[发明专利]收集和再使用柴油动力车辆内的废热的方法

说明书

技术领域

由于将废热排至环境中，由内燃发动机提供动力的机动车辆会浪费超过30%的燃料能源。

背景技术

为了减少被浪费的燃料能源，车辆可以回收发动机废热，传至各种其他车辆系统。例如，US2009/0241863描述了在蓄热器内存储高温冷却水，其用于在发动机启动时使车辆发动机变暖。在发动机启动后，回收废热，并且将废热传至冷却水。然后，该加热的冷却水被循环至发动机，从而提供发动机的进一步变暖，以及循环至加热器电路，从而加热被供应至乘客舱的空气。以这种方式，在发动机启动不久后，能够使发动机和乘客舱变暖。

然而，本文的发明人已经认识到这种方法会增加不期望的排气排放，其中在该方法中，在发动机启动后不久，传递废热使其离开排气系统。例如，将废热传至冷却水并因此远离排气系统，可能延迟与温度有关的催化转化器“起燃”。结果，催化转化器到达能够有效执行催化还原的温度需要较长时间，因此增加了不期望的排气排放。这种延迟和对排放的有关影响在具有柴油发动机的车辆中尤为突出，其中柴油发动机可输出比其他类型的发动机更少的废热。

发明内容

为了解决上述问题，本文发明人已确认用于回收发动机废热以传至各种其他车辆系统的各种方法，其通过延迟催化转化器起燃而不增加不期望的排气排放。在一个示例性方法中，在发动机启动时，在热电池的相变材料中存储的热借助于连接在排气系统中的旁路被输送至热交换器。在排气温度超过第一阈值后，热从热电池输送至车辆车厢，以及可选地输送至需要热的其他车辆系统，并且在排气温度超过第二较高阈值之后，从热交换器输送热，从而为热电池充电。例如，第一阈值可以是大于或等于催化转化器起燃温度的温度值。以这种方式，一旦实现催化剂起燃（以便，催化转化器的进一步加热对于减排是不必要的），废热可以经热交换器传递和输送至车厢加热系统。此外，第二较高阈值可以是这样的温度值，即在该温度值下，可用废热量超过车厢加热系统和需要热的任何其他车辆系统所需的热量，以便额外的热可用于为热电池充电。

以这种方式，存储在热电池内的热可以用于在发动机启动后加速催化转化器起燃，从而降低了不期望的排气排放，同时还可用于改善车厢加热以及为需要热的其他车辆系统提供热。例如，传热流体可以将存储在热电池的相变材料中的热循环至热交换器，从而将热传至催化转化器上游的发动机排气。随着发动机变暖，排气温度增加并且催化剂达到起燃。在催化剂起燃已经发生后，废热可以被传至热交换器中的传热流体，并且传热流体可以被循环至车辆车厢加热系统，从而加热车辆车厢。在该阶段，废热还可以经传热流体的循环被传至需要热的一个或更多其它车辆系统，诸如用于加热变速器油的变速器。随着发动机进一步变暖，会造成排气温度进一步增加，传热流体可以从热交换器循环至热电池中的相变材料，从而为热电池充电。以这种方式为热电池充电能够使热被存储，以便在随后发动机启动时输送至热交换器，并且能够在至少一段持续时间内减少冷却负荷。因此，根据该示例性方法，可以减少在催化转化器起燃前出现的不想要的排气排放。此外，过度的废热可以被有利地使用，而不是作为被浪费的燃料能源被排至环境中。

在另一个实施例中，将存储在热电池中的热输送至热交换器包含经连接至热传递区段的顶表面的传热流体供应连接，使传热流体从自热电池循环至热交换器的热传递区段，并且其中流经热传递区段的排气接收来自传热流体的热。

在另一个实施例中，传热流体供应连接在接近旁通机构的端部处被连接至热传递区段的顶表面，并且其中传热流体返回连接在相对端部处被连接至热传递区段的顶表面。

在另一个实施例中，带有双排座驾驶室的柴油动力型货车包含：热电池，其包括变相材料，其被安装在双排座驾驶室的后排座椅下方；热交换器，其被连接至前部发动机舱内的发动机排气系统，热交换器包含热传递区段、旁通区段以及真空致动旁通机构；泵，其使传热流体在热电池和热交换器之间循环；以及排放控制装置，其被连接在热交换器下游的货车的车身底部中。

在另一个实施例中，货车还包含旁通机构，其依据是否出现热交换旁通条件，将排气流引导至热传递区段和旁通区段中的一个或两者。

在另一个实施例中，热传递区段被连接至传热流体供应和返回连接，其中一个连接在接近旁通机构的端部处被连接至热传递区段的顶表面，其中另一个连接在相对端部处被连接至热传递区段的顶表面。

在另一个实施例中，热电池与货车车厢与一个或更多货车系统热连接。