涡轮增压组件及控制涡轮增压组件的操作的方法与流程

本公开的实施例涉及涡轮增压组件及控制涡轮增压组件的操作的方法。

背景技术：

1、已知诸如废气涡轮增压器的增压系统用于增加内燃机的功率。在这种废气涡轮增压器中，涡轮机设置在内燃机的废气路径中，并且压缩机布置在内燃机的上游，压缩机经由共用轴连接到涡轮机。该轴通常由支撑在轴承壳体中的轴承来支撑。因此，废气涡轮增压器通常由转子、轴用轴承组件、导流壳体部(压缩机壳体和涡轮机壳体)以及轴承壳体构成。转子包括轴、推动器和涡轮机叶轮。

2、通过废气涡轮增压器对内燃机进行增压，容量以及因此气缸中的燃料混合物增加，并且由此获得内燃机的显著功率增加。可选地，存储在内燃机的废气内的能量能够例如通过动力涡轮机被转换成电能或机械能。在这种情况下，与废气涡轮增压器的情况一样，发电机或机械耗能装置连接至涡轮轴，而不是压缩机连接至涡轮轴。

3、然而，已经发现传统的涡轮增压组件、特别是具有功率转换器的涡轮增压组件仍然能够改进，特别是在紧凑性、效率和质量平衡方面。

技术实现思路

1、鉴于上述内容，提供了一种根据独立权利要求的涡轮增压组件和控制涡轮增压组件的操作的方法。根据从属权利要求、说明书和附图，另外的方面、优点和特征是显而易见的。

2、根据本公开的一方面，提供了一种涡轮增压组件。涡轮增压组件包括具有压缩机叶轮的压缩机和具有涡轮机叶轮的涡轮机。涡轮机叶轮和压缩机叶轮背对背安装在轴上。该轴耦接到设置在压缩机叶轮前面的功率转换器。另外，涡轮增压组件包括包围功率转换器的壳体延伸部。壳体延伸部与压缩机壳体连接。功率转换器包括转子和定子。定子安装至壳体延伸部。此外，涡轮增压组件包括布置在压缩机和功率转换器之间的过滤式消音器。此外，涡轮增压组件包括安装至轴的鼓风机。鼓风机布置在功率转换器的背离压缩机的一侧。

3、因此，与现有技术相比，提供了一种改进的涡轮增压组件。特别地，通过提供涡轮机叶轮和压缩机叶轮的背对背构造并通过布置设置在压缩机叶轮前面的功率转换器，能够提供一种具有功率转换器的涡轮增压组件的更紧凑的设计。此外，通过将功率转换器设置在压缩机叶轮的前面，能够保护功率转换器免受通常在操作期间在涡轮机附近产生的高温的影响。此外，与现有技术相比，根据本文描述的实施例的涡轮增压组件有利地提供了更好的叶轮和轴平衡。

4、根据本公开的另一方面，提供了一种控制根据本文描述的任何实施例的涡轮增压组件的操作的方法。该方法包括控制功率转换器。功率转换器设置在压缩机的压缩机叶轮的前面。压缩机叶轮和涡轮机的涡轮机叶轮背对背地安装在与功率转换器耦接的轴上。

技术特征：

1.一种涡轮增压组件(10)，包括：

2.根据权利要求1所述的涡轮增压组件(10)，其中，所述功率转换器(40)是电功率转换器或液压功率转换器。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压组件(10)，其中，所述功率转换器(40)是马达或交流发电机。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压组件(10)，其中，包围所述压缩机叶轮(21)的所述压缩机壳体(22)连接至包围所述涡轮机叶轮(31)的涡轮机壳体(32)，特别是所述压缩机壳体(22)与所述涡轮机壳体(32)一体地连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮增压组件(10)，其中，所述功率转换器(40)包括一个或更多个第一电磁线圈和一个或更多个第二电磁线圈，其中，所述一个或更多个第一电磁线圈与所述轴(11)耦接，其中，所述一个或更多个第二电磁线圈设置在所述一个或更多个第一电磁线圈周围，并且其中，所述功率转换器(40)被配置为用于在操作期间提供所述一个或更多个第一电磁线圈与所述一个或更多个第二电磁线圈之间的转速差。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮增压组件(10)，其中，所述转子(41)包括一个或更多个第一电磁线圈，并且所述定子(42)包括一个或更多个第二电磁线圈，并且其中，所述转子(41)连接到所述轴(11)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮增压组件(10)，还包括耦接至所述功率转换器(40)的电力存储装置(45)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮增压组件(10)，其中，第一比率r1＝x/rt为r1≤0.8，特别是r1≤0.7，更特别是r1≤0.6，其中，x是设置在所述压缩机叶轮(21)和所述涡轮机叶轮(31)之间的距离，并且其中，rt是所述涡轮机叶轮(31)的后壁的半径。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮增压组件(10)，其中，第二比率r2＝x/d为9≤r2≤12，其中，x是设置在所述压缩机叶轮(21)与所述涡轮机叶轮(31)之间的距离，并且其中，d是所述涡轮机叶轮(31)的后壁厚度。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮增压组件(10)，其中，在所述压缩机叶轮(21)和所述涡轮机叶轮(31)之间未设置功率转换器或功率转换器的部件。

11.一种通过控制功率转换器(40)来控制根据权利要求1至10中任一项所述的涡轮增压组件(10)的操作的方法。

技术总结
描述了一种涡轮增压组件(10)。涡轮增压组件(10)包括具有压缩机叶轮(21)的压缩机(20)和具有涡轮机叶轮(31)的涡轮机(30)。涡轮机叶轮(31)和压缩机叶轮(21)背对背安装在轴(11)上。轴(11)耦接至设置在压缩机叶轮(21)前面的功率转换器(40)。另外，涡轮增压组件包括包围功率转换器的壳体延伸部(43)。壳体延伸部与压缩机壳体(22)连接。功率转换器包括转子(41)和定子(42)。定子安装至壳体延伸部。此外，涡轮增压组件包括布置在压缩机和功率转换器之间的过滤式消音器(50)。此外，涡轮增压组件包括安装至轴的鼓风机(60)。鼓风机布置在功率转换器背向压缩机的一侧。

技术研发人员：亚历山德罗·祖凯利
受保护的技术使用者：涡轮增压系统瑞士有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15