用于改善驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于改善驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率的方法，其中所述驅(qū)動系統(tǒng)包括并 聯(lián)地安裝在排放管線上的滿輪壓縮機和回收滿輪。
【背景技術(shù)】
[0002] 典型地，發(fā)動機包括限定燃燒氣缸或室的發(fā)動機模塊，所述燃燒氣缸或室具有被 氣缸蓋封閉的端部和被活塞封閉的相對端部，該活塞滑動地被接收在氣缸中。每個燃燒氣 缸都與用于空氣和燃料進入裝置和用于排放燃燒過的氣體的裝置關(guān)聯(lián)，運些裝置分別包括 進氣和排放閥口。燃機產(chǎn)生的總力矩是每個氣缸產(chǎn)生的單獨的力矩之和。在燃燒后，排放 氣體被釋放到大氣中。運些排放氣體包含能量，回收該能量是有利的。
[0003] 已知使用滿輪壓縮機，其中的滿輪由排放氣體來驅(qū)動，W允許壓縮進氣處的空氣。 滿輪壓縮機增大發(fā)動機進氣處的氣體壓強，W提高其效率。滿輪壓縮機可W與回收滿輪關(guān) 聯(lián)，W完善對排放氣體的能量的回收。被回收滿輪回收的能量可W用于產(chǎn)生電能或機械能， 例如W便將力矩送回到發(fā)動機的曲軸上?；厥諠M輪可W與滿輪壓縮機串聯(lián)地安裝在排放管 線上。替代地，回收滿輪可W與滿輪壓縮機并聯(lián)地安裝。主要使用串聯(lián)架構(gòu)，而并聯(lián)架構(gòu)則 在體積方面可W是有利的。
[0004] 然而，為串聯(lián)架構(gòu)設(shè)計的滿輪壓縮機和回收滿輪對于并聯(lián)架構(gòu)不是最優(yōu)的。因此， 追求允許調(diào)節(jié)滿輪壓縮機和/或回收滿輪的幾何構(gòu)造特征W在并聯(lián)架構(gòu)中回收最大量的 排放氣體能量的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]為此，提出一種用于改善驅(qū)動系統(tǒng)的能量效率的方法，所述系統(tǒng)包括：
[0006]-設(shè)有排放管線的發(fā)動機；
[0007]-具有滿輪的滿輪壓縮機，其中所述滿輪安裝在排放管線上，W被排放氣體的第一 部分驅(qū)動，從而確定發(fā)動機的增壓水平；
[0008]-回收滿輪，該回收滿輪與滿輪壓縮機并聯(lián)地安裝在排放管線上，W被排放氣體的 第二部分驅(qū)動，從而回收來自于排放氣體的所述第二部分的功率；
[0009] 所述方法包括W下步驟：
[0010] -確定運樣的增壓水平，該增壓水平使得發(fā)動機輸出第一驅(qū)動功率數(shù)值；
[0011] 遞增或遞減、即單調(diào)的方式改變滿輪壓縮機的滿輪的至少一個幾何構(gòu)造參數(shù)， 并對于該幾何構(gòu)造參數(shù)的數(shù)值，確定被回收滿輪回收的功率和對應(yīng)于該幾何構(gòu)造參數(shù)的所 述數(shù)值的驅(qū)動功率的數(shù)值與所述第一驅(qū)動功率數(shù)值之間的差值；
[0012] -當(dāng)被回收滿輪回收的功率達到最大數(shù)值或當(dāng)所述驅(qū)動功率差值大于給定闊值 時，停止該對滿輪壓縮機的滿輪的幾何構(gòu)造參數(shù)的改變。
[0013] 通過單調(diào)地改變滿輪壓縮機的滿輪的幾何構(gòu)造參數(shù)，逐漸地改變位于發(fā)動機出口 處和滿輪入口處的區(qū)域中的條件，尤其是排放氣體的通率和/或壓強。運些條件改變還導(dǎo) 致改變被回收滿輪回收的功率。通過跟蹤所回收的功率直至達到最大數(shù)值，確認(rèn)獲得具有 允許回收滿輪回收最大量的排放氣體能量的幾何構(gòu)造特征的滿輪壓縮機。然而，由發(fā)動機 輸出的驅(qū)動功率會被發(fā)動機出口與滿輪入口之間的區(qū)域中的條件的改變影響。通過確保驅(qū) 動功率保持包括在數(shù)值窗口中，確保發(fā)動機的性能沒有由于最大化被回收滿輪回收的功率 而雙損。
[0014] 根據(jù)一個變型，該改變步驟包括減小滿輪壓縮機的滿輪的通過性 任erme油ility)，并對于通過性數(shù)值，確定被回收滿輪回收的功率和對應(yīng)于所述通過性數(shù) 值的驅(qū)動功率的數(shù)值與所述第一驅(qū)動功率數(shù)值之間的差值。此外，該停止步驟包括在被回 收滿輪回收的功率達到最大數(shù)值或當(dāng)所述驅(qū)動功率差值超過給定闊值時停止?jié)M輪壓縮機 的滿輪的通過性的該減小。
[0015] 通過性表征滿輪中通率與壓強比之間的關(guān)系。特別地，通過增大壓強比和通過減 小通率來改變通過性。通過性可W由滿輪的滿殼、輪子或擴散道的幾何構(gòu)造來確定。
[0016] 根據(jù)一個實施例，滿輪壓縮機包括具有可變幾何構(gòu)造的滿輪。由此，該改變幾何構(gòu) 造參數(shù)的步驟可W包括改變滿輪的擴散道的通過截面和/或改變氣體在滿輪葉片上的入 射角度。該方法允許根據(jù)一方面的驅(qū)動功率和/或另一方面的回收滿輪的特征來調(diào)節(jié)滿輪 壓縮機的具有可變幾何構(gòu)造的滿輪的幾何構(gòu)造。
[0017] 根據(jù)一個實施例，該方法還包括W下步驟：
[0018] -增大回收滿輪的通過性，并對于通過性數(shù)值，進行所述改變滿輪壓縮機的滿輪的 幾何構(gòu)造參數(shù)的步驟和停止改變該幾何構(gòu)造參數(shù)的步驟；
[0019] -確定被回收滿輪回收的功率和對應(yīng)于滿輪發(fā)電機的滿輪的所述通過性數(shù)值的驅(qū) 動功率的數(shù)值與所述第一驅(qū)動功率數(shù)值之間的差值；
[0020] -當(dāng)被回收滿輪回收的功率達到最大數(shù)值或當(dāng)所述驅(qū)動功率差值超過給定闊值 時，停止回收滿輪的通過性的該增大。
[0021] 特別地，通過增大滿輪的通率和通過減小壓強比來增大通過性。
[0022] 運些步驟允許獲得具有最大被回收功率的回收滿輪的幾何構(gòu)造。通過增大回收滿 輪的通過性，改變被回收滿輪回收的功率。通過監(jiān)控所回收的功率直至達到最大數(shù)值，確保 獲得具有允許回收滿輪回收最大量的排放氣體能量的幾何構(gòu)造特征。
[0023] 然而，在改變回收滿輪的通過性的同時，還會影響滿輪壓縮機的滿輪入口處的條 件。滿輪壓縮機由此不再能夠確保允許維持由發(fā)動機輸出的驅(qū)動功率水平的增壓水平。改 變滿輪壓縮機的滿輪的幾何構(gòu)造參數(shù)的步驟和停止改變該幾何構(gòu)造參數(shù)的步驟允許使?jié)M 輪壓縮機的滿輪適應(yīng)回收滿輪的通過性。
[0024] 根據(jù)一個實施例，回收滿輪為具有可變幾何構(gòu)造的滿輪，該增大滿輪的通過性的 步驟包括增大滿輪的擴散道的通過截面和/或改變氣體在滿輪葉片上的入射角度。該方法 允許根據(jù)驅(qū)動功率來調(diào)節(jié)回收滿輪的幾何構(gòu)造。
[00巧]本發(fā)明還設(shè)及由如上述權(quán)利要求中任一項所述的方法獲得的驅(qū)動系統(tǒng)，在該驅(qū)動 系統(tǒng)中，滿輪壓縮機的滿輪在小通率和大壓強比下運行。
[0026] 例如，對于帶有氣體再循環(huán)的化柴油發(fā)動機，壓強比可W低于1. 6,通率可W高于 0. 0化g/s。
【附圖說明】
[0027] 閱讀W下對示例性地并參照附圖給出的本發(fā)明的實施例的說明，本發(fā)明的其他特 征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中所述附圖示出了：
[0028]-圖1，具有并聯(lián)地安裝在排放管線上的滿輪壓縮機和回收滿輪的驅(qū)動系統(tǒng)的示 意圖；
[0029] -圖2,符合本發(fā)明的第一實施例的方法的方塊圖；
[0030]-圖3,對于不同通過性和轉(zhuǎn)動速度所獲得的滿輪壓縮機的滿輪的氣體通率-壓強 比圖；
[0031]-圖4,對于滿輪壓縮機的滿輪的不同通過性數(shù)值獲得的驅(qū)動功率的比較圖；
[0032]-圖5,發(fā)動機氣缸的壓縮圖；
[0033] -圖6,對于滿輪壓縮機的滿輪的不同通過性數(shù)值獲得的被回收滿輪回收的功率 的比較圖；
[0034]-圖7,對于滿輪壓縮機的滿輪的不同通過性數(shù)值獲得的整體增益的比較圖；
[0035] -圖8,符合本發(fā)明的第二實施例的方法的方塊圖；
[0036]-圖9,示出了對于發(fā)動機的不同運行點的根據(jù)回收滿輪的通過截面的驅(qū)動功率 的圖；
[0037] -圖10,示出了對于發(fā)動機的不同運行點的根據(jù)回收滿輪的通過截面的被回收滿 輪回收的功率的圖；
[0038]-圖11，示出了對于發(fā)動機的不同運行點的根據(jù)回收滿輪的通過截面的整體增益 的圖。
【具體實施方式】
[0039] 圖1示出了一個驅(qū)動系統(tǒng)示例10。
[0040] 該系統(tǒng)10包括設(shè)有排放管線14的發(fā)動機12。發(fā)動機12包括氣缸12a，燃料在該 氣缸中的燃燒允許產(chǎn)生驅(qū)動力矩。
[0041] 滿輪壓縮機16被用于在發(fā)動機12的進氣管線15上壓縮氣體，從而確定發(fā)動機12 的增壓水平。滿輪壓縮機16包括滿輪18,該滿輪被安裝在排放管線14上，W被排放氣體的 第一部分驅(qū)動并允許壓縮進氣處的氣體。運些氣體可W在被引入發(fā)動機12中之前被冷卻 器15a冷卻。
[0042] 系統(tǒng)10還包括與滿輪壓縮機16并聯(lián)地安裝在排放管線14上的回收滿輪20。回 收滿輪20由此由排放氣體的第二部分驅(qū)動。回收滿輪20允許回收來自于排放氣體第二部 分的功率，W產(chǎn)生例如機械能或電能。特別地，回收滿輪20可W屬于基于排放氣體產(chǎn)生電 的滿輪發(fā)電機?；厥諠M輪20還可W允許例如通過齒輪傳動組在發(fā)動機的曲軸上添加力矩。
[0043] 系統(tǒng)10可W包括排放氣體再循環(huán)管線13,該排放氣體再循環(huán)管線允許回收一部 分排放氣體，W在進氣處將其重新注入。再循環(huán)管線可W包括用于在在進氣處重新注入之 前降低氣體溫度的冷卻器13a和允許調(diào)定再循環(huán)率的閥口 13b。
[0044] 滿輪壓縮機16的滿輪18為具有可變幾何構(gòu)造的滿輪。在運種滿輪中，能夠改變 幾何構(gòu)造參數(shù)（例如：截面比或開口），尤其是為了按照發(fā)動機運行點調(diào)節(jié)。
[0045] 可W在圖1的系統(tǒng)10上實施符合在圖2中示出的實施例的用于改善能量效率的 方法。通過使?jié)M輪壓縮機16的滿輪18的通過性變化，該方法允許獲得最大的被回收滿輪 回收的功率。
[0046] 通過性表征滿輪入口和出口之間的壓強比與滿輪的通率之間的關(guān)系。圖3示出了 通率化g/s)-壓強比圖的一個示例。對于滿輪的給定通過性，獲得每個特征組I、II、III、 IV。特別地，通過例如借助于閥口使?jié)M輪的開口變化來獲得通過性的變化。在一組特征中， 每個特征都是對于滿輪的給定轉(zhuǎn)動速度獲得的。
[0047] 滿輪的等賭功率P(單位為kW)可W用W下關(guān)系式來表示：
[0048]
W例其中，貓為滿輪的通率化g/s) ;Cp為排放氣體熱恒量（JKVkg) ;Tm為滿輪入口 處的溫度化）；RP為滿輪的入口和出口之間的壓強比；W及，丫為熱容比。運些參數(shù)可W通 過測量或估計來獲得。通過使通過性、尤其是滿輪的開口變化，能夠改變通率-壓強比RP 對。
[0050] 在步驟110中，滿輪壓縮機16被配置為產(chǎn)生允許發(fā)動機12輸出第一驅(qū)動功率數(shù) 值（Nm)的增壓水平。特別地，驅(qū)動功率數(shù)值可W對應(yīng)于獲得其中安裝有驅(qū)動系統(tǒng)10的車 輛的移動所要求的發(fā)動機的運行點（轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘；負(fù)載）。在所考慮的示例中，第一驅(qū)動功 率數(shù)值對應(yīng)于圖3的圖的第一點A。第一點A位于第一特征組I中，該特征組具有大約為 50-60 %的滿輪開口。
[0051] 然后，尤其是通過減小滿輪18的開口來進行滿輪壓縮機16的滿輪18的通過性的 減小120。滿輪的開口可W步進地逐漸減小。對于滿輪壓縮機16的滿輪18的每個開口數(shù) 值，改變滿輪壓縮機16的滿輪18的通率-壓強比對。開口隨著通率的減小和壓強比的增 大而減小。
[0052]