用于通过压力波增压器调节内燃机中的增压进气压力的方法和装置与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的方法。此外，本发明涉及根据权利要求11的前序部分的用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的装置。

背景技术：

存在通过利用压力波增压器提高内燃机的功率或效率的已知做法。压力波增压器压缩吸入的新鲜空气，并因此提高内燃机的增压进气压力。从冷起动开始，机动车辆的内燃机在随后的运行阶段以不同状态运行。因此，为了有效运行，还需要使压力波增压器适应内燃机的相应的实际运行状态。

文献de102006020522a1公开了用于操作内燃机的方法，其中新鲜空气通过压力波增压器被压缩。该压力波增压器的缺点是如下事实，即需要壳体偏移以便控制它。文献wo2011/100958a1公开了用于借助压力波增压器调节内燃机的增压进气压力的另一种方法。该压力波增压器的缺点是如下事实，即需要空气壳体中的可调节的门用于所述增压器的控制。两种方法都有如下缺点，即它们在冷起动的情况下以及在低发动机负载下或在低体积流量下不能有效地工作，因为只能产生过低的压力。此外，两个已知的压力波增压器具有如下缺点，即由于它们的设计，因此在旋转部件和固定部件之间需要有比较大的间隙，这额外降低了效率。

技术实现要素：

本发明的目标是形成用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的方法和装置，其在排放表现、响应和效率方面更加有利。特别地，根据本发明的方法或根据本发明的装置，即使在低体积流量下也能够积聚压力，此外它们将会具有更高的效率。

该目标通过具有权利要求1的特征的用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的方法被实现。从属权利要求2至10涉及进一步有利的方法步骤。此外，目标通过具有权利要求11的特征的用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的装置实现。从属权利要求12至13涉及具有有利设计的另外的装置。

特别地，该目标通过用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的方法被实现，其中压力波增压器具有每转一周经过至少两个压缩循环的单元转子，其中高压废气流被分成第一和第二高压废气部分流，其中在第一压缩循环中，新鲜空气流和第一高压废气部分流被供给到单元转子，第一压缩新鲜空气流和低压废气流被引导离开单元转子，并且其中在第二压缩循环中，新鲜空气流和第二高压废气部分流被供给到单元转子，第二压缩新鲜空气流和低压废气流被引导离开单元转子，其中第一和第二压缩新鲜空气流被组合成增压进气空气，并且其中增压进气空气被供给到内燃机，并且其中第一高压废气部分流的量和第二高压废气部分流的量独立于彼此被控制，并且以这种方式控制增压进气空气的压力、或者可选地增压进气空气的量。如果第一高压废气部分流以不受控制的方式被供给到单元转子，并且如果第二高压废气部分流以受控制的方式被供给到单元转子以便以这样的方式来控制增压进气空气的增压进气压力，这是优选的，其中在第一和第二压缩新鲜空气流被组合成增压进气空气之前，第二压缩新鲜空气流被引导通过止回阀。

特别地，目标此外通过用于调节具有压力波增压器的内燃机中的增压进气压力的装置被实现，其中压力波增压器具有单元转子、进气管、增压进气空气管、高压废气管和出口管，其中进气管、高压废气管和增压进气空气管以这样的方式布置，使得新鲜空气流可经由进气管供给到单元转子并且高压废气流可经由高压废气管供给到单元转子，以及使得压缩的新鲜空气经由增压进气空气管从单元转子排出，其中压力波增压器以这样的方式设计，使得由于进气管分叉成第一和第二进气子管、由于高压废气管分叉成第一和第二高压废气子管、以及由于增压进气空气管由第一和第二增压进气空气子管提供，它在一个旋转期间执行至少一个第一和至少一个第二压缩循环，其中可控的阀布置在第二高压废气子管中以便控制流经第二高压废气子管的高压废气流的量，其中止回阀布置在第二空气导向管中，并且其中设置了开环和闭环控制装置，其根据负载输入，特别是加速踏板的负载输入，致动可控的阀，以便从而控制供给到内燃机的增压进气空气的量。

在根据本发明的方法中，压力波增压器包含至少两个压缩循环，其中在压缩循环的至少一个中布置阀，阀设计为例如控制滑块，可通过该阀打开或关闭高压废气流，或者可通过该阀调节流经的气体量或高压废气流的压力。控制滑块的位置决定了作用于第二高压废气部分流4e的形成表面或决定了通过控制滑块的流率，结果是控制滑块的位置决定了作用于第二压缩新鲜空气流的压力。调节高压废气流有能够调节由压力波增压器输出的压力或增压进气空气量的效果。该方法具有如下优点，即由于阀在第二压缩循环期间保持完全关闭，因此在低发动机负载或废气的低体积流量下第二压缩循环保持完全切断。切断一个高压废气流意味着在压力波增压器中有更少的载气管，导致如下的优势，即：即使在低体积流量下也能产生适当的增压进气空气压力。切断一个压缩循环具有如下效果，即在该运行状态中根据本发明的装置的高压废气流在只一半的形成表面下运行，结果是与没有循环切断的运行相比，自由截面只有一半大，因此即使在低体积流量下也可积聚或产生足够高的压力，以便从而产生具有适当压力的增压进气空气。根据本发明的方法具有如下优点，即在冷起动的情况下压力波增压器具有明显更好的响应，也就是在冷起动期间压力波增压器可相对较快地逐渐增加合适的增压进气压力以便向内燃机提供增压的增压进气空气或在更高的功率下运行内燃机。在另一个有利的实施例中，方法具有如下优点，即：压力波增压器可以以单个压缩循环运行直到达到其总容量的约一半；在高于一半的总容量下压力波增压器以两个压缩循环运行；以及当第二压缩循环被开启时，压力波增压器的速度有利地只不得不轻微变化。因此，压力波增压器主要在较高的速度范围中运转，导致如下优点，即不再需要例如从来自文献ep2562381a1的现有技术中得知的种类的可调节门或控制边缘。

根据本发明的方法以这样的方式有利地执行，使得压力波增压器以第一运行状态运行，其中在第一压缩循环期间第一高压废气部分流被供给到单元转子并且在第二压缩循环期间没有第二高压废气部分流被供给到单元转子，使得压力波增压器以第二运行状态运行，其中情况既有在第一压缩循环期间第一高压废气部分流被供给到单元转子，又有在第二压缩循环期间第二高压废气部分流被供给到单元转子，以及使得根据测量的运行状态值和预定的切换设定点值，在第一和第二运行状态之间作出转换。作为在压力波增压器运行期间的状态变量，被供给到内燃机的增压进气空气的量或增压进气空气的压力或发动机速度尤其适合作为测量的运行状态值。在最大可能运行状态值的40%到50%之间范围中的值尤其适合作为切换选点值。

根据本发明的方法具有如下优点，即从内燃机出来的高压废气流可以以特别有利的方式被使用，以便产生与发动机的相应功率范围匹配的增压进气空气压力，或以便向内燃机提供与发动机的相应功率范围匹配的增压进气空气的可变量。特别地，所提供的增压进气空气的量关于增压进气空气节气阀的位置被确定。

在另一个有利的实施例中，根据本发明的方法以这样的方式被执行，使得在第一运行状态中在第二压缩循环期间，第二高压废气部分流或第二主要高压废气部分流未被完全中断。因此，该进一步有利的方法以这样的方式被执行，使得压力波增压器以第一运行状态运行，其中在第一压缩循环期间第一高压废气部分流被供给到单元转子，并且在第二压缩循环期间第二高压废气部分流或第二主要高压废气部分流通过阀被减少，并因此减少的第二高压废气部分流以这样的方式被提供，使得压力波增压器以第二运行状态运行，其中情况既有在第一压缩循环期间第一高压废气部分流被供给到单元转子，又有在第二压缩循环期间未减少的第二高压废气部分流被供给到单元转子；以及以这样的方式使得根据测量的运行状态值和预定切换设定点值在第一和第二运行状态之间作出转换。

根据本发明的方法或根据本发明的装置需要具有至少两个压缩循环的压力波增压器，其中超过两个的压缩循环要被提供也是可能的,其中压缩循环中的至少一个具有可控的阀，相应的压缩循环的高压废气流可通过该阀被控制并切断，以便从而控制新鲜空气流的压力或量，并从而控制增压进气空气的量和压力。

在有利的实施例中，阀既能够调节供给到压力波增压器的单元转子的高压废气部分流，又能够调节供给到可变气槽的废气量。在特别有利的实施例中，阀被设计为控制滑块。

本发明通过例子详细地在下文中描述。

附图说明

在用于说明示例性实施例的图中：

图1示出借助于压力波增压器的内燃机的示意图；

图2示出由压力波增压器产生的增压进气空气的压力作为体积流量的函数的图示；

图3示意性地示出通过压力波增压器的纵剖面；

图4示出通过旋转滑块的一个示例性实施例的剖面；

图5示出通过止回阀的一个示例性实施例的剖面；

图6示出旋转滑块的旋转部件的透视图；

图7示出用于图6中图示的旋转滑块的外套筒的透视图。

在图中，在所有的情况下相同的部件被提供有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出用于调节内燃机39中的增压进气压力的装置。内燃机39包含多个气缸30，其中在图1中只图示一个单个气缸。活塞31布置在气缸30中。气缸30具有进气阀34、排气阀35和火花塞33。增压进气空气3e经由增压进气空气管3供给到气缸30，其中燃料通过喷射阀36另外与增压进气空气3e混合。从气缸30出来的燃烧废气经由废气管4作为高压废气流4c排出。通过至少一个传感器10，例如用于测量增压进气空气3e的压力的压力传感器10a，或通过用于测量增压进气空气3e的量的传感器10b，例如电热丝传感器，开环和闭环控制装置40能够测量内燃机39的运行状态b或压力波增压器1的运行状态b、或能从测量值计算运行状态b。

此外，图1示出了：压力波增压器1，其包含空气壳体6、气体壳体7、布置在其中的可旋转地安装的单元转子8和多个供给线、排出线和驱动器。图1示出了通过气缸的剖面在单元转子8的360°和相应的供给线、排出线和驱动器上的改进结构，其中压力波增压器1或单元转子8设计成每转两个压缩循环。

新鲜空气流2c经由进气管2穿过空气过滤器16，然后经由第一进气子管2a和第二进气子管2b分成两个部分流并经由新鲜空气入口6a供给到单元转子8。低压废气经由废气出口5c和废气出口5d流出单元转子8，然后流经氧化催化剂17和出口管5，然后作为低压废气流5e排出到环境。高压废气流4c经由废气管4供给到三元催化剂19，然后通过第一高压废气子管4a和第二高压废气子管4b分成第一高压废气部分流4d和第二高压废气部分流4e。第一高压废气部分流4d被分成第一主要高压废气部分流4g和第一气槽流4f。第一主要高压废气部分流4g经由废气入口7a供给到单元转子8，第一气槽流4f被供给到气槽7e。在第一主要高压废气部分流4g中沿着单元转子8的方向没有设置阀，因此第一主要高压废气部分流4g以不受控制的方式被供给到单元转子8。作为第一气槽流4f被供给到气槽7e的第一高压废气部分流4d的比例可通过包含气槽阀驱动器20a的第一气槽阀20控制。在有利的方法中，比如，例如在发动机的冷起动之后，气槽阀20在预热阶段期间保持关闭，因此主要高压废气部分流4g相当于第一高压废气部分流4d。

第二高压废气部分流4b被分成第二主要高压废气部分流4i和第二气槽流4h。第二主要高压废气部分流4i经由可控的主气流阀21b供给到废气入口7d，然后到单元转子8。第二气槽流4h被供给到气槽7e。第一高压废气部分流4d分成第二气槽流4h和第二主要高压废气部分流4i的分开可通过包含气槽阀驱动器21c的第二气槽阀21a和通过带有驱动器21d的主气流阀21b控制。主气流阀21b和第二气槽阀21a可联接到彼此，或者它们也可独立于彼此被控制，因而还可呈现不同的位置，特别是还可完全打开或完全关闭。气槽阀21a和主气流阀21b也可设计为单个阀21，其既形成气槽阀又形成主气流阀。在有利的方法中，比如，例如在发动机的冷起动之后，气槽阀21a在预热阶段期间保持关闭，结果是第二主要高压废气流4i相当于第二高压废气部分流4e。

经由新鲜空气入口6a流入单元转子8中的新鲜空气流2c在单元转子8中被压缩，并分别借助第一增压进气空气子管3a和第二增压进气空气子管3b经由增压进气空气出口6b作为第一和第二压缩新鲜空气流3c、3d供给到增压进气空气冷却器18，以便然后作为增压进气空气3e供给到气缸30。止回阀9布置在第二增压进气空气子管3b中。尤其当阀21或21b完全关闭时，止回阀9是必要的来避免增压进气空气3e回流到单元转子8中。

此外，压力波增压器1包含开环和闭环装置40，其通过信号线连接到优选设计为加速踏板的负载输入38，并连接到增压进气空气节气阀37、电动机15和驱动器20a、21c、21d。电动机15由转子轴12连接到单元转子8以便驱动单元转子。在另一实施例中，代替电动机15，转子8的驱动可通过适当的传动装置由内燃机39完成。

用于调节具有压力波增压器1的内燃机39中的增压进气压力的方法以这样的方式被执行，使得单元转子8每旋转一圈经过两个压缩循环，其中高压废气流4c被分成第一和第二高压废气部分流4d、4e，其中在第一压缩循环中，新鲜空气流2c和第一高压废气部分流4d被供给到单元转子8并且第一压缩新鲜空气流3c和低压废气流5e被引导离开单元转子8，并且其中在第二压缩循环中，新鲜空气流2c和第二高压废气部分流4e被供给到单元转子8并且第二压缩新鲜空气流3d和低压废气流5e被引导离开单元转子8，其中第一和第二压缩新鲜空气流3c、3d被组合成增压进气空气3e，并且其中增压进气空气3e被供给到内燃机39。第一高压废气部分流4d的量和第二高压废气部分流4e的量独立于彼此被控制以便从而产生所需的增压进气空气3e压力。第一高压废气部分流4d优选以不受控制的方式供给到单元转子8，并且第二高压废气部分流4e以由阀21、21b控制的方式供给到单元转子8，以便以这样的方式来控制增压进气空气的增压进气压力。两个阀20、21可优选独立于彼此被控制，其中这些阀20和21优选机械地分开，从而允许它们独立于彼此被移动。

图2示出作为增压进气空气3e的压力比pd的函数的增压进气空气3e的体积流量v或增压进气空气量。量被理解成指质量流量，也就是说，就增压进气空气量来说，增压进气空气的质量流量以千克每秒为单位。体积流量v以最大体积流量的百分比给出，所述最大体积流量是在内燃机39和压力波增压器1的特定组合中的最大可能量。压力比pd是增压进气空气3e的增压进气空气压力p和周围压力的商。在较低的功率范围或第一工作状态l1中，内燃机39只需要有限量的增压进气空气3e。最大增压进气空气量lmax可被供给到内燃机39。在目前供应的增压进气空气量3e小于最大增压进气空气量lmax的约40%至50%的情况下，在第一压缩循环期间第一高压废气部分流4d被供给到单元转子8，然而在第二压缩循环期间，由于主气流阀21b和第二气槽阀21a完全关闭，因此没有第二高压废气部分流4e被供应。内燃机39一以较高的功率范围或第二运行状态l2运行，它就需要更大量的增压进气空气3e。在该运行状态下，压力波增压器按照曲线l2运行，并且情况既有在第一压缩循环期间第一高压废气部分流4d被供给到单元转子8，又有由于在第二压缩循环期间主气流阀21b至少部分打开并且如果需要第二气槽阀21a也至少部分打开，因此在第二压缩循环期间第二高压废气部分流4e被供给到单元转子8。

在较低的功率范围中或在第一运行状态l1中，压力波增压器1也可以以这样的方式运行，使得由于高压废气部分流4d、4e两者可通过单独可控的主气流阀被控制，并且如果需要可另外通过气槽阀控制，情况既有第一压力废气部分流4d在第一压缩循环期间被供应，又有第二高压部分废气流4e在第二压缩循环期间被供应。

在优选的方法中，压力波增压器1以第一运行状态l1运行，其中在第一压缩循环期间第一高压废气部分流4d被供给到单元转子8，并且在第二压缩循环期间没有第二高压废气部分流4e被供给到单元转子8；压力波增压器1以第二运行状态l2运行，其中情况既有在第一压缩循环期间第一高压废气部分流4d被供给到单元转子8，又有在第二压缩循环期间第二高压废气部分流4e被供给到单元转子8；以及根据测量的运行状态值b和预定的切换设定点值s在第一和第二运行状态l1、l2之间作出转换。

增压进气空气3e的供应量的值或增压进气空气3e的增压进气空气压力p的值或内燃机的发动机转速u的值优选被用作运行状态值b。对应于运行状态值的参考值优选作为切换设定点值s被输入。例如，切换设定点值s以这样的方式来选择，使得最大增压进气空气量lmax可被供给到内燃机39并使得切换设定点值s是在最大增压进气空气量lmax的从40%到50%的范围s1中的值。例如，切换设定点值s还可以以这样的方式来选择，使得被供给到内燃机39的增压进气空气3e可具有最大增压进气空气压力pmax，并使得切换设定点值s是在最大增压进气空气压力pmax的从40%到50%范围中的值，例如40%或45%或50%。

如果目前供应的增压进气空气量3e超过优选为最大增压进气空气量lmax的40%到50%的预定切换设定点值s，那么在第二运行状态l2中在第一压缩循环期间第一高压废气部分流4d被供给到单元转子8，并且由于主气流阀21b和可选地还有第二气槽阀21a被打开，因此在第二压缩循环期间第二高压废气部分流4e被供给到单元转子8。如图2中图示的，在两个运行状态l1、l2之间的切换优选发生在范围s1内，其中在示出的示例性实施例中范围s1具有10%的宽度。为了两种运行模式之间的切换，切换设定点值s被有利地指定，例如40%或45%或50%，并且当从低值开始超过该切换设定点值时，作出到运行模式l2的转换，其中第一和第二高压废气部分流4d、4e在第一压缩循环期间和在第二压缩循环期间都被供应，然而当从高值开始低于该切换设定点值时，作出到运行模式l1的转换，其中第一高压废气部分流4d只在第一压缩循环期间被供应。

如从图2可见，根据本发明的方法具有如下优点，即在曲线l1的区域中，也就是在相对较低的体积流量下，增压进气空气3e的压力可被保持在相对较高的值。

图1中图示的压力波增压器1还可以以这样的方式设计，使得它包含多于两个的压缩循环，例如3、4、5或6个压缩循环，其中为了实现图1和图2中描述的效果，必须能实现独立于其它高压废气部分流4d控制至少一个高压废气部分流4e。

图3以纵剖面示出具有特别有利的设计的压力波增压器1，其包含空气壳体6、带有包围单元转子的转子壳体11的单元转子8和气体壳体7。单元转子8通过在相应的轴承13、14中的转子轴12在两侧被支撑，并且由电动机15或通过传动装置被驱动。新鲜空气流2c经由进气管2供应、在单元转子8中被压缩并作为压缩的新鲜空气流3c经由增压进气空气管3再次排出。高压废气流4c经由废气管4供给到单元转子8并作为低压废气流5e经由出口管5再次排出。气体壳体7包含水冷却系统7b、7c，其提供降低气体壳体7的温度的好处。这使得尽管高压废气流4c的温度高，但可在气体壳体7中安装可靠运转的阀21。

图4示意性地示出布置在气体壳体7中的阀21。第二高压废气部分流4e经由第二高压废气子管4b供给到阀21并作为第二主要高压废气部分流4i由废气入口7d供给到单元转子8。另外，根据阀21的位置，第二气槽流4h被供给到气槽7e。在有利的实施例中，阀21包含套筒21e，旋转滑块21f可旋转地安装在套筒中。套筒21e优选由钢构成并且有利地被布置在气体壳体7内。

图5以例子的方式示出止回阀9，其被布置在空气壳体6中、在第二增压进气空气子管3b中并且防止第二压缩新鲜空气流3d回流到增压进气空气出口6b中或回流到单元转子8中。

图6和图7示出阀21的示例性实施例，其包含钢套筒21e和在其中可旋转地安装的阀件21g。套筒21e包含入口开口7f和出口开口7d、7e。可旋转的阀件21g包含旋转滑块21f，其中旋转阀件21g以这样的方式在套筒21e中可旋转地安装，使得根据其位置，旋转滑块21f可部分覆盖或完全覆盖或完全打开出口开口7d、7e。