涡轮复合单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于将来自内燃机(10)的排气的能量转化为内燃机(10)的曲轴(30)的扭矩增量的涡轮复合单元。该涡轮复合单元包括涡轮机设备(105)和被构造为将涡轮机设备(105)经由液压联接器(110)和惰转装置(120)以可操作方式连接到曲轴(30)的装置(106)。涡轮复合单元(100)还包括制动装置(130)，其中制动装置(130)和惰转装置(120)位于液压联接器(110)的与涡轮机设备(105)相反的一侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将排气的能量转化为例如到内燃机的发动机曲轴的扭矩输入的装置。更特别地，本专利技术涉及对这种涡轮复合装置的设计和控制的改进。本专利技术适用于重型车辆，例如卡车、大客车和工程机械。虽然在下文中将参考卡车描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定的车辆，而是也可用在利用涡轮复合装置的其它应用中，例如航空系统和航海系统。
技术介绍
涡轮复合单元是用于将排气流的能量的一部分回收并将该能量转化为轴的旋转运动的车辆部件。轴的旋转运动作为扭矩增量被传递到车辆的发动机曲轴。通常，涡轮复合单元具有轴，其中涡轮机叶轮布置在一个远端部处。当内燃机运行时，排气将流入涡轮复合单元中并使涡轮机叶轮旋转。因此，涡轮复合单元的轴将相应地旋转。该轴的相反的另一端设有带齿的轮，所述带齿的轮与另外的齿轮啮合，从而引起所述轴和曲轴之间的旋转连接。当所述轴由于流过涡轮复合单元的排气而旋转时，所述轴的旋转能量将作为扭矩增量被传递到曲轴。涡轮复合单元的使用已被证明对行驶经济性和环境提供了有利优势；从排气流中回收能量实际上将降低车辆的燃料消耗。US2009/0139231描述了一种涡轮复合单元，对于所述涡轮复合单元，涡轮机叶轮的旋转能量经由液压离合器和自由轮传递到曲轴。该自由轮被结合到在涡轮机和发动机曲轴之间的传动路径中，以在涡轮机速度低于可比较的发动机速度时使涡轮机与发动机断开。液压离合器被提供用于减少来自曲轴的旋转振荡。虽然涡轮复合单元防止涡轮机被发动机驱动，但仍存在的风险是：涡轮复合单元的旋转部件经受超速，例如在错误换档的情形中。因为这可能导致损坏和故障，所以，对于不仅通过允许涡轮机到自由轮而且允许控制涡轮机转速的改进的方案，存在着需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服现有技术的上述缺点的涡轮复合单元。根据第一方面，该目的通过根据权利要求1所述的涡轮复合单元实现。根据第二方面，该目的通过根据权利要求12所述的涡轮复合单元实现。根据第三方面，该目的通过根据权利要求19所述的方法实现。通过提供包括制动装置的涡轮复合单元，能够主动地控制涡轮复合单元的关键部件(例如涡轮机)的转速。根据实施例，被构造为将涡轮机设备以可操作方式连接到曲轴的装置包括齿轮机构(gearing)。该齿轮机构可包括至少一个齿轮，所述齿轮具有用于与曲轴的相应齿轮啮合的齿，并且其中，惰转装置(freewheelingmeans)被设置为布置在所述齿的径向内侧的自由轮离合器(freewheelclutch)。在此，通过如下事实提供了优势，即：该自由轮离合器不需要另外的空间，而是可结合在涡轮复合单元的现有部件中。在一个实施例中，制动装置包括盘式离合器。所述盘式离合器可设置在轴的一个端部处，并且自由轮离合器可布置到同一个轴上。这是有利的，因为所述轴可与曲轴相邻地设置，使得自由轮离合器和制动装置影响涡轮复合单元的旋转部件中的大部分的运行。在一个实施例中，自由轮离合器与所述盘式离合器相邻地布置，由此，自由轮离合器和盘式离合器可在不拆卸齿轮的情况下受到维护。在另一个实施例中，自由轮离合器和盘式离合器布置在所述轴的相反两端，由此，所述轴的涡轮机侧的通常可用的空间可用于容纳盘式离合器。在一个实施例中，盘式离合器通过活塞被液压地促动。这是有利的，因为提供了有效的促动，从而允许迅速的响应和精确的扭矩控制。在一个实施例中，所述轴包括机油管道，用于将润滑流体提供到自由轮离合器和/或盘式离合器。因此，所述轴的内部空间可用于形成润滑管道，而不需要额外的空间。在一个实施例中，惰转装置和制动装置通过离合器来提供，所述离合器具有用于使涡轮机设备与曲轴接合的连接模式、用于使涡轮机设备从曲轴断开的惰转模式、以及用于使涡轮机设备相对于曲轴制动的制动模式。因此，通过将自由轮和制动装置结合在单体装置中，实现了更简单的技术方案。在一个实施例中，涡轮复合单元还包括控制器，所述控制器具有：至少一个输入，用于接收表示涡轮复合单元的运行状态的信号；确定单元，所述确定单元被构造为确定涡轮复合单元的期望运行状态并计算相应的控制信号；和至少一个输出，用于将控制信号传送到制动装置和/或惰转装置。因此，能够为了最优性能而主动地控制涡轮复合单元的运行。在一个实施例中，控制器的输入被构造为接收表示相关联的内燃机的发动机扭矩和发动机速度的信号，并且其中，所述确定单元被构造为确定涡轮机设备中的机油泄漏的风险。这种实施例是有利的，因为该实施例能够消除对缓冲空气系统的需求，否则会需要所述缓冲空气系统来防止机油泄漏到涡轮复合单元的排气路径中。在一个实施例中，控制器的输入被构造为接收表示涡轮机设备的转速的信号，并且其中，所述确定单元被构造为确定由于发动机超速导致故障的风险。该实施例是有利的，因为制动装置可被激活以防止故障。在一个实施例中，控制器的输入被构造为接收表示当前驱动模式的信号，并且所述确定单元被构造为确定涡轮复合单元的过度摩擦的风险，即：当从涡轮复合单元到发动机的净输出扭矩为零或低于零时的风险。在另一个实施例中，控制器的输入被构造为接收表示内燃机的启动的信号，并且其中，所述确定单元被构造为确定过度载荷作用在相关联的起动机(starter)上的风险。在如下的描述和从属权利要求中公开了本专利技术的其他优势和有利特征。本专利技术还涉及包括具有曲轴和涡轮复合单元的内燃机的内燃机系统，并且涉及包括涡轮复合单元的车辆。附图说明参考附图，下面将更详细地描述作为示例阐述的本专利技术的实施例。在这些图中：图1是根据实施例的车辆的侧视图，图2是根据实施例的内燃机的示意图，图3是根据实施例的涡轮复合单元的截面图，图4是根据实施例的涡轮复合单元的自由轮的等距截面图，图5是根据实施例的涡轮复合单元的自由轮和制动装置的截面图，图6是示出了作为与涡轮机联接的内燃机的扭矩和内燃机的速度的函数的、涡轮机之后的压力的图，图7是示出了对于给定的发动机载荷的涡轮复合单元的涡轮机之后的压力与内燃机速度之间的关系的图，图8是根据另一实施例的涡轮复合单元的自由轮和制动装置的截面图，图9是根据实施例的涡轮复合单元的自由轮装置的截面图，图10是根据实施例的方法的示意图，并且图11是根据实施例的涡轮复合单元的自由轮装置和制动装置的截面图。具体实施方式从图1开始，示出了车辆1。被示意为卡车的车辆1具有用于驱动车辆1的内燃机10。如下文中将进一步解释的，车辆1的内燃机10设有根据多种实施例的涡轮复合单元100。车辆1可具有另外的推进单元，例如电动驱动装置等，只要所述车辆具有至少一个提供与涡轮复合单元100相互作用的排气流的发动机即可。因此，车辆1非排它性地为卡车，而是也可以代表多种重型车辆，例如大客车、工程机械等。图2中示出了内燃机10的示例。内燃机10包括多个气缸20，所述气缸20运行以燃烧诸如柴油或汽油的燃料，由此将活塞在气缸20中的往复运动转换为曲轴30的旋转运动。曲轴30进一步联接到变速器(未示出)，用于将扭矩提供到驱动元件(未示出)。在例如卡车的重型车辆的情形中，该驱动元件是车轮；然而，内燃机10也可以用于其它设备，例如工程机械、航海应用等。内燃机10还包括排气系统40，该排气系统40的目的是回收排气流中的能量的至少一部分，以提高内燃机10的性能。在所示出的示例中，排气离开气缸20并进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮复合单元，所述涡轮复合单元用于将来自内燃机(10)的排气的能量转化为所述内燃机(10)的曲轴(30)的扭矩增量，所述涡轮复合单元包括涡轮机设备(105)和被构造为将所述涡轮机设备(105)经由液压联接器(110)和惰转装置(120)以可操作方式连接到所述曲轴(30)的装置(106)，其特征在于，所述涡轮复合单元(100)还包括制动装置(130)，并且所述制动装置(130)和所述惰转装置(120)位于所述液压联接器(110)的与所述涡轮机设备(105)相反的一侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮复合单元，所述涡轮复合单元用于将来自内燃机(10)的排气的能量转化为所述内燃机(10)的曲轴(30)的扭矩增量，所述涡轮复合单元包括涡轮机设备(105)和被构造为将所述涡轮机设备(105)经由液压联接器(110)和惰转装置(120)以可操作方式连接到所述曲轴(30)的装置(106)，其特征在于，所述涡轮复合单元(100)还包括制动装置(130)，并且所述制动装置(130)和所述惰转装置(120)位于所述液压联接器(110)的与所述涡轮机设备(105)相反的一侧。2.根据权利要求1所述的涡轮复合单元，其中，被构造为将所述涡轮机设备(105)以可操作方式连接到所述曲轴(30的)的所述装置(106)包括齿轮机构(106)。3.根据权利要求2所述的涡轮复合单元，其中，所述齿轮机构(106)包括至少一个齿轮(142a)，所述齿轮(142a)具有用于与所述曲轴(30)的相应齿轮啮合的齿(144a)，并且其中，所述惰转装置(120)被设置为布置在所述齿(144a)的径向内侧的自由轮离合器。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的涡轮复合单元，其中，所述制动装置(130)包括盘式离合器。5.根据权利要求3和4所述的涡轮复合单元，其中，所述盘式离合器(130)设置在轴(140)的一端处，并且其中，所述自由轮离合器(120)布置到所述轴(140)上。6.根据权利要求5所述的涡轮复合单元，其中，所述自由轮离合器(120)邻近所述盘式离合器(130)布置。7.根据权利要求5所述的涡轮复合单元，其中，所述自由轮离合器(120)和所述盘式离合器(130)布置在所述轴(140)的相反两端。8.根据权利要求4至7中的任一项所述的涡轮复合单元，其中，所述盘式离合器(130)由活塞(134)液压地促动。9.根据权利要求5至8中的任一项所述的涡轮复合单元，其中，所述轴(140)包括机油管道(149a)，用于将润滑流体提供到所述自由轮离合器(120)和/或摩擦盘(132)。10.根据权利要求1至3中的任一项所述的涡轮复合单元，其中，通过以下的离合器来提供所述惰转装置(120)和所述制动装置(130)：该离合器具有用于使所述涡轮机设备(105)与所述曲轴(30)接合的连接模式、用于使所述涡轮机设备(105)从所述曲轴(30)断开的惰转模式、以及用于使所述涡轮机设备(105)相对于所述曲轴(30)制动的制动模式。11.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮复合单元，还包括控制器(300)，所述控制器(300)具有：至少一个输入(302)，用于接收表示所述涡轮复合单元(100)的运行状态的信号；确定单元(304)，所述确定单元(304)被构造为确定所述涡轮复合单元的期望的运行状态并计算相应的控制信号；和至少一个输出(306)，用于将所述控制信号传送到所述制动装置(30)和/或所述惰转装置(120)。12.一种涡轮复合单元，所述涡轮复合单元用于将来自内燃机(10)的排气的能量转化为所述内燃机(10)的曲轴(30)的扭矩增量，所述涡轮复合单元包括涡轮机设备(105)和被构造为将所述涡轮机设备(105)经由液压联接器(110)和惰转装置(120)以可操作方式连接到所述曲轴(30)的装置(106)，其特征在于，所述涡轮复合单元(100)还包括制动装置(130)和控制器(300)，所述控制器(300)具有：至少一个输入(302)，用于接收表示所述涡轮复合单元(100)的运行状态的信号；确定单元(304)，所述确定单元(304)被构造为确定与所述运行状态相关的风险并确定相应的控制信号；和至少一个输出(306)，用于将所述控制信号传送到所述制动装置(30)和/或所述惰转装置(120)。13.根据权利要求11或12所述的涡轮复合单元，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓬蒂斯·埃里克松，肯特·伊塞尔莫，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE