CN102777287B - 基于涡轮增压器的发动机系统及其燃料比提高方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于涡轮增压器的发动机系统及其燃料比提高方法。发动机系统基本上具有涡轮增压器之外还可以包括电动或机械式增压机以及LP-EGR，控制外部空气和排放气体的流速的EGR气门、通道控制气门和旁通气门可以整体地进行操作，并且操作部段可以分为增压滞后和低扭矩部段、中负载部段以及中/高负载部段，使得可以对EGR气门、通道控制气门和旁通气门的开启量进行优化控制，从而可以利用增压机提高低速/高负载部段的可用性并减缓增压滞后，并且利用与增压机一起操作LP-EGR而极大地增大在低速/高负载部段中提高的燃料效率的比率。

Description

基于涡轮增压器的发动机系统及其燃料比提高方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月11日提交的韩国专利申请第10-2011-0043833号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种基于涡轮增压器(turbocharger)的发动机系统，更特别而言，本发明涉及一种基于涡轮增压器的发动机系统以及一种利用该基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，该基于涡轮增压器的发动机系统通过组合用于提高发动机性能的多个分离设备的功能，从而优化了这些设备的协同效果，而不会减损发动机室的布局。
背景技术
通常而言，车辆配备有用于提高发动机性能和燃料效率的各种设备。
作为典型设备的涡轮增压器通过利用排放气体对供应到发动机内的进气进行压缩从而有助于提高发动机的性能和燃料效率。
然而，仅利用涡轮增压器难以适合地满足节省燃料和提高燃料效率的要求(这样的要求随着诸如全球油价升高的问题的出现而被提高了)以及在各种规定下提高燃料效率和环境友好技术的要求。
作为这些问题的实例，可以考虑与涡轮增压器一起使用的增压机(supercharger)。皮带驱动的机械式增压机是一种典型的增压机，其由旁通控制气门和磁力离合器构成。
当发动机系统由涡轮增压器和增压机构成时，旁通控制气门关闭，并且磁力离合器接合，从而使增压机和涡轮增压器连接，并且涡轮增压器和增压机同时操作以在低速的增压滞后部段(turbo-lagsection)连续地吸取空气，而磁力离合器脱离接合，并且旁通控制气门开启，从而在正常驱动条件下不通过增压机吸取空气。
在如上所述的由涡轮增压器和增压机构成的发动机系统中，通过根据驱动条件而使增压机的操作状态不同，从而可以改进配备有涡轮增压器的火花点火式发动机的响应速度和低扭矩。
然而，如上所述，作为典型增压机的皮带驱动的机械式增压机需要气门和离合器，从而必然使发动机系统变得复杂。
另一方面，与涡轮增压器一起提高发动机性能的另一个典型设备是EGR(排放气体再循环)，即排放气体再循环系统。
EGR通过利用从发动机排出到外部的排放气体而对涡轮增压器进行操作，使得供应到发动机内的进气被压缩，并且一部分排放气体被供应回到发动机内，从而有助于提高发动机性能。
通常而言，EGR分为HP-EGR(高压EGR)和LP-EGR(低压EGR)，HP-EGR在涡轮增压器之前采用排放气体(或者称为EGR气体)，LP-EGR在涡轮增压器之后采用排放气体。
LP-EGR的优点是：与HP-EGR不同，通过将经过涡轮增压器流出排气歧管外之后已经穿过TWC(三元催化器)或DPF(柴油机微粒过滤器)的一部分排放气体输送到涡轮增压器的压缩机的前端部，使得排放气体与进气一起流动到进气歧管内，从而可以使用相对清洁的排放气体，该排放气体带有的污染物在低压/低温下通过TWC(ThreeWayCatalyticConverter)或DPF进行过滤。
如上所述，涡轮增压器、增压机和EGR(具体为LP-EGR)用作发动机系统中显著提高发动机性能的设备，并且能够考虑配备有这些设备的适当组合(涡轮增压器+增压机或者涡轮增压器+LP-EGR)的发动机系统来提高性能。
因此，如果可以通过在发动机系统中利用涡轮增压器、增压机和LP-EGR的全部而使这些设备的优点达到最大程度，则有助于优化发动机系统。
然而，当利用具有单独操作特征的涡轮增压器、增压机和LP-EGR来实施操作时，难以实现能够提高这些设备的协同效果的优化控制，并且配备有具有复杂配置的增压机和LP-EGR的发动机系统的配置必然变得复杂。
复杂的发动机系统明显限制了发动机室的布局，从而必然极难同时使用涡轮增压器、增压机和LP-EGR。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种基于涡轮增压器的发动机系统以及一种利用该基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，该基于涡轮增压器的发动机系统能够实施防止由于增压机和LP-EGR(低压EGR)中复杂的部件而使发动机室的布局变差的小型化(down-sized)发动机系统，通过保持各功能并实施优化控制而提高操作该系统时的各设备的协同效果，并且特别是非常有助于提高用于低速/高负荷部段的燃料效率。
在本发明的一个方面中，一种基于涡轮增压器的发动机系统，可以包括：进气系统，所述进气系统包括空气滤清器，并且所述进气系统将外部空气供应到发动机内；排气系统，所述排气系统包括至少一个或更多过滤器，并且所述排气系统将从发动机排出的排放气体排出到外部；涡轮增压器，所述涡轮增压器可以通过所述排放气体进行操作，并且对供应到所述空气滤清器的外部空气进行过度供应(oversupply)；增压机，所述增压机形成从所述进气系统的外部空气流部段分叉的另一支气流或外部空气；排放气体再循环(EGR)系统，所述EGR系统包括EGR管线，所述EGR管线将所述排气系统连接到所述涡轮增压器的压缩机，以便将从所述排气系统分叉的排放气体的气流输送到所述涡轮增压器；以及气门单元，所述气门单元通过发动机控制单元(ECU)的控制而改变所述涡轮增压器中的所述压缩机的前端部处的外部空气的气流、外部空气的所述另一支气流以及排放气体的气流，从而改变排放气体和通过所述涡轮增压器过度供应的外部空气的混合比。
所述增压机形成从外部空气的气流分叉的外部空气的所述另一支气流，该外部空气的所述另一支气流可以在所述进气系统的所述空气滤清器的后端部处形成，并且所述增压机将外部空气的气流直接输送到所述EGR的EGR管线。
所述增压机可以是电动式增压机。
所述增压机形成从外部空气的气流分叉的外部空气的所述另一支气流，该外部空气的所述另一支气流可以在所述进气系统的所述空气滤清器的后端部处形成，并且所述增压机将外部空气的气流从自所述增压机分叉的进气连接管线连接到所述EGR的EGR管线。
所述增压机可以是利用来自发动机的动力的机械式增压机。
所述EGR可以是LP-EGR(低压EGR)，所述EGR管线从所述排气系统的过滤器的后端部分叉，并且进一步包括事故备用过滤器(emergencyfilter)。
所述气门单元包括：EGR气门，所述EGR气门选择性地使从流体连接到所述涡轮增压器的排气管线分叉的排放气体流动到所述EGR管线；旁通气门，所述旁通气门使通过所述进气系统的进气管线而导入的外部空气流动到所述EGR管线，其中所述空气滤清器可以流体连接到所述进气管线；以及通道控制气门，所述通道控制气门使通过所述增压机而吸入的外部空气的所述另一支气流输送到所述EGR管线。
所述EGR气门和所述通道控制气门可以按照相反的方式整体地开启/闭合，并且所述旁通气门可以独立地开启/闭合，其中所述EGR气门和所述通道控制气门可以通过气门操作单元而进行操作，所述气门操作单元可以由所述ECU进行控制。
所述气门操作单元包括：致动器，所述致动器直接改变所述EGR气门和所述通道控制气门中的任意一个气门的开启量；以及气门连杆，所述气门连杆将所述EGR气门或所述通道控制气门连接到两个端部，从而当这些气门中的任意一个可以开启时，另一个气门可以闭合。
所述气门操作单元包括：气门连杆，所述气门连杆将所述EGR气门或所述通道控制气门连接到两个端部，从而当这些气门中的任意一个可以开启时，另一个气门可以闭合；以及致动器，所述致动器直接操作所述气门连杆。
在本发明的另一个方面中，一种通过利用基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，可以包括：a)根据发动机的操作而检测车辆信息，并且从所获取的车辆信息确定发动机操作部段；b)将所述发动机操作部段分为增压滞后和低扭矩部段、中负荷部段以及中/高负荷部段；c)在所述增压滞后和低扭矩部段中仅将流经增压机的外部空气供应到发动机内，在所述中负载部段中将流经所述进气系统的外部空气和流经所述增压机的外部空气与流经排放气体再循环(EGR)的排放气体中的一个的气体混合物供应到发动机内，并且在所述中/高负载部段中将流经所述EGR的排放气体和流经所述进气系统的外部空气的气体混合物供应到发动机内，而并不导入经过所述增压机的另一支外部空气；并且d)在步骤c)之后返回到步骤a)。
在所述增压滞后和低扭矩部段中，所述增压机在所述EGR管线的接合处完全开启通道控制气门，以便使从所述进气系统吸入的外部空气全部通过，同时所述增压机在可以连接所述进气系统的位置处的所述EGR管线的接合处完全闭合旁通气门，并且完全闭合所述EGR管线中的EGR气门。
在所述中负载部段中，在可以连接所述进气系统的位置处的所述EGR管线的接合处的旁通气门可以完全开启，同时当在可以连接所述增压机的位置处的所述EGR管线的接合处的通道控制气门可以完全闭合时，设置在所述EGR管线中的EGR气门可以完全开启或者按照相反的方式操作，其中当所述通道控制气门或所述EGR气门可以完全开启时，所述通道控制气门或所述EGR气门可以再次逐渐完全闭合。
在所述中/高负载部段中，设置所述EGR管线中的EGR气门可以完全开启，同时在可以连接所述增压机的位置处的所述EGR管线的接合处的通道控制气门可以完全闭合，并且在连接所述进气系统的位置处的所述EGR管线的接合处已经完全闭合的旁通气门可以逐渐完全开启。
本发明的优点是在涡轮增压器的基础上实施小尺寸的发动机系统，其可以防止由于增压机和LP-EGR中复杂的部件而使发动机室的布局变差。
本发明的优点是通过包含涡轮增压器、增压机和LP-EGR而实施各种驱动模式，并且容易从各种驱动模式实施优化控制。
本发明的优点是通过利用与涡轮增压器一起操作的增压机而缓减了增压滞后从而提高了低速/高负载部段的可用性，并且通过利用与增压机一起操作的LP-EGR而减少了低速/高负载部段中的燃料消耗，从而利用涡轮增压器、增压机和LP-EGR的协同效果而极大地提高了燃料效率。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为显示了根据本发明的各个示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统的配置的视图。
图2为显示了根据本发明的各个示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统的配置的视图。
图3至5为显示了根据本发明的示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统中的气门操作单元的各个修改实例的视图。
图6为显示了利用根据本发明的示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法的流程图。
图7A至7C为根据本发明的示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统的操作图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方式详细地作出引用，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。
下面将参考所附附图具体描述本发明的示例性实施方式，并且这些示例性实施方式可以由本领域技术人员以各种方法实现，且本发明并不限制于这些示例性实施方式。
参考图1所示，发动机系统包括：发动机1、进气系统4、排气系统7、涡轮增压器10、增压机20、LP-EGR30、气门单元和ECU60，该发动机1作为动力源，该进气系统4将外部空气导入到发动机1内，该排气系统7将排放气体从发动机1排出到外部，该涡轮增压器10利用排放气体对导入到发动机1内的外部空气进行过度供应，该增压机20导入从进气系统4分叉的另一支外部空气，以便改进低速增压滞后部段中火花点火式发动机的响应速度和低扭矩，该LP-EGR30导入相对清洁的排放气体，其中污染物在低压/低温下通过过滤器(DPF)进行过滤，该气门单元控制导入到进气系统4内的外部空气的气流、导入到LP-EGR30内的排放气体的气流以及导入到增压机20内的另一支外部空气的气流，该ECU60控制发动机1、增压机20和气门单元的开启量。
进气系统4包括进气管线5、进气管道6和进气歧管2，该进气管线5具有对来自外部空气的污染物进行过滤的空气滤清器5a，该进气管道6在进气管线5中形成从涡轮增压器10过度供应的外部空气的气流，并且具有控制导入到发动机1内的外部空气的流速的节气门段(throttlebody)，该进气歧管2直接连接到发动机1。
进气管道6配备有高效中间冷却器34，该中间冷却器34降低由于涡轮增压器10而过度供应的气体混合物的温度。
排气系统7包括排气管线8和至少一个或更多过滤器9a和9b，该排气管线8从直接连接到发动机1的排气歧管3延伸，该过滤器9a和9b设置在排气管线8中，以便对来自排放气体的污染物进行过滤。
在涡轮增压器10中，涡轮连接到排放气体流经的排气管线8，而压缩机利用EGR管线31连接到外部空气经其导入的进气管道6，排放气体经过EGR管线31而导入。
增压机20为电动式增压机，其具有受控于ECU60的电机，并且增压机20设置在从进气系统4分叉到LP-EGR30的进气分叉管线20a中。
进气分叉管线20a从进气系统4的空气滤清器5a的出口或者空气滤清器5a之后的进气管线5分叉，并且连接到LP-EGR30的EGR管线31，该EGR管线31连接到涡轮增压器10的压缩机11。
LP-EGR30包括EGR管线31、EGR分叉管线32和EGR气门33，该EGR管线31连接到涡轮增压器10的压缩机11以便导入排放气体，该EGR分叉管线32从排气管线分叉并且使排放气体流动到EGR管线31，该EGR气门33设置在EGR分叉管线32和EGR管线31的接合处且受控于ECU60。
EGR分叉管线32在排气系统7的一对过滤器9a和9b中的至少一个的后端部处从排气管线8分叉。
对排放气体进行净化的事故备用过滤器可以进一步设置在EGR分叉管线32中。
同时，气门单元包括EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50，该EGR气门33使从排气管线分叉的排放气体流动到EGR管线31，该通道控制气门40使经过增压机20导入的外部空气流动到EGR管线31，该旁通气门50使经过进气管线5导入的外部空气流动到EGR管线31。
EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50通过ECU60的开启量的控制而改变流速。
EGR气门33设置在EGR分叉管线32和EGR管线31的接合处，通道控制气门40设置在进气分叉管线20a和EGR管线31的接合处，并且旁通气门50设置在进气管线5和EGR管线31的接合处。
在示例性实施方式中，通道控制气门40和旁通气门50相对于涡轮增压器10设置在最接近涡轮增压器10的EGR气门的后端部处。
图2为显示了根据本发明的第二示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统的配置的视图，该基于涡轮增压器的发动机系统包括利用离合器和皮带的机械式增压机。
如图所示，发动机系统包括：进气系统4、排气系统7、涡轮增压器10和LP-EGR30，该进气系统4将外部空气导入到发动机1内，该排气系统7将排放气体从发动机1排出到外部，该涡轮增压器10通过排放气体进行操作并且对导入到发动机1内的外部空气进行过度供应，该LP-EGR30导入相对清洁的排放气体，其中污染物在低压/低温下通过过滤器(DPF)进行过滤，然而，与电动增压机20不同，发动机室的布局必然改变为对应于利用来自发动机1的动力的机械式增压机200的特征。
也就是说，机械式增压机200紧接发动机1而设置，这是因为磁力离合器201和动力传送皮带202设置在发动机1的前部处。
因此，除了外部空气流经其内的进气分叉管线200a，机械式增压机200进一步包括将外部进气输送到EGR管线31的进气连接管线200b。
进气分叉管线200a从进气系统4的空气滤清器5a的出口或者空气滤清器5a之后的进气管线5分叉，并且横穿发动机1而连接到机械式增压机200，并且进气连接管线200b横穿发动机1而从机械式增压机200连接到EGR管线31。
因此，导入外部空气的进气管线5直接连接到在进气系统4中导入排放气体的EGR管线。
气门单元由EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50构成，这与电动增压机20相同。
EGR气门33设置在EGR分叉管线32和EGR管线31的接合处，通道控制气门40设置在进气连接管线200b和EGR管线31的接合处，并且旁通气门50设置在进气管线5和EGR管线31的接合处。
ECU60控制发动机1、机械式增压机200和气门单元的开启量。
图3至5显示了在本发明的第一示例性实施方式和第二示例性实施方式中的气门操作单元的各个修改实例，其中气门操作单元通过整体地操作EGR气门33和通道控制气门40而按照提高控制便利性的方式进行操作。
气门操作单元按照相反的方式使EGR气门33和通道控制气门40运动，例如，随着EGR气门33开启，通道控制气门40相应于该运动而闭合。
图3所示的气门操作单元包括气门控制器70和ECU60，该气门控制器70使EGR气门33和通道控制气门40整体地运动，该ECU60对气门控制器70进行控制。
气门控制器70包括致动器71和气门连杆72，该致动器71联接到EGR气门33的气门片(flap)并且通过ECU60的控制而改变EGR气门33的开启量，该气门连杆72从EGR气门33的气门片延伸并且连接到通道控制气门40的气门片。
气门连杆72的两个端部优选为铰接。
图3中的操作后状态显示了当EGR气门33完全开启且通道控制气门40完全闭合时的情形。
如上所述，由ECU60操作的致动器71直接改变EGR气门33的开启量，并且EGR气门33的运动通过气门连杆72传递到通道控制气门40，从而使通道控制气门40的开启量能够相应地改变。
图4显示了气门操作单元的修改实例，其中由ECU60控制的致动器71a直接连接到通道控制气门40，并且EGR气门33连接到气门连杆72a。
在此情况下，由ECU60操作的致动器71a直接改变通道控制气门40的开启量，并且通道控制气门40的运动通过气门连杆72a传递到EGR气门33，从而使EGR气门33的开启量能够相应地改变。
图4中的操作后状态显示了当通道控制气门40完全闭合且EGR气门33完全开启时的情形。
图5显示了气门操作单元的另一个修改实例，其中EGR气门33和通道控制气门40连接到气门连杆72b的两个端部，并且由ECU60控制的致动器71b连接到枢轴连杆73b，枢轴连杆73b铰接地联接到气门连杆72b的中间部分。
在该配置中，致动器71a和气门连杆72b优选为铰接。
在此情形下，由ECU60操作的致动器71a通过拉动或推动铰接地联接到气门连杆72b的枢轴连杆73b，从而同时改变EGR气门33和通道控制气门40的开启量。
图5操作后状态显示了当EGR气门33完全开启且通道控制气门40完全闭合时的情形。
图6显示了利用根据本发明的第一示例性实施方式和第二示例性实施方式的基于涡轮增压器的发动机系统来提高燃料效率的逻辑过程。
在步骤S10中，随着发动机操作，根据发动机的操作的车辆信息从各个传感器输入到ECU60。
步骤S20是从车辆信息确定车辆的当前发动机操作部段的过程。在示例性实施方式中，操作部段分割为至少三个部分，使得通过对于各操作部段不同地控制EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50从而通过增压机20和200减缓增压滞后，进而可以提高低速/高负载部段中的可用性，并且通过与增压机20一起操作的LP-EGR30而极大地增大了低速/高负载部段中的燃料效率的提高率。
三个分割的操作部段是增压滞后和低扭矩部段、中负载部段以及中/高负载部段。
步骤S30是用于增压滞后和低扭矩部段的控制过程，其中在步骤S31中对增压机20和200进行操作，并且在从步骤S32开始的步骤S321至步骤S323中对EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50进行优化控制。
图7A显示了在增压滞后和低扭矩部段中对发动机系统进行控制，其在步骤S30中实施。
如图所示，在发动机系统中，ECU60并不单独地控制EGR气门33和通道控制气门40，而是利用气门操作单元70、70a和70b而整体地控制EGR气门33和通道控制气门40。
在示例性实施方式中，差别取决于ECU60在直接控制EGR气门33完全闭合时是否直接控制通道控制气门40按照相反的方式完全开启，或者取决于在连接EGR气门33和通道控制气门40的位置处的气门连杆72、72a和72b是否通过致动器71、71a和71b进行操作。
当在步骤S30中在增压滞后和低扭矩部段中对发动机系统进行控制时，增压机20和200从进气系统4的外部空气管线5吸入外部空气，并且将其输送到LP-EGR30的EGR管线31。
在此情形下，在步骤S321中旁通气门50完全闭合，且外部空气并不通过进气系统4导入，并且在步骤S322中EGR气门33同样完全闭合，且排放气体并不通过LP-EGR30导入，而在步骤S323中通道控制气门40完全开启，从而只有通过增压机20和200导入的外部空气供应到涡轮增压器10。
步骤S40是用于中负载部段的控制过程，其中在步骤S41中对增压机20和200进行操作，并且在从步骤S42开始的步骤S421至步骤S422中对EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50进行优化控制。
图7B显示了在中负载部段中对发动机系统进行控制，其在步骤S40中实施。
如图所示，经过进气系统4的外部空气的气流、通过增压机20和200的操作的外部空气的另一支气流、以及经过LP-EGR30的排放气体的气流在连接到涡轮增压器10的EGR管线31中形成。
在此状态下，在步骤S421中旁通气门50完全开启且外部空气经过进气气门4最大程度地导入，同时在步骤S422中EGR气门33和通道控制气门40按照相反的方式操作，从而当排放气体的流速增大时，经过增压机20和200的外部空气的气流并不导入或以相反的方式实施。
也就是说，当EGR气门33完全闭合时，已经完全开启的通道控制气门40完全闭合，或者当通道控制气门40完全闭合时，已经完全开启的EGR气门33完全闭合。
因此，流经进气系统4的外部空气的流速恒定，同时流经EGR气门33的排放气体的流速以及流经通道控制气门40的外部空气的流速可变地受到控制。
步骤S50是用于中/高负载部段的控制过程，其中在步骤S51中增压机20和200不操作，并且在从步骤S52开始的步骤S521至步骤S523中对EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50进行优化控制。
图7C显示了在中/高负载部段中对发动机系统进行控制，其在步骤S50中实施。
如图所示，流经LP-EGR30的外部气体的气流以及流经进气系统4的外部空气的气流在连接到涡轮增压器10的EGR管线31中形成，而增压机20和200并不操作，从而并不形成由于增压机20或200的操作而产生的外部空气的气流。
在此状态下，在步骤S521中EGR气门33完全开启，且排放气体经过LP-EGR30而最大程度地导入，同时在步骤S522中通道控制气门40完全闭合，且已经完全闭合的旁通气门50完全开启，从而使流经进气系统4的外部空气的流速可变地受到控制。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式的发动机系统基本上除了涡轮增压器10之外还包括电动或机械式增压机20和200以及LP-EGR30，并且对外部空气和排放气体的流速控制的EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50整体地进行操作，从而可以防止发动机室的布局变差，并实现小尺寸的发动机系统。
在根据本发明的示例性实施方式的发动机系统中，由于对外部空气和排放气体的流速控制的EGR气门33、通道控制气门40和旁通气门50对于增压滞后和低扭矩部段、中负载部段以及中/高负载部段中的每一个部段进行优化控制，所以通过增压机20和200减缓了增压滞后，从而除了提高低速/高负载部段的可用性之外，可以利用与增压机20一起操作的LP-EGR30而极大地增大在低速/高负载部段中提高的燃料效率的比率。
前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (14)

1.一种基于涡轮增压器的发动机系统，包括：
进气系统，所述进气系统包括空气滤清器，并且所述进气系统将外部空气供应到发动机内；
排气系统，所述排气系统包括至少一个或更多过滤器，并且所述排气系统将从发动机排出的排放气体排出到外部；
涡轮增压器，所述涡轮增压器通过所述排放气体进行操作，并且对供应到所述空气滤清器的外部空气进行过度供应；
增压机，所述增压机形成从所述进气系统的外部空气流部段分叉的另一支气流或外部空气；
排放气体再循环系统，所述排放气体再循环系统包括排放气体再循环管线，所述排放气体再循环管线将所述排气系统连接到所述涡轮增压器的压缩机，以便将从所述排气系统分叉的排放气体的气流输送到所述涡轮增压器；以及
气门单元，所述气门单元通过发动机控制单元的控制而改变所述涡轮增压器中的所述压缩机的前端部处的外部空气的气流、外部空气的所述另一支气流以及排放气体的气流，从而改变排放气体和通过所述涡轮增压器过度供应的外部气体的混合比；
其中所述气门单元包括：
排放气体再循环气门，所述排放气体再循环气门选择性地使从流体连接到所述涡轮增压器的排气管线分叉的排放气体流动到所述排放气体再循环管线；
旁通气门，所述旁通气门使通过所述进气系统的进气管线而导入的外部空气流动到所述排放气体再循环管线，其中所述空气滤清器流体连接到所述进气管线；以及
通道控制气门，所述通道控制气门使通过所述增压机而吸入的外部空气的所述另一支气流输送到所述排放气体再循环管线；
所述排放气体再循环气门和所述通道控制气门按照相反的方式整体地开启/闭合，并且所述旁通气门独立地开启/闭合。
2.根据权利要求1所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述增压机形成从外部空气的气流分叉的外部空气的所述另一支气流，该外部空气的所述另一支气流在所述进气系统的所述空气滤清器的后端部处形成，并且所述增压机将外部空气的气流直接输送到所述排放气体再循环的排放气体再循环管线。
3.根据权利要求2所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述增压机是电动式增压机。
4.根据权利要求1所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述增压机形成从外部空气的气流分叉的外部空气的所述另一支气流，该外部空气的所述另一支气流在所述进气系统的所述空气滤清器的后端部处形成，并且所述增压机将外部空气的气流从自所述增压机分叉的进气连接管线连接到所述排放气体再循环的排放气体再循环管线。
5.根据权利要求4所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述增压机是利用来自发动机的动力的机械式增压机。
6.根据权利要求1所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述排放气体再循环是低压排放气体再循环，所述排放气体再循环管线从所述排气系统的过滤器的后端部分叉，并且进一步包括事故备用过滤器。
7.根据权利要求6所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述排放气体再循环气门和所述通道控制气门通过气门操作单元而进行操作，所述气门操作单元由所述发动机控制单元进行控制。
8.根据权利要求7所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述气门操作单元包括：
致动器，所述致动器直接改变所述排放气体再循环气门和所述通道控制气门中的任意一个气门的开启量；以及
气门连杆，所述气门连杆将所述排放气体再循环气门或所述通道控制气门连接到两个端部，从而当这些气门中的任意一个开启时，另一个气门闭合。
9.根据权利要求7所述的基于涡轮增压器的发动机系统，其中所述气门操作单元包括：
气门连杆，所述气门连杆将所述排放气体再循环气门或所述通道控制气门连接到两个端部，从而当这些气门中的任意一个开启时，另一个气门闭合；以及
致动器，所述致动器直接操作所述气门连杆。
10.一种通过利用基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，包括：
a)根据发动机的操作而检测车辆信息，并且从所获取的车辆信息确定发动机操作部段；
b)将所述发动机操作部段分为增压滞后和低扭矩部段、中负荷部段以及中/高负荷部段；
c)在所述增压滞后和低扭矩部段中仅将流经增压机的外部空气供应到发动机内，在所述中负载部段中将流经进气系统的外部空气与流经所述增压机的外部空气和流经排放气体再循环的排放气体中的一个的气体混合物供应到发动机内，并且在所述中/高负载部段中将流经所述排放气体再循环的排放气体与流经进气系统的外部空气的气体混合物供应到发动机内，而并不导入经过所述增压机的另一支外部空气；并且
d)在步骤c)之后返回到步骤a)。
11.根据权利要求10所述的通过利用基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，其中在所述增压滞后和低扭矩部段中，所述增压机在所述排放气体再循环管线的接合处完全开启通道控制气门，以便使从所述进气系统吸入的外部空气全部通过，同时所述增压机在连接所述进气系统的位置处的所述排放气体再循环管线的接合处完全闭合旁通气门，并且完全闭合所述排放气体再循环管线中的排放气体再循环气门。
12.根据权利要求10所述的通过利用基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，其中在所述中负载部段中，在连接所述进气系统的位置处的所述排放气体再循环管线的接合处的旁通气门完全开启，同时当在连接所述增压机的位置处的所述排放气体再循环管线的接合处的通道控制气门完全闭合时，设置在所述排放气体再循环管线中的排放气体再循环气门完全开启或者按照相反的方式操作。
13.根据权利要求12所述的通过利用基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，其中当所述通道控制气门或所述排放气体再循环气门完全开启时，所述通道控制气门或所述排放气体再循环气门再次逐渐完全闭合。
14.根据权利要求10所述的通过利用基于涡轮增压器的发动机系统提高燃料效率的方法，其中在所述中/高负载部段中，设置在所述排放气体再循环管线中的排放气体再循环气门完全开启，同时在连接所述增压机的位置处的所述排放气体再循环管线的接合处的通道控制气门完全闭合，并且在连接所述进气系统的位置处的所述排放气体再循环管线的接合处已经完全闭合的旁通气门逐渐完全开启。
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