双端电动机械增压器制造技术

本公开提供了“双端电动机械增压器”。提供了用于包括电动机械增压器的复式增压发动机的方法和系统。在一个示例中，所述电动机械增压器可为双端的，其中压缩机布置在电动马达的任一侧上并经由轴旋转地联接到所述电动马达。所述电动机械增压器可配置为经由适配有旁通阀的旁路通道向双级涡轮增压系统提供增压辅助。

Double-ended electromechanical supercharger

【技术实现步骤摘要】
双端电动机械增压器
本说明书总体涉及用于控制涡轮增压车辆发动机以改善发动机瞬态响应并降低压缩机喘振和扼流的可能性的方法和系统。
技术介绍
电动机械增压器(也称为机械增压器、增压辅助装置或电增压器(E-booster))可适合涡轮增压发动机系统，以在某些发动机工况或车辆工况期间减少涡轮迟滞并增加发动机的功率输出。具体地，在涡轮增压器可能难以提供期望的压缩时的低发动机转速期间，电动机械增压器可有助于对进气增压。虽然涡轮增压器包括由排气涡轮机械驱动的压缩机，但电动机械增压器包括由马达电气驱动的压缩机。电动机械增压器可在可称为复式增压配置的配置中与涡轮增压器串联或并联地分级，在复式增压配置中，可使用电动机械增压器来提高涡轮增压器的瞬态性能。通过将电动机械增压器联接到涡轮增压柴油发动机或汽油发动机，可减小发动机的尺寸而不损害峰值功率和扭矩性能。在发动机可配置有两个气缸组的V6或V8发动机中，可使用双级涡轮增压器。在这样的系统中，每个涡轮增压器都可联接到气缸组中的一个的排气歧管，从而依赖于在燃烧期间生成的排气来驱动涡轮增压器涡轮的旋转。Banker等人在U.S.2011\0265771中示出了具有两个并联涡轮增压器的双涡轮增压发动机的示例。其中，发动机系统被示出为具有双级并联涡轮增压器，以改善供应给具有双气缸组的发动机的增压。双级涡轮增压器上游的空气进气道分成两个并联的进气道，该两个进气道包括两个涡轮增压器压缩机。因此，涡轮增压器为每个气缸组提供增压。在U.S.2011\0265771中所描述的发动机系统还包括：低压排气再循环(LP-EGR)回路，其将每个气缸组的排气歧管联接到压缩机上游的进气道；以及高压EGR(HP-EGR)通路，其将每个气缸组的排气歧管联接到涡轮增压器压缩机下游的进气道。EGR允许降低排气中的不期望的燃烧副产物诸如NOx和微粒的浓度。从气缸流过排气歧管的排气可从排气涡轮转移到EGR回路，或者在通过后处理装置(诸如催化剂)之后通过废气门引导到大气中。可取决于车辆工况，在上述路径的组合之间选择性地分配气体流。排气驱动的涡轮增压器可配置为可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮的喷嘴可具有改变涡轮喷嘴的横截面积的叶片，从而调整涡轮的旋转速度和输送到发动机的增压的量。VGT还可用于通过由于涡轮喷嘴流动区域变窄或变宽而增大或减小排气歧管压力来控制EGR。因此，VGT的效率可能会影响EGR流。例如，在发动机瞬态过程期间，可调整涡轮喷嘴以减小喷嘴的流动面积，从而增加EGR流速，这可能会导致排气排放物中的NOx减少。除了减少涡轮迟滞外，电动机械增压器还可通过在排气涡轮增压器不能满足增压需求时，补充由排气涡轮增压器提供的增压来在发动机瞬态过程期间进行辅助。然而，电气机械增压器在排气涡轮增压器上游的典型定位可能导致额外的复杂性。作为示例，电气机械增压器通常在涡轮增压器压缩机的限制流量范围(诸如喘振和扼流区域)内操作。例如，当驾驶员踩下加速器踏板时，可能发生压缩机喘振，这导致空气流量减少并导致在高压比(PR)下通过压缩机的前向流减少。在另一示例中，喘振可能部分地由高水平的冷却EGR引起，高水平的冷却EGR增大了压缩机压力同时减少了通过压缩机的质量流量。当压缩机转速的增加使流速的增加减小时，可能在高流量时遭遇压缩机扼流。当压缩机中的任一点的流量达到扼流状态时，流速不可能进一步增加。这种状态表示随压力比的变化而变化的最大压缩机体积流量。作为一个示例，当驾驶员从部分负载或空转状态踩加速器踏板进入高负载状态时，诸如当在负载情况下走上坡路时，可能发生扼流。为了使可能发生涡轮增压器压缩机的稳定操作的质量流量范围变宽，可增大机械增压器的压缩机轮的直径。然而，增大压缩机轮直径可能导致机械增压器压缩机出口处的压力更高以及因此涡轮增压器压缩机入口处的压力更高，从而降低涡轮增压器压缩机的效率。已经开发了各种方法来解决由于与机械增压器联接而导致的涡轮增压器低效率。Rutschmann等人在U.S.2016\0258348中示出了解决该问题的一种示例方法。其中，公开了由排气涡轮增压器增压的内燃发动机，其中电动机械增压器布置在涡轮增压器的下游。机械增压器位于主进气道的旁路中，并且可通过关闭主进气道中的止回阀来转移通过主进气道的气流。然后，当止回阀关闭时，可另外由机械增压器压缩未被涡轮增压器压缩机充分增压的空气。当来自涡轮增压器压缩机的增压压力与所请求量的增压或扭矩匹配时，打开止回阀，关闭机械增压器的电动马达，并使空气直接从涡轮增压器压缩机输送到节流阀。因此，机械增压器帮助涡轮增压器满足增压需求，同时使能量消耗最小化。此外，由电气机械增压器提供的增压辅助可适合在机械增压器上游具有多于一个涡轮增压器的系统。然而，本文中的专利技术人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，在具有双气缸组的发动机中，可能希望将双级涡轮增压器中的每一个与电气机械增压器联接，从而将增压空气引导到气缸组中的一个，以避免进气道的麻烦的合并和分路。然而，将两个机械增压器结合在车辆前端会导致成本更高并且容纳这些装置的空间需求更大。独立操作的机械增压器的同步可能带来控制的复杂性以及不期望的气流响应。此外，机械增压器的部件寿命可能受到由其配置引起的施加在机械增压器上的摩擦力的限制。传统的电气机械增压器包括经由轴联接到压缩机轮的电动马达。机械增压器的不对称布置可能导致在轴向方向上(例如，在从压缩机轮朝向电动马达的方向上)出现不平衡的摩擦力或推力。使用推力轴承来补偿推力，并且机械增压器的有效寿命可基于推力轴承降级到推力轴承可能不再缓解推力的点。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可通过一种用于机械增压器的方法来解决，该机械增压器包括：电动马达，其包括第一输出轴和第二输出轴，该第一输出轴和第二输出轴位于电动马达的相对侧上并且共用共同的旋转轴线；第一压缩机，其可旋转地联接到第一轴；以及第二压缩机，其可旋转地联接到第二轴。以这种方式，单个电动马达可同时驱动双端电气机械增压器(或机械增压器)的两个压缩机轮的旋转，以向双级排气涡轮增压器提供增压辅助。作为一个示例，发动机系统包括双端机械增压器，该双端机械增压器在来自涡轮增压器压缩机出口的空气通道合并成单个通道之处的下游的位置处布置在双级排气涡轮增压器的下游。机械增压器被配置为双端机械增压器，其中第一输出轴和第二输出轴从单个电动马达的相对侧延伸。第一压缩机轮联接到第一输出轴，并且第二压缩机叶轮以对称配置的方式联接到第二输出轴，以使推力沿着轴向方向平衡。机械增压器可位于旁路通道中，该旁路通道联接到双级涡轮增压器下游的主进气道。旁通阀可设置在进气道中，当基于发动机工况而被命令关闭时，旁通阀将气流转移到旁路通道。例如，控制器可响应于由涡轮增压器压缩机提供的增压足以满足增压需求的低发动机负载而命令旁通阀关闭。通过关闭旁通阀，进气经由主进气道直接从涡轮增压器压缩机流到发动机气缸。以这种方式，通过将机械增压器配置为具有由单个电动马达驱动的两个压缩机，双端机械增压器的两个压缩机自动同步，从而与具有联接到双级涡轮系统的不同涡轮增压器的两个不同电动机械增压器的配置相比降低了控制的复杂性。通过将两个压缩机结合到单个机械增压器上，降低了成本并且可更好地满足增压发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机系统，其包括：发动机；第一压缩机，所述第一压缩机由排气涡轮机驱动；进气道，所述进气道包括所述第一压缩机和旁通阀；第二压缩机，所述第二压缩机包括两个对称叶轮，所述两个对称叶轮经由输出轴联接到电动马达的相对端；以及旁路通道，所述旁路通道包括所述第二压缩机，所述旁路通道的入口联接到所述旁通阀上游和所述第一压缩机下游的所述进气道，并且所述旁路通道的出口联接到所述旁通阀下游的所述进气道。

【技术特征摘要】
2018.01.23 US 15/878,2121.一种发动机系统，其包括：发动机；第一压缩机，所述第一压缩机由排气涡轮机驱动；进气道，所述进气道包括所述第一压缩机和旁通阀；第二压缩机，所述第二压缩机包括两个对称叶轮，所述两个对称叶轮经由输出轴联接到电动马达的相对端；以及旁路通道，所述旁路通道包括所述第二压缩机，所述旁路通道的入口联接到所述旁通阀上游和所述第一压缩机下游的所述进气道，并且所述旁路通道的出口联接到所述旁通阀下游的所述进气道。2.如权利要求1所述的系统，其中所述旁路通道的所述入口位于所述第二压缩机的所述两个叶轮中的第一个的第一入口和所述第二压缩机的所述两个叶轮中的第二个的第二入口的汇合处的上游，并且其中所述旁路通道的所述出口位于所述两个叶轮中的所述第一个的第一出口和所述两个叶轮中的所述第二个的第二出口的另一汇合处的下游。3.如权利要求1所述的系统，其还包括控制器，所述控制器具有存储在非暂态存储器上的计算机可读指令，用于基于驾驶员扭矩需求和涡轮转速来调整所述旁通阀的位置。4.如权利要求3所述的系统，其中所述调整包括：响应于所述驾驶员扭矩需求的增加，当所述涡轮转速高于阈值转速时，打开所述旁通阀以经由所述第一压缩机向所述发动机提供压缩空气；以及当所述涡轮转速低于所述阈值转速时，关闭所述旁通阀以经由所述第二压缩机的所述两个叶轮中的每一个向所述发动机提供压缩空气。5.如权利要求4所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的另外的指令：在关闭所述旁通阀之后，基于驾驶员扭矩需求的所述增加来调整所述电动马达的输出，其中所述电动马达的所述输出同时以共同的转速旋转所述两个叶轮中的每一个。6.如权利要求5所述的系统，其中所述控制器包括用于进行以下操作的另外的指令：选择性地关闭所述旁通阀并增加所述电动马达的输出，同时响应于跨所述第一压缩机的压力比在所述第一压缩机的喘振极限或扼流极限的阈值内而经由所述第一压缩机使压缩空气流到所述发动机。7.如权利要求6所述的系统，其中所述排气涡轮为位于所述发动机的排气道中的可变几何涡轮，其中所述系统还包括用于使排气从所述涡轮的上游的所述排气道再循环到所述旁路通道的所述出口的下游的所述进气道的高压排气再循环(HP-EGR)通道，并且其中所述控制器包括用于进行以下操作的另外的指令：调整所述可变几何...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾涛，丹尼尔·威廉·坎特罗，胡良军，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US