[发明专利]用于机动车的热交换装置和驱动单元

说明书

技术领域

本发明涉及用于机动车的热交换装置以及集成有这种热交换装置的驱动单元。

背景技术

由很多技术应用已知这样的热交换装置，在其中在介质没有混合的情况下进行从一介质到第二介质上的热传导。

在机动车中，马达冷却回路的主冷却器例如为这样的热交换装置，在其中进行从马达冷却回路的冷却流体到环境空气上的热传导，以便防止马达冷却回路和因此燃烧发动机(Verbrennungsmotor)的过热且防止机动车的马达冷却回路冷却的其他构件的过热。

除了这种和其他的使用之外，热交换装置在机动车中还用在这样的系统中，在其中利用在排气中含有的热能，以便产生机械的功率。因为往复活塞式内燃机(其几乎仅用于驱动机动车)的效率大约为所使用的初级能源的三分之一，且在燃烧时释放的热能的其余的三分之二为废热，其或者通过马达冷却系统(Abgastrang)或者通过排气系统作为损耗热量交付到环境处，这呈现出这样的注意到的可能性，即，提升机动车的驱动单元的总效率且因此降低燃料消耗。

文献DE 10 2008 028 467 A1说明了一种用于利用内燃机的废热的这样的装置。为此在内燃机的排气系统中集成有第一热交换器、蒸发器、蒸汽循环过程装置。在热交换器中从排气传到蒸汽循环过程装置的工作介质上的热能在膨胀装置中部分地转化成机械能，其例如可用于支持机动车的驱动或用于产生电能。在膨胀装置下游使工作介质在第二热交换器(冷凝器)中冷却，其中，工作介质冷凝。通过供给泵实现工作介质的压力提高和将其输送给蒸发器。

冷凝器由内燃机的马达冷却循环部的冷却剂冷却。冷却剂从冷凝器的回流可借助于3通阀如此切换，即将冷却剂或者在主冷却器之前或者在内燃机之前导入到马达冷却回路中。这使得能够在内燃机的热运转阶段(Warmlaufphase)中将冷却剂在冷凝器中吸收的废热用于更快速地加热冷却剂。在此以已知的方式设置成通过旁路绕开马达冷却器，以便避免冷却剂的在热运转阶段中并非所期望的冷却。通过利用在冷凝器中出现的废热，内燃机更快地达到其运行温度，因此这与在热运转阶段期间很少的燃料消耗和有害物质排放相关联。在达到运行温度之后，通过冷凝器加热的冷却剂可直接在马达冷却器之前导入到马达冷却回路中。由此可防止来自冷凝器的废热降低用于内燃机的冷却功率。但另一方面还可设置成将从冷凝器离开的冷却剂在达到运行温度之后在燃烧发动机之前导入到马达冷却回路中。当冷却剂的马达离开温度下降到低于理论值时，这例如可在机动车的更长的下坡行驶时为这种情况，可进行这种设置。于是还可附加地改善基于与马达冷却回路的热交换的内部空间加热的加热功率。

此外，已知蓄热器(尤其潜热式或化学蓄热器)集成到马达冷却循环部中(例如参考文献DE 10 2008 013 650 A1)。蓄热器在内燃机的运行中在达到运行温度之后吸收热且对其进行暂存。在内燃机的接着的冷启动之后，蓄热器将存储的热再次交付到马达冷却循环部中，由此缩短内燃机的热运转阶段。

还已知在内燃机中组合地使用两种措施，其中，在蒸汽循环过程与蓄热器之间并未设置相互作用。使用的蓄热器在此为纯粹的冷启动措施，而蒸汽循环过程仅在达到运行温度之后才投入使用。在这种系统中不利的是，不仅蒸发器而且蓄热器集成到排气系统中且必须相应借助于旁路使得可绕开，至少如果在其未使用的情况下应避免蒸发器和蓄热器由于其通过排气的环流产生的排气背压的提高。

由文献DE 10 2007 033 611 A1已知用于来自排气和蓄热器的废热利用的蒸汽循环过程的一种备选的组合方案。在此设施成：在燃烧发动机的运行状态中，如果在排气中含有的热能大于在蒸发器中最大可传递到工作介质上的热能，借助于相应构造的旁路和阀使排气流的一部分改道到蓄热器中，以便对其“进行加载”，只要其并未已经完全“加载”。另一方面设置成：在燃烧发动机的运行状态中，如果排气的热能低于可在蒸发器中转化的热能，将排气提前引导通过蓄热器，以便对其进行加热，因此那时可改善地运行蒸汽循环过程。为了由此并未与排气系统的排气后处理装置的不允许的冷却相关联，不仅蓄热器而且蒸发器在排气后处理装置下游集成到排气系统中。

由文献DE 10 2009 035 522 A1已知带有蒸汽循环过程装置的在功能上类似于此的内燃机。在此在蒸汽循环过程装置中集成有蒸汽收集器(Dampfspeicher)，在蒸汽收集器中在在其中可产生但不可利用蒸汽的时间内暂存蒸汽。比起可通过利用排气废热产生的蒸汽，如果可转化更多的蒸汽，将所存储的蒸汽继续输送给蒸汽循环过程。