用于发动机的两级增压系统技术方案

本公开提供了“用于发动机的两级增压系统”。提供了一种用于发动机的双涡轮增压器系统。在一个示例中，双涡轮增压器系统可以包括两个可变几何涡轮(VGT)，其中每个涡轮具有相同的尺寸并且并联操作，并且其中涡轮增压器的每个压缩机串联操作，第一涡轮增压器的第一压缩机为大于第二涡轮增压器的第二压缩机。缩机为大于第二涡轮增压器的第二压缩机。缩机为大于第二涡轮增压器的第二压缩机。

【技术实现步骤摘要】
用于发动机的两级增压系统


[0001]本说明书总体上涉及用于经由双涡轮增压器提供增压压力的方法和系统，其中涡轮并联操作并且压缩机串联操作。

技术介绍

[0002]内燃发动机，特别是柴油发动机和汽油发动机经常被配备有涡轮增压器。涡轮增压器通过将进气气流压缩到发动机中来操作以便实现更多功率。具体地，可以由具有较小排量并且因此具有较小尺寸和较轻重量的涡轮增压发动机产生预定功率，由此实现增加的比功率和减少的燃料消耗。通常，涡轮增压器由内燃发动机的排气流驱动。为此，涡轮增压器包括布置在内燃发动机的排气流中的涡轮，所述涡轮经由连接驱动轴驱动压缩机以压缩发动机的进气气流。
[0003]被配备有涡轮增压器的内燃发动机可以使用米勒循环以更高热效率运行。米勒循环可以操作二冲程发动机循环或四冲程发动机循环，并且可以包括经由涡轮增压器将压缩空气喷射到发动机的气缸中，同时采用修改的进气门正时，以便在发动机循环期间提供较小压缩容积的空气。通过使用米勒循环，可以减小气缸的有效压缩比(进气门关闭时气缸中的气体容积与气缸中在压缩冲程的TDC处的气体容积的比率)，同时维持气缸的膨胀比(气缸中在BDC处的气体容积与气缸中在TDC处的容积的比率)，由此提高发动机的热效率。
[0004]然而，由于在压缩冲程和燃烧冲程期间气缸内捕集的气体容积较小，因此米勒循环可能具有降低的功率密度。为了在进气门打开的短持续时间内增加功率密度，需要高增压压力。典型的单级压缩机不能有效地增压超过约3的压力比，其中压力比被定义为增压空气的总压力与大气压力的比率。为了克服上述问题，可以使用两级涡轮增压器来实现更高的总压力比，例如压力比高达6。为了在两级涡轮增压器中实现更高的压力比，通常涡轮增压器的数量是单级涡轮增压器的两倍，并且包括涡轮增压器的热端上的复杂的阀以在各种发动机转速和负荷下有效地产生增压。例如，在V6发动机中，典型的两级涡轮增压器可以包括两个涡轮增压器或可能包括四个涡轮增压器，其中第一(高压)涡轮增压器由所有六个气缸馈送，其中第一涡轮增压器的输出被馈送到第二涡轮增压器中。这种封装对于V6发动机可能提供额外的复杂性，其中排气从气缸盖上的相对向外端口离开。另外，从6个气缸馈送到单个涡轮增压器中的脉动可能导致非期望的背压脉冲，所述背压脉冲对气缸中的残余气体产生负面影响。这可以使用双涡管或双蜗壳涡轮来抵消，但是这些配置都不能与可变几何涡轮(VGT)兼容，所述兼容对于提高效率是理想的。
[0005]为了克服上述一些问题，一种方法可以是使用双涡轮增压器，所述双涡轮增压器被配置为在第一组工况下以并联配置操作，并且在第二组工况下以串联配置操作。Sun等人在US 7,165,403 B2中示出了一种这样的示例性方法。其中，Sun等人教导了：具有两个涡轮增压器的双涡轮增压器系统的第一实施例，其中可变几何涡轮和压缩机各自可基于工况在并联配置与串联配置之间切换；以及包括处于固定并联配置的涡轮的双涡轮增压器系统的第二实施例，其中压缩机可基于工况在并联配置与串联配置之间切换。通过这种方式，与并
联配置的双涡轮增压器系统的操作相比，双涡轮增压器可能能够经由串联配置产生更多增压，并且可能能够经由并联或串联配置在不同的发动机负荷下有效地操作。

技术实现思路

[0006]然而，本文的专利技术人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，在两个实施例中，当涡轮可以被配置为以并联配置操作时，其中第一涡轮经由排气歧管的第一部分流体地联接到第一气缸组，并且第二涡轮经由排气歧管的第二部分联接到第二气缸组，在排气歧管的第一部分与排气歧管的第二部分之间可以存在流体联接，从而允许来自每个气缸组的排气进入涡轮中的每一者。由于排气歧管的第一部分与排气歧管的第二部分之间的流体联接，在每个涡轮增压器内操作之前的这种排气混合可能导致排气系统中产生非期望背压。在US7,165,403B2中提供的实施例还包括用于在并联配置与串联配置之间切换的复杂的阀系统和排气歧管几何形状，从而在制造期间增加了更多的复杂性、成本和封装问题。
[0007]在一个示例中，上述问题可以通过一种用于发动机的系统来解决，所述系统包括：第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括第一涡轮和第一压缩机；以及第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括第二涡轮和第二压缩机，所述第一压缩机和所述第二压缩机的尺寸不同并且串联联接。通过这种方式，可以通过简化的排气系统管道来增加增压压力，从而允许在一定范围的发动机转速和负荷内简单且有效地操作米勒循环。
[0008]作为一个示例，一种发动机系统可以包括双涡轮增压器系统，其中第一气缸组可以经由排气歧管的第一部分馈送到第一涡轮增压器的第一涡轮中，并且第二气缸组可以经由排气歧管的第二部分馈送到第二涡轮中。两个涡轮都可以是可变几何涡轮(VGT)，并且可以具有相同的尺寸。第一涡轮增压器还可以包括第一压缩机，并且第二涡轮增压器可以包括第二压缩机，第一压缩机大于第二压缩机。第一压缩机和第二压缩机中的每一者可以包括跨相应压缩机联接的压缩机再循环阀。第一涡轮和第二涡轮中的每一者是并联的，而第一压缩机和第二压缩机中的每一者可以串联操作，其中第一压缩机的输出被输入到第二压缩机。所述双涡轮增压系统还可以包括：第一增压空气冷却器，所述第一增压空气冷却器联接到所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的进气通道；以及第二空气冷却器，所述第二空气冷却器在所述第二压缩机下游联接到所述进气通道。每个气缸组中的气缸可以以均匀间隔点火，使得来自每个气缸组的点火正时在发动机循环内均匀地分布在每个气缸之间。第一涡轮增压器的第一涡轮和第二涡轮增压器的第二涡轮中的每一者可以并联操作，排气歧管的第一部分和排气歧管的第二部分流体地分离。第一涡轮增压器和第二涡轮增压器的压缩机串联操作，使得环境进气被抽吸到第一压缩机中。然后，所述输出可以通过第一增压空气冷却器，之后它可以被馈送到第二压缩机中，所述第二压缩机可以输出进一步的增压空气，所述增压空气可以在被引入进气歧管之前进入第二增压空气冷却器。
[0009]通过这种方式，通过利用具有类似尺寸的并联VGT和不同尺寸的串联压缩机的双涡轮增压器系统，可以在简单的排气歧管配置中实现更高的增压压力。包括两个不同尺寸的串联压缩机的技术效果是增压可以在两级进行，其中来自第一(较大)压缩机的第一压缩级提供较低水平的增压作为到第二(较小)压缩机的输入。第一压缩机的较大直径可以允许第二(较小)压缩机进行更有效的操作。然后可以基于发动机操作期间的发动机负荷经由每个涡轮增压器的VGT来调整所需的增压量。另外，通过在发动机循环期间调整每个气缸组内
的气缸点火正时，可以实现在没有脉冲干扰的情况下进行并联涡轮的两级增压，由此减小气缸上的背压。
[0010]应当理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。其并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于发动机的系统，其包括：第一涡轮增压器，所述第一涡轮增压器包括第一涡轮和第一压缩机；以及第二涡轮增压器，所述第二涡轮增压器包括第二涡轮和第二压缩机，所述第一压缩机和所述第二压缩机的尺寸不同并且串联联接。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述发动机包括第一气缸组和第二气缸组，所述第一气缸组和所述第二气缸组中的每一者包括相等数量的气缸。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一涡轮容纳在联接到所述第一气缸组的第一排气通道中，并且其中所述第二涡轮容纳在联接到所述第二气缸组的第二排气通道中，所述第一涡轮与所述第二涡轮并联。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一涡轮和所述第二涡轮中的每一者是相同尺寸的可变几何涡轮(VGT)。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一压缩机相对于所述第二压缩机直径更大。6.根据权利要求1所述的系统，其还包括：第一增压空气冷却器，所述第一增压空气冷却器联接到所述第一压缩机与所述第二压缩机之间的进气通道；以及第二增压空气冷却器，所述第二增压空气冷却器在所述第二压缩机下游联接到所述进气通道。7.根据权利要求1所述的系统，其还包括：跨所述第一压缩机联接的第一压缩机再循环阀和跨所述第二压缩机联接的第二压缩机再循环阀。8.一种用于发动机的方法，其包括：使排气流过第一涡轮增压器的第一涡轮和第二涡轮增压器的第二涡轮中的每一者，所述第一涡轮和所述第二涡轮并联连接；以及在所述第一涡轮增压器的第一压缩机和所述第二涡轮增压器的第二压缩机中的每一者处对流过进气通道的进气进行加压，所述第一压缩机和所述第二压缩机串联连接。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一涡轮联接到第一气缸组，而所述第二涡轮联接到第二气缸组，并且其中所述发动机包括I6或V6配置，其中所述第一气缸组包括以240
°
曲柄转角的间隔点火的三个气缸，并且所述第二气缸组包括以240
°
曲柄转角的间隔点火的三个气缸。10.根据权利要求8所述的方法，其还包括：在排放控制装置的温度低于阈值温度并且目标增压水平低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：