操作用於為車輛提供功率的汽車系統的方法與流程

2023-12-09 07:29:11

技術領域：
涉及操作用於為車輛提供功率的汽車系統的方法。
背景技術：
：一些已知方法已經被用於降低通過汽車系統的內燃發動機造成的co2排放，例如在車輛制動期間的能量再生。能量回收方法已經被應用於傳統的內燃發動機(ice)或其他類型的發動機。回收制動能量的最方便的方法之一是使用電機。在車輛加速期間，功率通過內燃發動機(ice)供應，且在車輛制動期間，電機對車輛制動，將車輛的動能轉換為電能，電能被存儲在車輛的車載電池中。這種電能例如可隨後被用作馬達的同一電機使用，或可用於其他用途在能量回收期間其他類型的混合動力車輛使用空氣壓縮泵，其還可在加速期間用作氣動馬達。能量回收的其他已知方式是機械類型的，例如使用高速旋轉的飛輪。所有上述方法需要將兩種不同類型的機器聯接而進行，即ice和電機，或ice和氣動機器，或ice和飛輪，導致總體系統的高成本。公開的實施例的目的是在車輛制動期間回收能量，而不需要使用兩個不同機器。該目的和其他目的通過獨立權利要求限定的本發明的實施例實現。從屬權利要求包括所述實施例的優選和/或有利方面。技術實現要素：本發明的實施例提供一種操作用於為車輛提供功率的汽車系統的方法，汽車系統包括配備有至少一個汽缸的內燃發動機,所述汽缸具有排氣閥，方法包括步驟：檢測車輛的減速；和啟用至少一個汽缸的排氣閥，以將壓縮空氣引導到高壓箱，所述高壓箱與汽缸流體連接。該實施例的優勢是允許將從車輛的制動獲得的能量以壓縮空氣的壓力的形式存儲在專用高壓箱中。根據另一實施例，方法進一步包括步驟：檢測扭矩請求；將壓縮空氣從高壓箱引導到汽缸。該實施例的優勢是允許回收以壓縮空氣的壓力形式存儲在高壓箱中的能量，以為車輛提供功率。根據另一實施例，從高壓箱而來的壓縮空氣被從高壓箱引導到空氣進入管道，流動進入內燃發動機的進氣歧管。該實施例的優勢是允許使用現有的管道以回收存儲在高壓箱中的能量。根據另一實施例，從高壓箱而來的壓縮空氣被引導到汽缸，繞過內燃發動機的空氣進入管道。該實施例的優勢是，通過使用壓縮空氣迴路的專用分支以在壓力下引導壓縮空氣進入汽缸而避免引起泵送損失的渦輪vgt背壓。根據另一實施例，如果高壓箱中的壓縮空氣壓力大於其臨界壓力，則從高壓箱而來的壓縮空氣被引導到汽缸中。該實施例的優勢是允許使用具有合適壓力的壓縮空氣為車輛提供功率。根據另一實施例，在壓縮空氣被從汽缸引導到高壓箱時，中斷進入汽缸的燃料噴射。根據進一步實施例，在壓縮空氣從高壓箱引導到汽缸中時，中斷進入汽缸的燃料噴射。這兩個實施例具有節省燃料的優勢。本發明的另一方面提供用於操作汽車系統的設備，汽車系統包括配備有汽缸的內燃發動機，汽缸具有排氣閥，設備包括：用於檢測車輛的減速的器件；和用於啟用至少一個汽缸的排氣閥、以將壓縮空氣引導到高壓箱的器件，所述高壓箱與汽缸流體連接。該方面具有與前述實施例相似的效果，即允許將從車輛的制動獲得的能量以壓縮空氣的壓力的形式存儲在專用高壓箱中。根據本發明的一方面，用於啟用汽缸排氣閥的器件包括滑動的凸輪機械化系統。該方面的優勢是允許以載荷階躍(loadstep)的方式控制排氣閥的關閉。根據本發明的一方面，用於啟用汽缸排氣閥的器件包括連續可變閥促動(vva)系統。該方面的優勢是，由於這種系統可以通過使用凸輪相位器而被機械化這一事實，允許以連續方式控制排氣閥的關閉。根據本發明的另一方面，設備包括增壓空氣迴路的分支，其將高壓箱的出口連接到汽缸的進氣閥。該方面的優勢是，通過使用壓縮空氣迴路的專用分支以在壓力下引導壓縮空氣進入汽缸，避免了引起泵送損失的渦輪vgt背壓。根據另一方面，其提供配備有至少一個汽缸的內燃發動機，汽缸具有排氣閥，其中汽缸的至少一個排氣閥與高壓箱的入口流體連接。該方面的優勢是允許從車輛的制動獲得的能量以壓縮空氣的壓力的形式存儲在專用高壓箱中。根據另一方面，高壓箱流體連接到空氣進入管道，空氣進入管道匯入到內燃發動機的進氣歧管中。該方面的優勢是允許使用現有的管道以回收存儲在高壓箱中的能量。根據另一方面，高壓箱流體連接到發動機的進氣閥。該方面的優勢是，通過使用壓縮空氣迴路的專用分支以在壓力下引導壓縮空氣進入汽缸，避免了導致泵送損失的渦輪vgt背壓。附圖說明現在參考附隨附圖通過例子將描述各種實施例，其中相同的附圖標記表示，且其中：圖1顯示了汽車系統；圖2是屬於圖1的汽車系統的內燃發動機的橫截面；圖3顯示了圖1的汽車系統的一部分，顯示了本發明實施例的第一運行模式；圖4顯示了圖3的實施例的另一運行模式；圖5顯示了本發明另一實施例的第一運行模式；圖6顯示了圖5的實施例的第二運行模式；圖7顯示了圖5的實施例的另一運行模式；和圖8是代表本發明實施例的流程圖。具體實施方式參考附圖描述示例性實施例，而不是要限制應用和使用。一些實施例可以包括用於為汽車車輛105供應功率的汽車系統100，如圖1和2所示，其包括內燃發動機(ice)110，所述內燃發動機具有發動機缸體120，所述發動機缸體限定至少一個汽缸125，所述至少一個汽缸具有聯接為讓曲軸145旋轉的活塞140。汽缸蓋130與活塞140協作以限定燃燒室150。燃料和空氣混合物(未示出)設置在燃燒室150中且被點燃，形成的熱膨脹排氣造成活塞140的往復運動。通過至少一個燃料噴射器160提供燃料，且通過至少一個進氣埠210提供空氣。從與高壓燃料泵180流體連通的燃料分配管170以高壓力向燃料噴射器160提供燃料，所述高壓燃料泵增加從燃料源190接收的燃料壓力。汽缸125每一個具有至少兩個閥，所述閥通過凸輪軸135促動，所述凸輪軸與曲軸145適時地旋轉。閥選擇性地允許空氣從埠210進入燃燒室150且交替地允許排氣通過埠220離開。在一些例子中，凸輪相位器155可以選擇性地改變凸輪軸135和曲軸145之間的正時。在本發明的一些實施例中，如圖3-7所示，汽缸125可以設置有第一進氣閥530和第二進氣閥540，且設置有第一排氣閥510和第二排氣閥520。空氣可以通過進氣歧管200分配到進氣埠(一個或多個)210。空氣進入管道205可以從周圍環境將空氣提供到進氣歧管200。在其他實施例中，可以提供節流閥本體330，以調節進入歧管200中的空氣流。在其他實施例中，可以提供例如渦輪增壓器230(具有壓縮機240，其旋轉地聯接到渦輪機250)這樣的強制空氣系統。壓縮機240的旋轉增加管道205和歧管200中空氣的壓力和溫度。設置在管道205中的增壓空氣冷卻器260可以降低空氣的溫度。通過從排氣歧管225接收排氣，渦輪機250旋轉，所述排氣歧管從排氣埠220引導排氣且在通過渦輪機250膨脹之前經過一系列葉片。排氣離開渦輪機250且被引導到排氣系統270中。該例子顯示了具有vgt促動器290的可變幾何渦輪機(vgt)，其布置為讓葉片295的支架運動到不同位置中，即從完全關閉位置運動到完全打開位置，以改變通過渦輪機250的排氣流動。在其他實施例中，渦輪增壓器230可以是固定幾何結構的和/或包括廢氣門。發動機的排氣被引導到排氣系統270。排氣系統270可以包括排氣管275，所述排氣管具有一個或多個排氣後處理裝置280。排氣後處理裝置可以是配置為改變排氣成分的任何裝置。排氣後處理裝置280的一些例子包括但不限於催化轉換器(兩向和三向(twoandthreeway))、氧化催化器、貧nox捕獲器、碳氫化合物吸收器、選擇性催化還原(scr)系統和顆粒過濾器。其他實施例可以包括聯接在排氣歧管225和進氣歧管200之間的排氣再循環(egr)系統300。egr系統300可以包括egr冷卻器310，以降低egr系統300中的排氣溫度。egr閥320調節egr系統300中的排氣流動。汽車系統100可以進一步包括與相關於ice110的一個或多個傳感器450和/或裝置通信且與存儲器系統或數據承載器460和接口總線通信的電子控制單元(ecu)450。ecu450可以從各種傳感器接收輸入信號，所述傳感器配置為產生與相關於ice110的各種物理參數成比例的信號。傳感器包括但不限於空氣流量和溫度傳感器340、歧管壓力和溫度傳感器350、可以整合到點火塞中的燃燒壓力傳感器、冷卻劑和油溫液位傳感器380、燃料分配管壓力傳感器400、凸輪位置傳感器410、曲柄位置傳感器420、排氣壓力和溫度傳感器430、egr溫度傳感器440和加速踏板447位置傳感器445。進而，ecu450可以產生到各種控制裝置的輸出信號，所述控制裝置布置為控制ice110的運行，包括但不限於燃料噴射器160、節流閥本體330、egr閥320、可變幾何渦輪機(vgt)促動器290、和凸輪相位器155。應注意，虛線用於表示ecu450和各種傳感器和裝置之間的通信，但是為了清楚，其中的一些被省略。圖3是顯示了圖1的汽車系統100的一部分，其中顯示了發動機110的汽缸125，汽缸設置有第一進氣閥530和第二進氣閥540，且設置有第一排氣閥510和第二排氣閥520。第一排氣閥510與排氣歧管225流體連接，且通過連接分支515將第二排氣閥520與高壓箱500的入口505流體連接。高壓箱500的出口507則連接到空氣進入管道205，空氣進入管道匯入到內燃發動機110的進氣歧管200中。閥550設置為調節壓縮空氣從高壓箱500朝向空氣進入管道205的流動。以此方式，存儲到高壓箱500中的壓縮空氣可通過進氣閥530、540中之一(例如通過第二進氣閥540)向回循環流動到發動機110的汽缸125。在加速期間，根據操作內燃發動機110的常規方式，發動機110將能量供應到車輛105，且第一排氣閥510被啟用以讓排氣排出到發動機110的排氣歧管225，而第二排氣閥520保持關閉。然而，如圖4所示，在車輛105減速期間，第一排氣閥510保持關閉且第二排氣閥520被啟用以讓壓縮空氣流動到高壓箱500中。如下文所述，第二排氣閥520的啟用可使用可變閥促動系統(vva)執行。在術語「啟用」針對汽缸的排氣閥510、520使用時，其是指這種閥的受控的打開，以便優化壓縮空氣向高壓箱500的聚集。高壓箱500中的壓縮空氣壓力因此升高，且在所述壓力達到預定臨界值時，例如通過壓力傳感器570測量或通過其他器件測量，閥550被啟用且壓縮空氣流動進入空氣進入管道205，隨後進入進氣歧管200，且最後通過第二進氣閥540的啟用而進入汽缸125。還有，在術語「啟用」針對汽缸的進氣閥530、540使用時，其是指這種閥的受控的打開，以便優化壓縮空氣向汽缸125的流動。因此，在這種階段，汽缸125操作為氣動馬達、向車輛105提供功率，這利用了活塞發動機的結構和活塞壓縮機的結構非常相似這一事實，且根據本發明的實施例，發動機110在車輛的減速期間使用壓縮機，從而以壓縮空氣的形式在高壓箱500中存儲能量。以此方式，內燃發動機110可以以ice構造或以能量回收模式操作，如以下表格中所總結的。表格1ice構造能量回收第一排氣閥510啟用第一排氣閥510關閉第二排氣閥520關閉第二排氣閥520啟用根據本發明的實施例，可變閥促動系統(vva)可以用於操作第一進氣閥530,540和啟用第一和第二排氣閥510,520。具體說，取決於汽缸按常規運行或是作為氣動馬達，可變閥促動(vva)技術允許命令排氣閥具有不同升程。如已知的，已經開發了一些閥控制技術；這些技術中的一個是可變閥促動(vva)，在閥正時或升程方面，允許採用優化的凸輪凸角輪廓以用於進氣閥和/或排氣閥。更具體地，一些已知vva技術可用於執行本發明的各種實施例。舉例來說，而沒有限制性目的地，可使用的第一技術是滑動凸輪機械化系統470，其中兩個或更多凸輪輪廓用於與促動器組合，所述促動器用於取決於例如發動機速度或發動機負載這樣的各種情況而在輪廓之間轉換。凸輪切換提供了閥升程輪廓的單獨或階躍的負載變化。替換技術使用連續可變閥促動系統。這種系統可以通過使用凸輪相位器480而被機械化，所述凸輪相位器即一裝置，其配備有兩個同中心軸，支撐凸輪的外部軸和用於改變凸輪位置的偏心內部軸，凸輪相位器裝置480能提供閥升程輪廓的連續變化。在任何情況下，可以被使用的vva系統的每一個被發動機110的電子控制單元450控制。根據方法的實施例，為了節省燃料，在壓縮空氣從汽缸125引導到高壓箱500中時，進入汽缸的燃料噴射被中斷。還有，在壓縮空氣從高壓箱500引導到汽缸125時，進入汽缸的燃料噴射被中斷。根據方法的另一實施例，將從高壓箱500得到的壓縮空氣與被噴射到汽缸125中的燃料混合的步驟可被執行。在內燃發動機(其中燃料被噴射到進氣歧管200中)的情況下，從高壓箱500獲得的壓縮空氣可與這種噴射燃料混合。圖5-7顯示了本發明另一實施例的各種運行模式。圖5顯示了本發明另一實施例的第一運行模式。在圖5的實施例中，第二排氣閥520通過插入閥550連接到增壓空氣迴路的專用分支560。在加速期間，如圖3實施例所示，根據操作內燃發動機110的常規方式，發動機110將能量供應到車輛105，且第一排氣閥510被啟用以讓排氣排出到發動機110的排氣歧管225，而第二排氣閥520保持關閉。在汽缸125內部，排氣從第一進氣閥530流動到第一排氣閥510。但是，如圖6所示，在第二運行模式中，在車輛105減速期間，第一排氣閥510保持關閉且第二排氣閥520被啟用，以當在汽缸125內部、空氣從第一進氣閥530流動到第二排氣閥520時讓壓縮空氣流動到高壓箱500中。高壓箱500中的壓縮空氣壓力因此被升高、在其中存儲能量。隨後，如圖7所示，在高壓箱500中的壓縮空氣壓力達到預定臨界值時，閥550打開且壓縮空氣流動到增壓空氣迴路的專用分支560，且從該處流動到汽缸125，其隨後被操作為氣動馬達。在汽缸125內部，空氣從第二進氣閥540流動到第一排氣閥510。以此方式，內燃發動機110可以以ice構造或以能量回收模式或氣動馬達模式操作，如以下表格中所總結的。表格2ice構造能量回收氣動馬達第一排氣閥510啟用第一排氣閥510關閉第一排氣閥510啟用第二排氣閥520關閉第二排氣閥520啟用第二排氣閥520關閉第一進氣閥530啟用第一進氣閥530啟用第一進氣閥530關閉第二進氣閥540關閉第二進氣閥540關閉第二進氣閥540啟用圖8是代表本發明實施例的流程圖。在這種實施例中，車輛速度被監測(圖塊600)。如果車輛105的減速被檢測到(圖塊610)，則汽缸125的排氣閥520被啟用以將壓縮空氣引導到高壓箱500，所述高壓箱500流體連接到汽缸125(圖塊620)。以通常的方式，發動機110的汽缸125中的僅一個可以根據圖3-7所示的本發明的各種實施例配置，或汽缸125中一些或所有可以如此配置。儘管至少一個示例性實施例已經在前述
發明內容和具體實施方式中進行了描述，但是應理解存在許多變化例。還應理解，一個或多個示例性實施例僅是例子，且目的不是以任何方式限制範圍、適用性或構造。相反，前面的摘要和詳細描述為本領域技術人員提供了實施至少一個示例性實施例的便捷方式，應理解，以對示例性實施例中所述的元件的功能和布置做出各種改變，而不脫離權利要求及其等效方式限定的範圍。附圖標記100汽車系統105車輛110內燃發動機(ice)120發動機缸體125汽缸130汽缸蓋135凸輪軸140活塞145曲軸150燃燒室155凸輪相位器160燃料噴射器170燃料分配管180燃料泵190燃料源200進氣歧管205空氣進入管道210進氣埠220排氣埠225排氣歧管230高壓渦輪增壓器240高壓壓縮機250高壓渦輪機260增壓空氣冷卻器270排氣系統275排氣管280排氣後處理裝置290vgt促動器295渦輪機的葉片支架300egr系統310egr冷卻器320egr閥330節流閥本體340空氣流量和溫度傳感器350歧管壓力和溫度傳感器400燃料分配管壓力傳感器410凸輪位置傳感器420曲柄位置傳感器430排氣壓力和溫度傳感器445加速器踏板位置傳感器447加速器踏板450電子控制單元(ecu)460數據承載器470滑動凸輪機械化系統480凸輪相位器500高壓箱505高壓箱的入口507高壓箱的出口510第一排氣閥520第二排氣閥530第一進氣閥540第二進氣閥550閥560增壓空氣迴路的分支570壓力傳感器600圖塊610圖塊620圖塊當前第1頁12