增壓器組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于內燃機的增壓器組件，并且具體地但非排他地涉及包括組合的發電機和馬達的電力驅動裝置及其控制方法。本發明的各方面涉及發電機、增壓器組件、控制單元、方法及車輛。
【背景技術】
[0002]廢氣驅動的渦輪增壓器通常設置用于內燃機以通過增加用于將燃料/氣體混合物供應至發動機汽缸的發動機進氣歧管中的空氣的壓力、溫度和密度來改善內燃機的性能。這使得能夠在發動機的每個循環中燃燒更多的燃料，從而增大動力輸出。廢氣驅動的渦輪增壓器利用發動機廢氣中所含的否則會浪費掉的能量，并且因此可以有助于發動機的總效率的改進。然而，單級渦輪增壓器在廢氣流動的與低發動機運行速度相關的低流量下不是特別有效。這導致了 “渦輪遲滯”的問題，即，駕駛員需求動力與發動機輸送所需要的響應之間的明顯延遲，因為發動機速度需要增加至一定水平，然后渦輪增壓器才有效運行。這些問題可以通過使用多級渦輪增壓器得到一定程度的改善。
[0003]替代性的解決方案是除了渦輪增壓器以外還提供增壓器。該增壓器由發動機機械地驅動，以當發動機以低速行駛使得渦輪增壓器低效時執行使進氣歧管中的空氣的壓力、溫度和密度增加的相同任務。增壓器在駕駛員需求動力時接合以充分增大許可進入發動機的空氣的體積。通過適當地加燃料，增壓器可以消除渦輪遲滯。另外的益處在于與其他方式相比，空氣流的立即增加允許渦輪增壓器葉輪更快地加速(spool up)。然而，當增壓器由發動機機械地驅動時，增壓器增加了發動機上的負載并且從而增大了燃料消耗。因此，一旦渦輪增壓器起作用之后，增壓器就可以立即停止使用。
[0004]已經針對順序地以及同時地操作增壓器和渦輪增壓器開發了控制策略，使得能夠提供期望范圍的發動機性能和發動機響應。
[0005]增壓器可以由車輛發動機直接驅動，但如果安裝例如由于發動機配裝至不同的發動機室而改變，則該結構趨向于不夠靈活。相應地，已經提出了通過車輛發電機的電樞機械地驅動增壓器，這提供了在發動機室內不同的安裝可能性。
[0006]在一個結構中，增壓器與車輛發電機同軸地安裝，進而由車輛發動機通過安裝在聯接至發電機的帶輪上的多個三角帶來驅動。發電機向車輛提供能量，并且發電機的電樞通過行星齒輪箱機械地聯接至增壓器以提供使增壓器的相對于發電機的速度增加的同軸結構。
[0007]行星齒輪箱由外齒圈或齒圈、下文中簡稱為行星齒輪的多個內行星齒輪以及中心齒輪或太陽齒輪構成。太陽齒輪位于齒圈的中心，行星齒輪位于太陽齒輪與齒圈之間并且與太陽齒輪和齒圈二者嚙合。行星齒輪附接至共用的行星齒輪架，該行星齒輪架保持行星齒輪的相對位置。如果行星齒輪架旋轉而齒圈保持靜止，則使得行星齒輪繞齒圈的內表面旋轉。當行星齒輪旋轉時，這進而使太陽齒輪以由傳動比確定的速度旋轉。替代性地，行星齒輪架可以保持就位，在這種情況下，使齒圈旋轉引起太陽齒輪旋轉。以此方式，行星齒輪箱提供了產生所需速度的同軸結構。
[0008]車輛發動機運行的速度能夠在例如500至7000轉數每分鐘(rpm)的范圍內變化。在行星齒輪架保持靜止的情況下，上述結構通過來自帶輪的3: I的增大與來自行星齒輪箱的10: I的增大的結合產生了大約30: I的速度增大。因此，對于該結構中的增壓器葉輪而言期望的運行范圍是15，000至210，OOOrpmo然而，為實現最佳的性能，理想的是在運行期間將增壓器葉輪的旋轉速度保持在相對恒定的水平，即，通常保持在大約120，OOOrpmo
[0009]為此，已經提出了將行星齒輪箱的行星齒輪架聯接至電動馬達。通過根據需要向前或反向地驅動該馬達，增壓器的速度可以調節成其最佳水平。用于增壓器馬達的動力由車輛發電機提供，車輛發電機必須在尺寸方面增大。該結構提供的益處在于:驅動增壓器的主要工作由車輛發動機執行，而電動馬達僅提供微調作用。增壓器的動力需求使得試圖在車輛環境中使用單獨的電動馬達來驅動增壓器不可行。
[0010]如果增壓器結合渦輪增壓器使用，則當發動機以低速運行時例如當車輛開始行駛時，增壓器首先致動。一旦發動機速度足夠大，則渦輪增壓器取代增壓器，因為這節省了能量需要。在上述結構中，增壓器直接連接至發電機，并且由此進行恒定地驅動，甚至在未被使用時亦是如此。然而，增壓器可以通過例如使輸出側通向大氣進行空轉。這減少了增壓器葉輪上的負載，并且因此進而減少了增壓器在空轉時吸入的能量。
[0011]然而，該結構具有以下缺陷:增壓器永久地連接至發電機電樞，并且因而吸收一些能量甚至當停用時亦是如此。已知的是能量效率是關系到新車輛的設計和制造的關鍵因素，并且因此為減少消耗而采用的任何措施都是重要的。
[0012]在這種背景下，本發明的目的是提供避免增壓器空轉但保持安裝的靈活性的結構。
【發明內容】
[0013]一方面，本發明提供了車輛增壓器組件，該車輛增壓器組件包括:
[0014]雙聯發電機，該雙聯發電機包括能夠同軸地相對旋轉的第一電樞和第二電樞以及位于電樞之間的第一可分離離合器，所述第一電樞適于由動力源進行恒定地驅動，并且所述第二電樞在所述第一離合器接合的情況下由所述第一電樞驅動；
[0015]增壓器葉輪，第二電樞通過齒輪系機械地驅動葉輪；
[0016]電動馬達，該電動馬達聯接至齒輪系并且可操作成調節葉輪的旋轉速度；
[0017]其中，在使用中，電動馬達按需地由包括第二電樞的發電機進行電驅動。
[0018]雙聯發電機允許增壓器的按需的電連接和機械連接，從而避免了增壓器的空轉。動力源通常是車輛內燃機。在一個實施方式中，雙聯發電機包括主發電機和副發電機，主發電機包括所述用于供應常規車輛系統的一個電樞，副發電機包括所述用于供應增壓器的電動馬達的另一個電樞。
[0019]通過將雙聯發電機集成到增壓器組件中，當不需要增壓時能夠使增壓器葉輪分離，以防止增壓器葉輪的空轉。這減少了由動力源驅動的負載，從而減少了車輛的燃料消耗。電動馬達提供了在使用中將增壓器葉輪的旋轉速度調節至最優水平的能力。增壓器組件的馬達可以是雙向的。
[0020]應該理解的是除了按需提供增壓作用之外，雙聯發電機結構還允許車輛發動機的增壓的變型和非增壓的變型，但這兩個變型具有共同的主發電機。此外，副發電機可以改變驅動與例如相同的基礎發動機(basic engine)的汽油衍生物和柴油衍生物相關的不同增壓器的能力。
[0021]第二電樞可以與等于或大于所述第一電樞的發電量的發電量相關聯。
[0022]在一個實施方式中，第一電樞和第二電樞呈一者軸頸式安裝于另一者內，以繞共同軸線旋轉。
[0023]方便地，第一離合器可以軸向地設置在所述電樞之間。
[0024]第一電樞和第二電樞中的一者或兩者可以包括電動馬達。
[0025]葉輪可以與第一電樞和第二電樞同軸。在該實施方式中，葉輪可以軸頸式安裝于第二電樞中。
[0026]雙聯發電機可以操作為雙聯馬達以驅動所述動力源。在該結構中，雙聯馬達能夠結合所述電動馬達操作以驅動所述動力源。
[0027]齒輪系可以是行星齒輪系。第二電樞可以通過行星齒輪系的齒圈和行星齒輪機械地驅動所述葉輪并且所述電動馬達可以驅動行星齒輪系的行星齒輪架。
[0028]增壓器組件還可以包括用于選擇性地鎖定行星齒輪系和使行星齒輪系解鎖的第二離合器。在該實施方式中，電動馬達可以包括與第一電樞和第二電樞同軸地布置的第三電樞，其中，電動馬達提供了可變的雙向驅動以在行星齒輪系由第二離合器解鎖時調節增壓器葉輪的旋轉速度。
[0029]第二離合器有益地用于鎖定行星齒輪系以使雙聯發電機有效地聯接至電動馬達，從而使雙聯發電機和電動馬達能夠一起用于提供動力。在電動馬達包括第三電樞的情況下，當行星齒輪箱鎖定時，第二離合器使第二電樞有效地聯接至第三電樞。
[0030]第二離合器可以布置成鎖定行星齒輪系從而防止行星齒輪和齒圈的相對旋轉。在該實施方式中，第二離合器可以以爪式離合器的形式布置成與齒圈和行星齒輪中的至少一個行星齒輪相互接合。爪式離合器的分離可以通過液壓的方式實現。
[0031]雙聯發電機可以布置成操作成馬達以驅動第一電樞，并且發電機和馬達布置成當行星齒輪系由第二離合器鎖定時進行配合，從而向車輛發動機提供驅動力。
[0032]增壓器組件的電動馬達可以包括與第一電樞和第二電樞同軸的第三電樞以及位于第三電樞與第二電樞之間的第二離合器，第三電樞在第二離合器接合的情況下由第二電樞驅動，其中，當第一離合器和第二離合器均接合時，第三電樞在聯接至第二電樞時向發電機提供附加發電量。
[0033]因此，本發明的增壓器組件的雙聯發電機可以可選地結合電動馬達來操作成馬達，以驅動車輛發動機，例如作為整合了帶的啟動器發電機(BISG)或作為防失速裝置。
[0034]雙聯發電機可以提供附加的驅動能力，其中，所述附加的驅動能力不能由僅定尺寸成滿足車輛的正常電負載的常規發電機獲得。
[0035]第三電樞能夠操作為副發電機以在第一離合器接合并且行星齒輪系由第二離合器鎖定時增大車輛的總發電量。在該實施方式中，第一電樞、第二電樞和第三電樞有效地彼此聯接并且因此一起旋轉。這除了由雙聯發電機提供的能力以外還允許結構的發電量的增大。因此該實施方式提供了三聯式發電機。
[0036]根據本發明的另一方面，提供了用于如上所述的增壓器組件的控制單元，并且該控制單元包括用于適當地控制第一離合器、第二離合器和電動馬達的操作且用于操作增壓器的電子控制單元。
[0037]控制單元可以確定所述電動馬達與包括第二電樞的發電機的聯接。
[0038]控制單元還可以適于將所述雙聯發電機構造在適于驅動所述動力源的雙聯馬達上。
[0039]根據本發明的又一方面，提供了為如上所述的車輛增壓器組件的操作做準備的方法，并且該方法包括以下步驟:(i)檢測增壓的需求；以及(ii)使第一離合器接合以使第一電樞機械地聯接至第二電樞，并且操作馬達以使葉輪達到所需速度。馬達可以電聯接至與所述第二電樞相關聯的發電機。
[0040]本發明還擴展至操作如上所述的車輛增壓器組件的方法，并且該方法包括前述準備方法以及以下進一步的步驟:使所述增壓器加載以及以電的方式改變所述馬達的速度以保持所述增壓器以所需速率輸出。
[0041]本發明還擴展至提供整合了帶的啟動器發電機的方法，該方法包括將上述增壓器組件的雙聯發電機構造為雙聯馬達，并且使所述第一離合器接合。
[0042]本發明還擴展至為內燃機提供防失速裝置的方法，該方法包括下述步驟:將上述增壓器組件的雙聯發電機構造為雙聯馬達以及使第一離合器接合。該方法還可以包括一致地使用所述雙聯馬達和所述電動馬達。
[0043]根據本發明的另一方面，提供了操作上述增壓器組件的雙聯發電機的方法，其