专利名称：带有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机以及操作所述类型内燃发动机的方法
技术领域：
本发明涉及这样的内燃发动机，其具有至少一个汽缸、处于出口侧用于经排气排放系统排放排气的至少一个排气管路、以及处于进口侧用于经进气系统供应增压空气的至少一个进气管路，该内燃发动机配备有
至少一个排气涡轮增压器，其包含布置在进气系统中的压缩机和布置在排气排放系统内的涡轮，
绕过至少一个汽缸的旁通管路，该旁通管路在压缩机下游从进气系统分叉，以便形成进口侧接合处，并且在涡轮(7b)下游通向排气排放系统，以及
包含再循环管路的至少一个排气再循环设备，其中再循环管路在涡轮上游从排气排放系统处分叉，以便形成出口侧接合处并且通向旁通管路。
背景技术：
在本发明的上下文中，至少一个排气管路被认为属于排气排放系统，并且至少一个进气管路被认为属于进气系统。
本发明还涉及用于操作具有液体型冷却设备的所述类型内燃发动机的方法，其中在至少一个排气再循环设备的再循环管路中提供冷却装置，该装置利用冷却剂运行并且被连接至内燃发动机的液体型冷却设备。
在本发明的上下文中，表述“内燃发动机”包含柴油发动机和火花点火式发动机以及还有使用混合燃烧过程操作的混合式内燃发动机。
在内燃发动机研发中，基本上寻求将燃料消耗量减至最小以及降低污染排放。在现有技术中，实施各种措施以实现所述目标。
关于污染问题，与降低氮氧化物排放高度相关，尤其是在柴油发动机的情况中。氮氧化物的形成不仅需要过量的空气，而且还需要高温度，因此降低氮氧化物排放的一个理念包括降低燃烧温度。
在此，排气再循环，也就是排气从排气排放系统再循环至进气系统，有利于实现该目标，其中通过增加排气再循·环率，能够相当大地降低氮氧化物排放。在此，确定排气再循环率XEeK如下:
xEGE-mEGR/ (mEGR+mFresh air)
其中HIkk表示再循环的排气质量，以及mF_h&表示被供应至至少一个汽缸的新鲜空气，其之前已通过压缩机被压缩。因此，在本发明的上下文中，增压空气除了新鲜空气之外还可包含再循环的排气。
为了显著降低氮氧化物排放，需要高的排气再循环率，其可能是Xkk ^ 60%到70%的量级。根据现有技术，在再循环管路中提供控制元件，也被称为EGR阀，用于调整待被再循环的排气量，也就是再循环率。排气再循环(EGR)可还被用于降低未燃烃的排放。
所提供的排气再循环设备是所谓的高压EGR设备，其中在涡轮上游从排气排放系统中抽出排气，并且排气被引进至压缩机下游的进气系统，或者被引进至旁通管路，其是或者能够被连接至进气系统。
本发明所涉及的内燃发动机不仅配有至少一个排气再循环设备，还具有至少一个排气润轮增压器，其包含被布置在进气系统中的压缩机和被布置在排气排放系统中的润轮。
在具有排气涡轮增压以及同时使用高压EGR设备的内燃发动机的运行中，存在基本冲突，该冲突为在涡轮上游所抽取的未通过涡轮引导的用于再循环的排气违背了原则，因此不可用于在进口侧上产生充气压力。
在提高排气再循环率的情况中，同时减少了引进至涡轮的排气流。通过涡轮的降低的排气质量流导致较低的涡轮压力比，结果充气压力比也下降，其等于较小的压缩机质量流。除了减少的充气压力之外，在压缩机操作中还将出现关于压缩机的喘振极限的其他的问题。
引导通过EGR设备的再循环管路的排气量和引导通过涡轮的排气量仅是流体流的两个例子，在内燃发动机运行过程中，必须通过控制元件测量和调整流体流。
排气涡轮增压器的涡轮时常被设计为具有小涡轮横截面的废气门涡轮，以改善处于低转速下的内燃发动机的扭矩特性。如果排气质量流超过临界值，那么通过打开控制元件，在所谓的排气放出过程中，部分排气流通过经过涡轮或者轮机推动器的旁通管路引导。放出排气同样地能够用作流体流的例子，其必须通过控制元件调整和控制。
如果内燃发动机配备了二次空气喷射设备或者液体型冷却设备，其中汽缸盖或者汽缸体被提供了冷却剂-引导冷却剂通道，则出现必须被调整(也就是被控制)的流体流的进一步例子。
因为在所有工况下，从内燃发动机中抽取最大可能的热量不是液体型冷却设备的目标和目的，所以根据要求寻求通过控制元件实施冷却剂流控制，因此控制液体型冷却设备，该控制还允许这样的内燃发动机运行模式，即其中更有利的是:从内燃发动机中抽取较少热或者尽可能少的热，并且如果适当则将热引入内燃发动机。
以上陈述清楚地表明在内燃发动机运行过程中，必须通过控制元件调整和控制多个流体流。由于该原因，需要以有利的方式布置流体-引导管路，并且保持尽可能小的控制元件数量。发明内容
针对上述背景技术，本发明的目标是提供根据权利要求1前序部分所述的内燃发动机，其最优化与流体流引导和控制有关的现有技术。
本发明的进一步子目标是说明用于操作所述类型的内燃发动机的方法。
通过如下的内燃发动机实现所述第一子目标，其具有至少一个汽缸、处于出口侧用于经排气排放系统排放排气的至少一个排气管路、以及处于进口侧用于经进气系统供应增压空气的至少一个进气管路，该内燃发动机配备有
至少一个排气涡轮增压器，其包含布置在进气系统中的压缩机和布置在排气排放系统内的涡轮，
绕过至少一个汽缸的旁通管路，该旁通管路在压缩机下游从进气系统分叉，以便形成进口侧接合处，并且在涡轮下游通向排气排放系统，以及
包含再循环管路的至少一个排气再循环设备，其中再循环管路在涡轮上游从排气排放系统处分叉，以便形成出口侧接合处并且通向旁通管路，
并且其中
在出口侧布置有第一控制元件，其用于调整被引导通过再循环管路的排气量，并且
在进口侧布置有至少一个第二控制元件，其在第一位置中时，将旁通管路与至少一个汽缸隔开，并且将至少一个进气管路连接至至少一个汽缸，并且在第二位置中时，将至少一个进气管路与至少一个汽缸隔开，并且将旁通管路连接至至少一个汽缸。
根据本发明的内燃发动机具有至少两个或者两个控制元件，其中在出口侧布置第一控制元件，在进口侧布置第二控制元件。第一控制元件用于调整通过再循环管路引导的排气量，并且因此同时用于调整通过涡轮引导的排气量。
因为内燃发动机配有所述类型的旁通管路，并且排气再循环设备的再循环管路通向所述旁通管路，再循环管路还能够与旁通管路相互作用被用于或被用作涡轮的放出管路。
第二控制元件到第一位置的移动，分离了旁通管路和内燃发动机的至少一个汽缸。通过驱动，也就是调整第一控制元件，然后判定是否所有的排气均通过涡轮引导或者部分排气通过再循环管路和旁通管路放出，并且被引导至涡轮下游的排气排放系统。
在所述第一位置，第二控制元件同时将至少一个进气管路连接至至少一个汽缸，以便将通过压缩机引导的所有新鲜空气而无排气作为增压空气经进气管路供应给至少一个汽缸。
此外，可调整布置在进口侧的第二控制元件，以便至少一个进气管路和旁通管路彼此连接，以及连接至至少一个汽缸。在所述位置，可能的是:或者排气能够经引导返回至至少一个汽缸，以便增压空气不仅包含新鲜空气还包含排气，或者新鲜空气能够经旁通管路被喷射至排气排放系统。在后一情况中，旁通管路用于所谓的二次空气喷射。
最终，第二控制元件可被移至第二位置，其中至少一个进气管路与至少一个汽缸分离，并且旁通管路被连接至至少一个汽缸。在所述位置，只有排气而无新鲜空气被引进内燃发动机的至少一个汽缸。此外，第二位置在进气管路关闭的情况下，能够使所有的排气通过涡轮引导，结果，部分排气能够经旁通管路被再循环至至少一个汽缸内。
根据本发明的内燃发动机的流体引导管路，尤其是引导新鲜空气或者增压空气的管路以及引导排气的管路，以这样的方式被有利地布置和彼此连接，即在内燃发动机运行过程中，仅需要两个控制元件用于有关流体流的控制。
利用本发明的内燃发动机，本发明基于的第一个问题因此被解决，也就是提供这样的内燃发动机，即其就流体流的引导和控制达到最优。
正如已被描述的，在增压式内燃发动机的情况中，通常观察到扭矩朝向低排气量下降，这是因为涡轮压力比且因此充气压力比随排气质量流速降低。这可通过具有相对小的涡轮横截面的废气门涡轮达到一定程度的纠正。
此外，可依靠并联或串联连接的多个涡轮增压器或涡轮来进一步改善增压式内燃发动机的扭矩特性。可在进气系统中串联或并联布置关联的压缩机。
由于该原因，这样的内燃发动机的实施例也是有利的，尤其是其中提供了至少两个排气涡轮增压器。
结合从属权利要求将讨论内燃发动机的进一步优选实施例。
如下的内燃发动机的实施例是有利的，其中在出口侧接合处布置第一控制元件。当控制元件阻塞再循环管路或者是通向涡轮的管路，特别在排气不应被引入各个管路时，所述控制元件的布置阻止排气被传递至再循环管路，或按涡轮的方向传递。如果在再循环管路或在旁通管路中布置控制元件，尽管阻塞但是会发生传递至管路的现象。
如下的内燃发动机的实施例是有利的，其中在进口侧接合处布置第二控制元件，能够在第一位置和第二位置之间调整第二控制元件。所述实施例的特性是，在进口侧，不是提供多个控制元件，而是仅有一个控制元件。在本情况中，在进口侧接合处布置所述控制元件。关于在接合处布置而不是在远离接合处的管路中布置的优势，参考结合上述实施例所做的陈述。
在此，如下的内燃发动机实施例是有利的，其中所述第二控制元件能够被调整至至少一个第三位置，其中至少一个进气管路和旁通管路彼此连接以及连接至至少一个汽缸。
正如已被说明的，在第二控制元件的所述位置中，排气能够与供应至至少一个汽缸的新鲜空气混合；然而，尤其是新鲜空气还能够在二次空气喷射过程中，经旁通管路被喷射至排气排放系统。
如下的内燃发动机的实施例是有利的，其中在至少一个排气再循环设备的再循环管路中提供冷却装置，以便冷却排气。
在再循环管路中提供的冷却装置有利于降低热排气流的温度，从而增加排气密度。在某种程度上，冷却的结果是产生压缩。以这种方式，能够实现降低氮氧化物排放所需的高再循环率。
基本上能够根据换热器的原理，以空气冷却设备或者液体型冷却设备的形式设计冷却设备。在空气冷却设备的情况中，通过空气流冷却通过冷却器引导的气流，其中由相对风导致和/或由鼓风机产生空气流。相反，如果适当地使用已有的回路，例如液冷式内燃发动机的发动机冷却设备，液体型冷却设备需要冷却回路构造。在此，冷却剂是由布置在冷却回路中的泵供给，以便所述冷却剂通过冷却器循环和流动。从增压空气散至冷却器中的冷却剂的热被引导出去，并且再次从另一个换热器或者一些其他位置的冷却剂中被抽出。
由于液体相对于空气的热容量显著较高，通过液体型冷却的方式能够显著地散去比使用空气冷却时要多的热量。由于该原因，尤其是在具有排气再循环的增压式内燃发动机的情况中，使用液体型冷却设备是有利的，因为可以散去相对大的热量。
这样的内燃发动机的实施例也是有利的，即其中排气再循环设备的冷却装置为利用冷却剂运行的冷却装置。
这样的内燃发动机的实施例是有利的，即其中内燃发动机配有液体型冷却设备，因为具有排气再循环的增压式内燃发动机尤为地热性高负荷并且对冷却设备提出更高的要求。
在液冷式内燃发动机的情况中，其中排气再循环设备的冷却装置为利用冷却剂运行的冷却装置，这样的内燃发动机的实施例是有利的，即其中所述冷却装置被连接至内燃发动机的液体型冷却设备。
使用通过冷却剂运行的冷却装置，所述内燃发动机的实施例能够-例如在暖机阶段或者冷启动之后-将热排气流中的热引入冷却剂，并且以这种方式促进，也就是加速，内燃发动机的升温过程。
为了降低摩擦损失，从而降低内燃发动机的燃料消耗量，寻求发动机油的快速加热。在内燃发动机暖机阶段的发动机油的快速加热确保相应地快速减少油的粘度，从而降低摩擦和摩擦损失，尤其是被供应油的轴承，例如曲轴的轴承。
通过快速加热内燃发动机本身的方式基本上将有助于快速加热发动机油，以降低摩擦损失，进而依靠在暖机阶段通过冷却剂从内燃发动机中抽取尽可能少的热，或者使用热排气将热额外地引进至内燃发动机而促进，也就是迫使内燃发动机的快速加热。
利用冷却剂运行的冷却装置与内燃发动机的液体型冷却设备的连接能够使两个冷却设备共同使用某些组件，例如用于传递冷却剂的泵。因此减少了组件数量，这对于驱动单元的重量是有利的，并且有助于发动机舱的高密集封装。
这样的内燃发动机实施例是有利的，即其中在至少一个排气涡轮增压器的涡轮下游在排气排放系统中提供至少一个排气后处理系统。为了降低污染物排放，内燃发动机排气经受排气后处理是有利的。为了该目的，如果需要可使用颗粒过滤器、存储催化转换器、氧化催还转换器、三元催化转换器或者SCR催化转换器、以及其组合。
这样的内燃发动机实施例是有利的，即其中第一控制元件和/或第二控制元件形成阀瓣，其围绕轴可旋转。
控制元件还可具有阀门的形式，尤其是具有三个端口和三个切换位置的3-3方向控制阀。这样的实施例是有利的，即其中能够电力地、水力地、气动地、机械地或者磁力地控制控制元件，优选通过发动机控制器的方式。控制元件能够是双级或多级切换或可以是连续可调整的。
特别地，本发明基于的第二个子目标是说明用于操作上述类型的液冷式内燃发动机的方法，其中
在至少一个排气再循环设备的再循环管路中提供冷却装置，该冷却装置利用冷却剂运行并且被连接至内燃发动机的液体型冷却设备，
在出口侧接合处布置第一控制元件，其用于调整被引导通过再循环管路的排气量，以及
在进口侧接合处布置第二控制元件，其能够被移至至少三个位置，其中在第三位置中，至少一个进气管路和旁通管路彼此连接，并且被连接至至少一个汽缸，
通过这样的方法实现第二个子目标，其中
控制元件根据内燃发动机的运行而被调整，以便根据要求，引导排气和增压空气通过进气系统和排气排放系统。
结合根据本发明的内燃发动机的陈述同样适用于根据本发明的方法。尤其参考是关于内燃发动机、控制元件及其位置的致动或者调整的描述过程中讨论的方法特征。
如权利要求10到12所述的三种下列方法变体是关于第二控制元件的设置或调整以及所述第二控制元件的三个主要位置。所述三种变体或位置中的每个可与权利要求13至15所述第一控制元件的设置相结合。
这样的方法变体基本是有利的，其中第二控制元件移至第一位置，以便通过压缩机引导的所有新鲜空气而无排气作为增压空气经进气管路供应给至少一个汽缸。
在第二控制元件的所述位置，无排气被再循环至至少一个汽缸。通过适当地调整第一控制元件，则能够实现或有利地促进不同的运行方式。
例如，可阻塞再循环管路，以便引导所有排气通过涡轮，并且可获得和使用所有排气，以在进口侧产生尽可能高的充气压力。这在高负荷或全负荷，也就是实现高扭矩时尤为有利。
还可以调整第一控制元件，以便部分排气是通过再循环管路被引导的，而余下的排气是通过涡轮引导的。
因为第二控制元件在处于第一位置时阻止排气的再循环，在这种情况下，至少部分打开的再循环管路和旁通管路一并用作放出管路，其中排气是通过放出管路引导通过涡轮。排气放出导致进口侧上的充气压力降低，从而导致被引入汽缸的空气质量减少，结果导致功率减少。通过降低功率或平均压力，所述措施，其能够在所谓的降级(de-rating)的背景下被实施，降低内燃发动机的热负荷。在所述运行状态中，额外的情况是在冷却装置中冷却放出排气，结果，能够降低在排气排放系统中提供的排气后处理系统的热负荷。
通过利用冷却剂运行的冷却装置，在冷启动之后或在暖机阶段中可还使用放出排气，从而将热引入内燃发动机的液体型冷却设备内，从而引入内燃发动机本身。这有利地促进内燃发动机的加热过程，结果，显著地降低摩擦损失以及排放，尤其是未燃烃的排放。
依靠调整第一控制元件，能够进一步加速所述加热过程，以便无任何排气是通过涡轮引导的，反而所有的排气均通过再循环管路引导。被引入内燃发动机的热量因此而增加或者达到最大化，其中由于排气涡轮增压器停用，结果内燃发动机作为自然吸气发动机运行。
这样的方法变体也是有利的，其中第二控制元件被移至第三位置，其中至少一个进气管路和旁通管路彼此连接，并且连接至至少一个汽缸。
在第二控制元件的所述位置，通过相应的第一控制元件的调整，排气能够经引导返回至至少一个汽缸，以便增压空气不仅包含新鲜空气，也包含再循环的排气。这对于降低氮氧化物排放是有利的，尤其是当内燃发动机已被加热或被变热的时候。
在此，可按照这样的方式调整第一控制元件，即通过再循环管路引导部分排气或所有排气。后者对于降低排气背压，从而改善部分载荷效率尤为有利。
如果所有排气均通过涡轮引导，在二次空气喷射过程中，新鲜空气能够经旁通管路被喷射至排气排放系统。在进口侧，所有排气用于产生充气压力，其还用于传递二次空气，并因此有效地共同确定了喷射至排气排放系统的二次空气量。通过二次空气喷射的方式，能够冷却设置在排气排放系统中的排气后处理系统。此外，通过降低被供应至汽缸的空气量，二次空气喷射构成在降级背景内的可能的措施，用于降低内燃发动机的热负荷。
这样的方法变体也是有利的，即其中第二控制元件被移至第二位置，以便只有再循环排气而无引导通过压缩机的新鲜空气作为增压空气经进气管路被供应给至少一个汽缸。
不管第一控制元件的位置，阻止了新鲜空气引入汽缸，这在例如带档滑行/超速(overrun)的过程中是有利的。相反，排气再循环的方式，以及再循环的排气量均取决于第一控制元件的位置。
可以这样的方式调整第一控制元件，以便通过再循环管路引导部分排气或者所有排气。然后，通过再循环管路弓I导的部分排气经进气管路被供应给至少一个汽缸，并且部分排气是经旁通管路、绕过涡轮、被供给进入排气排放系统。
这提供了例如在内燃发动机的带档滑行操作中的优势，其中优选中断燃料供应。热的再循环排气确保在带档滑行操作过程中内燃发动机不会冷却、或者冷却至较小程度。如果内燃发动机在带档滑行操作后再次被切换回燃烧操作，这对污染物排放，尤其是对未燃烃和一氧化碳的排放具有有利的影响。
第二控制元件在第二位置时用于在排气排放系统和进气系统之间提供增加的压力梯度，从而在带档滑行操作过程中提供高的排气再循环率。在进气管路被阻塞的情况下，以发动机制动的方式，内燃发动机经旁通管路吸入排气，这增加了泵送损失，也就是充气交换损失。
这样的变体同样是有利的，即其中以这样的方式调整第一控制元件，即所有排气通过涡轮被弓丨导。然后，内燃发动机经旁通管路从排气排放系统中吸入排气。所述方法变体的一个优势具体是涡轮的所有排气被提供用于在进口侧产生高的充气压力。以这种方式，一旦第二控制元件从第二位置移至另一个位置时，确保了内燃发动机的快速反应。
类似地，用于内燃发动机带档滑行操作的陈述还可应用至内燃发动机的制动模式。
由于上述原因，关于第一控制元件的三种下列方法变体是有利的。
第一，如下方法变体是有利的，其中
调整第一控制元件，以便无排气被引导通过再循环管路，而是引导所有排气通过涡轮。
如下方法变体同样是有利的，其中
调整第一控制元件，以便引导部分排气通过再循环管路，而余下的排气被引导通过涡轮。
如下方法变体仍是有利的，其中
调整第一控制元件，以便无排气被引导通过涡轮，而是引导所有排气通过再循环管路。
基于根据图1至图10所示内燃发动机的实施例，下面将更详细地描述本发明。附图中:
图1示意性地示出内燃发动机的第一实施例，
图2示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第一切换状态下，
图3示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第二切换状态下，
图4示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第三切换状态下，
图5示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第四切换状态下，
图6示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第五切换状态下，
图7示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第六切换状态下，
图8示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第七切换状态下，
图9示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例，两个控制元件处于第八切换状态下，以及
图10示意性地示出图1所示内燃发动机的实施例两个控制元件处于第九切换状态下。
具体实施方式
图1不意性地不出内燃发动机I的第一实施例以及代表性的一个汽缸2。未不出流体流。
内燃发动机I在出口侧具有排气管路3，其用于经排气排放系统3a排放排气，以及在进口侧具有进气管路4，其用于通过进气系统4a供应增压空气。
为了增压，内燃发动机I配有排气涡轮增压器7，其压缩机7a布置在进气系统4a的进气管路4中，其涡轮7b布置在排气排放系统3a的排气管路3中。
此外，内燃发动机I被提供了绕过汽缸2的旁通管路6，该旁通管路在压缩机7a下游处从进气系统4a分叉，以便形成进口侧接合处4b，并且在涡轮7b下游通向排气排放系统3a o
此外，内燃发动机I配有排气再循环设备5，其包含再循环管路5a，其在涡轮7b上游从排气排放系统3a分叉，以便形成出口侧接合处3b并且其通向旁通管路6。因此，图1所示的内燃发动机I的排气再循环设备5为高压力EGR设备5。
在再循环管路5a中提供用于冷却排气的冷却装置5b。在本情况中，冷却装置5b为这样的冷却装置5b，即其利用冷却剂运行，并且与发动机冷却设备8 (也就是内燃发动机I的液体型冷却设备8)形成结合冷却回路。在此，通过被布置在冷却回路中的泵8a传递冷却剂，以便所述冷却剂在内燃发动机I中循环，并且同样地流经冷却装置5b。如果需要，在另一个换热器或散热器中，再次从冷却剂中抽取散至冷却剂的热。
使用冷却装置5b，在暖机阶段或冷启动后，所述冷却回路的设计也能够使热从热排气流中引入冷却剂，从而引入内燃发动机I。
在出口侧接合处3b，布置第一控制元件3c，其用于调整通过再循环管路5a引导的排气量，因此还用于调整通过涡轮7b引导的排气量。
在进口侧接合处4b，布置第二控制元件4c，其在第一位置中，将旁通管路6与汽缸2分离，并且将进气管路4连接至汽缸2 (参看图2至图4)。在控制元件4c的第二位置中，将进气管路4与汽缸2分离，并且将旁通管路6连接至汽缸2 (同样参看图8至10)。在第二控制元件4c的第三位置中，进气管路4和旁通管路6彼此连接，并且连接至汽缸2 (同样参看图5至图7)。
在排气涡轮增压器7的涡轮7b下游的排气排放系统3a中提供排气后处理系统9。
图2至图10示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有在不同切换状态，也就是位置中的两个控制元件3c、4c。示出流体流，其中用虚线示出新鲜空气流，用实线示出排气流。相同的组件已使用相同的参考标记，由于该原因，另外参考图1。
图2示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第一切换状态下的两个控制元件3c、4c。
第二控制元件4c位于第一位置，其中旁通管路6与汽缸2分离，进气管路4被连接至汽缸2。通过压缩机7a引导的所有新鲜空气并且无排气作为增压空气经进气管路4被供应给汽缸2。
以这样的方式设置第一控制元件3c，即引导所有排气通过涡轮7b，从而有助于进口侧上的充气压力增加。以这种方式，能够实现高负荷或者高扭矩。
图3示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有处于第二切换状态下的两个控制元件3c、4c。其仅试图解释与图2所示切换状态的差异，由于该原因，另外参考图2。相同组件已使用相同的参考标记。
在图3所示的切换状态中，与图2所示的切换状态相反，以这样的方式设置第一控制元件3c，即引导部分排气通过再循环管路5a，而余下的排气部分引导通过涡轮7b。
位于第一位置的第二控制元件4c阻止了排气再循环，以便在本情况中，再循环管路5a与旁通管路6共同形成越过涡轮7b的放出(blow-off)管路。放出排气降低了进口侧上的充气压力，从而降低引入汽缸2中的空气质量。同样地，内燃发动机I的热负荷减少。
在冷启动后，放出排气可用于经冷却装置5b将热引入内燃发动机1，这样加速了内燃发动机I的暖机过程。
还可调整第一控制元件，如图4所示，以便排气不是被弓I导通过涡轮7b，而是引导所有的排气通过再循环管路5a。图4示意性地示出在所述第三切换状态中的两个控制元件3c、4c。在所述切换状态中，由于完全绕过涡轮7b，导致内燃发动机I作为自然吸气发动机运行。
图5示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第四切换状态下的两个控制元件3c、4c。其试图解释与上述切换状态有关的差异，由于该原因，另外参考图2至4。相同组件已使用相同的参考标记。
第二控制元件4c位于第三位置，其中进气管路4和旁通管路6彼此连接，并且连接至汽缸2。在所述第二控制元件4c的位置，通过第一控制元件3c的相应调整，排气能够经引导返回至汽缸2，以便不仅新鲜空气，而且再循环排气被引入汽缸2。
在图5中，设置第一控制元件3c，以便通过弓I导部分排气再循环管路5a，以及引导余下的排气通过涡轮7b。这对于降低氮氧化物排放是有利的。
图6示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第五切换状态下的两个控制元件3c、4c。其试图解释与图5所示的切换状态的差异，由于该原因，另外参考图5。相同组件已使用相同的参考标记。
在图6中，以这样的方式设置第一控制元件3c，S卩引导所有排气通过涡轮7b，以及在进口侧，所有排气用于产生充足的高充气压力。能够通过旁通管路6将二次空气喷射至排气排放系统3a。
图7示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第六切换状态下的两个控制元件3c、4c。其试图解释与图5所示的切换状态的差异，由于该原因，另外参考图5。相同组件已使用相同的参考标记。
以这样的方式设置第一控制元件3c，即引导所有排气通过再循环管路5a。按照这种方式，排气背压被降低，并且达到改善部分负荷范围效益的目的。
图8示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第七切换状态下的两个控制元件3c、4c。其试图解释与上述切换状态的差异，由于该原因，另外参考图2至图7。相同组件已使用相同的参考标记。
第二控制元件4c位于第二位置，其中进气管路4与汽缸2分离，并且旁通管路6被连接至汽缸2，以便经进气管路4，只有再循环排气而无被弓I导通过压缩机7a的新鲜空气作为增压空气被或者能够被供应至汽缸2。不管第一控制元件3c的位置，阻止了新鲜空气引入汽缸2，这在带档滑行(overrun)操作过程中是有利的。
在本情况中，设置第一控制元件3c，以便通过再循环管路5a引导部分排气，其中该部分排气经进气管路4被供应给汽缸2，或者经旁通管路6、绕过涡轮7b、进入排气排放系统3a。位于第二位置的第二控制元件4c用于在排气排放系统3a和进气系统4a之间提供增加的压力梯度，从而提供高的排气再循环率。
图9示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第八切换状态下的两个控制元件3c、4c。只解释与图8所示的切换状态的差异，由于该原因，另外参考图8。相同组件已使用相同的参考标记。
以这样的方式设置第一控制元件3c，即引导所有排气通过再循环管路5a。
图10示意性地示出图1所示内燃发动机I的实施例，其具有第九切换状态下的两个控制元件3c、4c。只解释与图8所示的切换状态的差异，由于该原因，另外参考图8。相同组件已使用相同的参考标记。
以这样的方式设置第一控制元件3c，即引导所有排气通过涡轮7b。然后汽缸2经旁通管路6从排气排放系统3a吸入排气，其中排气先前已从涡轮7中流过。
参考标记
I内燃发动机
2 汽缸
3排气管路
3a排气排放系统
3b出口侧接合处
3c第一控制元件，EGR阀
4进气管路
4a进气系统
4b进口侧接合处
4c第二控制元件
5排气再循环设备
5a再循环管路
5b冷却装置，换热器
6旁通管路
7排气涡轮增压器
7a压缩机
7b 涡轮
8液体型冷却设备，发动机冷却设备
8a 泵
9排气后处理系统
EGR排气再循环
mEGE再循环排气的质量
mfresh air 供应的新鲜空气或燃烧空气的质量
xEGE 排气再循环率
权利要求
1.一种内燃发动机(1)，其具有至少一个汽缸(2)、处于出口侧用于经排气排放系统(3a)排放排气的至少一个排气管路(3)、以及处于进口侧用于经进气系统(4a)供应增压空气的至少一个进气管路(4 )，该内燃发动机配备有 至少一个排气涡轮增压器(7)，其包含布置在所述进气系统(4a)中的压缩机(7a)和布置在所述排气排放系统(3a)内的涡轮(7b)， 绕过所述至少一个汽缸(2)的旁通管路(6)，该旁通管路在所述压缩机(7a)下游从所述进气系统(4a)分叉，以便形成进口侧接合处(4b)，并且在所述涡轮(7b)下游通向所述排气排放系统(3a)，以及 包含再循环管路(5a)的至少一个排气再循环设备(5)，其中所述再循环管路(5a)在所述涡轮(7b)上游从所述排气排放系统(3a)处分叉，以便形成出口侧接合处(3b)并且通向所述旁通管路(6)， 其中 在所述出口侧布置有第一控制元件(3c)，其用于调整被引导通过所述再循环管路(5a)的排气量,并且 在所述进口侧布置有至少一个第二控制元件(4c)，其在第一位置时，将所述旁通管路(6)与所述至少一个汽缸(2)隔开，并且将所述至少一个进气管路(4)连接至所述至少一个汽缸(2)，并且在第二位置时，将所述至少一个进气管路(4)与所述至少一个汽缸(2)隔开，并且将所述旁通管路(6)连接至所述至少一个汽缸(2)。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其中在所述出口侧接合处(3b)布置所述第一控制元件(3c)。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(1)，其中在所述进口侧接合处(4b)布置第二控制元件(4c)，能够在所述第一位置和所述第二位置之间调整该第二控制元件。
4.根据权利要求3所述的内燃发动机(1)，其中所述第二控制元件(4c)能够被调整至至少一个第三位置，在该至少一个第三位置中所述至少一个进气管路(4)和所述旁通管路(6)彼此连接并且连接至所述至少一个汽缸(2)。
5.根据上述权利要求中的一项所述的内燃发动机(1)，其中在所述至少一个排气再循环设备(5)的所 述再循环管路(5a)中提供冷却装置(5b)，以便冷却所述排气。
6.根据上述权利要求中的一项所述的内燃发动机(1)，其中所述内燃发动机(I)配备有液体型冷却设备(8)。
7.根据权利要求6所述的具有液体型冷却设备(8)的所述内燃发动机(1)，其中所述排气再循环设备(5)的所述冷却装置(5b)是利用冷却剂运行并且连接至所述液体型冷却设备(8)的冷却装置(5b)。
8.根据上述权利要求中的一项所述的内燃发动机(I)，其中在所述至少一个排气涡轮增压器(7)的所述涡轮(7b)下游在所述排气排放系统(3a)中提供至少一个排气后处理系统(9)。
9.一种用于操作根据上述权利要求中的一项所述的液冷式内燃发动机(I)的方法，其中 在所述至少一个排气再循环设备(5)的再循环管路(5a)中提供冷却装置(5b)，该冷却装置(5b)利用冷却剂运行并且被连接至所述内燃发动机(I)的液体型冷却设备(8)，在所述出口侧接合处(3b)布置第一控制元件(3c)，其用于调整被引导通过所述再循环管路(5a)的排气量，以及 在所述进口侧接合处(4b)布置第二控制元件(4c)，其能够被移至至少三个位置，其中在所述第三位置中，所述至少一个进气管路(4 )和所述旁通管路(6 )彼此连接，并且被连接至所述至少一个汽缸(2)， 其中 所述控制元件(3c、4c)根据所述内燃发动机(I)的运行而被调整，以便根据需求，引导排气和增压空气通过所述进气系统(4a)和所述排气排放系统(3a)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中 所述第二控制元件(4c)被移至所述第一位置，以便所有新鲜空气被弓I导通过所述压缩机(7a)而无排气作为增压空气经所述进气管路(4)供应给所述至少一个汽缸(2)。
11.根据权利要求9所述的方法，其中 所述第二控制元件(4c)被移至所述第三位置，在该第三位置中所述至少一个进气管路(4 )和所述旁通管路(6 )彼此连接并且连接至所述至少一个汽缸(2 )。
12.根据权利要求9所述的方法，其中 所述第二控制元件(4c)被移至所述第二位置，以便只有再循环排气而无被引导通过所述压缩机(7a)的新鲜空气作为增压空气经所述进气管路(4)被供给所述至少一个汽缸(2)。
13.根据权利要求9至12中的一项所述的方法，其中 调整所述第一控制元件(3c)，以便无排气被引导通过所述再循环管路(5a)，而是所有排气被弓I导通过所述涡轮(7b )。
14.根据权利要求9至12中的一项所述的方法，其中 调整所述第一控制元件(3c)，以便部分排气被引导通过所述再循环管路(5a)，而余下的排气部分被弓I导通过所述涡轮(7b )。
15.根据权利要求9至12中的一项所述的方法，其中 调整所述第一控制元件(3c)，以便无排气被引导通过所述涡轮(7b)，而是所有所述排气被弓I导通过所述 再循环管路(5a)。
全文摘要
本发明涉及一种内燃发动机，其具有至少一个汽缸、至少一个排气管路、以及至少一个进气管路，该内燃发动机配备有至少一个排气涡轮增压器，绕过所述至少一个汽缸的旁通管路，以及至少一个排气再循环设备。寻求提供所述类型的内燃发动机，其流体流的引导和控制被最优化。这将通过如下内燃发动机来实现，其中第一控制元件用于调整被引导通过所述再循环管路的排气量，并且至少一个第二控制元件，其在第一位置时，将所述旁通管路与所述至少一个汽缸隔开，并且将所述至少一个进气管路连接至所述至少一个汽缸，并且在第二位置时，将所述至少一个进气管路与所述至少一个汽缸隔开，并且将所述旁通管路连接至所述至少一个汽缸。
文档编号F02M25/07GK103195558SQ201310003690
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者Y·M·S·雅克布 申请人:福特环球技术公司