能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】用于車輛的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括至少一個具有熱端(6)和冷端(8)的斯特林發(fā)動機(jī)(4)，用于傳遞來自斯特林發(fā)動機(jī)(4)的機(jī)械能的運動裝置(10)，位于靠近斯特林發(fā)動機(jī)(4)的熱端(6)并且適用于傳送熱量到所述熱端用于斯特林發(fā)動機(jī)運行的加熱模塊(12)，該運動裝置(10)適用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)(16)對一個或多個車輛電池(18)充電。加熱模塊(12)適用于從車輛的排氣系統(tǒng)(24)和從至少一個單獨熱源(26)吸收熱量(20、22)，用于輸送到斯特林發(fā)動機(jī)的熱端，并且適用于在第一運行模式和第二運行模式之間切換，在第一運行模式中從車輛排氣系統(tǒng)(24)而來的熱量(20)被使用，在第二運行模式中從單獨熱源(26)而來的熱量(22)被使用。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括控制單元(30)，其適用于接收表示用于車輛的一個或多個運行參數(shù)的一個或多個傳感器信號(32)，并且適用于基于所述運行參數(shù)控制所述加熱模塊(12)的運行模式。
【專利說明】能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并且特別是涉及用于車輛的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括斯特林發(fā)動機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]車輛現(xiàn)在具有靠電力運行的各種各樣的設(shè)備，例如燈光、收音機(jī)、電視、加熱等。當(dāng)車輛靜止并且發(fā)動機(jī)不在運行時，這意味著發(fā)動機(jī)不能給電池充電，這些各種類型的設(shè)備不能夠通過從車輛電池而來的電力供給能量，這是一個缺點，因為電池很可能因此變?yōu)榉烹姟?br> [0003]斯特林發(fā)動機(jī)是高能效發(fā)動機(jī)，其具有適合特別用于具有內(nèi)燃機(jī)的車輛中的特性，由于斯特林發(fā)動機(jī)可以利用來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣中的余熱。
[0004]在斯特林發(fā)動機(jī)中,存在包含氣體、氦氣或氫氣的封閉氣缸,其可以被交替加熱和冷卻以驅(qū)動氣缸內(nèi)的活塞。斯特林發(fā)動機(jī)使用例如與實際發(fā)動機(jī)分開的燃燒室中產(chǎn)生的熱量。這些熱量經(jīng)由封閉氣缸內(nèi)的氣體被轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)中的能量。還存在具有連接在一起的兩個封閉氣缸以使氣體可以在它們之間流動的類型的斯特林發(fā)動機(jī)。更詳細(xì)地，斯特林發(fā)動機(jī)技術(shù)基于密封缸中產(chǎn)生的足夠壓力差。該壓力差通過具有兩個主要元件的發(fā)動機(jī)達(dá)至IJ，也就是熱元件和冷元件。當(dāng)熱元件被加熱時，有效氣體膨脹，在氣缸中產(chǎn)生壓力。當(dāng)發(fā)動機(jī)的可移動部分被設(shè)置為運轉(zhuǎn)時，熱氣體移動到發(fā)動機(jī)的冷元件并且被冷卻，從而倒轉(zhuǎn)壓力。只要可以達(dá)到足夠溫度差，發(fā)動機(jī)就會持續(xù)運轉(zhuǎn)。
[0005]氣體驅(qū)動發(fā)動機(jī)的活塞移動并且產(chǎn)生動能。因此所有的斯特林發(fā)動機(jī)需要的是熱量而且熱量是怎么產(chǎn)生的是不重要的。它可以從太陽輻射提取，或從燃燒的任何物質(zhì)而來，該物質(zhì)例如是石油、柴油、汽油和氣體。斯特林發(fā)動機(jī)靈活、安靜而且無振動。它可以被制造成在小溫差下工作，但是它的效率隨著熱端和冷端之間更高的溫差而增加。
[0006]下面記載的本專利說明書給出在車輛中使用斯特林發(fā)動機(jī)的示例。
[0007]DE-19745167涉及連接到發(fā)電機(jī)以便在車輛中產(chǎn)生熱或冷的斯特林發(fā)動機(jī)。
[0008]US-7181912涉及具有內(nèi)燃機(jī)和斯特林發(fā)動機(jī)的車輛。從內(nèi)燃機(jī)的廢氣而來的余熱由斯特林發(fā)動機(jī)的高溫端使用。斯特林發(fā)動機(jī)適于驅(qū)動車輛上搭載的至少一個發(fā)電機(jī)以為車輛電池充電。
[0009]US-2013/0019595涉及用于斯特林發(fā)動機(jī)的調(diào)節(jié)裝置，該斯特林發(fā)動機(jī)使用從內(nèi)燃機(jī)而來的廢氣來加熱斯特林發(fā)動機(jī)的高溫端。
[0010]EP-1979601涉及使用從內(nèi)燃機(jī)而來的余熱的斯特林發(fā)動機(jī)。
[0011]本發(fā)明的目的是緩解當(dāng)車輛關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)(其然后將不驅(qū)動發(fā)電機(jī)從而不會對電池充電)時通過各種設(shè)備的使用而將車輛的電池放電的問題。
[0012]另一個目的是即使當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運行時也改進(jìn)電池的充電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]上述目的由獨立權(quán)利要求限定的本發(fā)明實現(xiàn)。
[0014]優(yōu)選實施方式通過從屬權(quán)利要求限定。
[0015]本發(fā)明基于發(fā)明人對當(dāng)車輛的內(nèi)燃機(jī)在運行時使用車輛的排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量的洞悉，和憑借斯特林發(fā)動機(jī)將該熱量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的洞悉。設(shè)置可從單獨熱源吸收熱量的加熱模塊使得即使當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不再運行時也可以使用能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，斯特林發(fā)動機(jī)用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，該機(jī)械能用于驅(qū)動為電池充電的發(fā)電機(jī)，并且還驅(qū)動其他輔助單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是說明本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖。

【具體實施方式】
[0017]將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明涉及用于車輛(例如卡車、公交車、或小汽車)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2，該系統(tǒng)包括至少一個具有熱端6和冷端8的斯特林發(fā)動機(jī)4。系統(tǒng)2還包括運動裝置10 (例如給予縱向運動的旋轉(zhuǎn)軸或桿)以傳遞來自斯特林發(fā)動機(jī)的機(jī)械能，和位于靠近斯特林發(fā)動機(jī)的熱端6并且適于傳導(dǎo)熱量14到所述熱端6以運行斯特林發(fā)動機(jī)的加熱模塊12。斯特林發(fā)動機(jī)的一般功能的更詳細(xì)的描述可在通?？色@得的技術(shù)說明中和以上引用的專利說明書中找到。
[0019]運動裝置10適用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)16對車輛的一個或多個電池18充電。
[0020]加熱模塊12適用于從車輛的排氣系統(tǒng)24和從至少一個單獨熱源26吸收熱量20、22，用于傳導(dǎo)到斯特林發(fā)動機(jī)的熱端。在圖1中通過空心箭頭示意性地表示熱量14、20、22。
[0021]加熱模塊12適用于在第一運行模式和第二運行模式之間切換，在第一運行模式中使用從車輛廢氣24而來的熱量20，在第二運行模式中使用從單獨熱源26而來的熱量22。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括控制單元30，控制單元30適用于接收表示車輛的一個或多個運行參數(shù)的一個或多個傳感器信號32，并且適用于基于所述運行參數(shù)來控制所述加熱模塊的運行模式。
[0022]在一個實施例中，控制單元30適用于基于所述運行參數(shù)產(chǎn)生控制信號28并且輸送到加熱模塊，所述控制信號用于運行模式的控制。一個運行參數(shù)優(yōu)選指示車輛的內(nèi)燃機(jī)是否在運行中，另一個運行參數(shù)表示從內(nèi)燃機(jī)而來的廢氣的溫度。當(dāng)廢氣的溫度在預(yù)定閾值以上時激活第一運行模式。從車輛的內(nèi)燃機(jī)而來的廢氣的溫度可能有時高達(dá)750°C。根據(jù)一些標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定用于第一模式的激活的閾值。尤其，其可被設(shè)定為保證在內(nèi)燃機(jī)正常工作時使用第一運行模式的溫度值。
[0023]廢氣的溫度需要在第一運行模式被激活之前持續(xù)預(yù)定時間段在閾值以上。該時間段可能是大約幾分鐘。其長度尤其受到以下事實的影響:從廢氣經(jīng)由加熱模塊將熱量傳輸?shù)剿固亓职l(fā)動機(jī)的熱端需要一定時間。
[0024]在另一個實施例中，如果廢氣的溫度低于所述預(yù)定閾值，則激活第二運行模式。在此，在第二運行模式被激活之前，溫度需要持續(xù)一定時間低于該閾值。由產(chǎn)生第二控制信號38的控制單元實現(xiàn)激活，第二控制信號38被輸送到單獨熱源26并且激活單獨熱源26。該單獨熱源在一個實施例中采用用于燃燒燃料的燃燒室的形式，該燃料可以是流體(例如天然氣，柴油或汽油)，或者是固體(例如球丸或木屑)。
[0025]在另一個實施例中，運動裝置10適用于驅(qū)動燃料泵34，燃料泵34適用于泵送燃料到燃燒室。這個實施例在圖表中由虛線表示。
[0026]在另一個實施例中，所述運動裝置適用于驅(qū)動用于車輛冷卻劑的流體泵36。
[0027]在一個變型中，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以聯(lián)合用于車輛的加熱系統(tǒng)一起使用。該加熱系統(tǒng)隨后被圍繞以下部件構(gòu)建或與以下部件組合:用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)的斯特林發(fā)動機(jī)，以及優(yōu)選燃料泵和冷卻劑泵。
[0028]另外，具有斯特林發(fā)動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是例如可以被用作對現(xiàn)有加熱器的補(bǔ)充輔助單元的獨立式系統(tǒng)。
[0029]基本上通過控制單元30根據(jù)一組預(yù)定運行規(guī)則來控制斯特林發(fā)動機(jī)4的運行?？刂茊卧m用于基于這些運行規(guī)則來產(chǎn)生包括必要指令的第三控制信號40以用于控制斯特林發(fā)動機(jī)運行。運行規(guī)則尤其考慮到包括斯特林發(fā)動機(jī)的熱端和冷端的溫度，和由傳遞裝置給予的機(jī)械動作的速度，例如，以輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的形式。第三控制信號40還激活用于斯特林發(fā)動機(jī)的啟動裝置，以當(dāng)所規(guī)定的要求被滿足時啟動發(fā)動機(jī)。
[0030]本發(fā)明不限制于上述優(yōu)選實施例?？梢允褂酶鞣N替換、修改或等同形式。以上實施方式因此不被認(rèn)作限制由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(2)，包括至少一個具有熱端(6)和冷端(8)的斯特林發(fā)動機(jī)(4)，用于傳遞來自所述斯特林發(fā)動機(jī)(4)的機(jī)械能的運動裝置(10)，位于靠近所述斯特林發(fā)動機(jī)(4)的熱端(6)并且適用于傳送熱量到所述熱端以用于斯特林發(fā)動機(jī)的運行的加熱模塊(12)，所述運動裝置(10)適用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)(16)以對一個或多個車輛電池(18)進(jìn)行充電，其特征在于，所述加熱模塊(12)適用于從所述車輛的排氣系統(tǒng)(24)和從至少一個單獨熱源(26)吸收熱量(20、22)，用于傳遞到所述斯特林發(fā)動機(jī)的所述熱端，并且適用于在第一運行模式和第二運行模式之間切換，在所述第一運行模式中使用來自所述車輛的排氣系統(tǒng)(24)的熱量(20)，在所述第二運行模式中使用來自所述單獨熱源(26)的熱量(22)，并且所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括控制單元(30)，所述控制單元(30)適用于接收表示所述車輛的一個或多個運行參數(shù)的一個或多個傳感器信號(32)，并且適用于基于所述一個或多個運行參數(shù)來控制所述加熱模塊(12)的所述運行模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述控制單元(30)適用于基于所述運行參數(shù)來產(chǎn)生控制信號(28)，并且輸送所述控制信號(28)到所述加熱模塊以用于所述運行模式的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，一個運行參數(shù)指示所述車輛的內(nèi)燃機(jī)是否在運行中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，一個運行參數(shù)表示來自所述車輛的燃燒發(fā)動機(jī)的所述廢氣的溫度，并且如果所述廢氣的溫度在它們的溫度的預(yù)定閾值以上，則激活所述第一運行模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，如果所述廢氣的溫度低于所述預(yù)定閾值，則通過所述控制單元(30)產(chǎn)生第二控制信號(38)來激活所述第二運行模式，其中所述第二控制信號(38)被輸送到所述單獨熱源(26)并且激活所述單獨熱源(26)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述單獨熱源(26)采用用于燃燒燃料的燃燒室的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述運動裝置(10)適用于驅(qū)動燃料泵(34)，所述燃料泵(34)適用于泵送所述燃料到所述燃燒室。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述運動裝置(10)適用于驅(qū)動用于所述車輛的冷卻劑的流體泵(36)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述控制單元(30)適用于根據(jù)一組預(yù)定運行規(guī)則來控制所述斯特林發(fā)動機(jī)(4)的運行，并且基于這些運行規(guī)則來產(chǎn)生第三控制信號(40)以用于控制所述斯特林發(fā)動機(jī)(4)的運行。
【文檔編號】F02G5/02GK104279073SQ201410399765
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】E·約拉斯, J·科納爾曼 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司