[发明专利]用于具有进气侧旁通管线的升压内燃发动机的系统和方法

说明书

本发明涉及用于具有进气侧旁通管线的升压内燃发动机的系统和方法。提供了用于升压内燃发动机的方法和系统。在一个示例中，系统可包括用于供应增压空气的进气系统；布置在进气系统中的压缩机；第一切断元件，其布置在压缩机的叶轮的上游的进气系统中；旁通管线，其在第一切断元件的上游从进气系统分支出来并且在叶轮的上游重新加入进气系统；布置在旁通管线中的第二切断元件；压缩空气管线，其在第二切断元件的下游通向旁通管线；以及布置在压缩空气管线中的第三切断元件。可通过在低质量流量状况期间经由旁通管线向叶轮提供空气流来增加压缩机性能图范围，并且可通过经由压缩空气管线提供压缩空气来加快叶轮加速。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月9日提交的德国专利申请No.102017209789.2的优先权。上述申请的全部内容通过引用方式全文并入本文用于所有目的。

技术领域

本说明书总体上涉及用于强制进气(forced induction)内燃发动机的系统和方法。

背景技术

车辆发动机系统可被配置为具有升压装置诸如涡轮增压器或机械增压器，以用于提供升压空气充气和增加峰值功率输出。涡轮增压器包括发动机的排气路径中的涡轮，该涡轮利用可用的排气能量中的一些以驱动压缩机。热排气流被供给到涡轮并且随着能量的释放而在涡轮中膨胀，从而使耦接到压缩机的轴旋转。如果升压装置为机械增压器，则取代由排气涡轮驱动，压缩机可由发动机直接或间接驱动，诸如经由机械连接或运动学连接(例如，皮带、链条或齿轮)驱动，或者由电动马达驱动(在电动机械增压器的情况下)驱动。耦接到发动机的进气系统的压缩机运送进气并压缩进气，从而增加发动机的汽缸的充气。压缩机的使用允许较小排量发动机提供与较大排量发动机一样多的动力，并具有额外的燃料经济性益处。

涡轮增压器相较于机械增压器的优点是，涡轮增压器利用排气能量，而机械增压器将机械负载施加于发动机上，从而降低发动机的效率。然而，机械增压器能够一直产生期望的充气压力并且使期望的充气压力可用，而不管发动机的操作状态如何，尤其是当电驱动机械增压器时。相反，在通过涡轮增压实现在所有发动机转速范围内的功率增加时遇到困难。例如，当发动机转速下冲(undershot)时观察到相对剧烈的扭矩下降。也就是说，如果发动机转速降低，则排气质量流量较小，并且因此涡轮压力比较低。因此，对于较低的发动机转速，充气压力比同样降低。这相当于扭矩下降。

例如，在低增压空气流率的情况下，进气系统中的增压空气的流速下降至接近压缩机的叶轮的流动受到损害的程度。因此，由流经压缩机的增压空气引起的压力增加能够仅以有限的程度实现，或者根本不实现。相反地，增压空气流与叶轮叶片分离，发生部分逆流，并且压缩机开始喘振。此外，在发动机的瞬时操作中，诸如在踩油门期间，涡轮增压器可不能够快速地满足来自车辆操作者的增加的负载需求。较高的充气压力需要将压缩机加速到较高的旋转速度，当涡轮旋转加快时该加速被延迟。

增加涡轮增压的发动机的低端扭矩的其他尝试包括将压缩机的喘振极限移向较小压缩机流量，以便提供足够高的充气压力以甚至在低发动机转速和低增压空气流率下实现内燃发动机的令人满意的扭矩特性。一个示例方法包括将多个涡轮增压器分级并联布置，其中每个涡轮增压器包括具有相对较小涡轮横截面的涡轮，使得涡轮在逐渐增加的排气流率的情况下被成功地激活。以这种方式，涡轮增压器压缩机的喘振极限移向较小的增压空气流量，使得在低增压空气流率的情况下，能够提供足够高的充气压力以便确保在低发动机转速下的发动机的令人满意的扭矩特性。此外，较小的涡轮和对应的压缩机能够被更快地加速。作为另一个示例，可将多个涡轮增压器串联连接。通过将两个涡轮增压器串联连接，两个涡轮增压器中的一个涡轮增压器充当高压级并且一个涡轮增压器充当低压级，压缩机特性图(characteristic map)能够在较小压缩机流量的方向上和在较大压缩机流量的方向上扩大。