专利名称：混合动力系系统的制作方法
技术领域：
本发明的示例性实施例涉及混合动力系系统且更特定而言涉及具有多个内燃机配置的混合动力系。
背景技术：
越来越关注燃料经济和由机动车辆中碳氢化合物燃烧造成的温室气体的大气排放和其它调控排气的排放导致共同努力来发展更加燃料高效的动力系系统。一个选项为发展所谓的混合车辆动力系，其利用由诸如蓄电池的储存车载电能供电的电驱动与内燃机的组合。在利用混合车辆动力系的车辆(即，混合车辆)的操作中，一个或多个车辆控制器确定利用电驱动或利用内燃机推动的最佳条件。作为实例，在时停时进的城市驾驶或交通拥挤时间高速公路驾驶期间通常经历的驾驶中，车辆可完全或主要靠蓄电池电力来操作，这是由于推动车辆和向各个车辆配件提供电力所需的低负荷。在蓄电池中的能量储备耗尽时 或者在需要额外动力来行驶的条件下，内燃机可启动且车辆可经由内燃机补充的电力或者仅由内燃机推动，这在很大程度上取决于混合系统的类型(例如，串联式混合或并联式混合)。选择的内燃机通常为标准汽油或柴油动力活塞驱动的发动机，在混合应用中，其可小于非混合应用中通常使用的发动机。这样的活塞驱动的内燃机通常以大约30%的效率操作，能量的70%用于操作发动机以克服摩擦和发动机设计中固有的其它损耗。因此，在混合系统的发动机操作期间，效率可能不是最佳的。
发明内容
在本发明的示范性实施例中，一种混合车辆动力系系统包括内燃机；与内燃机流体连通的排气驱动的涡轮增压器，其具有第一排气涡轮，第一排气涡轮被配置成从内燃机接收排气且使得压缩机旋转，压缩机被配置成向内燃机供应压缩空气以在其中燃烧；第二排气涡轮，其与排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通且被配置成接收从第一排气涡轮排放的排气使得发电机旋转，发电机可操作地连接到储能装置；以及，电驱动马达，其被配置成从储能装置接收电能。在本发明的另一不范性实施例中，一种混合车辆动力系系统包括内燃机；润轮燃烧器；排气驱动的涡轮增压器，其与内燃机和涡轮燃烧器流体连通，具有第一排气涡轮，第一排气涡轮被配置成从内燃机和涡轮燃烧器接收排气且使得压缩机旋转，压缩机被配置成向内燃机和涡轮燃烧器供应压缩空气以在其中燃烧；第二排气涡轮，其与排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通且被配置成接收从第一排气涡轮排放的排气并且使得发电机旋转，发电机可操作地连接到储能装置；以及，电驱动马达，其配置成从储能装置接收电能。在本发明的又一实施例中，一种操作混合车辆动力系系统的方法，其中混合车辆动力系系统包括内燃机；涡轮燃烧器；排气驱动的涡轮增压器，其与内燃机和涡轮燃烧器流体连通，具有第一排气涡轮，第一排气涡轮被配置成从内燃机和涡轮燃烧器接收排气且使得压缩机旋转，压缩机被配置成向内燃机和涡轮燃烧器供应压缩空气以在其中燃烧；第二排气涡轮，其与排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通且被配置成接收从第一排气涡轮排放的排气并且使得发电机旋转，发电机可操作地连接到储能装置；以及，电驱动马达，其被配置成从储能装置接收电能，该方法包括关掉内燃机；将由压缩机供应的全部压缩燃烧空气递送到涡轮燃烧器；将涡轮排气递送到第一排气涡轮；将从第一排气涡轮发出的排气递送到第二排气涡轮以使得发电机旋转；以及从发电机向储能装置，电驱动马达或者其组合递送电能。本发明提供下列技术方案。技术方案I :一种混合车辆动力系系统，包括
内燃机；
与所述内燃机流体连通的排气驱动的涡轮增压器，其具有第一排气涡轮，所述第一排气涡轮被配置成从所述内燃机接收排气且通过第一轴杆使得压缩机旋转，所述压缩机被配置成向所述内燃机供应压缩空气以在其中燃烧；
第二排气涡轮，其与所述排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通，且被配置成接收从所述第一排气涡轮排放的排气并使得发电机旋转，所述发电机可操作地连接到储能装置；以及
电驱动马达，其被配置成从所述储能装置接收电能，所述内燃机和电驱动马达构成混合车辆动力系系统。技术方案2 :根据技术方案I所述的混合动力系系统，其中，所述第二排气涡轮可旋转地安装于第二轴杆上，所述第二轴杆与所述第一轴杆同轴安置。技术方案3 :根据技术方案I所述的混合动力系系统，其中，所述第二排气涡轮被配置成以不同于所述第一排气涡轮的速度旋转。技术方案4 :根据技术方案3所述的混合动力系系统，其中，选择所述第二排气涡轮的大小和因此旋转速度以匹配所述发电机的旋转参数。技术方案5 :根据技术方案I所述的混合动力系系统，其还包括涡轮燃烧器，其与所述排气驱动的涡轮增压器的所述压缩机流体连通且被配置成接收所述压缩机供应的压缩空气的一部分并且将所述压缩燃烧空气的所述部分与燃料组合以在其中燃烧。技术方案6 :根据技术方案I所述的混合动力系系统，其中，所述涡轮燃烧器与所述第一排气涡轮流体连通且被配置成向所述第一排气涡轮递送高压燃烧器排气。技术方案7 :—种混合车辆动力系系统,包括
内燃机；
涡轮燃烧器；
排气驱动的涡轮增压器，其与所述内燃机和所述涡轮燃烧器流体连通，具有第一排气涡轮，所述第一排气涡轮被配置成从所述内燃机和所述涡轮燃烧器接收排气且使得压缩机旋转，所述压缩机被配置成向所述内燃机和所述涡轮燃烧器供应压缩空气以在其中燃烧；第二排气涡轮，其与所述排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通，且被配置成接收从所述第一排气涡轮排放的排气并使得发电机旋转，所述发电机可操作地连接到储能装置；以及电驱动马达，其被配置成从所述储能装置接收电能，所述内燃机和电驱动马达构成混合车辆动力系系统。技术方案8 :根据技术方案7所述的混合车辆动力系系统，其中，所述第二排气涡轮可旋转地安装于第二轴杆上，所述第二轴杆与所述第一轴杆同轴安置。技术方案9 :根据技术方案7所述的混合车辆动力系系统，其中，所述第二排气涡轮被配置成以不同于所述第一排气涡轮的速度旋转。技术方案10 :根据技术方案9所述的混合车辆动力系系统，其中，选择所述第二排气涡轮的大小和因此旋转速度以匹配所述发电机的旋转参 数。技术方案11 :一种操作混合车辆动力系系统的方法，所述混合车辆动力系系统包括内燃机；涡轮燃烧器；排气驱动的涡轮增压器，其与所述内燃机和所述涡轮燃烧器流体连通，具有第一排气涡轮，所述第一排气涡轮被配置成从所述内燃机和所述涡轮燃烧器接收排气使得压缩机旋转，所述压缩机被配置成向所述内燃机所述涡轮燃烧器供应压缩空气以在其中燃烧；第二排气涡轮，其与所述排气驱动的涡轮增压器的所述第一排气涡轮流体连通且被配置成接收从所述第一排气涡轮排放的排气并且使得发电机旋转，所述发电机可操作地连接到储能装置；以及，电驱动马达，其被配置成从所述储能装置接收电能，所述方法包括
关掉所述内燃机；
将由所述压缩机供应的全部压缩燃烧空气递送到所述涡轮燃烧器；
将涡轮排气递送到所述第一排气涡轮；
将从所述第一排气涡轮发出的排气递送到所述第二排气涡轮以使得所述发电机旋转；
以及
从所述发电机向所述储能装置、所述电驱动马达或者其组合递送电能。技术方案12 :根据技术方案11所述的操作混合车辆动力系系统的方法，还包括 启动所述内燃机；
将由所述压缩机供应的压缩燃烧空气递送到所述内燃机和所述涡轮燃烧器；
将自所述内燃机和所述涡轮燃烧器的排气递送到所述第一排气涡轮；
将从所述第一排气涡轮发出的排气递送到所述第二排气涡轮以使得所述发电机旋转；
以及
从所述发电机向所述储能装置、所述电驱动马达或者其组合递送电能。当结合附图理解时通过下文本发明的详细描述，本发明的上述特点和优点和其它特点和优点将会显而易见。
在关于实施例的下文的详细描述中，以举例说明的方式，其它目的，特点，优点和细节将显而易见，详细描述参考附图，在附图中
图I为在第一操作模式中的包含本发明特征的混合动力系系统的示意 图2为在第二操作模式中的包含本发明特征的混合动力系系统的示意图；以及 图3为在第三操作模式中的包含本发明特征的混合动力系系统的示意图。
具体实施例方式下文的描述在本质上为示范性的且并不意欲限制本公开，其应用或用途。应了解在所有附图中，相对应的附图标记指示相似或相对应的部件和特点。参看图1，本发明的示范性实施例针涉及混合车辆动力系系统10，用于高效推动(即，操作)混合车辆12。混合车辆动力系系统10可包括并联式混合动力系(图I)或者串联式混合动力系(未图示)，如汽车技术领域中通常已知的那样。内燃机11与排气驱动涡轮增压器18的压缩机16流体连通且从压缩机16接收压缩的燃烧空气14。压缩的燃烧空气14通过一个或多个装有阀的燃烧空气引入端口 23进入内燃机11且在一个或多个燃烧腔室20中与燃料混合以在其中燃烧。通过燃料与压缩燃烧空气14的燃烧所产生的排气 22通过内燃机11的一个或多个装有阀的排气端口 24排出且被导向至排气驱动的涡轮增压器18的第一排气涡轮26。第一排气涡轮26通过第一轴杆27可旋转地连接到排气驱动的涡轮增压器18的压缩机16，且通过消耗自流动通过它的排气22的排气能量，操作以使得压缩机16旋转从而产生压缩燃烧空气14以供应到内燃机11。 再次参看图1，在示范性实施例中，排气驱动的涡轮增压器18还包括第二排气涡轮30，第二排气涡轮30与第一排气涡轮26流体连通且被配置成接收从第一排气涡轮26排放的排气31。在示范性实施例中，第二排气涡轮30可旋转地安装于第二轴杆32上，第二轴杆32可与第一排气涡轮26的第一轴杆27同轴安置。第二排气涡轮30被配置成以不同于所述第一排气涡轮26的速度旋转。第二排气涡轮30和相关联的第二轴杆32可旋转地连接到发电机36，发电机36可操作地连接以向蓄电池或其它储能装置38提供电力40。储能装置38可被配置成操作相关联的电驱动马达46 (作为内燃机11的替代)，以在选定车辆操作模式期间驱动混合车辆12。选择第二排气涡轮30的最大旋转速度以匹配发电机36的操作参数和电力输出要求。在发电机36由第二排气润轮30旋转时,从第一排气润轮26发出的排气能量由第二排气涡轮30和相关联的发电机36回收并转换成电能40以递送到储能装置38。选择第二排气涡轮30的最大旋转速度以保护发电机36防止由于其过大速度旋转而损坏且产生最佳的电能。由于上文所述的配置，对于混合车辆12的操作实现和利用排气22和31的完全膨胀和能量提取。排气31随后递送到排气处理系统36用于在排气释放到大气之前氧化，还原或移除调控的排气成分。参看图2，在另一示范性实施例中，诸如涡轮燃烧器41的燃烧器被配置成接收由排气驱动的涡轮增压器18的压缩机16供应的压缩燃烧空气14的一部分42。涡轮燃烧器41接收并将压缩燃烧空气14的涡轮部分42与燃料组合以在其中燃烧。涡轮燃烧器排气44递送到第一排气涡轮26，作为从内燃机11排放的排气22的附加组分。向发动机排气22添加涡轮燃烧器排气44增加了可由第一排气涡轮26从其提取的能量。结果为在混合车辆12的选定操作模式期间，诸如高性能操作期间，通过压缩机16递送的压缩燃烧空气14的增加而提高了发动机11性能。现参看图3，在示范性实施例中，在混合车辆12的选定操作条件下(例如，在拥挤的交通中缓慢地时停时走行使)，内燃机11可关掉。在图示操作模式，涡轮燃烧器41接收由排气驱动的涡轮增压器18的压缩机16供应的所有压缩燃烧空气14。涡轮燃烧器41接收压缩燃烧空气14并将压缩燃烧空气14与燃料组合以在其中燃烧。涡轮燃烧器排气44递送到第一排气涡轮26，第一排气涡轮26如上文所述的那样通过第一轴杆27可旋转地连接到排气驱动的涡轮增压器18的压缩机16。通过消耗自流动通过它的排气的废气能量，第一排气涡轮26操作以旋转压缩机16从而产生压缩燃烧空气16来供应到涡轮燃烧器40。第二排气涡轮30和相关联的第二轴杆32使得发电机36旋转以生成电力40递送到储能装置38，以递送到混合车辆的电驱动马达46从而推动车辆而无需内燃机11的辅助。在替代操作模式中，电力40可诸如通过可选择的开关45直接递送到混合车辆12的电驱动马达46从而推动车辆而无需内燃机11的辅助。在另一示范性实施例中，可选的开关45可用于同时将电能40递送到储能装置38和电驱动马达46。 虽然参考示范性实施例描述了本发明，本领域技术人员应了解在不偏离本发明的 范围的情况下可做出各种变化且等效物可用于替换本发明的元件。此外，可做出许多修改以在不偏离本发明的基本范围的情况下使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期本发明并不限于所公开的具体实施例为所设想的执行本发明的最佳实施方式，而是本发明将包括属于本申请范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种混合车辆动力系系统,包括 内燃机； 与所述内燃机流体连通的排气驱动的涡轮增压器，其具有第一排气涡轮，所述第一排气涡轮被配置成从所述内燃机接收排气且通过第一轴杆使得压缩机旋转，所述压缩机被配置成向所述内燃机供应压缩空气以在其中燃烧； 第二排气涡轮，其与所述排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通，且被配置成接收从所述第一排气涡轮排放的排气并使得发电机旋转，所述发电机可操作地连接到储能装置；以及 电驱动马达，其被配置成从所述储能装置接收电能，所述内燃机和电驱动马达构成混合车辆动力系系统。
2.根据权利要求I所述的混合动力系系统，其中，所述第二排气涡轮可旋转地安装于第二轴杆上，所述第二轴杆与所述第一轴杆同轴安置。
3.根据权利要求I所述的混合动力系系统，其中，所述第二排气涡轮被配置成以不同于所述第一排气涡轮的速度旋转。
4.根据权利要求3所述的混合动力系系统，其中，选择所述第二排气涡轮的大小和因此旋转速度以匹配所述发电机的旋转参数。
5.根据权利要求I所述的混合动力系系统，其还包括涡轮燃烧器，其与所述排气驱动的涡轮增压器的所述压缩机流体连通且被配置成接收所述压缩机供应的压缩空气的一部分并且将所述压缩燃烧空气的所述部分与燃料组合以在其中燃烧。
6.根据权利要求I所述的混合动力系系统，其中，所述涡轮燃烧器与所述第一排气涡轮流体连通且被配置成向所述第一排气涡轮递送高压燃烧器排气。
7.—种混合车辆动力系系统,包括 内燃机； 涡轮燃烧器； 排气驱动的涡轮增压器，其与所述内燃机和所述涡轮燃烧器流体连通，具有第一排气涡轮，所述第一排气涡轮被配置成从所述内燃机和所述涡轮燃烧器接收排气且使得压缩机旋转，所述压缩机被配置成向所述内燃机和所述涡轮燃烧器供应压缩空气以在其中燃烧； 第二排气涡轮，其与所述排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通，且被配置成接收从所述第一排气涡轮排放的排气并使得发电机旋转，所述发电机可操作地连接到储能装置；以及 电驱动马达，其被配置成从所述储能装置接收电能，所述内燃机和电驱动马达构成混合车辆动力系系统。
8.根据权利要求7所述的混合车辆动力系系统，其中，所述第二排气涡轮可旋转地安装于第二轴杆上，所述第二轴杆与所述第一轴杆同轴安置。
9.根据权利要求7所述的混合车辆动力系系统，其中，所述第二排气涡轮被配置成以不同于所述第一排气涡轮的速度旋转。
10.一种操作混合车辆动力系系统的方法，所述混合车辆动力系系统包括内燃机；涡轮燃烧器；排气驱动的涡轮增压器，其与所述内燃机和所述涡轮燃烧器流体连通，具有第一排气涡轮，所述第一排气涡轮被配置成从所述内燃机和所述涡轮燃烧器接收排气使得压缩机旋转，所述压缩机被配置成向所述内燃机所述涡轮燃烧器供应压缩空气以在其中燃烧；第二排气涡轮，其与所述排气驱动的涡轮增压器的所述第一排气涡轮流体连通且被配置成接收从所述第一排气涡轮排放的排气并且使得发电机旋转，所述发电机可操作地连接到储能装置；以及，电驱动马达，其被配置成从所述储能装置接收电能，所述方法包括 关掉所述内燃机； 将由所述压缩机供应的全部压缩燃烧空气递送到所述涡轮燃烧器； 将涡轮排气递送到所述第一排气涡轮； 将从所述第一排气涡轮发出的排气递送到所述第二排气涡轮以使得所述发电机旋转；以及 从所述发电机向所述储能装置、所述电驱动马达或者·其组合递送电能。
全文摘要
一种混合车辆动力系系统，包括内燃机；与内燃机流体连通的排气驱动的涡轮增压器，内燃机具有第一排气涡轮和第二排气涡轮，第一排气涡轮被配置成从内燃机接收排气且使得压缩机旋转，压缩机被配置成向内燃机供应压缩空气以在其中燃烧，第二排气涡轮与排气驱动的涡轮增压器的第一排气涡轮流体连通且被配置成接收从第一排气涡轮排放的排气并且使得发电机旋转，发电机可在操作上连接到储能装置；电驱动马达，其被配置成从储能装置接收电能。
文档编号F02C6/12GK102774262SQ20121014529
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者A.R.扎德 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司