CN1685138A - 电动增压器和发电机 - Google Patents
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Abstract
示例性的系统(200)包括电动压缩机(240),以提高提供到内燃机(110)的进气压;发电涡轮(250),以从接收到的来自内燃机(10)的排气中产生电功率;和电功率控制(260),以在增压需求时从功率存储装置(266)向电动压缩机(240)提供电功率,并且在增压要求后和在功率存储装置(266)耗尽到预定的功率存储等级时将发电涡轮(250)产生的电功率提供给电动压缩机(240)。还披露了其它各种示例性的方法、设备和/或系统。
Description
技术领域
在这里披露的主题总的涉及用于通过使用电驱动的压缩机和/或涡轮发电机来提高发动机性能的方法、设备和/或系统。
背景技术
提高进气压(例如,定义为每单位面积的压力或者每单位体积的能量)的方法、设备和/或系统通常从由燃烧产生动力的转轴机械地提取能量。例如,涡轮增压器通常包括压缩机和接附到单独的轴的涡轮,其中,涡轮从排气提取能量,其导致轴旋转,并且从而通过压缩机提高进气压。在另一个例子中,考虑增压器,其使用由驱动轴或者类似物机械地驱动的压缩机来提高进气压。
最近,已经提出电气辅助的设备。例如,电驱动的压缩机包括由车辆的电池系统驱动的电动马达,其中电动马达驱动增压器以提高进气压。还考虑电气辅助涡轮增压器,其包括电动马达和发电机设备,能够加速或减速涡轮增压器的轴。
下面描述具有上述的电驱动压缩机,及之前描述的电气辅助涡轮增压器的功能和/或其它功能的方法、设备和/或系统。
附图说明
对在这里描述的不同的方法、设备和/或系统及其等价物的更加全面的理解,可以通过参考接下来连同附图进行的详细描述来获得,其中:
图1为示出了涡轮增压器和内燃机的简化的概略图。
图2为示出了示例性的增压系统和内燃机的简化的概略图。
图3为示出了图1中的涡轮增压器和内燃机和图2中的示例性的增压系统和内燃机的示例性性能的简化的概略图形图。
图4为示出了示例性的增压系统的方块图。
图5为示出了具有一个或多个压缩机和/或一个或多个涡轮的示例性的增压系统的方块图。
图6为示出了图4中的示例性的增压系统的方块图,进一步包括一个或多个电气系统。
图7为示出了用于提高进气压的示例性的方法的方块图。
图8为示出了用于做出调节以改进排放的示例性的方法的方块图。
图9为示出了用于提高进气压和从排气提取能量的示例性的方法的方块图。
图10为示出了用于部分地使用几何形状可变的涡轮来提高内燃机的进气压的示例性的方法的方块图。
具体实施方式
参考附图,其中相同的参考数字指的是相同的部件,不同的方法示出为在适合的控制和/或计算环境中实现。尽管不是必需的,不同的方法通常以计算机可执行的指令来描述,诸如程序模块,其由计算机和/或其它计算设备执行。通常,程序模块包括子程序、程序、对象、组件、数据结构等等,其执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。
在这里的一些图表中,不同算法的动作以单独的“块”概括。这样的块描述当过程进行时作出或执行的特定的动作或判定。在使用微控制器(或等价物)时,在这里呈现的流程图为“控制程序”或软件/固件提供了基础,其可以被这样的微控制器(或等价物)使用,以控制设备和/或系统。同样地,该过程实现为可存储在存储器中的机器可读的指令,当由处理器执行时,执行不同的以块示出的动作。另外,不同的图表包括单独的“块”,其为设备和/或系统的可选择的结构部件。例如,“控制器块”可选择地包括控制器作为结构部件,“检测器块”可选择地包括检测器作为结构部件,“涡轮增压器块”可选择地包括涡轮增压器作为结构部件,等等。
本领域的普通技术人员可以容易地基于这里呈现的流程图和其它描述写出这样的控制程序。应该理解和意识到,在这里描述的主题不仅包括编程序以执行下面描述的动作的设备和/或系统,还包括配置为给微控制器编程序的软件,另外还包括任何和全部可以包含这样的软件的计算机可读取的存储介质。这样的计算机可读取的存储介质的例子包括,但不局限于,软盘、硬盘、光盘、随机存储器、只读存储器、快速存储器和类似物。
涡轮增压器常常用于增加内燃机的输出。参考图1,示出了示例性的系统100,其包括示例性的涡轮增压器120和示例性的内燃机110。内燃机110包括发动机块118,其容纳一个或多个可运转地驱动轴112的燃烧室。如图1中所示,进气口114为燃烧气体(例如,空气)或进气到发动机块提供流动通道,而排气口116提供用于从发动机块118排气的流动通道。
示例性的涡轮增压器120作用为从排气提取能量并且为进气提供能量。如图1所示,涡轮增压器120包括进气入口130、具有压缩机124的轴122、涡轮126和排气出口134。从发动机110转向涡轮126的排气导致轴122旋转,这又使得压缩机124旋转。压缩机124在旋转时向燃烧气体(例如,环境空气)供给能量,以在进气压(例如,每单位面积的压力或者每单位体积的能量)中产生“增压”,这通常称作“增压压力”。如此,涡轮增压器可以有助于向发动机提供更大量的进气质量(通常与碳基和/或氢基的燃料混合),其在燃烧中转化为更大的发动机输出。
参考图2,示出了示例性的系统200,其包括示例性的增压/发电系统220和图1中所示的示例性的内燃机110。该示例性的增压/发电系统220作用为从排气提取能量并且为进气提供能量。如图2所示,该增压/发电系统220包括进气入口230、压缩机224、涡轮226和排气出口234。示例性的增压/发电系统220还包括电动压缩机单元240,发电涡轮单元250和电控制单元260。通过连接物246连接到电控制单元260的电动压缩机单元240,包括马达和可运转地连接到压缩机224的第一可旋转的轴242。连接物246充当用于电动压缩机单元240的功率输入和/或控制输入。通过另一个连接物256连接到电控制单元260的发电涡轮单元250,包括发电机和可运转地连接到涡轮226的第二可旋转的轴252。
从发动机110转向涡轮226的排气导致轴252旋转,其又导致发电涡轮单元250产生功率。当然,发电涡轮单元250可以可选择地运转以使涡轮226减速,例如,通过通常通过轴252施加的电的、磁的和/或机械的负载。发电涡轮单元250通常将产生的功率传送到电控制单元260(例如,通过连接物256)。电控制单元260可选择地存储传送的产生的功率和/或将功率引导到电动压缩机单元240(例如,通过连接物246)。电动压缩机单元240可以使用从电控制单元260提供的功率来旋转轴242(例如,通过马达)并且从而驱动压缩机224。
当然,电动压缩机单元240、电控制单元260和发电涡轮单元250可以集成到一个单元,其具有可运转地连接到压缩机224的轴(例如,轴242)和可运转地连接到涡轮226的另一个轴(例如,轴252)。可替换地,电动压缩机单元240或者发电涡轮单元250和电控制单元260集成到一个单元,其具有可运转地连接到压缩机224的轴(例如,轴242)或可运转地连接到涡轮226的轴(例如,轴252)。在另一个替换中,电动压缩机单元240和发电涡轮单元250集成到一个单元,其具有可运转地连接到压缩机224的轴(例如,轴242)和可运转地连接到涡轮226的另一个轴(例如,轴252)。
示例性的电动压缩机单元(例如,压缩机单元240)包括能够输出级别足够旋转压缩机(例如,压缩机242)的功率的马达。例如,示例性的压缩机包括能够输出级别等于大约20马力到大约30马力和/或能够以等于大约每分钟250000转或更高的速率旋转压缩机(例如,压缩机242)的功率的马达。示例性的压缩机单元(例如,压缩机单元240)可选择地运转在大约12伏特到300伏特或更高的电压下。例如,示例性的压缩机单元可以运转在大于大约24伏特的电压下。前述的功率级别和速度通常取决于压缩机的尺寸,另外,较大尺寸的发动机一般需要较高的功率级别和较低的转速。当然,能够达到其它功率级别和/或其它速度的压缩机单元也是可能的。
在这里披露的不同的示例性的方法、设备和/或系统通常作用为增强内燃机的性能。性能包括,例如,功率、扭矩、效率、排放等等。参考图3,示出了对应图1的涡轮增压器120和对应图2的示例性的增压和/或发电系统220的示例性的简化的概略图300。一组标记为120的图表与图1的涡轮增压器120相联系,另一组标记为220的图表与图2的示例性的增压/发电系统220相联系。
参考图表组120,示出了功率需求和/或燃料流量关于时间、空气流关于时间、发动机功率关于时间和排放关于时间的图表。参考需求和/或燃料流量(D/F)关于时间的图表,在大约t_0时间,需求和/或燃料流量增加。响应需求和/或燃料流量的增加,空气流(例如,或质量空气流)增加,在大约t_1时间稳定。在此例子中,在时间t_0和时间t_1之间存在空气流时间延迟(ΔtA)。类似的,在发动机功率(ΔtP)中和潜在地在排放(ΔtE)中存在时间延迟。在涡轮增压的发动机中,这样的延迟通常被称作″涡轮延迟″。这里描述的不同的示例性的方法、设备和/或系统,和/或它们的等价物,运转以减小这样的时间延迟。
参考图表组220,需求和/或燃料流量的增加发生在大约t_0时间。响应需求和/或燃料流量的增加,控制器(例如,图2中的电控制单元260)为电动压缩机单元(例如,图2中的电动压缩机单元240)提供功率。依次,电动压缩机单元驱动可运转地连接到压缩机(例如,图2中的压缩机224)的轴(例如,图2中的轴242),以从而提高空气压力并且因此提高空气流入内燃机(例如,图2中的内燃机110)。注意在空气流(
)关于时间的图表中,在大约t_0时间空气流几乎瞬时增加。因此,该示例性的系统减小和/或充分地消除与涡轮增压器120有关的延迟时间。另外,注意在功率(P)对于时间的图表中示出了类似的状态。另外,相应的排放(E)响应于需求和/或燃料流量(D/F)的增加可能减小。
参考图4,示出了图2中的示例性的系统220的各个的部件的方块图。该示例性的系统220包括电动压缩机单元240、发电涡轮单元250和电控制单元260。电控制单元260包括控制器262、功率电子设备264和电功率存储装置266。通常,控制器262具有一个或多个与功率电子设备264和/或电功率存储装置266的通信连接物。这样的连接物可选择地允许通过控制器262控制功率电子设备264和/或功率存储装置266。此外,控制器262可以控制功率通过连接物252从发电涡轮单元250输入,和/或功率通过连接物242从电控制单元260输出到电动压缩机单元240。示例性的控制器还可以包括转换开关,用于将电动马达的运转从功率存储装置(例如,功率存储装置266)转换到另一个电源。开关可以替代地,或者附加地,允许对功率存储装置充电。例如,在功率存储装置耗尽到预定的功率存储等级后,开关可以转换到另一个电源,以为电动马达供电和/或对功率存储装置充电。当然,发电涡轮单元250可以作为另一个电源。考虑到预先确定的功率存储等级,此等级可选择地取决于诸如周期时间、总周期数、使用寿命、充电/放电特性等等因素。这样的等级通过控制器和/或其它设备可选择地编程和/或确定。
示例性的控制器(例如,控制器262)还可以包括用于接收和内燃机的运转有关的信息。此外,这样的控制器还包括控制逻辑和/或其它用于至少部分地基于该信息确定是否提高供应到内燃机的进气压的确定装置。在确定为需要增压时,附加的控制逻辑和/或控制装置可以随后从功率存储装置引导电功率到电动压缩机,和/或在确定为需要增压后且在功率存储装置耗尽到预定的功率存储等级时,引导由发电涡轮产生的电功率到电动压缩机。
如已经提到的,示例性的压缩机单元(例如,压缩机单元240)可选择地运转在大约12伏特到大约300伏特或更高的电压下。通常,压缩机单元运转的电压超出那些在车辆电气系统中通常使用的电压。此外,在通常的车辆电气系统中可利用的功率可能不足以满足一些示例性的电动压缩机单元的功率需求。
示例性的功率存储装置(例如,功率存储装置266)包括一个或多个电容器和/或电池。通常,这样的电容器和/或电池可以为电动压缩机单元(例如,压缩机单元240)提供足够提高进气压的功率。通常,当与电容器比较时,电池倾向于具有更长的充电时间。一种类型的电容器,有时称作″超级电容器″,包括高能量电容器和高功率电容器。高能量电容器通常具有数百秒数量级的充电时间,高功率电容器通常具有大约10秒数量级的充电时间;其它电容器的充电时间可以更长或者更短。单独的或组合的适合的超级电容器,能够产生从几伏特到300伏特以上的电压,能够超过100000次循环,并且具有超过大约1千焦耳的额定功率。在这里描述的各种示例性的系统可选择地包括超级电容器以用于功率存储。另外,各种示例性的系统包括与车辆的主电气系统隔离的功率存储装置和/或运转在比车辆的主电气系统等级高的电压等级下的功率存储装置。
示例性的功率存储装置、控制器或者功率电子设备还可以包括电路,诸如,但不局限于,整流器电路和倍压器电路,以分别整流和增加电压。例如,整流器电路可以运转以将交流电整流为直流电,倍压器电路可以通过并联地给电容器充电和串联地让电容器放电来运转。当然,示例性的压缩机单元和/或示例性的涡轮单元可以包括功率存储装置和/或电路。此外,示例性的涡轮单元可以产生足够的在线功率,以直接运转压缩机单元(例如,可选择地通过整流器电路),并且从而允许旁路功率存储装置。
再次参考图3,示例性的进气增压系统可以仅仅需要等于大约几秒钟的压缩机运转以减小延迟。因此,功率存储装置、控制器和/或功率电子设备可选择地设计为间歇地运转,以为压缩机提供功率脉冲,例如,其中每个脉冲不超过大约10秒钟。当然,功率存储装置、控制器和/或功率电子设备也可能用于更长的脉冲(例如,大于大约10秒钟)和/或更短的脉冲(例如,小于大约10秒钟)。示例性的方法可以包括通过使用存储的功率(例如,电容器和/或电池)来启动,接下来使用来自涡轮发电机的在线功率。在这样的示例性的方法中,存储的功率仅仅使用几秒钟(例如,大约2秒钟到大约3秒钟)。考虑示例性的方法,其包括放电一个或多个电容器以为电动压缩机单元供电大约3秒钟,随后切换到来自作为发电机运转的发电涡轮单元的在线功率,或者替代地,切换到另一个电容器或电容器组。在后面的例子中,作为发电机运转的在线发电涡轮单元可选择地充电一个或多个电容器,同时一个或多个其它电容器放电。
参考图5,示出了图4中的示例性的系统220的方块图,其中该示例性的系统包括多于一个电动压缩机单元240、240′和/或多于一个发电涡轮单元250、250′。使用多于一个涡轮和/或多于一个压缩机可以使得性能提高。例如,多个压缩机可以根据性能需要分阶段运转。考虑到需求增加小时一个压缩机足够提供增压,需求增加大时使用两个或更多个压缩机来提供增压。另外,一个涡轮可以提供足够的电功率以驱动多于一个压缩机或者多于一个涡轮可以提供电功率来驱动一个压缩机。当然,通过使用一个或多个压缩机和/或一个或多个涡轮的不同的其它配置也是可能的。
再次参考图5,在示例性的系统220中,各种示例性的单元具有到电控制单元260的连接物,用于传送功率和/或通信和控制有关的信息(例如,控制参数,等等)。在图4和/或图5中示出的示例性的系统220可选择地包括隔离和/或分开的电气系统,其与车辆的主电气系统隔离和/或分开。
参考图6,示出了图4中的示例性的系统220的方块图,连同一个或多个电气系统块610、620。如图6所示,电气系统块610可选择地对应运转在足够运转一个或多个电动压缩机单元(例如,图5中的压缩机单元250、250′)的电压和功率下的电气系统;而电气系统块620可选择地对应运转在足够运转车辆的其它电气需求(例如,电热塞、点火装置、起动器马达、灯、计算机,等等)的电压和功率下的电气系统。
如图6所示,在电控制单元260和电气系统块610之间存在连接物612,并且在电控制单元260和电气系统块620之间存在另一个连接物622。连接物612和/或连接物622通常运转以传送关于电动压缩机单元和/或发电涡轮单元的运转的信息和/或功率。例如,车辆的主电气系统(例如,涉及一个或多个用于电气需求的电池)可选择地通过连接物622提供功率以运转控制器(例如,控制器262)或类似物,其又控制与运转在比车辆的主电气系统高的电压下的电气系统有关的功率。当然,由发电涡轮单元(例如,发电涡轮单元250)产生的功率可选择地产生功率,用于控制和用于为一个或多个电动压缩机单元(例如,压缩机单元240)供电。在这样的示例性的系统中,整流器或类似物可选择地将时变电压转换成一个或多个直流电压,其中一个电压可以为控制供电,同时另一个电压为与电动压缩机单元(例如,压缩机单元240)有关的马达供电。
再次参考图3中的图组120,在通常的涡轮增压器和内燃机系统中,对功率增加的需求通常导致对到发动机的燃料流量的增加;然而,当燃料流量增加时,燃烧效率可能受到空气流不足的限制。然而,响应燃料流量的增加,排热也增加了,其又通常增加排气温度和发动机背压。相应地,涡轮能够从排气中提取额外的能量,其又增加了到压缩机的功率。在这样的系统中,当涡轮增压器的轴的速度增加时,速度部分地由涡轮和/或压缩机惯性来抵抗(即,涡轮和压缩机通常接附到相同的轴)。尽管存在这样的抵抗,轴的速度的增加通常会发生,其导致压缩机增加到发动机的空气流,从而为给定的燃料流量提供更加充分的空气流。同样,此过程经常导致已知为″涡轮延迟″的情况。如已经提到的,这里描述的各种示例性的方法、设备和/或系统可选择地运转以减小和/或消除诸如,但不限于,涡轮延迟的情况。
示例性的增压和/或发电系统,诸如图2或图6中的系统220,电动压缩机单元和发电涡轮单元分别包括轴,这些轴可以以相同或不同的速度旋转。这样的系统使得每个轴可以以与其它轴不同的速度旋转。实际上,轴旋转的速度可以彼此无关。另外,涡轮和压缩机惯性实质上是脱开联系的。因此,压缩机尺寸、重量等等可选择地确定,而与涡轮的尺寸、重量等等无关,反之亦然。例如,比起与轴和涡轮组件有关的压缩机(例如,与图1的涡轮增压器单元120有关的压缩机),与电动压缩机单元有关的压缩机可以选择为更大和更有效率。
参考图7,示出了示例性的方法700的方块图。根据示例性的方法700,在一个或多个检测块704、704′、704″中,电控制单元(例如,图2的电控制单元260)和/或其它部件检测到需要或接收到增加空气流的要求704、需要或增加燃料流量的要求704′和/或需要或增加功率的要求704″(例如,检测到增加功率的需求)。控制块708(例如,图2的电控制单元260)从一个或多个检测块704、704′、704″(直接地和/或间接地)接收信息并且,作为响应,适当地调节到一个或多个电动压缩机单元的功率。
参考图8,示出了另一个示例性的方法800。在检测块804中,检测器检测排放。当然,排放可以基于运转状态和/或其它信息确定。然后,确定块808(例如,图2的电控制单元260)确定一个或多个响应检测到的排放的控制参数,其中该一个或多个控制参数作为控制信号可传送。如适当的,接下来是各种的调节块812、812′、812″。例如,调节块812接收到控制信号,以调节到压缩机的功率,调节块812′接收到控制信号以调节涡轮发电机,调节块812″接收到控制信号,以调节燃料流量。因此,对压缩机、涡轮发电机和/或燃料流量的调节允许改良排放。更进一步的,这样的调节可以允许改良对排气的后处理。例如,一个或多个调节可以使得催化式排气净化器或其它后处理工艺运转得更有效率。考虑到催化式排气净化器具有最适合的运转温度、排气流速和/或排气负载(例如,一种或多种化学物质的浓度)。对压缩机、涡轮发电机和/或燃料流量的调节可以,例如,导致排气温度增加、排气负载减小,等等。
参考图9,示出了示例性的方法900的方块图。在接收块904中,电控制单元(例如,图2的电控制单元260)接收到关于需求增加(例如,图3中所示的需求″D/F″)的信息。通常,这样的需求的增加与增加燃料流量的需求或者燃料流量的实际增加有关和/或是其结果。如图9中所示,在″增加燃料流量″块908中,到发动机的燃料流量增加。通常,燃料包括通常与燃烧气体混合的氢基和/或碳基的燃料。在″增加到压缩机的功率″块912中,电控制单元为一个或多个电动压缩机单元提供增加的功率。例如,电控制单元可以从功率存储装置(例如,电容器、电池等等)提供功率,替代地,电控制单元可以从发电机提供在线功率。块908和912中执行的功能可选择为同时发生。在″增加到涡轮的功率″块916中,至少部分地,到一个或多个电动压缩机单元的功率的增加导致从燃烧产生的功率增加,这又导致排气能量增加。如块916示出的,排气能量的增加转化为到涡轮的功率增加。所得到的到涡轮的功率增加使得发电涡轮单元可以产生电功率,如发电块920所示出的。如图9中所示,电功率的产生使得到一个或多个电动压缩机单元的功率进一步增加。例如,发电块920可以允许在功率存储装置耗尽的情况下延长电动压缩机运转,或者其可以允许向功率存储装置重新充电。此外,通过增加燃料流量块908可以另外增加燃料流量。
能够执行该示例性的方法900的示例性的系统使得压缩机和涡轮可以以不同的速度旋转,使用与车辆的主电气系统隔离的电源系统,其中该电源系统运转在比主系统高的电压下,包括一个或多个能够存储足够用于压缩机运转大约3秒钟的功率的电容,和/或使用比通常与涡轮增压器有关的涡轮更大和效率更高的涡轮,因为在电动压缩机单元的加速中,涡轮惯性不是重要的因素。示例性的系统还可以包括用于将电动马达的运转从功率存储装置切换到另一个电源的开关。另外,该开关可以允许对功率存储装置重新充电。例如,在功率存储装置耗尽后,开关可以转换到另一个电源,以为电动马达供电和/或为功率存储装置重新充电。
如已经提到过的,在通常的涡轮增压器和内燃机系统中,对增加功率的需求通常导致到发动机的燃料流量的增加;然而,在这一点上,燃烧效率通常受到空气流不足的限制。可变几何形状涡轮增压器(VGT),诸如,但不限于,GARRETT VNTTM和AVNTTM(Garrett公司)涡轮增压器,其使用多个可调节的叶片来控制穿过涡轮的排气流量,可以处理这样的空气流问题。定位在到涡轮的入口的可调节的叶片运转以控制到涡轮的排气的流量。例如,GARRETT VNTTM涡轮增压器调节在涡轮的入口的排气流量,以优化对要求的负载的涡轮功率。叶片朝向关闭位置的运动通常引导排气流量更加沿切线方向到达涡轮,其随后将更多的能量传递到涡轮,并且从而增加有关的涡轮增压器压缩机的压缩机增压。相反地,叶片朝向打开位置的运动通常引导排气流量更加沿径向方向到达涡轮,其随后减小了到达涡轮的能量,并且从而减小了压缩机增压。因此,在低发动机速度和小排气流量下,VGT涡轮增压器可以增加涡轮功率和增压压力;而在发动机全速/满负荷和高空气流下,VGT涡轮增压器可以有助于避免涡轮增压器超速和有助于保持适合的或要求的增压压力。存在用于控制几何形状的多种控制方案,例如,依靠压缩机压力的促动器可以控制几何形状和/或发动机管理系统可以使用真空促动器来控制几何形状。总之,VGT可以允许增压调节,这可以有效地优化功率输出、燃料效率、排放、响应和/或磨损。当然,涡轮增压器可以使用废气门技术,作为对之前提到的可变几何形状技术的替换或附加。
在VGT涡轮增压器中,响应燃料流量的增加,调节几何形状以增加排气背压(通常温度)超过与通常的涡轮增压器有关的值。相应的,涡轮能够从该排气中提取一些额外的能量,其又增加了到压缩机的功率。在这样的系统中,当涡轮增压器的轴的速度增加时,速度的增加部分地被涡轮和/或压缩机惯性抵抗;然而,通常,轴速度的增加导致压缩机增加到发动机的空气流,其又为给定的燃料流量提供了更加充足的空气流。尽管可变几何形状的涡轮增压器可以提供对通常的涡轮增压器的改进,这种方法仍然可能导致″涡轮延迟″。
参考图10,示出了示例性的方法1000的方块图。该示例性的方发1000依靠可变几何形状涡轮的使用。在接受块1004中,电控制单元(例如,图2的电控制单元260)接收关于需求(例如,图3中示出的需求″D/F″)增加的信息。通常,这样的需求的增加与燃料流量增加的需求或燃料流量的增加有关和/或是其结果。如图10中所示,在″增加燃料流量″块1008中,到发动机的燃料流量增加。通常,燃料包括通常与燃烧气体混合的氢基和/或碳基的燃料。在″增加到压缩机的功率″块1012中,电控制单元为一个或多个电动压缩机单元提供增加的功率。例如,电控制单元可以从功率存储装置(例如,电容器、电池,等等)提供功率,替代地,电控制单元可以从发电机提供在线功率。在块1008和1012中执行的功能可选择为同时发生。在″增加到涡轮的功率″块1016中,到一个或多个电动压缩机单元的功率的增加导致来自燃烧的功率增加,其又导致排气能量增加。如由块1016示出的,排气能量的增加通常转化为到涡轮的功率增加。在增加到涡轮的功率的块1016同时、之前和/或之后,调节块1018可选择地调节该可变几何形状涡轮的涡轮几何形状,以增加到涡轮的排气能量。调节块1018可选择地响应接收到的由控制单元传送的命令和/或控制参数。在特定的例子中,在涡轮几何形状调节之前出现延迟,从而该调节增加了排气背压。
所得到的到涡轮的功率增加(例如,通过增加的燃烧能量和/或几何形状调节)允许发电涡轮单元产生电功率,如由发电块1020所示出的。如图10中所示,电功率的产生允许进一步增加到一个或多个电动压缩机单元的功率。例如,发电块1020可以允许在功率存储装置耗尽的情况下延长电动压缩机的运转,或者其可以允许对功率存储装置重新充电。此外,通过增加燃料流量块1008,可以附加地增加燃料流量。当然,这样的电动压缩机单元可选择地与通常的涡轮增压器或者VGT涡轮增压器一起运转。此外,电动压缩机单元的数量和涡轮的数量可以不同。例如,参考图5,一个发电涡轮单元(例如,涡轮单元250)可以为两个电动压缩机单元供电(例如,压缩机单元240、240′)。另外,任意数量的涡轮可选择地包括可变几何形状的能力。
虽然一些示例性的方法、设备和系统已经在附图中示出并且在之前的具体实施方式中描述,应该理解该方法和系统不限于披露的示例性的实施例,而是能够在不偏离接下来的权利要求书阐明和限定的精神的情况进行许多重置、修改和替换。
Claims (15)
1.一种方法,其包括:
接收增加内燃机的输出的需求;
响应该需求,向电动压缩机单元提供存储的功率,从而增加到内燃机的进气压;
调节配置为从内燃机产生的排气中提取能量的发电涡轮单元的可变几何形状的涡轮的几何形状;
使用该发电涡轮单元产生电功率;和
提供产生的电功率到一个或多个从包括电动压缩机单元和功率存储装置的组中选择的部件。
2.如权利要求1所述的方法,其中,该调节增加内燃机的排气背压。
3.如权利要求1所述的方法,进一步包括增加到内燃机的燃料流量。
4.如权利要求3所述的方法,其中,增加燃料流量和向电动压缩机单元提供存储的功率同时发生。
5.如权利要求1所述的方法,其中,提供存储的功率包括使一个或多个从包括电容器和电池的组中选择的部件放电,和可选择地,其中向电动压缩机单元提供存储的功率发生大约3秒钟或者更少。
6.如权利要求1所述的方法,其中,可运转地连接到电动压缩机单元的压缩机的第一可旋转的轴可选择地以与可运转地连接到发电涡轮单元的涡轮的第二可旋转的轴不同的速度旋转。
7.一个或多个计算机可读取的介质,其上具有计算机可读取的指令,当其由可编程的设备执行时,这些指令允许该设备接收增加内燃机的输出的需求;响应该需求,要求向电动压缩机单元提供存储的功率,从而增加到内燃机的进气压;调节配置为从内燃机产生的排气中提取能量的发电涡轮单元的可变几何形状的涡轮的几何形状;要求使用发电涡轮单元产生电功率;以及要求提供产生的电功率到一个或多个从包括电动压缩机单元和功率存储装置的组中选择的部件。
8.一种方法,其包括:
接收增加内燃机的输出的需求;
响应该需求,向电动压缩机单元提供存储的功率,从而增加到内燃机的进气压;
增加到内燃机的燃料流量;
使用配置为从内燃机产生的排气中提取能量的发电涡轮单元来产生电功率;和
提供产生的电功率到一个或多个从包括电动压缩机单元和功率存储装置的组中选择的部件。
9.如权利要求8所述的方法,进一步包括调节发电涡轮单元的可变几何形状的涡轮的几何形状,以及,可选择地,其中该调节增加了内燃机的排气背压。
10.如权利要求8所述的方法,其中,增加燃料流量和向电动压缩机单元提供存储的功率同时发生。
11.如权利要求8所述的方法,其中,提供存储的功率包括使一个或多个从包括电容器和电池的组中选择的部件放电,和可选择地,其中向电动压缩机单元提供存储的功率发生大约3秒钟或者更少。
12.如权利要求8所述的方法,其中,可运转地连接到电动压缩机单元的压缩机的第一可旋转的轴可选择地以与可运转地连接到发电涡轮单元的涡轮的第二可旋转的轴不同的速度旋转。
13.一个或多个计算机可读取的介质,其上具有计算机可读取的指令,当其由可编程的设备执行时,这些指令允许该设备接收增加内燃机的输出的需求;响应该需求,要求向电动压缩机单元提供存储的功率,从而增加到内燃机的进气压;要求增加到内燃机的燃料流量;要求使用配置为从内燃机产生的排气中提取能量的发电涡轮单元来产生电功率;以及要求提供产生的电功率到一个或多个从包括电动压缩机单元和功率存储装置的组中选择的部件。
14.一种用于提高提供给内燃机的进气压的电动压缩机,该电动压缩机包括:
可运转地连接到可旋转的轴的压缩机;
可运转地连接到可旋转的轴的电动马达;
配置为向电动马达提供存储的电功率的功率存储装置,其中该功率存储装置包括一个或多个电容器;和
配置为从电源接收电功率以完成一个或多个从包括为一个或多个电容器充电和向电动马达提供电功率的组中选择的任务的功率输入装置,其中,该电源和电动马达运转在高于大约24伏特的电压下,并且可选择地,其中该电动压缩机和电源与任何其它与内燃机有关的电气系统隔离。
15.如权利要求14所述的电动压缩机,其中,该一个或多个电容器包括超级电容器。
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