调节内燃发动机充气压力的方法及内燃发动机技术

本申请公开了一种用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法。该方法可以包括，根据用于压缩机之间的压力的第一设定点值、和第一调节回路中的压力差、用于多个压缩机下游的压力的第二设定点值、以及第二调节回路中的所述压力差来调整两个废气门、可变涡轮几何形状和下游压缩机旁通阀中的每一个，以调节发动机升压压力。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月24日提交的德国专利申请号102015216105.6的优先权，为了所有目的，其整个内容因此被并入本文以供参考。
本申请涉及用于调节具有至少两个压缩机的机械增压内燃发动机的充气压力的方法以及用于执行该方法的内燃发动机。
技术介绍
描述了用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的各种系统和方法。发动机可以具有至少一个汽缸，并且可以进一步包括用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统和用于从至少一个汽缸排出排气的排气排出系统。所述系统可以进一步具有被串联地布置在进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级。这样的系统的控制会是特别有挑战性的，尤其是当第二压缩机被布置在第一压缩机的下游并且提供有这样的第一旁通管路时，所述第一旁通管路在第一压缩机与第二压缩机之间从进气系统分出来，并且所述第一旁通管路通向第二压缩机的下游的进气系统，其中第一控制元件被布置在第一旁通管路中。例如，利用经由串联的两个不同的涡轮增压器的单个压力目标的控制在重叠的RPM区域(例如，2000-3000rpm)中可能变得困难，其中高压涡轮增压器正在损失效率并且低压涡轮增压器正在获得压力。致动器在第一压缩机上设定的改变可能导致与由第二压缩机引起的影响相反的对压力的影响。例如，由于更高的排气能量从高压涡轮被偏离到低压涡轮，降低升压的旁路的打开将会导致压力的增加。
技术实现思路
因此，在一种方法中，用于在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中的压力p级间，设定的第一设定点值被预先限定，并且用于在第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统中的压力p级间被确定。然后，在第一调节回路中，利用压力差Δp1＝p级间，设定-p级间来改变第一压缩机的驱动功率(例如，经由废气门或可变几何形状调整)，以便调节压力p级间，用于在第二压缩机下游的进气系统中的压力p升压，设定的第二设定点值被预先限定。用于在第二压缩机下游的进气系统中的压力p升压然后被确定，并且在第二调节回路中，利用压力差Δp2＝p升压，设定-p升压来改变第二压缩机的驱动功率(例如，经由废气门)，以便调节压力p升压。在另一示例中，一种方法包含，根据用于压缩机之间的压力的第一设定点值、和第一调节回路中的压力差、用于多个压缩机下游的压力的第二设定点值、以及第二调节回路中的压力差来调整两个废气门、可变涡轮几何形状和下游压缩机旁通阀中的每一个，以调节发动机升压压力。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必要特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后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示意地示出了机械增压内燃发动机的第一实施例。图2示出了运转的示例方法。具体实施方式本申请涉及一种用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少一个汽缸，具有用于向至少一个汽缸供应增压空气的进气系统，并且具有用于排出来自至少一个汽缸的排气的排气排出系统，以及具有被串联地布置在进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级，第二压缩机被布置在第一压缩机的下游，第一旁通管路被提供，该第一旁通管路从第一压缩机与第二压缩机之间的进气系统分出来，并且通向第二压缩机的下游的进气系统，以及第一控制元件被布置在第一旁通管路中。本申请还涉及用于执行这样的方法的机械增压内燃发动机。所陈述的类型的内燃发动机被用作机动车辆驱动装置。在本申请的背景下，表述“内燃发动机”包含奥托循环发动机、柴油发动机、以及利用混合燃烧过程的混合动力内燃发动机、和不仅包含内燃发动机而且包含能够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额外输出动力的电机的混合驱动。机械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，因此在每个工作循环能够向各汽缸提供更大的空气质量。以此方式，能够增加燃料质量且因而提高平均压力。机械增压是用于增加内燃发动机功率且同时维持扫气容积不变的适当手段，或者是用于减小扫气容积且同时维持功率相同的适当手段。在任意情况下，机械增压均导致体积功率输出的增加并且导致更有利的功率-重量比。考虑到相同的车辆边界条件而言，如果扫气容积减小，因此可能的是将共同负荷(loadcollective)朝向比燃料消耗率(specificfuelconsumption)较低的更大的负荷移位。通过合适的变速器构造，实现所谓的自动降速(downspeeding)是额外地可能的，由此同样实现更低的比燃烧消耗率。在自动降速的情况下，利用以下事实：特别是在存在相对高的负荷的情况下，低发送机转速下的比燃烧消耗一般更低。借助于机械增压的目标构造，还可能获得关于排气排放的优点。借助于例如柴油发动机的合适的机械增压，氧化氮排放因此能够被减少而效率没有任何损失。碳氢化合物排放能够同时被有利地影响。与燃料消耗直接相关的二氧化碳的排放随着下降的燃料消耗而同样减少。对于机械增压，一般使用排气涡轮增压器，其中压缩机和涡轮被布置在同一轴上。热排气流被供给到涡轮，并且随着能量的释放而在涡轮中膨胀，因此使得轴旋转。通过到轴的排气流供应的能量被用于驱动同样被布置在该轴上的压缩机。压缩机传送并且压缩向其供给的增压空气，因此获得汽缸的机械增压。增压空气冷却器可以被提供在压缩机下游的进气系统中，在被压缩的增压空气进入至少一个汽缸之前，通过该增压空气冷却器对被压缩的被压缩的增压空气进行冷却。冷却器降低温度并且由此增加增压空气的密度，使得冷却器也有助于改善汽缸的增压，也就是说有助于更大的空气质量。实际上，压缩通过冷却而发生。例如相比于机械增压器，排气涡轮增压器的优点是，在增压器与内燃发动机之间不需要用于传递动力的机械连接。然而机械增压器(也就是说压缩机)直接从内燃发动机提取用于驱动它所需的能量，并且由此减少可用的动力并且由此不利地影响效率，而排气涡轮增压器利用热排气的排气能量。机械或电动驱动的压缩机的优点是，不管内燃发动机的运转状态如何，都能够提供所需的充气压力。尤其是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的发动机转速范围内都获得显著的性能增加。在内燃发动机通过排气涡轮增压进行机械增压的情况下，当未达到某一发送机转速时，观察到扭矩下降。所述影响是不期望的，并且因此也是排气涡轮增压的最严重的缺点中一种。如果考虑充气压力比依赖于涡轮压力比，那么所述扭矩下降是可以理解的。例如，如果发送机转速被降低，这导致更小的排气流并且因此导致更低的涡轮压力比。因此，朝向更低的发送机转速，充气压力比同样减小。这相当于充气压力下降或扭矩下降。可希望利用各种各样的措施来改善机械增压式内燃发动机的扭矩特性。试图例如通过涡轮横截面的小型化设计和同时的排气排放(blow-off)来这样做，其中排气排放能够通过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。如果排气流超过临界值，那么一部分排气流在所谓的排气排放的过程期间经由旁通管路被引导经过涡轮。然而，所述方法具有这样的缺点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少一个汽缸，具有用于向所述至少一个汽缸供应增压空气的进气系统，并且具有用于排出来自所述至少一个汽缸的排气的排气排出系统，以及具有被串联地布置在所述进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级，所述第二压缩机被布置在所述第一压缩机的下游，第一旁通管路被提供，所述第一旁通管路从所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的所述进气系统分支出来，并且所述第一旁通管路通向所述第二压缩机的下游的所述进气系统，以及第一控制元件被布置在所述第一旁通管路中，其中用于在所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的所述进气系统中的压力p级间，设定的第一设定点值被预先限定，用于在所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的所述进气系统中的压力p级间被确定，在第一调节回路中，利用压力差Δp1＝p级间，设定‑p级间来改变所述第一压缩机的驱动功率，以便调节所述压力p级间，用于所述第二压缩机下游的所述进气系统中的压力p升压，设定的第二设定点值被预先限定，用于所述第二压缩机下游的所述进气系统中的所述压力p升压被确定，以及在第二调节回路中，利用压力差Δp2＝p升压，设定‑p升压来改变所述第二压缩机的驱动功率，以便调节所述压力p升压。...

【技术特征摘要】
2015.08.24 DE 102015216105.61.一种用于调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少一个汽缸，具有用于向所述至少一个汽缸供应增压空气的进气系统，并且具有用于排出来自所述至少一个汽缸的排气的排气排出系统，以及具有被串联地布置在所述进气系统中的至少两个压缩机，其中第一压缩机充当低压级而第二压缩机充当高压级，所述第二压缩机被布置在所述第一压缩机的下游，第一旁通管路被提供，所述第一旁通管路从所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的所述进气系统分支出来，并且所述第一旁通管路通向所述第二压缩机的下游的所述进气系统，以及第一控制元件被布置在所述第一旁通管路中，其中用于在所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的所述进气系统中的压力p级间，设定的第一设定点值被预先限定，用于在所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的所述进气系统中的压力p级间被确定，在第一调节回路中，利用压力差Δp1＝p级间，设定-p级间来改变所述第一压缩机的驱动功率，以便调节所述压力p级间，用于所述第二压缩机下游的所述进气系统中的压力p升压，设定的第二设定点值被预先限定，用于所述第二压缩机下游的所述进气系统中的所述压力p升压被确定，以及在第二调节回路中，利用压力差Δp2＝p升压，设定-p升压来改变所述第二压缩机的驱动功率，以便调节所述压力p升压。2.根据权利要求1所述的调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，所述至少两个串联连接的排气涡轮增压器均包含被布置在所述排气排出系统中的涡轮(6a、7a)和被布置在所述进气系统的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，所述第二排气涡轮增压器的第二涡轮被布置在所述第一排气涡轮增压器的第一涡轮的上游，并且所述第二排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第二压缩机，所述第二压缩机被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机的下游，所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第一压缩机，第二旁通管路被提供，所述第二旁通管路从所述第二涡轮的上游的所述排气排出系统分支出来，并且所述第二旁通管路通向所述第二涡轮与所述第一涡轮之间的所述排气排出系统形成第一结合点，第二控制元件被布置在所述第二旁通管路中，以及第三旁通管路被提供，所述第三旁通管路从所述第一分支点与所述第一涡轮之间的所述第一涡轮的上游的所述排气排出系统分支出来，并且所述第三旁通管路通向所述第一涡轮的下游的所述排气排出系统，第三控制元件被布置在所述第三旁通管路中，其中在第一调节回路中，利用所述压力差Δp1来调整所述第三控制元件，由此改变所述第一压缩机的所述驱动功率，以便调节所述压力p级间，以及在第二调节回路中，利用所述压力差Δp2来调整所述第二控制元件，由此改变所述第二压缩机的所述驱动功率，以便调节所述压力p升压。3.根据权利要求1所述的调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，所述至少两个串联连接的排气涡轮增压器均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的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮的上游，并且所述第二排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第二压缩机，所述第二压缩机被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机的下游，所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第一压缩机，第二旁通管路被提供，所述第二旁通管路从所述第二涡轮的上游的所述排气排出系统分出来，并且所述第二旁通管路通向所述第二涡轮与所述第一涡轮之间的所述排气排出系统形成第一结合点，第二控制元件被布置在所述第二旁通管路中，以及所述第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT1)，其中在第一调节回路中，利用所述压力差Δp1来调整所述第一涡轮的所述可变涡轮几何形状(VNT1)，由此改变所述第一压缩机的所述驱动功率，以便调节所述压力p级间，以及在第二调节回路中，利用所述压力差Δp2来调整所述第二控制元件，由此改变所述第二压缩机的所述驱动功率，以便调节所述压力p升压。4.根据权利要求1所述的调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，所述至少两个串联连接的排气涡轮增压器均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的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮的上游，并且所述第二排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第二压缩机，所述第二压缩机被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机的下游，所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第一压缩机，第二旁通管路被提供，所述第二旁通管路从所述第二涡轮的上游的所述排气排出系统分支出来，并且所述第二旁通管路通向所述第二涡轮与所述第一涡轮之间的所述排气排出系统形成第一结合点，第二控制元件被布置在所述第二旁通管路中，第三旁通管路被提供，所述第三旁通管路从所述第一结合点与所述第一涡轮之间的所述第一涡轮的上游的所述排气排出系统分出来，并且所述第三旁通管路通向所述第一涡轮的下游的所述排气排出系统，第三控制元件被布置在所述第三旁通管路中，以及所述第一涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT1)，其中在第一调节回路中，利用所述压力差Δp1来调整所述第三控制元件和/或所述第一涡轮的所述可变涡轮几何形状(VNT1)，由此改变所述第一压缩机的所述驱动功率，以便调节所述压力p级间，以及在第二调节回路中，利用所述压力差Δp2来调整所述第二控制元件，由此改变所述第二压缩机的所述驱动功率，以便调节所述压力p升压。5.根据权利要求4所述的方法，其中借助于首先沿关闭位置的方向调整所述第三控制元件、然后关闭所述第三控制元件并且随后沿关闭位置的方向调整所述第一涡轮的所述可变涡轮几何形状(VNT1)来增加所述压力p级间。6.根据权利要求5所述的方法，其中借助于首先沿打开位置的方向调整所述第一涡轮的所述可变涡轮几何形状(VNT1)、并且随后沿打开位置的方向调整所述第三控制元件来降低所述压力p级间。7.根据权利要求1所述的调节机械增压内燃发动机的充气压力p升压的方法，所述机械增压内燃发动机具有至少两个串联连接的排气涡轮增压器，所述至少两个串联连接的排气涡轮增压器均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的压缩机，并且其中第一排气涡轮增压器充当低压级而第二排气涡轮增压器充当高压级，所述第二排气涡轮增压器的所述第二涡轮被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述第一涡轮的上游，并且所述第二排气涡轮增压器的所述压缩机是第二压缩机，所述第二压缩机被布置在所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机的下游，所述第一排气涡轮增压器的所述压缩机是所述第一压缩机，第二旁通管路被提供，所述第二旁通管路从所述第二涡轮的上游的所述排气排出系统分支出来，并且所述第二旁通管路通向所述第二涡轮与所述第一涡轮之间的所述排气排出系统形成第一结合点，第二控制元件被布置在所述第二旁通管路中，第三旁通管路被提供，所述第三旁通管路从所述第一分支点与所述第一涡轮之间的所述第一涡轮的上游的所述排气排出系统分出来，并且所述第三旁通管路通向所述第一涡轮的下游的所述排气排出系统，第三控制元件被布置在所述第三旁通管路中，以及所述第二涡轮装备有可变涡轮几何形状(VNT2)，其中在第一调节回路中，利用所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·巴奇，B·师爱尔，A·M·R·施瓦利尔，M·马尔拜，
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