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技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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。
本说明书总体上涉及用于强制进气(forcedinduction)内燃发动机的系统和方法。
技术介绍
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(characteristicmap)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。在低发动机转速和发动机怠速的情况下增加涡轮增压器压缩机的性能以及在瞬态状况期间减小响应时间的进一步尝试包括提供推进气体的辅助源或将流体驱动到压缩机。一个示例方法由Garve等人在U.S.3,462,071A中示出。其中，经由多个喷嘴将辅助的推进流体直接供应到离心式压缩机的叶轮叶片的外部部分，其中流体的量基于工况发生变化。然而，本文中专利技术人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，并联或串联地级连(staging)多个涡轮增压器可增加车辆成本和复杂性。作为另一个示例，U.S.3,462,071A的系统可不适用于轴流式压缩机。此外，本文中专利技术人已认识到，在低发动机转速状况期间，进气可用作推进气体而不需要辅助源。
技术实现思路
在一个示例中，上面描述的问题可通过一种用于内燃发动机的系统解决，该系统包括：进气系统，其用于供应增压空气；布置在进气系统中的压缩机，该压缩机包括布置在压缩机外壳中的可旋转轴上的叶轮；第一切断元件(shut-offelement)，其布置在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第一切断元件和叶轮之间再次通向进气系统，从而形成嘴部区域，并且其中设置第二切断元件；压缩空气管线，其通向嘴部区域和第二切断元件之间的旁通管线，该压缩空气管线耦接到储存压缩空气的容器；以及第三切断元件，其布置在压缩空气管线中。以这种方式，可在较小压缩机流状况期间以增加的速度经由旁通管线将进气提供到叶轮。作为一个示例，旁通管线可相对于嘴部区域中的轴形成锐角倾斜角α。此外，在一些示例中，可调节的导向装置可被定位在嘴部区域以调整倾斜角α。嘴部区域可具有狭槽状或喷嘴状形状，使得通过流经嘴部区域来增加增压空气的速度。此外，嘴部区域可导致增压空气冲击叶轮的有限段(limitedsegment)，使得仅叶轮的子区域与增压空气进行相互作用。通过将第一切断元件调整至关闭位置并且将第二切断元件调整至打开位置，可将增压空气经由旁通管线而不直接经由进气系统供应到叶轮。更进一步地，压缩空气管线可供应压缩空气以在瞬态状况下诸如在发动机负载需求突然增加(例如，踩油门事件)期间通过将第三切断元件调整至打开位置来快速地将叶轮加速。以这种方式，提供一种用于有效地调整通过压缩机的增压空气流的紧凑且简单的系统。因此，压缩机性能图范围增加，诸如通过经由旁通通道提供增压空气来以低流率扩大喘振裕度。另外，通过经由加压空气管线使叶轮加速来减少涡轮迟滞。总的来说，可提供高的低端发动机扭矩和快速瞬态响应。应当理解，提供上述
技术实现思路
是为以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围通过所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了示例车辆系统的示意图。图2A至图2C示意地示出了可用于调整通过布置在进气系统中的压缩机的流动的喘振管线系统。图3为用于操作压缩机喘振管线系统的示例方法的流程图。图4为示例发动机性能图，其可被参考用于调整压缩机喘振管线系统的操作。图5为示例压缩机性能图，其可被参考用于调整压缩机喘振管线系统的操作。图6为用于基于发动机工况调整喘振管线系统的预示性示例时间线。具体实施方式以下描述涉及用于可包括在车辆诸如图1所示的示例车辆系统中的升压发动机的系统和方法。发动机的进气系统中的压缩机可包括用于在较低发动机转速和负载下增加压缩机的喘振裕度的喘振管线系统，该喘振管线系统包括多个切断元件和在压缩机的进气侧处的旁通管线，如参考图2A至图2C所示。多个切断元件可基于工况进行调整，以便诸如根据图3的方法以高的压缩机效率向发动机提供升压的增压空气。多个切断元件可基于发动机工况诸如通过参考发动机性能图进行调整。图4中示出了示例发动机性能图。另外地或替代地，多个切断元件可基于压缩机工况诸如通过参考压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内燃发动机的系统，其包括：进气系统，所述进气系统用于供应增压空气；压缩机，所述压缩机被布置在所述进气系统中，所述压缩机包括布置在压缩机外壳中的可旋转轴上的叶轮；第一切断元件，所述第一切断元件被布置在所述叶轮的上游的所述进气系统中；旁通管线，所述旁通管线在所述第一切断元件的上游从所述进气系统分支出来并且在所述第一切断元件和所述叶轮之间再次通向所述进气系统，从而形成嘴部区域，并且其中设置第二切断元件；压缩空气管线，所述压缩空气管线通向所述嘴部区域和所述第二切断元件之间的所述旁通管线，所述压缩空气管线耦接到储存压缩空气的容器；以及第三切断元件，所述第三切断元件被布置在所述压缩空气管线中。

【技术特征摘要】
2017.06.09 DE 102017209789.21.一种用于内燃发动机的系统，其包括：进气系统，所述进气系统用于供应增压空气；压缩机，所述压缩机被布置在所述进气系统中，所述压缩机包括布置在压缩机外壳中的可旋转轴上的叶轮；第一切断元件，所述第一切断元件被布置在所述叶轮的上游的所述进气系统中；旁通管线，所述旁通管线在所述第一切断元件的上游从所述进气系统分支出来并且在所述第一切断元件和所述叶轮之间再次通向所述进气系统，从而形成嘴部区域，并且其中设置第二切断元件；压缩空气管线，所述压缩空气管线通向所述嘴部区域和所述第二切断元件之间的所述旁通管线，所述压缩空气管线耦接到储存压缩空气的容器；以及第三切断元件，所述第三切断元件被布置在所述压缩空气管线中。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述旁通管线在所述嘴部区域中并且在垂直于所述轴的突出部中相对于所述轴形成锐角倾斜角α。3.根据权利要求1所述的系统，其中导向装置被布置在所述旁通管线的所述嘴部区域中。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述导向装置为可调整导向装置，所述可调整导向装置包括能够通过调整装置旋转的导向叶片。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述嘴部区域为喷嘴状形状。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述嘴部区域为狭槽状形状。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述嘴部区域被布置为相对于所述轴与所述轴垂直地间隔开。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述嘴部区域导致增压空气冲击所述叶轮的有限段。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述有限段为环形。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述环形段被布置为与所述压缩机的所述轴间隔开。11.一种方法，其包括：基于发动机转速、发动机负载和增压空气流率中的一个或多个，调整布置在压缩机的叶轮的上游的进气通道中的第一切断元件位置和布置在旁通通道中的第二切断元件位置，所述旁通通道将所述第一切断元件的上游的所述进气通道耦接到所述第一切断元件的下游的所述进气通道。12.根据权利要求11所述的方法，其中基于所述发动机转速、所述发动机负载和所述增压空气流率中的一个或多个调整所述第一切断元件和所述第二切断元件的所述位置包括：响应于所述增压空气流率降低至阈值增压空气流率之下，将所述第一切断元件致动到完全关闭位置中并且将所述第二切断元件致动到打开位置中；以及响应于所述增压空气流率达到或超过所述阈值增压空气流率，将所述第一切断元件致动到打开位置中并且将所述第二切断元件致动到完全关闭位置中。13.根据权利要求11所述的方法，其中基于所述发动机转速、所述发动机负载和所述增压空气流率中的一个或多个调整所述第一切断元件和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·斯米拉诺夫斯基，F·克雷默，J·凯默林，H·M·肯德尔，A·苏默霍夫，A·库斯克，J·格罗格，H·弗里德里希斯，F·J·布林克曼，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US