[發(fā)明專利]用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓裝置以及用于所述增壓裝置的操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580063932.3
• 申請(qǐng)日: 2015-10-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107002599B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.埃爾哈德;N.阿爾-哈桑;張宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大陸汽車有限公司
• 主分類號(hào): F02M35/10
• 分類號(hào): F02M35/10;F02B33/34;F02B33/44;F02B37/04;F02B37/12;F02B37/16;F02B37/24;F02B39/10
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李晨;安文森

本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（1）的一種增壓裝置以及一種用于所述增壓裝置的操作方法。所述增壓裝置具有排氣渦輪增壓器（4）和再生增壓器（12），其中，再生增壓器（12）具有壓縮機(jī)?渦輪機(jī)（13）和機(jī)電式馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14），機(jī)電式馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）聯(lián)接到壓縮機(jī)?渦輪機(jī)（13）。此處，壓縮機(jī)?渦輪機(jī)（13）的高壓側(cè)（HD）和低壓側(cè)（ND）可經(jīng)由管線連接和閥裝置（15a?d）連接到在排氣渦輪增壓器（4）的新鮮空氣壓縮機(jī)（6）的下游的增壓空氣供給管線（8），其中，所述再生增壓器（12）可經(jīng)由閥裝置（15a?d）和馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）至少在增強(qiáng)操作模式和再生操作模式之間切換，其中，所述再生增壓器可一方面在增強(qiáng)操作模式中以作為壓縮機(jī)被馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)操作以便提高新鮮空氣供應(yīng)管線（8）中的壓力，或者另一方面以作為渦輪機(jī)被增壓空氣流驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)操作以便經(jīng)由馬達(dá)?發(fā)電機(jī)（14）進(jìn)行能量回收。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于具有排氣渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓裝置，并且涉及一種用于所述增壓裝置的操作方法。

背景技術(shù)

排氣渦輪增壓器越來(lái)越多地用于提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的功率，尤其是機(jī)動(dòng)車輛中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在關(guān)于這一點(diǎn)的法律法規(guī)日益嚴(yán)格的背景下，本著如下目的來(lái)越來(lái)越普遍地使用排氣渦輪增壓器：在維持相同的功率水平或者甚至實(shí)現(xiàn)提高的功率水平的同時(shí)降低內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸和重量，并同時(shí)降低消耗，進(jìn)而減少CO₂排放。工作原理在于利用排氣流中包含的能量來(lái)提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中的壓力，并由此實(shí)現(xiàn)將空氣氧（Luft-Sauerstoff）充入燃燒室的改進(jìn)，以便因此能夠在每個(gè)燃燒過(guò)程中轉(zhuǎn)化更多的燃料，例如汽油或柴油，也就是說(shuō)提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

出于此目的，排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(dòng)機(jī)的排氣道中，并且渦輪機(jī)具有被排氣流驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，壓縮機(jī)布置在進(jìn)氣道中，并且壓縮機(jī)具有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子形成壓力。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子以旋轉(zhuǎn)相聯(lián)的方式緊固到轉(zhuǎn)子軸的相對(duì)端部，并因此形成渦輪增壓器轉(zhuǎn)子，渦輪增壓器轉(zhuǎn)子借助于其轉(zhuǎn)子軸可旋轉(zhuǎn)地安裝，轉(zhuǎn)子軸在布置于渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的軸承單元中。因此，借助于排氣質(zhì)量流來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子且進(jìn)而經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，并且因此利用排氣能量來(lái)在進(jìn)氣道中形成壓力。

渦輪機(jī)和壓縮機(jī)都是渦輪機(jī)械，并且根據(jù)物理定律渦輪機(jī)和壓縮機(jī)各自取決于結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)具有最佳操作范圍，最佳操作范圍的特征在于各自轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度、壓力比以及質(zhì)量通過(guò)量（Massedurchsatz）。與此相反，機(jī)動(dòng)車輛中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的操作的特征在于負(fù)載和操作范圍的動(dòng)態(tài)變化。

現(xiàn)在為了使排氣渦輪增壓器的操作范圍能夠適于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的變化操作范圍，并因此在盡可能沒(méi)有顯著減速（渦輪遲滯）的情況下確保期望的響應(yīng)行為，則排氣渦輪增壓器被配置有另外的功能，例如排氣側(cè)或渦輪機(jī)側(cè)上的所謂的可變渦輪幾何（VTG）或廢氣門裝置（WG）以及空氣供給側(cè)或壓縮機(jī)側(cè)上的超量空氣再循環(huán)（Schubumluft）或排出（Abblas）裝置。這些裝置用作使遲緩行為最小化以及因此使減速的響應(yīng)行為最小化，并且避免有害的操作狀態(tài)。

還已知：使用并聯(lián)或順序布置的多個(gè)渦輪增壓器的組合或者使用以機(jī)械方式操作的或由電馬達(dá)操作的另外的壓縮機(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(dòng)機(jī)的各種操作條件，以便有效提高處于所有旋轉(zhuǎn)速度范圍中的功率且尤其是在加速過(guò)程期間的功率，并且尤其是避免不期望的渦輪遲滯，渦輪遲滯由結(jié)合渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的慣性的、渦輪增壓器的低旋轉(zhuǎn)速度范圍中的過(guò)于低的增壓壓力而導(dǎo)致。

所述類型的增壓裝置已被例如公開(kāi)在DE 100 23 022 A1中，所述類型的增壓裝置具有常規(guī)的排氣渦輪增壓器以及關(guān)于渦輪增壓器壓縮機(jī)以串聯(lián)或并聯(lián)的方式布置在新鮮空氣質(zhì)量流中的輔助壓縮機(jī)，所述輔助壓縮機(jī)具有獨(dú)立于排氣流的驅(qū)動(dòng)，例如電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。