[实用新型]发动机系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发动机系统。

背景技术

车辆的内燃机可包括涡轮增压器以增大发动机扭矩输出。例如，为了提高燃料经济性而减小了尺寸的发动机可能需要增压以补偿尺寸减小而导致的发动机功率损失，并可通过涡轮增压器获得这种增压（例如，涡轮增压器可通过强迫吸入进气并因而提高发动机扭矩输出而提供增压）。然而，多种缺点可能与仅仅使用涡轮增压器相关联。在发动机尺寸减小的情况下，引入涡轮增压器可限制发动机尺寸减小的程度，因为仅仅通过涡轮增压器可能不能够在发动机的全部运转范围内提供期望压力比或瞬态性能。另外，更常见地，涡轮增压器可能具有较慢的瞬态响应，这可能导致发动机扭矩输出的不良迟滞。

另外，当从多个发动机气缸流出的排气被导向涡轮增压器的涡轮机的入口时，根据气缸的点火顺序和凸轮正时，在气缸之间可能发生不良串扰，这可能干扰燃烧。作为涡轮增压发动机中的不良气缸串扰的一个示例，涡轮增压的四缸发动机可以具有1-3-4-2点火顺序，其中气缸1和气缸4是发动机缸体的外部气缸，而气缸2和气缸3是发动机缸体的内部气缸。外部气缸与内部气缸之间的连通可在涡轮增压器的涡轮机的上游发生。例如，在气缸1的排气扫出事件的晚些时候，气缸3可开始排气，这可增加捕集在气缸1中的气体的压力和温度，并可增加该气缸中的残余含量。结果，燃烧可能会受到不利影响，爆震的倾向增大，并且可能需要更大的增压以实现所需的发动机功率输出。这些问题可能最终限制发动机的功率容量。

可以使用多种方法来解决上述问题。为了解决涡轮增压器迟滞，一些方法结合了机械增压器以便与涡轮增压器一起提供增压，其中这两个装置中的一个或两个可以在给定的时间使用。例如，US2010/0263375描述了一种增压系统，其包括涡轮增压器和能够用作压缩机或膨胀器的机械增压器。在较低的发动机转速下，机械增压器提供增压，而在较高的发动机转速下（例如，相对于较低的发动机转速而言），涡轮增压器提供增压同时机械增压器用作膨胀器以提供冷却。在该方法中，来自所有发动机气缸的排气都被引导通过涡轮增压器的涡轮机。因此，该方法可能遭受气缸串扰，这对发动机燃烧可能具有不利影响。

为解决气缸串扰，一些方法可以结合有双涡旋涡轮增压器。通过为排气脉冲可能彼此干涉的气缸设置两个各自通向不同涡轮机的排气路径，该双涡旋涡轮增压器解决了气缸串扰。例如，在具有1-3-4-2的点火序列的四缸发动机中，在气缸1的膨胀冲程期间，在气缸1与气缸2之间可能发生排气门重叠。然而，由于双涡旋涡轮增压器为气缸1和气缸2提供分离的排气路径，所以来自气缸1的排气脉冲不会干扰气缸2中的燃烧。另外，由于这种气门重叠对燃烧没有负面影响，所以可增大凸轮顶开气门持续时间，从而减小发动机泵送做功并增加燃料效率。尽管存在这些优点，但本发明人还是认识到了双涡旋涡轮增压器方法的各种问题。相对于单个涡轮增压器而言，双涡旋涡轮增压器由于其复杂的结构而可能相对较为昂贵并且可能具有较低的耐久性。另外，在高温下，其功能性可能有所折损。

实用新型内容

本实用新型的发明人已经认识到，在发动机系统中结合机械增压器以解决瞬态响应问题或者用双涡旋涡轮增压器代替涡轮增压器以解决气缸串扰问题可能不会产生令人满意的效果，并且甚至可能引入诸如以上所述的问题之类的其他问题。与上述方法相比，本实用新型的发明人确定了通过涡轮增压器和机械增压器中的一者或两者提供增压的发动机系统和相关的方法，从而避免了缓慢的瞬态响应，其中仅来自发动机气缸子集的排气流过涡轮增压器的涡轮机，从而避免了气缸串扰。根据一种示例性方法，仅来自第一气缸子集的排气可经由IEM被引导至涡轮增压器的涡轮机，仅来自第二气缸子集的排气可经由IEM被引导绕过该涡轮机，并且进气可以通过机械增压器和涡轮增压器的压缩机中的一者或两者进行压缩。这样，通过仅仅引导来自发动机气缸子集的排气通过涡轮机，即使当气缸的排气门开度重叠时（这可能根据气缸的点火序列而发生），在不同子集的气缸之间也不会发生连通。因此，可增加凸轮顶开气门持续时间，从而减少泵送做功并增加燃料效率。由于来自第二气缸子集的排气不流过涡轮机，所以该排气可以流过密偶催化剂，从而减少可能改善发动机排放的催化剂起燃时间。另外，由于IEM的使用可与该发动机系统相兼容，所以可减少涡轮增压器壳体材料的成本。

本实用新型一方面提供一种用于发动机的方法，包括：通过集成式排气歧管（IEM）将仅仅来自第一气缸子集的排气引导至涡轮增压器的涡轮机；通过所述集成式排气歧管引导仅仅来自第二气缸子集的排气绕过所述涡轮机；以及通过所述涡轮增压器的压缩机和机械增压器中的一者或两者对进气进行压缩。