CN111287838A - 发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机系统，其包括：发动机，其包括燃烧室；进气管线，其连接至多个燃烧室，供应至燃烧室的外部空气流过该进气管线；进气歧管，其连接至燃烧室的进气侧；排气歧管，其连接至燃烧室的排气侧；排气管线，其连接至排气歧管；涡轮增压器，其包括安装在进气管线中的压缩机以及与压缩机相关联地旋转并连接至排气歧管和排气管线的涡轮；废气阀旁通通道，其将涡轮从排气歧管旁通；电动机械增压器，其通过进气管线连接至涡轮增压器的压缩机；动力装置，其电连接至电动机械增压器，并且配置为向电动机械增压器供应电能或吸收并存储由电动机械增压器产生的电能；以及控制器，其用于根据发动机的转速控制动力装置和电动机械增压器的操作。

Description

发动机系统
与相关申请的交叉引用
本申请要求2018年12月7日提交的韩国专利申请第10-2018-0157506号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种发动机系统。更具体地，本发明涉及这样一种发动机，其包括向发动机供应增压空气的涡轮增压器和机械增压器。
背景技术
车辆的发动机通过将从其外部引入的空气与燃料以适当的比例混合并燃烧来产生动力。
在通过驱动发动机产生动力的过程中，可以适当地供应用于燃烧的外部空气以获得期望的输出功率和燃烧效率。为此，使用涡轮增压器作为被配置为对用于燃烧的空气进行涡轮增压以提高发动机的燃烧效率的装置。
通常，涡轮增压器是通过利用从发动机排出的废气的压力使涡轮旋转并由此通过利用其旋转力向燃烧室供应高压空气来增加发动机的输出功率的装置。涡轮增压器应用于大多数柴油发动机，最近还应用于汽油发动机。
作为进气增压装置的另一示例，已经使用了利用电动机来驱动压缩机以压缩外部空气的电动机械增压器。由于电动机械增压器由电池驱动，增压较少，因此它主要在低转速和低负载区域将增压空气供应到燃烧室。
通常，为了对设置有涡轮增压器的发动机进行增压控制，使用设置在与涡轮增压器的涡轮连接的废气通道中的旁通管线以及用于控制流过该旁通通道的旁通废气流量的废气旁通阀。为了控制废气旁通阀，使用气动或电动机械的废气旁通阀致动器。
然而，如果通过关闭废气旁通阀以在低中转速区域中进行增压控制而形成高背压，则这将导致高残留气体量，这会由于爆震等而对发动机在持续运转方面造成不利。
此外，由于废气阀旁通通道和阀的布置，涡轮壳体的结构复杂性将会增加，这对于耐久性方面是不利的。此外，当在双涡流涡轮的情况中流动路径分离的时候，各流动路径的背压发生不均衡。
在本背景技术部分中包括的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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一般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发动机系统，该发动机系统具有双涡流涡轮增压器，该双涡流涡轮增压器包括具有特定横截面面积的废气阀旁通通道而没有废气旁通阀。
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，其包括多个燃烧室，所述多个燃烧室通过燃料的燃烧产生驱动扭矩；进气管线，其连接至多个燃烧室，供应至燃烧室的外部空气流过该进气管线；进气歧管，其连接至燃烧室的进气侧；排气歧管，其连接至燃烧室的排气侧；排气管线，其连接至排气歧管，废气流过该排气管线；涡轮增压器，其包括安装在进气管线中的压缩机以及与所述压缩机相关联地旋转并连接至排气歧管和排气管线的涡轮；废气阀旁通通道，其将涡轮增压器的涡轮从排气歧管旁通，以连接至排气管线；电动机械增压器，其通过进气管线连接至涡轮增压器的压缩机；动力装置，其电连接至所述电动机械增压器，并且配置为向所述电动机械增压器供应电能或吸收并存储由所述电动机械增压器产生的电能；以及控制器，其用于根据发动机的转速控制动力装置和电动机械增压器的操作。
用于过滤外部空气的空气滤清器可以安装在进气管线的入口处。
水冷中冷器可以安装在发动机的进气歧管内部以冷却经过进气管线流入进气歧管的外部空气。
用于冷却流过进气管线的外部空气的风冷中冷器可以在发动机的进气歧管的前端部处安装在进气管线上。
用于控制供应至燃烧室的空气量的节气门可以安装在发动机的进气歧管入口处。
根据本发明的示例性实施方案的发动机系统还可以包括废气净化装置，其配置为在发动机的排气歧管的后端部的排气管线上净化废气。
旁通管线和设置在旁通管线内部的旁通阀可以设置在电动机械增压器的入口处，所述旁通管线可以旁通从进气管线引入的外部空气，以防止外部空气穿过电动机械增压器。
废气阀旁通通道可以具有固定的通道横截面面积，并且从排气歧管排出的废气可以根据发动机的转速流入涡轮或者废气阀旁通通道中。
在发动机低转速区域中，废气可以流入废气阀旁通通道并流向排气管线；在发动机高转速区域中，废气可以流入涡轮并流向排气管线。
所述控制器可以配置为控制动力装置以通过向电动机械增压器供应电能而在发动机低转速区域中操作电动机械增压器，从而补充发动机扭矩。
所述控制器可以配置为在发动机高转速区域中控制电动机械增压器的速度以产生压差并再生由此产生的电动势作为增压能量。
所述控制器可以配置为如果发动机转速等于或大于1500rpm，则确定发动机为高转速，如果发动机转速小于1500rpm，则确定发动机为低转速。
根据本发明的示例性实施方案，当发动机处于低转速区域时，电能被供应到电动机械增压器以使背压最小化，并且随着燃烧室中的残留气体减少，能够通过高压缩点火来改善燃烧。
此外，在高转速区域增压期间，可以通过利用由控制电动机械增压器的速度而产生的电动势来再生额外的增压能量。因此，可以根据剩余的排气能量再生来实现高效的增压系统。
此外，设置有固定的废气阀旁通通道，并且省略传统的废气旁通阀致动器。因此，可以简化发动机系统的结构，并且有利于安装涡轮增压器。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方案中进行详细陈述，这些附图和实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为示意性地示出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为示意性地示出根据本发明的各种示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图3为示意性地示出根据本发明的各种示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图4为示出根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图，其中在发动机的低转速区域中从动力装置向电动机械增压器供应电能，以补充发动机扭矩。
图5为示出根据本示例性实施方案的如下状态的示意图，在该状态下通过利用由控制在发动机高转速区域中的电动机械增压器的速度而产生的电动势来再生额外的增压能量。
应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)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，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与本发明的示例性实施方案相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖本发明的示例性实施方案，而且还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替选形式、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申请的示例性的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。本领域技术人员将意识到，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。
此外，在本发明示例性的实施方案中，由于同样的附图标记指代具有相同配置的元件，会代表性地描述各个示例性的实施方案，而在本发明其他的示例性的实施方案中，只有不同于各个示例性实施方案的配置才会被描述。
附图只是示例性的，其并不一定按比例进行绘制。为了清楚和简便，附图中的各部分的相关的尺寸和比例会被扩大或减少，并且这些尺寸仅是示例性的而并未限定性的。另外，对于在多于一个附图中出现的相同结构、元件或组件，相同的附图标记用于表示相似的特征。应当理解，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为在另一元件“上”时，它可以是直接在其他元件上或者也可以在中间元件上。
本发明的示例性的实施方案详细地示出了本发明的一个示例性的实施方案。因此，附图中的各种改变是可预期的。因此，本发明的该示例性的实施方案将并不会被限制为所示出的区域的具体方面，例如，包括通过制造来改进的方面。
现在，将参照图1和图3来描述根据本发明示例性实施方案的发动机系统。
图1为示意性地示出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为示意性地示出根据本发明的各种示例性实施方案的发动机系统的示意图，并且图3为示意性地示出根据本发明的各种示例性实施方案的发动机系统的示意图。
参考图1，发动机系统100包括发动机10、进气管线20、进气歧管13、排气歧管17、排气管线19、涡轮增压器72、废气阀旁通通道18、电动机械增压器35，动力装置80以及控制器90。
发动机10包括用于通过燃料的燃烧产生驱动力的多个燃烧室11，供应至燃烧室11的进气空气经过进气管线20供应，从发动机10的燃烧室11排出的废气经过排气歧管17和排气管线19而被排放到外部。此时，废气净化装置70可以设置在排气管线19中以净化废气。
此外，用于过滤外部空气的空气滤清器52可以安装在进气管线20的入口处。
流过进气管线20的进气空气经过进气歧管13被供应至燃烧室11。节气门15安装在进气歧管13上以调节供应至燃烧室11的空气量。
此外，水冷中冷器14可以安装在发动机10的进气歧管13内部，该水冷中冷器14冷却经过进气管线20流向进气歧管13的外部空气。
同时，如图3所示，根据本发明另一示例性实施方案的发动机系统100可以包括风冷中冷器54，该风冷中冷器54冷却流过进气管线20的外部空气，该风冷中冷器54安装在进气歧管13的前端部处的进气管线20上，来代替进气歧管13内部的水冷中冷器14。
涡轮增压器72包括安装在进气管线20中的压缩机76以及与压缩机76一起旋转并连接至排气歧管17和排气管线19的涡轮74。涡轮增压器72将增压空气供应至燃烧室11。从进气管线20引入的外部空气被涡轮增压器72的压缩机76压缩，并经过进气歧管13被供应至燃烧室11。涡轮增压器72的涡轮74通过从发动机10排出的燃烧气体的压力而旋转，从进气管线20吸入的外部空气利用旋转力被推至高于大气压的压力。
同时，三通废气再循环(EGR)阀可以安装在涡轮增压器72的前端部处的进气管线20中。从进气管线20吸入至涡轮增压器72的压缩机76中的室外空气的量可以根据三通EGR阀的开度来调节。
同时，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统还可以包括废气再循环装置，该废气再循环装置包括EGR再循环管线和废气再循环(EGR)冷却器；该EGR再循环管线将进气管线20(其连接至涡轮增压器72的压缩机76)和排气管线19(其连接至涡轮增压器72的涡轮74)连接；该废气再循环(EGR)冷却器安装在EGR再循环管线中。
当需要根据发动机10的运行状态减少排放的氮氧化物的量时，由EGR再循环管线实现的废气再循环装置将一部分废气供应至发动机10的进气系统并进入燃烧室11。废气是一种惰性气体，它的体积不变，它相对地降低了混合气的密度，并且在燃料燃烧时降低火焰传播速度，从而降低燃料的燃烧速率并且抑制燃烧温度的上升。
废气阀旁通通道18将涡轮增压器72的涡轮74从排气歧管17旁通，以连接至排气管线19。废气阀旁通通道18具有固定的通道横截面面积，并且从排气歧管17排出的废气在处于发动机10低转速区域中时经过废气阀旁通通道18旁通，而在处于发动机10高转速区域中时流入涡轮74。
如果发动机转速等于或大于1500rpm，则确定发动机为高转速，如果发动机转速小于1500rpm，则确定发动机为低转速。
电动机械增压器35用于向燃烧室11供应增压空气，并且包括电动机31和电动压缩机33。电动压缩机33由电动机31操作以根据驱动条件来压缩外部空气并将其供应到燃烧室11。
外部空气经过进气管线20而通过涡轮增压器72的压缩机76，并且压缩的外部空气被供应到电动机械增压器35。同时，如图2所示，根据本发明的另一示例性实施方案的发动机系统200可以包括旁通管线45和旁通阀40；该旁通管线45可以旁通从进气管线20流动的外部空气，从而不在电动机械增压器35的入口处经过电动机械增压器35；该旁通阀40设置在旁通管线45中。
动力装置80将电能供应至电动机械增压器35，或者吸收并存储由电动机械增压器35产生的电能。
控制器90根据发动机10的转速来控制动力装置80和电动机械增压器35的操作。
图4为示出根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图，其中在发动机的低转速区域中从动力装置向电动机械增压器供应电能，以补充发动机扭矩，图5为示出根据本示例性实施方案的一种状态的示意图，在该状态中通过利用由控制在发动机的高转速区域中的电动机械增压器的速度而产生的电动势来再生额外的增压能量。
如图4所示，控制器90可以通过使动力装置80在发动机10的低转速区域中向电动机械增压器35供应电能用以控制要补充的发动机10的扭矩。此时，如果发动机10的转速为大约1500rpm或更高，则控制器90可以确定发动机10为高转速，而如果发动机10的转速小于大约1500rpm，则确定发动机10为低转速。
如果在发动机10的低转速区域中电动机械增压器35未运行，则废气经过具有固定的流路面积的废气阀旁通通道18被旁通，从而发动机10的扭矩较低。因此，在发动机10的低转速区域中，控制器90可以通过操作电动机械增压器35来控制进入涡轮增压器72的废气的流量从而补充发动机10的扭矩。
此外，如图5所示，控制器90可以在发动机10的高转速区域中控制电动机械增压器35的速度，以产生压差并且将由此产生的电动势再生为增压能量。
这样，根据本发明的示例性实施方案，当发动机处于低转速区域时，电能被供应到电动机械增压器以使背压最小化，并且随着燃烧室中的残留气体减少，能够通过高压缩点火来改善燃烧。
此外，在高转速区域增压期间，可以通过利用由控制电动机械增压器的速度而产生的电动势来再生额外的增压能量。因此，可以根据剩余的排气能量再生来实现高效的增压系统。
此外，提供固定的废气阀旁通通道，并且省略传统的废气旁通阀致动器。因此，可以简化发动机系统的结构，并且有利于安装涡轮增压器。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背后”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“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具体实施方案的特征。应当进一步理解的是，术语“连接”或其衍生词表示直接和间接连接。
前面对本发明的具体示例性实施方案的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在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不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (13)

1.一种发动机系统，包括：
发动机，其包括多个燃烧室，所述多个燃烧室通过燃料的燃烧产生驱动扭矩；
进气歧管，其连接至多个燃烧室的进气侧；
进气管线，其连接至进气歧管，供应至多个燃烧室的外部空气流过该进气管线；
排气歧管，其连接至多个燃烧室的排气侧；
排气管线，其连接至排气歧管，废气流过该排气管线；
涡轮增压器，其包括安装在进气管线中的压缩机以及与所述压缩机相关联地旋转并连接至排气歧管和排气管线的涡轮；
废气阀旁通通道，其将涡轮增压器的涡轮从所述排气歧管旁通，以连接至排气管线；
电动机械增压器，其通过进气管线连接至涡轮增压器的压缩机；
动力装置，其电连接至所述电动机械增压器，并且配置为向所述电动机械增压器供应电能或吸收并存储由所述电动机械增压器产生的电能；以及
控制器，其连接至所述动力装置并配置为根据发动机的转速控制动力装置和电动机械增压器的操作。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其还包括：
空气滤清器，其安装在所述进气管线的入口处，并配置为过滤外部空气。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
水冷中冷器，其安装在发动机的所述进气歧管内部以冷却经过所述进气管线流入进气歧管的外部空气。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
风冷中冷器，其在发动机的所述进气歧管的前端部处安装在所述进气管线上，并且配置为冷却流过进气管线的外部空气。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，其中，所述风冷中冷器设置在所述进气歧管与所述压缩机之间的进气管线上。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
节气门，其安装在发动机的进气歧管入口处，并且配置为用于控制供应至多个燃烧室的空气量。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
废气净化装置，其在发动机的所述排气歧管的后端部处安装在所述排气管线上，并且配置为净化排气管线中的废气。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，其还包括：
旁通管线，其连接所述电动机械增压器的入口和出口，并配置为将从所述进气管线引入的外部空气旁通，以防止外部空气穿过电动机械增压器，以及
旁通阀，其安装在所述旁通管线内部。
9.根据权利要求1所述的发动机系统，
其中，所述废气阀旁通通道具有预定的横截面面积，并且从排气歧管排出的废气根据发动机的转速流入涡轮或者废气阀旁通通道中。
10.根据权利要求9所述的发动机系统，
其中，当发动机转速低于预定转速时，废气流入废气阀旁通通道中并流向排气管线；当发动机转速高于预定转速时，废气流入涡轮中并流向排气管线。
11.根据权利要求1所述的发动机系统，
其中，所述控制器配置为控制动力装置以通过向电动机械增压器供应电能而在发动机低转速区域中操作电动机械增压器，从而补充发动机扭矩。
12.根据权利要求11所述的发动机系统，
其中，所述控制器配置为在发动机高转速区域中控制电动机械增压器的速度以产生压差并再生由此产生的电动势作为增压能量。
13.根据权利要求12所述的发动机系统，
其中，所述控制器配置为当发动机转速等于或大于1500rpm时确定发动机为高转速，当发动机转速小于1500rpm时确定发动机为低转速。
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