| 专利名称： | 具有排气涡轮增压器的机械增压内燃发动机及其运转方法 | ||
| 专利名称(英文)： | With exhaust gas turbo-supercharger mechanical supercharging internal combustion engine and method of operating the same | ||
| 专利号： | CN201510497019.6 | 申请时间： | 20150813 |
| 公开号： | CN105370387A | 公开时间： | 20160302 |
| 申请人： | 福特环球技术公司 | ||
| 申请地址： | 美国密歇根州 | ||
| 发明人： | J·克默林; H·M·金德尔; V·斯米利亚诺夫斯基; F·A·萨默候夫; A·库斯克 | ||
| 分类号： | F02B37/00; F02C6/12; F02M26/04; F02M26/17 | 主分类号： | F02B37/00 |
| 代理机构： | 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 | 代理人： | 赵蓉民; 赵志刚 |
| 摘要： | 本发明涉及具有排气涡轮增压器的机械增压内燃发动机及其运转方法。提供用于在压缩机的上游引起涡流的实施例。在一个示例中，一种方法包括，在第一状况期间，经由排气再循环(EGR)喷射器的切向流动管道使排气从涡轮的下游流向压缩机的上游，其中排气再循环(EGR)喷射器在压缩机的上游周向地环绕进气通道；以及在第二状况期间，经由EGR喷射器的径向流动管道使排气从涡轮的下游流向压缩机的上游。 | ||
| 摘要(英文)： | Embodiments for inducing swirl upstream of a compressor are provided. In one example, a method includes during a first condition, flowing exhaust gas from downstream of a turbine to upstream of a compressor via a tangential flow duct of an exhaust gas recirculation (EGR) injector circumferentially surrounding an intake passage upstream of the compressor, and during a second condition, flowing exhaust gas from downstream of the turbine to upstream of the compressor via a radial flow duct of the EGR injector. | ||
1.一种机械增压内燃发动机，其具有： 用于充气空气供应的进气系统， 用于排气排出的排气排出系统， 至少一个排气涡轮增压器，其包含被布置在所述排气排出系统中的涡 轮和被布置在所述进气系统中的压缩机，所述压缩机配备有至少一个叶轮， 所述叶轮被安装在压缩机外壳中的可旋转轴上， 排气再循环装置，其包含再循环管路系统，所述再循环管路系统在所 述至少一个排气涡轮增压器的所述涡轮的下游从所述排气排出系统分枝， 并且所述再循环管路系统在所述至少一个压缩机叶轮的上游通向所述进气 系统，以及 附加的排气再循环装置，所述附加的排气再循环装置包含管路，所述 管路在所述涡轮的上游从所述排气排出系统分枝，并且所述管路在所述压 缩机的下游再次通向所述进气系统， 其中所述再循环管路系统包含至少两个环形管道，所述环形管道至少 在所述至少一个压缩机叶轮上游部分以螺旋的形式环绕所述进气系统，其 中多个管道从每个环形管道延伸，所述管道中的每个均根据流动形式在进 气侧处通过进气口被连接至所述进气系统， 所述至少两个环形管道中的第一环形管道具有多个管道，其中所述管 道至少在所述进气侧处相对于所述压缩机的所述轴被大体径向地取向，并 且因此在虚拟延长时与所述轴相交，并且 所述至少两个环形管道中的第二环形管道具有多个管道，其中所述管 道至少在所述进气侧处以正切的方式被取向，并且因此在虚拟延长时以到 所述压缩机的所述轴具有间距行进。
2.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少一个排 气涡轮增压器的所述压缩机是径流式压缩机。
3.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少一个排 气涡轮增压器的所述压缩机是轴流式压缩机。
4.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少一个排 气涡轮增压器的所述压缩机具有入口区域，所述入口区域相对于所述压缩 机的所述轴同轴地行进，并且所述入口区域被设计为使得接近所述压缩机 的充气空气流大体径向地行进。
5.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少两个环 形管道被彼此相邻地布置，并且在多区段被壁彼此分开。
6.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述再循环管路 系统包含计量装置，通过所述计量装置，在所述至少一个排气涡轮增压器 的所述涡轮的下游获取的排气在所述至少两个环形管道之间进行分配。
7.根据权利要求6所述的机械增压内燃发动机，其中所述计量装置具 有控制元件，通过所述控制元件，在第一工作位置中，所述第一环形管道 在所述排气侧处被关闭。
8.根据权利要求7所述的机械增压内燃发动机，其中在所述控制元件 的第二工作位置中，所述第二环形管道在所述排气侧处被关闭。
9.根据权利要求8所述的机械增压内燃发动机，其中在所述控制元件 的第三工作位置中，所述第一环形管道和所述第二环形管道被连接至所述 排气排出系统。
10.根据权利要求7所述的机械增压内燃发动机，其中所述计量装置具 有可枢转挡板，所述可枢转挡板充当所述控制元件。
11.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第一环形管 道被布置在所述第二环形管道的上游。
12.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第一环形管 道和/或所述第二环形管道的所述多个管道被布置，以便以规则间隔被彼此 分隔开。
13.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少两个环 形管道在所述进气系统的全部圆周上环绕所述进气系统。
14.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第二环形管 道的所述多个管道至少在所述进气侧处并且在沿所述轴的方向的投影中相 对于所述至少一个压缩机叶轮切向地行进。
15.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第二环形管 道的所述多个管道对应于所述至少一个压缩机叶轮的旋转方向被取向。
16.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中至少所述第一环 形管道的所述多个管道的所述进气口具有圆形形式。
17.一种方法，其包含： 在第一状况期间，经由排气再循环喷射器，即EGR喷射器的切向流动 管道使排气从涡轮的下游流向压缩机的上游，其中所述EGR喷射器在所述 压缩机的上游周向地环绕进气通道；以及 在第二状况期间，经由所述EGR喷射器的径向流动管道使排气从所述 涡轮的下游流向所述压缩机的上游。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一状况包含压缩机质量 流量在第一阈值之下，并且其中所述第二状况包含压缩机质量流量在第二 阈值之上。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含，调整所述EGR喷射 器的控制阀的位置，以使所述排气流过所述切向流动管道或径向流动管道。
20.一种排气再循环喷射器，即EGR喷射器，其包含： 第一周向流动管道，其具有多个径向流动端口； 第二周向流动管道，其具有多个切向流动端口；以及 控制阀，其可调整为引导EGR流通过所述第一流动管道、第二流动管 道、或所述第一流动管道和所述第二流动管道两者。
1.一种机械增压内燃发动机，其具有： 用于充气空气供应的进气系统， 用于排气排出的排气排出系统， 至少一个排气涡轮增压器，其包含被布置在所述排气排出系统中的涡 轮和被布置在所述进气系统中的压缩机，所述压缩机配备有至少一个叶轮， 所述叶轮被安装在压缩机外壳中的可旋转轴上， 排气再循环装置，其包含再循环管路系统，所述再循环管路系统在所 述至少一个排气涡轮增压器的所述涡轮的下游从所述排气排出系统分枝， 并且所述再循环管路系统在所述至少一个压缩机叶轮的上游通向所述进气 系统，以及 附加的排气再循环装置，所述附加的排气再循环装置包含管路，所述 管路在所述涡轮的上游从所述排气排出系统分枝，并且所述管路在所述压 缩机的下游再次通向所述进气系统， 其中所述再循环管路系统包含至少两个环形管道，所述环形管道至少 在所述至少一个压缩机叶轮上游部分以螺旋的形式环绕所述进气系统，其 中多个管道从每个环形管道延伸，所述管道中的每个均根据流动形式在进 气侧处通过进气口被连接至所述进气系统， 所述至少两个环形管道中的第一环形管道具有多个管道，其中所述管 道至少在所述进气侧处相对于所述压缩机的所述轴被大体径向地取向，并 且因此在虚拟延长时与所述轴相交，并且 所述至少两个环形管道中的第二环形管道具有多个管道，其中所述管 道至少在所述进气侧处以正切的方式被取向，并且因此在虚拟延长时以到 所述压缩机的所述轴具有间距行进。
2.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少一个排 气涡轮增压器的所述压缩机是径流式压缩机。
3.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少一个排 气涡轮增压器的所述压缩机是轴流式压缩机。
4.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少一个排 气涡轮增压器的所述压缩机具有入口区域，所述入口区域相对于所述压缩 机的所述轴同轴地行进，并且所述入口区域被设计为使得接近所述压缩机 的充气空气流大体径向地行进。
5.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少两个环 形管道被彼此相邻地布置，并且在多区段被壁彼此分开。
6.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述再循环管路 系统包含计量装置，通过所述计量装置，在所述至少一个排气涡轮增压器 的所述涡轮的下游获取的排气在所述至少两个环形管道之间进行分配。
7.根据权利要求6所述的机械增压内燃发动机，其中所述计量装置具 有控制元件，通过所述控制元件，在第一工作位置中，所述第一环形管道 在所述排气侧处被关闭。
8.根据权利要求7所述的机械增压内燃发动机，其中在所述控制元件 的第二工作位置中，所述第二环形管道在所述排气侧处被关闭。
9.根据权利要求8所述的机械增压内燃发动机，其中在所述控制元件 的第三工作位置中，所述第一环形管道和所述第二环形管道被连接至所述 排气排出系统。
10.根据权利要求7所述的机械增压内燃发动机，其中所述计量装置具 有可枢转挡板，所述可枢转挡板充当所述控制元件。
11.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第一环形管 道被布置在所述第二环形管道的上游。
12.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第一环形管 道和/或所述第二环形管道的所述多个管道被布置，以便以规则间隔被彼此 分隔开。
13.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述至少两个环 形管道在所述进气系统的全部圆周上环绕所述进气系统。
14.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第二环形管 道的所述多个管道至少在所述进气侧处并且在沿所述轴的方向的投影中相 对于所述至少一个压缩机叶轮切向地行进。
15.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中所述第二环形管 道的所述多个管道对应于所述至少一个压缩机叶轮的旋转方向被取向。
16.根据权利要求1所述的机械增压内燃发动机，其中至少所述第一环 形管道的所述多个管道的所述进气口具有圆形形式。
17.一种方法，其包含： 在第一状况期间，经由排气再循环喷射器，即EGR喷射器的切向流动 管道使排气从涡轮的下游流向压缩机的上游，其中所述EGR喷射器在所述 压缩机的上游周向地环绕进气通道；以及 在第二状况期间，经由所述EGR喷射器的径向流动管道使排气从所述 涡轮的下游流向所述压缩机的上游。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一状况包含压缩机质量 流量在第一阈值之下，并且其中所述第二状况包含压缩机质量流量在第二 阈值之上。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含，调整所述EGR喷射 器的控制阀的位置，以使所述排气流过所述切向流动管道或径向流动管道。
20.一种排气再循环喷射器，即EGR喷射器，其包含： 第一周向流动管道，其具有多个径向流动端口； 第二周向流动管道，其具有多个切向流动端口；以及 控制阀，其可调整为引导EGR流通过所述第一流动管道、第二流动管 道、或所述第一流动管道和所述第二流动管道两者。
翻译：相关申请的交叉引用
本申请要求2014年8月14日提交的德国专利申请号102014216162.2的 优先权，为了所有目的，其整个内容被并入本文以供参考。
技术领域
本公开涉及一种机械增压内燃发动机。
背景技术
内燃发动机可以被用作机动车辆驱动单元。在本公开的背景下，表 述“内燃发动机”包含柴油发动机和奥托循环发动机和利用混合燃烧过 程的混合动力内燃发动机、以及不仅包含内燃发动机而且包含可以以驱 动内燃发动机的方式连接并从内燃发动机吸收动力或作为可切换辅助驱 动装置输出额外动力的电动机器的混合驱动装置。
近年来，已经存在朝向小的、高度机械增压的发动机的开发的趋 势，其中机械增压主要是增加功率的方法，其中发动机中的燃烧过程所 需的空气被压缩。用于汽车工程行业的所述发动机的经济重要性日益增 加。
对于机械增压，通常利用排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮被布 置在同一轴上。热排气流被供应至涡轮，并且随着能量的释放而在涡轮 中膨胀，由此使轴处于旋转。由排气流供给至涡轮并最后供应至轴的能 量被用于驱动同样布置在该轴上的压缩机。压缩机输送并压缩供应给它 的充气空气，由此获得汽缸的机械增压。增压空气冷却器通常被提供在 压缩机下游的进气系统中，借助于该增压空气冷却器，被压缩的充气空 气在其进入至少一个汽缸之前被冷却。冷却器降低其温度并且由此增加 充气空气的密度，使得增压空气冷却器还有助于汽缸的充气的改善，即 更大的空气质量。通过冷却的压缩发生。
相对于机械增压器，排气涡轮增压器的优点是，在增压器与内燃发 动机之间不存在或不需要用于传递功率的机械连接。当机械增压器完全 从内燃发动机获取驱动它所需的能量并且由此降低输出功率并且因此不 利地影响效率时，排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。
如已经提到的，机械增压用于增加功率。燃烧过程所需的空气被压 缩，由此能够在每个工作循环向每个汽缸供应更大的空气质量。以此方 式，能够增加燃料质量并且因此增加平均压力。
机械增压是增加内燃发动机功率同时维持不变的扫气容积(swpet volume)、或用于减小扫气容积同时保持相同功率的合适手段。在任何 情况下，机械增压都导致容积功率输出的增加和改善的功率-重量比。如 果扫气容积减小，那么向更高的负荷转换负荷集合因此是可能的，在此 情况下比燃料消耗较低。
机械增压因此帮助了内燃发动机开发中致力使燃料消耗最小化，即 改善内燃发动机的效率。
进一步基本目标是减少污染物排放。机械增压在解决该问题时同样 会是有利的。借助于机械增压的目标构造，获得关于效率和关于排气排 放的优点特别是有可能的。然而为了遵循将来限制污染物排放值，除了 机械增压装置外，进一步发动机内部措施是必需的。例如，排气再循环 用于减少未处理的氮氧化物排放。在这里，排气再循环率xEGR被确定为 xEGR＝mEGR/(mEGR+m新鲜空气)，其中mEGR表示被再循环的排气的质量和m 新鲜空气表示被供应的新鲜空气。
在排气涡轮增压的构造中遇到问题，其中基本上试图在所有发动机 转速范围内都获得显著的性能增加。根据现有技术，然而在未达到某一 发动机转速的情况下会观察到极大的扭矩下降。
如果考虑到充气压力比取决于涡轮压力比，那么所述扭矩下降是可 理解的。如果发动机转速降低，这导致更小的排气质量流量，并且因此 导致更低的涡轮压力比。因此，朝向较低的发动机转速，充气压力比同 样降低。这相当于充气压力下降或扭矩下降。
实际上，上述关系通常导致较小排气涡轮增压器(即具有较小涡轮 横截面的排气涡轮增压器)的使用，由此能够增加涡轮压力比。然而这 在高发动机转速下会削弱机械增压，并且仅仅使扭矩下降朝向更低的发 动机转速改变。此外，所述方法(即涡轮横截面的尺寸的减小)受到限 制，因为期望的机械增压和性能增加在没有约束的情况下应当是可能的 且即使在高发动机转速下限制到期望程度。
在现有技术中，利用多种措施来试图改善机械增压内燃发动机的扭 矩特性。
试图例如借助于涡轮横截面的小的设计和同时的排气放气来实现该 目的，其中排气放气能够借助于充气压力或借助于排气压力来控制。这 样的涡轮也被称为废气门涡轮。如果排气质量流量超过临界值，一部分 排气流在所谓的排气放气/漏气的过程中经由旁通管路被引导经过涡轮。 然而，如已经在上面讨论的所述方法具有如下缺点，即机械增压能力在 相对较高的发动机转速下不足。
此外，机械增压内燃发动机的扭矩特性可以借助于并联布置的多个 涡轮增压器(即借助于并联布置的多个相对小的涡轮横截面的涡轮)来 进一步改善，其中涡轮随着不断增加的排气流率而被连续地激活。
扭矩特性还可以借助于串联连接的多个排气涡轮增压器来有利地影 响。通过串联地连接两个排气涡轮增压器，其中一个排气涡轮增压器充 当高压级并且一个排气涡轮增压器充当低压级，发动机特性映射图具体 地能够沿更小的压缩机流量的方向以及沿更大的压缩机流量的方向二者 都被有利地扩大(expanded)。
具体地，借助于充当高压级的排气涡轮增压器，喘振极限沿更小的 压缩机流量的方向改变是可能的，因此即使在小的压缩机流量的情况下 也能够获得高充气压力比，这相当大地改善了较低的发动机转速范围内 的扭矩特性。这通过设计用于小排气质量流量的高压涡轮并且通过提供 借助于其随着排气质量流量增加而引导增加的排气量经过高压涡轮的旁 通管路来实现。为此目的，旁通管路在高压涡轮的上游从排气排出系统 分支出来，并在低压涡轮的上游再次通向排气排出系统。在旁通管路中 布置有用于控制被引导经过高压涡轮的排气流的切断元件。
由于其他原因，进一步地或尽可能朝向较小的压缩机流量改变排气 涡轮增压装置的压缩机的喘振极限也是有利的。
在小的压缩机流量的情况下，充气空气流相对于进气系统的速度降 至接近旋转叶轮叶片的流以过大的角度行进并且充气空气流与螺旋桨状 叶片分离的程度。叶片上因而产生的压力波动导致增加的噪声排放，并 且可能导致叶片的损坏。能够出现的进一步不利影响是质量流量波动和 效率的极大降低。
这种影响能够借助于可变压缩机几何构造来消除。通过被提供在上 游的导向轮叶片的调整，接近旋转叶轮叶片的流(即接近流角度)在有 限的程度上被操纵是可能的，由此压缩机的喘振极限在压缩机特性映射 图中朝向小的压缩机流量改变。
然而，为压缩机配备有可变压缩机几何构造是昂贵的。此外，借助 于可变压缩机几何构造的操纵能力也受到限制，因为导向轮的调整仅在 一定程度上是可能的。此外，在相对大的压缩机流量的情况下，导向装 置构成流阻，并且因此略微引起阻塞。
发明内容
发明人在此已经认识到上述问题，并且提供了一种至少部分地解决 上述问题的方法。在一个示例中，一种方法包含，在第一状况期间，经 由排气再循环(EGR)喷射器的切向(tangential)流动管道使排气从涡轮的 下游流向压缩机的上游，其中所述排气再循环(EGR)喷射器在所述压 缩机的上游周向地环绕进气通道；以及在第二状况期间，经由所述EGR 喷射器的径向流动管道使排气从所述涡轮的下游流向所述压缩机的上 游。
以此方式，EGR流可以经由周向地环绕压缩机上游的进气通道的喷 射器的径向流动和/或切向流动管道被提供至压缩机的上游。流过每个相 应的流动管道的那部分EGR可以通过控制阀进行控制。在压缩机喘振的 状况期间，例如，更多的EGR可以被引导通过切向流动管道，以便在压 缩机的上游沿相当于压缩机旋转方向的方向产生涡流。这样一来，压缩 机喘振可以被减轻。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些 概念在具体实施方式中被进一步描述。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随附于具体实施方式的 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
图1是包括排气再循环系统的示例发动机系统的示意图。
图2以截面的方式部分地示意地示出了图1的发动机系统的被布置 在进气系统中的压缩机。
图3示出了在没有EGR的情况下的示例速度三角形。
图4示出了在具有经由第二环形管道的EGR的情况下的示例速度三 角形。
图5示意地示出了在图2中图示的沿着第一环形管道相对于压缩机 的轴垂直地切开的压缩机。
图6示意地示出了在图2中图示的沿着第二环形管道相对于压缩机 的轴垂直地切开的压缩机。
图7A和图7B示意地示出了图2的压缩机以及在各个位置的控制元 件。
图8是图示用于调整压缩机上游的EGR涡流的方法的流程图。
具体实施方式
在涡轮增压式发动机中的部分负荷和/或低转速的状况下，通过压缩 机的质量流量相对低，导致运转非常靠近或甚至在压缩机映射图的喘振 区域内。由于压缩机叶片处的压力波动(叶片处的失速情况)，这会引起 声学和耐久性问题。在压缩机叶片处没有失速的情况下能够实现低质量 流量运转的压缩机构造能够降低对喘振的敏感性。如果进入压缩机的空 气示出与沿压缩机叶轮转动方向相同的方向的涡流，那么因而产生的迎 角得以减小。这改善了压缩机叶片处的流动(失速效应的避免)，并使喘 振风险向更低的质量流量移动。取决于空气质量流量和压缩机速度，所 需水平的涡流运动将会改变以避免喘振状况。
根据本文中所公开的示例，可切换的排气再循环(EGR)喷射器刚 好在压缩机的上游引起可变水平的涡流运动，以在低空气质量流量下避 免喘振和压缩机失速。来自低压系统(LP-EGR)的EGR可以优选刚好 在压缩机的上游被喷射，以当热EGR与冷环境空气混合时避免在压缩机 上游凝结。本文中所描述的LP-EGR喷射器包括围绕压缩机入口的区段 分体式环，其中从LP-EGR系统向压缩机入口供应EGR。区段分体式环 可以包括提供具有大体径向速度分量的EGR的第一区段和提供具有大体 切向速度分量的EGR的第二区段。
压缩机入口壁中的切向EGR流动端口被设计为在压缩机的上游将具 有切向速度的EGR喷射到新鲜空气流中。这刚好在压缩机的上游沿与叶 轮旋转相同的方向引起空气/EGR混合物的涡流运动。通过压缩机叶片处 的迎角的随后减小，喘振线被移动至更低的质量流量状况。径向流动端 口被设计为喷射不具有切向速度的EGR，以便不引起涡流。
旋转阀可以被设置在EGR供应通道内。阀可以被配置为在两个端点 处完全关闭一个区段。在中间阀位置，两个区段都完全打开。在具有切 向端口的区段(例如，第二区段)完全打开并且径向端口区段(例如， 第一区段)关闭的情况下，引起最高水平的涡流。在径向区段完全打开 并且切向区段关闭的情况下，不引起涡流。能够通过在两个端点(最大 涡流-无涡流)之间移动来调整被引起的不同的涡流水平。对于给定的 EGR质量流量，每一期望的涡流水平都能够被调整，因为被引起的涡流 仅取决于阀位置(对于恒定的EGR质量)。
在图1中示出了具有涡轮增压器和在压缩机的上游喷射EGR的EGR 系统的发动机系统。在图2、图5、图6、图7A和图7B中以各种横截面 的方式示出了图1的压缩机和EGR喷射器。图3和图4图示了当在有和 没有EGR的情况下运转时可以产生的速度矢量。图8是图示用于以图1 的喷射器和压缩机进行运转的方法的流程图。
图1是示出了示例发动机10的示意图，发动机10可以被包括在汽 车的推进系统中。发动机10被显示为具有四个汽缸或燃烧室30。然而， 根据本公开可以使用其他数量的汽缸。发动机10可以至少部分地被包括 控制器12的控制系统以及被经由输入装置130来自车辆操作者132的输 入控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比 例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例 如，汽缸)30可以包括燃烧室壁，活塞(未示出)被设置在其中。活塞 可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。 曲轴40可以被耦接至车辆的至少一个驱动轮并使用发动机输出扭矩以推 进汽车。曲轴40还可以被用来驱动交流发电机152。
燃烧室30可以接收来自包括进气歧管44的进气系统1的进气空气， 并且可以经由排气歧管46将燃烧气体排至排气通道48(在本文中也被称 为排气装置)。进气歧管44和排气歧管46能够经由各自的进气门和排气 门(未示出)与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30 可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
燃料喷射器50被示出直接耦接至燃烧室30，用于以与从控制器12 接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进其中。以此方式， 燃料喷射器50提供到燃烧室30内的所谓的燃料直接喷射；然而，应认 识到进气道喷射也是可能的。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料 轨的燃料系统(未示出)被输送至燃料喷射器50。
在被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火手段(诸如 火花塞92)点燃，从而导致燃烧。火花点火正时可以被控制为使得火花 在制造商规定的时间之前(提前)或之后(延迟)发生。例如，可以从 最大制动扭矩(MBT)正时延迟火花正时以控制发动机爆震或在高湿度 的状况下提前火花正时。具体地，由于缓慢的燃烧速率，可以提前MBT。 在一个示例中，可以在踩加速器踏板期间延迟火花。
进气系统1还包括进气通道42。进气歧管44可以接收来自进气通道 42的进气空气。进气通道42包括具有节流板22的节气门21，以便调节 到进气歧管44的流。在该特定示例中，控制器12可以改变节流板22的 位置(TP)，从而实现电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门21可 以被运转为改变提供给燃烧室30的进气空气。例如，控制器12可以调 整节流板22，以增加节气门21的开度。增加节气门21的开度可以增加 供应至进气歧管44的空气量。在替代的示例中，节气门21的开度可以 减小或完全关闭，以切断到进气歧管44的空气流。在一些实施例中，另 外的节气门可以存在于进气通道42中，诸如压缩机3上游的节气门(未 示出)。
发动机10还可以包括诸如涡轮增压器2或机械增压器的压缩装置， 其至少包括沿进气通道42布置的压缩机3。对于涡轮增压器来说，压缩 机3可以至少部分地由涡轮62通过例如轴或其他耦接设备驱动。涡轮62 可以沿排气通道48布置。各种布置可以被提供，以便驱动压缩机。对于 机械增压器来说，压缩机3可以至少部分地由发动机和/或电动机器驱动， 并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动 机的一个或多个汽缸的压缩量可以被控制器12改变。
在图1所示的实施例中，可以主要通过涡轮62驱动压缩机3。可以 通过流过排气通道48的排气驱动涡轮62。因此，涡轮62的驱动运动可 以驱动压缩机3。因此，压缩机3的速度可以基于涡轮62的速度。随着 压缩机3的速度增加，可以通过进气通道42为进气歧管44提供更多升 压。
另外，排气通道48可以包括废气门26，其用于使排气转向远离涡轮 62。另外，进气通道42可以包括压缩机旁通阀或压缩机再循环阀(CRV) 27，其被配置为使围绕压缩机3的进气空气转向。例如，废气门26和/ 或CRV27可以被控制器12控制，以便在更低的升压压力被期望时打开。 例如，响应于压缩机喘振或潜在的压缩机喘振事件，控制器12可以打开 CRV27，以降低压缩机3出口处的压力。这可以减小或停止压缩机喘振。 在一些实施例中，CRV27可以是可在关闭与打开位置之间调整的二位阀。 在另一些实施例中，CRV27可以是可调整到完全打开与完全关闭之间的 多个位置的多位阀。因此，可以调整CRV27，以改变围绕压缩机3的流。
进气通道42还可以包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中间冷 却器)，以降低涡轮增压或机械增压的进气的温度。在一些实施例中，CAC 80可以是空气到空气的热交换器。在另一些实施例中，CAC80可以是空 气到液体的热交换器。CAC80还可以是可变体积的CAC。来自压缩机3 的热充气空气(升压的空气)进入CAC80的入口，当其行进通过CAC 时进行冷却，然后离开，从而经过节气门21，然后进入发动机进气歧管 44。来自车辆外部的环境空气流可以通过车辆前端并穿过CAC进入发动 机10，从而辅助冷却充气空气。
另外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由EGR 通道(诸如EGR通道140)将期望的一部分排气从排气通道48传送至进 气通道42。控制器12可以通过EGR阀(诸如EGR阀142)改变提供给 进气通道42的EGR量。在一些状况下，EGR系统可以被用来调节燃烧 室内的空气与燃料混合物的温度。EGR通道140可以进一步包括EGR冷 却器144，用于冷却行进通过EGR通道140的排气。EGR通道140将EGR 从涡轮62的下游传送并直接传送至压缩机3或压缩机3的上游。在本文 中所图示的示例中，EGR通道140经由EGR喷射器7将EGR从涡轮62 的下游传送至压缩机3的上游，EGR喷射器7周向地环绕压缩机3上游 的进气通道42。EGR喷射器可以包括一个或更多个管道或流动通道、流 动端口等，以在EGR进入压缩机之前将EGR引入进气流。将会在下面 关于图2-8讨论关于EGR喷射器7的额外细节。
在一些实施例中，除了上述的低压(LP)EGR系统外，发动机10 还可以包括高压(HP)EGR系统，在高压(HP)EGR系统中经由第二 EGR通道145将EGR从涡轮62的上游传送至压缩机3的下游，第二EGR 通道145由第二EGR阀147控制并由第二EGR冷却器149冷却。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O)104、在这个具体示例中作为只读存储片(ROM) 106示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器 (RAM)108、保活存取器(KAM)110和数据总线。控制器12可以接 收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，以便执行各种功能以使发 动机10运转。除了之前所讨论的那些信号外，这些信号还可以包括来自 MAF传感器120的进气质量空气流量计的测量值；来自被示意地示出在 发动机10内的一个位置中的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)； 来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感 测信号(PIP)；来自如所讨论的节气门位置传感器的节气门位置(TP)； 以及来自如所讨论的传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速 信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的 歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管44中的真空或压力的指示。 注意，可以使用上述传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而没有MAP 传感器，或反之亦然。在化学计量比运转期间，MAP传感器可以给出发 动机扭矩的指示。另外，这个传感器连同所检测的发动机转速能够提供 被吸入汽缸内的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也用作发动 机转速传感器的霍尔效应传感器118可以在曲轴40的每次旋转产生预定 数量的等间距脉冲。
可以将信号发送至控制器12的其他传感器包括在增压空气冷却器80 出口处的温度和/或压力传感器124和升压压力传感器126。未被描述的 其他传感器也可以存在，诸如用于确定在增压空气冷却器进口处的进气 速度的传感器、用于确定进气湿度的传感器以及其他传感器。
如上所述，根据本公开的排气涡轮增压的内燃发动机可以配备有高 压EGR装置并且配备有低压EGR装置。
相比于从涡轮上游的排气排出系统获取的排气被引入压缩机下游的 进气系统的高压EGR装置，在低压EGR装置的情况下，已经流过涡轮 的排气被再循环至入口侧。为此目的，低压EGR装置包含再循环管路系 统，该再循环管路系统在涡轮的下游从排气排出系统分枝，并在压缩机 的上游通向进气系统。
相对于高压EGR装置，低压EGR装置的主要优点是，在排气再循 环期间被引入涡轮的排气流不通过再循环的排气流率来减小。全部的排 气流一直在涡轮处可用于产生足够高的充气压力。
经由低压EGR装置被再循环至入口侧并且优选被冷却的排气在压缩 机的上游与新鲜空气混合。以此方式产生的新鲜空气与再循环的排气的 混合物形成充气空气，该充气空气被供应至压缩机并被压缩。
在这里，排气在低压EGR的过程中被引导通过压缩机这一事实不是 有害的，因为优选使用的排气已经经过排气后处理，尤其是经过涡轮下 游的微粒过滤器后处理的排气。因此压缩机中几乎不存在改变压缩机的 几何构造(尤其是流动横截面)并且由此损害压缩机效率的沉积的风险。
根据本公开，低压EGR装置的再循环管路系统经由喷射器进入进气 系统，其中所述喷射器包含至少两个环形管道，从每一个环形管道延伸 出多个管道(也被称为流动端口)，该多个管道根据流被连接至进气系统。
环形管道可以具有不同的设计。第一环形管道的管道相对于压缩机 的轴的虚拟延长被大体径向地取向，并且主要用于将排气引入进气系统， 而第二环形管道的管道以正切(secant)或相切的方式被取向，使得从所述 管道以辐射构造出现的排气围绕压缩机的轴形成涡流。
借助于第二环形管道的管道，因此尤其是在存在较小的压缩机流量 的情况下相对于压缩机叶轮操纵充气空气流的速度(即接近流的速度矢 量)是可能的，其中操纵的程度可以借助于从管道出现的排气流率来设 定。充气空气流的速度矢量具有通过排气涡流给予其的额外分量，使得 接近压缩机的旋转叶轮叶片的气流的角度能够被改变。对应的速度三角 形将会在下面关于图1b详细地进行解释，其中根据本公开的效果将会变 得清晰。
充气空气流与压缩机叶轮的螺旋桨状叶片的分离可以被消除，由此 增加的噪声排放和对叶片的损坏能够被避免或减少。
压缩机特性映射图中的压缩机的喘振极限能够被进一步朝向较小的 压缩机流量改变。相比于使压缩机配备有可变压缩机几何构造，根据本 公开的措施是便宜的，尤其是如果考虑现代的内燃发动机一般在任何情 况下都具有排气再循环装置，内燃发动机可以仅仅配备有根据本公开的 再循环管路系统的特征。此外，在存在相对较大的压缩机流量的情况下， 相比于导向装置，环形管道不造成流阻。
以此方式，本公开基于的第一目的得以实现，即提供了一种机械增 压内燃发动机，上述缺点通过该机械增压内燃发动机得以克服，并且其 机械增压行为尤其是在存在较小的压缩机流量的情况下得以显著改善。
为了实现氮氧化物排放的显著减少，需要高排气再循环率，高排气 再循环率可以需要额外的排气再循环装置，为此目的，根据本公开，额 外地提供高压EGR装置。高压EGR装置的优点是，存在用于排气的输 送的足够高的压力梯度，并且排气不必遭受排气后处理。
在本公开的背景下，第二环形管道的管道以正切方式的取向意味着， 每个管道的虚拟延长与进气系统的弧形内壁相交，并且具体包括管道的 虚拟延长相对于压缩机叶轮的外圆周切向地延伸(即，在投影时相对于 压缩机叶轮构成或形成相切)的极端情况。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中至少一个排气涡轮增压器 的压缩机是径流式压缩机。该实施例允许排气涡轮增压器的紧凑封装， 并且因此允许机械增压装置作为一个整体的紧凑封装。压缩机外壳可以 呈以螺旋或蜗轮箱壳体的形式，其中排气涡轮增压器的压缩机中的充气 空气流的转向能够被有利地用于在最短的路径上将被压缩的充气空气从 排气涡轮增压器的涡轮被布置在其上的出口侧引导至入口侧。
在这方面，这样的内燃发动机的示例是有利的，其中至少一个排气 涡轮增压器的涡轮是径向涡轮。该示例同样允许排气涡轮增压器的紧凑 封装，并且因此允许机械增压装置作为一个整体的紧凑封装。
相比于涡轮，压缩机根据其出离开流(exitflow)来进行定义。径流 式压缩机因此为其离开转子叶片的流大体径向地行进的压缩机。在本公 开的背景下，"大体径向地"意味着，沿径向方向的速度分量大于轴向速度 分量。
这样的内燃发动机的示例也可以是有利的，其中至少一个排气涡轮 增压器的压缩机是轴流式压缩机。离开轴流式压缩机的叶轮叶片的流大 体轴向地行进。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中至少一个排气涡轮增压器 的压缩机具有入口区域，该入口区域相对于压缩机的轴同轴地行进，并 且该入口区域被设计为使得接近压缩机的充气空气流大体轴向地行进。
在接近压缩机的轴向流的情况下，在压缩机叶轮上游的进气系统中 的充气空气流转移或方向的改变通常被省掉，由此由于流转向引起的充 气空气流的不必要的压力损失得以避免，并且到排气涡轮增压器的压缩 机中的入口处的充气空气的压力得以增加。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中至少两个环形管道被彼此 相邻地布置，并且被壁至少部分地彼此分开。至少两个环形管道的邻近 确保了紧凑封装，并使仅通过一个控制元件调整(即计量)被引入环形 管道的排气流率成为可能。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中再循环管路系统包含计量 装置，在至少一个排气涡轮增压器的涡轮的下游获取的排气通过计量装 置能够在至少两个环形管道之间进行分配。
在这方面，这样的内燃发动机的示例是有利的，其中计量装置具有 控制元件，通过该控制元件，在第一工作位置中，第一环形管道在排气 侧处能够被关闭。
为了实现预定的排气再循环率的目的，第一环形管道的管道大体用 于排气的引入。在这方面，如果尤其是在存在低再循环率的情况下所述 管道关闭并且用于再循环的所有排气都经由第二环形管道被引入进气系 统，这会是有利的。那么，即使在用于再循环的低再循环率或低排气流 率的情况下，在压缩机叶轮的上游围绕压缩机的轴产生涡流仍然是可能 的。
然而，第一环形管道的管道还确保进气系统中的充气空气运动，并 且因此确保再循环的排气与新鲜空气的彻底混合(即充气空气关于组分 和温度的均化)。对于尤其是在多缸内燃发动机的情况下在汽缸中发生的 燃烧，这是有利的。
在这方面，这样的内燃发动机的示例也是有利的，其中计量装置具 有控制元件，通过该控制元件，在第二工作位置中，第二环形管道在排 气侧处能够被关闭。
借助于第二环形管道的管道，尤其在存在小的压缩机流量的情况下 操纵接近流的速度矢量是可能的。因为只要不需要这样的操纵用于优化 接近流，它对于要被关闭的所述管道来说并且对于要经由第一环形管道 被引入进气系统的所有再循环的排气来说都会是有利的。
在这方面，这样的内燃发动机的示例同样是有利的，其中计量装置 具有控制元件，通过该控制元件，在第三工作位置中，第一环形管道和 第二环形管道能够被连接至排气排出系统，和/或在又一工作位置中，所 述第一环形管道和第二环形管道能够与排气排出系统分开。在前者的情 况下，计量装置的控制元件用于在环形管道之间分配排气，所述排气在 至少一个排气涡轮增压器的涡轮的下游获取并且要被再循环。在后者的 情况下，排气再循环装置借助于控制元件来停用(即关闭)。在这方面， 控制元件大体也能够用作EGR阀。
在这种情况下，这样的内燃发动机的示例是有利的，其中计量装置 具有可枢转挡板，该可枢转挡板充当控制元件。挡板已经被证明作为EGR 阀是有利的，表现出对故障的低敏感性，并且便宜。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中第一环形管道被布置在第 二环形管道的上游。这样的布置是有利的，因为用于在压缩机叶轮的上 游产生涡流的第二环形管道是靠近压缩机(即最靠近压缩机)安置的环 形管道。因此，形成的涡流不会被布置在下游的另一环形管道再次干扰 或破坏。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中第一环形管道和/或第二环 形管道的管道被布置为以便以规则间隔被彼此分隔开。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中至少两个环形管道在进气 系统的全部圆周上环绕进气系统。换言之，两个环形管道环绕压缩机上 游的进气通道的整个圆周。
两个上述示例支持规则涡流的形成并且还支持再循环的排气与新鲜 空气的彻底混合(即进气系统中的充气空气的均化)。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中第二环形管道的管道(至 少在进气侧处并且在沿轴的方向的投影)相对于至少一个压缩机叶轮切 向地行进。管道的虚拟延长在投影时相切于压缩机叶轮的外圆周。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中第二环形管道的管道对应 于至少一个压缩机叶轮的旋转方向被取向。
这样的内燃发动机的示例是有利的，其中至少第一环形管道的管道 的进气口具有圆形形式。
本公开基于的第二子目的通过一种方法来实现，具体详述了一种用 于使上述类型的内燃发动机运转的方法，其中再循环管路系统包含计量 装置，在至少一个排气涡轮增压器的涡轮的下游获取的排气能够通过计 量装置在至少两个环形管道之间进行分配，其中从内燃发动机的经由再 循环管路系统再循环排气的运转模式开始，如果要被供应给压缩机的充 气空气流率降低，经由第二环形管道被再循环到进气系统中的排气部分 则被增加。
关于根据本公开的内燃发动机已经陈述的内容也应用于根据本公开 的方法，由于此原因，通常在这个时候参考在上面关于机械增压内燃发 动机作出的陈述。不同的内燃发动机在某种程度上需要不同的方法变体。
借助于根据本公开的方法使用，压缩机的喘振极限能够被进一步朝 向较小的压缩机流量改变。在较小的压缩机流量的情况下，接近压缩机 叶轮的流(即充气空气流的速度矢量)由第二环形管道操纵。更大或更 小强度的排气涡流具体通过更大量或更小量的再循环的排气来产生。充 气空气流与压缩机叶轮叶片的分离被阻止。
图2示以截面的方式部分地示意地示出了图1的发动机系统的被布 置在进气系统1中的压缩机3。
为了向汽缸供应充气空气，内燃发动机具有进气系统1，并且为了汽 缸的机械增压，提供了一种排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包含被 布置在排气排出系统中的涡轮(未图示)和被布置在进气系统1中的压 缩机3。压缩机3是径流式压缩机3b，在压缩机3的外壳3e中，叶轮3d 被安装在可旋转轴3c上。
排气涡轮增压器2的压缩机3具有入口区域3a，该入口区域3a关于 压缩机3的轴3c同轴地行进，并且该入口区域3a被设计为使得接近排 气涡轮增压器2的压缩机3的充气空气流大体轴向地行进，并且压缩机3 上游的进气系统1的区段(例如进气通道42)没有方向的改变。
此外，内燃发动机配备有包含再循环管路系统的排气再循环装置， 该再循环管路系统在涡轮的下游从排气排出系统分枝，并且该再循环管 路系统在压缩机3或压缩机叶轮3d的上游经由喷射器7通向进气系统1。
喷射器7具有两个环形管道4、5，这两个环形管道4、5在压缩机叶 轮3d的上游以螺旋的方式并且在通道的全部圆周上环绕进气通道，其中 多个管道从每个环形管道4、5延伸出来，所述管道均根据流在进气侧处 通过进气口4b、5b被连接至进气系统1。
第二环形管道5用于围绕压缩机3的轴3c或围绕轴3c的虚拟延长 具体沿轴3c的旋转方向产生涡流。图3示出了在没有EGR的情况下(即 在没有涡流的情况下)的速度三角形，而图4示出了在有经由第二环形 管道的EGR的情况下(即在有涡流的情况下)的速度三角形。
如从图3和图4能够看出的，接近压缩机叶轮的流的速度矢量v叶轮由进气系统中的充气空气的速度矢量v充气和旋转的压缩机叶轮的周向速 度的矢量vC组成。
而在图3中存在正好轴向的充气空气流v充气，而按照图4的进气系 统中的充气空气的速度矢量v充气具有由于排气经由第二环形管道的再循 环而给予其的沿压缩机叶轮的周向方向的分量。以此方式，接近压缩机 叶轮的流的角度α得以增加。对于接近压缩机叶轮的叶轮叶片的流，这 是有利的。
图5示出了垂直于在图2中图示的实施例的压缩机叶轮3d的轴3c 且沿着第一环形管道4的截面。第一环形管道4具有管道4a，该管道4a 关于压缩机的轴3c被大体径向地取向，并且因此在虚拟延长时与轴3c 相交。
图6示出了垂直于在图2中图示的实施例的压缩机叶轮3d的轴3c 且沿着第二环形管道5的截面。第二环形管道5具有管道5a，该管道5a 以正切的方式被取向，并且因此在虚拟延长时以到压缩机的轴3c的具有 间距行进。每个管道5a的虚拟延长都与进气系统的弧形内壁相交，并且 在目前的情况下在投影时相切于压缩机叶轮3d的外圆周。
如在上面提到的，通过一个或两个环形管道的EGR流可以由控制元 件(也被称为阀)来控制。图2、图7A和图7B均图示了可以被调整以 控制通过喷射器7的流的控制阀6。在图7B中，阀6处于第一工作位置， 由此通过第一环形管道4的流被堵塞。当阀6处于第一工作位置时，所 有EGR流都被引导通过第二环形管道5，并且仅经由第二环形管道5的 管道5a被分散到进气流中。在图7A中，阀6处于第二工作位置，由此 通过第二环形管道5的流被堵塞。当阀6处于第一工作位置时，所有EGR 流都被引导通过第一环形管道4，并且仅经由第一环形管道4的管道4a 被分散到进气流中。在图2中，阀6处于第三工作位置，由此通过第一 和第二环形管道两者的流都被启用，并且EGR流经由两个环形管道的管 道被分散到进气流中。在一些示例中，控制阀6可以被操作以堵塞通过 第一和第二环形管道两者的EGR流。在这些示例中，EGR通道中的EGR 阀(例如，阀142)可以被省掉，或EGR阀可以被保留以提供例如对EGR 流率的额外控制。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于所接收的信号和存 储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机运转。 例如，控制器可以接收指示EGR流率、进气质量流量、速度、负荷等的 信号，并确定控制阀6的期望的位置。控制器然后可以向控制阀6的致 动器发送信号，以便将控制阀移动到期望的位置。因此，调整压缩机上 游的涡流量可以包括，调整控制阀6的致动器以调整涡流量。控制阀的 致动器可以是电动致动器(例如，马达)，螺线管、液压、气动或其他合 适的致动器。
虽然控制阀6的各个工作位置在上面被描述为完全堵塞第一或第二 环形管道，或者完全打开第一和第二环形管道两者，但是在一些示例中， 控制阀6可操作以部分地堵塞第一或第二环形管道。例如，在第一工作 位置中，除了完全堵塞通过第一环形管道的流外，控制阀还可以额外地 或可替代地可操作以部分地堵塞通过第一环形管道的流，使得至少一些 EGR仍流过第一环形管道。同样，在第二工作位置中，除了完全堵塞通 过第二环形管道的流外，控制阀还可以额外地或可替代地可运转为部分 地堵塞通过第二环形管道的流，使得至少一些EGR仍流过第二环形管道。
因此，根据上述示例，一种发动机系统可以包括将排气从涡轮的下 游引导至压缩机的上游的LP-EGR系统。LP-EGR系统可以包括喷射器以 在其进入压缩机前分配/混合EGR流与进气空气。喷射器可以包括两个周 向地环绕进气通道的流动管道。每个流动管道可以包括多个流动端口(在 本文中也被称为管道)，EGR可以通过该流动端口进入进气通道。两个流 动管道中的第一个(在本文中也被称为第一环形管道)可以包括具有圆 形形状的流动端口，而两个流动管道中的第二个(在本文中也被称为第 二环形管道)可以包括具有大体卵形或椭圆形形状的流动端口。如本文 中所使用的，圆形可以包括凭借长轴和短轴相等或在彼此的阈值范围之 内(诸如在彼此的10％之内)的形状。相比之下，卵形或椭圆形形状可 以具有彼此不同(诸如大于10％差值)的长轴和短轴。在图2、图7A和 图7B中图示的示例中，第二流动管道的流动端口可以被取向为使得每个 流动端口的长轴垂直于压缩机的旋转轴线，并且每个流动端口的短轴平 行于压缩机的旋转轴线。
此外，在一些示例中，每个流动管道可以具有相等数量的流动端口， 而在另一些示例中，流动管道可以具有不同数量的流动端口。例如，第 二流动管道的椭圆形流动端口可以在至少一个尺寸上大于第一流动管道 的圆形流动端口，例如椭圆形流动端口可以具有垂直于压缩机的旋转轴 线的更长轴。因此，在第二流动管道中可以存在比第一流动管道中的圆 形流动管道更少的椭圆形流动端口。
EGR喷射器可以具有面向EGR在其中流动的喷射器的内部的内圆周 表面。EGR喷射器可以具有面向压缩机上游的进气通道的外圆周表面。 外圆周表面可以包含进气通道的内表面。多个流动端口可以延伸跨过喷 射器的内和外表面，以产生用于EGR从喷射器行进至进气通道的路径。 喷射器的内与外表面之间的厚度可以是产生通过端口的期望的径向和切 向流的合适厚度。例如，如在图2中示出的，喷射器的内与外表面之间 的厚度在第二流动管道的区域可以大于第一流动管道。另外，在一些示 例中，流动端口可以从内表面到外表面成角度。
如先前解释的，第一流动管道的流动端口可以沿大体径向方向将 EGR引入进气通道，而第二流动管道的流动端口可以沿相对于压缩机的 旋转轴线的大体切向方向将EGR引入进气通道。通过沿径向方向引入 EGR，很少或没有涡流可以在EGR流中产生。相比之下，通过沿切向方 向引入EGR，涡流可以在EGR流中产生。另外，第二流动管道中的流动 端口可以被配置为使得在EGR中引入的涡流沿与压缩机的旋转相同的方 向。
通过在压缩机上游的EGR/进气空气中引入涡流，例如由于压缩机两 侧的减小的压力比，可以减轻压缩机喘振。然而，可能不希望在所有操 作点都引入涡流，因为它可以增加噪声或产生其他不想要的影响。因此， 可以经由选择性引导EGR流通过两个流动管道的控制阀来控制被引入的 涡流量。如果涡流的增加是期望的，那么控制阀可以被调整使得例如比 第一流动管道更多的EGR流通过第二流动管道。
因此，上述的系统提供了一种排气再循环(EGR)喷射器，该排气 再循环(EGR)喷射器包括，第一周向流动管道，其具有多个径向流动 端口；第二周向流动管道，其具有多个切向流动端口；以及控制阀，其 可调整为引导EGR流通过第一流动管道、第二流动管道、或第一和第二 流动管道两者。在一些示例中，控制阀可以被集成在喷射器内，而在另 一些示例中，控制阀可以被设置在喷射器上游的EGR通道中，其中该通 道被分成两支，通向喷射器的两个不同的流动管道。如上所述，径向流 动端口为EGR提供径向速度，而切向流动端口为EGR提供切向速度。 控制阀能使期望部分的EGR流过流动管道中的一个或两个，以便产生期 望的涡流。EGR喷射器可以被设置在压缩机上游的进气通道周围或作为 其一部分，使得经由流动管道的流动端口提供的EGR在冲击压缩机之前 与进气空气混合。
转向图8，提供了一种利用EGR喷射器来减轻喘振的方法800。方 法800的至少一部分可以被实施为存储在非临时性存储器中的可执行控 制器指令。此外，方法800的一部分可以是在物理世界中为转变致动器 或装置的运转状态所采取的动作。用于执行方法800的指令可以由控制 器(例如，控制器12)基于存储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(诸如在上面参照图1所描述的传感器)接收的信号 来执行。控制器可以根据下述方法采用发动机系统的发动机致动器来调 整发动机运转。例如，方法800可以调整被刚好设置在EGR喷射器(例 如，图2的喷射器7)的上游或在其内的控制阀(例如，图2的阀6)的 位置，以引导指定部分的EGR通过喷射器的包括切向流动端口的流动管 道，以便产生涡流从而避免喘振。
方法800包括，在802处，确定发动机运转参数。经确定的运转参 数可以包括但不限于发动机转速与负荷、进气质量空气流量、EGR流率、 压缩机压力比及其他参数。在804处，方法800确定LP-EGR流是否被 启用。LP-EGR流可以例如基于发动机转速与负荷或基于排气NOx浓度 来启用。控制器可以基于EGR阀的位置、通过EGR通道的流率，发动 机工况、或其他机制来确定LP-EGR流被启用。
如果确定LP-EGR流未被启用，那么方法800进入到806以将EGR 喷射器中控制阀(例如，阀6)维持在默认位置，然后方法800进入到 810，会在下面更详细地进行描述810。如果确定LP-EGR流被启用，那 么方法800进入到808以调整控制阀位置，从而针对当前状况产生指定 量的涡流。例如，控制器可以包括将控制阀位置映射到EGR流率的查询 表、发动机转速与负荷、压缩机状况(例如，通过压缩机的质量流量和 压缩机两侧的压力比)和/或其他参数。控制阀可以被设定在提供指定涡 流量的位置，用于例如将压缩机维持在其喘振线之下。
在810处，方法800确定是否检测到喘振。压缩机喘振可以例如基 于压缩机流率和压缩机两侧的压力比来检测。如果确定压缩机未正在喘 振运转，那么方法800返回。如果确定压缩机正在喘振运转，或如果压 缩机正靠近其喘振线运转，并且因此预测不久的将来压缩机会在喘振区 域中运转，那么方法800进入到812以调整控制阀来增加涡流量。为了 增加涡流量，控制阀可以被调整，使得EGR的一部分或全部流过EGR 喷射器的流动管道，EGR喷射器通过将EGR经由切向流动端口提供到进 气通道中来产生涡流。在一些示例中，这可以包括基于状况从其指定位 置移动控制阀。在另一些示例中，诸如当LP-EGR当前未被启用时，这 可以额外地或可替代地包括启用LP-EGR。然后方法800返回。
因此，上述的方法提供了：在第一状况期间，经由排气再循环(EGR) 喷射器的切向流动管道使排气从涡轮的下游流向压缩机的上游，其中排 气再循环(EGR)喷射器在压缩机的上游周向地环绕进气通道；以及在 第二状况期间，经由EGR喷射器的径向流动管道使排气从涡轮的下游流 向压缩机的上游。切向流动管道可以是上述的第二环形流动管道，并且 可以包括将切向速度引入到排气流的椭圆形流动端口/管道。径向流动管 道可以是上述的第一环形流动管道，并且可以包括将径向速度引入到排 气流的圆形流动端口/管道。
在一个示例中，第一状况可以是在第一阈值之下的压缩机质量流量， 而第二状况可以是在第二阈值之上的压缩机质量流量。如果压缩机质量 流量在两个阈值之间，从涡轮的下游到压缩机的上游的排气流可以在切 向流动管道与径向流动管道之间被拆分。为了控制两个流动管道之间的 排气流，可以调整EGR的控制阀的位置。在控制阀的第一位置中，所有 排气都可以流过切向流动管道，而排气被阻止流过径向位置。在控制阀 的第二位置中，所有排气都可以流过径向流动管道，而排气被阻止流过 切向流动管道。在控制阀的第三位置中，排气可以流过径向和切向流动 管道两者。
以此方式，引起的涡流的可变水平能够通过控制EGR质量流量在 EGR喷射器的切向与径向端口管道之间的分配来调整。根据变化要求的 基于空气质量流量和压缩机速度的可变涡流水平能够通过两个管道之间 的EGR流分配来引起。压缩机喘振线然后可以在宽的运转范围内被朝向 更低质量流量状况移动，并且压缩机喘振能够在部分负荷运转下被避免。 这可以在压缩机的上游不使用专门装置来完成引起涡流，从而减少压缩 机上游的不必要的流阻。
经由切向或径向流动管道分配EGR的技术效果是在压缩机上游的 EGR和进气空气中引起涡流，以便避免喘振，特别是在较低质量流量状 况时。
一个实施例涉及一种机械增压内燃发动机，该机械增压内燃发动机 具有进气系统，其用于充气空气的供应；排气排出系统，其用于排气的 排出；至少一个排气涡轮增压器，其包含被布置在排气排出系统中的涡 轮和被布置在进气系统中的压缩机，压缩机配备有至少一个叶轮，该叶 轮安装在压缩机外壳中的可旋转轴上；排气再循环装置，其包含再循环 管路系统，再循环管路系统在至少一个排气涡轮增压器的涡轮的下游从 排气排出系统分枝，并且再循环管路系统在至少一个压缩机叶轮的上游 通向进气系统；以及附加的排气再循环装置，附加的排气再循环装置包 含管路，该管路在涡轮的上游从排气排出系统分枝，并且管路在压缩机 的下游再次通向进气系统；其中再循环管路系统包含至少两个环形管道， 环形管道至少在至少一个压缩机叶轮上游部分以螺旋的形式环绕进气系 统，多个管道从环形管道延伸出来，所述管道均根据流动形式在进气侧 处通过进气口被连接至进气系统；至少两个环形管道中的第一环形管道 具有这样的管道，其中管道至少在进气侧处相对于压缩机的轴被大体径 向地取向，并且因此在虚拟延长时与轴相交；并且至少两个环形管道中 的第二环形管道具有这样的管道，管道至少在进气侧处以正切的方式被 取向，并且因此在虚拟延长时以到压缩机的轴具有间距行进。
在机械增压内燃发动机的第一示例中，至少一个排气涡轮增压器的 压缩机是径流式压缩机。机械增压内燃发动机的第二示例可选地包括第 一示例，并且进一步包括，至少一个排气涡轮增压器的压缩机是轴流式 压缩机。机械增压内燃发动机的第三示例可选地包括第一和第二示例之 一或二者，并且进一步包括，至少一个排气涡轮增压器的压缩机，压缩 机具有入口区域，该入口区域相对于压缩机的轴同轴地行进，并且该入 口区域被设计为使得接近压缩机的充气空气流大体轴向地行进。机械增 压内燃发动机的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个或 者每一个，并且进一步包括，至少两个环形管道被彼此相邻地布置，并 且被壁至少部分地彼此分开。机械增压内燃发动机的第五示例可选地包 括第一至第四示例中的一个或多个或者每一个，并且进一步包括，其中 再循环管路系统包含计量装置，通过计量装置，在至少一个排气涡轮增 压器的涡轮的下游获取的排气被在至少两个环形管道之间进行分配。机 械增压内燃发动机的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多 个或者每一个，并且进一步包括，其中计量装置具有控制元件，通过该 控制元件，在第一工作位置中，第一环形管道在排气侧处被关闭。机械 增压内燃发动机的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个 或者每一个，并且进一步包括，其中在控制元件的第二工作位置中，第 二环形管道在排气侧处被关闭。机械增压内燃发动机的第八示例可选地 包括第一至第七示例中的一个或多个或者每一个，并且进一步包括，其 中在控制元件的第三工作位置中，第一环形管道和第二环形管道被连接 至排气排出系统。机械增压内燃发动机的第九示例可选地包括第一至第 八示例中的一个或多个或者每一个，并且进一步包括，其中计量装置具 有可枢转挡板，该可枢转挡板充当控制元件。机械增压内燃发动机的第 十示例可选地包括第一至第九示例中的一个或多个或者每一个，并且进 一步包括，其中第一环形管道被布置在第二环形管道的上游。机械增压 内燃发动机的第十一示例可选地包括第一至第十示例中的一个或多个或 者每一个，并且进一步包括，其中第一环形管道和/或第二环形管道的管 道被布置以便以规则间隔被彼此分隔开。机械增压内燃发动机的第十二 示例可选地包括第一至第十一示例中的一个或多个或者每一个，并且进 一步包括，其中至少两个环形管道在其全部圆周上环绕进气系统。机械 增压内燃发动机的第十三示例可选地包括第一至第十二示例中的一个或 多个或者每一个，并且进一步包括，其中第二环形管道的管道至少在进 气侧处并且在沿轴的方向的投影中相对于至少一个压缩机叶轮切向地行 进。机械增压内燃发动机的第十四示例可选地包括第一至第十三示例中 的一个或多个或者每一个，并且进一步包括，其中第二环形管道的管道 对应于至少一个压缩机叶轮的旋转方向被取向。机械增压内燃发动机的 第十五示例可选地包括第一至第十四示例中的一个或多个或者每一个， 并且进一步包括，其中至少第一环形管道的管道的进气口具有圆形形式。
一种方法的实施例包含，在第一状况期间，经由排气再循环(EGR) 喷射器的切向流动管道使排气从涡轮的下游流向压缩机的上游，其中排 气再循环(EGR)喷射器在压缩机的上游周向地环绕进气通道；以及在 第二状况期间，经由EGR喷射器的径向流动管道使排气从涡轮的下游流 向压缩机的上游。
在该方法的第一示例中，第一状况包含在第一阈值之下的压缩机质 量流量，并且其中第二状况包含在第二阈值之上的压缩机质量流量。该 方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包含调整EGR喷射器 的控制阀的位置，以使排气流过切向流动管道或径向流动管道。
一种排气再循环(EGR)喷射器的实施例包含：具有多个径向流动 端口的第一周向流动管道；具有多个切向流动端口的第二周向流动管道； 以及控制阀，其可调整为引导EGR流通过第一流动管道、第二流动管道、 或第一和第二流动管道两者。
注意，本文中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。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执 行指令存储在非临时性存储器中并且可以由包括控制器的控制器系统与 各种传感器、致动器和其他发动机硬件结合执行。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 能可以按所示顺序执行、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示例实施例的特征和优点时，处理的顺序不 是必须要求的，而是为了便于说明和描述。根据所使用的特定策略，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。另外，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，其中通过结合电子控制 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。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示例性的，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、I-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。
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更多个这种元件。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，无论在范 围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开 的主题内。
