[發明專利]具有串聯布置的排氣渦輪增壓器的機械增壓內燃發動機以及用于操作該類型內燃發動機的方法

有效

• 申請號: 201410483792.2
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104454139B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: J·克默林;F·A·薩默候夫;V·斯米利亞諾夫斯基;H·M·金德爾;A·庫斯克
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02B37/18
• 分類號: F02B37/18;F02B37/007;F02C6/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

本發明提供一種機械增壓內燃發動機，其包括：高壓渦輪機，其連接到低壓渦輪機的通道上；以及旁通管線，其從所述高壓渦輪機的上游分支出來并且經由定位在所述旁通管線內的控制元件可連接到所述低壓渦輪機的所述通道上。響應于排氣流量調節所述控制元件，以將所述低壓渦輪機的每個通道流體連接到所述旁通管線上，從而優化所述發動機的性能。

相關申請的交叉引用

本申請主張2013年9月19日提交的第102013218815.3號德國專利申請的優先權，所述申請的全部內容以引用的方式并入本文以用于所有目的。

技術領域

本發明涉及一種操作具有高壓渦輪機以及雙渦形管低壓渦輪機的串聯順次增壓系統的方法和系統。

背景技術

對內燃發動機進行的增壓通過為燃燒過程供應壓縮空氣來增加功率。在其中壓縮機和渦輪機被布置在同一軸桿上的排氣渦輪增壓器使用由排氣流供應到渦輪機的能量來經由所述軸桿驅動壓縮機。由于發動機轉速的變化，渦輪增壓器可能引起不合需要的轉矩下降，其影響排氣流并因此影響渦輪機壓力比。

在一種方法中，為了改進增壓內燃發動機的轉矩特性，采用具有小截面結合排氣吹泄(blow-off)的渦輪機。這在低發動機轉速下以及在排氣流量高于閾值且一部分排氣經由旁通管線傳送通過渦輪機時的轉速下優化了壓縮機。在另一方法中，排氣渦輪增壓器被設計為具有大渦輪機截面以用于發動機高轉速，并且進氣系統被設計為用于發動機低轉速下的動態增壓。

發明人注意到上述方法的潛在問題是只有在特定的發動機操作條件下才能改進轉矩特性。在第一方法中，使用排氣吹泄將導致在發動機高轉速下的缺點，并且所提供的壓縮機可能達到其排量的閾值并且因此可能不再能夠提供所需的動力。在第二方法中，缺點可能是構造方面的高額花費以及在發動機轉速變化期間出現的惰性行為。

發明內容

至少部分解決上述問題中的一些問題的一種潛在方案包含用于機械增壓內燃發動機的系統和方法，所述機械增壓內燃發動機包括用于供應增壓空氣的進氣系統以及用于排放排氣的排氣排放系統，并且具有至少兩個串聯排氣渦輪增壓器，所述排氣渦輪增壓器各自包括布置在排氣排放系統中的渦輪機以及布置在進氣系統中的壓縮機，并且其中第一排氣渦輪增壓器充當低壓級且第二排氣渦輪增壓器充當高壓級。第二排氣渦輪增壓器的第二渦輪機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一渦輪機的上游，并且第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機布置在第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機的下游。提供第一旁通管線，其在第二渦輪機的上游從排氣排放系統分支出來并且在第一渦輪機的上游通向排氣排放系統。提供控制元件，其用于計量經由旁通管線傳送的排氣流量。提供排氣再循環布置。第一渦輪機是雙通道渦輪機，其包括安裝在渦輪機殼體中的可旋轉軸桿上的至少一個轉子，并且第二渦輪機經由排氣管線連接到雙通道渦輪機的第一通道上。第一旁通管線可連接到雙通道渦輪機的兩個通道上，控制元件在靜止位置時阻斷第一旁通管線，在第一工作位置時將第一旁通管線連接到雙通道的第一通道上，并且在第二工作位置時將第一旁通管線連接到雙通道渦輪機的兩個通道上。

例如，在低排氣流量下，通過將控制元件定位在靜止位置，可以導引排氣流通過第二排氣渦輪增壓器并且隨后通過第一排氣渦輪增壓器的第一通道。此位置阻止排氣流通過旁通管線并且在排氣流流過低壓渦輪機的第一通道之前將所有的排氣流傳送通過高壓渦輪機。在另一示例中，在高排氣流量下，可以導引排氣流通過第一旁通管線流到第一排氣渦輪增壓器的兩個通道。

以此方式，通過調節定位在第一旁通管線中的控制元件，布置在內燃發動機的排氣排放系統中的一連串渦輪機可以提供基于發動機工況的期望轉矩。因此，第二渦輪增壓器可以被優化以用于發動機低轉速增壓并且第一渦輪增壓器可以被優化以用于發動機高轉速增壓，并且操作控制元件允許在上限閾值與下限閾值之間的發動機工況下的增壓的優化。