熱動-氣動發(fā)動機及其運行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱動-氣動發(fā)動機的運行方法，所述熱動-氣動發(fā)動機包括：氣缸（2），其包括：進氣門（3）、排氣門（4）以及填充/放泄閥（5）；與所述氣缸（2）相連的容器（8）。在發(fā)動機循環(huán)過程中的已確定時刻時進氣門（3）關閉并且排氣門（4）打開，由此分別限定實際壓縮比和實際膨脹比。所述方法包括在燃燒運行模式和氣動運行模式之間選擇的步驟，其特征在于，對于選擇的運行模式，所述方法包括在發(fā)動機循環(huán)過程中對進氣門的關閉時刻和/或排氣門的打開時刻的調整步驟，使得分別調節(jié)實際壓縮比和/或實際膨脹比，以使選擇的運行模式的效率最佳。本發(fā)明還涉及一種熱動-氣動發(fā)動機。
【專利說明】熱動-氣動發(fā)動機及其運行方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱動-氣動混合動力發(fā)動機的運行方法以及能夠執(zhí)行該方法的熱動-氣動發(fā)動機。
[0002]本發(fā)明更特別涉及一種使用發(fā)動機氣缸作為壓縮設備的熱動-氣動混動動力發(fā)動機。
【背景技術】
[0003]新式動力裝置需要響應限制越來越多的問題，尤其是越來越嚴格的C02排放和污染物排放的法規(guī)限制。
[0004]這些限制使得我們必須在熱發(fā)動機的所有使用階段優(yōu)化其運行。
[0005]傳統(tǒng)熱力發(fā)動機的其中一項首要功能是為車輪提供扭矩以便前進。該扭矩基本上用于克服各種摩擦阻力并且克服車輛的慣性。由發(fā)動機帶來的扭矩形式的能量部分轉化為動能。
[0006]在剎車減速階段，發(fā)動機不再為車輪提供扭矩。車輛由于腳提高時各種摩擦力以及剎車力最強的剎車系統(tǒng)自然減速。當處于剎車階段時，車輛的動能由剎車板轉變?yōu)闊崃可l(fā)到附近環(huán)境中。
[0007]存在剎車動能的回收系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要回收車輛在減速階段的動能并且將該能量以新的形式儲存起來以便在車輛的其它使用階段，例如加速階段，重新利用?？梢岳缌信e如下:
[0008]-動能回收系統(tǒng)(KERS)，其回收車輛的動能并將該能量以旋轉動能的形式儲存起來，
[0009]-電混合裝置，其通過發(fā)電機回收車輛的動能并且將該能量以電能的形式儲存起來，
[0010]-氣動混合動力裝置，其通過空氣壓縮機回收車輛的動能并且將該能量以壓縮空氣的形式儲存起來。
[0011]氣動混合動力裝置的理念在于例如在剎車階段在發(fā)動機組入口處的使用抵抗扭矩(couple resistif)，以便壓縮空氣并且將其儲存在容器中。
[0012]該壓縮可以通過使用發(fā)動機氣缸實現(xiàn)，只需布置專用于壓縮空氣填充和放泄的閥。這種設計的實施例例如在文件FR2865769中已知。在低速行駛時的加速階段，儲存在容器中的壓縮空氣可被用于產生正扭矩。
[0013]使用發(fā)動機氣缸作為壓縮設備的熱動-氣動混合發(fā)動機的原理在圖1中示出。
[0014]圖1中示意性示出的熱動-氣動混合發(fā)動機傳統(tǒng)上包括發(fā)動機模塊,所述發(fā)動機模塊包括氣缸蓋I和氣缸2。在這種情況下，這里所示的每個氣缸包括:兩個進氣門3、排氣門4以及壓縮空氣的填充和放泄閥5。進氣門3和排氣門4例如通過未示出的凸輪軸與分配裝置配合，所述分配裝置允許根據活塞在氣缸2中的位置打開和關閉閥。壓縮空氣的填充和放泄閥5與未示出的自身的分配裝置相配合，所述分配裝置允許根據加壓氣體的填充和放泄需要打開和關閉。所述需要基本上不取決于活塞在氣缸2中的位置。發(fā)動機還包括:允許借助進氣門3對進入氣缸2的空氣進行分配的進氣分配器6、允許借助排氣門4從氣缸2排放氣體的排氣收集器7。
[0015]如圖1所示,這種熱動-氣動混合發(fā)動機也包括加壓氣體儲存設備。加壓氣體儲存設備主要包括加壓氣體儲存容器8以及管網9，所述管網在加壓氣體的填充和放泄閥5處連接加壓氣體儲存容器8和氣缸2。
[0016]氣動混合動力裝置，與混合動力牽引系統(tǒng)的其它設計相同，可以根據燃燒運行模式或者根據氣動運行模式操作。氣動混合動力裝置允許確保例如在車輛剎車或減速時回收能量。如果回收的動能很少，則氣動混合動力裝置的影響可以忽略并且系統(tǒng)的總效率很低。如果回收的剎車動能很多，則系統(tǒng)的總效率會非常好。
[0017]因此總是需要改善熱動-氣動混合動力發(fā)動機在不同的可能運行模式下的效率。
【發(fā)明內容】

[0018]因此本發(fā)明的目的之一是提供一種新的內燃機運行方法，其能夠改善熱動-氣動型混合動力發(fā)動機在不同運行模式下的效率，所述模式為燃燒模式或氣動模式。
[0019]本發(fā)明因此提供一種熱動-氣動發(fā)動機的運行方法,所述熱動-氣動發(fā)動機包括:
[0020]-氣缸，其包括:進氣門、排氣門以及填充/放泄閥，
[0021]-借助填充/放泄閥與所述氣缸相連的壓縮空氣容器，
[0022]在發(fā)動機循環(huán)過程中的已確定時刻時進氣門關閉并且排氣門打開，所述發(fā)動機循環(huán)至少包括壓縮階段和膨脹階段，所述已確定時刻分別限定實際壓縮比和實際膨脹比，
[0023]所述方法包括在燃燒運行模式和氣動運行模式之間選擇的步驟，在所述燃燒運行模式中填充/放泄閥關閉，在所述氣動運行模式中，填充/放泄閥控制壓縮空氣在氣缸和容器之間通過，其特征在于，所述方法包括對于選擇的運行模式，在發(fā)動機循環(huán)過程中，對進氣門的關閉時刻和/或排氣門的打開時刻的調整步驟，使得分別調節(jié)實際壓縮比和/或實際膨脹比以使選擇的運行模式的效率最佳。
[0024]在一個變型中，發(fā)動機具有固定的幾何壓縮比，所述方法包括第一燃燒運行模式，當選擇了所述第一燃燒運行模式時，實際壓縮比和實際膨脹比被分別調節(jié)至小于幾何壓縮比的參考壓縮比以及參考膨脹比。有利地，所述參考壓縮比的值基本上等于所述參考膨脹比的值。
[0025]在另一個變型中，該方法包括第一氣動運行模式，即氣泵模式，其中，空氣從氣缸被充入容器中，并且當選擇該運行模式時，實際壓縮比被調節(jié)至參考壓縮比和幾何壓縮比之間的值，實際膨脹比被調節(jié)至小于參考膨脹比的值。有利地，實際壓縮比基本上等于所述幾何壓縮比。
[0026]在另一個變型中，該方法包括第二氣動運行模式，即氣動發(fā)動機模式，其中，空氣從容器被放泄至氣缸中，當選擇該運行模式時，實際壓縮比被調節(jié)至小于參考壓縮比的值，實際膨脹比被調節(jié)至在參考膨脹比和幾何壓縮比之間的值。有利地，實際膨脹比基本上等于所述幾何壓縮比。
[0027]在另一個變型中，該方法包括第二燃燒運行模式，當選擇了該運行模式時，實際壓縮比被調節(jié)至小于參考壓縮比的值，實際膨脹比被調節(jié)至在參考膨脹比和幾何壓縮比之間的值。有利地，實際膨脹比基本上等于所述幾何壓縮比。
[0028]在另一個變型中，排氣門的打開時刻和進氣門的關閉時刻之間差距保持不變。
[0029]本發(fā)明還提出一種熱動-氣動發(fā)動機，其具有固定的幾何壓縮比，根據包括壓縮階段和膨脹階段的發(fā)動機循環(huán)進行操作，所述熱動-氣動發(fā)動機包括:
[0030]-氣缸，其包括:進氣門、排氣門以及填充/放泄閥，
[0031]-借助填充/放泄閥與所述氣缸相連的壓縮空氣容器，
[0032]-在燃燒運行模式和氣動運行模式之間進行選擇的選擇設備，
[0033]其特征在于，所述熱動-氣動發(fā)動機還包括:
[0034]調整設備，所述調整設備根據選擇的運行模式在發(fā)動機循環(huán)過程中對進氣門的關閉時刻和/或排氣門的打開時刻進行調整，以便分別調整時機壓縮比和/或實際膨脹比，從而優(yōu)化選擇的運行模式的效率。
[0035]在一個變型中，所述調整設備包括與唯一的凸輪軸相位調整器相關聯(lián)的唯一凸輪軸，所述凸輪軸相位調整器能夠在發(fā)動機循環(huán)的過程中同步調整進氣門的關閉時刻和排氣門的打開時刻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]通過參考附圖閱讀以下對本發(fā)明的非限制性特殊實施例的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更加清楚，所附附圖其中:
[0037]-圖1示出根據現(xiàn)有技術的熱動-氣動混合動力發(fā)動機的原理圖。
[0038]-圖2示出根據本發(fā)明的熱動-氣動混合動力發(fā)動機的第一實施例。
[0039]-圖3示出根據本發(fā)明的熱動-氣動混合動力發(fā)動機的另一個實施例。
[0040]-圖4a示出代表對于氣動發(fā)動機運行模式或對于第二燃燒模式調整進氣門和排氣門打開的示例的分布圖。
[0041]-圖4b，4c示出代表對于氣動泵模式或對于第一燃燒模式分別調整進氣門和排氣門打開的示例的分布圖。
【具體實施方式】
[0042]圖2示出根本發(fā)明的熱動-氣動混合動力發(fā)動機的第一優(yōu)選實施例。在該實施示例中，熱動-氣動類型的混合動力發(fā)動機包括發(fā)動機模塊，所述發(fā)動機模塊包括發(fā)動機罩I和氣缸2。發(fā)動機可以包括多個相同的氣缸2,例如四個。氣缸2容納活塞(未不出),每個與氣缸蓋I限定燃燒室。
[0043]在這種情況下，這里所示的每個氣缸2包括:進氣門3、排氣門4以及壓縮空氣的填充/放泄閥5。
[0044]進氣門3和排氣門4與僅配有進氣凸輪13和排氣凸輪14的凸輪軸10配合。凸輪軸10允許驅動進氣門3和排氣門4并且控制它們在發(fā)動機循環(huán)過程中的已確定時刻打開和關閉，所述發(fā)動機循環(huán)至少包括壓縮階段和膨脹階段。傳統(tǒng)上，用進氣門打開OA代表發(fā)動機循環(huán)過程中進氣門3打開的時刻，用進氣門關閉FA代表發(fā)動機循環(huán)過程中進氣門3關閉的時刻，用排氣門打開OE代表發(fā)動機循環(huán)過程中排氣門4打開的時刻,用排氣門關閉FE代表發(fā)動機循環(huán)過程中排氣門4關閉的時刻。這些時刻傳統(tǒng)上可以表達為曲軸度。由此可以稱為相對于發(fā)動機的曲軸位置的角度偏移。
[0045]凸輪軸10與稱為凸輪軸“相位調整器” 11的致動器連接，所述相位調整器允許改變凸輪軸10相對于曲軸的角度偏移，因此調整進氣門3和排氣門4的打開和關閉時刻值0A、FA、0E、FE，由此改變混合動力發(fā)動機的實際壓縮比以及實際膨脹比，這能夠增加可能的運行模式的效率，運行模式將在下面進行描述。然而使用該相位調整器，當偏移時，打開時段和閥高度保持不變(FA-OA=定值并且FE-OE=定值)。相位調整器11有利地是凸輪軸10的相位調整角能夠達到90°的相位調整器，這允許實際壓縮比以及實際膨脹比具有很大的調節(jié)范圍。
[0046]壓縮空氣填充/放泄閥5與自身的分配裝置配合，所述分配裝置根據加壓氣體的填充和放泄需要控制閥的打開和關閉，該需要基本上與活塞在氣缸2中的位置不相關。填充/放泄閥5的分配裝置可以是機械裝置(純機械、水力、氣動)，電氣裝置、磁力裝置或利用至少兩種以上裝置的組合。
[0047]發(fā)動機還包括:進氣分配器6，其允許借助進氣門3分配進入氣缸2中的空氣、排氣收集器7，其允許借助排氣門4從氣缸2排出氣體。
[0048]發(fā)動機還包括加壓氣體儲存設備。加壓氣體儲存設備主要包括:加壓氣體儲存容器8以及在填充和放泄閥5的位置處將加壓氣體儲存容器8與燃燒室連接起來的加壓氣體通過管道9。
[0049]發(fā)動機還包括電子控制單元(UCE)。UCE被配置用作允許模式的選擇設備以及進氣門3和排氣門4的適當偏移的調整設備，也就是說調整進氣門3和排氣門4的打開和關閉時刻值0A、FA、0E、FE。UCE此外根據已確定的運行模式激活專用于填充/放泄閥5的相位調整器11和分配裝置12。根據本發(fā)明的混合動力-熱動發(fā)動機的可能運行模式將在下面進行詳細描述。
[0050]這里首先明確指出，應當理解“幾何”比和“實際”比之間的區(qū)別:活塞式發(fā)動機的幾何壓縮比τ cq,也稱為體積比，是當活塞處于高失效點PMH時氣缸的最小體積Vpmh和當活塞處于低失效點PMB時氣缸2的最大體積Vpmb之間相比的理論比。
[0051]幾何壓縮比τ cq由此通過下述已知關系式限定:
[0052]
【權利要求】
1.一種熱動-氣動發(fā)動機的運行方法，所述熱動-氣動發(fā)動機包括: -氣缸(2)，其包括:進氣門(3)、排氣門(4)以及填充/放泄閥(5)， -借助填充/放泄閥(5)與所述氣缸(2)相連的壓縮空氣容器(8)， 在發(fā)動機循環(huán)過程中的已確定時刻(FA，OE)時進氣門(3)關閉并且排氣門(4)打開，所述發(fā)動機循環(huán)至少包括壓縮階段和膨脹階段，所述已確定時刻分別限定實際壓縮比(τ。eff)和實際膨脹比(Td eff), 所述方法包括在燃燒運行模式和氣動運行模式之間選擇的步驟，在所述燃燒運行模式中填充/放泄閥(5)關閉，在所述氣動運行模式中，填充/放泄閥(5)控制壓縮空氣在氣缸 (2)和容器(8)之間通過，其特征在于，所述方法包括對于選擇的運行模式，在發(fā)動機循環(huán)過程中，對進氣門的關閉時刻(FA)和/或排氣門的打開時刻(OE)的調整步驟，使得分別調節(jié)實際壓縮比(τ c eff)和/或實際膨脹比(τ d eff)以使選擇的運行模式的效率最佳，并且，發(fā)動機具有固定的幾何壓縮比(Xc;g)，所述方法包括第一燃燒運行模式，當選擇了所述第一燃燒運行模式時，實際壓縮比(\rff)和實際膨脹比(Tdrff)被分別調節(jié)至小于幾何壓縮比(Xcg)的參考壓縮比以及參考膨脹比。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述參考壓縮比的值基本上等于所述參考膨脹比的值。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，其包括第一氣動運行模式，即氣泵模式，其中，空氣從氣缸(2)被充入容器(8)中，并且當選擇該運行模式時，實際壓縮比(τ。eff)被調節(jié)至參考壓縮比和幾何壓縮比(Xeg)之間的值，實際膨脹比(τ d eff)被調節(jié)至小于參考膨脹比的值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述實際壓縮比(τ。#)基本上等于所述幾何壓縮比(Xcg)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，其包括第二氣動運行模式，即氣動發(fā)動機模式，其中，空氣從容器(8)被放泄至氣缸(2)中，當選擇該運行模式時，實際壓縮比(τ。rff)被調節(jié)至小于參考壓縮比的值，實際膨脹比(Tdeff)被調節(jié)至在參考膨脹比和幾何壓縮比(Xeg)之間的值。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述實際膨脹比(Tdrff)基本上等于所述幾何壓縮比(Xcg)。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，其包括第二燃燒運行模式，當選擇了該運行模式時，實際壓縮比(τ e rff)被調節(jié)至小于參考壓縮比的值，實際膨脹比(τ d_eff)被調節(jié)至在參考膨脹比和幾何壓縮比(Xeg)之間的值。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述實際膨脹比(Tdrff)基本上等于所述幾何壓縮比(Xcg)。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，排氣門的打開時刻(OE)和進氣門的關閉時刻(FA)之間差距保持不變。
10.一種熱動-氣動發(fā)動機，其具有固定的幾何壓縮比，根據包括壓縮階段和膨脹階段的發(fā)動機循環(huán)進行操作，所述熱動-氣動發(fā)動機包括: -氣缸(2)，其包括:進氣門(3)、排氣門(4)以及填充/放泄閥(5)， -借助填充/放泄閥(5)與所述氣缸(2)相連的壓縮空氣容器(8)，-在燃燒運行模式和氣動運行模式之間進行選擇的選擇設備， 其特征在于，所述熱動-氣動發(fā)動機還包括: 調整設備，所述調整設備根據選擇的運行模式在發(fā)動機循環(huán)過程中對進氣門的關閉時亥Ij (FA)和/或排氣門的打開時刻(OE)進行調整，所述調整設備包括與相位調整器(11，11’)相連的凸輪軸(10，10’)，以便分別調整時機壓縮比(^ eff)和/或實際膨脹比(Tdrff),從而優(yōu)化選擇的運行模式的效率。
11.根據權利要求10所述的發(fā)動機，其特征在于，所述調整設備包括與唯一的凸輪軸相位調整器(11)相關聯(lián)的唯一凸輪軸(10)，所述凸輪軸相位調整器能夠在發(fā)動機循環(huán)的過程中同步調整進氣門的 關閉時刻(FA )和排氣門的打開時刻(OE )。
【文檔編號】F02D13/02GK103649488SQ201280034808
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日:2011年7月13日
【發(fā)明者】C·迪芒 申請人:標致·雪鐵龍汽車公司