专利名称：用于节流损失再生的增压器组件及其控制方法
用于节流损失再生的增压器组件及其控制方法
相关申请
本申请要求2011年9月30日提交的美国专利申请No. 61/541，593和2012年8 月16日提交的美国专利申请No. 61/683，939的权益，所述申请的全部内容通过引用结合入 本文中。技术领域
本教导总体上涉及与发动机节气门串联布置的增压器。
背景技术：
小尺寸的具有能量效率的发动机对于燃料经济性和降低成本来说是期望的。较小 的发动机与较大的发动机相比提供较小的转矩。有时采用增压器来增加可从发动机得到的 转矩。在低发动机速度时，当车辆驾驶员通过下压加速器踏板而要求获得更高的转矩时，增 压器向发动机进气歧管提供额外的空气，对空气压力进行增压，从而允许发动机在较低的 发动机速度下产生更大的转矩。发明内容
本教导总体上包括用于控制通往发动机的空气流的组件。发动机具有气缸并且具 有在位于通往气缸的空气流中的节气门本体中的发动机节气门。节气门和增压器被控制成 使得在节气门上(在节气门前后两侧)产生的压降选择性地分配在节气门和/或增压器 上。压降是由于由在发动机气缸中往复运动的活塞所产生的真空并且是因为在低节气门 (即，仅部分打开的节气门)状况下由在节气门周围的空气流中的涡流所产生的低效性而 产生的。与节气门上的压降相关的能量通常未被利用，因而被称为“节流损失”。在该组件 中，压降可被置于增压器上，在增压器上产生能够例如通过被转换成储存的能量而被利用 的转矩(即，节流损失被“捕获”、“再生”或“回收”)。
更具体地，用于控制通往发动机——该发动机具有曲轴、发动机气缸和在位于通 往发动机气缸的空气流上游的节气门体中的节气门——的空气流的组件包括增压器，该增 压器具有在通往发动机的空气流中与节气门串联的一组转子。齿轮装置具有与负载装置操 作性地连接的第一部件、与发动机曲轴可操作性地连接的第二部件和与增压器可操作性地 连接的第三部件。负载装置可以是电动机/发电机，但不局限于此。负载装置可选择性地 控制成通过齿轮装置改变转子的旋转速度，从而使节气门打开。节气门上的压降然后转移 至转子，在转子上产生转矩，从而使节流损失再生。
在本教导的一个方面中，控制器操作性地连接到电动机/发电机，并且配置成控 制电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运行。电池操作性地连接到控制器和电动机 /发电机。在当电池的充电状态达到预定的第一水平时相对恒定的发动机速度期间，电动机 /发电机被控制成作为发电机运行，以将转子上的转矩转化为储存在电池中的能量，直到电 池的充电状态达到比第一水平高的预定的第二水平。当节气门被较少地打开，使得较少的压降被分配到转子时，然后电动机/发电机被控制成在电池的充电状态达到预定的第二水 平后作为电动机运行，以在曲轴处提供转矩，直到电池的充电状态再次达到预定的第一水平。
本教导的上述特点和优点以及其他特点和优点将在下面结合附图对用于实施本 教导的最佳模式的详细描述中变得显而易见。
图1是根据本教导一个方面的具有串联的发动机节气门和增压器的组件的局部 剖视图形式的示意图，带有可操作性地连接到增压器的行星齿轮组和电动机/发电机。
图2是根据本教导的备选方面的复合式行星齿轮组的示意性立体图，该复合式行 星齿轮组可用于代替图1中的行星齿轮组。
图3是与图1中的电动机/发电机连接的电池的充电状态的时间曲线图。
图4是图1中的节气门上的压降的时间曲线图。
图5是图1中的增压器上的压降的时间曲线图。
图6是具有图1中的组件的车辆的示意图，示出了在加速期间提供低端增压的第 一驱动模式和在大功率需求时的加速期间提供增压的第二驱动模式。
图7是图6的车辆的示意图，示出了在车辆巡航期间具有混合动力功能的第三驱 动模式和在发动机停机时通过电动机/发电机提供发动机启动/停止功能和辅助驱动的第 四驱动模式。
图8是图6和图7的车辆的示意图，示出了节流损失再生模式。
图9是图6-8车辆的示意图,示出了再生制动模式。
图10是图1中的双位离合器的示意图。
具体实施方式
参考附图，所有附图中相同的参考标记指示相同的部件，图1示出了发动机组件 10，其包括与布置在发动机进气歧管20中的集气室18的空气流上游侧的节气门本体16中 的节气门14串联的增压器12，空气通过进气歧管引入到发动机11的发动机气缸15中。节 气门14在本文中也被称为节流阀。发动机气缸15内的活塞移动产生使空气通过集气室18 的真空。节气门14在空气流中位于增压器12的下游并控制从节气门本体16到发动机气 缸15的空气流。在本文中，当空气流被引导通过两个部件时，如果空气流的方向要求空气 在流经第一部件之前流经第二部件，则第一部件位于第二部件的空气流的“下游”。类似地， 当空气流被引导通过两个部件时，如果空气流的方向要求空气在流经第二部件之前流经第 一部件，则第一部件位于第二部件的空气流的“上游”。节气门14被示出为位于增压器12 的下游。应当理解，当增压器12位于节气门14的下游时也能够实现本文描述的增压器12 的功能。在任一结构中，节气门14和增压器12被认为在通往发动机气缸15的空气流中相 互串联。当流过一个部件的空气随后流过另一个部件时，则这两个部件在通往发动机11的 空气流中相互“串联”。
增压器12可具有一组转子，其中第一转子26能与第二转子28接合。每个转子26、 28可具有多个叶片。增压器12可增加集气室18上游的空气压力，迫使更多的空气进入发动机气缸15，从而增加发动机功率。当不需要发动机增压时，旁通阀34可选择性地移动成 允许流过空气滤清器21 (即，过滤器)的进气绕过增压器12。当阀34处于关闭位置时，没 有空气流过旁通通路35，使得除非通过增压器12，转子26、28的空气入口 74不与转子26、 28的空气出口 78流体连通，使得通过转子26、28建立压差成为可能。换句话说，当阀34处 于关闭位置时，不会发生箭头所示的空气流过旁通通路35的情况。发动机组件10的发动 机11在图6-9中示意性地示出为车辆13的部件。
节气门14和旁通阀34被示出为蝶形阀，每一个都可以绕各自的枢轴在关闭位置 和打开位置之间旋转。在关闭位置，节气门14或阀34大体上垂直于各环绕的节气门体16 或旁通通路35的壁。在完全打开位置，节气门14或阀34大体上平行于各环绕的节气门体 16或旁通通路35的壁。该位置表示完全打开的节气门。节气门14和旁通阀34也可移动 到关闭位置和打开位置之间的多种中间位置。在图1中，节气门14和阀34都示出为处于 中间位置。控制器68A控制节气门14和阀34的操作。控制器68A可以是发动机控制器。
增压器12可以是固定排量的增压器，例如在每次旋转中输出固定量的空气的罗 茨式增压器。从增压器12输出的增加的空气随后在受迫进入集气室18时被加压。罗茨式 增压器是一种容积式装置，因此其不依靠旋转速度来增加压力。每次增压器转子旋转时罗 茨式增压器输送的空气量是固定的(即，不随速度而变化)。罗茨式增压器因而可以在低发 动机速度下增加压力，因为罗茨式增压器作为泵而不是作为压缩机运行。罗茨式增压器输 送的空气的压缩发生在增压器12下游的发动机集气室18中。可选择地，增压器12可以是 压缩机，如基于旋转速度来增加压力的离心式压缩机。离心式增压器在空气经过增压器时 压缩空气，但是要获得预定的压力，必须以比罗茨式增压器高的速度运行。
组件10包括可以是行星齿轮组41的齿轮装置，该行星齿轮组41具有太阳齿轮部 件42、齿圈部件44和行星架部件46，该行星架部件以可旋转的方式支持与齿圈部件44和 太阳齿轮部件42啮合的一组小齿轮47。当发动机分离式离合器55被接合以将曲轴48与 可通过带轮83A转动的轴59连接时，发动机曲轴48能够通过带驱动器49与行星架部件46 一起旋转，带轮83A与带驱动器49的带82驱动性地接合。发动机分离式离合器55在本文 也被称为第三离合器。
电动机/发电机50可具有可旋转的电机轴52，在电机轴52上固定有可旋转齿轮 54。电动机/发电机50是一种负载装置，当作为发电机运行以将转矩转化为储存在电池66 中的电能时其可以产生负载，当作为电动机运行时其可以施加转矩负载。负载为可变负载， 因为电动机/发电机50的速度是可控的。电机轴52由电机转子63驱动。定子65固定到 诸如电机壳体的静止部件64上。可旋转齿轮54可以与齿圈部件44啮合。太阳齿轮部件 42可以连接成与增压器12的第一转子26 —起旋转。由于一组互相啮合的齿轮51、53，当 第一转子26旋转时第二转子28也旋转。齿轮51连接成与第一转子26 —起旋转并与齿轮 53接合，该齿轮53连接成与第二转子28 —起旋转。
带驱动器49可被称为前发动机辅助驱动(FEAD)，因为诸如电气附件之类的车辆 电气设备80在离合器55接合时也可通过带驱动器49的带82或者经由发动机曲轴48驱 动，并且在离合器55未接合时、例如在本文中关于图7所讨论的发动机启动/停止模式期 间当发动机11停止时，可通过电动机/发电机50驱动。带轮83B与带82驱动性地接合， 且轴86与带轮83B —起旋转以驱动车辆电气设备80。另一带轮83C与带82驱动性地接合并且驱动与行星架46连接的轴88。
在本教导的某些方面中，齿轮装置可以是如图2所示的复合式双行星齿轮组141， 其具有两个齿圈部件144AU44B、两个太阳齿轮部件142A、142B、和一个共用行星架部件 146，该共用行星架部件146能够支持能够与一个齿圈部件144A和一个太阳齿轮部件142A 啮合的第一组小齿轮147A和能够与另一个齿圈部件144B和另一个太阳齿轮部件142B啮 合的第二组小齿轮147B。尽管每组小齿轮147AU47B包括多个小齿轮，但是图中为了清楚 起见仅示出每组小齿轮147AU47B中的一个小齿轮。图1中的发动机曲轴48可与输入太阳 齿轮部件142 —起旋转，或者可通过带驱动器49连接到输入太阳齿轮部件142。与图1中 类似的电动机/发电机可具有与可旋转齿轮154 —起旋转的电机轴，该可旋转齿轮154可 与输入侧齿圈部件144A啮合。可旋转齿轮154与图1中的齿轮54类似被离合(通过离合 器连接)。齿圈部件144B固定到静止部件64B(即，非旋转部件)上。太阳齿轮部件142B 可连接成与图1中的增压器12的第一转子26 —起旋转。
图1中的太阳齿轮部件42 (或图2中的备用双行星齿轮组141的输出太阳齿轮部 件142B)可通过控制双位离合器57与增压器12的第一转子26选择性地连接，该双位离合 器57能使太阳齿轮部件42与轴62相连接，该轴62与转子26 —起旋转并驱动转子26。双 位离合器57在本文中也被称为第一离合器。双位离合器57可通过电子控制器68B和致动 器94控制成在图10示出的两个可选择的位置之间移动。在第一位置，离合器57将图1中 的太阳齿轮部件42或图2中的输出太阳齿轮部件142B固定到静止部件64A例如发动机缸 体。当离合器57处于第一位置时，行星齿轮组41或141不与增压器12操作性地连接。在 第二位置，离合器57将太阳齿轮部件42或142A连接成随增压器12的第一转子26共同旋 转(即，以相同速度旋转)。
图10更详细地示出了图1中的双位离合器57。离合器57包括花键连接到延伸 部84的反作用盘81，所述延伸部花键连接到轴62。反作用盘81通过轴承85支承在轴86 上。太阳齿轮部件42固定到轴86上或与其一体形成，并与轴86—起旋转。包含在弹簧壳 体90中的弹簧89偏压摩擦盘92使之与反作用盘81接合。当摩擦盘92与反作用盘81如 图10所示接合时，离合器57处于第二位置，轴62因此通过离合器57连接成与太阳齿轮部 件42以相同的速度旋转。离合器57包括致动器94，该致动器带有保持在线圈支承件98中 的线圈96，该线圈支承件固定到静止部件66A如齿轮组41的壳体上。电池66A可以由控 制器68B控制成选择性地给线圈96通电。电池66A和控制器68B可以与用来控制电动机 /发电机50的电池66和控制器68相分离。可选择地,可使用相同的电池66和控制器68 来控制离合器57。当线圈96被通电时，摩擦盘92通过磁力被朝向线圈96拉到如虚像所 示的第一位置92A。通电的线圈96的磁力克服弹簧89的力，且弹簧89被摩擦盘92压缩。 在第一位置92A，摩擦盘92被保持到静止部件64A上，制动太阳齿轮部件42。在第一位置 摩擦盘92不与反作用盘82相接触，使得轴62不被离合器57保持静止。
如图1所示，当电动机/发电机50被控制成作为电动机运行时，电池66可以用来 向电动机/发电机50提供电力，而当电动机/发电机50被控制成作为发电机运行时，电池 66可以用来接收来自电动机/发电机50的电力。车辆电气设备80也可以从电池66获取 电力。控制器68可控制电动机/发电机50作为电动机或发电机的运行。当电动机/发电 机50被控制成作为发电机运行时，电力逆变器70可以用来将由电动机/发电机50提供的能量从交流电转化成要储存在电池66中的直流电，而当电动机/发电机50被控制成作为电动机运行时，将直流电转化成交流电。
当双位离合器57处于第二位置时，增压器12的第一转子26连接成与太阳齿轮部件42 —起旋转。当处于此状态时，在增压器12上从第一转子26处的空气入口 74到第二转子28处的空气出口 78产生压差。如下文所述，双位离合器57和旁通阀34可选择性地控制成向发动机气缸提供期望的进气压力，同时允许增压器12和电动机/发电机50被用于向电池66提供再生电能，以用于向车辆电气设备提供电力，和/或用于当电动机/发电机50被控制成作为电动机运行时向曲轴48提供转矩。
在可在车辆加速期间实现的也被称为低端增压模式的第一车辆驱动模式中，发动机11能如图6中箭头A所示驱动车辆13，箭头A从发动机11经车辆变速器61延伸到轮轴。发动机11能在一个或两个轮轴处为车轮60提供转矩，这取决于车辆动力传动系。可通过经增压器12通往发动机11的气流提供增压。当要求发动机增压时，例如响应于加速器踏板的下压，节气门14可移动到比图1所示的位置相对更打开的位置。转子26、28可有效地作为泵运行以增加通往节气门体16和集气室18的空气流，以满足驾驶员需求。在双位离合器57固定的情况下，电动机/发电机50可被控制成作为电动机或发电机运行，以提供持续可变的传动功能来改变曲轴48处的转矩。
在也在图6中示出的第二车辆驱动模式中，当在车辆加速期间需要高功率时，发动机11能如箭头A所示驱动车轮60，并且还如箭头B和C所示当离合器57处于第二位置时驱动增压器12，从而提供额外增压。电动机/发电机50可被控制成作为电动机运行，以通过改变齿轮装置41 (在图1中示出并且在图6中表现为速度偶合装置)的齿圈部件44 的速度来调节增压，如图6中通过箭头D所示。
当不需要发动机增压时，在旁通阀34关闭的情况下，节流损失(S卩，伴随移动发动机气缸所产生的真空而来的压降)可施加在节气门14和增压器12上。节气门14的位置能与增压器12上期望的压降相平衡，并且空气流过增压器12并通过至少部分关闭的节气门14到达发动机气缸15。可选择地，旁通阀34能被关闭，使得通往发动机11的所有空气流必需流过增压器12。在需要时可以控制旁通阀34的位置以允许快速调节通往发动机11 的空气流，从而允许至少一些空气绕过增压器12。双位离合器57可被置于第二位置，使得增压器12上的压降所产生的转矩将被施加给太阳齿轮部件42，从而通过行星齿轮组41提供的转矩分流施加到发动机曲轴48和电动机/发电机50 (当被供电时)。这种操作模式可被称为节流损失再生模式，且在图8中示意性地示出，其中如箭头E所示被再捕获的节流损失当离合器55接合并且离合器57处于第二位置时被用于为发动机曲轴48增加功率。备用地或附加地，当电动机/发电机50被控制成作为发电机运行时，如箭头F所 示，所有或一部分再捕获的节流损失可用于给电池66再充电。
起发电机作用的电动机/发电机50所施加的转矩负载可示出为有效地减慢转子 26、28的速度，使得节气门14打开，因而施加转子26、28上的压差。亦即，当节气门14打开时，发动机气缸15中的往复式活塞所产生的真空从节气门14移到转子26、28。所得到的从转子26、28的入口 74到出口 78的压降在转子26、28处产生转矩。转子26、28有效地起空气电动机作用，提取经行星齿轮组41传递的转矩，并且允许通过电动机/发电机50转化成储存的电能。在节流损失再生模式中，发动机11可用来通过为车轮60提供牵引力矩而给车辆13提供动力，如箭头G所示。
因此，至少一部分节流损失可被捕获为储存在与电动机/发电机50连接的电池66 中的电能，和/或捕获为要施加给发动机曲轴48的机械能。在需要对电池66充电时，电动 机/发电机50可被控制成作为发电机运行。这将使增压器12减速，因此在不需要增压时 的车辆运行状况期间获得最好的实现，例如，但不限于，在以1500转/分(rpm)的发动机转 速的车辆巡航期间，和电池66的充电状态小于预定的最大充电状态阈值从而允许储存额 外的电能时。当电池66的充电状态达到预定最大水平时，例如但不限于电池66的100%充 电水平，双位离合器57可被置于第一位置，使太阳齿轮部件42固定。增压器12于是将空 转。节气门14可通过控制器调节到将在发动机中(节气门的下游)保持期望的空气压力 的位置，因为当双位离合器57处于第一位置时所有压降将通过节气门14。可选择地，离合 器57仅设置作为制动器以停止增压器第一转子26，这需要旁通阀34打开，允许空气绕过增 压器12并流向节气门14。电动机/发电机50可被控制成作为电动机运行以将转矩施加到 发动机曲轴48，这就减少电池66的充电状态，并使用经由增压器12捕获在电池66中的能 量。可使用各种传感器来将曲轴48转矩信息和电池66充电状态数据提供给控制器68。
当电池充电状态然后下降到预定最小水平、例如但不限于电池66的80%充电水 平时，双位离合器57然后可移动到第二位置，并且电动机/发电机50再次被控制成作为发 电机运行，使得转矩通过行星齿轮组41从增压器12施加到电动机/发电机50，并转化为储 存在电池66中的电能。当充电状态再次达到最大水平时，双位离合器57可移回到第一位 置，电动机/发电机50可作为电动机运行以提供转矩给曲轴48，增压器12空转，节气门14 可调节成维持期望的发动机气压。在车辆巡航期间可用的该混合操作模式在图7中示意性 地示出。当离合器55关闭时，电动机/发电机50可在作为电动机运行(如箭头H所示，使 用来自捕获的节流损失的储存能量为发动机曲轴48提供动力)和作为发电机运行(在巡 航模式期间为图7的电池66再充电)之间循环。发动机11也为车轮60提供动力，如箭头 J所示。
图3-5图示了巡航期间控制双位离合器57、节气门14和电动机/发电机50的循 环。图3显示了电池66中的充电(正斜率)和放电(负斜率)的循环，其中充电状态200 随时间在预定最小水平202 (即，预定的第一水平)和预定最大水平204 (即，预定的第二水 平)之间变化。图4示出了与电池66的充电和放电相对应的节气门14上的压降。当电池 66充电时，节气门14上的压降206是相对低的水平208，因为当全部压降中的一部分被置 于增压器12上时，节气门14移到更开放的位置。当电池66由于增压器12空转而放电并 且维持期望的发动机气压所需的全部压降都通过节气门14时，节气门14被调节到较少打 开位置，节气门14上的压降是相对高的水平210。
可通过在将作为发电机运行的电动机/发电机50的转矩负载控制到较低水平从 而以较慢的速度给电池66充电，或者通过增加充电状态的最小水平202和充电状态的最大 水平204之间的范围，来调节图3中所示的循环周期218。当电池66正在充电时，增压器 12上的压降212是相对高的水平214，因为当全部压降中的一部分被置于增压器12上时， 节气门14移到更开放的位置。当电池66由于增压器12空转而放电并且维持期望的发动 机气压所需的全部压降都通过节气门14时，节气门14被调节到较少打开位置，增压器12 上的压降在相对低的水平216。
在本教导的另一个方面中，作为在车辆巡航期间在电池66的最大和最小充电状 态之间循环的一个替换方案，电动机/发电机50可被控制成使得再生电能比率与车辆电气 部件所使用的能量相平衡，从而保持电池66的充电状态相对恒定。电动机/发电机50的 再生率和相应的转矩拖曳与增压器12施加到发动机曲轴48上的转矩相平衡，以在车辆巡 航期间避免或减少循环充电和放电模式。
代替电动机/发电机50，一个或多个可供选择的可控负载装置可操作性地连接到 图2中的齿圈部件44或144B。例如，具有液压泵或气动泵的蓄能器、可滑动的摩擦离合器、 或者弹簧可操作性地连接到齿圈部件44或144B，并可被控制成经由增压器12捕获节流损 失能量。在蓄能器的情形中，能量可以作为液压或者气压被储存。在可滑动的摩擦离合器 的情形中，能量可以通过使离合器滑动而转化成热，然后被捕获成在车辆加热或冷却系统 中使用。电动机/发电机50、蓄能器、弹簧、或者可滑动的摩擦离合器所施加的负载也能减 慢太阳齿轮部件42或142B以及所连接的增压器12，且可被控制成管理尤其当存在通往发 动机气缸11的过量空气流时以高速度进入发动机气缸11的空气流。
另外，当双位离合器57被置于第一位置以使太阳齿轮部件42或142B固定并且离 合器55被接合时，电动机/发电机50可被控制成作为电动机运行以启动发动机。图7图 示了发动机启动-停止模式，其中箭头H示出了来自电动机/发电机50的用于启动发动机 11的功率流。例如，如果发动机11在停止灯处停机，则电动机/发电机50可用于重启发动 机。因此，在发动机11停机期间可实现燃料节约，并且可通过由再捕获的节流损失产生的 电能来实现发动机的重启。当电动机/发电机50被控制成作为发电机运行并且双位离合 器57处于第一位置以固定太阳齿轮部件42时，该发动机可经行星齿轮组41或141提供转 矩以给电动机/发电机50充电。
当可选择性接合的牙嵌离合器79被接合来将齿轮部件54固定到静止部件64从 而也保持齿圈部件44和电动机/发电机50静止时，曲轴48可以提供转矩来通过行星齿轮 组41运行增压器12。牙嵌离合器79在本文中也被称为第二离合器。可选择地，电动机/ 发电机50可以通过控制通往电动机/发电机50的电能以施加转矩来停止电动机/发电机 50而保持静止。然而，牙嵌离合器79可被用来避免使用储存的电能来保持电动机/发电机 50静止。另外，制动能可在再生制动模式中被再捕获，其中当电动机/发电机50被控制成 作为发电机运行并且离合器55被接合时，曲轴48处的转矩被再捕获为电池66中的储存电 能。图9示意性地示出了再生制动模式,其中箭头K表示能量从车轮60传递到电池66。
说明书和附图中所使用的附图标记和对应的部件如下
10 组件
11发动机
12增压器
13 车辆
14节气门
15 气缸
16节气门本体
18集气室
20 歧管
26第一转子
28第二转子
34旁通阀
35旁通气通路
41行星齿轮组
42太阳齿轮部件
44齿圈部件
46行星架部件
47小齿轮
48曲轴
49带驱动器
50电动机/发电机
51齿轮
52电机轴
53齿轮
54可旋转齿轮
55发动机分离式离合器
57双位离合器
59轴
60车轮
61变速器
62轴
63电机转子
64A静止部件
64B静止部件
65定子
66电池
68控制器
68A控制器
68B控制器
70逆变器
74空气入口
78空气出口
79牙嵌离合器
80车辆电气设备
81反作用盘
82带
83A带轮
83B带轮
83C带轮
84延伸部
85轴承
86轴
88轴
89弹簧
90弹簧壳体
92摩擦盘
92A第一位置
94致动器
96线圈
98线圈支承件
141复合式双行星齿轮组
142A太阳齿轮部件
142B太阳齿轮部件
144A齿圈部件
144B齿圈部件
146行星架
147A小齿轮
147B小齿轮
154可旋转齿轮
200充电状态
202预定的第一最小水平
204预定的第二最大水平
206节气门压降
208低压力水平
210高压力水平
212增压器压降
214高压力水平
216低压力水平
218周期
尽管已经详细地描述了用于实施本教导的许多方面的最佳模式，但是熟悉本教导相关领域的技术人员将会认识到包括在所附权利要求的范围内的用于实现本教导的各种可选择的方面。
权利要求
1.一种用于控制通往发动机的空气流的组件，所述发动机具有曲轴、气缸和在位于通往所述气缸的空气流中的节气门体中的节气门，所述组件包括增压器，所述增压器具有在通往所述发动机的空气流中与所述节气门串联的一组转子；负载装置；以及齿轮装置，所述齿轮装置具有与所述负载装置操作性地连接的第一部件、与所述曲轴可操作性地连接的第二部件和与所述增压器可操作性地连接的第三部件；其中，所述负载装置可选择性地控制成通过所述齿轮装置改变所述转子的旋转速度， 从而使所述节气门打开，使得所述节气门上的压降转移至所述转子，在所述转子上产生转矩，从而使节流损失再生。
2.如权利要求1所述的组件，还包括可控制成在第一位置和第二位置之间移动的离合器，其中，所述离合器可操作成在处于所述第一位置时使所述第三部件与静止部件固定在一起且在处于所述第二位置时使所述第三部件与所述转子操作性地连接，使得当所述离合器处于所述第二位置时所述转子上的转矩通过所述齿轮装置被提供给所述负载装置。
3.如权利要求2中所述的组件，其中，所述离合器是第一离合器，并且所述组件还包括第二离合器，所述第二离合器可选择性地接合成使所述第一部件操作性地连接到静止部件，从而保持所述第一部件静止；以及第三离合器，所述第三离合器可选择性地接合成使所述曲轴与所述第二部件操作性地连接；其中，当所述第一离合器处于所述第二位置并且所述第二离合器和所述第三离合器被接合时，所述转子上的至少一部分转矩通过所述齿轮装置被施加给所述曲轴。
4.如权利要求3所述的组件，其中，所述负载装置是电动机/发电机，所述电动机/发电机可操作成交替地作为电动机和发电机运行；并且所述组件还包括控制器，所述控制器配置成控制所述电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运其中，当所述第一离合器处于所述第一位置、所述第二离合器未接合并且所述第三离合器被接合时，所述电动机/发电机被所述控制器控制成作为电动机运行，从而通过所述齿轮装置将转矩施加给所述曲轴以启动所述发动机。
5.如权利要求2所述的组件，其中，所述离合器是第一离合器，并且所述组件还包括 第二离合器，所述第二离合器可选择性地接合成使所述第一部件操作性地连接到静止部件，从而保持所述第一部件静止；以及第三离合器，所述第三离合器可选择性地接合成使所述曲轴与所述第二部件操作性地连接；其中，当所述第一离合器处于所述第二位置并且所述第二离合器和所述第三离合器被接合时，所述发动机通过所述齿轮装置驱动所述增压器。
6.如权利要求1所述的组件，其中，所述负载装置是电动机/发电机，所述电动机/发电机可操作成交替地作为电动机或发电机运行，并且所述组件还包括控制器，所述控制器配置成控制所述电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运可控制成在第一位置和第二位置之间移动的第一离合器，其中，所述第一离合器可操作成在处于所述第一位置时使所述第三部件与静止部件固定在一起且在处于所述第二位置时使所述第三部件与所述转子操作性地连接；第二离合器，所述第二离合器可选择性地接合成使所述第一部件操作性地连接到静止部件，从而保持所述第一部件静止；以及第三离合器，所述第三离合器可选择性地接合成使所述曲轴与所述第二部件操作性地连接，当所述第一离合器处于所述第二位置、所述第三离合器被接合并且所述第二离合器未接合时，所述发动机通过所述齿轮装置驱动所述增压器以提供发动机增压，并且所述控制器控制所述电动机/发电机以改变所述第三部件的速度，从而改变所述发动机增压。
7.如权利要求1所述的组件，还包括可控制成在第一位置和第二位置之间移动的第一离合器，其中，所述第一离合器可操作成在处于所述第一位置时使所述第三部件与静止部件固定在一起且在处于所述第二位置时使所述第三部件与所述转子相连接；第二离合器，所述第二离合器可选择性地接合成使所述第一部件操作性地连接到静止部件，从而保持所述第三部件静止；第三离合器，所述第三离合器可选择性地接合成使所述曲轴与所述第二部件操作性地连接；以及控制器；其中，所述负载装置是可操作的电动机/发电机，并且所述控制器配置成控制所述电动机/发电机选择性地作为电动机或作为发电机；并且其中，当所述第一离合器处于所述第一位置、所述第二离合器未接合并且所述第三离合器被接合时，所述电动机/发电机被所述控制器控制成作为发电机运行，从而在再生制动模式下通过所述齿轮装置将来自所述曲轴的转矩提供给所述发电机。
8.如权利要求1所述的组件，其中，所述第一部件是齿圈部件，所述第二部件是行星架部件，并且所述第三部件是太阳齿轮部件。
9.如权利要求8所述的组件，其中，所述负载装置是电动机/发电机，所述电动机/发电机可操作成交替地作为电动机和发电机运行。
10.如权利要求9所述的组件，还包括控制器，所述控制器操作性地连接到所述电动机/发电机，并且配置成控制所述电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运行；以及电池，所述电池操作性地连接到所述控制器和所述电动机/发电机；其中，在当所述电池的充电状态达到预定的第一水平时相对恒定的发动机速度期间， 所述节气门是打开的，并且所述电动机/发电机被控制成作为发电机运行，以将所述转子上的转矩转化为储存在所述电池中的能量，直到所述电池的充电状态达到比所述预定的第一水平高的预定的第二水平；并且在所述电池的充电状态达到所述预定的第二水平后，所述节气门被较少地打开，并且所述电动机/发电机被控制成作为电动机运行，以在所述曲轴处提供转矩，直到所述电池的充电状态再次达到所述预定的第一水平。
11.如权利要求9所述的组件，还包括控制器，所述控制器操作性地连接到所述电动机/发电机，并且配置成控制所述电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运行；以及电池，所述电池操作性地连接到所述控制器和所述电动机/发电机，并且配置成当所述电动机/发电机被控制成作为发电机运行时储存由所述电动机/发电机自所述转子上的转矩转化成的能量；其中，至少一个车辆电气设备操作性地连接到所述电池，并且配置成接收来自所述电池的储存能量；并且其中，自所述转子上的转矩转化成的储存在所述电池中的能量比率基本等于由所述至少一个车辆电气设备作为电力接收的储存在所述电池中的能量比率。
12.如权利要求1所述的组件，其中，所述齿轮装置是复合式双行星齿轮组，其具有第一和第二齿圈部件、第一和第二太阳齿轮部件、支承与第一齿圈部件和第一太阳齿轮部件啮合的第一组小齿轮并支承与第二齿圈部件和第二太阳齿轮部件啮合的第二组小齿轮的共用行星架；并且其中，与所述负载装置可操作性地连接的所述第一部件是所述第一齿圈部件；与所述曲轴可操作性地连接的所述第二部件是所述第一太阳齿轮部件，并且与所述增压器可操作性地连接的所述第三部件是所述第二太阳齿轮部件。
13.一种用于控制通往发动机的空气流的组件，所述发动机具有曲轴、气缸和在通往所述气缸的空气流中上游的节气门体中的节气门，所述组件包括增压器，所述增压器具有在通往所述发动机的空气流中与所述节气门串联的一组转子;电动机/发电机，所述电动机/发电机可操作成交替地作为电动机和发电机运行；控制器，所述控制器配置成控制所述电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运齿轮装置，所述齿轮装置具有与所述电动机/发电机操作性地连接的第一部件、与所述曲轴可操作性地连接的第二部件和可操作性地连接成与所述增压器一起旋转的第三部件；以及电池，所述电池操作性地连接到所述控制器和所述电动机/发电机，并且配置成当所述电动机/发电机被控制成作为发电机运行时储存由所述电动机/发电机自所述转子上的转矩转化成的能量，从而将节流损失再生为储存在所述电池中的能量；其中，所述电动机/发电机可选择性地控制成通过所述齿轮装置改变所述转子的旋转速度，从而使所述节气门打开，使得所述节气门上的压降转移至所述转子，在所述转子上产生转矩。
14.如权利要求13所述的组件，其中，在当所述电池的充电状态达到预定的第一水平时相对恒定的发动机速度期间，所述节气门是打开的，并且所述电动机/发电机被控制成作为发电机运行，以将所述转子上的转矩转化为储存在所述电池中的能量，直到所述电池的充电状态达到比所述预定的第一水平高的预定的第二水平；并且在所述电池的充电状态达到所述预定的第二水平后，所述节气门被较少地打开，并且所述电动机/发电机被控制成作为电动机运行，以在所述曲轴处提供转矩，直到所述电池的充电状态再次达到所述预定的第一水平。
15.如权利要求13所述的组件，其中，所述齿轮装置是单一行星齿轮组，并且所述第一部件是齿圈部件，所述第二部件是行星架部件，所述第三部件是太阳齿轮部件。
16.一种用于控制通往发动机的空气流的组件，所述发动机具有曲轴、气缸和在位于通往所述气缸的空气流中的节气门体中的节气门，所述组件包括增压器，所述增压器具有在通往所述发动机的空气流中与所述节气门串联的一组转子;电动机/发电机，所述电动机/发电机可操作成交替地作为电动机和发电机运行；齿轮装置，所述齿轮装置具有与所述电动机/发电机操作性地连接的第一部件、与所述曲轴可操作性地连接的第二部件和与所述增压器可操作性地连接的第三部件；以及离合器；其中，所述电动机/发电机可选择性地控制成通过所述齿轮装置改变所述转子的旋转速度，从而使所述节气门打开，使得所述节气门上的压降转移至所述转子，在所述转子上产生转矩，从而使节流损失再生；其中，所述离合器可控制成在第一位置和第二位置之间移动，其中，所述离合器可操作成在处于所述第一位置时使所述第三部件与静止部件固定在一起且在处于所述第二位置时使所述第三部件与所述转子操作性地连接，使得当所述离合器处于所述第二位置时所述转子上的转矩通过所述齿轮装置被提供给所述电动机/发电机。
17.如权利要求16所述的组件，其中，所述离合器是第一离合器，并且所述组件还包括第二离合器，所述第二离合器可选择性地接合成使所述第一部件操作性地连接到静止部件，从而保持所述第一部件静止；以及第三离合器，所述第三离合器可选择性地接合成使所述曲轴与所述第二部件操作性地连接；其中，当所述第一离合器处于所述第二位置并且所述第二离合器和所述第三离合器被接合时，所述转子上的至少一部分转矩通过所述齿轮装置被施加给所述曲轴。
18.如权利要求16所述的组件，其中，所述离合器是第一离合器，并且所述组件还包括控制器，所述控制器配置成控制所述电动机/发电机交替地作为电动机和发电机运第二离合器，所述第二离合器可选择性地接合成使所述第一部件操作性地连接到静止部件，从而保持所述第一部件静止；以及第三离合器，所述第三离合器可选择性地接合成使所述曲轴与所述第二部件操作性地连接，当所述第一离合器处于所述第二位置、所述第三离合器被接合并且所述第二离合器未接合时，所述发动机通过所述齿轮装置驱动所述增压器以提供发动机增压，并且所述控制器控制所述电动机/发电机以改变所述第三部件的速度，从而改变所述发动机增压。
19.如权利要求16所述的组件，其中，所述第一部件是齿圈部件，所述第二部件是行星架部件，并且所述第三部件是太阳齿轮部件。
20.如权利要求16所述的组件，其中，所述齿轮装置是复合式双行星齿轮组，其具有第一和第二齿圈部件、第一和第二太阳齿轮部件、支承与第一齿圈部件和第一太阳齿轮部件啮合的第一组小齿轮并支承与第二齿圈部件和第二太阳齿轮部件啮合的第二组小齿轮的共用行星架；并且其中，与所述负载装置 可操作性地连接的所述第一部件是所述第一齿圈部件；与所述曲轴可操作性地连接的所述第二部件是所述第一太阳齿轮部件，并且与所述增压器可操作性地连接的所述第三部件是所述第二太阳齿轮部件。
全文摘要
本发明涉及用于节流损失再生的增压器组件及其控制方法。提供了一种发动机组件，该发动机组件包括在通往发动机的空气流中相互串联地布置的发动机节气门和增压器。节气门和增压器可被控制成使得节流损失选择性地分配在节气门和/或增压器上。置于增压器上的节流损失能够产生可被转化为储存能量的转矩。
文档编号B60W10/08GK103029706SQ20121044851
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月29日 优先权日2011年9月30日
发明者R·P·本杰, W·N·埃博根, R·瓦希施特, M·D·普赖尔 申请人:伊顿公司