廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括具有布置在擴散器中的引導裝置的徑向壓縮機的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機，以及用于操作所述類型的內(nèi)燃機的方法。提供用于渦輪增壓器壓縮機的可調(diào)擴散器的方法和系統(tǒng)。在一個示例中，壓縮機包括在壓縮機葉輪下游在壓縮機外殼中形成的擴散器，該擴散器包括安裝在擴散器的可旋轉環(huán)形支撐件上的引導槳葉。進一步地，發(fā)動機控制器可基于一個或多個發(fā)動機工況調(diào)整環(huán)形支撐件的旋轉。
【專利說明】廢氣渦輪増壓內(nèi)燃機及其操作方法
[0001 ]相關申請的交叉參考
[0002]本申請要求于2015年2月23日提交的德國專利申請?zhí)?02015203171.3的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容在此以引用方式并入以用于所有目的。
技術領域
[0003]本說明書整體涉及用于控制內(nèi)燃機的渦輪增壓器壓縮機的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]機械增壓(supercharging)是通過在燃燒過程所需空氣到達汽缸的燃燒室之前壓縮其一部分來提高內(nèi)燃機功率的過程。這經(jīng)常使用由布置在共用軸上的壓縮機和渦輪構成的稱為渦輪增壓器的裝置實現(xiàn)。來自汽缸的熱廢氣流供應到渦輪并伴隨著能量釋放而在渦輪中膨脹，結果軸開始旋轉。由廢氣流供應到渦輪并最終供應到軸的能量用于驅動同樣布置在該軸上的壓縮機。壓縮機輸送并壓縮被供應到該壓縮機的空氣(稱為充氣空氣)，結果獲得汽缸的機械增壓。
[0005]廢氣渦輪增壓的配置經(jīng)常造成困難，其中主要尋求獲得在全部發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的明顯的性能提升。能夠設計具有大截面以便適于高發(fā)動機轉速，即高廢氣流速率的渦輪。然而，因為大的渦輪造成相對大的轉動慣量，所以它們的旋轉在低廢氣流速率(例如低發(fā)動機轉速)的時期期間受阻，并且它們響應于發(fā)動機轉速的變化做出調(diào)整的能力是低下的。這些缺點能夠通過減小渦輪截面的大小來抵消，這然后增大在渦輪處的壓力并提高在低發(fā)動機轉速的性能。然而，該途徑具有問題，因為在渦輪上游的廢氣背壓隨著廢氣流速率增大而增大，借此充氣交換受到不利影響并且燃料消耗增加。這降低在高發(fā)動機轉速下的性能。
[0006]在解決上述影響的嘗試中，機械增壓式內(nèi)燃機的扭矩特性可依靠平行布置的多個渦輪增壓器來更改。相對小的渦輪截面的多個渦輪平行布置，其中用增大的廢氣流速率相繼激活渦輪，類似于循序機械增壓布置。扭矩特性也可依靠串聯(lián)連接的多個廢氣渦輪增壓器受到有利影響。通過串聯(lián)連接兩個廢氣渦輪增壓器，其中一個廢氣渦輪增壓器用作高壓級并且一個廢氣渦輪增壓器用作低壓級，壓縮機特性映射圖能夠被有利地擴展，具體地為在較小壓縮機流的方向上并且還在較大壓縮機流的方向上擴展。
[0007]更改在較低發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的扭矩特性的其他嘗試包括配備有引導裝置的徑向壓縮機，該引導裝置包括槳葉(blades)并布置在外殼擴散器(diffuser)中的至少一個葉輪的下游。一個示例途徑由美國專利6814540 B2示出。其中，離心式壓縮機的擴散器的葉片附接到共用環(huán)，該共用環(huán)能夠被選擇性地旋轉以一起移動葉片。所述類型的引導裝置也在例如DE 603 07 571 T2中描述，其引導裝置包括支撐多個可樞轉引導元件的(優(yōu)選地可旋轉的)環(huán)。
[0008]然而，本發(fā)明人在此已經(jīng)認識到此類系統(tǒng)的潛在問題。作為一個示例，環(huán)僅在有限的角度范圍內(nèi)可旋轉以便使引導元件彼此一起調(diào)整。另外，利用串聯(lián)或并聯(lián)的多個渦輪增壓器的方法會顯著增加機械增壓系統(tǒng)所需的成本和空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個示例中，上述問題可通過一種用于便宜的廢氣渦輪增壓布置的方法來解決。根據(jù)本公開的內(nèi)燃機配備有至少一個廢氣渦輪增壓器。相對于提供多個廢氣渦輪增壓器，提供單個廢氣渦輪增壓器還具有關于重量的優(yōu)點。此外，發(fā)動機艙中的機械增壓設備的空間需求減小。該方法包括在壓縮機內(nèi)的回轉支撐件，使得該支撐件與引導槳葉一起能夠(類似于至少一個回轉葉輪)連續(xù)旋轉，或在電輔助驅動器提供所需驅動功率時繞壓縮機的軸連續(xù)旋轉多圈。然而與相連地旋轉地連接到壓縮機軸的葉輪相反，支撐件相對于壓縮機的軸可旋轉。這樣，壓縮機的葉輪能夠在高發(fā)動機轉速下良好運行，同時引導槳葉的回轉支撐件能夠提高在低發(fā)動機轉速下的發(fā)動機扭矩特性。
[0010]應當理解提供上面
【發(fā)明內(nèi)容】
以便以簡化的形式介紹在【具體實施方式】中進一步描述的所選概念。這不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或基本特征，所要求保護的主題的范圍由所附權利要求唯一限定。此外，所要求保護的主題不限于解決在上面或本公開任何部分中提到的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0011]圖1示出與控制器耦接的發(fā)動機內(nèi)的示例汽缸的示意圖。
[0012]圖2A部分地以半剖面示意地示出布置在內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)中的壓縮機以及引導
目.ο
[0013]圖2B示意地示出壓縮機的引導裝置的側視圖。
[0014]圖3示意地示出由于擴散器旋轉所致的壓縮機進氣空氣的動量的改變。
[0015]圖4示出流程圖，其描繪在不同發(fā)動機條件下操作葉片擴散器的方法。
[0016]所示圖2A近似地按比例繪制。
【具體實施方式】
[0017]上述類型的內(nèi)燃機用作機動車輛驅動單元。在本公開的上下文中，表述“內(nèi)燃機”包括柴油機和奧托循環(huán)發(fā)動機，并且還包括利用混合燃燒過程的混合動力內(nèi)燃機，以及包括內(nèi)燃機和電動機器的混合驅動器，該電動機器能夠根據(jù)驅動而被連接到內(nèi)燃機并且從內(nèi)燃機接收功率，或作為可切換的輔助驅動器另外輸出功率。
[0018]近年來，存在發(fā)展小的、高度機械增壓的發(fā)動機的趨勢，其中機械增壓是提高功率的主要方法，在該方法中在發(fā)動機中燃燒過程所需的空氣被壓縮。用于汽車工業(yè)的所述發(fā)動機的經(jīng)濟意義一直在提升。
[0019]如上所述，機械增壓經(jīng)常通過使用其中壓縮機和渦輪布置在相同軸上的廢氣渦輪增壓器來完成。充氣空氣冷卻器普遍設置在壓縮機下游的進氣系統(tǒng)中，依靠該充氣空氣冷卻器，壓縮的充氣空氣在其進入至少一個汽缸前被冷卻。冷卻器降低溫度并由此提高充氣空氣的密度，使得充氣空氣冷卻器也有助于汽缸充氣，即更大的空氣質(zhì)量。通過冷卻發(fā)生壓縮。
[0020]廢氣渦輪增壓器相對于機械增壓器的優(yōu)點是沒有用于傳輸功率的機械連接在增壓器和內(nèi)燃機之間存在或被需要。盡管機械增壓器完全從內(nèi)燃機提取驅動其所需的能量，并由此降低輸出功率且因此不利地影響效率，但廢氣渦輪增壓器利用熱廢氣的廢氣能量。
[0021]如已經(jīng)提到，機械增壓用于提高功率。燃燒過程所需的空氣被壓縮，結果是在每個工作循環(huán)更大的空氣質(zhì)量能夠被供應到每個汽缸。這樣，燃料質(zhì)量以及因此平均壓力能夠被增大。
[0022]機械增壓是用于提高內(nèi)燃機功率同時維持未改變的排量(sweptvolume)，或用于減小排量同時維持相同功率的合適手段。在任何情況下，機械增壓引起體積功率輸出增大以及提高的功率重量比。如果排量被減小，則因此能夠將負載集合向較高負載偏移，在所述較高負載下特定燃料消耗較低。
[0023]機械增壓因此在開發(fā)內(nèi)燃機中不斷努力以最小化燃料消耗并提高內(nèi)燃機效率。
[0024]進一步的基本目標是減少污染物排放。機械增壓能夠同樣有利于解決該問題。借助于機械增壓的目標配置，能夠具體地獲得關于效率的和關于廢氣排放的優(yōu)點。
[0025]廢氣渦輪增壓的配置經(jīng)常造成困難，其中主要尋求獲得在全部發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的明顯的性能提升。然而，在某個發(fā)動機轉速nMt下沖的情況下觀察到扭矩下降。如果人們考慮到充氣壓力比取決于渦輪壓力比，則所述扭矩下降是可理解的。例如，如果發(fā)動機轉速nmot減小，則這引起較小的廢氣質(zhì)量流并因此引起較低的渦輪壓力比。這具有朝向發(fā)動機轉速的充氣壓力比和充氣壓力同樣減小的結果，這等同于扭矩下降。
[0026]從根本上能夠依靠渦輪截面大小的減小與相關聯(lián)的渦輪壓力比的提高來抵消充氣壓力下降。然而這僅在較低發(fā)動機轉速的方向上將扭矩下降進一步偏移。此外，該途徑，即減小渦輪截面的大小具有問題，因為在渦輪上游的廢氣背壓隨著提高廢氣流速率而增大，借此充氣交換受到不利影響且燃料消耗增加。
[0027]提高機械增壓內(nèi)燃機的扭矩特性能夠例如依靠渦輪截面的小設計與提供廢氣吹出設施來實現(xiàn)。此渦輪也稱為廢氣門渦輪。如果廢氣質(zhì)量流超過閾值，則在所謂廢氣吹出的過程內(nèi)廢氣流的一部分經(jīng)由旁路管線被導引經(jīng)過渦輪。所述途徑具有在相對高的發(fā)動機轉速或在相對大的廢氣流速率的情況下機械增壓行為不充分的缺點。
[0028]廢氣渦輪增壓器也可被設計成具有大渦輪截面，以便適于高發(fā)動機轉速，即高廢氣流速率。這里，進氣系統(tǒng)優(yōu)選地以如下方式進行設計，即由于波動現(xiàn)象，動態(tài)機械增壓在低發(fā)動機轉速下發(fā)生。這里的缺點是在構造方面的高花費以及在發(fā)動機轉速改變期間的遲緩行為。
[0029]此外，機械增壓內(nèi)燃機的扭矩特性可依靠并聯(lián)布置的多個渦輪增壓器，即依靠并聯(lián)布置的相對小的渦輪截面的多個渦輪來提升，其中用增大的廢氣流速率相繼激活渦輪，類似于循序機械增壓布置。
[0030]扭矩特性也可依靠串聯(lián)連接的多個廢氣渦輪增壓器而受到有利影響。通過串聯(lián)連接兩個廢氣渦輪增壓器，其中一個廢氣渦輪增壓器用作高壓級并且一個廢氣渦輪增壓器用作低壓級，壓縮機特性映射圖能夠被有利地擴展，具體地為在較小壓縮機流的方向上并且也在較大壓縮機流的方向上擴展。
[0031]特別地，借助于用作高壓級的廢氣渦輪增壓器，喘振極限能夠在較小壓縮機流的方向上偏移，結果是即使在小壓縮機流的情況下仍能夠獲得高充氣壓力比，這相當大地提升較低發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的扭矩特性。這通過設計用于小廢氣質(zhì)量流的高壓渦輪并通過提供旁路管線來實現(xiàn)，依靠該旁路管線，在增大的廢氣質(zhì)量流的情況下，增大量的廢氣被導引經(jīng)過高壓渦輪。為此目的，旁路管線從在高壓渦輪上游的廢氣排放系統(tǒng)分支，并再次通往在低壓渦輪上游的廢氣排放系統(tǒng)，其中關閉元件布置在旁路管線中以便控制被導引經(jīng)過高壓渦輪的廢氣流。
[0032]這樣，機械增壓的內(nèi)燃機的響應行為相對于具有單級機械增壓的類似內(nèi)燃機被相當大地提升，因為相對小的高壓級是較不遲緩的，并且較小尺寸的廢氣渦輪增壓器的轉子能夠被更迅速地加速。
[0033]為實現(xiàn)便宜的廢氣渦輪增壓器布置，根據(jù)本公開的內(nèi)燃機配備有至少一個廢氣渦輪增壓器。相對于提供多個廢氣渦輪增壓器，提供單個廢氣渦輪增壓器還具有關于重量的優(yōu)點。此外，發(fā)動機艙中的機械增壓設備的空間需求被減小。
[0034]如果為在全負載或在相對高的發(fā)動機轉速生成高充氣壓力，壓縮機配備有大葉輪(其轉子更遲緩且因此不能盡快加速)，則具有單級增壓的內(nèi)燃機的響應行為受損失。
[0035]所述類型的壓縮機已證明特別是在相對小的壓縮機流，即相對低的充氣空氣流速率存在的情況下是不令人滿意的。如果充氣空氣流速率降低，則相對早達到壓縮機特性映射圖中的喘振極限，即相對于兩級機械增壓布置相對早達到喘振極限。在相對小的壓縮機流存在的情況下，不能生成適當?shù)母叱錃鈮毫?，借此在較低發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的內(nèi)燃機扭矩特性顯著受損。壓縮機可能喘振。能夠在壓縮機中觀察到至少部分的回流。關于此，增加的噪聲發(fā)射是明顯的。
[0036]為抵消上述影響并提升較低發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的扭矩特性，徑向壓縮機配備有引導裝置，其包括槳葉并布置在外殼擴散器中的至少一個葉輪的下游。引導裝置支撐多個可樞轉引導元件。
[0037]引導裝置的一個功能用于將壓縮的充氣空氣的動能轉變成較高靜壓，并因此用于提高壓縮機的充氣壓力比，特別是在低充氣空氣流速率的情況下。
[0038]針對上述問題，本公開的目的是提供一種機械增壓內(nèi)燃機。本公開的進一步的子目的是指定一種用于操作所述類型的內(nèi)燃機的方法。
[0039]第一子目的通過具有用于供應充氣空氣的進氣系統(tǒng)、具有用于排放廢氣的廢氣排放系統(tǒng)，并具有至少一個廢氣渦輪增壓器的增壓內(nèi)燃機實現(xiàn)，該廢氣渦輪增壓器包括布置在廢氣排放系統(tǒng)中的徑向渦輪和布置在進氣系統(tǒng)中的徑向壓縮機，
[0040]-壓縮機配備有在壓縮機外殼中安裝在可旋轉軸上的至少一個葉輪，
[0041 ]-在至少一個葉輪的下游在壓縮機外殼中形成的擴散器，
[0042]-布置在擴散器中的引導裝置的引導槳葉，以及
[0043]-引導裝置包括保持引導裝置的引導槳葉的環(huán)形支撐件，
[0044]該內(nèi)燃機通過以下事實區(qū)分
[0045]-環(huán)形支撐件與引導槳葉一起形成為繞壓縮機的軸回轉的支撐件，提供電輔助驅動器用于根據(jù)需求驅動支撐件，依靠該電輔助驅動器，環(huán)形支撐能夠具有在至少一個旋轉方向上強制施加到其的回轉移動。
[0046]這依靠內(nèi)燃機實現(xiàn)，其中:
[0047]-環(huán)形支撐件與引導槳葉一起形成為繞壓縮機的軸回轉的支撐件，提供電輔助驅動器用于根據(jù)需求驅動支撐件，依靠該電輔助驅動器，環(huán)形支撐件能夠具有在至少一個旋轉方向上強制施加到其的回轉移動。
[0048]根據(jù)本公開的內(nèi)燃機的環(huán)形支撐件是回轉支撐件，使得支撐件與引導槳葉一起(類似于至少一個回轉葉輪)能夠在電輔助驅動器提供所需驅動功率時繞壓縮機軸被旋轉。然而，與相連地旋轉地連接到壓縮機軸的葉輪相反，支撐件相對于壓縮機的軸可旋轉。借助于根據(jù)本公開的引導裝置，能夠有利影響壓縮機特性映射圖或壓縮機的操作行為。
[0049]在低充氣空氣流速率存在的情況下，當存在壓縮機喘振的風險和適當?shù)母叱錃鈮毫υ谄咨嫌尾豢捎玫娘L險的情況下，根據(jù)本公開的引導裝置能夠用作徑向鼓風機以便輸送充氣空氣流通過壓縮機。這樣，能夠防止壓縮機中的逆流，即顛倒的流，以及相關聯(lián)噪聲發(fā)射。在較低發(fā)動機轉速范圍內(nèi)的內(nèi)燃機扭矩特性顯著提升。這里，優(yōu)選地在與壓縮機的至少一個葉輪相反的方向上依靠輔助驅動器驅動槳葉狀支撐件。
[0050]然而，借助于根據(jù)本公開的引導裝置，能夠在喘振風險存在時以及在其他狀況下從根本上影響壓縮的充氣空氣流。因此，依靠槳葉狀支撐件的合適旋轉移動，能夠在充氣空氣流進入引導裝置時影響從轉子出現(xiàn)的所述充氣空氣流的入流角。壓縮的充氣空氣的動能到靜壓的轉變能夠這樣最優(yōu)化。因此能夠提高壓縮機的充氣壓力比，特別是在低充氣空氣流速率存在的情況下。這里，優(yōu)選地在與壓縮機的至少一個葉輪相同的方向上依靠輔助驅動器驅動槳葉狀支撐件。本公開所基于的第一目的由此實現(xiàn)，即提供了進一步提升其廢氣渦輪機械增壓布置的機械增壓內(nèi)燃機。
[0051]根據(jù)本公開，至少一個廢氣渦輪增壓器的壓縮機是徑向壓縮機。徑向壓縮機是它的離開轉子槳葉的流基本上徑向行進的壓縮機。在本公開的上下文中，“基本上徑向”是指在徑向方向上的速度分量大于軸向速度分量。該設計容許廢氣渦輪增壓器的密集封裝，并因此允許機械增壓布置作為整體封裝。壓縮機外殼可以是螺旋形外殼或蝸輪箱外殼的形式，其中廢氣渦輪增壓器的壓縮機中充氣空氣流的轉向有利地用于在最短路徑上從出口側導引壓縮的充氣空氣到入口側，廢氣渦輪增壓器的渦輪普遍布置在該最短路徑上。
[0052]根據(jù)本公開，至少一個廢氣渦輪增壓器的渦輪是徑向渦輪。該實施例同樣容許廢氣渦輪增壓器密集封裝，并因此允許機械增壓布置作為整體封裝。徑向渦輪是它的入流基本上徑向行進的渦輪。實施例是有利的，其中至少一個廢氣渦輪增壓器的壓縮機具有入口區(qū)，其相對于壓縮機的軸共軸延伸并且經(jīng)設計使得充氣空氣到壓縮機中的入流基本上軸向行進。在到壓縮機的軸向入流的情況下，在至少一個葉輪上游的進氣系統(tǒng)中的充氣空氣流的轉向經(jīng)常省略，借此避免由流轉向引起的充氣空氣流的壓力損失，并且增大在入口處的到廢氣渦輪增壓器的壓縮機中的充氣空氣的壓力。機械增壓內(nèi)燃機的進一步的有利實施例將結合從屬權利要求討論。
[0053]機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中能夠依靠輔助驅動器使環(huán)形支撐件在與壓縮機的至少一個葉輪相反的方向上旋轉。在與至少一個葉輪相反的方向上的槳葉狀支撐件的旋轉移動已證明在低充氣空氣流速率存在以便抵消壓縮機喘振的情況下是特別有利的。根據(jù)本公開的引導裝置在此情況下用作徑向鼓風機以便吸取充氣空氣流通過壓縮機。這樣防止在壓縮機中顛倒的流。
[0054]機械增壓內(nèi)燃機的實施例也是有利的，其中能夠依靠輔助驅動器使環(huán)形支撐件在與壓縮機的至少一個葉輪相同的方向上旋轉。在與至少一個葉輪相同的方向上的槳葉狀支撐件的旋轉移動已證明對將充氣空氣流的動能轉變成靜壓是有利的。在壓縮機出口處的壓力以及因此壓縮機的充氣壓力比能夠被提高。依靠槳葉狀支撐件的合適旋轉移動，能夠在充氣空氣流進入引導裝置時影響其入流角。
[0055]機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中輔助驅動器是包括定子和轉子的電動馬達。依靠電動馬達，能夠根據(jù)需求而不取決于內(nèi)燃機的目前操作狀態(tài)來驅動槳葉狀支撐件。此外，電動馬達使得能夠以簡單方式在不同的旋轉方向上向環(huán)形支撐件強制施加回轉移動。例如，通過顛倒電流方向，能夠從在相反方向上的旋轉移動切換到在相同方向上的旋轉移動。在這點上，機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中定子至少尤其布置并安裝在壓縮機外殼中。
[0056]在直流馬達的情況下，定子可以是永磁體的形式。可替換地，如在交流馬達的情況下，外部激勵通過勵磁線圈實現(xiàn)。如果電流通過線圈傳導則生成磁場。因此，機械增壓內(nèi)燃機的實施例也是有利的，其中定子包括用于生成磁場的可激勵線圈。在這點上，機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中轉子連接到環(huán)形支撐件。
[0057]在定子內(nèi)部布置轉子，該轉子經(jīng)布置并安裝使得其能夠在定子的磁場中旋轉。轉子同樣可具有線圈，該線圈具有用作電樞的鐵芯。然后，如果激勵轉子，則磁場也在轉子中生成，該磁場以轉子旋轉的方式與定子的磁場相互作用。這樣，電能能夠轉變成動能，或轉變成轉子的移動并因此轉變成支撐件的移動。轉子中的磁場相對于定子靜止。機械增壓內(nèi)燃機的實施例可因此也是有利的，其中轉子包括用于生成磁場的可激勵線圈。然而，機械增壓內(nèi)燃機的實施例也是有利的，其中轉子包括用于生成磁場的至少一個永磁體。在這些實施例中，定子可包括用于生成磁場的可激勵線圈。
[0058]與上面關于可激勵轉子線圈描述的需要循環(huán)供應電流到轉子的旋轉線圈的實施例相反，本變型是不需要顛倒的電流并因此不需要電刷的變型。該類型的電動馬達較不復雜，具有較小的空間需求，并因此適于具有極小結構空間的應用。永磁體的進一步優(yōu)點是當電動馬達停用時，即當定子線圈(即勵磁線圈)未激勵時的更大齒槽轉矩。
[0059]在具有用于容納壓縮機的可旋轉軸的軸承外殼的內(nèi)燃機的情況下，實施例是有利的，其中轉子可旋轉地安裝在軸承外殼上。機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中用于壓縮的充氣空氣的收集管線在擴散器下游設置在壓縮機外殼中。機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中充氣空氣冷卻器在壓縮機下游布置在進氣系統(tǒng)中。已解釋充氣空氣冷卻的優(yōu)點。
[0060]在多級機械增壓的情況下，實施例可以是有利的，其中充氣空氣冷卻器在壓縮機之間布置在進氣系統(tǒng)中。充氣空氣冷卻器降低在低壓級中壓縮的充氣空氣的溫度并由此也提高充氣空氣的密度，結果是給定機械增壓組件的相同總壓力比，則高壓級中的壓縮被增大，并且高壓級的出口溫度可降低。這也提供對熱過載的防護。
[0061]機械增壓內(nèi)燃機的實施例是有利的，其中引導槳葉經(jīng)設計可相對于環(huán)形支撐件移動，使得引導裝置是可調(diào)引導裝置。充氣空氣流進入引導裝置時的入流角能夠借助于可調(diào)引導槳葉而被最優(yōu)化。
[0062]本公開所基于的第二子目的，具體地為指定用于操作上述類型的機械增壓內(nèi)燃機的方法，依靠一種方法實現(xiàn)，其中在內(nèi)燃機的第一可預定發(fā)動機轉速nMt, i之下，在與壓縮機的至少一個葉輪的旋轉方向相反的方向上的回轉移動依靠已激活的輔助驅動器被強制施加到環(huán)形支撐件。
[0063]已關于根據(jù)本公開的內(nèi)燃機陳述的內(nèi)容同樣應用于根據(jù)本公開的方法。
[0064]由于低充氣空氣流速率當時占上風，因此喘振的風險尤其在低發(fā)動機轉速nMt下存在。根據(jù)本公開，引導裝置優(yōu)選地用作徑向鼓風機以便吸取充氣空氣流通過壓縮機。方法變型是有利的，其中在內(nèi)燃機的第二可預定發(fā)動機轉速nMt,2之上，在與壓縮機的至少一個葉輪的旋轉方向相同的方向上的回轉移動依靠已激活的輔助驅動器被強制施加到環(huán)形支撐件。
[0065]在相對高的發(fā)動機轉速nMt，并且在相對高的充氣空氣流速率存在的情況下，槳葉狀支撐件能夠被用來最優(yōu)化入流角，或盡可能有效地將充氣空氣流的動能轉變成靜壓。因此，方法變型也是有利的，其中在超過內(nèi)燃機的第三可預定發(fā)動機轉速3的情況下，從支撐件的相反方向的旋轉移動進展至顛倒支撐件的旋轉移動，使得在與壓縮機的至少一個葉輪的旋轉方向相同的方向上的回轉移動依靠輔助驅動器被強制施加到環(huán)形支撐件。
[0066]方法變型是根本上有利的，其中輔助驅動器停用以便利用引導裝置作為非回轉的靜止引導裝置。然后，引導裝置是靜止引導裝置，其中電驅動器的齒槽轉矩確保適當固定在靜止位置。
[0067]現(xiàn)參考圖1，其示出火花點火式內(nèi)燃機10的示意圖。發(fā)動機10可至少部分地由包括控制器12的控制系統(tǒng)并由車輛操作員132經(jīng)由輸入裝置130的輸入來控制。在該示例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。
[0068]發(fā)動機10的燃燒室30(也稱為汽缸30)可包括具有位于其中的活塞36的燃燒室壁32?；钊?6可耦接到曲軸40，使得活塞的往復運動轉化成曲軸的旋轉運動。曲軸40可經(jīng)由中間變速器系統(tǒng)(未示出)耦接到車輛的至少一個驅動輪。進一步地，起動器馬達可經(jīng)由飛輪(未示出)耦接到曲軸40以啟用發(fā)動機1的起動操作。
[0069]燃燒室30可經(jīng)由進氣通道42接收來自進氣歧管44的進氣空氣，且可經(jīng)由排氣歧管48和排氣通道58排出燃燒氣體。進氣歧管44和排氣歧管48能夠選擇性地經(jīng)由各自的進氣門52和排氣門54與燃燒室30連通。在一些實施例中，燃燒室30可包括兩個或更多個進氣門和/或兩個或更多個排氣門。
[0070]在圖1的示例中，進氣門52和排氣門54可經(jīng)由各自的凸輪致動系統(tǒng)51和53由凸輪致動控制。凸輪致動系統(tǒng)51和53可各自包括安裝在一個或更多個凸輪軸(未在圖1中示出)上的一個或更多個凸輪，且可利用可由控制器12操作的凸輪輪廓變換(CPS)、可變凸輪正時(VCT),可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或更多個以改變氣門操作。進氣凸輪軸和排氣凸輪軸的角位置可分別由位置傳感器55和57確定。在可替換實施例中，進氣門52和/或排氣門54可由電動氣門致動來控制。例如，汽缸30可以可替換地包括經(jīng)由電動氣門致動所控制的進氣門，以及經(jīng)由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動所控制的排氣門。
[0071]所示燃料噴射器66直接耦接到燃燒室30，用于在其中與經(jīng)由電子驅動器99從控制器12接收的信號FPW的脈寬成比例直接噴射燃料。照這樣，燃料噴射器66提供所謂的燃料到燃燒室30中的直接噴射。燃料噴射器可安裝在例如燃燒室的側面中或燃燒室的頂部中。燃料可通過包括燃料箱、燃料栗和燃料軌的燃料系統(tǒng)(未示出)輸送至燃料噴射器66。在一些實施例中，燃燒室30可以可替換地或另外地包括以這樣的配置布置在進氣歧管44中的燃料噴射器，即該配置提供所謂的燃料到燃燒室30上游的進氣道中的進氣道噴射。
[0072]在選擇操作模式下，響應于來自控制器12的火花提前信號SA，點火系統(tǒng)88經(jīng)由火花塞91能夠向燃燒室30提供點火火花。雖然示出了火花點火部件，但在一些實施例中，發(fā)動機10的燃燒室30或者一個或更多個其他燃燒室可在具有或不具有點火火花的壓縮點火模式下操作。
[0073]發(fā)動機10可進一步包括壓縮裝置，諸如包括沿進氣通道42布置的至少一個壓縮機94的渦輪增壓器或機械增壓器。對于渦輪增壓器，壓縮機94可至少部分地由沿排氣通道58布置的廢氣渦輪92驅動(例如，經(jīng)由軸)。壓縮機94從進氣通道42吸取空氣以供應到升壓室46。廢氣使經(jīng)由軸96耦接到壓縮機94的廢氣渦輪92旋轉。對于機械增壓器，壓縮機94可至少部分地由發(fā)動機和/或電動機器驅動，且可不包括廢氣渦輪。因此，經(jīng)由渦輪增壓器或機械增壓器提供給發(fā)動機的一個或更多個汽缸的壓縮量可由控制器12改變。壓縮機可包含直接耦接到能夠連續(xù)旋轉的定位在壓縮機內(nèi)的引導裝置的另外電動機器(如圖2所示并且在下面進一步解釋的)。另外電動機器和壓縮機94的引導裝置的旋轉也可由控制器12控制。
[0074]廢氣門69可在渦輪增壓器中跨廢氣渦輪92耦接。具體地，廢氣門69可以被包括在廢氣渦輪92的入口和出口之間耦接的旁路通道67中。通過調(diào)整廢氣門69的位置，可控制由廢氣渦輪提供的升壓的量。
[0075]所示進氣歧管44與具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62連通。在該特別示例中，節(jié)流板64的位置可由控制器12經(jīng)由提供到與節(jié)氣門62—起包括的電動馬達或致動器(圖1中未示出)的信號，通常稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)的配置來改變。節(jié)氣門位置可由電動馬達經(jīng)由軸改變。節(jié)氣門62可控制從進氣升壓室46到進氣歧管44和燃燒室30(與其他發(fā)動機汽缸)的空氣流。節(jié)流板64的位置可由來自節(jié)氣門位置傳感器158的節(jié)氣門位置信號TP提供到控制器12。
[0076]所示廢氣傳感器126耦接至排放控制裝置70上游的排氣歧管48。傳感器126可以是用于提供廢氣空氣/燃料比的指示的任何合適傳感器，諸如線性氧傳感器或UEGO(通用或寬域廢氣氧)、雙態(tài)氧傳感器或EG0、HEG0(加熱型EGO)、N0x、HC或CO傳感器。所示排放控制裝置70沿排氣傳感器126和廢氣渦輪92下游的廢氣通道58布置。裝置70可以為三元催化器(TWC)、Ν0χ捕集器、各種其他排放控制裝置或它們的組合。
[0077]廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)(未示出)可用來將廢氣的期望部分從廢氣通道58傳送到進氣歧管44?？商鎿Q地，通過控制排氣門和進氣門的正時，燃燒氣體的一部分可保留在燃燒室中作為內(nèi)部EGR。
[0078]控制器12在圖1中被示出為常規(guī)微型計算機，其包括:微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出端口(1/0)104、只讀存儲器(R0M)106、隨機存取存儲器(RAM)108、保活存儲器(KAM)110和常規(guī)數(shù)據(jù)總線?？刂破?2命令各種致動器(諸如節(jié)流板64、廢氣門69、燃料噴射器66等)。所示控制器12接收來自耦接到發(fā)動機10的傳感器的各種信號，除先前討論的信號外，還包括:來自耦接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);耦接到加速器踏板130的用于感測由車輛操作員132調(diào)整的加速器位置的位置傳感器134;來自耦接至進氣歧管44的壓力傳感器121的發(fā)動機歧管壓力(MAP)的測量值;來自耦接至升壓室46的壓力傳感器122的升壓壓力的測量值;來自耦接至曲軸40的霍爾效應傳感器118(或其他類型)的表面點火感測信號(PIP);來自質(zhì)量空氣流傳感器120的進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量的測量值；以及來自傳感器158的節(jié)氣門位置的測量值?？筛袦y大氣壓力(傳感器未示出)用于由控制器12處理。也可感測壓縮機94的進氣流和收集管線壓力(諸如圖2的收集管線)用于由控制器12處理。在本說明書的優(yōu)選方面中，可用作發(fā)動機轉速傳感器的曲軸傳感器118可為曲軸的每次旋轉產(chǎn)生預定數(shù)目的等距脈沖，由此能夠確定發(fā)動機轉速(RPM)。此類脈沖可被中繼到控制器12作為如上所提到的表面點火感測信號(PIP)。
[0079]如上所述，圖1僅示出多汽缸發(fā)動機的一個汽缸，并且每個汽缸具有其自己的一組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。而且，在本文所述的示例實施例中，發(fā)動機可耦接至用于起動發(fā)動機的起動器馬達(未示出)。起動器馬達可在駕駛員在例如操縱桿上點火開關中轉動鑰匙時被提供動力。起動器在發(fā)動機起動后脫離，例如通過發(fā)動機10在預正時間后到達預定轉速使其脫離。
[0080]在操作期間，發(fā)動機10內(nèi)的每個汽缸通常經(jīng)歷四沖程循環(huán):該循環(huán)包括進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。在進氣沖程期間，通常，排氣門54關閉并且進氣門52打開?？諝饨?jīng)由進氣歧管44引入汽缸30中，并且活塞36移動到汽缸底部以便增大汽缸30內(nèi)的容積?；钊?6在其接近汽缸底部并在其沖程結束的位置(例如當汽缸30在其最大容積時)通常被本領域技術人員稱為下止點(BDC)。在壓縮沖程期間，進氣門52和排氣門54關閉?；钊?6朝向汽缸蓋移動以便壓縮汽缸30內(nèi)的空氣。活塞36在其沖程結束并且最接近汽缸蓋的點(例如當汽缸30在其最小容積時)通常被本領域技術人員稱為上止點(TDC)。在下文被稱為噴射的過程中，燃料被引入到燃燒室中。在下文被稱為點火的過程中，噴射的燃料由已知點火裝置(諸如火花塞91)點火，從而引起燃燒。另外地或可替換地，壓縮可用來使空氣/燃料混合物點火。在膨脹沖程期間，膨脹氣體推動活塞36回到BDCο曲軸40將活塞移動轉變成旋轉軸的旋轉扭矩。最終，在排氣沖程期間，排氣門54打開以將燃燒過的空氣燃料混合物釋放至排氣歧管48，并且活塞返回到TDC。注意，以上內(nèi)容僅作為示例描述，并且進氣門和排氣門打開和/或關閉正時可變化，諸如以提供正或負的氣門重疊、進氣門延遲關閉、進氣門提早關閉，或各種其他示例。
[0081]圖2A部分地以半剖面示意地示出布置在內(nèi)燃機的第一實施例的進氣系統(tǒng)202中的壓縮機242(諸如圖1所示的壓縮機94)，以及引導裝置212。圖2B示出圖2A所示的壓縮機242的引導裝置212的側視圖。
[0082]為了向汽缸供應充氣空氣，內(nèi)燃機具有進氣系統(tǒng)202。為了汽缸的機械增壓，提供廢氣渦輪增壓器，其包括布置在廢氣排放系統(tǒng)中的渦輪(未圖示)和布置在進氣系統(tǒng)202中的壓縮機242。
[0083]壓縮機202是在外殼234中的徑向壓縮機，該壓縮機的包括轉子槳葉206的葉輪204安裝在可旋轉軸226上。壓縮機242的軸226可旋轉地安裝在軸承外殼224中。廢氣渦輪增壓器的壓縮機242具有入口區(qū)，其相對于壓縮機242的軸226共軸延伸并且經(jīng)設計使得充氣空氣到廢氣渦輪增壓器的壓縮機242中的入流基本上軸向行進。壓縮機外殼234為螺旋形外殼的形式，其中在葉輪204下游，充氣空氣流流過擴散器210，由于到軸226的增大的間距，因此擴散器210的流截面在流方向上增大。擴散器210通入用于壓縮的充氣空氣的收集管線(其在下文中可稱為蝸殼)216中，該收集管線處于擴散器210周圍的螺旋形形式。
[0084]擴散器210包括引導裝置212，該引導裝置212包括環(huán)形支撐件218，環(huán)形支撐件218保持，即支撐引導裝置212的引導槳葉(其也可稱為葉片)214。環(huán)形支撐件218與引導槳葉214—起形成為繞壓縮機242的軸226回轉的支撐件218，提供用于根據(jù)需求驅動環(huán)形支撐件218的電輔助驅動器208，依靠該電輔助驅動器，環(huán)形支撐件218能夠具有在不同方向上，SP兩個旋轉方向上強制施加到其的回轉移動(也見于側視圖250)。
[0085]在本情況下，輔助驅動器208是包括定子220和轉子232的電動馬達(其也可稱為電動機器)。電動機器208直接耦接至環(huán)形支撐件218并可另外與能夠儲能的代用發(fā)動機部件252(諸如交流發(fā)電機)連接。定子220布置并安裝在壓縮機外殼234中，且具有用于生成磁場的可激勵線圈230。如果電流傳導通過所述勵磁線圈230，則生成外部激勵的磁場。轉子232具有用于生成磁場的永磁體228，其中轉子232布置在定子220內(nèi)部并且經(jīng)安裝使得其能夠在定子220的磁場中旋轉。轉子232的軸承布置222，以及因此連接到轉子232的環(huán)形支撐件218的軸承布置222由軸承外殼224容納。
[0086]如果定子220被激勵，則磁場在定子220中生成，該磁場與轉子232的永磁體228的磁場相互作用，使得轉子232與連接到轉子232的環(huán)形支撐件218旋轉。
[0087]另外，引導裝置212的環(huán)形支撐件218可由經(jīng)過壓縮器的進氣空氣的力驅動(例如，連續(xù)旋轉多圈)。在該狀況下，轉子232的磁場可與定子220的勵磁線圈230相互作用以在定子220內(nèi)產(chǎn)生電流。通過該條件在定子220內(nèi)產(chǎn)生的電流可傳送到代用發(fā)動機部件252用于存儲電荷和/或向發(fā)動機電氣部件提供動力的目的。
[0088]引導裝置212的葉片214各自均可樞轉以便約束或允許空氣流過壓縮機242，如由控制器12經(jīng)由在控制器12和引導裝置212之間連接的另外致動器260(在圖2B中示出)確定。用于每個葉片214的樞轉軸線平行于軸226，并沿每個葉片214的與環(huán)形支撐件218的內(nèi)圓周262或外圓周264中任一個上的點對應的長度(例如葉片的最長長度)與葉片214的末端對齊。在一個實施例中，所有樞轉軸線沿著環(huán)形支撐件218的內(nèi)圓周262。在另一實施例中，所有樞轉軸線沿著環(huán)形支撐件218的外圓周264。
[0089]圖2B在側視圖250中示意地示出圖2B中圖解的實施例的壓縮機242的葉輪204，以及引導裝置212。僅尋求解釋關于圖2B的另外特征，為此以其他方式參考圖2A。相同參考符號已用于相同部件。
[0090]依靠輔助驅動器208，環(huán)形支撐件218與引導槳葉214—起能夠在與壓縮機242的葉輪204相反的方向上以及與壓縮機242的葉輪204相同的方向上旋轉，即可回轉(參見外圓周上的雙向箭頭244)。
[0091]環(huán)形支撐件218的相反方向的旋轉移動已證明有利于防止喘振，其中引導裝置212作為徑向鼓風機操作以便吸取低充氣空氣流速率通過壓縮機242。
[0092]環(huán)形支撐件218在相同方向上的旋轉移動幫助將充氣空氣流的動能轉變成靜壓。壓縮機242的充氣壓力比可提高，并因此內(nèi)燃機的扭矩特性能夠被提升。
[0093]依靠環(huán)形支撐件218的合適旋轉移動，能夠在充氣空氣流進入引導裝置212時影響充氣空氣流的入流角。
[0094]圖3描繪在第一方向318上旋轉的葉輪204與具有葉片214的環(huán)形支撐件218的第一狀態(tài)300。環(huán)形支撐件218的放大圖302與用于從葉輪204行進到環(huán)形支撐件218的空氣的進氣空氣速度矢量308—起可見。第一狀態(tài)300描繪在與葉輪204的旋轉方向318—致的方向316上旋轉的環(huán)形支撐件218。正切速度矢量310也作為在相對于葉輪204中心沿環(huán)形支撐件218的外圓周264的點處的擴散器葉片214的正切速度的表示而能夠看見。
[0095]插圖312描繪進氣空氣速度矢量308和正切速度矢量310的矢量加法。當進氣空氣離開環(huán)形支撐件218時，通過由增加矢量速度310引起的環(huán)形支撐件218旋轉來增加進氣空氣速度308的量值。所產(chǎn)生的空氣速度矢量314具有大于初始進氣空氣速度308的量值。這樣，角度支撐件218可旋轉以增大升壓壓力、移動壓縮機242的操作點遠離喘振線，并減小發(fā)動機扭矩時間。
[0096]第二狀態(tài)320描繪在第一方向318上旋轉的葉輪204和在與葉輪204的旋轉方向318相反的方向324上旋轉的環(huán)形支撐件218。環(huán)形支撐件218的放大圖322與用于從葉輪204行進到環(huán)形支撐件218的空氣的進氣空氣速度矢量308—起能夠被看見。正切速度矢量326也作為在相對于葉輪204中心沿環(huán)形支撐件218的外圓周264的點處的擴散器葉片214的正切速度的表示而能夠看見。
[0097]插圖328描繪進氣空氣速度矢量308和正切速度矢量326的矢量加法。當進氣空氣離開環(huán)形支撐件218時，通過由增加矢量速度326引起的環(huán)形支撐件218旋轉來減小進氣空氣速度308的量值。所產(chǎn)生的空氣速度矢量330具有小于初始進氣空氣速度308的量值。這樣，角度支撐件218可旋轉以減小速度308，并增大離開葉片214的空氣的靜壓。
[0098]存在第三狀態(tài)(未示出)，其中環(huán)形支撐件218不旋轉而是相對于葉輪204保持在固定位置。這樣，環(huán)形支撐件218和葉片214從葉輪204引導空氣而不傳遞由環(huán)形支撐件218旋轉引起的矢量速度。如在下面參考圖4解釋，該狀態(tài)可用于發(fā)動機負載時期，在該時期期間壓縮機242不處于喘振的風險，并且空氣流的穩(wěn)定控制是期望的。
[0099]圖4示出流程圖400，其描繪響應于發(fā)動機和渦輪增壓器條件調(diào)整擴散器(諸如擴散器210)的引導裝置(諸如引導裝置212)旋轉的方法。在402處，該方法包括估算和/或測量發(fā)動機工況。在一個示例中，在402處估算/測量的發(fā)動機工況可包括參數(shù)，諸如期望的扭矩、發(fā)動機轉速、發(fā)動機負載、空氣/燃料比等。在404處，該方法包括估算和/或測量壓縮機(諸如壓縮機242)入口處的氣體流。在一個示例中，這可包括基于接近壓縮機入口布置的流速率傳感器的輸出來估算在壓縮機入口處的氣體流的控制器(諸如控制器12)。在406處，該方法包括估算/測量渦輪增壓器壓縮機的蝸殼(諸如蝸殼216)內(nèi)的氣體壓力。在一個示例中，這可包括基于接近蝸殼布置的壓力傳感器的輸出來估算在蝸殼內(nèi)的氣體壓力的控制器(諸如控制器12)。
[0100]該方法在408處包括確定在406處估算和/或測量的蝸殼壓力是否小于閾值壓力P1。在一個示例中，閾值壓力P1可基于單個壓縮機的喘振線確定，并可針對不同壓縮機具有不同值。如果蝸殼內(nèi)的氣體壓力的估算/測量值小于閾值壓力Pl.，則該方法繼續(xù)到410，在410處控制器可發(fā)信號給第一致動器(諸如電動機器208)以使引導裝置在第一方向上連續(xù)旋轉多圈。這樣，引導裝置可充當徑向鼓風機以增大蝸殼內(nèi)的壓力，從而提供另外的升壓和/或防止壓縮機喘振(如在上面參考圖3的討論中描述)。該方法可繼續(xù)到420以基于一個或更多個發(fā)動機工況調(diào)整擴散器的引導裝置的葉片(諸如葉片214)的節(jié)距。在一個示例中，該方法在420處可包括基于到壓縮機的流入氣體速率的估算/測量值經(jīng)由耦接到葉片的第二致動器(諸如致動器260)調(diào)整葉片的節(jié)距(例如角度或樞軸位置)。
[0101]該方法在408處可替換地包括如果在蝸殼內(nèi)的氣體壓力的估算/測量值超過閾值壓力Pl，則該方法繼續(xù)到412，在412處進入壓縮機中的氣體的估算/測量流與閾值流速率比較。在一個示例中，閾值流速率fi可基于單個壓縮機的喘振線確定，并可針對不同壓縮機具有不同值。閾值流速率^可與對于蝸殼中給定壓力適于防止氣體回流(例如喘振)通過壓縮機的流速率對應。
[0102]該方法在412處包括如果進入壓縮機中的氣流的估算/測量值低于閾值流速率f\，并且在蝸殼中的壓力的估算/測量值超過閾值壓力Pl，則該方法繼續(xù)到410，在410處控制器可發(fā)信號給第一致動器以使引導裝置在第一方向上連續(xù)旋轉多圈。這樣，進入壓縮機中的氣流可通過引導裝置的旋轉運動來擴大(如在圖3的討論中描述)。另外，該方法可繼續(xù)到420，在420處可基于到壓縮機的流入氣體的估算/測量值通過第二致動器修改引導裝置的葉片的節(jié)距。
[0103]該方法在412處可替換地包括如果在蝸殼中的壓力的估算/測量值大于閾值壓力P1，并且進入壓縮機中的氣流的估算/測量值大于閾值流速率fi，則該方法繼續(xù)到414，在414處在發(fā)動機負載的估算/測量值與發(fā)動機負載1:的閾值之間做出比較。
[0104]該方法在414處包括如果發(fā)動機負載的估算/測量值小于發(fā)動機負載I1的閾值，則該方法然后繼續(xù)到416，在416處控制器可發(fā)信號給第一致動器以允許引導裝置在第二方向(與在狀態(tài)410中描述的第一方向相反)上自由旋轉。在此狀態(tài)下，引導裝置(以及因此轉子(諸如轉子232)，其具有一個或更多個永磁體(諸如永磁體228))的旋轉是由進入壓縮機中的氣流傳遞的動量的結果。在此狀況下，轉子的磁場可與定子(諸如定子220)的勵磁線圈(諸如勵磁線圈230)相互作用，以在定子內(nèi)產(chǎn)生電流。通過該條件在定子內(nèi)產(chǎn)生的電流可傳送到代用發(fā)動機部件(諸如代用發(fā)動機部件252)用于存儲電荷和/或向發(fā)動機電氣部件提供動力的目的。該方法可然后繼續(xù)到420，在420處可基于到壓縮機的流入氣體的估算/測量值通過第二致動器修改引導裝置的葉片的節(jié)距。
[0105]該方法在414處可替換地包括如果發(fā)動機負載的估算/測量值大于發(fā)動機負載I1的閾值，則該方法繼續(xù)到418，在418處控制器可發(fā)信號給第一致動器以將引導裝置相對于葉輪(諸如葉輪204)的旋轉保持在靜止取向。在此狀態(tài)下，引導裝置是可半旋轉的，使得其可由第一致動器以增量旋轉用于一致修改葉片的相對于葉輪的圓周位置的目的，從而促進引導氣體通過壓縮機。然而，在此狀態(tài)下，引導裝置不連續(xù)旋轉或不旋轉多圈。代替地，引導裝置經(jīng)由第一致動器用作具有可能的增量旋轉變化的靜止引導。該方法然后繼續(xù)到420，在420處可基于到壓縮機242的進氣的估算/測量值通過第二致動器修改引導裝置212的葉片214的節(jié)距。
[0106]這樣，除調(diào)整擴散器葉片的樞軸和位置之外，可由連續(xù)旋轉擴散器的引導裝置多圈來修改通過壓縮機的空氣流。擴散器的引導裝置的連續(xù)旋轉的速度和方向可基于發(fā)動機和渦輪增壓器工況來修改。進一步地，基于一個或更多個發(fā)動機工況，經(jīng)由電動機器調(diào)整壓縮機的擴散器的環(huán)形支撐件繞壓縮機軸連續(xù)旋轉的速度的技術效果是防止壓縮機喘振、擴大進入壓縮機中的氣流、提供另外的升壓壓力，以及將空氣流動能轉變成電能。
[0107]注意，包括在本文中的示例控制和估算例程能夠與各種發(fā)動機和/或車輛配置一起使用。在本文中公開的控制方法和例程可以在非易失性存儲器中存儲為可執(zhí)行指令并可由控制系統(tǒng)執(zhí)行，該控制系統(tǒng)包括與各種傳感器組合的控制器、致動器和其他發(fā)動機硬件。在本文中描述的具體例程可以表示任何數(shù)目的處理策略中的一個或更多個，諸如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。同樣，例示的各種行動、操作和/或功能可以按例示的序列執(zhí)行、并行執(zhí)行或在一些情況下省略。同樣，處理的順序不是實現(xiàn)在本文中描述的示例實施例的特征和優(yōu)點所必需的，而是為易于例示和描述提供。根據(jù)所使用的具體策略，例示的行動、操作和/或功能中的一個或更多個可以重復執(zhí)行。進一步地，描述的行動、操作和/或功能可以圖示表現(xiàn)將要編程進入發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲介質(zhì)的非暫時性存儲器中的代碼，其中所描述行動通過在系統(tǒng)中執(zhí)行指令來實行，該系統(tǒng)包括與電子控制器組合的各種發(fā)動機硬件部件。
[0108]應認識到在本文中公開的配置和例程實際上是示例性的，并且因為眾多變化是能夠實現(xiàn)的，所以這些具體實施例不在限制意義上考慮。例如，上面的技術可以應用于V-6、I_
4、1-6、V-12、對置4缸以及其他發(fā)動機類型。本公開的主題包括在本文中公開的各種系統(tǒng)和配置，以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的全部新穎和不明顯的組合和子組合。
[0109]所附權利要求特別指出認為新穎和不明顯的某些組合與子組合。這些權利要求可以涉及“一個”或“第一”要素或它們的等同形式。此類權利要求應理解成包括一個或多個此類要素的結合，既不需要也不排斥兩個或更多個此類要素。已公開的特征、功能、要素和/或性質(zhì)的其他組合與子組合可以通過本權利要求的修正案，或通過在本申請或相關申請中新權利要求的陳述來要求保護。此類權利要求在原權利要求的保護范圍上無論是否更寬、更窄、相同或不同，都認為包括在本公開的主題內(nèi)。
【主權項】
1.一種機械增壓內(nèi)燃機，其包括: 用于供應充氣空氣的進氣系統(tǒng)； 用于排放廢氣的廢氣排放系統(tǒng)；以及 至少一個廢氣渦輪增壓器，所述廢氣渦輪增壓器包括布置在所述廢氣排放系統(tǒng)中的徑向渦輪和布置在所述進氣系統(tǒng)中的徑向壓縮機，所述壓縮機配備有在壓縮機外殼中安裝在可旋轉軸上的至少一個葉輪、在所述至少一個葉輪的下游在所述壓縮機外殼中形成的擴散器、布置在所述擴散器中的引導裝置的引導槳葉，并且所述引導裝置包括保持所述引導裝置的所述引導槳葉的環(huán)形支撐件，其中 所述環(huán)形支撐件與引導槳葉一起形成為繞所述壓縮機的軸回轉的支撐件，提供電輔助驅動器用于根據(jù)需求驅動所述支撐件，依靠所述電輔助驅動器，所述環(huán)形支撐件能夠具有在至少一個旋轉方向上施加到其的回轉移動。2.根據(jù)權利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述環(huán)形支撐件能夠依靠所述輔助驅動器在與所述壓縮機的所述至少一個葉輪相反的方向上旋轉，并且其中所述環(huán)形支撐件能夠依靠所述輔助驅動器在與所述壓縮機的所述至少一個葉輪相同的方向上旋轉。3.根據(jù)權利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述輔助驅動器是包括定子和轉子的電動馬達。4.根據(jù)權利要求3所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述定子至少布置并安裝在所述壓縮機外殼中，并且其中所述轉子連接到所述環(huán)形支撐件。5.根據(jù)權利要求3所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述定子包括用于生成磁場的可激勵線圈。6.根據(jù)權利要求3所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述轉子包括用于生成磁場的可激勵線圈。7.根據(jù)權利要求3所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述轉子包括用于生成磁場的至少一個永磁體。8.根據(jù)權利要求3所述的機械增壓內(nèi)燃機，進一步包括用于容納所述壓縮機的所述可旋轉軸的軸承外殼，其中所述轉子可旋轉地安裝在所述軸承外殼上。9.根據(jù)權利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中用于所述壓縮的充氣空氣的收集管線在所述擴散器下游設置在所述壓縮機外殼中，并且其中充氣空氣冷卻器在所述壓縮機下游布置在所述進氣系統(tǒng)中。10.根據(jù)權利要求1所述的機械增壓內(nèi)燃機，其中所述引導槳葉經(jīng)設計能夠相對于所述環(huán)形支撐件移動，使得所述引導裝置是可調(diào)引導裝置。11.一種用于操作機械增壓內(nèi)燃機的方法，其包括: 響應于所述內(nèi)燃機的發(fā)動機轉速低于第一可預定發(fā)動機轉速nMt,^經(jīng)由與環(huán)形支撐件耦接的已激活輔助驅動器，在與葉輪的旋轉方向相反的方向上繞軸驅動渦輪增壓器壓縮機的擴散器的引導裝置的環(huán)形支撐件的旋轉移動，定位在所述葉輪下游的所述擴散器在所述可旋轉軸上安裝在壓縮機外殼中，并且所述擴散器在所述壓縮機外殼中形成，其中所述引導裝置包括布置在所述擴散器中并由所述環(huán)形支撐件保持的引導槳葉。12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，響應于所述發(fā)動機轉速高于所述內(nèi)燃機的第二可預定發(fā)動機轉速nMt,2，經(jīng)由所述已激活輔助驅動器在與所述葉輪的所述旋轉方向相同的方向上驅動所述環(huán)形支撐件的所述旋轉移動。13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，響應于所述發(fā)動機轉速超過所述內(nèi)燃機的第三可預定發(fā)動機轉速nMt,3，從所述環(huán)形支撐件的相反方向旋轉移動開始顛倒所述環(huán)形支撐件的所述旋轉移動，使得經(jīng)由所述輔助驅動器，所述環(huán)形支撐件的所述旋轉移動處在與所述葉輪的所述旋轉方向相同的方向上。14.根據(jù)權利要求11所述的方法，進一步包括響應于所述發(fā)動機轉速超過第四可預定發(fā)動機轉速nmot,4，停用所述輔助驅動器以便利用所述引導裝置作為非回轉的靜止引導裝置。15.一種方法，其包括: 基于一個或多個發(fā)動機工況，經(jīng)由電動機器調(diào)整壓縮機的擴散器的環(huán)形支撐件繞所述壓縮機的軸的連續(xù)旋轉的速度，所述擴散器定位在由所述軸驅動的所述壓縮機的葉輪下游，所述電動機器耦接至所述環(huán)形支撐件。16.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括基于通過所述壓縮機的廢氣流速率，調(diào)整布置在所述擴散器的所述環(huán)形支撐件上的可樞轉葉片的位置。17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中經(jīng)由耦接至所述可樞轉葉片的第二輔助驅動器致動調(diào)整所述可樞轉葉片的位置，并且其中所述電動機器和所述第二輔助驅動器兩者均經(jīng)由發(fā)動機控制器控制。18.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中調(diào)整所述可樞轉葉片的所述位置包括:響應于所述空氣流速率大于閾值，減小所述可樞轉葉片的節(jié)距以減小通過所述壓縮機的所述空氣流速率，以及響應于所述空氣流速率小于所述閾值，增大所述可樞轉葉片的所述節(jié)距以增大通過所述壓縮機的所述空氣流速率。19.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中調(diào)整所述環(huán)形支撐件的旋轉包括: 在所述壓縮機的蝸殼的蝸殼壓力小于第一閾值時或在所述蝸殼壓力不小于所述第一閾值并且通過所述壓縮機的所述空氣流速率小于第二閾值時的第一狀況期間，在第一方向上驅動所述擴散器的所述環(huán)形支撐件的旋轉； 在所述蝸殼壓力不小于所述第一閾值、壓縮機流不小于所述第二閾值，并且發(fā)動機負載小于第三閾值時的第二狀況期間，不驅動所述擴散器的所述環(huán)形支撐件，并允許所述環(huán)形支撐件在與所述第一方向相反的第二方向上自由旋轉；以及 在所述蝸殼壓力不小于所述第一閾值、壓縮機流不小于所述第二閾值，并且發(fā)動機負載不小于所述第三閾值時的第三狀況期間，不驅動所述擴散器的所述環(huán)形支撐件，并將所述環(huán)形支撐件相對于所述軸保持在靜止位置。20.根據(jù)權利要求19所述的方法，進一步包括在所述第一方向上驅動所述擴散器的所述環(huán)形支撐件的旋轉期間，經(jīng)由所述軸在所述第二方向上驅動所述葉輪。
【文檔編號】F02B37/12GK105909564SQ201610098301
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】J·克默林, H·M·金德爾, V·斯米利亞諾夫斯基, F·A·薩默候夫, A·庫斯克, F·文德利希
【申請人】福特環(huán)球技術公司