[发明专利]兰金循环系统和液压储能系统的组合

说明书

技术领域

本发明涉及使用结合了液压储能系统和兰金循环系统来驱动汽车组件的系统、装置和方法。

背景技术

随着燃料费用的上升，对提升汽车中的燃料经济性做了许多努力。通过提高发动机的效率，也许可以提升燃料经济性。为此，已经研究了提高发动机效率的各种系统和方法。

用来提高能量效率的系统之一就是兰金(Rankine)循环系统。兰金循环系统利用兰金热力循环将热能转化为机械功。兰金循环系统通常包括如下组件：锅炉、汽轮机、冷凝器和泵。作为兰金循环系统的一个例子，诸如水这类工作介质经过管道系统流通到各组件，使得工作介质膨胀来驱动连接着的机械装置。例如，水可以通过泵提供给蒸发器或者锅炉来产生水蒸汽。水蒸汽通过汽轮机膨胀以产生动力输出。水蒸汽可以循环回冷凝器，在此，水蒸汽转换回液相。

过去，为将兰金循环系统结合到汽车中并提高这些系统的效率作出了尝试。例如，美国专利6,725,662号揭示了将兰金循环用于汽车驱动系统的一种方法。类似地，美国专利6,952,924号描述了一种用于汽车的兰金循环装置，该装置包括解决工作介质泄漏到系统外的问题的系统。

作为另一个在汽车中使用兰金循环的例子，美国专利公布2004/0211180号揭示了通过兰金循环系统收集来自发动机的余热以产生转动驱动力的方法。

另外，美国专利公布2004/0184923号揭示了一种流体机，该流体机可操作于加压流体的泵模式和转化流体压力并产生机械能的马达模式。在此，描述了能使泵模式和马达模式两者运行的特别的气门机构。

本申请的发明人意识到汽车中的兰金循环系统的运用可能在工作介质未被保持在工作温度的某些应用中受限。因此，兰金循环系统并非在所有工况下都是充分可操作的。例如，在汽车初始冷起动期间，兰金循环系统就无法产生所需要的能量输出。此时必须等待工作介质达到基本的工作温度。

发明内容

与兰金循环系统的这些应用相关联的某些问题可以通过兰金循环系统(或其他排气热回收系统)与液压储能系统的组合来解决。在组合系统中，当兰金循环系统处于非工作状态，例如工作流体正在加热到工作温度的阶段，液压储能系统可以从液压储能器放出流体动力。

作为一个示例，组合系统可用于运行一个或多个汽车组件，例如前端辅助驱动装置(FEAD)，包括交流发电机，空调压缩机，水泵，动力转向泵等。当发动机第一次起动时，可使用液压储能系统向操作连接到汽车配件的液压马达放出流体动力。当兰金循环系统中的工作介质正在加热时，液压储能器可向液压马达提供动力。一旦工作介质处于工作温度，兰金循环系统会接替液压储能系统驱动液压泵和液压马达，来提供液压动力以运行FEAD。发动机一关闭，兰金循环系统用来产生存储在储能器中的流体动力，以供汽车重起动时使用。通过使用组合系统来产生FEAD驱动，可以提高发动机效率。

附图说明

图1是汽车发动机的示例实施例的示意图；

图2是用于汽车的包括兰金循环系统和液压储能系统的组合系统的示例实施例的示意图；

图3是使用包括兰金循环系统和液压储能系统的组合系统从起动工况驱动FEAD组件的方法的示例实施例的流程图；

图4是使用包括兰金循环系统和液压储能系统的组合系统的方法的示例实施例的另一个流程图。

具体实施方式

图1是显示了包括在汽车/机动车的推进系统中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图。应当理解，如下发动机描述及对应的图1提供了可应用兰金循环系统和液压储能系统的组合的示例环境。不脱离本发明的范围，上述系统还适用于其他汽车发动机。虽然这里的例子描述了兰金循环，如果需要，也可以使用其他排气热回收系统或循环。

发动机10至少部分地由包括控制器12的控制系统和经输入装置130来自汽车操作者132的输入来控制。在这个例子中，输入装置130包括加速器踏板和产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30包括燃烧室壁32和位于其中的活塞36。活塞36连接曲轴40，以将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以通过传动系统连接到客车的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可以通过飞轮连接到曲轴40，以实现发动机10的起动运行。

燃烧室30可通过进气歧管42从进气道44接收进气，并通过排气道48排出燃烧气体。进气道44和排气道48可分别通过各自的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30相通。在某些实施例中，燃烧室30可具有两个或两个以上的进气门和/或两个或两个以上的排气门。