包括热机和被构造为加热进气气体的电动压缩机的组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种组件(1)，包括：进气管道(4)、热力发动机(2)和电动压缩机(5)，该进气管道(4)在空气入口(11)和热力发动机(2)之间延伸，该电动压缩机(5)被布置在所述进气管道上，该电动压缩机(5)被构造为允许加热流入所述进气管道(4)中的进气气体。
【专利说明】
包括热机和被构造为加热进气气体的电动压缩机的组件
技术领域
[0001]本发明涉及对热力发动机的进气气体加热的领域，更具体地，本发明涉及一种包括热力发动机和被构造为用于加热进气气体的电动压缩机的组件。
[0002]本发明涉及所有汽油、柴油、燃气、乙醇热力发动机，无论所述热力发动机是增压式的还是非增压式的。
【背景技术】
[0003]存在这样的车辆寿命阶段，在这些阶段期间，加热进气气体是有意义的。尤其是在发动机本身是冷的且进入的空气的温度是低的时的冷起动。实际上，在该情况下，燃烧减慢并产生更多的污染物排放，尤其是更多的HC和CO类型的不完全燃烧物，和颗粒。在外部温度低时尤其如此。
[0004]目前，对于加热或重新加热进气气体，考虑了未来的根据Euro6及以上标准的去除污染物限制的、用于进气气体的电加热系统被设想。例如被直接布置在进气管道中的电阻器。该借助于电加热的解决方案是有效的，但具有两个缺陷:
[0005]-该解决方案仅用于重新加热进气气体。系统的成本因此难以被增值，因为其用途仅限于时长为几十秒期间的冷起动。
[0006]-该解决方案是侵入性的:必须找到解决电阻集成的解决方案并应对空气回路的密封。
[0007]在增压式发动机的情况下，对于发动机的热运行，用于冷却进气气体的冷却系统是必需的，以增大进入发动机中的空气密度。当目的相反地在于提高进气气体的温度时，该系统在冷起动时起到反作用。为了避免冷却，存在用于绕过该交换器的旁通系统。然而，尽管该系统避免了气体的冷却，但该系统不允许重新加热气体。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于通过提出一种用于热力发动机的进气气体加热系统克服现有技术的进气气体加热系统的一个或多个缺陷，该用于热力发动机的进气气体加热系统配备有电动压缩机，不需要安装仅用于该单一目的的额外设备。
[0009]为此，本发明提出一种组件，该组件包括:
[0010]-进气管道，其在空气入口和热力发动机之间延伸，
[0011]-热力发动机，
[0012]-电动压缩机，布置在进气管道上，
[0013]该电动压缩机被构造为允许加热流入进气管道中的进气气体。
[0014]根据本发明的一个实施方式，电动压缩机配备有可变磁阻式电动机。
[0015]根据本发明的一个实施方式，根据本发明的组件包括至少一个阀，所述至少一个阀被布置在热力发动机的上游和电动压缩机的上游或下游，其调节进入热力发动机的气体的流量。
[0016]根据本发明的一个实施方式，电动压缩机被集成在包括第一旁通装置的第一旁通回路中，该第一旁通装置被构造为允许在加热进气气体时，一部分来自于电动压缩机的气体再循环穿过所述电动压缩机。
[0017]根据本发明的一个实施方式，根据本发明的组件包括被布置在进气管道上的热交换器。
[0018]根据本发明的一个实施方式，该热交换器被集成在包括第二旁通装置的第二旁通回路中，该第二旁通装置被构造为在加热进气气体时，所述进气气体不穿过热交换器。
[0019]根据本发明的一个实施方式，电动压缩机被布置在热交换器的上游和阀门的上游。
[0020]根据本发明的另一实施方式，电动压缩机被布置在热交换器的下游和阀门的上游。
[0021]本发明还涉及一种使用根据本发明的组件以加热进气气体的方法，该方法包括:
[0022]-启动电动压缩机的步骤，
[0023]-使进气气体流动穿过电动压缩机的步骤，
[0024]-用阀门调节进气气体的流量的步骤。
[0025]根据本发明的一个实施方式，根据本发明的方法包括使气体流动穿过电动压缩机的第二步骤。
[0026]本发明还涉及一种将根据本发明的组件用于在起动阶段期间加热进气气体的用途。
[0027]本发明还涉及一种将根据本发明的组件用于在起动的预备阶段期间加热进气气体的用途。
【附图说明】
[0028]通过阅读以下通过参照附图作出的描述，本发明的其它目的、特征和优点将被更好地理解并更清楚地显现，所述附图仅作为示例而被提供，且在附图中:
[0029]图1是根据本发明的设备的第一操作方式的示意图，
[0030]图2是根据本发明的设备的第二运行方式的示意图。
【具体实施方式】
[0031]本发明涉及一种热力发动机，该热力发动机配备有电动压缩机，该电动压缩机用于在起动阶段期间或起动的预备阶段期间加热进气气体。
[0032]在以下的说明中，电动压缩机指容积式或非容积式的且例如离心式或径向式的空气压缩机，该压缩机被电动机驱动，以使热力发动机增压。
[0033]根据本发明的一个实施方式，该压缩机是空气增压式压缩机。
[0034]根据本发明的一个实施方式，该电动压缩机的电动机是同步直流或交流电动机，或任何相同类型的电动机。
[0035]更精确地，根据本发明的一个实施方式，该电动机是可变磁阻式电动机(也被称作SRM机，根据英文术语为“Switched Reluctance Motor”，即开关磁阻电动机)。
[0036]增压允许在减小汽缸工作容积(英文术语为“downsizing”，即减小尺寸)的同时保持发动机的性能。对于给定的待提供扭矩，荷载则更大，这通常引起更佳的效率和更低的燃料消耗。电动压缩机被单独使用或作为涡轮增压器的补充而被使用以缩短涡轮增压器的响应时间。由此能够更加快速地达到发动机的充分运行，这允许进一步减小汽缸工作容量，以减小发动机的常规使用的平均消耗。
[0037]因此，通常是为了增大进入的空气的密度而启动电动压缩机。该密度的增大必定伴随有温度的升高。在本发明的范围内，所期望的就是该温度的升高。更精确地，直接将电动压缩机用于加热进气气体。
[0038]在本发明的范围内，起动阶段指在其中使发动机开始运行的阶段。
[0039]在发动机的起动阶段的情况下，电动压缩机至少允许加热进气气体。根据一个实施方式，电动压缩机至少允许加热进气管道和进气气体。
[0040]在本发明的范围内，起动的预备阶段指使发动机开始运行之前的预备阶段。
[0041 ]在使发动机开始运行之前的预备阶段的情况下，电动压缩机至少允许加热进气管道。
[0042]本发明所涉及的发动机组件I包括机动车内燃式热力发动机2和电动压缩机5，在图1和图2中示出了该组件的带有进气回路的进气管道4的一个实施方式。
[0043]该发动机2包括燃烧室3，该燃烧室3包括用于接收助燃剂和燃料的混合物(例如，作为燃料的汽油或柴油和作为助燃剂的纯空气或空气/再循环气体混合物)的多个汽缸(在图中数量为四个)。
[0044]汽缸中的燃烧产生发动机2的做功。发动机2的运行是传统的:气体进入燃烧室3，在其中被压缩、燃烧、然后以排放气体的形式被排走。
[0045]该发动机2具有连接到进气管道4的入口和连接到排气回路10的出口。
[0046]进气管道4的入口11限定新鲜空气进入组件I中所通过的入口，而排放回路10的出口 12限定排放气体从组件I被排出所通过的出口。
[0047]进气管道4通向进气岐管7，该进气岐管7由此形成用于气体进入发动机2的燃烧室3的进气箱。
[0048]进气管道4指用于进气气体的进气管路，该进气气体的流动由箭头Fl示出，该管路位于空气入口 11和发动机2之间。
[0049]根据本发明的一个实施方式，进气管道4包括用于进气气体的机械压缩机111，该机械压缩机111例如是涡轮增压器。
[0050]根据本发明的一个实施方式，进气管道4包括热交换器6，该热交换器6允许冷却进气气体，例如来自于机械压缩机111的气体。该热交换器6也被本领域的技术人员称作“RAS”，这指的是“增压空气冷却器”；其功能在于冷却进气气体。热交换器6确保进气气体和热交换器6的载热流体之间的热交换。在热交换器6的出口处，气体处于与热交换器6的载热流体的温度接近的温度。
[0051]根据本发明的一个实施方式，在发动机2中的进气岐管7的上游，进气管道4包括阀8，该阀包括蝶式封闭器，其功能在于调节气体的流量，以调节发动机转速。该阀8由本领域技术人员熟知的发动机控制单元(也被称作ECU，根据英文术语这指的是Engine ControlUnit)控制，并允许调节被引入发动机的空气的量。在本发明的范围内，当电动压缩机被用于加热进气气体的目的时，该阀门8比电动压缩机不工作时更加封闭，因此进入的空气的量总是相同的，但是空气是以更高的温度进入。
[0052]根据本发明的一个实施方式，蝶形阀8处于电动压缩机5的上游。
[0053]根据本发明的一个实施方式，蝶形阀8处于电动压缩机5的下游。
[0054]发动机2的出口由用于排放气体的排气岐管9构成。该排气岐管被连接到构成排气回路的一部分的排气通路或管路124。
[0055]根据本发明的一个实施方式，排放回路10包括涡轮121，该涡轮121与用于进气气体的机械压缩机111旋转联结，并与该机械压缩机111 一起构成涡轮增压器。涡轮121被排放通路124的排放气体驱动，该排放气体的流动由箭头F2示意性地示出。根据一个实施例，该流动穿过催化剂122。
[0056]根据一个实施方式，组件I包括返回环路(未示出)，该返回环路允许流入排放回路10中的排放气体的全部或一部分被重新注入发动机2中。该返回环路包括通向进气管道4的出口，排放气体通过该出口在发动机2上游被重新注入。
[0057]如在图1中所示，组件I包括电动压缩机5。该压缩机5由电动机(未示出)驱动，该电动机的控制例如由发动机控制单元执行。电动压缩机5被布置在进气管道4的环路中。
[0058]在本发明的第一变型中，电动压缩机5被布置在热交换器6的上游，并且来自于热交换器6的气体通向蝶形阀8的上游，然后进入进气岐管7中。
[0059]根据本发明的另一变型，电动压缩机5被布置在蝶形阀8的上游，并且穿过阀的、来自于电动压缩机5的气体随后流入进气岐管7中。
[0060]根据本发明的另一变型，电动压缩机5被布置在机械压缩机111的上游。
[0061]根据该变型的一个实施方式，电动压缩机5被布置在蝶形阀8的上游、位于热交换器6和蝶形阀8之间。
[0062]根据本发明的另一变型，电动压缩机5被布置在蝶形阀8的下游。
[0063]根据本发明的一个实施方式，电动压缩机5被集成在第一旁通回路51(根据英文术语也被称作by-pass回路，即旁通回路)中，该第一旁通回路包括阀类型的第一旁通装置52。电动压缩机由此可被该旁通系统短路。该第一旁通阀52例如是蝶形阀。该第一旁通阀52例如由发动机控制单元控制。与第一旁通装置52关联的第一旁通回路51通常通过关闭或打开第一旁通装置52而允许经由进气回路4到达的进气气体流动穿过电动压缩机或绕过电动压缩机。阀类型的第一旁通装置52被布置在旁通回路51的第一管道510上，该第一管道510不同于电动压缩机5的管道，以使得当旁通阀门52被关闭时，进气气体被引向第二管道511，电动压缩机5被布置在该第二管道511处。
[0064]由此，在起动阶段以外，或一般性地在无需使用电动压缩机5的阶段，进气气体流入第一管道510中，不穿过电动压缩机5。
[0065]根据本发明的一个实施方式，在旁通阀门52打开时，进气气体流入第一管道510中并穿过电动压缩机。
[0066]根据一个实施方式，热交换器6被集成在第二旁通回路61中，该第二旁通回路61包括阀类型的第二旁通装置62。以与电动压缩机的第一旁通回路51同样的方式，与第二旁通装置62关联的该第二旁通回路61通过第二旁通装置62的关闭或打开而允许进气气体穿过热交换器6或绕过该热交换器6。
[0067]根据本发明的一个实施方式，第一旁通装置52和第二旁通装置62由布置在两个旁通回路51、61之间的同一阀形成。
[0068]由此，本发明基于存在与布置在发动机2的入口上游的至少一个阀关联的电动压缩机。即电动压缩机加热进气气体并压缩进气气体，并且这些被加热和压缩的气体的流量通过阀调节。
[0069]进入的空气的温度在电动压缩机5的出口和发动机2的入口之间不变化。不变化指温度以相差几度的方式是大约相等的，相差的几度即当进入的空气在电动压缩机和发动机入口之间流动时的损失。
[0070]根据本发明的组件的运行如下。
[0071]在起动阶段期间，或在起动的预备阶段期间，进气气体经由进气管道4到达，借助于阀52被引向旁通回路51，并穿过电动压缩机。在该构造中，电动压缩机5的阀门52处于关闭位置，进气气体由此必须穿过压缩机。由此压缩机通过控制单元被启动。
[0072]在该时刻，阀类型的旁通装置52被控制以将进气气体引向电动压缩机5。进气气体穿过电动压缩机5，并以被加热的状态从该电动压缩机5出来。在该构造中，温度升高至少1°(:或更多。
[0073]根据本发明的第一变型，由此被电动压缩机5加热的进气气体然后借助于第二旁通装置62通到热交换器6的第二旁通回路61中，该第二旁通装置处于不允许气体通到热交换器6中的位置。由此，被电动压缩机加热的气体然后直接到达包括蝶式封闭器的阀8的上游。阀8被构造为允许燃烧所必需的气体量通到进气岐管7中。
[0074]根据本发明的第二变型，由此被电动压缩机5加热的进气气体直接到达包括蝶式封闭器的阀8的上游。阀门8被构造为允许燃烧所必需的气体量通到进气岐管7中。
[0075]根据本发明的一个实施方式，在旁通装置52打开时可启动电动压缩机5，以使得被压缩机5加热的、并来自于该压缩机5的、且流入分支511中的流量的一部分向着与其正常的运行方向相反的方向流过旁通装置52，并与进入压缩机5中的新鲜空气混合。
[0076]该再循环允许增大穿过电动压缩机5的流量，这允许避开本领域技术人员熟知的、对于离心和径向压缩机具有破坏性的栗送现象。通过该增大的栗送限度，可以进一步加热进气气体，由此进入发动机的气体的温度进一步地更高。在该构造中，温度升高50°C及更多。
[0077]由此，被加热的进气气体到达直至蝶形阀8。该阀被构造为使得用于发动机2的运行的足够的加热气体量通过。
[0078]本发明的范围不限于以上给出的细节，并允许呈多个其它的具体形式的实施方式，而不脱离本发明的应用领域。因此，所述实施方式应被视为是示例性的、并可被改动的，而并不超出由权利要求限定的范围。
【主权项】
1.一种组件(I)，包括: -进气管道(4)，其在空气入口(11)和热力发动机(2)之间延伸， -热力发动机(2)， -电动压缩机(5)，其被布置在所述进气管道上， 所述电动压缩机(5)被构造为允许加热流入所述进气管道(4)中的进气气体。2.根据权利要求1的组件(I)，包括至少一个阀(8)，所述至少一个阀(8)被布置在所述热力发动机(2)的上游和所述电动压缩机(5)的上游或下游，其调节进入所述热力发动机(2)中的进气气体的流量。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的组件(I)，其中，所述电动压缩机(5)被集成在包括第一旁通装置(52)的第一旁通回路(51)中，所述第一旁通装置(52)被构造为允许在加热进气气体时，一部分来自于所述电动压缩机(5)的气体再循环穿过所述电动压缩机。4.根据权利要求1至2中的任一项所述的组件(I)，包括被布置在所述进气管道(4)上的热交换器(6)。5.根据权利要求4所述的组件(I)，其中，所述热交换器(6)被集成在包括第二旁通装置(62)的第二旁通回路(61)中，所述第二旁通装置(62)被构造为使得在加热进气气体时，所述进气气体不穿过所述热交换器。6.根据权利要求4或5中的任一项所述的组件(I)，其中，所述电动压缩机(5)被布置在所述热交换器的上游和所述阀(8)的上游。7.根据权利要求4或5中的任一项所述的组件(I)，其中，所述电动压缩机(5)被布置在所述热交换器的下游和所述阀(8)的上游。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的组件，其中，所述电动压缩机配备有可变磁阻式电动机。9.一种使用根据权利要求1至8中的任一项所述的组件(I)来加热进气气体的方法，该方法包括: -启动所述电动压缩机(5)的步骤， -使所述进气气体流动穿过所述电动压缩机(5)的步骤， -用阀(8)调节所述进气气体的流量的步骤。10.根据权利要求9所述的方法，包括使所述进气气体流动穿过所述电动压缩机(5)的第二步骤。11.一种将根据权利要求1至8中的任一项所述的组件(I)用于在起动阶段期间加热所述进气气体的用途。12.—种将根据权利要求1至8中的任一项所述的组件(I)用于在起动的预备阶段期间加热所述进气管道的用途。
【文档编号】F02B33/40GK106030090SQ201480075702
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】A.拉姆塞耶, P.鲁茨, J.马辛科斯基, M.韦伯斯特
【申请人】法雷奥电机控制系统公司