CN108397287A - 用于动力整合的系统及具有该系统的发动机 - Google Patents

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    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

提供了一种用于动力整合的系统。所述用于动力整合的系统包括具有环齿轮、太阳齿轮、以及行星架的行星齿轮系统。增压器压缩机机械地联接至所述环齿轮，次要涡轮机机械地联接至所述太阳齿轮，并且混合能量装置机械地联接至所述行星架。所述系统被配置成用于使内燃发动机(ICE)通过所述行星架和第一离合器来机械地联接至所述混合能量装置；并且制动器可以经由带式制动器或第二离合器机械地联接至所述增压器压缩机。所述系统在所述增压器压缩机、次要涡轮机、混合能量装置、以及ICE之间整合动力，从而提供增强的燃料经济性。

Description

用于动力整合的系统及具有该系统的发动机
技术领域
本发明涉及用于动力整合的系统、并且具体地涉及用于将涡轮复合涡轮机、废热回收涡轮机、增压器压缩机、以及电动或液压混合部件与内燃发动机进行动力整合的系统。
背景技术
提高内燃发动机的燃料效率的愿望是已知的。使用涡轮增压器、涡轮复合涡轮机、废热回收涡轮机、增压器压缩机、以及电动或液压混合部件来提高内燃发动机的燃料效率也是已知的。然而，用于提高内燃发动机的燃料效率的已知技术在内燃发动机的某些速度和载荷范围内具有限制或缺点。相应地，在内燃发动机的最佳速度和载荷范围内利用给定技术的优点的动力整合系统将是希望的。
发明内容
提供了一种用于动力整合的系统。所述用于动力整合的系统包括具有环齿轮、太阳齿轮、以及行星架的行星齿轮系统。增压器压缩机机械地联接至该环齿轮，次要涡轮机(例如，涡轮复合涡轮机和/或废热回收涡轮机)机械地联接至该太阳齿轮，并且混合能量装置机械地联接至该行星架。该系统被配置成用于使内燃发动机(ICE)通过该行星架和第一离合器来机械地联接至该混合能量装置；并且制动器可以经由带式制动器或第二离合器机械地联接至该增压器压缩机。所述用于动力整合的系统可以具有至少四种动力整合模式，该至少四种模式在此展示性地被描述为模式A、模式B、模式C、以及模式D1。在模式A中，该带式制动器或第二离合器被接合，使得该制动器机械地联接至该增压器压缩机，并且该第一离合器脱离接合，使得该ICE不与该混合能量装置机械地相联接。在模式B中，该带式制动器或第二离合器被接合，使得该制动器机械地联接至该增压器压缩机，并且该第一离合器被接合，使得该ICE以正向旋转方向与该混合能量装置机械地相联接。在模式C中，该带式制动器或第二离合器脱离接合，使得该制动器不与该增压器压缩机机械地相联接，并且该第一离合器脱离接合，使得该ICE不与该混合能量装置机械地相联接。在模式D1中，该带式制动器或第二离合器脱离接合，使得该制动器不与该增压器压缩机机械地相联接，并且该第一正向离合器被接合并且该第一反向离合器脱离接合，使得该ICE以正向旋转方向与该混合能量装置机械地相联接。在实施例中，该第一离合器可以包括第一正向离合器和第一反向离合器，并且该系统除了模式A、B、C、以及D1之外还具有至少一种额外的动力整合模式(模式D2)。在模式D2中，该带式制动器或第二离合器脱离接合，使得该制动器不与该增压器压缩机机械地相联接，并且该第一正向离合器脱离接合并且该第一反向离合器被接合，使得该ICE以反向旋转方向与该混合能量装置机械地相联接。应理解的是，在模式A、B、C、以及D1中，该第一离合器可以包括该第一正向离合器和该第一反向离合器，其中该第一反向离合器始终脱离接合，使得该ICE并不以反向旋转方向来与该混合能量装置机械地相联接。
在模式A中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置提供动力、并且可以在ICE以低载荷(扭矩)且低速到高速(RPM)运行过程中采用该模式但不限于此。在模式B中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置和ICE提供动力并且使该混合能量装置向该ICE提供动力。可以在ICE以高载荷且高速运行过程中采用模式B但不限于此。在模式C中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置和该增压器压缩机提供动力、并且可以在ICE以高载荷且低速运行过程中采用该模式但不限于此。在模式D1中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置、增压器压缩机、以及ICE提供动力并且使该混合能量装置向该ICE提供动力。可以在ICE以高载荷且低速运行过程中采用模式D1但不限于此。在模式D2中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置提供动力并且向该增压器压缩机提供动力，并且替代性地或此外，ICE可以向该混合能量装置提供动力。可以在ICE以高载荷且低速运行过程中采用模式D2但不限于此。
在其他实施例中，具有用于动力整合的系统的交通工具包括ICE、增压器压缩机、次要涡轮机、以及混合能量装置。还包括具有环齿轮、太阳齿轮、以及行星架的行星齿轮系统。该增压器压缩机机械地联接至该环齿轮，该次要涡轮机机械地联接至该太阳齿轮，并且该混合能量装置机械地联接至该行星架，并且该ICE经由第一正向离合器和第一反向离合器而机械地联接至该混合能量装置。可以包括制动器并且其经由带式制动器或第二离合器机械地联接至该增压器压缩机。具有所述用于动力整合的系统的所述交通工具具有多种操作模式。具体而言，所述用于动力整合的系统可以具有至少四种动力整合模式，该至少四种模式在此展示性地被描述为模式A、模式B、模式C、以及模式D1。在模式A中，该带式制动器或第二离合器被接合，使得该制动器机械地联接至该增压器压缩机，并且该第一离合器脱离接合，使得该ICE不与该混合能量装置机械地相联接。在模式B中，该带式制动器或第二离合器被接合，使得该制动器机械地联接至该增压器压缩机，并且该第一离合器被接合，使得该ICE以正向旋转方向与该混合能量装置机械地相联接。在模式C中，该带式制动器或第二离合器脱离接合，使得该制动器不与该增压器压缩机机械地相联接，并且该第一离合器脱离接合，使得该ICE不与该混合能量装置机械地相联接。在模式D1中，该带式制动器或第二离合器脱离接合，使得该制动器不与该增压器压缩机机械地相联接，并且该第一正向离合器被接合并且该第一反向离合器脱离接合，使得该ICE以正向旋转方向与该混合能量装置机械地相联接。在实施例中，该第一离合器可以包括第一正向离合器和第一反向离合器，并且该系统除了模式A、B、C、以及D1之外还具有至少一种额外的动力整合模式(模式D2)。在模式D2中，该带式制动器或第二离合器脱离接合，使得该制动器不与该增压器压缩机机械地相联接，并且该第一正向离合器脱离接合并且该第一反向离合器被接合，使得该ICE以反向旋转方向与该混合能量装置机械地相联接。应理解的是，在模式A、B、C、以及D1中，该第一离合器可以包括该第一正向离合器和该第一反向离合器，其中该第一反向离合器始终脱离接合，使得该ICE并不以反向旋转方向来与该混合能量装置机械地相联接。
在模式A中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置提供动力、并且可以在该ICE以低载荷(扭矩)且低速到高速(RPM)运行过程中采用该模式但不限于此。在模式B中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置和该ICE提供动力并且使该混合能量装置向该ICE提供动力。可以在该ICE以高载荷且高速运行过程中采用模式B但不限于此。在模式C中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置和该增压器压缩机提供动力、并且可以在该ICE以高载荷且低速运行过程中采用该模式但不限于此。在模式D1中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置、增压器压缩机、以及ICE提供动力并且使该混合能量装置向该ICE提供动力。可以在该ICE以高载荷且低速运行过程中采用模式D1但不限于此。在模式D2中，该系统被配置成用于使该次要涡轮机向该混合能量装置提供动力并且向该增压器压缩机提供动力，并且替代性地或此外，该ICE可以向该混合能量装置提供动力。可以在该ICE以高载荷且低速运行过程中采用模式D2但不限于此。
结合附图，通过以下详细描述，将更全面地理解由在此描述的实施例提供的这些和额外特征。
附图说明
在附图中阐述的实施例本质上是展示性和示例性的，并不旨在限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解这些展示性实施例的以下详细描述，其中相似的结构用相似的参考数字表示，并且在附图中：
图1示意性地描绘了根据本文所描述和展示的一个或多个实施例的用于动力整合的系统；
图2示意性地描绘了根据本文所描述和展示的一个或多个实施例的用于动力整合的系统；
图3示意性地描绘了图2的动力整合系统的“模式A”；
图4示意性地描绘了图2的动力整合系统的“模式B”；
图5示意性地描绘了图2的动力整合系统的“模式C”；
图6示意性地描绘了图2的动力整合系统的“模式D1”；
图7示意性地描绘了图2的动力整合系统的“模式D2”；
图8图形描绘了图2至7中所描绘的模式A至D2的载荷与速度图上的速度和载荷区域；
图9示意性地描绘了根据本文所描述和展示的一个或多个实施例的用于动力整合的系统；
图10示意性地描绘了根据本文所描述和展示的一个或多个实施例的用于动力整合的系统；并且
图11示意性地描绘了根据本文所描述和展示的一个或多个实施例的用于动力整合的系统。
具体实施方式
提供了一种用于动力整合的系统。该系统包括具有环齿轮、太阳齿轮、以及行星架的行星齿轮系统。增压器压缩机机械地联接至该环齿轮，次要涡轮机机械地联接至该太阳齿轮，并且混合能量装置机械地联接至该行星架。应理解的是，处于电动马达/发电机形式的混合能量装置可以用作马达、并且使用电能来使该行星架旋转；或者用作发电机并且使用该行星架的旋转来产生电能。还应理解的是，处于可变排量液压泵星形式的混合能量装置可以使用液压压力来使该行星架旋转、或者使用该行星架的旋转来加压流体。该系统被配置成用于使内燃发动机(ICE)经由第一离合器来机械地联接该行星架和该混合能量装置。该第一离合器允许该ICE与该行星架和该混合能量装置相接合和与之脱离接合。该混合能量装置可以通过调节该次要涡轮机提供的动力来用作该系统的扭矩调节器。例如但非限制性地，如果该混合能量装置具有过多的可用能量，则该混合能量装置可以向该增压器压缩机和/或该ICE提供动力。替代性地，如果该混合能量装置耗尽可用能量，则该混合能量装置可以接收来自该次要涡轮机和/或ICE的动力。制动器可以包含在该系统中并且经由带式制动器或第二离合器而机械联接该增压器压缩机，即该带式制动器或第二离合器允许该制动器与该环齿轮和该增压器压缩机相接合和与之脱离接合。当该制动器与该增压器压缩机相接合时，该增压器压缩机不旋转，并且不向ICE的进气管提供增压(即，来自E-压缩机的压缩空气)。当该制动器与该增压器脱离接合时，该增压器压缩机自由旋转并且可以向该ICE进气管提供增压。在实施例中，ICE可以通过该行星架、经由第一正向离合器或第一反向离合器而机械地联接至该混合能量装置。该第一正向离合器在接合时将该ICE以正向旋转方向机械联接至该行星架和该混合能量装置，使得该系统被配置成用于使该混合能量装置向该ICE提供动力。该第一反向离合器在接合时将该ICE以反向旋转方向机械地联接至该行星架和该混合能量装置，使得该系统被配置成用于使该ICE向该混合能量装置提供动力。在此将具体参照附图来进一步详细描述用于动力分配和动力整合的系统的多个不同实施例。
如在此所使用的，术语“机械地联接”是指两个部件或装置之间的联接或接合使得其中一个部件或装置的旋转或不旋转相应地导致另一个部件或装置的旋转或不旋转。如在此所使用的，术语“混合能量装置”是指电动马达/发电机、或可变排量液压泵。如在此所使用的，术语“带式制动器”是指围绕环齿轮同中心地绷紧的摩擦材料带。如在此所使用的，术语“次要涡轮机”是指主要涡轮机下游的涡轮机，例如典型地涡轮增压器涡轮机。次要涡轮机的实例包括但不限于：涡轮复合涡轮机以及废热回收(WHR)涡轮机。
图1总体上描绘了用于动力整合的、具有增压器压缩机、次要涡轮机、混合能量装置、以及ICE的系统。该系统使用行星齿轮系统以及一个或多个离合器来整合动力。在实施例中，该行星齿轮系统可以包括机械地联接至该增压器压缩机的环齿轮、机械地联接至该次要涡轮机的太阳齿轮、以及机械地联接至该混合能量装置的行星架。该系统被配置成用于使该内燃发动机(ICE)通过第一离合器来机械地联接至该行星架和该混合能量装置。制动器可以经由带式制动器或第二离合器机械地联接至该增压器压缩机。该第一离合器的接合和脱离接合相应地使该ICE与该行星架和该混合能量装置接合和脱离接合。该带式制动器或第二离合器的接合和脱离接合相应地使该制动器与该增压器压缩机接合和脱离接合。该第一离合器、该带式制动器或第二离合器、或该第一离合器和该带式制动器或第二离合器的接合允许实现对该次要涡轮机、混合能量装置、增压器压缩机、以及ICE之间的动力的整合，如下文更详细地讨论的。
现在参见图1，用于动力整合的系统的实施例总体上用参考数字10示出。系统10包括行星齿轮系统100、增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230。行星齿轮系统100可以包括环齿轮110、太阳齿轮120、以及行星架130。增压器压缩机210可以机械地联接至环齿轮110，次要涡轮机220可以机械地联接至太阳齿轮120，并且混合能量装置230可以机械地联接至行星架130。系统10被配置成用于使ICE 260经由第一离合器240机械地联接至行星架130、并且因此还机械地联接至混合能量装置230。即当第一离合器240被接合时，ICE 260与行星架130机械地相联接，并且当第一离合器240脱离接合时，ICE 260不与行星架130机械地相联接。可以包含制动器250并且其经由带式制动器或第二离合器252机械地联接至环齿轮110、并且因此机械地联接至增压器压缩机210。即，当带式制动器或第二离合器252被接合时，制动器250与增压器压缩机210机械地相联接并且防止增压器压缩机210旋转；并且当带式制动器或第二离合器252脱离接合时，制动器250不与增压器压缩机210机械地相联接并且增压器压缩机210自由旋转。该混合能量装置230可以通过调节该次要涡轮机220提供的动力来用作该系统10的扭矩调节器。例如但非限制性地，如果混合能量装置230具有过多的可用能量，则混合能量装置230可以向增压器压缩机210和/或ICE 260提供动力。替代性地，如果该混合能量装置耗尽可用能量，则混合能量装置230可以接收来自次要涡轮机220和/或ICE 260的动力。应理解的是，当增压器压缩机210旋转时，该增压器压缩机压缩用于ICE 260的进气管的空气。
虽然图1描绘了在混合能量装置230与ICE 260之间具有单一离合器(第一离合器240)的系统10，但是针对用于动力整合的系统可以使用其他构型，如下文更详细地描述的。
现在参见图2，用于动力整合的系统的实施例用参考数字12示意性地描绘出。系统12类似于上文所描述的系统10，但是第一离合器包括第一正向离合器和第一反向离合器。具体而言，系统12包括行星齿轮系统100、增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230。行星齿轮系统100可以包括环齿轮110、太阳齿轮120、以及行星架130。增压器压缩机210可以机械地联接至环齿轮110，次要涡轮机220可以机械地联接至太阳齿轮120，并且混合能量装置230可以机械地联接至行星架130。系统12被配置成用于使ICE 260经由第一正向离合器242和第一反向离合器244机械地联接至行星架130、并且因此还机械地联接至混合能量装置230。即，第一离合器240包括第一正向离合器242和第一反向离合器244。第一正向离合器242在被接合时将ICE 260以正向旋转方向机械地联接至行星架130和混合能量装置230。第一反向离合器244在被接合时将ICE 260以反向旋转方向与行星架130和混合能量装置230机械地相联接。当第一正向离合器242和第一反向离合器244均脱离接合时，该ICE不与行星架130和混合能量装置230机械地相联接。可以包含制动器250并且其经由带式制动器或第二离合器252机械地联接至环齿轮110、并且因此机械地联接至增压器压缩机210。即，当带式制动器或第二离合器252被接合时，制动器250与增压器压缩机210机械地相联接并且防止增压器压缩机210旋转；并且当带式制动器或第二离合器252脱离接合时，制动器250不与增压器压缩机210机械地相联接并且增压器压缩机210自由旋转。该混合能量装置230可以通过调节该次要涡轮机220提供的动力来用作该系统12的扭矩调节器。例如但非限制性地，如果混合能量装置230具有过多的可用能量，则混合能量装置230可以向增压器压缩机210和/或ICE 260提供动力。替代性地，如果该混合能量装置耗尽可用能量，则混合能量装置230可以接收来自次要涡轮机220和/或ICE 260的动力。
系统10和12提供了多种不同配置(在此称为模式、操作模式等)，使得提供了增压器压缩机210、次要涡轮机220、混合能量装置230、以及ICE 260之间的动力整合的不同组合。以下更详细地说明此类模式。
现在参见图1至7，针对系统10和12展示性地描绘了五种模式。具有第一离合器240的系统10可以配置成至少四种模式，该至少四种模式被展示性地称为模式A、模式B、模式C、以及模式D1。具有第一正向离合器242和第一反向离合器244的系统12可以配置成至少五种模式，该至少五种模式被展示性地称为模式A、模式B、模式C、模式D1、以及模式D2。图3中描绘了模式A，图4中描绘了模式B，图5中描绘了模式C，图6中描绘了模式D1，并且图7中描绘了模式D2。应理解的是，在模式A、B、C、D1(图3至6)中，第一反向离合器244脱离接合，并且因此第一正向离合器242等同于第一离合器240，即第一反向离合器244在模式A、B、C、以及D1中不起作用并且是不需要的，并且因此第一正向离合器242可以用第一离合器240来替代。然而在图7中，针对模式D2构型，第一反向离合器244被接合并且是需要的。
在模式A(图3)中，带式制动器或第二离合器252可以被接合，使得制动器250机械地联接至增压器压缩机210。对于系统10，第一离合器240脱离接合，而对于系统12，第一正向离合器242和第一反向离合器244脱离接合，使得ICE 260不与混合能量装置230机械地相联接。即，虽然图3描绘了第一正向离合器242和第一反向离合器244脱离接合时的系统12，但是在图3中可以通过用图1描绘的脱离接合的第一离合器240来代替第一正向离合器242和第一反向离合器244以表示系统10。系统10、12在模式A中被配置成用于使次要涡轮机220向混合能量装置230提供动力。应理解的是，向混合能量装置230提供动力允许该混合能量装置产生能量并且例如使用能量储存装置232(图9)、例如电池或液压蓄能器来储存能量。模式A在ICE 260的低速到高速(每分钟转数(RPM))且低载荷下是有利的，因为次要涡轮机220产生的动力小，并且使ICE 260联接至混合能量装置230并且因此联接至次要涡轮机220会对ICE 260引起摩擦阻力。并且可以使用混合能量装置230来调整次要涡轮机220的速度，以使次要涡轮机220以最大效率运行。
在模式B(图4)中，带式制动器或第二离合器252可以被接合，使得制动器250机械地联接至增压器压缩机210。对于系统10，第一离合器240被接合，而对于系统12，第一正向离合器242被接合并且第一反向离合器244脱离接合，使得ICE 260以正向旋转方向与混合能量装置230机械地相联接。即，虽然图4描绘了第一正向离合器242被接合并且第一反向离合器244脱离接合时的系统12，但是在图4中可以通过用图1描绘的被接合的第一离合器240来代替被接合的第一正向离合器242和脱离接合的第一反向离合器244以表示系统10。系统10、12在模式B中被配置成用于使次要涡轮机220向混合能量装置230和ICE 260提供动力。具体而言，在实施例中，次要涡轮机220向混合能量装置230提供动力。在其他实施例中，次要涡轮机220向ICE 260提供动力。在另外的其他实施例中，次要涡轮机220向混合能量装置230和ICE 260提供动力。在还又其他的实施例中，混合能量装置230向ICE 260提供动力，并且次要涡轮机220向ICE 260提供动力。模式B在ICE 260的高速且高载荷下是有利的，因为在次要涡轮机220的高动力输出下，动力从次要涡轮机220通过机械联接直接传输至ICE260可以是最有效的整合方法。
在模式C(图5)中，带式制动器或第二离合器252可以脱离接合，使得制动器250没有机械地联接至增压器压缩机210。对于系统10，第一离合器240脱离接合，而对于系统12，第一正向离合器242和第一反向离合器244脱离接合，使得ICE 260不与混合能量装置230机械地相联接。即，虽然图5描绘了第一正向离合器242和第一反向离合器244脱离接合时的系统12，但是在图5中可以通过用图1描绘的脱离接合的第一离合器240来代替脱离接合的第一正向离合器242和第一反向离合器244以表示系统10。系统10、12在模式C中被配置成用于使次要涡轮机220向混合能量装置230和增压器压缩机210提供动力。具体而言，在实施例中，次要涡轮机220向增压器压缩机210提供动力。在其他实施例中，次要涡轮机220和混合能量装置230向增压器压缩机210提供动力。模式C在ICE 260的低速且高载荷下是有利的，因为可以直接使用来自可以由排气中的废热能量提供动力的次要涡轮机220的能量来运行增压器压缩机210。
在模式D1(图6)中，带式制动器或第二离合器252可以脱离接合，使得制动器250没有机械地联接至增压器压缩机210。对于系统10，第一离合器240被接合，而对于系统12，第一正向离合器242被接合并且第一反向离合器244脱离接合，使得ICE 260以正向旋转方向与混合能量装置230机械地相联接。即，虽然图6描绘了第一正向离合器242被接合并且第一反向离合器244脱离接合时的系统12，但是在图6中可以通过用图1描绘的被接合的第一离合器240来代替被接合的第一正向离合器242和脱离接合的第一反向离合器244以表示系统10。系统10、12在模式D1中被配置成用于使次要涡轮机220向混合能量装置230、增压器压缩机210、以及ICE 260提供动力。具体而言，在实施例中，次要涡轮机220向混合能量装置230提供动力。在其他实施例中，次要涡轮机220向增压器压缩机210提供动力。在另外的其他实施例中，次要涡轮机220向ICE 260提供动力。在另外的其他实施例中，次要涡轮机220向混合能量装置230和增压器压缩机210提供动力。在其他实施例中，次要涡轮机220向混合能量装置230和ICE 260提供动力。在另外的其他实施例中，次要涡轮机220向增压器压缩机210和ICE 260提供动力。在还又其他实施例中，次要涡轮机220向混合能量装置230、增压器压缩机210、以及ICE 260提供动力。在还又其他的实施例中，混合能量装置230向ICE 260提供动力，并且次要涡轮机220向ICE 260和增压器压缩机210提供动力。模式D1在ICE 260低速且高载荷下、在次要涡轮机220动力高使得动力可以通过系统10中的第一正向离合器242和通过系统12中的第一正向离合器24w高效地直接传输至ICE 260的条件下是有利的。
在模式D2中，带式制动器或第二离合器252可以脱离接合，使得制动器250机械地联接至增压器压缩机210，并且第一正向离合器242脱离接合并且第一反向离合器244被接合，使得ICE 260以反向旋转方向与混合能量装置230机械地相联接。如上所述，由于在模式D2中第一反向离合器244被接合，因此系统10不可以以模式D2来配置。系统12在模式D2中被配置成用于使次要涡轮机220向混合能量装置230和增压器压缩机210提供动力、并且使ICE260向混合能量装置230和增压器压缩机210提供动力。具体而言，在实施例中，次要涡轮机220和ICE 260向混合能量装置230提供动力。在其他实施例中，次要涡轮机220和ICE 260向混合能量装置230提供动力，并且次要涡轮机220向增压器压缩机210提供动力。模式D2在ICE 260低速且高载荷下、在来自次要涡轮机220的动力小于增压器压缩机210要求的动力并且ICE 260需要在低速且高载荷下长时间运行的条件下是有利的。来自ICE 260的动力可以高效地直接传输穿过第一反向离合器244到达增压器压缩机210。
现在参见图8，示出了在内燃发动机的速度与载荷图上希望的图3至7描绘的模式A-D2的区域的图形描绘。特别地，可以针对在约0-100％(0％＝怠速，并且100％＝受控速度(全速))之间的标准化发动机速度、以及在约0-30％(全载荷＝100％)之间的标准化发动机载荷来使用模式A。可以针对在约43％-100％之间的标准化发动机速度、以及在约35％-100％之间的标准化载荷来使用模式B。可以针对在约0-50％之间的标准化发动机速度、以及在约30％-100％之间的标准化载荷来使用模式C、D1、以及D2。
应理解的是，通过使用上文所描述的系统10的模式A至D1以及系统12的模式A至D2，在图9所描绘的速度和载荷下提供了ICE 260的增强的燃料经济性。即，系统10、12至少部分地通过在ICE 260的预限定的速度和载荷内采用增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230来优化增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230与ICE260的整合。还应理解的是，模式A-D2的速度和载荷范围可以根据采用系统10和/或12的实际ICE、组合式ICE/系统10和/或12的设计标准等而变化。
虽然在图1至7中使用连杆图描绘了用于动力整合的系统10和12，但是应理解的是，系统10和12可以不使用连杆图来描绘，如下文更详细地描述的。
现在参见图9，用于动力整合的系统10、12的实施例被示意性地描绘为具有典型地包括ICE 260的额外部件或装置。具体而言，系统10、12包括行星齿轮系统100、增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230。ICE 260具有带有活塞和汽缸(图9中未标号)的发动机缸体262、具有进气歧管264、以及排气歧管266。废气再循环(EGR)系统267可以包括EGR冷却器268。EGR阀269可以监测并调整来自排气歧管266的、穿过EGR系统267或流向主要涡轮机270的排放气体的量。次要涡轮机220位于主要涡轮机270的下游。主要压缩机272可以与主要涡轮机270相联接，该主要压缩机可以与压缩空气冷却器274、增压器压缩机旁通阀212、和增压器压缩机210连通。第二压缩空气冷却器276可以位于增压器压缩机210的下游。能量储存装置232可以与混合能量装置230相连接，并且该混合能量装置可以机械地联接至ICE 260，如上文所讨论的。在实施例中，混合能量装置230是电动马达/发电机，并且能量储存装置232是电池。在其他实施例中，混合能量装置230是可变排量液压泵，并且能量储存装置232是液压蓄能器。
现在参见图10，描绘了用于动力整合的、具有额外的机械联动部件的系统10的实施例。具体而言，系统10包括行星齿轮系统100、增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230。行星齿轮系统100可以包括环齿轮110、太阳齿轮120、以及行星架130。增压器压缩机210可以机械地联接至环齿轮110，次要涡轮机220可以机械地联接至太阳齿轮120，并且混合能量装置230可以机械地联接至行星架130。系统10被配置成用于使ICE 260经由第一离合器240机械地联接至行星架130、并且因此还机械地联接至混合能量装置230。即当第一离合器240被接合时，ICE 260与行星架130机械地相联接，并且当第一离合器240脱离接合时，ICE 260不与行星架130机械地相联接。可以包含制动器250(图10未示出)并且其经由带式制动器或第二离合器252机械地联接至环齿轮110、并且因此机械地联接至增压器压缩机210。即，当带式制动器或第二离合器252被接合时，制动器250与增压器压缩机210机械地相联接并且防止增压器压缩机210旋转；并且当带式制动器或第二离合器252脱离接合时，制动器250不与增压器压缩机210机械地相联接并且增压器压缩机210自由旋转。可以在增压器压缩机210、次要涡轮机220、混合能量装置230、第一离合器240、制动器250、以及ICE 260之间定位多个齿轮、轴等，它们在系统10的这些不同部件之间提供希望的传动比。例如但不限于，可以在环齿轮110与增压器压缩机210之间定位中央联动齿轮254、环联动齿轮256、以及压缩机联动齿轮258。可以在行星架130与第一离合器240之间定位中央联动齿轮254和离合器齿轮233。可以在第一离合器240与ICE 260之间定位飞轮齿轮263和飞轮265。还可以提供增压器压缩机旁通阀212来提供来自主要压缩机270的压缩空气的旁路。
现在参见图11，描绘了用于动力整合的、具有额外的机械联动部件的系统12的实施例。具体而言，系统12包括行星齿轮系统100、增压器压缩机210、次要涡轮机220、以及混合能量装置230。行星齿轮系统100可以包括环齿轮110、太阳齿轮120、以及行星架130。增压器压缩机210可以机械地联接至环齿轮110，次要涡轮机220可以机械地联接至太阳齿轮120，并且混合能量装置230可以机械地联接至行星架130。系统12被配置成用于使ICE 260经由第一正向离合器242和第一反向离合器244机械地联接至行星架130、并且因此还机械地联接至混合能量装置230。第一正向离合器242在被接合时将ICE 260以正向旋转方向机械地联接至行星架130和混合能量装置230。第一反向离合器244在被接合时将ICE 260以反向旋转方向与行星架130和混合能量装置230机械地相联接。当第一正向离合器242和第一反向离合器244均脱离接合时，该ICE不与行星架130和混合能量装置230机械地相联接。可以包含制动器250(图11未示出)并且其经由带式制动器或第二离合器252机械地联接至环齿轮110、并且因此机械地联接至增压器压缩机210。即，当带式制动器或第二离合器252被接合时，制动器250与增压器压缩机210机械地相联接并且防止增压器压缩机210旋转；并且当带式制动器或第二离合器252脱离接合时，制动器250不与增压器压缩机210机械地相联接并且增压器压缩机210自由旋转。可以在增压器压缩机210、次要涡轮机220、混合能量装置230、第一正向离合器242、第一反向离合器244、制动器250、以及ICE 260之间定位多个齿轮、轴等，它们在多个不同系统部件之间提供希望的传动比。例如但不限于，可以在环齿轮110与增压器压缩机210之间定位中央联动齿轮254、环联动齿轮256、以及压缩机联动齿轮258。可以在行星架130与第一正向离合器242之间定位中央联动齿轮254和正向离合器齿轮233。可以在第一正向离合器242与ICE 260之间定位飞轮齿轮263和飞轮265。可以在ICE260与第一反向离合器244之间定位第一反向离合器齿轮246。可以在第一反向离合器244与混合能量装置230之间定位第二反向离合器齿轮248、正向离合器齿轮233、以及中央联动齿轮254。还可以提供增压器压缩机旁通阀212来提供来自主要压缩机270的压缩空气的旁路。
上述用于动力整合的系统将涡轮复合、废热回收、增压、以及液压整合在一个系统中。该系统以最大效率运行并且具有包装尺寸优点。该系统包括行星齿轮系统，该行星齿轮系统，压缩机在环齿轮上、次要涡轮机在太阳齿轮上、并且电动马达/发电机或可变排量液压泵在行星架上。ICE经由离合器连接至行星架，并且该环齿轮具有接地制动器。这些不同部件可以直接或间接地被该行星齿轮系统驱动以将所有部件的运行速度调整至最佳。
虽然在此已经展示和描述了特定的实施例，但是应理解的是，可以做出多种不同其他的改变和修改而不背离所要求保护的主题的精神和范围。此外，虽然在此已经描述了所要求保护的主题的多个不同方面，但是不一定组合地利用此类方面。因此，所附权利要求书旨在涵盖在所要求保护的主题的范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (19)

1.一种用于动力整合的系统，包括：
行星齿轮系统，所述行星齿轮系统包括环齿轮、太阳齿轮、以及行星架；
增压器压缩机，所述增压器压缩机机械地联接至所述环齿轮；
次要涡轮机，所述次要涡轮机机械地联接至所述太阳齿轮；
混合能量装置，所述混合能量装置机械地联接至所述行星架；
内燃发动机(ICE)，所述内燃发动机通过所述行星架和第一离合器机械地联接至所述混合能量装置；以及
制动器，所述制动器经由带式制动器机械地联接至所述增压器压缩机。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统针对动力分配具有模式A，所述模式A包括：
所述带式制动器被接合，使得所述制动器与所述增压器压缩机机械地相联接；并且
所述第一离合器脱离接合，使得所述ICE不与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述系统针对动力分配被配置成用于使所述次要涡轮机向所述混合能量装置提供动力。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述系统针对动力分配具有模式B，所述模式B包括：
所述带式制动器被接合，使得所述制动器与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一离合器被接合，使得所述ICE与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述系统针对动力分配被配置成用于使所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述ICE提供动力。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统针对动力分配具有模式C，所述模式C包括：
所述带式制动器脱离接合，使得所述制动器不与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一离合器脱离接合，使得所述ICE不与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述系统针对动力分配被配置成用于使所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述系统针对动力分配具有模式D1，所述模式D1包括：
所述带式制动器脱离接合，使得所述制动器不与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一离合器被接合，使得所述ICE与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述系统针对动力分配被配置成用于使所述次要涡轮机向所述混合能量装置、所述增压器压缩机、和所述ICE提供动力。
6.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一离合器包括第一正向离合器和第一反向离合器，并且所述系统针对动力分配具有模式D2，所述模式D2包括：
所述带式制动器脱离接合，使得所述制动器不与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一正向离合器脱离接合并且所述第一反向离合器被接合，使得所述ICE与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述系统针对动力分配被配置成用于使所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力，并且所述ICE被配置成用于向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述次要涡轮机是涡轮复合涡轮机。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述次要涡轮机是废热回收涡轮机。
9.一种具有用于动力整合的系统的发动机，包括：
内燃发动机(ICE)、增压器压缩机、次要涡轮机、以及混合能量装置；
行星齿轮系统，所述行星齿轮系统包括环齿轮、太阳齿轮、以及行星架，其中：
所述增压器压缩机机械地联接至所述环齿轮；
所述次要涡轮机机械地联接至所述太阳齿轮；
所述混合能量装置机械地联接至所述行星架；
所述ICE通过第一离合器机械地联接至所述混合能量装置，从而使得所述ICE与所述混合能量装置相接合或脱离接合；并且
制动器经由带式制动器机械地联接至所述增压器压缩机，从而使得所述增压器压缩机与所述制动器相接合或脱离接合。
10.如权利要求9所述的发动机，其中，所述第一离合器包括第一正向离合器和第一反向离合器，使得所述混合能量装置通过所述第一正向离合器与所述ICE进行正向接合，并且所述ICE通过所述第一反向离合器与所述混合能量装置进行正向接合。
11.如权利要求10所述的发动机，其中，所述发动机具有模式A，所述模式A包括：
所述带式制动器被接合，使得所述制动器与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一正向离合器和所述第一反向离合器脱离接合，使得所述ICE不与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置提供动力。
12.如权利要求10所述的发动机，其中，所述发动机具有模式B，所述模式B包括：
所述带式制动器被接合，使得所述制动器与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一正向离合器被接合并且所述第一反向离合器脱离接合，使得所述ICE与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述ICE提供动力。
13.如权利要求10所述的发动机，其中，所述发动机具有模式C，所述模式C包括：
所述带式制动器脱离接合，使得所述制动器不与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一正向离合器和所述第一反向离合器脱离接合，使得所述ICE不与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力。
14.如权利要求10所述的发动机，其中，所述发动机具有模式D1，所述模式D1包括：
所述带式制动器脱离接合，使得所述制动器不与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一正向离合器被接合并且所述第一反向离合器脱离接合，使得所述ICE与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置、所述增压器压缩机、以及所述ICE提供动力。
15.如权利要求10所述的发动机，其中，所述发动机具有模式D2，所述模式D2包括：
所述带式制动器脱离接合，使得所述制动器不与所述增压器压缩机机械地相联接；
所述第一正向离合器脱离接合并且所述第一反向离合器被接合，使得所述ICE与所述混合能量装置机械地相联接；
其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力，并且所述ICE向所述混合能量装置提供动力。
16.如权利要求9所述的发动机，其中，所述次要涡轮机是涡轮复合涡轮机。
17.如权利要求9所述的发动机，其中，所述次要涡轮机是废热回收涡轮机。
18.一种交通工具，包括：
内燃发动机(ICE)、增压器压缩机、次要涡轮机、以及混合能量装置；
行星齿轮系统，所述行星齿轮系统包括环齿轮、太阳齿轮、以及行星架，其中：
所述增压器压缩机机械地联接至所述环齿轮；
所述次要涡轮机机械地联接至所述太阳齿轮；
所述混合能量装置机械地联接至所述行星架；
所述ICE通过第一正向离合器和第一反向离合器机械地联接至所述混合能量装置，从而使得所述ICE与所述混合能量装置相接合或脱离接合；并且
制动器经由带式制动器机械地联接至所述增压器压缩机，从而使得所述增压器压缩机与所述制动器相接合或脱离接合。
19.如权利要求18所述的交通工具，其中，所述ICE、增压器压缩机、次要涡轮机、以及混合能量装置被配置成处于选自下组中的至少一种模式，所述组由以下各项组成：
模式A，其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置提供动力；
模式B，其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述ICE提供动力；
模式C，其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力；
模式D1，其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置、所述增压器压缩机、以及所述ICE提供动力；以及
模式D2，其中所述次要涡轮机向所述混合能量装置和所述增压器压缩机提供动力，并且所述ICE向所述混合能量装置提供动力。
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