CN110030079A - 发动机系统 - Google Patents

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李炯馥
吴熙昌
朴泳燮
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Abstract

一种发动机系统，其包括：发动机，其具有通过燃烧燃料产生驱动转矩的燃烧室；多个进气管线，外部空气通过所述多个进气管线流至燃烧室；排气歧管，其在排气侧连接至燃烧室；至少两个电动增压器，其分别设置在所述多个进气管线上；以及废气再循环(EGR)系统，其包括再循环管线和再循环阀，所述再循环管线从排气歧管分出并结合至所述多个进气管线中的一个，所述再循环阀设置在所述再循环管线上。

Description

发动机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月14日提交给韩国专利局的韩国专利申请No.10-2017-0171814的优先权和权益，其以全文引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发动机系统。更具体地，本发明涉及一种包括具有新型结构的废气再循环(EGR)设备的发动机系统。
背景技术
车辆的发动机燃烧具有适当比例的从外部流入的空气和燃料的混合物从而产生动力。
通过驱动发动机产生动力的过程中，用于燃烧的外部空气必须适当地供应从而获得所需的输出和燃烧效率。为此，作为对空气进行涡轮增压以燃烧的设备的涡轮增压器被用来增加发动机的燃烧效率。
通常，涡轮增压器是通过使用从发动机排放的废气的压力转动涡轮并由此通过利用旋转力将高压空气供应至燃烧室来增加发动机的输出的设备。涡轮增压器应用于大多数柴油发动机，近年来也应用于汽油发动机。
作为进气增压设备的另一个示例，已经使用电动增压器，电动增压器使用电机驱动压缩机以压缩外部空气。因为电动增压器由电池驱动，所以其增压较小，并主要在低速低负荷区域中将增压的空气供应至汽缸。
通常，由废气操作的涡轮增压器(下文中称为机械涡轮增压器)具有低响应性，并且因背压的量级而难以实现高压缩。因为涡轮增压器暴露至高温(约700℃)的废气，涡轮增压器周围组件的设计成本增加。
从发动机排放的废气中的氮氧化物(一氧化二氮；NOx)造成酸雨，刺激眼睛和呼吸器官，并杀死植物。NOx作为大气污染源而被管制，人们做出了减少NOx排放的努力。
已经将废气再循环(EGR)系统提供至车辆以减少有害废气。通常，NOx在空气-燃料混合物的空气-燃料比高的情况下增加，这对于充分燃烧来说是必须的。因此，废气再循环系统将例如5-20％的来自发动机的废气混合至空气-燃料混合物，由此减少空气-燃料混合物中氧气的量并阻碍燃烧，从而减少NOx的产生。
常规的废气再循环系统再循环废气，所述废气从发动机的汽缸通过排气歧管排放并流至排气管线并通过再循环管线进入发动机的汽缸，EGR阀安装在再循环管线上以控制EGR率。
废气再循环系统可以分类为低压EGR(LP EGR：低压废气再循环)系统和高压EGR(HP EGR：高压气体再循环)系统。
在常规废气再循环系统中，废气通过EGR管线再循环，所述EGR管线从流动废气的排气管线分出并结合进入进气管线。在此情况中，在EGR管线中安装对再循环的废气进行冷却的EGR冷却器和控制再循环的废气量的EGR阀。
在常规废气再循环装置中，以通过利用排气歧管的高压将再循环气体(EGR气体)供应至进气歧管作为方法的高压EGR系统中，因为在在驱动区域中(例如通过涡轮增压器或电动增压器供应增压的空气)排气歧管和进气歧管之间的差压较低使得进气歧管的压力增加，所以难以供应再循环气体，而供应再循环气体的驱动区域受限。
以将再循环气体从废气净化设备下游的排气管线供应至涡轮增压器的压缩机上游的进气管线作为方法的低压EGR系统中，当供应再循环气体时，因为新鲜空气供应量减少，供应再循环气体的驱动区域受限。存在供应再循环气体的控制逻辑复杂且制造成本增加的问题。
如上所述，常规地，因为必须额外地提供废气再循环设备用于废气再循环，车辆的制造成本增加，发动机室内部的设计自由度较差。
公开于该背景技术部分的以上信息仅仅用于加深对本发明的背景的理解，因此其可以包含不构成该国本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种具有新型结构的发动机系统，其中供应再循环气体的驱动区域扩大。
一种根据本发明的示例性实施方案的发动机系统，其包括：发动机，其具有通过燃烧燃料产生驱动转矩的燃烧室；多个进气管线，外部空气通过所述多个进气管线流至燃烧室；排气歧管，其在排气侧连接至燃烧室；至少两个电动增压器，其分别设置在所述多个进气管线上；以及废气再循环(EGR)设备，其包括再循环管线和再循环阀，所述再循环管线从排气歧管分出并结合至所述多个进气管线中的一个，所述再循环阀设置在所述再循环管线上。
所述多个进气管线可以包括：第一进气管线、第二进气管线和旁通管线，外部空气通过第一进气管线供应至燃烧室，外部空气通过第二进气管线供应至燃烧室，旁通管线连接第一进气管线和第二进气管线。
所述发动机系统可以进一步包括：第一进气阀，其设置在所述第一进气管线上；第二进气阀，其设置在所述第二进气管线上；以及旁通阀，其设置在所述旁通管线上。
所述第一进气阀可以设置在所述第一电动增压器的下游，所述第二进气阀可以设置在所述第二电动增压器的上游。
所述再循环管线可以从所述排气歧管分出并结合至所述第二进气阀和所述第二电动增压器之间的第二进气管线。
所述再循环管线可以从所述排气歧管分出并结合至所述旁通阀和所述第二电动增压器之间的旁通管线。
在再循环气体供应至所述燃烧室的驱动区域中，所述第一进气阀可以打开以操作第一电动增压器从而压缩外部空气，所述第二进气阀和所述旁通阀可以关闭以操作第二电动增压器从而压缩再循环气体。
所述第一进气管线和所述第二进气管线可以结合至主进气管线，主中间冷却器可以设置在所述主进气管线中。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以进一步包括第二中间冷却器，其设置在所述旁通管线上。
一种根据本发明的另一示例性实施方案的发动机系统，其包括：发动机，其具有通过燃烧燃料产生驱动转矩的燃烧室；多个进气管线，外部空气通过所述多个进气管线流至燃烧室；排气歧管，其在排气侧连接至燃烧室；排气管线，其连接至所述排气歧管，废气通过所述排气管线流动；废气净化设备，其设置在所述排气管线上；至少两个电动增压器，其分别设置在所述多个进气管线上；以及EGR设备，其包括再循环管线和再循环阀，所述再循环管线从所述废气净化设备的下游处的排气管线分出并结合至所述多个进气管线中的一个，所述再循环阀设置在所述再循环管线上。
所述多个进气管线可以包括：设置在第一进气管线上的第一进气阀、设置在第二进气管线上的第二进气阀和设置在旁通管线上的旁通阀，外部空气通过第一进气管线供应至燃烧室，外部空气通过第二进气管线供应至燃烧室，旁通管线连接第一进气管线和第二进气管线。
所述第一进气阀可以设置在所述第一电动增压器的下游，所述第二进气阀可以设置在所述第二电动增压器的上游。
所述再循环管线可以从所述排气管线分出并结合至所述第二进气阀和所述第二电动增压器之间的第二进气管线。
所述再循环管线可以从所述排气管线分出并结合至所述旁通阀和所述第二电动增压器之间的旁通管线。
在再循环气体供应至所述燃烧室的驱动区域中，所述第一进气阀可以打开以操作第一电动增压器从而压缩外部空气，所述第二进气阀和所述旁通阀可以关闭以操作第二电动增压器从而压缩再循环气体。
所述第一进气管线和所述第二进气管线可以结合至主进气管线，主中间冷却器设置在所述主进气管线上。
所述发动机系统可以进一步包括设置在所述旁通阀上的第二中间冷却器。
如上所述，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统，供应再循环气体的驱动区域扩大，由此改进车辆的燃料燃烧。
附图说明
尽管结合目前被认为是实际的示例性实施方案描述了附图，应理解本发明不限于所公开的附图。
图1为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3为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为根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的构造的框图。
图5为用于解释根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的低/中速高负荷区域的示意图。
图6为用于解释根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的高速高负荷区域的示意图。
图7为用于解释根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的供应再循环气体的操作的示意图。
图8为根据本发明的示例性实施方案的发动机的驱动区域的曲线图。
具体实施方式
下文中将参考附图更完整地描述本发明，在所述附图中显示本发明的示例性实施方案。如本领域技术人员会理解，所述实施方案可以以各种不同的方式修改，其全部不脱离本发明的主旨或范围。
与示例性实施方案的描述不相关的部件不作显示以使描述清楚，在贯穿说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
在附图中所示的构造的尺寸和厚度出于方便描述的原因而选择性地提供，因此本发明不限于附图中示出的那些，厚度被放大以使部分部件和区域清楚。
下文中将参考附图描述根据本发明的示例性实施方案的发动机系统。
图1为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3为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为根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的构造的框图。
如图1至图4中所示，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统包括：发动机10，多个进气管线，安装在所述多个进气管线的每一个上的电动增压器，以及再次供应排放自发动机10的废气的一部分(下文中被称为“再循环气体”)的废气再循环(EGR)设备60。
所述发动机包括通过燃烧燃料产生驱动转矩的多个燃烧室11，供应至燃烧室11的进气通过所述多个进气管线供应，从发动机10的燃烧室11排放的废气通过排气歧管17和排气管线19排放至外部。在此情况中，用于净化废气的废气净化设备70安装在排气管线19上。
所述多个进气管线包括第一进气管线20和第二进气管线30，供应至燃烧室11的外部空气流动至第一进气管线20，供应至燃烧室11的外部空气流动至第二进气管线30。然而，本发明的范围不限于此。
在第一进气管线20和第二进气管线30之间，安装连接第一进气管线20和第二进气管线30的旁通管线40。亦即，旁通管线40从第一进管线20分出并结合至第二进气管线30。
安装在第一进气管线20和第二进气管线20的每一个上的电动增压器用于将增压的空气供应至燃烧室11，并包括电机和电动压缩机。电动压缩机通过电机操作以压缩外部空气并根据驱动条件将外部空气供应至燃烧室11。
第一进气阀27安装在第一进气管线20上。详细地，第一进气阀27可以安装在第一电动增压器25的下游，所述第一电动增压器25安装在第一进气管线20上。通过第一进气管线20供应的进气量由第一进气阀27的开口控制。
第二进气阀37安装在第二进气管线30上。详细地，第二进气阀37可以安装在第二电动增压器35的上游，所述第二电动增压器35安装在第二进气管线30上。通过第二进气管线30供应的进气量由第二进气阀37的开口控制。
第一进气管线20和第二进气管线30结合至主进气管线50，主中间冷却器54可以安装在主进气管线50上。由电动增压器压缩的空气由主中间冷却器54冷却。
旁通阀47安装在旁通管线40上。在此情况中，第二中间冷却器43可以安装在旁通管线40上。由第一电动增压器25压缩的空气由第二中间冷却器43冷却。
用于过滤从外部流入的外部空气的空气滤清器52安装在第一进气管线20和第二进气管线30的入口上。
流入通过第一进气管线20和第二进气管线30的进气通过进气歧管13被供应至燃烧室11。节气门15安装在进气歧管13上以控制供应至汽缸11的空气量。
如图1中所示，EGR设备60可以包括再循环管线62和再循环阀64，再循环管线62从排气歧管17分出并结合至所述多个进气管线中的一个进气管线，再循环阀64安装在再循环管线62上。供应至发动机100的燃烧室11的再循环气体量通过再循环阀64的开口控制。
再循环管线62可以从排气歧管17分出并结合至第二进气阀37和第二电动增压器35之间的第二进气管线30(参见图1)，或可以从排气歧管17分出并结合至旁通阀47和第二电动增压器35之间的旁通管线40(参见图2)。
如图3中所示，EGR设备60可以包括再循环管线62和再循环阀64，再循环管线62从废气净化设备70下游的排气管线19分出并结合至所述多个进气管线中的一个进气管线，再循环阀64安装在再循环管线62上。相比于图1和图2，再循环管线62从废气净化设备下游的排气管线分出是与图1的示例性实施方案的区别。
参考图4，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统进一步包括：驱动信息传感器80，其感测车辆的驱动信息；以及控制器90，其根据驱动信息控制第一进气阀27、第二进气阀37、旁通阀47、第一电动增压器25、第二电动增压器35、再循环阀64和节气门15的操作。
驱动信息传感器80感测驱动信息并将感测的驱动信息传输至控制器90，所述驱动信息包括驾驶员的发动机转矩、发动机速度、所需转矩等。
控制器90可以通过由预定程序操作的一个或多个处理器实现，其中预定程序设定成执行根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的控制方法的步骤。
下文中将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的操作。
控制器90根据由驱动信息传感器80感测的驱动信息确定发动机的驱动区域。在此情况中，驱动区域可以分成低/中速高负荷区域，以及高速高负荷区域。
控制器90根据发动机的驱动区域通过控制第一进气阀27、第二进气阀37和旁通阀47来控制供应至燃烧室11的增压空气量。亦即，控制器90控制第一进气阀27、第二进气阀37和旁通阀47的关闭或打开，由此控制供应至燃烧室11的经增压的空气的量。
参考图5，如果发动机的驱动区域为低/中速高负荷区域，因为控制器90控制第一进气阀27和第二进气阀37关闭，并控制旁通阀47打开，由此控制供应至燃烧室11的增压空气量。控制器90操作第一电动增压器25和第二电动增压器35，由此通过第一电动增压器25和第二电动增压器35将增压空气供应至燃烧室11。
亦即，流入至第一进气管线的外部空气首先被第一电动增压器25加压，并穿过旁通管线40流入至第二进气管线30。外部空气额外地通过第二电动增压器35加压。
因为在低/中速高负荷区域中要求高压缩比例，供应至燃烧室11的外部空气的压缩比例可以通过串联地驱动第一电动增压器25和第二电动增压器35而增加。由于首先通过第一电动增压器25加压的外部空气通过安装在旁通管线40上的第二中间冷却器43冷却，所以外部空气的压缩效率可以改进。
参考图6，如果发动机的驱动区域为高速高负荷区域，因为控制器90控制旁通阀47关闭，并调节第一进气阀27和第二进气阀37的开口，从而调节供应至燃烧室11的增压空气量。此外，控制器90操作第一电动增压器25和第二电动增压器35，使得通过第一电动增压器25和第二电动增压器35增压的空气供应至燃烧室11。
因为在高速高负荷区域中需要更大量的外部空气，进气通过第一进气管线20和第二进气管线30被供应至燃烧室11。亦即，通过并联地驱动第一电动增压器25和第二电动增压器35，大量的进气可以被供应至燃烧室11。
参考图7，在将再循环气体通过EGR设备60供应至发动机10的燃烧室11的驱动区域中，控制器90控制第二进气阀和旁通阀47关闭并操作第二电动增压器，控制第一进气阀打开并操作第一电动增压器，并控制再循环阀64打开。
在此情况中，根据第一电动增压器的操作控制增压空气量。在将再循环气体供应至燃烧室11时，在第二进气阀和旁通阀关闭且再循环阀64打开之后，如果操作第二电动增压器，第二电动增压器执行类似泵的功能。
因此，即使经增压的空气由第一电动增压器供应，因为再循环气体通过第二电动增压器被供应至燃烧室11，用于供应再循环气体的EGR驱动区域扩大(参见图8)。
尽管已经对该发明已经结合目前认为是可行的示例性实施方案加以描述，但是应该理解本发明不限于公开的实施方案，相反地，其旨在覆盖包括在所附权利要求的主旨和范围内的各种改变和同等设置。

Claims (19)

1.一种发动机系统，其包括：
发动机，其包括通过燃烧燃料产生驱动转矩的燃烧室；
多个进气管线，外部空气通过所述多个进气管线流动至所述燃烧室；
排气歧管，其在排气侧连接至所述燃烧室；
至少两个电动增压器，其分别设置在所述多个进气管线上；以及
废气再循环设备，所述废气再循环设备包括：
再循环管线，其从所述排气歧管分出并结合至所述多个进气管线中的一个；以及
再循环阀，其设置在所述再循环管线上。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述多个进气管线包括：
第一进气管线，外部空气通过所述第一进气管线供应至所述燃烧室；
第二进气管线，外部空气通过所述第二进气管线供应至所述燃烧室；以及
旁通管线，其连接所述第一进气管线和所述第二进气管线。
3.根据权利要求2所述的发动机系统，其进一步包括：
第一进气阀，其设置在所述第一进气管线上；
第二进气阀，其设置在所述第二进气管线上；以及
旁通阀，其设置在所述旁通管线上。
4.根据权利要求3所述的发动机系统，
其中，所述至少两个电动增压器包括第一电动增压器和第二电动增压器；
其中，所述第一进气阀设置在所述第一电动增压器的下游，
所述第二进气阀设置在所述第二电动增压器的上游。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，
其中，所述再循环管线从所述排气歧管分出并结合至所述第二进气阀和所述第二电动增压器之间的第二进气管线。
6.根据权利要求4所述的发动机系统，
其中，所述再循环管线从所述排气歧管分出并结合至所述旁通阀和所述第二电动增压器之间的旁通管线。
7.根据权利要求5所述的发动机系统，其中，在再循环气体从所述废气再循环设备供应至所述燃烧室的驱动区域中，所述第一进气阀打开以操作第一电动增压器从而压缩外部空气，所述第二进气阀和所述旁通阀关闭以操作第二电动增压器从而压缩再循环气体。
8.根据权利要求6所述的发动机系统，其中，在再循环气体从所述废气再循环设备供应至所述燃烧室的驱动区域中，所述第一进气阀打开以操作第一电动增压器从而压缩外部空气，所述第二进气阀和所述旁通阀关闭以操作第二电动增压器从而压缩再循环气体。
9.根据权利要求2所述的发动机系统，
其中，所述第一进气管线和所述第二进气管线结合至主进气管线，以及
主中间冷却器设置在所述主进气管线上。
10.根据权利要求2所述的发动机系统，其进一步包括：
第二中间冷却器，其设置在所述旁通管线上。
11.一种发动机系统，其包括：
发动机，其包括通过燃烧燃料产生驱动转矩的燃烧室；
多个进气管线，外部空气通过所述多个进气管线流动至所述燃烧室；
排气歧管，其在排气侧连接至所述燃烧室；
排气管线，其连接至所述排气歧管，废气通过所述排气管线流动；
废气净化设备，其设置在所述排气管线上；
至少两个电动增压器，其分别设置在所述多个进气管线上；以及
废气再循环设备，所述废气再循环设备包括：
再循环管线，其从所述废气净化设备的下游处的排气管线分出并结合至所述多个进气管线中的一个；以及
再循环阀，其设置在所述再循环管线上。
12.根据权利要求11所述的发动机系统，其中所述多个进气管线包括：
第一进气阀，其设置在第一进气管线上，外部空气通过所述第一进气管线供应至所述燃烧室；
第二进气阀，其设置在第二进气管线上，外部空气通过所述第二进气管线供应至所述燃烧室；以及
旁通阀，其设置在旁通管线上，所述旁通管线连接所述第一进气管线和所述第二进气管线。
13.根据权利要求12所述的发动机系统，
其中，所述至少两个电动增压器包括第一电动增压器和第二电动增压器，
所述第一进气阀设置在所述第一电动增压器的下游，
所述第二进气阀设置在所述第二电动增压器的上游。
14.根据权利要求13所述的发动机系统，
其中，所述再循环管线从所述排气管线分出并结合至所述第二进气阀和所述第二电动增压器之间的第二进气管线。
15.根据权利要求13所述的发动机系统，
其中，所述再循环管线从所述排气管线分出并结合至所述旁通阀和所述第二电动增压器之间的旁通管线。
16.根据权利要求14所述的发动机系统，其中，在再循环气体供应至所述燃烧室的驱动区域中，所述第一进气阀打开以操作第一电动增压器从而压缩外部空气，所述第二进气阀和所述旁通阀关闭以操作第二电动增压器从而压缩再循环气体。
17.根据权利要求15所述的发动机系统，其中，在再循环气体供应至所述燃烧室的驱动区域中，所述第一进气阀打开以操作第一电动增压器从而压缩外部空气，所述第二进气阀和所述旁通阀关闭以操作第二电动增压器从而压缩再循环气体。
18.根据权利要求12所述的发动机系统，
其中，所述第一进气管线和所述第二进气管线结合至主进气管线，以及
主中间冷却器设置在所述主进气管线上。
19.根据权利要求12所述的发动机系统，其进一步包括：
第二中间冷却器，其设置在所述旁通管线上。
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