[发明专利]具有集成到发动机排气系统中的斯特林发动机的车辆

说明书

技术领域

技术领域总体上涉及车辆的电功率生成，且更具体地涉及可以通过从车辆排气系统提取热量来提供电能的斯特林发动机（Stirling engine）。

背景技术

车辆设计者持续地寻找增加车辆操作效率的技术。已经进行一些改进以在车辆操作期间使用更少能量，同时其它改进试图回收在车辆操作期间消耗或损失的能量。例如，从车辆燃料提供的能量的大约68％通过内燃发动机的无效损失，其中一些在排气系统中，该损失为热量的形式。由于能量损失是不希望的，回收在车辆操作期间通常浪费的热能中的一些将是有利的。

斯特林发动机经由发动机的热侧和冷侧之间的温度差操作。图1-4是图示常规斯特林发动机的基本操作的部分剖视图。参考图1，斯特林发动机10显示在收缩阶段。气缸12定位成在气缸12的一端具有热源14且在相对端具有冷却源16。活塞18设置成由于气缸12内的气体24的加热和冷却而在气缸12内移动。置换器22有助于在热源14（斯特林发动机10的热侧）和冷却源16（斯特林发动机10的冷侧）之间移动气体24。活塞18经由轴20联接到飞轮（未示出），从而允许斯特林发动机10经由活塞18在气缸内振动而产生功，这是通常已知的。斯特林发动机的功的一种形式是通过从斯特林发动机10驱动发电机而将活塞18的机械移动转换为电能。

在收缩阶段，气体24收集在冷却源16附近且由于从气体提取热量而收缩。冷却源16可以是散热器（例如，冷却翅片）或主动冷却源（例如，围绕斯特林发动机10的冷端泵送的冷却流体）。收缩气体24驱动活塞18到气缸12中，如箭头26所示。

现在参考图2，图示了斯特林发动机10的传递阶段。在传递阶段，置换器22朝向斯特林发动机10的冷侧移动（如箭头28所示），朝向斯特林发动机的热侧驱动气体24。这将气体24定位在热源14上，从而它们能够在膨胀阶段加热，如图3所示。

如图3所示，气体24在由热源14加热后膨胀。热源14可以是任何热源，包括但不限于燃料燃烧器或燃料燃烧发动机（如，内燃发动机）的排气。膨胀气体24向外驱动活塞18，如箭头30所示。

现在参考图4，斯特林发动机的操作的最后阶段也是传递气体24。在该传递阶段，置换器22经由飞轮（未示出）移动（如箭头32所示）到气缸12中，这促使气体24朝向斯特林发动机10的冷侧，从而循环可以再一次开始重复，如结合图1所述。

因而，斯特林发动机可以用于回收当代机动车辆排气系统中的否则浪费的热能中的一些。然而，当代车辆经受在车辆操作期间必须保持的排放物控制标准。一些排放物控制系统必须实现一定操作温度以完全有效，且该操作温度通常通过排气加热实现。因而，斯特林发动机可能从排气回收如此多的热能，使得排放物控制系统不能实现在车辆操作期间有效地保持排放物控制标准的预期操作温度。

因此，期望提供将斯特林发动机包含在车辆中用于电功率生成同时保持车辆排放物要求的系统和方法。此外，本公开的其它期望特征和特性将从随后的说明结合附图以及前述技术领域和背景技术显而易见。

发明内容

根据示例性实施例，斯特林发动机集成到车辆的排气系统中。所述系统包括联接到冷却系统和排气系统的发动机。排放物控制系统联接到排气系统。斯特林发动机具有联接到冷却系统的一端和在发动机和排放物控制系统之间选择性地联接到排气系统的另一端，且配置成由从排气流提取的热量驱动。斯特林发动机驱动电能发电机，其提供电能，用于存储在能量存储系统中。

根据示例性实施例，提供一种操作集成到车辆的排气系统中的斯特林发动机的方法。所述方法包括：控制阀以将排气流引导到车辆的排放物控制系统，直到发生预定条件。而且，在发生预定条件之后所述阀被控制以将排气流引导到斯特林发动机。由此，所述斯特林发动机经由从排气流提取的热量操作，从而斯特林发动机可以驱动发电机以产生电能，用于存储在能量存储系统中。

方案1. 一种系统，包括：

发动机；

联接到所述发动机的冷却系统；

联接到所述发动机的排气系统；

联接到所述排气系统的排放物控制系统；

斯特林发动机，所述斯特林发动机在其第一端联接到冷却系统且在第二端在发动机和排放物控制系统之间选择性地联接到排气系统，并且使用冷却系统和从排气流提取的热量驱动；

联接到斯特林发动机且通过斯特林发动机驱动的电能发电机，以产生电能；以及

联接到电能发电机的能量存储系统，用于存储由电能发电机产生的电能。