CN114294104A - 内燃发动机系统 - Google Patents

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弗雷德里克·拉姆
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Abstract

内燃发动机系统，包括：内燃发动机；涡轮增压器涡轮，连接到涡轮增压器压缩机；进气系统；排气系统；EGR导管；EGR阀；和布置在EGR导管中的涡轮机械。EGR阀和涡轮机械被定位在EGR导管中，使得通过EGR导管朝向进气系统的高压排气流在到达涡轮机械之前先到达EGR阀；附加的排气导管布置在EGR导管与排气系统的在涡轮增压器涡轮下游的位点之间，以允许排气在EGR导管和该位点之间流动而不通过涡轮增压器涡轮，附加的排气导管在EGR阀和涡轮机械之间的位点处连接到EGR导管，从而即使EGR阀关闭，也在涡轮机械与附加的排气导管之间提供连通；附加的排气阀被布置成与附加的排气导管连接以对通过附加的排气导管的气流提供调节。还涉及操作这种发动机系统的方法。

Description

内燃发动机系统
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机系统和用于操作内燃发动机系统的方法。
本发明尤其可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车以及建筑设备。尽管将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆。
背景技术
内燃发动机系统通常包括涡轮增压装置，其中，排气驱动与压缩机连接的涡轮，该压缩机进而压缩要馈送到发动机的进气。这种发动机系统的一个众所周知的问题是涡轮迟滞(turbo lag)，即，在机动或低负荷运行期间，涡轮增压压缩机减速之后需要花费一些时间来加速。
DE102016224192解决了这个问题，并且提出了一种发动机系统，该发动机系统设有电动压缩机形式的涡轮机械，该涡轮机械布置在进气管道中，并且经由EGR导管绕过发动机以使该涡轮增压器涡轮加速。这可能对某些发动机系统有用，但在DE102016224192中同样关注的增压压力升高的情况下并不具有显著的重要性，所提出的解决方案相当昂贵。此外，并非所有的发动机系统都能在进气管道中提供用于布置电动压缩机的空间。
因此，在这一领域需要进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种内燃发动机系统，该内燃发动机系统以有效的方式提供减少的涡轮迟滞。另一个目的是提供一种用于操作这种发动机系统的方法。这些目的通过根据下文所述的发动机系统和方法来实现。
在本发明的一个方面，本发明涉及一种内燃发动机系统，其包括：内燃发动机，该内燃发动机设有至少一个气缸；涡轮增压器装置，该涡轮增压器装置包括涡轮增压器涡轮，该涡轮增压器涡轮被操作地连接到涡轮增压器压缩机；进气系统，该进气系统被布置成经由涡轮增压器压缩机将进气馈送到所述至少一个气缸；排气系统，该排气系统被布置成馈送出自所述至少一个气缸的排气并且经由该涡轮增压器涡轮馈送排气以驱动涡轮增压器压缩机；排气再循环(EGR)导管，该排气再循环导管布置在排气系统的涡轮增压器涡轮上游的位点与进气系统的涡轮增压器压缩机下游的位点之间，以允许高压排气从排气系统再循环到进气系统；EGR阀，该EGR阀布置在EGR导管中，以对通过EGR导管的气流提供调节；以及涡轮机械(trubomachine)，该涡轮机械被构造成在内燃发动机系统中提供强制气流。
此外，该涡轮机械布置在EGR导管中，以允许强制气流流过EGR导管；该EGR阀和涡轮机械相对于彼此定位在该EGR导管中，使得穿过EGR导管朝向进气系统的排气流在到达涡轮机械之前先到达EGR阀；附加的排气导管布置在EGR导管与排气系统的在涡轮增压器涡轮下游的位点之间，以允许排气在EGR导管与在涡轮增压器涡轮下游的该位点之间流动而不通过涡轮增压器涡轮，其中，所述附加的排气导管在EGR阀和涡轮机械之间连接到EGR导管，从而即使EGR阀被关闭，也在涡轮机械与所述附加的排气导管之间提供连通；并且附加的排气阀被布置成与所述附加的排气导管连接，以对通过所述附加的排气导管的气流提供调节。
总而言之，该ICE系统包括多个部分的组合，这些部分例如是涡轮增压器装置、高压EGR系统、布置在EGR导管中的涡轮机械(例如罗茨式鼓风机的EGR泵)以及特定的附加排气导管(具有阀)，参照通过EGR导管的EGR流的正常方向，该附加的排气导管在涡轮增压器涡轮下游的排气系统与在EGR阀下游和EGR泵上游的位点处的EGR导管之间提供连接。术语“位点”在本公开中用于通用地表示部位或位置或类似物。
这种内燃发动机系统对于减少涡轮迟滞是有用的，因为它可以采用以下操作方法：
-关闭EGR阀，以防止或至少显著地限制通过所述EGR导管的再循环排气流；
-打开所述附加的排气阀，以允许排气通过所述附加的排气导管流动到所述EGR导管中；以及
-使涡轮机械运行，以驱使已经通过涡轮增压器涡轮的排气流过所述附加的排气导管并进一步通过所述EGR导管流到进气系统。
当根据上文来操作该发动机系统时，产生了再循环回路，该再循环回路允许气体从发动机气缸再循环，通过排气系统，穿过涡轮增压器涡轮，进入排气旁通导管中，进一步进入进气系统中并返回到发动机气缸。并且，由于该涡轮机械运行以驱动气流，因此，即使通过发动机系统的总气流很小，也能够在该再循环回路中实现高的气体流量。进而，该再循环回路中的高的气体流量意味着涡轮增压器涡轮能够保持在较高的转速下，或者，如果允许减速，则能够迅速加速。所产生的再循环回路增大了涡轮压力比和涡轮速度，并且还通过减少气体交换功来减少发动机机动摩擦。简而言之，主要效果在于，能够在机动或低负荷情形下减少或避免涡轮迟滞。
在一个实施例中，该内燃发动机系统还包括至少一个主阀，该至少一个主阀被布置成调节通过该内燃发动机系统的总气流。该主阀可以为进气节流阀/ITV和/或排气阀/CLB的形式。那么，该方法还可以包括以下步骤：
-部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀以减少通过该内燃发动机系统的总气流。
通过根据具有附加步骤的上述方法来操作上述发动机系统，提供了附加优点：即，可以避免使布置在涡轮下游和所述附加的排气导管下游的排气后处理系统(EATS)冷却，这是因为能够显著地减小通过该EATS的冷排气的流量。大多数内燃发动机系统设有以这种方式布置的EATS以及上述类型的主阀，因此对于大多数发动机系统来说，上述发动机系统和方法提供了双重有利效果。可以注意到，减少涡轮迟滞的效果不依赖于任何EATS的存在。
上述内燃发动机系统的另一优点在于：可以免于设置例如具有标准涡轮安装式废气门的常规涡轮旁路，因为所述附加的排气导管和对应的阀能够通过在EGR阀和所述附加的排气阀二者均打开的情况下操作该发动机系统来代替常规部件。在这种情况下，使用罗茨式鼓风机或类似形式的涡轮机械是有用的，因为这种鼓风机还可以用作附加的EGR阀，并因此在(一部分)排气被馈送通过EGR导管的一部分并且进一步被馈送通过所述附加的排气导管时关闭EGR导管(在更靠近进气系统的位点处)，从而绕过该涡轮。
EGR阀和所述附加的排气阀(“废气门”)可以组合在一个多路阀(通常是三通阀)中，该多路阀布置在所述附加的排气导管与EGR导管连接的位置处。
优选对所述主阀(即，通常是进气节流阀和/或主排气阀)、以及涡轮机械/EGR泵的驱动速度进行适当地控制，以避免在涡轮增压器压缩机中出现喘振。为了避免与压缩机喘振有关的问题，可能有利的是在进气系统中布置涡轮增压器压缩机的再循环导管，该再循环导管允许进气再循环到压缩机中并且为该导管提供压缩机再循环阀(有时被表示为排放再循环阀，DRV)，以控制所述再循环。这将在下面进一步描述。
在一个实施例中，所述至少一个主阀包括进气节流阀，该进气节流阀在进气系统中布置在涡轮增压器压缩机下游。
在一个实施例中，所述至少一个主阀包括主排气阀，该主排气阀布置在涡轮增压器涡轮下游并且也在所述附加的排气导管下游。
所述进气节流阀和主排气阀二者的一个或两个可以用在部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀以减少通过内燃发动机系统的总气流的上述步骤中。
在一个实施例中，所述EGR阀和所述附加的排气阀是分开的阀，这些分开的阀分别布置在EGR导管和所述附加的排气导管中或者与EGR导管和所述附加的排气导管连接。替代地，所述EGR阀和所述附加的排气阀形成公用多路阀的一部分，该公用多路阀被布置成同时与EGR导管和所述附加的排气导管连接。
在一个实施例中，所述进气系统设有压缩机再循环导管，该压缩机再循环导管在涡轮增压器压缩机的上游和下游连接到主进气通道，其中，该压缩机再循环导管设有压缩机再循环阀，该压缩机再循环阀用于控制通过所述压缩机再循环导管的空气流。
当涡轮增压器压缩机中存在所谓的喘振风险时，优选打开该压缩机再循环阀。能够基于与通过涡轮增压器压缩机的空气流以及该涡轮增压器压缩机上的压力比相关的信息来检测该喘振风险。
在一个实施例中，所述内燃发动机系统设有排气后处理系统(EATS)，该排气后处理系统(EATS)布置在涡轮增压器涡轮下游并且也在所述附加的排气导管下游。在一个实施例中，该EATS布置在主排气阀下游。
在一个实施例中，所述涡轮机械是正排量机械，该正排量机械被构造成通过捕获固定量的气体并驱使所捕获量的气体从该正排量机械的入口流到出口而将气体从该入口移位到出口。这种涡轮机械可以有效地泵送排气，并且还可以用作能够防止任何气体流过(除了由于泄漏而产生的极小流量)的阀。在一个实施例中，该正排量机械是旋转罗茨式鼓风机，该旋转罗茨式鼓风机具有设有啮合凸瓣(meshing lobes)的一对旋转构件。
在一个实施例中，所述内燃发动机系统还包括可变驱动单元，该可变驱动单元被布置成驱动所述涡轮机械，并且其中，所述内燃发动机系统被配置成控制该驱动单元，以控制通过所述正排量机械的排气流。
在本发明的另一方面，本发明涉及一种用于操作上述类型的内燃发动机系统的方法，其中，该方法包括以下步骤：
-关闭EGR阀，以防止或至少显著地限制通过EGR导管的再循环排气流；
-打开所述附加的排气阀，以允许排气通过所述附加的排气导管流动到EGR导管中；以及
-使所述涡轮机械运行，以驱使已经通过涡轮增压器涡轮的排气流过所述附加的排气导管并进一步通过EGR导管流到进气系统。
在该发动机系统设有至少一个主阀(该主阀被布置成对通过内燃发动机系统的总气流进行调节)的实施例中，该方法可以包括以下步骤：
-部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀以减少通过内燃发动机系统的总气流。
在一个实施例中，部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀的步骤包括以下步骤：
-部分关闭或完全关闭进气节流阀和/或部分关闭或完全关闭主排气阀，该进气节流阀在进气系统中布置在涡轮增压器压缩机下游，该主排气阀布置在涡轮增压器涡轮下游并且也在所述附加的排气导管下游。
在一个实施例中，关闭EGR阀和打开所述附加的排气阀的步骤通过以下方式执行：
-关闭单独的EGR阀并打开单独的所述附加的排气阀，该EGR阀布置在EGR导管中或者与EGR导管连接，该附加的排气阀布置在排气旁通导管中或者与排气旁通导管连接；或者
-操作一个多路阀，该多路阀被布置成同时与EGR导管和所述附加的排气导管连接，其中，该多路阀被构造成既作为EGR阀又作为所述附加的排气阀工作。
在一个实施例中，该方法包括以下步骤：
-确定内燃发动机的当前扭矩，并且确定当前扭矩是否低于阈值水平，或者
-确定当前踏板位置或其它扭矩请求，并且确定当前踏板位置或扭矩请求是否低于阈值水平，
然后，如果当前扭矩或踏板位置/所请求的扭矩低于对应的阈值，则
-执行根据上文所述的方法。
因此，这是用于启动该方法的一般步骤的触发程序。该触发程序可以例如在内燃发动机系统以正常模式运行时或多或少连续地运行，在该正常模式下，排气可以在EGR阀打开并且所述附加的排气阀关闭的情况下、并且在该涡轮机械被设定为某个驱动水平的情况下以常规方式通过EGR导管再循环，该驱动水平例如可取决于发动机系统的特定操作条件。所述扭矩请求可以是控制算法中的内部值，该内部值是由发动机系统根据诸如踏板位置等的条件结合混合动力车辆中的电动机和内燃发动机的组合条件而请求的。此外，在自动驾驶车辆中，所述扭矩请求并非是基于驾驶员对物理加速踏板的动作，而是可基于表示物理踏板的位置的信号。
在一个实施例中，该方法包括基于以下控制参数中的至少一个来控制被布置在EGR导管中的涡轮机械的驱动速度的步骤：
-使涡轮增压器装置的转速保持在给定区间内；
-使从内燃发动机系统流出的总排气流保持低于阈值水平；
-使通过所述涡轮机械的排气的质量流量与供应到发动机的气体的总质量流量之间的比率保持在给定区间内；和/或
-使所述涡轮机械的驱动速度保持在给定区间内。
所述涡轮机械的驱动速度的给定区间对于不同的发动机速度可能是不同的。
为了中断该方法，可以包括这样的步骤：在该步骤中，确定当前扭矩或踏板位置/所请求的扭矩是否高于对应的阈值。如果“是”，可以将该系统设定为返回到正常运行模式。
在以下描述中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下面是作为示例列举的本发明的实施例的更详细描述。
图1示出了卡车形式的车辆，该车辆设有内燃发动机系统。
图2以示意图示出了根据本发明的内燃发动机系统的示例实施例。
图3以示意图示出了罗茨式鼓风机形式的涡轮机械，该涡轮机械形成图2的实施例的一部分。
图4示出了用于根据本发明的方法的示例实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了卡车100形式的车辆，该车辆设有内燃发动机系统1。图2以示意图示出了内燃发动机系统1的示例实施例。
如图2中所示，内燃发动机系统1包括内燃发动机2，该内燃发动机在这种情况下设有六个气缸3。涡轮增压器装置4包括涡轮增压器涡轮5，该涡轮增压器涡轮5被操作地连接到涡轮增压器压缩机6，该涡轮增压器压缩机6经由进气系统7将进气馈送到发动机2。排气系统8被布置成经由涡轮增压器涡轮5馈送出自发动机2及其气缸3的排气，以驱动涡轮增压器压缩机6。排气再循环(EGR)导管10布置在排气系统的涡轮增压器涡轮5上游的位点(即，部位或位置)11与进气系统7的涡轮增压器压缩机6下游的位点12之间，以允许高压排气从排气系统8再循环到进气系统7。
此外，EGR阀13布置在EGR导管10中，以对通过EGR导管10的高压排气流提供调节。在本示例中，系统1设有被布置成调节通过内燃发动机系统1的总气流的两个主阀：进气节流阀14，该进气节流阀14在进气系统7中布置在涡轮增压器压缩机6下游；以及主排气阀15，该主排气阀15布置在涡轮增压器涡轮5下游并且还在附加的排气导管16下游。
涡轮机械9布置在EGR导管10中，以提供流过EGR导管10的强制气流。如图3中所示，该涡轮机械在这种情况下是正排量机械9，该正排量机械9被构造成：通过捕获固定量的气体并驱使所捕获量的气体从正排量机械9的入口9a流到出口9b而将气体从入口9a移位到出口9b。此外，正排量机械9是旋转罗茨式鼓风机，其具有一对旋转构件91、92，这一对旋转构件91、92设有啮合凸瓣91a、91b、92a、92b。
内燃发动机系统1还包括可变驱动单元22，该可变驱动单元22被布置成驱动涡轮机械9，并且，内燃发动机系统1被配置成控制该驱动单元22，以控制通过涡轮机械9的排气流。驱动单元22可以是电动机。
如图2中所示，EGR阀13和涡轮机械9相对于彼此定位在EGR导管10中，使得通过EGR导管10朝向进气系统7的高压排气流在到达涡轮机械9之前先到达EGR阀13。也就是说，参照从发动机2通过EGR导管10朝向进气系统7的排气流，EGR阀13定位在涡轮机械9上游。
附加的排气导管16布置在EGR导管10与排气系统8的在涡轮增压器涡轮5下游的位点17之间，以允许排气在EGR导管10与涡轮增压器涡轮5下游的位点17之间流动而不通过涡轮增压器涡轮5。因此，取决于发动机系统1的设置，气体能够沿任一方向流过该附加的排气导管16。附加的排气导管16在EGR阀13和涡轮机械9之间的位点27处连接到EGR导管10，从而即使EGR阀13被关闭，也在涡轮机械9和所述附加的排气导管16之间提供连通。附加的排气阀18被布置成与附加的排气导管16连接，以对通过所述附加的排气导管16的气流提供调节。
图2中的箭头指示了在EGR阀13关闭、附加的排气阀18打开并且涡轮机械/鼓风机9工作以驱使气体朝向进气系统7行进的运行模式下的气体流动方向，这意味着已经穿过涡轮5的排气的一部分通过所述附加的排气导管16并通过EGR导管10的一部分被再循环回到进气系统7并进入发动机2中。
图2中的括号内的箭头指示了在其它运行模式下的气体流动方向。一个示例是发动机系统1的正常运行模式，在该正常运行模式下，EGR阀13打开并且所述附加的排气阀18被关闭，使得高压排气以常规方式再循环(除了鼓风机9能够强制流动之外)通过整个EGR导管10。另一示例是：在正排量机械9停止以用作附加的EGR阀的同时，EGR阀13和所述附加的排气阀18都打开。(本示例中使用的具有啮合凸瓣等的正排量机械能够用作关闭的阀。相比之下，普通压缩机并不具有这一能力，因为气体能够在固定叶片之间流动)。在这种模式下，发动机系统1的排气系统8用作废气门，其中，排气在从发动机系统1排出之前绕过涡轮5。通过以反向模式操作排量机械9(这对于所例示的正排量机械是可能的)，还可以使一部分进气或所有进气绕过发动机2，并且“向后”流动通过EGR导管10并进一步通过涡轮5或通过所述附加的导管16。
进气系统7可以设有压缩机再循环导管19，该压缩机再循环导管19在涡轮增压器压缩机6的上游和下游连接到主进气通道，并且压缩机再循环导管19可以设有压缩机再循环阀20，该压缩机再循环阀20用于控制通过压缩机再循环导管19的空气流。
内燃发动机系统1还可以设有排气后处理系统(EATS)21，该排气后处理系统(EATS)21布置在涡轮增压器涡轮5下游，并且还在所述附加的排气导管16和主排气阀15二者的下游。EATS 21可以包括各种部件，用于在将排气释放到周围环境中之前减少例如NOx和颗粒物的量。
发动机系统1中还可以包括进气冷却器21和EGR冷却器23。
内燃发动机系统1还设有控制系统，该控制系统包括控制单元/控制电路(未示出)以及各种传感器和启动器(未示出)，用于控制各种系统部件(例如阀13、14、15、18、20和可变驱动单元22)并且用于整体控制发动机系统1。发送到控制单元的控制信号的示例是内燃发动机2的当前扭矩、加速踏板的当前位置或其它扭矩请求、涡轮装置转速、系统1中的各个位点处的温度、阀的当前设置、关于各个位点处的气体流量的信息、涡轮机械9的驱动速度等。该控制单元被配置成基于控制信号输入和各种预设的例程或特性图来控制系统1，并且还能够判定某些值是低于还是高于某些阈值并例如基于这种判定来控制系统1。
可以注意到的是，在图2所示的示例实施例中，EGR阀13和所述附加的排气阀18被示出为分开的阀，这些分开的阀分别布置在EGR导管10和所述附加的排气导管16中，或者与EGR导管10和所述附加的排气导管16连接。然而，EGR阀13和所述附加的排气阀18可以替代地形成公用多路阀的一部分，该公用多路阀被布置成同时与EGR导管10和所述附加的排气导管16连接。参照图2，这样的多路阀可以布置在位点27处。
图4示出了用于根据本发明的方法的示例实施例的流程图。所例示的该方法可以从内燃发动机系统1在正常运行模式下运行的情形开始，在该正常运行模式下，EGR阀13打开，所述附加的排气阀18关闭并且排量机械9工作，使得高压排气再循环通过整个EGR导管10。所例示的该方法包括以下步骤：
S10-关闭EGR阀13，以防止或至少显著地限制通过EGR导管10的再循环高压排气流；
S20-打开所述附加的排气阀18，以允许排气通过所述附加的排气导管16流动到EGR导管10中；
S30-使涡轮机械9运行，以驱使已经通过涡轮增压器涡轮5的排气流过所述附加的排气导管16并进一步通过EGR导管10流到进气系统7；以及
S40-部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀(即本文所示出的示例中的进气节流阀14和/或主排气阀15)，以减少通过内燃发动机系统1的总气流。
在本示例中，通过关闭单独的EGR阀13并打开单独的附加排气阀18来执行步骤10和20。如果系统1替代地设有被构造成同时作为EGR阀和附加的排气阀运行的公用多路阀(如上所述)，则该步骤将替代地是操作该多路阀，从而实现相同的效果。
如前所述，步骤S40并非必须用于加速涡轮增压器装置4，而是主要用于避免冷却EATS 21。
该方法可以包括基于以下控制参数中的至少一个来控制被布置在EGR导管10中的涡轮机械9的驱动速度的步骤：
-使涡轮增压器装置4的转速保持在给定区间内；
-使从内燃发动机系统1流出的总排气流保持低于阈值水平；
-使通过涡轮机械9的排气的质量流量与供应到发动机2的气体的总质量流量之间的比率保持在给定区间内；和/或
-使涡轮机械9的驱动速度保持在给定区间内。
该方法还可以包括以下步骤：
S05A-确定内燃发动机2的当前扭矩，并且确定当前扭矩是否低于阈值水平，或者
S05B-确定当前踏板位置或其它扭矩请求，并且确定当前踏板位置或扭矩请求是否低于阈值水平，
然后，如果当前扭矩或踏板位置/所请求的扭矩低于对应的阈值，
-则执行步骤S10到S40。
因此，上文是用于启动步骤S10到S40的触发步骤。可能用于触发该方法或可能形成触发该方法的一部分的另一参数是低于特定阈值的排气温度或EATS温度。也可以涉及预测控制策略，参见下文。
为了切换(回到)正常运行模式，该方法可以包括以下步骤：确定当前扭矩或踏板位置/所请求的扭矩或温度是否高于对应的阈值，如果“是”，则打开EGR阀13，关闭所述附加的排气阀，并且例如根据所请求的扭矩来调节涡轮机械9的运行并且部分打开或完全打开进气节流阀14和/或主排气阀15。
因此，所述控制单元被配置成执行上述方法步骤。
关于控制策略，可以添加以下内容：
1.检测EMS/控制单元中的发动机机动(engine motoring)或低扭矩。可能是扭矩，则表明扭矩或踏板位置是否低于特定阈值。
与检测所述机动或低扭矩相结合地测量或预测低排气温度、EATS温度、环境温度或冷却剂温度也可以是触发因素。
此外，可以将控件连接到预测控制策略(了解未来将发生什么)。例如，如果卡车前方存在大上坡，则可能不需要使用保持EATS热量的方法。
2.关闭EGR阀13并打开所述附加的排气阀18。运行EGR泵/涡轮机械9，以使气体从涡轮5后面流入进气歧管7。
3.控制EGR泵/涡轮机械9的速度。这可以通过多种方式完成，例如：
-进行控制以保持一定的涡轮速度。如果涡轮速度被认为太低，则可以通过提高EGR泵速度来提高该涡轮速度。
-进行控制以使通过EATS的排气流量保持低于特定阈值。如果通过EATS的气体流量被认为过高，则可以通过增加EGR泵速度来减少该气体流量。
-根据预设的流量图来控制泵速度。
-根据预设的EGR流量比例图(进入发动机中的总气体质量流量的质量流量比例)控制泵速度。
-根据预设的泵速度图来控制泵速度。
4.如果检测到比阈值水平(在上面第1点中描述)高的扭矩，则所述附加的排气阀18应再次关闭。如果请求快速瞬变(例如，驾驶员的全油门、高的踏板增加速率、或低的空气/燃料比)，EGR阀13能够再次打开或保持关闭。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在本发明的范围内进行许多修改和变型。

Claims (17)

1.一种内燃发动机系统(1)，包括：
-内燃发动机(2)，所述内燃发动机(2)设有至少一个气缸(3)；
-涡轮增压器装置(4)，所述涡流增压器装置(4)包括涡轮增压器涡轮(5)，所述涡轮增压器涡轮(5)被操作地连接到涡轮增压器压缩机(6)；
-进气系统(7)，所述进气系统(7)被布置成经由所述涡轮增压器压缩机(6)将进气馈送到所述至少一个气缸(3)；
-排气系统(8)，所述排气系统(8)被布置成馈送出自所述至少一个气缸(3)的排气并且经由所述涡轮增压器涡轮(5)馈送排气以驱动所述涡轮增压器压缩机(6)；
-排气再循环(EGR)导管(10)，所述排气再循环导管(10)布置在所述排气系统的所述涡轮增压器涡轮(5)上游的位点(11)与所述进气系统(7)的所述涡轮增压器压缩机(6)下游的位点(12)之间，以允许高压排气从所述排气系统(8)再循环到所述进气系统(7)；
-EGR阀(13)，所述EGR阀(13)布置在所述EGR导管(10)中，以对通过所述EGR导管(10)的高压排气流提供调节；以及
-涡轮机械(9)，所述涡轮机械(9)被构造成在所述内燃发动机系统(1)中提供强制气流，
其特征在于，
-所述涡轮机械(9)布置在所述EGR导管(10)中，以允许强制气流流过所述EGR导管(10)；
-所述EGR阀(13)和所述涡轮机械(9)相对于彼此定位在所述EGR导管(10)中，使得穿过所述EGR导管(10)朝向所述进气系统(7)的高压排气流在到达所述涡轮机械(9)之前先到达所述EGR阀(13)；
-附加的排气导管(16)布置在所述EGR导管(10)与所述排气系统(8)的在所述涡轮增压器涡轮(5)下游的位点(17)之间，以允许排气在所述EGR导管(10)与在所述涡轮增压器涡轮(5)下游的所述位点(17)之间流动而不经过所述涡轮增压器涡轮(5)，其中，所述附加的排气导管(16)在所述EGR阀(13)和所述涡轮机械(9)之间的位点(27)处连接到所述EGR导管(10)，从而即使所述EGR阀(13)被关闭，也在所述涡轮机械(9)与所述附加的排气导管(16)之间提供连通；并且
-附加的排气阀(18)被布置成与所述附加的排气导管(16)连接，以对通过所述附加的排气导管(16)的气流提供调节，
-其中，所述内燃发动机系统(1)设有排气后处理系统(EATS)(21)，所述排气后处理系统(21)布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游，并且也在所述附加的排气导管(16)下游。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述系统(1)还包括至少一个主阀(14、15)，所述至少一个主阀(14、15)被布置成调节通过所述内燃发动机系统(1)的总气流。
3.根据权利要求2所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述至少一个主阀包括进气节流阀(14)，所述进气节流阀(14)在所述进气系统(7)中布置在所述涡轮增压器压缩机(6)下游，和/或其中，所述至少一个主阀包括主排气阀(15)，所述主排气阀(15)布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游并且也在所述附加的排气导管(16)下游。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述EGR阀(13)和所述附加的排气阀(18)是分开的阀，所述分开的阀分别布置在所述EGR导管(10)和所述附加的排气导管(16)中或者与所述EGR导管(10)及所述附加的排气导管(16)连接，或者其中，所述EGR阀(13)和所述附加的排气阀(18)形成公用多路阀的一部分，所述公用多路阀被布置成同时与所述EGR导管(10)和所述附加的排气导管(16)连接。
5.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述进气系统(7)设有压缩机再循环导管(19)，所述压缩机再循环导管(19)在所述涡轮增压器压缩机(6)的上游和下游连接到主进气通道，其中，所述压缩机再循环导管(19)设有压缩机再循环阀(20)，所述压缩机再循环阀(20)用于控制通过所述压缩机再循环导管(19)的空气流。
6.根据权利要求3所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述至少一个主阀包括布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游并且也在所述附加的排气导管(16)下游的所述主排气阀(15)，并且其中，所述EATS(21)布置在所述主排气阀(15)下游。
7.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述涡轮机械是正排量机械(9)，所述正排量机械(9)被构造成：通过捕获固定量的气体并驱使所捕获量的气体从所述正排量机械的入口(9a)流到出口(9b)而将气体从所述入口(9a)移位到所述出口(9b)。
8.根据权利要求7所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述正排量机械(9)是旋转罗茨式鼓风机，所述旋转罗茨式鼓风机具有设有啮合凸瓣(91a、91b、92a、92b)的一对旋转构件(91、92)。
9.根据权利要求1到3中的任一项所述的内燃发动机系统(1)，其中，所述内燃发动机系统(1)还包括可变驱动单元(22)，所述可变驱动单元(22)被布置成驱动所述涡轮机械(9)，并且其中，所述内燃发动机系统(1)被配置成控制所述驱动单元(22)，以控制通过所述涡轮机械(9)的排气流。
10.一种用于操作根据上述权利要求中的任一项所述的内燃发动机系统(1)的方法，所述方法包括：
-关闭所述EGR阀(13)，以防止或至少显著地限制通过所述EGR导管(10)的再循环高压排气流；
-打开所述附加的排气阀(18)，以允许排气通过所述附加的排气导管(16)流动到所述EGR导管(10)中；以及
-使所述涡轮机械(9)运行，以驱使已经通过所述涡轮增压器涡轮(5)的排气流过所述附加的排气导管(16)并进一步通过所述EGR导管(10)流到所述进气系统(7)。
11.根据权利要求10所述的用于操作内燃发动机系统(1)的方法，其中，所述系统(1)包括至少一个主阀(14、15)，所述至少一个主阀(14、15)被布置成调节通过所述内燃发动机系统(1)的总气流，并且其中，所述方法包括以下步骤：
-部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀(14、15)以减少通过所述内燃发动机系统(1)的总气流。
12.根据权利要求11所述的用于操作内燃发动机系统(1)的方法，其中，部分关闭或完全关闭所述至少一个主阀(14、15)的步骤包括以下步骤：
-部分关闭或完全关闭进气节流阀(14)和/或部分关闭或完全关闭主排气阀(15)，所述进气节流阀(14)在所述进气系统(7)中布置在所述涡轮增压器压缩机(6)下游，所述主排气阀(15)布置在所述涡轮增压器涡轮(5)下游并且也在所述附加的排气导管(16)下游。
13.根据权利要求10到12中的任一项所述的用于操作内燃发动机系统(1)的方法，其中，关闭所述EGR阀(13)和打开所述附加的排气阀(18)的步骤通过以下方式执行：
-关闭单独的EGR阀(13)并打开单独的所述附加的排气阀(18)，所述EGR阀(13)布置在所述EGR导管(10)中或者与所述EGR导管连接，所述附加的排气阀(18)布置在排气旁通导管(16)中或者与所述排气旁通导管(16)连接；或者
-操作多路阀，该多路阀被布置成同时与所述EGR导管(10)和所述附加的排气导管(16)连接，其中，该多路阀被构造成既作为所述EGR阀又作为所述附加的排气阀工作。
14.根据权利要求10到12中的任一项所述的用于操作内燃发动机系统(1)的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-确定所述内燃发动机(2)的当前扭矩，并且确定所述当前扭矩是否低于阈值水平，或者
-确定当前踏板位置或其它扭矩请求，并且确定所述当前踏板位置或扭矩请求是否低于阈值水平，
然后，如果所述当前扭矩或所述踏板位置/所请求的扭矩低于对应的阈值，则
-执行根据权利要求10到13中的任一项所述的方法。
15.根据权利要求10到12中的任一项所述的用于操作内燃发动机系统(1)的方法，其中，所述方法包括基于以下控制参数中的至少一个来控制布置在所述EGR导管(10)中的所述涡轮机械(9)的驱动速度的步骤：
-使所述涡轮增压器装置(4)的转速保持在给定区间内；
-使从所述内燃发动机系统(1)流出的总排气流保持低于阈值水平；
-使通过所述涡轮机械(9)的排气的质量流量与供应到所述发动机(2)的气体的总质量流量之间的比率保持在给定区间内；和/或
-使所述涡轮机械(9)的所述驱动速度保持在给定区间内。
16.一种车辆(100)，其包括根据权利要求1到9中的任一项所述的内燃发动机系统(1)。
17.一种控制单元，所述控制单元用于控制内燃发动机系统(1)，所述控制单元被配置成执行根据权利要求10到15中的任一项所述的方法的步骤。
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