[发明专利]包括旋转分离的进气压缩机和排气涡轮的内燃机压缩系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆推进系统。

背景技术

内燃发动机可以使用涡轮增压器或增压器增加进气压力以提高发动机性能。涡轮 增压器通常包括与排气涡轮旋转地连接的进气压缩机，其中涡轮通过从排气流中吸取 能量向压缩机提供推力。当涡轮不能够从排气流中吸取足够的能量或排气流没有足够 的能量驱动压缩机时，一些涡轮增压器可以包括马达以辅助压缩机产生足够的推力。

本发明的发明人认识到上述涡轮增压器的一个缺点，即压缩机和涡轮旋转地连 接，这限制了操作压缩机和涡轮的操作状态。例如，通过增加绕过涡轮的排气流量可 以减少压缩机喘振，这可以通过增加设置在涡轮的旁通通道中的废气门的开启实现。 通过减少涡轮吸取的排气能量的量，由于旋转的连接，可以减少压缩机提供的转速和 由此产生的增压压力，从而减少或消除压缩机喘振。然而，通过增加排气的旁通流量， 还会减少发动机系统的效率，因为大量的排气能量通过废气门传递到环境中而没有被 涡轮吸取。

发明内容

本发明人在本文中提供通过一种车辆推进系统可以解决上述问题中的至少一些 的各种方法，该车辆推进系统包括：具有至少一个汽缸的内燃发动机；经进气门与汽 缸连通的进气压缩机；旋转连接到压缩机的轴的电机；经排气门与汽缸连通的排气涡 轮；及控制系统，该控制系统配置为至少在一定工况下以不同于涡轮的转速操作压缩 机，并响应于压缩机喘振的工况调节电机以减少喘振，同时继续经排气涡轮从发动机 的排气流吸取能量。注意在该方法中还可以使用涡轮废气门以控制涡轮操作，然而， 通过调节与压缩机旋转地连接的电机以调节压缩机转速和/扭矩，可以减少或避免喘 振，使通过涡轮旁通分流的排气流量减少。在一些示例中，可以完全地去除废气门和 涡轮旁通通道，从而减少发动机系统的成本和复杂性。至少在一些工况下，通过减少 涡轮旁通，可以操作涡轮经与涡轮旋转地连接的第二电机产生电能，进而可以用于驱 动压缩机的电机或其他的负载。

在美国专利6,647,724号中描述了另一种方法，通过提供一种包括增加供应到内 燃发动机的进气压力的电动压缩机和从发动机接收的排气产生电能的电动涡轮的涡 轮增压器可以解决旋转连接的压缩机和涡轮的一些潜在的缺点。通过独立于涡轮机械 地操作电动压缩机，在要求更快速增加增压压力的工况下可以减少涡轮增压器迟滞。 然而，本发明的发明人还认识到在给定的工况下独立于涡轮的操作状态调节压缩机操 作状态可以影响在发动机汽缸中保留的排气剩余量。若在给定的工况下发动机保留的 排气剩余量或排气剩余浓度不够或剩余保留过多，会减少系统的效率，发生失火，和 /或增加发动机的噪声、振动和不平稳性(NVH)。

本发明人在本文中提供解决上述剩余保留的问题中的至少一些的另一种方法，在 一个示例中该方法包括一种车辆推进系统，包括：具有至少一个汽缸的内燃发动机； 可操作以选择性地至少允许进气进入汽缸的进气门；可操作以选择性地从汽缸排出燃 烧产物的排气门；经进气门与汽缸连通的进气压缩机；经排气门与汽缸连通的排气涡 轮；及控制系统，该控制系统配置为至少在一定工况下以不同于涡轮的转速操作压缩 机，并响应于压缩机的转速调节进气门和排气门之间的开启重叠量。控制系统还可以 响应于涡轮的转速或涡轮和压缩机之间的转速差调节开启重叠量。以此方式，即使独 立于彼此调节压缩机和涡轮的操作状态，可以调节气门正时以在发动机汽缸中保留预 定量的排气剩余。

本发明的发明人还认识到上述方法的又一些问题。例如，一些发动机可以在每个 使用不同水平的增压以及不同水平的排气剩余产物和排气剩余保留的多个不同的燃 烧模式的一个中操作。若通过调节压缩机简单地增加增压，汽缸中保留的排气剩余量 和/或浓度也会改变，从而取决于当前使用的燃烧模式潜在地影响发动机的性能。例 如，二行程燃烧模式比四行程燃烧模式具有更高的剩余保留率，因为在二行程模式下 气门重叠正时更短。在另一个示例中，火花点火模式比使用自动点火点燃燃料和空气 混合物的均质进气压缩点火模式使用更低浓度的先前燃烧循环的排气剩余。