调节内燃发动机充气压力的方法及内燃发动机与流程

本申请要求2015年8月24日提交的德国专利申请号102015216105.6的优先权，为了所有目的，其整个内容因此被并入本文以供参考。

技术领域

本申请涉及用于调节具有至少两个压缩机的机械增压内燃发动机的充气压力的方法以及用于执行该方法的内燃发动机。

背景技术：

描述了用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压的各种系统和方法。发动机可以具有至少一个汽缸，并且可以进一步包括用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统和用于从至少一个汽缸排出排气的排气排出系统。所述系统可以进一步具有被串联地布置在进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级。

这样的系统的控制会是特别有挑战性的，尤其是当第二压缩机被布置在第一压缩机的下游并且提供有这样的第一旁通管路时，所述第一旁通管路在第一压缩机与第二压缩机之间从进气系统分出来，并且所述第一旁通管路通向第二压缩机的下游的进气系统，其中第一控制元件被布置在第一旁通管路中。例如，利用经由串联的两个不同的涡轮增压器的单个压力目标的控制在重叠的RPM区域(例如，2000-3000rpm)中可能变得困难，其中高压涡轮增压器正在损失效率并且低压涡轮增压器正在获得压力。致动器在第一压缩机上设定的改变可能导致与由第二压缩机引起的影响相反的对压力的影响。例如，由于更高的排气能量从高压涡轮被偏离到低压涡轮，降低升压的旁路的打开将会导致压力的增加。

技术实现要素：

因此，在一种方法中，用于在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中的压力p_{级间，设定}的第一设定点值被预先限定，并且用于在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中的压力p_级间被确定。然后，在第一调节回路中，利用压力差Δp₁＝p_{级间，设定}-p_级间来改变第一压缩机的驱动功率(例如，经由废气门或可变几何形状调整)，以便调节压力p_级间，用于在第二压缩机下游的进气系统中的压力p_{升压，设定}的第二设定点值被预先限定。用于在第二压缩机下游的进气系统中的压力p_升压然后被确定，并且在第二调节回路中，利用压力差Δp₂＝p_{升压，设定}-p_升压来改变第二压缩机的驱动功率(例如，经由废气门)，以便调节压力p_升压。

在另一示例中，一种方法包含，根据用于压缩机之间的压力的第一设定点值、和第一调节回路中的压力差、用于多个压缩机下游的压力的第二设定点值、以及第二调节回路中的压力差来调整两个废气门、可变涡轮几何形状和下游压缩机旁通阀中的每一个，以调节发动机升压压力。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示意地示出了机械增压内燃发动机的第一实施例。

图2示出了运转的示例方法。

具体实施方式

本申请涉及一种用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少一个汽缸，具有用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统，并且具有用于排出来自至少一个汽缸的排气的排气排出系统，以及具有被串联地布置在进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级，第二压缩机被布置在第一压缩机的下游，第一旁通管路被提供，该第一旁通管路从第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统分出来，并且通向第二压缩机的下游的进气系统，以及第一控制元件被布置在第一旁通管路中。

本申请还涉及用于执行这样的方法的机械增压内燃发动机。

所陈述的类型的内燃发动机被用作机动车辆驱动装置。在本申请的背景下，表述“内燃发动机”包含奥托循环发动机、柴油发动机、以及利用混合燃烧过程的混合动力内燃发动机、和不仅包含内燃发动机而且包含能够以驱动内燃发动机的方式连接并从内燃发动机吸收动力或作为可切换辅助驱动装置额外输出动力的电机的混合驱动。

机械增压主要用于增加内燃发动机的功率。这里，燃烧过程所需的空气被压缩，因此在每个工作循环能够向各汽缸提供更大的空气质量。以此方式，能够增加燃料质量且因而提高平均压力。

机械增压是用于增加内燃发动机功率且同时维持扫气容积不变的适当手段，或者是用于减小扫气容积且同时维持功率相同的适当手段。在任意情况下，机械增压均导致体积功率输出的增加并且导致更有利的功率-重量比。考虑到相同的车辆边界条件而言，如果扫气容积减小，因此可能的是将共同负荷(load collective)朝向比燃料消耗率(specific fuel consumption)较低的更大的负荷移位。

通过合适的变速器构造，实现所谓的自动降速(downspeeding)是额外地可能的，由此同样实现更低的比燃烧消耗率。在自动降速的情况下，利用以下事实：特别是在存在相对高的负荷的情况下，低发送机转速下的比燃烧消耗一般更低。

借助于机械增压的目标构造，还可能获得关于排气排放的优点。借助于例如柴油发动机的合适的机械增压，氧化氮排放因此能够被减少而效率没有任何损失。碳氢化合物排放能够同时被有利地影响。与燃料消耗直接相关的二氧化碳的排放随着下降的燃料消耗而同样减少。

对于机械增压，一般使用排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮被布置在同一轴上。热排气流被供给到涡轮，并且随着能量的释放而在涡轮中膨胀，因此使得轴旋转。通过到轴的排气流供应的能量被用于驱动同样被布置在该轴上的压缩机。压缩机传送并且压缩向其供给的增压空气，因此获得汽缸的机械增压。增压空气冷却器可以被提供在压缩机下游的进气系统中，在被压缩的增压空气进入至少一个汽缸之前，通过该增压空气冷却器对被压缩的被压缩的增压空气进行冷却。冷却器降低温度并且由此增加增压空气的密度，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，压缩通过冷却而发生。

例如相比于机械增压器，排气涡轮增压器的优点是，在增压器与内燃发动机之间不需要用于传递动力的机械连接。然而机械增压器(也就是说压缩机)直接从内燃发动机提取用于驱动它所需的能量，并且由此减少可用的动力并且由此不利地影响效率，而排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。

机械或电动驱动的压缩机的优点是，不管内燃发动机的运转状态如何，都能够提供所需的充气压力。

尤其是在排气涡轮增压的构造中遇到问题，其中基本上试图在所有的发动机转速范围内都获得显著的性能增加。在内燃发动机通过排气涡轮增压进行机械增压的情况下，当未达到某一发送机转速时，观察到扭矩下降。所述影响是不期望的，并且因此也是排气涡轮增压的最严重的缺点中一种。

如果考虑充气压力比依赖于涡轮压力比，那么所述扭矩下降是可以理解的。例如，如果发送机转速被降低，这导致更小的排气流并且因此导致更低的涡轮压力比。因此，朝向更低的发送机转速，充气压力比同样减小。这相当于充气压力下降或扭矩下降。

可希望利用各种各样的措施来改善机械增压式内燃发动机的扭矩特性。

试图例如通过涡轮横截面的小型化设计和同时的排气排放(blow-off)来这样做，其中排气排放能够通过充气压力或借助于排气压力来控制。这样的涡轮也被称为废气门涡轮。如果排气流超过临界值，那么一部分排气流在所谓的排气排放的过程期间经由旁通管路被引导经过涡轮。然而，所述方法具有这样的缺点，即在相对高的发送机转速下或在相对大的排气流的情况下增压行为是不充足的。

具有可变涡轮几何形状的涡轮在某些限制内允许涡轮几何形状或有效的涡轮横截面对当前排气流速的自适应，使得涡轮几何形状的调节能够关于低和高旋转速度或关于相对低和相对高的排气流速而被执行。如已经提到的，然而，涡轮几何形状仅能够在某些限制内进行自适应，并不能够在任何期望的范围上进行自适应。

此外，机械增压内燃发动机的扭矩特性能够通过多个涡轮增压器，可能地结合一个或更多个可机械或电动驱动的压缩机的使用来改善。

通过将两个排气涡轮增压器串联地连接，其中一个排气涡轮增压器充当高压级并且一个排气涡轮增压器充当低压级，组合的压缩机特性映射图能够被有利地扩展，尤其是沿更小的压缩机流量的方向并且还沿更大的压缩机流量的方向。例如在欧洲专利申请1640596A1中描述了所述类型的内燃发动机。

具体地，在充当高压级的排气涡轮增压器的情况下，喘振极限能够沿更小的压缩机流量的方向被移位，使得即使在小压缩机流量的情况下也能够获得高充气压力比，由此在更低的部分负荷范围内的扭矩特性被相当大地改善。这通过设计用于小排气流的高压涡轮并且通过提供旁通管路来实现，通过这种方式，在排气流增加时，增加的排气量可以被引导经过高压涡轮。为此目的，旁通管路从高压涡轮上游的排气排出系统分出来，并且再次通向在高压涡轮的下游且在低压涡轮的上游的排气排出系统，其中控制元件被布置在旁通管路中，以便控制被引导经过高压涡轮的排气流。

然而，两个串联连接的排气涡轮增压器还提供进一步的优点。通过机械增压的功率增强被进一步增加。此外，相比于具有排气涡轮增压器的类似的内燃发动机，以此方式机械增压的内燃发动机的响应行为被显著改善，尤其是在部分负荷范围内。为此的原因是，相对小的高压级比被用于单级机械增压的相对大的排气涡轮增压器有较小的迟滞，因为更小尺寸的排气涡轮增压器的转子或叶轮能够被更快地加速和减速。

这还具有关于颗粒排放的优点。因为，在加速期间，由于增加的燃料流速而要求增加向汽缸供应的空气质量仅发生在因转子的惯性引起的延迟的情况下，所以在相对小的高压涡轮增压器的情况下，在几乎没有延迟的情况下向发动机供应增压空气，并且因此几乎消除了具有颗粒排放增加的运转状态。

尽管描述了优点，但是具有被串联地布置的两个涡轮增压器的内燃发动机也具有缺点、或具有针对改善的进一步可能。机械增压装置的密集封装已经证明难以实现。两个涡轮和两个压缩机不可能被布置在紧密耦接的位置中，使得相对复杂并且长的管路系统必须被提供在入口侧处和在出口侧处。

相比于涡轮的紧密耦接布置一般优先考虑的排气涡轮增压器的压缩机，机械或电动驱动的压缩机能够被容易地布置在紧密耦接的位置中。这允许机械增压装置和内燃发动机的密集封装。

本申请涉及的机械增压内燃发动机具有被串联地布置的至少两个压缩机。

被布置在进气系统内第一压缩机的下游的第二压缩机充当高压级或高压压缩机，并且装备有第一旁通管路，所述第一旁通管路从压缩机之间的进气系统分出来，并且所述第一旁通管路再次通向高压压缩机下游的进气系统。控制元件被布置在旁通管路中。

借助于控制元件或旁通管路被打开，内燃发动机能够从具有两级机械增压的运转模式转变为具有单级机械增压的运转模式，其中，也被称为低压级的第一压缩机在两种模式下有助于或被用于机械增压。

根据现有技术，机械增压装置的调节(特别是第一控制元件的致动或调整以及压缩机的驱动)是在考虑充气压力p_升压下的情况下被执行，所述充气压力p_升压表示在第二压缩机下游并且在到汽缸内的入口上游的进气系统中的压力。即使充气压力p_升压的调节是根据闭环调节执行的并且反馈调节被实施，在此情况下比较充气压力的实际值与可预先限定的设定点值并且考虑压力差Δp，根据现有技术的调节表现出低稳定性。

可以在下列事实中看到上述的起因，即两个压缩机彼此影响。在压缩机之间的进气系统中的压力p_级间被第一压缩机显著地并且直接地及时确定，但是第二压缩机的驱动和第一控制元件的致动也对压缩机之间的压力p_级间有影响。而且，充气压力p_升压被第二压缩机显著地并且直接地及时确定，但是还受到压力p_级间并且因此受到第一压缩机的影响。

在两个串联连接的排气涡轮增压器的情况下，例如可以是这样的情况：为了降低充气压力的目的，高压涡轮的涡轮几何形状和/或旁通管路的打开不期望地具有相反的影响，也就是说导致充气压力的增加，因为在高压涡轮处在更小的程度上被利用的排气能量现在在低压涡轮处可用，并且在入口侧处用于实现压缩机之间的更高的压力p_级间，这在下游导致充气压力的增加。

概括来说，能够陈述的是，在具有被串联地布置的两个压缩机的内燃发动机的情况下，进一步的措施是必需的，以便改善机械增压装置的调节并且因此改善增压行为。

在此背景下，本申请的目的是详述一种根据权利要求1的前序部分所述的用于调节充气压力p_升压的方法，通过该方法改善了内燃发动机的机械增压行为，具体关于从多级机械增压到单级机械增压的转变并且反之亦然。

本申请的进一步子目的是提供一种用于执行所陈述的类型的方法的机械增压内燃发动机。

第一子目的通过一种用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压的方法来实现，所述机械增压内燃发动机具有至少一个汽缸，具有用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统，并且具有用于将来自至少一个汽缸的排气排出的排气排出系统，以及具有被串联地布置在进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级，第二压缩机被布置在第一压缩机的下游，第一旁通管路被提供，该第一旁通管路从第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统分出来，并且该第一旁通管路通向第二压缩机的下游的进气系统，以及被布置在第一旁通管路中的第一控制元件，该方法的特征在于以下事实：预先限定用于在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中的压力p_{级间，设定}的第一设定点值；确定用于在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中的压力p_级间；在第一调节回路中，利用压力差Δp₁＝p_{级间，设定}-p_级间来改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间；预先限定用于在第二压缩机下游的进气系统中的压力p_{升压，设定}的第二设定点值；确定用于在第二压缩机下游的进气系统中的压力p_升压，以及在第二调节回路中，利用压力差Δp₂＝p_{升压，设定}-p_升压来改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

在根据本申请的方法中，进气系统中的两个不同位置处的增压空气压力被确定，并且彼此独立地被调节，具体地首先调节压缩机之间的压力p_级间，并且其次调节在高压压缩机下游并且在到至少一个汽缸内的入口上游的充气压力p_升压。

为了调节内燃发动机的充气压力p_升压，用于压缩机之间的压力p_{级间，设定}的第一设定点值和用于高压压缩机下游的压力p_{升压，设定}的第二设定点值被预先限定。

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁＝p_{级间，设定}-p_级间来改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，并且在第二调节回路中，利用压力差Δp₂＝p_{升压，设定}-p_升压来改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。两个调节回路是彼此独立的。

根据本申请的方法实现了本申请基于的第一目的，也就是说详述了根据权利要求1的前序部分所述的一种用于调节充气压力p_升压的方法，通过该方法改善了内燃发动机的机械增压行为，具体关于从多级机械增压到单级机械增压的转变并且反之亦然。

根据本申请的方法的进一步有利的实施例将会结合从属权利要求进行解释。

不同的方法变体特别允许以下事实：装备有被串联地布置的至少两个压缩机的内燃发动机能够以各种各样的方式来设计；特别地，所使用的压缩机可以是可机械或电动驱动的压缩机，或可以是排气涡轮增压器的压缩机，其中所使用的涡轮增压器的涡轮本身也可以具有各种类型的结构。

以下三种方法变体在本实例中充当低压级的第一排气涡轮增压器的第一涡轮的结构的类型方面不同。第一涡轮的形式可以是具有其内布置有控制元件的旁通管路的废气门涡轮，和/或可以装备有可变涡轮几何形状。对于充气压力p_升压的调节来说，第一涡轮的各种装备特征允许不同的方法变体。在本实例中，第二压缩机同样为排气涡轮增压器的压缩机，其充当高压级。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，其中每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其中

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，该第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且该第二旁通管路以第一结合点的形式通向在第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，以及

第三旁通管路被提供，该第三旁通管路从第一结合点与第一涡轮之间的在第一涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且通向在第一涡轮的下游的排气排出系统，第三控制元件被布置在第三旁通管路中，

该方法的实施例是有利的，其特征在于以下事实：

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁来调整第三控制元件，由此改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，以及

在第二调节回路中，利用压力差Δp₂来调整第二控制元件，由此改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其中

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第二旁通管路以第一结合点的形式通向第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，以及

第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₁)，

该方法的实施例是有利的，其特征在于以下事实：

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁来调整第一涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₁)，由此改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，以及

在第一调节回路中，利用压力差Δp₂来调整第二控制元件，由此改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其中

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第二旁通管路以第一结合点的形式通向第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，

第三旁通管路被提供，第三旁通管路从第一结合点与第一涡轮之间的在第一涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第三旁通管路通向第一涡轮的下游的排气排出系统，第三控制元件被布置在第三旁通管路中，以及

第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₁)，

该方法的实施例是有利的，其特征在于以下事实：

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁来调整第三控制元件和/或第一涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₁)，由此改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，以及

在第二调节回路中，利用压力差Δp₂来调整第二控制元件，由此改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

在此背景下，这样的方法变体是有利的，其中借助于首先沿关闭位置的方向调整第三控制元件、然后关闭第三控制元件、并且随后沿关闭位置的方向调整第一涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₁)来增加压力p_级间。

在增加压力p_级间的背景下，首先是这样的情况，废气门(也就是说第三旁通管路)在通过第一涡轮的可变涡轮几何形状的调整(也就是说关闭)进一步增加压力之前被完全关闭。

在此背景下，这样的方法变体也是有利的，其中借助于首先沿打开位置的方向调整第一涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₁)、并且随后沿打开位置的方向调整第三控制元件来降低压力p_级间。

在降低压力p_级间的背景下，首先是这样的情况，第一涡轮的可变涡轮几何形状被调整(也就是说被打开)，并且然后废气门(也就是说第三旁通管路)被打开以便进一步降低压力。

以下三种方法变体允许以下事实：不仅第一排气涡轮增压器的第一涡轮的结构的类型可以改变，而且作为废气门涡轮具有旁通管路的第二涡轮可以装备有可变涡轮几何形状。第二涡轮的这种装备特征允许不同的方法变体用于调节充气压力p_升压。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其中

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第二旁通管路以第一结合点的形式通向在第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，

第三旁通管路被提供，第三旁通管路从第一分支点与第一涡轮之间的在第一涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第三旁通管路通向在第一涡轮的下游的排气排出系统，第三控制元件被布置在第三旁通管路中，以及

第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)，

该方法的实施例是有利的，其特征在于以下事实：

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁来调整第三控制元件，由此改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，以及

在第二调节回路中，利用压力差Δp₂来调整第二控制元件和/或第二涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₂)，由此改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其中

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第二旁通管路以第一结合点的形式通向第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，

第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₁)，以及

第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)，

该方法的实施例是有利的，其特征在于以下事实：

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁来调整第一涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₁)，由此改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，以及

在第二调节回路中，利用压力差Δp₂来调整第二控制元件和/或第二涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₂)，由此改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其中

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第二旁通管路可以第一结合点的形式通向第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，

第三旁通管路被提供，第三旁通管路从第一分支点与第一涡轮之间的在第一涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第三旁通管路通向第一涡轮的下游的排气排出系统，第三控制元件被布置在第三旁通管路中，

第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₁)，以及

第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)，

该方法的实施例是有利的，其特征在于以下事实：

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁来调整第三控制元件和/或第一涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₁)，由此改变第一压缩机的驱动功率，以便调节压力p_级间，以及

在第二调节回路中，利用压力差Δp₂来调整第二控制元件和/或第二涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₂)，由此改变第二压缩机的驱动功率，以便调节压力p_升压。

如果第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)，那么这样的方法的实施例可以是有利的，其中借助于首先沿关闭位置的方向调整第二控制元件、然后关闭第二控制元件、并且随后沿关闭位置的方向调整第二涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₂)来增加压力p_升压。

如果第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)，那么这样的方法的实施例可以是有利的，其中借助于首先沿打开位置的方向调整第二涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₂)、并且随后沿打开位置的方向调整第二控制元件来降低压力p_升压。

这样的方法变体是有利的，其中，在排气流速增加的情况下，内燃发动机从具有两级机械增压的第一运转模式开始被转变为具有单级机械增压的第二运转模式，为此目的

打开第一控制元件以便停用第二压缩机，以及

打开第二控制元件以便停用第二涡轮。

关于调节机械增压内燃发动机的充气压力p_升压，其中第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)，在此背景下，该方法的实施例可以是有利的，其特征在于以下事实：当内燃发动机被转变为具有单级增压的第二运转模式时，沿打开位置的方向调整第二涡轮的可变涡轮几何形状(VNT₂)。

在此背景下，这样的方法的实施例也是有利的，其中只要第一压缩机正在产生主要部分的充气压力p_升压，则从具有两级机械增压的第一运转模式到具有单级机械增压的第二运转模式的转变就会发生。

这样的方法的实施例是有利的，其中压力p_级间和/或压力p_升压借助于通过凭借传感器进行测量而被检测到的压力p_级间和/或压力p_升压来确定。

然而，这样的方法的实施例也可以是有利的，其中压力p_级间和/或压力p_升压借助于通过模拟计算而确定的压力p_级间和/或压力p_升压来确定。

本申请的第二子目的，具体为提供一种用于执行上述类型的方法的机械增压内燃发动机，其通过一种机械增压内燃发动机来实现，所述机械增压内燃发动机具有至少一个汽缸，具有用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统，并且具有用于排出来自至少一个汽缸的排气的排气排出系统，以及具有被串联地布置在进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级，其中

第二压缩机被布置在第一压缩机的下游，

第一旁通管路被提供，第一旁通管路从第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统分出来，并且第一旁通管路通向在第二压缩机的下游的进气系统，以及

第一控制元件被布置在第一旁通管路中，

该内燃发动机的特征在于以下事实，

为了通过测量压力p_级间来进行检测，第一传感器被提供在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中，以及

为了通过测量压力p_升压来进行检测，第二传感器被提供在第二压缩机的下游的进气系统中。

结合根据本申请的方法已经被陈述的内容同样应用于根据本申请的内燃发动机。

这种机械增压内燃发动机的实施例是有利的，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，其中每个排气涡轮增压器均包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，其特征在于以下事实：

第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且第二排气涡轮增压器的压缩机是第二压缩机，第二压缩机被布置在第一排气涡轮增压器的压缩机的下游，第一排气涡轮增压器的压缩机是第一压缩机，

第二旁通管路被提供，第二旁通管路从第二涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第二旁通管路以第一结合点的形式通向在第二涡轮与第一涡轮之间的排气排出系统，第二控制元件被布置在第二旁通管路中，

第三旁通管路被提供，第三旁通管路从第一结合点与第一涡轮之间的在第一涡轮的上游的排气排出系统分出来，并且第三旁通管路通向第一涡轮的下游的排气排出系统，第三控制元件被布置在第三旁通管路中，以及

第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₂)。

在这方面，这种机械增压内燃发动机的实施例是有利的，其中第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT₁)。

这样的机械增压内燃发动机的实施例是有利的，其中第一控制元件是可主动控制的。第一控制元件也可以基本上呈被动开启/关闭阀的形式。然而，如果第一控制元件是可主动控制的(也就是说，主动关闭和关闭)，则是更有利的。例如第一控制元件可以呈以利用真空作用的阀的形式，其中，通过电磁阀影响被应用的真空并且因此影响控制元件的切换位置。

图1基于六缸V形构造发动机的示例示意地示出了机械增压内燃发动机1的第一实施例。内燃发动机1的汽缸3被布置在两个汽缸组上，并且具有经由排气排出系统4排出热燃烧气体的排气管路。所有排气管路或汽缸3都经由排气排出系统4被连接到彼此，并且相同的排气压力在所有排气管路中盛行。此外，内燃发动机1具有用于向汽缸3供应增压空气的进气系统2。

为了机械增压的目的，内燃发动机1装备有两个串联连接的排气涡轮增压器6、7，所述两个串联连接的排气涡轮增压器6、7均包含被布置在排气排出系统4中的涡轮6a、7a和被布置在进气系统2中的压缩机6b、7b，并且其中第一排气涡轮增压器6充当低压级6而第二排气涡轮增压器7充当高压级7。

第二排气涡轮增压器7的第二涡轮7a被布置在第一排气涡轮增压器6的第一涡轮6a的上游，而第二排气涡轮增压器7的第二压缩机7b被布置在第一排气涡轮增压器6的第一压缩机6b的下游。

第一旁通管路10从第一压缩机6b与第二压缩机7b之间的进气系统2分出来，并且通向第二压缩机7b的下游的进气系统2。第一控制元件11被布置在第一旁通管路10中。如果内燃发动机1从具有两级机械增压的第一运转模式转变为具有单级机械增压的第二运转模式，那么第一控制元件11被打开以停用第二压缩机7b。

为此目的，还是这样的情况，为了停用第二涡轮7a的目的，第二控制元件13被打开，所述第二控制元件13被布置在第二旁通管路12中，所述第二旁通管路12从第二涡轮7a上游的排气排出系统4分出来，并且所述第二旁通管路12在第二涡轮7a与第一涡轮6a之间以结合点9a的形式通向排气排出系统4。此外，第二涡轮7a被装备有可变涡轮几何形状(参见箭头)。

第一涡轮6a同样呈废气门涡轮的形式，并且具有第三旁通管路14，所述第三旁通管路14在第一结合点9a与第一涡轮6a之间在第一涡轮6a的上游以第二结合点9b的形式从排气排出系统4分出来，并且所述第三旁通管路14再次通向第一涡轮6a的下游的排气排出系统4。第三控制元件15被布置在第三旁通管路14中。

向内燃发动机1供应的增压空气因此能够以单级或两级的方式被压缩。

增压空气冷却器5被布置在压缩机6b、7b的下游的进气系统2中。增压空气冷却器5降低空气温度，并且由此增加增压空气的密度，因此冷却器有助于改善汽缸3的空气增压。

在图1中图示的实施例中，为了通过测量来检测增压空气压力，两个传感器8a、8b被提供在进气系统2的不同位置处。

在低压压缩机6b的出口处布置有用于确定(也就是说通过测量来检测)压缩机6b、7b之间的压力p_级间的第一传感器8a。在第二压缩机7b下游并且在增压空气冷却器5下游的第二传感器8b用于通过测量来检测到汽缸3内的入口上游的充气压力p_升压。

为了调节内燃发动机1的充气压力p_升压，用于压缩机6b、7b之间的压力p_{级间，设定}的第一设定点值和用于增压空气冷却器5下游的压力p_{升压，设定}的第二设定点值被预先限定。

在第一调节回路中，利用压力差Δp₁＝p_{级间，设定}-p_级间来改变第一压缩机6b的驱动功率，以便调节压力p_级间。通过调整第三控制元件15，被排放并且被引导经过低压涡轮6a的排气流速被调整，以便改变第一压缩机6b的驱动功率并且调节压力p_级间。

在第二调节回路中，利用压力差Δp₂＝p_{升压，设定}-p_升压来改变第二压缩机7b的驱动功率，以便调节压力p_升压。通过调整第二控制元件13和/或通过调整第二涡轮7a的可变涡轮几何形状，改变第二压缩机7b的驱动功率并且调节充气压力p_升压。两个调节回路彼此独立。

发动机系统可以进一步包括控制系统。控制系统可以包括与发动机系统的各种传感器和致动器相结合的控制器112。控制器112在图1中被示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在这个具体示例中作为只读存储器片106示出的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存取器110和数据总线。控制器112可以接收来自被耦接到发动机1的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器的进气质量空气流量(MAF)的测量；来自被耦接到冷却套筒的温度传感器的发动机冷却剂温度(ECT)；来自被耦接到发动机的曲轴的霍尔效应传感器(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自MAP传感器的歧管绝对压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。

存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的指令，用于执行以下所述方法以及可期望但没有具体列出的其他变体。示例方法参照图2进行描述。

控制器112接收来自图1的各种传感器的信号，并且基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的命令运用图1的各种致动器来调整发动机运转。例如，控制器可以接收来自各种传感器的指示发动机转速与负荷的信号，并且控制器可以基于所接收的信号调整每个均与相应汽缸相关联的一个或更多个致动器(例如，排气门致动器、进气致动器、燃料喷射器)。

图2示出了可以利用在文中描述的确定经由图1的控制系统来执行的运转方法。图2是图示用于使发动机(诸如图1的发动机10)运转的方法200的流程图。用于执行方法200和本文中所述的其余方法的指令可以由控制器(例如，控制器112)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如在上面参照图1描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据在下面描述的方法运用发动机系统的发动机致动器来调整发动机运转。

在202处，方法200包括确定运转参数。经确定的运转参数可以包括发送机转速、发动机负荷、后处理装置温度、充气压力以及如在本文中描述的例如通过读取传感器值的其他合适的参数。在204处，方法200确定对发动机的致动器的调整输出，例如各种涡轮增压器的废气门位置、EGR阀位置、和可变几何形状涡轮增压器的叶片的位置。方框204可以将在上面描述的各种运转用于控制升压压力。

注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制器的控制系统执行。在本文中所描述的具体程序可以表示任意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，所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，所述处理顺序不是实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点所必需的，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码，其中所述动作通过执行包括各种发动机硬件部件与电子控制器结合的系统中的指令来完成。

应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。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。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造以及其他的特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求具体地指出某些被认为是新颖且非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求来要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

参考符号

1 机械增压内燃发动机

2 进气系统

3 汽缸

4 排气排出系统

5 增压空气冷却器

6 第一排气涡轮增压器，低压级

6a 第一涡轮

6b 第一压缩机

7 第二排气涡轮增压器，高压级

7a 第二涡轮

7b 第二压缩机

8a 第一传感器，用于确定p_级间的传感器

8b 第二传感器，用于确定升压p_升压的传感器

9a 第一结合点

9b 第二结合点

10 第一旁通管路

11 第一控制元件

12 第二旁通管路

13 控制元件

14 第三旁通管路

15 控制元件

p_升压 充气压力，在第二压缩机下游的进气系统中的压力

p_{升压，设定} 第二设定点值，用于第二压缩机下游的压力的设定点值

p_级间 在压缩机之间的进气系统中的压力

p_{级间，设定} 第一设定点值，用于压缩机之间的压力的设定点值