用于改善驱动系统的能量效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于改善驱动系统的能量效率的方法，其中所述驱动系统包括并 联地安装在排放管线上的满轮压缩机和回收满轮。
【背景技术】
[0002] 典型地，发动机包括限定燃烧气缸或室的发动机模块，所述燃烧气缸或室具有被 气缸盖封闭的端部和被活塞封闭的相对端部，该活塞滑动地被接收在气缸中。每个燃烧气 缸都与用于空气和燃料进入装置和用于排放燃烧过的气体的装置关联，运些装置分别包括 进气和排放阀口。燃机产生的总力矩是每个气缸产生的单独的力矩之和。在燃烧后，排放 气体被释放到大气中。运些排放气体包含能量，回收该能量是有利的。
[0003] 已知使用满轮压缩机，其中的满轮由排放气体来驱动，W允许压缩进气处的空气。 满轮压缩机增大发动机进气处的气体压强，W提高其效率。满轮压缩机可W与回收满轮关 联，W完善对排放气体的能量的回收。被回收满轮回收的能量可W用于产生电能或机械能， 例如W便将力矩送回到发动机的曲轴上。回收满轮可W与满轮压缩机串联地安装在排放管 线上。替代地，回收满轮可W与满轮压缩机并联地安装。主要使用串联架构，而并联架构则 在体积方面可W是有利的。
[0004] 然而，为串联架构设计的满轮压缩机和回收满轮对于并联架构不是最优的。因此， 追求允许调节满轮压缩机和/或回收满轮的几何构造特征W在并联架构中回收最大量的 排放气体能量的方法。
【发明内容】
阳〇化]为此，提出一种用于改善驱动系统的能量效率的方法，所述系统包括：
[0006]-设有排放管线的发动机；
[0007]-具有满轮的满轮压缩机，其中所述满轮安装在排放管线上，W被排放气体的第一 部分驱动，从而确定发动机的增压水平；
[0008]-回收满轮，该回收满轮与满轮压缩机并联地安装在排放管线上，W被排放气体的 第二部分驱动，从而回收来自于排放气体的所述第二部分的功率；
[0009] 所述方法包括W下步骤：
[0010] -确定运样的增压水平，该增压水平使得发动机输出第一驱动功率数值；
[0011] 递增或递减、即单调的方式改变满轮压缩机的满轮的至少一个几何构造参数， 并对于该几何构造参数的数值，确定被回收满轮回收的功率和对应于该几何构造参数的所 述数值的驱动功率的数值与所述第一驱动功率数值之间的差值；
[0012] -当被回收满轮回收的功率达到最大数值或当所述驱动功率差值大于给定阔值 时，停止该对满轮压缩机的满轮的几何构造参数的改变。
[0013] 通过单调地改变满轮压缩机的满轮的几何构造参数，逐渐地改变位于发动机出口 处和满轮入口处的区域中的条件，尤其是排放气体的通率和/或压强。运些条件改变还导 致改变被回收满轮回收的功率。通过跟踪所回收的功率直至达到最大数值，确认获得具有 允许回收满轮回收最大量的排放气体能量的几何构造特征的满轮压缩机。然而，由发动机 输出的驱动功率会被发动机出口与满轮入口之间的区域中的条件的改变影响。通过确保驱 动功率保持包括在数值窗口中，确保发动机的性能没有由于最大化被回收满轮回收的功率 而雙损。
[0014] 根据一个变型，该改变步骤包括减小满轮压缩机的满轮的通过性 任erme油ility)，并对于通过性数值，确定被回收满轮回收的功率和对应于所述通过性数 值的驱动功率的数值与所述第一驱动功率数值之间的差值。此外，该停止步骤包括在被回 收满轮回收的功率达到最大数值或当所述驱动功率差值超过给定阔值时停止满轮压缩机 的满轮的通过性的该减小。
[0015] 通过性表征满轮中通率与压强比之间的关系。特别地，通过增大压强比和通过减 小通率来改变通过性。通过性可W由满轮的满壳、轮子或扩散道的几何构造来确定。
[0016] 根据一个实施例，满轮压缩机包括具有可变几何构造的满轮。由此，该改变几何构 造参数的步骤可W包括改变满轮的扩散道的通过截面和/或改变气体在满轮叶片上的入 射角度。该方法允许根据一方面的驱动功率和/或另一方面的回收满轮的特征来调节满轮 压缩机的具有可变几何构造的满轮的几何构造。
[0017] 根据一个实施例，该方法还包括W下步骤：
[0018] -增大回收满轮的通过性，并对于通过性数值，进行所述改变满轮压缩机的满轮的 几何构造参数的步骤和停止改变该几何构造参数的步骤；
[0019] -确定被回收满轮回收的功率和对应于满轮发电机的满轮的所述通过性数值的驱 动功率的数值与所述第一驱动功率数值之间的差值；
[0020] -当被回收满轮回收的功率达到最大数值或当所述驱动功率差值超过给定阔值 时，停止回收满轮的通过性的该增大。
[0021] 特别地，通过增大满轮的通率和通过减小压强比来增大通过性。
[0022] 运些步骤允许获得具有最大被回收功率的回收满轮的几何构造。通过增大回收满 轮的通过性，改变被回收满轮回收的功率。通过监控所回收的功率直至达到最大数值，确保 获得具有允许回收满轮回收最大量的排放气体能量的几何构造特征。
[0023] 然而，在改变回收满轮的通过性的同时，还会影响满轮压缩机的满轮入口处的条 件。满轮压缩机由此不再能够确保允许维持由发动机输出的驱动功率水平的增压水平。改 变满轮压缩机的满轮的几何构造参数的步骤和停止改变该几何构造参数的步骤允许使满 轮压缩机的满轮适应回收满轮的通过性。
[0024] 根据一个实施例，回收满轮为具有可变几何构造的满轮，该增大满轮的通过性的 步骤包括增大满轮的扩散道的通过截面和/或改变气体在满轮叶片上的入射角度。该方法 允许根据驱动功率来调节回收满轮的几何构造。
[00巧]本发明还设及由如上述权利要求中任一项所述的方法获得的驱动系统，在该驱动 系统中，满轮压缩机的满轮在小通率和大压强比下运行。
[0026] 例如，对于带有气体再循环的化柴油发动机，压强比可W低于1. 6,通率可W高于 0. 0化g/s。
【附图说明】
[0027] 阅读W下对示例性地并参照附图给出的本发明的实施例的说明，本发明的其他特 征和优点将变得显而易见，其中所述附图示出了：
[0028]-图1，具有并联地安装在排放管线上的满轮压缩机和回收满轮的驱动系统的示 意图；
[0029] -图2,符合本发明的第一实施例的方法的方块图；
[0030]-图3,对于不同通过性和转动速度所获得的满轮压缩机的满轮的气体通率-压强 比图；
[0031]-图4,对于满轮压缩机的满轮的不同通过性数值获得的驱动功率的比较图；
[0032]-图5,发动机气缸的压缩图；
[0033] -图6,对于满轮压缩机的满轮的不同通过性数值获得的被回收满轮回收的功率 的比较图；
[0034]-图7,对于满轮压缩机的满轮的不同通过性数值获得的整体增益的比较图；
[0035] -图8,符合本发明的第二实施例的方法的方块图；
[0036]-图9,示出了对于发动机的不同运行点的根据回收满轮的通过截面的驱动功率 的图；
[0037] -图10,示出了对于发动机的不同运行点的根据回收满轮的通过截面的被回收满 轮回收的功率的图；
[0038]-图11，示出了对于发动机的不同运行点的根据回收满轮的通过截面的整体增益 的图。
【具体实施方式】
[0039] 图1示出了一个驱动系统示例10。
[0040] 该系统10包括设有排放管线14的发动机12。发动机12包括气缸12a，燃料在该 气缸中的燃烧允许产生驱动力矩。
[0041] 满轮压缩机16被用于在发动机12的进气管线15上压缩气体，从而确定发动机12 的增压水平。满轮压缩机16包括满轮18,该满轮被安装在排放管线14上，W被排放气体的 第一部分驱动并允许压缩进气处的气体。运些气体可W在被引入发动机12中之前被冷却 器15a冷却。
[0042] 系统10还包括与满轮压缩机16并联地安装在排放管线14上的回收满轮20。回 收满轮20由此由排放气体的第二部分驱动。回收满轮20允许回收来自于排放气体第二部 分的功率，W产生例如机械能或电能。特别地，回收满轮20可W属于基于排放气体产生电 的满轮发电机。回收满轮20还可W允许例如通过齿轮传动组在发动机的曲轴上添加力矩。
[0043] 系统10可W包括排放气体再循环管线13,该排放气体再循环管线允许回收一部 分排放气体，W在进气处将其重新注入。再循环管线可W包括用于在在进气处重新注入之 前降低气体溫度的冷却器13a和允许调定再循环率的阀口 13b。
[0044] 满轮压缩机16的满轮18为具有可变几何构造的满轮。在运种满轮中，能够改变 几何构造参数（例如：截面比或开口），尤其是为了按照发动机运行点调节。
[0045] 可W在图1的系统10上实施符合在图2中示出的实施例的用于改善能量效率的 方法。通过使满轮压缩机16的满轮18的通过性变化，该方法允许获得最大的被回收满轮 回收的功率。
[0046] 通过性表征满轮入口和出口之间的压强比与满轮的通率之间的关系。图3示出了 通率化g/s)-压强比图的一个示例。对于满轮的给定通过性，获得每个特征组I、II、III、 IV。特别地，通过例如借助于阀口使满轮的开口变化来获得通过性的变化。在一组特征中， 每个特征都是对于满轮的给定转动速度获得的。
[0047] 满轮的等赌功率P(单位为kW)可W用W下关系式来表示：
[0048]
W例其中，猫为满轮的通率化g/s) ;Cp为排放气体热恒量（JKVkg) ;Tm为满轮入口 处的溫度化）；RP为满轮的入口和出口之间的压强比；W及，丫为热容比。运些参数可W通 过测量或估计来获得。通过使通过性、尤其是满轮的开口变化，能够改变通率-压强比RP 对。
[0050] 在步骤110中，满轮压缩机16被配置为产生允许发动机12输出第一驱动功率数 值（Nm)的增压水平。特别地，驱动功率数值可W对应于获得其中安装有驱动系统10的车 辆的移动所要求的发动机的运行点（转数/分钟；负载）。在所考虑的示例中，第一驱动功 率数值对应于图3的图的第一点A。第一点A位于第一特征组I中，该特征组具有大约为 50-60 %的满轮开口。
[0051] 然后，尤其是通过减小满轮18的开口来进行满轮压缩机16的满轮18的通过性的 减小120。满轮的开口可W步进地逐渐减小。对于满轮压缩机16的满轮18的每个开口数 值，改变满轮压缩机16的满轮18的通率-压强比对。开口随着通率的减小和压强比的增 大而减小。
[0052]