[發明專利]用于具有進氣側旁通管線的升壓內燃發動機的系統和方法

在審

• 申請號: 201810588272.6
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109026357A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: V·斯米拉諾夫斯基;F·克雷默;J·凱默林;H·M·肯德爾;A·蘇默霍夫;A·庫斯克;J·格羅格;H·弗里德里希斯;F·J·布林克曼
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: F02B37/20
• 分類號: F02B37/20;F02B37/10;F02D23/00;F02M35/10;F02D9/02;F02D9/08;F02D41/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;張秀芬

本發明涉及用于具有進氣側旁通管線的升壓內燃發動機的系統和方法。提供了用于升壓內燃發動機的方法和系統。在一個示例中，系統可包括用于供應增壓空氣的進氣系統；布置在進氣系統中的壓縮機；第一切斷元件，其布置在壓縮機的葉輪的上游的進氣系統中；旁通管線，其在第一切斷元件的上游從進氣系統分支出來并且在葉輪的上游重新加入進氣系統；布置在旁通管線中的第二切斷元件；壓縮空氣管線，其在第二切斷元件的下游通向旁通管線；以及布置在壓縮空氣管線中的第三切斷元件。可通過在低質量流量狀況期間經由旁通管線向葉輪提供空氣流來增加壓縮機性能圖范圍，并且可通過經由壓縮空氣管線提供壓縮空氣來加快葉輪加速。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年6月9日提交的德國專利申請No.102017209789.2的優先權。上述申請的全部內容通過引用方式全文并入本文用于所有目的。

技術領域

本說明書總體上涉及用于強制進氣(forced induction)內燃發動機的系統和方法。

背景技術

車輛發動機系統可被配置為具有升壓裝置諸如渦輪增壓器或機械增壓器，以用于提供升壓空氣充氣和增加峰值功率輸出。渦輪增壓器包括發動機的排氣路徑中的渦輪，該渦輪利用可用的排氣能量中的一些以驅動壓縮機。熱排氣流被供給到渦輪并且隨著能量的釋放而在渦輪中膨脹，從而使耦接到壓縮機的軸旋轉。如果升壓裝置為機械增壓器，則取代由排氣渦輪驅動，壓縮機可由發動機直接或間接驅動，諸如經由機械連接或運動學連接(例如，皮帶、鏈條或齒輪)驅動，或者由電動馬達驅動(在電動機械增壓器的情況下)驅動。耦接到發動機的進氣系統的壓縮機運送進氣并壓縮進氣，從而增加發動機的汽缸的充氣。壓縮機的使用允許較小排量發動機提供與較大排量發動機一樣多的動力，并具有額外的燃料經濟性益處。

渦輪增壓器相較于機械增壓器的優點是，渦輪增壓器利用排氣能量，而機械增壓器將機械負載施加于發動機上，從而降低發動機的效率。然而，機械增壓器能夠一直產生期望的充氣壓力并且使期望的充氣壓力可用，而不管發動機的操作狀態如何，尤其是當電驅動機械增壓器時。相反，在通過渦輪增壓實現在所有發動機轉速范圍內的功率增加時遇到困難。例如，當發動機轉速下沖(undershot)時觀察到相對劇烈的扭矩下降。也就是說，如果發動機轉速降低，則排氣質量流量較小，并且因此渦輪壓力比較低。因此，對于較低的發動機轉速，充氣壓力比同樣降低。這相當于扭矩下降。

例如，在低增壓空氣流率的情況下，進氣系統中的增壓空氣的流速下降至接近壓縮機的葉輪的流動受到損害的程度。因此，由流經壓縮機的增壓空氣引起的壓力增加能夠僅以有限的程度實現，或者根本不實現。相反地，增壓空氣流與葉輪葉片分離，發生部分逆流，并且壓縮機開始喘振。此外，在發動機的瞬時操作中，諸如在踩油門期間，渦輪增壓器可不能夠快速地滿足來自車輛操作者的增加的負載需求。較高的充氣壓力需要將壓縮機加速到較高的旋轉速度，當渦輪旋轉加快時該加速被延遲。

增加渦輪增壓的發動機的低端扭矩的其他嘗試包括將壓縮機的喘振極限移向較小壓縮機流量，以便提供足夠高的充氣壓力以甚至在低發動機轉速和低增壓空氣流率下實現內燃發動機的令人滿意的扭矩特性。一個示例方法包括將多個渦輪增壓器分級并聯布置，其中每個渦輪增壓器包括具有相對較小渦輪橫截面的渦輪，使得渦輪在逐漸增加的排氣流率的情況下被成功地激活。以這種方式，渦輪增壓器壓縮機的喘振極限移向較小的增壓空氣流量，使得在低增壓空氣流率的情況下，能夠提供足夠高的充氣壓力以便確保在低發動機轉速下的發動機的令人滿意的扭矩特性。此外，較小的渦輪和對應的壓縮機能夠被更快地加速。作為另一個示例，可將多個渦輪增壓器串聯連接。通過將兩個渦輪增壓器串聯連接，兩個渦輪增壓器中的一個渦輪增壓器充當高壓級并且一個渦輪增壓器充當低壓級，壓縮機特性圖(characteristic map)能夠在較小壓縮機流量的方向上和在較大壓縮機流量的方向上擴大。