，否则术语“大致/约”被解释为表示该范围的±5％。

所附权利要求特别指出被认为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”要素或“第一”要素或其等同形式。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可以通过本申请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来要求保护。此类权利要求，无论是范围宽于、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 (20)

1.一种方法，其包括：

在发动机停用期间，使经由沿着再循环管路布置的EGR冷却器加热的排气流动到进气系统；并且

通过EGR冷却器加热所述排气。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述EGR冷却器包括相变材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述发动机停用之外加热所述EGR冷却器。

4.根据权利要求3所述的方法，其中加热所述EGR冷却器包括第一操作模式和第二操作模式，其中所述第一操作模式包括使经由所述EGR冷却器冷却的排气流动至所述进气系统，并且其中所述第二操作模式包括使排气从排气通道流到所述EGR冷却器并且返回到所述排气通道而不使所述排气流到所述进气系统。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一操作模式还包括使冷却剂流到所述EGR冷却器，并且其中所述第二操作模式包括所述EGR冷却器没有冷却剂。

6.一种系统，其包括：

被成形为从进气系统接收气体并且被成形为将气体排出到排气系统的发动机；

将所述排气系统流体地联接到所述进气系统的再循环管路，所述再循环管路包括包含相变材料的冷却器；以及

控制器，其具有存储在其存储器上的计算机可读指令，当执行所述计算机可读指令时，使得所述控制器：

当发动机燃烧期间需要EGR时，通过打开第一阀并且关闭第二阀以使排气从所述排气系统流到所述进气系统，启动第一模式；

当发动机燃烧期间不需要EGR时，通过关闭所述第一阀并且打开所述第二阀以使排气流到所述冷却器并且返回到所述排气系统，启动第二模式；以及

当发动机停用期间期望通过排气加热时，通过打开所述第一阀并且关闭所述第二阀以使排气从所述排气系统流到所述进气系统，启动第三模式。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一模式还包括使冷却剂流到所述冷却器。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二模式还包括不使冷却剂流到所述冷却器。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述冷却器是第一冷却器，并且所述系统还包括布置在所述第一冷却器下游或平行于所述第一冷却器布置的第二冷却器，并且其中所述第一冷却器和所述第二冷却器中的每个包括所述相变材料。

10.根据权利要求6所述的系统，其中所述第三模式还包括所述第一阀处于比所述第一模式中的所述第一阀的位置更少打开的位置。

11.根据权利要求6所述的系统，其中所述发动机停用包括其中所述发动机未被加燃料。

12.根据权利要求6所述的系统，其中所述第三模式还包括不存在EGR请求。

13.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二模式是能量回收模式，并且其中来自所述排气的热在被重定向到所述排气系统之前被传递到所述相变材料。

14.根据权利要求6所述的系统，其中所述第三模式包括其中加热所述排气还包括冷却所述相变材料。

15.根据权利要求6所述的系统，其中所述第三模式中的所述排气包括与所述第一模式中的所述排气不同的组分，并且其中所述第三模式中的所述排气包括比所述第一模式中的所述排气少的碳氢化合物。

16.一种方法，其包括：

在第一操作模式期间，在使具有第一温度的排气流到进气系统之前使所述排气流到冷却器；

在第二操作模式期间，在使具有所述第一温度的排气流到排气系统之前使所述排气流到所述冷却器；以及

在第三操作模式期间，在使具有不同于所述第一温度的第二温度的排气流到所述进气系统之前使该排气流到所述冷却器，其中发动机在所述第一操作模式和所述第二操作模式中燃烧并且其中所述发动机在所述第三操作模式期间被停用，并且其中所述冷却器包括相变材料。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：在所述第一操作模式和所述第二操作模式期间加热所述冷却器的所述相变材料，以及在所述第三操作模式期间冷却所述冷却器的所述相变材料。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述冷却器在所述第三操作模式期间使所述排气变暖，并且其中所述第三操作模式中的所述排气在所述发动机被停用时加热或维持发动机温度。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述冷却器被布置在将所述排气系统流体地联接到所述进气系统的EGR通道中，所述方法还包括第一控制元件被布置在所述EGR通道和所述进气系统之间的接合处，其中所述第一控制元件在所述第一操作模式和所述第三操作模式期间至少部分地打开并且在所述第二操作模式期间关闭，所述方法还包括另一排气传导管路将所述冷却器下游的所述EGR通道的一部分流体地联接到所述排气系统，并且其中第二控制元件被布置在所述另一排气传导管路中，其中所述第二控制元件在所述第二操作模式期间至少部分地打开并且在所述第一操作模式和所述第三操作模式期间关闭。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一操作模式还包括存在EGR请求，并且其中所述第三操作模式包括不存在所述EGR请求。