将曲轴箱气体导入排气的发动机系统
阅读：750发布：2021-03-08
专利汇可以提供将曲轴箱气体导入排气的发动机系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种将 曲轴 箱气体导入排气的 发动机 系统。该发动机系统具有发动机 气缸 体，该 气缸体 具有至少一个 燃烧室 并且至少部分地限定曲 轴箱 。该发动机系统也具有连接 涡轮 增压 器 的 压缩机 和所述至少一个燃烧室的进气管道。该发动机系统还具有连接 涡轮 增压器 的 涡轮机 和燃烧室的排气管道，以及连接 曲轴箱 和排气管道的通气管道。该发动机系统也具有与 涡轮增压器 连通的 控制器 ，该控制器构造成调节涡轮增压器的几何形状从而保持曲轴箱的压 力 低于进气管道的压力。，下面是将曲轴箱气体导入排气的发动机系统专利的具体信息内容。
1.一种发动机系统，包括:
发动机气缸体，该发动机气缸体具有至少一个燃烧室并且至少部分地 限定曲轴箱；
进气管道，该进气管道使涡轮增压器的压缩机与所述至少一个燃烧室 连接；
排气管道，该排气管道使所述涡轮增压器的涡轮机与所述燃烧室连接；
通气管道，该通气管道使所述曲轴箱与所述排气管道连接；以及
与所述涡轮增压器连通的控制器，该控制器构造成调节所述涡轮增压 器的几何形状以保持所述曲轴箱的压力低于所述进气管道的压力。
2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，还包括:
设置成产生表示曲轴箱压力的第一信号的第一传感器；和
设置成产生表示进气管道压力的第二信号的第二传感器，其中所述控 制器与所述第一和第二传感器连通以接收所述第一和第二信号。
3.如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述第一传感器 位于所述曲轴箱中。
4.如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，所述第一传感器 位于所述通气管道中。
5.如权利要求2所述的发动机系统，其特征在于，还包括设置在所 述排气管道中以产生表示排气管道压力的第三信号的第三传感器，其中所 述控制器与所述第三传感器连通以接收所述第三信号。
6.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述涡轮增压器 是可变几何形状涡轮增压器并且包括可变几何形状涡轮机。
7.一种用于控制发动机排放的方法，包括:
将空气和燃料导入发动机中；
在发动机中燃烧燃料从而产生动力和排气流；
将排气从发动机释放到大气中；
排放来自发动机曲轴箱的气体使其与排气相混合；以及
当所述被排放的气体的压力在进气压力的一定量之内时，增大被导入 发动机中的空气的压力。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括感测所述被排放 的气体的压力。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，被导入发动机中的空气 的压力基于所感测到的所述被排放的气体的压力而增大。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括从被排放的气体 和排气的混合物中去除组分。
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的控制系统，更具体地，涉及一种将曲轴 箱气体导入发动机排气的发动机系统。
背景技术
燃料和空气的混合物在内燃机气缸中燃烧。往复移动的活塞通过设置 在发动机曲轴箱中的曲轴在气缸内在上止点和下止点位置之间运动。在各 个活塞向其上止点位置运动时，其压缩燃料和空气的混合物。当被压缩的 混合物燃烧时，所述被压缩的混合物膨胀并驱动活塞向下朝其下止点位置 运动。气缸内的燃烧释放能量并产生燃烧产物和副产物，其中的大部分在 燃烧循环的排气阶段从气缸排放到发动机排气系统中。但是，燃烧产物和/ 或副产物中的一些由于从活塞周围的密封环漏过而进入曲轴箱，因而被称 为“漏入(曲轴箱)气体”，或简称为“漏气(窜气)”。
漏入气体包含通常在发动机排气(废气)中可发现的污染物，例如， 碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、炭烟以及未 燃烧或部分燃烧的燃料。另外，由于曲轴箱部分地填充有在高温下搅动的 润滑油，所以漏入气体可混合并夹带油滴和油蒸气。
随着漏入气体在曲轴箱中增多，它们必须被排放以减小曲轴箱中的压 力。一些系统将漏入气体直接排放到大气中。但是，漏入气体中的污染物 可能对环境有害。因此，在大多数(如果不是全部)工作条件下，对排放 物的关注使得直接大气排放成为不好的选择。为减小对环境的消极影响， 发动机制造商将曲轴箱排放物传送到发动机进气管路或者传送到排放控制 装置上游的发动机排气管路。结果产生了新的排放物流动路径。
在将曲轴箱排放物输送到排气管路时出现了问题。在某些情况下，在 进气系统、排气系统和曲轴箱之间存在压力失衡。压力失衡使油和排气经 曲轴箱回流到发动机中，而不是将曲轴箱排放物经排气系统排入排气管。 排气/空气混合物这样漏入发动机气缸中会对活塞运动产生消极作用。
在2007年4月19日公开的Holm的美国专利申请公开2007/0084194 (’194公开文本)描述了一种由发动机制造商实施的用于防止排气压力相 对于曲轴箱压力失衡的方法。’194公开文本公开了一种曲轴箱通气 (ventilation)系统，该通气系统包括供排气从发动机流出的排气管道，和 供曲轴箱排放物从发动机流出的曲轴箱排放物管道。排气管道包括供曲轴 箱排放物从曲轴箱排放物管道流入排气管道的曲轴箱排放物入口。排气管 道包括具有最小内径的缩小部分，该最小内径设置在曲轴箱排放物入口的 下游，用于抽吸曲轴箱排放物通过所述内径。通过这种方式，’194公开文 本的系统在某些预定条件下消除了排气系统和曲轴箱之间的压力失衡。
虽然’194公开文本的系统适用于某些情况，但它具有有限的适用性。 特别地，所述缩小部分在排气管道中提供了恒定的压降。这样，’194公开 文本的系统不能适应于曲轴箱与排气系统之间的变化的压力条件。这种通 用性的缺乏导致’194公开文本的系统不能适应于各种压力条件，因此增加 了发动机不当运转的可能性。
漏入气体包含通常在发动机排气(废气)中可发现的污染物，例如， 碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、炭烟以及未 燃烧或部分燃烧的燃料。另外，由于曲轴箱部分地填充有在高温下搅动的 润滑油，所以漏入气体可混合并夹带油滴和油蒸气。
随着漏入气体在曲轴箱中增多，它们必须被排放以减小曲轴箱中的压 力。一些系统将漏入气体直接排放到大气中。但是，漏入气体中的污染物 可能对环境有害。因此，在大多数(如果不是全部)工作条件下，对排放 物的关注使得直接大气排放成为不好的选择。为减小对环境的消极影响， 发动机制造商将曲轴箱排放物传送到发动机进气管路或者传送到排放控制 装置上游的发动机排气管路。结果产生了新的排放物流动路径。
在将曲轴箱排放物输送到排气管路时出现了问题。在某些情况下，在 进气系统、排气系统和曲轴箱之间存在压力失衡。压力失衡使油和排气经 曲轴箱回流到发动机中，而不是将曲轴箱排放物经排气系统排入排气管。 排气/空气混合物这样漏入发动机气缸中会对活塞运动产生消极作用。
在2007年4月19日公开的Holm的美国专利申请公开2007/0084194 (’194公开文本)描述了一种由发动机制造商实施的用于防止排气压力相 对于曲轴箱压力失衡的方法。’194公开文本公开了一种曲轴箱通气 (ventilation)系统，该通气系统包括供排气从发动机流出的排气管道，和 供曲轴箱排放物从发动机流出的曲轴箱排放物管道。排气管道包括供曲轴 箱排放物从曲轴箱排放物管道流入排气管道的曲轴箱排放物入口。排气管 道包括具有最小内径的缩小部分，该最小内径设置在曲轴箱排放物入口的 下游，用于抽吸曲轴箱排放物通过所述内径。通过这种方式，’194公开文 本的系统在某些预定条件下消除了排气系统和曲轴箱之间的压力失衡。
虽然’194公开文本的系统适用于某些情况，但它具有有限的适用性。 特别地，所述缩小部分在排气管道中提供了恒定的压降。这样，’194公开 文本的系统不能适应于曲轴箱与排气系统之间的变化的压力条件。这种通 用性的缺乏导致’194公开文本的系统不能适应于各种压力条件，因此增加 了发动机不当运转的可能性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述一个或多个问题。
一方面，本发明涉及一种发动机系统。该发动机系统包括具有至少一 个燃烧室并且至少部分地限定曲轴箱的发动机气缸体。该发动机系统还包 括使涡轮增压器的压缩机与所述至少一个燃烧室相连接的进气管道。该发 动机系统还包括将所述涡轮增压器的涡轮机与所述燃烧室相连接的排气管 道，以及使所述曲轴箱与所述排气管道相连接的通气管道。该发动机系统 还包括与所述涡轮增压器连通(通讯)的控制器。该控制器构造成调节所 述涡轮增压器的几何形状以保持所述曲轴箱的压力低于所述进气管道的压 力。
另一方面，本发明涉及一种用于控制发动机排放物的方法。该方法包 括将空气和燃料导入发动机中、在发动机中燃烧燃料从而产生动力和排气 流、以及将排气从发动机释放到大气中。该方法还包括排放来自发动机曲 轴箱的气体以与排气相混合、以及当所述被排放的气体的压力在进气压力 的一定量之内(within an amount of inlet air pressure)时增大被导入发动 机中的空气的压力。
附图说明
图1是所公开的示例性发动机系统的示意图。
一方面，本发明涉及一种发动机系统。该发动机系统包括具有至少一 个燃烧室并且至少部分地限定曲轴箱的发动机气缸体。该发动机系统还包 括使涡轮增压器的压缩机与所述至少一个燃烧室相连接的进气管道。该发 动机系统还包括将所述涡轮增压器的涡轮机与所述燃烧室相连接的排气管 道，以及使所述曲轴箱与所述排气管道相连接的通气管道。该发动机系统 还包括与所述涡轮增压器连通(通讯)的控制器。该控制器构造成调节所 述涡轮增压器的几何形状以保持所述曲轴箱的压力低于所述进气管道的压 力。
另一方面，本发明涉及一种用于控制发动机排放物的方法。该方法包 括将空气和燃料导入发动机中、在发动机中燃烧燃料从而产生动力和排气 流、以及将排气从发动机释放到大气中。该方法还包括排放来自发动机曲 轴箱的气体以与排气相混合、以及当所述被排放的气体的压力在进气压力 的一定量之内(within an amount of inlet air pressure)时增大被导入发动 机中的空气的压力。
附图说明
图1是所公开的示例性发动机系统的示意图。
具体实施方式
图1示出具有排放系统100的发动机110的示例性实施例。发动机110 可以是任何种类的发动机，例如汽油机、柴油机或气体燃料发动机。发动 机110可包括构造成将空气和/或燃料导入发动机110的多个气缸120(仅 示出一个)中的进气系统，和构造成将燃烧副产物从气缸120导入大气中 的排气系统。发动机110可自然地抽吸或可包括通过涡轮增压或增压作用 进行的强制吸入。
发动机110可包括至少部分地限定气缸120的发动机气缸体104。发 动机110也可包括可滑动地设置在各个气缸120中的活塞106，和通过多 个轴颈滑动轴承(未示出)可旋转地支承在发动机气缸体104中的曲轴112。 连杆108可将各个活塞106连接到曲轴112，从而活塞106在各个相应气 缸120中的滑动导致曲轴112的转动。油底壳116可连接到发动机气缸体 104上从而形成位于气缸120下方的已知为曲轴箱118的腔体。润滑剂可 从油底壳116供给至发动机表面从而尽量减少金属与金属的接触并防止对 表面的损坏。油底壳116可用作收集和供应润滑剂的贮槽。
进气系统可包括由涡轮机190驱动的压缩机200。压缩机200可工作 以将环境空气压缩至压力P1且通过管道210将该压缩空气输送至发动机 110的进气口140。这种压缩空气的输送可有助于通过消除由活塞106的下 行冲程引起的气缸120中的低压区域而克服内燃机的固有限制。因此，压 缩机200可增大气缸120中的容积效率，而该效率可使更多燃料能被燃烧， 从而导致从发动机110输出更大的功率。管道210可包括冷却器220。冷 却器220可用于冷却管道210中的气体，这可增加气体密度并因此进一步 增加供应给发动机110的空气量。
排气系统可包括第一排气管道160，该第一排气管道将发动机110的 排气歧管150与涡轮机190相连接。涡轮机190可通过第一排气管道160 接收发动机110的排气，从而使涡轮机190转动。如上所述，涡轮机190 的转动可驱动压缩机200，涡轮机190与压缩机200一起构成涡轮增压器 180。
第二排气管道240可将涡轮机190连接到过滤器组件260。过滤器组 件260可包括本领域公知的用于降低排放物毒性的任何合适的过滤介质、 吸收剂、还原剂和/或催化转化器。排气出口250可将过滤器组件260连接 到大气。
当发动机110运行时，可在曲轴箱118中建立起压力。曲轴箱通气管 道170可将曲轴箱气体排至排气系统，从而有助于防止曲轴箱118中的压 力过高。曲轴箱通气管道170可将发动机110的曲轴箱118连接到第二排 气管道240的曲轴箱通气入口270。曲轴箱通气入口270可用于合并来自 曲轴箱通气管道170和第二排气管道240的气流。曲轴箱通气入口270可 位于涡轮增压器180的下游，但位于过滤器组件260的上游，这样来自曲 轴箱118的气体可经过过滤器组件260。曲轴箱通气入口270中的气体可 具有压力P3。
涡轮机190可以是可变几何形状涡轮机，且包括具有变位轮叶 (variable position vane)或可动喷嘴环的装置230。当轮叶运动或当喷嘴 环转动时，轮叶的相邻末端之间的有效面积可改变，由此改变涡轮机190 的壳体的几何形状和流动特性。改变涡轮机190的几何形状可直接影响第 一排气管道160中的流体压力P2，使得涡轮机190以更高或更低的速度转 动。涡轮机190的转动可驱动压缩机200将空气输送至进气口140。因此， 改变涡轮增压器180的几何形状也可影响发动机110的入口或进口(boot) 压力P1。
排放系统100也可包括控制系统。控制系统可包括位于发动机110的 曲轴箱118处的第一压力传感器290。第一压力传感器290可用于测量曲 轴箱118和曲轴箱通气管道170的压力P4。在一种可选实施例中(未示出)， 第一压力传感器290可位于通气管道170内。控制系统也可包括位于进气 口140处的第二压力传感器300。第二压力传感器300可用于测量与管道 210的压力对应的压力P1。电线320可将第一压力传感器290连接到控制 器310，而电线330可将第二压力传感器300连接到控制器310。电线340 可将控制器310连接到可变几何形状涡轮机190的具有变位轮叶的装置 230。在一种可选实施例中，与控制器310连通的第三压力传感器305可位 于第二排气管道240中用来测量排出涡轮机190的气体的压力P3。
控制器310可以是本领域公知的用于使机器处理过程自动化的任何类 型的可编程逻辑控制器，例如开关、程序逻辑控制器，或数字电路。控制 器310可由本领域公知的用于逻辑控制装置的任何材料制成，且可包括金 属的、塑料的或其它耐用材料的保护壳体。控制器310可包括使该控制器 能连接到传感器290和300以及涡轮增压器180的输入/输出装置。如果需 要，控制器310可与其它发动机参数传感器(未示出)如用于测量点火正 时、压缩和发动机温度的传感器相连接。
控制器310可对来自第一压力传感器290、第二压力传感器300和其 它发动机参数传感器的测量结果做出反应以控制可变几何形状涡轮增压器 180。控制器310在控制涡轮增压器180时可使用比例和积分的控制响应， 该控制响应试图通过算法来修正测得的变量和该变量的期望值之间的误 差。比例值可计算对于给定误差的反应，而积分值可计算基于多个新近误 差的总和的反应。使用这种误差分析，控制器310可执行更精确的试错调 节从而有效地“封闭(close in)”在期望值上。因此，控制器310可使用 这种迭代的比例和积分的控制响应以调节可变几何形状涡轮增压器180的 轮叶从而基于所测得的压力P4产生所期望的压力P1。
控制器310在控制涡轮增压器180时也可使用比例的、积分的和微分 的控制响应。除了增加微分步骤以外，该过程与上面描述的相同。微分值 考虑误差的变化率，这可有助于控制器310使涡轮增压器180的轮叶基于 所测得的压力P4获得所期望的压力P1。
控制器310的基本功能可以是通过一系列程序算法修改涡轮机190的 运行。控制器310可接收P1和P4的测量值，然后将这些值与发动机图谱 相比较，该发动机图谱可存储在控制器310的存储器中。对于发动机参数 (例如，发动机负荷、发动机转速和节气门位置)的可能数值范围，发动 机图谱可包含多种发动机性能模式。发动机图谱可包含被认为可接受(即， 确保压力P1可保持高于压力P4一可接受的差数)的P1和P4之间的阈值差。 如果P1和P4的值不在可接受的公差之内，则如上所述，控制器310可向 涡轮机190发送一输出来调节装置230，由此改变压力P2、涡轮机190的 转速和由压缩机200引起的压力P1。控制器310可通过涡轮机190对P1 进行这种间接调节，直到达到由发动机图谱限定的可接受的条件。在一种 可选实施例中，控制器310可完成相同的操作用以将压力P2和P3的测量 值与发动机图谱的可接受的阈值相比较。通过确保所述压力处于可接受的 阈值之内，控制器310可通过防止当压力P4超过压力P1时引起的漏气而 确保曲轴箱118的恰当排放。在另外的可选实施例中，并非涡轮机190的 几何形状可变(或除了涡轮机190的几何形状可变之外)，压缩机200的 几何形状(也)是可变的。在该可选实施例中，控制器310可调节涡轮机 190和/或压缩机200的几何形状。
在另外的可选实施例中，发动机110也可包括连接排气系统和进气系 统的再循环系统。再循环系统可包括连接第二排气管道240和压缩机200 的再循环管道(未示出)。该再循环管道可包括与冷却器220相似的冷却 器(未示出)。该再循环系统可用于将来自发动机110的排气导回发动机 110中用于后续燃烧。排气再循环有助于降低NOx的产生。在该实施例中， 控制器310可用于将混合的空气和再循环排气的压力保持高于曲轴箱压 力。
工业适用性
所公开的发动机系统有助于通过防止在变化的条件下曲轴箱和发动机 气缸之间的压力失衡而避免不当的发动机运行。该发动机系统可调节发动 机气缸中的压力来对曲轴箱和发动机之间的各种压力差做出反应。通过保 持适当的压力差，发动机系统可避免来自曲轴箱的漏入气体和所导致的发 动机运行的中断。由于发动机系统能改变压力差，所以它可以在很大条件 范围内避免不当的发动机运行。
在发动机110运行过程中，活塞106可在气缸120中往复运动从而使 曲轴112转动。在该运行过程中，发动机110可产生并通过第一排气管道 160释放压力为P2的排气。第一排气管道160中的排气压力P2可迫使涡轮 机190转动。在经过涡轮机190之后，排气可经过第二排气管道240、过 滤器组件260和排气出口250进入大气。涡轮机190的转动可驱动压缩机 200，该压缩机通过管道210将压缩的环境空气输送进入发动机110的气缸 120中。压缩机200可将空气以压力P1输送入发动机110。
当发动机运行时，曲轴箱118中的气体可建立起压力P4。曲轴箱气体 可通过曲轴箱通气管道170从曲轴箱118逸出。通气管道170中的曲轴箱 气体也可大约为压力P4。该气体可从曲轴箱通气管道170排出并通过曲轴 箱通气入口270进入第二排气管道240，在该第二排气管道中曲轴箱气体 可与发动机排气混合。排气和曲轴箱气体的混合物的压力可为P3。曲轴箱 气体可经过过滤器组件260、排气出口250进入大气。
当发动机110和涡轮增压器180如上所述地运行时，控制系统可同时 调节可变几何形状涡轮机190的装置230。传感器300可不断地测量压力 P1并通过电线330将测量结果作为输入信号传递给控制器310。传感器290 可不断地测量压力P4并通过电线320将测量结果作为输入信号传递给控制 器310。当控制器310接收到P1和P4的测量值时，它可以对这些值进行相 互比较和/或将这些值与存储在其存储器中的发动机图谱的值进行比较。如 果P1和P4之间的差值在发动机图谱所设定的可接受阈值差之内(即压力 P1超过压力P4一可接受的差数，该可接受的差数可取决于发动机运行，例 如速度或负荷)，则控制器310可不对装置230进行任何调节。但是，如 果该差值不在可接受阈值之内，则控制器310可通过经电线340发送的输 出信号对涡轮机190的装置230进行一些调节。
控制器310可发送输出信号来调节装置230的轮叶或环的位置从而改 变涡轮机190的几何形状。改变涡轮机190的几何形状可改变第一排气管 道160的压力P2，使涡轮机190以更快或更慢的速度转动。涡轮机190的 转动可驱动压缩机200从而以经调整的压力P1将空气输送到进气口140。 传感器300和290可将测量压力P1和P4的经过更新的输入信号发送给控 制器310。控制器310可将该新数值与存储在其存储器中的发动机图谱的 可接受的阈值差相比较。该过程将持续到P1和P4的值落入由发动机图谱 设定的可接受阈值差之内为止。控制器310也可基于由设置在第二排气管 道240中的第三压力传感器305提供给控制器310的测量值而执行上述过 程。
所公开的发动机系统有助于在变化的条件下防止曲轴箱118和气缸 120之间的压力失衡。该发动机系统可直接和间接地调整发动机110中的 压力从而确保对于各种压力条件，漏入气体不会进入发动机110的气缸120 并中断发动机110的运行。由于发动机系统能感测可变压力并对可变压力 做出反应，所以它在很宽的条件范围内可避免不当的发动机运行。
对于本领域技术人员来说，对所公开的排放系统做出各种修改和变型 是显而易见的。从对说明书的思考和对所公开的方法和装置的实践中，其 它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。应当认为该说明书和示例 仅是示例性的，真正的范围由所附权利要求指明。
发动机110可包括至少部分地限定气缸120的发动机气缸体104。发 动机110也可包括可滑动地设置在各个气缸120中的活塞106，和通过多 个轴颈滑动轴承(未示出)可旋转地支承在发动机气缸体104中的曲轴112。 连杆108可将各个活塞106连接到曲轴112，从而活塞106在各个相应气 缸120中的滑动导致曲轴112的转动。油底壳116可连接到发动机气缸体 104上从而形成位于气缸120下方的已知为曲轴箱118的腔体。润滑剂可 从油底壳116供给至发动机表面从而尽量减少金属与金属的接触并防止对 表面的损坏。油底壳116可用作收集和供应润滑剂的贮槽。
进气系统可包括由涡轮机190驱动的压缩机200。压缩机200可工作 以将环境空气压缩至压力P1且通过管道210将该压缩空气输送至发动机 110的进气口140。这种压缩空气的输送可有助于通过消除由活塞106的下 行冲程引起的气缸120中的低压区域而克服内燃机的固有限制。因此，压 缩机200可增大气缸120中的容积效率，而该效率可使更多燃料能被燃烧， 从而导致从发动机110输出更大的功率。管道210可包括冷却器220。冷 却器220可用于冷却管道210中的气体，这可增加气体密度并因此进一步 增加供应给发动机110的空气量。
排气系统可包括第一排气管道160，该第一排气管道将发动机110的 排气歧管150与涡轮机190相连接。涡轮机190可通过第一排气管道160 接收发动机110的排气，从而使涡轮机190转动。如上所述，涡轮机190 的转动可驱动压缩机200，涡轮机190与压缩机200一起构成涡轮增压器 180。
第二排气管道240可将涡轮机190连接到过滤器组件260。过滤器组 件260可包括本领域公知的用于降低排放物毒性的任何合适的过滤介质、 吸收剂、还原剂和/或催化转化器。排气出口250可将过滤器组件260连接 到大气。
当发动机110运行时，可在曲轴箱118中建立起压力。曲轴箱通气管 道170可将曲轴箱气体排至排气系统，从而有助于防止曲轴箱118中的压 力过高。曲轴箱通气管道170可将发动机110的曲轴箱118连接到第二排 气管道240的曲轴箱通气入口270。曲轴箱通气入口270可用于合并来自 曲轴箱通气管道170和第二排气管道240的气流。曲轴箱通气入口270可 位于涡轮增压器180的下游，但位于过滤器组件260的上游，这样来自曲 轴箱118的气体可经过过滤器组件260。曲轴箱通气入口270中的气体可 具有压力P3。
涡轮机190可以是可变几何形状涡轮机，且包括具有变位轮叶 (variable position vane)或可动喷嘴环的装置230。当轮叶运动或当喷嘴 环转动时，轮叶的相邻末端之间的有效面积可改变，由此改变涡轮机190 的壳体的几何形状和流动特性。改变涡轮机190的几何形状可直接影响第 一排气管道160中的流体压力P2，使得涡轮机190以更高或更低的速度转 动。涡轮机190的转动可驱动压缩机200将空气输送至进气口140。因此， 改变涡轮增压器180的几何形状也可影响发动机110的入口或进口(boot) 压力P1。
排放系统100也可包括控制系统。控制系统可包括位于发动机110的 曲轴箱118处的第一压力传感器290。第一压力传感器290可用于测量曲 轴箱118和曲轴箱通气管道170的压力P4。在一种可选实施例中(未示出)， 第一压力传感器290可位于通气管道170内。控制系统也可包括位于进气 口140处的第二压力传感器300。第二压力传感器300可用于测量与管道 210的压力对应的压力P1。电线320可将第一压力传感器290连接到控制 器310，而电线330可将第二压力传感器300连接到控制器310。电线340 可将控制器310连接到可变几何形状涡轮机190的具有变位轮叶的装置 230。在一种可选实施例中，与控制器310连通的第三压力传感器305可位 于第二排气管道240中用来测量排出涡轮机190的气体的压力P3。
控制器310可以是本领域公知的用于使机器处理过程自动化的任何类 型的可编程逻辑控制器，例如开关、程序逻辑控制器，或数字电路。控制 器310可由本领域公知的用于逻辑控制装置的任何材料制成，且可包括金 属的、塑料的或其它耐用材料的保护壳体。控制器310可包括使该控制器 能连接到传感器290和300以及涡轮增压器180的输入/输出装置。如果需 要，控制器310可与其它发动机参数传感器(未示出)如用于测量点火正 时、压缩和发动机温度的传感器相连接。
控制器310可对来自第一压力传感器290、第二压力传感器300和其 它发动机参数传感器的测量结果做出反应以控制可变几何形状涡轮增压器 180。控制器310在控制涡轮增压器180时可使用比例和积分的控制响应， 该控制响应试图通过算法来修正测得的变量和该变量的期望值之间的误 差。比例值可计算对于给定误差的反应，而积分值可计算基于多个新近误 差的总和的反应。使用这种误差分析，控制器310可执行更精确的试错调 节从而有效地“封闭(close in)”在期望值上。因此，控制器310可使用 这种迭代的比例和积分的控制响应以调节可变几何形状涡轮增压器180的 轮叶从而基于所测得的压力P4产生所期望的压力P1。
控制器310在控制涡轮增压器180时也可使用比例的、积分的和微分 的控制响应。除了增加微分步骤以外，该过程与上面描述的相同。微分值 考虑误差的变化率，这可有助于控制器310使涡轮增压器180的轮叶基于 所测得的压力P4获得所期望的压力P1。
控制器310的基本功能可以是通过一系列程序算法修改涡轮机190的 运行。控制器310可接收P1和P4的测量值，然后将这些值与发动机图谱 相比较，该发动机图谱可存储在控制器310的存储器中。对于发动机参数 (例如，发动机负荷、发动机转速和节气门位置)的可能数值范围，发动 机图谱可包含多种发动机性能模式。发动机图谱可包含被认为可接受(即， 确保压力P1可保持高于压力P4一可接受的差数)的P1和P4之间的阈值差。 如果P1和P4的值不在可接受的公差之内，则如上所述，控制器310可向 涡轮机190发送一输出来调节装置230，由此改变压力P2、涡轮机190的 转速和由压缩机200引起的压力P1。控制器310可通过涡轮机190对P1 进行这种间接调节，直到达到由发动机图谱限定的可接受的条件。在一种 可选实施例中，控制器310可完成相同的操作用以将压力P2和P3的测量 值与发动机图谱的可接受的阈值相比较。通过确保所述压力处于可接受的 阈值之内，控制器310可通过防止当压力P4超过压力P1时引起的漏气而 确保曲轴箱118的恰当排放。在另外的可选实施例中，并非涡轮机190的 几何形状可变(或除了涡轮机190的几何形状可变之外)，压缩机200的 几何形状(也)是可变的。在该可选实施例中，控制器310可调节涡轮机 190和/或压缩机200的几何形状。
在另外的可选实施例中，发动机110也可包括连接排气系统和进气系 统的再循环系统。再循环系统可包括连接第二排气管道240和压缩机200 的再循环管道(未示出)。该再循环管道可包括与冷却器220相似的冷却 器(未示出)。该再循环系统可用于将来自发动机110的排气导回发动机 110中用于后续燃烧。排气再循环有助于降低NOx的产生。在该实施例中， 控制器310可用于将混合的空气和再循环排气的压力保持高于曲轴箱压 力。
工业适用性
所公开的发动机系统有助于通过防止在变化的条件下曲轴箱和发动机 气缸之间的压力失衡而避免不当的发动机运行。该发动机系统可调节发动 机气缸中的压力来对曲轴箱和发动机之间的各种压力差做出反应。通过保 持适当的压力差，发动机系统可避免来自曲轴箱的漏入气体和所导致的发 动机运行的中断。由于发动机系统能改变压力差，所以它可以在很大条件 范围内避免不当的发动机运行。
在发动机110运行过程中，活塞106可在气缸120中往复运动从而使 曲轴112转动。在该运行过程中，发动机110可产生并通过第一排气管道 160释放压力为P2的排气。第一排气管道160中的排气压力P2可迫使涡轮 机190转动。在经过涡轮机190之后，排气可经过第二排气管道240、过 滤器组件260和排气出口250进入大气。涡轮机190的转动可驱动压缩机 200，该压缩机通过管道210将压缩的环境空气输送进入发动机110的气缸 120中。压缩机200可将空气以压力P1输送入发动机110。
当发动机运行时，曲轴箱118中的气体可建立起压力P4。曲轴箱气体 可通过曲轴箱通气管道170从曲轴箱118逸出。通气管道170中的曲轴箱 气体也可大约为压力P4。该气体可从曲轴箱通气管道170排出并通过曲轴 箱通气入口270进入第二排气管道240，在该第二排气管道中曲轴箱气体 可与发动机排气混合。排气和曲轴箱气体的混合物的压力可为P3。曲轴箱 气体可经过过滤器组件260、排气出口250进入大气。
当发动机110和涡轮增压器180如上所述地运行时，控制系统可同时 调节可变几何形状涡轮机190的装置230。传感器300可不断地测量压力 P1并通过电线330将测量结果作为输入信号传递给控制器310。传感器290 可不断地测量压力P4并通过电线320将测量结果作为输入信号传递给控制 器310。当控制器310接收到P1和P4的测量值时，它可以对这些值进行相 互比较和/或将这些值与存储在其存储器中的发动机图谱的值进行比较。如 果P1和P4之间的差值在发动机图谱所设定的可接受阈值差之内(即压力 P1超过压力P4一可接受的差数，该可接受的差数可取决于发动机运行，例 如速度或负荷)，则控制器310可不对装置230进行任何调节。但是，如 果该差值不在可接受阈值之内，则控制器310可通过经电线340发送的输 出信号对涡轮机190的装置230进行一些调节。
控制器310可发送输出信号来调节装置230的轮叶或环的位置从而改 变涡轮机190的几何形状。改变涡轮机190的几何形状可改变第一排气管 道160的压力P2，使涡轮机190以更快或更慢的速度转动。涡轮机190的 转动可驱动压缩机200从而以经调整的压力P1将空气输送到进气口140。 传感器300和290可将测量压力P1和P4的经过更新的输入信号发送给控 制器310。控制器310可将该新数值与存储在其存储器中的发动机图谱的 可接受的阈值差相比较。该过程将持续到P1和P4的值落入由发动机图谱 设定的可接受阈值差之内为止。控制器310也可基于由设置在第二排气管 道240中的第三压力传感器305提供给控制器310的测量值而执行上述过 程。
所公开的发动机系统有助于在变化的条件下防止曲轴箱118和气缸 120之间的压力失衡。该发动机系统可直接和间接地调整发动机110中的 压力从而确保对于各种压力条件，漏入气体不会进入发动机110的气缸120 并中断发动机110的运行。由于发动机系统能感测可变压力并对可变压力 做出反应，所以它在很宽的条件范围内可避免不当的发动机运行。
对于本领域技术人员来说，对所公开的排放系统做出各种修改和变型 是显而易见的。从对说明书的思考和对所公开的方法和装置的实践中，其 它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。应当认为该说明书和示例 仅是示例性的，真正的范围由所附权利要求指明。
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