用于内燃发动机的增压设备和用于增压设备的操作方法技术

本发明专利技术涉及增压设备并涉及用于内燃发动机（1）的所述增压设备的操作方法，所述增压设备具有废气涡轮增压器（4）和回收增压器（12），其具有压缩机涡轮机（13）和联接到其的机电马达‑发电机（14）。压缩机涡轮机（13）的高压侧（HD）能够在一侧借助于阀布置在废气涡轮增压器（4）之前连接到外侧空气供应管线（7），且在另一侧在废气涡轮增压器（4）之后连接到增压空气供应管线（8），其中，外侧空气能够被吸入，或增压空气经由压缩机涡轮机的低压侧（ND）喷出。前述回收增压器（12）能够借助于阀布置和马达‑发电机在标准操作模式、放大器操作模式和回收操作模式之间改变，其中，回收增压器作为压缩机在一方面在放大器操作模式中通过马达‑发电机（14）驱动操作，用于在外侧空气供应管线（8）中的压力增加，或者在另一方面用作涡轮机通过增压空气流驱动，用于借助于马达‑发电机（14）的能量回收、或可空档操作。

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.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于内燃发动机的增压设备和用于增压设备的操作方法本专利技术涉及用于内燃发动机的具有废气涡轮增压器的增压设备和用于所述增压设备的操作方法。废气涡轮增压器越来越多地用于在内燃发动机中（尤其是在机动车辆中）增加功率。这甚至更常见地以减小内燃发动机的结构大小和重量同时维持相同水平的功率或甚至获得增加水平的功率且同时在就这一点而言越来越严格的法律规定的背景下减小消耗并因此减少CO2排放为目标进行。操作原理在于利用包含在废气流动中的能量以增加在内燃发动机的进气道中的压力，且因此利用空气氧气实现燃烧室的改善的增压并因此以便能够在每个燃烧过程中转化更多的燃料、汽油或柴油，也就是说增加内燃发动机的功率。出于该目的，废气涡轮增压器具有涡轮机和压缩机，涡轮机布置在内燃发动机的废气道中且其具有通过废气流动驱动的涡轮机转子，压缩机布置在进气道中且其具有建立压力的压缩机转子。涡轮机转子和压缩机转子结合地旋转紧固到转子轴的相对端部，转子轴可旋转地安装在布置在涡轮机和压缩机之间的支承单元中。因此，借助于废气质量流动，驱动涡轮机叶轮，且经由转子轴继而驱动压缩机叶轮，且废气能量因此用于在进气道中建立压力。涡轮机和压缩机是涡轮机械，且由于物理定律，以相应地取决于结构大小和设计的方式具有最佳操作范围，该最佳操作范围的特征在于质量吞吐量、压力比值和相应转子的旋转速度。与此相比，在机动车辆中内燃发动机的操作的特征在于负载和操作范围的动态改变。为了现在能够使废气涡轮增压器的操作范围适应内燃发动机的改变的操作范围且因此尽可能在不显著减速（涡轮迟滞）的情况下确保期望的响应行为，废气涡轮增压器配备有额外的功能，诸如例如在废气侧的所谓可变涡轮机几何形状（VTG）或废汽门设备（WG）和在空气供给侧的超限空气再循环或喷出设备。这些用于最小化惰性行为并因此最小化涡轮增压器的减速响应行为，和避免损坏操作状态，诸如例如，所谓的压缩机喘振。还已知使用以并联或连续布置的多个涡轮增压器的组合或使用机械地或通过电动马达操作的额外压缩机、所谓的增压鼓风机或增压器，以便覆盖内燃发动机的各种操作条件，以便在全部旋转速度范围中和尤其在加速过程期间有效地增加功率，并尤其避免非期望的涡轮机迟滞。例如在DE10023022A1中公开了所述类型的增压设备，其具有常规废气涡轮增压器和关于涡轮增压器压缩机串联或并联布置在新鲜空气流动中的辅助压缩机，该辅助压缩机具有独立于废气流动的驱动，例如电动马达驱动。相比之下，在其中内燃发动机的功率迅速减小的操作阶段中，同样由于涡轮增压器的惯性，情况是存在过量的压缩机功率，这能够导致压缩机喘振。在这样的操作状态中，废气被例如借助于废汽门设备被引导以便绕开涡轮增压器的涡轮机进入废气道，并且已经压缩的新鲜空气在压缩机的下游喷出，或者经由超限空气再循环设备膨胀且再循环到入口区域中。所述类型的超限空气再循环阀的布置和功能例如从文献DE2823067C2和DE19712850A1已知。以这种方式，可用的能量被以未利用状态排放到环境中，这对于总体能量平衡并因此对内燃发动机的效率具有不利的影响。本专利技术因此基于详细说明用于内燃发动机的增压设备和用于其的操作方法的目的，这两者都适用于借助于废气涡轮增压器在内燃发动机的加速或最大-负载阶段中帮助建立增压压力，或者适用于在内燃发动机的制动或低-负载阶段期间利用增压系统中的过量能量、或使得该过量能量在机动车辆的整个系统中可利用，并因此增加内燃发动机的效率。所述目的借助于具有专利权利要求1的特征的增压设备和借助于具有专利权利要求9的特征的用于所述增压设备的操作方法实现。从属权利要求涉及有利的实施例和改进，其可单独使用，或者在其不涉及相互排斥的替代方式的情况下彼此组合。根据本专利技术的用于具有进气道和废气道的内燃发动机的增压设备具有废气涡轮增压器，其具有废气涡轮机及具有低压侧和高压侧的新鲜空气压缩机，废气涡轮机布置在内燃发动机的废气道中，新鲜空气压缩机布置在内燃发动机的进气道中。新鲜空气压缩机在其低压侧上连接到新鲜空气供应管线，且在其高压侧上经由增压空气供给管线连接到内燃发动机的增压空气歧管。增压设备的特征在于回收增压器（Rekuperationslader）的额外布置，回收增压器具有带有高压侧和低压侧的压缩机-涡轮机且其具有联接到所述压缩机-涡轮机的机电马达-发电机。在此，压缩机-涡轮机的高压侧借助于阀布置在一侧可连接到新鲜空气供应管线且在另一侧可连接到内燃发动机的增压空气供给管线，能够吸入新鲜空气质量流动，或者能够经由压缩机-涡轮机的低压侧排放增压空气质量流动。在此，增压空气质量流动指的是被泵送到在废气涡轮增压器的新鲜空气压缩机（如沿流动方向观察）的下游（也就是说在其高压侧上）的高压的新鲜空气质量流动。借助于阀布置和马达-发电机，回收增压器首先可以通过马达-发电机驱动的方式作为压缩机操作，用于增加在新鲜空气供应管线中的压力，且其次可以通过增压空气流动驱动的方式作为涡轮机操作，以借助于马达-发电机用于能量回收，或者可空档（neutral）操作。在此，表达“回收增压器”理解为意思是一种设备，其将叶轮型涡轮机与连接的发电机和叶轮型压缩机与连接的电动马达组合在一个设备中。因此，叶轮型涡轮机和叶轮型压缩机组合在一个单元中，以形成上文以及下文中称为压缩机-涡轮机的物件。同样，电动马达和发电机组合在一个单元中，以形成上文以及下文中称为马达-发电机的物件。压缩机-涡轮机和马达-发电机直接或经由置于中间的传动装置联接到彼此。在设计压缩机-涡轮机时，利用叶轮的特性，借以，首先，在被来自高压侧且在高压下的流体的流动冲击时，其能够充当涡轮机且生成输出扭矩，且其次，在由驱动扭矩驱动时，其能够在压力增加的情况下自己生成流体流动且因此充当压缩机。因此对应叶轮的设计和在转子壳体中的流动引导必须为了用作压缩机-涡轮机允许两种预期使用。这可在压缩机-涡轮机的有利改进中借助于引导流动的导叶的固定或可变布置优化。在马达-发电机的设计中，利用三相电机的特性，借以，首先，当电压和电流施加到其时，其能够在驱动作用下操作为电动马达，且其次，在由外部扭矩驱动时，其能够自己生成电压和输出电流。用于用作马达-发电机的对应三相机器的设计因此必须允许两种预期使用。压缩机-涡轮机和马达-发电机的有利组合形成上文以及下文中称为回收增压器的物件，这有利地允许压缩机-涡轮机在两个流动方向上的操作，具体地，在由电动马达作用驱动时在升压器操作模式中作为压缩机，或作为涡轮机以便在回收操作模式中驱动发电机。另外的可能性在于将马达-发电机切换到空档状态，其对应于压缩机-涡轮机的空转状态且能够在标准操作模式中利用。根据本专利技术的用于根据上文描述的内燃发动机的增压设备的操作方法的特征在于，增压设备能够在操作期间以取决于内燃发动机的操作行为的方式并借助于阀布置和回收增压器的马达-发电机在标准操作模式或升压器操作模式或回收操作模式之间切换。如果在需要增加旋转速度或在存在内燃发动机的升高的负载的情况下，切换到增压设备的升压器操作模式，则压缩机涡轮机的高压侧借助于阀布置连接到新鲜空气供应管线，且同时，马达-发电机作为驱动马达操作，且新鲜空气经由压缩机-涡轮机的低压侧被吸入、被压缩和在升高的压力下被供给到废气涡轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有进气道（2）且具有废气道（3）的内燃发动机（1）的增压设备，所述增压设备具有：‑ 废气涡轮增压器（4），其具有布置在所述废气道（3）中的废气涡轮机（5），及具有低压侧（ND）和高压侧（HD）的新鲜空气压缩机（6），所述新鲜空气压缩机布置在所述进气道（2）中；‑ 新鲜空气供应管线（7），所述新鲜空气压缩机（6）在其低压侧（ND）上连接到所述新鲜空气供应管线，和‑ 增压空气供给管线（8），其将所述新鲜空气压缩机（6）的所述高压侧（HD）连接到所述内燃发动机（1）的增压空气歧管（9），其特征在于‑ 所述增压设备具有回收增压器（12），所述回收增压器具有带有高压侧（HD）和低压侧（ND）的压缩机‑涡轮机（13）且其具有联接到所述压缩机‑涡轮机的机电马达‑发电机（14），其中，所述压缩机‑涡轮机（13）的所述高压侧（HD）借助于阀布置在一侧可连接到所述新鲜空气供应管线（7）并在另一侧可连接到所述增压空气供给管线（8），且经由所述压缩机‑涡轮机的所述低压侧（ND），能够吸入新鲜空气质量流动（24）、或能够排放增压空气质量流动（24），‑ 其中，所述回收增压器（12）首先可以通过所述马达‑发电机（14）驱动的方式作为压缩机操作以用于增加在所述新鲜空气供应管线（8）中的所述新鲜空气质量流动（24）的压力，且其次可以通过所述增压空气质量流动（24）驱动的方式作为涡轮机操作以借助于所述马达‑发电机（14）用于能量回收，或者可空档操作。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.15 DE 102014220931.51.一种用于具有进气道（2）且具有废气道（3）的内燃发动机（1）的增压设备，所述增压设备具有：-废气涡轮增压器（4），其具有布置在所述废气道（3）中的废气涡轮机（5），及具有低压侧（ND）和高压侧（HD）的新鲜空气压缩机（6），所述新鲜空气压缩机布置在所述进气道（2）中；-新鲜空气供应管线（7），所述新鲜空气压缩机（6）在其低压侧（ND）上连接到所述新鲜空气供应管线，和-增压空气供给管线（8），其将所述新鲜空气压缩机（6）的所述高压侧（HD）连接到所述内燃发动机（1）的增压空气歧管（9），其特征在于-所述增压设备具有回收增压器（12），所述回收增压器具有带有高压侧（HD）和低压侧（ND）的压缩机-涡轮机（13）且其具有联接到所述压缩机-涡轮机的机电马达-发电机（14），其中，所述压缩机-涡轮机（13）的所述高压侧（HD）借助于阀布置在一侧可连接到所述新鲜空气供应管线（7）并在另一侧可连接到所述增压空气供给管线（8），且经由所述压缩机-涡轮机的所述低压侧（ND），能够吸入新鲜空气质量流动（24）、或能够排放增压空气质量流动（24），-其中，所述回收增压器（12）首先可以通过所述马达-发电机（14）驱动的方式作为压缩机操作以用于增加在所述新鲜空气供应管线（8）中的所述新鲜空气质量流动（24）的压力，且其次可以通过所述增压空气质量流动（24）驱动的方式作为涡轮机操作以借助于所述马达-发电机（14）用于能量回收，或者可空档操作。2.根据权利要求1所述的增压设备，其特征在于，所述压缩机-涡轮机（13）经由具有分支点（11e）的分支管线（11）借助于新鲜空气支路（11b）在新鲜空气支路连接点（11c）处连接到所述新鲜空气供应管线（7），且借助于增压空气支路（11a）在增压空气支路连接点（11d）处连接到所述增压空气供给管线（8），且在每种情况下，一个关闭阀（15a、15b、15c）布置在所述新鲜空气支路（11b）中和在所述增压空气支路（11a）中以及在沿新鲜空气质量流动（24）在所述新鲜空气支路连接点（11c）上游的所述新鲜空气供应管线（7）中，其中，在所述分支管线（11）中且经由所述压缩机-涡轮机（13）的新鲜空气质量流动（24）的流动方向能够通过所述关闭阀（15a、15b、15c）的对应阀设定切换。3.根据权利要求2所述的增压设备，其特征在于，在所述新鲜空气支路（11b）中的所述关闭阀（15b）和在所述新鲜空气供应管线（7）中的所述关闭阀（15c）被在所述新鲜空气支路连接点（11c）处的开关阀（16）替代。4.根据权利要求2所述的增压设备，其特征在于，在所述新鲜空气支路（11b）中的所述关闭阀（15b）和在所述增压空气支路（11a）中的所述关闭阀（15a）被在所述分支管线（11）的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏，W本德，
申请(专利权)人：大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE