[发明专利]运行配备气动增压系统的车辆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于改进许多领域的车辆性能（包括加速、燃料经济性和减排）的设备和方法。尤其，本发明涉及以增大发动机扭矩输出（以满足设计、法定和其它要求的方式）的方式施加气动增压至车辆发动机（包括具有供应空气至发动机的进气歧管的至少一个涡轮增压器的商用车辆柴油发动机）的设备和方法。

发明背景

内燃发动机（诸如，例如柴油发动机）通常配有废气涡轮增压器。例如，图1示出具有耦接至废气涡轮增压器2的排气管路10的内燃发动机1的示意图。废气涡轮增压器具有由来自排气管路10的废气驱动的涡轮4。涡轮4耦接至压缩机3（这些组件一起形成涡轮增压器叶轮单元），其压缩来自进气进口11的进气。从压缩机3排出的压缩空气被馈送至发动机1的进气管路9'以增大发动机1中的气压，并且由此在汽缸的各自进气阀打开时将比发动机吸气情况下可能馈送至汽缸中的空气更多的空气馈送至发动机的汽缸中。因涡轮增压器将额外空气供应至发动机气缸中，连同来自发动机的燃料喷射系统的相关额外燃料，发动机的扭矩输出增大且发动机以更高效率运行。具体地，当汽缸的进气阀闭合时，由涡轮增压器输送至进气歧管的额外压力在发动机汽缸中形成更大压力。当组合额外燃料且被点燃时，存在于汽缸中的更大空气质量形成更高燃料压力，且因此更高活塞力通过发动机的曲轴转化为更高发动机扭矩输出。此外，增大的燃烧质量和压力产生更高压力和体积的废气，其接着在废气中提供额外能量以驱动涡轮增压器的涡轮。增大的废气能量进一步增大涡轮增压器压缩机的转速，并且由此进一步增大被供应至汽缸的空气量以按更快速率增大发动机速度和扭矩输出。本领域一般技术人员应了解虽然上文和下文讨论燃烧空气经由进气歧管到达发动机的汽缸，但是本发明的原理和概念同样适用于具有替代供气体积的发动机，诸如其中进气配置使得每个汽缸具有相关进气“室”而非接收来自共同进气歧管的进气的发动机。

使用废气涡轮增压器的一个众所周知的问题是其无法在内燃发动机的所有运行状态中输送足够的空气量，最明显的是在响应低发动机速度下的突然加速需求时。例如，在诸如具有废气涡轮增压器的柴油发动机的发动机中，在大的加速需求期间，涡轮增压器通常由于低发动机速度和进气和废气输出的相应低质量流速而无法供应充足的空气流量以在进气歧管中产生所需的气压量以驱动涡轮增压器。因此，内燃发动机反应慢，明显的扭矩输出和转速增大仅在油门踏板被按压后的显著延迟之后发生（被称作“涡轮延时”的效应）。

已提出不同解决方案来改善“涡轮延时”效应，包括其中将压缩空气供应至发动机的进气歧管的配置。这样一种“气动增压”系统的实例图示在图1中。在本实例中，储存器13储存空气压缩机14产生的压缩空气。在加速需求开始与涡轮增压器已积聚足够压力以与进气歧管压力相等并且开始自行满足扭矩输出需求之时之间的瞬态期期间，响应增大发动机扭矩输出的需求而将压缩空气引入发动机1的进气管路9'中。

从储存器13供应至进气管路9'中的额外空气具有至少两种主要作用。馈送至发动机1的汽缸的额外燃烧空气提供发动机扭矩输出的即刻增大。额外空气还导致来自发动机的废气流的更快速增大，其接着帮助涡轮增压器涡轮4更快速地增大其转速，因此使涡轮增压器压缩机3能在进气管路9'中更快地积聚压力。此外，涡轮增压器压缩机可越快供应足够压力以支持扭矩输出需求，供应自储存器13的额外空气流量可越快停止，节省压缩空气用于其它用途及减小车辆空气压缩机的占空比。

图1实例中从储存器13喷射压缩空气经由进气控制装置7发生。进气控制装置7配置在进气管路9'与涡轮增压器的压缩机3或如图1中所示压缩机3下游的增压空气冷却器5之间。图2中示意图示的进气控制装置7与增压空气冷却器5的进口6连接且与进气管路9'的出口9连接。

挡板元件16位于进气控制装置7内，介于进口6与出口9之间。可通过调整电机17调整挡板元件16以在压缩空气被喷射至进气管路时关闭从进口6至出口9的连接。闭合挡板防止喷射的压缩空气朝向涡轮增压器回流以帮助更快速地增大发动机气缸中的压力，其接着增大排气管路压力和所得的涡轮增压器排气压力增大的速率。此外，闭合挡板还提供涡轮增压器下游的闭合体积以进一步协助积聚涡轮增压器排气压力。

压缩空气进口8经由流量调节装置20连接至储存器13的出口9。控制器15用于控制流量调节装置20和调整电机17。控制装置15从压力传感器18和19接收输入，所述压力传感器18和19分别测量出口9上的出口压力和增压空气进口6上的进口压力。