CN104508259A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)，该内燃机具有新鲜气体管道(2)和废气管道(3)，其中，热交换器(11)设置在废气管道(3)中，该热交换器是流体回路(12)的组成部分，该流体回路除了热交换器(12)外还具有至少一个膨胀装置(15)，该膨胀装置包含机械的从动装置(17)。根据本发明提供一种内燃机(1)，该内燃机可将来自内燃机(1)的废气管道(3)的废热用于液压系统。可实现的是，从动装置(17)与液压泵(18)相连接，该液压泵直接地或间接地与工作机相连接，该工作机与机动车的驱动轴(8)相连接，内燃机(1)安装在该机动车中以驱动所述机动车。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机，所述内燃机具有新鲜气体管道和废气管道，其中，在废气管道中设置有热交换器，所述热交换器是流体回路的组成部分，所述流体回路除了所述热交换器外还具有至少一个膨胀装置，所述至少一个膨胀装置包含机械的从动装置。本发明还涉及一种用于运行上述内燃机的方法。
背景技术
从文献DE 10 2009 028 469 A1中已知一种此类内燃机。该内燃机具有热回收系统，该热回收系统包含设置在废气管道中的热交换器。该热交换器是流体回路的组成部分，该流体回路除了热交换器外还包含泵、带有机械的从动装置的膨胀装置以及冷却器。在该流体回路中循环的介质、尤其是水在热交换器中通过内燃机的热废气转变成气态并驱动膨胀装置。膨胀装置的从动装置构造成轴，该轴与增压装置相连接。增压装置构造成废气涡轮增压机，该废气涡轮增压机作为内燃机的组成部分将附加的燃烧空气供给到该内燃机的新鲜气体管道中。
从文献DE 10 2009 024 772 A1已知又一内燃机。该内燃机具有热回收系统，在该热回收系统中，膨胀装置的从动装置与发电机相联接。发电机在膨胀装置运行时产生电能，该电能被供给至例如呈电池形式的蓄电器。
本发明的目的在于提供一种内燃机，所述内燃机可将来自内燃机的废气管道的废热有效地用于液压系统。此外，本发明提供一种用于运行上述内燃机的合适方法。
发明内容
上述发明目的通过如下方式解决，将利用来自废气管道的废热的系统的输出装置与液压泵相连接。液压泵输送液压流体，所述液压流体通常可用于任意用途。用于驱动内燃机的相应方法设计成，液压存储管理系统控制液压流体对蓄压器的充填，所述液压流体由与所述从动装置相连接的液压泵输送。从所述蓄压器可取出所述液压流体以再用于任意使用目的。与背景技术中描述的技术方案相比，该技术方案提供了基本上更多并且更有效的可用可能性来使用内燃机的废热。
在本发明的改进方案中，液压泵与液压蓄压器相连接，所述液压流体输送到所述液压蓄压器中。然后，可从所述蓄压器中按需取出所存储的液压流体以再用于任意应用。
在本发明的又一设计方案中，蓄压器是气囊储存器。气囊储存器具有通常充满氮气的气囊，所述气囊设置在储存器体中。如果现在将液压流体供给到气囊存储器中，则气囊中的气体被压缩。气体体积在压力上升的同时减小，因此使得液压流体能够在气囊存储器中存储在气囊外部。反过来，一旦液压流体一侧的压力下降为比气体压力低，则气囊存储器排空。在此，通过气囊中经压缩的气体支持排空过程。
在本发明的改进方案中，通往蓄压器的流体通道具有截止阀。借助所述截止阀可以将蓄压器相对于流体管道截止并且因此可以将液压流体在避开蓄压器的情况下直接供给至消耗器。这个设计方案的优点在于，通过避开由于将液压流体在蓄压器中存储或者从蓄压器中取出而产生的可能损耗来提高效率。此外，蓄压器的充盈度还可以通过截止阀来控制，所述截止阀还具有调节功能。
在又一设计方案中，蓄压器或液压泵与液压工作机直接地连接。液压工作机还可以设置用于驱动任意部件。然而另一方面，液压工作机也可以自行驱动并且因此可以将液压液尤其输送到蓄压器中。这个过程可以附加或替代于蓄压器通过液压泵的充填进行。
在本发明的改进方案中，液压工作机直接地或间接地与机动车的驱动轴连接，内燃机安装到所述机动车中以驱动所述机动车。这个设计方案为本发明的优选实施方式。在此，工作机可以如上所解释地用作驱动马达，附加或替代于通过内燃机进行驱动，所述驱动马达驱动该机动车的驱动轴。反之，在相应的行驶状况下(例如，在机动车的制动过程或下坡行驶状况下)，工作机可以切换成泵，并且因此将液压流体输送到蓄压器中。通过这个设计方案提供又一可能性：按需求充填所述蓄压器并且因此使液压工作机灵活地和/或在时间上与其它过程脱耦地加载液压流体。因此得出了关于内燃机的运行点移位(尤其是基于转速和驱动力矩)的新的迄今未实现的自由度，该自由度可以例如用于优化燃料消耗性能、减少废气排放和/或优化内燃机或机动车的运行舒适性。这些功能补充并且优化了迄今已知的液压系统中的可能性方案，在所述液压系统中可能会发生：例如机动车在时间上受限地、液压支撑地行驶和徐徐行进，内燃机在最大负荷的情况下在时间上受限地、液压支撑地推进，和/或内燃机在时间上受限地工作点移位。
在本发明的改进方案中，提供一种液压式存储管理系统，所述液压式存储管理系统允许或控制了蓄压器经由液压泵的充填和/或允许或控制了蓄压器经由液压工作机的充填或排空。这种液压式存储管理系统能优选地集成到内燃机的电子式控制系统中。因此，例如能直接地承接并且分析处理该内燃机的运行参数。
在又一设计方案中，存储管理系统如此设计，使得可以实现机动车或内燃机的推进或者内燃机的工作点移位。在此，在本发明的又一有利设计方案中，存储管理系统如此调节，使得在蓄压器中实现或调节以液压液进行最低程度充填。这个最小压力是如此大的，使得例如总是存在用于制动能量回收的充足容量，并且同时使得以液压流体形式所存储的能量足够大，以便例如暂时实现推进。可选的是，在机动车中例如通过导航对已行驶的路段或预计的路段规划进行合适的路段识别来推断出在待行驶的路程上内燃机的制动能量回收潜能以及热回收潜能。这些信息能被利用，以便如此调节呈蓄压器形式的液压式能量存储器的充盈度，使得可以尽可能完整地或最优地在该路段上使用不仅在制动时所回收的能量而且通过热回收系统所重生的能量。总体上，通过这些方法步骤能显著更全面并且更有效地控制内燃机。
从附图说明中获悉本发明的其它有利的设计方案，在该附图说明中对本发明在唯一附图中所示出的实施例进行详细地描述。
附图说明
图1是内燃机的示意性线路图，该内燃机具有用于从内燃机的废气流中进行热回收的外部流体回路，其中，所述流体回路具有液压泵，所述液压泵与液压式混合系统相连接，所述液压式混合系统与设置有内燃机的机动车的驱动轴连接。
具体实施方式
尤其设计成以柴油燃料运行的自点火式内燃机的内燃机1(为了清楚起见在线路图中双重地示出该内燃机)具有新鲜气体管道2，通过该新鲜气体管道将燃烧空气供给至内燃机1，该燃烧空气在内燃机1的工作室中压缩。优选地借助于共轨喷射系统将燃料喷射到经压缩的燃烧空气中，该燃料与燃烧空气一起燃烧并使得内燃机1的活塞运动，以使得内燃机的气缸中的曲轴4产生旋转运动。曲轴4通过万向节轴以及离合器5与传动机构6连接。传动机构6具有输出轴7，该输出轴通过差速器9与驱动轴8连接。驱动轴8与轮10连接，该驱动轴构成机动车的驱动装置，内燃机1与之前描述的部件设置到该机动车中。该机动车可随意构造并且可以是乘用车或商用车。该机动车还可以是建筑机械或作业机械。轮10可以直接地或间接地在相应的地面上致使机动车向前运动。也可以的是，两个或更多个驱动轴8以合适的方式与传动机构6连接，该传动机构可构造成不具有离合器5的自动传动机构。
内燃机1例如构造成四缸式内燃机，该内燃机在图1的上方部分中与所附连的完整的废气管道3一起再次单独地示出，以便能够更好地表示出所要描述的部件。在废气管道3中优选地集成有废气涡轮增压器的涡轮机，该废气涡轮增压器的压缩机将经由新鲜气体管道2供给的燃烧空气进行压缩，以更好地充填所述内燃机1的燃烧室。热交换器11在废气涡轮增压器的下游设置到废气管道3中，该热交换器是流体回路12的组成部分。废气后处理装置13在热交换器11的下游又设置到废气管道3中，该废气后处理装置例如由催化器和/或烟灰滤清器构成。
流体回路12例如以水作为载热介质充填，该水可设有添加物。载热介质由泵14输送通过流体回路12并且在流动通过热交换器11之后流到膨胀装置15中，该膨胀装置例如构造成涡轮机。在热交换器11中，水通过内燃机1的废气的热能来转化成汽相并且通过膨胀装置15中的膨胀将热交换器11中所接收的能量至少部分地输出。冷却器16在膨胀装置15下游接入到流体回路12中，载热介质在该冷却器中完全转化成液相物态。
流体回路12与所描述的部件一起示出了废气热回收系统，借助该废气热回收系统能从内燃机1的热废气中回收能量。膨胀装置15具有优选地构造成轴的从动装置17，该从动装置与用于液压流体(例如液压油)的液压泵18连接。液压泵18通过管道19a、19b与蓄压器20a以及存储容器20b连接，该蓄压器此外优选地构造成气囊存储器。存储容器20b仅用于储存液压流体，并且与蓄压器20a不同的是，该存储容器并不具有气囊而是仅仅具有例如与周围环境相对应的补偿容积。
蓄压器20a在流体通道中具有截止阀21，该截止阀由存储管理系统22调控。存储管理系统22此外可以是用于内燃机1的电子式控制系统的部分。在截止阀21关闭的情形下，蓄压器20a相对于管道19a截止。在输出侧上，蓄压器20a或管道19a通过同样由存储管理系统22所调控的控制阀28与液压工作机23连接，该液压工作机的工作轴24通过变速器25与变速器输出轴26相连接。变速器输出轴26在包含有由存储管理系统所调控的换挡离合器27的情形下与传动机构6相连接。
在热回收过程中，对内燃机1的废气提取废热，将该废热用于驱动所述液压泵18。液压泵18将液压流体输送到蓄压器20a中。在需要时，通过截止阀21或通过控制阀28将液压流体或是从蓄压器20a或是直接从管道19a中获取并且供给至液压工作机23以驱动该液压工作机。于是，除了通过曲轴4导入到传动机构中的功率之外，液压工作机23通过工作轴24将附加的能量或功率导入到传动机构6中。这些附加的能量或者功率可以例如用于内燃机1的液压支撑的推进和/或连续式工作点移位。
反之，例如在机动车交通工具引入制动过程或者下坡行驶时，经由传动机构6、变速器输出轴26和变速器25可以从轮10到工作轴24中地将功率或能量导入到液压工作机23中，该液压工作机于是作为泵起作用并且同样附加或者替代于液压泵18将液压流体输送到蓄压器20a中。

Claims (12)

1.一种内燃机(1)，其具有新鲜气体管道(2)和废气管道(3)，其中，在所述废气管道(3)中设置热交换器(11)，所述热交换器是流体回路(12)的组成部分，所述流体回路除了所述热交换器(12)外还具有至少一个膨胀装置(15)，所述膨胀装置包含机械的从动装置(17)，其特征在于，所述从动装置(17)与液压泵(18)相连接。
2.根据权利要求1所述的内燃机(1)，其特征在于，所述液压泵(18)与液压蓄压器(20a)连接。
3.根据权利要求2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述蓄压器(20a)是气囊存储器。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机(1)，其特征在于，通往所述蓄压器(20a)的流体通道具有截止阀(21)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的内燃机(1)，其特征在于，所述蓄压器(20a)与液压工作机(23)连接。
6.根据权利要求5所述的内燃机(1)，其特征在于，所述液压工作机(23)直接地或间接地与机动车的驱动轴(8)相连接，所述内燃机(1)安装在所述机动车中以驱动所述机动车。
7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(1)，其特征在于，提供液压存储管理系统(22)，所述液压存储管理系统控制通过所述液压泵(18)对所述蓄压器(20a)的充填和/或控制通过所述液压工作机(23)对所述蓄压器(20a)的充填或排空。
8.根据权利要求7所述的内燃机(1)，其特征在于，所述存储管理系统(22)使得所述机动车或者所述内燃机(1)能被增压。
9.根据权利要求7或8所述的内燃机(1)，其特征在于，所述存储管理系统(22)使得所述内燃机(1)能实现工作点偏移。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的内燃机(1)，其特征在于，所述存储管理系统(22)设置成使得在所述蓄压器(20a)中存在液压液的最低充填。
11.一种用于运行内燃机(1)的方法，所述内燃机具有新鲜气体管道(2)和废气管道(3)，其中，在所述废气管道(3)中设置热交换器(11)，所述热交换器是流体回路(12)的组成部分，所述流体回路除了所述热交换器(11)外还具有至少一个膨胀装置(15)，所述膨胀装置包含机械的从动装置(17)，其特征在于，一液压存储管理系统(22)控制一蓄压器(20a)的液压流体充填，所述液压流体由与所述从动装置(17)连接的液压泵(18)输送。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述存储管理系统(22)控制所述蓄压器(20a)借助液压工作机(23)的充填和/或排空，所述液压工作机直接地或间接地与机动车的驱动轴(8)连接，所述内燃机(1)安装在所述机动车中以驱动所述机动车。
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