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CN108612583B - 发动机系统 - Google Patents

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CN108612583B
CN108612583B CN201710587214.7A CN201710587214A CN108612583B CN 108612583 B CN108612583 B CN 108612583B CN 201710587214 A CN201710587214 A CN 201710587214A CN 108612583 B CN108612583 B CN 108612583B
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cylinders
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朴钟一
洪承祐
李周沅
朴泳燮
秋东昊
李炯馥
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

本申请涉及了一种发动机系统，包括：发动机，其包括用于产生驱动扭矩的一个或更多个汽缸；多个进气管路，所述多个进气管路用于将外部空气供应至所述一个或更多个汽缸；以及一个或更多个电动增压器，所述一个或更多个电动增压器布置在所述多个进气管路上，或所述多个进气管路中。

Description

发动机系统
与相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2016-0169527的优先权权益，并通过引用将其全文纳入本文。
技术领域
本申请涉及一种发动机系统。更特别的，本申请涉及一种能够实现高压缩比的发动机系统。
背景技术
发动机适当地混合空气与燃料，并且通过燃烧混合气体而产生驱动动力。为了获得所需求的或所期望的动力输出以及燃烧效率，足够的空气应供应至发动机。为此，使用涡轮增压器来提高燃烧效率并且将足够的空气供应至发动机。
通常，涡轮增压器的涡轮由发动机排放的排放气体的压力旋转，涡轮增压器的压缩机压缩从外部流入的新鲜空气，并且压缩空气供应至发动机的汽缸。涡轮增压器已经应用于柴油发动机，并且最近也应用于汽油发动机。
作为另一个例子，电动增压器使用由电动机驱动的压缩机压缩外部空气。由于电动增压器由电动机驱动，所以涡轮迟滞很少或没有。电动增压器主要在低转速低负载区域中将压缩空气供应至汽缸。
通常，由排放气体驱动的涡轮增压器(以下称为“机械涡轮增压器”)可能具有低响应性，并且由于高背压，难以实现具有高压缩比的发动机。另外，由于涡轮增压器暴露在高温排放气体(即，摄氏700度)，所以涡轮增压器的外围部件的设计成本增加。
进一步地，由于电动机的输出功率受车辆中设置的电池的输出所限，所以电动增压器的使用限制于低中转速区域。
因此，需要新的具有机械涡轮增压器以及电动增压器的发动机系统。
公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本申请背景技术的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本申请致力于提供一种具有高压缩比的发动机系统。
进一步的，本申请致力于提供这样一种发动机系统，其在发动机受到控制时可以改善响应性。
进一步的，本申请致力于提供这样一种发动机系统，其可以通过在低转速运行区域停用一些汽缸而减少不必要的泵气损失并且改善燃料消耗。
根据本申请的示例性实施方案的发动机系统可以包括：发动机、多个进气管路以及电动增压器；该发动机包括燃烧燃料以产生驱动扭矩的多个汽缸；供应至汽缸的外部空气流动在该多个进气管路中；该电动增压器分别布置在多个进气管路中。
多个进气管路可以包括第一进气管路，供应至汽缸的外部空气通过所述第一进气管路流动；以及第二进气管路，供应至汽缸的外部空气通过所述第二进气管路流动。
发动机系统可以进一步包括连接第一进气管路以及第二进气管路的旁通管路。
发动机系统可以进一步包括布置在所述第一进气管路中的第一进气阀，布置在所述第二进气管路中的第二进气阀以及布置在所述旁通管路中的旁通阀。
第一进气阀可以布置在第一电动增压器的下游部分中，并且第二进气阀可以布置在第二电动增压器的上游部分中。
第一进气管路以及第二进气管路可以合并入主进气管路中，并且主中间冷却器可以布置在主进气管路中。
发动机系统可以进一步包括布置在旁通管路中的辅助中间冷却器。
第一进气阀，第二进气阀和旁通阀可以选择性地打开，或者阀的打开基于发动机的驱动区域而调节。
在低中转速高负载区域中，第一进气阀和第二进气阀可以关闭，通过旁通阀的打开可以调节增压空气量，并且增压空气可以通过第一电动增压器以及第二电动增压器供应至汽缸。
在高转速高负载区域中，旁通阀可以关闭，通过第一进气阀和第二进气阀的打开可以调节增压空气量，并且增压空气可以通过第一电动增压器以及第二电动增压器供应至汽缸。
发动机系统可以进一步包括汽缸停缸装置(CDA)，该汽缸停缸装置布置在多个汽缸之中的一部分汽缸中并且选择性停用该部分汽缸。
发动机可以是四缸发动机，顺序地包括第一汽缸，第二汽缸，第三汽缸以及第四汽缸，并且CDA可以布置在第二汽缸以及第三汽缸中。
在CDA运行的驱动区域中，第一进气阀和第二进气阀可以关闭，通过旁通阀的打开可以调节增压空气量，并且增压空气可以通过第一电动增压器以及第二电动增压器供应至所述汽缸。
CDA运行的驱动区域可以是低转速低负载区域。
根据本申请的示例性实施方案，能够实现具有两个进气管路的发动机系统，该进气管路将外部空气供应至发动机，并且电动增压器布置在每个进气管路中。
进一步的，能够使用体积小并且重量轻的电动增压器而非使用体积大并且重量重的机械涡轮增压器，从而提高车辆的设计自由度并且减少车辆的制造成本。
进一步的，虽然电动增压器的输出受车辆的电动系统限制，但是能够使用多个电动增压器而提高进气的压缩比并且改善控制响应性。
附图说明
提供附图用于参考以描述本申请的示例性实施方案，并且本申请的精神不应仅通过附图解释。
图1为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图2为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统的方框图。
图3为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统在低中转速高负载区域的运转的示意图。
图4为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统在高转速高负载的区域的运转的示意图。
图5为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统在低转速低负载的区域的运转的示意图。
图6为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统的运行区域的图。
具体实施方式
以下将参考所附附图对本申请进行更为全面的描述，在这些附图中显示了本申请的示例性实施方案。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方式的修改，所有这些修改将不脱离本申请的精神或范围。
在描述本申请时，将省略与描述无关的部件。在整个说明书中，同样的附图标记通常表示同样的元件。
此外，图中所示的每个构造的尺寸和厚度任意显示用于更好地理解和便于说明，但是本申请并不限于此。为清楚起见，在附图中而将层、膜、板、区域等的厚度进行了放大。
以下将参考附图对根据本申请的示例性实施方案的发动机系统进行详细描述。
图1为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统的示意图。图2为显示了根据本申请的示例性实施方案的发动机系统的方框图。
如图1以及图2中所示，根据本申请的示例性实施方案的发动机系统包括：发动机10、多个进气管路以及电动增压器；该发动机10包括燃烧燃料以产生驱动扭矩的多个汽缸，供应至汽缸11的外部空气通过所述多个进气管路流动，所述电动增压器分别布置在多个进气管路中，或多个进气管路上，或多个进气管路附近。
进气供应至发动机10的一个或更多个汽缸11，并且流经多个进气管路。排放气体从汽缸11排出，并且通过排气歧管17以及排放管路排放至外部。排放气体净化装置70可以布置在排放管路中，或沿着排放管路，或靠近排放管路。
多个进气管路包括第一进气管路20以及第二进气管路30，外部空气通过这些进气管路供应至汽缸11。然而，这并非是限制性的。
连接第一进气管路20和第二进气管路30的旁通管路40布置在第一进气管路20和第二进气管路30之间。即，旁通管路40从第一进气管路20分支，并且合并入第二进气管路30中。
分别布置在第一进气管路20中以及第二进气管路30中的电动增压器将压缩空气供应至汽缸。电动增压器包括电动机以及电动压缩机。电动压缩机由电动机驱动来压缩进气，并且被压缩的进气供应至汽缸11。
第一进气阀27布置在第一进气管路20中。第一进气阀27可以布置在第一进气管路20中布置的第一电动增压器25的下游部分处。通过打开或选择性地打开第一进气阀27，可以调节通过第一进气管路20供应的进气量。
第二进气阀37布置在第二进气管路30中。第二进气阀37可以布置在第二进气管路30中布置的第二电动增压器35的上游部分中。通过打开或选择性地打开第二进气阀37，可以调节通过第二进气管路30供应的进气量。
第一进气管路20以及第二进气管路30合并入主进气管路50中，并且主中间冷却器54布置在主进气管路50中。由电动增压器压缩的增压空气由主中间冷却器54冷却。
旁通阀47布置在旁通管路40中。辅助中间冷却器43可以布置在旁路通路40中。由第一电动增压器25压缩的增压空气由辅助中间冷却器43冷却。
过滤外部空气的空气滤清器52布置在第一进气管路20以及第二进气管路30的入口中。
通过第一进气管路20以及第二进气管路30流入的外部空气通过进气歧管13供应至汽缸11。节气门15布置在进气歧管13中，并且调节供应至汽缸11的空气量。
根据本申请的示例性实施方案的发动机系统可以进一步包括汽缸停缸装置(CDA)60以选择性地停用多个汽缸11中的一个或更多个。
CDA(汽缸停缸装置)60布置在一个或更多个汽缸处或一个或更多个汽缸附近，并且选择性地停用一些汽缸。当CDA装置60运行时，燃料不供应至停用的汽缸，并且相对应的进气气门以及排气气门的运行停止。由于CDA装置60广泛地为本领域技术人员所熟知，所以在本说明中将不介绍其具体描述。
CDA装置60可以布置在四汽缸的第二汽缸处以及第三汽缸处。
根据本申请的示例性实施方案的发动机系统可以进一步包括：驱动信息检测器80以检测车辆的驱动信息，以及控制器90以基于驱动信息控制第一进气阀27、第二进气阀37、旁通阀47、第一电动增压器25、第二电动增压器35、CDA 60以及节气门15的运作。
驱动信息检测器80检测包括发动机扭矩，发动机转速以及驾驶员所需求或所要求的扭矩的驱动信息。所述驱动信息传输至控制器90。
控制器90可以设置为至少一个以预定程序运作的处理器，并且所述预定程序执行根据本申请的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的每一步骤。
以下将参考附图对根据本申请的示例性实施方案的发动机系统的运行进行详细描述。
控制器90基于由驱动信息检测器80检测的驱动信息确定发动机的驱动区域，或者运行的区域或模式。驱动区域可以划分为低转速低负载区域，低中转速高负载区域以及高转速高负载区域。
控制器90基于发动机的驱动区域通过控制第一进气阀27，第二进气阀37以及旁通阀47来调节供应至汽缸11的增压空气量。即，控制器90控制第一进气阀27，第二进气阀37以及旁通阀47的打开和关闭，或第一进气阀27，第二进气阀37以及旁通阀47的打开程度，从而调节供应至汽缸11的增压空气量。
参考图3，在低中转速高负载区域，控制器90控制关闭第一进气阀27以及第二进气阀37，并且控制旁通阀47的打开程度，从而调节供应至汽缸11的增压空气量。进一步地，控制器90操作第一电动增压器25以及第二电动增压器35，使得从第一电动增压器25和第二电动增压器35来的增压空气供应至汽缸11。
即，通过第一进气管路流入的外部空气首先由电动增压器25压缩，并且外部空气通过旁通管路40流入第二进气管路30中。然后，外部空气额外地由第二电动增压器35压缩。
由于低中转速高负载区域需要高压缩比，所以能够通过串联运行第一电动增压器25以及第二电动增压器35而提高供应汽缸11的外部空气的压缩比。进一步地，由于由电动增压器25压缩的外部空气通过辅助中间冷却器43冷却，所以可以改善外部空气的压缩效率。
参考图4，在高转速高负载区域，控制器90控制关闭旁通阀47，并且控制第一进气阀27以及第二进气阀37的打开程度，从而调节供应至汽缸11的增压空气量。进一步地，控制器90操作第一电动增压器25以及第二电动增压器35，使得从第一电动增压器25和第二电动增压器35来的增压空气供应至汽缸11。
由于高转速高负载区域需要供应大量的外部空气至汽缸，所以可以通过第一进气管路20以及第二进气管路30供应外部空气至汽缸。在这种情况下，通过并联运行第一电动增压器25以及第二电动增压器35可以供应大量的外部空气至汽缸11。
参考图5，在低转速低负载区域，通过运行CDA 60，控制器90停用多个汽缸中的一个或更多个。控制器90控制关闭第一进气阀27以及第二进气阀37，并且控制旁通阀47的打开程度，从而调节供应至汽缸11的增压空气量。然后，控制器90操作第一电动增压器25以及第二电动增压器35，使得从第一电动增压器25和第二电动增压器35来的增压空气供应至汽缸11。
即，通过第一进气管路流入的外部空气由电动增压器25压缩，并且外部空气通过旁通管路40流入第二进气管路30中。然后，外部空气额外地由第二电动增压器35压缩。
由于在低转速低负载区域(CDA运行的驱动区域)一些汽缸停用，所以减少不必要的泵气损失并且改善燃料消耗。进一步的，由于在低转速低负载区域中用两个电动增压器将增压空气供应至汽缸11，所以CDA运行的驱动区域能够扩大(参考图6)。
如上所述，根据本申请的示例性实施方案，由于没有使用机械涡轮增压器，而使用多个电动增压器压缩外部空气，所以可以减少背压，实现高压缩比，并且防止例如爆震的不正常的燃烧。
进一步的，能够通过移除具有相对体积大并且重量重的机械涡轮增压器而提高车辆的设计自由度并且减少车辆的制作成本。
进一步的，虽然电动增压器的输出受车辆的电动系统限制，但是能够使用多个电动增压器而提高外部空气的压缩比并且改善控制响应性。
虽然参考目前被视为是实际的示例性实施方案描述本申请，应理解本申请并不限于所申请的实施方案，相反地，本申请旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改形式和等效布置。

Claims (7)

1.一种发动机系统，包括：
发动机，其包括用于产生驱动扭矩的一个或更多个汽缸；
多个进气管路，所述多个进气管路用于将外部空气供应至所述一个或更多个汽缸；以及
一个或更多个电动增压器，所述一个或更多个电动增压器布置在所述多个进气管路上，或所述多个进气管路中；
第一进气管路，供应至汽缸的外部空气通过所述第一进气管路流动；以及第二进气管路，供应至汽缸的外部空气通过所述第二进气管路流动；
所述发动机系统进一步包括：
连接所述第一进气管路和所述第二进气管路的旁通管路；
布置在所述第一进气管路中的第一进气阀；
布置在所述第二进气管路中的第二进气阀；
布置在所述旁通管路中的旁通阀；以及
汽缸停缸装置，该汽缸停缸装置布置在多个汽缸的一个或更多个汽缸中，所述汽缸停缸装置选择性地停用一个或更多个汽缸；
其中，所述第一进气阀布置在第一电动增压器的下游部分，所述第二进气阀布置在第二电动增压器的上游部分；
其中，在所述汽缸停缸装置运行的驱动区域中，所述第一进气阀和所述第二进气阀关闭，通过所述旁通阀的打开而调节增压空气量，并且增压空气通过第一电动增压器和第二电动增压器供应至汽缸；
其中，所述汽缸停缸装置运行的驱动区域为低转速低负载区域。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，
所述第一进气管路和所述第二进气管路合并入主进气管路中，并且主中间冷却器布置在所述主进气管路中。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括：
布置在所述旁通管路中的辅助中间冷却器。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述第一进气阀、所述第二进气阀和所述旁通阀选择性地打开，或者所述第一进气阀、所述第二进气阀和所述旁通阀的打开基于发动机的驱动区域而调节。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，其中，在低中转速高负载区域中，所述第一进气阀和所述第二进气阀关闭，通过所述旁通阀的打开而调节增压空气量，并且增压空气通过第一电动增压器以及第二电动增压器供应至汽缸。
6.根据权利要求4所述的发动机系统，其中，在高转速高负载区域中，所述旁通阀关闭，通过所述第一进气阀以及所述第二进气阀的打开而调节增压空气量，并且增压空气通过第一电动增压器和第二电动增压器供应至汽缸。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述发动机为四缸发动机，其顺序地包括第一汽缸，第二汽缸，第三汽缸以及第四汽缸，并且
所述汽缸停缸装置布置在所述第二汽缸以及所述第三汽缸中。
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