[发明专利]车辆气动增压器系统的操作方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在许多方面提高车辆性能的设备和方法，其中所述许多方面包括加速度、燃料经济性和减排。本发明特别涉及一种用于以满足设计、管理和其它要求的方式增加引擎扭矩输出的方式将气动增压应用于车辆引擎的设备和方法，其中车辆引擎包括商用车辆的柴油引擎，该商用车辆的柴油引擎至少具有一个将空气供应到引擎的进气歧管（engine’s intake manifold）的涡轮增压器。

背景技术

例如柴油引擎的内燃引擎通常配备有废气涡轮增压器。例如，图1显示具有联结到废气涡轮增压器2的排气管道10的内燃引擎1的示意图。废气涡轮增压器具有涡轮4，该涡轮4由来自排气管道10的废气驱动。涡轮4被联结到压缩机3（这些组件一起形成涡轮增压器的叶轮单元），该压缩机3压缩来自进气入口（intake air inlet）11的进入空气（intake air）。从压缩机3排出的压缩空气被馈送到引擎1的吸入管道9’，以便增加引擎1中的空气压力，因此比起如果引擎自然地吸气时空气馈送到气缸中的情况，当气缸的各个进气阀打开时会将更多的空气馈送到引擎的气缸中。由于涡轮增压器将附加空气以及与引擎的燃料喷射系统关联的附加燃料一起供应到引擎气缸中，因此引擎的扭矩输出增加并且引擎以更高地效率运转。具体地，当气缸的进气阀关闭时，通过涡轮增压器输送到进气歧管的附加压力导致引擎气缸中的压力变大。存在于气缸中的空气的量越大，当空气与附加燃料结合并被点燃时，导致燃烧压力更高，因此更大的活塞力被引擎的曲轴换档为更大的引擎扭矩输出。另外，增加的燃烧量和压力产生更大的压力和废气量，这就又在排气中提供额外的能量用于驱动涡轮增压器的涡轮。增加的排气能量进一步使得涡轮增压器压缩机的旋转速度增加，从而进一步增加正在供应给气缸的空气的量，以便更快速率地增加引擎速度和扭矩输出。本领域的那些普通技术人员将认识到：尽管上文和下文论述用于燃烧的空气经由进气歧管到达引擎的气缸，但是本发明的原理和概念可等同适用于具有可选择的空气供应量的引擎，例如入口布置为每个气缸都具有相关联的入口“室”而不是从共用的进气歧管接收进入空气的引擎。

使用废气涡轮增压器的众所周知的问题是废气涡轮增压器不能在内燃引擎的所有运行状态下输送足够量的空气，最显著地是在低引擎旋转速度时对突然加速请求的响应。例如，在诸如具有废气涡轮增压器的柴油引擎的引擎中，由于低引擎速度及相应的进气口的低量流速和驱动涡轮增压器输出的排气，导致在大加速度请求期间，涡轮增压器典型地不能供应足够的气流以在进气歧管中产生期望量的空气压力。因此，内燃引擎反应缓慢，只有在按压加速器踏板之后的显著延迟之后，才出现扭矩输出和旋转速度的显著增加（通常所说的“增压涡轮滞后”的影响）。

已经提出了各种解决方案以改善“增压涡轮滞后”的影响，其中包括压缩空气被供应到引擎的进气歧管的布置。图1中说明这种“气动增压器”的实例。在该实例中，贮存器13存储由空气压缩机14产生的压缩空气。压缩空气被引入到引擎1的吸入管道9’，来响应在瞬变过程期间增加引擎扭矩输出的请求，其中所述瞬变过程指的是加速度请求的提出和涡轮增压器已经产生足够压力以使得与进气歧管压力相等并且开始满足自身的扭矩输出请求的时间。

从贮存器13供应到吸入管道9’的附加空气具有至少两个主要影响。馈送到引擎1的气缸的附加的燃烧空气立即增加引擎扭矩输出。附加空气还导致从引擎流出的废气更迅速地增加，这就又帮助涡轮增压器涡轮4更迅速地增加它的旋转速度，因此能够使涡轮增压器压缩机3在吸入管道9’中更快地产生压力。另外，涡轮增压器压缩机能够越快地供应足够的压力以支持扭矩输出请求，则从贮存器13供应的附加空气的流动就可以越快地停止，从而为其他用途保存压缩空气并且减少车辆的空气压缩机的工作循环。

图1的实例中的贮存器13经由进入空气控制装置7喷射压缩空气。进入空气控制装置7被布置在吸入管道9’和涡轮增压器的压缩机3之间，或者如图1所示在吸入管道9’和压缩机3的下游的充气冷却器5之间。如图2所示，进入空气控制装置7与入口6连接到充气冷却器5并且与出口9连接到吸入管道9’。