СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F02G5/02 F01P11/02 F01P7/14 

Уровень техники

Транспортные средства могут регенерировать тепло отработавших газов для передачи в различные другие системы в двигателе внутреннего сгорания.

Раскрытие изобретения

Авторы в материалах настоящей заявки осознали, что быстрый нагрев при запуске двигателя отсутствует в большинстве систем, так как системы требуют, чтобы сначала нагревалась система выпуска, до того, как потерянное тепло двигателя может использоваться для разогрева различных компонентов. Кроме того, отдача тепла из системы выпуска во время операции холодного запуска задерживает 'розжиг' каталитического нейтрализатора отработавших газов. Как результат, каталитический нейтрализатор отработавших газов не работает на эффективной температуре, чтобы сжигать захваченные углеводороды, тем самым, снижая выделение продуктов сгорания с отработавшими газами.

По существу, одним из примерных подходов для принятия мер в ответ на вышеприведенные проблемы является система для двигателя, система регенерации тепла для двигателя и теплопередающая система для двигателя.

Согласно одному аспекту способ регенерации тепла для двигателя включает уменьшение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды, опорожнение устройства аккумулирования тепла для нагрева компонента двигателя, и распределение циркулирующей теплопередающей текучей среды по одной или более системам двигателя.

Способ предпочтительно дополнительно включает подзарядку устройства аккумулирования тепла посредством уменьшения объема циркулирующей теплопередающей текучей среды.

Опорожнение устройства аккумулирования тепла предпочтительно включает выпуск накопленной тепловой энергии устройства аккумулирования тепла.

Накопленная тепловая энергия предпочтительно аккумулируется из прежней работы двигателя.

Накопленная тепловая энергия предпочтительно передается в циркулирующую теплопередающую текучую среду и распределяется в выпускной компонент выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.

Уменьшение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды предпочтительно включает приведение в действие одного или более клапанов управления.

Клапан управления предпочтительно закрывается для подавления распределения циркулирующей теплопередающей текучей среды по одной или более систем двигателя.

Одна или более система двигателя предпочтительно включает в себя одну или более из системы отопления салона, системы охлаждения и системы трансмиссии.

Согласно другому аспекту система регенерации тепла для двигателя содержит первый теплообменник в тепловом контакте с системой выпуска, второй теплообменник в тепловом контакте с системой двигателя, трубку, включающую в себя теплопередающую текучую среду, в сообщении по текучей среде с первым и вторым теплообменниками, и устройство аккумулирования тепла ниже по потоку от первого теплообменника и выше по потоку от второго теплообменника.

Система двигателя предпочтительно выбирается из группы, состоящей из системы отопления салона, системы охлаждения двигателя, системы трансмиссии, каталитического нейтрализатора отработавших газов и системы всасываемого воздуха двигателя.

Система предпочтительно дополнительно содержит один или более клапанов управления и вторую трубку, присоединенную по текучей среде к первому и второму теплообменникам, при этом вторая трубка обходит устройство аккумулирования тепла.

Теплопередающая текучая среда предпочтительно течет через вторую трубку для регулирования температуры теплопередающей текучей среды.

Система предпочтительно дополнительно содержит третью трубку, присоединенную по текучей среде к устройству аккумулирования тепла и первому теплообменнику, и которая обходит второй теплообменник.

Теплопередающая текучая среда предпочтительно течет через третью трубку для подзарядки устройства аккумулирования тепла.

Согласно еще одному аспекту система регенерации тепла для двигателя содержит насос, обеспечивающий циркуляцию теплопередающей текучей среды через систему трубок, выпускной теплообменник в тепловом контакте с выхлопной трубой, и присоединенный по текучей среде к системе трубок, множество

теплообменников системы, каждый из которых находится в тепловом контакте с системой двигателя и присоединен по текучей среде к системе трубок, и устройство аккумулирования тепла, присоединенное по текучей среде к системе трубок и удерживающее аккумулированное тепло, регенерированное из предыдущей работы двигателя.

Множество теплообменников системы предпочтительно параллельно присоединены по текучей среде к системе трубок.

Множество теплообменников системы предпочтительно последовательно присоединены по текучей среде к системе трубок.

Аккумулированное тепло предпочтительно выделяется из устройства аккумулирования тепла при запуске двигателя, чтобы нагревать выхлопную трубу в положении выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.

Аккумулированное тепло предпочтительно выделяется из устройства аккумулирования тепла без запуска двигателя.

Система предпочтительно дополнительно содержит клапан управления, расположенный выше по потоку от каждого из множества теплообменников системы, чтобы регулировать распределение теплопередающей текучей среды.

Такая конфигурация обеспечивает доступность аккумулированного тепла от предшествующей работы двигателя при запуске двигателя, чтобы быстро прогревать различные компоненты двигателя.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1A-1B представляет собой схематичный вид примерного устройства аккумулирования тепла, которое может быть включено в систему выпуска.

Фиг. 1C представляет собой схематичный вид примерного теплообменника, который может быть присоединен к устройству аккумулирования тепла по фиг. 1A-1B.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид примерной системы регенерации тепла, включающей в себя устройство аккумулирования тепла по фиг. 1A-1B.

Фиг. 3 представляет собой схематичный вид примерного способа для приведения в действие системы регенерации тепла по фиг. 2.

Подробное описание изобретения

Последующее описание относится к теплопередающей системе, включающей в себя подвергающиеся фазовым превращениям материалы, которые скомпонованы таким образом, чтобы тепловая энергия из системы выпуска могла регенерироваться. Примерные компоновки, описанные в материалах настоящей заявки, предоставляют тепловой энергии возможность регенерироваться и аккумулироваться, например, для более позднего отопления пассажирского отделения. Теплопередающая система может использовать устройство аккумулирования тепла для передач тепла, даже когда двигатель не находится в действии. Например, устройство аккумулирования тепла может находиться в сообщении по текучей среде с компонентом системы выпуска, находящимся ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, к примеру, через теплообменник. Таким образом, тепло может переходить из устройства аккумулирования тепла даже после того, как двигатель больше не находится в действии. Например, устройство аккумулирования тепла может быть изолировано, чтобы аккумулировать тепло, регенерированное из системы выпуска, которое может иметься в распоряжении для немедленного использования при запуске двигателя.

Дополнительно, теплопередающая система может включать в себя различные теплопередающие текучие среды для выделения тепловой энергии из системы выпуска в многообразии разных условий эксплуатации. Таким образом, тепловая энергия может регенерироваться из системы выпуска, чтобы выдавать тепло в различные другие системы, такие как система отопления салона, системы смазки и/или другие компоненты системы выпуска, если требуется.

Кроме того, примерные системы предусматривают более простую конструкцию по сравнению с традиционными конструкциями. Например, устройство аккумулирования тепла может выдавать тепло в систему отопления салона при запуске двигателя, как предложено выше. Посредством присоединения устройства аккумулирования тепла к компоненту системы выпуска ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, система отопления салона может выдавать тепло в пассажирский салон при запуске двигателя, не полагаясь на систему охлаждения, а потому, не ожидая, чтобы система охлаждения прогревалась при запуске двигателя. Кроме того, система может выдавать аккумулированное тепло в систему отопления салона, не задерживая розжиг каталитического нейтрализатора отработавших газов, как описано выше.

Фиг. 1A и 1B показывают устройство 100 аккумулирования тепла согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1A показывает внешний вид в перспективе, а фиг. 1B вид в поперечном разрезе в перспективе устройства 100 аккумулирования тепла вдоль плоскости B. Фиг. 1 показывает примерный обходной теплообменник, который может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла.

Со ссылкой на фиг. 1A, устройство 100 аккумулирования тепла может иметь цилиндрическую форму. Другими словами, устройство 100 аккумулирования тепла может иметь круглое поперечное сечение. Кроме того, устройство 100 аккумулирования тепла может быть наклонено под углом 101 от горизонтали. Такой угол может содействовать эффективной теплопередаче через устройство. В качестве используемого в материалах настоящей заявки, горизонталь указывает ссылкой на землю, по которой передвигается транспортное средство. Например, фиг. 1A показывает горизонтальную ось 102 и вертикальную ось 104. Вертикальная ось может быть перпендикулярной горизонтальной оси. Поэтому вертикальная ось может быть перпендикулярной земле, по которой передвигается транспортное средство. Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла может быть наклонено под углом 101 от горизонтальной оси 102. В некоторых вариантах осуществления, устройство 100 аккумулирования тепла может быть наклонено на 5° от горизонтали; однако следует понимать, что другие углы возможны, не выходя из объема этого изобретения. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, устройство 100 аккумулирования тепла может не быть наклонным. Например, устройство 100 аккумулирования тепла может находиться в уровене по горизонтали. Другими словами, угол 101 может иметь значение ноль градусов.

Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла включает в себя входной канал 106 и выходной канал 108. Входной и выходной каналы могут нести теплопередающую текучую среду. Кроме того, устройство аккумулирования тепла может вмещать подвергающийся фазовым превращениям материал (PCM).

Входной канал 106 может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла в центральном положении. Например, входной канал 106 может быть присоединен к первому концу 110 устройства 100 аккумулирования тепла в центральном положении. Другими словами, входной канал 106 может иметь центральную ось 112, которая является общей с центральной осью конца 110, а кроме того, общей с центральной осью устройства 100 аккумулирования тепла. Входной канал 106 может быть выполнен с возможностью подачи тепла в устройство 100 аккумулирования тепла, например, регенерированного из системы выпуска. В некоторых вариантах осуществления, теплопередающая текучая среда входного канала 106 может быть присоединена к насосу (не показан), чтобы вызывать движение теплопередающей текучей среды. Кроме того, обходной теплообменник может быть расположен выше по потоку от входного канала 106. Такой теплообменник дополнительно обсужден со ссылкой на фиг. 1C. Кроме того, входной канал 106 может включать в себя часть, которая тянется во внутреннюю часть 114 устройства 100 аккумулирования тепла.

Выходной канал 108 может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла в верхнем положении. Например, выходной канал 108 может быть присоединен к второму концу 116 устройства 100 аккумулирования тепла в верхнем положении. Другими словами, выходной канал 108 может иметь центральную ось 118, которая находится на расстоянии 120 от общей центральной оси 112 в вертикальном направлении (например, по вертикальной оси 104). Таким образом, выходной канала 108 скорее расположен по направлению к периферии конца 116, нежели расположен по центру, чтобы преимущественно снижать накапливание пузырьков в теплопередающей текучей среде. Однако в некоторых вариантах осуществления, выходной канал 108 может быть расположен по центру на конце 116, если требуется. Выходной канал 108 может быть выполнен с возможностью передачи тепла из устройства 100 аккумулирования тепла в другую систему транспортного средства. Например, выходной канал 108 может передавать аккумулированное тепло в систему отопления салона, систему охлаждения, систему смазки и/или другую систему транспортного средства. Кроме того, выходной канал 108 может включать в себя часть, которая тянется во внутреннюю часть 114 устройства 100 аккумулирования тепла.

Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла включает в себя вакуумный канал 122. Например, вакуумный канал 122 может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла на конце 116. Вакуумный канал 122 может быть присоединен как к устройству 100 аккумулирования тепла, так и вакуумному насосу (не показан). Например, в некоторых вариантах осуществления, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя вакуумную рубашку, а вакуумный канал 122 может быть трубопроводом для разрежения воздушного пространства внутри вакуумной рубашки. Таким образом, давление внутри по меньшей мере участка внутренней части 114 может быть пониженным. В некоторых вариантах осуществления, давление в пределах внутренней части 114 может быть понижено до 1 микробар или менее.

Фиг. 1B показывает вид в перспективе внутренней части устройства 100 аккумулирования тепла. Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла может быть снабжено двойной стенкой. Другими словами, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя наружный резервуар 124 и внутренний резервуар 126. Например, устройство аккумулирования тепла может включать в себя наружные стенки 128 и внутренние стенки 130. Кроме того, устройство аккумулирования тепла может включать в себя вакуумную рубашку, расположенную между наружными стенками 128 и внутренними стенками 130. Как описано выше, вакуумный канал 122, наряду с вакуумным насосом, может высасывать воздух из вакуумной рубашки 132, из условия чтобы давление внутри вакуумной рубашки 132 снижалось.

Вакуумная рубашка 132 может удерживать пониженное давление вокруг наружной стороны внутреннего резервуара 126, когда приложен вакуум. Посредством применения вакуума, водяной пар и другие газообразные соединения могут эвакуироваться с поверхностей изолирующих слоев, в то время как горячая текучая среда прокачивается через каналы теплопередающей текучей среды. Кроме того, вакуумная рубашка 132 может включать в себя одну или более противолучевых пленок 134, которые снижают потерю тепла в окружающую среду посредством излучения.

Следует понимать, что вид в перспективе по фиг. 1B показывает продольный разрез устройства 100 аккумулирования тепла, таким образом, следует понимать, что наружные стенки 128, внутренние стенки 130 и вакуумная рубашка 132 тянутся по периферии вокруг периметра устройства 100 аккумулирования тепла и, например, в продольном направлении вдоль оси 112.

Кроме того, по меньшей мере часть входного канала 106 и выходного канала 108 может быть снабжена двойной стенкой и включать в себя вакуумное пространство. Например, участки 136 наружной стороны устройства 100 аккумулирования тепла могут быть снабжены двойной стенкой подобно внутреннему и наружному резервуарам. Кроме того, вакуумные пространства входного и выходного каналов могут сливаться с вакуумной рубашкой 132 устройства аккумулирования тепла.

Устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя одну или более осевых опор 140. Осевые опоры 140 могут присоединять внутренний резервуар 126 к наружному резервуару 124, из условия чтобы внутренние резервуары были подвешены и поддерживались внутри наружного резервуара. Как показано, осевые опоры 140 могут быть присоединены к наружным стенкам 128 и внутренним стенкам 130, и таким образом, могут быть расположены внутри вакуумной рубашки 132. Осевые опоры могут состоять из материала с низкими теплопроводными свойствами. Например, осевые опоры 140 могут состоять из титана или композита, включающего в себя титан или другой материал с низкими теплопроводными свойствами. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, осевые опоры могут быть перфорированными, чтобы дополнительно снижать потери тепла в окружающую среду.

Кроме того, внутренний резервуар дополнительно и/или в качестве альтернативы может поддерживаться радиальными опорами 142. Такие радиальные опоры могут быть расположены по кругу в различных положениях. Как показано, радиальные опоры 142 могут быть присоединены к наружным стенкам 128 и внутренним стенкам 130, и таким образом, могут быть расположены внутри вакуумной рубашки 132. Подобно осевым опорам, радиальные опоры 142 могут состоять из титана или композита, включающего в себя титан или другой материал с низкими теплопроводными свойствами. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, радиальные опоры могут быть перфорированными, чтобы дополнительно снижать потери тепла в окружающую среду.

Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла включает в себя осевые опоры на конце 110, одну осевую опору на конце 116 и четыре радиальных опоры 142. Следует понимать, что показанное количество осевых и радиальных опор является неограничивающим примером, и другое количество опор и/или другая конфигурация опор возможны, не выходя из объема этого изобретения. Опоры предусмотрены, чтобы проиллюстрировать общую концепцию конфигурации, дающей устройству 100 аккумулирования тепла возможность выдерживать силы гравитационного ускорения, которые могут возникать, когда устройство 100 аккумулирования тепла жестко присоединено к кузову транспортного средства.

Устройство 100 аккумулирования тепла дополнительно может включать в себя стопу 144 подвергающихся фазовому превращению материалов (PCM), поддерживаемую между удерживающими пластинами 146 посредством одной или более пружин 148. Стопа 144 PCM может включать в себя множество элементов 150 PCM, скомпонованных радиально вокруг центрального питающего канала 152. В некоторых вариантах осуществления, конфигурация стопы PCM является такой, чтобы стопа PCM удерживала 80% аккумулированного тепла в течение по меньшей мере 16 часов, которое может использоваться в качестве источника тепла при запуске двигателя для нагревания пассажирского салона, как описано выше. Кроме того, тепло, аккумулированное в стопе 144 PCM, может быть предназначено для нагревания пассажирского салона или другой системы двигателя без запуска двигателя. Например, опорожнение стопы PCM может инициироваться удаленно, и не обязательно должно совпадать с запуском двигателя. Однако опорожнение стопы PCM может инициироваться удаленно наряду с запуском двигателя, например, с использованием дистанционного пускателя для запуска двигателя 12.

Множество элементов 150 PCM включает в себя подвергающийся фазовым превращениям материал, способный к накоплению большого количества тепла в виде скрытой теплоты плавления. Поскольку множество элементов 150 PCM окружены конфигурацией с двойной стенкой, способности аккумулирования тепла усиливаются. Другими словами, конфигурация с двойной стенкой действует подобно термосу для удерживания тепла в пределах множества элементов 150 PCM. В некоторых вариантах осуществления, каждый элемент PCM может включать в себя один и тот же подвергающийся фазовым превращениям материал и, таким образом, стопа PCM может иметь одну температуру фазового перехода. В других вариантах осуществления, стопа PCM может включать в себя элементы PCM с разными подвергающимися фазовым превращениям материалами, при этом, каждый другой подвергающийся фазовым превращениям материал имеет разную температуру фазового перехода. В таком примере, время для зарядки стопы PCM может быть уменьшено. Другими словами, может быть сокращено время, чтобы стопа PCM достигала максимального потенциала аккумулирования тепла.

Как показано, теплопередающая текучая среда может подаваться в стопу 144 PCM через входной канал 106 с центральным расположением, а кроме того, через центральный питающий канал 152. Таким образом, следует понимать, что входной канал 106 находится в сообщении по текучей среде с центральным питающим каналом 152. Таким образом, теплопередающая текучая среда течет радиально от центра питающего канала 152 во множество элементов 150 PCM. Теплопередающая текучая среда выходит из устройства аккумулирования тепла через выходной канал 108, скомпонованный в верхнем положении, как описано выше.

По мере того как теплопередающая текучая среда протекает через стопу PCM, происходит падение давления. Для снижения падения давления, входной канал 106 и выходной канал 108 являются прямыми. Другими словами, входной канал 106 и выходной канал 108 не включают в себя изгибов. Кроме того, входной канал 106 и выходной канал 108 не включают в себя рифлений. Вследствие отсутствия рифлений, скорость потери тепла может потенциально возрастать. Однако поскольку входной и выходной каналы включают в себя вакуумное пространство вокруг периферии этих каналов, такая потенциальная возможность для потери тепла снижается.

Как показано, удерживающие пластины 146 могут быть расположены на обеих сторонах стопы 144 PCM. Например, удерживающая пластина 146 может быть расположена ближайшей к концу 110, а другая удерживающая пластина 146 может быть расположена ближайшей к концу 116. Удерживающие пластины 146 могут быть круглой формы и могут иметь диаметр, который приблизительно равен диаметру стопы 144 PCM. В качестве еще одного примера, удерживающие пластины 146 могут иметь больший диаметр или меньший диаметр, чем стопа 144 PCM. Удерживающие пластины могут быть присоединены к внутреннему резервуару через одно или более расширений пластины с окнами 154 для предоставления HTF возможности достигать выхода 108. Шесть осевых стержней (не показаны) обеспечивают возможность удерживания стопы PCM в радиальном направлении и направлении по окружности. Стержни приварены к удерживающим пластинам. По существу, стопа PCM удерживается внутри внутреннего резервуара 126, чтобы снижать потенциальную возможность для скольжения и/или поворачивания элемента стопы во время работы транспортного средства.

Кроме того, одна или более пружин 148 дополнительно могут поддерживать положение стопы PCM. Как показано, одна или более пружин 148 могут быть расположены ближайшими к концу 116 между удерживающей пластиной 146 и внутренними стенками 130. Пружины 148 могут быть выполнены с возможностью обеспечения надлежащего контакта между элементами PCM во время теплового расширения и теплового сжатия, которые являются следствием нагревания и охлаждения теплопередающей текучей среды. В некоторых вариантах осуществления, пружины 148 могут иметь объединенную силу в 100 Ньютон или выше, чтобы поддерживать надлежащий контакт между элементами PCM. Как показано на фиг. 1B, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя пять пружин; однако устройство аккумулирования тепла может включать в себя больше, чем пять пружин, или меньше, чем пять пружин, если требуется.

Фиг. 1C схематически показывает теплообменник 156, термически присоединенный к выпускному каналу 14. В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 156 может быть термически присоединен к выпускному каналу 14 в положении между двигателем 12 и одним или более выпускных устройств 16 снижения токсичности отработавших газов. Например, теплообменник 156 может быть термически присоединен к выпускному каналу 14 выше по потоку от окислительного нейтрализатора, такого как дизельный окислительный нейтрализатор (DOC). Теплообменник 156 может быть присоединен по текучей среде к устройству 100 аккумулирования тепла через входной канал 106. Например, теплообменник 156 может быть термически присоединен к входному каналу 106 в положении выше по потоку от устройства 100 аккумулирования тепла. В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 156 может быть областью испарения для извлечения тепла из теплового канала 14 и подачи упомянутого тепла в устройство 100 аккумулирования тепла через входной канал 106.

Например, теплообменник 156 может включать в себя систему теплопередающих труб, которая несет теплопередающую текучую среду, подаваемую насосом с приводом от двигателя для осуществления потока внутри системы труб. В качестве еще одного примера, система теплопередающих труб может нести теплопередающую текучую среду, подаваемую насосом с электроприводом для осуществления потока внутри системы труб. Такая конфигурация системы теплопередающих труб может быть присоединена по текучей среде к входному каналу 106. В качестве одного из примеров, теплопередающая текучая среда системы труб может быть той же самой теплопередающей текучей средой входного канала 106. В качестве еще одного примера, теплопередающая текучая среда системы труб может быть теплопередающей текучей средой, отличной от теплопередающей текучей среды входного канала 106.

В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 156 является теплообменником из жидкости в жидкость. В других вариантах осуществления, теплообменник 156 мог бы быть теплообменником из газа в жидкость или из газа в термосифон.

Кроме того, выпускной канал 14 может включать в себя перепускной клапан 158, который направляет поток отработавших газов через теплообменник 156. Перепускной клапан 158 показан в положении обхода (например, закрытом положении) на фиг. 1C. Перепускной клапан 158 может приводиться в действие посредством контроллера, или перепускной клапан 158 может быть пассивным клапаном, если требуется. Перепускной клапан 158 может находиться в открытом положении (например, отработавшие газы не отводятся в теплообменник 156), когда противодавление отработавших газов достигает порогового значения. Например, перепускной клапан 158 может быть закрыт при больших потоках отработавших газов и/или высоких температурах отработавших газов. По существу, перепускной клапан 158 может снижать потери мощности на выходе двигателя, а потому, может снижать потребление топлива.

Следует понимать, что раскрытая система может включать в себя более чем один теплообменник. Например, теплообменник может быть расположен выше по потоку от входного канала 106, и один или более теплообменников могут быть расположены ниже по потоку от выходного канала 108. Например, теплообменник может быть расположен на границе раздела между системой регенерации тепла и другой системой транспортного средства. Такая конфигурация подробнее описана со ссылкой на фиг. 2.

Следует понимать, что фиг. 1A-1C показаны в упрощенной форме, и что многочисленные варианты возможны, не выходя из объема этого изобретения. Кроме того, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя дополнительные и/или альтернативные компоненты, нежели проиллюстрированные на фиг. 1A и 1B. Кроме того, следует понимать, что устройство 100 аккумулирования тепла предоставлено для иллюстрации общей концепции и, соответственно, многочисленные геометрические конфигурации возможны, не выходя из объема этого изобретения.

Фиг. 2 схематически показывает систему 200 регенерации тепла, включающую в себя устройство 100 аккумулирования тепла и множество теплообменников. Фиг. 2 включает в себя аналогичные признаки, как фиг. 1, и одинаковые признаки указаны общими номерами ссылки. Такие признаки ради краткости повторно обсуждаться не будут.

Как показано, система 200 регенерации тепла включает в себя теплообменник 156 для регенерации тепла из системы 10 выпуска, как описано выше. Система 200 регенерации тепла дополнительно может включать в себя один или более дополнительных теплообменников 202. Теплообменники 202 могут передавать тепло между системой 200 регенерации тепла и другой системой 203 двигателя. Например, теплообменники 202 могут передавать тепло в систему 204 охлаждения, систему 228 отопления салона и/или систему 206 трансмиссии. Другими словами, теплообменники 202 могут быть термически присоединены (например, в тепловом контакте) с текучей средой системы 204 охлаждения, системой 228 отопления салона и/или системой 206 трансмиссии для передачи тепла в каждую соответственную систему.

Следует понимать, что системы 203 двигателя являются системами, отдельными от системы 200 регенерации тепла и системы 10 выпуска. По существу, системы 203 двигателя включают в себя компоненты, которые являются отдельными от компонентов системы 200 регенерации тепла и системы 10 выпуска. Таким образом, системы 203 двигателя не включают в себя теплообменник 156, теплообменники 202, устройство 100 аккумулирования тепла или другой компонент системы 200 регенерации тепла и системы 10 выпуска. Например, система 228 отопления салона может включать в себя активную зону отопителя и вентилятор, при этом, активная зона отопителя и вентилятор являются отдельными от системы регенерации тепла и системы выпуска. Таким образом, следует понимать, что трубопровод текучей среды (например, канал охлаждающей жидкости) каждой системы 203 двигателя находится в тепловом контакте с системой 200 регенерации тепла, например, только в положении, совпадающем с теплообменником 202. Таким образом, передача тепла происходит на теплообменнике.

Следует понимать, что один или более теплообменников могут быть теплообменниками из газа в жидкость и/или из газа в термосифон. Как показано, теплообменники 202 могут быть термически присоединены к системе двигателя параллельно. В некоторых вариантах осуществления, теплообменники 202 могут быть термически присоединены к каждой из систем двигателя последовательно. Например, теплопередающая текучая среда может течь через последовательность теплообменников 202, присоединенных по текучей среде к общему каналу теплопередающей текучей среды.

Как показано, теплопередающая текучая среда (HTF) может течь через теплообменник и может термически передавать тепло в текучую среду одной или более из вышеупомянутых систем. Стрелки 208 в целом указывают направление потока HTF, а стрелки 210 в целом указывают направление потока текучей среды для каждой системы двигателя. Насос 212 может приводить в движение поток HTF через систему 200 регенерации тепла. Как показано, насос 212 расположен выше по потоку от теплообменника 156; однако другое положение возможно, не выходя из объема этого изобретения. Кроме того, следует понимать, что система 204 охлаждения, система 228 отопления салона и/или система 206 трансмиссии могут иметь другой приводной механизм для приведения в движение потока текучей среды через каждую соответствующую систему. Например, каждая система 203 двигателя может иметь насос, подобный насосу 212, присоединенный по текучей среде к потоку текучей среды.

Система 200 регенерации тепла, кроме того, может включать в себя один или более клапанов 214 управления, один или более клапанов 216 регулируемого положения, один или более коллекторов, таких как коллектор 218 и коллектор 220, и расширительное устройство 222.

Клапаны 214 управления могут приводиться в действие контроллером (не показан), чтобы регулировать поток HTF через систему 200 регенерации тепла. Как показано, клапан управления может быть расположен выше по потоку от одного из теплообменников 202, выше по потоку от устройства 100 аккумулирования тепла и/или в другом положении в пределах системы 200 регенерации тепла, чтобы регулировать поток HTF. В зависимости от рабочего состояния транспортного средства, один или более клапанов управления могут приводиться в действие для регулирования температуры HTF. Например, когда один или более клапанов управления закрываются, объем циркулирующей HTF может снижаться, из условия чтобы HTF могла быстрее увеличивать температуру.

Кроме того, температура HTF может регулироваться посредством приведения в действие регулируемого клапана 216 управления. Такой клапан управления может приводиться в действие для открывания в меняющейся степени, чтобы изменять поток текучей среды HTF, проходящей через регулируемый клапан 216 управления. Как показано, регулируемый клапан 216 управления расположен выше по потоку от коллектора 220 и включен в обходной контур 224. Обходной контур 224 может обходить устройство 100 аккумулирования тепла. Поэтому, обходной контур 224 может предоставлять HTF возможность циркулировать, не проходя через устройство 100 аккумулирования тепла. Например, чтоб сберегать тепло, накопленное в устройстве 100 аккумулирования тепла, регулируемый клапан 216 управления может регулироваться, чтобы предоставлять потоку текучей среды HTF протекать через обходной контур 224. Другими словами, обходной контур 224 может быть контуром смешивания, который смешивает более холодную текучую среду HTF с более теплой текучей средой HTF, которая циркулирует через теплообменник 156, устройство 100 аккумулирования тепла и/или один или более теплообменников 202. Посредством смешивания HTF, циркулирующей через обходной контур 224, с другим потоком циркулирующей HTF, общая температура циркулирующей HTF может снижаться.

Кроме того, температура HTF может регулироваться посредством направления потока циркулирующей HTF через обходной контур 226. Например, обходной контур 226 может быть контуром подъема температуры отработавших газов, и обходной контур 226 может быть контуром тепловой подзарядки, в зависимости от рабочего состояния двигателя 12 и/или теплоемкости устройства 100 аккумулирования тепла. Например, обходной контур 226 может функционировать в качестве контура подъема температуры отработавших газов, когда устройство 100 аккумулирования тепла удерживает тепловой заряд, а температура отработавших газов ниже порогового значения. Кроме того, теплообменник 156 может быть расположен выше по потоку от одного или более выпускных устройств снижения токсичности отработавших газов, и устройство 100 аккумулирования тепла может выпускать нагретую HTF, которая должна подаваться в теплообменник 156. Таким образом, нагретая HTF может циркулировать только через обходной контур 226 для повышения температуры потока отработавших газов, из условия чтобы снижалось время для достижения розжига каталитического нейтрализатора.

Кроме того, в качестве контура тепловой подзарядки, обходной контур 226 может извлекать тепло из потока отработавших газов, чтобы подзаряжать устройство 100 аккумулирования тепла. Таким образом, HTF может протекать только через контур 225 тепловой подзарядки, чтобы увеличивать температуру HTF посредством теплообменника 156. Таким образом, HTF может нагреваться потоком отработавших газов для подзарядки теплоемкости устройства 100 аккумулирования тепла. Может быть полезным подзаряжать устройство 100 аккумулирования тепла таким образом, когда температура устройства аккумулирования тепла находится ниже порогового значения. Например, после того, как устройство аккумулирования тепла опорожнило свою теплоемкость, и/или после того, как различные системы двигатели достаточно разогреты.

Другими словами, один или более клапанов 214 управления, расположенных выше по потоку от теплообменников 202, могут закрываться для снижения объема циркулирующей HTF, и/или клапаны 216 управления с регулируемым положением также могут закрываться, из условия чтобы циркулирующая HTF проходила только через обходной контур 226, теплообменник 156 и устройство 100 аккумулирования тепла. Способ для регулирования потока HTF через систему 200 регенерации тепла посредством приведения в действие одного или более клапанов управления описан со ссылкой на фиг. 3.

Как показано, коллекторы 218 и 220 могут быть расположены в системе 200 регенерации тепла, где сливается более чем одна трубка, несущая текучую среду HTF. Например, коллектор 218 может быть выполнен с возможностью приема текучей среды HTF из одной трубки и может включать в себя два выхода HTF. В еще одном примере, коллектор 220 может быть выполнен с возможностью приема текучей среды HTF из более чем одной трубки и может включать в себя более чем один выход. Как показано, коллектор 220 принимает поток HTF из устройства 100 аккумулирования тепла и из обходного контура 224. Кроме того, коллектор 220 может иметь один выход, направленный в каждый теплообменник 202 и/или контур 225 тепловой подзарядки. Следует понимать, что коллекторы 218 и 220 приведены в качестве неограничивающих примеров, и таким образом, другие конфигурации возможны, не выходя из объема этого изобретения.

Расширительное устройство 222 может быть расположено ниже по потоку от множества теплообменников 202. Как показано, расширительное устройство 222 выполнено с возможностью приема HTF из каждого из теплообменников 202, а также контура 225 тепловой подзарядки. Например, расширительное устройство 222 может быть предусмотрено для обезгаживания. Другими словами, расширительное устройство 222 может быть расположено ниже по потоку от теплообменников 202 и контура 225 тепловой подзарядки, чтобы регулировать давление входящего потока HTF.

Следует понимать, что система 200 регенерации тепла предоставлена в качестве примера и, таким образом, не подразумевается ограничивающей. Поэтому, следует понимать, что система 200 регенерации тепла может включать в себя дополнительные и/или альтернативные признаки, нежели проиллюстрированные на фиг. 2, не выходя из объема этого изобретения. Например, система регенерации тепла может включать в себя трехходовой клапан для регулирования потока HTF в более чем одну систему двигателя.

Фиг. 3 схематически показывает примерный способ 300, который может использоваться для приведения в действие системы 200 регенерации тепла.

На 302, способ 300 включает в себя определение, запустился ли двигатель. Если ответом на 302 является Нет, способ 300 заканчивается. Если ответом на 302 является Да, способ 300 продолжается до 304.

На 304, способ 300 включает в себя определение, находится ли температура HTF ниже порогового значения. Например, температура отработавших газов может быть температурой отработавших газов выше по потоку и/или ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Если ответом на 304 является Да, способ 300 продолжается до 306. Если ответом на 304 является Нет, способ 300 продолжается до 308.

На 306, способ 300 включает в себя снижение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды (HTF) и опорожнение устройства аккумулирования энергии (например, устройства 100 аккумулирования энергии) для нагревания компонента системы выпуска, такого как компонент системы выпуска. Например, снижение объема может включать в себя закрывание одного или более клапанов управления для подавления циркуляции теплопередающей текучей среды от распределения в одну или более систем двигателя. Кроме того, опорожнение устройства аккумулирования энергии может включать в себя выпускание аккумулированной тепловой энергии устройства аккумулирования тепла, при этом, аккумулированная тепловая энергия аккумулирована из прежней работы двигателя. Кроме того, аккумулированная тепловая энергия может передаваться в циркулирующую теплопередающую текучую среду и распределяться по компонентам системы выпуска. В некоторых вариантах осуществления, компонент системы выпуска может находиться выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.

На 308, способ 300 может включать в себя распределение циркулирующей HTF по одной или более систем двигателя. Например, один или более клапанов управления могут приводиться в действие для распространения циркулирующей HTF по одной или более из системы отопления салона, системы охлаждения двигателя, системы трансмиссии, и т.д.

На 310, способ 300 включает в себя определение, достаточно ли подогреты одна или более систем двигателя. Если ответом на 310 является Нет, способ 300 возвращается на 306. Если ответом на 310 является Да, способ 300 продолжается до 312.

На 312, способ 300 включает в себя подзарядку устройства аккумулирования тепла. Например, объем циркулирующей HTF может снижаться, и/или обходной контур может открываться, из условия чтобы HTF циркулировала через теплообменник, термически присоединенный к системе выпуска через устройство аккумулирования тепла. Таким образом, теплоемкость устройства аккумулирования тепла может быть увеличена.

На 314, способ 300 включает в себя определение, находится ли температура HTF выше порогового значения. Например, HTF может становиться слишком горячей, когда транспортное средство находится в действие в течение продолжительного периода времени. Если ответом на 314 является Нет, способ 300 продолжается до 316. Если ответом на 314 является Да, способ 300 продолжается до 318.

На 316, способ 300 включает в себя закрывание контура смешивания. По существу, объем циркулирующей HTF не регулируется в ответ на температуру HTF.

На 318, способ 300 включает в себя регулирование клапана регулируемого положения контура смешивания. По существу, мертвый объем HTF выпускается из контура смешивания для снижения температуры циркулирующей HTF. Как описано выше, температура HTF может регулироваться на основании положения клапана регулируемого положения. Например, клапан может полностью открываться, чтобы быстро охлаждать HTF. В качестве еще одного примера, клапан может частично открываться, чтобы умеренно охлаждать HTF.

Следует понимать, что способ 300 предоставлен в качестве примера и, таким образом, не является ограничивающим. Поэтому, следует понимать, что способ 300 может включать в себя дополнительные и/или альтернативные этапы, нежели проиллюстрированные на фиг. 3, не выходя из объема этого изобретения. Кроме того, следует понимать, что способ 300 не ограничен проиллюстрированным порядком; скорее, один или более этапов могут перекомпонованы или не включены в состав, не выходя из объема этого изобретения. Например, одна или боле частей способа 300 может происходить без запуска двигателя. Как описано выше, устройство аккумулирования тепла может активироваться для выпуска без приведения в действие двигателя.

Различные трубопроводы могут указываться ссылкой как трубки, которые могут охватывать различные формы трубопроводов, каналов, соединительных патрубков, и т.д., и не ограничены никакими конкретными геометрией поперечного сечения, материалом, длиной, и т.д.

Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к машиностроению, а именно к системам регенерации тепла двигателя. Способ регенерации тепла для двигателя включает уменьшение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды. Опорожнение устройства аккумулирования тепла для нагрева компонента двигателя. А также распределение циркулирующей теплопередающей текучей среды по одной или более системам двигателя. Также раскрыты варианты системы регенерации тепла для двигателя. Технический результат заключается в обеспечении доступности аккумулированного тепла от предшествующей работы двигателя при запуске для обеспечения быстрого прогрева различных компонентов двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регенерации тепла для двигателя, включающий:

уменьшение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды;

опорожнение устройства аккумулирования тепла для нагрева компонента двигателя; и

распределение циркулирующей теплопередающей текучей среды по одной или более системам двигателя.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий подзарядку устройства аккумулирования тепла посредством уменьшения объема циркулирующей теплопередающей текучей среды.

3. Способ по п. 1, в котором опорожнение устройства аккумулирования тепла включает выпуск накопленной тепловой энергии устройства аккумулирования тепла.

4. Способ по п. 3, в котором накопленная тепловая энергия аккумулируется из прежней работы двигателя.

5. Способ по п. 3, в котором накопленная тепловая энергия передается в циркулирующую теплопередающую текучую среду и распределяется в выпускной компонент выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.

6. Способ по п. 1, в котором уменьшение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды включает приведение в действие одного или более клапанов управления.

7. Способ по п. 6, в котором клапан управления закрывается для подавления распределения циркулирующей теплопередающей текучей среды по одной или более системе двигателя.

8. Способ по п. 1, в котором одна или более система двигателя включает в себя одну или более из системы отопления салона, системы охлаждения и системы трансмиссии.

9. Система регенерации тепла для двигателя, содержащая:

первый теплообменник в тепловом контакте с системой выпуска;

второй теплообменник в тепловом контакте с системой двигателя;

трубку, включающую в себя теплопередающую текучую среду, в сообщении по текучей среде с первым и вторым теплообменниками; и

устройство аккумулирования тепла ниже по потоку от первого теплообменника и выше по потоку от второго теплообменника.

10. Система по п. 9, в которой система двигателя выбирается из группы, состоящей из системы отопления салона, системы охлаждения двигателя, системы трансмиссии, каталитического нейтрализатора отработавших газов и системы всасываемого воздуха двигателя.

11. Система по п. 9, дополнительно содержащая один или более клапанов управления и вторую трубку, присоединенную по текучей среде к первому и второму теплообменникам, при этом вторая трубка обходит устройство аккумулирования тепла.

12. Система по п. 11, в которой теплопередающая текучая среда течет через вторую трубку для регулирования температуры теплопередающей текучей среды.

13. Система по п. 11, дополнительно содержащая третью трубку, присоединенную по текучей среде к устройству аккумулирования тепла и первому теплообменнику, и которая обходит второй теплообменник.

14. Система по п. 13, в которой теплопередающая текучая среда течет через третью трубку для подзарядки устройства аккумулирования тепла.

15. Система регенерации тепла для двигателя, содержащая:

насос, обеспечивающий циркуляцию теплопередающей текучей среды через систему трубок;

выпускной теплообменник в тепловом контакте с выхлопной трубой, и присоединенный по текучей среде к системе трубок;

множество теплообменников системы, каждый из которых находится в тепловом контакте с системой двигателя и присоединен по текучей среде к системе трубок; и

устройство аккумулирования тепла, присоединенное по текучей среде к системе трубок и удерживающее аккумулированное тепло, регенерированное из предыдущей работы двигателя.

16. Система по п. 15, в которой множество теплообменников системы параллельно присоединены по текучей среде к системе трубок.

17. Система по п. 15, в которой множество теплообменников системы последовательно присоединены по текучей среде к системе трубок.

18. Система по п. 15, в которой аккумулированное тепло выделяется из устройства аккумулирования тепла при запуске двигателя, чтобы нагревать выхлопную трубу в положении выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.

19. Система по п. 15, в которой аккумулированное тепло выделяется из устройства аккумулирования тепла без запуска двигателя.

20. Система по п. 16, дополнительно содержащая клапан управления, расположенный выше по потоку от каждого из множества теплообменников системы, чтобы регулировать распределение теплопередающей текучей среды.