用于从通过装配有发动机制动机构的四冲程柴油机驱动的车辆回收的动能和/或势能生 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使得能够从由内燃机驱动的机动车辆回收能量的系统和机构，特别涉 及用于回收在车辆的制动阶段消散成热量的动能的那些系统和机构。具体来说，本发明涉 及一种用于将通常在车辆的制动阶段消散的动能转化成气体燃料、优选地合成气中所含的 化学能的装置。所述转化通过压缩从发动机燃烧所产生的废气来实现。这些气体然后与另 外的碳化合物一起用在重整工艺中以获得合成气，所述合成气随后将被同一个发动机用作 燃料。
【背景技术】
【背景技术】 [0002] 以车辆推进机构例如内燃机为特征，内燃机转化燃料中所含的化学能以 增加气体的压力和温度，迫使气体执行膨胀循环，从而将这种能量转化为机械能，机械能然 后用于驱动车辆，车辆又将所述能量作为动能储存在其自身运动中。
[0003] 这个程序在技术上被称为热力学循环。根据其工作特征，存在若干热力学循环，包 括奥托循环（Ottocycle)、狄塞尔循环（Dieselcycle)和兰金循环（Rankinecycle)。
[0004] 内燃机的一个关键特征在于其不能转化燃料中储存的所有化学能，因为内燃机将 其部分热量转移给冷源，如热力学定律所描述。热力学循环的最大理论效率是由被称为卡 诺循环（Carnotcycle)的理想循环决定的。
[0005] 这些发动机的另一个主要特征是其基于热循环，所述热循环涉及不可逆的物理化 学过程。这意味着发动机不能变成发电机并且不能利用机械能产生包含于燃料中的化学 能。
[0006] 此外，大多数车辆制动过程都使用基于摩擦的外部装置；因此，动能最终作为热量 消散。
[0007] 在热力学循环和制动过程这两者中的能量损失已经成为长久的问题，并且已经促 使寻求旨在优化内燃机车辆中的燃料消耗的程序、装置和创新。
[0008] 研宄方向之一已经集中在回收在制动器中消散的大部分动能并且将其再次用于 给车辆加速。基于这种设想的装置已经被分类至首字母缩略词KERS(动能回收系统）。
[0009] 典型地，KERS装置允许降低车辆速度，从而将其动能的一部分转变成另一种类型 的能量。
[0010] 虽然KERS装置主要用在由电能驱动的车辆（即火车和地铁）中，但是其近来也用 于装配有内燃机以及电动发电机的混合动力车中。
[0011] 这些KERS装置也被称为再生制动系统。对于电气化铁路，所述KERS装置被用于 提供其自身的电力供应。对于电池车和混合动力车，能量被储存在电池组或电容器组中以 供后续使用。
[0012] 再生制动是指一种类型的动态制动。动态制动包括例如电阻制动等过程，由制动 产生的电能通过所述过程作为热量消散。
[0013] 再生制动器是基于电动机可以用作发电机的原理。电力牵引电动机在制动期间被 重新接通作为发电机并且电力终端被用于供应能量，所述能量被输入电荷中并且此电荷提 供制动效应。
[0014]当电动火车制动时，通过作为发电机工作的电子装置调节牵引电动机连接。举 例来说，无刷直流电动机典型地具有霍尔效应传感器（Halleffectsensor)以确定转子 位置，其提供关于车辆的信息并且使得能够计算如何将电动机中产生的电流输入储存系统 中，所述储存系统可以由电池或超级电容器组成。
[0015] 电动机磁场连接到主牵引电动机，并且电动机的电枢连接到负载。牵引电动机激 发电动机磁场，车辆的轮子（汽车、有轨电车或机车的轮子）使电动机的电枢转动并且电动 机将用作发电机。当电动机用作发电机时，由其产生的电能可以通过电阻器传输，这种过程 被称为电阻制动。如果在有轨电车或机车的情况下电流被送到供电线，那么电流可以被传 导到电池或超级电容器中；在具有独立电力线的自动驾驶车辆的情况下，这可以被称为再 生制动。
[0016] 如果车辆的运动被减速，那么在制动时流过电动机电枢的电流必须与用于驱动电 动机的电流相反。
[0017] 制动力与场线的磁场强度乘以电枢的角频率的乘积成比例。
[0018] 举例来说，文献US2002174798描述一种具有能量储存和再生系统的混合动能机 车系统。在一种形式下，该系统可以被改装到现有机车中或者作为原始设备安装在新车中。 能量储存和再生系统捕获动态制动能、过量的电动机能量和外部供应的能量，并且将能量 储存在一个或多个能量储存子系统中，包括飞轮、电池、超级电容器或所述子系统的组合。 能量储存和再生系统可以位于单独的能量补给车（energytendervehicle)中。单独的能 量补给车任选地配备有牵引电动机。能量管理系统对动力储存和动力转移参数（包括指 示当前和以后的轨道概况信息的数据）作出反应，以确定当前和以后的电能储存和供应需 求。能量管理系统相应地控制能量的储存和再生。
[0019] 电力再生制动器也用在汽车中。该系统的一个早期实例是在1967年为美国 汽车公司（AmericanMotorsCorporation)的Amitron和古尔顿工业公司（Gulton Industries)研发的再生制动器。这种汽车完全由原型阶段的电池驱动，所述电池通过再生 制动再充电，从而导致车辆性能的提高。
[0020] 一种用于在制动期间回收动能的替代性系统是飞轮。这个组件接收原本会作为热 量在制动期间消散的能量，将回收的能量储存在飞轮里。这种系统最初被用在2009 -级方 程式赛季的管理中。除了降低成本以外，这种装置还被设计成用于增加比赛期间的超车次 数并且使车手超车更容易。所述系统是由Xtrac，TorotrackyFlybridSystem按照国际 汽车联合会和欧盟（EU)所颁布的规定来设计和研发的。
[0021] 虽然没有广泛使用，但其应用随后延伸到普通汽车。举例来说，丰田公司从2010 年开始销售混合动力车型AurisHSD，除了其它改进以外，AurisHSD还包括再生制动系统。 从2007年起，宝马公司已经开始销售具有柴油和汽油发动机的一些系列车型，其属于具有 各种改进的EfficientDynamics线，包括制动器能量再生系统。目前，这个系统被用于给车 辆的电池再充电而无需持续地使用交流发电机给电池充电，这样或节省燃料或获得动力。
[0022] 沃尔沃汽车公司（一家瑞典汽车制造商）也已经与VolvoPowertrain和SKF合 作开发了一种新型KERS技术，其可降低燃料消耗高达25%，同时提高普通汽车的发动机性 能。
[0023] 该系统使用飞轮回收在制动期间损失的动能。当汽车减速时，汽车的动量使飞轮 旋转加速到60,OOOrpm。当汽车开始行驶时，飞轮的旋转力通过特殊设计的传动装置被传递 到后轮。
[0024] 驱动前轮的内燃机在制动一开始时就立即关闭。飞轮能量可用于在再次起步时使 车辆加速，或者一旦当车辆达到巡航速度时驱动车辆。因为飞轮通过制动被起动并且能量 可以储存有限的时间，所以这种技术在以反复停车和起步为特征的行驶期间最有效。与众 不同的是，当在交通拥挤的城市里驾驶时以及在主动驾驶期间的燃料效率更高。
[0025] 这种系统的基本原理可见于例如文献W02012123710A1中，该文献描述了一种用 于车辆的能够在20,OOOrpm或更大的速度下运转的高速飞轮系统，其包括：安装在轴上并 且容纳在外壳中的飞轮，和至少一个轴承配置，其中所述轴承配置通过例如环和/或金属 橡胶结合型衬套（metalasticbush)等弹性体组件安装到飞轮或外壳上，以减少噪音、振动 和粗糙度（NVH)并且防止飞轮和外壳的共振模式彼此干扰。
[0026] 另一方面，公开案W02011080512A1描述了一种用于车辆的能量储存和回收系统 装置，其包括飞轮、第一组齿轮和第二组齿轮以及多个湿式多片离合器，其中每个齿轮组中 的一组沿着离合器轴与离合器中的一个同轴地布置，并且其中所述装置耦合到车辆传动装 置上，使得离合器的起动通过齿轮改变扭矩路径的方向，从而实现多种配给并且因而实现 多种速度。
[0027] 然而，迄今为止还不存在将从制动回收的车辆动能转化为燃料以供在同一车辆中 后续使用的装置。
[0028]因此，需要改进现有方法或系统以从动能获得燃料，从而普遍降低燃料消耗，减少 环境污染并且帮助对抗全球变暖。此外，使用无可动部件而非无机械组件的设备可以显著 降低投资和维修成本。
[0029] 因此，为了提供可用于帮助解决这个长期存在的问题的替代方案，需要促进这样 的装置，其回收在制动期间消散的车辆动能，同时改善整个循环中的燃料消耗。
[0030] 为此，所考虑的车辆是由具有四冲程燃烧循环并且具有JakeBrake(Jake制动 器）的柴油机（例如安装在大型车辆上的柴油机）驱动的车辆。在这点上，本文引用了 并且通过引用的方式完全并入了专利US3220392。该专利在1965年11月30日被授予 C.L.Cummins并且公开了这种类型的制动系统。
【发明内容】
[0031] 本发明涉及一种用于从减速阶段的由装配有发动机制动器（Jacobs(皆可博）制 动器）的四冲程柴油机驱动的车辆回收的动能和/或势能生产氢气体燃料的方法。这样的 系统包括以下阶段：
[0032]a)提供预加热的蒸汽流，
[0033] b)提供来自于至少一种用作预加热的碳源和氢源的化学物质的气流，
[0034]c)将阶段a)的来自于至少一种用作碳源和氢源的化学物质的气流与阶段b)的蒸 汽流混合，
[0035] d)使至少一种用作碳源和氢源的化学物质与蒸汽的混合物在由高温空气加热的 重整反应器的催化床中反应，产生含有氢气的排出合成气流，所