通過電動壓縮機實現的增強型氣缸停用技術的制作方法

本公開涉及利用電動壓縮機實現增強型氣缸停用技術的內燃機。

背景技術：

該部分提供與本公開相關的背景技術，其不一定是現有技術。

氣缸停用技術是一種經常用于自然吸氣式內燃機的技術，以在部分負載條件下，通過關閉可選數量的氣缸以提升發動機的效率，從而剩余的氣缸可以減小的泵送損失來運行。

氣缸停用技術可用于渦輪增壓發動機。然而，當發動機裝配有單渦輪增壓器時，在停機模式下，發動機的操作范圍會受限于渦輪增壓器壓縮機的流量以及增壓能力。渦輪增壓器壓縮機的特征是，在給定的壓縮機速度下，其具有被喘振和阻塞范圍為邊界所限定的流量范圍。由于該流量范圍隨著壓縮機速度的增加而轉到高流量，壓縮機的操作可以匹配于典型的單渦輪增壓器應用中的發動機，從而造成低的發動機速度，因而造成低的流速，壓縮機會在接近喘振限定處運行，并且通過提高壓縮機速度來滿足隨發動機速度增加流速的要求。在發動機的中速與高速度范圍內，流量需求可由大部分壓縮機特性圖來滿足。這種類型的匹配通過發動機工作曲線在圖4中示出，所述發動機工作曲線存在于渦輪增壓器壓縮機特性圖內。

當發動機在同一個增壓級切換至停用模式時，流速需求會因發動機氣缸中的一些氣缸不再吸入空氣而減小。因此，流量需求曲線將移向壓縮機工作特性圖的較低流速。流速改變量視停用的實施而定。對于停用一半氣缸的常規做法，例如停用6個氣缸中的3個，或者停用4個氣缸中的2個，停用模式下的壓縮機運行點可能落在壓縮機喘振限制之外，特別是在與典型車輛驅動計劃更相關的低發動機速度范圍內，如圖4中相對于壓縮機特性圖的點所示。即使對于落入圖4的壓縮機特性圖內的點，壓縮機也會在小于最佳值的效率下工作。

單渦輪增壓器應用的流量限制甚至變得更加嚴重，因為相對于固定氣缸停機應用，動態跳躍點火技術可將發動機流量需求擴展至更低的范圍。在停用模式下提供增壓將需要流量和增壓能力增強的渦輪增壓器系統。

在停用模式下的發動機運行范圍還會受限于工作中的氣缸內較高負載下的燃燒，例如，汽油發動機的發動機爆振以及柴油發動機的氮氧化物和煙霧排放。廢氣再循環(EGR)，特別是低壓系統，已經被證明可緩解此燃燒限制。實現EGR還需要流量和增壓能力擴展的渦輪增壓器系統。

技術實現要素：

該部分提供本公公開的基本內容，并不是全部范圍或者其全部特征的全面披露。

本公開考慮使用電動壓縮機(EDC)作為發動機上的渦輪增壓器的補充，該發動機的特征是使用氣缸停用技術來減少單渦輪增壓器的缺點，電動壓縮機的應用除了作為增加渦輪增壓器發動機的瞬態增壓發展的手段之外，電動壓縮機還用于擴展停用操作范圍。

從本文提供的描述中可以得知應用的其他領域。該公開內容中的說明和具體實施例的目的僅僅是說明，而不是旨在限制本公開的范圍。

附圖說明

此處記載的附圖僅僅是為了說明選擇的實施例，而不是說明全部可能的實現方式，也不是旨在限定本公開的范圍。

圖1是以氣缸停用技術為特征的渦輪增壓發動機上的電動壓縮機的示意圖。

圖2是可選擇的以氣缸停用技術為特征的渦輪增壓發動機上的電動壓縮機的示意圖。

圖3是以通過動態跳躍點火來實現氣缸停用技術為特征的渦輪增壓發動機上的電動壓縮機的示意圖。

圖4是示出了重疊在單渦輪增壓器壓縮機特性圖上的，與所有氣缸都在操作狀態的典型的發動機的操作線一起的，在停用模式下發動機操作點的視圖。以及

圖5是說明根據針對與圖4的曲線圖中說明相同的發動機調整大小的本公開的原理的在停用模式中的重疊在電驅動壓縮機圖上的發動機操作點的曲線圖。

對應的參考數字指示遍及圖式的若干視圖的對應部分。

具體實施方式

現在將參考附圖更完整地描述示例性實施例。

提供示例性實施例使得本公開將是透徹的并且將向本領域技術人員充分傳達范圍。闡述了許多具體細節(諸如具體部件、裝置和方法的實例)以提供對本公開的實施例的透徹理解。本領域技術人員將明白，無須采用具體細節、可以許多不同形式體現示例性實施例且不應被解釋為限制本公開的范圍。在某些示例性實施例中，未詳細地描述眾所周知的程序、眾所周知的裝置結構和眾所周知的技術。

本文所使用的術語只是用于描述特定示例性實施例的目的而不是對本公開的限制。如本文中所使用，單數形式“一”、“一個”和“該”也可以旨在包括復數形式，除非上下文另有明確指示。術語“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”是包括性的并且因此規定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或增加。本文描述的方法步驟、程序和操作不應被理解為必須需要以所討論或說明的特定次序來執行該方法步驟、程序和操作，除非具體識別為執行次序。還應當理解的是，可以采用另外或替代的步驟。

當元件或層稱為“在另一元件或層上”、“接合到”、“連接到”或“耦合到”到另一元件或層時，其可以直接在另一元件或層上、接合、連接或耦合到另一元件或層，或可以存在介入元件或層。相反地，當元件稱為“直接在另一元件或層上”、“直接接合到”、“直接連接到”或“直接耦合到”到另一元件或層時，可以不存在介入元件或層。用來描述元件之間的關系的其他詞語應當以類似方式解譯(例如，“在其間”對“直接在其間”、“鄰近于”對“直接鄰近于”等)。如本文所使用，術語“和/或”包括一個或多個相關列舉項的任何和所有組合。

參考圖1，示出了具有渦輪增壓器12的包括示例性直列四缸內燃機10的車輛動力系統。渦輪增壓器12包括連接至排氣系統18的排氣通路16的渦輪機14，該排氣系統18將廢氣排放到環境中。渦輪機14驅動地連接至壓縮機20，該壓縮機20連接至進氣系統22的進氣通路21用于壓縮進氣并且將所壓縮的進氣傳遞至發動機10的進氣節流閥24和進氣歧管26。設置使廢氣繞過渦輪增壓器12的旁通閥27。

如圖所示，發動機10包括氣缸28a-d的直列四缸發動機，但也可以使用其他發動機結構。發動機10包括具有氣缸停用控制的發動機控制器30，從而在車輛驅動條件所要求的適當負載和速度條件下，可停止中間氣缸提供功率。氣缸停用機構31是公知的用于氣缸停用，并不受限于示例，可包括搖臂停用裝置，用于進排氣閥門或起閥器，可選擇的凸輪凸角或其他已知的能夠使氣缸停用的設備的液壓的或電磁控制停用。對于類似直列-6、V6等其他的發動機，可基于例如點火次序的考慮而選擇適當的停用氣缸。該系統還包括額外的電動壓縮機32，其依次布置在渦輪增壓器壓縮機20的進氣系統22的上游。設置旁通閥34用于當電動壓縮機32未運行時，選擇性使進氣繞過電動壓縮機32。還設置有另外的旁通閥36，使進氣同時繞過電動壓縮機32和渦輪增壓器壓縮機20，或者可替代地使進氣只繞過渦輪增壓器壓縮機20。低壓廢氣再循環通路40連接在排氣系統18和進氣系統22之間并包括可受控于控制器30的廢氣再循環控制閥42。可在廢氣再循環通路40內設置換熱器44。可在渦輪增壓器壓縮機20的下游設置額外的增壓空氣冷卻器46。

控制器30可選擇性地控制進氣節流閥24，氣缸停用機構31，旁通閥27、34、42以及電動壓縮機32的馬達48控制器。控制器30用于與流入氣缸28(通過燃油噴射器)的燃料一起控制氣缸停用機構31，并且根據發動機的運行模式調節電動壓縮機的運行以及其旁通閥。具體是，當發動機的負荷需求低時，控制器關閉氣缸28b、28C，并且啟動電動壓縮機進行圖4示出的渦輪增壓器圖的有效運行范圍之外的增壓操作。另外，控制器控制節流閥體，其通過調節進口流速來調節發動機的負載。如果配備EGR閥，控制器還控制EGR閥。

作為一種可選的配置，如圖2所示，電動壓縮機32可位于在渦輪增壓器壓縮機20的下游。在示出的實施例中，在電動壓縮機32的下游僅示出一個增壓空氣冷卻器46。如果需要，每個增壓裝置12、32都可配置專用的增壓空氣冷卻器。

圖3示出了通過動態跳躍點火來實現氣缸停用的發動機。動態跳躍點火使用發動機氣缸的點火或者非點火來滿足發動機的扭矩需求，而不是節流或者其他降低熱效率的扭矩減小機構。使用動態跳躍點火時，隨著扭矩需求增加，點火氣缸的發生提高。控制器30將協調電動壓縮機32運行與選擇氣缸點火頻率。如圖3所示，控制器通過控制線50將控制信號提供至與每個氣缸相關聯的停用機構31。

由于渦輪增壓器12的大小設置成覆蓋在發動機運行速度范圍內全發動機操作的流量需求，電動壓縮機32的尺寸小于渦輪增壓器壓縮機20的尺寸，因為其目的是在車輛瞬態操作過程中，在渦輪增壓器旋轉至理想速度之前，覆蓋較低速度范圍。圖5示出了用于這樣應用的電動壓縮機32的壓縮機圖。同樣，對于相同的發動機，當其氣缸的一半或者一個亞組的氣缸停用時，重疊在電動壓縮機圖上的為穩態流動需求，表明了使用相同的電動壓縮機同時滿足兩種操作模式時的潛力。

通常用于當在全發動機模式操作時增強渦輪增壓發動機的瞬態響應的電動壓縮機32，可以用于在選擇數量的發動機氣缸通過固定的氣缸或者動態跳躍點火方式停用時，增強發動機的操作。這種配置可以以停用模式操作時拓寬運行負載范圍，并且因此改善發動機的效率特性。

上述實施例的目的是為了說明和描述本公開。而并不意圖是窮舉的或者限制本公開。特定實施例的單個元件或裝置通常不限于該特定實施例，但在其應用場合是可以互換的，并能應用于選定實施例，即使沒有具體示出或描述。其還可以采用許多方式變化。這些變型不能視為脫離本公開，且所有這樣的修改都應認為被包括在本公開的范圍內。