[发明专利]用于活塞发动机的增压器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于活塞发动机的增压器装置。

背景技术

增压活塞发动机本身从现有技术已知，其具有许多优点。尤其是废气增压(即，涡轮增压)本身对于执行增压是非常有利的方式，因为其利用废气中包含的能量，该能量否则可能会浪费。在涡轮增压器中，适配在发动机的废气流中的涡轮部分布置成驱动适配在向发动机供给空气流的路径中的压缩机部分。涡轮部分和压缩机部分通常适配在共用轴的两端，该轴被轴向且径向地安装在涡轮增压器的主体上的轴承中。

对于涡轮增压器中的轴承系统要求较高。增压器的转子以每分种几万转的速度进行旋转操作，并且轴承曝露于高温下。废气流通过涡轮部分的涡轮向所述轴传递轴向力，该力需要被轴向轴承补偿。另一方面，涡轮与压缩机叶轮以及它们相应的壳体之间的径向间隙很小，由此对径向轴承要求较高。

公开文献US 2005/0198956A1公开了一种通过磁力轴承实现的、用于涡轮增压器的轴承系统，在该系统中，径向轴承实施成无源永磁体，轴向轴承实施成有源磁力轴承。通过传感器确定轴的轴向位置，传感器的信号引导有源轴承的电磁体，因此补偿轴向偏移。

由于涡轮增压器的操作原理，因此在其中废气的温度和质量流量较低的发动机的这种运行条件下，在例如低负载和低操作速度下，通常不可能通过涡轮增压器的压缩机形成用于发动机的供气系统的期望升压。另一方面，涡轮增压器的操作还受其质量的影响。涡轮增压器在发动机负载的瞬时位置中的操作不一定能够以足够速度跟随发动机负载的变化，而是涡轮增压器的响应具有一定的延迟，这从而也妨碍发动机的反应性。

已提出解决关于涡轮增压器的操作的上述问题的建议，例如，通过采用与涡轮增压器的压缩机串联连接的分离的电动附加压缩机以及采用待联接到涡轮增压器的轴的辅助电动机。

公开文献US 6,390,789B1公开了一种由电动机驱动的涡轮增压器设备，其中，通过气流冷却电动机及其轴承，所述气流从压缩机级的压力侧引向电动机，然后又引回到压缩机级的吸入侧。由该机构提供的冷却并不充分。

公开文献DE 10 2005 056 797 A1公开了一种两级式涡轮增压器装置，该装置包括两级式压缩机和涡轮。两个涡轮-压缩机副使它们各自的轴联接，并且所述轴布置成彼此嵌套。涡轮被布置在嵌套轴的一端处，压缩机布置在另一端处。该类方案相当复杂，尤其对于两个分离的涡轮-压缩机副的轴承系统更是如此。

该公开文献还示出了结合的马达-发电机可与轴一起接合，以向轴供给能量或者从轴吸取能量。使用结合涡轮增压器的电动机面临着挑战，因为必须要将电机的温度保持在合适的限度内。DE 10 2005 056 797 A1未提供任何控制电机温度的措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据权利要求1的前序部分所述的用于活塞发动机装置的增压器装置，该增压器装置包括联接到同一轴上的压缩机部分和电机，其中，所述电机设置有至少一个气体流道，所述压缩机部分的吸入管道布置成与所述电机的所述气体流道流体连通，使得用于所述压缩机部分的吸入空气布置成流过所述电机的所述至少一个气体流道，以冷却所述电机，该装置在与发动机连接时其操作提供在不同的操作条件下的发动机更好的整体操作。

根据本发明的增压器装置主要特征在于，所述电机的所述气体流道包括位于所述电机的转子与定子部之间的气隙以及用于所述定子部和/或其主体部的布置在所述定子部中的气体流道。

以该方式进行电机的冷却，因此甚至可以从其向压缩机部分传递高功率或者可被用作来自涡轮部分的电力。

优选的是，所述压缩部分的所有吸入空气布置成流过所述电机的所述至少一个气体流道，借此，该装置可靠地操作，并且在所有操作条件下确保对所述电机提供足够的冷却。

根据优选实施方式，所述压缩机部分至少包括第一压缩机级和第二压缩机级，借此，所述压缩机部分的所述第一压缩机级的吸入管道布置成与所述电机的所述气体流道流体连通，使得将用于所述压缩机部分的所述第一压缩机级的吸入空气布置成流过所述电机的所述气体流道。因此，当所述压缩机部分具有两级时，发动机的流过所述电机的吸入空气具有用于冷却的合适温度。

根据本发明的一种实施方式，所述电机的气体流道包括电机的转子与定子部之间的气隙以及用于定子部和/或其主体部的布置在定子部中的气体流道。优选地，定子部和/或其主体部的布置在定子部中的气体流道的流动横截面积超过电机的气体流道的总横截面积的90％。更具体而言，定子部的气体流道的总横截面积为电机的气体流道的总横截面积的95％至98％。这确保电机中气压损失足够小，并且还足以冷却所述转子。