CN107313863B - 发动机系统以及发动机系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及发动机系统以及发动机系统的控制方法。发动机系统包括：进气通道；非停用排气通道；第二排气歧管；第一涡轮增压器，其包括第一涡轮，该第一涡轮利用经由第一排气歧管流动的排放气体来旋转；第二涡轮增压器，其包括第二涡轮，该第二涡轮利用经由第二排气歧管流动的排放气体来旋转；排气口；主进气循环通道，其经由第一涡轮增压器的压缩机来与进气通道连通，使得机械增压空气被供应至进气通道；子进气循环通道，其经由第二涡轮增压器的压缩机来与主进气循环通道连通，使得机械增压空气被供应至主进气循环通道；以及停用阀，其在第二涡轮增压器的压缩机与主进气循环通道之间，设置于子进气循环通道，以选择性地打开/关闭子进气循环通道。

Description

发动机系统以及发动机系统的控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年4月26日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请第10-2016-0050752号的优先权权益，并通过引用将其全文纳入本文。
技术领域
本发明涉及一种发动机系统及其控制方法。更具体地，本发明涉及改善了机械增压效率和热效率的发动机系统及其控制方法。
背景技术
一般而言，内燃机是这样的装置：通过在燃烧室中燃烧气体混合物而产生的热量和压力，内燃机利用来自热量和压力的能量而工作。作为内燃机，通常使用多缸发动机，所述多缸发动机具有多个汽缸，以增加动力并减小噪音和振动。
相比于汽油发动机，内燃机的柴油发动机通常效率高大约40％，这是由于柴油发动机的较高的压缩比。另外，在柴油发动机可以额外设置有将加压的空气供应给汽缸的装置(例如，涡轮增压器)和对温度较高的发动机的进气进行冷却的中间冷却器，从而对传统柴油发动机中的输出(低于汽油发动机的输出)进行改善，以使得传统柴油发动机中的输出等于或高于汽油发动机的输出。
同时，已经进行了降低燃料消耗并且同时增加具有涡轮增压器的发动机的中低速度区段的输出扭矩的研究，并且已经进行了高效地控制再循环排放气体的供应的研究。
作为根据该研究的一项技术，已经研发了发动机的停缸装置，当发动机在中低速度区段驱动时，该停缸装置通过将发动机中的多个汽缸中的一些汽缸停用来改善燃料效率。
例如，对于四缸发动机，该装置可以不在两个汽缸中喷射和点燃气体混合物，并且可以利用另外两个汽缸来操作发动机。
但是，当多个汽缸中的一些汽缸停用时，涡轮增压器的涡轮的排量会过大，机械增压或涡轮增压的效率会降低，再循环排放气体的供应会变差，并且热效率会降低。
公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本公开背景技术的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明致力于提供一种发动机系统及其控制方法，其优点为：即使在一些汽缸被停用时，也可以保证排放气体的机械增压效率和平顺供应。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以为这样的发动机系统：其具有多个汽缸，所述多个汽缸包括至少一个选择性地停用的停用汽缸和至少一个始终不停用的非停用汽缸。
一种发动机系统，其具有多个汽缸，所述多个汽缸包括至少一个选择性地停用的停用汽缸和至少一个始终不停用的非停用汽缸，该发动机系统可以包括：进气通道，其用于吸入外部空气，从而将外部空气传输至进气歧管，以将空气分别供应至多个汽缸；非停用排气通道，其用于接收来自非停用汽缸的排放气体；第一排气歧管，其用于接收来自非停用排气通道的排放气体；停用排气通道，其用于接收来自停用汽缸的排放气体；第二排气歧管，其用于接收来自停用排气通道的排放气体；第一涡轮增压器，其包括第一涡轮，所述第一涡轮利用经由第一排气歧管流动的排放气体来旋转；第二涡轮增压器，其包括第二涡轮，所述第二涡轮利用经由第二排气歧管流动的排放气体来旋转；排气口，其用于将经由第一涡轮增压器的第一涡轮和第二涡轮增压器的第二涡轮而流动的排放气体排出至外部；主进气循环通道，其经由第一涡轮增压器的压缩机而与进气通道连通，以使得机械增压空气被供应至进气通道；子进气循环通道，其经由第二涡轮增压器的压缩机而与主进气循环通道连通，以使得机械增压空气被供应至主进气循环通道；以及停用阀，其在第二涡轮增压器的压缩机与主进气循环通道之间，设置于子进气循环通道，从而选择性地打开/关闭子进气循环通道。
控制器可以控制停用阀的操作。
当停用汽缸被停用时，可以操作停用阀以关闭子进气循环通道。
再循环排放气体通道可以将非停用排气通道和第一排气歧管中的一个与进气通道连通，从而对非停用汽缸的排放气体进行再循环。
再循环阀可以选择性地打开/关闭再循环排放气体通道，控制器用于控制再循环阀的操作。
中间冷却器可以对具有高温的机械增压空气进行冷却，机械增压空气的高温是由第一涡轮增压器和第二涡轮增压器的压缩机引起的。
一种发动机系统控制方法，其用于控制发动机系统，所述发动机系统具有至少一个始终不停用的非停用汽缸、至少一个选择性地停用的停用汽缸、与所述非停用汽缸连通的第一排气歧管、与所述停用汽缸连通的第二排气歧管、包括第一涡轮的第一涡轮增压器、包括第二涡轮的第二涡轮增压器、经由第一涡轮增压器的压缩机来传输进气的主进气循环通道、以及经由第二涡轮增压器的压缩机来传输进气的子进气循环通道，所述第一涡轮利用经由第一排气歧管流动的排放气体来旋转，所述第二涡轮利用经由第二排气歧管流动的排放气体来旋转，所述控制方法可以包括：如果发动机启动，则确定是否满足用于对停用汽缸进行停用的CDA条件；确定是否执行停用汽缸的停用；中断停用汽缸的进气，以实现停用汽缸的停用；切断停用汽缸的燃料喷射，以实现停用汽缸的停用；当将停用汽缸停用时，关闭子进气循环通道。
可以同时执行中断进气、切断燃料喷射和关闭子进气循环通道的步骤。
该方法可以包括：如果执行并保持中断进气、切断燃料喷射和关闭子进气循环通道的步骤，则执行并保持CDA模式。
如果不满足CDA条件，或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则可以将进气供应至停用汽缸。
如果不满足CDA条件，或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则可以将燃料喷射至停用汽缸。
如果不满足CDA条件，或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则将子进气循环通道打开。
该方法可以包括：如果不满足CDA条件或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则执行并保持一般模式，在所述一般模式中，进气正常供应至停用汽缸，燃料正常喷射至停用汽缸，并且子进气循环通道打开。
该方法可以进一步包括：确定发动机的启动是否为OFF，如果发动机的启动为OFF，则该方法结束。
如果发动机的启动不为OFF，则该方法可以返回至确定是否满足CDA条件的步骤。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图2为根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细地描述。
图1为根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以包括：进气通道110、进气歧管114、发动机5、第一汽缸1、第二汽缸2、第三汽缸3、第四汽缸4、第一排气通道121、第二排气通道122、第三排气通道123、第四排气通道124、第一排气歧管125、第二排气歧管127、第一涡轮增压器10、第二涡轮增压器20、排气口129、主进气循环通道112、中间冷却器16、再循环排放气体通道130、再循环阀132、子进气循环通道118、停用阀30和控制器50。
进气通道110可以为这样的通道：其通过打开一般的节气门(未示出)而吸入外部空气。
进气歧管114可以形成为将通过进气通道110吸入的空气供应至发动机5的各个汽缸1、2、3、4。
发动机5可以具有四个汽缸，该四个汽缸包括第一汽缸1、第二汽缸2、第三汽缸3和第四汽缸4。本发明的示例性实施方案呈现了发动机5并且具有第一汽缸1、第二汽缸2、第三汽缸3和第四汽缸4，但是包含于多汽缸发动机5中的汽缸的数量并不限于此。这里，第一汽缸1、第二汽缸2、第三汽缸3、第四汽缸4的编号可以表示汽缸从发动机5的前方开始排列的顺序。
第一排气通道121可以与第一汽缸1连通，从而接收第一汽缸1的排放气体。
第二排气通道122可以与第二汽缸2连通，从而接收第二汽缸2的排放气体。
第三排气通道123可以与第三汽缸3连通，从而接收第三汽缸3的排放气体。
第四排气通道124可以与第四汽缸4连通，从而接收第四汽缸4的排放气体。
第一排气歧管125可以收集始终不停用的汽缸1和4的排放气体并且随后将排放气体排出，第二排气歧管127可以收集选择性地停用的汽缸2和汽缸3的排放气体并且随后将排放气体排出。此时，第一汽缸1和第四汽缸4为始终不停用的不停用汽缸，第二汽缸2和第三汽缸3为选择性地停用的停用汽缸。另外，根据发动机5的工作状态，可以选择性地实现第二汽缸2和第三汽缸3的汽缸停用(CDA)。同时，分别与第二汽缸2和第三汽缸3连通的第二排气通道122和第三排气通道123将被称为“停用排气通道122和停用排气通道123”，并且分别与第一汽缸1和第四汽缸4连通的第一排气通道121和第四排气通道124将被称为“非停用排气通道121和非停用排气通道124”。
这里，本领域技术人员已知的是，汽缸停用是通过停止点火、切断燃料喷射、中断进气等来实现的，因此将省略对其的详细描述。
第一涡轮增压器10和第二涡轮增压器20包括通过使用排放气体的能量而旋转的涡轮12和22，并且执行一般的涡轮增压器的功能：压缩机14和24直接与涡轮12和22连接，或直接与第一涡轮12和第二涡轮22连接，压缩机14和24推动机械增压的、或经涡轮增压、或加压的空气进入汽缸1、2、3和4，以改善发动机5的输出。同时，第一涡轮增压器10和第二涡轮增压器20可以为具有相同排量的涡轮增压器。另外，第一涡轮增压器10和第二涡轮增压器20的排量和容量可以小于设置有涡轮增压器的传统发动机中的涡轮增压器的排量和容量。
可以供应经由第一排气歧管125流动的排放气体，以使第一涡轮增压器10的涡轮12旋转，可以供应经由第二排气歧管127流动的排放气体，以使第二涡轮增压器20的涡轮22旋转。
排气口129可以合并经由第一涡轮增压器10的涡轮12和第二涡轮发动机20的涡轮22流动的排放气体，并且随后将排放气体排出至外部。
主进气循环通道112可以经由第一涡轮增压器10的压缩机14而与进气通道110连通。另外，流入主进气循环通道112的外部空气为机械增压空气，该机械增压空气由于穿过压缩机14而具有高温。
同时，随着排放气体经由第一排气歧管125(其可以与第一汽缸1和第四汽缸4连通)而流动，第一涡轮增压器10的涡轮12始终旋转(而与第二汽缸2和第三汽缸3的停用无关)，第一涡轮增压器10的压缩机14始终工作。因此，即使在第二汽缸2和第三汽缸3停用时，穿过主进气循环通道112的经由第一涡轮增压器10的压缩机14流动的空气的机械增压效率也可以得到保证。
中间冷却器16可以为这样的装置：其设置于主进气循环通道112，用于对由于压缩机14而具有高温的机械增压空气进行冷却。即，流入主进气循环通道112的外部空气可以顺序地穿过压缩机14和中间冷却器16，从而被供应至进气通道110。
再循环排放气体通道130的一端可以与第一排气通道1、第四排气通道4以及第一排气歧管125中的一个连通，第一汽缸1和第四汽缸4的排放气体可以穿过该第一排气歧管125，从而将第一汽缸1和第四汽缸4的部分排放气体的进行再循环。如图1所示，再循环排放气体通道130可以与第四排气通道4连通，但是不限于此。当再循环排放气体通道130打开时，经由经连通的第一排气通道1、第四排气通道4和第一排气歧管25流动的部分排放气体流入再循环排放气体通道130。另外，再循环排放气体通道130的另一端可以与进气通道110连通，从而使第一汽缸1和第四汽缸4的部分排放气体被供应至进气通道110，以被再循环。
再循环阀132设置于再循环排放气体通道130。另外，再循环阀132可以选择性地打开/关闭再循环排放气体通道130，以根据发动机5的状态和车辆的行驶状况而将第一汽缸1和第四汽缸4的部分排放气体选择性地供应至进气通道110。
子进气循环通道118可以经由第二涡轮增压器20的压缩机24而与主进气循环通道112连通。另外，流入子进气循环通道118的外部空气可以为机械增压空气，该机械增压空气由于穿过压缩机24而具有高温。此时，中间冷却器16可以将具有高温的机械增压空气冷却，该机械增压空气在被第二涡轮增压器20的压缩机24加热和/或加压后被供应至主进气循环通道112。
同时，由于当第二汽缸2和第三汽缸3停用时，没有排放气体经由第二排气歧管127流动，所以第二涡轮增压器20的涡轮22不旋转。因此，当第二汽缸2和第三汽缸3停用时，第二涡轮增压器20的压缩机24不工作。
停用阀30可以在第二涡轮增压器20的压缩机24和主进气循环通道112之间，设置于子进气循环通道118。另外，当第二汽缸2和第三汽缸3停用时，可以操作停用阀30以关闭子进气循环通道118，当第二汽缸2和第三汽缸3未停用时，可以操作停用阀30以打开子进气循环通道118。换言之，根据第二汽缸2和第三汽缸3的选择性停用，可以操作停用阀30以选择性地将子进气循环通道118与主进气循环通道112连通。
因此，在停用第二汽缸2和第三汽缸3的停用模式期间，经由第一涡轮增压器10的压缩机14流动的机械增压空气可以仅供应至进气通道110，而在未停用第二汽缸2和第三汽缸3的一般模式期间，经由第二涡轮增压器20的压缩机24流动的机械增压空气可以与经由第一涡轮增压器10的压缩机14流动的机械增压空气一起被供应至进气通道110。
控制器50可以与再循环阀132和停用阀30连接，从而控制再循环阀132和停用阀30的操作。此时，再循环阀132和停用阀30可以通过螺线管等而进行电操作，控制器50可以为一般的电子控制单元(ECU)，该控制器50监督管理车辆的电子装置的各种控制。
图2为根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的流程图。
如图2所示，在步骤S100，如果发动机5启动，则在步骤S110，控制器50可以确定是否满足汽缸停用条件(CDA条件)。这里，用于停用第二汽缸2和第三汽缸3的CDA条件可以为本领域技术人员根据发动机5的工作状态而预定的。
当满足CDA条件时，在步骤S120，控制器50可以确定是否执行第二汽缸2和第三汽缸3的停用。这里，通过接收关于车辆的行驶状况的信息，可以执行确定是否执行停用的步骤S120。
当确定执行第二汽缸2和第三汽缸3的停用时，在步骤S130，可以将第二汽缸2和第三汽缸3的进气中断。这里，本领域技术人员已知的是，通过进气阀(未示出)的停用，可以执行进气的中断。另外，可以通过控制器50来控制进气阀的停用。
当第二汽缸2和第三汽缸3的进气被中断时，在步骤S140，可以切断第二汽缸2和第三汽缸3的燃料喷射。这里，本领域技术人员已知的是，通过喷射器(未示出)的停用，可以执行燃料喷射的切断。另外，可以通过控制器50来控制喷射器的停用。
当切断第二汽缸2和第三汽缸3的燃料喷射时，控制器50可以控制停用阀30，使得在步骤S150关闭子进气循环通道118。
此时，根据本领域技术人员的设计，可以同时执行或顺序执行中断进气的步骤S130、切断燃料喷射的步骤S140以及关闭停用阀30的步骤S150。另外，如果执行并保持中断进气的步骤S130、切断燃料喷射的步骤S140以及关闭停用阀30的步骤S150，则在步骤S160，可以执行并保持发动机5的汽缸停用模式(CDA模式)。
如果在步骤S110不满足CDA条件，或者在步骤S120确定不执行第二汽缸2和第三汽缸3的停用，则在步骤S170可以将进气供应至第二汽缸2和第三汽缸3。即，所有汽缸1、2、3和4的进气阀可以正常工作，以供应进气。
当进气被供应至第二汽缸2和第三汽缸3时，在步骤S180，可以将燃料喷射至第二汽缸2和第三汽缸3。也就是说，所有汽缸1、2、3和4的喷射器可以正常工作，以喷射燃料。
当燃料喷射至第二汽缸2和第三汽缸3时，控制器50可以控制停用阀30，使得在步骤S190打开子进气循环通道118。另外，如果执行并保持正常供应进气的步骤S170、正常喷射燃料的步骤S180和打开停用阀30的步骤S190，则在步骤S200执行并保持发动机5的一般模式，从而使汽缸2和3不被停用。
当在步骤S160执行并保持发动机5的CDA模式，或者执行并保持发动机5的一般模式时，在步骤S210，控制器50可以持续地确定发动机5的启动是否为OFF。
如果发动机5的启动不是OFF，则可以返回步骤S110。
同时，如果发动机5的启动是OFF，则根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的控制方法可以在步骤S220结束。
根据本发明的示例性实施方案，由于即使当汽缸2和汽缸3停用时，也可以保证排放气体的机械增压效率和平顺供应，因此可以扩大发动机5的汽缸停用的区域。另外，即使当汽缸2和汽缸3停用时，也可以增加排放气体的温度，并且可以增强排放气体的后处理效率。因此，可以改善燃料消耗。
尽管已经结合当前视为实际的示例性实施方案描述了本发明，但是应当理解的是，本发明并不限于所公开的实施方案。相反，其旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种变化和等价配置。

Claims (15)

1.一种发动机系统，其具有多个汽缸，所述多个汽缸包括至少一个选择性地停用的停用汽缸和至少一个始终不停用的非停用汽缸，该发动机系统包括：
进气通道，其用于吸入外部空气，以将外部空气传输至进气歧管，使得空气分别供应至多个汽缸；
非停用排气通道，其用于接收来自非停用汽缸的排放气体；
第一排气歧管，其用于接收来自非停用排气通道的排放气体；
停用排气通道，其用于接收来自停用汽缸的排放气体；
第二排气歧管，其用于接收来自停用排气通道的排放气体；
第一涡轮增压器，其包括第一涡轮，所述第一涡轮利用经由第一排气歧管流动的排放气体始终旋转；
第二涡轮增压器，其包括第二涡轮，所述第二涡轮利用经由第二排气歧管流动的排放气体选择性地旋转；
排气口，其用于将经由第一涡轮增压器的第一涡轮和第二涡轮增压器的第二涡轮流动的排放气体合并并排出至外部；
主进气循环通道，其经由第一涡轮增压器的压缩机与进气通道连通，以使得机械增压空气被供应至进气通道；
子进气循环通道，其经由第二涡轮增压器的压缩机与主进气循环通道连通，以使得机械增压空气被供应至主进气循环通道；以及
停用阀，其在第二涡轮增压器的压缩机与主进气循环通道之间，设置于子进气循环通道，以选择性地打开/关闭子进气循环通道。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括控制器，所述控制器用于控制停用阀的操作。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，当停用汽缸被停用时，操作停用阀以关闭子进气循环通道。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括再循环排放气体通道，所述再循环排放气体通道用于将非停用排气通道和第一排气歧管中的一个与进气通道连通，以对非停用汽缸的排放气体进行再循环。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，进一步包括再循环阀和控制器，所述再循环阀设置为选择性地打开/关闭再循环排放气体通道，所述控制器用于控制再循环阀的操作。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括中间冷却器，所述中间冷却器用于对具有高温的机械增压空气进行冷却，机械增压空气的高温是由第一涡轮增压器和第二涡轮增压器的压缩机引起的。
7.一种发动机系统的控制方法，其用于控制发动机系统，所述发动机系统具有至少一个始终不停用的非停用汽缸、至少一个选择性地停用的停用汽缸、与非停用汽缸连通的第一排气歧管、与停用汽缸连通的第二排气歧管、包括第一涡轮的第一涡轮增压器、包括第二涡轮的第二涡轮增压器、经由第一涡轮增压器的压缩机传输进气的主进气循环通道、经由第二涡轮增压器的压缩机传输进气的子进气循环通道、以及排气口，所述第一涡轮利用经由第一排气歧管流动的排放气体始终旋转，所述第二涡轮利用经由第二排气歧管流动的排放气体选择性地旋转，所述排气口将经由第一涡轮增压器的第一涡轮和第二涡轮增压器的第二涡轮流动的排放气体合并并排出至外部，所述控制方法包括：
如果发动机启动，则确定是否满足用于对停用汽缸进行停用的汽缸停用条件；
确定是否执行停用汽缸的停用；
中断停用汽缸的进气，以实现停用汽缸的停用；
切断停用汽缸的燃料喷射，以实现停用汽缸的停用；
当将停用汽缸停用时，关闭子进气循环通道。
8.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，其中，同时执行中断进气、切断燃料喷射和关闭子进气循环通道的步骤。
9.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，进一步包括：如果执行并保持中断进气、切断燃料喷射和关闭子进气循环通道的步骤，则执行并保持汽缸停用模式。
10.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，其中，如果不满足汽缸停用条件，或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则将进气供应至停用汽缸。
11.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，其中，如果不满足汽缸停用条件，或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则将燃料喷射至停用汽缸。
12.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，其中，如果不满足汽缸停用条件，或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则将子进气循环通道打开。
13.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，进一步包括：如果不满足汽缸停用条件或者如果确定不执行停用汽缸的停用，则执行并保持一般模式，在所述一般模式中，进气正常供应至停用汽缸，燃料正常喷射至停用汽缸，并且子进气循环通道打开。
14.根据权利要求7所述的发动机系统的控制方法，进一步包括：确定发动机的启动是否为OFF，如果发动机的起动为OFF，则该方法结束。
15.根据权利要求14所述的发动机系统的控制方法，其中，如果发动机启动不为OFF，则方法返回至确定是否满足汽缸停用条件的步骤。
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