[發明專利]用于機動車的熱交換裝置和驅動單元

有效

• 申請號: 201410321604.6
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104279031B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: A.卡斯滕森;A.森克;T.舒倫布格;A.赫爾;J.弗里切;M.達爾曼;C.克普納;J.福爾克曼;T.邁席克
• 申請（專利權）人: 大眾汽車有限公司
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01K23/06;F01K15/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 陳浩然,李婷

技術領域

本發明涉及用于機動車的熱交換裝置以及集成有這種熱交換裝置的驅動單元。

背景技術

由很多技術應用已知這樣的熱交換裝置，在其中在介質沒有混合的情況下進行從一介質到第二介質上的熱傳導。

在機動車中，馬達冷卻回路的主冷卻器例如為這樣的熱交換裝置，在其中進行從馬達冷卻回路的冷卻流體到環境空氣上的熱傳導，以便防止馬達冷卻回路和因此燃燒發動機(Verbrennungsmotor)的過熱且防止機動車的馬達冷卻回路冷卻的其他構件的過熱。

除了這種和其他的使用之外，熱交換裝置在機動車中還用在這樣的系統中，在其中利用在排氣中含有的熱能，以便產生機械的功率。因為往復活塞式內燃機(其幾乎僅用于驅動機動車)的效率大約為所使用的初級能源的三分之一，且在燃燒時釋放的熱能的其余的三分之二為廢熱，其或者通過馬達冷卻系統(Abgastrang)或者通過排氣系統作為損耗熱量交付到環境處，這呈現出這樣的注意到的可能性，即，提升機動車的驅動單元的總效率且因此降低燃料消耗。

文獻DE 10 2008 028 467 A1說明了一種用于利用內燃機的廢熱的這樣的裝置。為此在內燃機的排氣系統中集成有第一熱交換器、蒸發器、蒸汽循環過程裝置。在熱交換器中從排氣傳到蒸汽循環過程裝置的工作介質上的熱能在膨脹裝置中部分地轉化成機械能，其例如可用于支持機動車的驅動或用于產生電能。在膨脹裝置下游使工作介質在第二熱交換器(冷凝器)中冷卻，其中，工作介質冷凝。通過供給泵實現工作介質的壓力提高和將其輸送給蒸發器。

冷凝器由內燃機的馬達冷卻循環部的冷卻劑冷卻。冷卻劑從冷凝器的回流可借助于3通閥如此切換，即將冷卻劑或者在主冷卻器之前或者在內燃機之前導入到馬達冷卻回路中。這使得能夠在內燃機的熱運轉階段(Warmlaufphase)中將冷卻劑在冷凝器中吸收的廢熱用于更快速地加熱冷卻劑。在此以已知的方式設置成通過旁路繞開馬達冷卻器，以便避免冷卻劑的在熱運轉階段中并非所期望的冷卻。通過利用在冷凝器中出現的廢熱，內燃機更快地達到其運行溫度，因此這與在熱運轉階段期間很少的燃料消耗和有害物質排放相關聯。在達到運行溫度之后，通過冷凝器加熱的冷卻劑可直接在馬達冷卻器之前導入到馬達冷卻回路中。由此可防止來自冷凝器的廢熱降低用于內燃機的冷卻功率。但另一方面還可設置成將從冷凝器離開的冷卻劑在達到運行溫度之后在燃燒發動機之前導入到馬達冷卻回路中。當冷卻劑的馬達離開溫度下降到低于理論值時，這例如可在機動車的更長的下坡行駛時為這種情況，可進行這種設置。于是還可附加地改善基于與馬達冷卻回路的熱交換的內部空間加熱的加熱功率。

此外，已知蓄熱器(尤其潛熱式或化學蓄熱器)集成到馬達冷卻循環部中(例如參考文獻DE 10 2008 013 650 A1)。蓄熱器在內燃機的運行中在達到運行溫度之后吸收熱且對其進行暫存。在內燃機的接著的冷啟動之后，蓄熱器將存儲的熱再次交付到馬達冷卻循環部中，由此縮短內燃機的熱運轉階段。

還已知在內燃機中組合地使用兩種措施，其中，在蒸汽循環過程與蓄熱器之間并未設置相互作用。使用的蓄熱器在此為純粹的冷啟動措施，而蒸汽循環過程僅在達到運行溫度之后才投入使用。在這種系統中不利的是，不僅蒸發器而且蓄熱器集成到排氣系統中且必須相應借助于旁路使得可繞開，至少如果在其未使用的情況下應避免蒸發器和蓄熱器由于其通過排氣的環流產生的排氣背壓的提高。

由文獻DE 10 2007 033 611 A1已知用于來自排氣和蓄熱器的廢熱利用的蒸汽循環過程的一種備選的組合方案。在此設施成：在燃燒發動機的運行狀態中，如果在排氣中含有的熱能大于在蒸發器中最大可傳遞到工作介質上的熱能，借助于相應構造的旁路和閥使排氣流的一部分改道到蓄熱器中，以便對其“進行加載”，只要其并未已經完全“加載”。另一方面設置成：在燃燒發動機的運行狀態中，如果排氣的熱能低于可在蒸發器中轉化的熱能，將排氣提前引導通過蓄熱器，以便對其進行加熱，因此那時可改善地運行蒸汽循環過程。為了由此并未與排氣系統的排氣后處理裝置的不允許的冷卻相關聯，不僅蓄熱器而且蒸發器在排氣后處理裝置下游集成到排氣系統中。

由文獻DE 10 2009 035 522 A1已知帶有蒸汽循環過程裝置的在功能上類似于此的內燃機。在此在蒸汽循環過程裝置中集成有蒸汽收集器(Dampfspeicher)，在蒸汽收集器中在在其中可產生但不可利用蒸汽的時間內暫存蒸汽。比起可通過利用排氣廢熱產生的蒸汽，如果可轉化更多的蒸汽，將所存儲的蒸汽繼續輸送給蒸汽循環過程。