用于内燃发动机的充气压力控制的方法技术

本发明专利技术涉及用于带有并联布置的涡轮机的内燃发动机的充气压力控制的方法，以及用于执行这种方法的内燃发动机。公开了用于在瞬时条件期间控制增压压力的实施例。在一个实例中，方法包括，响应于第一涡轮增压器的第一涡轮机的停用，使汽缸的排气阀停用以使排气从汽缸流到第二涡轮增压器的第二涡轮机，并经由耦接到第二涡轮增压器的电机以发电机模式调整第二涡轮增压器的速度；并且响应于第一涡轮机的激活，激活排气阀以使排气从汽缸流到第一涡轮机和第二涡轮机，并经由电机以辅助驱动模式调整第二涡轮增压器的速度。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月22号提交的德国专利申请No.102015211437.6以及2015年7月15号提交的德国专利申请No.102015213231.5的优先权，所述申请中的每个的全部内容在此以参考的方式并入用于所有目的。
本公开涉及用于增压式内燃发动机的充气压力控制的方法。
技术介绍
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技术实现思路
内燃发动机具有汽缸体和至少一个汽缸盖，两者彼此连接以形成汽缸。为了控制充气交换，内燃发动机需要控制元件——通常为提升阀的形式，以及用于致动这些控制元件的致动设备。每个提升阀移动，以便实现，即执行打开位置和关闭位置之间的阀升程，且这样做，在打开持续时间期间，打开与阀相关联的开口。阀(包括阀自身)移动所需的阀致动机构称为阀驱动。汽缸盖常用于容纳阀驱动。在充气交换期间，燃烧气体经由汽缸的排气口排放，且带有增压空气的燃烧室的充气经由进气口发生。阀驱动的目的是在正确的时间打开和关闭进气口和排气口，且通常寻求最大可能的流动横截面的快速打开以便保持流入气体流和流出气体流中的低节流损失并以便确保汽缸的尽可能好的充气和排气的有效排放。因此，根据现有技术，汽缸也常设有两个或更多个进气口和排气口。根据现有技术，通向进气口的进气导管，和邻接排气口的排气管路至少部分整合在汽缸盖中。汽缸的排气管路通常被合并以形成一个共用的总排气管路，要么就是成组以形成两个或更多个总排气管路。排气管路合并以形成总排气管路通常称为排气歧管。在歧管下游，为了增压内燃发动机的目的，排气可被供应到至少两个排气涡轮增压器的涡轮机，且适宜时被供应到一个或多个排气后处理系统。例如，相比机械增压器，排气涡轮增压器的优点在于增压器和内燃发动机之间不存在或不需要用于传输功率的机械连接。虽然机械增压器从内燃发动机抽取完全驱动其所需的能量，且从而减少输出功率并因此不利地影响效率，但是排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。排气涡轮增压器包括压缩机和涡轮机，两者都布置在相同的轴上。热排气流被给送到涡轮机且在涡轮机中膨胀，伴随能量释放，其结果是，轴发生旋转。通过排气流供应到涡轮机且最终供应到轴的能量用于驱动同样布置在轴上的压缩机。压缩机输送并压缩供应到其的增压空气，其结果是，获得至少两个汽缸的增压。可提供增压空气冷却布置，通过所述增压空气冷却布置，压缩的增压空气在进入汽缸之前被冷却。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，其结果是，较大的空气质量在每个工作循环中能够被供应到每个汽缸。这样，燃料质量能够增加，且因此平均压力能够增加。增压是在维持不变的容积排量(swept volume)的同时增加内燃发动机的功率，或在维持相同的功率的同时减少容积排量的合适的手段。在任何情况下，增压导致容积功率输出的增加和改善的功率-重量比。如果容积排量减少，假定相同的车辆边界条件，因此朝较高负荷共同转移负荷是可行的，在所述较高负荷处具体的燃料消耗较低。基本寻求：尽可能接近汽缸的排气口布置排气涡轮增压器的涡轮机以便因此能够最佳利用明显通过排气压力和排气温度确定的热排气的排气焓，并确保涡轮机的快速响应行为且因此确保涡轮增压器的快速响应行为。在这方面，还寻求使热惰性以及汽缸的排气口和涡轮机的排气口之间的管路系统的容积最小化，这可通过减少排气管路的质量和长度实现。这里，排气歧管到汽缸盖中的整合有利于实现该目的。排气涡轮增压的配置常造成困难，其中基本寻求获得所有转动速度范围内的显著的性能增加。然而，根据现有技术，在某一发动机转速下冲的事件中观察到扭矩下降。如果有人考虑到充气压力比取决于涡轮机压力比，所述扭矩下降是可理解的。例如，如果发动机转速降低，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。这具有这样的结果：朝较低的发动机转速，充气压力比和充气压力同样减少，这等同扭矩下降。根据现有技术，已经寻求通过各种措施改善增压式内燃发动机的扭矩特性，例如通过涡轮机横截面的小的设计和同时的排气放气。这种涡轮机也称为废气门涡轮机。如果排气流速超过临界值，在所谓的排气放气期间，一部分排气流经由穿过涡轮机的旁通管路引导。所述方法具有这样的缺点：在相对高的发动机转速处或在相对大的排气流速的情况下，增压行为是不充足的。扭矩特性还可受串联连接的多个排气涡轮增压器的有利影响。通过串联连接两个排气涡轮增压器，其中一个排气涡轮增压器用作高压级且一个排气涡轮增压器用作低压级，压缩机特性图能够有利地扩大，特别是在较小的压缩机流的方向上和在较大的压缩机流的方向上。具体地，关于用作高压级的排气涡轮增压器，喘振极限在较小压缩机流的方向上转移是可行的，其结果是，即使利用小的压缩机流也能够获得高充气压力比，这在较低发动机转速范围内可大大改善扭矩特性。这通过设计用于小的排气质量流量的高压涡轮机且通过提供旁通管路实现，通过所述旁通线路，随着排气质量流量不断增加，不断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放系统分支出来并又通向低压涡轮机上游的排气排放系统中，其中关闭元件布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。相比带有单级增压的类似的内燃发动机，以这种方式增压的内燃发动机的响应行为大大改善，因为相对小的高压级不那么迟缓了，即较小尺寸的排气涡轮增压器的马达能够被更快地加速。此外，增压式内燃发动机的扭矩特性可通过并联布置的多个涡轮增压器(即通过并联布置的相对小的涡轮机横截面的多个涡轮机)被改善，其中随着排气流速不断增加，各个涡轮机可被依次激活。至少一个涡轮机可为可激活的涡轮机的形式，所述涡轮机利用排气起作用，即仅在存在相对高的排气流速的情况下被激活。为了进一步改善扭矩特性，内燃发动机的每个汽缸可安装有至少一个可激活的排气口。那么至少两个汽缸的排气管路以分组的方式合并以使得可激活的排气口的排气管路和其它排气口的排气管路合并(在排气歧管形成的每种情况下)，从而形成总排气管路。可激活的排气口的排气管路通向第一排气涡轮增压器的涡轮机，且其它排气口的排气管路通向第二排气涡轮增压器的涡轮机。被分配到可激活的排气口的第一涡轮机因此为可激活的涡轮机的形式。根据现有技术，可激活的排气口在充气交换期间打开，且激活的第一涡轮机因此仅在存在相对大的排气流速的情况下利用排气起作用。相比其中单一一致的排气管路系统设置在两个涡轮机上游的概念，上述分组，即两个相互独立的排气歧管的使用，明显改善内燃发动机的操作行为，尤其在低排气流速处，尤其因为排气通过其连续不断流动的第二涡轮机上游的管路容积的大小通过该措施减小，这是有利的，且尤其改善低负荷和发动机转速处(即在存在低排气流速的情况下)的响应行为。然而，还存在产生的缺点。当可激活的涡轮机停用时，可激活的涡轮机的转动速度大幅降低，以使得在重新激活时，所述涡轮机的马达最初必须加速以便能够在压缩机侧生成并提供期望的充气压力。响应行为因此受损。为了确保可激活的涡轮机的最小转动速度，即使当其排气口停用时，可激活的涡轮机可被供应小的排气流。为此，用相应的管路使第二排气歧管连接到第一涡轮机是必需的，可能使用至少一个额外的关闭元件，尽管这不利地增加涡轮机上游的排气管路系统的复杂性和空间要求。此外，管路将在两个排气歧管之间建立连接，且上面所述的分组被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增压式内燃发动机的充气压力控制的方法，所述增压式内燃发动机具有至少一个汽缸盖，所述至少一个汽缸盖带有至少两个汽缸，所述方法包括：响应于第一条件，驱动电机作为辅助驱动，所述电机至少驱动地可连接到第一排气涡轮增压器，以额外地输出功率到所述第一排气涡轮增压器的第一压缩机以增加充气压力；且响应于第二条件，经由所述电机从所述第一排气涡轮增压器的第一涡轮机吸收功率以用于降低所述充气压力的目的，其中所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机与第二排气涡轮增压器的第二压缩机并联布置在进气系统中，所述第二排气涡轮增压器的第二涡轮机和所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机每个均布置在排气排放系统中，其中每个汽缸具有用于排气排放的至少两个排气口，每个汽缸的所述至少两个排气口中的至少一个为可切换的排气口的形式，每个排气口邻接用于经由所述排气排放系统排放所述排气的各自的排气管路，其中所述进气系统供应增压空气到所述至少两个汽缸，其中每个压缩机布置在所述进气系统的独立的进气管路中，且所述独立的进气管路在所述压缩机下游合并以形成总进气管路，其中所述至少两个汽缸的每个可切换的排气口的每个排气管路合并，其中形成第一排气歧管，以形成连接到所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮机的第一总排气管路，其中所述至少两个汽缸的彼此的排气口的每个排气管路合并，其中形成第二排气歧管，以形成连接到所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机的第二总排气管路，且其中每个可切换的排气口安装有可切换的排出阀、关闭相关的排气口的停用的排出阀以及在打开位置和闭合位置之间移动以便实现阀升程Δhmax的激活的排出阀，且这样做，在打开持续时间Δtmax期间打开所述相关的排气口。...

【技术特征摘要】
2015.06.22 DE 102015211437.6;2015.07.15 DE 10201521.一种用于增压式内燃发动机的充气压力控制的方法，所述增压式内燃发动机具有至少一个汽缸盖，所述至少一个汽缸盖带有至少两个汽缸，所述方法包括：响应于第一条件，驱动电机作为辅助驱动，所述电机至少驱动地可连接到第一排气涡轮增压器，以额外地输出功率到所述第一排气涡轮增压器的第一压缩机以增加充气压力；且响应于第二条件，经由所述电机从所述第一排气涡轮增压器的第一涡轮机吸收功率以用于降低所述充气压力的目的，其中所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机与第二排气涡轮增压器的第二压缩机并联布置在进气系统中，所述第二排气涡轮增压器的第二涡轮机和所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机每个均布置在排气排放系统中，其中每个汽缸具有用于排气排放的至少两个排气口，每个汽缸的所述至少两个排气口中的至少一个为可切换的排气口的形式，每个排气口邻接用于经由所述排气排放系统排放所述排气的各自的排气管路，其中所述进气系统供应增压空气到所述至少两个汽缸，其中每个压缩机布置在所述进气系统的独立的进气管路中，且所述独立的进气管路在所述压缩机下游合并以形成总进气管路，其中所述至少两个汽缸的每个可切换的排气口的每个排气管路合并，其中形成第一排气歧管，以形成连接到所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮机的第一总排气管路，其中所述至少两个汽缸的彼此的排气口的每个排气管路合并，其中形成第二排气歧管，以形成连接到所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机的第二总排气管路，且其中每个可切换的排气口安装有可切换的排出阀、关闭相关的排气口的停用的排出阀以及在打开位置和闭合位置之间移动以便实现阀升程Δhmax的激活的排出阀，且这样做，在打开持续时间Δtmax期间打开所述相关的排气口。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一条件包括，每个可切换的排气口从停用的可切换的排气口转换到激活的可切换的排气口，以用于激活所述第二涡轮机的目的，借助所述电机用作所述辅助驱动以便额外地输送功率到所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机补偿通过所述第一涡轮机引导的不断下降的排气流速，因此提供需求的充气压力。3.如权利要求1所述的方法，还包括，从停用的排气口开始，借助所述电机作为所述辅助驱动维持所述充气压力来激活所述第二涡轮机，输出使得所述充气压力被维持的功率量到所述第一排气涡轮增压器的所述第一压缩机。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第二条件包括，每个可切换的排气口从激活的可切换的排气口转换到停用的可切换的排气口，以用于使所述第二涡轮机停用的目的，借助所述电机用作发电机以便从所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机吸收功率来补偿通过所述第一涡轮机引导的不断增加的排气流速，因此提供需求的充气压力。5.如权利要求4所述的方法，还包括，从激活的排气口开始，借助所述电机作为发电机维持所述充气压力使所述第二涡轮机停用，从所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮机吸收使得所述充气压力被维持的功率量。6.如权利要求1所述的方法，还包括，从停用的排气口...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·J·布林克曼，V·斯米利亚诺夫斯基，J·克默林，J·沃杰恩，H·施托费尔斯，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US