[发明专利]用于电动涡轮复合技术机器的补充空气冷却系统以及空气压力油密封系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月12日提交的且题为“用于电动涡轮复合技术机器的补充空气冷却系统以及空气压力油密封系统(Supplemental Air Cooling System And Air Pressure Oil Sealing System For Electrical Turbocompound Machine)”的美国临时申请号61/725,150的优先权及所有权益。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的电动涡轮复合技术机器。更具体地讲,本发明涉及一种用于对涡轮增压器内的电动马达进行冷却的空气冷却系统。

2.相关技术的说明

涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的功率密度而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的功率。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的完全燃烧，这有助于实现排放量减少这一高度希望的目标。

涡轮增压器包括：一个涡轮机级，该涡轮机级具有连接至发动机排气歧管上的一个涡轮机壳体；一个压缩机级，该压缩机级具有连接至发动机进气歧管上的一个压缩机壳体；以及一个轴承壳体，该轴承壳体将该涡轮机壳体与压缩机壳体连接到一起。该涡轮机级包括布置在该涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮，并且该压缩机级包括布置在该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮。该涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气进气流可旋转地驱动的。一个轴被可旋转地支撑在该轴承壳体内并且将该涡轮机叶轮联接至该压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成该压缩机叶轮的旋转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条旋转轴线。当压缩机叶轮旋转时，它使进入压缩机壳体的环境空气压缩，从而增大了经由该发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。

在低发动机速度下，排气以较低的压力被供应到该涡轮机叶轮上，从而致使该涡轮机叶轮和压缩机叶轮较慢地旋转，从而导致进入该压缩机壳体的空气被压缩的程度更小，这导致了所谓的“涡流滞后”。为了最小化涡流滞后并且提高涡轮增压器的效率并且因此提高发动机效率，已知的是将一个电动马达结合在该涡轮增压器之中。此类型的涡轮增压器通常被称作电动涡轮复合技术机器(electrical turbocompound machine)或电辅助涡轮增压器(electrically assisted turbocharger)。该电动马达在低发动机速度下被通电以将额外力矩赋予该涡轮增压器的轴，这致使该涡轮机叶轮和压缩机叶轮更快地旋转，与以其他方式通过非电辅助涡轮增压器所递送的相比增加了递送到发动机的空气质量流速。该电动马达还可以被用作一个发电机，该发电机将轴的功(即轴的旋转)转变为电能。由该发电机产生的电能可以被用来运行辅助电气部件或者被用来增加发动机功率。

被结合在涡轮增压器中的电动马达的一个实例是一个开关磁阻马达(SRM)。SRM的操作原理简单、众所周知并且是基于磁阻转矩。SRM具有带有多个集中绕组的一个定子和不带有绕组的一个转子。在一个典型的电辅助涡轮增压器中，SRM是位于在该轴承壳体中限定的一个马达腔内。该转子被整合或安装在该轴上并且通常被定位在一副轴轴承之间。该定子是固定紧固的并且围绕该转子。典型的SRM可以具有六个定子磁极和四个转子磁极，表示为“6/4SRM”。6/4SRM具有三个相位，每个相位由位于相反的定子磁极上的两个绕组组成。一个相位中的绕组是同时被供电的并且产生一个磁通量。由这些绕组产生的磁通量遵循最小磁阻路径，这意味着该通量将流动穿过最靠近这些受激定子磁极的这些转子磁极，由此将这些转子磁极磁化并且致使该转子本身与这些受激定子磁极对齐。电磁转矩是通过这些转子磁极与这些受激电子磁极对齐的倾向而产生的。当该转子转动时，将连续地激励多个不同相位以保持该转子转动。对用作发电机而言，这些相位是在这些定子磁极和转子磁极分开时、而不是在它们接近时受激。

液体冷却系统通常被提供作为使从涡轮机级的排气向轴承壳体中的电动马达的热传递最小化的一个主要手段。然而，在某些运行条件下，人们认识到，液体冷却系统可能不能充分冷却该电动马达。因此，令人希望的是用空气冷却系统来补充该液体冷却系统。