CN111065804B

CN111065804B - 内燃发动机装置

Info

Publication number: CN111065804B
Application number: CN201780094335.6A
Authority: CN
Inventors: 阿尔内·安德松; 斯塔凡·隆格伦
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2037-09-04
Also published as: EP3679231A1; US20200217244A1; WO2019042575A1; US11085368B2; CN111065804A; EP3679231B1

Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)的内燃发动机装置(100)，所述内燃发动机装置(100)包括容纳往复式燃烧活塞的燃烧缸(106)和容纳往复式膨胀活塞的膨胀缸(110)，所述膨胀缸(110)被布置在燃烧缸(106)下游并与其流体连通，以接收从燃烧缸(106)排放的燃烧气体，其中，内燃发动机装置(100)还包括被布置成与膨胀缸(110)流体连通的压力罐(112)，其中，内燃发动机装置(100)进一步被布置成在第一操作模式和第二操作模式中操作，在该第一操作模式中，在膨胀缸(110)中产生的压缩气体被输送到压力罐(112)，在该第二操作模式中，压力罐(112)中包含的压缩气体被从压力罐(112)输送到膨胀缸(110)。

Description

内燃发动机装置

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机装置。本发明还涉及一种对应的用于控制内燃发动机的方法。本发明能够应用于车辆上，特别是通常被称为卡车的轻型、中型和重型车辆。虽然将主要针对卡车来描述本发明，但本发明还适用于其它类型的车辆，例如工程机械、公共汽车等。

背景技术

多年来，对内燃发动机的需求已经稳定地增加，并且发动机被不断地研发，以满足来自市场的各种需求。减少废气、提高发动机效率(即，减少燃料消耗)和更低的发动机噪声水平是选择车辆发动机时成为重要方面的一些准则。此外，在卡车领域中，存在适用的法律指令，其已经例如确定了所容许的最大废气污染量。更进一步，降低车辆的总体成本是重要，并且，由于发动机构成了总成本的相对大的部分，自然也降低了发动机部件的成本。

为了满足所描述的需求，不断地发展了各种发动机构思。在某些构思中，传统的动力气缸被与例如预压缩级和/或膨胀级组合。在其它构思中，由例如汽油或柴油推进的燃烧发动机被与由另一种类型的推进剂推进的另外的发动机组合。这种另外的发动机可以例如是电动机。而且，由可替代燃料(例如DME和天然气)推进的发动机越来越普及，因为它们的污染对周围环境较不有害。

虽然发动机构思的发展已经提供了排放更少量的对环境有害的污染物的发动机，但仍然不断地需要研发发动机，以便能够例如进一步改进对车辆动力的利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分克服了上述缺陷的内燃发动机装置。这通过根据本发明的第一方面的方法来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的内燃发动机装置，该内燃发动机装置包括容纳往复式燃烧活塞的燃烧缸和容纳往复式膨胀活塞的膨胀缸，该膨胀缸被布置在燃烧缸下游并与燃烧缸流体连通，以接收从燃烧缸排放的燃烧气体，其中，该内燃发动机装置还包括被布置成与膨胀缸流体连通的压力罐，其中，该内燃发动机装置被进一步布置成在第一操作模式和第二操作模式中操作，在该第一操作模式中，在膨胀缸中产生的压缩气体被输送到压力罐，在该第二操作模式中，压力罐中包含的压缩气体被从压力罐输送到膨胀缸。

所述压力罐应被理解为能够容纳具有相对高的气体压力的压缩气体的罐。因此，所述压力罐还可以被称为高压罐或压力容器。如上所述，所述压力罐被布置成与膨胀缸流体连通。由此，在膨胀缸中产生的压缩气体能够被输送到压力罐，该压缩气体在期望的时间范围(time frame)内被容纳在压力罐中。

用语“操作模式”应被解释为操作内燃发动机装置的不同方式。第一操作模式可以优选涉及车辆的发动机制动状态操作。由此，在发动机制动期间，高压气体被输送到压力罐。因此，在发动机制动操作状态期间，该内燃发动机装置能够在第一操作模式中操作。另一方面，第二操作模式可以涉及压力罐中包含的压缩气体被输送到膨胀缸以用于其推进的空气混合动力状态(air hyhrid state)。因此，当希望在空气混合动力状态中操作车辆时，该内燃发动机装置能够在第二操作模式中操作。第一操作模式和第二操作模式优选与正常操作模式(其中，压缩的燃烧气体被从燃烧缸引导到膨胀缸)结合使用，因此提供了三个操作模式。而且，内燃发动机可以在混合模式中操作。在这种混合模式中，内燃发动机能够在正常操作模式中操作，由此，通过同时从压力罐向膨胀缸添加压缩气体而实现了增加的动力。

此外，燃烧缸可以优选被布置成以四冲程方式操作，而膨胀缸可以优选被布置成以二冲程方式操作。

本发明是基于以下见解：通过将燃烧缸与膨胀缸组合，膨胀缸能够被布置成作为泵操作，以将在膨胀缸中产生的压缩气体输送到压力罐。已经认识到，在膨胀缸中产生的压力水平可以很好地适合于输送到压力罐，以用于其随后的使用。因此并且如下文进一步描述的，膨胀缸可以接收以膨胀缸的相对大的膨胀比被压缩并输送到压力罐的环境空气。因此，压力罐中包含的压缩气体可以在随后的时间点被从压力罐排放并输送到膨胀缸。在后一种情形中，膨胀缸利用从压力罐输送的压缩气体而操作。因此，本发明的优点是：当发动机作为内燃发动机工作的操作条件是有益的时，则该发动机可以作为内燃发动机工作，而当它作为空气混合动力车辆工作的操作条件是有益的时，则它可以作为空气混合动力车辆工作。由此，将减少车辆的燃料消耗。此外，该内燃发动机装置很适合与例如电动机推进相组合。在这种情形中，车辆可以在要求低功耗的操作条件下由电动机推进，并且在要求增加的动力需求时作为空气混合动力车辆工作。由此，能够使用带有减小的动力能力的电动机，因此减小了车辆的总体成本和重量。该车辆可以与电动机的操作相结合地作为空气混合动力车辆工作。

根据示例性实施例，当内燃发动机装置在第一操作模式中操作时，膨胀缸可以被布置成压缩环境空气并将压缩的环境空气泵送到压力罐。

如上所述，膨胀缸填补了空气泵/气体泵的功能。因此，不需要任何另外的空气泵/气体泵以迫使压缩气体到达压力罐。如下面将描述的，膨胀缸可以布置有用于用作空气泵/气体泵的适当性质。例如，膨胀缸将被很好地热绝缘，并且设置有大的膨胀器容积。由此，膨胀缸是基本绝热的。空气可以在由膨胀缸压缩之前通过膨胀缸的出口阀被提供，并且被进一步输送到压力罐。在这种情形之前，内燃发动机可以在预定的时间段内抑制通过燃烧缸进行的燃烧，从而没有(或者仅少量)废气存在于经由出口阀被输送到膨胀缸中的空气中。

根据示例性实施例，当内燃发动机装置在第二操作模式中操作时，可以阻止来自燃烧缸的燃烧气体被引导到膨胀缸。

根据示例性实施例，该内燃发动机装置可以还包括用于选择性地控制内燃发动机在第一操作模式和第二操作模式中的任一个模式下操作的控制单元。该控制单元还可以控制内燃发动机在上述正常操作模式中操作。因此，“选择性地”不应被解释为使内燃发动机仅在第一操作模式和第二操作模式之间操作，而是也在其它操作模式之间操作。

根据示例性实施例，该控制单元可以被配置成接收指示用于车辆的制动操作的信号；并且当车辆受到该制动操作时，控制内燃发动机装置在第一操作模式中操作。

如上所述，该制动操作优选涉及车辆的发动机制动。在燃烧缸不暴露于燃烧操作时，在制动期间使该内燃发动机装置在第一操作模式中操作是优选的。由此，过剩的能量能够用于压缩膨胀缸中的气体并随后用于输送到压力罐。因此，优点在于提供了改进的能量利用。

该控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程器件。该控制单元还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件，或者数字信号处理器。在控制单元包括上述可编程器件(例如微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)时，处理器还可以包括控制该可编程器件的操作的计算机可执行代码。

根据示例性实施例，该控制单元可以进一步被配置成：接收指示车辆所需的动力水平的信号；将所需的动力水平与预定阈值极限进行比较；并且当所需的动力水平超过预定阈值极限时，控制该内燃发动机装置在第二操作模式中操作。

由此，并且如上所述，在存在增加的动力需求时的时间段内，该车辆可以作为空气混合动力车辆工作。

根据示例性实施例，该内燃发动机装置还可以包括阀装置，该阀装置被定位成与所述燃烧缸、膨胀缸及压力罐流体连通。

该阀装置可以优选被设计为三通阀，其中，该阀装置的正常操作位置使燃烧缸与膨胀缸流体连通，并且其中，第一操作位置使压力罐在下游/上游与膨胀缸流体连通。在第一操作位置，燃烧缸优选不与压力罐以及膨胀缸流体连通。因此，在第二位置，压缩气体能够从压力罐被引导到膨胀缸，或者反过来。

根据示例性实施例，该内燃发动机装置还可以包括中间罐，该中间罐被流体连通地定位在燃烧缸和膨胀缸之间，该中间罐被布置成容纳从燃烧缸排放的压缩气体。由此，能够进一步控制气体压力水平和燃烧气体在燃烧缸和膨胀缸之间的流动。

根据示例性实施例，所述阀装置可以布置在该中间罐的下游。

根据示例性实施例，该内燃发动机装置还可以包括蓄热式换热器(heatregenerator)，该蓄热式换热器被流体连通地布置在膨胀缸和压力罐之间，该蓄热式换热器被布置成从膨胀缸中产生的压缩气体吸收热量。

蓄热式换热器应被理解为是指能够接收并吸收热量的装置。因此，该蓄热式换热器被布置成吸收在输送到压力罐之前的相对暖的压缩气体中的热量。因而，压力罐中的气体的温度因此是相对低的，优选处于与环境温度类似的温度水平。由此，能够降低压力罐的热隔离属性。而且，使用蓄热式换热器将使得从压力罐输送到膨胀缸的压缩气体能够具有与从膨胀缸输送到蓄热式换热器的压缩气体的温度水平基本对应的温度水平。因此，实现了基本可逆的过程。

根据示例性实施例，该蓄热式换热器可以布置成使得：与膨胀缸连接的蓄热式换热器的入口部分具有与膨胀缸中产生的压缩气体的温度水平基本对应的温度水平，并且该蓄热式换热器的出口部分具有与内燃发动机装置的环境温度基本对应的温度水平。

根据示例性实施例，膨胀缸可以包括至少40的几何压缩比，该压缩比是由膨胀活塞在膨胀缸内的往复运动形成的最大容积与最小容积之间的比值。

使用相对高的压缩比(即，高于40，优选高于80，更优选为大约100)，膨胀缸很好地适合于充分压缩所接收的空气/气体，并且作为空气泵/气体泵操作。因此，实现了当膨胀缸作为空气泵/气体泵操作时提高的效率。

根据示例性实施例，该内燃发动机装置还可以包括容纳往复式活塞的压缩缸，该压缩缸被布置在燃烧缸上游并与燃烧缸流体连通，以将压缩空气输送到燃烧缸。

根据一实例，压缩缸可以作为二冲程压缩缸操作。

根据第二方面，提供了一种用于控制内燃发动机装置的方法，该内燃发动机装置包括：容纳往复式燃烧活塞的燃烧缸；容纳往复式膨胀活塞的膨胀缸，该膨胀缸被布置在燃烧缸下游并与燃烧缸流体连通，以接收从燃烧缸排放的燃烧气体；和被布置成与膨胀缸流体连通的压力罐，其中，该方法包括以下步骤：确定车辆的操作状态；如果车辆在第一操作状态中操作：则控制在膨胀缸中产生的压缩气体以便被输送到压力罐；并且，如果车辆在第二操作状态中操作：则控制压力罐中包含的压缩气体以便被输送到膨胀缸。

因此，如上所述，优点在于，内燃发动机能够在不同模式中操作，这例如将减少燃料消耗。而且，该方法非常适合与电动机的操作组合。

第二方面的进一步的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的那些。详细地，上文关于第一方面描述的特征同样能够很好地与第二方面的特征组合。

根据第三方面，提供一种车辆，该车辆包括根据上文关于第一方面描述的实施例中的任一个实施例的内燃发动机装置。

根据示例性实施例，该车辆还可以包括不同于所述内燃发动机装置的第二原动机，其中，该车辆被构造成在第一车辆状态和第二车辆状态中操作，在该第一车辆状态中，通过从压力罐向膨胀缸提供压缩气体来推进车辆，在该第二车辆状态中，通过使用第二原动机来推进车辆。

根据示例性实施例，与在第二车辆状态中操作相比，当对车辆的动力需求更高时，该车辆可以在第一车辆状态中操作。

第三方面的进一步的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的那些。对于第二方面，上文关于第一方面描述的特征也同样能够很好地与第三方面的特征组合。

根据第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行第二方面的步骤。

根据第五方面，提供了一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序组件，当该程序组件在计算机上运行时，该程序组件用于执行第二方面的步骤。

第四方面和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的那些。

当研究以下描述时，本发明的进一步的特征和优点将变得清楚。本领域技术人员会认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除了下文中描述的那些以外的实施例。

附图说明

通过以下对本发明的示例性实施例的示意性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：

图1是示出了卡车形式的车辆的示例性实施例的侧视图；

图2是根据一个示例性实施例的内燃发动机装置的示意图；

图3a至图3c示意性地示出了根据示例性实施例的用于其操作模式的内燃发动机装置的气体流动；

图4是根据另一个示例性实施例的内燃发动机装置的示意图；并且

图5是示出了根据示例性实施例的用于控制内燃发动机装置的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图来更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，且不应被理解为局限于本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了充分性和完整性。贯穿整个说明书，相同的附图标记表示相同的元件。

特别参考图1，提供了卡车形式的车辆1。车辆1包括发动机100，如下文将参照例如图2和3的描述而进一步描述的，该发动机为内燃发动机装置100的形式。优选地，内燃发动机装置100例如由传统的燃料(例如柴油)推进。

参考图2，描绘了根据示例性实施例的内燃发动机装置100的示意图。根据图2中描绘的示例性实施例，内燃发动机装置100包括压缩缸102。压缩缸102包括往复式压缩活塞(未示出)，即，该往复式压缩活塞被容纳在压缩缸102内，以便以在上端(还通常被称为上止点(TDC))和下端(还通常被称为下止点(BDC))之间的往复运动操作。压缩缸102还包括入口阀402，在入口阀402处，气体(优选为处于环境气体压力下的空气的形式)被可控地提供到压缩缸402中。压缩缸102还包括出口阀404，通过该出口阀404，压缩气体被从压缩缸102可控地排放。压缩缸102优选以二冲程方式操作。

此外，内燃发动机装置100包括燃烧缸106，该燃烧缸106被布置在压缩缸102下游并经由导管302与压缩缸102流体连通。燃烧缸106包括往复式活塞(未示出)，即，往复式燃烧活塞被容纳在燃烧缸106内，以便以在该燃烧缸的TDC和BDC之间的往复运动操作。燃烧缸106还包括入口阀406，在该入口阀406处，来自压缩缸102的压缩气体被可控地提供到燃烧缸106中。燃烧缸106还包括出口阀408，通过该出口阀408，压缩的燃烧气体被从燃烧缸106排放。燃烧缸106优选以四冲程方式操作。而且，燃烧缸106包括用于将燃料提供到燃烧缸106中以在其内燃烧的燃料喷射系统(未示出)。

此外，内燃发动机装置100包括膨胀缸110，该膨胀缸110被布置在燃烧缸106下游并经由导管304与燃烧缸106流体连通。膨胀缸110包括往复式膨胀活塞(未示出)，即，往复式膨胀活塞被容纳在膨胀缸110内，以便以在该膨胀缸的TDC和BDC之间的往复运动操作。膨胀缸110还包括入口阀410，在该入口阀410处，来自燃烧缸106的压缩的燃烧气体被可控地提供到膨胀缸110中。膨胀缸110还包括出口阀412，通过该出口阀412，膨胀的燃烧气体被从膨胀缸110排放到后处理系统(未示出)等。

如图2中进一步描绘的，内燃发动机装置100包括压力罐112。压力罐112被布置成经由压力罐导管111与膨胀缸112流体连通。如下面将进一步描述的，压力罐112被布置成：根据内燃发动机装置100的当前操作模式，从膨胀缸110可控地接收压缩气体以及将压缩气体可控地输送到膨胀缸110。因此，压力罐112应该被设计成耐受至少与在膨胀缸110中产生的压缩气体的气体压力水平相对应的气体压力水平。

此外，为了控制压缩气体从膨胀缸110到压力罐112或者从压力罐112到膨胀缸110的输送，内燃发动机装置100包括阀装置114。阀装置114优选是与燃烧缸106、膨胀缸110和压力罐112流体连通地连接的三通阀装置。阀装置114还连接到用于控制该阀装置114的控制单元116。将在下文中参照图3a至图3c的描述来更详细地描述阀装置114及其由控制单元116控制的位置。

如图2的示例性实施例中进一步描绘的，内燃发动机装置100包括第一中间罐120和第二中间罐122。第一中间罐120位于导管302中，且因此被流体连通地布置在压缩缸102和燃烧缸106之间。第一中间罐120还可以称为中间低压气体罐。第二中间罐122位于导管304中，且因此被流体连通地布置在燃烧缸106和膨胀缸110之间，或者更准确地说，被流体连通地布置在燃烧缸106和阀装置114之间。第二中间罐122还可以称为中间高压气体罐，因为第二中间罐122中包含的气体的压力水平高于第一中间罐120中包含的气体的压力水平。然而，应当容易理解，第一中间罐120和/或第二中间罐122是可以根据需要而纳入的额外部件。因此，对于以下文描述的各种模式控制内燃发动机的功能来说，可不必使该内燃发动机装置包括第一中间罐120和/或第二中间罐122。

对于图2中描绘的内燃发动机装置100，其操作通常是根据以下方式执行的。空气经由压缩缸102的入口阀402被提供到压缩缸102中。利用所述压缩活塞的往复运动，该空气以二冲程的方式被压缩，之后经由出口阀404排放到导管302。该压缩空气被引导到第一中间罐120中，然后经由燃烧缸106的入口阀406被引导到燃烧缸106中。在所述燃烧活塞在燃烧缸106中的四冲程操作期间，该压缩空气被更进一步压缩，并且可燃燃料被喷射到燃烧缸106的燃烧室中。压缩的燃烧气体在燃烧之后经由燃烧缸的出口阀408被引导到导管304中，并且被进一步引导到第二中间罐122中。该压缩的燃烧气体然后经由膨胀缸110的入口阀410被引导到膨胀缸110中。该压缩的燃烧气体在膨胀缸的往复式二冲程运动期间膨胀并经由出口阀412被从膨胀缸110引导出去。所述压缩活塞、燃烧活塞和膨胀活塞连接到内燃发动机装置100的曲轴(未示出)。所述压缩活塞、燃烧活塞和膨胀活塞可以直接连接到同一个曲轴，或者经由中间曲轴等连接到曲柄轴，该中间曲轴等又经由例如彼此啮合连接的齿轮而连接到所述曲轴。

现在参考图3a至图3c，其示出了根据其示例性实施例的用于内燃发动机装置100的三个不同的操作模式。详细地，图3a至图3c示意性地示出了对于各种操作模式如何布置阀装置114以引导气体的流动。在图3a至图3b中，为了简化对气体流动的示意和理解，压缩缸102、第一中间罐120和第二中间罐122以及控制单元116已被省略。而且，在图3a至图3b中的每一幅中，已经通过关注于流动方向而示意性地描绘了阀装置114。因此，阀装置114可以以不同的形式被设计，只要能够根据以下的描述进行控制即可。

首先，参考图3a，其示出了内燃发动机装置100的上述正常操作。如图3a中可见，阀装置114被布置在正常操作位置，在该位置，压缩气体被从燃烧缸106的出口阀408输送，并经由导管304和膨胀缸110的入口阀410被引导到膨胀缸110中。还如图3a可见，阀装置114阻止压缩气体被输送到压力罐112。

然而，内燃发动机装置100还被布置成采取第一操作模式和第二操作模式。因此，参考图3b，图3b示出了第一操作模式中的压缩气体的流动。内燃发动机装置100优选被布置成当车辆受到发动机制动时在第一操作模式中操作。第一操作模式的主要目标是将膨胀缸110中产生的压缩气体提供到压力罐112中。如图3b中可见，这是通过将阀装置定位在允许压缩气体被从膨胀缸110输送到压力罐112中的第一操作位置而实现的。膨胀缸110优选通过出口阀412接收环境空气形式的气体。利用膨胀缸的往复运动，该空气/气体在膨胀缸110中被压缩。膨胀缸110然后用作空气/气体泵，用于经由压力罐导管111将该压缩气体从膨胀缸110泵送到压力罐112中。因此，阀装置114阻止气体从燃烧缸106到膨胀缸110的流动，而允许压缩气体流被从膨胀缸110输送到压力罐112中。

当压力罐112包括足够量的压缩气体时，内燃发动机装置100能够被布置成采取第二操作模式。该第二操作模式还可以称为空气混合动力模式。这是由于以下事实：内燃发动机装置100将利用来自压力罐112的压缩气体来操作。当例如为了辅助电动机等而希望将另外的动力添加到车辆时，内燃发动机装置100优选在第二操作模式中操作。图3c示出了当内燃发动机装置100采取第二操作模式时的压缩气体的流动。可以看到，阀装置114位于允许压缩气体被从压力罐112输送到膨胀缸110的第一操作位置。由此，来自压力罐112的压缩气体通过迫使膨胀活塞在膨胀缸110内往复运动而推进内燃发动机装置100。因为膨胀活塞连接到曲轴，所以通过迫使膨胀活塞在膨胀缸110内往复运动而实现了内燃发动机的推进。还如图3c中描绘的，阀装置114的第二操作位置阻止来自燃烧缸106的压缩气体被输送到膨胀缸110。在第二操作模式中，膨胀缸的入口阀410的打开和关闭定时能够被调节，以允许该膨胀缸中有更多/更少的压缩气体。因此，阀装置114的第一操作位置既允许气体流动到压力罐又允许气体从压力罐流出。

现在参考图4，图4示出了内燃发动机装置100的另一个示例性实施例。图2中描绘的实施例与图4中描绘的实施例之间的差异在于，图4中的实施例包括蓄热式换热器140。更详细地，蓄热式换热器140在压力罐导管111中被流体连通地布置在阀装置114和压力罐112之间。阀装置114在图4中被布置成采取如上文关于图3a至图3c的描述所述的多个不同位置。因此，图4中的流动方向由双箭头表示。因此，当内燃发动机装置100采取第一操作模式时，如图3b中所描绘的，气流被从阀装置114经由蓄热式换热器140引导到压力罐112，并且当内燃发动机装置100如图3c中所描绘地采取第二操作模式时，气流被从压力罐112经由蓄热式换热器140引导到阀装置114。

蓄热式换热器140包括由火焰表示的暖侧142和由雪片表示的冷侧144。在操作期间，并且当内燃发动机装置100采取第一操作模式时，相对暖的压缩气体被从燃烧缸106经由蓄热式换热器140引导到压力罐112。蓄热式换热器140吸收压缩的燃烧气体中的热量，使得被输送到压力罐112的压缩气体基本处于环境温度。因此，蓄热式换热器140吸收热量并“保持”该热量，直到内燃发动机100采取第二操作模式。在第二操作模式中，压力罐112中的压缩气体如图3c中所描绘地被朝向阀单元114引导。当该压缩气体经过蓄热式换热器140，即该气体沿着蓄热式换热器140行进时，热能被释放并且随着压缩气体流被朝向膨胀缸110输送。利用蓄热式换热器140，实现了基本可逆的过程。在第二操作模式中离开蓄热式换热器140的压缩气体将具有与在第一操作模式中进入蓄热式换热器的压缩气体的温度基本相同的温度。

当来自燃烧缸106的暖的压缩气体被朝向压力罐112输送时，大部分热量将在蓄热式换热器140的暖侧142被吸收。在该气体朝向冷侧行进时，蓄热式换热器140中的热量将逐渐减少。由此，当压缩气体离开蓄热式换热器140并进入压力罐112时，基本上所有的热量均被移除。如与蓄热式换热器140相结合地描绘的，在蓄热式换热器140中产生热波(heatwave)150。当压缩气体被从膨胀缸110输送到压力罐112时，如由带有附图标记152的虚线波所示意的，热波朝向压力罐112移动。当压缩气体被从压力罐112输送到膨胀缸110时，如由带有附图标记154的虚线波所示意的，热波远离压力罐112地移动。因此，在蓄热式换热器140中存在热梯度，由此，当将压缩气体引导到压力罐112和从压力罐112引导压缩气体时，形成了热波，这是通过内燃发动机装置100的相对高的能量利用而引起的。优选地，该蓄热式换热器应该具有相对陡峭的热波，即，相对陡峭的热梯度，由此，当进入蓄热式换热器140时，压缩气体的温度相对快速地减小。这将防止热量从蓄热式换热器140泄漏。而且，蓄热式换热器140的导热率应该优选在压缩气体的流动方向上是相对低的。而且，蓄热式换热器140应该优选设置有适当的热绝缘(未示出)。

为了总结并描述根据示例性实施例的、用于控制上述内燃发动机装置100的方法，与图2至图4相结合地参考图5。当例如在图3a中描绘的上述正常操作模式中操作内燃发动机装置100时，确定S1车辆1的操作状态。之后，确定该车辆是在第一操作状态还是第二操作状态中操作。第一操作状态优选对应于车辆的发动机制动操作，而第二操作状态优选对应于车辆在较短时段内需要增加的发动机动力的驱动状态。如果确定车辆在第一操作状态中操作，则控制S2在膨胀缸110中产生的压缩气体，以便被引导到压力罐112。优选地，该压缩气体经由上述蓄热式换热器140被引导到压力罐112，使得在输送到压力罐112之前、该压缩气体中的热量在蓄热式换热器140中被吸收。

另一方面，如果确定车辆在第二操作状态中操作，则控制S3压力罐112中包含的压缩气体，以便被从压力罐112输送到膨胀缸110。优选地，该压缩气体经由蓄热式换热器140被引导到膨胀缸110，以在输送到膨胀缸110之前加热该压缩气体。

然而，如果确定车辆也不在第二操作状态中操作，而是在正常操作状态中操作，则可以控制S4内燃发动机装置100以将压缩气体从燃烧缸引导到膨胀缸，如上文关于图3a所描绘和描述的。

虽然上文已经描述了包括单个压缩缸102、单个燃烧缸106和单个膨胀缸110的内燃发动机装置100，但应容易理解，也可以想到其它的压缩-燃烧-膨胀布局。例如，也同样可以使用两个压缩缸、两个燃烧缸和两个膨胀缸。另一种替代方案是使用单个压缩缸、单个膨胀缸和两个燃烧缸。又一种替代方案是使用双压缩缸、双燃烧缸、双膨胀缸，其中，另外的压缩缸被流体连通地布置在所述双压缩缸和所述双燃烧缸之间。此外，代替使用例如图3a-3b中描绘的阀，能够通过控制燃烧缸的出口阀来控制气体向压力罐/从压力罐的流动。由此，在向压力罐/从压力罐输送压缩气体时，燃烧缸的出口阀能够保持关闭。

应该理解，本发明不限于上文所述并且在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将意识到，可以在本发明的范围内进行许多修改和变型。

Claims

1.一种用于车辆(1)的内燃发动机装置(100)，所述内燃发动机装置(100)包括容纳往复式燃烧活塞的燃烧缸(106)和容纳往复式膨胀活塞的膨胀缸(110)，所述膨胀缸(110)被布置在所述燃烧缸(106)下游并与所述燃烧缸(106)流体连通，以接收从所述燃烧缸(106)排放的燃烧气体，其中，所述内燃发动机装置(100)还包括压力罐(112)，所述压力罐(112)被布置成与所述膨胀缸(110)流体连通，其中，所述内燃发动机装置(100)进一步被布置成在第一操作模式和第二操作模式中操作，在所述第一操作模式中，在所述膨胀缸(110)中产生的压缩气体被输送到所述压力罐(112)，在所述第二操作模式中，所述压力罐(112)中包含的压缩气体被从所述压力罐(112)输送到所述膨胀缸(110)，其特征在于，所述内燃发动机装置还包括蓄热式换热器，所述蓄热式换热器被流体连通地布置在所述膨胀缸和所述压力罐之间，所述蓄热式换热器被布置成：所述蓄热式换热器从由所述膨胀缸产生的被输送到所述压力罐的所述压缩气体中吸收热量，并且所述蓄热式换热器在所述压缩气体被从所述压力罐输送到所述膨胀缸时释放热量。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，当所述内燃发动机装置在所述第一操作模式中操作时，所述膨胀缸(110)被布置成压缩环境空气并将压缩的环境空气泵送到所述压力罐(112)。

3.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，当所述内燃发动机装置(100)在所述第二操作模式中操作时，阻止来自所述燃烧缸(106)的燃烧气体被引导到所述膨胀缸(110)。

4.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，还包括控制单元(116)，所述控制单元(116)用于选择性地控制所述内燃发动机在所述第一操作模式和第二操作模式中的任一个模式中操作。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机装置，其中，所述控制单元被配置成：

-接收指示用于所述车辆(1)的制动操作的信号；并且

-当所述车辆受到所述制动操作时，控制所述内燃发动机装置(100)在所述第一操作模式中操作。

6.根据权利要求4所述的内燃发动机装置，其中，所述控制单元(116)进一步被配置成：

-接收指示所述车辆(1)所需的动力水平的信号，

-将所述所需的动力水平与预定阈值极限进行比较；并且

-当所述所需的动力水平超过所述预定阈值极限时，控制所述内燃发动机装置在所述第二操作模式中操作。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，还包括阀装置(114)，所述阀装置(114)被定位成与所述燃烧缸(106)、所述膨胀缸及所述压力罐(112)流体连通。

8.根据权利要求7所述的内燃发动机装置，还包括中间罐(122)，所述中间罐(122)被流体连通地定位在所述燃烧缸(106)和所述膨胀缸(110)之间，所述中间罐(122)被布置成容纳从所述燃烧缸(106)排放的压缩气体。

9.根据权利要求8所述的内燃发动机装置，其中，所述阀装置(114)被布置在所述中间罐(122)下游。

10.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，所述膨胀缸(110)具有至少40的几何压缩比，所述压缩比是由所述膨胀活塞在所述膨胀缸内的往复运动形成的最大容积与最小容积之间的比值。

11.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，还包括容纳往复式活塞的压缩缸(102)，所述压缩缸(102)被布置在所述燃烧缸(106)上游并与所述燃烧缸(106)流体连通，以将压缩空气输送到所述燃烧缸。

12.一种用于控制内燃发动机装置的方法，所述内燃发动机装置包括：燃烧缸，所述燃烧缸容纳往复式燃烧活塞；膨胀缸，所述膨胀缸容纳往复式膨胀活塞，所述膨胀缸被布置在所述燃烧缸下游并与所述燃烧缸流体连通，以接收从所述燃烧缸排放的燃烧气体；压力罐，所述压力罐被布置成与所述膨胀缸流体连通；以及蓄热式换热器，所述蓄热式换热器被流体连通地布置在所述膨胀缸和所述压力罐之间，所述方法的特征在于包括以下步骤：

步骤S1：确定车辆的操作状态；

如果所述车辆在第一操作状态中操作，则进入步骤S2；

步骤S2：控制在所述膨胀缸中产生的压缩气体，以便经由所述蓄热式换热器被引导到所述压力罐，其中，所述蓄热式换热器从由所述膨胀缸产生的被输送到所述压力罐的所述压缩气体中吸收热量；并且

如果所述车辆在第二操作状态中操作，则进入步骤S3；

步骤S3：控制所述压力罐中包含的压缩气体，以便经由所述蓄热式换热器被输送到所述膨胀缸，其中，当所述压缩气体被从所述压力罐输送到所述膨胀缸时，所述蓄热式换热器将热量释放给所述压缩气体。

13.一种车辆(1)，其包括根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，所述车辆还包括不同于所述内燃发动机装置的第二原动机，其中，所述车辆被构造成在以下状态中操作：

-第一车辆状态：通过将压缩气体从所述压力罐提供到所述膨胀缸来推进所述车辆；和

-第二车辆状态：通过使用所述第二原动机来推进所述车辆。

14.根据权利要求13所述的车辆，其中，与在所述第二车辆状态中操作相比，当对所述车辆的动力需求更高时，所述车辆在所述第一车辆状态中操作。