CN116838468A - 包括用于抑制二次空气泵的喘振的装置的使用二次空气泵的系统和方法 - Google Patents

包括用于抑制二次空气泵的喘振的装置的使用二次空气泵的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116838468A
CN116838468A CN202310750071.2A CN202310750071A CN116838468A CN 116838468 A CN116838468 A CN 116838468A CN 202310750071 A CN202310750071 A CN 202310750071A CN 116838468 A CN116838468 A CN 116838468A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
sap
valve
ice
turbocharger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310750071.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116838468B (zh
Inventor
J·库勒
D·特伯
J·齐格勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Garrett Power Technology Shanghai Co ltd
Original Assignee
Garrett Power Technology Shanghai Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Garrett Power Technology Shanghai Co ltd filed Critical Garrett Power Technology Shanghai Co ltd
Publication of CN116838468A publication Critical patent/CN116838468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116838468B publication Critical patent/CN116838468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/162—Control of the pumps by bypassing charging air by bypassing, e.g. partially, intake air from pump inlet to pump outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/168—Control of the pumps by bypassing charging air into the exhaust conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

在涡轮增压内燃机系统中，包括电动压缩机作为二次空气泵(SAP)用于将空气喷射到所述ICE的排气系统中，可控阀使得所述涡轮增压器压缩机和所述SAP能够在某些操作条件下向所述ICE的进气口提供两级压缩空气，或者在其他条件下经由二次空气喷射管线(SAI管线)将所述空气馈送到所述排气系统中。导管从SAP的排放口分出并与来自所述涡轮增压器压缩机的排放管道系统连接，并且被配置成用于“切断”位置中的经限定的泄漏的开/关阀控制通过所述导管的流。当来自所述SAP的空气仅需要用于喷射空气时，通过所述泄漏阀进入到所述进气系统中的泄漏抑制所述SAP的喘振。

Description

包括用于抑制二次空气泵的喘振的装置的使用二次空气泵的 系统和方法
技术领域
本申请总体地涉及涡轮增压内燃机系统，并且更特定来说涉及涡轮增压发动机系统，在所述涡轮增压发动机系统中，在某些操作条件下，采用二次空气泵来将新鲜空气喷射到来自该发动机的排气流中，以帮助排出气体中的污染物(例如，未燃的碳氢化合物)的燃烧或氧化，从而减少来自发动机的排放物。
背景技术
使用二次空气泵(SAP)的二次空气喷射(SAI)的使用是用于减少发动机排放物的已知技术。在发动机的冷启动之后，排出气体中的未燃碳氢化合物的量往往增加，并且在催化处理设备达到其起燃温度之前，排气管外的不期望的排放物的水平相对高。通过在催化处理设备之前将新鲜空气喷射到排出气体中，可以通过放热化学反应氧化诸如未燃的碳氢化合物的污染物，所述放热化学反应帮助更快地加热催化剂。事实上，在一些情况下，与二次空气喷射一起，燃料可以在催化剂之前有意地被喷射到排出气体流中，以引发此放热反应，以便更快地加热催化剂。
从WO 2018/083400A1已知一种涡轮增压发动机系统，其使用与涡轮增压器压缩机串联连接的二次空气泵(包括电气或机械驱动的压缩机)来增强由涡轮增压器压缩机提供的增压。被涡轮增压器压缩机压缩的空气的至少一部分始终另外被二次空气泵压缩，并且该两级压缩空气的某一部分始终被供应到发动机进气口，而另一部分被喷射到排气系统中以实现排放物控制。
本申请描述用于使用二次空气泵来实现上述排放物控制益处并且另外提供通常与二次空气泵不相关的其他益处的系统和方法。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种涡轮增压发动机系统包括内燃机(ICE)，所述内燃机(ICE)包括空气进气系统和排气系统，空气通过所述空气进气系统供应到所述ICE，所述排气系统从所述ICE收集排出气体并将所述排出气体排出到大气。所述系统包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮机，所述涡轮机被布置成接收来自所述排气系统的排出气体。涡轮增压器空气入口管道系统与所述涡轮增压器压缩机耦接用于向所述压缩机供应空气，并且涡轮增压器空气排放管道系统从所述涡轮增压器压缩机的出口耦接到所述ICE的所述进气系统用于向所述ICE供应压缩空气。
所述系统进一步包括二次空气泵(SAP)，所述二次空气泵(SAP)包括第二压缩机和与所述第二压缩机可操作地耦接以用于可旋转地驱动所述第二压缩机的电动马达。SAP入口管道系统在分支点处与来自所述涡轮增压器的所述压缩机的所述涡轮增压器空气排放管道系统连接，所述SAP入口管道系统将空气从所述涡轮增压器空气排放管道系统供应到所述第二压缩机。开/关阀(on/off valve)#1在所述分支点的下游设置在所述涡轮增压器空气排放管道系统中，并且可操作以切断或允许流从中通过。SAP排放管道系统在所述开/关阀#1的下游从所述SAP的出口耦接到所述涡轮增压器空气排放管道系统，用于将被所述SAP压缩的空气供应到所述涡轮增压器空气排放管道系统中。
二次空气喷射管线(SAI管线)从所述SAP空气排放管道系统中的连接点耦接到所述ICE的所述排气系统，用于向其中喷射空气，并且开/关阀#2设置在所述SAI管线中，并且可操作以切断或允许到所述排气系统的空气喷射。
开/关阀#3在所述SAI管线的所述连接点下游设置在所述SAP空气排放管道系统中，其中所述开/关阀#3可在打开位置与关闭位置之间移动，所述打开位置限定由所述SAP压缩的空气流的打开流动面积Ao，所述空气流将被馈送到所述涡轮增压器空气排放管道系统中以便供应到所述ICE，所述关闭位置限定所述空气流的关闭流动面积Ac，其中Ac等于k*Ao，其中0.01≤k≤0.5。在一些实施例中，k的上限可以是0.2。
附图说明
已经概括地描述了本公开内容，现在将参考附图，所述附图未必按比例绘制，并且其中：
图1是根据本发明的实施例的涡轮增压发动机系统的图解性图示，其示出该系统的被配置成用于发动机进气空气的单级压缩的阀，其中没有到排气系统的二次空气喷射(SAI)；
图2是图1的放大部分，其示出在开/关阀的“切断”位置中具有经限定的泄漏的开/关阀；
图3是沿着图2中的线3-3穿过泄漏阀的横截面视图；
图4类似于图1，并且示出具有被配置成用于发动机进气空气的单级压缩的阀的系统，其中具有到排气系统的SAI；
图5示出具有被配置成用于发动机进气空气的两级串联压缩的阀的系统，其中具有到排气系统的SAI；并且
图6示出被配置成用于发动机进气空气的两级串联压缩的阀，其中没有到排气系统的SAI。
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内容，所述附图绘示本公开内容所属的发明的一些、但并非所有实施例。这些发明可以以各种形式(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图示根据本发明的实施例的涡轮增压发动机系统10。该系统包括内燃机ICE，内燃机ICE具有空气进气系统IS和排气系统ES，空气通过空气进气系统IS供应到发动机的气缸，排气系统ES用于排出通过气缸内的空气/燃料混合物的燃烧产生的排出气体。该发动机系统包括涡轮增压器TC，涡轮增压器TC包括通过轴S耦接到涡轮机T的压缩机C1。该涡轮机被布置成接收来自发动机排气系统ES的排出气体并通过涡轮机使该排出气体膨胀以产生动力。在通过涡轮机之后，排出气体通过排气管EP排放。通常，涡轮机包括用于调节到涡轮机的排出气体流的装置，诸如废气门WG(或者替代地，涡轮机的可变喷嘴，未示出)。压缩机C1被涡轮机可旋转地驱动，并且通过压缩机入口吸入环境空气并对该空气加压以产生一次压缩空气，该一次压缩空气通过涡轮增压器压缩机排放管道系统DC1从压缩机C1排放。
该系统包括布置在涡轮增压器压缩机排放管道系统DC1中的第一开/关阀V1。阀V1可操作以被打开或关闭以分别允许或防止涡轮增压器压缩机排放管道系统中的流继续通过该阀。该系统进一步包括二次空气泵SAP，所述二次空气泵SAP包括电动压缩机(eCompressor)；即，该SAP包括可操作地耦接到电动马达M的第二压缩机C2。SAP入口管道系统SID从涡轮增压器排放管道系统DC1中的分支点被连接，所述分支点在第一开/关阀V1的上游，用于将来自涡轮增压器压缩机的一些或所有一次压缩空气供应到SAP。SAP进一步压缩来自涡轮增压器压缩机的空气以产生二次压缩空气。SAP包括用于排放已经在SAP中被进一步压缩的二次压缩空气的SAP排放管道系统DC2。
SAP排放管道系统DC2连接到二次空气喷射管线SAIL，二次空气喷射管线SAIL又连接到发动机排气系统ES，用于在某些操作条件下将二次压缩空气喷射到该排气系统中。第二开/关阀V2设置在二次空气喷射管线中，并且可操作以被打开或关闭以分别允许或防止二次压缩空气被喷射到排气系统中。该系统还可以在阀V2的上游、在二次空气喷射管线中包括止回阀(诸如簧片阀RP)，以防止排气系统中的排出气体被传递到系统的空气侧。应理解，第二阀V2可以是二元的(binary)开/关阀，或者可以是可以置于中间的部分打开位置的完全可控阀。
SAP排放管道系统DC2还经由连接管线CL连接到涡轮增压器压缩机排放管道系统DC1，在该连接管线中设置有中间第三阀V3。该第三阀可以是二元的开/关阀或完全可控阀。在涡轮增压器压缩机排放管道系统DC1中传导的一次压缩空气与通过第三阀V3的任何二次压缩空气一起被馈送通过中间冷却器IC，并且然后经由空气供应管道系统ASD供应到ICE的进气系统IS。在空气供应管道系统中提供节流阀TV以调节到发动机的空气供应。
该系统包括控制器CNTRL，控制器CNTRL与各种阀V1-V3、WG和TV的相应的可电气控制的致动器AC并且与SAP的马达M电气通信。该控制器可以是被配置成实施如本文中所述的控制器的对应功能的任何装置，诸如以硬件、软件或硬件与软件的组合实施的设备或电路系统。在一些实施例中，该控制器可以被配置成通过识别如下发动机状况来增强关于涡轮增压器和二次空气喷射操作的ECU能力：在该发动机状况下，将采取行动来将二次空气喷射到排气系统中以实现排放物控制和/或用于经由涡轮增压器和SAP的组合作用增强发动机增压。照此，在示例性实施例中，控制器可以仅向ECU提供额外的功能。然而，在一些实施例中，控制器可以是与ECU分开的单元(即，图中所示的控制单元CNTRL可以不包括ECU，但是可以与ECU通信)。
该控制器包括存储器设备。该存储器设备可以包括例如易失性和/或非易失性存储器。存储器设备可以被配置成存储用于使得该装置能够执行根据本发明的示例性实施例的各种功能的信息、数据、应用、模块、指令等等。例如，存储器设备可以被配置成缓冲输入数据以供由控制器的处理器处理。另外或替代地，存储器设备可以被配置成存储对应于供由控制器的处理器执行的应用的指令。
如所叙述的，控制器的处理器可以是ECU的处理器或者是单独控制器的协处理器或处理器。处理器可以以多种不同的方式实施。例如，处理器可以被实施为处理元件、协处理器、控制器或者包括集成电路的各种其他处理装置或设备，诸如例如ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)、硬件加速器等等。在示例性实施例中，处理器可以被配置成执行存储在存储器设备中或者可由处理器以其他方式存取的指令。照此，无论是通过硬件还是软件方法或者通过其组合配置，处理器都可以表示能够在被相应地配置时实施根据本发明的实施例的操作的实体。因此，例如，当处理器被实施为ASIC、FPGA等等时，该处理器可以是用于进行本文中描述的操作的专门配置的硬件。替代地，作为另一实例，当处理器被实施为软件指令的执行器时，所述指令可以将处理器专门配置成实施本文中描述的算法和/或操作，如果不是针对由所述指令提供的特定配置，处理器可以原本是通用处理元件。然而，在一些情况下，处理器可以是特定设备(例如，ECU)的处理器，其适于通过用于实施本文中描述的算法和/或操作的指令对处理器进行进一步的配置(例如，通过添加控制器)来采用本发明的实施例。
无论以何种方式配置和实现控制器，其都被编程有供由处理器使用以执行本发明的方法的步骤的机器可读指令。在这方面，出于下文解释的具体目的，可以分别控制阀V1-V3以将系统置于多种不同配置或操作模式中。
图1绘示处于“标准”操作模式的涡轮增压发动机系统，在所述“标准”操作模式中，提供给ICE的所有经增压的空气都由涡轮增压器压缩机C1提供。控制器通过命令阀V1打开并命令阀V2和V3关闭并且命令SAP处于“切断”或去激活状态而将系统置于标准模式。因此，存在对进气空气的单级压缩，并且不存在到发动机排气系统的二次空气喷射。
图4示出处于空气喷射操作模式的系统，在所述空气喷射操作模式中，基本上所有提供给ICE的经增压的空气都由涡轮增压器压缩机提供，并且其中二次压缩空气被喷射到发动机排气系统ES中。控制器通过命令阀V1和V2打开并命令阀V3关闭并且命令SAP处于“接通”或激活状态而将系统置于空气喷射模式。在空气喷射模式中，由涡轮增压器压缩机产生的一部分一次压缩空气从涡轮增压器压缩机排放管道系统被放出(bled off)，并且被SAP进一步压缩以产生二次压缩空气，该二次压缩空气凭借阀V3是打开的而被喷射到发动机排气系统中。在根据本发明的系统和方法的描述的这一点上，必需考虑本发明的其他方面，即，期望将两个压缩机C1和C2串联放置以在某些操作条件下实现发动机进气空气的两级压缩。在那些操作条件中的一些操作条件下，所有两级压缩空气都被供应到发动机进气口，而在其他操作条件下，大部分被供应到进气口，而剩余部分被喷射到排气系统中以实现排放物控制。由于这些要求，SAP的压缩机C2的尺寸必须足够大，以容纳从涡轮增压器压缩机C1出来的所有一次压缩空气。因此，当系统被置于图4的空气喷射模式时，通过相对大尺寸的压缩机C2的相对低流率意指，SAP的压缩机C2将往往靠近于其喘振线(surge line)或者甚至进入到其分布图的喘振区域中操作。
根据本发明，该系统包括用于抑制或减轻SAP的压缩机C2的喘振的装置。更特定地参考图2和图3，开/关阀V3被配置成“泄漏的”，或者换句话说，该阀被配置成使得在其“切断”或关闭位置中，存在通过阀进入到排放管道系统DC1中的经限定量的泄漏空气流。该阀在图2和3中被绘示为简单蝶形阀，其具有可旋转板，该可旋转板可在法向于通过阀通路的空气流的关闭位置与侧向于该空气流取向的打开位置之间调整。为提供经计量或预先限定量的泄漏流，可以穿过阀板提供孔H(或多个孔)，使得在关闭位置中，该孔允许少量泄漏通过该板。泄漏流增加通过SAP的压缩机的流率，并且从而帮助降低喘振的可能性。
除图2和图3中绘示的布置以外，还存在许多方法可以实现通过阀V3的所期望量的“泄漏”流。作为另一实例，泄漏管可以在第一阀V1的下游连接在排放管道DC1与排放管道DC2之间；与这种泄漏管结合的非泄漏阀V3被视为本申请的意义内的“泄漏阀”。替代地，其关闭位置并不完全抵靠阀座密封、从而允许一些泄漏流的第三阀被视为如本文中定义的“泄漏阀”。
相对于从SAP出来的总质量流率，所需泄漏流的量取决于与发动机、涡轮增压器、SAP等等的特性相关的许多因素。在一些情况下，通过第三阀的泄漏流率可以构成通过SAP的大部分总流率。在本发明的一些实施例中，处于打开位置的阀V3限定由SAP压缩的空气流的打开流动面积Ao，并且关闭位置限定所述空气流的关闭流动面积Ac。有利地，Ac等于k*Ao，其中0.01≤k≤0.5。更优选地，0.02≤k≤0.25，并且仍更优选地，0.04≤k≤0.2。在图2和图3中的阀的说明性实例中，关闭流动面积Ac是孔H的面积，并且打开流动面积Ao是通过阀壳的通路的面积减去打开位置中沿边板(edgewise plate)的堵塞。在任何情况下，本发明都并不限于任何特定类型或配置的阀，但是仅出于解释目的提供此图示。无论阀类型如何，该阀都将被配置成在关闭时允许经限定的泄漏流。
图5绘示处于第一“性能”模式的涡轮增压发动机系统，在所述第一“性能”模式中，期望对发动机进气空气的两级压缩，以及用于排放物控制的二次空气喷射。为将系统置于第一性能模式，控制器命令阀V1关闭并命令阀V2和V3打开并且命令SAP“接通”或激活。因此，SAP接收来自涡轮增压器压缩机的所有一次压缩空气并实施二级压缩以产生二次压缩空气。然后，二次压缩空气在通过阀V3被供应到发动机进气口的大部分(按质量流量计算(by mass flow))和被喷射到发动机排气系统中的剩余部分(少数)部分之间分流。当需要额外的发动机增压以及二次空气喷射以减少排放物时，可以暂时采用图5的第一性能模式。
图6示出处于第二“性能”模式的系统，在所述第二“性能”模式中，需要对进气空气的两级压缩，但是不需要二次空气喷射。为将系统置于第一性能模式，控制器命令阀V1和V2关闭并命令阀V3打开并且命令SAP“接通”或激活。因此，SAP接收来自涡轮增压器压缩机的所有一次压缩空气并实施二级压缩以产生二次压缩空气。然后，二次压缩空气通过阀V3被供应到发动机进气口。
如所叙述的，附图中的示例性涡轮增压发动机系统包括呈废气门WG形式的用于调节到涡轮机的排出气体流的装置。在其他非图示的实施例中，用于进行调节的装置可以是可变涡轮机喷嘴。如果期望或有利，控制器可以控制废气门或可变涡轮机喷嘴的操作，以便影响喷射到排气系统中的二次空气的质量流量。在瞬变期间，控制器可以保持废气门打开以实现更大的二次空气质量流量，或者关闭废气门，并且从而减少来自二次空气泵的质量流量。
从对本发明的某些示例性实施例的以上描述，本领域普通技术人员将了解，本发明提供优于现有技术的明显优点。例如，本发明使得单个电动压缩机能够充当用于将空气喷射到排气系统中的二次空气泵，并且还充当用于通过额外的发动机增压来增强ICE的瞬态响应的二级压缩机。当电动压缩机用于二次空气喷射时，本发明还促进对电动压缩机的喘振控制。
基于本公开内容，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他实施例。例如，阀V1-V3中的任一者可以是能够精细地调节通过阀的流动面积的完全可控阀。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，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种涡轮增压发动机系统，其包括：
内燃机(ICE)，所述内燃机(ICE)包括空气进气系统和排气系统，空气通过所述空气进气系统供应到所述ICE，所述排气系统从所述ICE收集排出气体并将所述排出气体排出到大气；
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮机，所述涡轮机被布置成接收来自所述排气系统的排出气体；
涡轮增压器空气入口管道系统和涡轮增压器空气排放管道系统，所述涡轮增压器空气入口管道系统与所述压缩机耦接用于向所述压缩机供应空气，所述涡轮增压器空气排放管道系统从所述压缩机的出口耦接到所述ICE的所述进气系统用于向所述ICE供应压缩空气；
二次空气泵(SAP)，所述二次空气泵(SAP)包括第二压缩机和与所述第二压缩机可操作地耦接以用于可旋转地驱动所述第二压缩机的电动马达；
SAP入口管道系统，所述SAP入口管道系统在分支点处与来自所述涡轮增压器的所述压缩机的所述涡轮增压器空气排放管道系统连接，所述SAP入口管道系统将空气从所述涡轮增压器空气排放管道系统供应到所述第二压缩机；
开/关阀#1，所述开/关阀#1在所述分支点的下游设置在所述涡轮增压器空气排放管道系统中，并且可操作以切断或允许流从中通过；
SAP排放管道系统，所述SAP排放管道系统在所述开/关阀#1的下游从所述SAP的出口耦接到所述涡轮增压器空气排放管道系统，用于将被所述SAP压缩的空气供应到所述涡轮增压器空气排放管道系统中；
二次空气喷射管线(SAI管线)，所述二次空气喷射管线(SAI管线)从所述SAP空气排放管道系统中的连接点耦接到所述ICE的所述排气系统，用于向其中喷射空气；
开/关阀#2，所述开/关阀#2设置在所述SAI管线中，并且可操作以切断或允许到所述排气系统的空气喷射；以及
开/关阀#3，所述开/关阀#3在所述SAI管线的所述连接点下游设置在所述SAP空气排放管道系统中，其中所述开/关阀#3能够在打开位置与关闭位置之间移动，所述打开位置限定由所述SAP压缩的空气流的打开流动面积Ao，所述空气流将被馈送到所述涡轮增压器空气排放管道系统中以便供应到所述ICE，所述关闭位置限定所述空气流的关闭流动面积Ac，其中Ac等于k*Ao，其中0.01≤k≤0.5。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机系统，其中所述SAP、所述开/关阀#1、所述开/关阀#2和所述开/关阀#3各自能够经由控制信号电气致动和控制，并且所述涡轮增压发动机系统进一步包括控制器，所述控制器与所述SAP并且与所述开/关阀#1、所述开/关阀#2和所述开/关阀#3中的每一者电气通信，以向其提供控制信号。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压发动机系统，其中所述控制器被编程有用于实施以下步骤的机器可读指令：
A)通过去激活所述SAP并且打开所述开/关阀#1并关闭所述开/关阀#2和所述开/关阀#3而以标准模式操作所述发动机系统，所述标准模式特征在于所述ICE的进气口由所述涡轮增压器压缩机单独供应压缩空气，并且没有SAI；以及
B)通过激活所述SAP并且打开所述开/关阀#1和所述开/关阀#2并关闭所述开/关阀#3而以二次空气喷射模式操作所述发动机系统，所述二次空气喷射模式特征在于所述ICE由所述涡轮增压器压缩机单独供应压缩空气，并且所述SAP将压缩空气喷射到所述ICE的所述排气系统中，并且通过所述开/关阀#3的经限定的空气泄漏为所述SAP提供喘振减轻。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压发动机系统，其中所述控制器被编程有用于实施以下另外的步骤的机器可读指令：
C)通过激活所述SAP、关闭所述开/关阀#1和所述开/关阀#2并打开所述开/关阀#3而以第一性能模式操作所述发动机系统，所述第一性能模式特征在于所述涡轮增压器压缩机和所述SAP对供应到所述ICE的所述进气口的空气实施两级串联压缩，并且没有SAI。
5.根据权利要求3所述的涡轮增压发动机系统，其中所述控制器被编程有用于实施以下另外的步骤的机器可读指令：
D)通过激活所述SAP、关闭所述开/关阀#1并打开所述开/关阀#2和所述开/关阀#3而以第二性能模式操作所述发动机，所述第二性能模式特征在于所述涡轮增压器压缩机和所述SAP对空气实施两级串联压缩，一部分所述空气被供应到所述ICE的所述进气口，并且所述空气的剩余部分被喷射到所述ICE的所述排气系统中。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压发动机系统，其进一步包括用于调节到所述涡轮机的排出气体流的装置，用于调节排出气体流的所述装置能够由控制信号电气控制，并且其中当以所述第二性能模式操作时，所述控制器控制所述用于调节排出气体流的装置，以便影响喷射到所述ICE的所述排气系统中的压缩空气的质量流率。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器发动机系统，其中用于调节排出气体流的所述装置是废气门。
8.根据权利要求6所述的涡轮增压器发动机系统，其中用于调节排出气体流的所述装置是所述涡轮机的可变喷嘴。
9.一种用于操作涡轮增压发动机系统的方法，所述涡轮增压发动机系统包括内燃机(ICE)和涡轮增压器，所述涡轮增压器包括经由排气系统接收来自所述ICE的排出气体的涡轮机和由所述涡轮机可旋转地驱动以压缩用于供应到所述ICE的进气口的空气的压缩机，并且所述涡轮增压发动机系统进一步包括二次空气泵(SAP)，所述二次空气泵(SAP)包括电动压缩机，所述方法包括以下步骤：
在需要对来自所述排气系统的排放物的经增强的控制的操作条件期间，(a)操作所述涡轮增压器压缩机以产生用于供应到所述ICE的所述进气口的一次压缩空气，(b)放出所述一次压缩空气的被放出部分并使所述被放出部分转向通过所述SAP，所述SAP进一步压缩所述被放出部分以产生二次压缩空气，(c)将按质量流量计算的大部分所述二次压缩空气喷射到所述ICE的所述排气系统中，以及(d)将所述二次压缩空气的剩余部分供应到所述ICE的所述进气口。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括以下步骤：
在需要对来自所述排气系统的排放物的经增强的控制并且还需要额外发动机增压的操作条件期间，(e)操作所述涡轮增压器压缩机以产生一次压缩空气，(f)将所述一次压缩空气馈送到所述SAP，所述SAP进一步压缩所述一次压缩空气以产生二次压缩空气，(g)将按质量流量计算的大部分所述二次压缩空气供应到所述ICE的所述进气口，以及(h)将所述二次压缩空气的剩余部分喷射到所述ICE的所述排气系统中。
11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括以下步骤：
在不需要对排放物的经增强的控制、但需要额外的发动机增压的操作条件期间，(j)操作所述涡轮增压器压缩机以产生一次压缩空气，(k)将所述一次压缩空气馈送到所述SAP，所述SAP进一步压缩所述一次压缩空气以产生二次压缩空气，以及(l)将所有所述二次压缩空气供应到所述ICE的所述进气口。
12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括以下步骤：
在既不需要对排放物的经增强的控制、也不需要额外的发动机增压的操作条件期间，(m)操作所述涡轮增压器压缩机以产生一次压缩空气，(n)去激活所述SAP，以及(o)将所有所述一次压缩空气供应到所述ICE的所述进气口。
CN202310750071.2A 2022-06-21 2023-06-21 包括用于抑制二次空气泵的喘振的装置的使用二次空气泵的系统和方法 Active CN116838468B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/807923 2022-06-21
US17/807,923 US11639703B1 (en) 2022-06-21 2022-06-21 System and method using secondary air pump for secondary air injection into turbocharged internal combustion engine exhaust and for transiently augmenting engine boost pressure, including means for supressing surge of the secondary air pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116838468A true CN116838468A (zh) 2023-10-03
CN116838468B CN116838468B (zh) 2024-05-28

Family

ID=

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6062026A (en) * 1997-05-30 2000-05-16 Turbodyne Systems, Inc. Turbocharging systems for internal combustion engines
US7451597B2 (en) * 2004-09-29 2008-11-18 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Intake system of internal combustion engine
CN102549248A (zh) * 2009-07-24 2012-07-04 范戴尼超级涡轮有限公司 提高使用超级涡轮增压器的活塞式发动机的燃料效率
CN107002599A (zh) * 2014-11-24 2017-08-01 大陆汽车有限公司 用于内燃发动机的增压装置以及用于所述增压装置的操作方法
CN107313863A (zh) * 2016-04-26 2017-11-03 现代自动车株式会社 发动机系统以及发动机系统的控制方法
US20180274436A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an engine start using an electrically drivable compressor
US20190249595A1 (en) * 2018-02-14 2019-08-15 Borgwarner Inc. System and Method for Controlling Compressor Surge
CN209444465U (zh) * 2018-04-12 2019-09-27 卡特彼勒公司 发动机系统
US10648402B2 (en) * 2016-03-07 2020-05-12 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Supercharging system, control device for supercharging system, control method for supercharging system, and program
US10655576B2 (en) * 2018-04-17 2020-05-19 Hyundai Motor Company Secondary air injection system
US10844780B2 (en) * 2018-04-04 2020-11-24 Hyundai Motor Company Engine system having secondary air injection device
US11220955B2 (en) * 2018-12-21 2022-01-11 Borgwarner Inc. Turbocharger for an internal combustion engine

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6062026A (en) * 1997-05-30 2000-05-16 Turbodyne Systems, Inc. Turbocharging systems for internal combustion engines
US7451597B2 (en) * 2004-09-29 2008-11-18 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Intake system of internal combustion engine
CN102549248A (zh) * 2009-07-24 2012-07-04 范戴尼超级涡轮有限公司 提高使用超级涡轮增压器的活塞式发动机的燃料效率
CN107002599A (zh) * 2014-11-24 2017-08-01 大陆汽车有限公司 用于内燃发动机的增压装置以及用于所述增压装置的操作方法
US10648402B2 (en) * 2016-03-07 2020-05-12 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Supercharging system, control device for supercharging system, control method for supercharging system, and program
CN107313863A (zh) * 2016-04-26 2017-11-03 现代自动车株式会社 发动机系统以及发动机系统的控制方法
US20180274436A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an engine start using an electrically drivable compressor
US20190249595A1 (en) * 2018-02-14 2019-08-15 Borgwarner Inc. System and Method for Controlling Compressor Surge
US10844780B2 (en) * 2018-04-04 2020-11-24 Hyundai Motor Company Engine system having secondary air injection device
CN209444465U (zh) * 2018-04-12 2019-09-27 卡特彼勒公司 发动机系统
US10655576B2 (en) * 2018-04-17 2020-05-19 Hyundai Motor Company Secondary air injection system
US11220955B2 (en) * 2018-12-21 2022-01-11 Borgwarner Inc. Turbocharger for an internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
US11639703B1 (en) 2023-05-02
EP4296487A1 (en) 2023-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2683344C2 (ru) Способ (варианты) и система для двигателя
EP2385230B1 (en) Compressed-air-assisted turbocharger system for internal combustion engine
KR101238385B1 (ko) 터보차저를 위한 밸브 제어
US6354084B1 (en) Exhaust gas recirculation system for a turbocharged internal combustion engine
US7392794B2 (en) Fluid apparatus having pumps and method for controlling the same
US4638634A (en) Engine powered auxiliary air supply system
US20040045281A1 (en) Turbocharged engine with turbocharger compressor recirculation valve
US20120198837A1 (en) Turbocharger control strategy to increase exhaust manifold pressure
US8307646B2 (en) System using supplemental compressor for EGR
US9546593B2 (en) Method for regulating stable operation of an exhaust-gas turbocharger of an internal combustion engine, and a corresponding apparatus
US6422014B1 (en) Turbocharger with controllable flow geometry for two stage turbine
CN116838468B (zh) 包括用于抑制二次空气泵的喘振的装置的使用二次空气泵的系统和方法
CN107975417B (zh) 机动车辆的增压发动机系统
KR20190115856A (ko) 이차 공기 분사 장치를 구비한 엔진 시스템
CN116838468A (zh) 包括用于抑制二次空气泵的喘振的装置的使用二次空气泵的系统和方法
CN107288742B (zh) 用于汽缸停缸的发动机的升压控制方法和系统
US20190178149A1 (en) Energy supercharger system and method
KR20160077560A (ko) 전자식 웨이스트 게이트를 통한 림프홈 모드 제어 방법 및 시스템
US10634044B2 (en) Engine system and method using the same
US9845773B2 (en) Aspirator and ejector system
JP2010138759A (ja) 内燃機関の過給システム及びその制御方法
US20230146605A1 (en) A turbocharged engine system and a method of controlling boost pressure
JPS61108822A (ja) タ−ボチヤ−ジヤ付エンジン
JPH0217696B2 (zh)
KR20120046442A (ko) 부스트 압력 선제어 로직

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant