增压器组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于内燃机的增压器组件，并且具体地但非排他地涉及包括组合的发电机和马达的电力驱动装置及其控制方法。本发明的各方面涉及发电机、增压器组件、控制单元、方法及车辆。
【背景技术】
[0002]废气驱动的涡轮增压器通常设置用于内燃机以通过增加用于将燃料/气体混合物供应至发动机汽缸的发动机进气歧管中的空气的压力、温度和密度来改善内燃机的性能。这使得能够在发动机的每个循环中燃烧更多的燃料，从而增大动力输出。废气驱动的涡轮增压器利用发动机废气中所含的否则会浪费掉的能量，并且因此可以有助于发动机的总效率的改进。然而，单级涡轮增压器在废气流动的与低发动机运行速度相关的低流量下不是特别有效。这导致了 “涡轮迟滞”的问题，即，驾驶员需求动力与发动机输送所需要的响应之间的明显延迟，因为发动机速度需要增加至一定水平，然后涡轮增压器才有效运行。这些问题可以通过使用多级涡轮增压器得到一定程度的改善。
[0003]替代性的解决方案是除了涡轮增压器以外还提供增压器。该增压器由发动机机械地驱动，以当发动机以低速行驶使得涡轮增压器低效时执行使进气歧管中的空气的压力、温度和密度增加的相同任务。增压器在驾驶员需求动力时接合以充分增大许可进入发动机的空气的体积。通过适当地加燃料，增压器可以消除涡轮迟滞。另外的益处在于与其他方式相比，空气流的立即增加允许涡轮增压器叶轮更快地加速(spool up)。然而，当增压器由发动机机械地驱动时，增压器增加了发动机上的负载并且从而增大了燃料消耗。因此，一旦涡轮增压器起作用之后，增压器就可以立即停止使用。
[0004]已经针对顺序地以及同时地操作增压器和涡轮增压器开发了控制策略，使得能够提供期望范围的发动机性能和发动机响应。
[0005]增压器可以由车辆发动机直接驱动，但如果安装例如由于发动机配装至不同的发动机室而改变，则该结构趋向于不够灵活。相应地，已经提出了通过车辆发电机的电枢机械地驱动增压器，这提供了在发动机室内不同的安装可能性。
[0006]在一个结构中，增压器与车辆发电机同轴地安装，进而由车辆发动机通过安装在联接至发电机的带轮上的多个三角带来驱动。发电机向车辆提供能量，并且发电机的电枢通过行星齿轮箱机械地联接至增压器以提供使增压器的相对于发电机的速度增加的同轴结构。
[0007]行星齿轮箱由外齿圈或齿圈、下文中简称为行星齿轮的多个内行星齿轮以及中心齿轮或太阳齿轮构成。太阳齿轮位于齿圈的中心，行星齿轮位于太阳齿轮与齿圈之间并且与太阳齿轮和齿圈二者啮合。行星齿轮附接至共用的行星齿轮架，该行星齿轮架保持行星齿轮的相对位置。如果行星齿轮架旋转而齿圈保持静止，则使得行星齿轮绕齿圈的内表面旋转。当行星齿轮旋转时，这进而使太阳齿轮以由传动比确定的速度旋转。替代性地，行星齿轮架可以保持就位，在这种情况下，使齿圈旋转引起太阳齿轮旋转。以此方式，行星齿轮箱提供了产生所需速度的同轴结构。
[0008]车辆发动机运行的速度能够在例如500至7000转数每分钟(rpm)的范围内变化。在行星齿轮架保持静止的情况下，上述结构通过来自带轮的3: I的增大与来自行星齿轮箱的10: I的增大的结合产生了大约30: I的速度增大。因此，对于该结构中的增压器叶轮而言期望的运行范围是15，000至210，OOOrpmo然而，为实现最佳的性能，理想的是在运行期间将增压器叶轮的旋转速度保持在相对恒定的水平，即，通常保持在大约120，OOOrpmo
[0009]为此，已经提出了将行星齿轮箱的行星齿轮架联接至电动马达。通过根据需要向前或反向地驱动该马达，增压器的速度可以调节成其最佳水平。用于增压器马达的动力由车辆发电机提供，车辆发电机必须在尺寸方面增大。该结构提供的益处在于:驱动增压器的主要工作由车辆发动机执行，而电动马达仅提供微调作用。增压器的动力需求使得试图在车辆环境中使用单独的电动马达来驱动增压器不可行。
[0010]如果增压器结合涡轮增压器使用，则当发动机以低速运行时例如当车辆开始行驶时，增压器首先致动。一旦发动机速度足够大，则涡轮增压器取代增压器，因为这节省了能量需要。在上述结构中，增压器直接连接至发电机，并且由此进行恒定地驱动，甚至在未被使用时亦是如此。然而，增压器可以通过例如使输出侧通向大气进行空转。这减少了增压器叶轮上的负载，并且因此进而减少了增压器在空转时吸入的能量。
[0011]然而，该结构具有以下缺陷:增压器永久地连接至发电机电枢，并且因而吸收一些能量甚至当停用时亦是如此。已知的是能量效率是关系到新车辆的设计和制造的关键因素，并且因此为减少消耗而采用的任何措施都是重要的。
[0012]在这种背景下，本发明的目的是提供避免增压器空转但保持安装的灵活性的结构。
【发明内容】
[0013]一方面，本发明提供了车辆增压器组件，该车辆增压器组件包括:
[0014]双联发电机，该双联发电机包括能够同轴地相对旋转的第一电枢和第二电枢以及位于电枢之间的第一可分离离合器，所述第一电枢适于由动力源进行恒定地驱动，并且所述第二电枢在所述第一离合器接合的情况下由所述第一电枢驱动；
[0015]增压器叶轮，第二电枢通过齿轮系机械地驱动叶轮；
[0016]电动马达，该电动马达联接至齿轮系并且可操作成调节叶轮的旋转速度；
[0017]其中，在使用中，电动马达按需地由包括第二电枢的发电机进行电驱动。
[0018]双联发电机允许增压器的按需的电连接和机械连接，从而避免了增压器的空转。动力源通常是车辆内燃机。在一个实施方式中，双联发电机包括主发电机和副发电机，主发电机包括所述用于供应常规车辆系统的一个电枢，副发电机包括所述用于供应增压器的电动马达的另一个电枢。
[0019]通过将双联发电机集成到增压器组件中，当不需要增压时能够使增压器叶轮分离，以防止增压器叶轮的空转。这减少了由动力源驱动的负载，从而减少了车辆的燃料消耗。电动马达提供了在使用中将增压器叶轮的旋转速度调节至最优水平的能力。增压器组件的马达可以是双向的。
[0020]应该理解的是除了按需提供增压作用之外，双联发电机结构还允许车辆发动机的增压的变型和非增压的变型，但这两个变型具有共同的主发电机。此外，副发电机可以改变驱动与例如相同的基础发动机(basic engine)的汽油衍生物和柴油衍生物相关的不同增压器的能力。
[0021]第二电枢可以与等于或大于所述第一电枢的发电量的发电量相关联。
[0022]在一个实施方式中，第一电枢和第二电枢呈一者轴颈式安装于另一者内，以绕共同轴线旋转。
[0023]方便地，第一离合器可以轴向地设置在所述电枢之间。
[0024]第一电枢和第二电枢中的一者或两者可以包括电动马达。
[0025]叶轮可以与第一电枢和第二电枢同轴。在该实施方式中，叶轮可以轴颈式安装于第二电枢中。
[0026]双联发电机可以操作为双联马达以驱动所述动力源。在该结构中，双联马达能够结合所述电动马达操作以驱动所述动力源。
[0027]齿轮系可以是行星齿轮系。第二电枢可以通过行星齿轮系的齿圈和行星齿轮机械地驱动所述叶轮并且所述电动马达可以驱动行星齿轮系的行星齿轮架。
[0028]增压器组件还可以包括用于选择性地锁定行星齿轮系和使行星齿轮系解锁的第二离合器。在该实施方式中，电动马达可以包括与第一电枢和第二电枢同轴地布置的第三电枢，其中，电动马达提供了可变的双向驱动以在行星齿轮系由第二离合器解锁时调节增压器叶轮的旋转速度。
[0029]第二离合器有益地用于锁定行星齿轮系以使双联发电机有效地联接至电动马达，从而使双联发电机和电动马达能够一起用于提供动力。在电动马达包括第三电枢的情况下，当行星齿轮箱锁定时，第二离合器使第二电枢有效地联接至第三电枢。
[0030]第二离合器可以布置成锁定行星齿轮系从而防止行星齿轮和齿圈的相对旋转。在该实施方式中，第二离合器可以以爪式离合器的形式布置成与齿圈和行星齿轮中的至少一个行星齿轮相互接合。爪式离合器的分离可以通过液压的方式实现。
[0031]双联发电机可以布置成操作成马达以驱动第一电枢，并且发电机和马达布置成当行星齿轮系由第二离合器锁定时进行配合，从而向车辆发动机提供驱动力。
[0032]增压器组件的电动马达可以包括与第一电枢和第二电枢同轴的第三电枢以及位于第三电枢与第二电枢之间的第二离合器，第三电枢在第二离合器接合的情况下由第二电枢驱动，其中，当第一离合器和第二离合器均接合时，第三电枢在联接至第二电枢时向发电机提供附加发电量。
[0033]因此，本发明的增压器组件的双联发电机可以可选地结合电动马达来操作成马达，以驱动车辆发动机，例如作为整合了带的启动器发电机(BISG)或作为防失速装置。
[0034]双联发电机可以提供附加的驱动能力，其中，所述附加的驱动能力不能由仅定尺寸成满足车辆的正常电负载的常规发电机获得。
[0035]第三电枢能够操作为副发电机以在第一离合器接合并且行星齿轮系由第二离合器锁定时增大车辆的总发电量。在该实施方式中，第一电枢、第二电枢和第三电枢有效地彼此联接并且因此一起旋转。这除了由双联发电机提供的能力以外还允许结构的发电量的增大。因此该实施方式提供了三联式发电机。
[0036]根据本发明的另一方面，提供了用于如上所述的增压器组件的控制单元，并且该控制单元包括用于适当地控制第一离合器、第二离合器和电动马达的操作且用于操作增压器的电子控制单元。
[0037]控制单元可以确定所述电动马达与包括第二电枢的发电机的联接。
[0038]控制单元还可以适于将所述双联发电机构造在适于驱动所述动力源的双联马达上。
[0039]根据本发明的又一方面，提供了为如上所述的车辆增压器组件的操作做准备的方法，并且该方法包括以下步骤:(i)检测增压的需求；以及(ii)使第一离合器接合以使第一电枢机械地联接至第二电枢，并且操作马达以使叶轮达到所需速度。马达可以电联接至与所述第二电枢相关联的发电机。
[0040]本发明还扩展至操作如上所述的车辆增压器组件的方法，并且该方法包括前述准备方法以及以下进一步的步骤:使所述增压器加载以及以电的方式改变所述马达的速度以保持所述增压器以所需速率输出。
[0041]本发明还扩展至提供整合了带的启动器发电机的方法，该方法包括将上述增压器组件的双联发电机构造为双联马达，并且使所述第一离合器接合。
[0042]本发明还扩展至为内燃机提供防失速装置的方法，该方法包括下述步骤:将上述增压器组件的双联发电机构造为双联马达以及使第一离合器接合。该方法还可以包括一致地使用所述双联马达和所述电动马达。
[0043]根据本发明的另一方面，提供了操作上述增压器组件的双联发电机的方法，其