用于内燃发动机的增压装置以及用于所述增压装置的操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于内燃发动机（1）的一种增压装置以及一种用于所述增压装置的操作方法。所述增压装置具有排气涡轮增压器（4）和再生增压器（12），其中，再生增压器（12）具有压缩机‑涡轮机（13）和机电式马达‑发电机（14），机电式马达‑发电机（14）联接到压缩机‑涡轮机（13）。此处，压缩机‑涡轮机（13）的高压侧（HD）和低压侧（ND）可经由管线连接和阀装置（15a‑d）连接到在排气涡轮增压器（4）的新鲜空气压缩机（6）的下游的增压空气供给管线（8），其中，所述再生增压器（12）可经由阀装置（15a‑d）和马达‑发电机（14）至少在增强操作模式和再生操作模式之间切换，其中，所述再生增压器可一方面在增强操作模式中以作为压缩机被马达‑发电机（14）驱动的方式来操作以便提高新鲜空气供应管线（8）中的压力，或者另一方面以作为涡轮机被增压空气流驱动的方式来操作以便经由马达‑发电机（14）进行能量回收。

Supercharging device for internal combustion engine and method of operation for said supercharging device

The present invention relates to a supercharging device for an internal combustion engine (1) and a method of operation for said supercharging device. The pressurizing device has a turbocharger (4) and regeneration (12), wherein the turbocharger, regenerative supercharger (12) with turbine compressor (13) and electromechanical motor generator (14), electromechanical motor generator (14) coupled to the turbine compressor (13). Here, turbine compressor (13) high side and low side (HD) (ND) can be connected via pipeline and valve device (15a d) connected to the exhaust turbocharger (4) fresh air compressor (6) pressurized air supply line downstream of the (8), among them, the regeneration of turbocharger (12) via a valve device (15a d) and motor generator (14) at least in enhanced switching, operation mode and operation mode between regeneration among them, the regeneration of turbocharger can be on the one hand, enhanced operating mode as the compressor is motor generator (14) driven way to operate in order to improve the fresh air supply pipeline (8) in the pressure, or on the other hand to operate through the motor as a generator to turbine is pressurized air flow driven way (14) energy recovery.

【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装置以及用于所述增压装置的操作方法
本专利技术涉及一种用于具有排气涡轮增压器的内燃发动机的增压装置，并且涉及一种用于所述增压装置的操作方法。
技术介绍
排气涡轮增压器越来越多地用于提高内燃发动机中的功率，尤其是机动车辆中的内燃发动机。在关于这一点的法律法规日益严格的背景下，本着如下目的来越来越普遍地使用排气涡轮增压器：在维持相同的功率水平或者甚至实现提高的功率水平的同时降低内燃发动机的结构尺寸和重量，并同时降低消耗，进而减少CO2排放。工作原理在于利用排气流中包含的能量来提高内燃发动机进气道中的压力，并由此实现将空气氧（Luft-Sauerstoff）充入燃烧室的改进，以便因此能够在每个燃烧过程中转化更多的燃料，例如汽油或柴油，也就是说提高内燃发动机的功率。出于此目的，排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排气道中，并且涡轮机具有被排气流驱动的涡轮机转子，压缩机布置在进气道中，并且压缩机具有压缩机转子，压缩机转子形成压力。涡轮机转子和压缩机转子以旋转相联的方式紧固到转子轴的相对端部，并因此形成涡轮增压器转子，涡轮增压器转子借助于其转子轴可旋转地安装，转子轴在布置于涡轮机和压缩机之间的轴承单元中。因此，借助于排气质量流来驱动涡轮机转子且进而经由转子轴驱动压缩机转子，并且因此利用排气能量来在进气道中形成压力。涡轮机和压缩机都是涡轮机械，并且根据物理定律涡轮机和压缩机各自取决于结构尺寸和设计具有最佳操作范围，最佳操作范围的特征在于各自转子的旋转速度、压力比以及质量通过量（Massedurchsatz）。与此相反，机动车辆中的内燃发动机的操作的特征在于负载和操作范围的动态变化。现在为了使排气涡轮增压器的操作范围能够适于内燃发动机的变化操作范围，并因此在尽可能没有显著减速（涡轮迟滞）的情况下确保期望的响应行为，则排气涡轮增压器被配置有另外的功能，例如排气侧或涡轮机侧上的所谓的可变涡轮几何（VTG）或废气门装置（WG）以及空气供给侧或压缩机侧上的超量空气再循环（Schubumluft）或排出（Abblas）装置。这些装置用作使迟缓行为最小化以及因此使减速的响应行为最小化，并且避免有害的操作状态。还已知：使用并联或顺序布置的多个涡轮增压器的组合或者使用以机械方式操作的或由电马达操作的另外的压缩机（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，以便有效提高处于所有旋转速度范围中的功率且尤其是在加速过程期间的功率，并且尤其是避免不期望的涡轮迟滞，涡轮迟滞由结合涡轮增压器转子的惯性的、涡轮增压器的低旋转速度范围中的过于低的增压压力而导致。所述类型的增压装置已被例如公开在DE10023022A1中，所述类型的增压装置具有常规的排气涡轮增压器以及关于涡轮增压器压缩机以串联或并联的方式布置在新鲜空气质量流中的辅助压缩机，所述辅助压缩机具有独立于排气流的驱动，例如电马达驱动。相比之下，在内燃发动机的功率快速下降的操作阶段中，也由于涡轮增压器的惯性，致使如下情况：压缩机功率存在过量，这可导致所谓的压缩机喘振。压缩机喘振指的是如下的操作状态，在所述操作状态中，已被压缩的空气以周期性的喘振经由压缩机转子从压缩机的高压侧回流，并且因此在进气道中产生不期望的振动。为了避免此类操作状态，例如借助于废气门装置来引导排气从而绕过涡轮增压器的涡轮机而进入排气道，并且已被压缩的新鲜空气在压缩机的下游被排出或经过超量空气再循环装置而膨胀并再循环到进气区域中。所述类型的超量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，可用能量未经利用地被排放到周围环境中，这对整体能量平衡以及因此对内燃发动机的效率具有不利地影响。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下目的：提出用于内燃发动机的一种增压装置以及用于所述增压装置的操作方法，所述增压装置和用于所述增压装置的操作方法既适合于在内燃发动机的加速或峰值负载阶段中借助于排气涡轮增压器来帮助形成增压压力，还适合于在内燃发动机的制动或低负载阶段期间在机动车辆的整体系统中利用或使得能够利用增压系统中的过量的能量，并由此提高内燃发动机的效率。所述目的借助于具有专利权利要求1的特征的增压装置并且借助于具有专利权利要求11的特征的用于所述增压装置的操作方法来实现。相应从属权利要求涉及有利的实施例和改进方案，它们可以单独使用，或者在它们不包括互斥方案的情况下可以以彼此组合的方式与本专利技术的主题一起使用。对应的内燃发动机不言而喻地具有进气侧和排气侧，内燃发动机经由进气侧吸入新鲜空气或燃料-新鲜空气混合物，内燃发动机经由排气侧释放燃烧后已生成的排气。所述类型的内燃发动机可以是单汽缸或多汽缸往复活塞式发动机，其使用燃料来运行，所述燃料例如汽油、柴油或可燃气体。根据本专利技术的用于内燃发动机的增压装置具有排气涡轮增压器，所述内燃发动机具有布置在其进气侧上的进气道和布置在其排气侧上的排气道，所述排气涡轮增压器具有排气涡轮机和新鲜空气压缩机，所述排气涡轮机布置在排气道中，所述新鲜空气压缩机具有低压侧和高压侧，所述新鲜空气压缩机布置在进气道中。所述新鲜空气压缩机在其低压侧上连接到新鲜空气供应装置，并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进气侧，例如经由节流瓣阀（Drosselklappenventil）和增压空气岐管连接到内燃发动机的进气侧，增压空气供给管线用于引导新鲜空气压缩机所产生的增压空气质量流。所述增压装置的区别之处在于另外布置了再生增压器（Rekuperationslader），再生增压器具有压缩机-涡轮机，压缩机-涡轮机具有高压侧和低压侧，并且再生增压器具有联接到所述压缩机-涡轮机的机电式马达-发电机。此处，压缩机-涡轮机经由管线连接和阀装置联接到增压空气供给管线，使得再生增压器能够取决于阀装置的设置以如下方式来操作：至少第一，在增强操作模式（Verstärkerbetriebsart）中，以作为压缩机被马达-发电机驱动的方式来操作以便提高增压空气供给管线中的增压空气质量流的压力；并且第二，在再生操作模式（Rekuperationsbetriebsart）中，以作为涡轮机被增压空气质量流驱动的方式来操作以便借助于马达-发电机来进行能量回收。此外，可以被设置成：在标准操作模式中，马达-发电机能够被切换成中性状态（neutral），即在效果上切换成空载操作，并且增压空气质量流从排气涡轮增压器的新鲜空气压缩机被直接地引导到内燃发动机的进气侧。此处，用语“再生增压器”应理解为意指一装置，所述装置将连接有发电机的叶轮式涡轮机与连接有电马达的叶轮式压缩机组合成一个装置。因此，叶轮式涡轮机和叶轮式压缩机被组合成一个转子和相关联的壳体以构成上面还有下面作为单元被称为压缩机-涡轮机的装置。同样地，电马达和发电机被组合成一个三相机器以构成上面还有下面作为单元被称为马达-发电机的装置。压缩机-涡轮机和马达-发电机直接地或经由置于中间的传动装置联接到彼此，并且构成作为单元的再生增压器。在设计压缩机-涡轮机时，利用了叶轮的特性，借此，第一，当受到来自高压侧的处于升高的压力的流体的流的冲击时，它们能够充当涡轮机并产生输出转矩；以及，第二，当被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃发动机（1）的增压装置，所述内燃发动机（1）具有进气侧（9），并且具有排气侧（19），并且具有布置在所述进气侧（9）上的进气道（2），以及具有布置在所述排气侧上的排气道（3），所述增压装置具有：‑ 排气涡轮增压器（4），所述排气涡轮增压器（4）具有排气涡轮机（5）和新鲜空气压缩机（6），所述排气涡轮机（5）布置在所述排气道（3）中，所述新鲜空气压缩机（6）具有低压侧（ND）和高压侧（HD），所述新鲜空气压缩机（6）布置在所述进气道（2）中；‑ 新鲜空气供应装置（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装置（7），以及‑ 增压空气供给管线（8），所述增压空气供给管线（8）将所述新鲜空气压缩机（6）的高压侧（HD）连接到所述内燃发动机（1）的进气侧，以用于引导由所述新鲜空气压缩机（6）产生的增压空气质量流（26）的目的，其特征在于：‑ 所述增压装置具有再生增压器（12），所述再生增压器（12）具有压缩机‑涡轮机（13）并且所述再生增压器（12）具有机电式马达‑发电机（14），所述压缩机‑涡轮机（13）具有高压侧（HD）和低压侧（ND），所述机电式马达‑发电机（14）联接到所述压缩机‑涡轮机，并且在于：‑ 所述压缩机‑涡轮机（13）借助于管线连接（11a、11b、11e）和阀装置（15a‑15e）以一方式联接到所述增压空气供给管线（8），使得：所述再生增压器（12）能够取决于所述阀装置（15a‑15e）的设置以如下方式来操作：至少第一，在增强操作模式中，以作为压缩机被所述马达‑发电机（14）驱动的方式来操作以便提高所述增压空气供给管线（8）中的所述增压空气质量流（26）的压力；并且第二，在再生操作模式中，以作为涡轮机被所述增压空气质量流（26）驱动的方式来操作以便借助于所述马达‑发电机（14）来进行能量回收。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.24 DE 102014223891.91.一种用于内燃发动机（1）的增压装置，所述内燃发动机（1）具有进气侧（9），并且具有排气侧（19），并且具有布置在所述进气侧（9）上的进气道（2），以及具有布置在所述排气侧上的排气道（3），所述增压装置具有：-排气涡轮增压器（4），所述排气涡轮增压器（4）具有排气涡轮机（5）和新鲜空气压缩机（6），所述排气涡轮机（5）布置在所述排气道（3）中，所述新鲜空气压缩机（6）具有低压侧（ND）和高压侧（HD），所述新鲜空气压缩机（6）布置在所述进气道（2）中；-新鲜空气供应装置（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装置（7），以及-增压空气供给管线（8），所述增压空气供给管线（8）将所述新鲜空气压缩机（6）的高压侧（HD）连接到所述内燃发动机（1）的进气侧，以用于引导由所述新鲜空气压缩机（6）产生的增压空气质量流（26）的目的，其特征在于：-所述增压装置具有再生增压器（12），所述再生增压器（12）具有压缩机-涡轮机（13）并且所述再生增压器（12）具有机电式马达-发电机（14），所述压缩机-涡轮机（13）具有高压侧（HD）和低压侧（ND），所述机电式马达-发电机（14）联接到所述压缩机-涡轮机，并且在于：-所述压缩机-涡轮机（13）借助于管线连接（11a、11b、11e）和阀装置（15a-15e）以一方式联接到所述增压空气供给管线（8），使得：所述再生增压器（12）能够取决于所述阀装置（15a-15e）的设置以如下方式来操作：至少第一，在增强操作模式中，以作为压缩机被所述马达-发电机（14）驱动的方式来操作以便提高所述增压空气供给管线（8）中的所述增压空气质量流（26）的压力；并且第二，在再生操作模式中，以作为涡轮机被所述增压空气质量流（26）驱动的方式来操作以便借助于所述马达-发电机（14）来进行能量回收。2.如权利要求1所述的增压装置，其特征在于，所述压缩机-涡轮机（13）的低压侧（ND）至少经由低压分支管线（11a）和第一阀装置（15a）在第一增压空气分支点（8a）处连接到所述增压空气供给管线（8），并且所述压缩机-涡轮机（13）的高压侧（HD）至少经由高压分支管线（11b）和第二阀装置（15b）在第二增压空气分支点（8b）处连接到所述增压空气供给管线（8），所述第二增压空气分支点（8b）在所述第一增压空气分支点（8a）的下游，其中，所述增压空气供给管线（8）能够借助于所述第一或第二阀装置（15a、15b）或至少一个另外的阀装置（15c）在所述第一增压空气分支点（8a）和所述第二增压空气分支点（8b）之间被切断。3.如权利要求2所述的增压装置，其特征在于，连接到所述新鲜空气供给管线（7）的再循环管线（16a）和排出口（16）经由上述第一阀装置（15a）或另一阀装置（15d）在低压分支点（11c）处连接到所述低压分支管线（11a），所述低压分支点（11c）在所述第一增压空气分支点（8a）和所述压缩机-涡轮机（13）的低压侧（ND）之间。4.如权利要求3所述的增压装置，其特征在于，所述第一阀装置（15a）是切换阀（15a），其布置在所述低压分支点（11c）处，其中：-在使得从所述第一增压空气分支点（8a）到所述压缩机-涡轮机（13）的低压侧（ND）的通路被关闭的一阀位置中，从所述压缩机-涡轮机（13）的低压侧（ND）到所述排出口（16）或所述再循环管线（16a）的通路被打开，并且，-在使得从所述第一增压空气分支点（8a）到所述压缩机-涡轮机（13）的低压侧（ND）的通路被打开的另一阀位置中，到所述排出口（16）或所述再循环管线（16a）的通路被关闭。5.如权利要求3或4所述的增压装置，其特征在于，所述第二阀装置（15b）是切换阀（15b），其布置在所述第二增压空气分支点（8b）处，其中：-在使得所述增压空气供给管线（8）到所述内燃发动机（1）的进气侧（9）的通路被打开的一阀位置中，从所述增压空气供给管线（8）到所述高压分支管线（11b）的通路被至少部分地关闭，并且-在使得所述增压空气供给管线（8）到所述内燃发动机（1）的进气侧（9）以及到所述高压分支管线（11b）的通路被关闭的另一阀位置中，从所述高压分支管线（11b）到所述内燃发动机（1）的进气侧（9）的通路被打开，并且-在使得所述增压空气供给管线（8）的从所述新鲜空气压缩机（6）的高压侧（HD）到所述高压分支管线（11b）的通路被打开的另一阀位置中，所述增压空气供给管线（8）到所述内燃发动机（1）的进气侧（9）的通路被至少部分地关闭。6.如权利要求2所述的增压装置，其特征在于，设置增压空气旁通管线（11d），所述增压空气旁通管线（11d）在一侧处在第三增压空气分支点（8c）处连接到所述增压空气供给管线（8），所述第三增压空气分支点（8c）在所述第一增压空气分支点（8a）的上游，并且所述增压空气旁通管线（11d）在另一侧处经由上述第二阀装置（15b）或另一阀装置（15d）在高压分支点（11e）处连接到所述高压分支管线（11b），并且在于，所述增压空气供给管线（8）能够借助于上述第一阀装置（15a）或另一阀装置（15e）从所述第一增压空气分支点（8a）朝向所述第三增压空气分支点（8c）被切断。7.如权利要求6所述的增压装置，其特征在于，所述第一阀装置（15a）是切换阀（15a），其布置在所述第一增压空气分支点（8a）处，其中，-在使得从所述第一增压空气分支点（8a）朝向所述低压分支管线（11a）的通路被关闭的一阀位置中，所述增压空气供给管线（8）的从所述新鲜空气压缩机（6）的高压侧（HD）到所述内燃发动机（1）的进气侧（9）的通路被打开，并且-在使得从所述第一增压空气分支点（8a）朝向所述内燃发动机（1）的进气侧（9）的通路被关闭的另一阀位置中，从所述新鲜空气压缩机（6）的高压侧（HD）朝向所述低压分支管线（11a）的通路被打开，并且-在使得所述增压空气供给管线（8）的从所述第一增压空气分支点（8a）朝向所述新鲜空气压缩机的高压侧（HD）的通路被关闭的另一阀位置中，从所述低压分支管线（11a）朝向所述进气侧（9）的通路被打开。8.如权利要求6或7所述的增压装置，其特征在于，所述第二阀装置（15b）是切换阀（15b），其布置在所述高压分支点（11e）处，其中：-在使得从所述增压空气旁通管线（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：J埃尔哈德，N阿尔哈桑，张宏，
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