CN102859153A - 具有无级变速驱动系统的增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机系统，包括节气门，所述节气门构造成可变地打开和关闭，以选择地限制空气流的体积。所述发动机系统还包括增压器，所述增压器包括空气入口、空气出口、可旋转的驱动轴和与所述驱动轴相关的转子，其中所述增压器尺寸设定为具有基本上防止空气流的向后泄漏的流量。所述发动机系统还包括燃烧发动机和无级变速器（CVT），所述燃烧发动机包括燃烧室和相关的可旋转曲轴，所述无级变速器构造成在所述驱动轴与所述曲轴之间可变地传递旋转能。

Description

具有无级变速驱动系统的增压器

技术领域

本发明总体上涉及用于向发动机供给空气的容积式（positivedisplacement）空气泵。一种控制策略与固定容量增压器相结合而采用无级变速器。

背景技术

一般而言，提供给燃烧发动机的空气的量与发动机能提供的功率的量成正比地相关。所述功率可作为旋转轴能量供给至各种装置，包括诸如汽车之类的车辆。发动机功率与其输出轴每分钟转数（RPM）和轴所提供的转矩相关。为了在一定的发动机RPM下具有变化的输出功率，输出轴转矩必须变化。输出轴转矩是许多变量的函数，但很大程度上与进入发动机的空气量相关。

空气升压系统允许发动机消耗更多空气，从而能够在输出轴形成更大转矩。一种这样的升压系统为增压器（supercharger），所述增压器为包括带平行叶片的转子的容积式空气泵。增压器可向内燃发动机提供空气或其他气态物质。

增压器可与气流阀结合，以提供发动机所需的精确量的空气。由于增压器通常是针对固定空气体积设计的，所以也可包括旁通阀。当发动机不需要流经增压器的全部空气量时，旁通阀打开。然后允许过量空气团再循环和再次进入增压器的入口。被再循环的任何过量空气仍需要能量以进行泵送，因此降低了升压系统的总效率。

现有技术系统已使用具有附装到发动机的旋转曲轴和增压器的旋转轴上的带轮的固定带轮设计。随着发动机RPM和因此发动机对空气的需求增加，固定带轮允许增压器的转子更快地旋转，以提供额外的空气。带轮通常设定发动机RPM与增压器RPM之间的固定比率。虽然固定带轮系统获得了改变空气供给的优点，但所供给的空气并非始终为最佳的量。另外，使用固定比率导致这样的系统，其中发动机或增压器之一或两者不能在其完整的额定运行范围上使用，从而引起容量浪费。

发明内容

在一个实施例中，一种发动机系统可包括：节气门（throttle valve），所述节气门构造成可变地打开和关闭以选择性地限制空气流的体积；增压器，所述增压器包括空气入口、空气出口、可旋转的驱动轴和与所述驱动轴相关的转子；燃烧发动机，所述燃烧发动机包括燃烧室和相关的可旋转曲轴；和无级变速器（CVT），所述无级变速器构造成在所述驱动轴与所述曲轴之间可变地传递旋转能。所述增压器的尺寸可以设定为具有基本上防止空气流的向后泄漏的流量。

所述发动机系统可构造成使得节气门是打开的，CVT将旋转能从曲轴传递至驱动轴以使得驱动轴每分钟转数比曲轴多，并且增压器向燃烧发动机供给压缩体积的空气。

所述发动机系统可构造成使得节气门是打开的，CVT将旋转能从驱动轴传递至曲轴，转子接收转矩，并且增压器具有从空气入口至空气出口的负压差。

所述发动机系统也可构造成使得节气门是部分关闭的，CVT将旋转能从驱动轴传递至曲轴，转子接收转矩，并且增压器具有从空气入口至空气出口的负压差。

所述发动机系统还可包括排气再循环阀、进气歧管和排气歧管，其中进气歧管介于所述增压器与所述发动机之间，所述排气歧管从所述燃烧发动机接收空气，并且所述排气再循环阀从所述排气歧管向所述进气歧管可变地传输空气。

在另一个实施例中，一种空气传递系统可包括：容积式空气泵，所述容积式空气泵包括空气入口、空气出口、用于使空气从空气入口移至空气出口的至少一个转子、和连接到转子以旋转转子的驱动轴；阀，所述阀包括可变化移动的空气节流板；发动机，所述发动机包括空气燃烧室和相关的曲轴；和CVT，所述CVT具有用于传输可变数量的旋转能的装置。所述无级变速器可连接在驱动轴与曲轴之间，以用于传输旋转能。

应理解，前面的总体说明和以下的详细说明只是示例性和说明性的，并非对要求保护的发明的限制。

附图说明

结合在本说明书中并且构成其一部分的附图示出了本发明的几个实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是理想升压转矩曲线和现有技术转矩曲线的示例。

图2A是具有打开的上游节气门和经升压的空气供给的发动机系统的示例。

图2B是具有打开的上游节气门和增压器节流的发动机系统的示例。

图2C是具有部分关闭的上游节气门和增压器节流的发动机系统的示例。

图2D是具有打开的上游节气门和打开的排气再循环（EGR）阀的发动机系统的示例。

图3A是具有打开的下游节气门和经升压的空气供给的发动机系统的示例。

图3B是具有打开的下游节气门和增压器节流的发动机系统的示例。

图3C是具有部分关闭的下游节气门和增压器节流的发动机系统的示例。

图3D是具有打开的下游节气门和打开的EGR阀的发动机系统的示例。

图4是现有技术固定带轮比率系统增压器的示例的运行速度的曲线图。

图5是CVT和增压器装置的示例的运行速度的曲线图。

图6是示出了现有技术固定带轮比率增压器装置的示例中旁通的空气团的量的曲线图。

图7是现有技术固定带轮比率增压器装置的示例的入口功率的曲线图。

图8是CVT和增压器装置的示例的入口功率的曲线图。

图9是CVT和增压器装置的示例的功率节省的曲线图。

具体实施方式

现在对本发明的示例性实施例进行详细描述，这些实施例的示例在附图中示出。在可能的情况下，所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。在全部附图中，带有箭头的线表示空气路径。

现有技术的空气供给和发动机系统的一个示例可包括与发动机流体连通的增压器。现有技术的增压器可包括用于使一定体积的空气加速的至少一个带叶片的转子和相关的驱动轴。该驱动轴可与固定比率带轮系统相关。该固定比率带轮系统可包括连接到驱动轴的第一带轮和与发动机的曲轴相关的第二带轮。张紧带可布置在第一带轮和第二带轮上，以允许旋转功率从发动机曲轴传递至驱动轴。旋转功率传递比率的一个示例为4：1，其中发动机曲轴的每一圈转动引起驱动轴的四圈转动。这允许在每次发动机速度增加时增压器增加由转子传递的空气的体积。

由于供给至发动机的空气的量直接影响发动机的转矩输出，所以固定比率带轮系统将可预测体积的空气供给至发动机，以用于转矩的可预测增加。图1的线E示出了现有技术固定带轮比率增压发动机的转矩曲线。在直到点1的低发动机速度下，从发动机至增压器的能量传递不足以使转子足够快地旋转以产生理想数量的转矩。线F所示的理想转矩与现有技术转矩之差以D示出。由于诸多原因，点1是发动机运行范围上的最关键点之一。它是车辆已从怠速状态转入移动状态的点，并且通常为高负荷状态。

为了在点1获得理想转矩，增压器必须向发动机提供更多空气，但不允许超出其容量运行。在通过使用固定带轮系统使发动机速度和增压器速度直接关联的情况下，随着发动机速度增加，增压器存在过速的风险。因此，不能过多地增大带轮之间的比率以在点1获得接近理想的转矩，因为这将导致在后续的发动机运转速度下增压器过速。作为折衷，现有技术的设计通常接受转矩在点1降低，以使得在点2系统与理想转矩曲线匹配。经过这个点之后，增压器供给过多空气，但在其运行速度以内。如果空气被供给至发动机，则将导致以G示出的过量转矩产生。为了避免过剩转矩，通过例如旁通阀转移过剩空气，以防止空气过度供给至发动机的燃烧室。旁通阀可允许空气再循环或空气的排出。在任何一个方案中，都浪费了大量能量。

为了实现理想的升压转矩曲线，申请人提出使用无级变速器（CVT）代替固定比率带轮系统。增压器的速度可被控制成使得空气流输出与发动机所需的流量匹配。增压器速度的变化允许内燃发动机的转矩输出的更加定制化的（customized）变化。CVT可用于在指令的条件下“独立”于发动机RPM并“依赖于”期望的发动机空气流量来控制增压器的速度。

CVT可以是允许发动机曲轴与增压器驱动轴之间的旋转差的多种类型的装置之一。机械型超环面式（toroid）、带式、行星式或锥式CVT允许旋转能从曲轴传递至驱动轴。或者，CVT可为电动的，例如独立的电动马达。

CVT允许转子的驱动轴的一定速度范围。所述速度可大于或小于马达的每分钟转数（RPM）。CVT允许可定制的空气供给和因此可定制的转矩输出。可在点1的低发动机速度下实现高转矩输出，并且可在点2实现最佳转矩。在点3，增压器可基本上在发动机达到其峰值功率的同时达到峰值空气流量。对于点3上方的点，空气流量可保持几乎恒定。发动机输出转矩将降低，但输出功率将基本保持相同。代替区域G内的显著功率浪费，实现了功率节省。

通过使用CVT实现了额外的益处：可通过发动机降速将燃料经济性提高超过10%。发动机可在较低的发动机速度例如1200RPM下运行，这减少了发动机摩擦。理想地，发动机将在低发动机速度下产生高转矩，从而使降速益处最大化。现有技术的设计具有不足的升压或空气供给，但CVT设计允许增压器独立于发动机速度供给空气，这增加了在低发动机速度下的升压，其转化为增大的“低端转矩（low end torque）”。在低发动机速度而转矩更大的情况下，可在低发动机速度下使用更大的变速器传动比，这使得燃料经济性进一步提高。

可通过使用较小尺寸的增压器实现增压发动机的又一个益处。现有技术的设计基于在图1的点2所需的空气流来选择增压器尺寸。在大于点2的转速下，增压器效率受内部密封的限制。在低转速和因此高压力比率下，增压器效率由于空气从出口至入口在内部向后泄漏而降低。通过使用较小的增压器来实现理想的空气流量，空气的向后泄漏发生较少。较小的增压器必须在较高的转速下运行，以实现与较大的增压器相同的空气流量。

与CVT相结合使用较小增压器的最终益处是能消除旁通阀。CVT包括允许其沿最小值与最大值之间的一定范围的有效传动比连续切换的机构的组合。因此，可使增压器速度变化，以使得增压器仅提供发动机所需的精确空气。增压器可在低发动机速度下旋转较快以实现高升压，以及在高发动机速度下旋转较慢以防止过速。

控制CVT成为车辆电子装置的一部分，因此需要校准策略来确定增压器在所有条件下的位置、速度和功能。校准策略可由例如具有处理器、存储器、存储在存储器中的算法和控制电子装置的计算机执行。计算机也可用于控制其他装置，例如发动机、燃料喷射系统、节流构件和排气再循环阀。

以下示例进一步说明了固定比率带轮设计与CVT设计之间的对比。最高速度为6500RPM的2L发动机与最高速度为20,000RPM的0.57L增压器结合。示例1包括具有4：1的比率的固定带轮，以将能量从发动机传递至增压器。示例2使用具有一定范围的能量传输比率的CVT。

表1（示例1）示出了对于给定压力比率（竖直）和以RPM为单位的发动机速度（水平）的以RPM为单位的增压器速度。对于固定比率带轮示例，增压器速度与发动机速度线性相关。当发动机处于5000RPM时，增压器略微超过其容量。越过5500RPM的发动机速度后，增压器远超其限定速度。因此，为了保护增压器，发动机不能超过5000RPM运行。这导致容量的浪费，因为发动机未沿其全部运行范围加以利用。表1还通过空白单元格表明，固定比率带轮系统不能提供一定范围的压力比率。即，该系统不能在低发动机RPM下提供高升压。图4也示出了表1的结果，图4描绘了对照压力比率和以RPM为单位的发动机速度的以RPM为单位的增压器速度。

表1

表2（示例2）示出独立于发动机速度（水平）控制CVT驱动的增压器速度，并且实现了更大范围的压力比率（竖直）。增大的压力比率范围允许更大范围的升压值。另外，增压器对于高升压和低发动机RPM可以旋转较快，对于低升压和高发动机RPM可以旋转较慢。图5也示出了表2的结果，图5描绘了对照压力比率和以RPM为单位的发动机速度的以RPM为单位的增压器速度。

表2

由于表1的固定带轮比率增压器以固定比率被驱动，所以限定速度必须与最大发动机速度相匹配。因此，在固定带轮示例中无法实现使发动机在5000RPM以上旋转而不损坏增压器。

表2的CVT示例中的相同容量增压器具有相同的限定速度，但带轮比率可改变，以允许增压器在发动机的运行范围上沿其峰值限定速度运行。

最传统的火花点火式内燃发动机利用空气流量限制部件例如节气门体部中的节气门在进气歧管中形成亚大气压（subatmospheric pressure）。为了形成亚大气压，消耗了功率。

当与增压器结合使用CVT时，增压器的较大运行自由度导致功率节省。转子可被控制成迫使空气流向发动机，或限制空气流向发动机。通过经由CVT减慢转子，从而形成空气限制，与现有技术相比，能以较小的功率消耗在进气歧管中形成亚大气压入口条件。可经由CVT的功率传输比率的变化来实现减慢转子，如下文更详细说明的，所得到的在转子上形成的转矩可被供给回到发动机曲轴以用于系统中。

通过CVT驱动的增压器，CVT可充分减慢带叶片的转子，以执行一部分或全部以前由节气门提供的必需的限制。这在增压器两侧形成了负压差。所述负压差将在转子上产生转矩。驱动系统和发动机曲轴必须抵抗所述转矩，但一般而言，转子上的一部分转矩能被供给回到发动机曲轴。转矩传递导致系统的能量增益。

除功率传递的益处以外，负压差对于诸如控制歧管压力以确保充足的排气再循环（EGR）之类的策略而言是有益的。即，负压差有助于从接近大气压的排气流吸取空气，使其经过EGR阀，并回到发动机的进气流中。

图2A-3D中示出转矩能传递的示例。图2D和3D还示出EGR益处。所述示例包括作为容积式空气泵的增压器201、201’、201”、201”’、301、301’、301”和301”’，所述容积式空气泵包括带平行叶片的转子。可通过选择适当尺寸的增压器和通过控制转子的运动来控制空气流体积、空气流量和空气流压力。虽然在示例中示出了特定的大气压和比率，但可通过选择转子速度、CVT设置、节气门位置、发动机尺寸、增压器尺寸、带轮比率或发动机速度中的一个或多个来实现其他值。除了所示的单个值外，每个图2A-3D中的系统还可实现一定范围的正和负压力值，因此允许系统在宽范围的负荷和环境条件下运行。例如，该系统可产生相当大的低端转矩并在高海拔地区运行。

图2A-3D的示例使用限定速度为20,000RPM的0.57L增压器。CVT206、206’、206”、206”’、306、306’、306”和306”’控制相关的增压器转子的转速并且可以是机械式或电动马达式中的任一种，包括例如超环面式、带式、行星式和锥式。虽然图2A-3D示出了带和带轮式CVT，但也可使用其他能量传递或传输CVT。

发动机203、203’、203”、203”’、303、303’、303”和303”’可为用于汽车的燃烧型，或其他发动装置，并且可包括4、6、8或12个气缸。内部曲轴连接到连杆，以便由与各气缸相关的活塞致动。还包括油槽、活塞密封件和火花塞。每个气缸具有用于交换空气的至少一个气门，但也可具有更多气门，例如两个进气门和两个排气门。进气歧管系统可与进气门相关以分配空气，并且可包括若干空气导管，其在一个示例中布置为一个导管用于一个进气门，或者歧管系统可包括单个分配体。另外，排气门可具有相关的排气歧管系统，该排气歧管系统包括用于各排气门的排气导管，或者包括单个分配体。

节气门210、210’、210”、210”’、310、310’、310”和310”’可为用于选择性地限制流经系统的空气的体积的任何本领域认可的节流机构，包括例如带有可旋转的蝶形板的通道，或带有可旋转的贯通板的通道。

图2A示出了升压状态、带209张力和压力测量值P1、P2、P3和P4之间的关系的示例。打开的节气门210接收接近环境压力的空气，例如P1=~100kPa。节气门210可以任选地将空气压力调节为大气压。增压器201然后经由CVT 206接收正驱动功率以旋转转子，由此吸入压力P2=100kPa的空气并迫使空气通过转子且流向中间冷却器202。增压器201在P3形成较高压力的空气流，所述压力可为P3=200kPa，从而形成P3/P2=2.0的有效压力比率。

CVT 206在高传递比率下运行，以将大量能量从发动机203传递至增压器201。横越CVT带轮207和发动机带轮208的带209在发动机拉动侧的张力大于在增压器拉动侧的张力。如该示例所示，T1=400N且T2=1000N。即，增压器201从发动机203吸取转矩功率，以形成压力为P3的高压空气。

来自中间冷却器202的空气进入发动机203的燃烧室，空气在所述燃烧室中用于燃烧过程，并朝消声器205离开。离开的空气的压力P4=~100kPa加上来自排气限制的压力。

图2B示出了在增压器201’上游具有发动机节气门210’的示例。发动机节气门210’是打开的。当不需要来自增压器201’的升压时，CVT 206’控制增压器201’的速度，使得增压器201’提供全部的发动机节流功能。因此，增压器201’以负驱动功率运行。即，CVT 206’是返回向发动机203’的曲轴提供转矩能的管路。CVT 206’以低比率运行，意味着从曲轴向增压器的能量传递低于从增压器返回向曲轴的能量传递。带209’通过其张紧来协助能量传递。如图2B所示，带209’跨越CVT带轮207’和发动机带轮208’张紧。带209’的增压器拉动侧具有张力T1=700N，该张力大于带209’的发动机拉动侧的张力T2=400N。即，增压器201’向发动机203’提供转矩功率。

在图2B的示例中，在增压器201两侧出现压降。例如，空气在环境压力下进入系统，例如P1=~100kPa。节气门210’可以任选地将空气压力调节为大气压。然后，对于P3/P2=0.8的有效压力比率，空气在P2=100kPa下进入增压器201’并在P3=80kPa下离开。减压空气在任选的中间冷却器202’中冷却并被提供给发动机203’。在用于燃烧室中之后，消耗的空气在压力P4=100kPa加上来自排气限制的附加压力下进入任选的消声器205’。

图2C示出了具有来自发动机节气门210”和增压器201”两者的发动机节流功能的示例。这一组合形成在P2的压降和在P3的第二压降。

发动机节气门210”位于增压器201”上游并部分关闭。当不需要来自增压器201”的升压时，CVT 206”控制增压器201”的速度，使得增压器201”提供一部分发动机节流功能。其余节流功能由节气门210”提供。具有处理器和存储有控制算法的存储器的计算机系统对于由增压器201”和节气门210”提供的节流范围可以有所帮助。

增压器201”以负驱动功率运行。即，CVT 206”是提供回到发动机203”的曲轴的转矩能的管路。CVT 206”以低比率运行，意味着从曲轴向增压器的能量传递低于从增压器返回向曲轴的能量传递。带209”跨CVT带轮207”和发动机带轮208”被张紧。

在所示示例中，带209”的增压器拉动侧具有张力T1=600N，该张力大于带209”的发动机拉动侧的张力T2=400N。即，增压器201”向发动机203”的曲轴提供转矩功率。

该示例中还示出空气在环境压力或P1=~100kPa下进入系统。在受节气门210”影响之后，对于P3/P2=0.8的有效压力比率，空气在P2=80kPa下进入增压器201”并在P3=65kPa下离开。减压空气在任选的中间冷却器202”中冷却并被提供给发动机203”。在用于燃烧室中之后，消耗的空气在压力P4=100kPa加上来自排气限制的附加压力下进入任选的消声器205”。

图2D是在增压器201”’上游具有节气门210”’的最后示例。该示例还包括排气再循环（EGR）阀211。CVT 206”’控制增压器201”’的速度，以使得增压器201”’提供该示例的全部所需的发动机节流。发动机节气门210”’位于增压器201”’上游并且打开。增压器201”’以负驱动功率运行。即，CVT 206”’是提供回到发动机203”’的曲轴的转矩能的管路。CVT 206”’以低比率运行，意味着从曲轴向增压器的能量传递低于从增压器返回向曲轴的能量传递。带209”’跨越CVT带轮207”’和发动机带轮208”’张紧。在该示例中，带209”’的增压器拉动侧具有张力T1=700N，该张力大于带209”’的发动机拉动侧的张力T2=400N。即，增压器201”’向发动机203”’的曲轴提供转矩功率。

空气在环境压力P1=~100kPa下进入系统。节气门210”’可以任选地将空气压力调节为大气压。然后，对于P3/P2=0.8的有效压力比率，空气在P2=100kPa下进入增压器201”’并在P3=80kPa下离开。减压空气在任选的中间冷却器202”’中冷却并被提供给发动机203”’。在用于燃烧室中之后，用过的空气在压力P4=100kPa加上来自排气限制的附加压力下朝任选的消声器205”’离开。一部分或全部用过的空气可经由排气再循环（EGR）阀211再循环到进入发动机203”’的空气流中，或者一部分或全部用过的空气可经消声器205”’离开系统。

EGR阀可用于当排气进入发动机203”’的进气歧管是有益的情况下。进气歧管介于中间冷却器202”’与发动机203”’之间。因为空气由于压力差而流动，所以进气系统中的较低压力促使空气从处于P4的接近大气压的排气流入略低于大气压的进气歧管中。

图3A-3D示出了节气门位于增压器下游的示例。图3A示出了空气在环境压力P5=~100kPa下进入增压器301。增压器301提供升压，该升压使空气压力上升到大气压之上，并且空气在压力P6例如P6=200kPa下离开。在该示例中，有效压力比率为P6/P5=2.0。然后，空气进入任选的中间冷却器302并被供给至打开的节气门310。离开节气门310的空气也处于压力P7=200kPa下，并用于燃烧发动机303中。用过的空气离开发动机303并在压力P8=~100kPa加上来自排气限制的附加压力下进入任选的消声器304。

CVT306以高传递比率运行，以将大量能量从发动机303的曲轴传递至增压器301的转子驱动轴。横越CVT带轮307和发动机带轮308的带309在发动机拉动侧的张力T4大于在增压器拉动侧的张力T3。例如，T4=1000N且T3=400N。即，增压器301从发动机303吸取转矩功率，以在P6形成高压空气。

图3B示出了提供发动机节流的增压器301’的示例。该系统不需要通过增压器301’进行空气升压，因此CVT 306’控制增压器301’的速度，以使得增压器301’提供全部发动机节流功能并使得带叶片的转子减慢以在转子上形成转矩。该转矩经由CVT 306’上的低传递比率被供给至发动机303’的曲轴。带309’跨越CVT带轮307’和发动机带轮308’。带309’的增压器拉动侧的张力T3大于带309’的发动机拉动侧的张力T4。换言之，增压器301’的驱动功率为负。在所示示例中，T3=700N且T4=400N。

空气在环境压力P5=~100kPa下进入增压器301’。增压器301’两侧具有负压差，并且对于P6/P5=0.8的有效压力比率，空气在压力P6=80kPa下离开。然后，空气进入任选的中间冷却器302’并被供给至打开的节气门310’。离开节气门310’的空气处于压力P7=80kPa下，并用于燃烧发动机303’中。用过的空气离开发动机303’并在压力P8=~100kPa加上来自排气限制的附加压力下进入任选的消声器304’。

图3C示出通过增压器301”和节气门310”两者实现发动机节流的示例。增压器301”并未提供全部节流功能。因此，节气门310”部分关闭，以提供一部分用于发动机303”的节流功能。具有处理器和存储有控制算法的存储器的计算机系统对于由增压器301”和节气门310”提供的节流范围可以有所帮助。

该系统不需要通过增压器301”进行空气升压，因此CVT 306”控制增压器301”的速度，以使得增压器301”提供一部分发动机节流功能并使得带叶片的转子减慢以在转子上形成转矩。来自转子的转矩经由CVT 306”上的低传递比率被供给至发动机303”的曲轴。带309”跨越CVT带轮307”和发动机带轮308”。在此示例中，带309”的增压器拉动侧的张力T3=700N大于带309”的发动机拉动侧的张力T4=400N。换言之，增压器301”的驱动功率为负。

压力为P5=~100kPa的空气进入增压器301”。增压器301”两侧具有负压差，并且对于P6/P5=0.8的有效压力比率，空气在压力P6=80kPa下离开。然后，空气进入任选的中间冷却器302”并被供给至部分关闭的节气门310”。离开节气门310”的空气处于压力P7=65kPa下，并用于燃烧发动机303”中。用过的空气离开发动机303”并在压力P8=~100kPa加上来自排气限制的附加压力下进入任选的消声器304”。

图3D示出了具有排气再循环（EGR）的下游节流的示例，其中增压器301”’经由来自CVT 306”’的速度控制提供一部分或全部节流。增压器301”’以负驱动功率运行。即，CVT 306”’是提供回到发动机303”’的曲轴的转矩能的管路。CVT 306”’以低比率运行，意味着从曲轴向增压器的能量传递低于从增压器返回向曲轴的能量传递。带309”’跨越CVT带轮307”’和发动机带轮308”’张紧。在该示例中，带309”’的增压器拉动侧具有张力T3=700N，该张力大于带309”’的发动机拉动侧的张力T4=400N。即，增压器301”’向发动机303”’的曲轴提供转矩功率。

空气在压力P5=~100kPa下进入增压器301”’。对于P6/P5=0.8的有效压力比率，空气在P6=80kPa下离开。减压的空气在任选的中间冷却器302”’中冷却并被提供给打开的节气门310”’，该节气门将空气输送至发动机303”’。在用于燃烧室中之后，用过的空气在压力P4=100kPa加上来自排气限制的附加压力下朝任选的消声器304”’离开。一部分或全部用过的空气可经由排气再循环（EGR）阀311再循环到进入发动机303”’的空气流中，或者一部分或全部用过的空气可经消声器304”’离开系统。

EGR阀可用于当排气进入发动机303”’的进气歧管是有益的情况下。进气歧管介于中间冷却器302”’与发动机303”’之间。因为空气由于压力差而流动，所以进气系统中的较低压力促使空气从处于P4的接近大气压的排气流入略低于大气压的进气歧管中。

CVT 206、206’、206”、206”’、301、301’、301”、301”’允许转子速度的精确控制，因此还允许为了燃烧而供给的空气团的体积的精确控制。由于精确的空气团控制，在图2A-3D的示例中不需要旁通阀。消除旁通阀导致示例系统的功率节省。

图6示出了对于2L发动机在现有技术固定带轮比率0.57L增压器中旁通的空气团的百分比。现有技术系统仅在一部分运行范围上针对最佳运行予以设计，这使得在其余运行范围上吸入过剩空气团。在低发动机RPM和高压力比率下，很少或没有空气团被旁通。随着压力比率减小和发动机速度增加，使用旁通阀旁通的全部空气团体积的百分比增大。旁通的空气团需要额外的发动机功率来驱动现有技术增压器，如图7所示。

当使用CVT驱动代替固定带轮比率设计时，增压器在低发动机速度下旋转较快以增加升压，在较高的发动机速度下旋转较慢以防止增压器过速。图8中示出了CVT驱动的增压器所需的发动机功率。

比较图7和8，图7中在低发动机速度下缺失的单元格表明现有技术增压器不能提供用于空气团吸入的高压力比率。然而，图8的CVT驱动的增压器可在整个发动机运行范围上提供用于空气团吸入的高压力比率。

图9示出了通过运行带有CVT驱动而不是固定带轮比率设计的增压器所节省的输入功率。在部分负荷条件下，通过CVT驱动实现的输入功率节省在4000-4500发动机RPM下为大约3-5kW，在2000-2500RPM下为1-1.5kW。对于2L发动机，功率节省在低负荷至中负荷下转化为大约1-3%的燃料经济性增益。CVT驱动的增压器实现了在低发动机速度下的更高压力比率（更多“低端升压”）和减小的增压器输入功率的组合益处。

在前面的说明书中，已参考附图描述了各种优选实施例。然而，显而易见的是，可对其作出各种其他变型和改变，并且可实现其他实施例，而不脱离如以下权利要求中阐述的本发明的更宽泛的范围。例如，可执行其他压力值P1-P8以实现其他运行条件。此外，也可调节带的张力T1-T4。说明书和附图因此应被视为说明的意义而不是在限制的意义。

通过考虑这里公开的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对本领域技术人员来说将显而易见。说明书和示例应当被认为只是示例性的，本发明的真实范围和精神由以下权利要求给出。

Claims (18)

1.一种发动机系统，包括：

节气门，所述节气门构造成可变地打开和关闭以选择性地限制空气流的体积；

增压器，所述增压器包括空气入口、空气出口、可旋转的驱动轴和与所述驱动轴相关的转子，其中所述增压器尺寸设定为具有基本上防止空气流的向后泄漏的流量；

燃烧发动机，所述燃烧发动机包括燃烧室和相关的可旋转曲轴；和

无级变速器（CVT），所述无级变速器构造成在所述驱动轴与所述曲轴之间可变地传递旋转能。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于：

所述节气门是打开的，

所述CVT构造成将旋转能从所述曲轴传递到所述驱动轴，以使得所述驱动轴每分钟转数多于所述曲轴；以及

所述增压器构造成向所述燃烧发动机供给压缩体积的空气。

3.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于：

所述节气门是打开的，

所述CVT构造成将旋转能从所述驱动轴传递至所述曲轴，

所述转子构造成接收转矩，以及

所述增压器构造成具有从所述空气入口至所述空气出口的负压差。

4.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于：

所述节气门是部分关闭的，

所述CVT构造成将旋转能从所述驱动轴传递至所述曲轴，

所述转子构造成接收转矩，以及

所述增压器构造成具有从所述空气入口至所述空气出口的负压差。

5.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于：还包括排气再循环阀、进气歧管和排气歧管，其中所述进气歧管介于所述增压器与所述发动机之间，所述排气歧管从所述燃烧发动机接收空气，并且所述排气再循环阀从所述排气歧管向所述进气歧管可变地传输空气。

6.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述增压器介于所述发动机与所述节气门之间。

7.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述节气门介于所述增压器与所述发动机之间。

8.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述CVT是电动马达、超环面式变速器、带和带轮式变速器或锥式变速器中的一种。

9.根据权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述CVT限制旋转能从所述曲轴传递至所述驱动轴，以使得所述转子阻止空气通过所述增压器，由此在所述转子上形成转矩。

10.根据权利要求9所述的发动机系统，其特征在于，所述转矩被传递至所述驱动轴并且所述CVT将所述转矩传递至所述曲轴。

11.一种空气传递系统，包括：

容积式空气泵，所述容积式空气泵包括空气入口、空气出口、用于使空气从所述空气入口移至所述空气出口的至少一个转子、以及连接到所述转子以旋转所述转子的驱动轴；

阀，所述阀包括可变化移动的空气节流板；

发动机，所述发动机包括空气燃烧室和相关的曲轴；和

无级变速器（CVT），所述无级变速器具有用于传输可变数量的旋转能的装置，

其中，所述CVT连接在所述驱动轴与所述曲轴之间以用于传输旋转能。

12.根据权利要求11所述的空气传递系统，其特征在于，所述CVT控制所述驱动轴的转速。

13.根据权利要求12所述的空气传递系统，其特征在于，所述驱动轴以比所述曲轴大的每分钟转数（RPM）旋转，由此使所述容积式空气泵的所述转子旋转，以向所述发动机提供加压空气。

14.根据权利要求12所述的空气传递系统，其特征在于，所述曲轴以比所述驱动轴大的RPM旋转。

15.根据权利要求14所述的空气传递系统，其特征在于，所述驱动轴的转速足够慢以使所述转子阻止空气流，由此在所述转子上形成转矩。

16.根据权利要求14所述的空气传递系统，其特征在于，所述驱动轴的转速足够慢以使所述转子阻止空气流，由此形成在所述容积式泵两侧的负压差。

17.根据权利要求16所述的空气传递系统，其特征在于，所述发动机包括与所述空气燃烧室相关的进气歧管，并且所述负压差在所述进气歧管中形成亚大气压。

18.根据权利要求17所述的空气传递系统，其特征在于，还包括：

与所述空气燃烧室相关的排气歧管；和

排气再循环阀，所述排气再循环阀用于从所述排气歧管向所述进气歧管可变地传输空气。

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