具有压缩机的增压式内燃发动机
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年11月4日提交的德国专利申请No.102016211638.4，和2016年11月4日提交的德国专利申请No.102016221639.2的优先权。上文所提及的申请的全部内容出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本说明书大体上涉及具有冷却布置以降低压缩空气温度的涡轮增压器。
背景技术
前言中提到的内燃发动机类型可用作机动车辆驱动器。在本发明的上下文中，表述“内燃发动机”涵盖柴油发动机和奥托循环发动机，且还涵盖利用混合动力燃烧过程的混合动力内燃发动机和混合动力驱动器，所述混合动力驱动器不仅包括内燃发动机而且还包括电动机器，所述电动机器能够被驱动地连接到内燃发动机并且从内燃发动机接收动力，或者作为可切换的辅助驱动器而另外输出动力。
近年来，已存在朝向增压式发动机的发展趋势，其中所述发动机对于机动车行业的经济重要性不断增加。
增压是用于增加对发动机中需要用于燃烧过程的空气进行压缩的动力的主要方法，其结果是能够在每一工作周期中将更大空气质量馈送到每一汽缸。以此方式，能够增加燃料质量且因此增加平均压力。
增压是用于增加内燃机的动力同时维持容积排量不变，或用于减少容积排量同时维持同一动力的合适方式。在任何情况下，增压会导致体积功率输出增加以及更有利的动力重量比。如果容积排量减少，则因此可能朝向更高的负载移位共同负载，这时燃料消耗率较低。借助于增压与合适传动配置的组合，也可能实现所谓的降速，借此同样可能达成较低的燃料消耗率。
因此，增压有助于实现内燃发动机发展中对最小化燃料消耗量(亦即，改进内燃发动机的效率)的持续努力。
为实现增压，可使用排气涡轮增压器，在所述排气涡轮增压器中，压缩机和涡轮布置在同一轴上。热排气流被馈送到涡轮并在涡轮中膨胀同时释放能量，其结果是轴被设定为处于旋转状态。由排气流向涡轮并最终向轴释放的能量用于驱动同样布置在轴上的压缩机。压缩机输送并压缩馈送到其上的增压空气，其结果是获得了对汽缸的增压。增压空气冷却器可布置于压缩机下游的进气系统中，借助于所述增压空气冷却器在增压空气进入至少一个汽缸之前对其进行冷却。冷却器降低温度并借此增加增压空气的密度，使得冷却器也有助于改进汽缸增压，亦即实现较大空气质量。通过冷却可以进行额外压缩。
排气涡轮增压器相对于机械增压器(其能够借助于辅助驱动器进行驱动)之间的差异在于：排气涡轮增压器利用热排气的排气能量，而机械增压器直接或间接地从内燃发动机吸取其驱动所需的能量，且因此不利地影响(亦即减少)效率，至少在驱动能量并非来源于能量回收源的时间内如此。因此，涡轮增压器的效率和/或整体动力输出可大于机械增压器。
如果机械增压器并非能够借助于电动机器驱动(亦即电驱动)的增压器，则在机械增压器与内燃发动机之间通常需要用于动力传动的机械或动态连接，这也影响发动机室的封装。
机械增压器相对于排气涡轮增压器的益处在于：机械增压器能够在更大时间范围内(具体来说，不论内燃发动机的操作状态如何)生成期望的增压压力并使其可用。这尤其适用于能够借助于电动机器被电驱动且因此独立于曲轴的转速的机械增压器。举例来说，机械增压器可在涡轮增压器可能滞后的瞬态条件期间提供增压压力。
在先前示例中，具体来说就是在借助于排气涡轮增压在所有发动机转速范围中达成动力增加时会遇到困难。在某一发动机转速下冲的情况下，会观察到相对严重的扭矩降。在考虑到增压压力比是取决于涡轮压力比或涡轮动力的情况下，所述扭矩降是可理解的。如果发动机转速减小，则这会导致较小的排气质量流，且因此导致较低的涡轮压力比或较低的涡轮动力。因此，在发动机转速降低时，增压压力比同样降低。这等同于扭矩降。
与本发明相关的内燃发动机具有用于增压目的的压缩机，其中在本发明的上下文中，表述“压缩机”可以包含可借助于辅助驱动器驱动的机械增压器和排气涡轮增压器的压缩机两者。
增压情况下的一问题为增压空气在压缩机中进行压缩期间变热，借此压缩效率会恶化。通常在进气系统的增压空气冷却器中在压缩机下游恰当地冷却经压缩的热增压空气，以确保改进汽缸增压。亦即，可以通过冷却进行压缩，借此允许在需要时更多的压缩空气流到发动机的每一汽缸。然而，由于工作原理，所述增压空气冷却对压缩机中在上游执行的增压空气压缩并不具有影响。
为减少或消除压缩期间的效率损耗，对根据先前示例的压缩机进行冷却。一般来说，压缩机外壳可装备有至少一个冷却套以形成冷却布置。无论外壳是铸造部分，其中冷却套在铸造过程期间形成为整块外壳的一体式构成部分，还是所述外壳具有模块化构造，其中在组装过程期间，都形成充当冷却套的空腔。
根据先前示例，已知冷却套被提供于压缩机的出口区中的概念，且还已知冷却套遵循叶轮的轮廓的概念。这两个概念都不适于在压缩机中进行压缩期间有效地冷却增压空气，以及确保尽可能等温的压缩并借此改进压缩效率。
因此，可希望进一步或其它措施来改进增压式内燃发动机中的压缩效率。
发明内容
在一个示例中，上文所描述的问题可由一种增压式内燃发动机解决，该增压式内燃发动机具有：用于供应增压空气流的进气系统；用于排出排气的排气排出系统；布置于进气系统中的至少一个压缩机，所述压缩机包括在压缩机外壳中安装在可旋转轴上的至少一个叶轮；以及用于容纳和安装至少一个压缩机的可旋转轴的轴承外壳，所述内燃发动机进一步包括至少一个压缩机的可旋转轴装备有包括至少一个管道的通风系统，所述至少一个管道被形成以便通向至少一个压缩机上游的进气系统，并且在至少一个压缩机与轴承外壳之间从轴显现的至少一个管路从所述至少一个管道分叉。以此方式，减少从涡轮到压缩机的热传递并增加对压缩机叶片的冷却。
作为一个示例，根据本发明的内燃发动机的压缩机是空气冷却式的，且具有适于从压缩机和位于压缩机中的增压空气耗散热量的至少一个通风系统。出于此目的，压缩机的可旋转轴装备有至少一个管道，其连接到或可至少连接到压缩机上游的进气系统，并且显现为通向周围环境的至少一个管路从所述至少一个管道分叉。
根据本发明的通风系统通过管道用来自压缩机上游的进气系统的空气进行供应，其中所述空气经由从管道分叉的管路传递到周围环境中。在其流过通风系统时，所述空气对压缩机的轴进行冷却。此处，特定来说，旋转轴与空气流之间的对流用于热传递和热耗散。
在压缩期间变热的空气被看作是热源，其中热空气与相对冷或冷却的压缩机轴之间的温差驱动热耗散。根据本发明，在空气流过压缩机和轴时借助于所述空气从压缩机和轴提取热量，且由通风系统将所述热量耗散到周围环境中。
借助于根据本发明的方法，可在压缩期间对增压空气进行冷却，其中希望实现特征为尤其高的效率的等温压缩。
根据本发明的内燃发动机可以是增压式内燃发动机，所述增压式内燃发动机相对于先前示例在对压缩机中的增压空气的压缩效率方面得到改进。借此能达成本发明的目标，且相比在压缩机外壳中利用冷却套等的先前示例，在压缩期间实现对空气的更多冷却。
用于对增压空气进行冷却的根据本发明的概念的特征还为如下情况：其适于改造市场上已售的压缩机。换句话说，本发明的冷却布置能相对简单地引入到当前涡轮增压系统和已在使用的涡轮增压系统中。因此，相比于(例如)在压缩机外壳中布置冷却套，所述冷却布置的制造是相对简单的。
压缩机的至少一个叶轮可以旋转方式联合紧固到轴。
下文将论述增压式内燃发动机的额外实施例。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个管道在轴的压缩机侧端侧处通向进气系统。接着，至少一个管道面向在压缩机的入口区中的增压空气流入口，且能够利用流动能以用于将空气馈送到通风系统中并将所述空气输送通过通风系统。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个管道具有直线形式。管道的直线形式有助于(例如)借助于钻孔来制造管道。
在此上下文中，增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个管道相对于轴或相对于轴的旋转轴线同轴地延行。因此，来自进气系统的空气可容易地流到通风系统中，而无需从其原始流动方向转向或偏离。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个管路具有直线形式。管路的直线形式有助于(例如)借助于钻孔来制造管路。
在此上下文中，增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个管路垂直于至少一个管道延行。接着，当轴旋转时，能够在不妨碍在通风系统中输送空气或将空气输送出通风系统的情况下利用作用于位于通风系统中的空气的离心力。由跨越通风系统的压力梯度产生的泵送效应辅助此效果。空气通过量越高且因此通风系统中的空气流速越高，被耗散的热量的量越大。
在此上下文中，增压式内燃发动机的实施例可进一步包括，其中至少一个管路被径向向外定向。在一个示例中，至少一个管路充当出口，从而将空气排出通风系统并排入涡轮增压器外壳中的空间。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中提供至少两个管路。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中提供多个管路但仅提供一个管道。
此外，增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个盘形元件布置在轴上，优选地布置在压缩机侧处。盘形元件具有接触周围环境的相对大的表面，借此增加或改进到周围环境的热耗散。
当压缩机在操作时，盘形元件随旋转轴旋转，借此可通过对流辅助从盘状物到周围环境的热传递。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中轴在叶轮侧处具有用于容纳至少一个叶轮的加厚的轴端部。
加厚的轴端部有助于引入从叶轮到轴中的热量或热传递，且因此有助于从位于压缩机中的增压空气的热耗散。此外，加厚的轴端部能增加轴的强度且允许如下情况：根据本发明，轴装备有通风系统，亦即装备有空腔。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中能够借助于辅助驱动器驱动的至少一个压缩机布置于进气系统中。
能够经由辅助驱动器(亦即机械增压器)驱动的压缩机在广泛范围的发动机操作参数下，具体来说独立于内燃发动机的操作状态，生成期望的增压压力并使其可用。这尤其适用于能够借助于电动机器被电驱动且因此独立于曲轴的转速的机械增压器。举例来说，机械增压器可在发动机排气输出可能过低而不能充分驱动涡轮的瞬态条件期间提供期望的升压。
在此上下文中，增压式内燃发动机的实施例可包括，其中内燃发动机的至少一个压缩机是能够借助于辅助驱动器驱动的压缩机。
增压式内燃发动机的实施例可进一步包括，其中提供至少一个排气涡轮增压器，其包括布置于排气排出系统中的涡轮和布置于进气系统中的压缩机。
在此上下文中，增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个压缩机是至少一个排气涡轮增压器的压缩机。
为能够抵消低发动机转速下的扭矩降，内燃发动机的实施例可包括，其中提供至少两个排气涡轮增压器。具体来说，如果发动机转速减小，则这将导致较小的排气质量流且因此导致较低的增压压力比。
通过使用多个排气涡轮增压器(例如，串联或并联连接的多个排气涡轮增压器)，可增加增压式内燃发动机的扭矩特性。
为了改进扭矩特性，除了至少一个排气涡轮增压器之外，也可能提供又一个压缩机，亦即能够借助于辅助驱动器驱动的压缩机。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个叶轮具有多个叶轮叶片以改进热耗散。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个压缩机是径向压缩机。此实施例准许关于增压布置进行密集型封装。压缩机外壳可被构造为螺旋外壳或蜗轮箱外壳。在排气涡轮增压器的情况下，排气涡轮增压器的压缩机中的增压空气流的转向可以被利用以用于在从出口侧到入口侧的最短路径上引导压缩增压空气，排气涡轮增压器的涡轮通常布置在出口侧上。
在此方面，实施例可包括，其中至少一个排气涡轮增压器的涡轮是径向涡轮。此实施例同样准许排气涡轮增压器的密集型封装，且因此准许增压布置作为一个整体的密集型封装。
相反于涡轮，根据其离开气流界定压缩机。因此，径向压缩机是其离开转子叶片的气流大体上径向延行的压缩机。在本发明的上下文中，“大体上径向”是指在径向方向上的速度分量大于轴向速度分量。
增压式内燃发动机的实施例可进一步包括，其中至少一个压缩机具有轴向构造类型。离开轴向压缩机的叶轮叶片的流大体上轴向地延行。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中至少一个压缩机具有入口区，所述入口区相对于至少一个叶轮的轴同轴地延行，且被设计成使得接近至少一个叶轮的增压空气的流大体上轴向地延行。
在轴向流入压缩机的情况下，常常省略在至少一个叶轮上游的进气系统中的增压空气流的转向或方向改变，借此避免增压空气流中由于流转向的不必要压力损耗，并增加到压缩机的在入口处的增压空气的压力。
增压式内燃发动机的实施例可包括，其中通风系统装备有截流元件，所述截流元件在开启状态中时打开(亦即激活)通风系统，且在关闭状态中时断开(亦即停用)通风系统。
应理解，以上发明内容的提供是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。它并非意指识别所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求书唯一地界定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上文所提到或在本发明的任何部分中提到的任何缺点的实施方案。
附图说明
图1示意性地且以侧视图部分地以截面示出沿着排气涡轮增压器的轴的内燃发动机的一实施例的排气涡轮增压器。
图2示出图1的实施例的替代性视图。
图3示意性地并以侧视图示出具有沿着轴布置的风扇的排气涡轮增压器。
图4示意性地并以侧视图示出具有布置于压缩机叶片中的传热材料的排气涡轮增压器。
图5示出具有被配置成利用图1到图4的排气涡轮增压器的发动机的车辆。
具体实施方式
以下描述涉及用于涡轮增压系统的系统和方法。所述系统包括布置于进气系统中的压缩机和布置于排气系统中的涡轮。压缩机和涡轮经由在其间延伸的轴被可旋转地耦接。图1、图3、图4和图5中示出轴、压缩机和涡轮。
通风系统可沿着轴布置，如图1中示出。通风系统可包括被配置成准许空气进入轴的管道，和被配置成将空气从管道释放到涡轮增压器外壳中的多个出口。图2中示出通风系统的详细说明。
轴可另外包括风扇，例如图3中图示说明的风扇。风扇可根据轴的旋转相应地旋转，使得风扇将凉风产生到压缩机外壳上。
一个或多个热导体可沿着压缩机叶轮布置，如图4中示出。涡轮增压系统可被包含在发动机系统中，所述发动机系统例如图5的发动机系统。
图1到图5示出具有各种组件的相对定位的示例配置。如果示出为彼此直接接触或直接耦接，则至少在一个示例中，此类元件可以被分别称为直接接触或直接耦接。类似地，示出为彼此邻接或邻近的元件可以至少在一个示例中分别彼此邻接或邻近。作为一示例，以共面方式彼此接触放置的组件可以被称为共面接触。作为另一示例，彼此隔开定位并且其间仅具有空间而没有其它组件的元件可以在至少一个示例中被称为如此。作为又一示例，示出为在彼此上方/下方、在彼此相对侧处，或在彼此左侧/右侧的元件可以被称为相对于彼此如此。此外，如图中所示，最顶端元件或元件点可以在至少一个示例中被称为组件“顶部”，并且最底端元件或元件点可以被称为组件“底部”。如本文中所使用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图的竖轴，并且用来描述图的元件相对于彼此的定位。因而，示出为在其它元件上方的元件在一个示例中垂直地定位在其它元件上方。作为又一示例，图内描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，例如是圆形的、直式的、平面的、弯曲的、磨圆的、斜面的、成角度的等)。此外，示出为彼此相交的元件可以在至少一个示例中被称为相交元件或彼此相交。再者，示出为在另一元件内或示出为在另一元件外的元件可以在一个示例中被称为如此。将了解，被称为“大体上类似和/或相同”的一个或多个组件根据制造公差(例如，在1％到5％的偏差内)是彼此不同的。
应注意，图1和图2示出指示气体流动空间的箭头，且装置壁的实线示出气流受阻处并且由于缺乏由装置壁产生的从一点跨越到另一点的流体连通而不可能进行连通。所述壁在区之间产生间隔，所述区不包括壁中允许所描述流体连通的开口。
现在转向图1，其示意性地且以侧视图部分地以截面示出沿着排气涡轮增压器的轴2d的内燃发动机的第一实施例的排气涡轮增压器。
为将增压空气供应到汽缸，内燃发动机具有进气系统1。排气排出系统6用于从发动机汽缸排出排气。
为实现内燃发动机的增压，提供排气涡轮增压器，其包括布置于排气排出系统6中的涡轮5和布置于进气系统1中的压缩机2，所述涡轮和压缩机布置在同一轴2d上。布置在涡轮5与压缩机2之间的轴承外壳3用于容纳和安装排气涡轮增压器或压缩机2的可旋转轴2d。
压缩机2可以是径向压缩机，其包括安装在可旋转轴2d上的叶轮2e，其叶轮布置于压缩机外壳2c中且在压缩机2的操作期间旋转。轴2d处于图1的图式的平面中，且水平地延行。换句话说，轴2d沿着中心轴线8以大体上平行于环境空气流7的方向的方向延伸。
排气涡轮增压器的压缩机2具有入口区2a，其相对于压缩机2的轴2d同轴地延行并同轴地形成，使得在压缩机2上游的进气系统1的区段并不展现任何方向改变，且接近排气涡轮增压器的压缩机2或其叶轮2e的增压空气流大体上轴向地延行。因此，环境空气可容易地朝向叶轮2e流动，而无需从其平行于中心轴线8的原始行进方向进行任何转向或调整。
压缩机2的可旋转轴2d装备有通风系统4，其包括在轴2d的压缩机侧端侧处通向进气系统1，且借此连接到在压缩机2上游的进气系统1的管道4a，使得来自进气系统1的空气能够被馈送到管道4a和通风系统4的其余部分中。
管道4a具有直线形式，且相对于压缩机2的轴2d(亦即，相对于压缩机2的旋转轴线(例如，中心轴线8))同轴地延行。
两条管路4b从管道4a分叉，所述管路同样为直线形式。在本发明的情况下，管路4b垂直于管道4a延行并径向向外定向，借此经由在轴2d的旋转和车辆运转期间由经由管路4b流出管道4a的空气所产生的离心力来加强经由通风系统4的空气输送。
管路4b在压缩机2与轴承外壳3之间从轴2d显现并通向周围环境。
在空气流过通风系统4时，空气对压缩机2的轴2d进行冷却，其中叶轮2e中的热空气与相对凉的压缩机轴2d之间的温差迫使从增压空气耗散热。希望以高效率达成尽可能等温的压缩。
换句话说，压缩机2和涡轮5中的每一个可以可旋转方式耦接到轴2d。涡轮6可接收排气，在所述涡轮中涡轮叶轮旋转，从而导致轴2d和压缩机叶轮2e进行旋转。在环境空气经由入口区2a流向压缩机叶轮2e时，接触叶轮的环境空气的第一部分可受到压缩。流向压缩机叶轮2e但并不接触叶轮2e的环境空气的第二部流入通风系统4的管道4a中。环境空气的第二部分可小于第一部分。管道4a可沿着与中心轴线8对准的压缩机叶轮2e和轴2d的几何中心布置。管道4a可将通风系统4流体地耦接到进气系统1。具体来说，管道4a可将轴2d的内部流体地耦接到进气系统1。管道4a可延伸到在轴承3上游的轴2d的一部分，使得管道4a既不接触轴承3又不由所述轴承3环绕。
管道4a中的空气可对轴2d进行冷却。轴2d可由于来自涡轮5的高排气温度而变热。举例来说，涡轮5可大约为1000℃且压缩机2可大约为100℃。因此，轴2d可将热从涡轮5传递到压缩机2的部分。举例来说，轴2d可对压缩机外壳2c和压缩机叶轮2e进行加热，借此降低压缩效率。通过使环境空气经由管道4a流到轴2d中，环境空气可减少从涡轮5到压缩机2的热传递并对压缩机外壳进行冷却。管道4a中未受到压缩且包括大体上等于环境空气的压力和温度(例如，20℃到40℃)的环境空气可经由管路以垂直于中心轴线8并接触压缩机外壳2c的径向向外方向离开管道4a。在本文中，管路4b可被称为出口4b。尽管仅示出2个出口4b，但可存在三个或大于三个出口4b。如所示出，除了管道4a和出口4b之外，通风布置并不存在其它入口或额外出口。
出口4b可允许管道4a中的环境空气离开轴2d并进入涡轮增压器外壳11中的空间15，在所述空间中环境空气可接触压缩机外壳2c、接触被配置成对轴承3进行冷却的油路9，和/或流过布置于涡轮增压器外壳中的渗出通路4c。渗出通路可使环境空气流到环境大气。以此方式，存在用于在轴2d与涡轮增压器外壳11之间流动空气的空间。
现在转向图2，其示出以三个维度图示说明轴承3、轴2d和管道4a的实施例200。以两个维度示出叶轮2e，以使叶轮2e、轴2d与管道4a之间的关系更加清晰。因而，先前介绍的组件可在本文中类似地编号且出于简洁的原因将不再重新介绍。
在示出的实施例中，管道4a和出口4b沿着在轴承3上游的轴2d的一部分布置。如所示出，出口4b定位成使得所述出口能在轴承3上游的位置处将空气从管道4a引导到外壳(例如，图1的外壳11)。
经由箭头13a和13b示出的环境空气从进气系统1流向叶轮2e。黑头箭头13a指示直接流向叶轮2e的环境空气流，而白头箭头13b指示直接流向管道4a的环境空气流。如所示出，箭头13a在中心轴线8的远侧，而箭头13b接近于中心轴线8。以此方式，黑头箭头13a可受到压缩而白头箭头13b可未受到压缩。在一个示例中，流到管道4a中的环境空气未受到压缩，而流到叶轮2e而非管道4a中的环境空气受到压缩。
管道4a可在其接收环境空气(箭头13b)时根据轴2d的旋转而相应地旋转。环境空气可直接流到管道4a中，而无需对其原始气流进行转向或其它形式的变向。环境空气可继续在管道4a中直接沿着中心轴线8流动，直至其到达出口4b为止。由于出口4b，管道4a中的环境空气可以垂直于中心轴线8的径向向外方向流动。可经由轴2d的旋转期间生成的离心力来促进所述向外流动。因此，在管道4a的靠近进气系统1的入口处可发生真空效应，使得能促进空气流到管道4a中。流到管道4a中的空气(其可减少轴2d与叶轮2e之间的热传递)与流出出口4b的空气(其可减少叶轮温度和其它组件的温度)的组合可减少压缩空气13a的整体温度。
除了对压缩空气进行冷却之外，流出管道4b的环境空气可以对用于冷却轴承3的流体进行进一步冷却。举例来说，空气可接触容纳所述流体的表面，且可在空气跨越所述表面流动时对流体进行冷却。以此方式，也可以降低轴承3的温度。
实施例200进一步包括在出口4b的上游布置于管道4a中的截流元件4c。截流元件4c可被配置成响应于由控制器(例如，图5的控制器12)发送到截流元件4c的致动器的指令而致动。截流元件4c可调整到完全闭合位置、完全打开位置和其间的任何位置。完全闭合位置可包含截流元件4c防止空气进入管道4a的位置。完全打开位置可包含截流元件4c允许100％的空气流过管道4a，使得空气流不间断的位置。因此，在完全打开位置与完全闭合位置之间的位置可调整流到管道4a中的空气的量。在一个示例中，可响应于增压空气温度、增压空气冷却器活跃度(例如，接通/断开)、发动机温度、升压要求等来调整截流元件4c。举例来说，如果增压空气温度过高(例如，高于150℃)，则可将截流元件4c致动到至少部分打开的位置。相反地，如果不希望增压空气冷却且温度介于100℃与150℃之间，则可将截流元件4c调整到完全闭合位置。
现在转向图3，其示意性地且以侧视图部分地以截面示出沿着排气涡轮增压器的轴2d的内燃发动机的第一实施例的排气涡轮增压器。
压缩机2的可旋转轴2d装备有风扇转轮17，其安装在轴2d上并且在压缩机2进行操作且轴2d进行旋转时旋转。
风扇转轮17具有多个轮叶17a，且布置在压缩机外壳2c与轴承外壳3之间的压缩机侧处。通过旋转风扇转轮17生成的空气流被引导到外壳2c上，其中空气流在图3中由双箭头指示。空气流通过对流从外壳2c提取热，并将所述热耗散到周围环境中。此处，空气流对压缩机2的外壳2c进行冷却。
叶轮2e中的热增压空气与相对凉的风扇转轮4之间的温差也能确保经由叶轮2e、轴2d和风扇转轮17增加对来自增压空气的热的耗散。希望以高效率达成尽可能等温的压缩。
现在转向图4，其示意性地且以侧视图部分地以截面示出沿着排气涡轮增压器的轴2d的内燃发动机的第一实施例的排气涡轮增压器。
压缩机2的叶轮2e装备有多个热导体19，其以三脚架的方式布置且以星形方式从叶轮叶片的边缘朝向轴2d延行。所述热导体19用于在压缩期间改进对来自叶轮2e和流过叶轮2e的增压空气的热的耗散。希望以高效率达成尽可能等温的压缩。
因此，图1、图3和图4示出可用于达成等温压缩的装置的各种实施例。将了解，图1、图3和图4的实施例可在不脱离本发明的范围的情况下进行组合。举例来说，涡轮增压器可包括图1的通风系统4和图3的风扇17。在一个示例中，风扇17和通风系统4的出口4b可协同操作，使得风扇17可有助于来自出口4b的空气对压缩机2和从其流出的增压空气进行冷却。另外或替代地，可以一起包含图4的热导体以及风扇17和通风系统4中的一个或多个，以提供对压缩机的进一步冷却。
图5描绘车辆5的发动机系统507所包含的内燃发动机10的汽缸的示例。发动机10可至少部分地由包含控制器12的控制系统来控制，并且由车辆操作器130经由输入装置132作出的输入来控制。在此示例中，输入装置132包含加速器踏板，和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸14(在本文中可被称作燃烧室)可包含其中定位有活塞138的燃烧室壁136。活塞138可耦接到曲轴140，从而使得活塞的往复运动被转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器系统耦接到载客车辆的至少一个驱动轮。此外，起动马达(未示出)可经由飞轮耦接到曲轴140以启用发动机10的起动操作。
汽缸14可经由一系列进气通路142、144和146接收进气。除了汽缸14之外，进气通路146可与发动机10的其它汽缸连通。图1示出配置有涡轮增压器175的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气通路142与144之间的压缩机174，和沿着排气通路148布置的排气涡轮176。在一个示例中，类似于图1、图3和图4的压缩机2、涡轮5和轴2d，使用压缩机174、涡轮176和轴180。压缩机174可至少部分地由排气涡轮176经由轴180提供动力。可沿着发动机的进气通路提供包含节流板164的节气门162，以用于改变提供到发动机汽缸的进气的流动速率和/或压力。举例来说，如图1中所示，节气门162可定位在压缩机174的下游，或替代地可提供在压缩机174的上游。
除了汽缸14之外，排气通路148可从发动机10的其它汽缸接收排气。排气传感器128示出为耦接到在排放控制装置178上游的排气通路148。传感器128可选自用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适传感器，举例来说，例如，线性氧气传感器或UEGO(通用或宽范围排气氧气)、双态氧气传感器或EGO(如所描绘)、HEGO(加热式EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化器(TWC)、NOx捕获器、各种其它排放控制装置，或其组合。
发动机10的每一汽缸可包含一个或多个进气门和一个或多个排气门。举例来说，汽缸14示出为包含定位于汽缸14的上部区处的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些示例中，发动机10的每一汽缸(包含汽缸14)可包含定位于汽缸的上部区处的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
进气门150可经由致动器152受到控制器12的控制。类似地，排气门156可经由致动器154受到控制器12的控制。在一些条件期间，控制器12可改变提供到致动器152和154的信号，以控制相应的进气门和排气门的开启和关闭。进气门150和排气门156的位置可由相应的气门位置传感器(未示出)确定。气门致动器可以是电动气门致动类型的或凸轮致动类型的，或其组合。进气门和排气门定时可同时受到控制，或者可以使用可变进气凸轮定时、可变排气凸轮定时、双重可变凸轮定时或固定凸轮定时的可能性中的任一个。每一凸轮致动系统可包含一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮轮廓切换(CPS)、可变凸轮定时(VCT)、可变气门定时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个以改变气门操作。举例来说，汽缸14可替代地包含经由电动气门致动控制的进气门，和经由包含CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其它示例中，进气门和排气门可由共同的气门致动器或致动系统来控制，或由可变气门定时致动器或致动系统来控制。
汽缸14可具有压缩比，所述压缩比是在活塞138处于下止点到上止点时的体积的比率。在一个示例中，压缩比在9:1到10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可增加压缩比。举例来说，在使用高辛烷值燃料或具有较高的潜在汽化焓的燃料时可能发生此情况。如果使用直接喷射，则由于其发动机爆震效应，也可以增加压缩比。
在一些示例中，发动机10的每一汽缸可包含用于起始燃烧的火花塞192。点火系统190可在选择操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞192向汽缸14提供点火火花。然而，在一些实施例中，可以省略火花塞192，例如在发动机10可通过自动点火或通过燃料的喷射起始燃烧的实施例中，如同一些柴油发动机的情况。
在一些示例中，发动机10的每一汽缸可配置有一个或多个燃料喷射器，以用于将燃料提供到汽缸。作为非限制性示例，汽缸14示出为包含两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可被配置成输送从燃料系统508接收的燃料。燃料系统508可包含一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨道。燃料喷射器166示出为直接耦接到汽缸14，以用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸中。以此方式，燃料喷射器166提供被称为直接喷射(在下文中称作“DI”)燃料到燃烧汽缸14中的模式。虽然图1示出喷射器166定位到汽缸14的一侧，但其可替代地定位于活塞的顶部，例如靠近火花塞192的位置。当用醇类燃料操作发动机时，由于一些醇类燃料的较低挥发性，此位置可改进混合和燃烧。替代地，喷射器可定位于进气门顶部并且靠近进气门以改进混合。燃料可经由高压燃料泵和燃料轨道从燃料系统508的燃料箱输送到燃料喷射器166。此外，燃料箱可具有将信号提供到控制器12的压力传感器。
燃料喷射器170示出为布置在进气通路146而非汽缸14中，其配置为提供被称为进气道燃料喷射(在下文中称作“PFI”)到在汽缸14上游的进气道中的模式。燃料喷射器170可将从燃料系统508接收的燃料与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地喷射。应注意，单个驱动器168或171可用于两个燃料喷射系统，或如所描绘可使用多个驱动器，例如，驱动器168用于燃料喷射器166且驱动器171用于燃料喷射器170。
在替代示例中，燃料喷射器166和170中的每一个可被配置为用于将燃料直接喷射到汽缸14中的直接燃料喷射器。在再一示例中，燃料喷射器166和170中的每一个可被配置为用于在进气门150的上游喷射燃料的进气道燃料喷射器。在又其它示例中，汽缸14可包含仅单个燃料喷射器，所述燃料喷射器被配置成从燃料系统以变化的相对量接收不同燃料作为燃料混合物，并且进一步被配置成作为直接燃料喷射器将此燃料混合物直接喷射到汽缸中或作为进气道燃料喷射器在进气门的上游喷射燃料。
燃料可由两个喷射器在汽缸的单个循环期间输送到汽缸。举例来说，每一喷射器可输送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。此外，从每一喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可以随着工况而改变，所述工况例如发动机负荷、爆震和排气温度等，例如本文中在下文所描述。进气道喷射的燃料可在开启进气门事件、关闭进气门事件期间(例如，基本上在进气冲程之前)被输送，以及在开启和关闭进气门操作这两者期间被输送。类似地，举例来说，直接喷射的燃料可在进气冲程期间被输送，以及部分地在先前排气冲程期间、在进气冲程期间被输送，且部分地在压缩冲程期间被输送。因而，甚至对于单个燃烧事件来说，喷射的燃料可以在不同的定时处从进气道喷射器和直接喷射器喷射。此外，对于单个燃烧事件来说，可以每循环执行对输送燃料的多次喷射。多个喷射可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间执行。
燃料喷射器166和170可具有不同特性。这些特性包含大小差异，例如，一个喷射器可具有比另一喷射器大的喷射孔。其它差异包含但不限于：不同的喷雾角度、不同的操作温度、不同的靶向、不同的喷射定时、不同的喷雾特性、不同的位置等。此外，取决于喷射器170和166中的喷射燃料的分配比率，可以达成不同效果。
燃料系统508中的燃料箱可容纳不同燃料类型的燃料，例如具有不同的燃料质量和不同的燃料组成的燃料。这些差异可包含不同的含醇量、不同的含水量、不同的辛烷、不同的气化热、不同的燃料混合物，和/或其组合等。具有不同的气化热的燃料的一个示例可包含如具有较低气化热的第一燃料类型的汽油，以及如具有较高汽化热的第二燃料类型的乙醇。在另一示例中，发动机可使用汽油作为第一燃料类型，并且使用含有例如E85(它是大约85％的乙醇和15％的汽油)或M85(它是大约85％的甲醇和15％的汽油)等的燃料混合物的醇作为第二燃料类型。其它可行的物质包含水、甲醇、醇与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇的混合物等。
控制器12在图1中示出为微型计算机，其包含微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、在此特定示例中用于存储可执行指令的示出为非暂时性只读存储器芯片(ROM)110的用于可执行程序和校准值的电子存储媒体、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。控制器12可从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除了先前论述的那些信号之外，还包含来自空气流量传感器122的引入的质量空气流(MAF)的测量；来自耦接到冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴140的霍耳效应传感器120(或其它类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可由控制器12从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于在进气歧管中提供真空或压力的指示。控制器12可基于发动机冷却剂温度推断发动机温度。
如上文所描述，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因而，每一汽缸可类似地包含其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。将了解，发动机10可包含任何合适数目个汽缸，包含2、3、4、5、6、8、10、12或更多个汽缸。此外，这些汽缸中的每一个可包含图1参考汽缸14所描述和描绘的各种组件中的一些或全部。
在一些示例中，车辆505可以是具有可用于一个或多个车辆车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其它示例中，车辆505是仅具有发动机的常规车辆。在示出的示例中，车辆505包含发动机10和电动机器52。电动机器52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56啮合时，发动机10的曲轴140和电动机器52经由变速器54连接到车辆车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56提供在曲轴140与电动机器52之间，且第二离合器56提供在电动机器52与变速器54之间。控制器12可将信号发送到每一离合器56的致动器以啮合或脱啮离合器，以便从电动机器52以及其连接的组件连接或断开曲轴140，和/或从变速器54以及其连接的组件连接或断开电动机器52。变速器54可以是变速箱、行星齿轮系统或另一类型的变速器。动力传动系统可以各种方式配置，包含作为并联、串联或串联-并联混合动力车辆。
电动机器52从牵引电池58接收电力以向车辆车轮55提供扭矩。电动机器52也可操作为发电机以向充电电池58提供电力，例如在制动操作期间。
以此方式，压缩机轴可包括被配置成允许环境空气进入轴中以降低压缩机的温度的管道。管道可缓解沿着轴从涡轮到压缩机的热传递。管道的出口可被定向成朝向压缩机外壳将空气引导出管道。在轴中包含管道的技术效果是降低压缩温度，以增加发动机功率输出并增加压缩效率。
一种增压式内燃发动机包括：进气系统，其用于供应增压空气流；排气排出系统，其用于排出排气；至少一个压缩机，其布置于所述进气系统中，所述压缩机包括在压缩机外壳中安装在可旋转轴上的至少一个叶轮；以及轴承外壳，其用于容纳和安装所述至少一个压缩机的所述可旋转轴，且其中所述至少一个压缩机的所述可旋转轴装备有包括至少一个管道的通风系统，所述至少一个管道被形成以便通向所述至少一个压缩机上游的所述进气系统，并且在所述至少一个压缩机与所述轴承外壳之间从所述轴显现的至少一个管路从所述至少一个管道分叉。所述发动机的第一示例进一步包含，其中所述至少一个管道在所述轴的压缩机侧端侧处向外通向所述进气系统。任选地包含第一示例的所述发动机的第二示例进一步包含，其中所述至少一个管道具有直线形式且与所述轴共轴。任选地包含第一和/或第二示例的所述发动机的第三示例进一步包含，其中所述至少一个管路具有直线形式，且以垂直于所述管道和所述轴的径向向外方向延伸。任选地包含第一到第三示例中的一个或多个的所述发动机的第四示例进一步包含，其中所述轴在所述叶轮侧处具有用于容纳所述至少一个叶轮的加厚的轴端部。任选地包含第一到第四示例中的一个或多个的所述发动机的第五示例进一步包含，其中能够借助于辅助驱动器驱动的所述至少一个压缩机布置于所述进气系统中。任选地包含第一到第五示例中的一个或多个的所述发动机的第六示例进一步包含，其中所述至少一个压缩机被包含在排气涡轮增压器中，所述排气涡轮增压器具备布置于所述排气排出系统中的涡轮和布置于所述进气系统中的所述压缩机。任选地包含第一到第六示例中的一个或多个的所述发动机的第七示例进一步包含，其中所述通风系统装备有截流元件。
一种系统包括：涡轮增压器，所述涡轮增压器包括压缩机和可旋转地耦接到轴的涡轮，且其中所述轴进一步包括通风系统，所述通风系统包括被配置成允许空气进入所述轴的内部的管道。所述系统的第一示例进一步包含，其中所述压缩机布置于进气系统中，且其中所述管道从相对于环境空气流的方向的所述压缩机的叶轮的上游接收环境空气。任选地包含第一示例的所述系统的第二示例进一步包含，其中所述管道沿着所述压缩机和所述轴的中心轴线延伸，且其中所述管道延伸穿过所述压缩机的叶轮。任选地包含第一和/或第二示例的所述系统的第三示例进一步包含，其中所述管道中的空气未受到压缩。任选地包含第一到第三示例中的一个或多个的所述系统的第四示例进一步包含，其中轴承外壳布置在所述轴上，且其中所述管道布置在所述压缩机与所述轴承之间。任选地包含第一到第四示例中的一个或多个的所述系统的第五示例进一步包含，其中多个出口被配置成从所述管道和涡轮增压器外壳内的空间排出空气，其中所述出口布置在所述轴承的上游。任选地包含第一到第五示例中的一个或多个的所述系统的第六示例进一步包含，其中所述通风系统内部的空气不接触由所述叶轮压缩的空气且不与其混合。
一种涡轮增压系统包括：压缩机和涡轮，所述压缩机布置于进气系统中且所述涡轮布置于排气系统中，所述压缩机和所述涡轮经由可旋转轴被机械地耦接；以及通风系统，其布置于所述轴的压缩机侧中，被配置成准许空气从所述进气系统进入相对于空气流的方向的轴承外壳上游的所述轴的内部部分。所述涡轮增压系统的第一示例进一步包含，其中所述通风系统包括沿着所述轴的中心轴线布置的管道，所述管道进一步沿着压缩机叶轮的中心部分布置，其中所述管道被配置成准许空气在所述轴的所述中心轴线近侧流动。任选地包含第一示例的所述涡轮增压系统的第二示例进一步包含，其中所述通风系统包括布置在所述压缩机与所述轴承外壳之间的一个或多个出口，所述出口以径向向外方向延伸，且其中所述出口被配置成将空气排出到涡轮增压器外壳内的空间，使得所述空气可接触压缩机外壳和油路外壳，其中所述油路外壳环绕所述轴承外壳。任选地包含第一和/或第二示例的所述涡轮增压系统的第三示例进一步包含，其中所述涡轮增压器外壳进一步包括渗出通路，以将空气从所述空间排出到环境大气。任选地包含第一到第三示例中的一个或多个的所述涡轮增压系统的第四示例进一步包含，其中除了所述管道和所述一个或多个出口之外，所述通风系统并不存在额外入口或出口。
应当注意，本文中包含的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，且可由包含控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合地执行。本文中所描述的特定例程可表示任何数目的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因而，可按所说明的顺序执行、并行地执行所说明的各种动作、操作和/或功能，或者在一些情况下可以将它们省略。同样地，达成本文中所描述的示例实施例的特征和优势未必必需所述处理顺序，而是为了便于说明和描述提供所述顺序。取决于所使用的特定策略，可重复地执行一个或多个所说明的动作、操作和/或功能。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形方式表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体的非暂时性存储器中的代码，其中所描述动作是通过与电子控制器组合地执行包含各种发动机硬件组件的系统中的指令而执行。
应当了解，本文中所公开的配置和例程在本质上是示范性的，并且不应将这些具体实施例视为具有限制性意义，因为众多变化形式是可能的。举例来说，上文的技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型中。本发明的主题包含本文中所公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合以及子组合。
所附权利要求书特别地指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以参考“一”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包含一个或多个此类元件的并入，但是也不需要或排除两个或两个以上此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可通过对本发明的权利要求的修正，或通过在此申请或相关申请中的新权利要求的呈现来要求保护。此类权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比是更宽广的、更狭窄的、相同的还是不同的，也都被视为包含在本发明的主题内。
