CN101205850A - 包括热管的发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括热管的发动机系统，该用于汽车的发动机系统包括产生排气的发动机；用于将排气输送到外部环境的排气道；第一热管，其具有与所述排气道热接触的第一端，以及与所述发动机系统的第一流体热接触的第二端；第二热管，其具有与所述排气道热接触的第一端，以及与所述发动机系统的第二流体热接触的第二端；所述第一热管配置为在至少第一温度工况期间提供增加的排气道和第一流体之间的热传递，所述第二热管配置为在不同于第一温度工况的至少第二温度工况期间提供增加的排气道和第二流体之间的热传递。

Description

包括热管的发动机系统
技术领域
本发明涉及一种汽车发动机系统，特别是一种包括热管的发动机系统。
背景技术
汽车发动机系统的热量管理正面临各种挑战。例如，在较低温度工况下，例如在发动机冷起动后，由于润滑液体在较低温度下效力降低，发动机和/或变速器可能经受较大的阻力。该阻力会导致汽车功率下降和/或较多的排放。作为另一个例子，在发动机暖机过程中，乘客室的加热会延迟直到发动机冷却剂到达可实现乘客室加热的温度。在另一个例子中，如果发动机系统的各种组件和/或流体各自温度超过特定阀值，它们就会产生劣化。除此之外还有其他挑战。
发明内容
在一种方法中，某些上述问题可以由一种汽车发动机系统解决，该系统包括产生排气的发动机；用于将排气输送到外部环境的排气道；第一热管，其具有与所述排气道热接触的第一端，以及与所述发动机系统的第一流体热接触的第二端；第二热管，其具有与所述排气道热接触的第一端，以及与所述发动机系统的第二流体热接触的第二端；所述第一热管配置为在至少第一温度工况期间提供增加的排气道和第一流体之间的热传递，所述第二热管配置为在不同于第一温度工况的至少第二温度工况期间提供增加的排气道和第二流体之间的热传递。
在另一种方法中，某些上述问题可以由一种在整个汽车发动机系统中传递热量的方法解决，该方法包括在第一工况期间，通过第一热管通道增加在发动机系统的第一区域和第二区域之间传递的热量；在第二工况期间，通过第二热管通道增加在发动机系统的第三区域和第四区域之间传递的热量。
在另一种方法中，某些上述问题可以由一种用于汽车发动机系统的热管解决，该热管包括与发动机系统的第一区域热连接的基座，所述基座形成蒸发器；第一伸长的分支，其具有连接所述基座的第一端和与发动机系统的第二区域热连通的相对的第二端；所述第二端形成第一冷凝器；第二伸长的分支，其具有连接所述基座的第一端和与发动机系统的第三区域热连通的相对的第二端；所述第二端形成第二冷凝器；所述基座、第一伸长的分支和第二伸长的分支共用工作流体的共同体积。
附图说明
图1显示了示例汽车发动机系统。
图2显示了示例热管。
图3至图5显示了可选的热管配置。
图6显示了通过两个热管形成的各种双向热传递工况。
图7显示了发动机排气系统的简化的通用视图。
图8显示了用于排气系统组件的各种热管配置。
图9显示了热管和发动机系统组件的示例接口。
图10和图11显示了用一个或多个热管所产生的可能的热传递方向。
图12显示了用于实现发动机系统组件快速加热的各种模态表(mode table)。
图13至图15显示了具有不同的热管配置的示例发动机系统。
具体实施方式
本发明针对热传递元件的应用进行阐述，热传递元件可以指热管，用于帮助各种发动机系统组件之间的热能交换。热管可用来实现相当高的热传递率而不需要使用泵或其他机械组件。另外，这些热管可配置为在特定温度范围内提供热传递，从而不需要来自控制系统的输入就可以调节热传递的程度，当然通过来自控制系统的输入来调节更有利。
在一种方法中，通过分段热传递事件可实现更快的汽车加热。作为一个例子，在发动机暖机过程中，可以以协调的方式对催化剂，乘客室，和/或机械润滑系统的温度进行加热。在另一种方法中，一个或多个热管可配置为防止发动机系统的某些组件或流体热劣化，或者可配置为将组件或流体保持在能提供改良的运行的规定的温度范围内。
图1显示了配置在汽车102内的示例发动机系统100。发动机系统100包括发动机110。发动机110可包括具有一个或多个汽缸的内燃发动机。可选地，发动机110可包括外燃发动机，转子发动机，或其他合适的发动机。发动机110通过燃料的燃烧能产生机械功。发动机110所产生的机械功能通过变速器122和传动轴124在其他组件之间传递到至少一个驱动轮126。发动机110通过燃料燃烧所产生的排气通过排气系统130输送到发动机外。
排气系统130包括排气歧管132，用来将多个燃烧室的流量并入至少一个排气道134。排气系统130包括一个或多个排气后处理装置136，140，和/或144。在这个具体实施例中，第一后处理装置136包括起燃催化剂，第二后处理装置140包括稀NOx捕集器或三元催化剂，而装置144包括消声器。应当理解，可以使用另外的或其他适合的类型或数量的后处理装置，包括一个或多个微粒过滤器，NOx捕集器，SOx捕集器，催化剂，消声器等及其他装置。装置136和140通过排气道138连通，装置140和144通过排气道142连通。排气管146用于将排气从排气系统流到外部环境。
发动机110采用发动机油来提供机械接口的润滑和/或冷却，以及采用发动机冷却剂来提供发动机的额外的冷却。发动机110包括用于收集发动机油的油底壳114，发动机油在此可通过例如泵循环到发动机，如116所示。发动机冷却剂通过冷却剂系统150在发动机110内或在发动机110附近循环。冷却剂系统150包括一个或多个连接散热器156和/或加热箱152的冷却剂通道154。加热箱152通过如157所示的发动机冷却剂循环向乘客室160提供加热的空气。散热器156包括风扇158，可控制该风扇以提供增加的从散热器到外部环境的热传递。
变速器122使用变速器油来提供各种机械接口的润滑和/或冷却。变速器122包括用于收集变速器油的油底壳127，变速器油在此可通过例如一个或多个泵再循环回到变速器中，如128所示。
发动机系统100可以包括比参考图1所述多的组件或比之少的组件。将在下面更为详细地描述的是，发动机系统100可以包括一个或多个热管，用于在发动机系统的两个或多个组件之间传递热量。
虽然使用主动泵送机构的热交换器可用来在发动机系统的两个或多个组件和/或流体之间传递热量，但是它们会增加发动机系统的费用和/或复杂性，使用额外的对组件温度的监控，并使用额外的能量来影响热量的传递，例如通过机械泵。
在某些工况下，不需要额外的温度监控或机械泵送，使用热管以有助于具有温差的发动机系统的两个或多个区域之间的热传递。图2显示了用于在第一区域210和第二区域220之间传递热量的示例热管200的剖视图。区域210和220包括上面所描述的发动机系统100的任何两个区域或组件。在这个具体实施例中，区域210的温度比区域220的温度高。热管200包括伸长的外壳230，该外壳具有与区域210热接触(例如热连通)的第一端以及与区域220热接触的第二端。如这里所描述的，热接触或热连通例如包括如图2所示的组件和热管的物理连接或者包括如图9所示的中间热交换器。继续参考图2，外壳230作为基本上密封的容器，工作流体驻留在其中。热管可以通过在热管冷凝端冷凝的蒸发的工作流体的流动来在高温区域210和低温区域220之间传递热量。
在某些工况下，例如当区域210温度充分高时，工作流体可以在标号为260的热管蒸发端被蒸发或汽化。蒸发的工作流体可以沿内部通道240按照箭头292所示方向移动，在标号为280的热管冷凝端被冷凝。在某些实施例中，热管包括毛细材料250，有助于冷凝的工作流体按照箭头294所示方向通过毛细作用回流。毛细材料包括烧结金属粉末和/或一系列与热管纵轴基本平行的槽。可选地，毛细材料可包括用于促进冷凝的工作流体的毛细作用的任何适合的材料或者材料配置。毛细材料促进的毛细作用能用来使得流体克服重力，例如由于热管的定向，冷凝的工作流体必须逆重力方向流动。然而，在可选实施例中，热管并非必须包括毛细材料。这样，工作流体可以在高温区域和低温区域之间循环随之传递热量。
如图2所示，热管利用蒸发冷却通过工作流体的蒸发和冷却将热能从蒸发端(例如260)传递到冷凝端(例如280)。当热管的蒸发端被加热，在热管此端内的工作流体蒸发并增加热管腔内的蒸汽压力。被工作流体的蒸发吸收的蒸发的潜热降低了热管热端的温度。邻近热管蒸发端的液态工作流体的蒸汽压力高于邻近热管冷凝端的冷凝的工作流体的平衡蒸汽压力，该压力差驱使快速质量传递到冷凝端，此处过剩蒸汽释放其潜热，加热热管的冷端。这样，热管能以比采用传导方法高得多的速率传递热量。
热管内使用的具体的一种或多种工作流体的选择决定了热管的工作。例如，在高温区域(例如210)的温度低于工作流体中每种物质的沸点时，热管会通过沿着热管外壳传导来传递相对少量的热量。在高温区域的温度达到或者超过工作流体中至少一种物质的沸点时，热管通过工作流体或者其中物质的移动如上所述从蒸发端到冷凝端传递热量，从而充分增加高温区域和低温区域之间的热传递率。当高温区域超过上限温度时，工作流体完全被蒸发，从而导致工作流体移动减少或者滞止，这就减少了沿外壳的导热。
热管的工作流体可包括一种或多种物质。作为一个非限制性例子，工作流体可包括一种或多种物质，包括水，乙醇，甲醇，水银，冷却剂，或其他合适的液体。通过为工作流体选择合适的物质或物质的混合，可以达到合适的温度窗口，在该温度窗口热管通过工作流体的移动传递热量。这样，热管可配置为在某些工况期间(例如在蒸发温度和滞止温度之间)以相当高的速率传递热量以及在其他工况期间以相当低的速率(例如通过传导)传递热量。
在一个例子中，采用多种工作流体来提供额外的热管功效。例如，采用两种不同的工作流体来提供不同的热传递特性，例如热传递温度范围，热传递量等。在一个例子中，两种不同的工作流体具有所选的不同的物理属性，以使热管根据工作流体的物理属性在不同工况下具备不同的热传递特性。作为另一个例子，通过热管内的两种或多种工作流体的适当选择，可以构造出给定温度的热传递量的曲线。
热管200的形状可以不同于图2中所示的直的伸长的元件。图3A显示了用于在区域310和320之间传递热量的示例热管。在这个具体例子中，热管包括具有标号为330，332，和334的多段的外壳，用于通过内部通道370来传输工作流体。图3B显示了另一个示例热管，用于通过连接蒸发端336和冷凝端338的柔性外壳340使得工作流体在内部通道372内流动，将热量从高温区域310传递到低温区域320。因此，这里所描述的各种热管示例可配置为在发动机系统100的两个区域间提供热传递而不需要所述区域通过线性通道相连。这样，热量可以在发动机系统的任何两个合适的区域或组件之间传递。
图4和图5显示了可用于系统100内的热管，该热管具有多个汇集于基端并共用共同的工作流体的分支。通过使用具有两个或多个分支的热管，具有有限尺寸或空间的热源可传递热量到两个或多个不同的区域。另外，具有多个分支的热管的使用能减少蒸发器和热源之间接口的尺寸和/或数量。
作为一个例子，图4A显示了用于将热量从高温区域410传递到两个低温区域420和422的热管400的剖视图。在这个具体例子中，热管400包括具有较低部分430和两个分支部分432和434的外壳。类似地，内部通道470可分为两个独立的内部通道472和474。这样，包括单个蒸发器和两个冷凝器的热管可以实现单个热管有助于从单个热源传递热量到两个或多个较冷区域。应当理解，低温区域420和422的温度可以相同也可以不同，且可以是发动机系统的同一组件或者不同组件的一部分。例如，区域420可包括例如发动机油或者发动机冷却剂这样的发动机流体，区域422可包括例如变速器油这样的变速器流体。可选地，区域420和422可以热连接到同一个组件，例如发动机冷却剂系统。
图4B显示了图4A的热管的替换实施例，示出分支中的至少两个如何具有不同的尺寸和/或形状。这样，区域410/420和区域410/422之间传递热量的多少取决于每个分支相对的尺寸和形状。另外，发动机系统的不同区域或组件可通过每个分支相互连接。图4C显示了图4A中热管的端视图，用于进一步阐述该具体热管的配置。
图5A显示了示例热管500的剖视图，该热管500具有三个独立的分支，有助于高温区域510和三个低温区域520，530，和540之间的热传递。作为一个例子，区域510可热连接到排气系统的区域，而区域520，530和540可分别与发动机油，发动机冷却剂，变速器油热连通。图5B显示了示例热管500的端视图。如参考图4A-图4C的类似描述，低温区域的温度可以相同或不同，并可包括发动机系统相同或不同的元件。另外，分支的一个或多个可以与其他分支具有相同或者不同的尺寸和形状。另外应当理解，热管可包括更多数量的分支。
图6A，6B，和6C显示了至少两个独立的热管可配置为基于具体工况提供双向热传递的示例。在图6A，6B，和6C中，热管630和640设置在第一区域610和第二区域620之间。在这个具体例子中，热管630和热管640包括不同的工作流体，以使它们在不同的工况期间传递不同的热量。作为一个例子，热管630包括诸如乙醇这样的工作流体，热管640包括诸如水这样的工作流体。
图6A显示了第一工况，此时第一区域610的温度比第二区域620的温度高。另外，图6A显示了第一区域610的温度比热管630的工作流体的沸点高而比热管640的工作流体的沸点低并且比热管630的滞止温度低的示例。从而，在图6A的工况期间，热量从高温区域610通过热管630沿箭头650的方向传递到低温区域620，而热管640传递相当少的热量(例如通过传导)。
图6B显示了第二工况，此时第一区域和第二区域的温度比热管630和640的工作流体的沸点低。在这种工况期间，基本上没有热量在第一区域和第二区域之间传递(例如通过传导)。
图6B还显示了第三工况，此时第一区域和第二区域的温度基本上相似并且落在热管630和640中至少一个的工作范围内。在这种工况期间，基本上没有热量在区域610和620之间传递，因为此时不存在温度梯度。
图6B还显示了第四工况，此时第一区域的温度比第二区域的温度高，并且第一区域的温度比热管630的滞止温度高而比热管640的沸点低。在这种工况期间，基本上没有热量在区域610和620之间传递，因为此时没有工作流体处于特定温度范围内。
图6B还显示了第五工况，此时第一区域和/或第二区域的温度比热管630和640的滞止温度高。在这种工况期间，基本上没有热量在区域610和620之间传递。
图6C显示了第六工况，此时第二区域620的温度比第一区域610的温度高，区域620的温度比热管630的滞止温度高并且在热管640的沸点和滞止温度之间。在这种工况期间，热量可以从区域620通过热管640沿着箭头660的方向传递到区域610。
因此，通过为热管630和640中的每个选择合适的工作流体以及为热管端区域在发动机系统和/或汽车系统中选择合适的位置，就可以实现上述工况中的一种或多种。例如，在上述例子中的热管630所包括的工作流体的温度范围比热管640的工作流体的温度范围低(例如，工作流体分别是乙醇和水)。这样，当两个区域之间存在温度梯度以及高温区域在两个热管中一个的温度范围内时，热量可以第一方向传递。在不同的工况期间，例如热量梯度相反且高温区域在两个热管中另一个的温度范围内，热量可以相反的方向传递。
第一区域610和第二区域620包括如这里所描述的任何合适的一对发动机系统组件。作为一个例子，区域610包括排气系统组件中的一个(例如催化剂，后处理装置，排气道，等等)，区域620包括发动机系统流体(例如发动机油，发动机冷却剂，变速器油，等等)。可选地，区域620包括排气系统组件中的一个(例如催化剂，后处理装置，排气道，等等)，区域610包括发动机系统流体(例如发动机油，发动机冷却剂，变速器油，等等)。作为另一个例子，区域610可包括发动机油，发动机冷却剂，变速器油中的一种，区域620可包括发动机油，发动机冷却剂，变速器油中的另一种。从而，热量可以在发动机系统的两个或多个组件或区域之间，或者在发动机系统和其他汽车系统之间双向传递。
图7显示了用于例如如图1所描述的示例发动机排气系统的示意性简图。发动机700产生排气，该排气通过排气道710输送到外部环境。排气系统包括一个或多个后处理装置，如720和730，用于在排气排出之前对排气进行处理，以及消声器740。作为一个例子，第一装置720包括起燃催化剂，三元催化剂，NOx捕集器，SOx捕集器，微粒过滤器，或其他合适的排气后处理装置中的一种。另外，第二装置720包括起燃催化剂，三元催化剂，NOx捕集器，SOx捕集器，微粒过滤器，或其他合适的排气后处理装置中的一种。虽然图7提供了对于理解图8-图11的基本阐述，但应当理解，这里所描述的方法也可适用于图1的发动机系统。
图8显示了排气系统的一部分，例如参考图7在上面所描述的。在这个例子中，排气后处理装置810沿发动机系统的排气道设置。装置810可包括任何适合的排气后处理装置，例如关于装置720或730所描述的。在这个具体例子中，排气系统的各种组件作为用于一个或多个热管的高温和/或低温区域。例如，图8示意性地示出一个或多个热管820如何与装置810上游的排气道热连接。从而，在至少某些温度工况期间，热量就可以如图2所描述的一个方向传递或者与发动机系统的另一个组件如图6所描述双向传递。作为替换或补充，至少一个热管830与装置810热连接。从而，在至少某些温度工况期间，热量就可以如图2所描述的一个方向传递或者与发动机系统的另一个组件如图6所描述双向传递。作为替换或补充，至少一个热管840与装置810下游排气道热连接。从而，在至少某些温度工况期间，热量就可以如图2所描述的一个方向传递或者与发动机系统的另一个组件如图6所描述双向传递。
这样，热量可以通过不同的方法从排气系统传递出或者传递到排气系统来影响排气装置的温度。例如，使用热管820和/或830来提供热传递到装置810或从装置810传递出，而布置在装置810下游的热管840用来从排气系统增加或者移除热量，而很少影响到装置810的温度。
图9显示了热管如何热连接到发动机系统的组件或区域的非限制性示例。在这个例子中，一个或多个热管920可以通过热交换器930热连接到排气道910或者其他组件或区域。作为一个例子，排气道910包括内部散热片，用来有助于经由热管将热量传递到排气或从排气传递出。然而，应当理解，可使用任何合适的热交换器来有助于发动机系统的组件和热管之间的热传递。作为另一个例子，可使用热交换器在发动机油，发动机冷却剂，或变速器油和热管之间传递热量。另外，在某些实施例中，不需要中间热交换器，热管就可热连接到发动机系统组件。
图10示意性地显示了热量如何在发动机系统各区域间传递的几个例子。虽然显示在图10中的各区域或组件参考图7进行描述，应当理解，发动机系统的任何合适的区域可作为热管的热源或冷源。
图10A示例性地显示了热量如何在发动机油和排气系统的一个或多个区域之间单向传递，或者如图6所示双向传递。图10A示例性地显示了热量如何从位于第一后处理装置之前的排气道传递到发动机油或相反，如何在第一装置和发动机油之间传递，如何在第一、第二装置之间的排气道和发动机油之间传递，如何在第二装置和发动机油之间传递，和/或如何在位于第二后处理装置之后的排气道和发动机油之间传递。因此，通过参考图2-图5所描述的一个或多个热管，可以实现图1 0A中所示的一个或多个热传递方向。
图10B和图10C分别显示了热量如何类似地传递到包括发动机冷却剂和变速器油的其他流体。
图11显示了热量如何补充或替换地在排气系统的几个不同区域和各种发动机系统流体之间传递。例如，通过一个或多个热管，排气系统的第一区域可以传递热量到发动机油，发动机冷却剂，和变速器油中的一个或多个，和/或发动机油，发动机冷却剂，和变速器油中的一个或多个可以传递热量到排气系统的第一区域。类似地，通过一个或多个热管，排气系统的第二和/或第三区域可以传递热量到发动机油，发动机冷却剂，以及变速器油中的一个或多个或发动机油，发动机冷却剂，和变速器油中的一个或多个可以传递热量到排气系统的第二、第三区域。另外，热量可以通过一个或多个热管，在发动机油和发动机冷却剂之间传递，在发动机冷却剂和变速器油之间传递，和/或在变速器油和发动机油之间传递。
另外，参考图10和图11，其中单个区域作为两个或多个其他区域的热源或冷源，需要采用如图4所描述的多分支热管或者采用多个单独的热管。另外，当热量的流动是双向的时，采用具有不同工作流体的至少两个独立的热管来帮助热量在不同工况期间的传递，例如图6中所描述的。这样，图10和图11中显示的一种或多种热传递选项可以配置为在不同工况下发生。
图12提供了几个示例性模态表，显示了热量如何基于某些发动机系统组件的具体工况而在发动机系统的不同区域之间传递。
图12A显示了热管的模态表的非限制性例子，该热管设置在第一后处理装置上游(例如之前)的排气道的区域和发动机油之间。例如，第一后处理装置包括如参考图1所述的起燃催化剂。包括图12A在内的图12中的每个模态表对给定的工况提供了热传递的示例方向的指示。
图12A显示了代表第一后处理装置处的温度工况的沿横轴的三个不同的工况，以及代表发动机油的温度工况的沿纵轴的三个不同的工况。表中标明的“无热量”表示基本上没有热量通过热管传递，这通过为热管选择合适的工作流体或者通过不存在热量梯度的工况来实现。例如，没有出现热传递时，温度范围会小于工作流体的沸点或者温度范围会大于热管的滞止温度。表中标明“热量到发动机油”表示热量会从第一后处理装置之前(例如上游)的排气系统传递到发动机油。表中标明“热量到催化剂”表示热量会从发动机油传递到第一后处理装置之前的排气道，在这个具体实施例中第一后处理装置包括如图1中所示的起燃催化剂。
作为第一个例子，起燃催化剂的进口温度在800-1650范围内且发动机油温度小于150，热量会从起燃催化剂上游(例如在催化剂进口位置)的排气道传递到发动机油。这可以例如通过具有至少在大约800-1650之间的工作范围的单个热管来实现。热管的蒸发端热连接到起燃催化剂上游的排气道，冷凝端热连接到发动机油底壳，发动机油过滤器的进口或出口，或者其他用于传递热量到发动机油的适合位置。然而，如图12A的示例模态表所显示，当起燃催化剂上游的排气道的温度低于800时，基本上不会有热量传递到温度低于150的发动机油。这可以通过为热管选择直到达到大约800温度才开始蒸发的工作流体来实现。因此，可以看出，图12的模态表可应用来为热管选择合适的工作流体。
作为第二个例子，起燃催化剂的进口温度低于800且发动机油的温度高于240，当发动机油的温度高于起燃催化剂上游的排气道时，热量会从发动机油传递到起燃催化剂上游的排气道。然而，当发动机油温度低于150且起燃催化剂的进口温度低于800时，基本上没有热量会在发动机油和排气道之间传递。这种热传递工况可以通过为热管选择直到到达至少150温度才开始蒸发的工作流体来实现。
上述参考图12A的第一个和第二个例子，可通过采用至少两个具有不同的工作流体的热管来同时实现，如图6中所述。这样，通过使用两个或多个具有适于期望的工作温度范围的工作流体的热管，就可以实现不同热传递工况。
图12B和12C分别显示了第一后处理装置上游的排气道与发动机冷却剂以及变速器油之间的热传递方向的模态表。
作为另一个例子，通过使用具有多分支的热管，不同表中的模态可以组合。例如，通过多分支热管，图12A中发动机油温度低于150且起燃催化剂上游的排气道的温度高于1650的工况下的模态可以与图12C中变速器油温度低于150且起燃催化剂上游的排气道温度高于1650的工况下的模态组合。热管的蒸发端热连接到排气道，具有冷凝端的第一分支与发动机油热接触，具有冷凝端的第二分支则与变速器油热接触。这样，单个热管可用来实现图12所表示的模态表的两种或多种工作模态。
图12D，12E和12F显示了表明发动机油，发动机冷却剂及变速器油中的一个和例如如图1所示的第一后处理装置(例如起燃催化剂)与第二后处理装置(例如稀NOx捕集器)之间的排气道之间的热传递方向的模态表。
图12G，12H和12I显示了表明发动机油，发动机冷却剂及变速器油中的一个和后处理装置之间的热传递方向的模态表，例如如图1所示，所述后处理装置位于三元催化剂的主体处或主体下。
图12J，12K，和12L显示了表明发动机油，发动机冷却剂及变速器油中的一个和每个后处理装置后的排气道之间的热传递方向的模态表，例如如图1所示，所述排气道位于消声器的进口处。
图12M显示了表明通过一个或多个热管在发动机油和变速器油之间的热传递方向的模态表。图12N显示了表明通过一个或多个热管在发动机冷却剂和变速器油之间的热传递方向的模态表。图120显示了表明通过一个或多个热管在发动机油和发动机冷却剂之间的热传递方向的模态表。
应当理解，图12中的一个或多个模态表可以单独使用或者组合使用来达到发动机系统期望的加热工作。指明为单向热传递时，热传递可以通过单个热管实现。指明为双向热传递时，可以使用两个或多个热管。热传递从单个区域到两个或多个区域时，可以使用多个单独的热管或具有多个分支的热管。另外，应当理解，图12的模态表中提供的温度范围仅用于说明目的而并非是限制性的。
这里提供进一步阐述本发明的几个示例情景。
如图13所示的第一个示例情景，在如图12的模态表所示的发动机系统的工作循环的不同时期中，两个或多个热管可配置为执行分段的热传递工作。图13显示了图1的包括多个热管1310，1320，和1330的发动机系统100。虽然该具体例子包括三个热管，应当理解，也可以使用更多或更少的热管。例如热管1310可用来在起燃催化剂136的进口134和标号为1350的油过滤器的进口之间传递热量。热管1320可用来从装置136，140之间的排气道138以及变速器油底壳或变速器其他合适位置(例如温度调节装置的进口(用于外部调整器的散热器冷却器的门))传递热量。热管1330可用来在第二装置140下游的排气道142和发动机冷却剂系统之间(例如通过加热箱152)传递热量。
例如，在从冷工况起动发动机时，第一热管(例如热管1320和/或1330)可配置有第一工作流体，该流体最初导致热量从至少一个后处理装置下游的排气传递到发动机油，发动机冷却剂，和/或变速器油。因此，在这个具体示例中，可选择工作流体以具有在存在于发动机系统暖机期间的温度范围下实现热传递的工作范围(例如在沸点和滞止温度之间)。这样，发动机流体或变速器流体的加热会更快地实现，而不需要减少由排气提供到设置在热管上游的后处理装置的热量。例如，热管1330能传递热量到冷却剂系统，此处热量通过热交换器152加热乘客室。也可选择第一工作流体以使得当发动机系统接近或获得暖机工况时第一热管达到滞止温度，从而减少随后的热传递。这样，从排气系统到发动机系统流体中的一种的热传递会在较高温度下被减少。
另外，第二热管(例如1310和/或1320)可以配置有第二工作流体，当温度处于或高于发动机暖机温度工况时，该流体开始从发动机油，发动机冷却剂和变速器油中至少一个传递热量到后处理装置处或后处理装置上游的排气系统的区域。当后处理装置的温度和发动机油，发动机冷却剂和变速器油中至少一个的温度基本上类似时(例如在稳态工作中)，由于几乎不存在或没有温度梯度，基本上没有热量会传递。然而，如果提供给后处理装置的排气热(例如通过发动机排气)减少，通过热管传递到后处理装置的热量会相应增加，从而对后处理装置保持合适的温度。作为一个例子，在发动机停止工作期间或部分汽缸停用期间，排气热的量会减少，这会导致后处理装置温度降低而不需要通过热管使用额外的加热。这样，一个或多个热管可用来保持各种发动机系统组件的合适的温度。
如图14所示的第二个示例情景，设置在后处理装置(例如136和/或140)处或其上游的热管(例如热管1410)可包括工作流体，该流体被选来在高温工况期间提供来自排气系统的增加的热传递，从而对后处理装置提供热防护。例如，可以选择工作流体以使其在需要排气系统的冷却来保护排气系统组件的温度工况下蒸发。作为一个例子，热量会从排气系统传递到发动机冷却剂，在此热量通过冷却剂系统被散热器耗散。这样，排气系统的各组件可防止热劣化。在较冷工况期间，例如在发动机起动或发动机停用工况期间所出现的，第二热管(例如热管1420)能从排气道向冷却剂系统提供热量。这样，在例如发动机起动或暖机工况期间，发动机和/或乘客室的加热会得到改善。
图15显示了热管1500包括多个分支的例子，例如如图4或图5所描述的。在这个具体实施例中，包括热管蒸发器的基端1510或热管1500热连接到排气道，同时第一分支1512的端部热连接到变速器油底壳，第二分支1514热连接到发动机冷却剂系统。这样，在至少某些工况期间，热量可以从排气道传递到两个或多个发动机系统流体。
应当理解，本文中参考图2-图5所描述的各种热管配置可用来在如图6-图15所描述的汽车系统和发动机系统的各种组件之间传递热量。另外，应当理解，这里所揭示的配置实质上是示例性的，这些具体实施例不视为具有限制意义，因为可能有各种变体。本申请的主题包括本文中公开的各种系统和配置和其他特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。本申请的权利要求特别指出视为新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可引用“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这种权利要求应该理解为包括一个或多个这样的元素的结合，不要求也不排除两个或多个这样的元素。所公开的特征，功能，元素，和/或属性的其他组合和子组合可以通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这种权利要求，是否与原权利要求相比较宽，较窄，相等或不同，都视为包括在本申请的主题之内。

Claims (23)

1.一种汽车发动机系统，其特征在于，包括：
产生排气的发动机；
用于将所述排气输送到外部环境的排气道；
第一热管，其具有与所述排气道热接触的第一端，以及与所述发动机系统的第一流体热接触的第二端；
第二热管，其具有与所述排气道热接触的第一端，以及与所述发动机系统的第二流体热接触的第二端；
其中，所述第一热管配置为在至少第一温度工况期间提供增加的所述排气道和所述第一流体之间的热传递，所述第二热管配置为在不同于所述第一温度工况的至少第二温度工况期间提供增加的所述排气道和所述第二流体之间的热传递。
2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一热管配置为在所述第一温度工况期间将热量从所述排气道传递到所述第一流体；所述第二热管配置为在所述第二温度工况期间将热量从所述发动机的第一流体传递到所述排气道。
3.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一热管配置为在所述第一温度工况期间将热量从所述排气道传递到所述第一流体；所述第二热管配置为在所述第二温度工况期间将热量从所述排气道传递到所述第二流体。
4.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一温度工况低于所述第二温度工况。
5.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一温度工况是在发动机暖机工作期间。
6.如权利要求5所述的发动机系统，其特征在于，所述第二温度工况是在发动机的至少一个汽缸内的燃烧停止的工作期间。
7.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一流体是发动机油，发动机冷却剂和变速器油中的一种；所述第二流体是发动机油，发动机冷却剂和变速器油中的不同于所述第一流体的另一种。
8.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一流体是发动机油，发动机冷却剂和变速器油中的一种；所述第二流体与所述第一流体相同。
9.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个沿所述排气道设置的排气后处理装置，所述第一热管与所述至少一个排气后处理装置下游的排气道热接触。
10.如权利要求9所述的发动机系统，其特征在于，所述第二热管与在所述第一热管和所述排气道的热接触位置上游的排气道热接触。
11.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述第一热管包括第一工作流体，所述第二热管包括第二工作流体，所述第二工作流体与所述第一工作流体的物理属性不同。
12.一种在整个汽车发动机系统中传递热量的方法，其特征在于，包括：
在第一工况期间，通过第一热管通道增加所述发动机系统的第一区域和第二区域之间传递的热量；
在第二工况期间，通过第二热管通道增加所述发动机系统的第三区域和第四区域之间传递的热量。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发动机系统的第一区域是所述发动机的排气道的第一部分，所述发动机系统的第三区域是位于所述第一部分上游的排气道的第二部分。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述发动机系统的第二区域是所述发动机，所述发动机系统的第四区域是连接所述发动机的变速器。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二区域包括润滑系统和冷却系统中的至少一个；所述第四区域包括所述润滑系统和冷却系统中的至少一个；所述润滑系统包括发动机油和变速器油中的至少一个，所述冷却系统包括至少一种发动机冷却剂。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发动机系统的第一区域是所述发动机的排气道，所述第二区域是所述发动机的润滑系统。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述发动机系统的第三区域是所述发动机的润滑系统，所述第四区域是连接所述发动机的变速器的润滑系统或所述发动机的冷却剂系统中的至少一个。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述发动机系统的第三区域是所述发动机的冷却剂系统，所述第四区域是所述发动机和连接所述发动机的变速器中的至少一个的润滑系统。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一热管通道和第二热管通道包括不同的工作流体。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一热管通道和第二热管通道共用共同的工作流体。
21.一种用于汽车发动机系统的热管，其特征在于，包括：
与所述发动机系统的第一区域热连接的基座，所述基座形成蒸发器；
第一伸长的分支，其具有连接所述基座的第一端和与所述发动机系统的第二区域热连通的相对的第二端；所述第二端形成第一冷凝器；
第二伸长的分支，其具有连接所述基座的第一端和与所述发动机系统的第三区域热连通的相对的第二端；所述第二端形成第二冷凝器；且
所述基座、第一伸长的分支和第二伸长的分支共用工作流体的共同体积。
22.如权利要求21所述的热管，其特征在于，所述第一区域包括所述发动机的排气道；所述第二和第三区域分别包括发动机油，变速器油以及发动机冷却剂中不相同的一个。
23.一种用于汽车系统的热管，其特征在于，包括：
与发动机系统的第一区域热连接的基座，所述基座形成蒸发器；
伸长的分支，其具有连接所述基座的一端和与所述发动机系统的第二区域热连通的相对端；所述相对端形成冷凝器；
在所述伸长的分支中的第一工作流体；以及
在所述伸长的分支中的第二工作流体，所述第二工作流体的物理属性不同于所述第一工作流体，以使得所述热管根据所述第一和第二工作流体的物理特性在不同的工况下具有不同的热传递特性。
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