内燃发动机及其操作方法
【专利摘要】本发明涉及带有两级机械增压容量并带有排气后处理装置的内燃发动机以及操作所述发动机的方法。一种机械增压式内燃发动机包括串联设置的至少两个排气涡轮增压器，其中第一排气涡轮增压器充当低压级且第二排气涡轮增压器充当高压级。第二排气涡轮增压器的第二涡轮机可存在于第一排气涡轮增压器的第一涡轮机上游，且第二排气涡轮增压器的第二压缩机可设置在第一排气涡轮增压器的第一压缩机下游的进气系统中，且第一旁通管路可从第二涡轮机上游分支出来并在第一涡轮机和第二涡轮机之间的结点处接回。机械增压式发动机还包括排气再循环装置，以及第一涡轮机和第二涡轮机之间的至少一个排气后处理系统。
【专利说明】内燃发动机及其操作方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2015年4月2日提交的德国专利申请N0.102015206041.1的优先权，所述申请的全部内容在此以参考的方式并入以用于所有目的。
技术领域
[0003]本公开涉及带有两级机械增压容量并带有排气后处理装置的内燃发动机以及用于操作所述类型的内燃发动机的方法。
【背景技术】
[0004]在本公开的上下文中，表达“内燃发动机”涵盖奥托循环发动机、柴油发动机，并且还涵盖利用混合燃烧过程的混合动力内燃发动机，以及不仅包括内燃发动机而且包括电动机器的混合动力驱动装置，所述电动机器根据驱动可连接到内燃发动机并从内燃发动机接收动力，或作为可切换的辅助驱动装置额外地输出动力。
[0005]机械增压主要用于增加内燃发动机的功率。燃烧过程所需的空气被压缩，其结果是较大的空气质量每工作循环能够被供应到每个汽缸。这样，燃料质量且因此平均压力可以增加。
[0006]机械增压是用于增加内燃发动机的功率同时维持扫气容积不变，或用于减小扫气容积同时维持相同的功率的合适手段。机械增压导致体积功率输出的增加和改善的功率-重量比。如果扫气容积被减小，因此朝较高负荷移动负荷集是可能的，在所述较高负荷处，燃料消耗率较低。通过结合合适的传输配置的机械增压，实现所谓的自动降速也是可能的，在所述自动降速的情况下实现较低的燃料消耗率同样是可能的。因此，机械增压帮助不断努力研发内燃发动机以最小化燃料消耗从而改善内燃发动机的效率。
[0007]对于机械增压，包括压缩机和涡轮机的排气涡轮增压器设置在同一轴杆上。热排气流被供应到涡轮机并且在伴有使轴杆旋转的能量释放的涡轮机中膨胀。通过排气流供应到涡轮机并最终到轴杆的能量用于驱动同样设置在轴杆上的压缩机。压缩机传送并压缩供应至该压缩机的增压空气，其结果是获得汽缸的机械增压。
[0008]增压空气冷却器可以被提供在压缩机下游的进气系统中，从而在压缩的增压空气进入至少一个汽缸前冷却所述压缩的增压空气。增压空气冷却器降低温度且因此增加增压空气的密度，从而改善至少一个汽缸的充气。
[0009]例如，与机械增压器相比，排气涡轮增压器可利用热排气的排气能量以用于在增压器和内燃发动机之间传送功率且可不需要机械连接。相比之下，机械增压器从内燃发动机提取完全驱动所述机械增压器所需的能量，且因此减少输出功率且因此不利地影响效率。
[0010]排气涡轮增压的配置中遇到问题，其中在所有的发动机转速范围处获得显著的性能增加是基本追求。在带有排气涡轮增压器的机械增压式内燃发动机的情况下，当低于特定的发动机转速时观察到显著的扭矩下降。所述效果是不理想的且因此也是排气涡轮增压的最严重的缺点之一。
[0011]如果考虑到充气压力比取决于涡轮机压力比，所述扭矩下降是可以理解的。例如，如果发动机转速下降，这导致较小的排气质量流量且因此导致较低的涡轮机压力比。结果，充气压力比在较低的发动机转速的方向上同样减小，所述较低的发动机转速相当于扭矩下降。
[0012]根据现有技术，各种措施已用于改善排气涡轮增压式内燃发动机的扭矩特征，其包括小的涡轮机横截面和排气放气设施的同时提供。为此，涡轮机装备有旁通管路，该旁通管路从涡轮机上游的排气排出系统分支出来且切断元件安置在所述旁通管路中。这种涡轮机也称为废气门涡轮机。如果排气质量流量超过临界值，则该排气流的一部分在所谓的排气放气过程期间经由旁通管路被引导穿过涡轮机，即，被吹走。该过程具有高能量被吹走的排气仍未利用且机械增压行为通常在较高发动机转速下不充足的缺点。
[0013]具有可变涡轮机几何形状的涡轮机通过涡轮机几何形状或有效的涡轮机横截面的调整的方式准许更全面的适于内燃发动机的各个操作点，从而使涡轮机几何形状的发动机转速相关的或负荷相关的调节能够在特定程度上发生。
[0014]机械增压式内燃发动机的扭矩特征还可借助于平行设置的多个涡轮增压器来改善，例如借助于平行设置的相对小的涡轮机横截面的多个涡轮机。随着排气流率的增加，类似于连续机械增压，涡轮机可相继被激活。
[0015]扭矩特征还可受串联连接多个排气涡轮增压器的影响。在一个示例中，串联连接两个排气涡轮增压器时，其中第一排气涡轮增压器用作高压级且第二排气涡轮增压器用作低压级，压缩机特征映射图可经扩大以包括较小的压缩机流和较大的压缩机流二者。
[0016]特别地，关于用作高压级的第一排气涡轮增压器，喘振极限在较小压缩机流的方向上被转移是可能的，因此高充气压力比甚至可利用小的压缩机流获得，所述小的压缩机流在较低部分负荷范围内可显著改善扭矩特征。这通过使用用于小排气质量流量的高压涡轮机且通过提供旁通管路来实现，借助于该旁通管路，随着排气质量流量的增加，增加的排气量被引导穿过高压涡轮机。为此，旁通管路从高压涡轮机上游的排气排出系统分支出来并且又通向高压涡轮机下游且低压涡轮机上游(即，两个涡轮机之间)的排气排出系统中，其中切断元件设置在旁通管路中以便控制被引导穿过高压涡轮机的排气流。
[0017]串联连接的两个排气涡轮增压器进一步增加经过机械增压的功率升压。此外，带有两个排气涡轮增压器的内燃发动机的响应行为可显著改善，尤其在与带有单级机械增压的类似内燃发动机比较的部分负荷范围内。这样做的原因是相对小的高压级比用于单级机械增压的相对大的排气涡轮增压器有更少的惰性，因为较小尺寸的排气涡轮增压器的转子或叶轮可更快加速并减速。
[0018]这还具有关于微粒排放的优点。在大型的单一排气涡轮增压器中，在加速期间，由于大型叶轮的惯性，供应到汽缸以用于增加的燃料流率的空气质量的所需增加仅延迟发生。相比之下，关于相对小的高压涡轮增压器，增压空气几乎不加延迟地供应到发动机，且因此带有增加的微粒排放的操作状态更常见地被消除。
[0019]结合排气后处理的排气涡轮增压已被证明是有问题的。当使用排气涡轮增压器时，尽可能接近发动机(即，接近汽缸的出口开口)设置增压器的涡轮机以便能够最佳利用通过排气压力和排气温度明显确定的热排气的排气焓，并确保涡轮增压器的快速响应行为是基本追求。此外，热排气到不同的排气后处理系统的路径也应尽可能短以使得几乎没有时间冷却排气且排气后处理系统尽可能快地达到它们的操作温度或起燃温度，尤其在内燃发动机的冷启动后。
[0020]因此，位于汽缸处的出口开口和涡轮机之间，或汽缸处的出口开口和排气后处理系统之间的排气管路的部分的热惯性也应当尽可能低，这可通过减小相应部分的质量和长度来头现。
[0021 ]为了实现上述目的，在一个示例中，排气管路可基本上在汽缸盖内合并。排气管路的长度通过整合到汽缸盖中的方式而被减小，由此不仅热惯性而且相关部分的管路体积被减小，从而改善涡轮机的响应行为，并增加通向涡轮机的入口处的排气的焓。
[0022]虽然单一涡轮机可以被容易地定位成接近发动机，但是同时接近发动机设置多个涡轮机会有问题，例如，在包括串联设置的两个涡轮机的内燃发动机中时。
[0023]EP 1396619A1涉及排气涡轮增压和排气后处理的同时使用，其中排气后处理系统可以被设置成尽可能接近内燃发动机的出口。在根据EP1396619A1的一个实施例中，排气流可通过合适的切换设备和旁通管路被引导穿过两个涡轮机。这提供关于设置在涡轮机下游的排气排出系统中的催化转换器的优点，尤其在冷启动后或在内燃发动机的预热阶段，因为热排气被直接供应到催化转换器且没有首先被传导穿过被认为是温度槽的涡轮机。这样，在冷启动后或预热阶段，催化转化器更快速达到它的起燃温度。进一步的实施例提供第二催化转化器的设置，例如，绕过两个涡轮机的旁通管路中的主催化转化器。
[0024]然而，发明人在此已意识到这种系统的潜在问题。如一个示例，EP1396619A1所述的概念的缺点是在内燃发动机的预热阶段，所有的排气被供应到至少一个催化转换器以用于加热目的，且没有排气被引导穿过涡轮机，以使得在预热阶段期间，由于缺少充气压力，没有发生机械增压。
[0025]US 2009/0178406A1和US 2012/0216529A1描述一种内燃发动机，其中排气后处理系统设置在涡轮机之间。从高压涡轮机上游的排气排出系统分支出来的旁通管路又通向低压涡轮机上游的排气排出系统中，从而绕过高压涡轮机和所述排气后处理系统。在存在低压排气流率的情况下，尤其是在冷启动后或在预热阶段，排气被供应到小型高压涡轮机，由此内燃发动机的机械增压在这些工况下实现。在以上所引用的参考中，设置在高压涡轮机下游的排气后处理系统用于确保污染物的所需转化。
[0026]随着排气流的增加，增加的排气量被引导穿过高压涡轮机，从而增加流到低压涡轮机的未处理的排气的量。因此，低压涡轮机下游具有额外的排气后处理系统是可取的。然而，贵重金属的使用首要导致排气后处理系统的高生成成本。由于排气后处理装置的增加的空间要求，提供不止一个排气后处理系统的需要可明显增加成本和包装缺点。根据现有技术，排气涡轮增压和排气后处理之间所述的冲突不能得到解决。
【发明内容】
[0027]在一个实施例中，机械增压式内燃发动机可包括用于供应增压空气到至少一个汽缸的进气系统且具有用于从至少一个汽缸排出排气的排气排出系统且具有串联设置的至少两个排气涡轮增压器。第一排气涡轮增压器可用作低压级且第二排气涡轮增压器用作高压级。第二排气涡轮增压器的第二涡轮机可设置在第一排气涡轮增压器的第一涡轮机上游的排气排出系统中。第二排气涡轮增压器的第二压缩机可设置在第一排气涡轮增压器的第一压缩机下游的进气系统中。第一旁通管路可从第二涡轮机上游的排气排出系统分支出来且可又回接排气排出系统以在带有切断元件的第一涡轮机和第二涡轮机之间形成结点(junct1n point)。排气再循环装置可親合到机械增压式内燃发动机。至少一个排气后处理系统可设置在第一涡轮机和第二涡轮机之间的排气排出系统中。
[0028]排气后处理系统的该设置具有以下技术效果:所有排气在所有工况下完全穿过至少一个排气后处理系统，以使得没有相同类型的进一步额外的排气后处理系统必须(即，必要的)提供在低压涡轮机下游。因此，这产生关于成本和包装二者的优势。
[0029]应该理解，提供上述
【发明内容】
是为了以简化的形式引入在【具体实施方式】中被进一步描述的概念选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，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】
[0030]图1示意性地示出机械增压式内燃发动机的第一实施例。
[0031]图2A和图2B是示出用于操作发动机系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]本公开还涉及用于操作上述类型的机械增压式内燃发动机的方法，其中上述类型的内燃发动机可用作马达车辆驱动单元。这样，本公开提供包括便宜的排气后处理装置和紧凑包装的机械增压式内燃发动机以及用于操作上述类型的机械增压式内燃发动机的方法。
[0033]在根据本公开的内燃发动机的情况下，设置在第一涡轮机和第二涡轮机之间的至少一个排气后处理系统不提供在绕过高压涡轮机的旁通管路中，而是提供在高压涡轮机的下游且在绕过高压涡轮机的旁通管路的下游。
[0034]排气后处理系统必须被设计为用于预期的体积流量，以便确保排气流经排气后处理系统时排气后处理系统中的排气的所需最小滞留时间的事实在这里已被证明不是问题。原因如下。
[0035]在存在低排气流率的情况下，尤其在冷启动后或在预热阶段，排气被完全或主要供应到小型高压涡轮机。供应到高压涡轮机的排气流经高压涡轮机时膨胀，由此排气的密度降低，且体积流量增加。
[0036]相比之下，随着排气流增加，排气越来越多地被引导穿过高压涡轮机。被引导穿过高压涡轮机的排气不经历任何膨胀，即，不经历高压涡轮机的任何压力减小，使得排气后处理系统上游和低压涡轮机上游存在相对高的压力且相对高的密度的排气。相对高的密度是用于比较小的体积流量的基础。
[0037]关于排气体积流量的上述效果具有这样的效果:在存在小排气质量的情况下以及在存在相对大的排气质量的情况下，特定类型的一个排气后处理系统足够用于所有排气的后处理。
[0038]已经在此经证明不是缺点的是，由于涡轮机之间至少一个排气后处理系统的设置，在一些情况下低压涡轮机能够被设置成不特别靠近发动机，而是可能在排气排出系统的更远下游，因为排气后处理装置一般或通常与放热反应相关联，且作为排气后处理的结果，排气进入低压涡轮机之前排气温度因此再次增加。相应的排气后处理系统的示例是氧化型催化转化器;进一步的示例是微粒过滤器。
[0039]由于所有排气在低压涡轮机上游经历后处理的事实，使用相对小的体积(S卩，相对于提供在低压涡轮机下游的相同类型的排气后处理系统的小体积)排气后处理系统是可能的。关于成本和关于驱动单元作为整体的包装二者，这是优势。
[0040]本公开涉及机械增压式内燃发动机，其具有用于供应增压空气到至少一个汽缸的进气系统且具有用于从至少一个汽缸排出排气的排气排出系统。机械增压式内燃发动机还包括可串联设置的至少两个排气涡轮增压器，其中所述至少两个排气涡轮机增压器中的每个包括设置在排气排出系统中的涡轮机和设置在进气系统中的压缩机。
[0041]根据本公开的机械增压式内燃发动机旨在实现便宜的排气后处理装置和紧凑包装。
[0042]根据本公开，提供排气再循环装置，其包括用于排气再循环的管路。为了遵守氮氧化物排放的未来限制，排气再循环(即，排气从出口侧到入口侧的再循环)越来越多地被使用，由此氮氧化物排放随排气再循环速率的增加而明显减少是可能的。这里，排气再循环速率XEGR被确定为XEGR = mEGR/(mEGR+mfresh air)，其中mEGR表不再循环的排气的质量且mfresh air表示被引导经过压缩机且被压缩的供应的新鲜空气。
[0043]排气再循环也适于在部分负荷范围内减少未燃烧的碳氮化合物的排放。
[0044]至少一个排气后处理系统可为氧化型催化转化器、三元催化转化器、存储催化转换器、选择性催化转化器和/或微粒过滤器。
[0045]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中提供第二旁通管路，该第二旁通管路从第二排气涡轮增压器的第二压缩机上游的进气系统分支出来且又通向第二压缩机下游的进气系统中且切断元件设置在所述第二旁通管路中。
[0046]第二旁通管路允许高压压缩机被绕过。这使得被引导穿过高压压缩机的增压空气质量流量与被引导穿过高压涡轮机的排气质量流量相协调，且因此与高压级的可用涡轮机功率相协调是可能的。
[0047]在排气主要或完全供应到第一涡轮机，从而绕过高压涡轮机且因此第二涡轮机不输出功率或几乎不输出功率的情况下，第一压缩机生成必需的充气压力，然而第二压缩机仅构成用于增压空气的流阻，所述增压空气在通往汽缸的路径上被吸入并被第一压缩机压缩。第二旁通管路然后允许第二压缩机被绕过。
[0048]还提供内燃发动机的实施例，其中第二压缩机具有可变压缩机几何形状。该实施例有优势，尤其是如果第二排气涡轮增压器的涡轮机具有可变涡轮机几何形状，且可变压缩机几何形状因此可以连续的方式与涡轮机几何形状相协调。
[0049]已经证明可变压缩机几何形状有优势，尤其是如果仅小的排气质量流量被引导穿过第二涡轮机，因为通过叶片的调整，压缩机特征映射图中压缩机的喘振极限可在小的压缩机流的方向上转变，且因此阻止压缩机超过喘振极限操作。
[0050]然而，第二压缩机的可变压缩机几何形状也提供操作状态的优势，在所述操作状态中，排气主要或完全流经第一涡轮机，且第一压缩机生成所需的充气压力。在这些情况下，第二压缩机仅构成流阻。
[0051]可变压缩机几何形状可致使第二旁通管路多余，因为压缩机横截面能够适于增压空气流。然而，为此，压缩机的几何形状或压缩机的流量横截面的几何形状必须在广泛范围内可调整，使得压缩机可适于非常小的增压空气流和非常大的增压空气流二者。
[0052]虽然如此，不过可提供内燃发动机的实施例，其中第二压缩机可具有固定的、不变的压缩机几何形状。与带有可变几何形状的上述压缩机相比，在此控制要求在原则上被消除。总而言之，该实施例具有成本优势。
[0053]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中第二排气涡轮增压器的第二涡轮机具有可变涡轮机几何形状。
[0054]可变涡轮机几何形状增加机械增压的灵活性。其准许涡轮机几何形状适于存在的排气流。这里，用于影响流向的导向叶片设置在涡轮机的叶轮上游。与旋转叶轮的叶轮叶片相比，导向叶片不随涡轮机的轴旋转，即，不随叶轮旋转。导向叶片被适当地设置为静止的，但不是完全不动的，而是以便围绕它们的轴线可旋转，使得接近叶轮叶片的流量会受到影响。
[0055]相比之下，如果涡轮机具有固定的、不变的几何形状，则导向叶片不仅是静止的，而且也是完全不动的，也就是说，既然提供了导向叶片，那么该导向叶片就被牢牢地固定。
[0056]特定地，涡轮机与可变涡轮机几何形状及绕过所述涡轮机的旁通管路的结合使得高压涡轮机被设计以用于非常小的排气流且因此用于较低的部分负荷范围是可能的。因此，甚至以低的发动机转速且甚至在非常低的排气流率的情况下实现高涡轮机压力比是可能的。
[0057]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中提供第三旁通管路，该第三旁通管路从第一压缩机下游的进气系统分支出来且切断元件设置在所述第三旁通管路中。第三旁通管路可用于增压空气放气且可又通向第一压缩机上游的进气系统中，由此第一压缩机中压缩的增压空气没被吹走，而是仅被再循环。切断元件被提供在旁通管路中以用于控制吹气或再循环的增压空气流率的目的。
[0058]然而，第三旁通管路还用于增压空气的进气，特别在几乎无排气或无排气流经第一大型涡轮机且因此第二较小的涡轮机执行压缩机功的情况下。第一压缩机然后仅构成用于通过第二压缩机吸入的增压空气的流阻。旁通管路然后使第一压缩机能够被绕过，从而准许减少进气系统的节流。
[0059]从以上所述，由此得出结论，低压涡轮机可同样装备有旁通管路。
[0060]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中至少一个排气后处理系统包括氧化型催化转化器。
[0061]甚至在没有额外措施的情况下，未燃烧的碳氮化合物和一氧化碳的氧化在足够高的温度水平下的汽缸充气的膨胀和排出过程中且在存在足够大的氧气量的情况下适当地发生。然而，由于在下游方向快速下降且因此迅速减小反应速率的排气温度，所述反应快速停止。
[0062]为此，利用包括催化材料的催化反应器，所述催化材料增加特定反应的速率并确保甚至在低温下的氧化。如果氮氧化物额外地被还原，这可在带有三元催化转换器的奥托循环发动机的情况下被实现，然而，出于此目的，所述三元催化转换器需要奥托循环发动机在狭窄范围内的化学计量操作(λ? I)。这里，氮氧化物通过存在的非氧化型排气成分(特别是一氧化碳和未燃烧的碳氮化合物)被还原，其中所述排气成分同时被氧化。
[0063]在利用过量空气操作的内燃发动机中，S卩，例如在稀燃模式中操作的奥托循环发动机，但尤其是直接喷射柴油发动机和直接喷射奥托循环发动机，由于缺少还原剂，包含在排气中的氮氧化物不能违背原则被还原。然后，为了未燃烧的碳氮化合物和一氧化碳的氧化，氧化型催化转换器提供在排气排出系统中。
[0064]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中至少一个排气后处理系统包括微粒过滤器。为了最小化碳烟微粒的排放，利用所谓的再生微粒过滤器，其过滤出排气中的碳烟微粒并储存它们，其中，所述碳烟微粒在过滤器的再生过程期间被间歇性地燃尽。为此，氧或排气中的过量空气是必要的，以便氧化过滤器中的碳烟。
[0065]过滤器必须定期再生，S卩，以固定的预先限定的间隔，且通常当达到预先限定的英里数或操作持续时间。在没有催化帮助的情况下，仅在操作过程中的高负荷和高发动机转速处达到用于微粒过滤器的再生的约550°C的高温。如果根据本公开，所有的排气可以被直接供应到至少一个紧密耦合的排气后处理系统(即，目前的情况下是微粒过滤器)，因此已经证明有优势。
[0066]上述排气后处理系统中的每个也可用作，S卩，被设计为，组合的排气后处理系统的部件。结果，使用不同类型的多个排气后处理系统也是可能的。
[0067]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中第一压缩机被设计成大于第二压缩机，因为在双级压缩的背景下，第一压缩机形成低压级，然而第二压缩机压缩已经预先压缩的空气且因此构成高压级。
[0068]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中第一涡轮机被设计为大于第二涡轮机。在两级压缩的背景下，第二涡轮机用作高压涡轮机，使得在第一涡轮机中由于已经在相对低的压力处且具有相对小的密度的排气流已穿过高压级的事实，所述排气流膨胀。相比之下，在存在相对高的排气流率的情况下，至少主要绕过高压涡轮机的排气被供应到低压涡轮机，所述低压涡轮机因此必须为大型的或相对大的设计。
[0069]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中切断元件可经由发动机控制器被电力控制、液压控制、气动控制、机械控制或磁力控制。
[0070]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中切断元件以连续可变的方式或以阶梯式可控制，即可切换。
[0071]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中提供排气再循环装置。
[0072]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中额外的冷却器被提供在用于排气再循环的管路中。所述额外的冷却器降低热排气流的温度且因此增加排气的密度。在新鲜空气与再循环的排气混合时产生的汽缸新鲜充气的温度因此以这样的方式被进一步降低，因此额外的冷却器也有助于带有新鲜混合物的燃烧室的改善的充气。
[0073]提供内燃发动机的实施例，其中切断元件被提供在用于排气再循环的管路中。切断元件用于排气再循环速率的控制。
[0074]为了获得氮氧化物排放的明显减少，需要高排气再循环速率，其量级顺序可为XECR* 60%到70%。
[0075]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中提供包括管路的排气再循环装置，所述管路从涡轮机上游的排气排出系统分支出来并通向进气系统中，优选通向压缩机下游的进气系统中。
[0076]还提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中提供包括管路的排气再循环装置，所述管路从涡轮机下游的排气排出系统分支出来并通向进气系统中。
[0077]这里，提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中所述管路通向压缩机上游的进气系统中。
[0078]上面，机械增压式内燃发动机装备有低压EGR装置。与从涡轮机上游的排气排出系统提取的排气被引入进气系统的高压EGR装置相比，在低压EGR装置的情况下，已经流经涡轮机的排气被再循环到入口侧。为此，低压EGR装置包括再循环管路，该再循环管路从涡轮机下游的排气排出系统分支出来并通向压缩机上游的进气系统中。
[0079]低压EGR装置相对于高压EGR装置的主要优势在于在排气再循环期间被引入涡轮机中的排气流通过再循环的排气流率没有被减少。整个排气流通常可用于涡轮机处，用于生成足够高的充气压力。
[0080]经由低压EGR装置再循环到入口侧且优选地被冷却的排气通常与压缩机上游的新鲜空气混合。新鲜空气和以这种方式产生的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且被压缩。
[0081]这里，在低压EGR过程期间排气被引导穿过压缩机的事实不是不利的，因为使用优选在微粒过滤器中已经经受排气后处理的排气。因此，不存在压缩机中有沉积物的风险，而所述沉积物改变几何形状，尤其是改变流量横截面，且因此损害压缩机的效率。
[0082]提供机械增压式内燃发动机的实施例，其中增压空气冷却器被设置在压缩机下游的进气系统中。增压空气冷却器降低空气温度且因此增加增压空气的密度，其结果是冷却器也有助于带有空气的燃烧室的改善的充气，即，较大的空气质量。
[0083]这里，提供实施例，其中用于排气再循环的管路通向增压空气冷却器下游的进气系统中。这样，排气流不被引导穿过增压空气冷却器，且因此，所述冷却器不能被包含在排气流中的污染物的沉积物(尤其是碳烟微粒和油)污染。
[0084]机械增压式内燃发动机的实施例还可具有优势，其中提供包括管路的排气再循环装置，所述管路从涡轮机之间的排气排出系统分支出来并且在合适的点处通向进气系统中。适合性尤其取决于是否能够确保或生成再循环所需的压力梯度。
[0085]本公开基于的第二子目标通过以下方法来实现，所述方法通过以下事实区别:在预热阶段，第一旁通管路打开，且排气经由第一旁通管路被引导穿过第二涡轮机。
[0086]已结合根据本公开的内燃发动机陈述的内容同样应用到根据本公开的方法。
[0087]图1基于四缸直列式发动机的示例示出机械增压式内燃发动机I的第一实施例。图1示出带有各种部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果示出彼此直接接触，或直接耦合，则此类元件可以被分别称为直接接触或直接耦合。类似地，至少在一个示例中，示出连续的或彼此邻近的元件可分别为连续的或彼此邻近。如一个示例，彼此共面接触的部件可被称为处于共面接触。如另一示例，在至少一个示例中，彼此分开安置的其间仅带有空间但没有其它部件的元件也可如此称之。然而，如另一示例，示出在另一个的上面/下面，在另一个的相对侧处，或在另一个的左边/右边的元件可相对于另一个如此称之。进一步地，如图中所示，在至少一个示例中，最上面的元件或元件的点可以被称为部件的“顶部”且最下面的元件或元件的点可以被称为部件的“底部”。如本文所用的，顶部/底部，上/下，上面/下面可相对于图的竖直轴线且用于描述图中的元件相对于彼此的定位。正因如此，在一个示例中，示出在其它元件上面的元件可以被竖直安置在其它元件上面。如又一示例，图内所述的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形的、笔直的、平面的、弯曲的、圆的、倒棱的、有角的等等)。进一步地，在至少一个示例中，示出彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。仍进一步地，在一个示例中，示出在另一元件内或示出在另一元件外的元件可以被如此称之。
[0088]内燃发动机I的汽缸3沿汽缸盖的纵轴线设置，S卩，直列式设置。为了供应增压空气到汽缸3中，提供进气系统2，且为了从汽缸3排出排气，提供排气排出系统4。
[0089]内燃发动机I装备有串联设置的第一排气涡轮增压器6和第二排气涡轮增压器7，并且所述第一排气涡轮增压器6和第二排气涡轮增压器7中的每个包括设置在排气排出系统4中的第一涡轮机6a和第二涡轮机7a，以及设置在进气系统2中的第一压缩机6b和第二压缩机7b，第一排气涡轮增压器6用作低压级6且第二排气涡轮增压器7用作高压级7。
[0090]为此，第一压缩机6b被设计为大于第二压缩机7b，因为具有第一排气涡轮增压器6和第二排气涡轮增压器7的设置，在两级压缩的背景下，第一压缩机6b形成低压级6，然而第二压缩机7b压缩已预先压缩的空气且因此构成高压级7。
[0091]出于相同的原因，第一涡轮机6a被设计为大于第二涡轮机7a。这是因为在两级增压的背景下，第二涡轮机7a用作高压涡轮机7a，然而第一涡轮机6a用于膨胀排气流，由于所述排气流已穿过高压级7的事实，所述排气流已处于相对低的压力处并具有相对低的密度。
[0092]增压空气冷却器5设置在第一压缩机6b和第二压缩机7b下游的进气系统2中。增压空气冷却器5可降低空气温度且因此增加增压空气的密度，其结果是冷却器有助于利用经由增压室9供应到汽缸3的空气改善汽缸3的充气。
[0093]第二排气涡轮增压器7的第二涡轮机7a具有第一旁通管路10，其从第二涡轮机7a上游的排气排出系统4分支出来并且又通向排气排出系统4中，以便在第一涡轮机6a和第二涡轮机7a之间形成结点8，其中切断元件11设置在所述旁通管路10中。
[0094]在图1所图示的实施例中，第二压缩机7b具有第二旁通管路12，其从第二压缩机7b上游和第一压缩机6b和第二压缩机7b之间的进气系统2分支出来，并又通向第二压缩机7b下游且第二压缩机7b和增压空气冷却器5之间的进气系统2中，且切断元件13设置在所述第二旁通管路12中。
[0095]存在设置在第一涡轮机6a和第二涡轮机7a之间的排气排出系统4中的组合的排气后处理系统15，其包括氧化型催化转化器15a和微粒过滤器15b。这里，排气后处理系统15设置在结点8和第一排气涡轮增压器6的第一涡轮机6a之间，以使得内燃发动机I的所有排气穿过排气后处理系统15，且在所有工况下经历后处理。
[0096]此外，图1所图示的内燃发动机I装备有低压EGR装置16，该低压EGR装置16包括再循环管路16a，所述再循环管路从第一涡轮机6a和第二涡轮机7a下游的排气排出系统4分支出来，并且通向第一压缩机6b和第二压缩机7b上游的进气系统2中，且具有设置其中的冷却器16c。在第一压缩机6b和第二压缩机7b上游的排气与新鲜空气混合并形成增压空气之前，冷却器降低热排气流的温度。也设置在再循环管路16a中的是切断元件16b，该切断元件16b起EGR阀16b的作用并用于调整经由低压EGR装置16再循环的排气流率。
[0097]为了能够生成非常高的再循环速率，提供额外的排气再循环装置14。为了形成所述高压EGR装置14，提供管路14a，其从第一涡轮机6a和第二涡轮机7a上游的排气排出系统4分支出来并且通向增压空气冷却器5下游的进气系统2中。为了调整经由高压EGR装置14再循环的排气流率，充当EGR阀14b的切断元件14b设置在管路14a中。高压EGR装置14也具有冷却器14c。
[0098]发动机系统可进一步包括控制系统。控制系统可包括控制器112。控制器112在图1中示出为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O) 104、在该特定示例中用于可执行程序和校准值的被示出为只读存储器芯片(R0M)106的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器112可从耦合到发动机I的传感器接收除之前讨论的那些信号之外的各种信号，包括:来自质量空气流量传感器的所导入的质量空气流量(MAF)的测量值;来自耦合到冷却套管的温度传感器的发动机冷却液温度(ECT);来自耦合到发动机的曲轴的霍尔效应传感器(或其它类型)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);和来自MAP传感器的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可通过控制器112从信号PIP生成。一个或多个温度传感器(未示出)可安置在排气装置中以测量排气温度、排气后处理温度，或其它温度。
[0099]存储介质只读存储器106能够用表示通过处理器102可执行的指令的计算机可读数据编程以用于执行下述方法以及预期的但没有具体列出的其它变体。参考图2A和图2B描述示例方法。
[0100]控制器112从图1的各种传感器接收信号并采用图1的各种致动器基于接收的信号以及储存在控制器的存储器上的指令调整发动机操作。例如，为了调整切断元件11的位置，控制器可从一个或多个传感器接收反馈以确定发动机负荷、发动机转速，和/或后处理设备温度(诸如来自MAF、MAP、PIP传感器，和温度传感器的反馈)且然后可调整耦合到切断元件11的致动器以调整切断元件的位置。
[0101]转向图2A和图2B，示出用于操作发动机系统的方法200。方法200可根据储存在控制器(诸如图1的控制器112)的存储器中的非暂时性指令实施，以便调整发动机(例如，图1的发动机I)的各种操作参数，从而根据检测到发动机参数提供指定的增压压力，同时管理排气后处理系统的温度。发动机可包括第一涡轮增压器(例如，图1的涡轮增压器6)和第二涡轮增压器(例如，图1的涡轮增压器7)，所述第一涡轮增压器包括第一涡轮机和第一压缩机，所述第二涡轮增压器包括第二涡轮机和第二压缩机。第二涡轮增压器可为高压涡轮增压器且因此第二涡轮机可在排气流动方向上安置在第一涡轮机上游。第一涡轮增压器可为低压涡轮增压器。排气后处理系统(ATS)可设置在两个涡轮机之间的排气通道中(诸如图1的排气后处理系统15)。如上所述，切断阀(例如，切断元件11)可与第二涡轮机并联耦合，从而允许排气在一些状况下绕过第二涡轮机。进一步地，高压EGR系统可耦合第二涡轮机上游的排气装置到进气装置，且低压EGR系统可耦合第一涡轮机下游的排气装置到进气装置。
[0102]用于实施方法200的指令可基于储存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(诸如上面参考图1描述的传感器)接收的信号通过控制器执行。根据下面所述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器调整发动机操作。
[0103]在202处，方法200包括确定发动机操作参数。确定的操作参数可包括但不限于发动机负荷、发动机转速、升压压力(例如，其可为进气歧管压力相对于环境压力的测量值)、ATS温度和其它参数。在204处，方法200确定发动机是否在冷启动状况下操作，所述冷启动状况可包括发动机启动但处于环境温度下。如果发动机没有在冷启动状况操作，则方法200前进到214，214将在下面描述。
[0104]如果发动机在冷启动状况下操作，则方法200前进到206以迅速加热ATS。在冷启动状况期间，ATS的一个或多个部件(诸如氧化催化剂)可低于起燃温度，且正因如此，排放可在冷启动状况期间受到影响。因此，迅速加热ATS是可取的。如208处所示，迅速加热ATS可包括打开在第二高压涡轮机(例如，图1的涡轮机7)周围的旁通管路中耦合的切断阀(例如，图1的切断元件11)，所述第二高压涡轮机也可被称为HP涡轮机。在冷ATS状况期间，打开切断阀引起来自发动机的至少一部分排气直接流到ATS，而不是流经第二涡轮机。这样做，ATS可以被迅速加热。
[0105]迅速加热ATS还可包括调整耦合到HP涡轮机的压缩机的一个或多个参数。如210处所示，可变几何形状压缩机(VGC)设置或压缩机旁通阀(CBV)位置可基于HP涡轮机设置进行调整，使得流经压缩机的空气流匹配流经HP涡轮机的排气流。
[0106]在HP涡轮机的旁通期间，期望的升压可经由低压涡轮增压器(例如，图1的涡轮增压器6)提供和/或控制，如211处所示。提供到进气装置的升压可通过调整LP涡轮增压器的各种参数被控制到指定的增压压力(若有指示)，调整LP涡轮增压器的各种参数包括调整LP涡轮机周围的排气旁通的量，调整LP涡轮机的VGT设置，和/或调整流经LP压缩机的压缩机流的量。
[0107]进一步地，若需要，如212处所示，ATS的迅速加热可包括使LP-EGR流动。为了使LP-EGR流动，LP-EGR阀可以被至少部分地打开(例如，图1的切断元件16b)。进一步地，这可包括关闭或完全关闭HP-EGR阀(例如，切断元件14b)。在ATS预热期间，通过使LP-EGR而不是HP-EGR流动，更多的排气可用于流经ATS。
[0108]在214处，方法200确定ATS是否处于或高于起燃温度，或ATS的另一期望温度。例如，在ATS的一个或多个部件(例如，微粒过滤器)的再生期间，发动机可以增加ATS温度的方式操作以燃尽存储的碳烟微粒，例如。因此，至少在再生期间，期望的ATS温度可包括高于再生阈值的温度。
[0109]如果ATS不处于或不高于点火或再生温度，方法200继续迅速加热ATS，如以上所解释的。如果ATS处于或高于起燃温度或其它指定温度，方法200前进到216以执行标准升压/EGR控制。标准控制可包括调整在第二 HP涡轮机周围的旁通管路中耦合的切断阀的位置，如218处所示。在标准升压控制期间，切断阀可基于排气质量流量、发动机转速和负荷，和/或其它参数调整以向发动机提供期望的升压压力，同时维持第二涡轮机在其最佳操作范围内。这可包括随着排气质量流量的增加而打开切断阀。在另一示例中，切断阀位置可在相对于稳定状态工况的瞬时状况期间区别性地调整。例如，甚至在第二涡轮机将通常被绕过的相对高的排气流状况期间，由于较小尺寸的第二涡轮机迅速响应以及离排气流中的发动机更近的位置，调整(例如，关闭)切断阀以响应操作员踩加速器踏板从而快速提供所要求的升压以传送所要求的扭矩。进一步地，切断阀可基于排气压力进行调整。如下面更详细所解释的，在一些发动机转速/负荷状况期间使HP-EGR流动会是可取的。然而，难以在所有状况下使HP-EGR流动，因为HP-EGR流可依靠高于进气歧管压力的排气压力。因此，如果排气压力低于阈值(例如，低于进气压力)，切断阀可移动到更闭合的位置以引导额外的排气穿过HP涡轮机，从而增加排气背压以使HP-EGR流动。进一步地，在标准升压控制期间，排气可在流经上游HP涡轮机或在上游HP涡轮机周围流动后流经下游LP涡轮机。
[0110]在一些示例中，标准升压控制可包括基于排气流或其它参数调整可变几何形状涡轮机(VGT)位置，如220处所示。HP涡轮机可为包括叶片/喷口的VGT，所述叶片/喷口可以基于排气流被调整以提供宽高比(aspect rat1)，从而例如随排气流的增加而增加宽高比。此外，可变几何形状压缩机(VGC)和/或也称为切断元件(例如图1的切断元件13)的压缩机旁通阀(CBV)的位置可基于HP涡轮机设置调整，如222处所示。VGC叶片/喷口位置和/SCBV可被调整以与VGT调整协调，或与切断阀位置调整协调，从而例如使压缩机流匹配涡轮机流。在一个示例中，如果第二涡轮机周围的切断阀在瞬时事件期间被关闭，则CBV可打开以增加压缩机空气流。
[0111]在一些示例中，标准升压和EGR控制可进一步包括基于发动机转速和负荷，或其它合适的参数调整高压EGR(HP-EGR)和低压EGR(LP-EGR)量中的一个或多个，如224处所示。这样，用于控制排放的期望EGR可基于发动机转速和负荷来提供，且进一步可在HP-EGR和LP-EGR系统之间均衡以提供期望的瞬时响应或其它参数。例如，较大部分的HP-EGR可在高发动机转速和/或高发动机负荷状况期间被提供，而较大部分的LP-EGR可在低发动机转速和/或低发动机负荷状况期间被提供。
[0112]在226处，方法200确定ATS是否已达到上限阈值。上限阈值温度可为ATS的上限温度，在所述上限温度以上可出现退化。例如，在微粒过滤器再生期间，微粒过滤器的温度可在特定的发动机工况期间(例如，当过量的氧气被供应到微粒过滤器时)变得太高。如果ATS没有达到上限温度，则方法200返回到214以再次评估ATS是否处于或高于起燃温度，且如果是这样的话，继续执行上述的标准升压/EGR控制。进一步地，在一些工况下，ATS下降到起燃温度以下或下降到期望的ATS温度(例如，再生温度)以下是可能的，且因此如果在214处确定ATS已下降到指定温度以下，则可执行如上所述的ATS的迅速加热。
[0113]如果在226处确定ATS已达到或超过上限温度，则方法200前进到228以降低ATS温度从而阻止ATS的退化。如230处所示，切断阀可关闭以便经由HP涡轮机使排气流到ATSJn232处所示。这样做，第二涡轮机处的热可散失，从而降低进入ATS的排气的温度。
[0114]在234处，方法200包括基于对切断阀位置的调整改变升压/EGR控制。如236处所示，这可包括调整VGT位置，从而例如增加宽高比以便允许第二涡轮机接受增加的排气流。进一步地，在一些示例中，HP-EGR和/或LP-EGR量可被调整，如238处所示。例如，为了转移排气流远离第二涡轮机，HP-EGR的比例可增加，从而至少在一些状况下可导致LP-EGR量的相应减少。仍进一步地，如240处所示，耦合到HP涡轮机的第二压缩机的一个或多个方面可被调整以对应VGT/切断阀位置的调整，诸如调整VGT或CBV位置。
[0115]在242处，方法200确定ATS是否已经降回到上限阈值以下。如果没有，方法200继续返回到228以降低ATS温度。如果ATS已降回到上限阈值以下，方法200前进到224以恢复标准升压/EGR控制，如上所述。方法200然后返回。
[0116]这样，通过提供串联设置的带有设置在低压涡轮机上游的高压涡轮机的两级涡轮增压器，并通过包括高压涡轮机周围的旁路，高压涡轮机可被设定尺寸以在低排气流和/或瞬时状况期间提供最佳升压控制，而低压涡轮机可被设定尺寸以在较高的排气流状况期间提供最佳升压控制。在不牺牲升压控制且不允许高压涡轮机被包装在发动机的紧密耦合位置中的情况下，通过在两个涡轮机之间安置后处理系统，可实现迅速后处理系统预热。额外的进气和排气流控制可通过高压涡轮机的VGT配置以及高压压缩机的压缩机控制提供。HP-EGR和LP-EGR 二者都可用于使EGR能够在广泛范围的操作参数内使用。进一步地，后处理系统的温度可通过控制流经高压涡轮机或在高压涡轮机周围流动的流量和/或管理HP-EGR流管理(例如，维持在起燃以上、上限以下，和/或处于再生阈值)。在后处理系统温度经由流经高压涡轮机或在高压涡轮机周围流动的流量积极管理的状况期间，由于低压涡轮增压器的提供，和/或通过协调对高压涡轮机的VGT配置的调整以及对高压压缩机的参数的相应调整，升压控制可被维持。
[0117]上述排气后处理系统的技术效果为在所有工况下，排气完全穿过至少一个排气后处理系统，以使得没有相同类型的进一步额外的排气后处理系统必须提供在低压涡轮机下游，从而增加效率并降低系统成本和复杂性。
[0118]系统的实施例包括第一涡轮增压器，其包括第一涡轮机和第一压缩机;与第一涡轮增压器串联的第二涡轮增压器，其包括第二涡轮机和第二压缩机，所述第二涡轮机设置在第一涡轮机上游的排气通道中，且所述第二压缩机设置在第一压缩机下游的进气通道中；横跨第二涡轮机耦合并包括切断阀的旁通管路;耦合第二涡轮机上游的排气通道到进气通道的高压排气再循环(HP-EGR)通道，流经所述HP-EGR通道的EGR流通过HP-EGR阀控制；设置在第一涡轮机和第二涡轮机之间的排气通道中的后处理系统，旁通管路包括耦合到所述后处理系统上游的排气通道的出口；以及包括指令的控制器，用于基于后处理系统的温度调整切断阀的位置，且基于对切断阀的调整调整HP-EGR阀的位置。在第一示例中，第二涡轮机为可变几何形状涡轮机，且控制器可包括进一步的指令，用于基于对切断阀的调整调整可变几何形状涡轮机的宽高比。在可包括第一示例的第二示例中，控制器包括指令，用于:响应后处理系统的温度低于下阈值温度，打开切断阀并关闭HP-EGR阀，并且响应于后处理系统的温度高于上阈值温度，关闭切断阀并打开HP-EGR阀。因此，基于对切断阀的调整调整HP-EGR阀的位置可包括当切断阀打开时关闭HP-HER阀，且可包括当切断阀关闭时打开HP-EGR阀。进一步地，当切断阀关闭时，第二涡轮机的宽高比可增加，且当切断阀打开时，第二涡轮机的宽高比可减小。同样地，当切断阀关闭和/或第二涡轮机的宽高比增加时，耦合到第二涡轮机的第二压缩机的宽高比可增加和/或在第二压缩机周围耦合的压缩机旁通阀可关闭。当切断阀打开和/或第二涡轮机的宽高比减小时，第二压缩机的宽高比可减小和/或压缩机旁通阀可打开。
[0119]在可包括第一和第二示例中的一者或二者的第三示例中，控制器包括指令，用于:响应于后处理系统的温度在下阈值温度和上阈值温度之间，基于排气流调整切断阀的位置且基于发动机转速和负荷调整HP-EGR阀的位置。基于排气流调整切断阀的位置可包括随排气流的增加而增加切断阀的开口且随排气流的减少而减小切断阀的开口。基于发动机转速和负荷调整HP-EGR阀的位置可包括随发动机转速和负荷的增加而增加HP-EGR阀的开口且随发动机转速和负荷的减少而减小HP-EGR阀的开口。在一些示例中，当HP-EGR阀被调整时，LP-EGR阀可被相应地调整，例如，当HP-EGR打开时，LP-EGR可关闭，且反之亦然。
[0120]方法的实施例包括响应于后处理系统温度低于第一阈值温度，完全打开切断阀，该切断阀横跨设置在后处理系统上游的高压涡轮机耦合;且响应于后处理系统温度高于第二阈值温度的后处理系统温度，完全关闭切断阀并调整高压涡轮机的几何形状，该第二阈值温度高于第一阈值温度高。在一示例中，所述方法进一步包括，响应于调整高压涡轮机的几何形状，调整可操作地耦合到高压涡轮机的高压压缩机的几何形状。在一示例中，当切断阀关闭时，高压涡轮机的几何形状可以被调整以增加高压涡轮机的宽高比。在一示例中，当高压涡轮机的宽高比增加时，高压压缩机的宽高比可增加。在一示例中，当后处理系统温度低于第一阈值温度时，高压涡轮机的宽高比可随切断阀的打开而减小。
[0121]注意，本文所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。本文所公开的控制方法和程序可作为可执行指令储存在非暂时性存储器中且可通过包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其它发动机硬件结合来实施。在本文中所描述的具体程序可以代表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、操作和/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，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，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、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另夕卜，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，其中通过配合电子控制器执行包括各种发动机硬件部件的系统中的指令而使所描述的动作得以实现。
[0122]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、1-
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和其他的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0123]本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和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而得要求保护。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。
【主权项】
1.一种机械增压式内燃发动机，其包括: 第一排气涡轮增压器，所述第一排气涡轮增压器带有第一涡轮机和第一压缩机； 第二排气涡轮增压器，所述第二排气涡轮增压器带有第二涡轮机和第二压缩机并且与所述第一排气涡轮增压器串联设置，其中所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮机设置在所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机上游的排气排出系统中，且所述第二排气涡轮增压器的所述第二压缩机设置在所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机下游的进气系统中； 第一旁通管路，所述第一旁通管路从所述第二涡轮机上游的所述排气排出系统分支出来并且又通向所述排气排出系统中以在包括第一切断元件的所述第一涡轮机和所述第二涡轮机之间形成结点； 排气再循环装置，所述排气再循环装置与所述排气排出系统相关联;和 至少一个排气后处理系统，所述至少一个排气后处理系统设置在所述第一涡轮机和所述第二涡轮机之间的所述排气排出系统中，其中所述至少一个排气后处理系统存在于所述结点和所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机之间。2.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，进一步包括第二旁通管路，所述第二旁通管路从所述第二排气涡轮增压器的所述第二压缩机上游的所述进气系统分支出来并且又通向所述第二压缩机下游的所述进气系统中，且第二切断元件设置在所述第二旁通管路中。3.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述第二排气涡轮增压器的所述第二压缩机具有可变压缩机几何形状。4.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮机具有可变涡轮机几何形状。5.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中第三旁通管路从所述第一压缩机下游的所述进气系统分支出来并且第三切断元件设置在所述第三旁通管路中。6.根据权利要求5所述的机械增压式内燃发动机，其中所述第三旁通管路从所述第一压缩机和所述第二压缩机之间的所述进气系统分支出来并且通向所述第一压缩机上游的所述进气系统中。7.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述至少一个排气后处理系统包括氧化型催化转化器。8.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述至少一个排气后处理系统包括微粒过滤器。9.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述第一压缩机大于所述第二压缩机。10.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述第一涡轮机大于所述第二涡轮机。11.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中所述排气再循环装置包括从所述第一涡轮机和所述第二涡轮机上游的所述排气排出系统分支出来并且通向所述进气系统中的管路。12.根据权利要求11所述的机械增压式内燃发动机，其中所述管路通向所述第一压缩机和所述第二压缩机下游的所述进气系统中。13.根据权利要求11所述的机械增压式内燃发动机，其中所述管路通向所述第一压缩机和所述第二压缩机上游的所述进气系统中。14.根据权利要求1所述的机械增压式内燃发动机，其中增压空气冷却器设置在所述第一压缩机和所述第二压缩机下游的所述进气系统中。15.—种系统，其包括: 第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括第一涡轮机和第一压缩机； 第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括第二涡轮机和第二压缩机并且与所述第一涡轮增压器串联，所述第二涡轮机设置在所述第一涡轮机上游的排气通道中，且所述第二压缩机设置在所述第一压缩机下游的进气通道中； 旁通管路，所述旁通管路横跨所述第二涡轮机耦合并包括切断阀； 高压排气再循环通道，即HP-EGR通道，所述HP-EGR通道耦合所述第二涡轮机上游的所述排气通道到所述进气通道，经过所述HP-EGR通道的EGR流通过HP-EGR阀控制； 后处理系统，所述后处理系统设置在所述第一涡轮机和所述第二涡轮机之间的所述排气通道中，所述旁通管路包括耦合到所述后处理系统上游的所述排气通道的出口；和 控制器，所述控制器包括指令，用于基于所述后处理器系统的温度调整所述切断阀的位置，并且基于对所述切断阀的所述调整调整所述HP-EGR阀的位置。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述第二涡轮机是可变几何形状涡轮机，并且其中所述控制器包括进一步的指令，用于基于对所述切断阀的所述调整调整所述可变几何形状涡轮机的宽高比。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括指令，用于响应于所述后处理系统的所述温度低于下阈值温度，打开所述切断阀并关闭所述HP-EGR阀，并且响应于所述后处理系统的所述温度高于上阈值温度，关闭所述切断阀并打开所述HP-EGR阀。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包括指令，用于响应于所述后处理系统的所述温度在所述下阈值温度与所述上阈值温度之间，基于排气流调整所述切断阀的所述位置，并且基于发动机转速和负荷调整所述HP-EGR阀的位置。19.一种方法，其包括: 响应于后处理系统温度低于第一阈值温度，完全打开切断阀，所述切断阀横跨设置在所述后处理系统上游的高压涡轮机耦合;且 响应于后处理系统温度高于第二阈值温度，完全关闭所述切断阀并调整所述高压涡轮机的几何形状，所述第二阈值温度高于所述第一阈值温度。20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括:响应于调整所述高压涡轮机的所述几何形状，调整可操作地耦合到所述高压涡轮机的高压压缩机的几何形状。
【文档编号】F02B37/24GK106050402SQ201610204720
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月1日 公开号201610204720.9, CN 106050402 A, CN 106050402A, CN 201610204720, CN-A-106050402, CN106050402 A, CN106050402A, CN201610204720, CN201610204720.9
【发明人】V·斯米利亚诺夫斯基, H·M·金德尔, J·克默林, F·A·萨默候夫, F·J·布林克曼
【申请人】福特环球技术公司