[發明專利]用于缸內熱能回收和控制汽缸溫度的系統和方法

有效

• 申請號: 201710045571.0
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN107023363B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: Q·E·胡塞恩
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02D21/08
• 分類號: F02D21/08;F01N5/02;F02M26/01;F02M26/14;F02D41/30;F02F1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;趙蓉民

本申請涉及用于缸內熱能回收和控制汽缸溫度的系統和方法。提供了用于缸內熱能回收裝置的方法和系統，其利用蘭金循環從排氣中回收能量，該能量可用于在車輛中產生額外的功。在一個示例中，一種方法可以包括用管陣列來配備發動機的每個汽缸的蓋區域，該管陣列包括穿過相應汽缸的燃燒室的一個或多個管。每個管陣列可以接收工作流體的噴射，該工作流體的噴射部分地基于管陣列的相應汽缸的溫度，然后噴射的工作流體可以用于回收熱能。

技術領域

本說明書總體上涉及用于從機動車輛的燃燒汽缸的排氣中回收熱能的方法和系統。

背景技術

內燃發動機通過在發動機的燃燒室內燃燒化石燃料而產生動力(例如，機械功)。在燃燒期間，所產生的熱排氣用于在其膨脹時驅動活塞和/或執行車輛中的其它工作。然后，熱排氣在離開進入大氣之前通過車輛的排氣系統行進。燃燒化石燃料的副產物是熱。位于化石燃料化學鍵中的僅一小部分能量用于向前推進機動車輛，并且大部分能量以不可用的熵熱的形式損失到環境中。化石燃料在燃燒室內的燃燒以重復和循環的方式發生，因此可以被認為是一種熱力循環。當熱量作為副產物產生時(例如，燃燒)，通過回收和隨后利用在燃燒循環的一個或多個步驟期間所產生的熱量，可以從內燃發動機中的排氣中回收熱能，以便提高燃料經濟性。

作為一個示例，用于在內燃發動機中從排氣中回收和利用廢熱能的方法可以包括利用底循環(bottoming cycle)，諸如蘭金循環(Rankine Cycle)，以從燃燒期間產生的排氣的熵熱中產生機械功或電功率，本文稱為功(work)。具體地，排氣的廢熱可以被傳遞到工作流體以產生可用于在機動車輛內產生功的蒸汽，從而提高燃料經濟性。然后將工作流體蒸汽冷凝成液體形式以重新進入并開始熱力學蘭金循環。一種示例方法由Gleich等人在德國專利申請No.201210015927中示出。其中，Gleich公開了一種安裝在燃燒汽缸套中的廢氣熱交換器，其中該汽缸套包含工作流體，該工作流體可以以蘭金循環方式轉化成蒸汽以在車輛中產生功。

然而，本文的發明人已經認識到此類系統的潛在問題。作為一個示例，根據車輛的工況，汽缸具有彼此不同的溫度，并且當一個或多個汽缸已經處于相對冷的溫度時，經由每個汽缸套中的相同量的工作流體均勻地冷卻汽缸，可以具有對燃燒效率和燃料經濟性的負面效應。

發明內容

在一個示例中，上述問題可以通過一種方法來解決，該方法包括基于發動機汽缸的溫度，將流體單獨地(individually)噴射到管陣列(tube arrays)的多個管中，其中多個管中的每個管在發動機汽缸的蓋區域中穿過相應發動機汽缸的燃燒室；以及在所噴射的流體通過每個管之后從所噴射的流體中回收熱能。以這種方式，流體，其在本文中可以被稱為工作流體，可以通過排氣中的廢熱從液體轉化為氣體狀態，以便在機動車輛中以一種適合于每個單獨的燃燒汽缸的方式做額外的功，從而提高燃燒效率和燃料經濟性。

作為一個示例，控制器可以用于監測每個燃燒汽缸的溫度，并且可以修改噴射到相應的發動機汽缸中的流體的量和/或正時，使得汽缸的溫度保持在閾值燃燒范圍內。例如，如果發動機汽缸比其對應物更熱地運行，則更多的流體可以被噴射到穿過該汽缸的管道中以幫助將其冷卻。另選地，如果特定的發動機汽缸在溫度閾值以下運行，則可以將更少或沒有流體噴射到穿過該汽缸的管道中，以便增加汽缸的溫度并使其與發動機的其他汽缸同等。

當單獨地或結合附圖理解時，從下面的具體實施方式中，本說明書的上述優點和其它優點以及特征將是顯而易見的。

應當理解，提供以上發明內容以簡化形式介紹在具體實施方式中進一步描述的概念的選擇。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，其范圍由與具體實施方式隨附的權利要求唯一地限定。此外，所要求保護的主題不限于解決上面或本公開的任何部分中提到的任何缺點的實施方式。

附圖簡述

圖1是車輛中的發動機系統的框圖。

圖2示出了示例缸內熱能回收系統。