| 专利名称： | 具有两级涡轮增压器的内燃发动机 | ||
| 专利名称(英文)： | Having a two-stage turbocharger of an internal combustion engine | ||
| 专利号： | CN201510587198.2 | 申请时间： | 20150915 |
| 公开号： | CN105604687A | 公开时间： | 20160525 |
| 申请人： | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | ||
| 申请地址： | 美国密歇根州 | ||
| 发明人： | C.M.米诺; V.佩特龙兹 | ||
| 分类号： | F02B37/013; F02B37/12 | 主分类号： | F02B37/013 |
| 代理机构： | 北京市柳沈律师事务所 11105 | 代理人： | 王小京 |
| 摘要： | 公开了一种具有两级涡轮增压器(900)的内燃发动机(110)，该两级涡轮增压器(900)包括：通过高压涡轮入口导管(255)连接到排气歧管(225)的高压涡轮(250)、和通过低压涡轮入口导管(555)连接到高压涡轮(250)并且通过连接通道(605)连接到高压涡轮入口导管(255)的低压涡轮(550)，低压涡轮(550)和高压涡轮(250)串联布置，所述涡轮增压器设置有旁路系统(800)，所述旁路系统包括布置在高压涡轮入口导管(255)中的高压涡轮阀(700)、布置在所述连接通道(605)中的低压涡轮阀(710)、以及致动器(720)，所述致动器被配置为操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)以交替地关闭所述高压涡轮入口导管(255)或所述连接通道(605)。 | ||
| 摘要(英文)： | In an internal combustion engine, a two stage turbocharger is disclosed including a low pressure turbine and the high pressure turbine are arranged in series. The high pressure turbine is connected to an exhaust manifold of the engine through a high pressure turbine inlet duct. The low pressure turbine is connected to the high pressure turbine through a low pressure turbine inlet duct and to the high pressure turbine inlet duct through a connecting channel. The two stage turbocharger is provided with a bypass system including a high pressure turbine valve arranged in the high pressure turbine inlet duct, and a low pressure turbine valve arranged in the connecting channel. An actuator is configured to operate the high pressure turbine valve and the low pressure turbine valve to alternatively close the high pressure turbine inlet duct or the connecting channel. | ||
1.一种具有两级涡轮增压器(900)的内燃发动机(110)，所述两级涡 轮增压器(900)包括通过高压涡轮入口导管(255)连接到发动机(110) 的排气歧管(225)的高压涡轮(250)、以及通过低压涡轮入口导管(555) 连接到所述高压涡轮(250)并且通过连接通道(605)连接到所述高压涡轮 入口导管(255)的低压涡轮(550)，所述低压涡轮(550)和所述高压涡 轮(250)串联布置，所述两级涡轮增压器(900)设置有旁路系统(800)， 所述旁路系统包括布置在高压涡轮入口导管(255)中的高压涡轮阀(700)、 布置在连接通道(605)中的低压涡轮阀(710)、以及致动器(720)，所述 致动器被配置为操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)以交 替地关闭所述高压涡轮入口导管(255)或所述连接通道(605)。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述致动器(720)被配置 为同时操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，其中所述致动器(720)被 配置为作为发动机速度(E速度)和发动机负载(E负载)的函数驱动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃发动机，其中所述高压涡 轮阀(700)包括盘(705)、并且所述低压涡轮阀(710)包括盘(715)，所 述盘(705，715)连接到共同的主轴(770)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃发动机，其包括高压涡轮 入口导管法兰(740)和连接通道法兰(750)，所述法兰(740，750)基本 上在相同的平面上对齐。
6.根据权利要求4和5所述的内燃发动机，其中所述高压涡轮阀(700) 的盘(705)对应于所述高压涡轮入口法兰(740)布置，并且所述低压涡轮 阀(710)的盘(715)对应于所述连接通道法兰(750)布置。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的内燃发动机，其中所述高压 涡轮阀(700)的盘(705)和所述低压涡轮阀(710)的盘(715)垂直于彼 此安装在所述主轴(770)上，以使得所述主轴(770)的90°旋转导致所述 高压涡轮入口导管(255)打开并且所述连接通道(605)关闭，或者导致所 述高压涡轮入口导管(255)关闭并且所述连接通道(605)打开。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的内燃发动机，其中所述致动 器(720)被配置为使得所述主轴(770)从其中所述高压涡轮阀的一个盘(705) 关闭所述高压涡轮入口导管(255)并且所述低压涡轮阀的盘(715)打开所 述连接通道(605)的位置旋转到其中一个盘(705)打开所述高压涡轮入口 导管(255)并且另一个盘(715)关闭所述连接通道(605)的位置，并且 反之亦然。
9.一种操作根据权利要求1至8中的任一项所述内燃发动机(110)的 两级涡轮增压器(900)的方法，所述两级涡轮增压器(900)包括：通过高 压涡轮入口导管(255)连接到所述发动机(110)的排气歧管(225)的高 压涡轮(250)、和通过设置有高压涡轮阀(700)的低压涡轮入口导管(555) 而连接到所述高压涡轮(250)并且通过设置有低压涡轮阀(710)的连接通 道(605)而连接到所述高压涡轮入口导管(255)的低压涡轮(550)、以及 致动器(720)，所述方法包括以下步骤： -监测发动机速度(E速度)和发动机负载(E负载)； -致动用于操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)的致 动器(720)，从而作为所监测的发动机速度(E速度)和发动机负载(E负载) 的函数而交替地关闭所述高压涡轮入口导管(255)或所述连接通道(605)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述致动器(720)同时操作所 述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中交替地关闭所述高压涡轮 入口导管(255)或所述连接通道(605)的步骤借助于主轴(770)的90° 旋转而执行，适合于关闭所述高压涡轮入口导管(255)的高压涡轮阀(700) 的盘(705)和适合于关闭所述连接通道(605)的低压涡轮阀(710)的盘 (715)垂直于彼此安装在所述主轴上。
12.一种用于操作内燃发动机的两级涡轮增压器的设备，所述两级涡轮 增压器包括：高压涡轮，所述高压涡轮通过高压涡轮入口导管连接到排气歧 管；和低压涡轮，所述低压涡轮通过设置有高压涡轮阀的低压涡轮入口导管 连接到高压涡轮、并且通过设置有低压涡轮阀的连接通道连接到高压涡轮入 口导管；以及致动器，所述设备包括： -用于监测发动机速度和发动机载荷的器件； -用于致动操作高压和低压涡轮阀的所述致动器从而作为监测的发动 机速度和发动机负载的函数交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道的器 件。
1.一种具有两级涡轮增压器(900)的内燃发动机(110)，所述两级涡 轮增压器(900)包括通过高压涡轮入口导管(255)连接到发动机(110) 的排气歧管(225)的高压涡轮(250)、以及通过低压涡轮入口导管(555) 连接到所述高压涡轮(250)并且通过连接通道(605)连接到所述高压涡轮 入口导管(255)的低压涡轮(550)，所述低压涡轮(550)和所述高压涡 轮(250)串联布置，所述两级涡轮增压器(900)设置有旁路系统(800)， 所述旁路系统包括布置在高压涡轮入口导管(255)中的高压涡轮阀(700)、 布置在连接通道(605)中的低压涡轮阀(710)、以及致动器(720)，所述 致动器被配置为操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)以交 替地关闭所述高压涡轮入口导管(255)或所述连接通道(605)。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述致动器(720)被配置 为同时操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)。
3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机，其中所述致动器(720)被 配置为作为发动机速度(E速度)和发动机负载(E负载)的函数驱动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃发动机，其中所述高压涡 轮阀(700)包括盘(705)、并且所述低压涡轮阀(710)包括盘(715)，所 述盘(705，715)连接到共同的主轴(770)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃发动机，其包括高压涡轮 入口导管法兰(740)和连接通道法兰(750)，所述法兰(740，750)基本 上在相同的平面上对齐。
6.根据权利要求4和5所述的内燃发动机，其中所述高压涡轮阀(700) 的盘(705)对应于所述高压涡轮入口法兰(740)布置，并且所述低压涡轮 阀(710)的盘(715)对应于所述连接通道法兰(750)布置。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的内燃发动机，其中所述高压 涡轮阀(700)的盘(705)和所述低压涡轮阀(710)的盘(715)垂直于彼 此安装在所述主轴(770)上，以使得所述主轴(770)的90°旋转导致所述 高压涡轮入口导管(255)打开并且所述连接通道(605)关闭，或者导致所 述高压涡轮入口导管(255)关闭并且所述连接通道(605)打开。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的内燃发动机，其中所述致动 器(720)被配置为使得所述主轴(770)从其中所述高压涡轮阀的一个盘(705) 关闭所述高压涡轮入口导管(255)并且所述低压涡轮阀的盘(715)打开所 述连接通道(605)的位置旋转到其中一个盘(705)打开所述高压涡轮入口 导管(255)并且另一个盘(715)关闭所述连接通道(605)的位置，并且 反之亦然。
9.一种操作根据权利要求1至8中的任一项所述内燃发动机(110)的 两级涡轮增压器(900)的方法，所述两级涡轮增压器(900)包括：通过高 压涡轮入口导管(255)连接到所述发动机(110)的排气歧管(225)的高 压涡轮(250)、和通过设置有高压涡轮阀(700)的低压涡轮入口导管(555) 而连接到所述高压涡轮(250)并且通过设置有低压涡轮阀(710)的连接通 道(605)而连接到所述高压涡轮入口导管(255)的低压涡轮(550)、以及 致动器(720)，所述方法包括以下步骤： -监测发动机速度(E速度)和发动机负载(E负载)； -致动用于操作所述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)的致 动器(720)，从而作为所监测的发动机速度(E速度)和发动机负载(E负载) 的函数而交替地关闭所述高压涡轮入口导管(255)或所述连接通道(605)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述致动器(720)同时操作所 述高压涡轮阀(700)和所述低压涡轮阀(710)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中交替地关闭所述高压涡轮 入口导管(255)或所述连接通道(605)的步骤借助于主轴(770)的90° 旋转而执行，适合于关闭所述高压涡轮入口导管(255)的高压涡轮阀(700) 的盘(705)和适合于关闭所述连接通道(605)的低压涡轮阀(710)的盘 (715)垂直于彼此安装在所述主轴上。
12.一种用于操作内燃发动机的两级涡轮增压器的设备，所述两级涡轮 增压器包括：高压涡轮，所述高压涡轮通过高压涡轮入口导管连接到排气歧 管；和低压涡轮，所述低压涡轮通过设置有高压涡轮阀的低压涡轮入口导管 连接到高压涡轮、并且通过设置有低压涡轮阀的连接通道连接到高压涡轮入 口导管；以及致动器，所述设备包括： -用于监测发动机速度和发动机载荷的器件； -用于致动操作高压和低压涡轮阀的所述致动器从而作为监测的发动 机速度和发动机负载的函数交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道的器 件。
翻译：技术领域
本发明的技术领域涉及一种具有两级涡轮增压器的内燃发动机。更具体 地，本发明的技术领域涉及一种具有设置有用于高压涡轮的旁路系统的两级 涡轮增压器。
背景技术
现有技术中已知有用于内燃发动机的两级涡轮增压器。
两级涡轮增压器包括串联布置的高压(HP)涡轮增压器和低压(LP) 涡轮增压器，每个涡轮增压器转而包括旋转地联接到涡轮的压缩机。这种类 型的涡轮增压器已知为串联顺序两级涡轮增压器。
这些涡轮增压器通常被配置为在低/中间的发送机速度下操作两个涡轮 增压器以及被配置为仅仅在高的发动机速度下操作LP涡轮增压器。在这个 第二种情况下，HP涡轮增压器被旁路。
为了使得致动器的数量最小并且简化布局，旁路通常连接HP涡轮的上 游和下游的点，而不机械地阻塞所述HP涡轮的入口。
当仅仅LP级正在操作时，系统作运转为并行的两个分支(LP入口通道 和具有其通道的HP涡轮)。因此，排气能够在两个分支中流动(分离取决于 穿过两个分支的压力降的比)。然而，保证气体的最大部分流动通过LP节段 (理想地为100％以使得热焓损失最小)是重要的。这可以通过使得在LP 分支上的压力降最小而实现，并且，当仍然不足够时，通过使得HP入口通 道对于气流遮挡而实现。这通常可能导致在两级模式中的更糟糕的涡轮增压 器效率，由于所导致的更高的泵送损失，这对于低端和中间速度性能不利。
HP旁路阀能够在专用致动器的辅助下致动，所述专用致动器通过由发 动机控制单元(ECU)控制的电路驱动。ECU通过当达到预限定的发动机状 态时(例如，当达到预限定的发动机速度时)打开HP旁路阀而操作所述HP 旁路阀。
公开的实施例的目的是提供一种具有两级涡轮增压器的内燃发动机，所 述两级涡轮增压器允许优化涡轮的两个入口导管而不损害两级涡轮增压器 在各个操作模式中的性能。
这个以及其他目的通过具有两级涡轮增压器的内燃发动机和操作具有 独立权利要求记载的特征的内燃发动机的两级涡轮增压器的方法而实现。
从属权利要求描述优选和/或特别有利的方面。
发明内容
本发明的实施例提供一种具有两级涡轮增压器的内燃发动机，所述两级 涡轮增压器包括通过高压涡轮入口导管连接到发动机的排气歧管的高压涡 轮以及通过低压涡轮入口导管连接到高压涡轮并且通过连接通道连接到高 压涡轮入口导管的低压涡轮。低压涡轮和高压涡轮串联布置。两级涡轮增压 器设置有旁路系统，所述旁路系统包括：布置在高压涡轮入口导管中的高压 涡轮阀以控制在高压涡轮入口导管中的流动；以及布置在连接通道中的低压 涡轮阀，以控制连接通道中的流动。致动器被配置以操作高压涡轮阀和低压 涡轮阀以交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道。
这个实施例的优点在于，通过交替地关闭两个涡轮(即，高压涡轮和低 压涡轮)的两个接入部中的一个，能够以最佳的流体动力性能设计高压和低 压涡轮入口。
必须注意的是，表述“交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道”指的 是，当高压涡轮阀被操作以关闭高压涡轮入口导管时，低压涡轮阀被操作以 打开连接通道，并且当高压涡轮阀被操作以打开高压涡轮入口导管时，低压 涡轮阀被操作以关闭连接通道。
以此方式，不再需要涡轮的入口导管中的任何一个的流体动力性能：入 口都能够被设计为尽可能多的渗透性。
以此方式，在全功率操作中给LP级(低压涡轮)最大可利用的热焓并 且在最大扭矩操作期间给HP级(高压涡轮)最大可利用的热焓。
根据本发明的又一实施例，致动器被配置以同时操作高压涡轮阀和低压 涡轮阀。
这个实施例的优点在于，其限制两级涡轮增压器的旁路系统的机械复杂 性。
根据本发明的另一实施例，高压涡轮阀和低压涡轮阀通过由发动机的电 子控制单元驱动的单个致动器操作。
这个实施例的优点在于，其通过采用用于操作两个阀的单个致动器而允 许简化整个系统。
根据本发明的另一实施例，致动器作为(取决于)发动机速度和发动机 负载的函数而被驱动。更具体地，根据本发明的实施例，致动器被配置为作 为发动机速度和发动机负载的函数而打开高压涡轮入口导管并且关闭连接 通道，并且反之亦然(即，致动器关闭高压涡轮入口导管并且打开连接通道)。.
这个实施例的优点在于，其允许未使用涡轮的机械切断，这允许优化两 个涡轮入口导管而不损害在功率或者低端范围内的性能的可能性。
根据又一实施例，高压涡轮阀包括可移动盘并且低压涡轮阀包括可移动 盘，所述盘连接到共同的主轴。
这个实施例的优点在于，共同的主轴布局允许阀例如通过使用单个致动 器的简单致动。
更具体地，根据本发明的又一实施例，高压涡轮阀设置有盘，所述盘可 移动以关闭高压涡轮入口导管、优选对应于高压涡轮入口导管法兰，并且低 压涡轮阀设置有盘，所述盘可移动以关闭连接通道、优选对应于连接通道法 兰。法兰基本上在相同的平面上对齐。
根据可能的实施例，高压涡轮阀的盘对应于高压涡轮入口法兰布置，并 且低压涡轮阀的盘对应于连接通道法兰布置。更具体地，根据本发明的实施 例，高压涡轮入口导管的高压涡轮入口导管法兰与高压涡轮阀的盘协作以关 闭高压涡轮入口导管，并且连接通道的连接通道法兰与低压涡轮阀的盘协作 以关闭连接通道。法兰在基本上相同的平面上度对齐。
换言之，与高压涡轮阀的盘协作的法兰连接到或者设置在高压涡轮入口 导管中并且与低压涡轮阀的盘协作的法兰连接到或者设置在连接通道中。
这个实施例的优点在于，其允许两级涡轮增压器的旁路系统的阀利用法 兰连接安装在排气歧管内侧。
根据本发明的又一实施例，盘彼此垂直地安装到主轴上以使得主轴的90 °旋转导致高压涡轮入口导管打开并且连接通道关闭，以及反之亦然。换言 之，主轴的90°旋转还导致高压涡轮入口导管关闭并且连接通道打开。
这个实施例的优点在于，其允许对于两个阀使用共同的主轴。
根据本发明的另一实施例，致动器被配置为通过使得主轴从其中一个盘 关闭高压涡轮入口导管并且另一个盘打开连接通道的位置旋转到其中一个 盘打开高压涡轮入口导管并且另一个盘关闭连接通道的位置而操作，并且反 之亦然。换言之，致动器通过使得主轴从其中一个盘打开高压涡轮入口导管 并且另一个盘关闭连接通道的位置旋转到其中一个盘关闭高压涡轮入口导 管并且另一个盘打开连接通道的位置而操作。
这个实施例的优点在于，其提供用于允许同时操作高压涡轮阀和低压涡 轮阀的机械解决方案。
本发明的又一方面提供操作根据本发明的各个方面的用于内燃发动机 的两级涡轮增压器的方法。
两级涡轮增压器包括：高压涡轮，所述高压涡轮通过高压涡轮入口导管 连接到发动机的排气歧管；和低压涡轮，所述低压涡轮通过设置有高压涡轮 阀的低压涡轮入口导管连接到高压涡轮并且通过设置有低压涡轮阀的连接 通道连接到高压涡轮入口导管；以及致动器，所述方法包括以下步骤：
-监测发动机速度和发动机负载；
-致动用于操作高压涡轮阀和低压涡轮阀的所述致动器从而作为监测 的发动机速度和发动机负载的函数交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通 道。
根据本发明的另一方面，致动器同时操作高压涡轮阀和低压涡轮阀。
根据本发明的又一方面，交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道的步 骤借助于主轴的90°旋转而执行，适合于关闭高压涡轮入口导管的盘和适合 于关闭连接通道的盘彼此垂直地安装在所述主轴上。
根据所述方法的方面，所述方法能够在计算机程序的帮助下执行，所述 计算机程序包括用于执行上述方法的所有步骤的程序代码，并且为包括所述 计算机程序的计算机程序产品的形式。
所述计算机程序产品能够实施为用于内燃发动机的控制设备，所述控制 设备包括电子控制单元、与电子控制单元相关联的数据载体以及存储在数据 载体中的计算机程序，以使得所述控制设备以与所述方法相同的方式限定所 描述的实施例。在这种情况下，当控制设备执行计算机程序时，上述方法的 所有步骤被执行。
本发明的又一方面提供一种用于操作内燃发动机的两级涡轮增压器的 设备，所述两级涡轮增压器包括：高压涡轮，所述高压涡轮通过高压涡轮入 口导管连接到排气歧管；和低压涡轮，所述低压涡轮通过设置有高压涡轮阀 的低压涡轮入口导管连接到高压涡轮、并且通过设置有低压涡轮阀的连接通 道连接到高压涡轮入口导管；以及致动器，所述设备包括：
-用于监测发动机速度和发动机载荷的器件；
-用于致动操作高压和低压涡轮阀的所述致动器从而作为监测的发动 机速度和发动机负载的函数交替地关闭高压涡轮入口导管或连接通道的器 件。
附图说明
现参考附图以示例的方式将描述各个实施例，其中相同的附图标记表示 相同的元件，并且在附图中：
图1示出汽车系统；
图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的剖面图；
图3是根据本发明的实施例的设置有旁路系统的用于内燃发动机的两级 涡轮增压器的示意性图示；
图4是根据本发明的实施例的两级涡轮增压器的旁路系统的可能的实施 方式的示意性图示；和
图5-6是根据本发明的实施例的旁路阀元件在两个不同的操作位置下的 示意性图示。
附图标记列表
100汽车系统
110内燃发动机(ICE)
120发动机缸体
125汽缸
130汽缸盖
135凸轮轴
140活塞
145曲轴
150燃烧室
155凸轮相位器
160燃料喷射器
170燃料轨道
180燃料泵
190燃料源
200进气歧管
205空气进气导管
210进气空气端口
215汽缸的阀
220排气气体端口
225排气歧管
230高压涡轮增压器
240高压压缩机
250高压涡轮
255高压涡轮入口导管
260中冷器
270排气系统
275排气管道
280排气后处理装置
290VGT致动器
300EGR系统
310EGR冷却器
320EGR阀
330节气门体
340空气质量流量和温度传感器
350歧管压力和温度传感器
360燃烧温度传感器
380冷却剂和油温度和水平传感器
400燃料轨道压力传感器
410凸轮位置传感器
420曲轴位置传感器
430排气压力和温度传感器
445加速器踏板位置传感器
450电子控制单元
460数据载体
530低压涡轮增压器
540低压压缩机
550低压涡轮
555低压涡轮入口导管
600高压压缩机旁路阀
605从高压涡轮入口导管到低压涡轮入口导管的连接通道
620低压涡轮旁路阀
700高压涡轮阀
705高压涡轮阀的盘
710低压涡轮阀
715低压涡轮阀的盘
720致动器
740高压涡轮入口导管法兰
750连接通道法兰
760孔
770主轴
800旁路系统
900两级涡轮增压器
具体实施方式
现将参考附图描述示例性实施例而不意旨限制应用和用途。
如图1和图2所示，一些实施例可以包括汽车系统100，所述汽车系统 包括内燃发动机(ICE)100，所述内燃发动机具有发动机缸体120，所述内 燃发动机缸体120在至少一个汽缸125处限定具有联接到曲轴145以使得曲 轴145旋转的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃 料和空气混合物(未示出)设置在内燃发动机150中并且被点燃，这产生热 膨胀排气，这导致活塞140的往复运动。燃料通过至少一个燃料喷射器160 提供并且空气通过至少一个进气端口210。燃料从与高压燃料泵180流体连 通的燃料轨道170在高压下提供到燃料喷射器160，所述高压燃料泵180使 得从燃料源190接收的燃料的压力增加。汽缸125中的每个具有至少两个阀 215，所述至少两个阀由随着曲轴145旋转的凸轮轴135致动。阀215选择 性地允许空气从端口210进入内燃发动机150中并且交替地允许排气通过端 口220离开。在一些示例中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135 与曲轴145之间的正时。
空气可以通过进气歧管200分配到进气端口210。进气导管205可以将 来自外部环境的空气提供到进气歧管200。在其他实施例中，节气门体330 可以被设置以规制空气到歧管330的流动。
在其他实施例中，强迫空气系统可以被设置，所述强迫空气系统包括在 下文中联系图3更详细地描述的两级涡轮增压器900。
发动机的排气被引导到排气系统270。
排气系统270可以包括排气管道275，所述排气管道275具有一个或者 更多排气后处理装置280。后处理装置可以是被配置为改变排气的成分的任 何装置。后处理装置280的一些示例包括但不局限于，催化转化器(两或三 元)、氧化催化剂、稀NOx捕集器、烃类吸收器、选择性催化还原(SCR) 系统以及颗粒过滤器。其他实施例可以包括联接在排气歧管225与进气歧管 200之间的排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却 器310以降低EGR系统300中的排气的温度。EGR阀320规制EGR系统 300中的排气的流动。
汽车系统100还可以包括与一个或多个传感器和/或与ICE110相关联的 装置通信的电子控制单元450。电子控制单元450可以从各个传感器接收输 入信号，所述各个传感器被配置为产生与ICE110相关联的各个物理参数成 比例的信号。传感器包括但不局限于，空气质量流量和温度传感器340、歧 管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温度及水平传 感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器 420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440以及加速器踏板位 置传感器445。而且，电子控制单元450可以产生到各个控制装置的输出信 号，所述各个控制装置被布置为控制ICE110的操作，所述各个控制装置包 括但不局限于，燃料喷射器160、节气门体330、EGR阀320、可变几何涡 轮(VGT)290(图3)和凸轮相位器155。注意到，虚线用于表示电子控制 单元450与各个传感器和装置之间的通信，但是其中一部分为了倾斜而被省 略。
现在转到电子控制单元450，这个设备可以包括与存储器系统通信的数 字中央处理单元(CPU)或者数据载体460以及接口总线。CPU被配置为执 行储存为存储器系统中的程序的指令并且向接口总线发送信号和/或从接口 总线接收信号。存储器系统可以包括各种存储类型，其包括光学存储、磁存 储、固态存储以及其他非易失性存储器。接口总线可以被配置为向各个传感 器和控制装置发送和/或从各个传感器和控制装置接收和调制虚拟和/或数字 信号。所述程序可以实施本文公开的方法，其允许CPU执行所述方法和控 制ICE110。
存储在存储器系统中的程序经由线缆或者以无线的方式从外侧传送。在 汽车系统100外侧，通常可见计算机程序产品，所述计算机程序产品在本领 域还被称为计算机可读介质或机器可读介质，并且所述计算机程序产品应理 解为存在于载体上的计算机程序代码，所述载体本质上是临时性的或者非临 时性的，其结果是，计算机程序产品能够被认为本质上是临时性的或者非临 时性的。
临时性计算机程序产品的示例是信号，例如，电磁信号，诸如光信号， 其是用于计算机程序代码的临时性载体。执行这种计算机程序代码能够通过 由常规调制技术(诸如用于数字数据的QPSK)调制信号而实现，以使得代 表所述计算机程序代码的二进制数据施加到临时性电磁信号上。这种信号例 如当经由Wi-Fi连接以无线方式将计算机程序代码传送到笔记本电脑时被利 用。
在非临时性计算机程序产品的情况下，计算机程序代码以有形存储介质 实施。所述存储介质则是上述的非临时性载体，以使得计算机程序代码永久 地或者非永久地以可恢复的方式存储在这个存储介质内或上。存储介质可以 是在计算机技术中已知的常规类型，诸如闪存存储器、专用集成电路、光盘 等。
代替电子控制单元450，汽车系统100可以具有不同类型的处理器以提 供电子逻辑，例如，嵌入式控制器、车载计算机或者可以在车辆中部署的任 何处理模块。
现在参考图3，更详细地描绘用于包括两级涡轮增压器900的发动机110 的强迫空气系统。
这种系统包括用于内燃发动机110的两级涡轮增压器，优选串联顺序的 两级涡轮增压器，所述两级涡轮增压器900包括高压涡轮增压器230，所述 涡轮增压器具有旋转地联接到高压涡轮250的高压压缩机240，所述高压涡 轮250上游连接到源于排气歧管225的高压涡轮入口导管255并且下游连接 到低压涡轮增压器530。
低压涡轮增压器530配备有低压压缩机540，所述低压压缩机540旋转 地联接到低压涡轮550，所述低压涡轮550通过低压涡轮入口导管55从高压 涡轮250以及通过连接通道605从高压涡轮入口导管255接收排气。
高压涡轮250通过从排气歧管225接收排气而旋转，所述排气歧管引导 来自排气端口220的排气并且在通过高压涡轮250膨胀之前通过一系列叶 片。排气离开高压涡轮250并且被引导到低压涡轮增压器530中。
在图3中，示出具有VGT致动器290的可变几何涡轮(VGT)，所述 VGT致动器被布置以使得叶片移动从而改变排气通过高压涡轮250的流动。 在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何的和/或包括废气门。
而且，排气离开低压涡轮550并且被引导到排气系统270中。
在一些实施例中，两级涡轮增压器900还可以包括低压涡轮旁路阀或者 废气门620，而高压压缩机240还可以包括高压压缩机旁路阀600。
设置在导管205中的中冷器260可以降低离开高压压缩机240的空气的 温度。
根据本发明的实施例，两级涡轮增压器900包括旁路系统，所述旁路系 统被配置为交替地关闭高压涡轮入口导管255或连接通道605。
旁路系统800包括高压涡轮阀700和低压涡轮阀710，所述阀700、710 都被配置为通过由电子控制单元发出的命令而同时操作。
换言之，阀700、710被配置为交替地关闭高压涡轮入口导管255或者 连接通道605。
图4是根据本发明的实施例的内燃发动机110的两级涡轮增压器900的 旁路系统800的可能实施方式的示意性图示。
设置主轴770，所述主轴770设置有用于高压涡轮阀700的盘705并且 设置有用于低压涡轮阀710的盘715。致动器720被设置以致动主轴770， 所述致动器720被配置为由电子控制单元450发出的命令而致动。
在图4的实施例中，旁路系统800包括高压涡轮入口导管法兰740，所 述高压涡轮入口导管法兰740与高压涡轮阀700的盘705协作以关闭高压涡 轮入口导管255。高压涡轮阀700的盘705对应于高压涡轮入口导管法兰740 布置。两级涡轮增压器900的旁路系统800还包括连接通道法兰750，所述 连接通道法兰750与低压涡轮阀710的盘715协作以关闭连接通道605。低 压涡轮阀710的盘715对应于连接通道法兰750布置。法兰740、750基本 上在相同的平面上对齐。
更具体地，法兰740连接到高压涡轮入口导管255或者直接设置在高压 涡轮入口导管255中，并且法兰750连接到连接通道605或者直接设置在连 接通道605中。法兰740和750以此方式设置以使得所述法兰740和750位 于相同平面上。法兰740、750都具有用于固定到排气管路的相应孔760。
法兰和盘705、715的构造允许使用单个主轴770。
而且，电子控制单元450被配置为监测发动机速度E速度、发动机负载E 负载以及最终，本领域已知的其他发动机参数。
更特别地，在图4-6的示例性实施例中，高压涡轮阀700和低压涡轮阀 710包括两个蝶阀，所述两个蝶阀具有盘705、715，所述盘705、715分别 关闭或打开高压涡轮入口导管255和连接通道605。
换言之，旁路系统800包括设置在高压涡轮入口导管255中的高压涡轮 阀700和设置在连接通道605中的低压涡轮阀710以及致动器720，所述致 动器720操作所述高压涡轮阀700和所述低压涡轮阀710以交替地关闭高压 涡轮入口导管255或连接通道605。
根据本发明的实施例，致动器720同时操作高压涡轮阀700和低压涡轮 阀710。
如图5-6看到的，盘705、715固定到相同的主轴770上并且彼此垂直 以使得跟随致动器720的命令的主轴770的90°旋转导致高压涡轮入口导管 255打开并且连接通道605关闭。主轴770在相反方向上的90°旋转导致之 前打开的高压涡轮入口255关闭并且之前关闭的连接通道605打开。
根据本发明的可替代实施例，为了简化而未示出，阀700和710都能够 被实现为形成单个阀体。
在操作中，当发动机110在低速或者中等速度下操作时，或者例如当监 测的发动机速度E速度和发送机负载E负载具有相同的值以允许涡轮增压器900 的两级操作时，高压涡轮240被操作并且低压涡轮540通过高压涡轮250下 游的低压涡轮入口导管555接收气体。
在这种情况下，主轴770处于其中高压涡轮阀的盘705打开高压涡轮入 口导管255并且低压涡轮阀的另一个盘715关闭连接通道605的位置下(图 4)。
当发动机110在高速下操作时，或者例如当发动机速度E速度和发动机负 载E负载具有合适的值以允许涡轮增压器900的单级操作时，高压涡轮240被 旁路并且低压涡轮540被操作。
这个效果可以通过借助于由感测到例如增加的发送机速度的电子控制 单元450发出的相应命令致动所述致动器720获得或者在要求涡轮增压器的 单级操作的通常状态下获得。这个命令使得主轴770从其中高压涡轮阀的盘 705打开高压涡轮入口导管255并且低压涡轮阀的另一个盘715关闭连接通 道605的位置旋转到其中高压涡轮阀的盘705关闭高压涡轮入口导管255并 且低压涡轮阀的盘715打开连接通道的位置而旋转90°。
如果发动机10恢复回在低速或中等速度下操作或者恢复回要求涡轮增 压器的两级操作的状态，高压涡轮240被再次操作并且低压涡轮540如前所 述那样被操作。
在这种情况下，只要发动机速度E速度下降到低于预定值E速度TH，或者发 动机速度E速度和发动机负载E负载恢复回允许涡轮增压器的两级操作的值，则 电子控制单元450向致动器720发出命令以使得主轴770以此方式在相反的 方向上旋转90°以使得主轴770从其中高压涡轮阀的盘705关闭高压涡轮入 口导管255并且低压涡轮阀的盘715打开连接通道605的位置到其中高压涡 轮阀的盘705关闭高压涡轮入口导管255并且另一个盘715关闭连接通道 605的位置。
因此，通过电子控制单元450监测发动机速度E速度和发动机负载E负载允许作为监测的发动机速度E速度和发动机负载E负载的函数交替地关闭高压涡 轮入口导管255或连接通道605。
如上所述，交替地关闭高压涡轮入口导管255或连接通道605的步骤借 助于主轴770的90°旋转而执行，适合于关闭高压涡轮入口导管255的高压 涡轮阀的盘705以及适合于关闭连接通道605的低压涡轮阀的盘715垂直于 彼此安装在所述主轴770上。
尽管已经在前述概述和详细描述中呈现至少一个示例实施例，应该理解 的是，存在大量的变体。还应该理解的是，示例实施例或多个示例实施例仅 仅是示例并且不意旨以任何方式限制范围、适用性或者构造。相反，前述概 述和详细描述将给本领域技术人员提供用于实施至少一个示例实施例的便 捷路径图，应理解的是，对于示例实施例描述的功能和布置可以做出各种改 变而不离开附加的权利要求及其法律等同物陈述的范围。
