CN103362640A - 变速混合电动增压器组件和具有该组件的车辆的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种增压器组件，包括与发动机串联的增压器，该发动机具有曲轴并具有限定气室的进气歧管，空气流经由所述气室提供给发动机。增压器在通往发动机的空气流中位于气室的上游并具有可随第一轴旋转的第一转子和可随第二轴旋转的第二转子。该增压器组件还包括可选择性地交替作为马达和发电机运行的电动马达-发电机，和行星齿轮装置，该行星齿轮装置具有可操作地连接到该电动马达-发电机的第一部件、可连接成通过发动机曲轴旋转的第二部件、和可操作地连接成随第一轴旋转的第三部件。该增压器组件具有仅两个可选择性地接合的扭矩传递机构和一个构造成控制电动马达-发电机和扭矩传递机构的控制系统。

Description

变速混合电动增压器组件和具有该组件的车辆的控制方法
相关申请
本申请要求2012年3月29日提交的美国专利申请61/617,152的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文中。
技术领域
本发明总体上包括增压器组件，该增压器组件包括增压器、电动马达-发电机和行星齿轮单元。
背景技术
为了燃料经济性和成本降低，希望尺寸缩小的高能效发动机。较小的发动机提供的扭矩小于较大的发动机。有时使用增压器来增大可从发动机获得的扭矩。在低发动机速度下，当车辆操作员常常通过压下加速器踏板来请求较高的扭矩时，增压器向发动机进气歧管提供增加的空气，从而增大空气压力并由此允许发动机在较低的发动机速度下产生较大的扭矩。
发明内容
本发明总体上包括一种用于发动机的增压器组件。该发动机具有曲轴和限定气室的进气歧管，空气流经所述气室提供给发动机。该增压器组件包括在通往发动机的空气流中位于气室上游的增压器。该增压器具有第一转子和第二转子，所述第一转子安装在第一轴上并可随第一轴旋转，所述第二转子与第一转子啮合并安装在第二轴上且可经由第一轴的旋转随第二轴旋转。该增压器组件还包括电动马达（电动机）-发电机和行星齿轮装置，该电动马达-发电机可选择性地作为马达和发电机交替地运行。行星齿轮组的第一部件可操作地连接成通过电动马达-发电机旋转，行星齿轮组的第二部件可连接以通过发动机曲轴旋转，且行星齿轮组的第三部件可操作地连接以随第一轴旋转。该增压器组件具有仅两个可选择性地接合的扭矩传递机构，该扭矩传递机构包括可选择性地接合以可操作地连接第二部件以随发动机曲轴旋转的离合器，和可选择性地接合以保持第一轴固定（固定不动）的制动器。控制系统构造成控制电动马达-发电机、制动器和离合器以实现不同的操作模式。例如，如果发动机是带有节流阀的内燃发动机，则节流阀和增压器可以被控制成使得节流损失（即，由于往复运动的发动机气缸所形成的真空而跨节气门发生的压降）选择性地跨节气门和/或增压器分布。跨增压器布置的压降可以形成扭矩，该扭矩被转化为储存的能量。
本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点易于从下文结合附图对用于实施本发明的最佳模式的说明显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的一方面的增压器组件和发动机组件以侧视图示出的示意图，其中增压器组件的壳体组件被部分地移除；
图2是壳体组件内的图1的增压器组件以侧视图示出的示意图；
图3是增压器组件以沿图2中的线3-3的剖视图示出的示意图；
图4是增压器组件以沿图3中的线4-4的剖视图示出的示意图；
图5是增压器在图4所示的区域的部分的示意图；
图6是壳体组件的齿轮盖部分以端视图示出的示意图；
图7是增压器组件在齿轮盖部分内的一部分以沿图6中的线7-7截取的剖视图示出的示意图；
图8是齿轮盖部分的示意性透视图；
图9是壳体组件的输出壳体和输出管道的示意性透视图；
图10是壳体组件的输出壳体和输出管道的示意性平面图图示；
图11是壳体组件的输出壳体和输出管道以侧视图示出的示意图；
图12是输出壳体和输出管道以沿图11中的线12-12截取的剖视图示出的示意图；
图13是马达壳体部分以端视图示出的示意图；
图14是马达壳体部分的示意性透视图；
图15是马达壳体部分以平面图示出的示意图；
图16是壳体的形成用于制动器的空腔的输入盖部分以端视图示出的示意图；
图17是输入盖部分沿图16中的线17-17截取的剖视图；
图18是输入盖部分的示意性透视图；
图19是安装在图3中的带轮轴上的甩油环的示意性透视图；
图20是齿轮盖部分以与图6中所示相对的端视图示出的示意图；
图21是根据本发明的另一方面的带具有输出壳体和输出管道的输出构件的转子壳体部分的示意性剖视图；
图22是带有图21的输出壳体和输出管道的输出构件的示意性透视图；
图23是图2的转子壳体以底视图示出的示意图；
图24是具有图21和22的输出构件的增压器组件示意性侧视图。
具体实施方式
参照附图，其中不同附图中相似的参考标号表示相似的构件，图1示出发动机组件10，该发动机组件包括带有增压器12的增压器组件11，所述增压器与定位在发动机13的节气门体16中的节流阀—也称为节气门14—串联布置。节气门体16在通往发动机13的空气流中位于进气歧管20中的气室18的上游。尽管增压器12示出为在通往发动机13的空气流中位于节气门14的上游，但增压器12也可在通往发动机13的空气流中位于节气门14的下游。亦即，节气门14可以向增压器12的入口84内送入，而增压器12的出口可以直接流向气室18。应该理解的是，增压器12也可以与不具有节气门的发动机例如柴油发动机一起使用。
增压器12可以具有一组转子24，该组转子具有第一转子26，第一转子26可以与第二转子28（该第二转子28在图3中可见）接合。各转子26、28均具有多个叶片。增压器12可以增大气室18上游的空气压力，从而迫使更多空气进入发动机气缸，并因此增大用以经变速器22驱动传动轴21的发动机动力。
增压器12可以是每转输出固定体积的空气的固定排量增压器，例如罗茨式增压器。增加的空气输出然后在被迫使进入气室18时被加压。罗茨式增压器是容积式装置，因此不依赖于转速来产生压力。罗茨式增压器在转子26、28的每一转所输送的空气体积是恒定的（即，不随速度变化）。罗茨式增压器因此可以在低发动机和转子速度下产生压力（其中增压器由发动机驱动），因为罗茨式增压器作为泵而不是作为压缩机工作。由罗茨式增压器12输送的空气通过增加固定容积发动机气室18中的空气的质量发在增压器12的下游压缩。可替代地，增压器12可以是压缩机，例如在空气通过增压器12时压缩空气的离心式增压器，但其中输送至节气门体16的空气的压缩和因此容积以及气室18中的空气压力取决于压缩机速度。
增压器组件11包括行星齿轮装置41，该行星齿轮装置包括太阳齿轮部件42、齿圈部件44和托架部件46，所述托架部件46可旋转地支承可以与齿圈部件44和太阳齿轮部件42两者啮合的一组小齿轮47。太阳齿轮部件42称为第三部件，齿圈部件44称为第一部件，托架部件46称为行星齿轮组41的第二部件。行星齿轮组41是简单行星齿轮组。在另一些实施例中，可以使用复合行星齿轮组。
如图3所示，第一转子26在第一轴30上旋转并具有经由一组互相啮合的正时齿轮34、36与第二转子28的多个叶片啮合的多个叶片。应该理解，转子26、28啮合是因为它们的叶片在转子26、28旋转时互相配合。但是，转子26、28的叶片未互相接触。第二转子28在第二轴32上旋转。第二轴32由第一轴30经一组互相啮合的正时齿轮34、36驱动。具体而言，第一齿轮34安装在第一轴30上以随第一转子26旋转。第二齿轮36安装在第二轴32上以随第二转子28旋转。第一齿轮34与第二齿轮36啮合。
如图1所示，发动机13具有曲轴48，当电磁离合器55接合以连接安装在曲轴48上的带轮57以随曲轴48旋转时，曲轴48可以经带传动装置49与托架部件46可操作地连接。带轮57和曲轴48由此经皮带63与安装在带轮轴61上的带轮59驱动地连接以随带轮轴61旋转。带轮轴61连接到托架部件46以便以与托架部件46相同的速度随之旋转。
离合器55是常闭式离合器，在通常接合状态中，离合器组具有与第二组板33接合的第一组板31，该第一组板31与曲轴48键连接，该第二组板33与离合器壳体35键连接，该离合器壳体35刚性地连接成随带轮57旋转。弹簧37将作用板38偏压向两组板31、33，以将离合器55维持在接合状态下。线圈39被供能以形成磁力，以用于使板38轴向地移离离合器板31、33，从而克服弹簧37的偏压力，并由此分离离合器55。线圈39由控制系统选择性地供能，该控制系统包括可操作以向离合器55提供控制信号的系统控制器65，例如发动机控制器。控制器65也操作性地连接到马达控制器62，并连接到电磁制动器、旁通阀70和节气门14，如文中所述。可以使用任何其它类型的离合器包括常开式离合器来代替离合器55。
电动马达-发电机/发电机50可以经齿轮系向齿圈部件44传递扭矩或从齿圈部件44接收扭矩，该齿轮系包括与第二齿轮部件54啮合的第一齿轮部件53。马达-发电机50具有可旋转的马达轴52，其中第一齿轮部件53安装在马达轴52上。第一齿轮部件53可以与第二齿轮部件54啮合，该第二齿轮部件54可以是与齿圈部件44啮合的阶梯式齿轮部件。太阳齿轮部件42随经半柔性联接部件58连接到第一轴30的轴56旋转，以使得太阳齿轮部件42以与增压器12的第一转子26相同的速度旋转。联接部件58挠曲以吸收第一轴30和与太阳齿轮部件42连接的轴56之间的扭转和轴向振动。第一转子26的旋转使第二转子28经由互相啮合的齿轮34、36旋转。
电动马达-发电机50具有集成的马达控制器62，该马达控制器62控制马达-发电机50的操作以使之作为马达或作为发电机工作。当马达-发电机50作为马达工作时，它经电缆66从诸如电池的蓄能装置64接收所储存的电能。控制器62可包括功率变换器，以用于在能量从蓄能装置64流向马达-发电机50时将电能从直流电转换为交流电，并在能量从马达-发电机50流向蓄能装置64时将电能从交流电转换为直流电。系统控制器65可以是经由CAN总线或类似架构操作性地连接到马达控制器62的发动机控制器，并且还构造成控制离合器55的接合、文中所述的制动器68的接合、节气门14的位置和旁通阀70的位置。
带传动装置49可称为前置发动机附件驱动装置（FEAD）。一个或多个车辆附件78可以在离合器55接合时由发动机曲轴48经由带传动装置49的皮带63驱动，或在离合器55未接合、制动器68接合以停止太阳齿轮42且发动机13停止运转时例如在文中所述的发动机起动/停止模式期间，由马达-发电机50驱动。诸如发动机冷却液泵或空调压缩机的车辆附件78可操作地连接到轴79，该轴79随着由皮带63驱动的带轮76旋转。
太阳齿轮部件42连接成由轴56、30并经联接部件58与第一转子26共同旋转。制动器68可以由系统控制器65控制，以选择性地将第一轴30压靠在增压器组件11的固定（位置固定）壳体组件80上。具体而言，制动器68是组装在壳体组件80的输入盖部分82的空腔69（在图4中示出）中以使该输入盖部分82支承制动器68的电磁制动器。制动器68被选择性地致动，以将第一轴30压靠在输入盖部分82上，如参考图4进一步所述。
空气流过增压器组件11，在转子26、28之间流动，从图1中示意性地示出的输入盖部分82中的输入通道85的空气入口84经转子壳体部分90的空气输入开口84A（在图21中示出）流向由壳体组件80的转子壳体部分90部分地限定的空气输出通路88的空气出口86（在图23中最佳地示出）。转子壳体部分90径向地包围转子26、28和轴30、32。轴30从转子壳体部分90的轴向端部伸出进入输入盖部分82。旁通通路94的一部分92由输入盖部分82限定。旁通通路94也称为旁通路线。旁通阀70被支承在旁通通路94内并在位于图1所示的关闭位置时基本关闭旁通通路94。旁通阀70的位置是示意性的，且意在代表通过通路94的空气流被阀70完全阻塞的位置。旁通阀70可以由控制器65控制，以移至图1中用虚线示出的打开位置70A。当旁通阀70位于打开位置70A时，空气可以从空气输入部分84经旁通通路94流向节气门体16，从而绕开转子26、28，例如当不希望发动机增压时。
图2和图4示出安装在转子壳体部分90上以包围并封装行星齿轮装置41和齿轮部件53、54的齿轮盖部分95。马达-发电机50的马达壳体部分96安装在齿轮盖部分95上。齿轮盖部分95和马达壳体部分96两者都是静止壳体组件80的一部分。壳体组件80包括附接到输入盖部分82上以扩展输入通路85的输入管道97。壳体组件80还包括输出管道98，该输出管道98附接到安装在转子壳体部分90上的输出壳体98上以扩展输出通路88。输出管道98经连接到输出管道98上的附加管道延伸部（未示出）可操作地连接到图1所示的节气门体16。
活塞在发动机气缸内的移动形成使空气通过气室18的真空。当节气门14位于图1中所示的相对关闭位置时，发动机13所形成的真空形成跨节气门14的压降形式的压力差。当节气门14移至相对打开位置14A时，解除了跨节气门14的压降。但是，通过控制马达-发电机50，可以将压力差传递至转子26、28，从而在转子26、28上形成可以作为电能被捕集在蓄能装置64中的扭矩。
亦即，当节气门14位于相对打开位置14A时，在通往节气门14的空气流上游从空气入口84至空气出口86形成跨增压器12的压力差。如下所述，可以结合发动机13选择性地控制节气门14和旁通阀70以提供各种操作模式，例如向发动机气缸提供期望的进气压力，同时允许使用增压器12和马达-发电机50来向蓄能装置64提供再生电能。所储存的电能可以用来代替交流发电机向车辆电气系统和设备提供电力和/或用于在马达-发电机50被控制成作为马达工作时在曲轴48处提供扭矩。
带有增压器组件11的发动机组件10能实现可以通过控制器65基于诸如发动机扭矩要求和蓄能装置64的充电状态的车辆操作状况来选择和命令的各种不同操作模式。发动机停止运转操作模式可用来在轴61处提供扭矩，以在发动机13停止运转时驱动辅助车辆构件78。如文中所用，当没有向发动机13中的燃烧提供燃料和/或点火时，发动机13停止运转。在发动机停止运转操作模式中，控制器65控制马达-发电机50（以使之）作为马达工作，使制动器68接合，并使离合器55分离。扭矩经行星齿轮组41从马达-发电机50传递至辅助构件78。
如果车辆操作状态指示发动机13应该起动，则发动机组件10可以仅通过使离合器55接合同时仍使马达-发电机50作为马达工作并保持制动器68接合来从发动机停止运转操作模式过渡至发动机起动操作模式。来自马达-发电机50的扭矩因此将施加至曲轴48以起动发动机13。一旦发动机13起动，马达-发电机50可以是自由轮，其中控制器65既未将电能从蓄能装置64引导到马达-发电机50，也未将电能从马达-发电机50引导到蓄能装置64。马达-发电机50的起动/停止能力允许发动机13例如在交通信号灯时切断而不是怠速运转，实现了预期的燃料经济性的提高和二氧化碳排放的减少。因此，在发动机13切断的时间段可以实现燃料节省，并且可使用从储存在电池中的重新捕集的能量产生的电能来重新起动发动机13。
可替代地，一旦发动机13起动，马达-发电机50就可以作为马达或者作为发电机工作。在发动机13运转的情况下，可使用文中所述的发动机增压、制动再生和节气门损失再生模式。当例如为了车辆加速而在传动轴21处需要附加扭矩时，控制器65可以建立发动机增压操作模式。为了在发动机13运转的情况下建立增压操作模式，离合器55接合并且制动器68分离。马达-发电机50被控制为作为马达工作并且旁通阀70位于图1所示的关闭位置。发动机13通过带传动系统49和托架部件46向第一轴30提供扭矩。马达-发电机50通过互相啮合的齿轮53、54向齿圈部件44提供用以驱动第一轴30的扭矩。因此，使用马达-发电机50相对于轴61的速度提高第一轴30的速度，以调节齿圈部件44的速度，并通过行星齿轮装置41设定轴56和30的期望转速，从而提供期望的增压。
因此，在发动机气室18处提供的增压的量可以响应于变化的扭矩命令而在发动机增压操作模式期间变化。首先，控制器65可以在发动机增压操作模式期间改变马达-发电机50的速度，以控制在气室18中产生的增压的量。可替代地或附加地，控制器65可以例如通过使旁通阀70从图1所示的关闭位置移至打开位置70A来控制旁通阀70的位置。来自空气入口84的空气因此可以流经旁通通路94，从而减小将经转子壳体90流过转子26、28的空气的体积，由此与在空气流经转子26、28时产生的压力相比降低了气室18处的空气的压力。通过将旁通阀70打开至完全打开位置70A的操作可以允许与通过改变马达-发电机50的速度来实现的更平缓的调节相比较快地调节气室18中的空气压力。通过将旁通阀70设置在完全打开的位置70A与完全关闭的位置之间的中间位置，可以实现增压压力的更适中的调节。对马达-发电机50的速度和旁通阀70的位置两者的控制允许响应于发动机扭矩命令的定制发动机增压。由于由增压器12在气室18中提供的增压压力独立于发动机速度，因此可以跨发动机13的整个操作速度范围获得相对恒定的扭矩。可选择地，可以跨发动机运转速度的范围按需定制曲轴48处的扭矩。
当发动机13运转且不需要发动机增压时，例如在车辆以相对稳定的车速巡航期间，控制器65可以减慢增压器12的速度并控制节气门14，使得可以在旁通阀70关闭的情况下跨节气门14和增压器12两者施加节流损失（即，与移动的发动机气缸所形成的真空相关联的压降）。可以通过跨增压器12的期望压降来平衡节气门14的位置，并且空气既流经增压器12又流过至少部分地关闭的节气门14以到达发动机气缸。旁通阀70也可在该模式期间被控制以允许在需要通往发动机13的空气流的快速变化时绕开增压器12。通过跨增压器12的压降产生的扭矩将被施加至太阳齿轮部件42，并因此施加至发动机曲轴48而且还经由由行星齿轮装置41提供的扭矩分割施加至马达-发电机50（当被控制为作为发电机操作时）。该操作模式可以称为节流损失再生模式。通过控制马达-发电机50作为发电机工作，可以将通过跨增压器12的压降产生的扭矩的全部或一部分转换为储存在蓄能装置64中的电能。从压降诱发的扭矩产生的所储存的电能称为来自“重新捕集的节流损失”。
在延长的巡航时间段，当不需要发动机增压时，可以维持节流损失再生模式，直至蓄能装置64达到预定的最大充电状态。然后，可作用制动器68，将旁通阀70打开至位置70A，并且控制马达-发电机50作为马达工作以向发动机曲轴48施加扭矩，直至蓄能装置64达到预定的最低充电量。对蓄能装置64的这种充放电循环可以在整个巡航时段持续进行。
在一个示例中，跨增压器12的压降以量Δ增加。该Δ对于所有发动机速度都引起跨增压器12的较大压降，该Δ保证了压降不会削弱至压力差基本为零的程度。在一个示例中，Δ至少在低发动机速度下作用。在另一个示例中，Δ在所有发动机速度下作用。这样，可以通过节气门损失再生来捕集连续能量，其中对燃料经济性仅存在最低限度的影响。
在这种示例中，控制系统构造成控制电动马达-发电机作为发电机工作并且控制节流阀移至相对打开位置，使得跨增压器的压降等于或大于原始节气门压降，以便马达-发电机经行星齿轮装置将节流作为电能捕集。
增压器组件11也可以被控制为在车辆以再生制动模式制动期间捕集能量。当车辆制动使传动轴21减慢时，控制器65构造成使制动器68接合并控制马达-发电机50作为发电机工作，其中沿反方向向马达-发电机50施加扭矩，所述反方向与当马达-发电机作为马达工作时由马达-发电机50供给的扭矩的方向相反。因此，反向扭矩经行星齿轮装置41施加至曲轴48，并且马达-发电机50所产生的电能被储存在蓄能装置64中。
图1示出安装在带轮轴61上以随带轮轴61旋转的甩油环100。图19是从带轮轴61拆下的甩油环100的透视图。甩油环100是带有第一端102的环形部件，所述第一端102具有构造成与带轮轴61的外表面配合的第一内径104。第二端106具有较大的直径，使得甩油环100从带轮轴61朝第二端106成扇形散开。甩油环100定位在带轮轴61上使得第二端106面对行星齿轮装置41，如图3最佳所示。图19示出，甩油环100大致在端部102、106之间的中途绕甩油环100的周边形成有一系列勺状部分108。各勺状部分108具有开口110，各开口110面对同一旋转方向。各勺状部分108在较大端部106与较小端部102之间沿轴向渐缩。当带轮轴61沿顺时针方向旋转时，甩油环100也沿顺时针方向旋转并且齿轮盖部分95中的油雾将经开口110进入并被勺状部分108捕集。油雾将与勺状部分108的内表面112接触。甩油环100的旋转将使油雾沿甩油环100的内表面114朝端部106行进并沿箭头A的方向从甩油环100推进。油将大体朝行星齿轮组41散播以用于行星齿轮组41的润滑。
图2示出增压器组件11，其中壳体组件80的各个部分互相附接。输入管道97具有与图18中所示的输入盖部分82的开口113对准的开口，使得可以使用紧固件115来在空气入口84上将输入管道97附接到输入盖部分82上。如文中所用，紧固件可以是用来附接两个相邻构件的任何合适的构件，例如螺栓、螺钉或其它合适的紧固件。
图3示出第一轴30的具有带齿端部部分118的延伸部分116。带凸缘122的旋转部件120与带齿端部部分118键连接，并由轴承124支承在输入盖部分82处以便能相对于输入盖部分82旋转。延伸部分116、带齿端部部分118、旋转部件120和凸缘122位于空腔69内。电磁制动器68可由控制器65通过延伸穿过图18所示的线进入开口126的线（未示出）选择性地致动，以提供用于致动制动器68内的线圈128的电能，以便经由电磁吸引保持凸缘122相对于输入盖部分82固定。线圈128在图3而非图18中示出。制动器盖130使用延伸穿过输入盖部分82中的开口134的紧固件132附接到输入盖部分82上。如参照图1所述的，输入盖部分82还限定旁通通路94的部分92。部分92与入口84流体连通并延伸穿过输入盖部分82。部分92在图18中被示出位于制动器空腔69上方并从输入盖部分82的底部伸出。出于说明的目的，部分92在图1中仅被示出位于制动器68上方。输入盖部分82中的部分92可使用任何合适的取向。旁通通路94连接到输入盖部分82以与部分92连通，可选择地，旁通通路94可经由管道三通等在输入盖82和输入管道97的上游附接。
图2示出了用来将输入盖部分82附接到转子壳体部分90上的紧固件135。尽管仅示出了一个紧固件135，但可以将另外的紧固件135布置在转子壳体90和输入盖部分82的界面周围的各种位置。图3示出，当输入盖部分82附接到转子壳体部分90上时，第一轴30从转子壳体部分90伸入输入盖部分82中。
图5是增压器组件11的一部分的放大视图，示出行星齿轮装置41及其与第一轴30的操作连接。具体地，联接部件58定位在马达壳体部分96的开口140内。联接部件58包括与第一轴30配合并使用周向定位的销146销接至轴56的凸缘144的第一部件142。联接部件58吸收轴30上的增压器组件11发出的压力脉冲或来自轴61的发动机脉冲所导致的扭转振动。密封件148使第一轴30相对于转子壳体90密封，以防止空气从转子壳体90内泄漏。
图6-8示出包括与图13所示的马达盖部分96上的紧固件开口152的图案匹配的紧固件开口150的图案。紧固件157（图4中示出两个）用来经对准的开口150、152将齿轮盖部分95附接到马达壳体部分96上。在图6中，一些紧固件开口150被齿轮盖部分95的安装凸缘154遮盖。安装凸缘154具有紧固件开口156，穿过所述紧固件开口156布置紧固件以将齿轮盖部分95和由此整个增压器组件11安装在图1的发动机13上。
带轮59被示出带有延伸穿过带轮59中的开口以将带轮59安装在带轮轴61（在图4中示出）上的六角螺钉158。带轮轴61延伸穿过齿轮盖部分95中的开口。垫圈161定位在六角螺钉158与带轮轴61之间。图4所示的轴承160A、160B容许带轮轴61和带轮59相对于齿轮盖部分95旋转。穿过齿轮盖部分95的至少一个通路162将润滑流体经齿轮盖部分95引导到轴承160A、160B。密封件164在齿轮盖部分95中的开口处定位在齿轮盖部分95与带轮59之间，轴61延伸穿过所述开口。如图7最佳所示，波形盘簧166A定位在带轮59与轴承160A之间，以止挡轴承160A的轴承内圈160A相对于轴61旋转并处理累积公差。另一个波形盘簧166B定位在轴承160B与齿轮盖部分95的横档之间，以防止轴承160B的外圈在齿轮盖壳体95中旋转。盘簧166C、166D也用在齿轮盖部分95与马达齿轮53轴和惰轮54轴端部之间，所述轴端部跨置在被容纳在齿轮盖部分95的凹部169中的滚针轴承168A和168B上。这些盘簧提供了磨损干表面并处理公差累积。滚针轴承168A允许齿轮53相对于马达壳体部分96旋转并延伸穿过马达壳体部分96。齿轮53与马达轴52（在图4中示出）键连接。滚针轴承168B和188允许齿轮54相对于齿轮壳体部分95和马达壳体部分96旋转。
图20示出，齿轮盖部分95具有策略性地收集和引导齿轮盖部分95内的油的肋部167A、167B、167C。肋部167A和167B在容纳滚针轴承168A、168B的凹部169上方大体形成V形。齿轮盖部分95内的油滴将收集在肋部167A、167B上并排出至凹部169以润滑轴承168A、168B。肋部167C形成策略性地将齿轮盖部分95中的油引导到通路162的V形。油经通路162排出至轴承160A、160B之间的开口151中的空间，以润滑轴承160A、160B。
图9-12示出输出壳体99，其中输出管道98从输出壳体99延伸。在此实施例中，输出管道98和输出壳体99被焊接在一起。在图21-22的实施例中，输出壳体99A和输出管道98A是整体的一件式输出构件101。图9的输出壳体99具有与空气出口86周围的转子壳体部分90处的紧固件开口177的图案（参看图23）匹配的紧固件开口170的图案。一个紧固件172在图2中被示出为将输出壳体99连接到转子壳体90上。图9示出具有开口174的凸缘173，它可以用来将输出壳体99安装在发动机13上。输出壳体99的开口103与转子壳体部分90的空气出口86流体连通。输出管道98的出口176向图1的节气门体16内送入。
图13-15示出了带安装凸缘180的马达壳体96，该安装凸缘180带有可用于将马达壳体96安装在图1的发动机13上的开口182。安装凸缘180沿与齿轮盖部分95的凸缘154相同的方向延伸。密封件185定位在马达壳体96的开口186中，马达轴52在所述开口186处与第一齿轮部件53键连接，如图4中所示。滚针轴承188定位在马达壳体部分96的另一个开口190中，第二齿轮部件54在所述开口190处被支承以旋转。转子壳体90可以使用延伸穿过阶梯式开口192的紧固件在开口140周围被紧固在马达壳体部分96上。图14示出，马达壳体部分96具有围绕凸缘的开口193，图4的马达控制器壳体194通过延伸穿过开口193的紧固件安装在所述凸缘处。马达盖部分96包括用于冷却马达-发电机50的集成的冷却翅片196。
图16-18示出输入盖部分82，其中延伸部116的带齿端部部分118延伸到空腔69中。图17示出支承端部部分116以相对于输入盖部分82旋转的轴承198。卡环200将轴承保持在输入盖部分82中的孔口中。波形盘簧202吸收轴承198与输入盖部分82之间的轴向推力，从而保持轴承198的外圈在孔口内旋转。阶梯式开口204延伸穿过输入盖部分82，以允许使用紧固件（未示出）将输入盖部分82安装在转子壳体部分90上。
图21和22示出包括输出壳体99A和输出管道98A的整体的一件式输出构件101。输出构件101可用于代替输出壳体99和输出管道98，如图24的增压器组件11A中所示，该增压器组件在其它方面与增压器组件11相同。延伸管道105可焊接至输出管道98A以连接到节气门体16。输出壳体99A具有形状大体与五边形相似的开口103A。开口103A具有与较宽的端部相对的渐缩的V形端部。图23示出，转子壳体部分90的空气出口86的形状也大体与五边形相似并且形状大体与开口103A相同。输出管道98A成45度角从输出壳体99A延伸。开口103A的大体五边形形状及输出管道从输出壳体99A延伸的角度提供了有益的空气流特性。图24示出，除了带有壳体组件80A外，增压器组件11A与图2的增压器组件11相似，所述壳体组件80A包括代替输出壳体99和输出管道98的输出构件101。
如在图1和图2中可见的，壳体组件80构造成使得电动马达-发电机50和转子壳体部分90位于齿轮盖部分95的与带轮59相对的一侧。另外，空气输入通路85和输入管道97与电动马达-发电机50相邻，并且空气输出通路88和输出管道98位于转子壳体部分90的与电动马达-发电机50相反的一侧。壳体组件80A以相似的方式布置。应该理解，节气门体16和节气门14可在通往发动机13的空气流中位于输入管道97的上游，在这种情况下，增压器12将拖曳空气通过节气门14并且将可操作以允许文中所述的相同操作模式。
在附图和说明书中对应的构件使用的参考标号如下：
10       发动机组件
11       增压器组件
11A      增压器组件
12       增压器
13   发动机
14   节气门
14A  节气门的完全打开位置
16   节气门体
18   气室
20   进气歧管
21   传动轴
22   变速器
24   一组转子
26   第一转子
28   第二转子
30   第一轴
31   第一组板
32   第二轴
33   第二组板
34   第一齿轮
35   离合器壳体
36   第二齿轮
37   弹簧
38   作用板
39   线圈
41   行星齿轮装置
42   太阳齿轮部件
44   齿圈部件
46   托架部件
47   小齿轮
48   曲轴
49   带传动装置
50   电动马达-发电机
52   马达轴
53   第一齿轮部件
54   第二齿轮部件
55   离合器
56   轴
57   带轮
58   半柔性联接部件
59   带轮
61   带轮轴
62   马达控制器
63   皮带
64   蓄能装置
65   系统控制器
66   电缆
68   制动器
69   空腔
70   旁通阀
70A  旁通阀的完全打开位置
76   带轮
79   轴
78   车辆附件
80   固定的壳体组件
80A  固定的壳体组件
82   输入盖部分
84   输入盖部分的空气入口
84A  转子壳体部分的空气输入开口
85   空气输入通路
86   空气出口
88   空气输出通路
90   转子壳体部分
92   旁通通路的一部分
94   旁通通路
95   齿轮盖部分
96   马达壳体部分
97   输入管道
98   输出管道
98A  输出管道
99   输出壳体
99A  输出壳体
100  甩油环
101  输出构件
102  甩油环的第一端部
103  输出壳体99的开口
103A 输出壳体99A的开口
104  第一内径
105  延伸管道
106  甩油环的第二端部
108  勺状部分
110  开口
112  勺状部分的内表面
113  输入盖部分的开口
114  甩油环的内表面
115  紧固件
116  第一轴的延伸部分
118  带齿端部部分
120  旋转部件
122  凸缘
124  轴承
126  线进入开口
128  线圈
130  制动器盖
132  紧固件
134  开口
135  紧固件
140  马达壳体部分的开口
142  第一联接部件
144  轴56的凸缘
146  销
148  第一轴上的密封件
150  齿轮盖部分中的紧固件开口
151  开口
152  马达盖部分中的紧固件开口
154  安装凸缘
156  紧固件开口
157  紧固件
158  六角螺钉
160A 轴承
160B 轴承
161  垫圈
162  通路
164  密封件
166A 波形盘簧
166B 波形盘簧
166C 盘簧
166D 盘簧
167A 肋部
167B 肋部
167C 肋部
168A 滚针轴承
168B 滚针轴承
169  凹部
170  紧固件开口
172  紧固件
173  凸缘
174  开口
176  输出管道的出口
177  紧固件开口
180  安装凸缘
182  开口
185  密封件
186  开口
188  滚针轴承
190  开口
192  阶梯式开口
193  开口
194  马达控制器壳体
196  冷却翅片
198  轴承
200  卡环
202  波形盘簧
204  阶梯式开口
A 油的方向
尽管已详细描述用于实施本发明的许多方面的最佳模式，但与本发明相关的领域的技术人员将认识到处于所附权利要求的范围内的用于实施本发明的各种替代方面。

Claims (20)

1.一种用于发动机的增压器组件，该发动机具有曲轴和进气歧管，该进气歧管限定气室，经由该气室向发动机提供空气流，该增压器组件包括：
增压器，该增压器在通往发动机的空气流中位于所述气室的上游，其中，所述增压器具有第一转子和第二转子，所述第一转子安装在第一轴上并能随该第一轴旋转，所述第二转子与所述第一转子啮合并安装在第二轴上且能经由所述第一轴的旋转随所述第二轴旋转；
能选择性地作为马达和发电机运行的电动马达-发电机；
行星齿轮装置，所述行星齿轮装置具有操作性地连接成通过该电动马达-发电机旋转的第一部件、能连接成通过发动机曲轴旋转的第二部件、和操作性地连接以便随所述第一轴旋转的第三部件；
两个能选择性地接合的扭矩传递机构，这些扭矩传递机构包括离合器和制动器，该离合器能选择性地接合以便操作性地连接所述第二部件以随发动机曲轴旋转，该制动器能选择性地接合以保持该第一轴固定；以及
控制系统，所述控制系统构造成控制所述电动马达-发电机、所述制动器和所述离合器以实现不同的操作模式。
2.根据权利要求1所述的增压器组件，其中，至少一个车辆构件操作性地连接到所述第二部件；其中，所述控制系统构造成在发动机停止运转时分离所述离合器，并且在发动机停止运转操作模式中控制所述电动马达-发电机使之作为马达工作以便向所述至少一个车辆构件提供动力。
3.根据权利要求1所述的增压器组件，其中，所述控制系统构造成在发动机起动操作模式中使制动器和离合器两者都接合，并控制所述电动马达-发电机使之作为马达工作以通过所述行星齿轮装置起动所述发动机。
4.根据权利要求1所述的增压器组件，其中，所述控制系统构造成当所述发动机运转时仅使所述离合器接合，并且在发动机增压操作模式中控制电动马达-发电机使之作为马达工作，从而发动机扭矩和电动马达-发电机扭矩两者都驱动所述增压器。
5.根据权利要求4所述的增压器组件，其中，所述控制系统构造成在发动机增压操作模式期间改变电动马达-发电机的速度，以便基于发动机扭矩命令来控制由所述增压器提供的发动机增压。
6.根据权利要求4所述的增压器组件，其中，所述增压器组件还包括：
旁通通路，所述旁通通路构造成容许空气从所述增压器的入口流向所述气室，从而绕开所述第一和第二转子；以及
旁通阀，所述旁通阀能操作以控制通过所述旁通通路的空气流；
其中，所述控制系统构造成在发动机增压操作模式期间控制旁通阀的位置，以在发动机扭矩命令改变时调节所述气室中的空气的压力。
7.根据权利要求1所述的增压器组件，其中，所述发动机具有节气门体和位于所述节气门体中的节流阀；其中，所述气室在通往所述发动机的空气流中位于所述节气门体的下游；其中，所述增压器在通往所述发动机的空气流中与所述节流阀串联并且还包括：
蓄能装置，该蓄能装置操作性地连接到所述电动马达-发电机，以用于在该电动马达-发电机作为马达工作时向该电动马达-发电机供给电力，并用于在该电动马达-发电机作为发电机工作时从该电动马达-发电机接收电力；
其中，所述控制系统构造成控制所述电动马达-发电机以使之作为发电机工作，并使所述节流阀移至相对打开位置，以使得由于跨所述增压器的节流压降而引起的扭矩从所述增压器经所述行星齿轮装置提供给所述电动马达-发电机，从而将节流损失作为电能捕集在所述蓄能装置中。
8.根据权利要求7所述的增压器组件，其中，所述控制系统构造成交替地进行下列控制，当所述蓄能装置的充电状态达到预定最大值时使电动马达-发电机作为马达工作、使制动器接合、打开旁通阀并且将节流阀置于管理节流压降的相对关闭位置，从而所述电动马达-发电机驱动所述曲轴直至所述蓄能装置的充电状态达到预定最小值，然后使所述电动马达-发电机作为发电机工作、使所述节流阀移至相对打开位置，以使得由于跨所述增压器的节流压降而引起的扭矩经所述行星齿轮装置从所述增压器提供给所述电动马达-发电机。
9.根据权利要求1所述的增压器组件，其中，所述控制系统构造成使制动器接合，并控制所述电动马达-发电机以使之作为发电机工作，其中沿与当所述电动马达-发电机作为马达工作时由所述电动马达-发电机供给的扭矩的方向相反的方向向所述电动马达-发电机施加扭矩，由此向所述曲轴施加反向扭矩并将由所述电动马达-发电机产生的电能储存在蓄能装置中。
10.根据权利要求1所述的增压器组件，还包括：
壳体组件，所述壳体组件具有：
构造成径向地包围第一和第二转子的转子壳体部分；以及
输入盖部分，所述输入盖部分构造成附接到所述转子壳体部分上，以使所述第一轴从所述转子壳体部分内伸入所述输入盖部分并由所述输入盖部分支承；其中，该输入盖部分至少部分地限定空气输入通路，空气经所述空气输入通路提供给这些转子；其中，所述输入盖部分还限定空腔并将所述制动器支承在所述空腔内。
11.根据权利要求10所述的增压器组件，其中，所述输入盖部分部分地限定旁通通路，该旁通通路构造成使来自所述空气输入通路的空气转向节气门体，从而绕开这些转子；以及
旁通阀，所述旁通阀定位在所述旁通通路中并能操作以控制通过所述旁通通路的空气流。
12.根据权利要求1所述的增压器组件，还包括：
联接部件，该联接部件使所述第三部件操作性地与所述第一轴连接；
壳体组件，所述壳体组件具有：
构造成径向地包围所述第一和第二转子的转子壳体部分；
马达壳体部分，所述马达壳体部分具有与所述转子壳体部分的端部对准的开口；以及
齿轮盖部分，所述齿轮盖部分安装在所述马达壳体部分上，以使得所述第一轴在所述马达壳体部分中的开口处从所述转子壳体部分内延伸到所述联接部件；其中，所述齿轮盖部分构造成容纳所述行星齿轮装置。
13.根据权利要求12所述的增压器组件，其中，所述马达壳体部分构造成附接到所述电动马达-发电机上；并且还包括齿轮系，该齿轮系定位在该齿轮盖部分内并具有连接成随电动马达-发电机旋转的第一齿轮部件和连接成随行星齿轮装置的第一部件旋转的第二齿轮部件，所述齿轮系由此在所述行星齿轮装置与所述电动马达-发电机之间传递扭矩。
14.根据权利要求12所述的增压器组件，还包括：
带轮，该带轮具有由所述齿轮盖部分支承的带轮轴；其中，该带轮轴连接成随所述第二部件旋转；其中，该带轮操作性地连接到曲轴；以及
甩油环，该甩油环安装在所述带轮轴上、朝所述行星齿轮装置开口、并且构造成将所述齿轮盖部分内的流体引导到所述行星齿轮装置上。
15.根据权利要求1所述的增压器组件，还包括：
齿轮盖部分，所述齿轮盖部分构造成容纳所述行星齿轮装置；
带轮，所述带轮具有带轮轴；以及
轴承，该轴承支承该带轮轴以相对于该齿轮盖部分旋转；其中，所述带轮轴连接成随所述第二部件旋转；其中，所述带轮轴能操作性地连接到所述曲轴；
其中，所述齿轮盖部分具有一体的肋部和通路；其中所述肋部定位成收集润滑油并经所述通路将所述润滑油引导到所述轴承。
16.根据权利要求1所述的增压器组件，还包括：
转子壳体部分，所述转子壳体部分构造成径向地包围所述第一和第二转子并且至少部分地限定空气入口和空气出口；以及
包括输出开口的输出构件，其中，所述输出构件构造成在所述输出开口与所述空气出口流体连通的情况下附接到所述转子壳体部分上；其中，所述空气出口和所述输出开口两者都具有大致等同的五边形形状。
17.一种用于发动机的增压器组件，该发动机限定气室，空气经所述气室流向所述发动机，所述增压器组件包括：
增压器，该增压器在通往发动机的空气流中与所述气室串联，其中，所述增压器具有第一转子和第二转子，所述第一转子安装在第一轴上并能随所述第一轴旋转，所述第二转子与所述第一转子啮合并安装在第二轴上且能经由所述第一轴的旋转随所述第二轴旋转；
旁通通路，所述旁通通路操作性地将空气入口连接到节气门体；
旁通阀，所述旁通阀定位在所述旁通通路中，以选择性地容许空气在所述空气入口与所述节气门体之间流经所述旁通通路并绕开所述第一和第二转子；
电动马达-发电机，所述电动马达-发电机能选择性地交替作为马达和发电机运行；
蓄能装置，该蓄能装置操作性地连接到该电动马达-发电机，以用于在电动马达-发电机作为马达工作时向该电动马达-发电机供给电力，并用于在电动马达-发电机作为发电机工作时从该电动马达-发电机接收电力；
行星齿轮装置，该行星齿轮装置具有第一部件、第二部件和第三部件，该第一部件操作性地连接成通过所述电动马达-发电机旋转，该第三部件操作性地连接成随所述第一轴旋转；
带轮，所述带轮构造成能操作性地连接到曲轴，并具有连接成随所述第二部件旋转的带轮轴；
齿轮系，该齿轮系具有第一齿轮部件和第二齿轮部件，该第一齿轮部件连接成随所述电动马达-发电机旋转，该第二齿轮部件连接成随所述行星齿轮装置的第三部件旋转，所述齿轮系由此在所述行星齿轮装置与所述电动马达-发电机之间传递扭矩；
两个能选择性地接合的扭矩传递机构，这些扭矩传递机构包括电磁离合器和电磁制动器，该电磁离合器能选择性地接合以操作性地连接所述第二部件以便随发动机曲轴旋转，该电磁制动器能选择性地接合以保持所述第一轴固定；以及
控制系统，该控制系统构造成控制所述电动马达-发电机、所述旁通阀、所述制动器和所述离合器以实现不同的操作模式。
18.根据权利要求17所述的增压器组件，还包括：
壳体组件，所述壳体组件具有：
转子壳体部分，所述转子壳体部分构造成径向地包围所述第一和第二转子，并具有转子壳体空气输入开口和至少部分地限定空气输出通路的转子壳体空气输出开口；
输入盖部分，该输入盖部分构造成附接到所述转子壳体部分上，使得所述第一轴伸入所述输入盖部分并由所述输入盖部分支承；其中，所述输入盖部分至少部分地限定空气输入通路，空气经所述空气输入通路提供给所述转子壳体空气输入开口；
马达壳体部分，所述马达壳体部分具有与所述转子壳体部分中的第一和第二轴对准的开口；其中，所述马达壳体部分构造成支承所述电动马达-发电机；和
齿轮盖部分，所述齿轮盖部分安装在所述马达壳体部分上，其中联接部件定位在所述马达壳体部分的开口处，以使得所述第一轴经由所述联接部件操作性地连接到所述第三部件；其中，所述齿轮盖部分构造成容纳所述行星齿轮装置并支承所述带轮和所述带轮轴；
其中，所述壳体组件构造成使得所述电动马达-发电机和所述转子壳体部分位于所述齿轮盖部分的与所述带轮相对的一侧，所述空气输入通路与所述电动马达-发电机相邻，并且所述空气输出通路位于所述转子壳体部分与所述电动马达-发电机相对的一侧。
19.一种用于发动机的增压器组件，该发动机具有曲轴、节气门体、限定位于该节气门体下游的气室的进气歧管、和能在控制通往发动机的空气流的所述节气门体中选择性地定位的节流阀，该增压器组件包括：
罗茨式增压器，该罗茨式增压器在通往发动机的空气流中在节气门体的上游与节流阀串联，其中，该增压器具有第一转子和第二转子，该第一转子安装在第一轴上并能随该第一轴旋转，该第二转子与该第一转子啮合并安装在第二轴上且能经由所述第一轴的旋转随所述第二轴旋转；
壳体组件，所述壳体组件限定通往所述增压器的空气入口；
旁通通路，该旁通通路操作性地将该空气入口连接到该节气门体；
旁通阀，该旁通阀定位在所述旁通通路中，以选择性地容许空气在该空气入口与该节气门体之间流经该旁通通路并绕开第一和第二转子；
电动马达-发电机，该电动马达-发电机能选择性地交替作为马达和发电机运行；
蓄能装置，该蓄能装置操作性地连接到所述电动马达-发电机，以用于在电动马达-发电机作为马达工作时向该电动马达-发电机供给电力，并用于在电动马达-发电机作为发电机工作时从该电动马达-发电机接收电力；
行星齿轮装置，该行星齿轮装置具有连接成通过电动马达-发电机旋转的第一部件、能连接成通过发动机曲轴旋转的第二部件、和连接成随所述第一轴旋转的第三部件；
仅两个能选择性地接合的扭矩传递机构，这些扭矩传递机构包括离合器和制动器，该离合器能选择性地接合以便操作性地连接所述第二部件以随发动机曲轴旋转，该制动器能选择性地接合以保持所述第一轴固定；和
控制系统，所述控制系统构造成控制该电动马达-发电机、该节气门、该旁通阀、该制动器和该离合器，以实现其中电动马达-发电机起动发动机的操作模式、其中发动机运转并且电动马达-发电机经由行星齿轮装置改变转子的速度以控制所述气室中的空气压力的操作模式、和其中通往发动机的空气流通过旁通通路绕开转子的操作模式。
20.根据权利要求19所述的增压器组件，其中，所述控制系统构造成控制电动马达-发电机使之作为发电机工作，并且节流阀被控制以移至相对打开位置，以使得由于跨所述增压器的节流压降而引起的扭矩经所述行星齿轮装置从所述增压器提供给所述电动马达-发电机，节流损失从而作为电能被捕集；其中，所述控制系统构造成控制电动马达-发电机使之作为发电机工作，并且节流阀被控制以移至相对打开位置，使得跨所述增压器的压降等于或大于原始节流压降，以便所述电动马达-发电机经所述行星齿轮装置将所述节流作为电能捕集。
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