CN203476491U - 发动机*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种发动机***，包括：集成式排气歧管；位于两个外部气缸的侧面的两个内部气缸的直列组，每个气缸与所述集成式排气歧管的四个排气流道中的仅仅一个连通，所述内部气缸的排气流道汇合到第一蓄气室中，并且所述外部气缸的排气流道汇合到第二蓄气室中；具有涡轮机的涡轮增压器，所述涡轮机的入口与所述第一蓄气室连通而不与所述第二蓄气室连通；以及机械增压器，所述机械增压器在发动机进气歧管的上游与所述涡轮增压器的压缩机并联布置。本实用新型解决气缸串扰问题产生令人满意的效果。

Description

发动机***
技术领域
本实用新型涉及一种发动机***。
背景技术
车辆的内燃机可包括涡轮增压器以增大发动机扭矩输出。例如，为了提高燃料经济性而减小了尺寸的发动机可能需要增压以补偿尺寸减小而导致的发动机功率损失，并可通过涡轮增压器获得这种增压（例如，涡轮增压器可通过强迫吸入进气并因而提高发动机扭矩输出而提供增压）。然而，多种缺点可能与仅仅使用涡轮增压器相关联。在发动机尺寸减小的情况下，引入涡轮增压器可限制发动机尺寸减小的程度，因为仅仅通过涡轮增压器可能不能够在发动机的全部运转范围内提供期望压力比或瞬态性能。另外，更常见地，涡轮增压器可能具有较慢的瞬态响应，这可能导致发动机扭矩输出的不良迟滞。
另外，当从多个发动机气缸流出的排气被导向涡轮增压器的涡轮机的入口时，根据气缸的点火顺序和凸轮正时，在气缸之间可能发生不良串扰，这可能干扰燃烧。作为涡轮增压发动机中的不良气缸串扰的一个示例，涡轮增压的四缸发动机可以具有1-3-4-2点火顺序，其中气缸1和气缸4是发动机缸体的外部气缸，而气缸2和气缸3是发动机缸体的内部气缸。外部气缸与内部气缸之间的连通可在涡轮增压器的涡轮机的上游发生。例如，在气缸1的排气扫出事件的晚些时候，气缸3可开始排气，这可增加捕集在气缸1中的气体的压力和温度，并可增加该气缸中的残余含量。结果，燃烧可能会受到不利影响，爆震的倾向增大，并且可能需要更大的增压以实现所需的发动机功率输出。这些问题可能最终限制发动机的功率容量。
可以使用多种方法来解决上述问题。为了解决涡轮增压器迟滞，一些方法结合了机械增压器以便与涡轮增压器一起提供增压，其中这两个装置中的一个或两个可以在给定的时间使用。例如，US2010/0263375描述了一种增压***，其包括涡轮增压器和能够用作压缩机或膨胀器的机械增压器。在较低的发动机转速下，机械增压器提供增压，而在较高的发动机转速下（例如，相对于较低的发动机转速而言），涡轮增压器提供增压同时机械增压器用作膨胀器以提供冷却。在该方法中，来自所有发动机气缸的排气都被引导通过涡轮增压器的涡轮机。因此，该方法可能遭受气缸串扰，这对发动机燃烧可能具有不利影响。
为解决气缸串扰，一些方法可以结合有双涡旋涡轮增压器。通过为排气脉冲可能彼此干涉的气缸设置两个各自通向不同涡轮机的排气路径，该双涡旋涡轮增压器解决了气缸串扰。例如，在具有1-3-4-2的点火序列的四缸发动机中，在气缸1的膨胀冲程期间，在气缸1与气缸2之间可能发生排气门重叠。然而，由于双涡旋涡轮增压器为气缸1和气缸2提供分离的排气路径，所以来自气缸1的排气脉冲不会干扰气缸2中的燃烧。另外，由于这种气门重叠对燃烧没有负面影响，所以可增大凸轮顶开气门持续时间，从而减小发动机泵送做功并增加燃料效率。尽管存在这些优点，但本发明人还是认识到了双涡旋涡轮增压器方法的各种问题。相对于单个涡轮增压器而言，双涡旋涡轮增压器由于其复杂的结构而可能相对较为昂贵并且可能具有较低的耐久性。另外，在高温下，其功能性可能有所折损。
实用新型内容
本实用新型的发明人已经认识到，在发动机***中结合机械增压器以解决瞬态响应问题或者用双涡旋涡轮增压器代替涡轮增压器以解决气缸串扰问题可能不会产生令人满意的效果，并且甚至可能引入诸如以上所述的问题之类的其他问题。与上述方法相比，本实用新型的发明人确定了通过涡轮增压器和机械增压器中的一者或两者提供增压的发动机***和相关的方法，从而避免了缓慢的瞬态响应，其中仅来自发动机气缸子集的排气流过涡轮增压器的涡轮机，从而避免了气缸串扰。根据一种示例性方法，仅来自第一气缸子集的排气可经由IEM被引导至涡轮增压器的涡轮机，仅来自第二气缸子集的排气可经由IEM被引导绕过该涡轮机，并且进气可以通过机械增压器和涡轮增压器的压缩机中的一者或两者进行压缩。这样，通过仅仅引导来自发动机气缸子集的排气通过涡轮机，即使当气缸的排气门开度重叠时（这可能根据气缸的点火序列而发生），在不同子集的气缸之间也不会发生连通。因此，可增加凸轮顶开气门持续时间，从而减少泵送做功并增加燃料效率。由于来自第二气缸子集的排气不流过涡轮机，所以该排气可以流过密偶催化剂，从而减少可能改善发动机排放的催化剂起燃时间。另外，由于IEM的使用可与该发动机***相兼容，所以可减少涡轮增压器壳体材料的成本。
本实用新型一方面提供一种用于发动机的方法，包括：通过集成式排气歧管（IEM）将仅仅来自第一气缸子集的排气引导至涡轮增压器的涡轮机；通过所述集成式排气歧管引导仅仅来自第二气缸子集的排气绕过所述涡轮机；以及通过所述涡轮增压器的压缩机和机械增压器中的一者或两者对进气进行压缩。
优选地，通过所述集成式排气歧管将仅仅来自所述第一气缸子集的排气引导至所述涡轮机包括：将所述排气引导至所述蓄气室，所述第一蓄气室仅将所述第一气缸子集的排气流道连接于所述涡轮机。
优选地，通过所述集成式排气歧管引导仅仅来自所述第二气缸子集的排气绕过所述涡轮机包括：将所述排气引导至第二蓄气室中，所述第二蓄气室仅将所述第二气缸子集的排气流道连接于大气，其中所述第一蓄气室和所述第二蓄气室在所述涡轮机的上游不连通。
优选地，所述涡轮机的出口在密偶催化剂的上游与所述第二蓄气室结合。
优选地，所述的方法还包括：在第一子集的气缸点火之前对第二子集的气缸进行点火以及在发动机运转期间继续以该顺序对气缸进行点火，其中所述第一气缸子集是发动机的发动机缸体的内部气缸，所述第二气缸子集是所述发动机缸体的外部气缸。
优选地，所述的方法还包括：在所述涡轮机的转速低于阈值时的瞬态工况期间，将进气流引导至所述机械增压器而不引导至所述压缩机；在所述涡轮机的转速高于所述阈值并且请求的驾驶员扭矩高于阈值时的稳态状况期间，将所述进气流引导至所述机械增压器和所述压缩机；以及在所述涡轮机的转速高于阈值并且所述请求的驾驶员扭矩低于所述阈值时的稳态状况期间，将所述进气流引导至所述压缩机而不引导至所述机械增压器。
优选地，所述瞬态工况是驾驶员轻点油门。
本实用新型一方面提供一种发动机***，包括：集成式排气歧管（IEM）；位于两个外部气缸的侧面的两个内部气缸的直列组，每个气缸与所述集成式排气歧管的四个排气流道中的仅仅一个连通，所述内部气缸的排气流道汇合到第一蓄气室中，并且所述外部气缸的排气流道汇合到第二蓄气室中；具有涡轮机的涡轮增压器，所述涡轮机的入口与所述第一蓄气室连通而不与所述第二蓄气室连通；以及机械增压器，所述机械增压器在发动机进气歧管的上游与所述涡轮增压器的压缩机并联布置。
优选地，所述第一蓄气室和所述第二蓄气室是所述集成式排气歧管的仅有的排气出口，并且在所述集成式排气歧管内彼此不流体连通。
优选地，发动机***还包括可释放地连接于所述发动机的曲轴和所述机械增压器的离合器。
优选地，在所述进气歧管的上游及并联的所述机械增压器和所述压缩机的下游的通道中设置有中冷器。
优选地，发动机***还包括在密偶催化剂的上游与所述第二蓄气室连通的所述涡轮机的出口。
优选地，发动机***还包括将所述涡轮机入口与所述涡轮机出口连接的涡轮机旁通通道以及布置在所述涡轮机旁通通道中的废气旁通阀。
优选地，发动机***还包括将所述第二蓄气室与所述压缩机的入口连接的第一EGR通道，将所述涡轮机出口与所述压缩机的入口连接的第二EGR通道，以及将所述涡轮机入口与所述压缩机的出口连接的第三EGR通道。
本实用新型提供一种用于发动机的方法，包括：在瞬态状态期间，增大机械增压器下游的第一节流阀的开度，所述机械增压器与由接收仅来自发动机气缸子集的排气流的涡轮增压器驱动的压缩机并联，同时减小所述压缩机下游的第二节流阀的开度值；以及在稳态状态期间，基于发动机运转状况调节所述第一节流阀和所述第二节流阀的开度。
优选地，在所述瞬态状态期间所述涡轮机的转速低于阈值，在所述稳态状态期间所述涡轮机的转速高于所述阈值。
优选地，所述发动机气缸为发动机缸体的直列气缸，所述发动机气缸子集仅仅包括所述发动机缸体的内部气缸。
优选地，所述的方法还包括将来自所述内部气缸的所有排气流引导至集成式排气歧管的第一蓄气室，以及将来自所述发动机缸体的其他气缸的所有排气流引导至所述集成式排气歧管的第二蓄气室，其中所述第一蓄气室与所述第二蓄气室在所述集成式排气歧管内不连通，并且所述涡轮机不接收来自所述第二蓄气室的排气流。
优选地，在所述稳态状态期间调节所述第一节流阀和所述第二节流阀的开度还包括：如果驾驶员请求的扭矩超过阈值，则增大所述第二节流阀的开度并且调节所述第一节流阀的开度；以及如果所述驾驶员请求的扭矩不超过所述阈值，则增大所述第二节流阀的开度，关闭所述第一节流阀，并且通过离合器使所述机械增压器与所述发动机的曲轴脱离接合。
优选地，所述的方法还包括在压缩机喘振状态期间：通过离合器使所述机械增压器与所述发动机的曲轴连接；以及在增大所述第一节流阀的开度的同时，减小所述第二节流阀的开度。
应当理解，提供上面的概述是为了以简化的形式引入将在详细的说明书中进一步描述的一系列概念。这并不意在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，其中要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不局限于解决在上文中或者在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示意性地示出了包括涡轮增压器和机械增压器的双独立增压I4发动机的示例性实施例。
图2示出了基于当前瞬态工况和所需发动机扭矩操作涡轮增压器和机械增压器的示例性方法。
图3示出了用于制定各种增压模式的示例性方法。
图4示出了基于不良发动机排放的预期等级控制催化剂旁通道节流阀的示例性方法。
图5示出了用于控制发动机以解决喘振状况的示例性方法。
具体实施方式
下文的描述涉及通过机械增压器和涡轮增压器中的一者或两者对内燃机进行增压的方法和***。如图1所示，发动机***可以包括在进气歧管的上游与涡轮增压器并联布置的机械增压器，该***具有用于控制进气流路的阀。***还可以包括集成式排气歧管，其中来自第一气缸子集的排气行进到第一蓄气室（plenum），而来自第二气缸子集的排气行进到第二蓄气室。第一蓄气室和第二蓄气室可以在IEM内不彼此连通，第一蓄气室可与涡轮机入口连通，而第二蓄气室可以不与第一蓄气室或涡轮机入口连通。本文描述的方法可以与这种发动机***结合使用，以实现与涡轮增压器的使用相关联的优点，同时避免诸如缓慢的瞬态响应（通过来自机械增压器的增压辅助）和气缸串扰（通过将来自气缸点火序列相邻的气缸的排气引导至彼此不连通的单独的蓄气室中）之类的缺点。
通过本文描述的机械增压器和涡轮增压器的压缩机中的一者或两者进行压缩可以称为“增压分离策略”，并且该策略可以实现很多优点。通过在***中结合机械增压器，可以在包括诸如驾驶员轻点油门之类的瞬态工况在内的多种发动机运转状况期间提供瞬间增压，从而解决与仅仅使用涡轮增压器相关联的瞬态响应。换言之，可以通过机械增压器实现“扭矩拐点”；可以选择带轮传动比和机械增压器排量以提供较低转速的扭矩拐点，而涡轮增压器的大小可以设定为在峰值功率状况期间传输所需要的增压。与常规的涡轮增压发动机相比，该策略可以产生较宽范围的扭矩曲线。另外，在***中增设机械增压器还能够减小涡轮增压器的尺寸，使得涡轮增压器可以针对两缸发动机而不是四缸发动机设定尺寸，这提供了成本优势并腾出更多发动机舱中的空间。另外，无论增压是仅由涡轮增压器提供、由机械增压器和涡轮增压器一起提供、还是仅由机械增压器提供，发动机***都能够处理1050℃的排气，从而提高燃料经济性并达标排放。例如，高温材料在涡轮机壳体中的使用可以实现更好的λ=1线，并且可以实现排气到达排放控制***中的一个或多个催化剂而变热。另外，在压缩机喘振状况期间，发动机***可以被控制为将进气流暂时转移到机械增压器，直至喘振状况已经解决。最后，在高发动机输出运转期间，机械增压器可以与发动机曲轴脱离接合，并且进气可以不流过机械增压器，这可以减小曲轴工作负荷并且因而提高功率输出和发动机耐久性。
图1示意性示出了可以包括在机动车的驱动***中的发动机***100。发动机***100是多缸发动机。如下文中详细描述地，涡轮增压器102和机械增压器104包括在发动机中以根据运转状况而分别地或者协同地向发动机提供增压。在本文描述的实施例中，发动机***100是直列4缸（I4）发动机，其具有布置在发动机缸体中的四个气缸110。
发动机缸体包括曲轴108和四个气缸110。四个气缸110分别被标为1、2、3和4，其中气缸1和气缸4是外部气缸，而气缸2和气缸3是内部气缸（即，气缸2和气缸3在发动机缸体上彼此相邻地布置在气缸1与气缸4之间）。这里，内部气缸2和气缸3可以称为第一气缸子集，而外部气缸1和气缸4可以称为第二气缸子集，并且外部气缸可以描述为位于内部气缸的侧面。尽管发动机***100是具有四个气缸的直列四缸发动机，但应当理解，在其他实施例中，发动机***100可包括不同数量的气缸。气缸110均可包括火花塞和用于将燃料直接输送到燃烧室的燃料喷射器。然而，在替代性实施例中，每个气缸110都可不包括火花塞和/或直喷式燃料喷射器。
发动机***100可至少部分地由控制***194控制。控制***194示出为接收来自多个传感器196的信息并且向多个致动器198发送控制信号。传感器196可包括例如压力传感器、温度传感器、空燃比传感器以及组分传感器。致动器198可以包括例如将在本文中描述的电控离合器、控制阀以及节流阀。控制***194可以包括控制器112。该控制器可以接收来自各种传感器的输入数据，对输入数据进行处理，以及基于在控制器中编程的对应于一个或多个程序的指令或代码而响应于被处理的输入数据触发各种触发器。另外，控制器112可以接收车辆操作人员132通过输入装置130的输入。在本示例中，输入装置130包括加速踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。
发动机***100包括进气***114。环境气流能够通过第一进气通道116进入进气***，其中进气的流速能够至少部分地由第一节流阀118控制。因此，第一节流阀的位置可用作控制发动机中的空气流量的发动机运转参数。空气滤清器120可以在第一进气通道116中布置在第一节流阀118的上游，以从进气中去除固体颗粒物。
在第一节流阀118的下游，第一进气通道116分成两个平行的通道，即机械增压器通道122和压缩机通道124。机械增压器104和位于机械增压器104的下游的机械增压器节流阀126布置在机械增压器通道122中。类似地，涡轮增压器102的压缩机128和位于压缩机128的下游的压缩机节流阀136布置在压缩机通道124中。压缩机通道124的位于压缩机128的上游的部分可以称为压缩机入口，而压缩机通道124的位于压缩机128的下游的部分可以称为压缩机出口。类似地，机械增压器122通道的位于机械增压器104的上游的部分可以称为机械增压器入口，而机械增压器通道122的位于机械增压器104的下游的部分可以称为机械增压器出口。压缩机出口和机械增压器出口在压缩机节流阀136和机械增压器节流阀126的下游汇合到第二进气通道138中，第二进气通道138通向进气歧管140。进气歧管140可构造成向气缸110供给进气和/或燃料。如图1所示，进气歧管140可以分支成多个进气流道150，每个进气流道与一个气缸110流体连通。每个气缸110可通过与其连接的进气流道150接收来自进气歧管140的进气。每个进气流道可通过相应的气缸110的一个或多个进气门与该气缸选择性地连通。这样，被机械增压器104和/或压缩机128压缩的空气可以通过进气歧管140与气缸110流体连通。机械增压器104和涡轮增压器102的压缩机128可构造成增加进入其中至少一个气缸110的空气的量。这样，机械增压器和压缩机可至少部分地控制发动机***100中的气流量。可通过控制器112来改变通过涡轮增压器和/或机械增压器提供给一个或多个气缸110的压缩量。
在图1所示的示例性实施例中，气缸110的点火顺序是1-3-4-2是有利的。然而，气缸110可以以不同的顺序来点火而不偏离本公开的范围。
涡轮增压器102的压缩机128可以至少部分地通过轴146由连接在发动机的排气***144中的涡轮机142来驱动。涡轮增压器102的相对简单的设计（例如，相对于双涡旋涡轮增压器而言）可有利地能够用高温材料构造涡轮增压器。机械增压器104可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮机。例如，如图1所示，机械增压器104可以通过电控离合器174而与发动机***100的曲轴108连接。在期望机械增压器压缩进气的情况期间，控制器112可以控制离合器174使曲轴108与机械增压器104连接。当机械增压器通过离合器与曲轴连接时，机械增压器可以被发动机驱动以对进气进行压缩。例如，在一些情况下涡轮增压器102的瞬态响应时间可大于1秒，机械增压器104可以在整个发动机速度范围内提供0.2秒的响应时间。有利地，当不需要机械增压器压缩进气时，例如在仅仅使用涡轮增压器压缩进气的状况期间，机械增压器可以通过离合器与曲轴断开连接，使得机械增压器不在发动机上施加负荷。
在图1所示的实施例中，中冷器148布置在第二进气通道138中。中冷器148可以通过降低进气的温度而增加发动机效率并减小爆震，在进气被机械增压器和/或涡轮增压器压缩的增压状况期间进气的温度可能不合需要地高。
在第二进气通道138中的中冷器148的下游，可以布置第二节流阀176以控制从压缩机和/或机械增压器到发动机的进气的流量。
发动机***100的排气***144可包括构造成排放来自气缸110的燃烧产物的集成式排气歧管（IEM）152。IEM152可以包括排气流道154，并且每个排气流道可以通过相应的气缸110的一个或多个排气门（未示出）与该气缸选择性地连通。分别连接于气缸2和气缸3的排气流道在第一蓄气室156处在IEM152内汇合，并且分别连接于气缸1和气缸4的排气流道在第二蓄气室158处在IEM152内汇合。第一和第二蓄气室并不连通，并且类似地，连接于不同子集中的气缸的排气流道也不连通。因此，来自不同子集中的气缸的排气脉冲可以完全分离，使得来自一个气缸的反冲可以不损害在点火序列上相邻的另一个气缸中的燃烧。
IEM152可以包括冷却***178。冷却***178可以接收来自发动机的发动机冷却剂并且引导冷却剂遍布IEM。在离开IEM随后被引导至散热器之前，冷却剂可通过冷却剂泵泵送穿过发动机缸体，然后沿着一个或多个并联和/或串联的路径一直到达IEM并穿过IEM。
第一蓄气室156和第二蓄气室158可在IEM152外部延伸。在IEM152外部，第一蓄气室156引导来自第一气缸子集（例如，内部气缸2和3）的排气通过涡轮增压器102的涡轮机142，而第二蓄气室158引导来自第二气缸子集（例如，外部气缸1和4）的发动机排气直接通过可布置在第二蓄气室158中的一个或多个排放控制装置，这些装置用于在发动机排气被释放到大气中之前处理通道中的发动机排气。因为在第二蓄气室中流动的排气绕过涡轮机，所以可减小与第二蓄气室连通的两个气缸中的泵送做功，这可以提高燃料效率。在排气经过涡轮机142之后，来自第一蓄气室的排气通过涡轮机出口通道160被引导至位于排放控制装置上游的第二蓄气室。在图1的实施例中，所述一个或多个排放控制装置包括密偶催化剂162和车底催化剂（underbody catalyst）164。
涡轮机旁通通道166可以可选地包括在***中，以允许第一蓄气室156中的排气经由布置在涡轮机旁通通道中的废气旁通阀168的控制而绕过涡轮机142。涡轮机旁通通道166可以连接至涡轮机142上游的第一蓄气室156，并且连接于涡轮机出口通道160以连接这两个通道。当废气旁通阀168完全关闭时，第一蓄气室156中的所有排气流可以被引导通过涡轮机142，然后通过涡轮机出口通道160。当废气旁通阀168完全打开时，第一蓄气室156中的几乎所有排气流都可以绕过涡轮机142并且直接流入涡轮机出口通道中。这样，绕过涡轮机的排气的量可以通过调节废气旁通阀168来控制。
催化剂旁通通道170也可以可选地包括在***中，使得排气可以绕过密偶催化剂162。催化剂旁通通道170的一端，可以在第二蓄气室158与涡轮机旁通通道166和涡轮机出口通道160的连接处之间连接于涡轮机出口通道160。催化剂旁通通道170的另一端，可以在密偶催化剂与车底催化剂之间连接于第二蓄气室158。催化剂旁通节流阀172可以布置在催化剂旁通通道中。当催化剂旁通节流阀172处于完全打开状态时，涡轮机出口通道中的排气可以流过催化剂旁通通道，并且因而绕过密偶催化剂。相反，当催化剂旁通节流阀172处于完全关闭状态时，涡轮机出口通道中的排气可以流过涡轮机出口通道进入密偶催化剂162上游的第二蓄气室158。在一些实施例中，催化剂旁通节流阀的开度可以被控制为使得涡轮机出口通道中的期望比例的排气绕过密偶催化剂，而排气的剩余部分继续在涡轮机出口通道中并流过密偶催化剂。
如图1所示，排气再循环（EGR）***180可以将来自排气***的期望部分的排气通过各种EGR通道引导至进气***。第一EGR通道182可以将第二蓄气室158连接于压缩机128的上游的压缩机通道124。第二EGR通道184可以将涡轮机出口通道160连接于压缩机128的上游的压缩机通道124。第三EGR通道186可以将第一蓄气室156连接于压缩机128的下游的压缩机通道124。第一EGR通道182可以包括第一EGR阀188，第二EGR通道184可以包括第二EGR阀190，并且第三EGR通道186可以包括第三EGR阀192。提供给进气***114的EGR的量可以由控制器112通过第一EGR阀、第二EGR阀和第三EGR阀来改变。可选地，EGR传感器可以布置在EGR通道内，并且可以指示每个通道中的排气的压力、温度和浓度中的一个或多个。EGR***180可以通过使发动机排气的一部分再循环回到进气***114而有利地减少NOx排放。
图2示出了基于当前瞬态工况和所需发动机转矩而操作涡轮增压器和机械增压器的示例性方法200。图2可以例如与图1的发动机结合使用。
在步骤202中，方法200包括判断瞬态工况是否存在。瞬态工况可以例如包括驾驶员轻点油门和发动机冷起动。在这种瞬态工况期间，仅仅是涡轮增压器的压缩机可能无法提供充分的增压。然而，理想的是，一旦达到稳态状况，则仅仅由涡轮增压器的压缩机提供增压，以便通过电控离合器使机械增压器与发动机脱离接合，并因而减小发动机上的负荷。
如果存在瞬态工况，那么步骤202中的回答为“是”，并且方法200继续到步骤204。在步骤204中，方法200包括仅仅使用机械增压器对进气进行压缩。用于执行步骤204的示例性方法在图3中示出并在下文进行了描述。通过仅仅使用机械增压器对进气进行压缩，涡轮增压器的压缩机受到较小的阻力，这有助于涡轮增压器的涡轮机快速地旋转到期望转速，以便最终可以仅仅由涡轮增压器提供期望的增压值。
在切换到仅由机械增压器增压的模式之后，方法200继续到步骤206。在步骤206中，方法200包括判断涡轮增压器的涡轮机是否在期望的速度下旋转。作为一个示例，期望的速度可以是涡轮增压器的压缩机提供能达到驾驶员请求的扭矩的增压量的速度。
如果步骤206中的回答为“否”，那么方法200返回到步骤204以继续利用机械增压器对进气进行压缩，从而给涡轮增压器更多的时间旋转到期望的速度。否则，如果步骤206中的回答为“是”，那么方法200继续到步骤208。
在步骤208中，方法200包括判断请求的发动机扭矩是否大于阈值。作为一个示例，阈值可对应于发动机扭矩量，其中仅仅通过机械增压器的增压或仅仅通过涡轮增压器的压缩机的增压不能够达到该发动机扭矩量。
如果步骤208中的回答为“否”，那么方法200继续到步骤210。在步骤210中，方法200包括仅仅使用涡轮增压器的压缩机对进气进行压缩。用于执行步骤210的示例性方法在图3中示出并在下文进行了描述。通过在请求的扭矩处于允许这种操作的值时仅仅使用涡轮增压器的压缩机来提供增压，机械增压器可以有利地通过电控离合器与发动机曲轴脱离接合从而减小发动机的负荷。
另外，如果步骤208中的回答为“是”，那么方法200继续到步骤212。在步骤212中，方法200包括利用机械增压器和涡轮增压器的压缩机两者对进气进行压缩。用于执行步骤212的示例性方法在图3中示出并在下文进行了描述。当请求的发动机扭矩超过阈值时，机械增压器和涡轮增压器的压缩机两者都可以向发动机提供增压。在这种操作期间，由机械增压器提供的增压防止在仅仅涡轮增压机的压缩机增压状况期间可能发生的迟滞，并且由涡轮增压器提供的增压减少了对机械增压器的需求并因而减小了发动机的负荷和/或能量使用，这取决于如何为涡轮增压器供能。
返回到步骤202，如果不存在瞬态工况，那么回答为“否”并且方法200结束。
图3示出了用于执行三种增压模式的示例性方法300。图3的方法可以例如与图1中描绘的发动机和图2的方法结合使用。图2的方法可以用来判断在给定的发动机运转状态期间哪种增压模式是合适的，图3的方法可以用来执行该增压模式。应当理解，在一些示例中，增压模式可以交叠，并且这种交叠可以被动态控制以实现传动系校准，从而优化运转性能感觉和燃料经济性。
在302中，方法300包括例如通过执行方法200的方法来判断执行哪种增压模式。
如果选择了仅由机械增压器增压模式，那么方法300从步骤302继续到步骤304。在步骤304中，执行仅由机械增压器增压模式。这包括在步骤310中通过离合器将机械增压器与发动机的曲轴连接。该离合器可以是诸如图1中描绘的离合器174的电控离合器。在这种情况下，如果机械增压器和曲轴还没有通过离合器连接的话，控制器112可以向电控离合器174发送使离合器将机械增压器与曲轴连接的信号。这样，机械增压器的压缩机可以由发动机曲轴驱动。在其他的非限制性示例中，除曲轴之外，机械增压器的压缩机还可以由被电池供电的电机驱动，或者仅由电机驱动。
执行仅由机械增压器增压模式还包括在步骤312中完全关闭压缩机节流阀以及完全打开机械增压器节流阀。如图1所示，压缩机节流阀136可以布置在涡轮增压器的压缩机128的下游，机械增压器节流阀126可以布置在机械增压器104的下游。通过完全关闭压缩机节流阀以及完全打开机械增压器节流阀，进气被从第一进气通道116引导至机械增压器通道122而不进入压缩机通道124中。
在步骤314中，执行仅由机械增压器增压模式还包括完全关闭涡轮机废气旁通阀。如图1所示，涡轮机废气旁通阀168可以布置在涡轮机旁通通道166中。完全关闭涡轮机废气旁通阀起到关闭涡轮机旁通通道的作用，这导致第一蓄气室中的所有排气流过涡轮机142。通过在仅由机械增压器增压的增压模式期间使第一蓄气室中的所有排气流过涡轮机，可以更快地达到期望的涡轮机转速，例如使得可仅仅使用涡轮增压器或者与机械增压器结合地使用以向发动机提供增压。
在步骤316中，执行仅由机械增压器增压模式还包括基于预期的发动机排放来控制催化剂旁通节流阀。基于预期的发动机排放来控制催化剂旁通节流阀的示例性方法在图4中示出并将在下文中描述。
返回到步骤302，如果选择了机械增压器和涡轮增压器压缩机增压模式，那么方法300从步骤302继续到步骤306。
在步骤306中，执行机械增压器和涡轮增压器压缩机增压模式。这包括在步骤308中通过离合器使机械增压器与发动机的曲轴连接，正如前面针对步骤310所描述的。
执行机械增压器和涡轮增压器压缩机增压模式还包括：在步骤320中基于发动机运转状态控制涡轮增压器压缩机和机械增压器节流阀的开度值。如图1所示，压缩机节流阀136可以布置在涡轮增压器压缩机128的下游，机械增压器节流阀126可以布置在机械增压器104的下游。除了诸如机械增压器压缩机的压缩机转速的其他因素之外，机械增压器节流阀的开度值也影响第一进气通道116中的将在机械增压器通道122中流动的进气的比例。类似地，除了诸如涡轮增压器压缩机的转速的其他因素之外，涡轮增压器压缩机节流阀的开度值也影响第一进气通道116中的将在压缩机通道124中流动的进气的比例。各种发动机运转状态可以影响涡轮增压器和机械增压器节流阀的期望开度值。例如，涡轮增压器压缩机和机械增压器节流阀各自的期望开度值可以在组合在一起时是引起提供请求的发动机扭矩的增压值的量。作为另一个示例，涡轮增压器压缩机节流阀的期望开度值可以受到当前涡轮机转速、和/或在当前涡轮机转速下压缩机在各种压缩机节流阀开度值下发生喘振的可能性影响。
在步骤322中，执行机械增压器和涡轮增压器压缩机增压模式还包括基于运转状态控制涡轮机废气旁通阀开度值。如图1所示，涡轮机废气旁通阀168可以布置在涡轮机旁通通道166中。第一蓄气室156中通过流过涡轮机旁通通道166而绕过涡轮机142的排气的比例，可取决于涡轮机废气旁通阀168的开度值。由于流过涡轮机的排气的量影响涡轮机的转速，所以通过控制涡轮机废气旁通阀的开度值，可以达到期望的涡轮机转速。期望的涡轮机转速可基于发动机运转状态。例如，在压缩机喘振即将发生但仅由机械增压器不能够提供足够的增压以满足请求的发动机输出扭矩的状态期间，可稍微增大涡轮机废气旁通阀的开度值以降低涡轮机转速至某种程度，同时仍然通过涡轮机增压器压缩机提供一定的增压。
在步骤324中，执行机械增压器和涡轮增压器压缩机增压模式还包括：基于预期的发动机排放来控制催化剂旁通节流阀。基于预期的发动机排放来控制催化剂旁通节流阀的示例性方法在图4中示出并将在下文中描述。
返回到步骤302，如果选择了仅由涡轮增压器压缩机增压模式，那么方法300从步骤302继续到步骤308。
在步骤308中，执行仅由涡轮增压器压缩机增压模式。这包括在步骤326中通过离合器使机械增压器与发动机的曲轴断开连接，因为在仅由涡轮增压器压缩机增压模式期间可无需通过发动机驱动涡轮增压器。离合器可以是诸如图1中描绘的离合器174的电控离合器。在这种情况下，如果离合器和机械增压器当前通过离合器连接于曲轴的话，控制器112可以向电控离合器174发送使离合器将机械增压器与曲轴断开连接的信号。在另一个示例中，机械增压器的压缩机可以由电机驱动而不是由发动机驱动，在这种情况下，将采取其他措施以使得在仅由涡轮增压器增压模式期间并不驱动机械增压器。
执行仅由涡轮增压器压缩机增压模式还包括：在步骤328中完全打开压缩机节流阀以及完全关闭机械增压器节流阀。如图1所示，压缩机节流阀136可以布置在涡轮增压器的压缩机128的下游，机械增压器节流阀126可以布置在机械增压器104的下游。通过完全打开压缩机节流阀以及完全关闭机械增压器节流阀，进气被从第一进气通道116引导至压缩机通道124而不进入机械增压器通道122中。
在步骤330中，执行仅由涡轮增压器压缩机增压模式还包括：基于运转状态以与前面针对322所描述的相同方式控制涡轮机废气旁通阀开度值。
在步骤332中，执行仅由涡轮增压器压缩机增压模式还包括：基于预期的发动机排放控制催化剂旁通节流阀。基于预期的发动机排放控制催化剂旁通节流阀的示例性方法在图4中示出并在下文中进行描述。
图4示出了基于预期的不良发动机排放值来控制催化剂旁通节流阀的示例性方法400。图4的方法可以与图1中描绘的发动机一起使用，并且可以结合图2和图3所示的方法执行。
在步骤402中，方法400包括针对当前的发动机运转状态确定预期的不良排放等级。例如，在进气***和排气***中的多个位置可以布置多种传感器196以测量参数值，这些参数值例如为进气-燃料比、进气/排气温度、排气NOx含量等。由这些传感器测量的值可以被发送至控制器112，并且连同其他因素，控制器112可以基于感测的值确定预期的不良排放等级。
在步骤404中，方法400包括判断预期的不良排放等级是否大于阈值。阈值可以是不良发动机排气排放超过允许量时的值，如果不良发动机排气排放仅由车底催化剂处理的话。允许量可例如是政府批准的量，或者可以与发动机的排放速率相关。
如果步骤404中的回答为“否”，那么在不超过允许量的情形下，不良发动机排气排放可以仅由车底催化剂处理。在这种情况下，方法400从步骤404继续到步骤406以完全打开催化剂旁通节流阀。例如，控制器112可以向催化剂旁通节流阀发送使节流阀完全打开的信号。完全打开催化剂旁通节流阀可以导致来自第一蓄气室和第二蓄气室的排气通过流过不受阻的催化剂旁通通道170而绕过密偶催化剂162。第一蓄气室中的排气可流过涡轮机142和/或涡轮机旁通通道166（这取决于涡轮机废气旁通阀168的开度值），然后进入涡轮机出口通道160。密偶催化剂162的入口处的流动阻力，可高于催化剂旁通通道170的入口处的流动阻力。由于催化剂旁通通道的入口处的流动阻力较低，所以涡轮机出口通道中来自第一蓄气室的大部分排气或全部排气可以流过催化剂旁通通道，从而绕过密偶催化剂。类似地，第二蓄气室158中的大部分排气或全部排气可以转移到涡轮机出口通道160中，然后由于催化剂旁通通道的入口处较低的流动阻力（相对于密偶催化剂的入口处的流动阻力而言）而进入催化剂旁通通道170中。在不导致不良排气排放超过允许等级的状态期间绕过密偶催化剂，可以有利地减小需要密偶催化剂再生的频率。在步骤406之后，方法400结束。
否则，如果步骤404中的回答为“是”，那么方法400从步骤404继续到步骤408以判断发动机是否正在进行冷起动。在发动机冷起动期间，可预计到高等级的不良排气排放。另外，在发动机冷起动期间，排气催化剂可以处于起燃温度以下的温度，这可以降低催化剂减少不良排气排放的能力。
如果步骤408中的回答为“是”，那么方法400继续到步骤412以完全关闭催化剂旁通节流阀。例如，控制器112可以向催化剂旁通节流阀发送使节流阀完全关闭的信号。完全关闭催化剂旁通节流阀，可以使来自第一蓄气室和第二蓄气室的所有排气在流过车底催化剂164之前流过密偶催化剂162。这种操作可以有利地加快在密偶催化剂处达到起燃温度。另外，即便在密偶催化剂达到其起燃温度之前，还能够根据催化剂的类型在一定程度上处理不良排气排放。因此，在密偶催化剂达到起燃温度之前使排气流过密偶催化剂，在排气排放相对较高时的冷启动状态期间绕过催化剂可以是优选的。在步骤412之后，方法400结束。
否则，如果步骤408中的回答为“否”并且发动机未进行冷起动，那么方法400继续到步骤410，以基于预期的不良排放等级调节催化剂旁通节流阀开度值。由于最高的不良排放等级可能发生在发动机冷起动期间，所以在其他状态期间，可以允许至少一部分排气绕过密偶催化剂，从而减小密偶催化剂需要再生的频率。因此，基于在步骤402中确定的预期的不良排放等级，控制器112可以确定催化剂旁通节流阀的最大开度值，这将确保不超过所允许的不良排放量，同时使通过密偶催化剂的排气流最小。在步骤410之后，方法400结束。
图5示出了控制涡轮增压器和机械增压器以解决涡轮增压器压缩机喘振状况的示例性方法500。涡轮增压器压缩机喘振是如下不良状况，即，可能在高压缩机转速导致比发动机能够在给定时间吸入的空气更多的空气被压缩时发生的不良状况。压缩机出口处的高压可强迫降低压缩机转速，并因而降低涡轮机转速。当发动机处理压缩的进气时，可再次增大涡轮机转速，并且压缩机转速的相应增大可使喘振状况重复。因此，例如，在发动机运转状态没有变化的情况下，可以允许喘振状况，因为涡轮增压器轴转速在快速与慢速之间反复交替。方法500利用了发动机***100存在机械增压器和涡轮增压器两者，以解决这种不良的喘振状况。
在步骤502中，方法500包括判断是否正在发生涡轮增压器压缩机喘振。例如，控制器112可基于参数的感测值进行判断，这些参数例如为在一定时期内的涡轮增压器轴转速、压缩机128的下游的压缩机通道124中的压力等。
如果步骤502中的回答为“否”，则说明并未发生涡轮增压器压缩机喘振，并且方法500结束。另外，如果步骤502中的回答为“是”，那么方法500继续到步骤504。在步骤504中，方法500包括通过电控离合器将机械增压器与发动机曲轴相连。如前面针对图3在步骤310和步骤318中描述的，将机械增压器与发动机曲轴相连可以使发动机驱动机械增压器的压缩机，并且被驱动的压缩机可以向发动机提供增压。应当理解，如果例如在涡轮增压器压缩机和机械增压器增压模式期间，机械增压器已经与发动机曲轴相连，那么在步骤504中可以不采取措施。
在步骤504之后，方法500继续到步骤506。在步骤506中，方法500包括减小压缩机节流阀的开度值以及增大机械增压器节流阀的开度值。例如，压缩机节流阀的开度值的减小量和机械增压器节流阀的开度值的增大量，可以基于与当前的喘振状况和/或其他发动机运转状态相关的感测参数值。减小压缩机节流阀的开度值可以导致较少的空气流过压缩机128，这可有助于减轻压缩机喘振。另外，增大机械增压器节流阀的开度值可增大流过机械增压器104的空气的量，使得流过涡轮增压器压缩机的空气的减小量对于向发动机输送期望等级的增压的输送没有不利影响。作为一个示例，如果当检测到喘振时发动机在仅由涡轮增压器压缩机增压模式下运转，那么可以完全关闭机械增压器的节流阀直至在步骤506中增大该节流阀开度值。作为另一个示例，如果当检测到喘振时发动机在涡轮增压器压缩机和机械增压器增压模式下运转，那么当在步骤506中增大机械增压器的节流阀的开度值时，机械增压器的节流阀可以是已经部分打开的。
在步骤506之后，方法500继续到步骤508以判断压缩机喘振是否已经解决。该判断可以类似于发生压缩机喘振的初始判断。如果判定喘振还没有解决，那么方法500返回到步骤506，以进一步减小压缩机节流阀的开度值并且进一步增大机械增压器节流阀的开度值。这样，可进一步减小流过涡轮增压器压缩机的空气的量以试图减轻压缩机喘振，同时可进一步增大流过机械增压器的空气的量以避免进气升压产生的波动，这种波动可能影响发动机输出扭矩。在另一非限制性示例中，控制器112可以采取另外的措施来减小压缩机喘振，例如减小第一节流阀118的开度值以减小进气流的总量。
然而，如果喘振已经解决，那么步骤508中的回答为“是”，并且方法500从步骤508继续到步骤510以判断当前的增压模式。例如，当前的增压模式可以存储在控制***194中的存储器中。所存储的值可以在执行方法500之前已经基于感测的参数值和离合器的连接状态已经确定，所述参数例如为压缩机节流阀开度值、机械增压器节流阀开度值，所述离合器诸如图1所示的电控离合器174。
如果当前增压模式为仅由涡轮增压器压缩机增压的模式，那么方法500继续到步骤512。在步骤512中，方法500包括完全关闭机械增压器节流阀和完全打开压缩机节流阀。在步骤512之后，方法500继续到步骤514，以通过电控离合器使机械增压器与发动机曲轴断开连接。通过从增压回路中去除机械增压器，这些动作可以恢复仅由涡轮增压器压缩机增压的模式。根据机械增压器的动力源，步骤514可以包括诸如使驱动机械增压器的电机停机之类的其他动作。在步骤514之后，方法500结束。
否则，如果当前的增压模式是涡轮增压器压缩机和机械增压器增压模式，那么方法500继续到步骤516。在步骤516中，方法500包括基于发动机运转状态调节压缩机和机械增压器节流阀的开度值。例如，节流阀的开度值可以恢复到执行方法500之前节流阀的开度值。例如，在执行方法500之前，控制器112可以将这种信息存储在控制***194中，并且可以在步骤516中访问该信息以恢复先前的节流阀状态。因此，可临时调整节流阀开度值以减小压缩机喘振，并且一旦已经解决了喘振便可以被恢复。在步骤516之后，方法500结束。
注意，本文包括的示例性控制和估计程序可用于各种发动机和/或车辆***结构。本文所述的特定程序可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。这样，示出的各种行为、操作或功能可以在所示顺序执行、并行执行或者在一些情况下省略。类似地，处理顺序不一定需要实现本文所述示例性实施例的功能和优势，而是为了便于说明和描述而提供。所述行为和功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复执行。此外，所述行为可以图形地表示编程到控制***中的计算机可读存储介质中的代码。
应当理解，本文公开的结构和布置在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应在限制性的意义上来理解，因为众多变型是可能的。例如，上面的技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种***和结构以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和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新颖和显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能涉及“元件”或“第一元件”或等同称谓。这样的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更多个这种元件。可以通过对当前的权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。无论与原始权利要求相比在范围上更宽、更窄、相同还是不同，这些权利要求也被认作包括在本公开的主题内。

Claims (7)

1.一种发动机***，其特征在于，包括：
集成式排气歧管；
位于两个外部气缸的侧面的两个内部气缸的直列组，每个气缸与所述集成式排气歧管的四个排气流道中的仅仅一个连通，所述内部气缸的排气流道汇合到第一蓄气室中，并且所述外部气缸的排气流道汇合到第二蓄气室中；
具有涡轮机的涡轮增压器，所述涡轮机的入口与所述第一蓄气室连通而不与所述第二蓄气室连通；以及
机械增压器，所述机械增压器在发动机进气歧管的上游与所述涡轮增压器的压缩机并联布置。
2.根据权利要求1所述的发动机***，其特征在于，所述第一蓄气室和所述第二蓄气室是所述集成式排气歧管的仅有的排气出口，并且在所述集成式排气歧管内彼此不流体连通。
3.根据权利要求2所述的发动机***，其特征在于，还包括可释放地连接于所述发动机的曲轴和所述机械增压器的离合器。
4.根据权利要求3所述的发动机***，其特征在于，在所述进气歧管的上游及并联的所述机械增压器和所述压缩机的下游的通道中设置有中冷器。
5.根据权利要求4所述的发动机***，其特征在于，还包括在密偶催化剂的上游与所述第二蓄气室连通的所述涡轮机的出口。
6.根据权利要求5所述的发动机***，其特征在于，还包括将所述涡轮机入口与所述涡轮机出口连接的涡轮机旁通通道，以及布置在所述涡轮机旁通通道中的废气旁通阀。
7.根据权利要求6所述的发动机***，其特征在于，还包括将所述第二蓄气室与所述压缩机的入口连接的第一EGR通道，将所述涡轮机出口与所述压缩机的入口连接的第二EGR通道，以及将所述涡轮机入口与所述压缩机的出口连接的第三EGR通道。
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