CN110566340A - 发动机系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机系统及其使用方法。发动机可以包括：多个汽缸、第一进气阀、第二进气阀、第一电动增压器、第二电动增压器、旁通阀以及控制器，所述多个汽缸通过燃烧燃料产生驱动扭矩；所述第一进气阀设置在供应至汽缸的进气流动的第一进气管路中；所述第二进气阀设置在供应至汽缸的进气流动的第二进气管路中；所述第一电动增压器设置在所述第一进气管路中；所述第二电动增压器设置在第二进气管路中；所述旁通阀设置在连接第一进气管路和第二进气管路的旁通管路中；所述控制器用于基于由驱动信息确定的发动机的工作区域控制第一电动增压器和第二电动增压器在单一模式、串联模式或并联模式下工作。

Description

发动机系统及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月5日提出的第10-2018-0064940号韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及发动机系统。更具体地，本发明涉及发动机系统及其使用方法，其可以实现高压缩比的发动机并且提高电动增压器的驱动效率。

背景技术

本节中的陈述仅提供涉及本发明的背景信息，并不会构成现有技术。

发动机适当地混合空气和燃料，并且通过燃烧混合气体来产生动力。

为了输出所需的功率和燃烧效率，应该为发动机提供足够的空气。为此，涡轮增压器用于提高燃烧效率和为发动机提供足够的空气。

通常，涡轮增压器的涡轮由发动机排出的尾气压力带动旋转，涡轮增压器的压缩机将从外面流入的新鲜空气压缩，并将压缩的空气供给发动机的汽缸。涡轮增压器已经应用于大多数柴油发动机，最近也应用于汽油发动机。

另一个例子是有一种电动增压器使用由电机操作的压缩机压缩外部空气。由于电动增压器是由电机操作的，所以没有什么涡轮滞后。电动增压器主要在低速、低负荷区域向汽缸供应压缩的空气。

我们发现由于尾气驱动的涡轮增压器(以下简称“机械涡轮增压器”)的响应能力较低，由于背压高，所以实现高压缩比的发动机存在问题。此外，由于涡轮增压器暴露于高温尾气(即，摄氏700度)，所以涡轮增压器的外围部件的设计成本增加。

此外，由于电机的输出功率根据车辆提供的电池的输出是有限的，所以电动增压器的使用仅限于低速和中速区域。

发明内容

本发明提供发动机系统及其使用方法，其可以实现高压缩比的发动机并且提高电动增压器的驱动效率。

根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以包括：发动机、第一进气阀、第二进气阀、第一电动增压器、第二电动增压器、旁通阀以及控制器，所述发动机包括多个通过燃烧燃料产生驱动扭矩的汽缸；所述第一进气阀设置在供应至汽缸的进气流动的第一进气管路中；所述第二进气阀设置在供应至汽缸的进气流动的第二进气管路中；所述第一电动增压器设置在第一进气管路中；所述第二电动增压器设置在第二进气管路中；所述旁通阀设置在连接第一进气管路和第二进气管路的旁通管路中；所述控制器配置为基于由驱动信息确定的发动机的工作区域控制第一电动增压器和第二电动增压器在单一模式、串联模式或并联模式下工作。具体地，单一模式是将被两个电动增压器(即第一电动增压器、第二电动增压器)中的一个压缩的进气供应至汽缸的模式；串联模式是进气被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩并被供应至汽缸的模式；并联模式是将分别被第一电动增压器压缩的进气和被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸的模式。

在单一模式下，控制器可以控制第二进气阀和旁通阀关闭，第二电动增压器停止，第一进气阀打开，并且第一电动增压器工作，使得被第一电动增压器压缩的进气供应至汽缸；或者控制第一进气阀和旁通阀关闭，第一电动增压器停止，第二进气阀打开，并且第二电动增压器工作，使得被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸。

当发动机的工作区域是中速中负载区域时，控制器可以控制电动增压器在单一模式下工作。

在串联模式下，控制器可以控制第一进气阀和第二进气阀关闭，旁通阀打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器工作，使得被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩的进气供应至汽缸。

当发动机的工作区域是低速低负载区域，低速高负载区域，或中速高负载区域时，控制器可以控制第一电动增压器和第二电动增压器在串联模式下工作。

在并联模式下，控制器可以控制旁通阀关闭，第一进气阀和第二进气阀打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器工作，使得被第一电动增压器压缩的进气和被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸。

当发动机的工作区域是高速中负载区域或高速高负载区域时，控制器可以控制第一电动增压器和第二电动增压器在并联模式下工作。

第一进气阀可以设置在第一电动增压器的下游部分，第二进气阀可以设置在第二电动增压器的上游部分。

发动机系统可以进一步包括主中冷器，其设置在第一进气管路和第二进气管路汇入的主进气管路中。

发动机系统可以进一步包括辅助中冷器，其设置在旁通管路中。

在本发明的另一个实施方案中，一种用于控制发动机系统的方法，所述发动机系统包括第一进气阀、第二进气阀、第一电动增压器、第二电动增压器以及旁通阀，所述第一进气阀设置在供应至发动机的汽缸的进气流动的第一进气管路中；所述第二进气阀设置在供应至发动机的汽缸的进气流动的第二进气管路中；所述第一电动增压器设置在第一进气管路中；所述第二电动增压器设置在第二进气管路中；所述旁通阀设置在连接第一进气管路和第二进气管路的旁通管路中；所述方法可以包括：通过驱动信息探测器感测驱动信息，所述驱动信息包括发动机转速和发动机扭矩；通过控制器基于驱动信息确定发动机的工作区域；并且通过控制器基于工作区域控制第一电动增压器和第二电动增压器在单一模式、串联模式或并联模式下工作；其中，所述单一模式是将被两个电动增压器中的一个压缩的进气供应至汽缸的模式；串联模式是进气被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩并被供应至汽缸的模式；并联模式是将分别被第一电动增压器压缩的进气和被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸的模式。

在单一模式下，第二进气阀和旁通阀可以关闭，第二电动增压器可以停止，第一进气阀可以打开，并且第一电动增压器可以工作，使得被第一电动增压器压缩的进气供应至汽缸，或者第一进气阀和旁通阀可以关闭，第一电动增压器可以停止，第二进气阀可以打开，并且第二电动增压器可以工作，使得被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸。

在串联模式下，第一进气阀和第二进气阀可以关闭，旁通阀可以打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器可以工作，使得被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩的进气供应至汽缸。

在并联模式下，旁通阀可以关闭，第一进气阀和第二进气阀可以打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器可以工作，使得被第一电动增压器压缩的进气和被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸。

当发动机的工作区域为低速低负载区域，低速高负载区域，或中速高负载区域时，第一电动增压器和第二电动增压器可以在串联模式下工作。

当发动机的工作区域为中速中负载区域时，第一电动增压器或第二电动增压器可以在单一模式下工作。

当发动机的工作区域为高速中负载区域或高速高负载区域时，第一电动增压器和第二电动增压器可以在并联模式下工作。

根据本发明的示例性实施方案，由于电动增压器在最佳效率工作点工作，提高了能量效率。

通过本文提供的描述，其它应用领域将变得明显。应当理解，本说明书和具体实施例仅是旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的保护范围。

附图说明

为了可以很好地理解本发明，现在参考所附附图，以给出的示例的方式来描述其各种形式，在这些附图中：

图1是说明了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是说明了根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的框图；

图3是说明了根据本发明的示例性实施方案的发动机系统在单一模式下的工作的示意图；

图4是说明了根据本发明的示例性实施方案的发动机系统在串联模式下的工作的示意图；

图5是说明了根据本发明的示例性实施方案的发动机系统在并联模式下的工作的示意图；

图6是说明了根据本发明的示例性实施方案的用于控制发动机系统的方法的流程图；

图7是说明了根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的工作区域的示意图；

图8和图9，是说明了根据本发明的示例性实施方案的电动增压器的工作点的示意图。

本文描述的附图仅用于说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

附图标记描述

10：发动机

11：燃烧室

13：进气歧管

15：节气门

17：排气歧管

20：第一进气管路

25：第一电动增压器

27：第一进气阀

30：第二进气管路

35：第二电动增压器

37：第二进气阀

40：旁通管路

43：辅助中冷器

47：旁通阀

50：主进气管路

52：空气滤清器

54：主中冷器

70：尾气净化装置

80：驱动信息探测器

90：控制器。

具体实施方式

下面的说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在整个说明书附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

如本领域技术人员将意识到的，所描述的实施方案可以进行各种不同方式的修改，全部的修改不脱离本发明的精神或范围。

在本发明的描述中，将省略与描述无关的部件。在本发明中相同的附图标记通常表示相同的元件。

此外，为了更好的理解和便于描述，图中显示的每个配置的尺寸和厚度是任意显示的，但本发明不限于此。在附图中为了清楚夸大了层、膜、面板、区域等等的厚度。

下面将参考附图对根据本发明的示例性实施方案的发动机系统进行详细描述。

图1是说明了发动机系统的示意图。图2是说明了发动机系统的框图。

如图1和图2所示，发动机系统包括发动机10、多个进气管路和电动增压器，所述发动机10包括通过燃烧燃料产生驱动扭矩的多个汽缸；供应至汽缸11的外部空气在所述多个进气管路中流动；所述电动增压器分别设置在多个进气管路中。

进气通过多个进气管路供应至发动机10的汽缸11，并且从汽缸11排出的尾气通过排气歧管17和排气管路排放到外部。在这种情况下，尾气净化装置70设置在排气管路中。

多个进气管路包括第一进气管路20和第二进气管路30，供应至汽缸11的外部空气在其中流动。然而，这不是限制性的。

旁通管路40设置在第一进气管路20和第二进气管路30之间连接第一进气管路20和第二进气管路30。也就是说，旁通管路40从第一进气管路20分叉，并且汇入第二进气管路30。

电动增压器分别设置在第一进气管路20和第二进气管路30中，用于给汽缸供应压缩的空气。电动增压器包括电机和电动压缩机。电动压缩机由电机操作，并且压缩进气，并且将压缩的进气供应至汽缸11。

第一进气阀27设置在第一进气管路20中。第一进气阀27可以设置在第一电动增压器25的下游部分，第一电动增压器25设置在第一进气管路20中。通过打开第一进气阀27调节通过第一进气管路20供应的进气量。

第二进气阀37设置在第二进气管路30中。第二进气阀37可以设置在第二电动增压器35的下游部分，第二电动增压器35设置在第二进气管路30中。通过打开第二进气阀37调节通过第二进气管路30供应的进气量。

第一进气管路20和第二进气管路30汇入主进气管路50，并且主中冷器54设置在主进气管路50中。由电动增压器压缩的增压的空气通过主中冷器54进行冷却。

旁通阀47设置在旁通管路40中。辅助中冷器43可以设置在旁通管路40中。由第一电动增压器25压缩的增压的空气通过辅助中冷器43进行冷却。

用于过滤外部空气的空气滤清器52设置在第一进气管路20和第二进气管路30的入口处。

通过第一进气管路20和第二进气管路30流入的外部空气通过进气歧管13被供应至汽缸11。节气门15设置在进气歧管13中，并且调节供应至汽缸11的空气量。

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驱动信息探测器80和控制器90，所述驱动信息探测器80感测车辆的驱动信息；所述控制器90基于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和节气门15的工作。

驱动信息探测器80感测驱动信息，驱动信息包括发动机扭矩、发动机转速和驾驶员需要的扭矩。将驱动信息传输至控制器90。

可以提供控制器90作为至少一个由预先确定的程序操作的处理器，并且预先确定的程序执行用于控制根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的方法的每一步。

控制器90基于由驱动信息探测器80感测的驱动信息确定发动机的驱动区域，并且基于发动机的驱动区域控制电动增压器在单一模式、串联模式或并联模式下工作。

单一模式是将被多个电动增压器中的一个压缩的进气供应至汽缸11的模式。参考图3，在单一模式下，控制器90控制第二进气阀37和旁通阀47关闭，第二电动增压器35停止，第一进气阀27打开，并且第一电动增压器25工作，使得进气被第一电动增压器25压缩，并且供应至汽缸11。在另一种情况下，控制器90控制第一进气阀27和旁通阀47关闭，第一电动增压器25停止，第二进气阀37打开，并且第二电动增压器35工作，使得进气被第二电动增压器35压缩，并且被供应至汽缸11。

串联模式是进气被第一电动增压器25和第二电动增压器35双重压缩并被供应至汽缸11的模式。也就是说，进气被第一电动增压器25压缩，然后被第一电动增压器25压缩的进气被第二电动增压器35额外压缩。参考图4，在串联模式下，控制器90控制第一进气阀27和第二进气阀37关闭，旁通阀47打开，并且第一电动增压器25和第二电动增压器35工作，使得进气被第一电动增压器25和第二电动增压器35压缩，并且被供应至汽缸11。

并联模式是将分别被第一电动增压器25和被第二电动增压器35压缩的进气供应至汽缸11的模式。参考图5，在并联模式下，控制器90控制旁通阀47关闭，第一进气阀27和第二进气阀37打开，并且第一电动增压器25和第二电动增压器35工作，使得被第一电动增压器25和第二电动增压器35压缩的进气被供应至汽缸11。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案的发动机系统的工作进行详细描述。

图6是说明了根据本发明的示例性实施方案的用于控制发动机系统的方法的流程图。

如图6所示，在步骤S10，驱动信息探测器80感测驱动信息，驱动信息包括发动机转速和发动机扭矩，并且将由驱动信息探测器80感测的驱动信息传输至控制器90。

在步骤S20中，控制器90基于由驱动信息探测器80感测的驱动信息确定发动机的工作区域。参考图7，发动机的工作区域可以分为低速低负载区域，低速高负载区域，中速中负载区域，中速高负载区域，高速中负载区域以及高速高负载区域。

控制器90基于发动机的工作区域控制电动增压器25和35在单一模式、串联模式或并联模式下工作。

在步骤S30，当发动机的工作区域是低速低负载区域，低速高负载区域，或中速高负载区域(下文将称为“第一工作区域”)时，控制器90控制电动增压器25和35在串联模式下工作。在串联模式下，控制器90控制第一进气阀27和第二进气阀37关闭，旁通阀47打开，并且第一电动增压器25和第二电动增压器35工作，使得进气被第一电动增压器25和第二电动增压器35压缩，并且被供应至汽缸11。

在步骤S40，当发动机的工作区域是中速中负载区域(下文将称为“第二工作区域”)时，控制器90控制电动增压器25和35在单一模式下工作。在单一模式下，控制器90控制第二进气阀37和旁通阀47关闭，第二电动增压器35停止，第一进气阀27打开，并且第一电动增压器25工作，使得进气被第一电动增压器25压缩，并且被供应至汽缸11。在另一种情况下，控制器90控制第一进气阀27和旁通阀47关闭，第一电动增压器25停止，第二进气阀37打开，并且第二电动增压器35工作，使得进气被第二电动增压器35压缩，并且被供应至汽缸11。

在步骤S50，当发动机的工作区域是高速中负载区域或高速高负载区域(下文将称为“第三工作区域”)时，控制器90控制电动增压器25和35在并联模式下工作。在并联模式下，控制器90控制旁通阀47关闭，第一进气阀27和第二进气阀37打开，并且第一电动增压器25和第二电动增压器35工作，使得被第一电动增压器25和第二电动增压器35压缩的进气被供应至汽缸11。

同时，当发动机的工作区域是低负载区域时，进气没有被电动增压器压缩，并且发动机作为NA(自然进气)发动机工作。

当通过使用两个电动增压器增压的空气被供应至汽缸11时，存在问题，也就是电动增压器的工作点距离喘振线近，从而电动增压器不正常工作，并且电动增压器振动。

为了防止该问题，需要在合适的驱动模式下控制电动增压器。

根据本发明的示例性实施方案，在低空气量区域(例如第一工作区域或第二工作区域)，供应至汽缸11的进气量相对低，电动增压器在串联模式或单一模式下工作，从而可以在最佳效率工作点操作电动增压器。

如图8所示，当电动增压器在低空气量区域在串联模式下工作时，电动增压器的上游侧和电动增压器的下游侧之间的压力比约为1.4。在这种情况下，电动增压器的工作点偏离最佳效率工作点，并且能量效率下降。然而，当电动增压器在串联模式下工作时，由于进气被两个电动增压器双重压缩，所以每个电动增压器的压力比约为1.18。因此，电动增压器在最佳效率工作点工作，并且能量效率提高。

进一步地，在高空气量区域(例如第三工作区域)，供应至汽缸11的进气量相对高，电动增压器在并联模式下工作，从而可以在最佳效率工作点操作电动增压器。

如图9所示，当电动增压器在高空气量区域在单一模式下工作时，被电动增压器压缩的空气量约为0.09(㎡/s)。在这种情况下，电动增压器的工作点偏离最佳效率工作点，并且能量效率下降。然而，当电动增压器在并联模式下工作时，由于进气被两个电动增压器中的每一个压缩，所以被每个电动增压器压缩的空气量约为0.0459(㎡/s)。因此，电动增压器在最佳效率工作点工作，并且能量效率提高。

虽然参考目前被视为是实际的示例性实施方案的内容描述本发明，应理解本发明并不限于所公开的实施方案，相反，本发明旨在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种修改和等价形式。

Claims (17)

1.一种发动机系统，其包括：

发动机，其包括多个汽缸，所述汽缸通过燃烧燃料产生驱动扭矩；

第一进气阀，其设置在第一进气管路中，进气在所述第一进气管路中流动并且被供应至所述多个汽缸；

第二进气阀，其设置在第二进气管路中，进气在所述第二进气管路中流动并且被供应至所述多个汽缸；

第一电动增压器，其设置在所述第一进气管路中；

第二电动增压器，其设置在所述第二进气管路中；

旁通阀，其设置在连接所述第一进气管路和所述第二进气管路的旁通管路中；

控制器，其配置为基于由驱动信息确定的发动机的工作区域而控制第一电动增压器和第二电动增压器在单一模式、串联模式或并联模式下工作；

其中，在单一模式下，进气被第一电动增压器和第二电动增压器中的一个压缩，然后被供应至所述多个汽缸；在串联模式下，进气被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩，然后被供应至所述多个汽缸；或者在并联模式下，进气被第一电动增压器和第二电动增压器分别压缩，然后被供应至所述多个汽缸。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，在所述单一模式下，

所述控制器配置为：

控制第二进气阀和旁通阀关闭，第二电动增压器停止，第一进气阀打开，并且第一电动增压器工作，使得被第一电动增压器压缩的进气供应至所述多个汽缸，或者

控制第一进气阀和旁通阀关闭，第一电动增压器停止，第二进气阀打开，并且第二电动增压器工作，使得被第二电动增压器压缩的进气供应至所述多个汽缸。

3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：

当发动机的工作区域为中速中负载区域时，

所述控制器控制第一电动增压器和第二电动增压器在单一模式下工作。

4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，在所述串联模式下，

所述控制器配置为：

控制第一进气阀和第二进气阀关闭，旁通阀打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器工作，使得被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩的进气供应至所述多个汽缸。

5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：

当发动机的工作区域为低速低负载区域、低速高负载区域、或中速高负载区域时，

所述控制器控制第一电动增压器和第二电动增压器在串联模式下工作。

6.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，在所述并联模式下，

所述控制器配置为：

控制旁通阀关闭，第一进气阀和第二进气阀打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器工作，使得被第一电动增压器压缩的进气以及被第二电动增压器压缩的进气供应至所述多个汽缸。

7.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：

当发动机的工作区域为高速中负载区域或高速高负载区域时，

所述控制器控制第一电动增压器和第二电动增压器在并联模式下工作。

8.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：

所述第一进气阀设置在所述第一电动增压器的下游部分；

所述第二进气阀设置在所述第二电动增压器的上游部分。

9.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括：

主中冷器，其设置在所述第一进气管路和所述第二进气管路汇入的主进气管路中。

10.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括：

辅助中冷器，其设置在所述旁通管路中。

11.一种用于控制发动机系统的方法，所述发动机系统包括第一进气阀、第二进气阀、第一电动增压器、第二电动增压器以及旁通阀，所述第一进气阀设置在供应至发动机的汽缸的进气流动的第一进气管路中；所述第二进气阀设置在供应至发动机的汽缸的进气流动的第二进气管路中；所述第一电动增压器设置在所述第一进气管路中；所述第二电动增压器设置在所述第二进气管路中；所述旁通阀设置在连接所述第一进气管路和所述第二进气管路的旁通管路中；所述方法包括：

通过驱动信息探测器感测驱动信息，所述驱动信息包括发动机的发动机转速和发动机扭矩；

通过控制器基于驱动信息确定发动机的工作区域；

通过控制器基于工作区域控制第一电动增压器和第二电动增压器在单一模式、串联模式或并联模式下工作；

其中，在单一模式下，进气被第一电动增压器和第二电动增压器中的一个压缩，并被供应至汽缸；在串联模式下，进气被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩，并被供应至汽缸；或者在并联模式下，进气被第一电动增压器和第二电动增压器分别压缩，并被供应至汽缸。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：在所述单一模式下，

第二进气阀和旁通阀关闭，第二电动增压器停止，第一进气阀打开，并且第一电动增压器工作，使得被第一电动增压器压缩的进气供应至汽缸，或者

第一进气阀和旁通阀关闭，第一电动增压器停止，第二进气阀打开，并且第二电动增压器工作，使得被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸。

13.根据权利要求11所述的方法，其中：在所述串联模式下，

第一进气阀和第二进气阀关闭，旁通阀打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器工作，使得被第一电动增压器和第二电动增压器双重压缩的进气供应至汽缸。

14.根据权利要求11所述的方法，其中：在所述并联模式下，

旁通阀关闭，第一进气阀和第二进气阀打开，并且第一电动增压器和第二电动增压器工作，使得被第一电动增压器压缩的进气以及被第二电动增压器压缩的进气供应至汽缸。

15.根据权利要求11所述的方法，其中：

当发动机的工作区域为低速低负载区域、低速高负载区域、或中速高负载区域时，所述第一电动增压器和所述第二电动增压器在串联模式下工作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

当发动机的工作区域为中速中负载区域时，所述第一电动增压器或所述第二电动增压器在单一模式下工作。

17.根据权利要求15所述的方法，其中：

当发动机的工作区域为高速中负载区域或高速高负载区域时，所述第一电动增压器和所述第二电动增压器在并联模式下工作。