[发明专利]用于在车辆中将热能转换为机械能的转换装置

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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。

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。