[发明专利]具有集成单向离合器和发动机的电气辅助涡轮增压器和利用其的车辆

说明书

一种涡轮增压器包括被配置为将扭矩传递给驱动轴的涡轮机叶轮、被配置为由从动轴驱动的压缩机叶轮、可操作地连接驱动轴和从动轴，使得驱动轴可以向从动轴传递扭矩并且从动轴可以超过驱动轴的单向离合器，以及能够将扭矩传递到从动轴或压缩机叶轮和/或产生电流的电动发电机。电动发电机经由从驱动轴提供的扭矩产生电流。能量存储装置可以通过电动发电机产生的电流选择性地再生。电动发电机被配置为交替地再生能量存储装置并以相对于驱动轴的超速速度驱动从动轴。涡轮机叶轮可由内燃机(ICE)排气驱动。ICE可以使用多个这样的涡轮增压器。

背景技术

通常要求内燃机(ICE)在可靠的基础上长时间产生相当大的功率水平。许多这样的ICE组件采用增压装置，比如排气涡轮驱动的涡轮增压器，以在气流进入发动机的进气歧管之前压缩气流，以便增加功率和效率。

具体地，涡轮增压器是离心式气体压缩机，其与环境大气压力可实现的相比，能推动更多的空气并且因此让更多的氧气进入ICE的燃烧室。推进ICE的额外质量的含氧空气提高了发动机的容积效率，使其能够在给定的循环中燃烧更多的燃料，从而产生更多的动力。

典型的涡轮增压器包括中心轴，该中心轴由一个或多个轴承支撑并且在排气驱动的涡轮机叶轮和空气压缩机叶轮之间传输旋转运动。涡轮机和压缩机叶轮都固定在轴上，该轴与各种轴承部件组合构成涡轮增压器的旋转组件。

这种旋转组件的惯性通常影响涡轮增压器的响应，其中涡轮机叶轮的直径是主要因素之一。另一方面，因为涡轮增压器通常在特定范围的转速和气流上是有效的，所以涡轮机叶轮的直径也是产生用于增加发动机功率的必要气流的主要因素。这些考虑经常要求在最大发动机功率输出和响应之间进行折衷。

发明内容

本发明提供一种涡轮增压器，其包括：被配置为将扭矩传递给驱动轴的涡轮机叶轮、被配置为由从动轴驱动的压缩机叶轮、可操作地连接驱动轴和从动轴，使得驱动轴可以向从动轴传递扭矩并且从动轴可以超过驱动轴的单向离合器，以及能够选择性地将扭矩传递到从动轴或压缩机叶轮和/或产生电流的电动发电机。电动发电机可以经由从驱动轴提供的扭矩产生电流。涡轮增压器还可包括电能存储装置，并且能量存储装置可以通过电动发电机产生的电流选择性地再生。涡轮增压器还可包括电能存储装置，并且电动发电机可被配置为交替地再生能量存储装置并以相对于驱动轴的超速速度驱动从动轴。涡轮增压器还可包括被配置为控制电动发电机的可编程控制器。

还提供了一种内燃机。内燃机包括限定汽缸的汽缸体、安装到汽缸体并被配置为向汽缸供应空气和燃料用于在其中进行燃烧的汽缸盖、可操作地连接到汽缸盖和具有被配置为从汽缸排出排气的出口的排气歧管，和被配置为对从环境接收的气流加压以输送到汽缸的涡轮增压器。涡轮增压器包括被配置为由来自出口的排气驱动并将扭矩传递给驱动轴的涡轮机叶轮、被配置为对从环境接收的气流加压，以在由从动轴驱动时输送到汽缸的压缩机叶轮、可操作地连接驱动轴和从动轴，使得驱动轴可以向从动轴传递扭矩并且从动轴可以超过驱动轴的单向离合器，以及能够选择性地向从动轴或者压缩机叶轮传递扭矩和/或产生电流的电动发电机。电动发电机可以经由从驱动轴提供的扭矩产生电流。内燃机还可包括电能存储装置，并且能量存储装置可以通过电动发电机产生的电流选择性地再生。内燃机可以为车辆提供动力，并且当由涡轮机叶轮传递到从动轴的扭矩超过期望的扭矩时，电动发电机可以在非制动车辆操作期间以及在车辆制动事件期间再生能量存储装置。内燃机还可包括电能存储装置，并且电动发电机可被配置为交替地再生能量存储装置并以相对于驱动轴的超速速度驱动从动轴。内燃机还可包括被配置为控制电动发电机的可编程控制器。