包括熱機和被構(gòu)造為加熱進氣氣體的電動壓縮機的組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種組件(1)，包括：進氣管道(4)、熱力發(fā)動機(2)和電動壓縮機(5)，該進氣管道(4)在空氣入口(11)和熱力發(fā)動機(2)之間延伸，該電動壓縮機(5)被布置在所述進氣管道上，該電動壓縮機(5)被構(gòu)造為允許加熱流入所述進氣管道(4)中的進氣氣體。
【專利說明】
包括熱機和被構(gòu)造為加熱進氣氣體的電動壓縮機的組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及對熱力發(fā)動機的進氣氣體加熱的領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種包括熱力發(fā)動機和被構(gòu)造為用于加熱進氣氣體的電動壓縮機的組件。
[0002]本發(fā)明涉及所有汽油、柴油、燃氣、乙醇熱力發(fā)動機，無論所述熱力發(fā)動機是增壓式的還是非增壓式的。
【背景技術(shù)】
[0003]存在這樣的車輛壽命階段，在這些階段期間，加熱進氣氣體是有意義的。尤其是在發(fā)動機本身是冷的且進入的空氣的溫度是低的時的冷起動。實際上，在該情況下，燃燒減慢并產(chǎn)生更多的污染物排放，尤其是更多的HC和CO類型的不完全燃燒物，和顆粒。在外部溫度低時尤其如此。
[0004]目前，對于加熱或重新加熱進氣氣體，考慮了未來的根據(jù)Euro6及以上標準的去除污染物限制的、用于進氣氣體的電加熱系統(tǒng)被設(shè)想。例如被直接布置在進氣管道中的電阻器。該借助于電加熱的解決方案是有效的，但具有兩個缺陷:
[0005]-該解決方案僅用于重新加熱進氣氣體。系統(tǒng)的成本因此難以被增值，因為其用途僅限于時長為幾十秒期間的冷起動。
[0006]-該解決方案是侵入性的:必須找到解決電阻集成的解決方案并應(yīng)對空氣回路的密封。
[0007]在增壓式發(fā)動機的情況下，對于發(fā)動機的熱運行，用于冷卻進氣氣體的冷卻系統(tǒng)是必需的，以增大進入發(fā)動機中的空氣密度。當目的相反地在于提高進氣氣體的溫度時，該系統(tǒng)在冷起動時起到反作用。為了避免冷卻，存在用于繞過該交換器的旁通系統(tǒng)。然而，盡管該系統(tǒng)避免了氣體的冷卻，但該系統(tǒng)不允許重新加熱氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的在于通過提出一種用于熱力發(fā)動機的進氣氣體加熱系統(tǒng)克服現(xiàn)有技術(shù)的進氣氣體加熱系統(tǒng)的一個或多個缺陷，該用于熱力發(fā)動機的進氣氣體加熱系統(tǒng)配備有電動壓縮機，不需要安裝僅用于該單一目的的額外設(shè)備。
[0009]為此，本發(fā)明提出一種組件，該組件包括:
[0010]-進氣管道，其在空氣入口和熱力發(fā)動機之間延伸，
[0011]-熱力發(fā)動機，
[0012]-電動壓縮機，布置在進氣管道上，
[0013]該電動壓縮機被構(gòu)造為允許加熱流入進氣管道中的進氣氣體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，電動壓縮機配備有可變磁阻式電動機。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，根據(jù)本發(fā)明的組件包括至少一個閥，所述至少一個閥被布置在熱力發(fā)動機的上游和電動壓縮機的上游或下游，其調(diào)節(jié)進入熱力發(fā)動機的氣體的流量。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，電動壓縮機被集成在包括第一旁通裝置的第一旁通回路中，該第一旁通裝置被構(gòu)造為允許在加熱進氣氣體時，一部分來自于電動壓縮機的氣體再循環(huán)穿過所述電動壓縮機。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，根據(jù)本發(fā)明的組件包括被布置在進氣管道上的熱交換器。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，該熱交換器被集成在包括第二旁通裝置的第二旁通回路中，該第二旁通裝置被構(gòu)造為在加熱進氣氣體時，所述進氣氣體不穿過熱交換器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，電動壓縮機被布置在熱交換器的上游和閥門的上游。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，電動壓縮機被布置在熱交換器的下游和閥門的上游。
[0021]本發(fā)明還涉及一種使用根據(jù)本發(fā)明的組件以加熱進氣氣體的方法，該方法包括:
[0022]-啟動電動壓縮機的步驟，
[0023]-使進氣氣體流動穿過電動壓縮機的步驟，
[0024]-用閥門調(diào)節(jié)進氣氣體的流量的步驟。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法包括使氣體流動穿過電動壓縮機的第二步驟。
[0026]本發(fā)明還涉及一種將根據(jù)本發(fā)明的組件用于在起動階段期間加熱進氣氣體的用途。
[0027]本發(fā)明還涉及一種將根據(jù)本發(fā)明的組件用于在起動的預(yù)備階段期間加熱進氣氣體的用途。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀以下通過參照附圖作出的描述，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將被更好地理解并更清楚地顯現(xiàn)，所述附圖僅作為示例而被提供，且在附圖中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一操作方式的示意圖，
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二運行方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]本發(fā)明涉及一種熱力發(fā)動機，該熱力發(fā)動機配備有電動壓縮機，該電動壓縮機用于在起動階段期間或起動的預(yù)備階段期間加熱進氣氣體。
[0032]在以下的說明中，電動壓縮機指容積式或非容積式的且例如離心式或徑向式的空氣壓縮機，該壓縮機被電動機驅(qū)動，以使熱力發(fā)動機增壓。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，該壓縮機是空氣增壓式壓縮機。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，該電動壓縮機的電動機是同步直流或交流電動機，或任何相同類型的電動機。
[0035]更精確地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，該電動機是可變磁阻式電動機(也被稱作SRM機，根據(jù)英文術(shù)語為“Switched Reluctance Motor”，即開關(guān)磁阻電動機)。
[0036]增壓允許在減小汽缸工作容積(英文術(shù)語為“downsizing”，即減小尺寸)的同時保持發(fā)動機的性能。對于給定的待提供扭矩，荷載則更大，這通常引起更佳的效率和更低的燃料消耗。電動壓縮機被單獨使用或作為渦輪增壓器的補充而被使用以縮短渦輪增壓器的響應(yīng)時間。由此能夠更加快速地達到發(fā)動機的充分運行，這允許進一步減小汽缸工作容量，以減小發(fā)動機的常規(guī)使用的平均消耗。
[0037]因此，通常是為了增大進入的空氣的密度而啟動電動壓縮機。該密度的增大必定伴隨有溫度的升高。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所期望的就是該溫度的升高。更精確地，直接將電動壓縮機用于加熱進氣氣體。
[0038]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，起動階段指在其中使發(fā)動機開始運行的階段。
[0039]在發(fā)動機的起動階段的情況下，電動壓縮機至少允許加熱進氣氣體。根據(jù)一個實施方式，電動壓縮機至少允許加熱進氣管道和進氣氣體。
[0040]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，起動的預(yù)備階段指使發(fā)動機開始運行之前的預(yù)備階段。
[0041 ]在使發(fā)動機開始運行之前的預(yù)備階段的情況下，電動壓縮機至少允許加熱進氣管道。
[0042]本發(fā)明所涉及的發(fā)動機組件I包括機動車內(nèi)燃式熱力發(fā)動機2和電動壓縮機5，在圖1和圖2中示出了該組件的帶有進氣回路的進氣管道4的一個實施方式。
[0043]該發(fā)動機2包括燃燒室3，該燃燒室3包括用于接收助燃劑和燃料的混合物(例如，作為燃料的汽油或柴油和作為助燃劑的純空氣或空氣/再循環(huán)氣體混合物)的多個汽缸(在圖中數(shù)量為四個)。
[0044]汽缸中的燃燒產(chǎn)生發(fā)動機2的做功。發(fā)動機2的運行是傳統(tǒng)的:氣體進入燃燒室3，在其中被壓縮、燃燒、然后以排放氣體的形式被排走。
[0045]該發(fā)動機2具有連接到進氣管道4的入口和連接到排氣回路10的出口。
[0046]進氣管道4的入口11限定新鮮空氣進入組件I中所通過的入口，而排放回路10的出口 12限定排放氣體從組件I被排出所通過的出口。
[0047]進氣管道4通向進氣岐管7，該進氣岐管7由此形成用于氣體進入發(fā)動機2的燃燒室3的進氣箱。
[0048]進氣管道4指用于進氣氣體的進氣管路，該進氣氣體的流動由箭頭Fl示出，該管路位于空氣入口 11和發(fā)動機2之間。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，進氣管道4包括用于進氣氣體的機械壓縮機111，該機械壓縮機111例如是渦輪增壓器。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，進氣管道4包括熱交換器6，該熱交換器6允許冷卻進氣氣體，例如來自于機械壓縮機111的氣體。該熱交換器6也被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱作“RAS”，這指的是“增壓空氣冷卻器”；其功能在于冷卻進氣氣體。熱交換器6確保進氣氣體和熱交換器6的載熱流體之間的熱交換。在熱交換器6的出口處，氣體處于與熱交換器6的載熱流體的溫度接近的溫度。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在發(fā)動機2中的進氣岐管7的上游，進氣管道4包括閥8，該閥包括蝶式封閉器，其功能在于調(diào)節(jié)氣體的流量，以調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速。該閥8由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的發(fā)動機控制單元(也被稱作ECU，根據(jù)英文術(shù)語這指的是Engine ControlUnit)控制，并允許調(diào)節(jié)被引入發(fā)動機的空氣的量。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當電動壓縮機被用于加熱進氣氣體的目的時，該閥門8比電動壓縮機不工作時更加封閉，因此進入的空氣的量總是相同的，但是空氣是以更高的溫度進入。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，蝶形閥8處于電動壓縮機5的上游。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，蝶形閥8處于電動壓縮機5的下游。
[0054]發(fā)動機2的出口由用于排放氣體的排氣岐管9構(gòu)成。該排氣岐管被連接到構(gòu)成排氣回路的一部分的排氣通路或管路124。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，排放回路10包括渦輪121，該渦輪121與用于進氣氣體的機械壓縮機111旋轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)，并與該機械壓縮機111 一起構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪121被排放通路124的排放氣體驅(qū)動，該排放氣體的流動由箭頭F2示意性地示出。根據(jù)一個實施例，該流動穿過催化劑122。
[0056]根據(jù)一個實施方式，組件I包括返回環(huán)路(未示出)，該返回環(huán)路允許流入排放回路10中的排放氣體的全部或一部分被重新注入發(fā)動機2中。該返回環(huán)路包括通向進氣管道4的出口，排放氣體通過該出口在發(fā)動機2上游被重新注入。
[0057]如在圖1中所示，組件I包括電動壓縮機5。該壓縮機5由電動機(未示出)驅(qū)動，該電動機的控制例如由發(fā)動機控制單元執(zhí)行。電動壓縮機5被布置在進氣管道4的環(huán)路中。
[0058]在本發(fā)明的第一變型中，電動壓縮機5被布置在熱交換器6的上游，并且來自于熱交換器6的氣體通向蝶形閥8的上游，然后進入進氣岐管7中。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的另一變型，電動壓縮機5被布置在蝶形閥8的上游，并且穿過閥的、來自于電動壓縮機5的氣體隨后流入進氣岐管7中。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的另一變型，電動壓縮機5被布置在機械壓縮機111的上游。
[0061]根據(jù)該變型的一個實施方式，電動壓縮機5被布置在蝶形閥8的上游、位于熱交換器6和蝶形閥8之間。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的另一變型，電動壓縮機5被布置在蝶形閥8的下游。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，電動壓縮機5被集成在第一旁通回路51(根據(jù)英文術(shù)語也被稱作by-pass回路，即旁通回路)中，該第一旁通回路包括閥類型的第一旁通裝置52。電動壓縮機由此可被該旁通系統(tǒng)短路。該第一旁通閥52例如是蝶形閥。該第一旁通閥52例如由發(fā)動機控制單元控制。與第一旁通裝置52關(guān)聯(lián)的第一旁通回路51通常通過關(guān)閉或打開第一旁通裝置52而允許經(jīng)由進氣回路4到達的進氣氣體流動穿過電動壓縮機或繞過電動壓縮機。閥類型的第一旁通裝置52被布置在旁通回路51的第一管道510上，該第一管道510不同于電動壓縮機5的管道，以使得當旁通閥門52被關(guān)閉時，進氣氣體被引向第二管道511，電動壓縮機5被布置在該第二管道511處。
[0064]由此，在起動階段以外，或一般性地在無需使用電動壓縮機5的階段，進氣氣體流入第一管道510中，不穿過電動壓縮機5。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在旁通閥門52打開時，進氣氣體流入第一管道510中并穿過電動壓縮機。
[0066]根據(jù)一個實施方式，熱交換器6被集成在第二旁通回路61中，該第二旁通回路61包括閥類型的第二旁通裝置62。以與電動壓縮機的第一旁通回路51同樣的方式，與第二旁通裝置62關(guān)聯(lián)的該第二旁通回路61通過第二旁通裝置62的關(guān)閉或打開而允許進氣氣體穿過熱交換器6或繞過該熱交換器6。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，第一旁通裝置52和第二旁通裝置62由布置在兩個旁通回路51、61之間的同一閥形成。
[0068]由此，本發(fā)明基于存在與布置在發(fā)動機2的入口上游的至少一個閥關(guān)聯(lián)的電動壓縮機。即電動壓縮機加熱進氣氣體并壓縮進氣氣體，并且這些被加熱和壓縮的氣體的流量通過閥調(diào)節(jié)。
[0069]進入的空氣的溫度在電動壓縮機5的出口和發(fā)動機2的入口之間不變化。不變化指溫度以相差幾度的方式是大約相等的，相差的幾度即當進入的空氣在電動壓縮機和發(fā)動機入口之間流動時的損失。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的組件的運行如下。
[0071]在起動階段期間，或在起動的預(yù)備階段期間，進氣氣體經(jīng)由進氣管道4到達，借助于閥52被引向旁通回路51，并穿過電動壓縮機。在該構(gòu)造中，電動壓縮機5的閥門52處于關(guān)閉位置，進氣氣體由此必須穿過壓縮機。由此壓縮機通過控制單元被啟動。
[0072]在該時刻，閥類型的旁通裝置52被控制以將進氣氣體引向電動壓縮機5。進氣氣體穿過電動壓縮機5，并以被加熱的狀態(tài)從該電動壓縮機5出來。在該構(gòu)造中，溫度升高至少1°(:或更多。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的第一變型，由此被電動壓縮機5加熱的進氣氣體然后借助于第二旁通裝置62通到熱交換器6的第二旁通回路61中，該第二旁通裝置處于不允許氣體通到熱交換器6中的位置。由此，被電動壓縮機加熱的氣體然后直接到達包括蝶式封閉器的閥8的上游。閥8被構(gòu)造為允許燃燒所必需的氣體量通到進氣岐管7中。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的第二變型，由此被電動壓縮機5加熱的進氣氣體直接到達包括蝶式封閉器的閥8的上游。閥門8被構(gòu)造為允許燃燒所必需的氣體量通到進氣岐管7中。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在旁通裝置52打開時可啟動電動壓縮機5，以使得被壓縮機5加熱的、并來自于該壓縮機5的、且流入分支511中的流量的一部分向著與其正常的運行方向相反的方向流過旁通裝置52，并與進入壓縮機5中的新鮮空氣混合。
[0076]該再循環(huán)允許增大穿過電動壓縮機5的流量，這允許避開本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的、對于離心和徑向壓縮機具有破壞性的栗送現(xiàn)象。通過該增大的栗送限度，可以進一步加熱進氣氣體，由此進入發(fā)動機的氣體的溫度進一步地更高。在該構(gòu)造中，溫度升高50°C及更多。
[0077]由此，被加熱的進氣氣體到達直至蝶形閥8。該閥被構(gòu)造為使得用于發(fā)動機2的運行的足夠的加熱氣體量通過。
[0078]本發(fā)明的范圍不限于以上給出的細節(jié)，并允許呈多個其它的具體形式的實施方式，而不脫離本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，所述實施方式應(yīng)被視為是示例性的、并可被改動的，而并不超出由權(quán)利要求限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種組件(I)，包括: -進氣管道(4)，其在空氣入口(11)和熱力發(fā)動機(2)之間延伸， -熱力發(fā)動機(2)， -電動壓縮機(5)，其被布置在所述進氣管道上， 所述電動壓縮機(5)被構(gòu)造為允許加熱流入所述進氣管道(4)中的進氣氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1的組件(I)，包括至少一個閥(8)，所述至少一個閥(8)被布置在所述熱力發(fā)動機(2)的上游和所述電動壓縮機(5)的上游或下游，其調(diào)節(jié)進入所述熱力發(fā)動機(2)中的進氣氣體的流量。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的任一項所述的組件(I)，其中，所述電動壓縮機(5)被集成在包括第一旁通裝置(52)的第一旁通回路(51)中，所述第一旁通裝置(52)被構(gòu)造為允許在加熱進氣氣體時，一部分來自于所述電動壓縮機(5)的氣體再循環(huán)穿過所述電動壓縮機。4.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的任一項所述的組件(I)，包括被布置在所述進氣管道(4)上的熱交換器(6)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件(I)，其中，所述熱交換器(6)被集成在包括第二旁通裝置(62)的第二旁通回路(61)中，所述第二旁通裝置(62)被構(gòu)造為使得在加熱進氣氣體時，所述進氣氣體不穿過所述熱交換器。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中的任一項所述的組件(I)，其中，所述電動壓縮機(5)被布置在所述熱交換器的上游和所述閥(8)的上游。7.根據(jù)權(quán)利要求4或5中的任一項所述的組件(I)，其中，所述電動壓縮機(5)被布置在所述熱交換器的下游和所述閥(8)的上游。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項所述的組件，其中，所述電動壓縮機配備有可變磁阻式電動機。9.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的組件(I)來加熱進氣氣體的方法，該方法包括: -啟動所述電動壓縮機(5)的步驟， -使所述進氣氣體流動穿過所述電動壓縮機(5)的步驟， -用閥(8)調(diào)節(jié)所述進氣氣體的流量的步驟。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括使所述進氣氣體流動穿過所述電動壓縮機(5)的第二步驟。11.一種將根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的組件(I)用于在起動階段期間加熱所述進氣氣體的用途。12.—種將根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的組件(I)用于在起動的預(yù)備階段期間加熱所述進氣管道的用途。
【文檔編號】F02B33/40GK106030090SQ201480075702
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】A.拉姆塞耶, P.魯茨, J.馬辛科斯基, M.韋伯斯特
【申請人】法雷奧電機控制系統(tǒng)公司