用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓設(shè)備和用于增壓設(shè)備的操作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及增壓設(shè)備并涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)（1）的所述增壓設(shè)備的操作方法，所述增壓設(shè)備具有廢氣渦輪增壓器（4）和回收增壓器（12），其具有壓縮機(jī)渦輪機(jī)（13）和聯(lián)接到其的機(jī)電馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）。壓縮機(jī)渦輪機(jī)（13）的高壓側(cè)（HD）能夠在一側(cè)借助于閥布置在廢氣渦輪增壓器（4）之前連接到外側(cè)空氣供應(yīng)管線（7），且在另一側(cè)在廢氣渦輪增壓器（4）之后連接到增壓空氣供應(yīng)管線（8），其中，外側(cè)空氣能夠被吸入，或增壓空氣經(jīng)由壓縮機(jī)渦輪機(jī)的低壓側(cè)（ND）噴出。前述回收增壓器（12）能夠借助于閥布置和馬達(dá)?發(fā)電機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)操作模式、放大器操作模式和回收操作模式之間改變，其中，回收增壓器作為壓縮機(jī)在一方面在放大器操作模式中通過馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）驅(qū)動操作，用于在外側(cè)空氣供應(yīng)管線（8）中的壓力增加，或者在另一方面用作渦輪機(jī)通過增壓空氣流驅(qū)動，用于借助于馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）的能量回收、或可空檔操作。

Supercharging device for an internal combustion engine and method of operation for a supercharging device

The present invention relates to a supercharging device and relates to internal combustion engine (1) operating method of the pressurizing device, the pressurizing device has a turbocharger (4) and the recovery of the turbocharger (12), which has a compressor and turbine (13) and connected to the electric motor generator (14). The compressor turbine (13) high side (HD) in the side with the help of valve arranged in the exhaust gas turbocharger (4) before connecting to the outside of the air supply pipe (7), and on the other side of the exhaust gas turbocharger (4) connected to a pressurized air supply pipeline (8), the outside air can be inhaled, or pressurized air through the low-pressure side of the compressor turbine (ND) spray. The recovery of the turbocharger (12) with the help of valve arrangement and motor generator between standard operation mode, operation mode and operation mode amplifier recovery change, the recovery of the supercharger as the compressor on the one hand in the amplifier operation mode by motor generator (14) for driving operation, outside air supply pipeline (8) the increase of pressure, or on the other hand as a turbine driven by pressurized air flow, for motor generator (14) of the energy recovery, or neutral operation.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓設(shè)備和用于增壓設(shè)備的操作方法本專利技術(shù)涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的具有廢氣渦輪增壓器的增壓設(shè)備和用于所述增壓設(shè)備的操作方法。廢氣渦輪增壓器越來越多地用于在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中（尤其是在機(jī)動車輛中）增加功率。這甚至更常見地以減小內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)大小和重量同時維持相同水平的功率或甚至獲得增加水平的功率且同時在就這一點(diǎn)而言越來越嚴(yán)格的法律規(guī)定的背景下減小消耗并因此減少CO2排放為目標(biāo)進(jìn)行。操作原理在于利用包含在廢氣流動中的能量以增加在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道中的壓力，且因此利用空氣氧氣實(shí)現(xiàn)燃燒室的改善的增壓并因此以便能夠在每個燃燒過程中轉(zhuǎn)化更多的燃料、汽油或柴油，也就是說增加內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的功率。出于該目的，廢氣渦輪增壓器具有渦輪機(jī)和壓縮機(jī)，渦輪機(jī)布置在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的廢氣道中且其具有通過廢氣流動驅(qū)動的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，壓縮機(jī)布置在進(jìn)氣道中且其具有建立壓力的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)合地旋轉(zhuǎn)緊固到轉(zhuǎn)子軸的相對端部，轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在布置在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的支承單元中。因此，借助于廢氣質(zhì)量流動，驅(qū)動渦輪機(jī)葉輪，且經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸繼而驅(qū)動壓縮機(jī)葉輪，且廢氣能量因此用于在進(jìn)氣道中建立壓力。渦輪機(jī)和壓縮機(jī)是渦輪機(jī)械，且由于物理定律，以相應(yīng)地取決于結(jié)構(gòu)大小和設(shè)計的方式具有最佳操作范圍，該最佳操作范圍的特征在于質(zhì)量吞吐量、壓力比值和相應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。與此相比，在機(jī)動車輛中內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的操作的特征在于負(fù)載和操作范圍的動態(tài)改變。為了現(xiàn)在能夠使廢氣渦輪增壓器的操作范圍適應(yīng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的改變的操作范圍且因此盡可能在不顯著減速（渦輪遲滯）的情況下確保期望的響應(yīng)行為，廢氣渦輪增壓器配備有額外的功能，諸如例如在廢氣側(cè)的所謂可變渦輪機(jī)幾何形狀（VTG）或廢汽門設(shè)備（WG）和在空氣供給側(cè)的超限空氣再循環(huán)或噴出設(shè)備。這些用于最小化惰性行為并因此最小化渦輪增壓器的減速響應(yīng)行為，和避免損壞操作狀態(tài)，諸如例如，所謂的壓縮機(jī)喘振。還已知使用以并聯(lián)或連續(xù)布置的多個渦輪增壓器的組合或使用機(jī)械地或通過電動馬達(dá)操作的額外壓縮機(jī)、所謂的增壓鼓風(fēng)機(jī)或增壓器，以便覆蓋內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的各種操作條件，以便在全部旋轉(zhuǎn)速度范圍中和尤其在加速過程期間有效地增加功率，并尤其避免非期望的渦輪機(jī)遲滯。例如在DE10023022A1中公開了所述類型的增壓設(shè)備，其具有常規(guī)廢氣渦輪增壓器和關(guān)于渦輪增壓器壓縮機(jī)串聯(lián)或并聯(lián)布置在新鮮空氣流動中的輔助壓縮機(jī)，該輔助壓縮機(jī)具有獨(dú)立于廢氣流動的驅(qū)動，例如電動馬達(dá)驅(qū)動。相比之下，在其中內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的功率迅速減小的操作階段中，同樣由于渦輪增壓器的慣性，情況是存在過量的壓縮機(jī)功率，這能夠?qū)е聣嚎s機(jī)喘振。在這樣的操作狀態(tài)中，廢氣被例如借助于廢汽門設(shè)備被引導(dǎo)以便繞開渦輪增壓器的渦輪機(jī)進(jìn)入廢氣道，并且已經(jīng)壓縮的新鮮空氣在壓縮機(jī)的下游噴出，或者經(jīng)由超限空氣再循環(huán)設(shè)備膨脹且再循環(huán)到入口區(qū)域中。所述類型的超限空氣再循環(huán)閥的布置和功能例如從文獻(xiàn)DE2823067C2和DE19712850A1已知。以這種方式，可用的能量被以未利用狀態(tài)排放到環(huán)境中，這對于總體能量平衡并因此對內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的效率具有不利的影響。本專利技術(shù)因此基于詳細(xì)說明用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓設(shè)備和用于其的操作方法的目的，這兩者都適用于借助于廢氣渦輪增壓器在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的加速或最大-負(fù)載階段中幫助建立增壓壓力，或者適用于在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的制動或低-負(fù)載階段期間利用增壓系統(tǒng)中的過量能量、或使得該過量能量在機(jī)動車輛的整個系統(tǒng)中可利用，并因此增加內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的效率。所述目的借助于具有專利權(quán)利要求1的特征的增壓設(shè)備和借助于具有專利權(quán)利要求9的特征的用于所述增壓設(shè)備的操作方法實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及有利的實(shí)施例和改進(jìn)，其可單獨(dú)使用，或者在其不涉及相互排斥的替代方式的情況下彼此組合。根據(jù)本專利技術(shù)的用于具有進(jìn)氣道和廢氣道的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓設(shè)備具有廢氣渦輪增壓器，其具有廢氣渦輪機(jī)及具有低壓側(cè)和高壓側(cè)的新鮮空氣壓縮機(jī)，廢氣渦輪機(jī)布置在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的廢氣道中，新鮮空氣壓縮機(jī)布置在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道中。新鮮空氣壓縮機(jī)在其低壓側(cè)上連接到新鮮空氣供應(yīng)管線，且在其高壓側(cè)上經(jīng)由增壓空氣供給管線連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓空氣歧管。增壓設(shè)備的特征在于回收增壓器（Rekuperationslader）的額外布置，回收增壓器具有帶有高壓側(cè)和低壓側(cè)的壓縮機(jī)-渦輪機(jī)且其具有聯(lián)接到所述壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的機(jī)電馬達(dá)-發(fā)電機(jī)。在此，壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的高壓側(cè)借助于閥布置在一側(cè)可連接到新鮮空氣供應(yīng)管線且在另一側(cè)可連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓空氣供給管線，能夠吸入新鮮空氣質(zhì)量流動，或者能夠經(jīng)由壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的低壓側(cè)排放增壓空氣質(zhì)量流動。在此，增壓空氣質(zhì)量流動指的是被泵送到在廢氣渦輪增壓器的新鮮空氣壓縮機(jī)（如沿流動方向觀察）的下游（也就是說在其高壓側(cè)上）的高壓的新鮮空氣質(zhì)量流動。借助于閥布置和馬達(dá)-發(fā)電機(jī)，回收增壓器首先可以通過馬達(dá)-發(fā)電機(jī)驅(qū)動的方式作為壓縮機(jī)操作，用于增加在新鮮空氣供應(yīng)管線中的壓力，且其次可以通過增壓空氣流動驅(qū)動的方式作為渦輪機(jī)操作，以借助于馬達(dá)-發(fā)電機(jī)用于能量回收，或者可空檔（neutral）操作。在此，表達(dá)“回收增壓器”理解為意思是一種設(shè)備，其將葉輪型渦輪機(jī)與連接的發(fā)電機(jī)和葉輪型壓縮機(jī)與連接的電動馬達(dá)組合在一個設(shè)備中。因此，葉輪型渦輪機(jī)和葉輪型壓縮機(jī)組合在一個單元中，以形成上文以及下文中稱為壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的物件。同樣，電動馬達(dá)和發(fā)電機(jī)組合在一個單元中，以形成上文以及下文中稱為馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的物件。壓縮機(jī)-渦輪機(jī)和馬達(dá)-發(fā)電機(jī)直接或經(jīng)由置于中間的傳動裝置聯(lián)接到彼此。在設(shè)計壓縮機(jī)-渦輪機(jī)時，利用葉輪的特性，借以，首先，在被來自高壓側(cè)且在高壓下的流體的流動沖擊時，其能夠充當(dāng)渦輪機(jī)且生成輸出扭矩，且其次，在由驅(qū)動扭矩驅(qū)動時，其能夠在壓力增加的情況下自己生成流體流動且因此充當(dāng)壓縮機(jī)。因此對應(yīng)葉輪的設(shè)計和在轉(zhuǎn)子殼體中的流動引導(dǎo)必須為了用作壓縮機(jī)-渦輪機(jī)允許兩種預(yù)期使用。這可在壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的有利改進(jìn)中借助于引導(dǎo)流動的導(dǎo)葉的固定或可變布置優(yōu)化。在馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的設(shè)計中，利用三相電機(jī)的特性，借以，首先，當(dāng)電壓和電流施加到其時，其能夠在驅(qū)動作用下操作為電動馬達(dá)，且其次，在由外部扭矩驅(qū)動時，其能夠自己生成電壓和輸出電流。用于用作馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的對應(yīng)三相機(jī)器的設(shè)計因此必須允許兩種預(yù)期使用。壓縮機(jī)-渦輪機(jī)和馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的有利組合形成上文以及下文中稱為回收增壓器的物件，這有利地允許壓縮機(jī)-渦輪機(jī)在兩個流動方向上的操作，具體地，在由電動馬達(dá)作用驅(qū)動時在升壓器操作模式中作為壓縮機(jī)，或作為渦輪機(jī)以便在回收操作模式中驅(qū)動發(fā)電機(jī)。另外的可能性在于將馬達(dá)-發(fā)電機(jī)切換到空檔狀態(tài)，其對應(yīng)于壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的空轉(zhuǎn)狀態(tài)且能夠在標(biāo)準(zhǔn)操作模式中利用。根據(jù)本專利技術(shù)的用于根據(jù)上文描述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的增壓設(shè)備的操作方法的特征在于，增壓設(shè)備能夠在操作期間以取決于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的操作行為的方式并借助于閥布置和回收增壓器的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)操作模式或升壓器操作模式或回收操作模式之間切換。如果在需要增加旋轉(zhuǎn)速度或在存在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的升高的負(fù)載的情況下，切換到增壓設(shè)備的升壓器操作模式，則壓縮機(jī)渦輪機(jī)的高壓側(cè)借助于閥布置連接到新鮮空氣供應(yīng)管線，且同時，馬達(dá)-發(fā)電機(jī)作為驅(qū)動馬達(dá)操作，且新鮮空氣經(jīng)由壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的低壓側(cè)被吸入、被壓縮和在升高的壓力下被供給到廢氣渦輪本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于具有進(jìn)氣道（2）且具有廢氣道（3）的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)（1）的增壓設(shè)備，所述增壓設(shè)備具有：??廢氣渦輪增壓器（4），其具有布置在所述廢氣道（3）中的廢氣渦輪機(jī)（5），及具有低壓側(cè)（ND）和高壓側(cè)（HD）的新鮮空氣壓縮機(jī)（6），所述新鮮空氣壓縮機(jī)布置在所述進(jìn)氣道（2）中；??新鮮空氣供應(yīng)管線（7），所述新鮮空氣壓縮機(jī)（6）在其低壓側(cè)（ND）上連接到所述新鮮空氣供應(yīng)管線，和??增壓空氣供給管線（8），其將所述新鮮空氣壓縮機(jī)（6）的所述高壓側(cè)（HD）連接到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)（1）的增壓空氣歧管（9），其特征在于??所述增壓設(shè)備具有回收增壓器（12），所述回收增壓器具有帶有高壓側(cè)（HD）和低壓側(cè)（ND）的壓縮機(jī)?渦輪機(jī)（13）且其具有聯(lián)接到所述壓縮機(jī)?渦輪機(jī)的機(jī)電馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14），其中，所述壓縮機(jī)?渦輪機(jī)（13）的所述高壓側(cè)（HD）借助于閥布置在一側(cè)可連接到所述新鮮空氣供應(yīng)管線（7）并在另一側(cè)可連接到所述增壓空氣供給管線（8），且經(jīng)由所述壓縮機(jī)?渦輪機(jī)的所述低壓側(cè)（ND），能夠吸入新鮮空氣質(zhì)量流動（24）、或能夠排放增壓空氣質(zhì)量流動（24），??其中，所述回收增壓器（12）首先可以通過所述馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）驅(qū)動的方式作為壓縮機(jī)操作以用于增加在所述新鮮空氣供應(yīng)管線（8）中的所述新鮮空氣質(zhì)量流動（24）的壓力，且其次可以通過所述增壓空氣質(zhì)量流動（24）驅(qū)動的方式作為渦輪機(jī)操作以借助于所述馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）用于能量回收，或者可空檔操作。...

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.10.15 DE 102014220931.51.一種用于具有進(jìn)氣道（2）且具有廢氣道（3）的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)（1）的增壓設(shè)備，所述增壓設(shè)備具有：-廢氣渦輪增壓器（4），其具有布置在所述廢氣道（3）中的廢氣渦輪機(jī)（5），及具有低壓側(cè)（ND）和高壓側(cè)（HD）的新鮮空氣壓縮機(jī)（6），所述新鮮空氣壓縮機(jī)布置在所述進(jìn)氣道（2）中；-新鮮空氣供應(yīng)管線（7），所述新鮮空氣壓縮機(jī)（6）在其低壓側(cè)（ND）上連接到所述新鮮空氣供應(yīng)管線，和-增壓空氣供給管線（8），其將所述新鮮空氣壓縮機(jī)（6）的所述高壓側(cè)（HD）連接到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)（1）的增壓空氣歧管（9），其特征在于-所述增壓設(shè)備具有回收增壓器（12），所述回收增壓器具有帶有高壓側(cè)（HD）和低壓側(cè)（ND）的壓縮機(jī)-渦輪機(jī)（13）且其具有聯(lián)接到所述壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的機(jī)電馬達(dá)-發(fā)電機(jī)（14），其中，所述壓縮機(jī)-渦輪機(jī)（13）的所述高壓側(cè)（HD）借助于閥布置在一側(cè)可連接到所述新鮮空氣供應(yīng)管線（7）并在另一側(cè)可連接到所述增壓空氣供給管線（8），且經(jīng)由所述壓縮機(jī)-渦輪機(jī)的所述低壓側(cè)（ND），能夠吸入新鮮空氣質(zhì)量流動（24）、或能夠排放增壓空氣質(zhì)量流動（24），-其中，所述回收增壓器（12）首先可以通過所述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)（14）驅(qū)動的方式作為壓縮機(jī)操作以用于增加在所述新鮮空氣供應(yīng)管線（8）中的所述新鮮空氣質(zhì)量流動（24）的壓力，且其次可以通過所述增壓空氣質(zhì)量流動（24）驅(qū)動的方式作為渦輪機(jī)操作以借助于所述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)（14）用于能量回收，或者可空檔操作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓設(shè)備，其特征在于，所述壓縮機(jī)-渦輪機(jī)（13）經(jīng)由具有分支點(diǎn)（11e）的分支管線（11）借助于新鮮空氣支路（11b）在新鮮空氣支路連接點(diǎn)（11c）處連接到所述新鮮空氣供應(yīng)管線（7），且借助于增壓空氣支路（11a）在增壓空氣支路連接點(diǎn)（11d）處連接到所述增壓空氣供給管線（8），且在每種情況下，一個關(guān)閉閥（15a、15b、15c）布置在所述新鮮空氣支路（11b）中和在所述增壓空氣支路（11a）中以及在沿新鮮空氣質(zhì)量流動（24）在所述新鮮空氣支路連接點(diǎn)（11c）上游的所述新鮮空氣供應(yīng)管線（7）中，其中，在所述分支管線（11）中且經(jīng)由所述壓縮機(jī)-渦輪機(jī)（13）的新鮮空氣質(zhì)量流動（24）的流動方向能夠通過所述關(guān)閉閥（15a、15b、15c）的對應(yīng)閥設(shè)定切換。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓設(shè)備，其特征在于，在所述新鮮空氣支路（11b）中的所述關(guān)閉閥（15b）和在所述新鮮空氣供應(yīng)管線（7）中的所述關(guān)閉閥（15c）被在所述新鮮空氣支路連接點(diǎn)（11c）處的開關(guān)閥（16）替代。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓設(shè)備，其特征在于，在所述新鮮空氣支路（11b）中的所述關(guān)閉閥（15b）和在所述增壓空氣支路（11a）中的所述關(guān)閉閥（15a）被在所述分支管線（11）的所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張宏，W本德，
申請(專利權(quán))人：大陸汽車有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國,DE