JP2019183842A - 内燃機関のための過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、可変出力曲線に従って動作する内燃機関（１０）のための過給装置（１）に関する。【解決手段】過給装置（１）は、空気供給経路（Ｌ）を介して空気を内燃機関（１０）に過給するための電気モータ（Ｍ）によって電気的に駆動される圧縮機（Ｖ）と、内燃機関（１０）によって駆動される第１の発電機（３０）を介して電気エネルギを供給するための蓄電池（２０）と、を備えており、動力を供給するために、電気モータ（Ｍ）が、蓄電池（２０）に貯蔵された電気エネルギに接続されており、これにより現在の負荷すなわちその時点における内燃機関（１０）の出力曲線上の動作点から独立して、圧縮機（Ｖ）が駆動される。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関、好ましくはハイブリッド駆動システムの内燃機関のための過給装置に関する。

過給システムの様々な構成が、従来技術として知られている。特許文献１は、内燃機関を運転するための方法であって、内燃機関が、可変タービン形状を有する少なくとも１つの高圧排出ガスタービンと高圧圧縮機とを具備する少なくとも１つの高圧排出ガスターボ過給機、及び、可変タービン形状を有する低圧排出ガスタービンを具備する低圧排出ガスタービンと低圧圧縮器とを具備する少なくとも１つの低圧排出ガス過給機を備えている、方法を開示している。

特許文献２は、吸引側から圧力側に向かって流体を輸送すると共に吸引側における第１の圧力から圧力側における第２の圧力に至るまで流体を圧縮する圧縮機を具備する内燃機関のための過給装置を開示している。特許文献２に係る過給装置では、圧力側と吸引側との間の迂回路が、負圧で接続された吸引噴射ポンプを具備する過給装置のハウジングの内部に設けられている。

外出ガス過給機又は排出ガス圧縮機を介して過給されるこのような内燃機関はそれぞれ、排出ガス過給機に依存するシステムであるために、内燃機関の出力を高める際に（例えば駆動モータを加速させる場合に）始動時において明確な出力遅れすなわちターボラグが事実上発生するという欠点を有している。

しかしながら、このような初期のターボラグすなわち出力遅れを回避するために、圧縮機を急速に加速させる場合に内燃機関を過給する状態が望ましい。

独国特許出願公開第１０２０１６１０７８７０号明細書 国際公開第２０１６／０７４７５２号パンフレット

従って、本発明は、上述の欠点を克服するという目的に基づくものであり、特に負荷を増大させた場合における動作挙動が改善された内燃機関のための過給装置を創造し、内燃機関の様々な動作点においても効率的な空気の供給ひいては内燃機関への急速過給を確保するものである。

本発明の第１の基本的な着想は、内燃機関の動作点及びその時点における内燃機関の現負荷状態から独立して、ひいてはその時点において発生した排出ガス流れから独立して、電気的に駆動される圧縮機を介して必要とされる過給が実施されるように、負荷が大きくなった場合に空気の急速供給を実現することである。本発明の第２の実施態様は、同様にその時点における現動作状態から負荷の観点において独立して、エネルギの貯蔵が可能であり、これにより、言わば内燃機関が停止状態から加速された場合であっても電気モータのための必要な電気エネルギを得ることができる、圧縮機の電気駆動装置のエネルギ供給に関する。

本発明では、当該目的を達成するために、可変出力曲線に従って動作する内燃機関のための過給装置であって、過給装置が、空気供給経路を介して空気を内燃機関に過給するための電気モータによって電気的に駆動される圧縮機と、内燃機関によって駆動される（又は駆動可能とされる）第１の発電機を介して電気エネルギを供給するための蓄電池と、を備えており、動力を供給するために、電気モータが、蓄電池に貯蔵された電気エネルギに接続されており、これによりその時点における内燃機関の出力曲線上の現在の動作点から独立して、圧縮機を駆動させることができる、過給装置を提案する。

好ましくは、運転中に、第１の発電機が、内燃機関の機械的出力を介して駆動される発電機とされる。これにより、蓄電池から抽出されたエネルギが、常に蓄電池が圧縮機の電気モータにエネルギを供給するために十分なエネルギを有しているように、再充電可能とされる。

さらに優位には、第２の発電機がさらに設けられている場合には、過給装置が、内燃機関の排出ガス流れによってエネルギを発生させるために、排出ガス流れによって駆動可能とされる機械装置に機械的結合を介して間接的に接続されている。このことは、第２の発電機が同様に交流発電機である場合に、特に優位である。

本発明の好ましい構成では、第１の発電機が、軸発電機として構成されており、歯車段を介して内燃機関の機械的出力に直接接続されている。

本発明のさらなる優位な構成では、機械装置が、内燃機関の排出ガス流れによって駆動可能とされるタービン（例えば、排出ガスタービン）とされ、当該タービンは、当該タービンが回転する場合に、蓄電池のために代替的には電力消費のために利用可能とされる電気エネルギを発生させるために、第２の発電機が機械的に駆動されるように、第２の発電機に駆動可能に接続されている。このために、発電機に接続されている構成要素に供給するための電気エネルギのエネルギ流れを制御するための、適切な制御装置が設けられている。

本発明のさらなる発展形態では、タービンが、第１の発電機に駆動可能に接続可能とされるか、又は第１の発電機に駆動可能に接続されている。従って、内燃機関の回転速度が遅いが、排出ガス流れが存在する場合には、排出ガス流れが、発電機を駆動するために利用可能とされる。

特に優位には、調整制御装置は、その時点における内燃機関の現在の動作点に従って、過給装置が、第１の発電機及び／又は第２の発電機それぞれが現在発生させた電気エネルギを蓄電池に供給可能とされるように制御するようになっており、電気エネルギそれぞれの残量が、エネルギの消耗又は外部消費のために、すなわち他の目的のために負荷に依存しないで利用可能とされる。効率的に制御することによって、車両又は輸送手段の所定の分野における従来技術に基づく交流発電機は、エネルギを消費者に供給するためには、並びに必要なエネルギを過給装置又は蓄電池の発電機から得るためには不必要となる。

また、本発明のさらなる実施態様は、内燃機関と上述の過給装置とを備えているシステムであって、内燃機関が、第１の発電機と第２の発電機との間に接続されている駆動要素を介して、第１の発電機及び第２の発電機のうち少なくとも１つの発電機に間接的に駆動可能に接続されている、システムに関する。特に優位には、システムが、内燃機関が駆動要素のうち一の駆動要素であるハイブリッド駆動システムとされる。

本発明の他の優位なさらなる発展形態は、従属請求項及び図面によって詳細な図解された発明の詳細な説明において特徴づけられている。

本発明における過給装置の第１の実施例を表わす。 本発明における過給装置の第２の代替的な実施例を表わす。

本発明について、典型的な実施例を介して、図１及び図２を参照しつつ詳述する。このために、同一の参照符号が同一の構造又は機能的特徴に関連する図１及び図２は、本発明における過給装置の２つの異なる実施例を表わす。

図１は、本発明における過給装置１の第１の実施例、ひいては内燃機関１０を具備する過給装置１から成るシステムを表わす。

図１から明らかなように、過給装置１は内燃機関１０のために設けられている。この場合には、内燃機関１０は、ハイブリッド駆動システムにおける内燃機関を表わしており、様々な負荷レベルにおいて動作可能とされる。内燃機関１０が無負荷状態である場合に、内燃機関１０は極小さい排出ガス流れＡを発生させるにすぎない。しかしながら、図１に表わす実施例では、排出ガス流れＡは、圧縮機を駆動させるためには利用されない。むしろ、図示の圧縮機Ｖは、入口側において供給通路Ｌを介して吸引された空気を圧縮するために、及び、内燃機関１０を過給するための空気を内燃機関１０に供給するために利用される。

当該実施例では、圧縮機Ｖは、排出ガスターボ過給機として構成されていないが、電気モータＭによって電気的に駆動される圧縮器Ｖとして構成されている。電気モータＭは、蓄電池２０によって給電されるように蓄電池２０に接続されている。

さらに、内燃機関１０によって駆動される第１の発電機３０が、蓄電池２０を充電するために設けられている。

電気モータＭが、駆動に必要なエネルギを蓄電池２０から直接受けるので、現在の負荷すなわちその時点における内燃機関１０の動作点から独立して、ひいてはその時点における内燃機関１０の排出ガス流れＡから独立して、圧縮機Ｖを駆動することができる。従って、圧縮機Ｖは、内燃機関１０の出力範囲が比較的低い場合であっても、及び、圧縮機Ｖが加速された直後であっても、全空気出力を発生させることができる。このことは、排出ガスターボ過給機であっても、特定の出力遅れを以って可能であるにすぎない。

当該典型的な実施例では、第１の発電機３０は、機械的出力１１を介して、具体的には内燃機関１０の駆動軸を介して駆動される軸発電機とされる。

図２に表わす代替的な実施例では、第２の発電機４０が、この場合には発電機と同様に設けられており、内燃機関１０の排出ガス流れＡによってエネルギを発生させるために、機械的結合によって排出ガスタービンＴを介して間接的に駆動される。当該実施例では、第２の発電機４０は、電気エネルギを蓄電池２０に供給する。

従って、図２に表わす典型的な実施例では、圧縮機Ｖを第１の発電機３０及び第２の発電機４０を介して動作させるためのエネルギを、蓄電池２０のために発生させることができる。

当該代替的な実施例では、内燃機関１０の現在の動作点に従って第１の発電機３０及び第２の発電機４０のエネルギ流れを制御するための調整制御装置５０が設けられている。当該実施例では、第１の発電機３０及び／又は第２の発電機４０それぞれが現在発生させた電気エネルギを蓄電池２０に供給可能とされる程度と、エネルギの消耗若しくは外部消費のためにひいては内燃機関の負荷に従って利用可能とされる第１の発電機３０及び／又は第２の発電機４０それぞれのエネルギの残量とが制御される。

当該実施例では、本発明は、上述の好ましい典型的な実施例に限定される訳では無い。むしろ、多様な変形例が、基本的に相違するタイプの実施例であっても上述の課題を解決するために利用可能である限り、実施可能である。

１ 過給装置
１０ 内燃機関
１１ 機械的出力
２０ 蓄電池
３０ 第１の発電機
４０ 第２の発電機
５０ 調整制御装置
Ａ 排出ガス流れ
Ｌ 供給経路
Ｍ 電気モータ
Ｔ 排出ガスタービン
Ｖ 圧縮機

Claims (10)

1. 可変出力曲線に従って動作する内燃機関（１０）のための過給装置（１）であって、空気供給経路（Ｌ）を介して空気を前記内燃機関（１０）に過給するための電気モータ（Ｍ）によって電気的に駆動される圧縮機（Ｖ）と、前記内燃機関（１０）によって駆動される第１の発電機（３０）を介して電気エネルギを供給するための蓄電池（２０）と、を備えている前記過給装置（１）において、
   動力を供給するために、前記電気モータ（Ｍ）が、前記蓄電池（２０）に貯蔵された電気エネルギに接続されており、これにより現在の負荷すなわちその時点における前記内燃機関（１０）の出力曲線上の動作点から独立して、前記圧縮機（Ｖ）が駆動されることを特徴とする過給装置（１）。
2. 前記第１の発電機（３０）が、前記内燃機関（１０）の機械的出力（１１）を介して駆動される発電機とされることを特徴とする請求項１に記載の過給装置（１）。
3. 前記過給装置（１）が、前記内燃機関（１０）の排出ガス流れ（Ａ）によってエネルギを発生させるために、排出ガス流れ（Ａ）によって駆動可能とされる機械装置に機械的結合を介して間接的に接続されている第２の発電機（４０）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給装置（１）。
4. 前記第２の発電機（４０）が、交流発電機とされることを特徴とする請求項３に記載の過給装置（１）。
5. 前記第１の発電機（３０）が、軸発電機として構成されており、歯車段を介して前記内燃機関（１０）の前記機械的出力（１１）に直接接続されていることを特徴とする請求項２に記載の過給装置（１）。
6. 機械装置が、前記内燃機関（１０）の排出ガス流れ（Ａ）によって駆動可能とされるタービン（Ｔ）とされ、
   前記タービン（Ｔ）が、前記タービン（Ｔ）が回転する場合に第２の発電機（４０）が電気エネルギを発生させるために機械的に駆動されるように、前記第２の発電機（４０）に駆動可能に接続されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の過給装置（１）。
7. 前記タービン（Ｔ）が、前記第１の発電機（３０）に駆動可能に接続可能とされるか、又は前記第１の発電機（３０）に駆動可能に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の過給装置（１）。
8. 前記過給装置（１）が、前記内燃機関（１０）の現在の動作点に従って前記第１の発電機（３０）及び／又は第２の発電機（４０）それぞれが現在発生させた電気エネルギを前記蓄電池（２０）に供給可能とされるように制御するための調整制御装置（５０）を備えており、これにより前記電気エネルギそれぞれの残量が、エネルギの消耗又は外部消費のために利用可能とされる前記内燃機関（１０）の負荷に依存することを特徴とする請求項２及び３に記載の過給装置（１）。
9. 内燃機関（１０）と請求項１〜８のいずれか一項に記載の過給装置（１）とを備えているシステムにおいて、
   前記内燃機関（１０）が、第１の発電機（３０）と第２の発電機（４０）との間に接続されている駆動要素を介して、前記第１の発電機（３０）及び前記第２の発電機（４０）のうち少なくとも１つの発電機に間接的に駆動可能に接続されていることを特徴とするシステム。
10. 前記システムが、前記内燃機関（１０）が前記駆動要素のうち一の駆動要素であるハイブリッド駆動システムとされることを特徴とする請求項９に記載のシステム。

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