CN104806344A - 具有部分停用的升压内燃发动机及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有部分停用的升压内燃发动机及其操作方法，提供了内燃发动机***。该内燃发动机包含主动汽缸、选择性可停用汽缸、具有被定位在排气排放***内的涡轮和被定位在进气***内的压缩机的排气涡轮增压器、被定位在压缩机下游的进气***内的鼓风机以及绕过鼓风机并且包含截止阀的旁通管路，所述主动汽缸和选择性可停用汽缸每个均被耦接到进气***和排气排放***。

Description

具有部分停用的升压内燃发动机及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年1月23日提交的德国专利申请No.102014201215.5的优先权，所述专利申请的全部内容出于所有目的通过参考并入本文。
技术领域
本公开涉及具有汽缸停用的升压发动机和控制所述升压发动机的方法。
背景技术
内燃发动机可以被涡轮增压器或机械增压器升压以便提高发动机性能，例如发动机动力输出。此外，一些内燃发动机可以包含可停用的汽缸以便当该汽缸提供的动力不被需要时(例如在低载荷操作期间)使一部分发动机汽缸被停用。将意识到的是，停用可以包含抑制进气流动到汽缸，抑制燃料喷射进汽缸和/或在火花点火发动机的情况下抑制被输送到汽缸的火花。
已经做出了尝试以便将涡轮增压器和汽缸停用合并到内燃发动机内。但是，本发明人已经认识到利用汽缸停用和升压设备的发动机的若干缺点。例如，由于减少的气流，在汽缸停用期间，涡轮增压器不可以被配置为有效地将升压输送到汽缸。结果，发动机效率被降低。
发明内容
因此，在一种途径中，内燃发动机***被提供。内燃发动机包含主动(active)汽缸、选择性可停用(deactivatable)的汽缸，主动汽缸和选择性可停用的汽缸每个均被耦接到进气***和排气排放***，具有被定位在排气排放***内的涡轮和被定位在进气***内的压缩机的排气涡轮增压器、被定位在压缩机的下游的进气***内的鼓风机以及绕过鼓风机并且包含截止阀的旁通管路。当由于通过涡轮的减少的排气流量而导致由涡轮增压器提供的升压减少时，在进气***内提供鼓风机使增加的升压能够在部分汽缸停用期间被供应给汽缸。用这种方式，主动汽缸内的燃烧效率能够在选择性可停用的汽缸的部分停用期间被增加。结果，在汽缸停用期间发动机效率和操作被改善。
当独自或结合附图时，本说明书的以上优点和其他优点以及特征将通过以下的具体实施方式变得显然。
应该理解的是，以上发明内容被提供以便用简化的形式引入选择的概念，所述概念将在具体实施方式中进一步被描述。这并不意味着确立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所附权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决上文或者在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。此外，以上问题已经被本文发明人认识到并且不被承认是已知的。
附图说明
图1示意性地显示了升压内燃发动机的示例；以及
图2显示了操作内燃发动机的方法。
具体实施方式
升压内燃发动机在此被描述。内燃发动机可以包含至少两个汽缸，其中在每个汽缸内具有至少一个排气口，所述排气口被排气管路邻接，以便通过排气排放***排放排气。换句话说，每个汽缸可以与排气排放***流体相通。排气端口、排气门等可以被提供在发动机内以使汽缸能够被连接到排气排放***。此外，每个汽缸可以具有至少一个进气口，所述进气口被进气管路邻接，以便通过进气***供应充气。换句话说，每个汽缸可以与进气***流体相通。进气端口、进气门等可以被提供在发动机内，以使汽缸能够被连接到进气***。而且，至少两个汽缸可以配置为使得它们形成至少两组，其中在每个组中包含至少一个汽缸。第一组汽缸是被配置为即使发生内燃发动机的部分停用仍然操作(例如，进行燃烧周期)的汽缸。另外，第二组内的汽缸可以被形成为取决于载荷的可停用可切换的汽缸。换句话说，第二组内的汽缸可以被激活并且被停用。
如本文所述的，停用的汽缸包含通过不同发动机组件、***等(例如燃料喷射器、进气/排气门、截止阀、点火设备等等)的操作不接收燃料、进气气流以及火花中的一个或多个的汽缸。将会意识到的是，在一个示例中，进气气流可以仅在汽缸停用期间被减少。如本文所述的部分停用包含发动机操作，其中在发动机内第一部分汽缸是主动的(例如，执行燃烧周期)并且发动机内第二部分汽缸是停用的(例如，不执行完整的燃烧周期)。此外，发动机可以具有排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器包含被布置在排气排放***内的涡轮和被布置在进气***内的压缩机。而且，发动机可以包含排气再循环布置。
本文也描述了操作所述类型的内燃发动机的方法。以上所述类型的内燃发动机可以是马达车辆驱动单元。在本说明书的背景下，表述“内燃发动机”包含柴油发动机和奥托循环发动机并且也包含利用混合动力燃烧过程的混合动力内燃发动机，以及可以不仅包含内燃发动机而且还包含电机的混合动力驱动装置，所述电机在驱动方面连接到内燃发动机并且从内燃发动机接收动力或者作为可切换辅助驱动装置额外地输出动力。
在内燃发动机的开发中，可以期望降低燃料消耗以提高总体发动机效率。燃料消耗和因此的效率提出了问题，特别是在奥托循环发动机的情况下，也就是说，在应用点火内燃发动机的情况下。该问题的原因在于奥托循环发动机的操作过程的原理。载荷控制能够由进气***内提供的节气门挡板完成。通过调整节气门挡板，节气门挡板下游的进气的压力能够被降低到更大或更小的程度。节气门挡板被关闭得越多，也就是说，节气门挡板阻挡进气***越多，则节气门挡板两端的进气的压力损失越高，并且节气门挡板下游和进入至少两个汽缸(也就是燃烧室)的进口的上游的进气的压力越低。对于恒定的燃烧室容积，用这种方式可以通过进气的压力来设置空气质量(也就是空气量)。这也解释了为什么量的调节已经证明具体地在部分载荷范围内是不利的，因为低载荷可以要求在进气***内高度的节气和压力降低。结果，充气交换损失可以随着减少载荷并且增加节气而增加。
为了降低所述的损失，可以使用不同的策略以便使奥托循环发动机减少节气。使奥托循环发动机减少节气的一种途径是例如具有直接喷射的奥托循环发动机工作过程。燃料的直接喷射能够使分层的燃烧室进气可用。因此将燃料直接喷射进燃烧室允许在奥托循环发动机内(在某些边界内)的品质调节。通过将燃料直接喷射进汽缸内或者位于汽缸内的空气中，混合物形成可以发生，而不是通过外部混合物形成，在所述外部混合物形成中，燃料被引入到进气***内的进气中。
提高奥托循环发动机的燃烧过程的另一选择可以包含使用可变气门组装件。通过对比其中气门的升程并且还有控制正时是不可变的常规的气门组装件，对燃烧过程具有影响并且因此对燃料消耗具有影响的这些参数通过可变气门组装件能够被变化到更大或更小的程度。如果进口气门的关闭正时和进口气门升程能够变化，这使得降低的节气(如，无节气)并且因此降低的损失(如，无损失)载荷控制成为可能，如果期望的话。在进气过程期间流动进入燃烧室内的混合物质量或者充气质量可以然后被进口气门的进口气门升程和打开持续时间控制，而不是被节气门挡板控制，如果期望的话。由于所增加的发动机成本，可变气门组装件能够是昂贵的，并且因此不可以被用在连续生产中。
用于使奥托循环发动机减少节气的另一途径可以是汽缸停用。汽缸停用可以包含在某些载荷范围内各汽缸的停用。在部分载荷操作中奥托循环发动机的效率能够通过部分停用一个或多个汽缸而被改善也就是说被增加，这是因为在发动机动力保持恒定的情况下多汽缸内燃发动机的一个汽缸的停用增加了仍然处于操作中的其他汽缸上的载荷，使得节气门挡板被进一步打开以引入更多的空气质量到所述汽缸中，由此全面实现内燃发动机减少节气。在部分停用期间，主动的(如，处于操作中的)汽缸能够操作在更高载荷的区域内，而在此区域，特定燃料消耗更低。因此，载荷集合能够被转向更高的载荷。更低的特定燃料消耗进一步也可导致改善的排放物特性，特别是更低的CO2排放物。
由于更多的空气质量或混合物质量被供应，使得在部分停用期间始终处于操作中的汽缸也可以展示出改善的混合物形成。
取得的关于效率的进一步优点是由于缺乏燃烧，使得停用的汽缸不可以生成由于从燃烧气体向燃烧室壁的热转移导致的大量壁热损失。
与其中载荷如上所述通过关于汽缸的进气的节气或量的调节而被调整的奥托循环发动机相比，柴油发动机，就是说自动点火内燃发动机，由于其所基于的质量调节可以展示出更好的效率，就是说更低的燃料消耗，甚至在柴油发动机的情况下，具有改善发动机燃料消耗和效率的潜力。
用于降低燃料消耗(也在柴油发动机的情况下)的一个概念是汽缸停用。例如，汽缸停用可以包含在某些载荷范围内各汽缸的停用。可以通过一个或多个汽缸的部分停用改善(就是说增加)在部分载荷操作中柴油发动机的效率，因为即便在柴油发动机的情况下，在恒定发动机功率的情况下，多汽缸内燃发动机中的至少一个汽缸的停用能够增加仍在操作中的其他汽缸上的载荷，以便所述汽缸操作在更高载荷区域内，在该区域内，特定燃料消耗更低。因此，柴油发动机的在部分载荷操作中总体的载荷能够被转向更高的载荷。
由于参考在给出的相应陈述中的原因，关于壁热损失，在柴油发动机中能够取得与奥托循环发动机的情况相同的优点。在柴油发动机的情况下，在使用燃料量的降低导致减少载荷的情况下，部分停用也可以作为质量调节的一部分降低(例如阻止)空气燃料混合物变得过稀的可能性。
本文所述的内燃发动机也可以被配置为部分停用，就是说，内燃发动机具有至少一个可停用的汽缸。
前面具有部分停用的多汽缸内燃发动机和用于操作所述内燃发动机的相关联方法具有相当大的改善潜力，如将在下文简单地解释的。
出于部分停用的目的，如果到可停用汽缸的燃料供应被停止，就是说不连续，如果所述汽缸的相关联气门驱动器不被停用或不能被停用，则停用的汽缸继续参与充气交换。因此由停用的汽缸生成的充气交换损失变小，并且抵消了通过部分停用所实现的关于燃料消耗和效率的改善，使得部分停用的利益至少部分地失去，就是说事实上部分停用产生了比起理论上可能的总体不太显著的改善。
通过对比，如果确保停用的汽缸不再参与充气交换并且结果不再能够生成充气交换损失，则在通过排气涡轮增压而升压的内燃发动机的情况下，这能够导致不同性质的问题，这是由于排气涡轮增压器的涡轮被设计用于特定的排气流速并且因此也用于特定数量的汽缸。如果停用的汽缸不参与充气交换，则由于省略了通过停用的汽缸的质量流量，通过内燃发动机的汽缸的总体质量流量被降低。通过涡轮而传导的排气质量流量减少，并且结果涡轮压力比减少。这具有充气压力比同样减小的结果，就是说充气压力下降。尽管事实是更大的充气流速被供应给所述汽缸以便在部分停用期间维持发动机功率，但情况是仍然处于操作中的汽缸因此被供应比部分停用之前更少的充气。小充气流量也可以具有压缩机操作在喘振极限之外的效果。
上述效果可以导致部分停用的实用性的限制，具体地说限制了部分停用能够被使用的载荷范围。被供应给在部分停用期间处于操作中的汽缸的降低的充气流速也可以降低燃烧的效率或品质并且可以具有对燃料消耗和污染物排放的不利作用。
在部分停用期间的充气压力和因此被供应给仍然处于操作中的汽缸的充气流速可以例如被小配置的涡轮横截面和被同时的排气吹出增大，借此与部分停用相关的载荷范围也将被再次扩展。但是，这种途径具有当所有的汽缸处于操作时，特别是在相对高的载荷和发动机转速下，升压行为可能不充分的缺点。
在部分停用期间的充气压力和被供应给仍处于操作中的汽缸的充气流速也可以通过可变几何结构涡轮被增加，所述可变几何结构涡轮能够调整当前排气质量流量的有效涡轮横截面。涡轮的上游的排气排放***内的排气背压可以然后同时增加，进而依次导致仍处于操作中的汽缸的更高的充气交换损失。
因此，升压内燃发动机在此被提供，所述升压内燃发动机能够改善部分停用和升压。另外，用于操作所述类型的机械增压内燃发动机的方法也在此被描述。
因此，具有至少两个汽缸的机械增压内燃发动机可以被提供。每个汽缸可以具有一个排气口，所述排气口被排气管路邻接，以便通过排气排放***排放排气。此外，每个汽缸可以具有至少一个进气口，所述进气口被进气管路邻接，以便通过进气***供应充气。而且，至少两个汽缸可以被配置为使得它们形成至少两组，其中每组至少一个汽缸，其中第一组的至少一个汽缸可以是即使在内燃发动机的部分停用情况下也处于操作中的汽缸。此外，第二组的至少一个汽缸可以被形成为基于载荷的可停用的可切换的汽缸。发动机可以进一步包含至少一个排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器包含被布置在排气排放***内的涡轮和被布置在进气***内的压缩机。发动机也可以包含排气再循环(EGR)布置。发动机可以进一步包含被提供在压缩机下游的进气***内的鼓风机和从压缩机和鼓风机之间的进气***中分叉出来并且通入鼓风机下游的进气***的旁通管路，其中旁通截止阀元件被定位在旁通管路内。
为了升压，内燃发动机可以被装备有排气涡轮增压器以及鼓风机，如果期望的话，由此升压行为，也就是说扭矩特性，能够由于鼓风机的操作而被相当大地改善，特别是在部分停用期间。
如果在部分停用期间停用的汽缸不参与充气交换，则充气压力的下降被鼓风机的操作抵消是可能的，并且甚至更高的(如，充分高的)充气压力的生成也是可能的。用这种方式，在部分停用期间处于操作中的汽缸能够被供应将发动机功率输出维持在期望水平所需要的相对高的充气流速。出于该目的，从鼓风机不处于操作中的状态开始，鼓风机可以被激活并且绕过鼓风机的旁通管路能够通过被定位在旁通管路内的截止阀元件的操作而被阻挡。
在这方面，上述内燃发动机可以特别有利于在部分停用期间至停用的汽缸的充气供应被降低(如，被充分阻止)的发动机。在这种示例中，由于通过涡轮的降低的排气质量流量，可以具有过分低的充气压力的风险，减少了部分停用的应用性。但是，额外的鼓风机的提供能够引起部分停用的扩展的应用性，具体地引起能够使用部分停用的载荷范围的扩展。被供应给在部分停用期间仍处于操作中的汽缸的增加的充气流速也能够增加燃烧的效率和品质，并且也可以具有对燃料消耗和污染物排放的有利作用。
将会意识到的是，本文所述的内燃发动机使能够改善部分停用和升压。内燃发动机可以包含至少两个汽缸或者至少两组汽缸，其中每组至少一个汽缸。在这方面，可以预期具有三个汽缸的内燃发动机或具有六个汽缸的内燃发动机，其中所述三个汽缸被配置为三组，其中每组一个汽缸，所述六个汽缸被配置为三组，其中每组两个汽缸。在部分停用的背景下，三个汽缸组可以被连续地激活或停用，由此也可以实现两次切换。部分停用能够进而被改善。汽缸组也可以包括不同数量的汽缸，例如在三汽缸发动机的情况下可以形成一组一个汽缸和一组两个汽缸。因此，具有不同数量的汽缸和汽缸配置的发动机已经被考虑具有在发动机内选择性可停用的一个或多个汽缸。
上述发动机能够在部分载荷操作期间，也就是说在低和中等载荷期间，改善内燃发动机的效率，其中载荷量小于当前发动机转速下的峰值载荷(如，最大载荷Tmax)的50％(如，小于30％)。
排气再循环布置可以被提供在包含从排气排放***中分叉出来并且通入进气***的管路的发动机内。排气再循环，就是说燃烧气体的再循环，使来自发动机的一氧化氮排放物降低。例如，随着增加排气再循环速率，一氧化氮排放物被显著降低是可能的。在此，排气再循环速率xEGR能够被确定为xEGR＝mEGR/(mEGR+mfresh air)，其中mEGR表示再循环排气的质量并且mfresh air表示所供应的压缩的新鲜空气。为了获得一氧化氮排放物的显著降低，高排气再循环速率可以被使用，其可以是xEGR≈60％到70％的数量级。
在一个有利示例中，升压内燃发动机可以包含气门以便调整再循环排气流速，所述气门被布置在排气再循环布置的管路内。
在另一有利示例中，第二组的一个或多个基于载荷的可切换汽缸可以被至少装备在内燃发动机内具有可变气门组装件的进口侧。可变气门组装件可以包含气门并且驱动元件被配置为调整气门升程的正时和幅度，并且在一些示例中，可以使气门升程能够完全停用。因此，通过可变气门组装件，停用汽缸的进口气门能够被停用，以便停用汽缸不再参与充气交换并且不能生成任何充气交换损失。
在充气交换期间被引入到停用汽缸内的充气质量也可以通过可变气门组装件以目标方式控制。例如，进口气门升程和/或进口气门的打开持续时间可以被控制以便向停用汽缸提供期望的充气质量。将会意识到的是，可变气门组装件可以被配置为不仅允许进口气门的停用，而且允许被引入的充气质量的目标剂量。
充气流量的降低在部分停用的情况下可以具有关于中断充气流量的优点。通过内燃发动机的质量流量在降低充气供应的情况下可以比充气的供应被完全停止时更大。在通过排气涡轮增压而升压的内燃发动机的情况下，更大的质量流量导致更高的涡轮压力比，并且因此导致更高的充气压力，以便更大的充气流速能够被提供给汽缸。
而且，测试已经显示了，在各个情况下，如果充气供应不完全停止而是仅仅被降低，则充气交换损失能够被明显地降低或者降低到最大程度。
此外或者可替换地，至少一个基于载荷的可切换汽缸也可以被装备在具有至少部分可变或可切换的气门驱动器的出口侧。
在另一有利示例中，升压内燃发动机可以包含装备有至少一个进气截止元件的第二组的至少一个基于载荷的可切换汽缸的进气***。因此，也可以将至少一个截止元件提供在第二汽缸组的进气***内。进气截止元件可以被配置为具体地或者特别是在部分停用期间，调整也就是说设定被供应给第二组的至少一个汽缸的充气流速的大小。
在一个示例中，与第二组对应的部分进气***可以装备有至少一个截止元件。截止元件能够被配置为调整供应给第二组的至少一个汽缸的充气流速。
在另一示例中，第二组的汽缸的进气管路可以结合以形成进气管路，因此形成进口歧管，并且所述进口歧管可以被装备有至少一个进气截止元件。在该示例中，进气截止元件可以被布置在进气歧管的进气管路内。在该示例中，单一截止元件可以被使用以便降低或调整第二组的至少一个汽缸的充气供应。
此外，进气截止元件也可以被提供在第二组的汽缸的每个进气管路内。但是，这增加了发动机内截止元件的数量，特别是如果汽缸具有多于一个进气口和/或第二组包括多于一个汽缸。
在另一示例中，第二组的每个汽缸的每个进气管路能够被装备有内燃发动机内的进气截止元件。
在又一示例中，具有一个汽缸盖和两个汽缸的内燃发动机可以被使用，其中每个汽缸具有进气口以便供应充气。在该示例中，汽缸的单一进气管路可以同时形成包括单一汽缸的汽缸组的进口歧管和进气管路。
在又一示例中，内燃发动机内的进气截止元件可以是气门或可枢转挡板。在该示例中，例如，进气截止元件可以由发动机控制器电动地、液压地、气动地、机械地或者磁性地控制。进一步在该示例中，进气截止元件可以至少例如在关闭方位和打开方位之间用二级方式切换，也就是说，如果合适的话，可用多级方式。
进一步在该示例中，内燃发动机内的进气截止元件可以是连续可调整的。作为连续可调整的截止元件的截止元件的配置允许被引入到第二组的至少一个汽缸内的充气流速的精确剂量，如果期望的话。截止元件的控制可以考虑到载荷T、发动机转速n、在液体冷却的内燃发动机中的冷却剂温度、油温和/或类似物。
在又一示例中，第二组的基于载荷的可切换汽缸的排气排放***可以装备有至少一个排气截止元件。在该示例中，再循环管路可以被提供，所述再循环管路从至少一个排气截止元件上游的第二组的至少一个基于载荷的可切换汽缸的排气排放***中分叉出来并且通入至少一个基于载荷的可切换汽缸的进气***内，其中EGR截止元件被定位在再循环管路内。
在另一示例中，通过调整排气截止元件在部分停用期间能够降低(如，阻止)自停用的汽缸通过排气排放***排放的排气，而可切换汽缸不必装备有引起高成本的可切换气门驱动器。为了该目的，排气截止元件可以被提供在基于载荷的可切换的汽缸的排气排放***内或者在每个基于载荷的可切换的汽缸的排气管路内。通过操作排气截止元件，排气管路或者排气排放***可以被打开以便于排放排气或者可以在部分停用期间，就是说当可切换汽缸被停用时被阻挡。
由于所述汽缸的相关联气门驱动器继续被致动，就是说继续操作，并且不与汽缸一起停用，所以停用的汽缸可以继续参与充气交换。但是，排气的排放可以被停止，就是说被修改，如上所述，其中排气不被排放但是被再循环到进口侧。在一个示例中，停用的汽缸可以不被供应充气，而是供应来自特定汽缸的排气排放***的专用排气，该排气排放***的排气可以通过再循环管路被引入到停用汽缸的进气***内，以便降低停用汽缸的充气交换损失。在该示例中，再循环管路可以作为短循环管路并且实现停用汽缸的进口侧和出口侧之间的压力相等。这显著引起充气交换损失的降低。停用的汽缸用鼓风机的方式将再循环排气从进口侧泵送到出口侧。
凭借在部分停用期间被引导通过停用的汽缸的热排气，所述汽缸保持高温。因为停用的汽缸能够在部分停用的末端之后立即再次达到或展示它们的操作温度，所以这具有优点，特别是关于污染排放物，特别是关于未燃烧碳氢化合物的排放。严格地讲，热排气不可以在部分停用期间永久地通过再循环管路再循环，其更确切地是这种情况，至少在部分停用的第一工作周期期间，之前工作周期的排气和因此最后点燃工作周期的热排气被再循环。在部分停用的随后工作周期期间，缓慢冷却的排气与更多或较少部分的相对寒冷的充气然后被引入到至少一个停用的汽缸内。这仍然被称为热排气再循环。
热排气进入停用的汽缸的再循环恰当地不增加通过内燃发动机的质量流量。这仍然引起了具有排气涡轮增压的升压的内燃发动机的优点。通过对比仅仅在部分停用期间进气被供应给停用的汽缸的概念，将热排气引入停用的汽缸生成了位于排气排放***内的排气的更高的排气温度和更高的排气压力。两者均引起了更多的排气焓，所述排气焓由排气压力和排气温度显著地确定。在排气涡轮增压器的涡轮处居主导的更多的排气焓，就是说更多的排气能量，能够引起增加充气压力并且因此增加充气流速。而且，由于更热的排气，被布置在排气排放***内的排气后处理***可更加迅速地达到它们的操作温度或起燃温度。
EGR截止元件可以被配置为调整再循环的排气流速和停用的汽缸的进口侧和出口侧之间的压力梯度。在这方面，EGR截止元件也能够被用于在部分停用期间保持排气流速恒定，也就是说均匀。
像进气截止元件一样，旁通截止元件和/或排气截止元件和/或EGR截止元件可以是气门或可枢转挡板或节气门挡板，并且可以是由例如发动机控制器电动地、液压地、气动地、机械地或磁性地可控制的。
在另外的示例中，升压的内燃发动机可以包含例如鼓风机，所述鼓风机通过发动机内的曲轴机械地驱动。内燃发动机的示例可以被使用在鼓风机是电驱动鼓风机的情况中。通过对比机械驱动的鼓风机，没有到内燃发动机的机械连接可以被使用，如果期望的话。
进一步地在一个示例中，鼓风机可以被设计用于在部分停用期间提供的增大的充气流速。在一个示例中，可以被串联布置的两个压缩机被提供在进口侧上，具体地说是排气涡轮增压器的压缩机，并且位于其下游的是鼓风机。在部分停用期间和当旁通管路被阻挡时，两级压缩能够因此被实现在这种鼓风机压缩已经被压缩的充气的示例中。后者是(如在两级排气涡轮增压布置的高压力级的压缩机的情况下)鼓风机为何能够具有相对小的尺寸的原因，如果期望的话。而且，与高压力级的压缩机相比，鼓风机可以仅仅在部分停用期间被致动，为此原因，鼓风机仅必须供应充气到一个汽缸组。在这方面，鼓风机能够被设计尺寸以小于高压力压缩机，如果期望的话。
在又一示例中，排气涡轮增压器的涡轮可以具有可变涡轮几何结构。在又一示例中，排气涡轮增压器的涡轮可以包含废气门。
在另一示例中，排气后处理***可以被提供在排气排放***内。排气后处理***可以包含氧化催化转化器、三元催化转化器、存储催化转化器、选择性催化转化器和/或微粒滤清器。
在发动机包含直列式布置的四个汽缸的示例中，两个外部汽缸和两个内部汽缸可以在每种情况下形成一组。也就是说，两个内部汽缸可以选择性地可停用并且外部汽缸可以是主动汽缸，或者反之亦然。例如，如果汽缸内的点火被按照点火顺序1-2-4-3或者按照点火顺序1-3-4-2启动，则因为具有360℃A(crank angle,曲轴转角)的点火间隔的两个汽缸在每种情况下均属于一个汽缸组，所以组内汽缸间的相互影响(如，串扰)可以被降低(如，阻止)。
在其他示例中，排气再循环布置的管路可以从至少一个排气涡轮增压器的涡轮上游的排气排放***中分叉出来并且可以通入至少一个排气涡轮增压器的压缩机下游或者鼓风机下游的进气***中。在所述所谓的高压EGR布置的情况下，排气被从涡轮上游的排气排放***吸取并且被馈送到压缩机下游的进气***中，由此排气不需要经受排气后处理，特别是不需要在被再循环之前被供应给微粒滤清器，因为没有经由排气弄脏压缩机或鼓风机的风险。
然而，在操作具有排气涡轮增压的内燃发动机和同时使用高压EGR的情况下，可以发生冲突，因为再循环的排气不再可用于驱动涡轮。在增加排气再循环速率的情况下，被引入涡轮的排气流量减少。通过涡轮的降低的排气质量流量导致较低的涡轮压力比，结果充气压力比也下降，这等同于更小的充气流量。该情况的一种解决方案是所谓的低压EGR。通过对比高压EGR，在低压EGR的情况下，已经流动通过涡轮的排气被引入进气***内。出于该目的，低压EGR布置可以具有从涡轮下游的排气排放***分叉出来并且通入压缩机上游的进气***中的再循环管路。
通过低压EGR布置而被再循环到进口侧的排气与压缩机上游的新鲜空气混合。新鲜空气和用这种方式生产的再循环排气的混合物形成了被供应给压缩机或鼓风机并且被压缩的充气。
因为在低压EGR布置中，排气被引导通过压缩机或通过鼓风机，所以所述排气必须先经受排气后处理，特别是微粒滤清器。改变压缩机的几何结构，特别是流动横截面并且因此损害压缩机的效率的压缩机内的沉积物能够被减少(如，被避免)。同样的手段能够应用到鼓风机。
发动机内每个汽缸可以被装备有直接喷射器，以便将燃料直接引入汽缸中。在这种示例中，为了直接喷射的目的，每个汽缸可以装备有喷射喷嘴。出于部分停用的目的，与在具有进气管喷射的内燃发动机的情况下(其中在进气管内的燃料残留物能够导致停用汽缸内不期望的燃烧)相比，在直喷内燃发动机的情况下，燃料供应能够被更加迅速并且更加可靠地停用。尽管如此，可以使用内燃发动机的示例，其中进气管喷射器(如，端口燃料喷射器)被提供以便供应燃料目的。
本文也描述了用于操作上述类型的机械增压内燃发动机的方法。该方法的区别可以在于以下事实，即第二组的至少一个可切换汽缸被依据内燃发动机的载荷T切换，用这种方式，使得所述至少一个可切换汽缸在预定载荷Tdown低于目标的情况下被停用并且在预定载荷Tup过量的情况下被激活。
已经陈述的关于内燃发动机的内容也应用于该方法，因此，在此接合点处通常参考以上关于升压内燃发动机的陈述。不同的内燃发动机可以使用不同的方法变体。
在一些示例中，分别预定义为低于目标和过量的极限载荷Tdown和Tup可以幅值相等，尽管在其他示例中也可以幅值不同。当内燃发动机处于操作中时，第一汽缸组的汽缸是当发动机运行时永久地处于操作中的汽缸(如，主动汽缸)。能够实施切换第二汽缸组，也就是说，所述第二组的激活和停用。
在一个示例中，预定载荷Tdown和/或Tup可以取决于内燃发动机的发动机转速n。而且，存在不止一个具体载荷，不管发动机转速n为何，一旦载荷低于目标或过量，则发生切换。相反，遵循示例性的基于发动机转速的方法，并且特性图内的其中发生部分停用的区域被限定。内燃发动机的进一步的操作参数，例如在内燃发动机冷启动之后发动机温度或冷却剂温度，可以被考虑为部分停用的标准。
在部分停用期间，方法变体可以包含使用(如，操作)鼓风机以达到预定的充气压力，其中旁通管路被旁通截止元件阻挡。
例如，方法变体包含在部分停用期间降低或停止供应充气给第二组的至少一个可切换汽缸。
其他示例方法变体可以包含，在部分停用期间，将排气引入到第二组的至少一个可切换汽缸内。
另外的示例方法变体可以包含在停用的情况下使到至少一个可切换汽缸的燃料供应停用(如，抑制)。这产生了关于燃料消耗和污染物排放的优点，因此有助于部分停用所追求的目标，具体地说，降低了燃料消耗并且提高了效率。在自动点火内燃发动机的情况下，燃料供应可以被停用，以便可靠地阻止位于汽缸内的混合物的点火。
在一个示例中，处于操作中的至少一个汽缸可以被自动点火点燃。因此在该示例中，发动机可以是压缩点火发动机(如，柴油发动机)。
在一个示例中，对于奥托循环发动机的操作，还可以使用具有自动点火的混合动力燃烧过程，例如所谓的HCCI方法，所述HCCI方法也被称为空间点火方法或CAI方法。所述方法可以基于供应给汽缸的燃料的受控自动点火。在此，如在柴油发动机的情况下，燃料可以与过量的空气燃烧，就是说，超化学计量地燃烧。由于低燃烧温度，稀燃的奥托循环发动机具有相对低的一氧化氮排放物，并且同样由于稀混合物，稀燃的奥托循环发动机具有减少(如，基本为零)的碳烟排放物。而且，HCCI方法能够导致高发动机热效率。在此，燃料可以被直接引入到汽缸中并且也被直接引入进气管内。
此外，每个汽缸可以装备有点火设备(如，火花塞)，以便所应用的点火的启动，其中在一个示例中，在停用的情况下，至少一个可切换汽缸的点火设备被停用。
以上方法变体涉及在应用点火的内燃发动机(例如直喷奥托循环发动机)的情况下使用该方法，所述内燃发动机的汽缸可以在每种情况中被装备点火设备以用于启动所应用的点火。
图1示意性地显示了示例内燃发动机13。所述内燃发动机是四缸直列式发动机13，其中四个汽缸1、2、3、4被沿着汽缸盖的纵向轴线布置，就是说在一直线内。但是，其他合适的汽缸布置和汽缸数量也可预期。例如，发动机可以只包含两个汽缸，所述汽缸可以被布置为汽缸组，例如为V形配置、水平对置配置等等。
每个汽缸1、2、3、4具有进气管路5a、5b，以便通过进气***6供应充气，并且具有排气管路7a、7b，以便通过排气排放***8排放排气。进气管路5a、5b从公共进气管路6a(如，进气歧管)开始。另外，排气管路7a、7b结合以形成公共排气管路8a(如，排气歧管)。
汽缸(1和4)每个均包含进气门组装件30和排气门组装件32。气门组装件可以包含气门以及被配置为致动气门的组件。汽缸(2和3)每个均包含进气门组装件34和排气门组装件36。在一个示例中，进气门组装件34和/或排气门组装件36可以是可变气门组装件。可变气门组装件可以被配置为调整气门的升程和/或正时。具体地说，在一个示例中，可变气门组装件可以被配置为抑制气门的操作。可变气门组装件能够包含气门和使能气门升程和/或正时的前述调整的驱动组件。此外在一个示例中，进气门组装件30和排气门组装件32可以被配置为可变气门组装件。
在所描述的示例中，内燃发动机13被装备有排气涡轮增压器12。涡轮增压器12包含被定位(如，被布置)在排气排放***8的排气管路8a(如，排气歧管)内的涡轮12a和被布置在进气***6的进气管路6a内的压缩机12b。被供应给内燃发动机13的充气在压缩机12b内被压缩，为了该目的，在涡轮12a内利用排气流的焓。进而，涡轮的转动被使用以驱动压缩机。因此，将会意识到的是，压缩机12b被配置为提供升压给汽缸。此外，在一个示例中，涡轮12a可以是被配置为调整涡轮的纵横比的可变几何结构的涡轮。又进一步在一个示例中，涡轮12a可以包含被配置为调整绕过涡轮的排气流量的废气门。
排气后处理***16也可以被包含在发动机13内。排气后处理***16可以包含被定位在涡轮12a下游的微粒滤清器16。但是，排气后处理***16可以包含额外的或可替换的排放控制设备，例如催化剂。
在所描绘的示例中，内燃发动机13也可以装备有排气再循环(EGR)布置14，具体地说，具有低压EGR布置14。为了该目的，用于排气的再循环的管路15从微粒滤清器16下游处的排气排放***8中分叉出来并且通入压缩机12b上游处的进气***6中。在排气再循环布置14的管路15内，布置有用于调整再循环排气流速的EGR阀15a和用于冷却再循环排气的冷却器15b。因此，EGR布置14是低压EGR布置。将会意识到的是，额外的或可替换的EGR布置可以被合并到发动机13中。
四个汽缸1、2、3、4被配置并且形成两组，其中每组两个汽缸1、2、3、4，其中两个外部汽缸1、4形成第一组，第一组的汽缸1、4即使在内燃发动机13部分停用的情况下也处于操作中，而两个内部汽缸2、3形成第二组，第二组的汽缸2、3形成为在部分停用期间被停用的基于载荷的可切换汽缸2、3。但是，在两个汽缸发动机的情况下，一个汽缸被包含在第一组内，并且一个汽缸被包含在第二组内。因此，汽缸(2和3)可以是选择性可停用的汽缸，并且汽缸(1和4)可以是主动汽缸。将会意识到的是，在部分汽缸停用(如，汽缸(2和3)中的一个或多个的停用)的情况下，主动汽缸仍操作。在选择的发动机操作的周期中，选择性可停用的汽缸可以被切换到停用状态。就是说，在这些选择的部分停用的时间周期期间，所述燃料、进气气流和/或被提供给汽缸的火花可以被减少或抑制。
发动机13也可以包含被提供在两个内部汽缸2、3的进气管路5b内的进气截止元件9(如，例如瓣阀的阀)，所述进气截止元件9打开进气管路5b以便当内部汽缸2、3被激活时，通过进气***6供应充气，并且当出于内燃发动机13的部分停用的目的停用或者已经停用两个内部汽缸2、3时，阻挡所述进气管路。因此，在选择的时间间隔期间，进气截止元件可以充分阻挡进气流进入下游汽缸。
为了在内燃发动机13的部分停用期间(在此期间，内部汽缸2、3被停用并且在涡轮12a处可获得降低的排气流量)能够生成期望的充气压力(如，高充气压力)，鼓风机10可以被提供在压缩机12b下游的进口侧6上的进气***6内。鼓风机10被配置为增加被提供给汽缸(如，主动汽缸)的充气压力。在一个示例中，鼓风机10可以是机械驱动的。但是，在其他示例中，鼓风机可以是电动驱动的。
在内部汽缸2、3的停用期间，绕过鼓风机10并且从压缩机12b和鼓风机10之间的进气***6中分叉出来并且再次通入鼓风机10下游的进气***6内的旁通管路11可以被阻挡。为了该目的，旁通截止元件11a被提供在旁通管路11内。因此，当汽缸(2和3)被停用时，旁通截止元件11a可以被关闭，并且当汽缸(2和3)被激活并且进行燃烧周期时，旁通截止元件11a被打开。
发动机13可以进一步包含被定位在与汽缸(2和3)相关联的排气管路7b内的排气截止元件40。排气截止元件40被配置为分别用关闭和打开配置抑制和允许排气流通过。例如，截止元件可以是阀。具体地说，当汽缸(2和3)被停用时，截止元件可以被关闭，并且当汽缸2和3进行燃烧时，截止元件被打开。
发动机13可以进一步包含被直接耦接到汽缸(汽缸2和3)的上游和下游的高压EGR管路50。将会意识到的是，直接在上游和下游暗示了没有介入组件定位在EGR管路的开口和汽缸之间。但是，在一个示例中，单个EGR管路可以被耦接到进气管路5b和排气管路7b的汇合处下游的进气和排气管路。EGR截止元件52(如，EGR阀)可以被定位在EGR管路50内。EGR截止元件52被配置为允许和抑制排气流通过。具体地说，在一个示例中，当汽缸(2和3)被停用时，EGR截止元件52可以被打开，并且当汽缸(2和3)被激活时，EGR截止元件52被关闭。将会意识到的是，在其他示例中，排气截止元件40、高压EGR管路50和/或EGR截止元件52可以被从其他示例中的发动机13中省略。
发动机13进一步包含控制器100。在该特别示例中，控制器100包含电子控制单元，所述电子控制单元包括输入/输出设备110、中央处理单元(CPU)108、只读存储器(ROM)112、随机存取存储器(RAM)114以及保活存储器(KAM)116中的一个或多个。发动机控制器100可以从被耦接到发动机12的传感器中接收不同信号，包含从质量空气流量传感器(未显示)对进入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自温度传感器(未显示)的发动机冷却剂温度(ECT)；来自排气传感器(未显示)的排气空燃比；操作者输入设备132(如，节气门踏板)；等等。如所示的，操作者输入设备132能够通过驾驶员130致动，并且响应于操作者输入设备132的致动，设备传感器134提供踏板方位(PP)信号给控制器100。而且，发动机控制器100可以根据从不同传感器接收的输入而监测并且调整不同执行器的方位。这些执行器可以包含例如进气截止元件9、旁通截止元件11a、排气截止元件40、EGR截止元件52、EGR阀15a、进气门组装件34和/或排气门组装件36，其可以通过控制器控制。用于执行器的前面提到的控制技术能够通过控制器100实施。存储介质只读存储器112能够采用计算机可读数据编程，所述计算机可读数据表示由处理器108可执行以便进行下述方法以及被预料到但未具体列举的其他变体的指令。
图2显示了用于操作内燃发动机的方法200。方法200可以通过发动机和以上关于图1所述的发动机***而实施，或者可以通过其他合适的发动机和发动机***实施。
在202，该方法包含在第一组内的汽缸内和第二组的汽缸内进行燃烧操作，在第一和第二组中的每个汽缸被耦接到进气***和排气排放***，在第二组内的汽缸形成为基于载荷的可停用可切换汽缸，并且第一组内的汽缸形成为主动汽缸。
接下来在204，该方法包含操作涡轮增压器，所述涡轮增压器包含被布置在排气排放***内的涡轮和被布置在进气***内以便当在汽缸内进行燃烧时提供充气给第一组内汽缸和第二组内汽缸的压缩机。
在206，该方法包含将第二组内的汽缸依据内燃发动机的载荷切换，以便第二组内的汽缸在载荷小于第一预定载荷的情况下被停用，并且在载荷大于第二预定载荷的情况下被激活。在208，该方法包含在第二组中的汽缸停用期间，操作被定位在压缩机下游的进气***内的鼓风机，以便提供预定量的充气流量给第一组内的汽缸。在一个示例中，在第二组内汽缸的停用期间，由涡轮增压器提供给第二组内汽缸的充气供应被降低或停止。在又一示例中，在第二组内的汽缸的停用期间，排气通过操作被定位在EGR管路内的排气再循环(EGR)阀而流动进入第二组的汽缸内，所述EGR管路被直接地耦接到汽缸的上游和下游。进一步在一个示例中，其中鼓风机可以被机械地驱动。
注意到本文所包含的示例控制和估计程序能够与不同的发动机和/或车辆***配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以被存储为非临时存储器内的可执行指令并且可以由控制***完成，所述控制***包含与不同传感器、执行器以及其他发动机硬件结合的控制器。本文所述的具体程序可以表示一种或多种任意数量的处理策略，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的、等等。同样地，所说明的不同动作、操作和/或功能可以用所说明的顺序执行、并行执行或在某些情况下被省略。同样地，处理的次序不是达到本文所述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，但是被提供以便于说明和描述。所说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略被重复执行。进一步地，所述动作、操作和/或功能可以图解地表示成被编程到发动机控制***内的计算机可读存储介质的非临时存储器内的代码，其中所述动作通过执行***内的指令来完成，所述***包含与电子控制器结合的不同发动机硬件组件。
将会意识到的是，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为具有限制意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术能够被应用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包含不同***和配置以及本文公开的其他特征、功能和/或属性的所有新颖并且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖并且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应该被理解成包含一个或多个这种元件的组合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。这种权利要求，无论其比原始权利要求的范围更宽、更窄、相等或不同，也都被认为被包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种内燃发动机，其包括：
主动汽缸；
选择性可停用汽缸，所述主动汽缸和选择性可停用汽缸每个均被耦接到进气***和排气排放***；
排气涡轮增压器，其具有定位在所述排气排放***内的涡轮和定位在所述进气***内的压缩机；
鼓风机，其定位在所述压缩机下游的所述进气***内；以及
旁通管路，其绕过所述鼓风机并且包含截止阀。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其进一步包括控制器，该控制器被配置为在选择的时间间隔期间使两个选择性可停用汽缸停用，并且在所述选择的时间间隔期间操作所述鼓风机和截止阀，以便提供预定量的充气流量到所述主动汽缸。
3.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述鼓风机被机械驱动。
4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其进一步包括排气再循环即EGR管路，该EGR管路被直接耦接到所述选择性可停用汽缸的上游和下游并且包含定位在所述EGR管路内的EGR阀。
5.根据权利要求4所述的内燃发动机，其进一步包括控制器，该控制器被配置为在所述选择性可停用汽缸的停用期间打开所述EGR阀，并且关闭所述EGR阀。
6.一种内燃发动机，其包括：
第一组内的汽缸，其形成为在部分汽缸停用的情况下操作的主动汽缸；
第二组内的汽缸，其形成为基于载荷的可停用可切换汽缸，在所述第一组和第二组内的每个所述汽缸均被耦接到进气***和排气排放***；
排气涡轮增压器，其包含被布置在所述排气排放***内的涡轮和被布置在所述进气***内的压缩机；
鼓风机，其被定位在所述压缩机下游的所述进气***内；以及
旁通管路，其从所述压缩机和所述鼓风机之间的所述进气***中分叉出来并且通入所述鼓风机下游的所述进气***内，其中旁通截止元件被定位在所述旁通管路内。
7.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述第二组内的汽缸至少在所述进口侧处被装备有可变气门组装件。
8.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中与所述第二组内的汽缸相关联的所述进气管路被装备有进气截止元件。
9.根据权利要求8所述的内燃发动机，其中所述进气停用元件是以两级方式在关闭方位和打开方位之间可切换的。
10.根据权利要求8所述的内燃发动机，其中所述进气停用元件是连续可调节的。
11.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中与所述第二组内的所述汽缸相关联的排气管路装备有排气停用元件。
12.根据权利要求11所述的内燃发动机，其进一步包括从所述排气截止元件上游的所述排气排放***中分叉出来并且通入所述第二组内的汽缸的进气***内的排气再循环即EGR管路，其中EGR截止元件定位在所述EGR管路内。
13.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述鼓风机是机械驱动的鼓风机。
14.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述鼓风机是电驱动的鼓风机。
15.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述鼓风机配置为在所述第二组内的汽缸的部分停用期间增大由所述进气***提供的充气流速。
16.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述第一组和所述第二组都被布置成直列式汽缸配置。
17.一种用于操作内燃发动机的方法，其包括：
使第一组内的汽缸和第二组内的汽缸执行燃烧操作，所述第一组和第二组内的每个所述汽缸被耦接到进气***和排气排放***，所述第二组内的所述汽缸被形成为基于载荷的可停用可切换汽缸并且所述第一组内的所述汽缸被形成为主动汽缸；
操作涡轮增压器，所述涡轮增压器包含涡轮和压缩机，所述涡轮被布置在所述排气排放***内，所述压缩机被布置在所述进气***内，以便当在所述汽缸内执行燃烧时提供充气给所述第一组内的汽缸和所述第二组内的汽缸；
将所述第二组内的所述汽缸依据所述内燃发动机的载荷切换，以便所述第二组内的所述汽缸在所述载荷小于第一预定载荷的情况下被停用，并且在所述载荷大于第二预定载荷的情况下被激活；以及
在所述第二组内的所述汽缸的停用期间，操作被定位在所述压缩机下游的所述进气***内的鼓风机，以便提供预定量的充气流量到所述第一组内的汽缸。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在所述第二组内的汽缸的停用期间，由所述涡轮增压器提供给所述第二组内的汽缸的充气供应被降低或停止。
19.根据权利要求17所述的方法，其中在所述第二组的汽缸的停用期间，通过被定位在EGR管路内的排气再循环即EGR阀的操作，排气流动进入所述第二组的汽缸内，所述EGR管路被直接耦接到所述汽缸的上游和下游。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述鼓风机被机械驱动。
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