专利名称：一种发动机系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发动机系统，特别涉及一种改进发动机的性能、燃料经济性和排放的系统。所述系统对于V型配置发动机可以是特别有益的。
背景技术：
发动机空气流能被发动机汽缸进气侧和排气侧的发动机系统部件影响。例如，发动机排气歧管能影响排气背压、汽缸混合物和发动机排放。另一方面，充气运动控制阀、可变凸轮正时装置和进气歧管设计能够影响发动机汽缸进气侧的发动机空气流。如果发动机系统提供了升高的排气背压，则发动机效率可能降低并且发动机排放可能升高。在美国专利No. 5，822，986中，公开了一种发动机系统，所述发动机系统具有分离发动机汽缸之间的汽缸排气排放为270度或更大曲轴角度的排气歧管。此发动机系统旨在降低发动机汽缸之间的排气干扰。以上提到的方法还具有多个缺点。具体地，系统应用至具有1-3-7-2-6-5-4-8点火次序的四冲程V-8发动机。然而，该点火次序不像其他点火次序那样平稳。而且，当发动机具有被视为较平稳的不同点火次序时，排气歧管也不能有效运行。此外，所说明的排气歧管仅在有限的发动机运行范围上改进发动机性能和排放。
实用新型内容本发明人在此已经认识到以上说明的缺点并且已经研究了改进发动机燃料经济性、性能和排放的发动机系统。本实用新型的一个示例包括发动机系统，所述发动机系统包括包含第一 Y-管的排气歧管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和所述第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度。通过紧密联接在发动机点火次序上相差90度曲轴角度的汽缸排气，可降低发动机排气背压并且改进具有较平稳燃烧次序的发动机的发动机空气流。此外，发动机排放可被降低，因为在发动机点火上靠近的汽缸的排气可采用到发动机后处理装置的更直接的路径。因此，发动机排放可通过更早激活排气后处理装置而被降低。在另一示例中，本实用新型提供了发动机系统，所述发动机系统包括包含凸轮轴的发动机、中间位置锁定凸轮轴相位器和排气歧管；所述凸轮轴具有至少一个进气门凸角轮，该至少一个进气门凸角轮具有打开持续至少260度曲轴角度的进气门；所述中间位置锁定凸轮轴相位器联接至所述凸轮轴并且被配置为调整所述发动机的汽缸列的凸轮正时； 所述排气歧管联接至所述发动机并且包括第一 Y-管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管， 所述第一管和第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度。发动机空气流和排放能够通过协同组合汽缸进气控制和降低排气背压的排气歧管的发动机系统被改进。特别地，当排气系统能够组合在发动机燃烧次序上分离90度曲轴角度的发动机汽缸的排气时，充气运动控制阀和可变凸轮正时能够改进发动机的换气。本实用新型可提供多个优点。具体地，该方法可通过降低具有不同点火次序的发动机的排气背压而改进发动机性能。此外，本实用新型可通过在发动机启动期间增加到发动机后处理装置的热通量而改进发动机的排放。此外，本实用新型可在更宽发动机运行范围上提供改进的发动机性能。当单独或结合附图参考时，本实用新型以上的优点和其他优点以及特征将从以下具体实施方式
中变得显而易见。
当单独或参考附图时，在此所描述的优点将通过阅读在此被称为具体实施方式
的示例实施例被更全面地理解。图1是发动机的示意图；图2是发动机编号配置的平面示意图；图3是联接至发动机汽缸盖的示例排气歧管示意图；图4是右手侧排气歧管的侧视示意图；图5是右手侧排气歧管的顶部平面视图示意图；图6是左手侧排气歧管的侧视示意图；图7是左手侧排气歧管的平面视图示意图；图8是汽缸编号一对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图；图9是汽缸编号二对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图；图10是汽缸编号三对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图；图11是汽缸编号四对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图；图12是比较不同发动机系统配置的不同发动机扭矩曲线图；并且图13是运行发动机的方法的流程图。
具体实施方式
本实用新型涉及内燃发动机汽缸空气流的控制。在一个实施例中，如在图1-3中显示并且具有如图4-7中显示的排气歧管的八缸发动机改进了发动机的空气流。图13显示了在不同发动机工况期间控制发动机空气流的方法。参考图1，包括多个汽缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，其中一个汽缸被显示在图1中。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36位于其中并被连接至曲轴40。燃烧室30被显示经由各自进气门52和排气门M与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。可替代地，一个或多个进气门和排气门可由机电控制气门线圈和衔铁组件操作。进气凸轮51的位置可由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。燃料喷射器66被显示定位为向汽缸30内直接喷射燃料，这被本领域的技术人员称为直接喷射。可替代地，燃料可被喷射到进气口，这被本领域的技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66输送与自控制器12的信号FPW的脉冲宽度成比例的液体燃料。燃料由燃料系统(未显示)被输送至燃料喷射器66，所述燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨 (未显示)。燃料喷射器66被供给来自响应于控制器12的驱动器68的运行电流。此外， 进气歧管44被显示与可选电子节气门62连通，所述电子节气门62调整节流板64的位置， 从而控制自空气进气42到进气歧管44的空气流。进气歧管44包括控制汽缸30内充气运动的充气运动控制阀50。在一个示例中，可使用低压直接喷射系统，其中燃料压强可被升高至大约20-30bar。可替代地，可使用高压双级燃料系统产生更高的燃料压力。无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92提供点火火花至燃烧室30。 通用排气氧(UEGO)传感器126被显示联接至催化转换器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可替代UEGO传感器126。在一个示例中，转换器70可包括多个催化剂砖。在另一示例中，可使用分别带有多个砖的多种排放控制装置。在一个示例中，转换器70可以是三元类型催化器。控制器12在图1中被显示为常规微计算机，其包括微处理器单元(CPU) 102、 输入/输出口(I/O) 104、只读存储器(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器 (KAM) 110和常规总线。控制器12被显示从联接至发动机10的传感器中接收多种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括自联接至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接至加速器踏板130用于感测由脚132施加的力的位置传感器134 ；自联接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；自传感器120的进入发动机的空气质量测量值；以及自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可被感测(传感器未显示) 以用于控制器12的处理。在本实用新型优选的方面，发动机位置传感器118在曲轴的每转产生预定数目的等间隔的脉冲，由此能够确定发动机的转速(RPM)。在一些实施例中，发动机可以联接至混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可以具有并联配置、串联配置或其变体或组合。此外，在一些实施例中，可以使用其他发动机配置，例如柴油发动机。在运行期间，发动机10中的每个汽缸一般经历一个四冲程的循环该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来讲，在进气冲程期间排气门M关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30，并且活塞36移至汽缸的底部以便增大燃烧室30内的容积。活塞36在汽缸的底部附近并且在其冲程末端(例如当燃烧室30 处于其最大容积时)的位置一般被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间， 进气门52和排气门M均关闭。活塞36朝汽缸盖移动以便压缩燃烧室30内的空气。活塞 36在其冲程末端并且最靠近汽缸盖(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的位置一般被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。 在下文被称为点火的过程中，喷射的燃料由已知点火方式例如火花塞92点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞36返回至BDC。曲轴40将活塞的运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门M打开从而释放燃烧的空气-燃料混合物至排气歧管48并且活塞返回至TDC。注意，以上仅作为示例被显示并且进气门和排气门打开和/或关闭的正时可改变，例如以提供正或负气门重叠，延迟进气门关闭或各种其他示例。在一个实施例中，停止/启动曲轴位置传感器具有零速度和双向能力。在一些应用中，可使用双向霍尔传感器，在其他应用中，可将磁体安装到目标上。磁体可被置于目标上并且如果传感器能够检测信号幅值的变化(例如，使用强磁体或弱磁体来定位轮上的具体位置)，则“缺齿隙”能够被潜在地消除。此外，使用双向霍尔传感器或等同物，可通过停止保持发动机位置，但在重启动期间，可替代策略可用来保证发动机的正向旋转。因此，图1的系统提供发动机系统，其包括包括第一 Y-管的排气歧管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差 90度曲轴角度。在一个示例中，发动机系统包括其中所述第一管在接合所述第一汽缸和第二汽缸的排气口之前分支进入第二 Y-管，并且其中所述汇合管被联接至包括催化剂的管。 发动机系统还包括其中所述第二管在接合所述第三汽缸和第四汽缸的排气口之前分支进入第三Y-管，并且其中所述第三汽缸和第四汽缸在所述发动机点火次序上相差270度曲轴角度。发动机系统还包括其中所述第一管是第三管和第四管的汇合管。发动机系统还包括其中所述第二管是第五管和第六管的汇合管。发动机系统还包括其中所述第一管和所述第二管被配置为从发动机的前部到所述发动机的后部方向上引导发动机排气，并且其中所述第三管和所述第四管在所述第一管达到第三汽缸的位置同时所述第一管延伸至所述发动机的所述后部之前的位置组合到第一管中。在另一示例中，发动机系统还包括具有进气门打开持续至少为260度曲轴角度的进气凸轮，所述进气凸轮能够打开气门从而引导汽缸内物质到所述排气歧管。在另一示例中，发动机系统还包括充气运行控制阀和中间锁定位置凸轮轴相位致动器，所述充气运动控制阀和所述中间锁定位置凸轮轴相位致动器调整到与所述排气歧管连通的汽缸的流动。此外，图1的系统提供了发动机系统，其包括包含凸轮轴的发动机、中间位置锁定凸轮轴相位器和排气歧管，所述凸轮轴具有进气门打开持续至少为260度曲轴角度的至少一个进气门凸角轮；所述中间位置锁定凸轮轴相位器联接至所述凸轮轴并且被配置为调整所述发动机的汽缸列的凸轮正时；所述排气歧管联接至所述发动机并且包括第一 Y-管， 所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度。发动机系统还包括控制器，所述控制器配置有在发动机停止期间锁定所述凸轮轴在中间位置的指令。在另一示例中，发动机系统还包括充气运动控制阀， 用来控制到所述发动机汽缸列的空气流。发动机系统还包括其中所述控制器包括其他指令，所述指令用来在发动机怠速期间关闭所述充气运动控制阀并且在节气门完全打开期间打开所述充气运动控制阀。发动机系统还包括其中所述第一管的直径大于所述第三管的直径，并且其中所述第一管的直径大于所述第四管的直径。在一个示例中，发动机系统包括其中所述排气歧管被联接至八缸V型发动机。图1的系统还提供发动机系统，其包括包含凸轮轴的发动机、中间位置锁定凸轮轴相位器、第一排气歧管和第二排气歧管，所述凸轮轴具有进气门打开持续至少为260度曲轴角度的至少一个进气门凸角轮；所述中间位置锁定凸轮轴相位器联接至所述凸轮轴并且被配置为调整所述发动机的汽缸列的凸轮正时；所述第一排气歧管联接至所述发动机并且包括第一 Y-管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度；所述第二排气歧管联接至所述发动机并且包括第一 Y-管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和第二管被联接至汇合管， 所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在所述发动机点火次序上相差270度曲轴角度，所述第三汽缸和第四汽缸在所述发动机点火次序上相差270度曲轴角度。在一个示例中，发动机系统还包括控制器，其中所述控制器包括在发动机停止期间锁定所述中间位置锁定凸轮轴相位器在中间位置的指令。发动机系统还包括其中所述控制器包括其他指令，所述指令用于在冷启动怠速工况期间将所述中间位置锁定凸轮轴保持在所述中间位置，所述控制器包括其他指令，所述其他指令用于在暖怠速工况期间从所述中间位置延迟所述中间位置锁定凸轮轴。发动机系统还包括其中所述控制器包括其他指令，所述其他指令用于在节气门完全打开状况期间打开充气运动控制阀。发动机系统还包括充气运动控制阀，以用于控制到所述发动机汽缸列的空气流。发动机系统还包括其中所述控制器包括其他指令，所述指令用于在至少一些部分负载状况期间保持充气运动控制阀关闭。现参考图2，发动机汽缸编号配置的平面示意图被显示。发动机200包括覆盖编号为1-8 (如参照发动机前部204)的八个汽缸的发动机缸体202。发动机200被配置为容纳如在图3-7中显示的排气歧管并且适合由根据图13的方法控制。发动机前部204可包括运行附加装置例如压缩机和交流电机的附件驱动器。在此示例中，发动机汽缸编号从发动机缸体202的右手侧开始并且向下进行直到汽缸编号4。汽缸编号1-4包括第一汽缸列。 汽缸编号5是发动机缸体202左手侧上部。汽缸6-7从汽缸5向下进行。汽缸5-8包括第二汽缸列。发动机200是具有点火次序为1-5-4-8-6-3-7-2的V-8发动机。因此，在相邻点火次序的相似汽缸事件(例如，燃烧事件)之间存在90度曲轴角度。例如，当发动机汽缸编号2达到上止点压缩冲程时，发动机汽缸编号1将到达上止点压缩冲程后90度曲轴角度。现参考图3，联接至发动机汽缸盖的示例排气歧管的示意图被显示。汽缸盖304和 306被联接至发动机缸体302。在图3的左侧，右手侧排气歧管308被联接至右汽缸盖。在图3的右侧，左手侧排气歧管310被联接至左汽缸盖。右手侧排气歧管310和左手侧排气歧管308将排气引导远离汽缸盖304和306。现参考图4，右手侧排气歧管的侧视示意图被显示。具体地，图4的排气歧管是显示在图3中的排气歧管308的分离图。右手侧排气歧管308具有联接至第一 Y-管404的法兰402。第一 Y-管404包括第一汇合管406，其中自第一管408和第二管410的排气在离开排气歧管308之前在法兰402处组合。第一管408延伸至仅在422和似4处接合发动机排气口。第一管408从汇合管406分支开始，并且第一管408变成第三管418和第四管420 的第二汇合管。第四管420被配置为仅在似4处接合发动机的汽缸编号一的排气口。第三管422被配置为仅在422处接合发动机的汽缸编号二的排气口。联接排气歧管308的发动机的点火次序是1-5-4-8-6-3-7-2。因此，第三管422和第四管420被联接至发动机汽缸编号一和二的排气口，所述发动机汽缸编号一和二彼此分离90度发动机曲轴旋转角度。第一管408的汇合区域416具有比排气管三和四更大的直径。具体地，第一管408的截面面积比管三和四的截面面积大30 %。第二管410从第一汇合管406分支开始，并且第二管410变成第五管412和第六管414的第三汇合管。第五管412被配置为仅在似6处接合发动机的汽缸编号四的排气口。 第六管414被配置为仅在似8处接合发动机的汽缸编号三的排气口。因此，第五管412和第六管414被联接至发动机汽缸编号三和四的排气口，所述发动机汽缸编号三和四彼此分离270度发动机曲轴旋转角度。现参考图5，右手侧排气歧管的顶部平面示意图被显示。具体地，图5的排气歧管是显示在图3中的排气歧管308分离顶视图。排气歧管308包括用于将排气歧管308联接至包括催化剂的排气管的法兰402。第一 Y-管404被显示包括第一汇合管406、第一管408 和第二管410。第一管408的部分沿汽缸盖排气口进口似6、似8、422和424的长度延伸。 第一管408包括汇合区域416并且分支为第三管418和第四管420。第四管420被配置为在似4处接合发动机汽缸编号一排气装置(exhaust)。第三管418被配置为在422处接合发动机汽缸编号二排气装置(exhaust)。第二管410被显示包括第五管412和第六管414。 因此，图4-5显示了紧凑的排气歧管，其提供低的排气背压和高热通量能力。现参考图6，左手侧排气歧管的侧向示意图被显示。具体地，图6的排气歧管是显示在图3中的排气歧管310的分离图。左手侧排气歧管310具有联接至第一 Y-管604的法兰602。第一 Y-管604包括第一汇合管606，其中自第一管618和第二管608的排气在离开排气歧管310之前在法兰602处合并。第一管618延伸至仅在6 和6M处接合发动机排气口。第一管618从第一汇合管606分支开始，并且第一管618变成第三管620和第四管622的第二汇合管。第四管622被配置为仅在6M处接合发动机的汽缸编号六的排气口。 第三管620被配置为仅在6 接合汽缸编号五的排气口。联接排气歧管310的发动机的燃烧次序是1-5-4-8-6-3-7-2。因此，第三管620和第四管622被联接至分离270度发动机旋转的曲轴角度的发动机汽缸编号五和六的排气口。第二管608从第一汇合管606分支开始，并且第二管608变成第五管610和第六管612的第三汇合管。第五管610被配置为仅在616处接合发动机汽缸编号八的排气口。 第六管612被配置为仅在614处接合汽缸编号七的排气口。因此，第五管610和第六管612 被联接至分离270度发动机旋转的曲轴角度的发动机汽缸编号七和八的排气口。现参考图7，左手侧排气歧管的顶部平面示意图被显示。具体地，图6的排气歧管是显示在图3中排气歧管310的分离的顶视图。排气歧管310包括用于将排气歧管310联接至包括催化剂的排气管的法兰602。第一 Y-管被显示包括第一汇合管606、第一管618和第二管608。第一管618的部分沿汽缸盖排气口进口拟6、6M、614、616的长度延伸。第一管618分支为第三管620和第四管622。第四管622被配置为在6 处接合发动机汽缸编号六排气装置(exhaust)。第三管620被配置为在6 处接合发动机汽缸编号五排气装置(exhaust)。第二管608被显示包括第五管610和第六管612。因此，图6_7显示了紧凑的排气歧管，其提供了低的排气背压和高的热通量能力。图8-11显示了带有点火次序为1-5-4-8-6-3-7-2的发动机的汽缸排气口压力轨迹。图8-11的压力轨迹显示了通过如在图4-5中说明的排气歧管的可能的压力降低。现参考图8，汽缸编号一对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图被显示。具体地，汽缸编号一在其进气和排气门同时打开的曲轴角度区域期间的排气压力被显示。进气和排气门重叠期通过垂直虚线指示。左侧虚线表示进气门打开(IVO)时刻，右侧虚线表示排气门关闭(EVC)时刻。压力轨迹802表示当分支型(log)歧管联接至发动机时发动机的排气压力。在重叠期间，压力轨迹802高于压力轨迹804和806。高排气压力能够增加汽缸余隙并且降低汽缸容积效率。因此，对于汽缸编号一，分支型歧管展示的压力不如压力轨迹804和806理
术g
；ο压力轨迹804表示被配置为分离270度曲轴角度联接发动机汽缸的发动机的排气压力。压力轨迹806表示在右手侧歧管中由汽缸编号一产生的排气压力，所述右手侧歧管联接至少一对汽缸，所述汽缸在发动机燃烧次序(例如，图4-5的歧管)中被分离90度曲轴角度。压力轨迹804显著低于压力轨迹802。此外，压力轨迹804略低于压力轨迹806。 然而，当分离270度曲轴角度联接汽缸的排气歧管被联接至在图2中描述的发动机时，歧管封装可以是笨重的。压力轨迹806表示当图4-5的排气歧管被联接至发动机时发动机的排气压力。在进气和排气门重叠期，压力轨迹804小于压力轨迹802但稍高于压力轨迹806。因此，对于汽缸编号一，图8指示排气背压能够通过连接图4-5的排气歧管或分离发动机汽缸270度曲轴角度的排气歧管被降低。现参考图9，汽缸编号二对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图被显示。具体地，汽缸编号二在其进气门和排气门同时打开的曲轴角度区域期间的排气压力被显示。进气和排气门重叠期通过垂直虚线指示。左侧虚线表示进气门打开(IVO)时刻，右侧虚线表示排气门关闭(EVC)时刻。压力轨迹902表示当分支型歧管被联接至发动机时发动机的排气压力。在重叠期期间，压力轨迹902高于压力轨迹906但低于压力轨迹904。因此，对于汽缸编号二，分支歧管展示了与一种类型的排气歧管相比改进的压力。压力轨迹904表示被配置为分离270度曲轴角度联接发动机汽缸的发动机的排气压力。压力轨迹904高于压力轨迹902并且显著高于压力轨迹906。压力轨迹906表示在右手侧歧管中汽缸编号二产生的排气压力，所述右手侧歧管联接至少一对汽缸，所述至少一对汽缸在发动机燃烧次序(例如，图4-5的歧管)上被分离 90度曲轴角度。在重叠期期间，压力轨迹906小于压力轨迹904和压力轨迹902的压力。 因此，对于汽缸编号二，图9指示了排气背压可通过联接图4-5的排气歧管至发动机而被降低。[0056]现参考图10，汽缸编号三对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图被显示。具体地，汽缸编号三在其进气门和排气门同时打开的曲轴角度区域期间的排气压力被显示。进气和排气门重叠期通过垂直虚线指示。左侧虚线表示进气门打开(IVO)时刻，右侧虚线表示排气门关闭(EVC)时刻。压力轨迹1002表示当分支型歧管被联接至发动机时发动机的排气压力。在重叠期期间，压力轨迹1002高于压力轨迹1004和压力轨迹1006。因此，对于汽缸编号三，分支歧管压力展示了与其他两种歧管相比更高的压力。压力轨迹1004表示被配置为分离270度曲轴角度联接发动机汽缸的发动机的排气压力。压力轨迹1004在大部分重叠间隔高于压力轨迹1006但一直低于压力轨迹1002。压力轨迹1006表示由汽缸编号三在右手侧歧管中产生的排气压力，所述右手侧歧管联接至少一对汽缸，所述汽缸在发动机燃烧次序(例如，图4-5的歧管)上被分离90度曲轴角度。在该示例中，自汽缸编号三的排气与汽缸编号四的排气合并。因此，汽缸编号三的输出被联接至在发动机燃烧次序为1-5-4-8-6-3-7-2上分离270度曲轴角度的汽缸。在进气和排气门重叠期，压力轨迹1006在大部分重叠期小于压力轨迹1004和压力轨迹1002。 然而，EVC附近的压力轨迹1006升高至高于压力轨迹1004。因此，对于汽缸编号三，图10 指示了排气背压可通过将图4-5的排气歧管联接至发动机而被降低。现参考图11，汽缸编号四对于联接至发动机的三个不同排气歧管在不同时刻的排气压力的比较曲线图被显示。具体地，汽缸编号四在其进气门和排气门同时打开的曲轴角度区域期间的排气压力被显示。进气和排气门重叠期通过垂直虚线指示。左侧虚线表示进气门打开(IVO)时刻，右侧虚线表示排气门关闭(EVC)时刻。压力轨迹1102表示当分支型歧管被联接至发动机时发动机的排气压力。在重叠期期间，压力轨迹1102高于压力轨迹1104和压力轨迹1106。因此，对于压力编号四，分支歧管展示了与其他两种歧管相比更高的压力。压力轨迹1104表示被配置为分离270度曲轴角度联接发动机汽缸的发动机的排气压力。压力轨迹1104在大部分重叠间隔高于压力轨迹1106但一直低于压力轨迹1102。压力轨迹1106表示当图4-5的排气歧管被联接至发动机时发动机的排气压力。在进气和排气门重叠期间，压力轨迹1106在大部分重叠期期间低于压力轨迹1104和压力轨迹1102的压力。然而，在EVC附近压力轨迹1106升高到略高于压力轨迹1104。因此，对于汽缸编号4，图11指示了排气背压能够通过联接图4-5的排气歧管至发动机而被降低。当整体上考虑汽缸1-4的压力轨迹时，将清楚图4-5的歧管提供比分支歧管更低的背压，或比在燃烧次序上接近的汽缸的排气被合并之前，从汽缸列的所有汽缸通过270 度曲轴角度分离排气的歧管更低的背压。因此，发动机换气可以被改进并且发动机空气燃料混合物可以被改进。现参考图12，图12是比较不同发动机系统配置的不同发动机扭矩的绘图。所述绘图具有表示发动机转速的X轴线。所述绘图具有单位为ft-lbs的发动机制动扭矩的Y-轴线。轨迹1202表示基本发动机配置的发动机扭矩，其中进气凸轮具有240度曲轴角度进气门打开期。轨迹1202展示了良好的低速扭矩但是扭矩随着发动机转速的升高而降低。轨迹1204表示相同发动机的发动机扭矩，其带有260度曲轴角度进气门打开期。 与轨迹1202相比较，除发动机转速高于4500RPM，轨迹1204显示发动机扭矩的降低。性能的降低可归因于在较低发动机转速处推回量的增加。例如，在较低发动机转速处，较长的气门持续期能够随着活塞在汽缸内升高推动发动机内汽缸充气的一部分而降低发动机扭矩。 因此，较长持续期凸轮本身产生性能的折衷。轨迹1206表示相同发动机的发动机扭矩，其带有260度曲轴角度进气门打开期和在图4-7中描述的排气歧管。轨迹1206显示在基本凸轮配置上的显著扭矩升高，如通过轨迹1202说明的。轨迹1206在较低发动机转速处显示发动机扭矩的稍微降低；然而，通过组合图4-7的歧管与具有较长进气门打开持续期的凸轮(例如，大于250度曲轴角度或大于 260度曲轴角度)，提供了显著的扭矩升高。轨迹1208表示相同发动机的发动机扭矩，其带有260度曲轴角度进气门打开期、 图4-7的歧管和加长的进气歧管管道(例如，至少490mm主管道长度)。轨迹1208显示在轨迹1202-1206的配置上显著的发动机扭矩改进，特别是在中等范围的发动机转速处。因此，图12显示了发动机性能可通过较长持续期凸轮(例如，大于250度曲轴角度的进气门打开持续期或者大于260度曲轴角度的进气门打开持续期)和显示在图4-7中的脉冲分离歧管的组合被显著地升高。此外，增加的进气歧管管道的长度提供额外的性能改进。图13是运行发动机的方法的流程绘图。在步骤1302处，程序1300确定了发动机的工况。发动机的工况可包括但不限于发动机转速、发动机负载、发动机冷却剂温度、发动机空气量和发动机进气节气门位置。在发动机工况被确定之后，程序1300进行至步骤 1304。在步骤1304，程序1300判断发动机停止是否被请求。发动机停止请求可由操作者或控制器(例如，混合动力车辆控制器)起动。如果程序1300判断发动机起动请求存在， 则程序1300进行至步骤1306。否则，程序1300进行至1310。在步骤1306，程序1300命令凸轮至凸轮的中间位置。在一个示例中，凸轮可通过弹簧帮助返回其中间位置。从中间位置，凸轮可被提前或延迟。在凸轮被命令至其中间位置之后，程序1300进行至步骤1308。在步骤1308，程序1300使燃料和点火无效。在一个示例中，火花可在燃料喷射之后被停止。在燃料和火花被无效之后，程序1300进行至结束。在步骤1310，程序判断发动机是否运行在冷启动状况期间。在一个示例中，冷启动可由发动机冷却剂温度和/或自发动机停止的时间量或燃烧事件量确定。如果程序1300 判断发动机运行在冷启动状况中，则程序1300进行至步骤1312。否则，程序1300进行至步骤 1320。在步骤1312，程序1300保持凸轮在中间位置。凸轮能够通过使得保持销接合而被保持在中间位置。此外，气门定位命令可在凸轮被保持在中间位置时被阻止。在冷启动期间，运行发动机进气门延迟关闭(LIVC)能够降低压缩热量、减少燃料蒸发、减少汽缸充气运动并且升高进气歧管压力。因此，当LIVC在发动机冷启动和怠速期间时，冷启动发动机排放能够被增大。此外，在冷启动期间将凸轮从延迟状态引导至提前状态是困难的，因为油压不能如期望地快速升高来实现期望水平的燃烧稳定性。因此，在冷启动期间进气门关闭时刻未延迟(例如，在下止点进气冲程70度曲轴角度内)处定位凸轮在中间位置处能够改进排气温度和燃烧稳定性。通过定位凸轮在中间位置，发动机冷启动和部分节气门LIVC状况能被分离。在保持凸轮在中间位置之后，程序1300进行至步骤 1314。在步骤1314处，程序1300保持发动机充气运动控制阀(CMCV)在关闭位置。CMCV 被保持关闭以限制到发动机汽缸的空气流并且提高在较低发动机转速处的充气运动从而改进燃烧稳定性。CMCV可以是通常关闭的阀，所以在一些示例中，没有发出到CMCV的命令。在步骤1316，程序1300延迟发动机点火并且在暖怠速状况通过升高发动机转速升高汽缸空气流。此外，在一些示例中，发动机汽缸可在冷启动期间运行稀混合物从而减少碳氢化合物。在一些示例中，发动机点火被延迟直到车辆排气系统中的催化剂高于阈值温度。在延迟发动机点火之后，程序1300进行至结束。在步骤1320，程序1300判断发动机是否运行在部分节气门状况(例如，节气门从关闭节气门位置被打开10% )。在一个示例中，当节气门位置传感器指示位于进气系统中的节气门位置未处于关闭位置时，程序判断发动机运行在部分节气门位置。在另一示例中， 程序1300响应于大于阈值量的被引导的发动机空气量，判断发动机运行在部分节气门位置。如果程序1300判断发动机运行在部分节气门状况，则程序1300进行至步骤1322。否则，程序1300进行至步骤13 。在步骤1322，程序1300延迟凸轮正时，这样存在延迟进气门关闭(LIVC)。在一个示例中，当发动机负载大于第一阈值并且小于第二阈值时，程序1300提供了 LIVC气门正时 (例如，进气门关闭在下止点进气冲程后70-110度曲轴角度)。如果发动机负载大于第二阈值，则程序1300提前进气门正时，从而进气门关闭早于下止点进气冲程后70度曲轴角度。 在延迟凸轮正时之后，程序1300进行至步骤13M。应注意，在90和110度曲轴角度之间的LIVC能够降低燃烧的稳定性；然而，燃烧的稳定性能够通过在这种情况期间关闭CMCV气门而被改进。在步骤1324，程序1300保持充气运动控制阀(CMCV)关闭直到发动机负载超过阈值负载。在一个示例中，发动机充气运动控制阀被配置在通常关闭位置。充气运动控制阀可以通过电子或真空致动器被命令打开。当发动机负载超过阈值负载时，充气运动控制阀被打开以便发动机换气在更高发动机负载下改进。在调整CMCV位置后，程序1300进行至结束。在步骤13 ，程序1300判断发动机是否运行在低速全开节气门(WOT)处。在一个示例中，当发动机负载高于阈值负载时，不管节气门位置，发动机可被认为运行在WOT处。 在另一示例中，当节气门位置超过阈值量时，发动机可被认为处于WOT处。在步骤13 处，程序1300提前凸轮正时，从而不提供延迟进气门关闭(LICV)。在提前凸轮正时之后，程序1300进行至1330。在步骤1330处，程序1300保持充气运动控制阀(CMCV)关闭，直到发动机负载超过阈值负载。在以上讨论的一个示例中，发动机充气运动控制阀被配置在通常关闭位置。当发动机负载超过阈值负载时，充气运动控制阀被打开，从而发动机换气在更高发动机负载下改进。在调整CMCV位置之后，程序1300进行至结束。在步骤1332，如果发动机未运行在部分节气门LIVC运行状况下，则程序1300从凸轮致动器的中间位置提前进气门关闭正时。在一个示例中，凸轮正时根据经验确定的凸轮正时被调整，所述经验确定的凸轮正时基于发动机转速和发动机负载。在凸轮正时被调整之后，程序1300进行至1334。在步骤1334，程序1300打开CMCV。在一个示例中，CMCV被打开从而改进较高发动机转速和负载处的发动机换气。例如，当发动机转速大于阈值并且当发动机负载大于阈值时，CMCV打开。应注意当发动机负载较高时，CMCV可在较低发动机转速下被打开，并且当发动机负载较低时，CMCV可在较高发动机转速下被保持关闭。在CMCV根据预定计划运行 (例如，根据发动机转速和发动机负载计划)之后，程序1300进行至结束。如本领域的普通技术人员将理解的，在图9中描述的程序可代表一个或者多个任何数目的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程以及类似物。因此，所说明的各种步骤或功能可以以所示的顺序实施、并行实施或者在一些情况下被省略。类似地，该处理的顺序并不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，只不过被提供以便于展示以及说明。尽管未明确地说明，但是本领域的普通技术人员将意识到所说明的步骤或功能中的一个或多于一个可以根据所使用的特别策略被重复实施。这推断/总结了本实用新型。本领域的技术人员阅读了本实用新型后，将在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下想到多种修改和改变。例如，以天然气、汽油、柴油或可替换燃料配置运行的L3、L4、L5、V6、V8、VlO和V12发动机可以使用本实用新型。
权利要求1.一种发动机系统，其特征在于，包括排气歧管，所述排气歧管包含第一 Y-管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和所述第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度。
2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一管在接合所述第一汽缸和第二汽缸的排气口之前分支进入第二 Y-管，并且其中所述汇合管被联接至包括催化剂的管。
3.如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述第二管在接合所述第三汽缸和第四汽缸的排气口之前分支进入第三Y-管，并且其中所述第三汽缸和第四汽缸在所述发动机点火次序上相差270度曲轴角度，其中所述第二管是第五管和第六管的汇合管。
4.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述第一管是第三管和第四管的汇合管， 其中所述第一管和所述第二管被配置为从发动机的前部向所述发动机的后部方向引导发动机排气，并且其中所述第三管和所述第四管在所述第一管达到第三汽缸位置之前的位置处组合到所述第一管中，同时所述第一管延伸至所述发动机的所述后部。
5.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，还包括进气凸轮，所述进气凸轮具有至少260度曲轴角度的进气门打开持续，所述进气凸轮能够打开气门，从而引导汽缸内含物至所述排气歧管。
6.一种发动机系统，其特征在于，包括发动机，所述发动机包括带有至少一个进气门凸角轮的凸轮轴，所述进气门凸角轮具有至少260度曲轴角度的进气门打开持续；中间位置锁定凸轮轴相位器，所述中间位置锁定凸轮轴相位器被联接至所述凸轮轴并被配置为调整所述发动机的汽缸列的凸轮正时；以及排气歧管，所述排气歧管被联接至所述发动机并且包含第一 Y-管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和所述第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差 90度曲轴角度。
7.如权利要求6所述的发动机系统，其特征在于，还包括位于进气歧管内的充气运动控制阀。
8.如权利要求6所述的发动机系统，其特征在于，所述第一管的直径大于所述第三管的直径，并且其中所述第一管的直径大于所述第四管的直径，其中所述排气歧管被联接至八缸V型发动机。
9.一种发动机系统，其特征在于，包括发动机，所述发动机包括带有至少一个进气门凸角轮的凸轮轴，所述进气门凸角轮具有至少260度曲轴角度的进气门打开持续；中间位置锁定凸轮轴相位器，所述中间位置锁定凸轮轴相位器被联接至所述凸轮轴并被配置为调整所述发动机的汽缸列的凸轮正时；第一排气歧管，所述第一排气歧管被联接至所述发动机并且包含第一 Y-管，所述第一Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和所述第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度；以及第二排气歧管，所述第二排气歧管被联接至所述发动机并且包括第一 Y-管，所述第一 Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和所述第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差270度曲轴角度，所述第三汽缸和第四汽缸在所述发动机点火次序上相差270度曲轴角度。
10.如权利要求9所述的发动机系统，其特征在于，还包括位于进气歧管内的充气运动控制阀。
专利摘要本实用新型说明了一种发动机系统。该发动机系统包括排气歧管，所述排气歧管包含第一Y-管，所述第一Y-管包含第一管和第二管，所述第一管和所述第二管被联接至汇合管，所述第一管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第一汽缸和第二汽缸的排气口，所述第二管延伸至仅接合所述发动机汽缸列的第三汽缸和第四汽缸的排气口，所述第一汽缸和第二汽缸在发动机点火次序上相差90度曲轴角度。所述系统能够降低排气压力并且改进发动机换气。在一个示例中，排气可被合并从而降低排气门重叠期的排气压力。
文档编号F02D13/02GK202280501SQ201120235110
公开日2012年6月20日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月2日
发明者A·M·克里斯提安, B·A·达尔林普尔, J·C·利加科 申请人:福特环球技术公司