增壓渦輪復合發動機裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及渦輪復合發動機裝置的控制方法，其中所述裝置包括連接到高壓渦輪機的低壓壓縮機及通過耦聯單元連接到高壓壓縮機的低壓渦輪機。該裝置也包括所述高壓壓縮機的第一旁通機構。根據本發明專利技術的方法包括在至少一個具體條件發生時停用所述第一旁通機構的步驟。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】增壓渦輪復合發動機裝置專利
本專利技術涉及特別用于工業交通工具的增壓渦輪復合發動機裝置及其操作控制方法。本專利技術也在船舶發動機、運輸交通工具及農業應用的領域中獲得應用，獨立于燃料、汽油、柴油或氣體的類型。現有技術描述兩級渦輪增壓已被建議作為在特別是諸如那些用于工業交通工具或船的重型柴油發動機的發動機中實現高效率的方式。兩個渦輪增壓器串聯地放置在發動機進氣管道上，由放置在排放管道上的渦輪機驅動，放置在排放管道上的渦輪機也可串聯地放置或以另一種方式布置。渦輪復合解決方案包括串聯地放置在排放管道上的兩個渦輪機，其中低壓的一個通過減速齒輪連接到柴油發動機的曲軸。因此，該第二渦輪機為發動機提供了補充扭矩。通過專利EP2042705公開了雙渦輪復合方案。其示出了布置在排放管道上的高壓渦輪機和低壓渦輪機。由于兩個渦輪機的不同特性，這種渦輪機可平行地放置或在彼此之間通過合適的連接件及減壓閥(reductionvalve)串聯地放置(特別當兩個渦輪機并行配置時)。高壓渦輪機與高壓增壓器機械地連接。低壓渦輪機通過機械聯接件連接到曲軸。該聯接件包括減小速度變化的機構，該機構放置在第二渦輪機和曲軸之間，如常規的渦輪復合發動機的情況。此外，該機械聯接件也連接低壓增壓器，該低壓增壓器布置在低壓增壓器，該低壓增壓器上，相對于高壓增壓器在上游，高壓增壓器直接地連接到內燃發動機的進氣處。驅動壓縮機(drivenCompressor)和動力渦輪機(Powerturbine)經由液力離合器及減速齒輪耦聯到發動機。液力離合器的目的在于減少從曲軸到渦輪機齒輪的扭矩振蕩。在EP2042705中的離合器的另外的功能在于將驅動壓縮機和動力渦輪機與發動機連接和斷開。該功能使能夠作為自由運行的具有一些另外的齒輪摩擦損失的低壓渦輪增壓器運行該系統。WO2010/066452教導了操縱液力離合器助推器(hydrodynamicclutchboost)的滑動以用于控制排放氣體的背壓及EGR。低壓增壓器經由該聯接件接收來自發動機的機械能量或也接收經由該聯接件來自低壓渦輪機的機械能量。DE102005003714示出了兩級復合系統。由于該方案，所驅動的低壓壓縮機需要高能量以產生升壓。然而，機械驅動的低壓壓縮機的可控性難以操控。典型的渦輪復合方案相對于設置有可變幾何渦輪(VTG)的內燃發動機能夠提供在5％到10％之間范圍的燃料消耗減少(fuelconsumptionreduction)及在100％到110％范圍的更好的功率密度。功率密度定義為功率【kW】/發動機排量【l(升)】，所謂的具體的功率輸出量。該輸出量對于具有電子可控VTG的現代重型柴油機系統在30kW/l-34kW/l之間。兩級系統和兩級復合系統可達到50kW/l。相對地，典型的兩級渦輪增壓方案相對于VTG方案能夠提供在0％到5％之間范圍的低的燃料消耗減少及在115％到130％范圍的更好的功率密度。術語“渦輪增壓器”與“增壓器”或“壓縮機”同義。所謂的“電氣渦輪復合方案”也是已知的，其包括與高壓渦輪機軸向地連接的高壓增壓器，以及與產生電能的發電機軸向地連接的低壓渦輪機。電動機也與內燃發動機的曲軸相連接。第一逆變器將由發電機產生的能量轉變成注入DC總線的直流電且與所述DC總線相連接的第二逆變器適合于向給內燃發動機供給補充扭矩的電動機供電。專利技術概述因此，本專利技術的主要目標在于提供用于控制發動機裝置的方法，其允許減少燃料消耗量并增加功率密度。在該宗旨下，本專利技術的第一目標在于提供用于允許增加發動機制動力且允許改進回收策略的、控制發動機裝置的方法。該主要目標及這些目標通過用于如下面所述的控制發動機裝置的方法來實現。一種渦輪復合發動機裝置的控制方法，所述發動機裝置包括：-內燃發動機，其具有空氣進氣管道和氣體排放管道；-低壓壓縮機和高壓壓縮機，所述低壓壓縮機和所述高壓壓縮機按照空氣的流動方向布置在所述空氣進氣管道上；-高壓渦輪機和低壓渦輪機，所述高壓渦輪機和所述低壓渦輪機按照氣體的流動方向布置在所述氣體排放管道上，其中所述高壓渦輪機通過軸連接到所述低壓壓縮機，且所述低壓渦輪機連接到所述高壓壓縮機，并且其中所述低壓渦輪機及所述高壓壓縮機連接到發動機曲軸，-所述高壓壓縮機的第一旁通機構；-第一檢測機構，其用于測量排放氣體溫度；-第二檢測機構，其用于檢測Lambda值；-測量機構，其用于測量所述低壓壓縮機的下游和上游的壓力；-發動機制動機構；-發動機轉速傳感器；其中所述控制方法包括在以下條件中的至少一個發生時停用所述第一旁通機構的步驟：a)排放溫度超過預定值，b)所述Lambda值低于預定值，c)在所述空氣進氣管道處的所述壓力比至少超過所述低壓壓縮機的浪涌值，d)所述發動機制動機構啟動，e)發動機轉速低于預定值。如下面詳述的多個優點可通過本專利技術來實現。首先，在該發動機裝置中，兩級渦輪增壓系統、單渦輪復合系統及雙渦輪復合系統的優點集中在一個發動機裝置方案中。其次，通過根據本專利技術的控制方法，增加發動機制動力且改進能量回收策略成為可能。考慮到在發動機裝置的渦輪機和增壓器之間的連接，本專利技術的方案也被命名為“具有可逆的兩級渦輪增壓的渦輪復合發動機”。特別地，該發動機裝置方案包括：a.由高壓渦輪機通過軸驅動的低壓壓縮機，b.沿排放管道串聯地連接的高壓渦輪機和低壓渦輪機，c.沿進氣管道串聯地連接的低壓壓縮機和高壓壓縮機。此發動機裝置方案允許多個不同的操作配置，該操作配置中的每一個引起相應的可能的操作模式。在可能的配置中，例如發動機裝置允許增加發動機制動效果，而在另一個配置中，發動機裝置可用于例如調整排放再循環系統的介入。本專利技術能夠減少燃料消耗量，增加功率密度，改進瞬態發動機性能，增加發動機制動力及改進回收策略。從屬權利要求公開了本專利技術的優選實施方式，形成本描述的整體部分。附圖簡述本專利技術將從以僅僅示例性的并且非限制性的例子的方式給出的、參考附圖來閱讀的以下詳細描述中變得完全清楚，其中：-圖1示出了根據本專利技術的發動機混合裝置的實施方式；-圖2示出了在已知裝置的性能和根據本專利技術的裝置的性能之間的對比；-圖3-5示出了應用于發動機的相同邊界條件的多個增壓系統的對比。在附圖中相同參考數字和字母表示相同的或功能上等效的部分。優選實施方式的詳述圖1是根據本專利技術的發動機裝置的示意圖。例如工業交通工具的發動機裝置、船的發動機裝置或另一種類型的發動機裝置包括可以是柴油發動機的內部燃燒發動機1。發動機裝置(例如工業交通工具的發動機裝置、船的發動機裝置或其它類型的發動機裝置)包括可以是柴油發動機的內燃發動機1。該裝置也包括發動機1的進氣管道2和排放進氣管道20。從新鮮空氣進入開始，按照新鮮空氣的路線，在所述進氣管道2上順序地連接著：-低壓壓縮機單元(LPC)11，-低壓增壓空氣冷卻器(LPCAC)12，-高壓壓縮機(HPC)5，-高壓增壓空氣冷卻器(HPCAC)13。進氣管道2包括用于為HPC5設旁通路的第一旁通機構3、4。更詳細地，該旁通機構包括管3和閥4。管3的第一端和第二端分別連接HPC的上游和下游。參考排放管道20，從發動機1開始，根據排放氣體的路線，在所述排放管道20上順序地連接著高壓渦輪機(HPT)6和低壓渦輪機(LPT)7。就流量質量、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種渦輪復合發動機裝置的控制方法，所述裝置包括：?內燃發動機（1），其具有空氣進氣管道（2）和氣體排放管道（20）；?低壓壓縮機（11）和高壓壓縮機（5），所述低壓壓縮機（11）和所述高壓壓縮機（5）按照空氣的流動方向布置在所述空氣進氣管道上；?高壓渦輪機（6）和低壓渦輪機（7），所述高壓渦輪機（6）和所述低壓渦輪機（7）按照氣體的流動方向布置在所述排放管道上，其中所述高壓渦輪機（6）通過軸連接到所述低壓壓縮機（11），且所述低壓渦輪機（7）連接到所述高壓壓縮機（5），并且其中所述低壓渦輪機（11）及所述高壓壓縮機（5）連接到發動機曲軸，?所述高壓壓縮機（5）的第一旁通機構（3、4）；?第一檢測機構，其用于測量排放氣體溫度；?第二檢測機構，其用于檢測Lambda值；?測量機構，其用于測量所述低壓壓縮機的下游和上游的壓力；?發動機制動機構；?發動機轉速傳感器；其中所述控制方法包括在以下條件中的至少一個發生時停用所述第一旁通機構的步驟：a）排放溫度超過預定值，b）所述Lambda值低于預定值，c）在所述進氣管道（2）處的所述壓力比至少超過所述低壓增壓器（11）的浪涌值，d）所述發動機制動機構啟動，e）所述發動機速度低于預定值。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.05.30 EP 11168087.21.一種渦輪復合發動機裝置的控制方法，所述發動機裝置包括：-內燃發動機(1)，其具有空氣進氣管道(2)和氣體排放管道(20)；-低壓壓縮機(11)和高壓壓縮機(5)，所述低壓壓縮機(11)和所述高壓壓縮機(5)按照空氣的流動方向布置在所述空氣進氣管道上；-高壓渦輪機(6)和低壓渦輪機(7)，所述高壓渦輪機(6)和所述低壓渦輪機(7)按照氣體的流動方向布置在所述氣體排放管道上，其中所述高壓渦輪機(6)通過軸連接到所述低壓壓縮機(11)，且所述低壓渦輪機(7)連接到所述高壓壓縮機(5)，并且其中所述低壓渦輪機(7)及所述高壓壓縮機(5)連接到發動機曲軸，-所述高壓壓縮機(5)的第一旁通機構(3、4)；-第一檢測機構，其用于測量排放氣體溫度；-第二檢測機構，其用于檢測Lambda值；-測量機構，其用于測量所述低壓壓縮機的下游和上游的壓力；-發動機制動機構；-發動機轉速傳感器；其中所述控制方法包括在以下條件中的至少一個發生時停用所述第一旁通機構的步驟：a)排放溫度超過預定值，b)所述Lambda值低于預定值，c)在所述空氣進氣管道(2)處的壓力比至少超過所述低壓壓縮機(11)的浪涌值，其中所述壓力比是所述低壓壓縮機(11)的上游壓力和下游壓力之間的比率，d)所述發動機制動機構啟動，e)發動機轉速低于預定值。2.根據權利要求1所述的控制方法，其中所述發動機裝置包括排放氣體再循環(EGR)系統，并且其中所述方法還包括：若在所述發動機的入口(27)處的壓力低于在所述發動機的氣體排放管道(20)處的壓力則停用所述第一旁通機構的步驟。3.根據權利要求1所述的控制方法，其中在所述高壓渦輪機(6)之前的所述氣體排放管道(20)上檢測所述排放溫度。4.根據權利要求1-3中任一項所述的控制方法，其中當所述Lambda值低于1.4時所述條件b)發生，所述方法包括如果所述Lambda值超過1.8則開啟所述第一旁通機構的步驟。5.根據權利要求1-3中任一項所述的控制方法，其中所述發動機裝置包括所述低壓渦輪機(7)的第三旁通機構(25、26)，并且其中當所述條件e)發生時，開啟所述低壓渦輪機(7)的所述第三...

【專利技術屬性】
技術研發人員：克里斯蒂安·梅爾，
申請(專利權)人：FPT發動機研究公司，
類型：
國別省市：