[發(fā)明專利]用于機(jī)動(dòng)車的熱交換裝置和驅(qū)動(dòng)單元

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410321604.6
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104279031B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.卡斯滕森;A.森克;T.舒?zhèn)惒几?/a>;A.赫爾;J.弗里切;M.達(dá)爾曼;C.克普納;J.福爾克曼;T.邁席克
• 申請（專利權(quán)）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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車的熱交換裝置以及集成有這種熱交換裝置的驅(qū)動(dòng)單元。

背景技術(shù)

由很多技術(shù)應(yīng)用已知這樣的熱交換裝置，在其中在介質(zhì)沒有混合的情況下進(jìn)行從一介質(zhì)到第二介質(zhì)上的熱傳導(dǎo)。

在機(jī)動(dòng)車中，馬達(dá)冷卻回路的主冷卻器例如為這樣的熱交換裝置，在其中進(jìn)行從馬達(dá)冷卻回路的冷卻流體到環(huán)境空氣上的熱傳導(dǎo)，以便防止馬達(dá)冷卻回路和因此燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(Verbrennungsmotor)的過熱且防止機(jī)動(dòng)車的馬達(dá)冷卻回路冷卻的其他構(gòu)件的過熱。

除了這種和其他的使用之外，熱交換裝置在機(jī)動(dòng)車中還用在這樣的系統(tǒng)中，在其中利用在排氣中含有的熱能，以便產(chǎn)生機(jī)械的功率。因?yàn)橥鶑?fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)(其幾乎僅用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(shí)釋放的熱能的其余的三分之二為廢熱，其或者通過馬達(dá)冷卻系統(tǒng)(Abgastrang)或者通過排氣系統(tǒng)作為損耗熱量交付到環(huán)境處，這呈現(xiàn)出這樣的注意到的可能性，即，提升機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)單元的總效率且因此降低燃料消耗。

文獻(xiàn)DE 10 2008 028 467 A1說明了一種用于利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱的這樣的裝置。為此在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中集成有第一熱交換器、蒸發(fā)器、蒸汽循環(huán)過程裝置。在熱交換器中從排氣傳到蒸汽循環(huán)過程裝置的工作介質(zhì)上的熱能在膨脹裝置中部分地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，其例如可用于支持機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)或用于產(chǎn)生電能。在膨脹裝置下游使工作介質(zhì)在第二熱交換器(冷凝器)中冷卻，其中，工作介質(zhì)冷凝。通過供給泵實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的壓力提高和將其輸送給蒸發(fā)器。

冷凝器由內(nèi)燃機(jī)的馬達(dá)冷卻循環(huán)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(nèi)燃機(jī)之前導(dǎo)入到馬達(dá)冷卻回路中。這使得能夠在內(nèi)燃機(jī)的熱運(yùn)轉(zhuǎn)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(shè)置成通過旁路繞開馬達(dá)冷卻器，以便避免冷卻劑的在熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段中并非所期望的冷卻。通過利用在冷凝器中出現(xiàn)的廢熱，內(nèi)燃機(jī)更快地達(dá)到其運(yùn)行溫度，因此這與在熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段期間很少的燃料消耗和有害物質(zhì)排放相關(guān)聯(lián)。在達(dá)到運(yùn)行溫度之后，通過冷凝器加熱的冷卻劑可直接在馬達(dá)冷卻器之前導(dǎo)入到馬達(dá)冷卻回路中。由此可防止來自冷凝器的廢熱降低用于內(nèi)燃機(jī)的冷卻功率。但另一方面還可設(shè)置成將從冷凝器離開的冷卻劑在達(dá)到運(yùn)行溫度之后在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)之前導(dǎo)入到馬達(dá)冷卻回路中。當(dāng)冷卻劑的馬達(dá)離開溫度下降到低于理論值時(shí)，這例如可在機(jī)動(dòng)車的更長的下坡行駛時(shí)為這種情況，可進(jìn)行這種設(shè)置。于是還可附加地改善基于與馬達(dá)冷卻回路的熱交換的內(nèi)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(xué)蓄熱器)集成到馬達(dá)冷卻循環(huán)部中(例如參考文獻(xiàn)DE 10 2008 013 650 A1)。蓄熱器在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行中在達(dá)到運(yùn)行溫度之后吸收熱且對其進(jìn)行暫存。在內(nèi)燃機(jī)的接著的冷啟動(dòng)之后，蓄熱器將存儲的熱再次交付到馬達(dá)冷卻循環(huán)部中，由此縮短內(nèi)燃機(jī)的熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段。

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

由文獻(xiàn)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(huán)過程的一種備選的組合方案。在此設(shè)施成：在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)中，如果在排氣中含有的熱能大于在蒸發(fā)器中最大可傳遞到工作介質(zhì)上的熱能，借助于相應(yīng)構(gòu)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(jìn)行加載”，只要其并未已經(jīng)完全“加載”。另一方面設(shè)置成：在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)中，如果排氣的熱能低于可在蒸發(fā)器中轉(zhuǎn)化的熱能，將排氣提前引導(dǎo)通過蓄熱器，以便對其進(jìn)行加熱，因此那時(shí)可改善地運(yùn)行蒸汽循環(huán)過程。為了由此并未與排氣系統(tǒng)的排氣后處理裝置的不允許的冷卻相關(guān)聯(lián)，不僅蓄熱器而且蒸發(fā)器在排氣后處理裝置下游集成到排氣系統(tǒng)中。

由文獻(xiàn)DE 10 2009 035 522 A1已知帶有蒸汽循環(huán)過程裝置的在功能上類似于此的內(nèi)燃機(jī)。在此在蒸汽循環(huán)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(chǎn)生但不可利用蒸汽的時(shí)間內(nèi)暫存蒸汽。比起可通過利用排氣廢熱產(chǎn)生的蒸汽，如果可轉(zhuǎn)化更多的蒸汽，將所存儲的蒸汽繼續(xù)輸送給蒸汽循環(huán)過程。