CN110953061A - 涡轮增压内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

一种发动机系统包括内燃发动机、至少一个涡轮增压器和催化处理设备。所述发动机包括排气歧管系统，所述排气歧管系统具有主排气歧管和旁通排气歧管。部分发动机旁通阀系统定位在所述发动机和所述排气歧管系统之间。所述旁通阀系统当放置在非旁通位置中时将所有发动机排气引导到所述涡轮增压器的涡轮机叶轮，并且在通过所述涡轮机叶轮之后，所述气体继续行进到所述催化设备。在所述旁通阀系统的旁通位置中，使总排气的旁通部分旁通所述涡轮机叶轮并且继续行进到所述催化设备，而其余部分在去往所述催化设备之前首先通过所述涡轮机叶轮。

Description

涡轮增压内燃发动机
技术领域
本申请通常涉及涡轮增压内燃发动机系统。本申请更特定来说涉及在排气系统中采用催化处理设备的此类发动机系统。
背景技术
涡轮增压器与一些内燃发动机一起采用以便提高发动机的性能。从发动机的气缸排放的排气收集在排气歧管中并且供应到涡轮增压器的涡轮机以驱动涡轮机叶轮，涡轮机叶轮继而驱动涡轮增压器的压缩机叶轮。压缩机对空气加压并且将其供应到发动机的进气岐管。从而增加跨越内燃发动机的总压力比，从而允许发动机产生增加的扭矩和功率输出。
由于政府规程旨在减少来自内燃发动机的有害排气排放，因此内燃发动机系统几乎总是在排气系统中包括催化处理设备（通常称为催化转化器）。在催化处理设备内，排气流动通过由陶瓷制成的致密蜂窝结构，所述陶瓷涂覆有催化剂，例如铂和钯。通常，存在两种或更多种不同的催化剂，例如催化还原过程以将氮氧化物转化成氮气和氧气的一种催化剂，以及催化氧化过程以将一氧化碳转化成二氧化碳的另一种催化剂。
存在如下最小温度（称为“起燃温度”），催化剂必须在其变得有效地将排气中的NOx和CO转化成无害物质之前加热到所述最小温度。因此，在发动机的“冷启动”期间（例如，在车辆已经停放过夜并且在早晨启动之后），在催化剂达到其起燃温度之前存在一段时间，在此期间，催化处理设备无效。这是重要问题，因为据估计，在催化设备无效时，在冷启动阶段期间，多达80％的总车辆发动机排放是由发动机操作引起的。期望尽可能最小化此时间段。
本申请描述采用用于实现催化处理设备的快速起燃的有利方法的涡轮增压内燃发动机系统的实施例。
发明内容
概括地说，本申请公开一种发动机系统，其包括内燃发动机、至少一个涡轮增压器和催化处理设备。所述发动机包括排气歧管系统，所述排气歧管系统具有主排气歧管和旁通排气歧管。部分发动机旁通阀系统定位在发动机和涡轮增压器和催化处理设备之间。所述旁通阀系统当放置在非旁通位置中时将所有发动机排气引导到所述涡轮增压器的涡轮机叶轮，并且在通过所述涡轮机叶轮之后，所述气体继续行进到所述催化设备。在所述旁通阀系统的旁通位置中，使总排气的旁通部分旁通所述涡轮机叶轮并且继续行进到所述催化设备，而其余部分在去往所述催化设备之前首先通过所述涡轮机叶轮。
根据本发明的一个实施例，一种发动机系统包括：
内燃发动机，所述内燃发动机具有多个气缸；
排气歧管系统，所述排气歧管系统包括从所述气缸中的至少一些气缸接收排气的主排气歧管以及从所述气缸中的至少一个气缸接收排气的旁通排气歧管；
旁通管线，所述旁通管线联接到所述旁通排气歧管以从其接收排气；
排气馈送管道，所述排气馈送管道联接到所述主排气歧管以从其接收排气；
第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括第一压缩机和第一涡轮机，所述第一涡轮机包括联接到所述排气馈送管道以从其接收排气的排气入口，并且包括用于排放已经通过所述第一涡轮机的排气的排气排放管道，所述旁通管线的下游端联接到所述排气排放管道；以及
部分发动机旁通阀系统，所述部分发动机旁通阀系统安置在所述发动机气缸和所述涡轮增压器之间，所述部分发动机旁通阀系统可调节到非旁通位置，从而允许排气从所述气缸中的至少一些气缸流入所述主排气歧管中，以供应到所述第一涡轮机，同时防止排气从所述发动机气缸中的任何气缸流到所述旁通排气歧管，
所述部分发动机旁通阀系统可替代地可调节到旁通位置，从而允许排气从所述气缸中的至少一些气缸流入所述主排气歧管中，以供应到所述第一涡轮机，并且允许排气从所述气缸中的至少一个气缸流入所述旁通排气歧管中以旁通所述第一涡轮机；
其中，处于所述旁通位置中的所述部分发动机旁通阀系统使所述主排气歧管和所述旁通排气歧管彼此流体隔离。
在本发明的一个实施例中，所述发动机气缸被划分成第一子组气缸和第二子组气缸，并且所述部分发动机旁通阀系统包括具有阀入口、第一出口和第二出口的三通阀，其中所述阀入口联接到所述旁通排气歧管以从其接收排气，所述第一出口联接到所述主排气歧管以将排气供应到其中，并且所述第二出口联接到所述旁通管线的上游端。处于所述旁通位置中的所述三通阀允许来自所述第一子组气缸的排气旁通所述第一涡轮机并且继续行进到所述排气排放管道中，而来自所述第二子组气缸的排气通过所述第一涡轮机。处于所述非旁通位置中的所述三通阀导致来自所有发动机气缸的排气混掺并且通过所述排气馈送管道。
在此实施例中，本发明适用于具有各种数目个气缸的发动机。在一个实施例中，发动机具有四个气缸，所述第一子组包括一个气缸，并且所述第二子组包括三个气缸。在另一实施例中，发动机具有六个气缸，所述第一子组包括两个气缸，并且所述第二子组包括四个气缸。
在一些实施例中，可以采用多于一个涡轮增压器。例如，在一个实施例中，存在第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括第二压缩机和第二涡轮机，所述发动机系统包括管道系统和一个或更多个阀，用于选择性地使第一和第二涡轮增压器两者都活动，或者可替代地用于使所述第一涡轮增压器在所述第二涡轮增压器不活动时活动，并且其中所述旁通管线被布置成使得当所述三通阀处于所述旁通位置中时，排气旁通所述第一涡轮机和所述第二涡轮机两者。
在本发明的另一实施例中，部分发动机旁通阀系统包括用于所述气缸中的每一气缸的主排气阀和用于所述气缸中的至少一个气缸的次要排气阀。每一次要排气阀联接到所述旁通排气歧管以在所述次要排气阀打开时将来自相应气缸的排气馈送到所述旁通排气歧管中，并且每一主排气阀联接到所述主排气歧管以在所述主排气阀打开时将来自相应气缸的排气馈送到所述主排气歧管中。在操作中，在旁通阀系统的非旁通位置中，在每一发动机循环的排气阶段期间，所述旁通排气阀保持关闭，而所述主排气阀打开，并且在旁通位置中，在每一发动机循环的排气阶段期间，所述旁通排气阀和所述主排气阀打开。
本发明包括用于操作发动机系统的方法。在一个实施例中，提供一种用于操作发动机系统的方法，所述发动机系统包括：内燃发动机，所述内燃发动机具有多个气缸，空气-燃料混合物在其中燃烧以产生排气；涡轮增压器，所述涡轮增压器具有用于接收排气的涡轮机叶轮和由所述涡轮机叶轮驱动的压缩机叶轮；以及催化处理设备，所述催化处理设备接收排气并且将排气成分转化成危害较小的化合物。所述方法包括以下步骤：
(a)确定是否存在冷启动条件，使得所述催化处理设备在起燃温度以下操作，在所述起燃温度下，所述催化处理设备变得有效，以便将所述排气成分转化成所述危害较小的化合物；
(b) 如果确定不存在冷启动条件，则引导来自所述发动机的排气总量在继续行进到所述催化处理设备之前通过所述涡轮机叶轮；以及
(c) 如果确定存在冷启动条件，则引导来自所述发动机的排气总量的旁通部分旁通所述涡轮机叶轮并且继续行进到所述催化处理设备，并且引导所述排气总量的剩余部分在继续行进到所述催化处理设备之前通过所述涡轮机叶轮。
在一个实施例中，将发动机气缸划分成第一子组的一个或更多个气缸和第二子组的气缸。步骤(b)包括将来自所述第一和第二子组气缸两者的排气引导到所述涡轮机叶轮，并且步骤(c)包括引导来自所述第一子组气缸的排气旁通所述涡轮机叶轮并且继续行进到所述催化处理设备。
可选地，如果确定存在冷启动条件，则可以在所述气缸的所述第一子组中采用冷启动燃料调度，而在所述气缸的所述第二子组中采用正常燃料调度。还可以在所述气缸的所述第一子组中采用冷启动燃烧正时（timing），而在所述气缸的所述第二子组中使用正常燃烧正时。
在一个实施例中，所述发动机气缸中的每一者具有主排气阀，并且所述气缸中的一者或更多者具有额外的旁通排气阀。于是，步骤(b)包括在每一发动机循环的排气阶段期间打开旁通排气阀和主排气阀两者，使得所述排气总量的所述旁通部分通过所述旁通排气阀排出并且通过旁通所述涡轮机叶轮的旁通管线馈送，并且所述排气总量的所述剩余部分通过所述主排气阀排出并且馈送到所述涡轮机叶轮。步骤(c)包括在每一发动机循环的排气阶段期间保持所述旁通排气阀关闭并且打开所述主排气阀，使得所述排气总量通过所述主排气阀排出并且馈送到所述涡轮机叶轮。
附图说明
已经概括地描述了本公开，现在将参考附图，所述附图未必按比例绘制，并且其中：
图1是根据现有技术的涡轮增压发动机系统的示意性图示；
图2是根据本发明的第一实施例的涡轮增压发动机系统的示意性图示，其中三通阀处于非旁通位置中；
图3示出第一实施例的发动机系统，其中三通阀处于旁通位置中；
图4是根据本发明的第二实施例的涡轮增压发动机系统的示意性图示，其示出处于旁通位置中的三通阀；
图4A是根据本发明的第二实施例、但是相对于图4版本稍微修改的涡轮增压发动机系统的示意性图示，其示出处于旁通位置中的三通阀；
图5是根据本发明的第三实施例的涡轮增压发动机系统的示意性图示，其示出处于旁通位置中的三通阀；
图6是用于实践本发明的根据一个实施例的三通阀的横截面视图；
图7是沿着图6中的线7-7的横截面视图，其中所述阀处于非旁通位置中；
图8类似于图7，其示出处于旁通位置中的所述阀；
图9是根据本发明的第四实施例的涡轮增压发动机系统的示意性图示；
图10是根据本发明的实施例的方法的流程图；
图11是根据本发明的第五实施例的涡轮增压发动机系统的示意性图示，其示出处于非旁通位置中的部分发动机旁通阀系统；并且
图12类似于图11，其示出处于旁通位置中的部分发动机旁通阀系统。
具体实施方式
现在将参考上述附图更全面详细地描述本公开，所述附图描绘本公开所属发明的一些、但并非全部实施例。这些发明可以按各种形式（包括本文中未明确描述的形式）实施，并且不应被解释为限于本文中描述的特定示例性实施例。在以下描述中，相似的附图标记始终指代相似的元件。
图1示出根据现有技术布置的涡轮增压发动机系统。发动机系统包括内燃发动机20，内燃发动机20具有多个（在所示出的实施例中，四个）气缸22。发动机气缸从进气岐管24接收空气。燃料系统（未示出）还输送燃料用于引入到气缸中。燃料-空气混合物在气缸中燃烧，并且所产生的排气从气缸排出到排气歧管26中。所述发动机系统包括用于提高供应到进气岐管24的空气的压力的涡轮增压器30。涡轮增压器包括：压缩机，其具有安装在可旋转轴32的一端上的压缩机叶轮40；以及涡轮机，其具有安装在所述轴的另一端上的涡轮机叶轮50。压缩机叶轮40容纳在压缩机壳体（未示出）内，所述压缩机壳体限定用于将空气引导到压缩机叶轮中的空气入口，并且进一步限定用于接收已经由压缩机叶轮加压的空气的蜗壳。空气通过合适的管道系统42从蜗壳排放到发动机的进气岐管24。涡轮机叶轮50容纳在涡轮机壳体（未示出）内，所述涡轮机壳体限定用于经由联接在排气歧管和涡轮机壳体的入口之间的排气馈送管道52从排气歧管26接收排气的环状涡卷部或蜗壳。涡卷部中的排气被引导通过喷嘴进入到涡轮机叶轮50中，并且所述排气在其通过涡轮机叶轮时膨胀，从而可旋转地驱动涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮继而驱动压缩机叶轮40。
现有技术发动机系统包括接收已经通过涡轮机叶轮50的排气的排气排放管道54。催化处理设备60连接到排气排放管道。排气通过催化处理设备，其中NOx和CO成分被转化成氮气、氧气和二氧化碳，以便排放到大气中。
在一些现有技术发动机系统（例如图1中所示的发动机系统）中，通过提供废气门56来解决冷启动期间（由于排气达到起燃温度所需的时间）的过度排放的问题。废气门在关闭时约束由排气馈送管道52输送的所有排气都通过涡轮机叶轮50。然而，当废气门打开时，所述排气的一部分可以通过废气门，从而旁通涡轮机叶轮，并且在涡轮机叶轮的下游进入到排气排放管道54中。一些废气门可以被调节到各种打开程度，从而调整在涡轮机叶轮周围旁通的总排气流的分数部分。在任何情况下，排气的一些分数部分并不通过涡轮机叶轮的事实意味着进入催化处理设备60的那些气体的温度显著高于首先必须通过涡轮机叶轮的气体的温度。此较高温度帮助加速催化剂起燃过程。
然而，此方法的缺点在于，当废气门56打开时，跨越涡轮机的压力比立即大程度地下降。因此，关于通过涡轮机叶轮的那些排气，其在涡轮机叶轮中可能产生的功的量显著减少。因此，只要废气门保持打开，涡轮增压器性能（并且因此发动机系统性能）便降低。
本发明旨在解决起燃问题，而没有在一些现有技术发动机系统中发生的涡轮增压器性能的那么多折衷。参考图2，示出本发明的第一实施例。发动机20具有从进气岐管24馈送有空气的四个气缸22，并且包括涡轮增压器30，其压缩机叶轮40对输送到进气岐管中的空气加压，如在图1的系统中那样。涡轮增压器的涡轮机叶轮50经由排气馈送管道52接收排气，并且经由排气排放管道54排放排气，如在现有系统中那样。然而，不同于现有系统，根据本发明的第一实施例的系统中的发动机20使其气缸22划分成两个子组。第一子组（在此实施例中，具有单个气缸22a）将排气排放到旁通排气歧管26a中，并且第二子组（在此实施例中，具有三个气缸22b）将其排气排放到单独的主排气歧管26b中。所述系统进一步包括旁通管线80用于使排气旁通涡轮机叶轮。
根据本发明的系统包括部分发动机旁通阀系统，其可操作成用于致使总发动机排气的一部分在冷启动条件期间旁通涡轮机叶轮。在图2和图3的实施例中，所述部分发动机旁通阀系统包括三通阀70，三通阀70具有阀入口72、第一出口74和第二出口76。阀入口72联接到旁通排气歧管26a以从其接收排气，第一出口74联接到主排气歧管26b以将排气供应到其中，并且第二出口76联接到旁通管线80的上游端。
三通阀70可调节到非旁通位置（图2），其中流动路径从阀入口72通向第一出口74，而第二出口76关闭。在此非旁通位置中，三通阀在两个排气歧管26a和26b之间建立流体连通，使得其基本上充当单个岐管，类似于典型排气歧管。处于非旁通位置中的三通阀致使来自所有发动机气缸22a和22b的排气混掺并且通过排气馈送管道52到达涡轮机叶轮。
可替代地，三通阀70可以放置在旁通位置中（图3），其中流动路径从阀入口72通向第二出口76，而第一出口74关闭。在此旁通位置中，阀70在两个排气歧管26a和26b之间提供流体隔离，并且来自包括气缸22a的第一子组的排气通过旁通管线80馈送，而来自第二子组气缸22b的排气通过排气馈送管道52馈送到涡轮机叶轮50。
旁通管线80的下游端在涡轮机叶轮50的下游和催化处理设备60的上游的位置处联接到排气排放管道54中。因此，当三通阀处于旁通位置中时，来自第一子组发动机气缸的排气旁通涡轮机叶轮，并且直接继续行进到排气排放管道中，并且然后进入到催化处理设备中。以此方式，本发明相对于具有废气门的涡轮增压器实现经改进的涡轮机性能，因为驱动涡轮机叶轮的排气并不经历由打开的废气门导致的压力降。在这方面，根据本发明的实施例的系统的关键方面在于，三通阀流体隔离分别来自两个发动机气缸子组的两个排气流。因此，使具有较低阻力的路径（即，从旁通排气歧管26a通过阀入口72到达第二出口76并且进入到旁通管线80中的流动路径）与具有较高阻力的路径（即，从主排气歧管26b通过排气馈送管道52并且通过涡轮机叶轮50的流动路径）流体隔离。这与废气门形成对比，其中废气门打开第二路径（旁通涡轮机叶轮），同时仍使第一路径（通过涡轮机叶轮）与第二路径流体连通。因此由废气门导致的涡轮机性能代偿是本发明旨在基本上减轻或者完全消除的东西。
同时，排气从第一发动机气缸子组到催化处理设备的直接路径帮助加速催化剂的起燃，类似于常规废气门的效果。
本发明适用于多种发动机系统布局。图4示出本发明的第二实施例。第二实施例的发动机系统在许多方面类似于第一实施例，主要差别在于，替代具有单个涡轮增压器，图4的发动机系统具有双涡轮增压器设计。特别地，第二实施例的发动机系统包括彼此按串联关系布置的第一涡轮增压器30和第二涡轮增压器130。因此，第一涡轮增压器的第一（低压）压缩机叶轮40对空气加压并且将其供应到第二涡轮增压器的第二（高压）压缩机叶轮140的入口，其进一步对空气加压并且将其输送到发动机进气岐管24。在涡轮机侧上，第二涡轮增压器的第二（高压）涡轮机叶轮150使排气部分膨胀并且将其供应到第一涡轮增压器的第一（低压）涡轮机叶轮50，其进一步使排气膨胀并且通过排气排放管道52将其排放。
如在双涡轮增压器发动机布局中常见的那样，图4的发动机系统包括压缩机旁通阀146，其可以打开，使得来自第一压缩机叶轮40的大部分空气将旁通第二压缩机叶轮140。相应地，涡轮机侧包括涡轮机旁通阀156，其可以打开，使得大部分排气将旁通第二涡轮机150并且直接继续行进到第一涡轮机叶轮50。压缩机和涡轮机旁通阀使得发动机系统能够按单级模式或两级串联模式操作，这取决于发动机操作条件。
在图4的实施例中，当三通阀70放置在旁通位置中时，来自旁通排气歧管26a'的排气旁通两个涡轮机并且直接继续行进到催化处理设备60，而来自主排气歧管26b的排气在去往催化处理设备之前通过第二涡轮机150并且然后通过第一涡轮机50（当在两级串联模式中时），或者通过第一涡轮机50（当在单级模式中时）。在图4A中所示的替代实施例中，旁通管线80被布置成仅旁通第二涡轮机150。即，替代旁通管线80的下游端在第一涡轮机叶轮50之后连接到排气排放管道54中，其下游端在两个涡轮机之间连接到排气馈送管道52中。
虽然图4和图4A示出其中涡轮增压器按串联布置的双涡轮发动机布局，但是涡轮增压器彼此并联布置也在本发明的范围内。
本发明并不限于任何特定数目个发动机气缸。因此，图5示出本发明的第三实施例。图5的发动机系统大致类似于图2和图3的实施例，除了替代具有4-气缸发动机，图5的发动机系统具有6-气缸发动机。另一个差别涉及如何将发动机气缸划分成子组。在第三实施例的发动机系统中，第一子组具有两个气缸22a，其将其排气馈送到旁通排气歧管26a'中，并且第二子组具有四个气缸22b，其将其排气馈送到主排气歧管26b'中。然而，就三通阀70如何操作而言，第三实施例的发动机系统基本上类似于上述第一实施例。
图6至图8描绘可以用于实践本发明的三通阀70的一个实施例。所述阀包括阀壳体70H，阀壳体70H容纳阀构件或转子70R，阀构件或转子70R具有从所述壳体突出的致动器轴70S。阀转子可围绕由所述轴限定的轴线旋转，使得可替代地，阀转子可以放置在第一位置（图7）或第二位置（图8）中。排气沿着方向或轴线A0进入阀70。阀转子和壳体被构造成使流转动通过大致90度，使得排气沿着第一轴线A1通过第一出口74离开阀（当阀转子处于图7的第一位置中时），或者可替代地，沿着第二轴线A2通过第二出口76离开阀（当阀转子处于图8的第二位置中时）。如先前所述，来自第一发动机气缸子组的排气通过入口72进入阀。当阀转子处于图7的第一（非旁通）位置中时，气体从第一出口74离开并且被馈送到主排气歧管中，使得其与来自第二子组发动机气缸的排气混掺。当阀转子处于图8的第二（旁通）位置中时，气体从第二出口76离开并且通过旁通管线80（参见图2至图5中的任一者）直接馈送到催化处理设备。
如已经指出的，三通阀70的关键方面在于使从入口72到第一出口74的流动路径与从入口72到第二出口76的流动路径流体隔离，如根据图7和图8显而易见的。结果是当阀处于图7的非旁通位置中时，所述阀在主排气歧管和旁通排气歧管之间建立流体连通，使得其共同基本上充当单个岐管。然而，当阀处于旁通位置中时，这两个排气歧管彼此流体隔离，如先前所述。此流体隔离意味着来自主排气歧管的排气被输送到涡轮增压器的涡轮机，而不像具有常规废气门的系统发生的那样遭受压力降。
图9描绘本发明的第四实施例。第四实施例的发动机系统类似于图5的第三实施例，主要差别与如何在第一子组气缸22a和第二子组气缸22b中的每一者中实施燃料控制和/或燃烧正时有关。图9描绘用于通过燃料轨道92将燃料馈送到电控燃料喷射器94a和94b的燃料控制器90（包括燃料泵和用于调整所述泵的燃料输送的控制单元），电控燃料喷射器94a和94b将燃料喷洒到气缸中。（可替代地，针对两组燃料喷射器可能存在两个单独的燃料轨道。）根据此实施例，第一子组气缸22a经由第一燃料喷射器94a的燃料输送调度可能不同于第二子组气缸22b经由第二燃料喷射器94b的燃料输送调度。另外，两个子组气缸内的相应燃烧正时可以彼此不同。例如，延迟第一子组的气缸中的火花可以提供晚燃烧并且产生更高排气温度。以此方式，可以独立于从第二子组气缸22b排放的排气的温度和/或压力控制在冷启动期间从第一子组气缸22a排放的排气的温度和/或压力。
根据本发明的一个实施例的方法按流程图形式示出在图10中。决策步骤101问询是否存在冷启动条件。存在可以检测冷启动条件的各种方式。例如，一种技术是确定自发动机的最后一次操作以来已经逝去多少时间，并且如果所逝去的时间超过预先确定的量，则假定，催化设备已经冷却到其起燃温度以下。在发动机的启动时，可以假定，冷启动条件将持续达预先确定的时间段。可替代地，可以在合适位置处（例如在催化设备上或内部）进行温度测量，并且可以基于所测量的温度和来自发动机的排气管的排放水平之间的经验相关性确定冷启动条件，使得只要所测量的温度低于预先确定的极限，便假定冷启动条件。
在任何情况下，如果在问询步骤101中发现存在冷启动条件，则在步骤103处，将三通阀放置（或者允许其保持）在旁通位置中。可选地，在步骤105处，可以针对其排气将直接馈送到催化处理设备的第一子组发动机气缸采用经改变的冷启动燃料调度（并且可能地，经改变的冷启动燃烧正时），而在所述气缸的所述第二子组中使用正常燃料调度和正常燃烧正时。所述方法然后返回到问询步骤101进行下一次迭代。如果在某一时刻，问询步骤101产生“否”结果，使得不再存在冷启动条件，则在步骤102处，将三通阀放置（或者允许其保持）在非旁通位置中，并且在步骤104处，针对第一子组气缸采用正常燃料调度。
图11和图12示出根据本发明的第五实施例的发动机系统。虽然先前的实施例采用呈定位在主排气歧管和旁通排气歧管之间的三通阀70形式的部分发动机旁通阀系统，但是第五实施例的发动机系统通过一个或更多个发动机气缸中的特殊双排气阀实现类似结果，每一气缸的两个排气阀彼此独立地致动。因此，示出四气缸发动机，每一气缸具有主排气阀70b。另外，至少一个气缸具有旁通排气阀70a。所示出的实施例具有包括额外旁通排气阀的单个气缸。可变凸轮系统可操作成像往常一样在每一发动机循环的排气阶段期间打开和关闭主排气阀70b，并且在每一排气阶段期间打开和关闭或者保持关闭旁通排气阀70a。图11描绘当期望所有发动机排气都馈送到涡轮机叶轮50时，排气阀在排气阶段期间的状态。主排气阀70b打开，但是旁通排气阀70a保持关闭。因此，所有发动机排气都通过主排气阀排出到主排气歧管26b''中，其从主排气歧管26b''馈送到涡轮机叶轮。这对应于部分发动机旁通阀系统的非旁通位置。
图12示出发动机系统，其中部分发动机旁通阀系统处于旁通位置中，例如将在冷启动条件期间使用。在每一发动机循环的排气阶段期间，对于具有旁通排气阀70a的每一气缸，所述旁通排气阀打开，但是主排气阀70b保持关闭。对于仅具有主排气阀的其它气缸，其像往常一样打开。因此，总排气的一部分通过旁通排气阀70a排出到旁通排气歧管26a''中，其从旁通排气歧管26a''通过旁通管线80馈送，以便旁通涡轮机叶轮。排气的其余部分通过主排气阀70b排出到主排气歧管26b''中，其从主排气歧管26b''馈送到涡轮机叶轮。因此，此实施例的阀系统实现与现有实施例类似的结果，但是不需要单独的三通阀。
在图11和图12中所示的实施例中，仅一个发动机气缸具有额外的旁通排气阀70a。然而，可替代地，多个发动机气缸具有额外的旁通排气阀在本发明的范围内。
本发明适用于许多不同类型的内燃发动机，包括柴油、汽油、天然气等等。虽然已经示出具有一个涡轮增压器或两个涡轮增压器的实施例，但是本发明并不如此受限；可以通过具有多于两个涡轮增压器（串联或并联布置）的发动机系统实践本发明。
基于本公开，本领域技术人员将认识到，可以在不背离本文中描述的发明构思的情况下作出本文中描述的本发明的修改和其它实施例。出于解释目的、而非限制目的采用本文中使用的特定术语。因此，本发明并不限于所公开的具体实施例，并且修改和其它实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种发动机系统，其包括：
内燃发动机，所述内燃发动机具有多个气缸；
排气歧管系统，所述排气歧管系统包括从所述气缸中的至少一些气缸接收排气的主排气歧管以及从所述气缸中的至少一个气缸接收排气的旁通排气歧管；
旁通管线，所述旁通管线联接到所述旁通排气歧管，以便从其接收排气；
排气馈送管道，所述排气馈送管道联接到所述主排气歧管，以便从其接收排气；
第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括第一压缩机和第一涡轮机，所述第一涡轮机包括联接到所述排气馈送管道以便从其接收排气的排气入口，并且包括用于排放已经通过所述第一涡轮机的排气的排气排放管道，所述旁通管线的下游端联接到所述排气排放管道；以及
部分发动机旁通阀系统，所述部分发动机旁通阀系统安置在所述发动机气缸和所述涡轮增压器之间，所述部分发动机旁通阀系统可调节到非旁通位置，从而允许排气从所述气缸中的至少一些气缸流入所述主排气歧管中，以便供应到所述第一涡轮机，同时防止排气从所述发动机气缸中的任何气缸流到所述旁通排气歧管，
所述部分发动机旁通阀系统可替代地可调节到旁通位置，从而允许排气从所述气缸中的至少一些气缸流入所述主排气歧管中，以便供应到所述第一涡轮机，并且允许排气从所述气缸中的至少一个气缸流入所述旁通排气歧管中，以便旁通所述第一涡轮机；
其中，处于所述旁通位置中的所述部分发动机旁通阀系统使所述主排气歧管和所述旁通排气歧管彼此流体隔离。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述发动机气缸被划分成第一子组气缸和第二子组气缸，并且所述部分发动机旁通阀系统包括具有阀入口、第一出口和第二出口的三通阀，其中，所述阀入口联接到所述旁通排气歧管，以便从其接收排气，所述第一出口联接到所述主排气歧管，以便将排气供应到其中，并且所述第二出口联接到所述旁通管线的上游端，
其中，处于所述旁通位置中的所述三通阀允许来自所述第一子组气缸的排气旁通所述第一涡轮机并且继续行进到所述排气排放管道中，而来自所述第二子组气缸的排气通过所述第一涡轮机，
处于所述非旁通位置中的所述三通阀致使来自所有发动机气缸的所述排气混掺并且通过所述排气馈送管道。
3.根据权利要求2所述的发动机系统，其进一步包括催化处理设备，所述催化处理设备联接到所述排气排放管道，以便从其接收排气。
4.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，所述发动机具有四个气缸，所述第一子组包括一个气缸，并且所述第二子组包括三个气缸。
5.根据权利要求2所述的发动机系统，其中，所述发动机具有六个气缸，所述第一子组包括两个气缸，并且所述第二子组包括四个气缸。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括第二压缩机和第二涡轮机，所述发动机系统包括管道系统和一个或更多个阀，用于选择性地使第一和第二涡轮增压器两者都活动，或者可替代地用于使所述第一涡轮增压器在所述第二涡轮增压器不活动时活动，并且其中，所述旁通管线被布置成使得当所述三通阀处于所述旁通位置中时，排气旁通所述第一涡轮机和所述第二涡轮机两者。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其进一步包括第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括第二压缩机和第二涡轮机，所述发动机系统包括管道系统和一个或更多个阀，用于选择性地使第一和第二涡轮增压器两者都活动，或者可替代地用于使所述第一涡轮增压器在所述第二涡轮增压器不活动时活动，并且其中，所述旁通管线被布置成使得当所述三通阀处于所述旁通位置中时，排气仅旁通所述第二涡轮机。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述部分发动机旁通阀系统包括用于所述气缸中的每一气缸的主排气阀和用于所述气缸中的至少一个气缸的次要排气阀，每一次要排气阀联接到所述旁通排气歧管，以便在所述次要排气阀打开时将来自相应气缸的排气馈送到所述旁通排气歧管中，每一主排气阀联接到所述主排气歧管，以便在所述主排气阀打开时将来自相应气缸的排气馈送到所述主排气歧管中，
其中，在所述非旁通位置中，在每一发动机循环的排气阶段期间，所述旁通排气阀保持关闭，而所述主排气阀打开，
其中，在所述旁通位置中，在每一发动机循环的排气阶段期间，所述旁通排气阀和所述主排气阀打开。
9.一种用于操作发动机系统的方法，所述发动机系统包括：内燃发动机，所述内燃发动机具有多个气缸，空气-燃料混合物在其中燃烧以产生排气；涡轮增压器，所述涡轮增压器具有用于接收排气的涡轮机叶轮和由所述涡轮机叶轮驱动的压缩机叶轮；以及催化处理设备，所述催化处理设备接收排气并且将排气成分转化成危害较小的化合物，所述方法包括以下步骤：
(a)确定是否存在冷启动条件，使得所述催化处理设备在起燃温度以下操作，在所述起燃温度下，所述催化处理设备变得有效，以便将所述排气成分转化成所述危害较小的化合物；
(b) 如果确定不存在冷启动条件，则引导来自所述发动机的排气总量在继续行进到所述催化处理设备之前通过所述涡轮机叶轮；以及
(c) 如果确定存在冷启动条件，则引导来自所述发动机的排气总量的旁通部分旁通所述涡轮机叶轮并且继续行进到所述催化处理设备，并且引导所述排气总量的剩余部分在继续行进到所述催化处理设备之前通过所述涡轮机叶轮。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述发动机气缸划分成第一子组的一个或更多个气缸和第二子组的气缸，并且其中，步骤(b)包括将来自所述第一和第二子组气缸两者的排气引导到所述涡轮机叶轮，并且步骤(c)包括引导来自所述第一子组气缸的排气，以便旁通所述涡轮机叶轮并且继续行进到所述催化处理设备。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括以下步骤：
如果确定存在冷启动条件，则在所述气缸的所述第一子组中采用冷启动燃料调度，并且在所述气缸的所述第二子组中采用正常燃料调度。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤：
如果确定存在冷启动条件，则在所述气缸的所述第一子组中采用冷启动燃烧正时，并且在所述气缸的所述第二子组中采用正常燃烧正时。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述发动机气缸中的每一者具有主排气阀，并且所述气缸中的一者或更多者具有额外的旁通排气阀，其中，步骤(b)包括在每一发动机循环的排气阶段期间打开所述旁通排气阀和所述主排气阀，使得所述排气总量的所述旁通部分通过所述旁通排气阀排出并且通过旁通所述涡轮机叶轮的旁通管线馈送，并且所述排气总量的所述剩余部分通过所述主排气阀排出并且馈送到所述涡轮机叶轮，并且其中，步骤(c)包括在每一发动机循环的排气阶段期间保持所述旁通排气阀关闭并且打开所述主排气阀，使得所述排气总量通过所述主排气阀排出并且馈送到所述涡轮机叶轮。
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