CN113508232A - 压力流体处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压力流体处理系统(37)，其包括封闭的压力流体回路，其中所述压力流体回路包括彼此串联连接的压缩机(31)和压力槽(38)以及从压缩机(31)延伸到压力槽(38)的初级压力流体路径(30)和从压力槽(38)延伸到压缩机(31)的次级压力流体路径(32)，所述压力流体处理系统(37)还包括压力流体蓄能器(40)，该压力流体蓄能器经由第一压力流体蓄能器导管(41)连接到压力流体回路。该压力流体处理系统的特征在于，第一压力流体蓄能器导管(41)包括泵(42)，该泵配置为将压力流体从压力流体回路泵送到压力流体蓄能器(40)以降低压力流体回路中的压力水平，并且压力流体处理系统(37)包括至少一个可控部件，所述至少一个可控部件用于将压力流体从压力流体蓄能器(40)返回到压力流体回路，以增加压力流体回路中的压力水平。

Description

压力流体处理系统
技术领域
本发明总体上涉及压力流体处理系统，其包括具有初级侧(高压侧)和次级侧(低压侧)的封闭的压力流体回路，其中该压力流体处理系统包括执行有用任务并且旨在提供随时间变化的/可变的容量的主动装置。因此，压力流体处理系统被配置为提供在压力流体回路中的可变压力流体流量和/或初级侧和次级侧之间的可变压力比和/或初级侧和次级侧中的可变压力水平，以满足压力流体处理系统的主动装置的不断变化的容量需求。
本发明适用于实现所谓的HVAC应用(即加热、通风和空调)，用于室内特别是车辆环境舒适度，用于驱动/操作内燃机(尤其是无凸轮轴活塞发动机类型的内燃机，也称为术语/概念“带自由阀的发动机”)中的气动装置，用于驱动/操作气动机器/工具等中的气动装置。所述内燃机适用于为车辆提供动力，例如汽车或卡车、船等，或适用于为机器提供动力，例如发电机组或类似物。
本发明具体涉及压力流体处理系统，其包括封闭的压力流体回路，其中所述压力流体回路包括彼此串联连接的压缩机和压力槽以及从压缩机延伸到压力槽的初级压力流体路径和从压力槽延伸到压缩机的次级压力流体路径，所述压力流体处理系统还包括压力流体蓄能器，该压力流体蓄能器经由第一压力流体蓄能器导管连接到压力流体回路，并且本发明还涉及控制这种压力流体处理系统的方法。
在第二方面，本发明涉及包括这种压力流体处理系统的内燃机。
背景技术
本发明基于以下事实，即各种技术领域中的许多已知应用利用封闭压力流体回路中的压力流体流量并且利用封闭压力流体回路的初级侧和次级侧之间的压差，来操作/驱动装置或设备以执行有用任务。
例如，汽车和卡车具有包括压力流体处理系统或由压力流体处理系统构成的空调系统，其中封闭压力流体回路中的压力流体流量以及初级侧和次级侧之间的压差用于实现压力流体的液体和气体/蒸汽之间的转换，以加热或冷却车辆双门轿跑车中的空气。
例如，具有气动装置/部件的内燃机和气动机器/工具利用封闭压力流体回路中的压力流体流量以及初级侧和次级侧之间的压差来操作/驱动气动装置，例如使元件来回移动或使元件旋转。
在目前的HVAC应用中，尤其是汽车和卡车的空调系统中，其中压力流体处理系统的压缩机由内燃机驱动，在车辆的稳态行驶期间以及在内燃机怠速运转时，由于发动机转速恒定，压缩机的操作速度或多或少是恒定的。在这种情况下，固定排量压缩机的容量(或更准确地说是压力流体处理系统的容量)通过使用可调膨胀阀进行调节。在这种系统中，压力流体流量将通过膨胀阀增大以匹配增加的容量需求，因此低压侧的压力水平将增加，同时高压侧的压力水平将下降。因此，当对冷空气的需求最大时，即汽车停在阳光下时在炎热的一天返回汽车，当发动机转速和压缩机转速较低时空调系统将具有最差的性能。因此，必须对空调系统进行尺寸设计以应对此类情况，因此在大多数情况下，空调系统的尺寸会过大。相同的条件适用于在其它HVAC应用中具有固定操作速度的电动压缩机。
在具有由压力流体处理系统驱动/操作的气动装置/部件的现有内燃机中，压力流体处理系统的压缩机由内燃机驱动，并且系统中的压力流体流量、压力水平和压力比不能改变得快于内燃机的操作速度的改变，即执行有用任务的压力流体处理系统的主动装置的容量完全取决于压缩机的操作速度，从而完全取决于内燃机的操作速度。
在无凸轮轴的内燃机中，诸如液体或气体的压力流体例如用于实现一个或多个发动机气门的位移/打开。这意味着传统内燃机用于打开发动机气门以分别让空气进入燃烧室和从燃烧室排出废气的凸轮轴和相关设备已被体积要求更低且更可控的系统所取代。
在为显著角动量输出而构造的发动机中，例如高性能汽车，燃烧室中的压力与角动量输出的增加成比例地增加，打开气门致动器以打开(相对于燃烧室向内开口)发动机气门所需的力因此也与增加的角动量输出成比例地增加。在内燃机的高操作速度下，即高转数，例如6-8000rpm，还需要非常快速地打开发动机气门，以便向发动机气缸填充空气和从发动机气缸排出废气不受限制。这些要求，即在排气门打开时在发动机燃烧室中具有高背压的高性能发动机中需要以高频率极快的打开，需要气门致动器上游的压力流体的压力高达大约8-30巴。在气门致动器的下游，压力流体具有较低的压力，大约为3-6巴。
在高转数和高发动机负载下，低压侧和高压侧之间的压差应在15-20巴左右，以实现气门致动器的正确操作，并且在发动机怠速运行时，或在低转数和低负载时，低压侧和高压侧之间的压差仅需要为大约2-5巴。
在需要快速加速和/或从低转数和低负载到高转数和高负载的快速变化的情况下，例如在进入繁忙的主干道上或突然超车缓慢移动的车辆时，必须立即增加低压侧和高压侧的压力水平和低压侧和高压侧之间的压力水平和压差，以在必须增加压力流体流量的同时实现驾驶员所需的加速度。存在已知的压缩机，尤其是具有可变排量的压缩机，它们能够实现低压侧和高压侧之间所需的压力水平和压差，但是它们没有被配置为满足从低压力水平和压差立即/瞬时转换到高压水平和压差和/或从低压流体流到高压流体流的要求。因此，此类压缩机(斜盘)效率低，同时它们需要超大尺寸且对于这些应用来说太昂贵才能满足需求。此外，在本系统中存在从高/大压差到低/小压差以及从对高压流体流的需要到低压流体流的惯性，即当车辆在转数/发动机负荷的短暂/暂时上升后再次以低转速操作时，在压差以及由此系统的高能耗降低到期望水平之前需要一段时间。
根据申请人的US10077689，最初限定类型的压力流体处理系统是已知的，其中该系统包括通过可控阀连接到压力流体回路的压力流体蓄能器。该专利的关键是保存压力流体蓄能器中初级压力流体路径的峰值压力。因此，当压力需求、压力流体回路中的压力水平和压缩机的操作速度最大时，压力流体蓄能器被启动。
因此，需要提供一种压力流体处理系统，该系统能够随着时间的推移控制/改变压力流体处理系统的主动装置的容量，该主动装置独立于压缩机的操作速度执行有用任务。
发明内容
本发明的目的是消除先前已知的压力流体处理系统的上述缺点和缺陷，并提供改进的压力流体处理系统。
本发明的主要目的是提供初始限定类型的压力流体处理系统，该压力流体处理系统被配置为提供在压力流体回路中的可变压力流体流量和/或初级侧和次级侧之间的可变压力比和/或初级侧和次级侧中的可变压力水平，以满足压力流体处理系统的主动装置的不断变化的容量需求。
本发明的另一个目的是提供一种压力流体处理系统，该系统被布置为能够在需要快速增加压力流体处理系统的主动装置的容量需求时立即增加初级(高)压力侧和次级(低)压力侧之间的压差。
本发明的另一个目的是提供一种压力流体处理系统，该系统可以在低压侧和高压侧之间迅速地从大的压差转变为小的压差。
本发明的另一个目的是提供一种压力流体处理系统，其中当容量需求低时，压力流体蓄能器被启动。
本发明的特征的简要描述
根据本发明，至少主要目的通过初始限定的压力流体处理系统和通过具有独立权利要求中限定的特征的内燃机来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中进一步限定。
根据本发明的第一方面，提供了一种初始限定类型的压力流体处理系统，其特征在于，第一压力流体蓄能器导管包括泵，该泵配置为将压力流体从压力流体回路泵送到压力流体蓄能器以降低压力流体回路中的压力水平，并且压力流体处理系统包括至少一个可控部件，所述至少一个可控部件用于将压力流体从压力流体蓄能器返回到压力流体回路，以增加压力流体回路中的压力水平。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括这种压力流体处理系统的初始限定类型的内燃机。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制这种压力流体处理系统的方法。
本发明因此基于这样的认识：由于泵和压力流体蓄能器，封闭压力流体回路中的压力流体的量/密度被有效且立即地调节，以便独立于压缩机的操作速度匹配来自压力流体处理系统的主动装置的变化的容量需求。
在正常(即低负载)和稳态操作期间，压力流体回路中的压力水平可能非常低，在这种情况下，泵将压力流体从压力流体回路输送到压力流体蓄能器，并在压力流体蓄能器中产生超过初级压力流体路径中可能的最高压力水平的升高的压力，以便稍后能够将储存的压力流体在高压下迅速供应回到压力流体回路，以独立于压缩机的操作速度而实现初级压力流体路径中的即时压力增加和增加的压差。
根据本发明的优选实施例，压力流体蓄能器经由第一压力流体蓄能器导管连接到压力流体回路的初级压力流体路径。因此，将获得压力流体回路中压力水平的更快速降低，从而降低能量消耗。
根据本发明的优选实施例，至少一个可控部件由第一可控阀构成，该第一可控阀配置为将压力流体从压力流体蓄能器返回到压力流体回路的初级压力流体路径。因此，将获得压力流体回路中压力水平和压力水平差的更快速增加。
根据本发明的优选实施例，压缩机是固定排量涡旋压缩机，具有涡旋压缩机在噪音、效率、尺寸等方面相对于相应活塞压缩机的所有已知优点。
根据本发明的优选实施例，至少一个可控部件由第二可控阀构成，该第二可控阀被配置为将压力流体从压力流体蓄能器返回到次级压力流体路径。因此，将获得压力流体回路中压力水平的额外增加。
本发明的进一步优点和特征从其余的从属权利要求和优选实施例的以下详细描述中变得明显。
附图说明
参照附图，通过以下对优选实施例的详细描述，对本发明的上述和其它特征和优点的更完整的理解将是显而易见的，其中：
图1是内燃机的一部分的示意性横截面侧视图，
图2是气门致动器的示意性横截面侧视图，
图3是气缸盖的局部剖视示意性透视图，
图4是公开了本发明的压力流体处理系统的基本示例性实施例的示意性回路图，
图5是公开了用于控制气动装置的压力流体处理系统的第二示例性实施例的示意性回路图，
图6是公开了用于控制内燃机中的气动装置的压力流体处理系统的第三示例性实施例的示意性回路图，以及
图7是公开了用于空调系统的压力流体处理系统的第四示例性实施例的示意性回路图。
具体实施方式
首先参考图1，其是内燃机的一部分的示意图，整体上用1表示，包括本发明的压力流体处理系统。内燃机1包括具有至少一个气缸3的气缸体2。所述气缸体2通常包括三个、四个或更多个气缸3。在所示实施例中仅参考了一个气缸3，然而应当认识到，在内燃机包括一个以上的气缸的实施例中，下文关于所示气缸3描述的设备优选地应用于内燃机1的所有气缸。
此外，内燃机1包括可在所述气缸3中轴向移动的活塞4。活塞4的前后轴向位移运动以常规方式传递到连接到活塞4的连杆5上，连杆5继而连接到曲轴(未示出)并驱动曲轴旋转。
内燃机1还包括气缸盖6，气缸盖与所述气缸3和所述活塞4一起界定了燃烧室7。在燃烧室7中，燃料和空气/气体的混合物的点火以常规方式发生并且在此不再进一步描述。气缸盖6包括至少一个可控的第一发动机气门8，也称为换气阀。在所示实施例中，气缸盖还包括可控的第二发动机气门9。在所示实施例中，一个发动机气门8构成入口阀，该入口阀被布置成打开/关闭空气/气体到燃烧室7的供应，并且第二发动机气门9在所示实施例中构成出口阀或排气阀，该出口阀或排气阀布置成打开/关闭废气从燃烧室7的排出。
内燃机1还包括第一气门致动器，总体上用10表示，该第一气门致动器可操作地连接到所述第一发动机气门8并且布置在内燃机1的封闭的压力流体回路中。气门致动器10又包括气动压力流体回路，该气动压力流体回路具有用于压力流体的至少一个入口开口11和用于压力流体的至少一个出口开口12。在该实施例中，压力流体是气体或气体混合物，优选空气或氮气。空气的优点在于在封闭的压力流体回路泄漏的情况下其容易改变压力流体或供应更多的压力流体，而氮气的优点在于其缺乏氧气，这可以防止其它元素的氧化。
在内燃机1包括若干个气门致动器的情况下，这些气门致动器在所述封闭的压力流体回路中彼此平行布置。每个气门致动器能够可操作地连接到一个或多个发动机气门，内燃机可例如包括两个空气入口阀8，它们由同一气门致动器10共同驱动。然而，优选的是，每个气门致动器操作一个发动机气门，以实现内燃机1的操作的最大可能的可控性。气门致动器10是压力流体处理系统的主动装置/部件，其执行有用的任务，即用于移动发动机气门或其它元件的前后运动。气门致动器10是这种内燃机1应用中的压力流体回路中的压力槽。
以下对内燃机的描述将仅包括一个发动机气门8和一个气门致动器10，但是应该认识到，如果没有其它说明，相应的也适用于所有发动机气门和气门致动器。
内燃机1还包括气缸盖腔室13，其优选地形成所述封闭的压力流体回路的一部分并且由所述气缸盖6和至少第一气缸盖罩14界定。在所示的实施例中，气缸盖罩14被分成两半，它们通过螺栓15或类似物可单独地附接到气缸盖6和从气缸盖6松开。气缸盖腔室13优选地具有大约1-3升的容积。在替代实施例中，仅存在一个气缸盖罩14，其与气缸盖6一起界定了气缸盖腔室13。
在图1公开的实施例中，气门致动器10的至少一个出口开口12与气缸盖腔室13流体连通，即经由所述至少一个出口开口12离开气门致动器10的压力流体流出而进入气缸盖腔室13。在内燃机1包括多个气门致动器的那些情况下，用于压力流体的气门致动器的所有出口开口将压力流体排放到相同的气缸盖腔室中。
优选地，整个气门致动器10布置在所述气缸盖腔室13中，并且还优选的是，气门致动器10例如通过螺栓16或类似的保持装置可释放地连接到所述气缸盖罩14。在该实施例中，气门致动器10相应地“悬挂”在气缸盖罩14中而不与气缸盖6接触。根据其它实施例，气门致动器10也连接到气缸盖6的底部，或者仅连接到气缸盖6的底部。
现在参考图2，其公开了气门致动器10的示意图。
气门致动器10包括界定了缸容积的致动器缸18和致动器活塞盘17。在公开的实施例中，所述缸容积是向下敞开的缸容积，但也可以想到的是，缸容积的下部部分具有沿径向方向的开口。致动器活塞盘17将所述缸容积分成第一上部部分19和第二下部部分20，并且可在所述致动器缸18中轴向移动。致动器活塞盘17形成致动器活塞的一部分，该致动器活塞总体上用21表示，该致动器活塞布置成接触并驱动所述第一发动机气门8。致动器活塞21可以进一步包括用于在轴向方向上相对于所述第一发动机气门8消除游隙的装置22。游隙消除装置22优选地是液压的，并且确保当致动器活塞盘17处于其上止点位置时，致动器活塞21在第一发动机气门关闭时保持与第一发动机气门8接触，以便修正组装公差、热膨胀等。因此，致动器活塞21的轴向长度通过游隙消除装置22来调节。
气门致动器10的缸容积的第二部分20与所述气缸盖腔室13流体连通。这样，保证了当致动器活塞21处于上止点位置时，相同的压力分别从缸容积的第一部分19和缸容积的第二部分20作用在致动器活塞盘17上。因此，致动器活塞盘17和致动器缸18之间的密封不是关键的，而是可以允许一些泄漏以使致动器活塞盘17的位移阻力最小化，并且在休止位置，致动器活塞盘17不受气缸盖腔室13中压力水平的变化的影响。
气门致动器10包括布置成打开/关闭入口开口11的可控入口阀23、布置成打开/关闭出口开口12的可控出口阀24、总体上以25表示的液压回路，该液压回路继而包括布置成允许填充液压回路25的止回阀26和布置成控制液压回路25的排空的可控排空阀27。应该指出的是，气门致动器10中的阀是示意性地描绘的，并且可以例如由滑阀、座阀等构成。此外，上述可控阀中的若干个可以由单个本体构成。每个阀还可以是直接或间接电控的。直接电控是指阀的位置由例如电磁装置直接控制，间接电控是指阀的位置由压力流体控制，而压力流体又由例如电磁装置控制。
为了实现致动器活塞盘17向下移动以打开发动机气门8，入口阀23被打开以允许在缸容积的上部部分19中填充具有高压的压力流体。当致动器活塞21向下移动时，液压回路25的止回阀26打开，于是液压液体被吸入并替换致动器活塞21离开的体积。此后，入口阀23关闭并且允许已经进入缸容积的上部部分19中的压力流体膨胀，于是致动器活塞盘17继续向下运动。当缸容积的上部部分19中的压力流体不能进一步移动致动器活塞盘17时，即当致动器活塞盘17的下侧和发动机气门8的复位弹簧28上的压力与致动器活塞盘17的上侧上的压力一样高时，致动器活塞21停止。应该指出的是，致动器活塞21也具有一些惯性，使得致动器活塞21超过力平衡的位置。通过在液压回路25的止回阀26自动关闭的同时保持液压回路25的排空阀27关闭，致动器活塞21被保持(锁定)在其下部位置期望的时间量。为了实现返回运动，出口阀24被打开以允许从缸容积的上部部分19排出压力流体，另外，液压回路25的排空阀27被打开，于是当液压液体从液压回路25排放/排出时致动器活塞21向上移动，同时，压力流体从缸容积的上部部分17经由出口开口12排放/排出到气缸盖腔室13。
现在主要参考图3，其示出了气缸盖6和压力流体处理系统的部件等的部分横截面示意性透视图。
气缸盖罩14包括压力流体歧管29，该压力流体歧管连接到气门致动器10的至少一个入口开口11。压力流体歧管29沿着气缸盖罩14的轴向长度延伸。所述压力流体歧管29形成从压缩机31延伸到气门致动器10的至少一个入口开口11的初级压力流体路径30的一部分。压缩机31布置成将高压下的压力流体流供应到气门致动器。此外，次级压力流体路径32(也参见图1)从气门致动器10经由气缸盖腔室13延伸到所述压缩机31。压缩机31是初级压力流体路径30和次级压力流体路径32两者的一部分。
高压侧的初级压力流体路径30的容积应保持尽可能小，从而压力流体的温度从压缩机31到气门致动器10将尽可能少地下降。另一方面，包括气缸盖腔室13的、低压侧的次级压力流体路径32的容积应大于初级压力流体路径30的容积，从而当压缩机31从低压侧抽取压力流体时使低压侧和高压侧之间的压力比尽可能少地受到影响。优选地，气缸盖腔室13和次级压力流体路径32的容积等于或大于初级压力流体路径30的容积的四倍，并且优选地等于或小于初级压力流体路径30的容积的十倍。
压缩机31优选为固定排量压缩机，通常压缩机31由内燃机1的曲轴驱动。在高转数和高负载时，初级压力流体路径30中的压力流体需要更高的压力，而在低转数和低负载时，初级压力流体路径30中的压力流体需要更低的压力。高压侧和低压侧之间的压差在高转数和高负载时大约为10-20巴，在低转数和低负载时大约为2-6巴。压缩机31优选地是由内燃机1的曲轴驱动的涡旋压缩机类型。
高压侧的压力水平大约为5-25巴，以便在燃烧室中存在高背压的情况下以足够的速度打开向内打开的发动机气门，而低压侧的压力水平大约为1-8巴。
气缸盖罩14还包括液压液体歧管33，其连接到气门致动器10的所述液压回路25的入口开口34。液压液体歧管33沿着气缸盖罩14的轴向长度延伸，平行于压力流体歧管29。泵35或类似物被布置成经由导管36将加压的液压液体供应到液压液体歧管33。液压液体将聚集在气缸盖腔室13的底部，泵35将从气缸盖腔室13直接地或通过内燃机1的油箱/容器间接地，使用积聚的液压液体向导管36供应加压的液压液体。气缸盖罩14还包括所有必要的电气基础设施(未示出)，用于控制第一气门致动器10、各种传感器等。
现在参考图4，其示意性地示出了对于若干不同应用而言是通用的本发明的压力流体处理系统37的基本实施例。
在图4中，压力流体处理系统37包括封闭/环形的压力流体回路，该压力流体回路包括彼此串联连接的布置在右侧的压缩机31、布置在上边缘处的初级压力流体路径30(高压侧)、布置在左侧的压力槽38、布置在下边缘处的次级压力流体路径32(低压侧)。初级压力流体路径30从压缩机31，即从压缩机31的压缩空间，延伸到压力槽38。次级压力流体路径32从压力槽38延伸到压缩机31，即延伸到压缩机31的压缩空间。因此，压力流体在图4中逆时针流动，这通过箭头39示出。封闭的压力流体回路也称为操作回路/环。压力流体处理系统37包括压力流体蓄能器/罐40，其通过第一压力流体蓄能器导管41连接到压力流体回路。
本发明(即压力流体处理系统37)的重要点在于第一压力流体蓄能器导管41包括泵42，该泵配置为当容量需求较低时将压力流体从压力流体回路泵送到压力流体蓄能器40以降低压力流体回路中的压力水平。同样重要的是，压力流体处理系统37包括至少一个可控部件，其在容量需求较高时用于将压力流体从压力流体蓄能器40返回到压力流体回路以增加压力流体回路中的压力水平。当泵42从压力流体回路中移除压力流体时，留在压力流体回路中的压力流体的密度/量将降低，从而压力流体回路中的压力水平将降低。当压力流体返回压力流体回路时，压力流体回路中存在的压力流体的密度/量将增加，从而压力流体回路中的压力水平将增加。
泵42优选地由电动泵构成或者由压缩机31驱动或与压缩机31并联的泵构成，即在内燃机应用中，泵42和压缩机31都可以由内燃机1的曲轴驱动。泵42应配置为在开/关模式下操作，并且当泵42激活/打开时，泵42的操作速度是恒定的或可变的。泵42可包括内部或补充的止回阀，使得当泵42停用时，压力流体蓄能器31中的压力水平得以保持。
根据图4所示的基本实施例，压力流体蓄能器40经由第一压力流体蓄能器导管41连接到压力流体回路的初级压力流体路径30。初级压力流体路径30中的压力流体的密度高于次级压力流体路径32中的密度。因此，当泵42工作并且从压力流体回路移除压力流体时，压力流体的移除在泵42可操作地连接到初级压力流体路径30时比在连接到次级压力流体路径32时更有效/更快.
根据图4所示的基本实施例，所述至少一个可控部件由第一可控阀43构成，该第一可控阀配置为将压力流体从压力流体蓄能器40返回到压力流体回路。优选地，第一可控阀43配置为将压力流体从压力流体蓄能器40返回到压力流体回路的初级压力流体路径30。根据一个实施例，第一可控阀43配置为当压缩机31的压缩室和次级压力流体路径32之间的流体连通结束时并且在压缩室与初级压力流体路径30流体连通之前，将压力流体从压力流体蓄能器40返回到压缩机31，即返回到压缩机31的压缩室。
在初级压力流体路径30(高压侧)中有从低压水平到高压水平的快速压力增加的需要的情况下，即在来自压力流体处理系统37的增加的容量需求的情况下，例如作为对于车辆中的加速踏板被压下和/或内燃机的转数迅速增加或者空调需求增加/提高或者气动机械/工具的加速操作等的响应，第一可控阀43打开以便将压力流体从压力流体蓄能器40快速返回到压力流体回路。根据图4中公开的基本实施例，压力流体蓄能器40中的压力流体流入初级压力流体路径30并在初级压力流体路径30中提供即时压力升高，即对增加的容量需求的即时响应。压力流体蓄能器40中的压力水平将降低并且初级压力流体路径30中的压力水平将增加，直到它们彼此相等，这在几分之一秒内完成。此后，第一可控阀43关闭。压力流体蓄能器40的容积优选地在比初级压力流体路径30中的容积大三到六倍的范围内。
优选地，第一压力传感器44连接到压力流体蓄能器40，第二压力传感器45连接到初级压力流体路径30，以在第一可控阀43打开之前确保压力流体蓄能器40中的压力水平高于初级压力流体路径30中的压力水平。在所示实施例中，第三压力传感器46也连接到次级压力流体路径32，以能够确定低压侧和高压侧之间的压力比。
根据替代实施例，所述至少一个可控部件由回流泵构成，该回流泵配置为将压力流体从压力流体蓄能器40泵回到压力流体回路，优选地泵回到初级压力流体路径30。可以使用回流泵代替所述第一可控阀43，或优选地作为所述第一可控阀43的补充。当仅使用第一可控阀43将压力流体返回到初级压力流体路径30时，当压力流体蓄能器40和初级压力流体路径30中的压力水平彼此相等时，压力流体的返回将停止。通过使用回流泵，更多的压力流体可以返回到初级压力流体路径30，即初级压力流体路径30中的压力水平接下来可以进一步增加并且超过压力流体蓄能器40中的压力水平。根据一个实施例，泵42和所述回流泵由单个双向/可逆泵构成。
现在参考图5，其公开了第二实施例。将仅描述与根据图4的基本实施例相关的差异。图5中公开的实施例特别适用于气动应用，即内燃机应用和气动机器/工具应用，其中压力流体处理系统37包括气动封闭压力流体回路。在这样的应用中，压力槽38由气动装置/部件构成，即由压力流体流量以及初级压力流体路径30和次级压力流体路径32的压力水平和/或初级压力流体路径30和次级压力流体路径32之间的压力差操作/驱动的装置，也就是初级压力流体路径30中的压力流体中存储的能量用于获得压力槽38(气动装置/部件)中的机械运动并且压力流体中的压力将由此降低。因此，压力槽38由气动装置/部件构成，即例如内燃机1的气门致动器10或内燃机的另一气动装置或气动机器/工具的气动装置。在这样的应用中，气动装置具有对压力流体回路中的可变压力流体流量和/或初级压力流体路径30和次压力流体路径32之间的可变压力比和/或初级压力流体路径30和次压力流体路径32中的可变压力水平的需求。
在内燃机1的应用中，泵42可以位于气缸盖腔室13和/或气缸盖罩14中。
根据图5中公开的实施例，所述至少一个可控部件还由第二可控阀47构成，该第二可控阀配置为将压力流体从压力流体蓄能器40返回到次级压力流体路径32。因此，压力流体最初通过第一可控阀43返回到初级压力流体路径30，直到压力流体蓄能器40中的压力水平等于初级压力流体路径30中的压力水平，此后压力流体至多经由第二可控阀47返回到次级压力流体路径32，直到压力流体蓄能器40中的压力水平等于次压力流体路径32中的压力水平。通过增加压缩机31上游(低压侧)的压力水平，压缩机31下游(高压侧)的压力水平将进一步增加。当对压力流体蓄能器40再填充时，第一可控阀43可以打开，以便使初级压力流体路径30中的压力水平立即下降，直到初级压力流体路径30中降低的压力水平等于压力流体蓄能器40中的增加的压力水平，此后或同时启动泵42以进一步增加压力流体蓄能器40中的压力水平并进一步降低初级压力流体路径30中的压力水平。
此外，优选的是，止回阀48布置在所述次级压力流体路径32中，处于所述第二可控阀47配置为将压力流体返回到次级压力流体路径32的位置的上游，其中该止回阀48布置成允许在朝向压缩机31的方向上的流动。从而防止返回的压力流体在压力槽38(气门致动器10)的出口处具有负面影响。
根据一个实施例，第二可控阀47配置为当压缩机31的压缩室和次级压力流体路径32之间的流体连通结束时并且在压缩室与初级压力流体路径30流体连通之前，将压力流体从压力流体蓄能器40返回到压缩机31，即返回到压缩机31的压缩室。
现在参考图6，其公开了第三实施例。将仅描述与根据图4和图5的实施例的不同之处。除了图5中公开的实施例之外，图6中公开的实施例包括作为压力流体回路的一部分的腔室49。腔室49与压缩机31和压力槽38(气动装置/气门致动器10)串联连接，其中腔室49是次级压力流体路径32的一部分。在内燃机应用中，腔室49由气缸盖腔室13构成。腔室49优选地直接布置在压力槽38的下游。需要指出的是，在图4和图5所公开的实施例中可以包括腔室49，而在图6所公开的实施例中可以省略第二可控阀47。
在内燃机应用中，压力流体蓄能器40优选地由气缸盖6的结构件中(即气缸盖6的壁中)的一个或多个内腔构成。
现在参考图7，其公开了第四实施例。将仅描述与根据图4的实施例相关的差异。图7中公开的实施例特别适用于HVAC应用，即空调应用和类似应用，其中压力流体处理系统37包括压力流体，该压力流体在某些位置主要是气体/蒸汽并且在某些位置主要是液体，而在其它位置则是气体/蒸汽和液体的混合物，即压力流体是制冷剂。
在这样的应用中，压力槽38由膨胀阀或计量装置/阀构成，即被配置为将初级压力流体路径30与次压力流体路径32分开并且被配置为持续地或间歇地允许受限的压力流体流从初级压力流体路径30流向次级压力流体路径32的装置。压力槽38由此用于降低压力流体的压力以及温度。
根据图7中公开的实施例，压力流体处理系统37还包括两个热交换单元，即位于初级压力流体路径30中的冷凝器50和位于次级压力流体路径32中的蒸发器51。压力流体是制冷剂。
因此，当压力流体离开压缩机31时，其是高压高温气体，在冷凝器50中，能量从压力流体转移到环境中，以将高压高温气体转化为高压高温液体，在压力槽38中，高压高温液体被转化为低压低温的液体-气体混合物(主要是液体)，在蒸发器51中，能量从环境添加到压力流体，以将低压低温液体-气体混合物转化为低压低温气体，再次进入压缩机31。
优选地，第一压力流体蓄能器导管41在冷凝器50下游的位置处连接到初级压力流体路径30，并且可控部件被配置为在冷凝器50下游的位置处，即在压力流体大部分或全部为液体的位置处，将压力流体返回到初级压力流体路径30，并且压力流体蓄能器可由膨胀容器构成。
本发明的可想到的修改
本发明并不仅仅限于上述和附图所示的实施例，这些实施例仅具有说明和示例的目的。本专利申请旨在涵盖本文所述的优选实施例的所有修改和变体，因此本发明由所附权利要求的措辞定义，并且因此可以在所附权利要求的框架内以所有可能的方式修改设备.
还应该指出的是，所有关于/涉及诸如上、下、上部、下部等术语的信息都应在设备按照附图取向的情况下进行解释/阅读，附图的取向方式应使附图标记可以以正确的方式读取。因此，这些术语仅表示所示实施例中的相对关系，如果根据本发明的设备具有另一种构造/设计，则可以改变这些关系。
应该指出的是，即使没有明确说明来自特定实施例的特征可以与另一个实施例的特征组合，这在可能的情况下也应该被认为是明显的。

Claims (24)

1.一种压力流体处理系统(37)，其包括封闭的压力流体回路，其中所述压力流体回路包括彼此串联连接的压缩机(31)和压力槽(10、38)以及从压缩机(31)延伸到压力槽(10、38)的初级压力流体路径(30)和从压力槽(10、38)延伸到压缩机(31)的次级压力流体路径(32)，所述压力流体处理系统(37)还包括压力流体蓄能器(40)，该压力流体蓄能器经由第一压力流体蓄能器导管(41)连接到压力流体回路，
其特征在于，第一压力流体蓄能器导管(41)包括泵(42)，该泵配置为将压力流体从压力流体回路泵送到压力流体蓄能器(40)以降低压力流体回路中的压力水平，并且压力流体处理系统(37)包括至少一个可控部件，所述至少一个可控部件用于将压力流体从压力流体蓄能器(40)返回到压力流体回路，以增加压力流体回路中的压力水平。
2.根据权利要求1所述的压力流体处理系统(37)，其中压力流体蓄能器(40)经由第一压力流体蓄能器导管(41)连接到压力流体回路的初级压力流体路径(30)。
3.根据权利要求1或2所述的压力流体处理系统(37)，其中所述至少一个可控部件由第一可控阀(43)构成，该第一可控阀配置为将压力流体从压力流体蓄能器(40)返回到压力流体回路。
4.根据权利要求3所述的压力流体处理系统(37)，其中所述第一可控阀(43)配置为将压力流体从压力流体蓄能器(40)返回到压力流体回路的初级压力流体路径(30)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中所述至少一个可控部件由回流泵构成，该回流泵配置为将压力流体从压力流体蓄能器(40)泵送到压力流体回路。
6.根据权利要求5所述的压力流体处理系统(37)，其中所述泵(42)和所述回流泵由单个双向泵构成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中压缩机(31)是固定排量压缩机。
8.根据权利要求7所述的压力流体处理系统(37)，其中压缩机(31)是涡旋压缩机。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中所述泵(42)由电动泵构成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中初级压力流体路径(30)包括冷凝器(50)，并且次级压力流体路径(32)包括蒸发器(51)。
11.根据权利要求10所述的压力流体处理系统(37)，其中压力槽(38)由膨胀阀构成。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中压力槽(38)由气动装置构成。
13.根据权利要求12所述的压力流体处理系统(37)，其中压力流体回路包括与压缩机(31)和气动装置(10)串联连接的腔室(49)，其中该腔室(49)是次级压力流体路径(32)的一部分。
14.根据权利要求12或13所述的压力流体处理系统(37)，其中所述至少一个可控部件由第二可控阀(47)构成，该第二可控阀配置为将压力流体从压力流体蓄能器(40)返回到次级压力流体路径(32)。
15.根据权利要求14所述的压力流体处理系统(37)，其中止回阀(48)布置在所述次级压力流体路径(32)中，处于所述第二可控阀(47)配置为将压力流体返回到次级压力流体路径(32)的位置的上游，其中该止回阀(48)布置成允许在朝向压缩机(31)的方向上的流动。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中气动装置(10)具有对压力流体回路中的可变压力流体流量和/或初级压力流体路径(30)和次级压力流体路径(32)之间的可变压力比的需求。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的压力流体处理系统(37)，其中气动装置(10)由配置为驱动内燃机(1)的发动机气门(8)的气门致动器构成。
18.一种用于控制根据权利要求1-17中任一项所述的压力流体处理系统(37)的方法，其中通过借助于泵(42)将压力流体从压力流体回路泵送到压力流体蓄能器(40)来降低压力流体回路中的压力水平，并且其中通过借助于所述至少一个可控部件将压力流体从压力流体蓄能器(40)返回到压力流体回路来升高压力流体回路中的压力水平。
19.根据权利要求18所述的用于控制压力流体处理系统(37)的方法，其中通过借助于泵(42)将压力流体从初级压力流体路径(30)泵送到压力流体蓄能器(40)来降低压力流体回路中的压力水平。
20.根据权利要求18或19所述的用于控制压力流体处理系统(37)的方法，其中通过借助于所述至少一个可控部件将气体从压力流体蓄能器(40)返回到压力流体回路的初级压力流体路径(30)来升高压力流体回路中的压力水平。
21.一种内燃机(1)，其包括气动装置(10)，其特征在于，所述内燃机(1)包括用于操作所述气动装置(10)的根据权利要求12-17中任一项所述的压力流体处理系统(37)。
22.根据权利要求21所述的内燃机(1)，其中所述气动装置(10)由气门致动器构成，该气门致动器配置为驱动发动机气门(8)，该发动机气门配置为打开/关闭包括在内燃机(1)内的燃烧室(7)。
23.根据权利要求21或22所述的内燃机(1)，其中所述内燃机(1)包括气缸盖(6)，其中压力流体蓄能器(40)由气缸盖(6)的结构件中的内腔构成。
24.根据权利要求21-23中任一项所述的内燃机(1)，其中所述内燃机(1)包括气缸盖腔室(13)，其中该气缸盖腔室(13)是压力流体回路的次级压力流体路径(32)的一部分。
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