[實(shí)用新型]發(fā)動機(jī)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320509894.8
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN203476491U
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·安德魯·韋德;約翰·克里斯多夫·里格爾
• 申請（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司
• 主分類號: F02B37/007
• 分類號: F02B37/007
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

車輛的內(nèi)燃機(jī)可包括渦輪增壓器以增大發(fā)動機(jī)扭矩輸出。例如，為了提高燃料經(jīng)濟(jì)性而減小了尺寸的發(fā)動機(jī)可能需要增壓以補(bǔ)償尺寸減小而導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)功率損失，并可通過渦輪增壓器獲得這種增壓（例如，渦輪增壓器可通過強(qiáng)迫吸入進(jìn)氣并因而提高發(fā)動機(jī)扭矩輸出而提供增壓）。然而，多種缺點(diǎn)可能與僅僅使用渦輪增壓器相關(guān)聯(lián)。在發(fā)動機(jī)尺寸減小的情況下，引入渦輪增壓器可限制發(fā)動機(jī)尺寸減小的程度，因?yàn)閮H僅通過渦輪增壓器可能不能夠在發(fā)動機(jī)的全部運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)提供期望壓力比或瞬態(tài)性能。另外，更常見地，渦輪增壓器可能具有較慢的瞬態(tài)響應(yīng)，這可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)扭矩輸出的不良遲滯。

另外，當(dāng)從多個發(fā)動機(jī)氣缸流出的排氣被導(dǎo)向渦輪增壓器的渦輪機(jī)的入口時，根據(jù)氣缸的點(diǎn)火順序和凸輪正時，在氣缸之間可能發(fā)生不良串?dāng)_，這可能干擾燃燒。作為渦輪增壓發(fā)動機(jī)中的不良?xì)飧状當(dāng)_的一個示例，渦輪增壓的四缸發(fā)動機(jī)可以具有1-3-4-2點(diǎn)火順序，其中氣缸1和氣缸4是發(fā)動機(jī)缸體的外部氣缸，而氣缸2和氣缸3是發(fā)動機(jī)缸體的內(nèi)部氣缸。外部氣缸與內(nèi)部氣缸之間的連通可在渦輪增壓器的渦輪機(jī)的上游發(fā)生。例如，在氣缸1的排氣掃出事件的晚些時候，氣缸3可開始排氣，這可增加捕集在氣缸1中的氣體的壓力和溫度，并可增加該氣缸中的殘余含量。結(jié)果，燃燒可能會受到不利影響，爆震的傾向增大，并且可能需要更大的增壓以實(shí)現(xiàn)所需的發(fā)動機(jī)功率輸出。這些問題可能最終限制發(fā)動機(jī)的功率容量。

可以使用多種方法來解決上述問題。為了解決渦輪增壓器遲滯，一些方法結(jié)合了機(jī)械增壓器以便與渦輪增壓器一起提供增壓，其中這兩個裝置中的一個或兩個可以在給定的時間使用。例如，US2010/0263375描述了一種增壓系統(tǒng)，其包括渦輪增壓器和能夠用作壓縮機(jī)或膨脹器的機(jī)械增壓器。在較低的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下，機(jī)械增壓器提供增壓，而在較高的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下（例如，相對于較低的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而言），渦輪增壓器提供增壓同時機(jī)械增壓器用作膨脹器以提供冷卻。在該方法中，來自所有發(fā)動機(jī)氣缸的排氣都被引導(dǎo)通過渦輪增壓器的渦輪機(jī)。因此，該方法可能遭受氣缸串?dāng)_，這對發(fā)動機(jī)燃燒可能具有不利影響。

為解決氣缸串?dāng)_，一些方法可以結(jié)合有雙渦旋渦輪增壓器。通過為排氣脈沖可能彼此干涉的氣缸設(shè)置兩個各自通向不同渦輪機(jī)的排氣路徑，該雙渦旋渦輪增壓器解決了氣缸串?dāng)_。例如，在具有1-3-4-2的點(diǎn)火序列的四缸發(fā)動機(jī)中，在氣缸1的膨脹沖程期間，在氣缸1與氣缸2之間可能發(fā)生排氣門重疊。然而，由于雙渦旋渦輪增壓器為氣缸1和氣缸2提供分離的排氣路徑，所以來自氣缸1的排氣脈沖不會干擾氣缸2中的燃燒。另外，由于這種氣門重疊對燃燒沒有負(fù)面影響，所以可增大凸輪頂開氣門持續(xù)時間，從而減小發(fā)動機(jī)泵送做功并增加燃料效率。盡管存在這些優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明人還是認(rèn)識到了雙渦旋渦輪增壓器方法的各種問題。相對于單個渦輪增壓器而言，雙渦旋渦輪增壓器由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而可能相對較為昂貴并且可能具有較低的耐久性。另外，在高溫下，其功能性可能有所折損。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，在發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中結(jié)合機(jī)械增壓器以解決瞬態(tài)響應(yīng)問題或者用雙渦旋渦輪增壓器代替渦輪增壓器以解決氣缸串?dāng)_問題可能不會產(chǎn)生令人滿意的效果，并且甚至可能引入諸如以上所述的問題之類的其他問題。與上述方法相比，本實(shí)用新型的發(fā)明人確定了通過渦輪增壓器和機(jī)械增壓器中的一者或兩者提供增壓的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和相關(guān)的方法，從而避免了緩慢的瞬態(tài)響應(yīng)，其中僅來自發(fā)動機(jī)氣缸子集的排氣流過渦輪增壓器的渦輪機(jī)，從而避免了氣缸串?dāng)_。根據(jù)一種示例性方法，僅來自第一氣缸子集的排氣可經(jīng)由IEM被引導(dǎo)至渦輪增壓器的渦輪機(jī)，僅來自第二氣缸子集的排氣可經(jīng)由IEM被引導(dǎo)繞過該渦輪機(jī)，并且進(jìn)氣可以通過機(jī)械增壓器和渦輪增壓器的壓縮機(jī)中的一者或兩者進(jìn)行壓縮。這樣，通過僅僅引導(dǎo)來自發(fā)動機(jī)氣缸子集的排氣通過渦輪機(jī)，即使當(dāng)氣缸的排氣門開度重疊時（這可能根據(jù)氣缸的點(diǎn)火序列而發(fā)生），在不同子集的氣缸之間也不會發(fā)生連通。因此，可增加凸輪頂開氣門持續(xù)時間，從而減少泵送做功并增加燃料效率。由于來自第二氣缸子集的排氣不流過渦輪機(jī)，所以該排氣可以流過密偶催化劑，從而減少可能改善發(fā)動機(jī)排放的催化劑起燃時間。另外，由于IEM的使用可與該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)相兼容，所以可減少渦輪增壓器殼體材料的成本。

本實(shí)用新型一方面提供一種用于發(fā)動機(jī)的方法，包括：通過集成式排氣歧管（IEM）將僅僅來自第一氣缸子集的排氣引導(dǎo)至渦輪增壓器的渦輪機(jī)；通過所述集成式排氣歧管引導(dǎo)僅僅來自第二氣缸子集的排氣繞過所述渦輪機(jī)；以及通過所述渦輪增壓器的壓縮機(jī)和機(jī)械增壓器中的一者或兩者對進(jìn)氣進(jìn)行壓縮。