[發明專利]用于內燃發動機的增壓設備和用于增壓設備的操作方法

有效

• 申請號: 201580055900.9
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN106795805B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 張宏;W.本德
• 申請（專利權）人: 大陸汽車有限公司
• 主分類號: F02B37/10
• 分類號: F02B37/10;F02M35/10;F02B37/00;F02B37/013;F02B39/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;安文森

本發明涉及增壓設備并涉及用于內燃發動機（1）的所述增壓設備的操作方法，所述增壓設備具有廢氣渦輪增壓器（4）和回收增壓器（12），其具有壓縮機渦輪機（13）和聯接到其的機電馬達?發電機（14）。壓縮機渦輪機（13）的高壓側（HD）能夠在一側借助于閥布置在廢氣渦輪增壓器（4）之前連接到外側空氣供應管線（7），且在另一側在廢氣渦輪增壓器（4）之后連接到增壓空氣供應管線（8），其中，外側空氣能夠被吸入，或增壓空氣經由壓縮機渦輪機的低壓側（ND）噴出。前述回收增壓器（12）能夠借助于閥布置和馬達?發電機在標準操作模式、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在一方面在放大器操作模式中通過馬達?發電機（14）驅動操作，用于在外側空氣供應管線（8）中的壓力增加，或者在另一方面用作渦輪機通過增壓空氣流驅動，用于借助于馬達?發電機（14）的能量回收、或可空檔操作。

本發明涉及用于內燃發動機的具有廢氣渦輪增壓器的增壓設備和用于所述增壓設備的操作方法。

廢氣渦輪增壓器越來越多地用于在內燃發動機中（尤其是在機動車輛中）增加功率。這甚至更常見地以減小內燃發動機的結構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而言越來越嚴格的法律規定的背景下減小消耗并因此減少CO₂排放為目標進行。操作原理在于利用包含在廢氣流動中的能量以增加在內燃發動機的進氣道中的壓力，且因此利用空氣氧氣實現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化更多的燃料、汽油或柴油，也就是說增加內燃發動機的功率。

出于該目的，廢氣渦輪增壓器具有渦輪機和壓縮機，渦輪機布置在內燃發動機的廢氣道中且其具有通過廢氣流動驅動的渦輪機轉子，壓縮機布置在進氣道中且其具有建立壓力的壓縮機轉子。渦輪機轉子和壓縮機轉子結合地旋轉緊固到轉子軸的相對端部，轉子軸可旋轉地安裝在布置在渦輪機和壓縮機之間的支承單元中。因此，借助于廢氣質量流動，驅動渦輪機葉輪，且經由轉子軸繼而驅動壓縮機葉輪，且廢氣能量因此用于在進氣道中建立壓力。

渦輪機和壓縮機是渦輪機械，且由于物理定律，以相應地取決于結構大小和設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量吞吐量、壓力比值和相應轉子的旋轉速度。

與此相比，在機動車輛中內燃發動機的操作的特征在于負載和操作范圍的動態改變。

為了現在能夠使廢氣渦輪增壓器的操作范圍適應內燃發動機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，諸如例如在廢氣側的所謂可變渦輪機幾何形狀（VTG）或廢汽門設備（WG）和在空氣供給側的超限空氣再循環或噴出設備。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行為，和避免損壞操作狀態，諸如例如，所謂的壓縮機喘振。

還已知使用以并聯或連續布置的多個渦輪增壓器的組合或使用機械地或通過電動馬達操作的額外壓縮機、所謂的增壓鼓風機或增壓器，以便覆蓋內燃發動機的各種操作條件，以便在全部旋轉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遲滯。

例如在DE 100 23 022 A1中公開了所述類型的增壓設備，其具有常規廢氣渦輪增壓器和關于渦輪增壓器壓縮機串聯或并聯布置在新鮮空氣流動中的輔助壓縮機，該輔助壓縮機具有獨立于廢氣流動的驅動，例如電動馬達驅動。

相比之下，在其中內燃發動機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功率，這能夠導致壓縮機喘振。在這樣的操作狀態中，廢氣被例如借助于廢汽門設備被引導以便繞開渦輪增壓器的渦輪機進入廢氣道，并且已經壓縮的新鮮空氣在壓縮機的下游噴出，或者經由超限空氣再循環設備膨脹且再循環到入口區域中。所述類型的超限空氣再循環閥的布置和功能例如從文獻DE 28 23 067 C2和DE19712850A1已知。

以這種方式，可用的能量被以未利用狀態排放到環境中，這對于總體能量平衡并因此對內燃發動機的效率具有不利的影響。