CN107013346A - 操作用于为车辆提供功率的汽车系统的方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种操作用于为车辆(105)提供功率的汽车系统(100)的方法，汽车系统(100)包括配备有至少一个汽缸(125)的内燃发动机(110),所述汽缸具有排气阀(510,520)，方法包括步骤：检测车辆(105)的减速；和启用至少一个汽缸(125)的排气阀(520)，以将压缩空气引导到高压箱(500)，所述高压箱与汽缸(125)流体连接(515)。

Description

操作用于为车辆提供功率的汽车系统的方法
技术领域
技术领域涉及操作用于为车辆提供功率的汽车系统的方法。
背景技术
一些已知方法已经被用于降低通过汽车系统的内燃发动机造成的CO2排放，例如在车辆制动期间的能量再生。
能量回收方法已经被应用于传统的内燃发动机(ICE)或其他类型的发动机。
回收制动能量的最方便的方法之一是使用电机。在车辆加速期间，功率通过内燃发动机(ICE)供应，且在车辆制动期间，电机对车辆制动，将车辆的动能转换为电能，电能被存储在车辆的车载电池中。
这种电能例如可随后被用作马达的同一电机使用，或可用于其他用途
在能量回收期间其他类型的混合动力车辆使用空气压缩泵，其还可在加速期间用作气动马达。
能量回收的其他已知方式是机械类型的，例如使用高速旋转的飞轮。
所有上述方法需要将两种不同类型的机器联接而进行，即ICE和电机，或ICE和气动机器，或ICE和飞轮，导致总体系统的高成本。
公开的实施例的目的是在车辆制动期间回收能量，而不需要使用两个不同机器。
该目的和其他目的通过独立权利要求限定的本发明的实施例实现。从属权利要求包括所述实施例的优选和/或有利方面。
发明内容
本发明的实施例提供一种操作用于为车辆提供功率的汽车系统的方法，汽车系统包括配备有至少一个汽缸的内燃发动机,所述汽缸具有排气阀，方法包括步骤：
检测车辆的减速；和
启用至少一个汽缸的排气阀，以将压缩空气引导到高压箱，所述高压箱与汽缸流体连接。
该实施例的优势是允许将从车辆的制动获得的能量以压缩空气的压力的形式存储在专用高压箱中。
根据另一实施例，方法进一步包括步骤：
检测扭矩请求；
将压缩空气从高压箱引导到汽缸。
该实施例的优势是允许回收以压缩空气的压力形式存储在高压箱中的能量，以为车辆提供功率。
根据另一实施例，从高压箱而来的压缩空气被从高压箱引导到空气进入管道，流动进入内燃发动机的进气歧管。
该实施例的优势是允许使用现有的管道以回收存储在高压箱中的能量。
根据另一实施例，从高压箱而来的压缩空气被引导到汽缸，绕过内燃发动机的空气进入管道。
该实施例的优势是，通过使用压缩空气回路的专用分支以在压力下引导压缩空气进入汽缸而避免引起泵送损失的涡轮VGT背压。
根据另一实施例，如果高压箱中的压缩空气压力大于其临界压力，则从高压箱而来的压缩空气被引导到汽缸中。
该实施例的优势是允许使用具有合适压力的压缩空气为车辆提供功率。
根据另一实施例，在压缩空气被从汽缸引导到高压箱时，中断进入汽缸的燃料喷射。
根据进一步实施例，在压缩空气从高压箱引导到汽缸中时，中断进入汽缸的燃料喷射。
这两个实施例具有节省燃料的优势。
本发明的另一方面提供用于操作汽车系统的设备，汽车系统包括配备有汽缸的内燃发动机，汽缸具有排气阀，设备包括：
用于检测车辆的减速的器件；和
用于启用至少一个汽缸的排气阀、以将压缩空气引导到高压箱的器件，所述高压箱与汽缸流体连接。
该方面具有与前述实施例相似的效果，即允许将从车辆的制动获得的能量以压缩空气的压力的形式存储在专用高压箱中。
根据本发明的一方面，用于启用汽缸排气阀的器件包括滑动的凸轮机械化系统。
该方面的优势是允许以载荷阶跃(load step)的方式控制排气阀的关闭。
根据本发明的一方面，用于启用汽缸排气阀的器件包括连续可变阀促动(VVA)系统。
该方面的优势是，由于这种系统可以通过使用凸轮相位器而被机械化这一事实，允许以连续方式控制排气阀的关闭。
根据本发明的另一方面，设备包括增压空气回路的分支，其将高压箱的出口连接到汽缸的进气阀。
该方面的优势是，通过使用压缩空气回路的专用分支以在压力下引导压缩空气进入汽缸，避免了引起泵送损失的涡轮VGT背压。
根据另一方面，其提供配备有至少一个汽缸的内燃发动机，汽缸具有排气阀，其中汽缸的至少一个排气阀与高压箱的入口流体连接。
该方面的优势是允许从车辆的制动获得的能量以压缩空气的压力的形式存储在专用高压箱中。
根据另一方面，高压箱流体连接到空气进入管道，空气进入管道汇入到内燃发动机的进气歧管中。
该方面的优势是允许使用现有的管道以回收存储在高压箱中的能量。
根据另一方面，高压箱流体连接到发动机的进气阀。
该方面的优势是，通过使用压缩空气回路的专用分支以在压力下引导压缩空气进入汽缸，避免了导致泵送损失的涡轮VGT背压。
附图说明
现在参考附随附图通过例子将描述各种实施例，其中相同的附图标记表示，且其中：
图1显示了汽车系统；
图2是属于图1的汽车系统的内燃发动机的横截面；
图3显示了图1的汽车系统的一部分，显示了本发明实施例的第一运行模式；
图4显示了图3的实施例的另一运行模式；
图5显示了本发明另一实施例的第一运行模式；
图6显示了图5的实施例的第二运行模式；
图7显示了图5的实施例的另一运行模式；和
图8是代表本发明实施例的流程图。
具体实施方式
参考附图描述示例性实施例，而不是要限制应用和使用。
一些实施例可以包括用于为汽车车辆105供应功率的汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE)110，所述内燃发动机具有发动机缸体120，所述发动机缸体限定至少一个汽缸125，所述至少一个汽缸具有联接为让曲轴145旋转的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中且被点燃，形成的热膨胀排气造成活塞140的往复运动。通过至少一个燃料喷射器160提供燃料，且通过至少一个进气端口210提供空气。从与高压燃料泵180流体连通的燃料分配管170以高压力向燃料喷射器160提供燃料，所述高压燃料泵增加从燃料源190接收的燃料压力。汽缸125每一个具有至少两个阀，所述阀通过凸轮轴135促动，所述凸轮轴与曲轴145适时地旋转。阀选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150且交替地允许排气通过端口220离开。在一些例子中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
在本发明的一些实施例中，如图3-7所示，汽缸125可以设置有第一进气阀530和第二进气阀540，且设置有第一排气阀510和第二排气阀520。
空气可以通过进气歧管200分配到进气端口(一个或多个)210。空气进入管道205可以从周围环境将空气提供到进气歧管200。
在其他实施例中，可以提供节流阀本体330，以调节进入歧管200中的空气流。
在其他实施例中，可以提供例如涡轮增压器230(具有压缩机240，其旋转地联接到涡轮机250)这样的强制空气系统。压缩机240的旋转增加管道205和歧管200中空气的压力和温度。设置在管道205中的增压空气冷却器260可以降低空气的温度。通过从排气歧管225接收排气，涡轮机250旋转，所述排气歧管从排气端口220引导排气且在通过涡轮机250膨胀之前经过一系列叶片。排气离开涡轮机250且被引导到排气系统270中。该例子显示了具有VGT促动器290的可变几何涡轮机(VGT)，其布置为让叶片295的支架运动到不同位置中，即从完全关闭位置运动到完全打开位置，以改变通过涡轮机250的排气流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何结构的和/或包括废气门。
发动机的排气被引导到排气系统270。
排气系统270可以包括排气管275，所述排气管具有一个或多个排气后处理装置280。排气后处理装置可以是配置为改变排气成分的任何装置。排气后处理装置280的一些例子包括但不限于催化转换器(两向和三向(two and three way))、氧化催化器、贫NOx捕获器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器。
其他实施例可以包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流动。
汽车系统100可以进一步包括与相关于ICE110的一个或多个传感器450和/或装置通信且与存储器系统或数据承载器460和接口总线通信的电子控制单元(ECU)450。ECU 450可以从各种传感器接收输入信号，所述传感器配置为产生与相关于ICE 110的各种物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、可以整合到点火塞中的燃烧压力传感器、冷却剂和油温液位传感器380、燃料分配管压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440和加速踏板447位置传感器445。进而，ECU 450可以产生到各种控制装置的输出信号，所述控制装置布置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、可变几何涡轮机(VGT)促动器290、和凸轮相位器155。应注意，虚线用于表示ECU 450和各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚，其中的一些被省略。
图3是显示了图1的汽车系统100的一部分，其中显示了发动机110的汽缸125，汽缸设置有第一进气阀530和第二进气阀540，且设置有第一排气阀510和第二排气阀520。
第一排气阀510与排气歧管225流体连接，且通过连接分支515将第二排气阀520与高压箱500的入口505流体连接。
高压箱500的出口507则连接到空气进入管道205，空气进入管道汇入到内燃发动机110的进气歧管200中。
阀550设置为调节压缩空气从高压箱500朝向空气进入管道205的流动。
以此方式，存储到高压箱500中的压缩空气可通过进气阀530、540中之一(例如通过第二进气阀540)向回循环流动到发动机110的汽缸125。
在加速期间，根据操作内燃发动机110的常规方式，发动机110将能量供应到车辆105，且第一排气阀510被启用以让排气排出到发动机110的排气歧管225，而第二排气阀520保持关闭。
然而，如图4所示，在车辆105减速期间，第一排气阀510保持关闭且第二排气阀520被启用以让压缩空气流动到高压箱500中。
如下文所述，第二排气阀520的启用可使用可变阀促动系统(VVA)执行。
在术语“启用”针对汽缸的排气阀510、520使用时，其是指这种阀的受控的打开，以便优化压缩空气向高压箱500的聚集。
高压箱500中的压缩空气压力因此升高，且在所述压力达到预定临界值时，例如通过压力传感器570测量或通过其他器件测量，阀550被启用且压缩空气流动进入空气进入管道205，随后进入进气歧管200，且最后通过第二进气阀540的启用而进入汽缸125。
还有，在术语“启用”针对汽缸的进气阀530、540使用时，其是指这种阀的受控的打开，以便优化压缩空气向汽缸125的流动。
因此，在这种阶段，汽缸125操作为气动马达、向车辆105提供功率，这利用了活塞发动机的结构和活塞压缩机的结构非常相似这一事实，且根据本发明的实施例，发动机110在车辆的减速期间使用压缩机，从而以压缩空气的形式在高压箱500中存储能量。
以此方式，内燃发动机110可以以ICE构造或以能量回收模式操作，如以下表格中所总结的。
表格1
ICE构造 能量回收
第一排气阀510启用 第一排气阀510关闭
第二排气阀520关闭 第二排气阀520启用
根据本发明的实施例，可变阀促动系统(VVA)可以用于操作第一进气阀530,540和启用第一和第二排气阀510,520。
具体说，取决于汽缸按常规运行或是作为气动马达，可变阀促动(VVA)技术允许命令排气阀具有不同升程。
如已知的，已经开发了一些阀控制技术；这些技术中的一个是可变阀促动(VVA)，在阀正时或升程方面，允许采用优化的凸轮凸角轮廓以用于进气阀和/或排气阀。
更具体地，一些已知VVA技术可用于执行本发明的各种实施例。
举例来说，而没有限制性目的地，可使用的第一技术是滑动凸轮机械化系统470，其中两个或更多凸轮轮廓用于与促动器组合，所述促动器用于取决于例如发动机速度或发动机负载这样的各种情况而在轮廓之间转换。凸轮切换提供了阀升程轮廓的单独或阶跃的负载变化。
替换技术使用连续可变阀促动系统。这种系统可以通过使用凸轮相位器480而被机械化，所述凸轮相位器即一装置，其配备有两个同中心轴，支撑凸轮的外部轴和用于改变凸轮位置的偏心内部轴，凸轮相位器装置480能提供阀升程轮廓的连续变化。
在任何情况下，可以被使用的VVA系统的每一个被发动机110的电子控制单元450控制。
根据方法的实施例，为了节省燃料，在压缩空气从汽缸125引导到高压箱500中时，进入汽缸的燃料喷射被中断。
还有，在压缩空气从高压箱500引导到汽缸125时，进入汽缸的燃料喷射被中断。
根据方法的另一实施例，将从高压箱500得到的压缩空气与被喷射到汽缸125中的燃料混合的步骤可被执行。
在内燃发动机(其中燃料被喷射到进气歧管200中)的情况下，从高压箱500获得的压缩空气可与这种喷射燃料混合。
图5-7显示了本发明另一实施例的各种运行模式。
图5显示了本发明另一实施例的第一运行模式。
在图5的实施例中，第二排气阀520通过插入阀550连接到增压空气回路的专用分支560。
在加速期间，如图3实施例所示，根据操作内燃发动机110的常规方式，发动机110将能量供应到车辆105，且第一排气阀510被启用以让排气排出到发动机110的排气歧管225，而第二排气阀520保持关闭。
在汽缸125内部，排气从第一进气阀530流动到第一排气阀510。
但是，如图6所示，在第二运行模式中，在车辆105减速期间，第一排气阀510保持关闭且第二排气阀520被启用，以当在汽缸125内部、空气从第一进气阀530流动到第二排气阀520时让压缩空气流动到高压箱500中。
高压箱500中的压缩空气压力因此被升高、在其中存储能量。
随后，如图7所示，在高压箱500中的压缩空气压力达到预定临界值时，阀550打开且压缩空气流动到增压空气回路的专用分支560，且从该处流动到汽缸125，其随后被操作为气动马达。
在汽缸125内部，空气从第二进气阀540流动到第一排气阀510。
以此方式，内燃发动机110可以以ICE构造或以能量回收模式或气动马达模式操作，如以下表格中所总结的。
表格2
ICE构造 能量回收 气动马达
第一排气阀510启用 第一排气阀510关闭 第一排气阀510启用
第二排气阀520关闭 第二排气阀520启用 第二排气阀520关闭
第一进气阀530启用 第一进气阀530启用 第一进气阀530关闭
第二进气阀540关闭 第二进气阀540关闭 第二进气阀540启用
图8是代表本发明实施例的流程图。
在这种实施例中，车辆速度被监测(图块600)。
如果车辆105的减速被检测到(图块610)，则汽缸125的排气阀520被启用以将压缩空气引导到高压箱500，所述高压箱500流体连接到汽缸125(图块620)。
以通常的方式，发动机110的汽缸125中的仅一个可以根据图3-7所示的本发明的各种实施例配置，或汽缸125中一些或所有可以如此配置。
尽管至少一个示例性实施例已经在前述发明内容和具体实施方式中进行了描述，但是应理解存在许多变化例。还应理解，一个或多个示例性实施例仅是例子，且目的不是以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前面的摘要和详细描述为本领域技术人员提供了实施至少一个示例性实施例的便捷方式，应理解，以对示例性实施例中所述的元件的功能和布置做出各种改变，而不脱离权利要求及其等效方式限定的范围。
附图标记
100 汽车系统
105 车辆
110 内燃发动机(ICE)
120 发动机缸体
125 汽缸
130 汽缸盖
135 凸轮轴
140 活塞
145 曲轴
150 燃烧室
155 凸轮相位器
160 燃料喷射器
170 燃料分配管
180 燃料泵
190 燃料源
200 进气歧管
205 空气进入管道
210 进气端口
220 排气端口
225 排气歧管
230 高压涡轮增压器
240 高压压缩机
250 高压涡轮机
260 增压空气冷却器
270 排气系统
275 排气管
280 排气后处理装置
290 VGT促动器
295 涡轮机的叶片支架
300 EGR系统
310 EGR冷却器
320 EGR阀
330 节流阀本体
340 空气流量和温度传感器
350 歧管压力和温度传感器
400 燃料分配管压力传感器
410 凸轮位置传感器
420 曲柄位置传感器
430 排气压力和温度传感器
445 加速器踏板位置传感器
447 加速器踏板
450 电子控制单元(ECU)
460 数据承载器
470 滑动凸轮机械化系统
480 凸轮相位器
500 高压箱
505 高压箱的入口
507 高压箱的出口
510 第一排气阀
520 第二排气阀
530 第一进气阀
540 第二进气阀
550 阀
560 增压空气回路的分支
570 压力传感器
600 图块
610 图块
620 图块

Claims (15)

1.一种操作用于为车辆(105)提供功率的汽车系统(100)的方法，汽车系统(100)包括配备有至少一个汽缸(125)的内燃发动机(110),所述汽缸具有排气阀(510,520)，所述方法包括步骤：
检测车辆(105)的减速；和
启用至少一个汽缸(125)的排气阀(520)，以将压缩空气引导到高压箱(500)中，所述高压箱与汽缸(125)流体连接(515)。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
检测扭矩请求；
将压缩空气从高压箱(500)引导到汽缸(125)中。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括步骤：
将从高压箱(500)获得的压缩空气与喷射到汽缸(125)中或进气歧管(200)中的燃料混合。
4.如权利要求2所述的方法，其中从高压箱(500)而来的压缩空气被从高压箱(500)引导到空气进入管道(205)中，空气进入管道汇入内燃发动机(110)的进气歧管(200)。
5.如权利要求2所述的方法，其中从高压箱(500)而来的压缩空气绕过内燃发动机(110)的空气进入管道(205)、被引导到汽缸(125)中。
6.如权利要求2所述的方法，其中如果高压箱(500)中的压缩空气压力大于其临界压力，则从高压箱(500)而来的压缩空气被引导到汽缸(125)中。
7.如权利要求1所述的方法，其中在压缩空气被从汽缸(125)引导到高压箱(500)中时，中断燃料向汽缸(125)中的喷射。
8.如权利要求1所述的方法，其中在压缩空气被从高压箱(500)引导到汽缸(125)中时，中断燃料向汽缸(125)中的喷射。
9.一种用于操作为车辆(105)提供功率的汽车系统(100)的设备，汽车系统(100)包括配备有汽缸(125)的内燃发动机(110)，所述汽缸具有排气阀(510,520)，所述设备包括：
用于检测车辆(105)的减速的器件；和
用于启用至少一个汽缸(125)的排气阀(520)的器件，以将压缩空气引导到高压箱(500)中，所述高压箱与汽缸(125)流体连接(515)。
10.如权利要求9所述的设备，其中用于启用汽缸(125)的排气阀(520)的器件包括可变阀促动(VVA)系统(480)。
11.如权利要求9所述的设备，包括增压空气回路的分支(560)，其将高压箱(500)的出口(507)连接到汽缸(125)的进气阀(540)。
12.一种配备有至少一个汽缸(125)的内燃发动机(110)，所述汽缸具有排气阀(510,520)，其中汽缸(125)的至少一个排气阀(520)与高压箱(500)的入口(505)流体连接。
13.如权利要求12所述的内燃发动机(110)，其中高压箱(500)流体连接到空气进入管道(205)，空气进入管道汇入内燃发动机(110)的进气歧管(200)中。
14.如权利要求12所述的内燃发动机(110)，其中高压箱(500)流体连接到发动机(110)的进气阀(540)。
15.一种计算机程序，包括计算机编码，该计算机编码适用于根据权利要求1-8中任一项所述的方法促动电子控制单元(450)以操作排气阀(520)。
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