CN107762620A - 发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机系统，其可以包括：发动机，其包括第一缸排和第二缸排；节气门；第一排气歧管，其将从第一缸排的汽缸排出的废气聚集以供应至第一排气管；第二排气歧管，其将从第二缸排的汽缸排出的废气聚集以供应至第二排气管；涡轮增压器，其包括涡轮和压缩机，所述涡轮通过经由第一排气歧管排出的废气而旋转，所述压缩机与所述涡轮一起旋转；停缸(CDA)装置，其选择性地使所述第一缸排的汽缸停止工作；增压器，其包括电机和电动压缩机，所述电动压缩机由所述电机操作。

Description

发动机系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求2016年8月22日提交的韩国专利申请第10-2016-0106270号的优先权及其权益，上述申请的全部内容通过引用的方式结合于此。

技术领域

本发明涉及一种发动机系统。更特别地，本发明涉及这样一种发动机系统，其包括涡轮增压器和电动增压器，并基于车辆行驶区间通过停缸(CDA)装置而使一部分汽缸停止工作。

背景技术

车辆的发动机以适当的比例燃烧从外部流入的空气和燃料的混合物从而产生动力。

在通过驱动发动机而产生动力的过程中，必须适当地供应用于燃烧的外部空气以获得预期的输出功率和燃烧效率。为此，使用涡轮增压器，该涡轮增压器是对用于燃烧的空气进行涡轮增压从而增加发动机的燃烧效率的装置。

通常，涡轮增压器是这样的装置，其通过使用从发动机排放的废气的压力而使涡轮旋转，由此通过利用其旋转力而将高压空气供应至汽缸从而增加发动机的输出。涡轮增压器应用至大多数的柴油发动机，近来也已经应用至汽油发动机。

涡轮增压器包括废气旁通阀，该废气旁通阀控制从汽缸排放以用于供应至涡轮的废气量。涡轮增压器中所使用的废气旁通阀的成本很高。

已经使用电动增压器作为进气增压装置的另一个示例，电动增压器使用电机以驱动压缩机从而压缩外部空气。由于电动增压器由电池驱动，因而增压较少，其主要是在低速且低负荷区间将经增压的空气供应至汽缸。

通常，通过废气操作的涡轮增压器(下文称为“机械增压器”)具有较低的反应能力，并且由于背压值而难于实现较高的压缩比。

通常，在车辆所使用的电动增压器中，由于电机的输出功率有限，因而进行增压的区间限于低速和中速区间。

因此，需要开发包括机械增压器和电动增压器的新理念发动机系统。

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新理念发动机系统，其包括通过废气运行的机械涡轮增压器和通过电机运行的电动涡轮增压器。

此外，本发明的各个方面致力于提供一种发动机系统，其通过在低速区间由停缸(CDA)装置而使一部分汽缸不工作，并且使从工作汽缸排出的废气绕过涡轮增压器，来降低背压并实现高压缩比。

并且，本发明的各个方面致力于提供一种发动机系统，其通过在低速区间使一部分汽缸不工作而减少不必要的泵送损失并且改进燃料消耗。

发动机系统可以包括：发动机，其包括第一缸排和第二缸排，所述第一缸排和所述第二缸排包括多个汽缸，所述汽缸通过燃料的燃烧而产生驱动转矩；节气门，其设置于进气歧管，所述进气歧管将进气分配至第一缸排和第二缸排的汽缸，以控制进气的进气量；第一排气歧管，其将从第一缸排的汽缸排出的废气聚集以供应至第一排气管；第二排气歧管，其将从第二缸排的汽缸排出的废气聚集以供应至第二排气管；涡轮增压器，其包括涡轮和压缩机，所述涡轮通过经由第一排气歧管排出的废气而旋转，所述压缩机与所述涡轮一起旋转以压缩外部空气；停缸(CDA)装置，其选择性地使所述第一缸排的汽缸停止工作；增压器，其包括电机和电动压缩机，所述电机将经增压的空气供应至汽缸，所述电动压缩机由所述电机操作，其中，经由第二排气歧管排放的废气不流经所述涡轮而被排出。

旁通管可以设置于进气管，所述旁通管使供应至增压器的一部分空气旁通，旁通阀可以安装于所述旁通管。

CDA装置可以在低速低负荷区间工作，以使所述第一缸排的汽缸停止工作。

当第一缸排的汽缸通过CDA装置而停止工作时，发动机负荷可以通过增压器的增压压力和节气门的开启而得以控制。

在低速高负荷区间中，CDA装置可以不工作，发动机负荷可以通过增压器的增压压力和节气门的开启而得以控制，所述旁通阀可以是堵塞的。

在中速区间中，发动机负荷可以通过涡轮增压器和增压器的增压压力和节气门的开启而得以控制，所述旁通阀可以是堵塞的。

在高速区间中，增压器可以不工作，发动机负荷可以通过涡轮增压器的涡轮增压压力和节气门的开启而得以控制。

所述发动机可以为V型发动机

所述发动机可以为W型发动机

根据本发明的示例性实施方案的发动机系统，从一部分汽缸排出的废气使涡轮增压器运行，从其余汽缸排出的废气直接排出至废气处理装置，从而可以降低背压并可以实现较高的压缩比发动机。

而且，从一部分汽缸排出的废气使涡轮增压器运行，从其余汽缸排出的废气直接排出至废气处理装置70，从而可以省略高成本的废气旁通阀。

而且，在低速区间，通过CDA装置而使一部分汽缸停止工作并且供应至其余汽缸的空气由电动增压器增压，从而可以在低速区间实现较高的反应能力。

在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方案中，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

附图说明

图1为显示根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的构造的示意图。

图2为显示根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的构造的侧视图。

图3为显示根据本发明的另一示例性实施方案的发动机系统的构造的示意图。

图4为显示根据本发明的另一示例性实施方案的发动机系统的构造的侧视图。

图5为根据本发明的示例性实施方案的行驶区间的曲线图。

应理解的是，附图呈现了描述本发明基本原理的各个特征的一定程度的简化表示，从而不一定是按比例绘制的。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。

在这些图中，对于附图的多幅图，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示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案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，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案。

下文将参考所附附图对本发明的示例性实施方案进行更为全面的描述，在这些附图中显示了本发明的示例性实施方案。正如本领域技术人员将意识到的那样，可以对所描述的实施方案进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本发明的精神或范围。

为了更为清楚地进行描述，没有示出与示例性实施方案的描述无关的部分，在整个说明书中相同的附图标记指示相同的元件。

选择性地提供附图中所示的构造的尺寸和厚度以便于描述，因此本发明并不限于附图中所示的那些内容，并且放大了厚度以使某些部件和区域更为清楚。

现在将参考所附附图对根据本发明的示例性实施方案的发动机系统进行描述。

图1为显示根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的构造的示意图。图2为显示根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的构造的侧视图。

如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统包括：发动机、涡轮增压器50、CDA(停缸)装置30、电动增压器60和排气歧管，其中发动机包括通过燃料燃烧而产生驱动转矩的多个汽缸，涡轮增压器50将经涡轮增压的空气供应至汽缸，CDA(停缸)装置30选择性地使一部分汽缸停止工作，电动增压器60将经增压的空气供应至汽缸并由电机62操作，排气歧管连接至汽缸。

发动机分为第一缸排10和第二缸排20，每个缸排都包括多个汽缸。发动机可以是V型发动机，其中第一缸排10的汽缸11、12、13和14和第二缸排20的汽缸21、22、23和24设置成基于曲轴分开预定角度(a度的角度)(例如60度-120度)。

发动机可以是六缸发动机，其中每个缸排包括三个缸。然而，本发明的范围不限于此，发动机可以实施为八缸发动机或者十二缸发动机。

可选地，如图3和图4所示，发动机分为第一缸排10和第二缸排20，第一缸排10的汽缸分为第一汽缸组11’、13’和15’和第二汽缸组12’、14’和16’，第一汽缸组11’、13’和15’和第二汽缸组12’、14’和16’设置成基于曲轴分开第一预定角b(例如15度)，第二缸排20的汽缸分为第三汽缸组21’、23’和25’和第四汽缸组22’、24’和26’，第三汽缸组21’、23’和25’和第四汽缸组22’、24’和26’基于曲轴分开第二预定角b(例如15度)，第一缸排10和第二缸排20设置成分开第三预定角c(例如70度)，由此形成W型发动机。

在该情况下，发动机可以为十二缸发动机，其中每个缸排包括六个汽缸。然而，本发明的范围不限于此，发动机可以实施为十六缸发动机或者更多缸发动机。

再次参考图1和图2，将进气分配至第一缸排10的汽缸和第二缸排20的汽缸的进气歧管44设置在第一缸排10和第二缸排20的中央，控制进气量的节气门45设置在进气歧管44处。

排气歧管包括第一排气歧管17和第二排气歧管27。第一排气歧管17将从第一缸排10的汽缸排出的废气聚集以将其供应至第一排气管19。第二排气歧管27将从第二缸排20的汽缸排出的废气聚集以将其供应至第二排气管29。第一排气管19和第二排气管29汇入主排气管72。净化废气的废气处理装置70可以安装至第一排气管19、第二排气管29和主排气管72中的每一者。

停缸(CDA)装置安装于第一缸排10的汽缸从而选择性地使第一缸排10的汽缸停止工作。在CDA装置30工作的同时，燃料不供应至作为停缸目标的汽缸，该汽缸的进气阀和排气阀的工作停止。CDA装置30使用包括在本发明所属技术领域中的技术，并且在此省略对该技术的描述。

将经增压的空气供应至汽缸的涡轮增压器50包括涡轮52和压缩机54，涡轮52通过经由第一排气歧管17排出的废气旋转，压缩机54连同涡轮52一起旋转以压缩外部空气。在该情况下，涡轮52安装于第一排气管19并构造成通过在排气管流动的废气而运行，压缩机54安装于在其中流动外部空气的进气管40，并压缩用于经由进气歧管44而供应至汽缸的进气。

也就是说，涡轮增压器50构造成由经由第一排气歧管17排出的废气来运行。然而，经由第二排气歧管27排出的废气经由第二排气管29和主排气管72排出，而不经过涡轮增压器50的涡轮52。

电动增压器60用于将经增压的空气供应至汽缸，并包括电机62和电动压缩机64。电动压缩机64构造成通过电机62来运行，并基于行驶状况压缩用于供应至汽缸的外部空气。电动增压器60安装于进气管40。

用于过滤外部空气的空气滤清器46和用于供应至汽缸冷却外部空气的中冷器47安装于进气管40。

也就是说，空气滤清器46、涡轮增压器50的压缩机54、电动增压器60和中冷器47从进气管的上游至下游依次设置。

同时，旁通管41设置于进气管40，并且使供应至电动增压器60的一部分空气旁通。旁通阀43安装于旁通管41。绕过电动增压器60的进气量通过旁通阀43的开启而得以控制。

下面，将参考所附附图对根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的工作进行描述。

图5为显示根据本发明的示例性实施方案的行驶区间的曲线图。在图5中，横轴代表发动机旋转速度，纵轴代表发动机转矩。

在图5中，实线是当发动机构造成作为自然吸气发动机工作时的发动机转矩线，虚线是通过电动增压器60增压的发动机转矩线，单点划线是通过涡轮增压器50增压的发动机转矩线，双点划线是通过电动增压器60和涡轮增压器50增压的发动机的转矩线。

参考图5，在发动机转速(rpm)和发动机负荷分别小于预定量的低速低负荷区间中，CDA装置30操作为使第一缸排10的汽缸停止工作。由于第一缸排10的汽缸停止工作，因而废气仅仅经由连接至第二缸排20的第二排气歧管27排出，由此涡轮增压器50不工作。

因此，发动机构造成以四缸发动机的形式工作(仅仅第二缸排20的汽缸工作)，经增压的空气经由电动增压器60供应至第二缸排20的汽缸。

在低速低负荷区间，发动机负荷通过增压压力(通过控制电动增压器60的电机62而实现该增压压力)和节气门45的开启而得以控制。

在这种情况下，从第二缸排20的汽缸排出的废气经由第二排气歧管27和第二排气管29而排出至主排气管，不会经过涡轮增压器50，由此降低背压。因此，第二缸排20的汽缸的点火时间可以提前，压缩比可以增加，从而改进了车辆的燃料消耗。

而且，由于经增压的空气经由电动增压器60而供应至第二缸排20的汽缸，因而可以确定，电动增压器60增压的行驶区间(参考图5中的区间B)是扩展的，而在低速低负荷区间自然吸气的四缸发动机的行驶区间(参考图5中的区间A)则不是。

也就是说，区间A是发动机构造成以自然吸气发动机的形式工作的区间，在该情况下，可以通过节气门45的开启而控制发动机负荷。图5的区间B是发动机负荷通过电动增压器60的增压和节气门45的开启而得以控制的区间。

在低速高负荷区间，CDA装置30不工作，因此发动机构造成以八缸发动机的形式工作。在该情况下，经增压的空气经由电动增压器60而供应至第一缸排10和第二缸排20的汽缸，因此行驶区间可以在低速下扩展。

在低速高负荷区间，发动机负荷通过增压压力(通过控制电动增压器60的电机62而实现)和节气门45的开启而得以控制，并且旁通阀43被堵塞，从而防止经增压的空气回流。

在该情况下，由于发动机构造成以八缸发动机的形式工作并且第一缸排10的汽缸工作，因而涡轮增压器50也工作，然而在低速区间从第一缸排10的汽缸排出的废气的量不大，从而涡轮增压器50的增压是有限的。

在发动机转速相对在低速区间较高的中速区间，CDA装置30不工作并且发动机构造成以八缸发动机的形式工作。

因此，涡轮增压器50构造成通过从第一缸排10的汽缸排出的废气工作，经涡轮增压的空气通过涡轮增压器50而供应至第一缸排10和第二缸排20的汽缸。而且，经增压的空气可以通过电动增压器60而供应至第一缸排10和第二缸排20的汽缸。

也就是说，在中速区间，可以通过涡轮增压器50和电动增压器60来实现增压，通过涡轮增压器50和电动增压器60的增压压力和节气门45的开启来控制发动机负荷，并且当电动增压器60工作时堵塞旁通阀43，由此防止经增压的空气回流。

在发动机转速相对在中速区间较高的高速区间，CDA不工作并且发动机构造成以八缸发动机的形式工作。

因此，涡轮增压器50构造成通过从第一缸排10的汽缸排出的废气工作，经涡轮增压的空气通过涡轮增压器50而供应至第一缸排10和第二缸排20的汽缸。

也就是说，在高速区间实现通过涡轮增压器50进行的增压。

对常规涡轮增压器50来说，由于废气流量在高速区间增加而使得涡轮52超过可承受的旋转极限旋转，因而产生涡轮52的过载问题。为了解决该问题，废气旁通阀用于使从汽缸排出的一部分废气旁通。在该情况下，从汽缸排出的几乎一半的废气绕过涡轮52。

然而，在根据本发明的示例性实施方案的发动机系统中，由于仅仅一个缸排(第一缸排10)的汽缸连接至涡轮增压器50的涡轮52，因而在高速区间不必使供应至涡轮增压器50的涡轮52的废气旁通。因此，在常规涡轮增压器50中使用的废气旁通阀可以省略，由此降低车辆的制造成本。

如上所述，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统构造成通过CDA装置30而以四缸发动机或八缸发动机的形式工作。因此，当发动机系统构造成在低速区间以四缸发动机的形式工作时，减少了不必要的泵送损失，因此可以改进车辆的燃料消耗。

而且，由于一部分汽缸(第一缸排10的汽缸)在低速区间由于CDA装置30而停止工作，并且从启用的汽缸(第二缸排20的汽缸)排出的废气绕过涡轮增压器50，因而可以降低背压，并且可以实现高的压缩比。

此外，由于涡轮增压器50安装于两个缸排中的一个缸排，因而可以降低车辆的制造成本，并且可以有效地利用发动机室内部的空间。

虽然参考目前被视为是实际的示例性实施方案描述本发明，应理解本发明并不限于所描述的实施方案，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改形式和等效形式。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“高”、“低”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案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。选择示例性实施方案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案及其各种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效形式所限定。

Claims (9)

1.一种发动机系统，包括：

发动机，其包括第一缸排和第二缸排，所述第一缸排和所述第二缸排的每一者均包括多个汽缸，所述汽缸通过燃料的燃烧而产生驱动转矩；

节气门，其设置于进气歧管，所述进气歧管将进气分配至第一缸排的汽缸和第二缸排的汽缸，以控制进气的进气量；

第一排气歧管，其将从第一缸排的汽缸排出的废气聚集以供应至第一排气管；

第二排气歧管，其将从第二缸排的汽缸排出的废气聚集以供应至第二排气管；

涡轮增压器，其包括涡轮和压缩机，所述涡轮通过经由第一排气歧管排出的废气而旋转，所述压缩机与所述涡轮一起旋转以压缩外部空气；

停缸装置，其选择性地使所述第一缸排的汽缸停止工作；

增压器，其包括电机和电动压缩机，所述电机将经增压的空气供应至汽缸，所述电动压缩机由所述电机操作，

其中，经由第二排气歧管排放的废气不流经所述涡轮而被排出。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，

旁通管设置于进气管，所述旁通管使供应至增压器的一部分空气旁通，

旁通阀，其安装于所述旁通管。

3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，

停缸装置构造成在低速低负荷区间工作，以使所述第一缸排的汽缸停止工作。

4.根据权利要求3所述的发动机系统，其中，

当第一缸排的汽缸通过停缸装置而停止工作时，发动机负荷构造成通过电动增压器的增压压力和节气门的开启而得以控制。

5.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，

在低速高负荷区间中，

停缸装置构造成不工作，发动机负荷构造成通过增压器的增压压力和节气门的开启而得以控制，所述旁通阀构造成为堵塞的。

6.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，

在中速区间中，

发动机负荷构造成通过涡轮增压器和增压器的增压压力以及节气门的开启而得以控制，所述旁通阀构造成为堵塞的。

7.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，

在高速区间中，

增压器构造成不工作，发动机负荷构造成通过涡轮增压器的涡轮增压压力和节气门的开启而得以控制。

8.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，

所述发动机为V型发动机。

9.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，

所述发动机为W型发动机。