【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种内燃机的增压系统和一种用于向内燃机的气缸提供升压空气的方法。
技术介绍
1、为了优化纯燃烧动力车辆和包括内燃机和电驱动装置的混合动力车辆两者中的现代内燃机(燃机或内燃机)的性能，所谓的涡轮增压器在现有技术中是众所周知的。该涡轮增压器增加了气缸的进气空气的密度，并且因此也增加了对气缸的填充。涡轮增压器通常使用在气缸的排气冲程期间排出的排气质量流的能量来操作。能量由涡轮机从排气质量流提取，并且经由公共轴传递到相应的压缩机以用于压缩进气空气。
2、为了进一步增加增压空气(升压空气)的密度并且随之还增加内燃机的功率密度，可在压缩机的下游设置升压空气冷却器。较冷的增压空气减少了汽油发动机的爆震趋势，从而可应用就燃烧重心而言的最佳点火正时。这导致燃烧效率提高并且燃油消耗降低。
3、例如，在专利文献us2011/209473 a1中公开了这种系统。专利文献de 10 2019006 517a1公开了一种带有排气涡轮增压器的内燃机，该排气涡轮增压器包括涡轮机、压缩机和中间冷却器，其中驱动发电机的另一涡轮机也设置在中间冷却器的下游。
4、专利文献de 10 2011 018 570 a1公开了一种发动机，在操作期间借助于压缩机向该发动机供应压缩空气。压缩机作为涡轮增压器由从内燃机排出的排气驱动，其中经由压缩机提供的空气比发动机所需的空气多。过量空气经由驱动发电机的涡轮机膨胀并且反馈到压缩机的上游。
5、此外，专利说明书de 10 2010 035 085 b4公开了一种带有内燃机的
技术实现思路
1、考虑到所描述的现有技术，本专利技术的目的是提供一种用于内燃机的增压系统，该增压系统进一步增加了内燃机的功率密度，并且同时能够实现系统的紧凑设计。本专利技术的目的还在于提供一种用于向内燃机的气缸提供升压空气的对应方法。
2、该目的通过如下所述的增压系统和用于为内燃机的气缸提供升压空气的方法来实现。本专利技术有利的进一步发展包含在以下优选的、替代的或有利的实施方案中。在这一点上，应当注意，在说明书中作为根据本专利技术的设备的有利实施方案公开的本专利技术的配置相应地同样作为根据本专利技术的方法的有利实施方案公开。
3、根据本专利技术的增压系统包括压缩机，该压缩机被配置成压缩进气空气并且产生比内燃机的增压压力高的压力。增压压力被理解为所述进气空气具有的用于填充气缸的进气空气的压力。因此，当气缸被填充时，进气空气被压缩至比内燃机的升压空气的压力水平高的压力水平。增压系统还包括第一能量回收涡轮机，该第一能量回收涡轮机被配置成从自气缸排出的排气质量流回收能量，其中压缩机和第一能量回收涡轮机一起设置在第一轴上，并且所回收的能量因此直接传递到压缩机。根据本专利技术的增压系统还包括冷却涡轮机，该冷却涡轮机被配置成膨胀并且因此也冷却由压缩机压缩至气缸所需的增压压力的(进气)空气。还提供了第二能量回收涡轮机，类似于第一能量回收涡轮机，该第二能量回收涡轮机被配置成从自气缸排出的排气质量流回收能量，其中第一能量回收涡轮机和第二能量回收涡轮机优选地并联设置，并且排气质量流因此分离，以便操作两个能量回收涡轮机。第二能量回收涡轮机和冷却涡轮机设置在公共的第二轴上。根据本专利技术，第二轴联接到至少一个能量变换器(energiesenke)。在本申请的上下文中，能量变换器旨在被理解为可接收和消耗或存储轴的旋转能量的能量消耗器或能量存储器。因此，联轴器旨在被理解为允许传递轴能量的连接件。还优选地提供能量转换器，该能量转换器将第二轴的旋转能量转换成电能，例如，以便使该旋转能量可用。
4、与现有技术相比，根据本专利技术的增压系统能够实现对升压空气的附加冷却，并且因此能够进一步增加内燃机的功率密度，其中用于该目的的附加能量可在很大程度上再次可用。同时，带有两个轴的增压系统能够实现紧凑且高效的布置。
5、在本专利技术的有利实施方案中，除了冷却涡轮机之外，增压系统还包括升压空气冷却器，该升压空气冷却器被配置成冷却由压缩机压缩的空气。该升压空气冷却器优选地设置在压缩机与冷却涡轮机之间。升压空气冷却器提供了进一步冷却升压空气的有效方式。升压空气冷却器还可通过在第二轴处产生的能量来操作。
6、在本专利技术的另一有利实施方案中，冷却涡轮机被配置成膨胀和冷却压缩空气，使得当压缩空气在压缩机上游被吸入时，压缩空气的温度等于或优选地低于进气空气的环境温度。这使得能够进一步增加功率密度。
7、此外，第二轴与能量变换器优选地直接联接到传动系，特别是内燃机的齿轮传动装置。替代地或附加地，特别是借助于行星齿轮机械地实现第二轴与能量变换器之间的联接。机械联接(特别是借助于行星齿轮)是一种紧凑、便宜且持久的传递动力的方式。
8、在本专利技术的优选实施方案中，第二轴与能量变换器的联接发生在冷却涡轮机与第二能量回收涡轮机之间。因此，在行星齿轮作为联轴器的实施方案中，所述行星齿轮位于冷却涡轮机与第二能量回收涡轮机之间的第二轴上。以这种方式布置联接器使得能够减少安装第二轴所涉及的工作量并且使轴的长度最小化。
9、替代地，本专利技术的实施方案也是能够想到的，在该实施方案中第二轴与能量变换器的联接设置在冷却涡轮机和第二能量回收涡轮机的外部，特别是在冷却涡轮机的一侧上。
10、进一步优选的是，本专利技术的实施方案包括空气过滤器，该空气过滤器在压缩机的压缩级之前过滤进气空气。这使得能够确保没有有害杂质进入压缩机和冷却级或甚至气缸。
11、根据本专利技术的用于为内燃机的气缸提供升压空气的方法首先包括压缩进气空气的步骤，在该步骤中待压缩的空气由压缩机压缩至比内燃机的增压压力高的压力。然后，压缩空气膨胀至增压压力并且由至少一个冷却涡轮机冷却。压缩空气优选地由升压空气冷却器冷却，特别是在被冷却涡轮机冷却之前，并且然后才进入冷却涡轮机。此外，借助于第一能量回收涡轮机和第二能量回收涡轮机从排气质量流回收能量，其中由第一能量回收涡轮机回收的能量用于操作压缩机。根据本专利技术，第二能量回收涡轮机和冷却涡轮机还将能量传递到第二轴，并且第二轴的然后作为旋转能量存在的能量被传递到能量变换器。
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1.一种用于具有至少一个气缸(12)的内燃机(10)的增压系统(20)，包括压缩机(22)，所述压缩机被配置成压缩进气空气(41)并且在所述气缸(12)被填充时产生比升压空气(44)的增压压力高的压力，
2.根据前一权利要求所述的增压系统(20)，其中除了所述冷却涡轮机(24)之外，所述增压系统(20)还包括升压空气冷却器(23)，所述升压空气冷却器被配置成冷却由所述压缩机(22)压缩的所述空气(42)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述升压空气冷却器(23)设置在所述压缩机(22)与所述冷却涡轮机(24)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述冷却涡轮机(24)被配置成膨胀和冷却所述压缩空气(42)，使得所述压缩空气(42)的温度等于或优选地低于所述进气空气(41)的环境温度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述第二轴(32)与能量变换器联接到传动系。
6.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述第二轴(32)与所述能量变
7.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述第二轴(32)与所述能量变换器之间的所述联接发生在所述冷却涡轮机(24)与所述第二能量回收涡轮机(26)之间。
8.根据前述权利要求1至6中任一项所述的增压系统(20)，其中所述第二轴(32)与所述能量变换器之间在所述冷却涡轮机(24)的一侧上的所述联接发生在所述第二轴(32)上的位于所述冷却涡轮机(24)与所述第二能量回收涡轮机(26)之间的一部分的外部。
9.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述系统还包括空气过滤器(21)，所述空气过滤器被配置成过滤所述进气空气。
10.一种用于为内燃机(10)的气缸(12)提供升压空气(44)的方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于具有至少一个气缸(12)的内燃机(10)的增压系统(20)，包括压缩机(22)，所述压缩机被配置成压缩进气空气(41)并且在所述气缸(12)被填充时产生比升压空气(44)的增压压力高的压力，
2.根据前一权利要求所述的增压系统(20)，其中除了所述冷却涡轮机(24)之外，所述增压系统(20)还包括升压空气冷却器(23)，所述升压空气冷却器被配置成冷却由所述压缩机(22)压缩的所述空气(42)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述升压空气冷却器(23)设置在所述压缩机(22)与所述冷却涡轮机(24)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述冷却涡轮机(24)被配置成膨胀和冷却所述压缩空气(42)，使得所述压缩空气(42)的温度等于或优选地低于所述进气空气(41)的环境温度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的增压系统(20)，其中所述第二轴(...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·谢布利，D·维歇尔豪斯，
申请(专利权)人：保时捷股份公司，
类型：发明
国别省市：
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