[发明专利]车辆用增压器组件及其控制单元、操作方法和车辆

说明书

技术领域

本发明涉及增压器组件，并且特别涉及用于内燃发动机的增压器组件。本发明的各方面涉及增压器组件、控制单元、方法以及车辆。

背景技术

废气驱动涡轮增压器通常设置用于内燃发动机，以通过增大发动机进气歧管中的空气的压力、温度和密度来改进内燃发动机的性能，该发动机进气歧管用于将燃料/空气混合物供给至发动机缸体。这使得可以在发动机的每个循环中燃烧更多的燃料，从而增大动力输出。废气驱动涡轮增压器利用包括在发动机废气中的、可能被浪费的能量，并且因此可以有助于发动机的总体效率的改进。然而，单级涡轮增压器在与较低的发动机操作速度相关联的较低的废气流动速率方面不是特别有效。这导致了“涡轮迟滞”的问题，即在驾驶员要求动力与发动机传送所需响应之间的明显的延迟，这是由于发动机速度需要在涡轮增压器有效地操作之前上升至某一程度。这些问题在一定程度上可以通过使用多级涡轮增压器得到缓解。

替代性解决方案提供了一种除涡轮增压器之外的增压器。该增压器由发动机机械地驱动，以在发动机以低速运行使得涡轮增压器不起作用时执行提高进气歧管中的空气的压力、温度和密度的相同任务。增压器在驾驶员要求动力时接合以大致增大允许进入到发动机的空气体积。通过适当地加燃料，增压器可以消除涡轮迟滞。额外的益处是空气流的立即增大使涡轮增压器叶轮与其他情况相比更快地加速。然而，在增压器由发动机机械地驱动时，增压器增大了发动机上的载荷并且从而增大了燃料消耗。因此，一旦涡轮增压器有效工作，则增压器可以停用。

已经开发了用于顺序且同时操作增压器和涡轮增压器的控制策略，以提供发动机性能和发动机响应的所需范围。

增压器可以由车辆发动机直接驱动，但是该布置一旦在安装外壳例如由于发动机配装至不同的发动机室而变化时往往是不可改变的。因此，已经提出经由车辆发电机的电枢来机械地驱动增压器，这提供了在发动机室内的不同的安装可能性。

在一种布置中，增压器与车辆发电机共轴地安装，而车辆发动机通过车辆发动机由安装在联接至发电机的滑轮上的多个三角带驱动。发电机为车辆提供能量，并且发电机的电枢经由行星齿轮箱机械地联接至增压器，以提供增大了增压器相对于发电机的速度的共轴布置。

行星齿轮箱由外齿环或内齿环、在下文被简称为行星齿轮的多个内行星齿轮以及中心齿轮或太阳齿轮构成。太阳齿轮位于内齿环的中央，其中，行星齿轮位于太阳齿轮与内齿环之间并且与太阳齿轮和内齿环两者啮合。行星齿轮附接至共用的行星架，该共用的行星架保持行星齿轮与太阳齿轮和内齿环的相对位置。在行星架在内齿环保持静止时旋转的情况下，使得行星齿轮绕内齿环的内表面旋转。在行星齿轮旋转时，这又使太阳齿轮以由齿轮比确定的速度旋转。替代性地，行星架可以保持就位，在这种情况下，使内齿环旋转引起太阳齿轮旋转。以此方式，行星齿轮箱提供了产生所需速度的共轴布置。

车辆发动机操作的速度能够在例如500转每分钟(rpm)至7000转每分钟(rpm)的范围内变化。在行星架保持静止的情况下，上述布置通过来自滑轮的3:1的增大以及来自行星齿轮箱的10:1的增大的组合而产生了约30:1的速度的增大。因此，该布置中的增压器叶轮的预期操作范围为15,000rpm至210,000rpm。然而，为了达到最佳性能，期望保持增压器叶轮的旋转速度在操作期间处于相对恒定的水平，通常处于约120,000rpm。

为此，已经提出将行星齿轮箱的行星架联接至电动马达。通过根据需要驱动该马达向前或向后运转，增压器的速度可以调节至其最优水平。用于增压器马达的动力由车辆发电机提供，该车辆发电机的规格必然增大。该布置提供了驱动增压器的主要工作是由车辆发动机执行的益处，而电动马达仅提供微调作用。增压器的动力需求使得试图在车辆环境中孤立地使用电动马达来驱动增压器是不切实际的。

在增压器与涡轮增压器组合使用的情况下，增压器主要在发动机以低速运转时——例如在车辆开始行驶时——工作。一旦发动机速度足够，涡轮增压器就取代增压器，由于这节省能源需求。在上述布置中，增压器直接连接至发电机，并且增压器因而恒定地驱动，即使在不使用时也是如此。然而，增压器可以通过例如使传送侧通向大气而进行空转。这减少了增压器叶轮上的载荷，并且因此进而减小了增压器在空转时吸入的能量。

然而，该布置具有下述缺点：增压器永久地连接至发电机电枢，并且因而增压器即使在停用时也吸收一些能量。已知的是，在新的车辆设计和制造中，能量效率是关键考虑的因素，并且因此，可以减小消耗的任何措施都是重要的。