專利名稱：用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型總的來說涉及汽車領(lǐng)域，更具體地，涉及用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
車輛可回收廢氣熱量來傳遞至內(nèi)燃機(jī)中的各種其他系統(tǒng)。例如，美國(guó)專利第7832204號(hào)描述了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管系統(tǒng)，其允許熱量在兩個(gè)或更多個(gè)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行傳遞。該熱管系統(tǒng)包括鍋爐端，其可以將熱量從高溫區(qū)傳遞至低溫區(qū)的冷凝端。鍋爐端可連接至排氣系統(tǒng)的一個(gè)區(qū)域而冷凝端可連接至另一發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng))來用于傳遞熱量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到上述系統(tǒng)的各種問題。具體地，因?yàn)橄到y(tǒng)首先需要排氣系統(tǒng)預(yù)熱，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不能快速加熱。另外，在冷啟動(dòng)操作期間，傳遞熱量離開排氣系統(tǒng)會(huì)延遲催化轉(zhuǎn)化器“起燃(light-off)”。因此，催化轉(zhuǎn)化器不能以有效溫度運(yùn)行來燃燒捕集的碳?xì)浠衔?，從而增加了廢氣排放。由此，解決上述問題的一個(gè)示例性方法是使用熱管和適當(dāng)?shù)南嘧儾牧蟻砘厥沾呋D(zhuǎn)化器上游和/或下游的廢氣熱量。另外，熱量可以被儲(chǔ)存以在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)立即用于車廂加熱和/或發(fā)動(dòng)機(jī)加熱(通過用儲(chǔ)存的熱量加熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液)。通過這種方式，可以通過所儲(chǔ)存的熱量從排氣系統(tǒng)回收熱量而不會(huì)對(duì)達(dá)到催化轉(zhuǎn)化器起燃溫度的速率產(chǎn)生不利的影響，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)提供更快速的車廂加熱以及可能更快速的發(fā)動(dòng)機(jī)加熱(以減少發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦并因此提高燃料經(jīng)濟(jì)性`)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一根或多根熱管將過量的廢氣熱量傳導(dǎo)至封閉的熱虹吸回路中，該回路包括容納和包含在加熱器芯體內(nèi)的相變材料。在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之前的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱操作期間，一根或多根熱管將過量的廢氣熱量傳導(dǎo)至熱虹吸回路，熱虹吸回路又將熱量傳遞至加熱器芯體以儲(chǔ)存在加熱器芯體內(nèi)的相變材料中。然后，當(dāng)車輛熄火時(shí)，加熱器芯體中的相變材料儲(chǔ)存熱量以在隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間使用。在冷啟動(dòng)期間，氣流可穿過加熱器芯體以將熱量從相變材料傳遞至乘客車廂空氣，從而向車輛的車廂提供溫暖的空氣?？蛇x地，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液也可以在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)至加熱器芯體的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路中循環(huán)，以經(jīng)由熱傳遞從相變材料中吸收熱量，然后能夠使升溫的冷卻液返回至發(fā)動(dòng)機(jī)以加熱冷的發(fā)動(dòng)機(jī)和減少發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦。注意，熱虹吸回路和加熱器芯體的相變材料之間的熱傳遞可通過加熱器芯體內(nèi)的非接觸操作實(shí)現(xiàn)，例如通過熱交換器。類似地，根據(jù)需要，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路(其與熱虹吸回路分離)和加熱器芯體的相變材料之間的熱傳遞可通過加熱器芯體中的非接觸操作實(shí)現(xiàn)，例如通過加熱器芯體中的另一熱交換器。因此，在一個(gè)實(shí)例中，加熱器芯體可包括三個(gè)或更多個(gè)熱交換器:一個(gè)用于熱虹吸回路和相變材料之間的熱傳遞、一個(gè)用于相變材料和車廂空氣之間的熱傳遞、一個(gè)用于相變材料和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液之間的熱傳遞。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)，包括:催化轉(zhuǎn)化器；集熱器，位于催化轉(zhuǎn)化器的下游；熱虹吸蒸發(fā)器，包括連接至集熱器的多根熱管；第一導(dǎo)管，將熱虹吸蒸發(fā)器連接至另一系統(tǒng)的加熱器芯體；以及第二導(dǎo)管，將加熱器芯體連接至熱虹吸蒸發(fā)器。優(yōu)選地，加熱器芯體包括用于將熱量?jī)?chǔ)存至少10小時(shí)的相變材料，加熱器芯體還連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)。優(yōu)選地，熱虹吸蒸發(fā)器垂直位于集熱器上方，并且多根熱管近似正交于集熱器的頂面進(jìn)行定向。優(yōu)選地，集熱器連接至排氣通道，集熱器的橫截面積大于排氣通道的橫截面積。優(yōu)選地，催化轉(zhuǎn)化器為最后的排放控制裝置。優(yōu)選地，加熱器芯體連接在車廂加熱系統(tǒng)中。優(yōu)選地,另一系統(tǒng)包括加熱器芯體和風(fēng)扇，并且另一系統(tǒng)為車廂加熱系統(tǒng)。優(yōu)選地，每根熱管都包括與集熱器連接的柔性連接部。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱系統(tǒng)，包括:加熱器芯體，與車廂流體連通；風(fēng)扇，與加熱器芯體流體連通；傳熱系統(tǒng)，將排氣系統(tǒng)的部件被動(dòng)地?zé)徇B接至加熱器芯體，傳熱系統(tǒng)包括一根或多根熱管和封閉的熱虹吸回路。優(yōu)選地，加熱器芯體還熱連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路，加熱器芯體包括用于儲(chǔ)存熱量的相變材料。
優(yōu)選地，儲(chǔ)熱容器經(jīng)由一根或多根熱管垂直連接在排氣集熱器的上方，并且集熱器位于排氣系統(tǒng)的最終催化排放控制裝置的下游。優(yōu)選地，加熱器芯體不連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路。根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，提供了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱系統(tǒng)，包括:集熱器，連接至催化轉(zhuǎn)化器下游的排氣通道；熱虹吸蒸發(fā)器，垂直位于集熱器上方，熱虹吸蒸發(fā)器包括將熱虹吸蒸發(fā)器連接至集熱器的多根熱管；以及第一導(dǎo)管，將熱虹吸蒸發(fā)器連接至另一發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。優(yōu)選地，每根熱管均包括柔性連接部。優(yōu)選地，熱虹吸蒸發(fā)器安裝至車輛框架，并且每根熱管均包括允許在排氣系統(tǒng)部件和熱虹吸蒸發(fā)器之間移動(dòng)的柔性區(qū)域。通過本實(shí)用新型，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，可以利用廢熱以提供更好的車廂加熱。應(yīng)當(dāng)理解，提供上面的綜述是為了以簡(jiǎn)化的形式引入將在下面的詳細(xì)說明書中進(jìn)一步描述的概念的集合。這并不意味著識(shí)別要求保護(hù)主題的關(guān)鍵或必要特征，其范圍由所附權(quán)利要求來唯一地限定。另外，所要求保護(hù)的主題不限于解決上面提到的或在本公開的任何部分中提到的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

圖1示意性示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性排氣系統(tǒng)。圖2示意性示出了可包括在圖1的示例性系統(tǒng)中的示例性熱管。
具體實(shí)施方式
以下描述涉及包括相變材料的傳熱系統(tǒng)，相變材料以能夠從排氣系統(tǒng)回收熱能的方式布置。例如，本文描述的示例性布置方式可使熱能被回收并儲(chǔ)存來用于乘客車廂的后續(xù)加熱。例如，根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，傳熱系統(tǒng)可被配置成從排氣系統(tǒng)回收熱量并經(jīng)由加熱器芯體將所述熱量提供給乘客車廂，而無需將加熱器芯體連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)。多種熱管可包括在所公開的系統(tǒng)之內(nèi)。例如，一根或多根熱管可將排氣系統(tǒng)連接至包括相變材料的系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)可使用熱虹吸蒸發(fā)器以方便地控制熱量的傳遞和儲(chǔ)存。例如，即便在發(fā)動(dòng)機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳熱系統(tǒng)也可利用與加熱器芯體中的相變材料協(xié)作的熱虹吸蒸發(fā)器來儲(chǔ)存熱量。例如，熱虹吸蒸發(fā)器可通過一根或多根熱管與催化轉(zhuǎn)化器下游的排氣系統(tǒng)部件連通。熱虹吸蒸發(fā)器可垂直位于下游部件上方。通過這種方式，即使發(fā)動(dòng)機(jī)不再運(yùn)轉(zhuǎn)之后，熱量也可傳遞至熱虹吸蒸發(fā)器。例如，熱虹吸蒸發(fā)器可以隔熱以儲(chǔ)存從排氣系統(tǒng)回收的熱量來被動(dòng)、重力驅(qū)動(dòng)地循環(huán)穿過管道到達(dá)加熱器芯體，使得儲(chǔ)存的熱量可以在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)立即使用。應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的“垂直上方”代表的是一個(gè)部件/零件相對(duì)于車輛行駛的地面垂直位于另一個(gè)部件/零件的上方。另外，傳熱系統(tǒng)可包括各種傳熱液以在各種不同的操作條件下從排氣系統(tǒng)獲得熱能。通過這種方式，根據(jù)需要，可以從排氣系統(tǒng)中回收熱能以向各種其他系統(tǒng)提供熱量，諸如車廂加熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和/或其他排氣系統(tǒng)部件。由于傳熱液可循環(huán)穿過吸收、傳輸和釋放熱能的傳熱系統(tǒng)，所以其通常被稱為“工作流體”。此外，示例性系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。例如，如上所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)存在加熱器芯體內(nèi)的相變材料中的熱量可以被供給車廂加熱系統(tǒng)。通過將熱虹吸蒸發(fā)器連接至催化轉(zhuǎn)化器下游的排氣系統(tǒng)的部件并將熱虹吸蒸發(fā)器連接至包括相變材料的加熱器芯體，車廂加熱系統(tǒng)可在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)向乘客車廂提供熱量，其中車廂加熱系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)分離且無需依靠發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)(例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被冷卻至環(huán)境溫度時(shí))無需等待發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)預(yù)熱。另外，如上所述，將排氣系統(tǒng)連接至熱虹吸·蒸發(fā)器的一根或多根熱管可以向車廂加熱系統(tǒng)提供熱量而不延遲催化轉(zhuǎn)化器起燃。圖1是用于發(fā)動(dòng)機(jī)12的不例性排氣系統(tǒng)10的不意圖。排氣系統(tǒng)10可包括一個(gè)或多個(gè)排氣通道14，其與發(fā)動(dòng)機(jī)12連通以將廢氣排放至大氣。此外，排氣系統(tǒng)10可包括諸如催化轉(zhuǎn)化器18的一個(gè)或多個(gè)廢氣排放控制裝置16，以在將廢氣釋放至大氣之前減少廢氣中的顆粒。排氣系統(tǒng)10還可包括位于催化轉(zhuǎn)化器18下游的集熱器20。在一個(gè)實(shí)例中，催化轉(zhuǎn)化器18是排氣系統(tǒng)10中的最終排放控制裝置。換言之，催化轉(zhuǎn)化器是最后的排放控制裝置，因此在催化轉(zhuǎn)化器18下游沒有任何其他排放控制裝置。如圖所示，集熱器20可具有的截面積大于直接位于集熱器20上游的每個(gè)排氣通道14的截面積。由此，集熱器20會(huì)影響從一個(gè)或多個(gè)排氣通道14進(jìn)入集熱器20的廢氣的流動(dòng)特性。例如，廢氣的速率在進(jìn)入集熱器20時(shí)會(huì)減小。由此，集熱器20可保持來自排氣系統(tǒng)10的熱量。在一些實(shí)施例中，集熱器20為排氣系統(tǒng)具有集熱能力和消音能力的兩用部件。[0034]應(yīng)當(dāng)理解，排氣系統(tǒng)10通過實(shí)例以簡(jiǎn)化形式示出，并且可以包括除圖1所示部件之外的附加和/或可選的部件。例如，排氣系統(tǒng)10可包括除催化轉(zhuǎn)化器18之外附加和/或可選的各種排放控制裝置。由此，排氣系統(tǒng)10可包括三效催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其他排放控制裝置或者它們的組合。在一些實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，通過以特定的空燃比操作發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)汽缸，可以周期性地重置一個(gè)或多個(gè)排放控制裝置。此外，應(yīng)當(dāng)理解，排氣系統(tǒng)10可包括提供排氣空燃比指示的各種傳感器，例如線性氧傳感器或者UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋?、雙態(tài)氧傳感器或EGO、HEGO (熱EGO)、NOx傳感器、HC傳感器和/或CO傳感器。在發(fā)動(dòng)機(jī)12運(yùn)行期間，排氣系統(tǒng)10的部件溫度會(huì)增加。例如，集熱器20的溫度可達(dá)到與穿過集熱器20的廢氣溫度幾乎等同的溫度。為了利用這種潛在熱能，傳熱系統(tǒng)22可連接至排氣系統(tǒng)10。傳熱系統(tǒng)22可包括熱虹吸蒸發(fā)器24和一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管。如圖1所不,傳熱系統(tǒng)22可包括第一導(dǎo)管26和第二導(dǎo)管28，但是其他適當(dāng)數(shù)量的導(dǎo)管也是可能的而不偏離本公開的范圍。傳熱系統(tǒng)22可包括一種或多種相變材料以使熱能傳遞離開排氣系統(tǒng)并將回收的熱能提供給其他發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。在該實(shí)例中，傳熱系統(tǒng)22可以以傳遞熱能離開催化轉(zhuǎn)化器18下游的排氣系統(tǒng)10的方式進(jìn)行布置。傳熱系統(tǒng)22可從廢氣中捕獲熱量而不是使得所有熱能通過一個(gè)或多個(gè)排氣通道14而排放至環(huán)境中。例如，傳熱系統(tǒng)22可包括與排氣系統(tǒng)10接觸的部件以經(jīng)由傳導(dǎo) 回收熱量。換言之，傳熱系統(tǒng)22可包括與排氣系統(tǒng)10的部件物理接觸和熱接觸的部件。例如，熱虹吸蒸發(fā)器24可垂直位于集熱器20上方，如上所述垂直上方是相對(duì)于車輛行駛的地面而言的。在一些實(shí)施例中，熱虹吸蒸發(fā)器24可以是熱交換部件。另外，在一些實(shí)施例中，熱虹吸蒸發(fā)器24中可包括各種材料和結(jié)構(gòu)以增加熱虹吸蒸發(fā)器24的儲(chǔ)熱能力和傳熱能力。如圖所示，熱虹吸蒸發(fā)器24可經(jīng)由多根熱管30與集熱器20流體連通。由此，多根熱管30可將熱虹吸蒸發(fā)器24物理和熱連接至集熱器20。由于具有較高溫度的流體會(huì)自然上升至具有較低溫度的流體上方，因此多根熱管30可幫助促進(jìn)熱能從集熱器20垂直傳遞至熱虹吸蒸發(fā)器24。另外，如圖所示，熱管30可以從集熱器20基本垂直地延伸。例如，每根熱管30的至少一部分可大致正交于集熱器20的頂面。換言之，熱管30可基本垂直于車輛行駛的地面定向。另外，如圖所示，每根熱管30的一部分可從垂直部分以朝向熱虹吸蒸發(fā)器24的方向彎曲。應(yīng)當(dāng)理解，這種彎曲部分會(huì)以各種角度重新定向排氣熱量。另外，在一些實(shí)施例中，多根熱管30可以不包括彎曲部分。圖1示出了四根熱管30。然而，應(yīng)當(dāng)理解，傳熱系統(tǒng)22可包括位于集熱器20和熱虹吸蒸發(fā)器24另一側(cè)的另外四根熱管30。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用各種數(shù)量的熱管30而不偏離本公開的范圍。多根熱管30均可包括柔性區(qū)域32。例如，柔性區(qū)域32可包括在每根熱管30的基本垂直部分中。這種柔性區(qū)域可降低部件之間的振動(dòng)。例如，可以期望將熱虹吸蒸發(fā)器24連接至車輛的框架(未示出)。如上所述，集熱器20可連接至一個(gè)或多個(gè)排氣通道14，因此，柔性區(qū)域32能夠使排氣系統(tǒng)部件相對(duì)于安裝至框架的熱虹吸蒸發(fā)器24移動(dòng)。例如，柔性區(qū)域32可以是多根熱管30的褶皺部分。由此，這些褶皺部分可提供利于流體在集熱器20和熱虹吸蒸發(fā)器24之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的額外優(yōu)勢(shì)。換言之，柔性區(qū)域32可引起流體的旋轉(zhuǎn)，這有助于加熱熱虹吸蒸發(fā)器24的內(nèi)表面。應(yīng)當(dāng)理解，柔性區(qū)域32可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧辖M成以補(bǔ)償熱虹吸蒸發(fā)器24和集熱器20之間的移動(dòng)。另外，應(yīng)當(dāng)理解，柔性區(qū)域32可包括與多根熱管30的非柔性區(qū)域34相同的材料。在一些實(shí)施例中，柔性區(qū)域32可包括與非柔性區(qū)域34不同的材料。通過這種方式，在車輛預(yù)熱后，剩余的熱量經(jīng)由熱管30傳遞至熱虹吸蒸發(fā)器24，然后熱虹吸蒸發(fā)器24儲(chǔ)存熱量以用于被動(dòng)、重力驅(qū)動(dòng)地循環(huán)穿過導(dǎo)管26至加熱器芯體36，加熱器芯體36可連接至如上所述的車廂加熱系統(tǒng)。具體地，由于熱虹吸蒸發(fā)器24中的工作流體受熱會(huì)從液態(tài)形式變?yōu)檎魵庑问?，所以傳遞至熱虹吸蒸發(fā)器24的熱量會(huì)引起蒸發(fā)。蒸發(fā)的工作流體經(jīng)由導(dǎo)管26被傳遞至包括一個(gè)或多個(gè)PCM組200的加熱器芯體36。每個(gè)PCM組200都可包括被配置成儲(chǔ)存熱量的多個(gè)相變材料元件。由于來自蒸發(fā)工作流體的熱量在加熱器芯體36處被儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)PCM組200中，因此，工作流體在加熱器芯體36中被冷卻并凝結(jié)成液體，然后經(jīng)由導(dǎo)管28返回至熱虹吸蒸發(fā)器24。這些儲(chǔ)存在加熱器芯體36中的熱量在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后可保存有效至少10小時(shí)甚至多達(dá)16-24小時(shí)，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)可立即用于車廂加熱系統(tǒng)，其可以加熱被引導(dǎo)至乘客車廂的進(jìn)氣。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)(未示出)可包括具有其他部件(例如，泵、散熱器等)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路42。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液(經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路42)也可以穿過(車廂加熱系統(tǒng)38的)加熱器芯體36來通過先前儲(chǔ)存在PCM組200中的廢氣熱量來進(jìn)行加熱。這種被加熱的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液還可用于通過與加熱器芯體36分隔開的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液加熱器芯體對(duì)車廂進(jìn)行額外加熱，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間向 乘客車廂空氣提供多個(gè)熱源并且較快地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱。第一和第二導(dǎo)管與熱管、熱虹吸蒸發(fā)器及加熱器芯體結(jié)合形成了閉合的熱虹吸回路。在可選實(shí)施例中，加熱器芯體36可以不包括相變材料，因此加熱器芯體可以不與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路42連接。如上所述，加熱器芯體36可以是車廂加熱系統(tǒng)38的部件。例如，車廂加熱系統(tǒng)38可以向車廂(未示出)提供熱量，使得車輛駕駛員和任何乘客都可以在乘客車廂中享受舒適的溫度。為了向乘客車廂中散熱，風(fēng)扇40可以任意合適的取向指向加熱器芯體36來將熱量經(jīng)由對(duì)流傳遞至乘客車廂。應(yīng)當(dāng)理解，車廂加熱系統(tǒng)38以簡(jiǎn)化形式示出，并可以包括除圖1所示部件之外的附加和/或可選的部件，例如，具有獨(dú)立風(fēng)扇或仍利用風(fēng)扇40的其他基于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的加熱器芯體。另外，應(yīng)當(dāng)理解，在一個(gè)實(shí)施例中車廂加熱系統(tǒng)38可以不連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)。然而，如上所述，車廂加熱系統(tǒng)38可連接至除傳熱系統(tǒng)22之外的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)。車廂加熱系統(tǒng)38相對(duì)于傳熱系統(tǒng)22和排氣系統(tǒng)10的特定空間布置方式通過實(shí)例的方式提供以示出一般概念。由此，車廂加熱系統(tǒng)38可具有不同于所示實(shí)例的空間布置方式而不偏離本公開的范圍。換言之，車廂加熱系統(tǒng)38、傳熱系統(tǒng)22和/或排氣系統(tǒng)10的部件不一定是按比例繪制的。另外，應(yīng)當(dāng)理解，車廂加熱系統(tǒng)38與傳熱系統(tǒng)22和排氣系統(tǒng)10分隔開。由此，車廂加熱系統(tǒng)38并不包括集熱器、熱虹吸蒸發(fā)器或者催化轉(zhuǎn)化器。車廂加熱系統(tǒng)38包括與加熱乘車廂有關(guān)的加熱器芯體、風(fēng)扇和其他車廂加熱部件(例如，車廂通風(fēng)孔、將加熱器芯體連接至通風(fēng)孔的加熱管道等)，另外，這些部件也與傳熱系統(tǒng)22和排氣系統(tǒng)10分隔開?；氐絺鳠嵯到y(tǒng)22，通過如上所述的布置方式，加熱器芯體36可以儲(chǔ)存在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)使用的熱量。本實(shí)用新型的實(shí)用新型人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于一些環(huán)境條件，在一個(gè)實(shí)例中，加熱器芯體36的PCM組200可以在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火關(guān)閉后保持足夠的熱量長(zhǎng)達(dá)至少10小時(shí)甚至達(dá)到16-24小時(shí)。因此，其可以在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)提供即時(shí)的乘客舒適性。另外，由于車廂加熱系統(tǒng)38可以在與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)獨(dú)立且任選地不連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)的情況下向車廂提供熱量，所以可以簡(jiǎn)化加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此，還可以簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)相較于被配置成支持車廂加熱系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)可具有更小的尺寸并且容納更少的冷卻液。減少冷卻液系統(tǒng)中的冷卻液體積還可以使發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱更快，因此減少了冷啟動(dòng)燃料消耗和排放。另外，通過利用催化轉(zhuǎn)化器18下游的排氣系統(tǒng)10的熱能，實(shí)現(xiàn)起燃的速率不會(huì)受到傳熱系統(tǒng)22的不利影響。因此，催化轉(zhuǎn)化器18的性能不會(huì)被傳熱系統(tǒng)22妨礙，并且可以滿足冷啟動(dòng)排放標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)當(dāng)理解，傳熱系統(tǒng)22以實(shí)例的方式提供，因此不意味著局限于參照?qǐng)D1所示出和描述的實(shí)施例。因此，應(yīng)當(dāng)理解，傳熱系統(tǒng)可包括除圖1所示特征之外的附加和/或可選的特征。圖2示意性示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的熱管62的截面圖。例如，該截面可以沿著熱管的縱向軸線。例如，熱管62可以是一個(gè)或多個(gè)熱管30。熱管62可以為任何合理的形狀并且不局限于術(shù)語“管”在傳統(tǒng)意義上所代表的中空?qǐng)A柱體。相反，熱管62可以一般認(rèn)為是用于熱能傳遞的管道。由此，可以假設(shè)熱管62具有任何適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?。例如，熱?2可以是緊密地與諸如集成排氣歧管46的排氣歧管的輪廓一致的分支或葉狀結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，其他幾何形狀也是可能的而不偏離本公開的范圍。另外，熱管62可以是單個(gè)熱管或者是熱管束，例如管束可包括封裝在共同殼體中的多個(gè)熱管。熱管62可包括外殼64、液膜層66、芯吸層(wicking layer) 68和蒸氣空間70。如圖所示，外殼64可以為外層，液膜層66和芯吸層68依次形成為比外殼64更靠?jī)?nèi)的層。最終，蒸氣空間70可以為最里面的層。例如，蒸氣空間70可以為熱管62內(nèi)的中心空間。外殼64可以為導(dǎo)熱固體。例如,夕卜殼64可以為銅殼。然而,其他傳導(dǎo)性固體也是可能的而不偏離本公開的范圍。作為傳導(dǎo)性固體，外殼64可允許熱能被動(dòng)吸收(如箭頭72所示)和被動(dòng)釋放(如箭頭74所示)。如圖所示,可以在蒸發(fā)區(qū)域76內(nèi)被動(dòng)吸收熱能。如上所述，蒸發(fā)區(qū)域76可以對(duì)應(yīng)于熱源，諸如排氣系統(tǒng)的部件。例如，蒸發(fā)區(qū)域76可連接至集熱器20和/或排氣歧管46以經(jīng)由傳導(dǎo)吸收熱能。由此，蒸發(fā)區(qū)域76可以與集熱器20和/或排氣歧管46中的至少一個(gè)表面物理接觸。通過這種方式，蒸發(fā)區(qū)域76可以與集熱器20和/或排氣歧管46相連。如圖所示，可以在冷凝區(qū)域78中被動(dòng)地釋放熱能。作為一個(gè)實(shí)例，冷凝區(qū)域78可連接至熱虹吸蒸發(fā)器24以 經(jīng)由傳導(dǎo)釋放熱能。換言之，冷凝區(qū)域78可以連接熱虹吸蒸發(fā)器24。然而，應(yīng)當(dāng)理解，冷凝區(qū)域78可連接至任何發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以經(jīng)由傳導(dǎo)向這些系統(tǒng)的部件提供熱能。作為另一個(gè)實(shí)例，冷凝區(qū)域78可經(jīng)由對(duì)流向大氣釋放熱能。絕熱區(qū)域80可以是蒸發(fā)區(qū)域76和冷凝區(qū)域78之間的區(qū)域。絕熱區(qū)域80可描述熱管62凈傳熱為零的區(qū)域。換言之，絕熱區(qū)域80無法從/向周圍環(huán)境吸收/釋放熱能。液膜層66可以包括傳熱液(HTF)82。HTF82對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說還可被描述成工作流體。HTF82可以是用于吸收/釋放熱能的任何適當(dāng)?shù)牧黧w。另外，可以選擇和調(diào)整用于傳熱系統(tǒng)的HTF的特定類型以使HTF的流體特性與連通于傳熱系統(tǒng)的系統(tǒng)的期望工作溫度恰當(dāng)?shù)仄ヅ洹TF82可以在液膜層66中以通常由箭頭84所示的方向流動(dòng)。如圖所示，HTF82可以從冷凝區(qū)域78流至蒸發(fā)區(qū)域76。換言之，HTF82可以從熱管62的較冷側(cè)流至較暖側(cè)。芯吸層68可以包括任何適當(dāng)?shù)牟牧弦栽谙嘧兤陂g輔助HTF移動(dòng)。例如，芯吸層68可輔助蒸發(fā)的HTF從液膜層66移動(dòng)至蒸發(fā)區(qū)域76內(nèi)的蒸氣空間70。另外，芯吸層68可輔助冷卻的HTF蒸氣從蒸氣空間70移動(dòng)至冷凝區(qū)域78內(nèi)的液膜層66。因此，芯吸層68可以由非吸收性材料組成。作為一個(gè)實(shí)例，芯吸層68可包括涂蠟纖維。然而，其他材料也是可能的而不偏離本公開的范圍。在一些實(shí)施例中，可以在單獨(dú)的殼體內(nèi)的熱管62的各層之間傳送HTF液體和/或蒸氣。蒸氣空間70可包括蒸氣形式的HTF。HTF蒸氣可以在蒸氣空間70中以通常由箭頭86所示的方向流動(dòng)。如圖所示，HTF蒸氣可以從蒸發(fā)區(qū)域76流動(dòng)至冷凝區(qū)域78。換言之，HTF蒸氣可以從熱管62的較熱側(cè)流至較冷側(cè)。通過這種方式，可通過熱管62來吸收和釋放熱能。通過利用諸如HTF82的材料，熱能可以被從一個(gè)環(huán) 境傳送并供給另一個(gè)環(huán)境。由于吸收和釋放的熱能總量對(duì)應(yīng)于HTF發(fā)生相變所需的潛在總能量，所以工作流體于熱管62內(nèi)在液態(tài)形式和蒸氣形式之間循環(huán)。
本文所描述的系統(tǒng)以不同方式利用一個(gè)或多個(gè)熱管來回收否則會(huì)被浪費(fèi)和/或損害下游系統(tǒng)部件的熱能。例如，如上所述，可以從排氣系統(tǒng)回收熱能以向乘客車廂提供熱量。應(yīng)當(dāng)理解，本文公開的結(jié)構(gòu)和布置在本質(zhì)上是示例性的，并且這些具體實(shí)施例不應(yīng)在限制性的意義上來理解，因?yàn)楸姸嘧冃褪强赡艿?。例如，上面的技術(shù)可應(yīng)用于V-6、1-4、1-6、V-12、對(duì)置4缸以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本公開的主題包括本文公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)以及其他特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f和非顯而易見的組合和子組合。所附權(quán)利要求特別指出被認(rèn)為新穎和顯而易見的特定組合和子組合。這些權(quán)利要求可能涉及“元件”或“第一元件”或等同稱謂。這樣的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被理解為包括一個(gè)或多個(gè)這種元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或更多個(gè)這種元件?？梢酝ㄟ^對(duì)當(dāng)前的權(quán)利要求的修改或通過在本申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)中提出新的權(quán)利要求來要求保護(hù)所公開的特征、功能、元件和/或?qū)傩缘钠渌M合和子組合。無論與原始權(quán)利要求相比在范圍上更寬、更窄、相同還是不同，這些權(quán)利要求也被認(rèn)作包括在本公開的主題內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣系統(tǒng)包括: 催化轉(zhuǎn)化器； 集熱器，位于所述催化轉(zhuǎn)化器的下游； 熱虹吸蒸發(fā)器， 包括連接至所述集熱器的多根熱管； 第一導(dǎo)管，將所述熱虹吸蒸發(fā)器連接至另一系統(tǒng)的加熱器芯體；以及 第二導(dǎo)管，將所述加熱器芯體連接至所述熱虹吸蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器芯體包括用于將熱量?jī)?chǔ)存至少10小時(shí)的相變材料，所述加熱器芯體還連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述熱虹吸蒸發(fā)器垂直位于所述集熱器上方，并且所述多根熱管近似正交于所述集熱器的頂面進(jìn)行定向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述集熱器連接至排氣通道，所述集熱器的橫截面積大于所述排氣通道的橫截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述催化轉(zhuǎn)化器為最后的排放控制>j-U ρ α裝直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器芯體連接在車廂加熱系統(tǒng)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述另一系統(tǒng)包括所述加熱器芯體和風(fēng)扇，并且所述另一系統(tǒng)為車廂加熱系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，每根熱管都包括與所述集熱器連接的柔性連接部。
9.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)包括: 加熱器芯體，與車廂流體連通； 風(fēng)扇，與所述加熱器芯體流體連通； 傳熱系統(tǒng)，將排氣系統(tǒng)的部件被動(dòng)地?zé)徇B接至所述加熱器芯體，所述傳熱系統(tǒng)包括一根或多根熱管和封閉的熱虹吸回路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器芯體還熱連接至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路，所述加熱器芯體包括用于儲(chǔ)存熱量的相變材料。
專利摘要本文公開了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。該排氣系統(tǒng)包括催化轉(zhuǎn)化器、位于催化轉(zhuǎn)化器下游的集熱器、經(jīng)由熱虹吸管蒸發(fā)器接收排氣廢熱用于在儲(chǔ)存和/或在車廂加熱系統(tǒng)中使用的傳熱系統(tǒng)。通過這種方式，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，可以利用廢熱以提供更好的車廂加熱。
文檔編號(hào)F01N5/02GK203146080SQ20132006550
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者邁克爾·萊文, 富爾坎·扎法爾·謝赫, 丹里奇·亨利·德米特羅夫, 唐納德·馬施, 勞倫斯·馬歇爾 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司