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CN109681285A - 发动机系统 - Google Patents

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CN109681285A
CN109681285A CN201711283216.3A CN201711283216A CN109681285A CN 109681285 A CN109681285 A CN 109681285A CN 201711283216 A CN201711283216 A CN 201711283216A CN 109681285 A CN109681285 A CN 109681285A
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CN
China
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exhaust
air cylinder
cylinder
cylinder group
air
Prior art date
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Pending
Application number
CN201711283216.3A
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English (en)
Inventor
朴钟一
韩东熙
黄一中
李炯馥
洪承祐
朱南鲁
林贤俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp filed Critical Hyundai Motor Co
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Abstract

一种发动机系统，包括：包括第一气缸组和第二气缸组的发动机，所述第一气缸组和所述第二气缸组包括通过燃烧燃料而产生驱动扭矩的多个气缸以及布置在所述第一气缸组和所述第二气缸组的中心处的进气歧管；安装在第一气缸组的气缸上的可变气门装置，用于选择性地停用气缸并改变进气门和排气门的操作阶段；主排气管线，来自所述第一气缸组的气缸的排气流过的第一排气管线和来自所述第二气缸组的气缸的排气流过的第二排气管线连接到所述主排气管线；和控制器，所述控制器被配置用于根据发动机的操作范围来控制第一气缸组的气缸被停用，并且来自第二气缸组的气缸的排气从第二排气管线通过第一排气管线和第一气缸组的气缸再循环到进气歧管。

Description

发动机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月18日提交的韩国专利申请第10-2017-0135393号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发动机系统，更具体地说，涉及一种利用排气再循环的泵操作停用状态下的气缸的发动机系统。
背景技术
通常，排气中所含的氮氧化物(NOx)是引起酸雨的原因，刺激眼睛和呼吸器官，杀死植物。NOx被作为主要的空气污染物进行管控，而且正在进行许多研究以减少NOx的排放。
排气再循环(EGR)系统安装在车辆中以减少有害排气。通常，由于在混合器中高比例的空气，当燃烧良好时NOx排放增加。因此，EGR系统再次在混合器中混合从发动机排出的排气的一部分(例如5％到20％)，以减少混合器中的氧气量并阻碍燃烧，从而抑制NOx排放。
通用的排气再循环系统使从发动机的气缸通过排气歧管排出并且流入排气管线中的排气通过再循环管线再循环至发动机的气缸，并通过将EGR气门安装在再循环管线中来调节EGR率。
EGR系统被分类为低压EGR(LP EGR)和高压EGR(HP EGR)。
现有的EGR系统通过从排气流动的排气管线分支并且与进气管线连接的EGR管线使排气再循环。此时，在EGR管线中设置有冷却在EGR管线中再循环的排气的EGR冷却器和调整再循环的排气量的EGR气门。
因此，由于相关技术可以包括用于排气再循环的单独的EGR系统，所以可能增加车辆的制造成本，并且可能减小发动机舱内部的设计自由度。
本发明背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不能被认为是承认或以任何形式暗示对本领域技术人员来说该信息构成已知的相关技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种发动机系统，其具有在没有单独的排气再循环系统的情况下再循环排气的优点。
本发明的各个方面涉及提供一种发动机系统，包括：包括第一气缸组和第二气缸组的发动机，所述第一气缸组和所述第二气缸组包括通过燃烧燃料而产生驱动扭矩的多个气缸以及布置在所述第一气缸组和所述第二气缸组的中心处的进气歧管；安装在第一气缸组的气缸上的可变气门装置，用于选择性地停用气缸并改变进气门和排气门的操作阶段；主排气管线，来自所述第一气缸组的气缸的排气流过的第一排气管线和来自所述第二气缸组的气缸的排气流过的第二排气管线连接到所述主排气管线；和控制器，所述控制器被配置用于根据发动机的操作范围来控制第一气缸组的气缸被停用，并且控制来自第二气缸组的气缸的排气从第二排气管线通过第一排气管线和第一气缸组的气缸再循环到进气歧管。
所述控制器可以配置成在所述发动机的进气冲程期间打开停用的第一气缸组的气缸的排气门，并且在发动机的排气冲程期间打开停用的第一气缸组的气缸的进气门以将排气再循环至启用的气缸。
所述控制器可以配置成通过由所述可变气门装置控制所述进气门和所述排气门的操作时间，升程或持续时间来控制再循环的排气量。
所述控制器可以配置成当所述操作范围是低负载区域时通过所述可变气门装置停用所述第一气缸组的气缸，并且将排气通过停用的第一气缸组的气缸再循环至启用的第二气缸组的气缸。
所述发动机系统还可以包括：第一涡轮增压器，包括借助流入所述第一排气管线的排气而旋转的第一涡轮和通过与所述第一涡轮互锁而旋转以压缩外部空气的第一压缩机；和第二涡轮增压器，包括借助流入所述第二排气管线的排气而旋转的第二涡轮和通过与所述第一涡轮互锁而旋转以压缩外部空气的第二压缩机。
所述进气歧管可以与水冷式中冷器形成一体。
所述发动机系统还可以包括：设置在所述第一排气管线中的第一排气净化装置；设置在所述第二排气管线中的第二排气净化装置；和设置在所述主排气管线中的主排气净化装置。
所述发动机系统还可以包括：设置在所述第一排气管线，所述第二排气管线和所述主排气管线结合的点处的排气控制气门。
根据本发明的示例性实施例，发动机系统可以通过CDA装置使来自多气缸组发动机中的被启用气缸组的气缸的排气通过停用气缸组的气缸再循环。
此外，可以通过降低低负载操作范围内的泵送损失来改善车辆的燃料消耗。
此外，通过将排气从任一气缸组的气缸通过排气管线再循环到另一气缸组的气缸，可以防止设置在连接到停用气缸的排气管线中的催化剂温度下降并且通过减少当停用气缸被启用时催化剂达到活化温度所花费的时间来提高催化剂的净化效率。
此外，根据本发明的示例性实施例，由于不需要安装单独的排气再循环系统，因此可以降低车辆的制造成本，并且可以减小发动机的体积。
本发明的方法和装置具有其他的特征和优点，这些特征和优点将通过并入本文的附图以及下面的详细描述而变得显而易见或更详细地阐述，其中这些附图共同用于解释某些本发明的原理。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明示例性实施例的发动机系统的图；
图2是示出根据本发明示例性实施例的具有可变气门装置的发动机控制装置的构造的图；
图3、图4、图5和图6是用于解释根据本发明的示例性实施例的具有可变气门装置的发动机控制装置的操作的示意图；和
图7是示意性地示出根据本发明另一示例性实施例的发动机系统的图。
可以理解的是，附图不一定按比例绘制，从而呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。这里公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体的尺寸，取向，位置和形状将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。
在附图中，贯穿附图的多个图，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面进行描述。虽然本发明将结合示例性实施例进行描述，但是应该理解的是，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换，修改，等同物和其他实施例。
因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件
由于各个部件的尺寸和厚度为了便于解释而在附图中任意地示出，因此本发明不限于附图中所示的内容。此外，厚度被夸大，以清楚地表示一些部分和区域。
在下文中，将参照附图更具体地描述根据本发明的示例性实施例的发动机系统。
图1是示意性地示出根据本发明示例性实施例的发动机系统的图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例的发动机系统包括：发动机10，该发动机10包括多个气缸组，该多个气缸组包括通过燃料的燃烧产生驱动扭矩的至少一个气缸；和可变气门装置60，设置在多个气缸组中的任何一个中。
发动机10和可变气门装置60通过控制器90的控制信号进行操作。
发动机10的多个气缸组被分成第一气缸组110和第二气缸组210，并且每个气缸组包括至少一个气缸。第一气缸组110和第二气缸组210的中心设置有进气歧管30，该进气歧管30将进气分配到每个气缸组的气缸中。
发动机10可以是V型发动机，其中第一气缸组110的气缸和第二气缸组210的气缸关于曲轴彼此隔开预定角度(α°)(例如，60°至120°)。
各个气缸组可以是包括三个气缸的六缸发动机。然而，本发明的范围不限于此，因此气缸组也可以被实施为八缸发动机或十二缸发动机。
进气门124被选择性地打开/关闭以通过进气歧管30向气缸供应空气和燃料。也就是说，进气门124在进气冲程期间打开，以通过进气歧管30向气缸供应空气和燃料并在排气冲程期间关闭。
排气门126被选择性地打开/关闭以将从气缸产生的排气排出到排气歧管。也就是说，排气门126在进气冲程期间关闭，并且在排气冲程期间打开以将排气从气缸组出到排气歧管。
来自第一气缸组110的气缸的排气被排出到第一排气管线150，并且来自第二气缸组210的气缸的排气被排出到第二排气管线250。第一排气管线150和第二排气管线250连接到主排气管线50。
第一排气管线150设置有第一排气净化装置170，第二排气管线250设置有第二排气净化装置270，并且主排气管线50设置有主排气净化装置70。
这里，第一排气净化装置170和第二排气净化装置270可以是清洁包含在排气中的颗粒物质的气油颗粒过滤器(GPF)，并且主排气净化装置70可以是用于去除氮氧化物的三元催化剂。
同时，第一排气管线150，第二排气管线250和主排气管线50连接的点可以设置有排气控制气门40。从第一排气管线150和第二排气管线250排出到主排气管线50的排气量通过排气控制气门40的开度来控制。此外，通过第一排气管线150从第二排气管线250再循环的排气量由排气控制气门40的开度来控制。排气控制气门40通过稍后描述的控制器90的控制信号来操作。
可变气门装置60设置在多个气缸组中的任何一个(例如，第一气缸组110)中，并且根据发动机10的操作范围选择性地停用第一气缸组110的气缸。燃料在可变气门装置60的操作期间不被供应到停用气缸。
进气门124和排气门126的打开/关闭通过连接到凸轮轴的气门打开/关闭机构来打开/关闭气缸，并且可变气门装置60通过控制器90滞后或提前进气门124和排气门126的操作正时。替代地，可变气门装置60通过控制器90的控制来控制进气门124和排气门126的升程。替代地，可变气门装置60通过控制器90的控制增大或减小进气门124和排气门126的打开时间和关闭时间(以下称为“持续时间”)。也就是说，可变气门装置60改变进气门124和排气门126的操作阶段。
在本发明的说明书中，可变气门装置60包括停用气缸的气缸停用装置(CDA)，控制气门升程的可变气门升程装置，控制气门的操作正时的可变气门正时装置，以及控制气门的持续时间的可变气门持续时间装置。
控制器90可以通过控制可变气门装置60和喷射燃料的喷射器127来操作停用模式下的气缸。
可变气门装置60对于本发明所属领域的技术人员而言是已知的，因此将省略其详细描述。
控制器90可以被实现为由执行根据本发明的示例性实施例的用于控制发动机系统的方法的每个步骤的预定程序操作的至少一个处理器。
控制器90根据发动机10的操作范围通过可变气门装置60控制第一气缸组110的气缸停用并且控制来自启用的第二气缸组210的气缸的排气通过停用的第一气缸组110的气缸再循环到进气歧管30。
也就是说，通过控制器90的控制信号来操控发动机的操作，可变气门装置60的操作以及进气门124和排气门126的打开/关闭。
当操作范围是低速低负载区域时，控制器90通过可变气门装置60停用第一气缸组110的气缸，并且通过停用气缸使排气再循环。由于在气缸停用的状态下不向气缸内喷射燃料，因此在低速低负载区域中，一部分气缸停用，能够提高燃料的消耗量并且能够将泵送损失抑制在最小限度。
参考图3，图4，图5和图6，将更具体地描述在一些气缸停用的停用模式中使排气再循环的过程。
图3示出了在停用模式中的启用气缸的进气冲程，图4示出了在停用模式中的启用气缸的排气冲程，图5示出了停用模式中停用气缸的进气冲程，图6示出了停用模式中停用气缸的排气冲程。
如图3和图4所示，处于停用模式的第二气缸组210的启用气缸正常操作。也就是说，进气门124在进气冲程期间打开，所以空气流入气缸，并且燃料通过喷射器127喷射到气缸。在压缩冲程期间，燃料由火花塞128点燃。在下文中，通过经历爆发冲程，排气门126在排气冲程期间打开，使得从气缸放出的排气被排出到第二排气歧管240。
如图5和图6所示，在进气冲程期间在控制器90的控制下空气和燃料不被供应到停用模式下的第一气缸组110的停用气缸，并且由可变气门装置60打开排气门126并关闭进气门124。此时，来自启用的第二气缸组210的排气流入停用的第一气缸组110的气缸内。
也就是说，来自启用的第二气缸组210的气缸的排气经由第二排气管线250，第一排气管线150和第一排气歧管140流入停用的第一气缸组110的气缸。
由于空气和燃料不被喷射到停用的第一气缸组110的气缸中，所以流入停用气缸的排气在压缩冲程期间被压缩。在排气冲程期间，由可变气门装置60打开进气门124并且关闭排气门126。在停用的第一气缸组110的气缸中通过打开进气门124而流动和被压缩的排气被排出到进气歧管30。
接下来，流入进气歧管30的压缩排气被供应到启用的第二气缸组210的气缸。此时，再循环的排气量可以通过排气门126的升程和持续时间和排气控制气门40的开度控制。
仅仅由于存在从第二排气管线250排放到主排气管线50的排气量，因此难以仅通过进气门124和排气门126的升程和持续时间精确地控制再循环的排气量。通过排气控制气门40的开度可以精确地控制再循环的排气量。
由于在停用模式中来自启用的第二气缸组210的气缸的排气通过停用的第一气缸组110的气缸重新供应到启用的第二气缸组210的气缸，停用的第一气缸组110的气缸被配置为排气再循环系统。当停用的第一气缸组110的气缸使排气再循环时，停用气缸被配置为一种泵。
以这种方式，由于排气通过停用气缸再循环到启用气缸，因此当排气再循环时，出现非常快的响应性能。
在根据本发明的示例性实施例的发动机系统中，进气歧管30可以与水冷式中冷器形成一体。
因此，水冷式中冷器与进气歧管30形成一体，因此通过停用的第一气缸组110的气缸再循环的排气在经过水冷式中冷器一体式进气歧管30时被冷却。即，水冷式中冷器一体式进气歧管30构成为现有的EGR冷却器。
因此，当排气通过停用气缸再循环时，由于排气在作为进气冲程和排气冲程的中间的压缩冲程和爆炸冲程期间与发动机冷却剂进行热交换，EGR气体可以被冷却。
根据本发明的示例性实施例的发动机系统可以进一步包括将增压空气供应到气缸的涡轮增压器。
参照图7，涡轮增压器用于将增压空气供应到气缸并且包括第一涡轮增压器160和第二涡轮增压器260。
第一涡轮增压器160包括第一涡轮162和第一压缩机164，第一涡轮162布置在第一排气管线150中并且借助流入第一排气管线150的排气旋转，第一压缩机164布置在进气管线中并通过与第一涡轮162互锁而旋转以压缩外部空气。
第一排气管线150设置有旁通第一涡轮162的第一旁路管线166，并且第一旁路管线166设置有第一排气旁通气门168。由第一涡轮增压器160供应的增压空气量通过第一排气旁通气门168的开度控制。
第二涡轮增压器260包括设置在第二排气管线250中并借助流入第二排气管线250的排气旋转的第二涡轮262和设置在进气管线中并通过与第二涡轮262互锁而旋转以压缩外部空气的第二压缩机264。
第二排气管线250设置有旁通第二涡轮262的第二旁路管线266，并且第二旁路管线266设置有第二排气旁通气门268。由第二涡轮增压器260供应的增压空气量通过第二排气旁通气门268的开度控制。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，由于来自多气缸组发动机中的任何一个气缸组的气缸的排气通过排气管线再循环到另一个气缸组的气缸，发动机系统能够防止设置在排气管线中的排气净化装置的催化剂温度下降。
也就是说，如果停用气缸组的气缸被可变气门装置60停用，则设置在与停用气缸连接的排气管线中的排气净化装置的催化剂温度下降。接下来，如果停用的气缸被启用，则需要催化剂达到活化温度的预定时间。因此，在催化剂被活化的时间内，排气净化装置的清洁效率降低。
然而，在根据本发明的示例性实施方式的发动机中，可以通过使来自任何一个气缸组的气缸的排气通过排气管线再循环到另一个气缸组的气缸而防止设置在连接到停用气缸的排气管线中的催化温度下降，并且通过减少在停用气缸被启用时达到催化剂活化的温度所需的时间来提高催化剂的净化效率。
此外，由于当排气再循环时可以防止停用气缸的温度下降，所以当停用气缸启用时可以提高燃烧效率。
此外，根据本发明的示例性实施例，因为不需要安装单独的排气再循环系统，所以可以节省车辆的制造成本并且减小发动机的体积。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”，“下”，“内”，“外”，“上部”，“下部”，“上侧”，“下侧”，“向上”，“向下”，“前”，“后”，“后部”，“内侧”，“外侧”“向内”，“向外”，“内部”，“外部”，“内”，“外”，“向前”，“向后”用于参考附图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施例的特征。
已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的具体示例性实施例的前述描述。它们并不旨在是穷尽的或将本发明限制到所公开的确切形式，显然根据上述教导可以进行许多修改和变化。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例以及其各种替代和修改。意图是本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种发动机系统，包括：
包括第一气缸组和第二气缸组的发动机，所述第一气缸组和所述第二气缸组包括通过燃烧燃料而产生驱动扭矩的多个气缸以及布置在所述第一气缸组和所述第二气缸组的中心处的进气歧管；
安装在第一气缸组的气缸上的可变气门装置，用于选择性地停用气缸并改变进气门和排气门的操作阶段；
主排气管线，来自所述第一气缸组的气缸的排气流过的第一排气管线和来自所述第二气缸组的气缸的排气流过的第二排气管线连接到所述主排气管线；和
控制器，所述控制器被配置用于根据发动机的操作范围来控制第一气缸组的气缸被停用，并且控制来自第二气缸组的气缸的排气从第二排气管线通过第一排气管线和第一气缸组的气缸再循环到进气歧管。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述控制器配置成在所述发动机的进气冲程期间打开停用的第一气缸组的气缸的排气门，并且在发动机的排气冲程期间打开停用的第一气缸组的气缸的进气门以将排气再循环至启用的气缸。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述控制器配置成通过由所述可变气门装置控制所述进气门和所述排气门的操作时间、升程或持续时间来控制再循环的排气量。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述控制器配置成当所述操作范围是低负载区域时通过所述可变气门装置停用所述第一气缸组的气缸，并且将排气通过停用的第一气缸组的气缸再循环至启用的第二气缸组的气缸。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
第一涡轮增压器，包括借助流入所述第一排气管线的排气而旋转的第一涡轮和通过与所述第一涡轮互锁而旋转以压缩外部空气的第一压缩机；和
第二涡轮增压器，包括借助流入所述第二排气管线的排气而旋转的第二涡轮和通过与所述第一涡轮互锁而旋转以压缩外部空气的第二压缩机。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，其中：
所述进气歧管与水冷式中冷器形成一体。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
设置在所述第一排气管线中的第一排气净化装置；
设置在所述第二排气管线中的第二排气净化装置；和
设置在所述主排气管线中的主排气净化装置。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，还包括：
设置在所述第一排气管线，所述第二排气管线和所述主排气管线结合的点处的排气控制气门。
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