增壓器組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及增壓器組件，并且特別涉及用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器組件。本發(fā)明的各方面涉及增壓器組件、控制單元、方法以及車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器通常設(shè)置用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，以通過(guò)增大發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管中的空氣的壓力、溫度和密度來(lái)改進(jìn)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管用于將燃料/空氣混合物供給至發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。這使得可以在發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)循環(huán)中燃燒更多的燃料，從而增大動(dòng)力輸出。廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器利用包括在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的、可能被浪費(fèi)的能量，并且因此可以有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體效率的改進(jìn)。然而，單級(jí)渦輪增壓器在與較低的發(fā)動(dòng)機(jī)操作速度相關(guān)聯(lián)的較低的廢氣流動(dòng)速率方面不是特別有效。這導(dǎo)致了“渦輪遲滯”的問(wèn)題，即在駕駛員要求動(dòng)力與發(fā)動(dòng)機(jī)傳送所需響應(yīng)之間的明顯的延遲，這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)速度需要在渦輪增壓器有效地操作之前上升至某一程度。這些問(wèn)題在一定程度上可以通過(guò)使用多級(jí)渦輪增壓器得到緩解。
[0003]替代性解決方案提供了一種除渦輪增壓器之外的增壓器。該增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)以低速運(yùn)行使得渦輪增壓器不起作用時(shí)執(zhí)行提高進(jìn)氣歧管中的空氣的壓力、溫度和密度的相同任務(wù)。增壓器在駕駛員要求動(dòng)力時(shí)接合以大致增大允許進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣體積。通過(guò)適當(dāng)?shù)丶尤剂希鰤浩骺梢韵郎u輪遲滯。額外的益處是空氣流的立即增大使渦輪增壓器葉輪與其他情況相比更快地加速。然而，在增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)時(shí)，增壓器增大了發(fā)動(dòng)機(jī)上的載荷并且從而增大了燃料消耗。因此，一旦渦輪增壓器有效工作，則增壓器可以停用。
[0004]已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于順序且同時(shí)操作增壓器和渦輪增壓器的控制策略，以提供發(fā)動(dòng)機(jī)性能和發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)的所需范圍。
[0005]增壓器可以由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，但是該布置一旦在安裝外殼例如由于發(fā)動(dòng)機(jī)配裝至不同的發(fā)動(dòng)機(jī)室而變化時(shí)往往是不可改變的。因此，已經(jīng)提出經(jīng)由車輛發(fā)電機(jī)的電樞來(lái)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)增壓器，這提供了在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的不同的安裝可能性。
[0006]在一種布置中，增壓器與車輛發(fā)電機(jī)共軸地安裝，而車輛發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)由安裝在聯(lián)接至發(fā)電機(jī)的滑輪上的多個(gè)三角帶驅(qū)動(dòng)。發(fā)電機(jī)為車輛提供能量，并且發(fā)電機(jī)的電樞經(jīng)由行星齒輪箱機(jī)械地聯(lián)接至增壓器，以提供增大了增壓器相對(duì)于發(fā)電機(jī)的速度的共軸布置。
[0007]行星齒輪箱由外齒環(huán)或內(nèi)齒環(huán)、在下文被簡(jiǎn)稱為行星齒輪的多個(gè)內(nèi)行星齒輪以及中心齒輪或太陽(yáng)齒輪構(gòu)成。太陽(yáng)齒輪位于內(nèi)齒環(huán)的中央，其中，行星齒輪位于太陽(yáng)齒輪與內(nèi)齒環(huán)之間并且與太陽(yáng)齒輪和內(nèi)齒環(huán)兩者嚙合。行星齒輪附接至共用的行星架，該共用的行星架保持行星齒輪與太陽(yáng)齒輪和內(nèi)齒環(huán)的相對(duì)位置。在行星架在內(nèi)齒環(huán)保持靜止時(shí)旋轉(zhuǎn)的情況下，使得行星齒輪繞內(nèi)齒環(huán)的內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)。在行星齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，這又使太陽(yáng)齒輪以由齒輪比確定的速度旋轉(zhuǎn)。替代性地，行星架可以保持就位，在這種情況下，使內(nèi)齒環(huán)旋轉(zhuǎn)引起太陽(yáng)齒輪旋轉(zhuǎn)。以此方式，行星齒輪箱提供了產(chǎn)生所需速度的共軸布置。
[0008]車輛發(fā)動(dòng)機(jī)操作的速度能夠在例如500轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)至7000轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)的范圍內(nèi)變化。在行星架保持靜止的情況下，上述布置通過(guò)來(lái)自滑輪的3:1的增大以及來(lái)自行星齒輪箱的10:1的增大的組合而產(chǎn)生了約30:1的速度的增大。因此，該布置中的增壓器葉輪的預(yù)期操作范圍為15，OOOrpm至210，OOOrpm。然而，為了達(dá)到最佳性能，期望保持增壓器葉輪的旋轉(zhuǎn)速度在操作期間處于相對(duì)恒定的水平，通常處于約120，OOOrpm。
[0009]為此，已經(jīng)提出將行星齒輪箱的行星架聯(lián)接至電動(dòng)馬達(dá)。通過(guò)根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)該馬達(dá)向前或向后運(yùn)轉(zhuǎn)，增壓器的速度可以調(diào)節(jié)至其最優(yōu)水平。用于增壓器馬達(dá)的動(dòng)力由車輛發(fā)電機(jī)提供，該車輛發(fā)電機(jī)的規(guī)格必然增大。該布置提供了驅(qū)動(dòng)增壓器的主要工作是由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行的益處，而電動(dòng)馬達(dá)僅提供微調(diào)作用。增壓器的動(dòng)力需求使得試圖在車輛環(huán)境中孤立地使用電動(dòng)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)增壓器是不切實(shí)際的。
[0010]在增壓器與渦輪增壓器組合使用的情況下，增壓器主要在發(fā)動(dòng)機(jī)以低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一一例如在車輛開(kāi)始行駛時(shí)一一工作。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)速度足夠，渦輪增壓器就取代增壓器，由于這節(jié)省能源需求。在上述布置中，增壓器直接連接至發(fā)電機(jī)，并且增壓器因而恒定地驅(qū)動(dòng)，即使在不使用時(shí)也是如此。然而，增壓器可以通過(guò)例如使傳送側(cè)通向大氣而進(jìn)行空轉(zhuǎn)。這減少了增壓器葉輪上的載荷，并且因此進(jìn)而減小了增壓器在空轉(zhuǎn)時(shí)吸入的能量。
[0011]然而，該布置具有下述缺點(diǎn):增壓器永久地連接至發(fā)電機(jī)電樞，并且因而增壓器即使在停用時(shí)也吸收一些能量。已知的是，在新的車輛設(shè)計(jì)和制造中，能量效率是關(guān)鍵考慮的因素，并且因此，可以減小消耗的任何措施都是重要的。
[0012]針對(duì)該背景，本發(fā)明的目的是提供一種避免增壓器空轉(zhuǎn)但保持安裝的靈活性的布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種車輛增壓器組件，該車輛增壓器組件包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括適于由動(dòng)力源永久驅(qū)動(dòng)的第一電樞。車輛增壓器組件可以包括設(shè)置成經(jīng)由齒輪系驅(qū)動(dòng)的增壓器葉輪以及包括第二電樞的電動(dòng)馬達(dá)，所述第二電樞聯(lián)接至齒輪系。第一離合器可以設(shè)置成用于將第一電樞選擇性地聯(lián)接至齒輪系，以用于在第一操作模式下驅(qū)動(dòng)增壓器葉輪，在第一操作模式中，電動(dòng)馬達(dá)能夠操作成調(diào)節(jié)增壓器葉輪的速度。還可以設(shè)置有第二離合器，該第二離合器能夠操作成在所述第一電樞聯(lián)接至齒輪系時(shí)用于選擇性地鎖定齒輪系，以防止第一電樞和第二電樞在第二操作模式下相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0014]第一離合器有益地使齒輪系和增壓器葉輪能夠在不需要增壓時(shí)斷開(kāi)接合。這防止了增壓器的空轉(zhuǎn)，減少了車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上的載荷，從而改善了燃料消耗。通過(guò)提供鎖定齒輪系的額外功能，第二離合器允許第一電樞和第二電樞一起旋轉(zhuǎn)。這產(chǎn)生了將彼此配合的第一電樞和第二電樞兩者用作雙發(fā)電機(jī)或者用作雙馬達(dá)的可能性。在第二電樞用作發(fā)電機(jī)的情況下，這為車輛提供了增大的發(fā)電量。替代性地，在第一電樞用作馬達(dá)的情況下，第一電樞和第二電樞可以配合以提供驅(qū)動(dòng)力。
[0015]方便地，齒輪系可以是行星齒輪系，該行星齒輪系包括內(nèi)齒環(huán)、太陽(yáng)齒輪、多個(gè)行星齒輪以及行星架。在本實(shí)施方式中，第一離合器將內(nèi)齒環(huán)聯(lián)接至第一電樞，行星架聯(lián)接至第二電樞，使得電動(dòng)馬達(dá)能夠操作成驅(qū)動(dòng)行星架，并且增壓器葉輪聯(lián)接至太陽(yáng)齒輪。
[0016]第一操作模式可以是電動(dòng)馬達(dá)由包括第一電樞的發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的增壓模式。
[0017]第二操作模式可以是下述模式中的至少一種模式:(1)雙發(fā)電機(jī)模式，在該模式中，電動(dòng)馬達(dá)設(shè)置成操作為發(fā)電機(jī)，以提高車輛的發(fā)電量；以及(2)雙馬達(dá)模式，其中，第一電樞設(shè)置成操作為馬達(dá)，以向車輛，提供動(dòng)力，使得組件用作帶集成式起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)(BISG)或者用作微混合動(dòng)力裝置。有利地，當(dāng)?shù)诙僮髂Ｊ綖槟Ｊ?2)時(shí)，組件可以用作微混合動(dòng)力裝置，以驅(qū)動(dòng)車輛。
[0018]當(dāng)齒輪系與第一電樞斷開(kāi)聯(lián)接時(shí)可以限定第三操作模式。第一離合器可以位于第一電樞的端面與齒輪系之間。
[0019]電動(dòng)馬達(dá)可以提供用以調(diào)節(jié)增壓器葉輪的旋轉(zhuǎn)速度的可變雙向驅(qū)動(dòng)。這有益地允許葉輪的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得葉輪的速度對(duì)于所有的發(fā)動(dòng)機(jī)操作情況而目都是最佳的。
[0020]第二離合器可以設(shè)置成通過(guò)鎖定行星齒輪系使齒輪機(jī)構(gòu)不起作用，從而防止了行星齒輪與內(nèi)齒環(huán)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0021]第二離合器可以方便地呈設(shè)置成與內(nèi)齒環(huán)和行星齒輪中的至少一個(gè)行星齒輪相互接合的爪形離合器的形式。在本實(shí)施方式中，爪形離合器可以設(shè)置成以液壓的方式斷開(kāi)接合。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于根據(jù)第一方面的增壓器組件的控制單元，并且該控制單元包括電子控制單元，該電子控制單元用于控制第一離合器裝置、第二離合器和電動(dòng)馬達(dá)的操作，并且該控制單元用于使增壓器起作用。所述控制單元還可以設(shè)置成將所述第一電樞配置為設(shè)置成驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)力源的馬達(dá)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種操作根據(jù)第一方面的增壓器組件的方法，其中，該方法包括在下述情況中的至少一種情況下將第一電樞與齒輪系斷開(kāi)聯(lián)接并且解鎖齒輪系:(a)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)過(guò)程期間；以及(b)當(dāng)車輛空轉(zhuǎn)時(shí)。
[0024]本發(fā)明還延及一種操作根據(jù)第一方面的增壓器組件的方法，其中，該方法包括在下述情況中的至少一種情況下以第二操作模式操作增壓器組件并且將第二電樞用作發(fā)電機(jī):(1)當(dāng)環(huán)境溫度較低并且發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)；或者(2)當(dāng)車輛正在減速并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有施加扭矩需求時(shí)。
[0025]本發(fā)明還延及一種操作根據(jù)第一方面的增壓器組件的方法，其中，該方法包括以第二操作模式的模式(2)操作增壓器組件，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)操作停止之后利用驅(qū)動(dòng)力來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)。
[0026]本發(fā)明還延及一種操作根據(jù)第一方面的增壓器組件的方法，其中，該方法包括以第二操作模式的模式(2)操作增壓器組件，并且利用驅(qū)動(dòng)力向車輛提供動(dòng)力。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種具有根據(jù)第一方面的增壓器組件的車輛。該車輛還可以還包括廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器，其中，增壓器組件和渦輪增壓器設(shè)置成順序地操作。
[0028]車輛可以設(shè)置成在發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于第一閾值的情況下使用渦輪增壓器而不使用增壓器。由于渦輪增壓器與增壓器組件相比提供了較少的燃料消耗，因此該布置有益地確保了在發(fā)動(dòng)機(jī)速度足以驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器時(shí)，不管操作情況如何都一直使用渦輪增壓器。
[0029]車輛可以設(shè)置成在發(fā)動(dòng)機(jī)速度低于第二閾值的情況下使用增壓器而不使用渦輪增壓器，其中，第二閾值小于第一閾值。這確保了在發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足以驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器時(shí)自動(dòng)使用增壓器。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于操作根據(jù)第四方面的車輛的方法，其中，該方法包括在發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于第一閾值時(shí)將第一電樞與齒輪系斷開(kāi)聯(lián)接。
[0031]本發(fā)明還延及一種操作根據(jù)第四方面的車輛的方法，其中，該方法包括在發(fā)動(dòng)機(jī)速度下降到低于第二閾值時(shí)將第一電樞聯(lián)接至齒輪系。
[0032]本發(fā)明還延及一種操作根據(jù)第四方面的車輛的方法，其中，該方法包括在穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)操作情況期間在發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于第二閾值時(shí)以及在車輛牽引相對(duì)較重的載荷時(shí)將第一電樞與齒輪系斷開(kāi)聯(lián)接。
[0033]本發(fā)明還延及一種操作根據(jù)第四方面的車輛的方法，其中，該方法包括在發(fā)動(dòng)機(jī)低于第一閾值速