用于在车辆中将热能转换为机械能的转换装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在车辆（1）中将热能转换为机械能的转换装置。所述转换装置包括工作介质，其借助于车辆（1）中的热源（3）被气化并且继而膨胀5流经涡轮（13），以使得产生机械能。所述转换装置包括控制单元（31），其适于接收指示出车辆（1）将被制动的信息，并且当在这种情况下时，其适用于将车辆的冷却系统（21，39）连接至车辆的传动系（2，5-9），以使得冷却系统（21，39）将制冷剂冷却至低温。控制单元（31）适于接收指示出车辆（1）需要额外推动力的信息，并且当在这种情况下时，其适用于使用被冷却制冷剂以使得管线回路（10）中的工作介质在其被引导至蒸发器（12）之前受到冷却的第二步骤的影响。工作介质的冷凝温度因此可以被降低，并且可以在涡轮（13）中产生更多机械能。
【专利说明】用于在车辆中将热能转换为机械能的转换装置【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于在车辆中将热能转换为机械能的转换装置。
【背景技术】
[0002]当燃料在内燃机中燃烧时，化学能被转换为机械能。化学能中的很大一部分没有被转换为机械能，而是被转换为热能，所述热能以多种方式被释放至周围环境中。其中一个示例是被排放至周围空气中的排气中的热能。一种已知的做法是使用车辆中的WHR (废热回收)系统以捕获热能并且将其转换为机械能。WHR系统包括泵，所述泵使工作介质在管线回路中循环。管线回路包括蒸发器，工作介质在所述蒸发器中被加热，以使得其借助于热源被气化并且被额外加热，所述热源可以有利地是来自内燃机中的排气，管线回路还包括涡轮，所述涡轮借助于被额外加热的气态工作介质驱动。当工作介质膨胀流经涡轮时，其热能中的一部分被转换为机械能，所述机械能可以被用于车辆的即时操作，或被转换并且被存储为电能。
[0003]在重型车辆在长下坡路上行驶的情况下，一种已知的做法是使用自动制动过程，所述自动制动过程借助于启动一个或多个辅助制动器给予车辆恒定下坡速度。辅助制动器可以是减速器、排气制动器或压缩制动器。为启动自动制动过程，车辆被给予期望的速度，随后驾驶员操作车辆的制动踏板、按钮或适当的杆以开始启动制动过程。电气控制单元控制制动过程，以使得车辆在整个下坡期间维持期望速度。使用辅助制动器用于这种制动过程节省了车辆的轮制动器上的不必要的磨损，并且消除了其过热的风险。制动过程在驾驶员启动车辆的加速器踏板或离合器踏板时结束。在辅助制动器(例如液压减速器)被启动时产生的热能借助于发动机的冷却系统被冷却。当液压制动器被启动时，发动机的冷却系统将会承受重负载，并且长的山路可能带来冷却系统中的冷`却剂过热的风险。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种以高效率在车辆中将热能转换为机械能的转换装置。
[0005]这个目的借助于在导言中提及的类型的转换装置实现，所述转换装置的特征借助于权利要求1的特征部分中指示出的特征表示。车辆的传动系经由离合器和多个传动部件从发动机延伸至动力轮。当离合器被接合时，传动系作为一个单元运转。当加速器踏板在离合器被接合的情况下被释放时，只要车辆还在运动中，传动系将因此运转。在车辆必须被制动时，冷却系统被连接至传动系。冷却系统的操作抵消传动系的运动，以使得车辆被制动。在这种情况下冷却系统用作辅助制动器。将冷却系统作为辅助制动器来使用，使得在制动中涉及到的能量中的大部分可以被用于冷却车辆中的制冷剂。在借助于能量的供给而生成寒冷环境的冷却系统中，工作介质可以被冷却至低于周围环境温度的温度。
[0006]所述转换装置包括与车辆中的传统WHR系统基本上相同的部件。传统WHR系统能够从工作介质产生机械能，所述工作介质借助于热源被加热，以使得其气化并且被额外加热。工作介质随后在涡轮中膨胀，以使得产生机械能。能够在这种系统中产生的机械能的量主要取决于工作介质在蒸发器中被额外加热至的温度，并且取决于当工作介质在系统中的冷凝器中冷凝时其假定的冷凝温度。根据本发明，在车辆需要额外推动力时，冷的制冷剂被用于在工作介质已在系统的冷凝器中被冷却之后冷却所述工作介质。这与适当调节管线回路中的工作介质的量相结合，使得工作介质获得更低的冷凝温度。这导致在车辆需要额外推动力时，可以在涡轮中产生更大量的机械能。所述转换装置可以例如在车辆下坡行驶时将制动能量回收并且存储，并且在车辆行驶上坡时使用这个能量。所述转换装置因此实现比传统WHR系统更高的效率，车辆的制动能量在所述传统WHR系统中不被回收。
[0007]根据本发明，所述转换装置包括用于在制冷剂已借助于冷却系统被冷却时存储制冷剂的空间。这个空间可以有利地是热隔绝的，以使得制冷剂能够维持其低温。制冷剂的温度越低，其越能够更高效地降低管线回路中的工作介质的冷凝温度，并且更高效地增加涡轮中的机械能的产生。所述转换装置可以包括在管线回路中定位在冷凝器的下游位置处的换热器、在存储空间和换热器之间延伸的制冷剂回路、和适于借助于控制单元被启动以将制冷剂从存储空间循环至换热器的泵，在车辆将被制动时，制冷剂在所述换热器中冷却工作介质。在这种情况下，冷的制冷剂从存储空间被引导至换热器，其在所述换热器中使工作介质受到额外冷却步骤。制冷剂回路随后将制冷剂引导回存储空间。替代地，所述转换装置可以包括在管线回路中定位在冷凝器的下游位置处的阀，和在阀和存储空间之间延伸的额外管路环路，在这种情况下，控制单元适于将阀置于一个位置，使得工作介质借此从阀被引导至存储空间，在车辆将被提供额外推动力时，工作介质在所述存储空间中借助于冷的制冷剂被冷却。当工作介质已借助于制冷剂经受额外冷却步骤时，所述工作介质在蒸发器的上游位置处被引导回管线回路。
[0008]根据本发明的实施方式，制冷剂采取水和乙二醇的混合物的形式。将水和乙二醇以适当的量混合使得可以获得具有非常低的冻结温度的冷却剂。这种冷却剂混合物能够在不冻结的情况下被冷却至远低于0°c的温度。替代地，制冷剂可以采取具有在借助于冷却系统被冷却时在存储空间中从液态到固态相变的特征的材料的形式。大量的热能可以被存储在可转换相材料中。这意味着当工作介质经受额外冷却步骤时，相对少量的制冷剂将受到工作介质的较好冷却。相变的制冷剂需要相对少的存储空间。
[0009]根据本发明的优选实施方式，控制单元适于从传感器接收信息，所述传感器监控与车辆中的制动控制器的位置有关的参数，并且在制动控制器处于指示出车辆将被制动的位置时，所述控制单元还适于将冷却系统连接至车辆的传动系。这种制动控制器可以是这样一种控制器，驾驶员借助于所述控制器开始车辆的自动制动过程，以实现期望的恒定下坡速度。重型车辆通常具有一个或多个辅助制动器，其借助于所述一个或多个辅助制动器被下坡制动，以防止其轮制动器上的磨损或过载。在这种情况下，冷却系统可以代替这种辅助制动器。制动控制器可以替代地是传统制动踏板。
[0010]根据本发明的优选实施方式，控制单元适于从传感器接收信息，所述传感器监控与车辆的加速度控制器的位置有关的参数，并且当加速度控制器处于指示出车辆需要额外推动力的位置时，所述控制单元还适于使用被冷却的制冷剂冷却管线回路中在冷凝器下游的工作介质。加速度控制器可以是传统加速器踏板。车辆需要额外推动力的指示可以是加速器踏板被完全压下或压下至接近完全的位置。这可以在车辆到达向上斜坡时发生。[0011]根据本发明的优选实施方式，冷却系统包括压缩机，控制单元适于在车辆将被制动时将所述压缩机连接至传动系。压缩机冷却系统是最常见类型的冷却系统，冷却介质能够在所述压缩机冷却系统中被冷却至低于周围环境温度的温度。这种冷却系统不仅包括压缩机，而且还包括冷凝器、膨胀阀和蒸发器。当压缩机借助于传动系被驱动时，所述压缩机压缩冷却系统中的冷却介质。这抵消了传动系的运动，以使得车辆被制动。与此同时，蒸发器中的冷却介质可以将制冷剂冷却至低温水平。压缩机可以是车辆的空调(AC)系统的部件，所述AC系统具有额外管线部，所述额外管线部具有额外蒸发器以将制冷剂冷却。大多数车辆具有AC系统以冷却驾驶室空间中的空气，所述驾驶室空间中的环境处于高温。AC系统将包括能够被用于这个目的的现有压缩机。替代地，可以使用单独的压缩机冷却系统或其他类型的冷却系统。
[0012]有利地，工作介质在蒸发器中从内燃机的排气管线中的排气中吸收热能。来自内燃机中的排气是具有高温的非常好的热源，所述高温通常被散失到周围环境中。工作介质还可以从在返回管线中被再循环至发动机的排气中吸收热能。再循环的排气通常在其被引导至发动机之前在至少一个排气再循环(EGR)冷却器中被冷却。在这种情况下，再循环的排气经受有效冷却，而与此同时其热能的一部分可以被转换为机械能。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]本发明的优选实施方式在下文中借助于实施例并且参照附图被描述，其中:
[0014]图1描绘了根据本发明的第一实施方式的用于将热能转换为机械能的转换装置，并且
[0015]图2描绘了根据本发明的第二实施方式的用于将热能转换为机械能的转换装置。【具体实施方式】
[0016]图1描绘了用于将示意性描绘的借助于增压式内燃机2提供动力的车辆I中的热能转换为机械能的转换装置。车辆I可以是借助于增压柴油发动机提供动力的重型车辆。来自发动机汽缸中的排气被引导至排气管线3，所述排气管线包括涡轮单元中的涡轮4。所述车辆具有传动系，所述传动系由内燃机2开始，经过轴杆5、飞轮6a、离合器6b、轴杆7、齿轮箱8等。传动系由一对动力轮9结束。在离合器6b被接合时，传动系作为一个单元旋转。
[0017]车辆装备有用于回收热能的转换装置。所述转换装置可以被称为WHR(废热回收)系统，并且包括具有泵11的管线回路10，所述泵适于将管线回路中的工作介质循环并且加压。工作介质从泵11被引导至蒸发器12，其在所述蒸发器中借助于排气管线3中在涡轮4的下游位置处的排气被加热。工作介质在蒸发器12中被加热至其气化温度，并且被额外加热。被额外加热并且呈气态的工作介质从蒸发器12被引导至涡轮13，其在所述涡轮中膨胀。涡轮13因此被提供有旋转运动，所述旋转运动经由机械传动件14被传递至传动系中的飞轮6a。涡轮13的旋转运动提供给车辆I额外的推动力。机械传动件14可以包括采用带齿齿轮等形式的多个传动元件，以使得涡轮13的旋转运动在其被传递至飞轮6a之前经受适当比率的逐步减低。替代地，涡轮13可以被连接至飞轮或类似的机械能存储单元，所述飞轮或类似的机械能存储单元能够被连接至车辆的传动系。当飞轮被连接至传动系时，车辆被提供额外推动力。根据另一替代例，涡轮13可以驱动发电机，所述发电机将机械能转换为电能。电能可以被存储在能量存储器中。被存储在能量存储器中的电能可以在适当的时机被用于车辆的操作。
[0018]来自内燃机2中的排气是用于回收热能的非常好的热源。在这种情况下，蒸发器12在定位在涡轮4的下游位置处被定位在排气管线3中。涡轮4下游的排气的温度可以是大约200-300°C。蒸发器12可以替代地被定位在用于将排气再循环的排气管线中。排气从排气管线3中的涡轮4的上游位置被再循环，在这种情况下其可以处于大约600-700°C的温度。然而，在WHR系统中使用的工作媒介具有不应当被超过的上部温度。借助于蒸发器12的适当尺寸，被使用的工作介质可以在适当的高温下气化并且被额外加热。
[0019]当气态工作介质已在涡轮13中膨胀时，获得更低的压力和更低的温度。其从涡轮13被引导至冷凝器15，在这种情况下所述冷凝器是空气冷却型的。冷凝器15可以被定位在车辆前表面处，工作介质在所述前表面处借助于在周围环境温度下的空气被冷却。冷却扇16通过冷凝器15吸入空气。当气态工作介质在冷凝器15中被冷却时，所述气态工作介质冷凝。得到的液态工作介质从冷凝器15被引导至换热器17。换热器17是散热器装置的部件，所述换热器能够在工作介质已在冷凝器15中被冷却之后将工作介质冷却。在车辆需要额外推动力时，工作介质借助于在低于周围环境温度的温度下的制冷剂在换热器17中被冷却。在这种情况下，制冷剂是冷的冷却剂。冷却剂借助于泵19在冷却剂回路18中被循环。冷却剂可以采取水和乙二醇的混合物的形式。包括50%水和50%乙二醇的冷却剂可以在不冻结的情况下降温至大约-40°C的温度。冷却剂回路18包括用于存储冷的冷却剂的蓄积罐20。在车辆需要额外推动力并且有冷的冷却剂可用的情况下，管线回路10中的工作介质的量也需要调节。管线回路10被连接至用于工作介质的存储罐10a，所述存储罐当时不被用在管线回路中。存储罐IOa借助于管线IOb被连接至管线回路10，所述管线回路包括可反转的泵10c。管线回路10中的工作介质的量可以借助于沿适当的方向启动泵IOc被调节。在这种情况下，所述量被调节，以使得仅一小部分冷凝或没有冷凝在冷凝器15中发生。工作介质因此主要在换热器17中变为液相。冷凝温度因此可以被降低。
[0020]所述转换装置包括AC系统21的一部分，用于冷却车辆I的驾驶室空间中的空气。AC系统21包括由发动机2借助于驱动带等驱动的压缩机22。压缩机22借助于示意性描绘的离合器机构22a被启动，所述离合器机构建立压缩机和发动机之间的驱动连接。当压缩机在操作中时，其压缩AC系统21中的冷却介质并且使所述冷却介质循环。冷却介质从压缩机22被引导至冷凝器23，所述冷凝器被定位在车辆的前表面处，并且冷却介质借助于在周围环境的温度下的空气在所述冷凝器中被冷却。空气借助于冷却扇24和借助于车辆的向前移动产生的气流通过冷凝器23被吸入。冷却介质在冷凝器23中被冷却至其冷凝的温度。液态冷却介质从冷凝器23被引导至三通阀25，冷却介质能够借助于所述三通阀被引导通过两个替代的管线部。
[0021]当三通阀25被置于第一位置时，冷却介质被引导通过第一管线部，所述第一管线部包括第一膨胀阀26和第一蒸发器27。当冷却介质经过第一膨胀阀26时，其压力和温度均下降。冷的冷却介质随后被引导至第一蒸发器27，其在所述第一蒸发器中冷却车辆的驾驶室空间中的空气。空气借助于扇28被强制通过第一蒸发器27。冷却介质借助于空气被加热至其在第一蒸发器27中气化的温度。气态冷却介质随后被引导回压缩机22。当三通阀25被置于第二位置时，冷却介质被引导通过第二管线部，所述第二管线部包括第二膨胀阀29和第二蒸发器30，所述第二蒸发器被定位在蓄积罐20内部。当冷却介质经过第二膨胀阀29时，其压力和温度均下降。冷的冷却介质随后被引导至第二蒸发器30，其在所述第二蒸发器中冷却被存储在蓄积罐20中的冷却剂。冷的冷却介质借助于蓄积罐20中的冷却剂被加热，以使得其在第二蒸发器30中气化。被气化的冷却介质随后被引导回压缩机22。
[0022]所述系统包括控制单元31，所述控制单元适于控制泵11和泵IOc的启动，所述泵11使工作介质在管线回路10中循环，所述泵IOc调节管线回路10中的工作介质的量。控制单元31还适于从传感器32和从传感器33接收信息，所述传感器32监控加速器踏板的位置，所述传感器33监控制动控制器的位置。在这种情况下，制动控制器33是这样一种控制器，驾驶员借助于所述控制器开始自动制动过程以提供给车辆期望的恒定下坡速度。制动控制器可以替代地是传统制动踏板。控制单元31能够借助于管线回路10中的泵11、管线IOb中的泵10c、冷却剂回路18中的泵19和三通阀25控制所述转换装置。控制单元31可以是具有用于这个目的的适当软件的计算机单元。
[0023]在启动发动机2之后，排气通过排气管线3被引导出来。当排气管线3中的排气到达适当温度时，控制单元31启动泵11以开始将工作介质在管线回路10中循环。工作介质借助于排气管线3中的排气在蒸发器12中被加热，以使得其气化并且被额外加热。工作介质被额外加热至蒸发器6中的温度，所述温度与排气管线3中的温度和排气的流动有关。被额外加热的工作介质膨胀流经涡轮13。涡轮13因此获得旋转运动，所述旋转运动经由机械传动件14被传递至传动系中的飞轮6a。排气中的热能中的一部分在此借助于涡轮13被转换为机械能，用于车辆的操作。
[0024]介质随后被引导至冷凝器15，其在所述冷凝器中借助于在周围环境温度下的空气被冷却。工作介质在冷凝温度下在冷凝器15中冷凝，所述冷凝温度取决于通过冷凝器的周围空气的温度和流动。在高温下的周围空气导致比在较低温下的周围空气高的冷凝温度。控制单元31控制泵10c，以使得适当量的工作介质在一般情况下在管线回路10中被循环。涡轮13中的得到的功率输出很大程度上借助于在工作介质被引导至涡轮13中时工作介质的额外加热温度和其在冷凝器15中的冷凝温度之间的温差被确定。排气的温度和流动随着发动机的负载变化和冷凝温度随着周围环境的温度变化，这一事实意味着涡轮的机械能产出可观地变化。
[0025]当控制单元31接收到驾驶员已释放加速器踏板32的信息时，其中止管线回路10中的泵11的操作。这意味着所述转换装置不将任何不期望的推动力给与车辆。如果与此同时其接收到驾驶员已启动制动控制器33的信息，那么控制单元31启动离合器机构22a以建立压缩机22和发动机2之间的驱动连接。在车辆正下坡行驶时，其动力轮9将驱动运动给予传动系，并且从而给予发动机。压缩机22随后借助于发动机被驱动。车辆的下坡动能在此经由传动系被转换为压缩机22的操作。压缩机22在压缩AC系统中的冷却介质过程中所做的功用作制动力，所述制动力抵消动力轮9的运动。压缩机在这种情况下用作辅助制动器。如果其制动效果不足以维持期望的下坡速度，那么车辆的其他辅助制动器可以被启动。与此同时，随着制动控制器33被启动，控制单元31将三通阀25置于第二位置，以使得AC系统21中的冷却介质中的至少一部分被引导通过第二管线部，所述第二管线部包括第二膨胀阀29和第二蒸发器30。被引导通过第二蒸发器30的冷却介质将蓄积罐20中的冷却剂冷却至低温，所述低温有利地是非常低于周围空气温度的温度。在这种情况下，车辆的下坡动能因此被用于冷却蓄积罐20中的冷却介质。
[0026]当控制单元31接收到驾驶员想要结束自动制动过程的信息时，或者当冷却剂已在蓄积罐中被冷却至足够低的存储温度时，控制单元31将三通阀25置于第一位置。如果AC系统不旨在被操作和冷却驾驶室空间中的空气，那么控制单元31还将压缩机22关闭。在长坡道上，冷却剂则将在蓄积罐20中被冷却至显著低于周围空气温度的温度。蓄积罐20可以是热隔绝的，以使得冷却剂能够在蓄积罐20中相当长时间地维持其低温。
[0027]当控制单元31接收到加速器踏板32已被再次压下的信息时，驾驶员想要给予车辆推动力。控制单元31启动泵11，以使得工作介质在管线回路10中被循环。所述转换装置再次开始将排气中的热能转换为机械能用于车辆的操作的过程。如果控制单元31从传感器32接收到加速器踏板32被压下至其最大程度或接近最大程度的信息，那么驾驶员期望从车辆获得额外推动力。车辆可能随后到达上坡。控制单元31启动冷却剂回路18中的泵19，以使得冷的冷却剂从蓄积罐20被循环至换热器17，其在所述换热器中冷却管线回路10中的工作介质。工作介质因此不仅在冷凝器15中经受冷却，而且借助于换热器17中的冷的冷却剂被额外冷却。与此同时，控制单元31启动可反转的泵10c，以使得管线回路10中的工作介质的量被调节至最优水平。工作介质借助于在低于周围空气温度的温度下的冷却剂被这样地额外冷却、并且与适当地调节管线回路中的工作介质的量相结合，使得冷凝温度下降。管线回路10中的工作介质的量被调节至这样的水平，以使得工作介质在其已在换热器17中冷凝之后不经受或基本上不经受额外冷却。这意味着来自排气中的热能不需要被用于将工作介质加热至气化温度，并且来自排气中的热能基本上都能够被用于使蒸发器12中的工作介质气化。在这种情况下，最优量的热能可以在涡轮9中被转换为机械能。
[0028]在车辆上坡行驶时发动机承受重负载的情况下，排气管线中的暖的排气提供给工作介质非常好的加热，以使得其气化并且被额外加热至高温。这意味着涡轮13在发动机上负载更少时产生更多机械能。额外冷却换热器17中的工作介质、并且与调节管线回路10中的工作介质的量相结合，以降低冷凝温度并且使得涡轮13能够产生更大量的机械能，用于车辆的操作。所述转换装置因此能够在车辆下坡行驶时存储能量，并且在车辆上坡行驶时使用被存储的能量。所述转换装置因此获得比传统WHR系统更多的性能。在这种情况下，现有的AC系统中的压缩机22被用于在上坡路上制动车辆。压缩机22因此可以需要被提供有比AC系统中的传统压缩机更多的性能。
[0029]图2描绘了所述转换装置的替代实施方式。在此，所述转换装置依然包括具有工作介质的管线回路10，所述工作介质借助于泵11被循环。管线回路10中的工作介质的量借助于可反转的泵IOc被调节，所述泵被定位在管线IOb中，所述管线将管线回路10连接至存储罐10a。工作介质借助于内燃机2的排气管线3中的排气在蒸发器12中被加热。蒸发器12在涡轮单元的涡轮4的下游位置处被定位在排气管线3中。在蒸发器12中气化的工作介质被引导至涡轮13。在气态工作介质已膨胀流经涡轮13之后，所述气态工作介质被引导至冷凝器15，其在所述冷凝器中借助于冷却剂被冷却，所述冷却剂在低温冷却回路中循环。泵34使冷却剂在低温冷却回路中循环。冷却剂借助于在周围环境温度下的空气在车辆前部处的空气冷却式散热器35中被冷却，所述空气借助于冷却扇36被强制通过散热器。在这种情况下，工作介质借助于在接近周围空气温度的温度下的冷却剂在冷凝器15中被冷却。在这种情况下，管线回路10包括被定位在冷凝器15的下游位置处的三通阀37。当这个阀被置于第一位置时，其将已在冷凝器15中被冷却的工作介质导向至泵11。当阀37被置于第二位置时，其将已在冷凝器15中被冷却的工作介质导向至替代管线部10a，所述替代管线部包括用于三个介质的换热器38。工作介质在换热器的第一部38a中被冷却。工作介质随后被引导至蒸发器12的上游位置处的普通管线回路10。
[0030]换热器38包括采用蒸发器形式、用于车辆的冷却系统39中的冷却介质的第二部38b。冷却系统包括借助于发动机2驱动的压缩机22。压缩机22借助于示意性描绘的离合器机构22a被连接至发动机。当压缩机在操作中时，其压缩冷却系统39中的冷却介质并且使所述冷却介质循环。冷却介质从压缩机22被引导至冷凝器23，其在所述冷凝器中借助于有利地在周围环境温度下的空气被冷却。空气借助于冷却扇24被吸入通过冷凝器23。冷却介质从冷凝器23被引导至膨胀阀29。冷却介质借助于经过膨胀阀29而获得较低的压力和较低的温度。其随后被引导至换热器的第二部38b，其在所述第二部中气化。当冷却介质在换热器的第二部38b中气化时，其冷却被定位在换热器38的中间部38c中的制冷剂。
[0031]换热器的中间部38c中的制冷剂包括在借助于第二部38b中的冷却介质被冷却时从液相变化为固相的材料。制冷剂有利地具有单位重量或体积的高潜热存储能力。这意味着中间部38c可以相对较小。当冷却剂介质已在蒸发器38b中被气化时,其被引导回压缩机22。所述转换装置包括控制单元31，所述控制单元控制管线回路10中的泵11和三通阀37的启动。控制单兀31还控制冷却系统39中的压缩机22的启动。控制单兀31基本上持续地从传感器32和从传感器33接收信息，所述传感器32监控车辆的加速器踏板的位置，所述传感器33监控车辆的制动控制器的位置。制动控制器是控制器，驾驶员借助于所述控制器开始车辆下坡的自动制动过程。
[0032]在发动机2的操作期间，排气被引导通过排气管线3。当控制单元31从传感器32接收到加速器踏板被压下的信号时，其启动泵11，以使得工作介质在管线回路10中被循环，并且启动泵10c，以使得管线回路10被供给适当量的工作介质。与此同时，控制单元31将三通阀37置于第一位置。循环的工作介质借助于低温冷却系统中的冷却剂在冷凝器15中被冷却。当冷却剂在低温下时，工作介质在相对较低的冷凝温度下在冷凝器15中冷凝。在此，冷凝温度高于周围环境的温度。液态工作介质经由三通阀37和泵11从冷凝器15被引导至蒸发器12。工作介质借助于排气管线3中的暖的排气被加热，以使得其气化并且被额外加热。被额外加热的工作介质被引导至涡轮13，其在所述涡轮中膨胀。涡轮13因此获得旋转运动，所述旋转运动经由机械传动件14被传递至车辆的传动系中的飞轮6a。在这个操作状态中，发动机2和所述转换装置均给予车辆推动力。
[0033]在控制单元31从传感器32接收到加速器踏板32已被完全释放的信息时，所述控制单元中止管线回路10中的泵11的操作，因为驾驶员不想给予车辆任何推动力。如果与此同时其从传感器33接收到驾驶员已启动给予车辆恒定下坡速度的制动控制器的信息，那么控制单元31启动离合器机构22a，所述离合器机构将压缩机22连接至发动机2。当车辆滚动下坡时，驱动力矩从传动系被传递至压缩机22。压缩机使用这个能量以压缩冷却系统中的冷却介质。冷却介质的这种压缩抵消传动系的运动，以使得车辆被制动。压缩机因此用作车辆的辅助制动器。冷却系统39中的冷却介质经由膨胀阀29被引导至换热器的第二部38b。当冷却介质在第二部38b中气化时，中间部38c中的制冷剂被冷却。当制冷剂被冷却时，其从液相变化为固相。制冷剂相变的温度有利地低于周围空气温度。[0034]当控制单元31从传感器33接收到制动控制器已被置于非制动位置的信息时，所述控制单元借助于离合器机构22a中止压缩机22的操作。当控制单元31从传感器32接收到加速器32被再次压下的信息时，驾驶员想要给予车辆推动力。控制单元31启动泵11，以使得工作介质再次在管线回路10中循环，并且启动泵10c，以使得管线回路10被供给适当量的工作介质。所述转换装置再次开始将排气中的热能转换为机械能用于车辆的操作的过程。如果控制单元31从传感器32接收到加速器踏板32被压下至其最低可能位置或接近其最低可能位置的信息，那么驾驶员想要从车辆获得更多推动力，这可以是当其接近上坡时的情况。控制单元31将三通阀37置于第二位置。已在冷凝器15中经受冷却的第一步骤的工作介质随后被引导至替代管线部IOa中。工作介质借助于中间部38c中的制冷剂在换热器的第一部38a中被冷却。工作介质因此在在蒸发器12的上游位置处被引导回普通管线回路10之前经受额外冷却。工作介质借助于低于周围空气温度的温度下的制冷剂的这种额外冷却使得工作介质的冷凝温度在管线回路10中下降。在有利的情况下，工作介质仅在换热器17中冷凝。这可以导致冷凝温度低于周围环境温度。
[0035]介质随后被引导至蒸发器12，其借助于暖的排气在所述蒸发器中被加热，以使得其气化并且被额外加热。在这种情况下，工作介质具有格外低的冷凝温度的事实使得其能够在涡轮13中经受膨胀，从而产生大量额外机械能用于车辆的操作。机械能的这种进一步增加的量与冷凝温度被降低到何种程度有关。在这种情况下，当车辆正下坡行驶时，单独冷却系统中的压缩机22被用于冷却制冷剂。被冷却的冷却介质被存储在采用换热器的中间部38c形式的存储空间中。冷的制冷剂继而在随后车辆需要额外推动力时被使用，所述情况可以是在其正上坡行驶时。
[0036]本发明不以任何方式被限制到附图涉及的实施方式中，而是可以在权利要求的范围内自由地改变。
【权利要求】
1.一种在车辆(I)中将热能转换为机械能的转换装置，所述转换装置包括管线回路(10);泵(11)，其用于使工作介质在管线回路(10)中循环；蒸发器(12)，工作介质在所述蒸发器中旨在从热源(3)吸收热能，以使得其气化；涡轮(13)，其适于借助于被气化工作介质被驱动并且适于产生机械能；第一冷凝器(15)，工作介质在所述第一冷凝器中旨在被冷却，以使得其冷凝；和冷却系统(21，39)，其能够被连接到车辆(I)的传动系(2，5-9)， 其特征在于，所述转换装置包括控制单元(31)，其适于接收指示出车辆(I)何时将被制动的信息，并且在车辆将被制动的情况下，所述控制单元适于将冷却系统(21，39)连接至车辆的传动系(2，5-9)，以使得冷却系统(21，39)将制冷剂冷却至低于周围环境温度的温度；所述控制单元(31)适于接收指示出车辆(I)何时需要额外推动力的信息，并且在车辆需要额外推动力的情况下，所述控制单元适于使用被冷却的制冷剂以使得管线回路(10)中的工作介质在其被引导至蒸发器(12)之前在冷凝器(15)的下游位置处受到第二冷却步骤的作用。
2.根据权利要求1所述的转换装置，其特征在于，所述转换装置包括存储空间(20，38c)用于在制冷剂已借助于冷却系统(21，39)被冷却的情况下存储制冷剂。
3.根据权利要求2所述的转换装置，其特征在于，所述转换装置包括:换热器(17)，其在冷凝器(15)的下游位置处定位在管线回路(10)中；制冷剂回路(18)，其在存储空间(20)和换热器(17)之间延伸 ；和泵(19)，其适于借助于控制单元(31)被启动，以使冷的制冷剂从存储空间(20)循环至换热器(17)，其中在车辆(I)将被提供额外推动力的情况下，制冷剂在所述换热器中冷却工作介质。
4.根据权利要求2所述的转换装置，其特征在于，所述转换装置包括阀(37)，其在冷凝器(15)的下游位置处定位在管线回路(10)中；额外管线环路(10a)，其在阀(37)和存储空间(20)之间延伸；和控制单元(31)，其适于将阀(37)置于一位置，从而使工作介质从阀(37)被导向至存储空间(20)，其中在车辆(I)将被提供额外推动力的情况下，工作介质在所述存储空间中借助于冷的制冷剂被冷却。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述制冷剂采取水和乙二醇的混合物的形式。
6.根据上述权利要求1至4中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述制冷剂采取这样的材料的形式，所述材料在借助于冷却系统(39)被冷却的情况下具有在存储空间(38c)中从液态相变到固态的特征。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述控制单元(31)适于从传感器(33)接收信息，所述传感器监控与车辆(I)的制动控制器的位置有关的参数，并且在制动控制器处于指示出车辆(I)的制动的位置的情况下，所述控制单元适于将冷却系统(21，39 )连接至车辆的传动系(2，5-9 )，以使得冷却系统(21，39 )借助于车辆的动能被驱动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述控制单元(31)适于从另一传感器(32)接收信息，所述另一传感器监控与车辆(I)的加速度控制器的位置有关的参数，并且在加速度控制器处于指示出车辆(I)需要额外推动力的位置的情况下，所述控制单元适于使用被冷却的制冷剂、以冷却管线回路(10)中的冷凝器(15)的下游的工作介质。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转换装置，其特征在于，所述冷却系统包括压缩机(22)，并且所述控制单元(31)适于在车辆(I)将被制动的情况下将压缩机(22)连接至车辆的传动系(2, 5-9)。
10.根据权利要求9所述的转换装置，其特征在于，所述压缩机(22)构成车辆(I)的AC系统中的一部件，所述AC系统具有管线部，所述管线部具有额外蒸发器(30)用于冷却制冷剂。·
【文档编号】F01K23/06GK103442960SQ201280013416
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月6日 优先权日:2011年3月17日
【发明者】Z·卡多斯, O·哈尔 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司