用于維勒米爾熱泵的四過(guò)程循環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及熱栗循環(huán)，特別是維勒米爾(Vuilleumier)熱栗循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]在最接近的現(xiàn)有技術(shù)中的維勒米爾熱栗中的置換器由曲柄驅(qū)動(dòng)，例如美國(guó)專(zhuān)利U.S.1，275，507中所示。這樣的具有曲柄驅(qū)動(dòng)的置換器的熱栗的圖示在圖1中示出。在所述‘507專(zhuān)利中，如圖2所示，置換器具有90度的相位差。機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)的維勒米爾熱栗(其共同地轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人)已公開(kāi)在專(zhuān)利文件WO 2013/155258中。在這樣的熱栗中，置換器被獨(dú)立地致動(dòng)以使得一個(gè)置換器在另一置換器移動(dòng)時(shí)保持靜止?fàn)顟B(tài)，這在控制置換器運(yùn)動(dòng)中提供了許多額外的自由度。在專(zhuān)利WO 2013/155258 Al的公開(kāi)文本中，還公開(kāi)了一種三過(guò)程的循環(huán)。亟需提供高性能系數(shù)的循環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開(kāi)一種四過(guò)程循環(huán)，基于模擬結(jié)果，這種四過(guò)程循環(huán)顯示出相比于此前公開(kāi)的三過(guò)程循環(huán)更高的性能系數(shù)。
[0004]公開(kāi)一種運(yùn)轉(zhuǎn)熱栗的方法。熱栗具有適于在熱氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的熱置換器和適于在冷氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的冷置換器。熱置換器具有遠(yuǎn)端位置和中間位置，冷置換器具有中間位置和遠(yuǎn)端位置。所述方法包括:致動(dòng)熱置換器自其中間位置移動(dòng)至其遠(yuǎn)端位置，致動(dòng)冷置換器自其中間位置移動(dòng)至其遠(yuǎn)端位置，致動(dòng)熱置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置，以及致動(dòng)冷置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置，其中上述致動(dòng)以給定順序發(fā)生。
[0005]在一些運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，在熱置換器于其中間位置及遠(yuǎn)端位置間移動(dòng)所用時(shí)間中的至少一部分，冷置換器保持靜止，而在冷置換器于其遠(yuǎn)端位置及中間位置間移動(dòng)所用時(shí)間的至少一部分，熱置換器保持靜止。
[0006]致動(dòng)熱置換器自其中間位置移動(dòng)至其遠(yuǎn)端位置構(gòu)成過(guò)程一。致動(dòng)冷置換器自其中間位置移動(dòng)至其遠(yuǎn)端位置構(gòu)成過(guò)程二。致動(dòng)熱置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置構(gòu)成過(guò)程三。致動(dòng)冷置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置構(gòu)成過(guò)程四。循環(huán)由過(guò)程一、隨后的過(guò)程二、隨后的過(guò)程三、隨后的過(guò)程四構(gòu)成。
[0007]所述方法還可包括:控制兩個(gè)置換器在過(guò)程一和過(guò)程二之間保持靜止達(dá)第一預(yù)設(shè)時(shí)間，控制兩個(gè)置換器在過(guò)程二和過(guò)程三之間保持靜止達(dá)第二預(yù)設(shè)時(shí)間，控制兩個(gè)置換器在過(guò)程三和過(guò)程四之間保持靜止達(dá)第三預(yù)設(shè)時(shí)間，以及控制兩個(gè)置換器在過(guò)程四和過(guò)程一之間保持靜止達(dá)第四預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0008]熱置換器氣缸內(nèi)限定熱腔室，熱腔室內(nèi)具有的容積與熱置換器氣缸內(nèi)的熱置換器的位置相關(guān)。冷置換器氣缸內(nèi)限定冷腔室，冷腔室內(nèi)具有的容積與冷置換器氣缸內(nèi)的冷置換器的位置相關(guān)。當(dāng)熱置換器處于其遠(yuǎn)端位置時(shí)，熱腔室的容積小于當(dāng)熱置換器處于其中間位置時(shí)。當(dāng)冷置換器處于其遠(yuǎn)端位置時(shí)，冷腔室的容積小于當(dāng)冷置換器處于其中間位置時(shí)。
[0009]公開(kāi)了一種熱栗，其具有置于熱置換器氣缸內(nèi)的熱置換器;置于冷置換器氣缸內(nèi)的冷置換器;熱置換器致動(dòng)器，其致動(dòng)時(shí)致使所述熱置換器在所述熱置換器氣缸內(nèi)在遠(yuǎn)端位置和中間位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng);冷置換器致動(dòng)器，其致動(dòng)時(shí)致使所述冷置換器在所述冷置換器氣缸內(nèi)在遠(yuǎn)端位置和中間位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)；以及連接至所述熱置換器致動(dòng)器及所述冷置換器致動(dòng)器的電子控制單元(ECU) ACU控制所述熱置換器及所述冷置換器經(jīng)一系列布置移動(dòng):第一布置，其中所述熱置換器處于其在所述熱置換器氣缸內(nèi)的中間位置，所述冷置換器緊鄰其在所述冷置換器氣缸內(nèi)的中間位置;第二布置，其中所述熱置換器處于其在所述熱置換器氣缸內(nèi)的遠(yuǎn)端位置，所述冷置換器緊鄰其在所述冷置換器氣缸內(nèi)的中間位置；第三布置，其中所述熱置換器氣缸內(nèi)的所述熱置換器處于其遠(yuǎn)端位置，所述冷置換器緊鄰其在所述冷置換器氣缸內(nèi)的遠(yuǎn)端位置；以及第四布置，其中所述熱置換器處于其在所述熱置換器氣缸內(nèi)的中間位置，所述冷置換器緊鄰其在所述冷置換器氣缸內(nèi)的遠(yuǎn)端位置。
[0010]循環(huán)包括自第一布置至第二布置至第三布置至第四布置至第一布置的變動(dòng)。
[0011 ]在所述熱置換器自其中間位置移動(dòng)至其遠(yuǎn)端位置所用時(shí)間中的至少一部分，所述冷置換器在其中間位置保持靜止。在所述冷置換器自其中間位置移動(dòng)至其遠(yuǎn)端位置所用時(shí)間中的至少一部分，所述熱置換器在其遠(yuǎn)端位置保持靜止。在所述熱置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置所用時(shí)間中的至少一部分，所述冷置換器在其遠(yuǎn)端位置保持靜止。在所述冷置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置所用時(shí)間中的至少一部分，所述熱置換器在其中間位置保持靜止。
[0012]在一些實(shí)施方式中，冷置換器氣缸的中心軸線與熱置換器氣缸的中心軸線共線。在一些實(shí)施方式中，冷置換器氣缸的直徑大于熱置換器氣缸的直徑。在另一實(shí)施方式中，熱置換器氣缸的直徑大于冷置換器氣缸的直徑。在另一些實(shí)施方式中，根據(jù)權(quán)利要求6的熱栗，其中熱置換器氣缸的直徑與冷置換器氣缸的直徑相等。在一些實(shí)施方式中，所述熱置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置的距離大于所述冷置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置的距離。在另一實(shí)施方式中，所述熱置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置的距離小于所述冷置換器自其遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至其中間位置的距離。在一些實(shí)施方式中，所述熱置換器在其中間位置和遠(yuǎn)端位置之間移動(dòng)所用的時(shí)間與所述冷置換器在其中間位置和遠(yuǎn)端位置之間移動(dòng)所用的時(shí)間不同。在其中的致動(dòng)器包括彈簧的熱栗中，作用于置換器的彈簧可被選取，從而使得置換器在其各自的中間位置和遠(yuǎn)端位置之間移動(dòng)所用的時(shí)間是不相等的。
[0013]公開(kāi)了一種熱栗，其中置于熱置換器氣缸內(nèi)的熱置換器適于在熱置換器氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，冷置換器置于冷置換器氣缸內(nèi)并適于在冷置換器氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。熱栗具有連接至熱置換器的熱置換器致動(dòng)器、連接至冷置換器的冷置換器致動(dòng)器以及電子控制單元(ECU)，熱置換器致動(dòng)器適于致使熱置換器在熱置換器氣缸內(nèi)的中間位置和遠(yuǎn)端位置之間移動(dòng)，冷置換器致動(dòng)器適于致使冷置換器在冷置換器氣缸內(nèi)的中間位置和遠(yuǎn)端位置之間移動(dòng)，電子控制單元連接至熱置換器致動(dòng)器和冷置換器致動(dòng)器。循環(huán)包括以下順序的以下過(guò)程:熱置換器致動(dòng)器控制熱置換器在熱置換器氣缸內(nèi)自中間位置移動(dòng)至遠(yuǎn)端位置，冷置換器致動(dòng)器控制冷置換器在冷置換器氣缸內(nèi)自中間位置移動(dòng)至遠(yuǎn)端位置，熱置換器致動(dòng)器控制熱置換器在熱置換器氣缸內(nèi)自遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至中間位置，以及冷置換器致動(dòng)器控制冷置換器在冷置換器氣缸內(nèi)自遠(yuǎn)端位置移動(dòng)至中間位置。
[0014]熱栗在熱置換器氣缸的一端具有熱腔室，在冷置換器氣缸的一端具有冷腔室。熱腔室的容積在熱置換器處于中間位置時(shí)大于熱置換器處于遠(yuǎn)端位置時(shí)。冷腔室的容積在冷置換器處于中間位置時(shí)大于冷置換器處于遠(yuǎn)端位置時(shí)。熱栗具有溫?zé)崆皇?，其為熱氣缸?nèi)處于熱置換器的與熱腔室相對(duì)一端的容積與冷氣缸內(nèi)處于冷置換器的與冷腔室相對(duì)一端的容積之和。
[0015]在一些實(shí)施方式中，熱置換器氣缸的中心軸線與冷置換器的中心軸線共線。在其他實(shí)施方式中，熱置換器氣缸的中心軸線基本平行于冷置換器的中心軸線并相對(duì)于冷置換器的中心軸線偏置。在一些實(shí)施方式中，熱置換器氣缸的直徑大于冷置換器氣缸的直徑。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的維勒米爾熱栗的示圖；
[0017]圖2為具有曲柄驅(qū)動(dòng)的置換器的維勒米爾熱栗中的置換器運(yùn)動(dòng)的曲線圖；
[0018]圖3為具有機(jī)電一體控制的置換器的維勒米爾熱栗的示意圖；
[0019]圖4為維勒米爾熱栗中的三過(guò)程循環(huán)的示意圖；
[0020]圖5為維勒米爾熱栗中的四過(guò)程循環(huán)的示意圖；
[0021]圖6為示出三過(guò)程循環(huán)的熱置換器和冷置換器隨著時(shí)間的運(yùn)動(dòng)的曲線圖；
[0022]圖7為示出四過(guò)程循環(huán)的熱置換器和冷置換器隨著時(shí)間