CN104005829A - 带有供给泵的、尤其用于机动车的废热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有供给泵的、尤其用于机动车的废热利用系统，具体而言，涉及一种用于带有内燃机的机动车的废热利用系统，其中，废热利用系统具有供给泵。根据本发明，在废热利用系统中布置有至少一个温度传感器(TG，TA)以用于直接或间接地探测实时的工作介质温度。至少一个温度传感器(TG，TA)联结到控制单元(S)处以用于控制泵驱动装置。在控制单元(S)中预设有与实时的工作介质温度相对比的至少一个温度阈值。在低于该温度阈值时借助于控制单元(S)停用泵驱动装置和因此泵输送部，而在超过该温度阈值或相对于该温度阈值限定的更高的第二温度阈值时接通泵输送部。

Description

带有供给泵的、尤其用于机动车的废热利用系统
技术领域
本发明涉及一种带有供给泵的、尤其用于带有内燃机的机动车的、根据权利要求1的前序部分所述的废热利用系统、一种根据权利要求16所述的车辆以及一种根据权利要求17所述的方法。
背景技术
在关于机动车中的废热利用的通常已知的系统中通过供给泵来提供压力和流量，该供给泵在没有确定相应的工作介质的情况下通常还被称为供水泵。这种供给泵的结构形式可以是不同的，例如轴向活塞泵、轴向活塞调节泵、膜片式活塞泵(仅列举几个示例)。这些泵可以通常已知的方式以电或机械的方式来驱动。
通过机械地联结到内燃机处，泵转速通过加速或减速与马达转速相耦合，由此根据泵特性来预设提供的流量和泵出口压力。因此在通过内燃机机械地驱动的供给泵中在不同的运行点处(例如在加热过程期间)提供工作介质的并非总是完全需要的质量流。倘若并不需要通过供给泵由于转速耦合强制提供的质量流，则该质量流又直接引回到工作介质箱处。对于附加地泵送的介质质量流必需的能量必须由内燃机提供并引起不利的燃料额外消耗。
在机动车的废热利用系统中的供给泵运行时的另一问题是水基的介质－尤其带有或没有有机添加物的水－可用作工作介质。这种介质具有负面的特性，即在低温下介质在结合体积增大的情况下冻结成硬块。供给泵不适合利用冷冻的工作介质运行可在此受到损坏，这在最不利的情况下可导致持久的全部损坏。
发明内容
因此，本发明的目的在于如此改进和配备尤其用于带有内燃机的机动车的、带有供给泵的废热利用系统使得在低温下实现用于供给泵的损坏防护和/或实现在能量方面最优的使用。
该目的利用独立权利要求的特征来实现。对此有利的设计方案是从属权利要求的对象。
根据本发明设置成：在废热利用系统中布置有至少一个温度传感器以用于直接或间接探测实时的工作介质温度。该至少一个传感器联接到控制单元处以用于控制泵驱动装置，其中，在控制单元中预设有与实时的工作介质温度相比较的至少一个温度阈值。在低于温度阈值时，控制单元停用泵驱动装置和因此泵输送部。在超出该温度值或者相对于该温度阈值限定的更高的温度阈值时接通泵输送部。
针对供给泵在低温的情况下的损伤防护，根据工作介质的冻结温度来选择温度阈值。在低于温度阈值时以此为出发点，即在供给泵中包含或形成有冻结的工作介质。在这种运行状态下借助于控制单元停用泵驱动装置和因此泵输送部。为了在该温度阈值处排除在切断和接通之间的摇摆，应针对接通过程根据两点调节设置第二温度阈值，其中，带有高于第一温度阈值的切换间隔。
为了获取关于实时的工作介质温度的尽可能准确的信息，应直接将温度传感器布置在泵区域中和/或在泵壳体处或在泵壳体中的工作介质中。
在机动车未运行、停止时，在工作介质的冻结条件下在供给泵中形成至少一定的冻结的残留量。因此，供给泵应如此设计使得在泵停用时并未由此出现泵损伤。利用根据本发明的控制系统确保供给泵在该状态中不可起动且不可由此受到损伤，否则供给泵必须克服冻结的工作介质工作。
为了在内燃机起动之后从带有冻结的工作介质的当前状态尽可能快地达到供给泵的允许且无干扰的运行，提出将供给泵联接到到内燃机的加热的冷却回路处。在此尤其可通过供给泵的壳体的通道导引冷却液，从而使得包含在供给泵中的冻结的工作介质迅速解冻和液化。在达到接通温度阈值之后，那时自动起动供给泵。通过供给泵的冷却液的流量可取决于工作介质温度(尤其当工作介质解冻时)如有可能再次中断或者切断。
根据本发明的组件与控制系统适合于这样的泵驱动装置，其包括机械传动装置以用于将内燃机的旋转直接传递到泵驱动轴上。可以本身已知的方式利用在内燃机处的从动轮和在泵驱动轴上的驱动轮实现这种直接的机械驱动，以及可通过缠绕器件(Umschlingungsmittel)或其他传动器件实现传递旋转的连接。对此已知不同的实施方式(例如皮带轮、齿轮等)和相关联的不同缠绕器件(例如齿带、楔形带、链条等)。此外，已知带有彼此啮合的齿轮的相应的直接的齿轮联结部。
在一种优选的实施方式中，为了停用/接通泵驱动装置而在泵驱动轴中提出有可借助于控制单元来切换的联结部，利用其可中断或建立与内燃机的转速的机械的耦合。
为了保护供给泵，可利用这种联结器在冻结条件下低于温度阈值时保持切断泵驱动装置如此之久直至可在相应探测到的温度高于冻点时在工作介质没有冻结的情况下实现安全的运行。
此外，如果在加热过程中尚未达到废热利用系统的所需的极限温度，那时如有可能同样可利用联结器停用或保持停用泵驱动装置，以便可使废热利用系统运转。因此可在加热过程中借助于联结器例如通过暂时地切断泵驱动装置在能源量方面优化供给泵的运行。
此外，供给泵的运行还可由此在能量方面进行优化，即，在内燃机的制动运行和/或惯性运行中在机械式的泵驱动装置的情况下借助于联结器中断供给泵与内燃机的转速耦合：在内燃机的制动状态中不期望扩展器有功率输出，且因此在制动运行中停用扩展器。为了在此保护冷凝器不受过载影响且避免可能除了冷凝之外附加所需的通风装置驱动功率，降低通过蒸发器的质量流。由于在内燃机的惯性运行中的很低的供热，在机械式的泵驱动装置中在与内燃机转速耦合的情况下在没有切断泵驱动装置时出现过量的工作介质，其在负面地影响废热利用系统的能量平衡的情况下必须被转移(abgesteuert)。这在探测到这种制动运行和/或惯性运行时借助于联结器通过受控地中断泵驱动链来防止。
上述说明的在工作介质的冻结条件下用于供给泵的损坏防护同样可用在带有可调节的输送量的供给泵(调节泵)中。然而，代替可切换的联结器，此处可在探测到温度在工作介质的冻点处时借助于调节系统自动将供给泵设成零流量，或在起动供给泵时中断泵防止输送冻结的介质。
此外，对一种车辆和一种方法提出权利保护。借此得出的优点已经在前面进行了详细阐述。
附图说明
根据附图对本发明的实施方式进行进一步阐述。其中：
图1显示了在带有内燃机的机动车的废热利用系统中的供给泵的组件与控制系统，其中，可脱开的机械式的泵驱动装置通过内燃机驱动。
图2显示了在带有电的泵驱动装置的机动车的废热利用系统中的供给泵的组件与控制系统。
图3显示了在带有机械式的驱动装置的机动车的废热利用系统中的供给泵的组件与控制系统，其中，带有可调节的输送量的泵以机械式的驱动装置来驱动。
参考标号列表
1 供给泵
2 内燃机
3 工作介质的供给部
4 工作介质的排出部
5 泵驱动轴
6 联结器
7 皮带轮
8 皮带轮
9 齿带
10 冷却剂供给部
11 冷却剂回流部
12 泵壳体
13 电磁阀
14 控制线路
15 电马达
16 箭头
S 控制单元
R 调节器
TG 温度传感器
TA 温度传感器
B 信号。
具体实施方式
在图1中示意地示出了在带有内燃机2的机动车的废热利用系统中的供给泵1。废热利用系统本身未显示，而是仅仅两条联接线路显示为用于水基的工作介质的供给泵1的供给部3和排出部4。供给泵1具有泵驱动轴5，其带有可切换的联结器6和端侧的皮带轮7。为皮带轮7关联有另一皮带轮8，其由内燃机转速耦合地驱动。皮带轮7和8两者利用皮带9相连接，由此由内燃机2在机械方面转速偶合地驱动供给泵1。
此外，示意性地示出了与内燃机2相连接的通至泵壳体12中的通道的冷却剂供给部10和冷却剂回流部11，其中，在冷却剂供给部10中布置有此处示例性地且优选构造为电磁阀13的阀装置。
为了控制联结器6和如有可能为了控制电磁阀13设置有控制单元S，在该控制单元S处联接有温度传感TG(其带有用于工作介质的冻结条件的后置的(nachgeschaltet)温度阈值单元)和温度传感器TA(其带有后置的温度阈值单元以用于在废热利用系统的加热过程期间探测运行条件)。如有可能，所提及的两种温度阈值单元还可联接到共同的温度传感器处。
此外，为控制单元S输送探测内燃机的制动运行和/或惯性运行的信号B。
供给泵1的所示出的组件与控制系统主要具有以下功能：
在正常的环境与运行条件下，联结器6和电磁阀13闭合。当通过传感器TG探测到工作介质的冻结条件时，通过控制线路14断开联结器6且因此中断至供给泵1的驱动链。
同样，在利用传感器TA探测废热利用系统的加热过程时，如果尚未达到系统的所需的极限温度，通过控制单元S使联结器6保持断开。此外，至少在探测到冻结条件时通过控制单元S使电磁阀13保持断开，以便通过加热的冷却剂实现尽可能快地“解冻”冻结的工作介质。
利用信号B将制动运行和/或惯性运行通知给控制单元S，在制动运行和/或惯性运行中，联结器6同样断开。
在图2中示出了备选的第二组件，在其中，然而供给泵1并未由内燃机2转速耦合地驱动，而是由(示意性地示出的)电马达15直接驱动。同样，供给泵1在此具有用于工作介质的供给部3和排出部4。此处在泵壳体12中的通道同样联接到带有电磁阀13的冷却剂供给部10和冷却剂回流部11处。在此，利用调节器R尤其通过改变电马达15的转速来根据需要调节供给泵1的输送量，为此调节器R获得在废热利用系统中关于重要的运行条件(通过箭头16示出)的其他的信息。
此外，在调节器R处还联接有温度传感器TG，利用其结合在调节器R中的阈值电路探测在供给泵处的工作介质的冻结条件。在这种冻结条件下，利用调节器R将供给泵1设定成零流量，因此电马达15并未驱动供给泵1。因此可实现在废热利用系统中的供给泵1以及如有可能其他的构件在此还并未由冻结的工作介质损坏。
在图3中示出了备选的第三组件，在其中，供给泵1由内燃机2在机械方面转速耦合地来驱动，且供给泵1实施为带有可调节的输送量的泵。供给泵1在此同样具有用于工作介质的供给部3和排出部4。泵壳体12中的通道在此同样联接到带有电磁阀13的冷却剂供给部10和冷却剂回流部11处。此处利用调节器R尤其通过调整泵输送量来根据需要调节供给泵1的输送量，为此调节器R获得在废热利用系统中关于重要的运行条件(通过箭头16示出)的其他的信息。
此外，在调节器R处还联接有温度传感器TG，利用其结合在调节器R中的阈值电路探测在供给泵处的工作介质的冻结条件。在这种冻结条件下，利用调节器R将供给泵1设定成零流量，由此即使在驱动供给泵1时也并未输送介质。由此可实现在废热利用系统中的供给泵1以及如有可能其他构件同样在此并未由冻结的工作介质损坏。

Claims (17)

1. 一种尤其用于带有内燃机的机动车的废热利用系统，其具有供给泵(1)，其特征在于，在所述废热利用系统中布置有至少一个温度传感器(TG, TA)以用于直接或间接探测实时的工作介质温度；所述至少一个温度传感器(TG, TA)联结到控制单元(S)处以用于控制泵驱动装置；在所述控制单元(S)中预设有与实时的工作介质温度相对比的至少一个温度阈值；以及在低于温度阈值时借助于所述控制单元(S)停用所述泵驱动装置和因此泵输送部，而在超过温度阈值或相对于该温度阈值限定的更高的第二温度阈值时接通所述泵驱动装置和因此泵输送部。
2. 根据权利要求1所述的废热利用系统，其特征在于，作为停用阈值的温度阈值相应于工作介质的冻结温度，或作为接通阈值的第二温度阈值利用切换间隔处成高于第一温度阈值。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的废热利用系统，其特征在于，所述至少一个温度传感器布置在泵区域中和/或在泵壳体处或在泵壳体中的工作介质中。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，所述供给泵(1)如此设计，即工作介质的所限定的冻结的残留量在泵停用时并未导致泵损坏。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，所述供给泵(1)的壳体(12)联结到所述内燃机(2)的冷却回路(10,11)处，并且该冷却回路通过所述泵壳体(12)的流量可尤其借助于所述控制单元(S)取决于所述废热利用系统的工作介质温度通过阀装置－尤其通过电磁阀(13)－来控制。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，所述泵驱动装置包括机械传动装置(7,8,9)以用于将所述内燃机(2)的旋转传递到泵驱动轴(5)上。
7. 根据权利要求6所述的废热利用系统，其特征在于，机械式的所述泵驱动装置包括在所述内燃机(2)处的从动轮(8)和在所述泵驱动轴(5)上的驱动轮(7)，其通过缠绕器件(9)以传输旋转的方式相连接。
8. 根据权利要求6所述的废热利用系统，其特征在于，所述机械式的泵驱动装置包括在所述内燃机(2)处的从动齿轮和在所述泵驱动轴(5)上的驱动齿轮，其直接或通过一个或多个中间齿轮以传输旋转的方式相连接。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，在所述泵驱动轴(5)中布置有可利用所述控制单元(S)切换的联结器(6)，利用该联结器(6)可切断和接入与所述内燃机(2)的转速的耦合以及因此切断和接入所述泵驱动装置。
10. 根据权利要求9所述的废热利用系统，其特征在于，在冻结条件下低于温度阈值时和/或在所述废热利用系统的加热过程中低于至少一个与此相比更高的温度阈值时和/或在探测到所述内燃机(2)的制动运行和/或惯性运行时借助于所述控制单元(S)断开所述联结器(6)，且由此切断或者保持切断所述泵驱动装置。
11. 根据权利要求1至8中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，所述泵驱动轴具有与所述内燃机(2)的转速永久的耦合，且泵实施为调节泵，带有可利用调节单元(R)调节的输送量。
12. 根据权利要求11所述的废热利用系统，其特征在于，在冻结条件下低于温度阈值时和/或在所述废热利用系统的加热过程中低于至少一个与此相比更高的温度阈值时和/或在探测到所述内燃机(2)的制动运行和/或惯性运行时借助于所述调节单元(R)将泵输送量设成零。
13. 根据权利要求1至5中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，所述泵驱动装置包括电的驱动单元(15)。
14. 根据权利要求13所述的废热利用系统，其特征在于，在冻结条件下低于温度阈值时和/或在所述废热利用系统的加热过程中低于至少一个与此相比更高的温度阈值时和/或在探测到所述内燃机(2)的制动运行和/或惯性运行时借助于所述调节单元(R)将泵转速设成零。
15. 根据权利要求1至14中任一项所述的废热利用系统，其特征在于，用于所述供给泵(1)的控制单元(S)和/或如有可能调节单元(R)集成到上一级的车辆控制/调节单元中。
16. 一种车辆，尤其机动车和/或商用车，带有根据上述权利要求中任一项所述的废热利用系统。
17. 一种用于运行废热利用系统的方法，尤其用于运行根据权利要求1至15中任一项所述的废热利用系统的方法，其特征在于，在所述废热利用系统中布置有至少一个温度传感器(TG, TA)以用于直接或间接地探测实时的工作介质温度，其特征在于，所述至少一个温度传感器(TG, TA)联结到控制单元(S)处以用于控制泵驱动装置；在所述控制单元(S)中预设有与实时的工作介质温度相对比的至少一个温度阈值；以及在低于温度阈值时借助于所述控制单元(S)停用所述泵驱动装置和因此泵输送部，而在超过温度阈值或相对于该温度阈值限定的更高的第二温度阈值时接通所述泵驱动装置和因此所述泵输送部。
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