DE102007057238A1

DE102007057238A1 - Motorsystem mit Wärmerohr

Info

Publication number: DE102007057238A1
Application number: DE102007057238A
Authority: DE
Inventors: David Karl Livonia Bidner; Shane Ypsilanti Elwart; Gopichandra West Bloomfield Surnilla
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US20080141664A1; US7832204B2; CN101205850A; CN101205850B

Abstract

Ein Motorsystem für ein Fahrzeug, welches umfasst: einen Abgase erzeugenden Motor; einen Auslasskanal zum Befördern der Abgase zu einer umliegenden Umgebung; ein erstes Wärmerohr mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal und einem zweiten Ende in thermischem Kontakt mit einem ersten Fluid des Motorsystems; ein zweites Wärmerohr mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal und einem zweiten Ende in thermischem Kontakt mit einem zweiten Fluid des Motorsystems; und wobei das erste Wärmerohr so ausgelegt ist, dass es zwischen dem Auslasskanal und dem ersten Fluid während mindestens einer ersten Temperaturbedingung vermehrte Wärmeübertragung vorsieht, und das zweite Wärmerohr so ausgelegt ist, dass es zwischen dem zweiten Fluid und dem Auslasskanal während mindestens einer zweiten Temperaturbedingung, die sich von der ersten Temperaturbedingung unterscheidet, vermehrte Wärmeübertragung vorsieht.

Description

Hintergrund und Kurzdarlegung
Die Wärmesteuerung eines Motorsystems für ein Fahrzeug kann verschiedene Probleme mit sich bringen. Zum Beispiel können bei niedrigeren Temperaturbedingungen, beispielsweise nach einem Kaltstart des Motors, der Motor und/oder das Getriebe aufgrund verminderter Wirksamkeit der Schmierfluide bei niedrigeren Temperaturen einen größeren Widerstand erfahren. Dieser Widerstand kann zu einem verminderten Wirkungsgrad des Fahrzeugs und/oder zu größeren Emissionen führen. Als weiteres Beispiel kann das Heizen des Fahrzeuginnenraums während der Motorerwärmungsphase verzögert sein, bis das Motorkühlmittel eine Temperatur erreicht, bei der ein Fahrzeuginnenraumheizen ausgeführt werden kann. In einem noch anderen Beispiel können verschiedene Komponenten und/oder Fluide des Motorsystems eine Verschlechterung erfahren, wenn ihre jeweilige Temperatur einen bestimmten Grenzwert übersteigt. Es gibt noch weitere Probleme.
Bei einem Ansatz können einige der obigen Probleme durch ein Motorsystem für ein Fahrzeug gelöst werden, das umfasst: einen Abgase erzeugenden Motor; einen Auslasskanal zum Befördern der Abgase an eine umliegende Umgebung; ein erstes Wärmerohr mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal und mit einem zweiten Ende in thermischem Kontakt mit einem ersten Fluid des Motorsystems; ein zweites Wärmerohr mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal und mit einem zweiten Ende in thermischem Kontakt mit einem zweiten Fluid des Motorsystems; wobei das erste Wärmerohr dafür ausgelegt ist, vermehrte Wärmeübertragung zwischen dem Auslasskanal und dem ersten Fluid während mindestens einer ersten Temperaturbedingung vorzusehen, und das zweite Wärmerohr dafür ausgelegt ist, vermehrte Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid und dem Auslasskanal während mindestens einer zweiten Temperaturbedingung, die sich von der ersten Temperaturbedingung unterscheidet, vorzusehen.
Bei einem anderen Ansatz können einige der vorstehenden Probleme durch ein Verfahren des Übertragens von Wärme durch ein gesamtes Motorsystem für ein Fahrzeug gelöst werden, wobei das Verfahren umfasst: während einer ersten Bedingung das Anheben eines zwischen einem ersten Bereich des Motorsystems und einem zweiten Bereich des Motorsystems mittels eines ersten Wärmerohrwegs übertragenen Wärmebetrags; und während einer zweiten Bedingung das Anheben eines zwischen einem dritten Bereich des Motorsystems und einem vierten Bereich des Motorsystems mittels eines zweiten Wärmerohrwegs übertragenen Wärmebetrags.
Bei einem noch anderen Ansatz können einige der obigen Probleme durch ein Wärmerohr für ein Motorsystem eines Fahrzeugs gelöst werden, das umfasst: einen mit einem ersten Bereich des Motorsystems thermisch verbundenen Grundteil, wobei der Grundteil einen Kessel bildet; eine erste länglichen Abzweigung mit einem mit dem Grundteil verbundenen ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende in thermischer Verbindung mit einem zweiten Bereich des Motorsystems, wobei das zweite Ende einen ersten Kondensator bildet; eine zweite längliche Abzweigung mit einem mit dem Grundteil verbundenen ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende in thermischer Verbindung mit einem dritten Bereich des Motorsystems, wobei das zweite Ende einen zweiten Kondensator bildet; wobei der Grundteil, die erste längliche Abzweigung und die zweite längliche Abzweigung ein gemeinsames Arbeitsmediumvolumen teilen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem für ein Fahrzeug.
2 zeigt ein beispielhaftes Wärmerohr.
3-5 zeigen alternative Wärmerohrauslegungen.
6 zeigt verschiedene bidirektionale Wärmeübertragungsbedingungen mittels zwei Wärmerohren.
7 zeigt eine vereinfachte generische Ansicht einer Abgasanlage für einen Motor.
8 zeigt verschiedene Wärmerohrauslegungen für eine Abgasanlagenkomponente.
9 zeigt ein beispielhaftes Zwischenstück für ein Wärmerohr und eine Motorsystemkomponente.
10 und 11 zeigen mögliche Wärmeübertragungsrichtungen, die mit einem oder mit mehreren Wärmerohren erreicht werden können.
12 zeigt verschiedene Betriebsarttabellen, die zum Verwirklichen eines schnellen Erwärmens der Motorsystemkomponenten verwendet werden können.
13-15 zeigen beispielhafte Motorsysteme mit unterschiedlichen Wärmerohrauslegungen.
Eingehende Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung ist auf die Anwendung von Wärmeübertragungselementen, die als Wärmerohre bezeichnet werden können, zum Erleichtern des Austausches von Wärmeenergie unter verschiedenen Motorsystemkomponenten gerichtet. Wärmerohre können verwendet werden, um eine recht hohe Wärmeübertragungsrate zu erreichen, ohne dass unbedingt die Verwendung von Pumpen oder anderen mechanischen Komponenten erforderlich ist. Weiterhin können diese Wärmerohre dafür ausgelegt sein, Wärmeübertragung innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs vorzusehen, wodurch der Betrag der Wärmeübertragung angepasst werden kann, ohne das Eingabe von einem Steuersystem erforderlich ist, auch wenn eine Anpassung mittels einer Eingabe von einem Steuersystem vorteilhafterweise eingesetzt werden kann.
Bei einem Ansatz kann ein schnelleres Fahrzeugerwärmen durch das Einteilen der Wärmeübertragungsvorgänge erreicht werden. Zum Beispiel kann während eines Motorerwärmungszeitraums die Temperatur des Katalysators, des Fahrzeuginnenraums und/oder mechanischer Schmiersysteme koordiniert erwärmt werden. Bei einem anderen Ansatz können ein oder mehrere Wärmerohre so ausgelegt werden, dass sie einige Komponenten oder Fluide des Motorsystems vor thermischer Verschlechterung schützen oder die Komponente oder das Fluid bei einem festgelegten Temperaturbereich halten, der verbesserten Betrieb vorsieht.
1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem 100, das in einem Kraftfahrzeug 102 konfiguriert ist. Das Motorsystem 100 umfasst einen Motor 110. Der Motor 110 kann einen Verbrennungsmotor mit einem oder mit mehreren Zylindern umfassen. Alternativ kann der Motor 110 einen Motor mit äußerer Verbrennung, einen Wankelmotor oder einen anderen geeigneten Motor umfassen. Der Motor 110 kann mittels Verbrennung eines Kraftstoffs mechanische Arbeit erzeugen. Die von dem Motor 110 erzeugte mechanische Arbeit kann auf mindestens ein Antriebsrad 126 mittels eines Getriebes 122 und einer Antriebswelle 124 neben anderen Komponenten übertragen werden. Von dem Motor 112 mittels Verbrennung von Kraftstoff erzeugte Abgase können mittels einer Abgasanlage 130 weg vom Motor befördert werden.
Die Abgasanlage 130 kann einen Abgaskrümmer 132 zum Vereinen des Stroms von mehreren Brennräumen in mindestens einen Auslasskanal 134 umfassen. Die Abgasanlage 130 kann eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 136, 140 und/oder 144 umfassen. In dieser bestimmten Ausführung umfasst eine erste Nachbehandlungsvorrichtung 136 einen Anspringkatalysator, eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung 140 umfasst einen Mager-NOx-Filter oder Dreiwegekatalysator und die Vorrichtung 144 umfasst einen Schalldämpfer. Es versteht sich, dass zusätzliche oder andere geeignete Arten oder Mengen von Nachbehandlungsvorrichtungen verwendet werden können, darunter unter anderem ein oder mehrere von: Partikelfilter, NOx-Filter, SOx-Filter, Katalysator, Schalldämpfern etc. Die Vorrichtung 146 und die Vorrichtung 140 können mittels eines Auslasskanals 138 miteinander in Verbindung stehen, und die Vorrichtung 140 und 144 können mittels eines Auslasskanals 142 miteinander in Verbindung stehen.
Ein Endrohr 146 lässt Abgase von der Abgasanlage zu der umliegenden Umgebung strömen.
Der Motor 112 kann ein Motoröl zum Vorsehen von Schmierung und/oder Kühlung mechanischer Grenzflächen nutzen und kann ein Motorkühlmittel zum Vorsehen zusätzlicher Kühlung des Motors nutzen. Der Motor 112 kann eine Ölwanne 114 zum Sammeln von Motoröl umfassen, wo es mittels einer Pumpe, wie zum Beispiel durch 116 gezeigt, zum Motor zurückgeleitet werden kann. Motorkühlmittel kann mittels eines Kühlmittelsystems 150 durch oder um den Motor 112 umgewälzt werden. Das Kühlmittelsystem 150 kann einen oder mehrere Kühlmitteldurchlässe 154 umfassen, die einen Kühler 156 und/oder einen Heizungskasten 152 verbinden. Der Heizungskasten 152 kann einem Fahrzeuginnenraum 160 mittels Umwälzen von Motorkühlmittel erwärmte Luft liefern, wie durch 157 angezeigt wird. Der Kühler 156 kann ein Gebläse 158 aufweisen, das gesteuert werden kann, um eine vermehrte Wärmeübertragung von dem Kühler zu der umliegenden Umgebung vorzusehen.
Das Getriebe 122 kann ein Getriebeöl nutzen, um Schmierung und/oder Kühlung der verschiedenen mechanischen Grenzflächen vorzusehen. Das Getriebe 122 kann eine Ölwanne 127 zum Auffangen von Getriebeöl umfassen, wo es zum Beispiel mittels einer oder mehrerer Pumpen zurück in das Getriebe geleitet werden kann, wie durch 128 gezeigt wird.
Das Motorsystem 100 kann mehr oder weniger Komponenten als vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben umfassen. Wie nachstehend näher beschrieben wird, kann das Motorsystem 100 ein oder mehrere Wärmerohre zum Übertragen von Wärme zwischen zwei oder mehr Komponenten des Motorsystems umfassen.
Während einen aktiven Pumpmechanismus verwendende Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen zwei oder mehr Komponenten und/oder Fluiden des Motorsystems verwendet werden können, können sie dennoch vermehrte Kosten und/oder Komplexität für das Motorsystem bedeuten, können eine zusätzliche Überwachung von Komponententemperaturen einsetzen und können zusätzliche Energie verbrauchen, um die Übertragung von Wärme beispielsweise mittels einer mechanischen Pumpe zu bewirken.
Bei manchen Bedingungen kann ein Wärmerohr zum Erleichtern von Wärmeübertragung zwischen zwei oder mehr Bereichen des Motorsystems mit einer Temperaturdifferenz verwendet werden, ohne dass undbedingt eine zusätzliche Temperaturüberwachung oder mechanisches Pumpen erforderlich ist. 2 zeigt eine Schnittansicht eines beispielhaften Wärmerohrs 200 zum Übertragen von Wärme zwischen einem ersten Bereich 210 und einem zweiten Bereich 220. Die Bereiche 210 und 220 können beliebige zwei Bereiche oder Komponenten des Motorsystems 100 umfassen, die vorstehend beschrieben wurden. In diesem bestimmten Beispiel ist hat der Bereich 210 eine höhere Temperatur als Bereich 220. Das Wärmerohr 200 umfasst ein längliches Gehäuse 230 mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt (z. B. thermische Verbindung) mit Bereich 210 und ein zweites Ende in thermischem Kontakt mit Bereich 220. Wie hierin beschrieben kann der thermische Kontakt oder die thermische Verbindung eine physikalische Kopplung der Komponente und des Wärmerohrs umfassen, wie in 2 angezeigt wird, oder kann einen dazwischen befindlichen Wärmetauscher umfassen, wie zum Beispiel in 9 angezeigt wird. Weiter mit 2 dient ein Gehäuse 230 als ein im Wesentlichen abgedichteter Behälter, in dem ein Arbeitsmedium vorhanden ist. Das Wärmerohr kann Wärme zwischen dem Bereich 210 höherer Temperatur und dem Bereich 220 niedrigerer Temperatur mittels Migration des verdampften Arbeitsmediums übertragen, das am Kondensatorende des Wärmerohrs kondensiert wird.
Während manchen Bedingungen, beispielsweise wenn der Bereich 210 von ausreichend hoher Temperatur ist, kann das Arbeitsmedium an einem Kesselende des Wärmerohrs verdampft oder gesiedet werden, wie durch 260 gezeigt wird. Das verdampfte Arbeitsmedium kann entlang eines Innendurchlasses 240, wie durch Vektor 292 gezeigt, wandern, wo es an einem Kondensatorende des Wärmerohrs kondensiert werden kann, wie durch 280 gezeigt wird. In manchen Ausführungen kann das Wärmerohr ein Dochtmaterial 250 umfassen, das das Rückleiten des kondensierten Arbeitsmediums, wie durch Vektor 294 gezeigt, mittels Kapillarwirkung erleichtert. Das Dochtmaterial kann ein gesintertes Metallpulver und/oder eine Reihe von Nuten umfassen, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Wärmerohrs sind. Alternativ kann das Dochtmaterial jedes geeignete Material oder jede geeignete Materialanordnung zum Fördern von Kapillarwirkung des kondensierten Arbeitsmediums umfassen. Die durch das Dochtmaterial geförderte Kapillarwirkung kann genutzt werden, um die Gravitationskraft zu überwinden, zum Beispiel wenn sich das kondensierte Fluid aufgrund der Ausrichtung des Wärmerohrs gegen die Schwerkraft bewegen muss. In alternativen Ausrührungen muss das Wärmerohr aber nicht unbedingt Dochtmaterial umfassen. Auf diese Weise kann das Arbeitsmedium zwischen einem wärmeren Bereich und einem kälteren Bereich zyklisch wechseln, wobei es damit Wärme überträgt.
Ein in 2 gezeigtes Wärmerohr kann verdampfendes Kühlen zum Übertragen von Wärmeenergie von dem Kesselende (z. B. 260) zu dem Kondensatorende (z. B. 280) durch Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmediums nutzen. Wenn das Kesselende des Wärmerohrs erwärmt wird, verdampft das Arbeitsmedium im Rohr an diesem Ende und erhöht den Dampfdruck im Hohlraum des Wärmerohrs. Die latente Wärme der Verdampfung, die durch Verdunstung des Arbeitsmediums absorbiert wird, reduziert die Temperatur am heißen Ende des Rohrs. Der Dampfdruck in der Nähe des flüssigen Arbeitsmediums am Kesselende des Rohrs ist höher als der Gleichgewichtsdampfdruck in der Nähe des kondensiertenden Arbeitsmediums am Kondensatorende des Rohrs, und diese Druckdifferenz treibt eine schnelle Masseübertragung zum kondensierenden Ende, wo der überschüssige Dampf seine latente Wärme freisetzt, was das kühle Ende des Rohrs erwärmt. Auf diese Weise kann ein Wärmerohr Wärme bei einer Rate übertragen, die im Wesentlichen höher als durch Leitungsprozesse ist.
Die Arbeitsweise des Wärmerohrs kann durch die Wahl des bestimmten Arbeitsmediums bzw. der bestimmten Arbeitsmedien geregelt werden, die darin verwendet werden. Wenn zum Beispiel der Bereich höherer Temperatur (z. B. 210) eine Temperatur hat, die niedriger als der Siedepunkt jeder Substanz des Arbeitsmediums ist, kann das Wärmerrohr einen relativ kleinen Betrag an Wärme mittels Leitung entlang des Gehäuses des Wärmerohrs übertragen. Wenn der Bereich höherer Temperatur den Siedepunkt mindestens einer Substanz des Arbeitsmediums erreicht oder überschreitet, kann das Wärmerohr beginnen, Wärme mittels Migration des Arbeitsmediums oder einer Substanz desselben von dem Kesselende zu dem Kondensatorende zu übertragen, wie vorstehend beschrieben wurde, um dadurch die Rate der Wärmeübertragung zwischen dem Bereich höherer Temperatur und dem Bereich niedrigerer Temperatur erheblich anzuheben. Wenn der Bereich höherer Temperatur eine obere Grenztemperatur überschreitet, kann das Arbeitsmedium vollständig verdampft werden, wodurch ein Abschwächen oder Stagnieren der Migration des Arbeitsmediums hervorgerufen wird, was die Wärmeübertragung zur Leitung entlang des Gehäuses reduziert.
Das Arbeitsmedium des Wärmerohrs kann eine oder mehrere Substanzen enthalten. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Arbeitsmedium eine oder mehrere Substanzen umfassen, darunter Wasser, Ethanol, Methanol, Quecksilber, Kühlmittel oder ein anderes geeignetes Fluid. Durch Wählen einer geeigneten Substanz oder einer geeigneten Mischung von Substanzen für das Arbeitsmedium kann ein geeignetes Temperaturfenster, bei dem das Wärmerohr Wärme durch Migration des Arbeitsmediums überträgt, erreicht werden. Auf diese Weise kann ein Wärmerohr so ausgelegt werden, dass es Wärme während manchen Bedingungen (z. B. zwischen Siedetemperatur und Stagnationstemperatur) bei einer im Wesentlichen höheren Rate überträgt und Wärme während anderen Bedingungen bei einer wesentlich niedrigeren Rate (z. B. mittels Leitung) überträgt.
In einem Beispiel können mehrere Arbeitsmedien verwendet werden, um zusätzliche Wärmerohrfunktionen vorzusehen. Es können zum Beispiel zwei verschiedene Arbeitsmedien verwendet werden, um verschiedene Wärmeübertragungseigenschaften vorzusehen, beispielsweise Wärmeübertragungstemperaturbereiche, Wärmeübertragungsbeträge, etc. In einem Beispiel haben die beiden verschiedenen Medien unterschiedliche physikalische Eigenschaften, die so gewählt sind, dass das Wärmerohr abhängig von den physikalischen Eigenschaften der Arbeitsmedien unterschiedliche Wärmeübertragungseigenschaften bei verschiedenen Bedingungen hat. Als weiteres Beispiel kann die Kurve für den Wärmeübertragungsbetrag bei einer vorgegebenen Temperatur durch geeignete Wahl von zwei oder mehr Arbeitsmedien in dem Wärmerohr geformt sein.
Das Wärmerohr 200 kann eine andere Form als das gerade längliche Element haben, das in 2 gezeigt wird. 3A veranschaulicht ein beispielhaftes Wärmerohr zum Übertragen von Wärme zwischen den Bereichen 310 und 320. In diesem bestimmten Beispiel kann das Wärmerohr ein Gehäuse mit mehreren Segmenten, die durch 330, 332 und 334 angezeigt sind, zum Übertragen des Arbeitsmediums mittels des Innendurchlasses 370 umfassen. 3B zeigt ein anderes beispielhaftes Wärmerohr zum Übertragen von Wärme von einem Bereich 310 hoher Temperatur zu einem Bereich 320 niedrigerer Temperatur mittels eines biegsamen Gehäuses 340, das das Kesselende 336 mit dem Kondensatorende 338 koppelt, was das Arbeitsmedium mittels des Innendurchlasses 372 strömen lässt. Somit können die verschiedenen hierin beschriebenen Wärmerohrbeispiele dafür ausgelegt sein, eine Wärmeübertragung zwischen zwei Bereichen des Motorsystems 100 vorzusehen, ohne dass unbedingt erforderlich ist, dass die Bereiche mittels eines linearen Wegs erreichbar sind. Auf diese Weise kann Wärme zwischen zwei geeigneten Bereichen oder Komponenten des Motorsystems übertragen werden.
4 und 5 veranschaulichen Wärmerohre, die in dem System 100 mit mehreren Abzweigungen verwendet werden können, die durch ein unteres Ende verbunden sind und ein gemeinsames Arbeitsmedium teilen. Durch Nutzen eines Wärmerohrs mit zwei oder mehr Abzweigungen kann eine Wärmequelle mit einer beschränkten Größe oder beschränktem Raum Wärme auf zwei oder mehr unterschiedliche Bereiche übertragen. Ferner kann die Nutzung eines Wärmerohrs mit mehreren Abzweigungen zum Mindern der Größe und/oder Menge an Grenzflächen zwischen dem Kessel und der Wärmequelle verwendet werden.
Zum Beispiel veranschaulicht 4A eine Schnittansicht eines Wärmerohrs 400, das zum Übertragen von Wärme von einem Bereich 410 höherer Temperatur zu zwei Bereichen 420 und 422 niedrigerer Temperatur verwendet werden kann. In diesem bestimmten Beispiel umfasst das Wärmerohr 400 ein Gehäuse mit einem unteren Teil 430 und zwei Zweigabschnitten 432 und 434. Analog kann sich der Innendurchlass 470 in zwei getrennte Innendurchlässe 472 und 474 verzweigen. Auf diese Weise kann ein Wärmerohr einen einzigen Kessel und zwei Kondensatoren umfassen, die es einem einzigen Wärmerohr ermöglichen können, die Übertragung von Wärme von einer einzigen Wärmequelle zu zwei oder mehr kühleren Bereichen zu übertragen. Es versteht sich, dass die Bereiche 420 und 422 die gleichen oder unterschiedliche Temperaturen haben können und Teil der gleichen oder einer anderen Komponente des Motorsystems sein können. Der Bereich 420 kann zum Beispiel ein Motorfluid wie ein Motoröl oder Motorkühlmittel aufweisen, und der Bereich 422 kann ein Getriebefluid wie ein Getriebeöl aufweisen. Alternativ können die Bereiche 420 und 422 beide mit der gleichen Komponente wärmeverbunden sein, zum Beispiel dem Motorkühlmittelsystem.
4B zeigt eine andere Ausführung des Wärmerohrs von 4A, die zeigt, wie mindestens zwei der Abzweigungen von unterschiedlicher Größe und/oder Form sein können. Auf diese Weise kann zwischen den Bereichen 410/420 und den Bereichen 410/422 abhängig von der relativen Größe und Form jeder Abzweigung mehr oder weniger Wärme übertragen werden. Ferner können verschiedene Bereiche oder Komponenten des Motorsystems durch jede Abzweigung zugänglich sein. 4C zeigt eine Endansicht des in 4a gezeigten Wärmerohrs zum Vorsehen einer besseren Verdeutlichung der bestimmten Wärmerohrauslegung.
5A zeigt eine Schnittansicht eines beispielhaften Wärmerohrs 500 mit drei separaten Abzweigungen zum Erleichtern der Wärmeübertragung zwischen einem Bereich 510 höherer Temperatur und drei Bereichen 520, 530 und 540 niedrigerer Temperatur. Zum Beispiel kann der Bereich 510 mit einem Bereich der Abgasanlage thermisch verbunden sein, während die Bereiche 520, 530 und 540 mit dem Motoröl, Motorkühlmittel bzw. Getriebeöl in Verbindung stehen können. 5B zeigt eine Endansicht des beispielhaften Wärmerohrs 500. Wie vorstehend unter Bezug auf 4A-4C analog gezeigt wurde, können Bereiche niedrigerer Temperatur die gleiche oder andere Temperaturen haben und können das gleiche oder ein anderes Element des Motorsystems umfassen. Weiterhin können ein oder mehrere der Abzweigungen von gleicher oder unterschiedlicher Größe und Form wie die anderen Abzweigungen sein. Des Weiteren versteht sich, dass ein Wärmerohr eine größere Anzahl an Abzweigungen aufweisen kann.
6A, 6B und 6C zeigen ein Beispiel, bei dem mindestens zwei separate Wärmerohre so ausgelegt sein können, dass sie beruhend auf den bestimmten Betriebsbedingungen bidirektionale Wärmeübertragung vorsehen. In jeder von 6A, 6B und 6C sind die Wärmerohre 630 und 640 zwischen dem ersten Bereich 610 und dem zweiten Bereich 620 angeordnet. In diesem bestimmten Beispiel umfasst das Wärmerohr 630 ein anderes Arbeitsmedium als das Wärmerohr 640, so dass sie Wärme während verschiedener Bedingungen anders übertragen. Zum Beispiel kann das Wärmerohr 630 ein Arbeitsmedium wie Ethanol aufweisen, und das Wärmerohr 640 kann ein Arbeitsmedium wie Wasser aufweisen.
6A zeigt eine erste Bedingung, bei der der erste Bereich 610 eine höhere Temperatur als der zweite Bereich 620 hat. Ferner zeigt 6A ein Beispiel, bei dem der erste Bereich 610 eine Temperatur aufweist, die größer als der Siedepunkt des Arbeitsmediums des Wärmerohrs 630 ist, aber niedriger als der Siedepunkt des Arbeitsmediums des Wärmerohrs 640 und niedriger als die Stagnationstemperatur des Wärmerohrs 630 ist. Somit wird während der Bedingung von 6A Wärme von dem Bereich 610 höherer Temperatur mittels des Wärmerohrs 630 zu dem Bereich 620 niedrigerer Temperatur übertragen, wie durch Vektor 650 gezeigt wird, während das Wärmerohr 640 erheblich weniger Wärme (z. B. mittels Leitung) überträgt.
6B zeigt eine zweite Bedingung, bei der die Temperaturen der ersten und zweiten Bereiche unter den Siedepunkten beider Arbeitsmedien der Wärmerohre 630 und 640 liegen. Bei dieser Bedingung wird im Wesentlichen keine Wärme zwischen den ersten und zweiten Bereichen (z. B. mittels Leitung) übertragen.
6B zeigt weiterhin eine dritte Bedingung, bei der die Temperaturen der ersten und zweiten Bereiche recht ähnlich sind und innerhalb eines Betriebsbereichs mindestens eines der Wärmerohre 630 und 640 liegen. Während dieser Bedingung kann im Wesentlichen keine Wärme zwischen den Bereichen 610 und 620 übertragen werden, da kein Temperaturgefälle vorliegt.
6B zeigt weiterhin eine vierte Bedingung, bei der die Temperatur des ersten Bereichs größer als die Temperatur des zweiten Bereichs ist und wobei die Temperatur des ersten Bereichs größer als die Stagnationstemperatur des Wärmerohrs 630 und kleiner als der Siedepunkt des Wärmerohrs 640 ist. Während dieser Bedingung kann im Wesentlichen keine Wärme zwischen den Bereichen 610 und 620 übertragen werden, da kein Arbeitsmedium innerhalb des bestimmten Temperaturbereichs liegt.
6B zeigt weiterhin eine fünfte Bedingung, bei der die Temperatur des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs größer als die Stagnationstemperatur beider Wärmerohre 630 und 640 ist. Während dieser Bedingung kann im Wesentlichen keine Wärme zwischen den Bereichen 610 und 620 übertragen werden.
6C zeigt eine sechste Bedingung, bei der der zweite Bereich 620 eine höhere Temperatur als der ersten Bereich 610 hat und bei der die Temperatur von Bereich 620 höher als die Stagnationstemperatur des Wärmerohrs 630 ist und zwischen dem Siedepunkt und der Stagnationstemperatur des Wärmerohrs 640 liegt. Während dieser Bedingung kann Wärme mittels des Wärmerohrs 640 von dem Bereich 620 zu 610 übertragen werden, wie durch Vektor 660 gezeigt wird.
Somit können eine oder mehrere der obigen Bedingungen durch Wählen eines geeigneten Arbeitsmediums für jedes der Wärmerohre 630 und 640 und einer geeigneten Stelle in dem Motor- und/oder Fahrzeugsystem für die Anordnung der Wärmerohrendbereiche erreicht werden. Das Wärmerohr 630 in den obigen Beispielen umfasste zum Beispiel Arbeitsmedium mit einem niedrigeren Temperaturbereich als das Arbeitsmedium von Wärmerohr 640 (z. B. Ethanol bzw. Wasser). Auf diese Weise kann Wärme in eine erste Richtung übertragen werden, wo ein Temperaturgefälle zwischen zwei Bereichen vorliegt und wo der Bereich höherer Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs eines der beiden Wärmerohre liegt. Während einer anderen Bedingung, beispielsweise wenn das Wärmegefälle in der Gegenrichtung ist und der Bereich höherer Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs des anderen der beiden Wärmerohre liegt, kann Wärme in der Gegenrichtung übertragen werden.
Der erste Bereich 610 und der zweite Bereich 620 können ein beliebiges geeignetes Paar von hierin beschriebenen Motorsystemkomponenten umfassen. Zum Beispiel kann der Bereich 610 eine Abgasanlagenkomponente (z. B. einen Katalysator, eine Nachbehandlungsvorrichtung, einen Auslasskanal etc.) umfassen, und der Bereich 620 kann ein Motorsystemfluid (z. B. Motoröl, Motorkühlmittel, Getriebeöl etc.) umfassen. Alternativ kann der Bereich 620 eine Abgasanlagenkomponente (z. B. einen Katalysator, eine Nachbehandlungsvorrichtung, einen Auslasskanal etc.) umfassen, und der Bereich 610 kann ein Motorsystemfluid (z. B. Motoröl, Motorkühlmittel, Getriebeöl, etc.) umfassen. Als weiteres Beispiel kann der Bereich 610 eines von Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl umfassen, und der Bereich 620 kann ein anderes von Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl umfassen. Somit kann Wärme zwischen zwei oder mehr Komponenten oder Bereichen des Motorsystems oder zwischen dem Motorsystem und anderen Fahrzeugsystemen bidirektional übertragen werden.
7 zeigt eine schematisch vereinfachte Version einer beispielhaften Abgasanlage für einen Motor, wie sie zum Beispiel vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben wird. Ein Motor 700 erzeugt Abgase, die mittels eines Auslasskanals 710 an die umliegende Umgebung befördert werden können. Die Abgasanlage kann eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen wie 720 und 730 zum Behandeln der Abgase, bevor sie abgelassen werden, sowie einen Schalldämpfer 740 umfassen. Zum Beispiel kann die erste Vorrichtung einen Anspringkatalysator, einen Dreiwegekatalysator, einen NOx-Filter, einen SOx-Filter, einen Partikelfilter oder eine andere geeignete Nachbehandlungsvorrichtung aufweisen. Weiterhin kann die zweite Vorrichtung 720 eines von: einem Anspringkatalysator, einem Dreiwegekatalysator, einem NOx-Filter, einem SOx-Filter, einem Partikelfilter oder einer anderen geeigneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfassen. Während 7 eine grundlegende Darstellung für das Verständnis von 8-11 bietet, versteht sich, dass die hierin beschriebenen Ansätze auf das Motorsystem von 1 anwendbar sind.
8 zeigt einen Teil einer Abgasanlage, wie sie zum Beispiel vorstehend unter Bezug auf 7 beschrieben wird. In diesem Beispiel ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 810 entlang eines Auslasskanals des Motorsystems angeordnet. Die Vorrichtung 810 kann eine geeignete Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfassen, wie sie zum Beispiel unter Bezug auf die Vorrichtungen 720 oder 730 beschrieben wird. In diesem bestimmten Beispiel können verschiedene Komponenten der Abgasanlage als Bereich hoher und/oder niedriger Temperatur für ein oder mehrere Wärmerohre dienen. 8 zeigt zum Beispiel schematisch, wie ein oder mehrere Wärmerohre 820 mit dem Auslasskanal stromaufwärts der Vorrichtung 810 thermisch verbunden sein können. Somit kann Wärme in eine Richtung übertragen werden, wie unter Bezug auf 2 beschrieben wird, oder kann, wie unter Bezug auf 6 bei einer anderen Komponente des Motorsystems beschrieben, während mindestens einigen Temperaturbedingungen bidirektional übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Wärmerohr 830 mit der Vorrichtung 810 thermisch verbunden sein. Somit kann Wärme wie unter Bezug auf 2 beschrieben in eine Richtung übertragen werden oder wie unter Bezug auf 6 bei einer anderen Komponente des Motorsystems beschrieben während mindestens einigen Temperaturbedingungen bidirektional übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Wärmerohr 840 stromaufwärts der Vorrichtung 810 thermisch verbunden sein. Somit kann Wärme wie unter Bezug auf 2 beschrieben in eine Richtung übertragen werden oder kann wie unter Bezug auf 6 bei einer anderen Komponente des Motorsystems beschrieben während mindestens einigen Temperaturen bidirektional übertragen werden.
Auf diese Weise kann Wärme von oder zu der Abgasanlage übertragen werden, um die Temperatur einer Abgasvorrichtung in verschiedener Weise zu beeinflussen. Die Wärmerohre 820 und/oder 830 können zum Beispiel zum Vorsehen von Wärmeübertragung zu oder von der Vorrichtung 810 verwendet werden, während das stromabwärts der Vorrichtung 810 angeordnete Wärmerohr 840 genutzt werden kann, um mit weniger Wirkung auf die Temperatur der Vorrichtung 810 Wärme von der Abgasanlage zu entfernen oder ihr zuzuführen.
9 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel, wie ein Wärmerohr mit einer Komponente oder einem Bereich des Motorsystems thermisch verbunden werden kann. In diesem Beispiel können ein oder mehrere Wärmetauscher 920 mit einem Auslasskanal 910 oder einer anderen Komponente oder einem anderen Bereich mittels eines Wärmetauschers 930 thermisch verbunden werden. Zum Beispiel kann der Auslasskanal 910 Innenrippen zum Erleichtern der Übertragung von Wärme zu und von den Abgasen mittels des Wärmerohrs umfassen. Es versteht sich aber, dass jeder geeignete Wärmetauscher verwendet werden kann, um Wärmeübertragung zwischen einer Komponente des Motorsystems und einem Wärmerohr zu erleichtern. Als anderes Beispiel kann ein Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen dem Motoröl, dem Motorkühlmittel oder einem Getriebeöl und einem Wärmerohr verwendet werden. Weiterhin kann in manchen Ausführungen ein Wärmerohr ohne einen zwischengeschalteten Wärmetauscher mit einer Motorsystemkomponente thermisch verbunden sein.
10 zeigt schematisch mehrere Beispiele, die zeigen, wie Wärme zwischen verschiedenen Bereichen des Motorsystems übertragen werden kann. Während die verschiedenen Bereiche oder Komponenten, die in 10 gezeigt werden, unter Bezug auf 7 beschrieben werden, versteht sich, dass jeder geeignete Bereich des Motorsystems als Wärmequelle oder Wärmesenke für ein Wärmerohr dienen kann.
10A zeigt zum Beispiel, wie Wärme zwischen dem Motoröl und einem oder mehreren Bereichen der Abgasanlage in einer einzigen Richtung oder durch einen bidirektionalen Ansatz, wie er unter Bezug auf 6 beschrieben wird, übertragen werden kann. 10A zeigt zum Beispiel, wie Wärme von dem Auslasskanal vor einer ersten Nachbehandlungsvorrichtung zu Motoröl und umgekehrt, zwischen der ersten Vorrichtung und dem Motoröl, dem Auslasskanal zwischen den ersten und zweiten Vorrichtungen und dem Motoröl, zwischen der zweiten Vorrichtung und dem Motoröl und/oder zwischen dem Auslasskanal nach der zweiten Nachbehandlungsvorrichtung und dem Motoröl übertragen werden kann. Somit können eine oder mehrere der Wärmeübertragungsrichtungen, die in 10A veranschaulicht werden, durch ein oder mehrere Wärmerohre, die vorstehend unter Bezug auf 2-6 beschrieben sind, erreicht werden.
10B und 10C veranschaulichen, wie Wärme analog zu anderen Medien, darunter Motorkühlmittel bzw. Getriebeöl, übertragen werden kann.
11 zeigt, wie Wärme zusätzlich oder alternativ zwischen mehreren verschiedenen Bereichen der Abgasanlage und verschiedenen Motorsystemmedien übertragen werden kann. Zum Beispiel kann ein erster Bereich der Abgasanlage Wärme zu einem oder mehreren von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl und/oder einem oder mehreren von: Motoröl, Motorkühlmittel Wärme übertragen und kann Wärme zu dem ersten Bereich der Abgasanlage mittels eines oder mehrerer Wärmerohre übertragen. Analog kann ein zweiter und/oder dritter Bereich der Abgasanlage Wärme zu und von einem oder mehreren von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl mittels einem oder mehreren Wärmerohren übertragen. Ferner kann Wärme zwischen dem Motoröl und dem Motorkühlmittel, zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebeöl und/oder zwischen dem Motoröl und dem Getriebeöl mittels eines oder mehrerer Wärmerohre übertragen werden.
Weiterhin kann unter Bezug auf 10 und 11, bei denen ein einziger Bereich als Wärmequelle oder Wärmesenke für zwei oder mehr andere Bereiche dient, ein Wärmerohr mit mehreren Abzweigungen verwendet werden, wie unter Bezug auf 4 beschrieben wurde, oder es können mehrere einzelne Wärmerohre verwendet werden. Des Weiteren können, wenn das Strömen von Wärme bidirektional ist, mindestens zwei separate Wärmerohre mit unterschiedlichen Arbeitsmedien verwendet werden, um die Übertragung von Wärme während verschiedener Betriebsbedingungen zu erleichtern, wie zum Beispiel unter Bezug auf 6 beschrieben. Auf diese Weise können eine oder mehrere der Wärmeübertragungsoptionen, die in 10 und 11 angezeigt werden, so ausgelegt werden, dass sie bei verschiedenen Betriebsbedingungen eintreten.
12 sieht mehrere beispielhafte Betriebsartentabellen vor, die zeigen, wie Wärme zwischen verschiedenen Bereichen des Motorsystems basierend auf den bestimmten Betriebsbedingungen einiger der Motorsystemkomponenten übertragen werden kann.
12A zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel einer Betriebsarttabelle für ein Wärmerohr, das zwischen einem Bereich des Auslasskanals stromaufwärts (d. h. vor) einer ersten Nachbehandlungsvorrichtung und Motoröl angeordnet ist. Zum Beispiel kann die erste Nachbehandlungsvorrichtung einen Anspringkatalysator umfassen, wie unter Bezug auf 1 beschrieben wird. Jede der Betriebsarttabellen von 12 einschließlich 12A sieht einen Hinweis auf eine beispielhafte Richtung der Wärmeübertragung für die vorgegebene Betriebsbedingung vor.
12A zeigt drei verschiedene Betriebsbedingungen entlang der horizontalen Achse, die die Temperaturbedingungen an der ersten Nachbehandlungsvorrichtung darstellen, und drei verschiedene Betriebsbedingungen entlang der vertikalen Achse, die die Temperaturbedingungen des Motoröls darstellen. Wo die Tabelle „keine Wärme" anzeigt, wird mittels des Wärmerohrs im Wesentlichen keine Wärme übertragen, was durch Wahl eines geeigneten Arbeitsmediums für das Wärmerohr oder durch die Bedingung, bei der kein Wärmegefälle vorliegt, erreicht werden kann. Wenn zum Beispiel keine Wärmeübertragung erfolgt, kann der Temperaturbereich kleiner als der Siedepunkt des Arbeitsmediums sein, oder der Temperaturbereich kann größer als die Stagnationstemperatur des Wärmerohrs sein. Wenn die Tabelle „Wärme zum Motoröl" anzeigt, kann Wärme von der Abgasanlage vor (z. B. stromaufwärts) der ersten Nachbehandlungsvorrichtung zum Motoröl übertragen werden. Wenn die Tabelle „Wärme zum Katalysator" anzeigt, kann Wärme von dem Motoröl zu dem Auslasskanal vor der ersten Nachbehandlungsvorrichtung übertragen werden, was in diesem bestimmten Beispiel den Anspringkatalysator umfasst, der zum Beispiel in 1 gezeigt wird.
Als erstens Beispiel kann bezüglich einer Einlasstemperatur des Anspringkatalysators in dem Bereich von 800-1.650°F (426,66-898,88°C) und Motoröl bei einer Temperatur von unter 150°F (65,55°C) Wärme von dem Auslasskanal stromaufwärts des Anspringkatalysators (z. B. am Einlass zum Katalysator) zum Motoröl übertragen werden. Dies kann zum Beispiel mittels eines einzigen Wärmerohrs mit einem Betriebsbereich von mindestens zwischen etwa 800-1.650°F (426,66-898,88°C) erreicht werden. Das Kesselende des Wärmerohrs kann mit dem Auslasskanal stromaufwärts des Anspringkatalysators thermisch verbunden sein, und ein Kondensatorende kann mit der Motorölwanne, dem Einlass oder Auslass des Motorölfilters oder einer anderen geeigneten Stelle zum Übertragen von Wärme auf das Motoröl thermisch verbunden sein. Wie aber durch die beispielhafte Betriebsarttabelle von 12A gezeigt wird, kann, wenn die Temperatur des Auslasskanals stromaufwärts des Anspringkatalysators unter 800°F (426,66°C) liegt, im Wesentlichen keine Wärme auf das Motoröl bei einer Temperatur unter 150°F (65,55°C) übertragen werden. Dies kann durch Wählen eines Arbeitsmediums für das Wärmerohr verwirklicht werden, das nicht zu verdampfen beginnt, bevor es eine Temperatur von etwa 800°F (426,66°C) erreicht.
Wie ersichtlich ist, können somit die Betriebsarttabellen von 12 angewendet werden, um das Wählen eines geeigneten Arbeitsmediums für ein Wärmerohr zu ermöglichen.
Als zweites Beispiel kann bezüglich der Einlasstemperatur des Anspringkatalysators in dem Bereich von unter 800°F (426,66°C) und der Temperatur des Motoröls von über 240°F (115,55°C) Wärme von dem Motoröl auf den Auslasskanal stromaufwärts des Anspringkatalysators übertragen werden, wenn das Motoröl eine höhere Temperatur als der Auslasskanal hat. Wenn aber die Temperatur des Motoröls unter 150°F (65,55°C) liegt und die Einlasstemperatur des Anspringkatalysators in dem Bereich von unter 800°F (426,66°C) liegt, kann im Wesentlichen keine Wärme zwischen dem Motoröl und dem Auslasskanal übertragen werden. Diese Wärmeübertragungsbedingung kann durch ein Wärmerohr mit einem Arbeitsmedium erreicht werden, das nicht zu verdampfen beginnt, bevor es eine Temperatur von mindestens 150°F (65,55°C) erreicht.
Die vorstehend unter Bezug auf 12A beschriebenen ersten und zweiten Beispiele können beide durch Verwenden von mindestens zwei Wärmerohren mit unterschiedlichen Arbeitsmedien, wie sie vorstehend zum Beispiel unter Bezug auf 6 beschrieben werden, erreicht werden. Auf diese Weise können durch Nutzen von zwei oder mehr Wärmerohren mit Arbeitsmedien, die für den Sollbetriebstemperaturbereich geeignet sind, verschiedene Wärmebedingungen verwirklicht werden.
12B und 12C zeigen Betriebsarttabellen, die die Richtung der Wärmeübertragung zwischen dem Auslasskanal stromaufwärts der ersten Nachbehandlungsvorrichtung und dem Motorkühlmittel bzw. Getriebeöl zeigen.
Als weiteres Beispiel können Betriebsarten von verschiedenen Tabellen kombiniert werden, zum Beispiel durch Nutzen eines Wärmerohrs mit mehreren Abzweigungen. Die genutzte Betriebsart von 12A zum Beispiel, bei der der Zustand des Motoröls unter 150° (65,55°C) liegt und die Temperatur des Auslasskanals stromaufwärts des Anspringkatalysators über 1.650°F (898,88°C) liegt, kann durch ein Wärmerohr mit mehreren Abzweigungen mit der Betriebsart kombiniert werden, die eingesetzt wird, wenn der Zustand des Getriebeöls von 12C unter 150°F (65,55°C) liegt und die Temperatur des Auslasskanals stromaufwärts des Anspringkatalysators über 1.650°F (898,88°C) liegt. Ein Kesselende des Wärmerohrs kann mit dem Auslasskanal thermisch verbunden werden, während eine erste Abzweigung mit einem Kondensatorende mit dem Motoröl in thermischem Kontakt stehen kann und eine zweite Abzweigung mit einem Kondensatorende mit dem Getriebeöl in thermischem Kontakt stehen kann. Auf diese Weise kann ein einziges Wärmerohr zum Erfüllen von zwei oder mehr Betriebsarten der durch 12 gezeigten Betriebsarttabellen verwendet werden.
12D, 12E und 12F zeigen Betriebsarttabellen, die die Richtung der Wärmeübertragung zwischen einem von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl und dem Auslasskanal zwischen einer ersten Nachbehandlungsvorrichtung (z. B. einem Anspringkatalysator) und einer zweiten Nachbehandlungsvorrichtung (z. B. einem Mager-NOx-Filter) anzeigen, wie zum Beispiel vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben wird.
12G, 12H und 12I zeigen Betriebsarttabellen, die die Richtung der Wärmeübertragung zwischen einem von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl und einer Nachbehandlungsvorrichtung, zum Beispiel an oder unter dem Körper eines Dreiwegekatalysators, wie er vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben wird, anzeigen.
12J, 12K und 12L zeigen Betriebsarttabellen, die die Richtung der Wärmeübertragung zwischen einem von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl und dem Auslasskanal nach jeder der Nachbehandlungsvorrichtungen, zum Beispiel am Einlass zum Schalldämpfer, wie er vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben wird, anzeigen.
12M zeigt eine Betriebsarttabelle, die die Richtung der Wärmeübertragung zwischen dem Motoröl und dem Getriebeöl mittels eines oder mehrerer Wärmerohre anzeigt. 12N zeigt eine Betriebsarttabelle, die die Richtung der Wärmeübertragung zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebeöl mittels eines oder mehrerer Wärmerohre anzeigt. 12O zeigt eine Betriebsarttabelle, die die Richtung von Wärmeübertragung zwischen dem Motoröl und dem Motorkühlmittel mittels eines oder mehrerer Wärmerohre anzeigt.
Es versteht sich, dass eine oder mehrere der Betriebsarttabellen von 12 zum Teil oder in Kombination verwendet werden können, um den Sollheizbetrieb des Motorsystems zu erreichen. Wo Wärmeübertragung einer einzigen Richtung gezeigt wird, kann Wärmeübertragung mittels eines einzigen Wärmerohrs erreicht werden. Wo Wärmeübertragung bidirektional gezeigt wird, können zwei oder mehr Wärmerohre verwendet werden. Wo Wärmeübertragung von einem einzigen Bereich zu zwei oder mehr Bereichen erfolgt, können mehrere einzelne Wärmerohre oder ein Wärmerohr mit mehreren Abzweigungen verwendet werden. Weiterhin versteht sich, dass die in den Betriebsarttabellen von 12 vorgesehenen Temperaturbereiche nicht einschränkend sind und für veranschaulichende Zwecke vorgesehen werden.
Es werden mehrere beispielhafte Szenarien vorgesehen, welche die hierin beschriebenen Ansätze weiter veranschaulichen.
Als erstes beispielhaftes Szenario können, wie in 13 gezeigt, zwei oder mehr Wärmerohre dafür ausgelegt sein, festgelegte Wärmeübertragungsvorgänge während verschiedener Zeiträume eines Betriebszyklus des Motorsystems auszuführen, wie zum Beispiel durch die Betriebsarttabellen von 12 vorgegeben. 13 zeigt das Motorsystem 100 von 1 mit mehreren Wärmerohren 1310, 1320 und 1330. Während dieses bestimmte Beispiel drei Wärmerohre umfasst, versteht sich, dass mehr oder weniger Wärmerohre verwendet werden können. Das Wärmerohr 1310 kann zum Beispiel zum Übertragen von Wärme zwischen dem Einlass 134 zu dem Anspringkatalysator 136 und zu dem Einlass des Ölfilters verwendet werden, wie durch 1350 gezeigt wird. Das Wärmerohr 1320 kann zum Übertragen von Wärme von dem Auslasskanal 138 zwischen den Vorrichtungen 136 und 140 und der Getriebeölwanne oder einem anderen geeigneten Teil des Getriebes (z. B. Einlass zu einem Thermostat (Gatter zu Kühler bei externen Reglern)) verwendet werden. Das Wärmerohr 1330 kann zum Übertragen von Wärme zwischen dem Auslasskanal 142 stromabwärts einer zweiten Vorrichtung 140 und dem Motorkühlmittelsystem (z. B. mittels Heizungskasten 152) verwendet werden.
Zum Beispiel kann bei Starten des Motors aus einem Kaltzustand ein erstes Wärmerohr (z. B. Wärmerohr 1320 und/oder 1330) mit einem ersten Arbeitsmedium ausgelegt sein, das eine Wärmeübertragung von den Abgasen stromabwärts mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Motoröl, Motorkühlmittel und/oder Getriebeöl bewirkt. Daher kann in diesem bestimmten Beispiel das Arbeitsmedium mit einem Betriebsbereich (z. B. zwischen Siedepunkt und Stagnation) ausgewählt werden, der eine Wärmeübertragung bei einem Temperaturbereich ermöglicht, der während Warmlaufen des Motorsystems vorliegt. Auf diese Weise kann ein Erwärmen des Motors oder von Getriebefluiden schneller erreicht werden, während nicht unbedingt die durch die Abgase der stromaufwärts des Wärmerohrs angeordneten Nachbehandlungsvorrichtung zugeführte Wärme reduziert wird. Das Wärmerohr 1330 kann zum Beispiel Wärme auf das Kühlmittelsystem übertragen, wo sie zum Erwärmen des Fahrzeuginnenraums mittels des Wärmetauschers 152 genutzt werden kann. Das erste Arbeitsmedium kann auch so gewählt werden, dass das erste Wärmerohr eine Stagnationstemperatur erreicht, wenn sich das Motorsystem einem erwärmten Zustand nähert oder ihn erreicht, wodurch die Wärmeübertragung danach reduziert wird. Auf diese Weise kann die Wärmeübertragung von der Abgasanlage zu einem der Motorsystemfluide bei höheren Temperaturen reduziert werden.
Weiterhin kann ein zweites Wärmerohr (z. B. 3110 und/oder 1320) mit einem zweiten Arbeitsmedium ausgelegt werden, das das Übertragen von Wärme von mindestens einem von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebefluid zu einem Bereich der Abgasanlage stromaufwärts von oder bei einer Nachbehandlungsvorrichtung aufnimmt, wo die Temperaturen bei oder über einem erwärmten Temperaturzustand des Motors liegen. Wenn die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung und mindestens eines von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl im Wesentlichen ähnlich (z. B. während stabilen Betriebs) sind, wird im Wesentlichen keine Wärme übertragen, da wenig oder kein Temperaturgefälle vorliegt. Wenn aber die der Nachbehandlungsvorrichtung (z. B. mittels der Motorabgase) vorgesehene Abgaswärme reduziert wird, kann die durch das Wärmerohr auf die Nachbehandlungsvorrichtung übertragene Wärme entsprechend zunehmen, wodurch an der Nachbehandlungsvorrichtung eine geeignete Temperatur gehalten wird. Zum Beispiel kann während eines Motorabschaltvorgangs oder eines teilweisen Zylinderdeaktivierungsvorgangs der Betrag der Abgaswärme reduziert werden, was ansonsten ohne Verwendung einer zusätzlichen Erwärmung mittels des Wärmerohrs eine Senkung der Nachbehandlungstemperatur verursachen würde. Auf diese Weise können ein oder mehrere Wärmerohre verwendet werden, um eine geeignete Temperatur der verschiedenen Motorsystemkomponenten zu wahren.
Als zweites beispielhaftes Szenario, das in 14 gezeigt wird, kann ein Wärmerohr (z. B. Wärmerohr 1410), das an oder stromaufwärts einer Nachbehandlungsvorrichtung (z. B. 136 und/oder 140) angeordnet ist, ein Arbeitsmedium umfassen, das zum Vorsehen verstärkter Wärmeübertragung weg von der Abgasanlage während höherer Temperaturbedingungen gewählt wird, wodurch ein Wärmeschutz der Nachbehandlungsvorrichtung vorgesehen wird. Das Arbeitsmedium kann zum Beispiel so gewählt werden, dass es bei einer Temperaturbedingung zu sieden beginnt, bei der ein Kühlen der Abgasanlage erwünscht ist, um die Abgasanlagenkomponenten zu schützen. Zum Beispiel kann Wärme von der Abgasanlage zu dem Motorkühlmittel übertragen werden, wo sie durch den Kühler mittels des Kühlmittelsystems dissipiert werden kann. Auf diese Weise können verschiedene Komponenten der Abgasanlage vor thermischer Verschlechterung geschützt werden. Während kühleren Bedingungen, wie sie beispielsweise während Motorstart- oder Motordeaktivierungsbedingungen auftreten können, kann ein zweites Wärmerohr (z. B. Wärmerohr 1420) dem Kühlmittelsystem Wärme von dem Auslasskanal liefern. Auf diese Weise kann während Bedingungen wie Starten oder Warmlaufen des Motors ein Motor- und/oder Fahrzeuginnenraumerwärmen verbessert werden.
15 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Wärmerohr 1500 mehrere Abzweigungen umfasst, wie zum Beispiel vorstehend unter Bezug auf 4 oder 5 beschrieben wurde. In diesem bestimmten Beispiel ist ein unteres Ende 1510 oder das Wärmerohr 1500 mit dem Kessel des Wärmerohrs mit dem Auslasskanal thermisch verbunden, während ein Ende einer ersten Abzweigung 1512 mit der Getriebeölwanne thermisch verbunden ist und eine zweite Abzweigung 1514 mit dem Motorkühlmittelsystem thermisch verbunden ist. Auf diese Weise kann Wärme zumindest während manchen Bedingungen von dem Auslasskanal zu zwei oder mehr Motorsystemfluiden übertragen werden.
Es versteht sich, dass die hierin unter Bezug auf 2-5 beschriebenen verschiedenen Wärmerohrauslegungen verwendet werden können, um Wärme unter verschiedenen Komponenten der Motor- und Fahrzeugsysteme zu übertragen, wie hierin unter Bezug auf 6-15 beschrieben wird. Ferner versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden. Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor, die als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder dessen Entsprechung beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein oder mehrere solche Elemente einbezogen werden, wobei zwei oder mehrere solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder anders gefasst als die ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Motorsystem für ein Fahrzeug, welches umfasst: einen Abgase erzeugenden Motor; einen Auslasskanal zum Befördern der Abgase zu einer umliegenden Umgebung; ein erstes Wärmerohr mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal und einem zweiten Ende in thermischem Kontakt mit einem ersten Fluid des Motorsystems; ein zweites Wärmerohr mit einem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal und einem zweiten Ende in thermischem Kontakt mit einem zweiten Fluid des Motorsystems; und wobei das erste Wärmerohr so ausgelegt ist, dass es zwischen dem Auslasskanal und dem ersten Fluid während mindestens einer ersten Temperaturbedingung vermehrte Wärmeübertragung vorsieht, und das zweite Wärmerohr so ausgelegt ist, dass es zwischen dem zweiten Fluid und dem Auslasskanal während mindestens einer zweiten Temperaturbedingung, die sich von der ersten Temperaturbedingung unterscheidet, vermehrte Wärmeübertragung vorsieht.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmerohr dafür ausgelegt ist, während der ersten Temperaturbedingung Wärme von dem Auslasskanal zu dem ersten Fluid zu übertragen, und das zweite Wärmerohr dafür ausgelegt ist, während der zweiten Temperaturbedingung Wärme von dem ersten Fluid des Motors zu dem Auslasskanal zu übertragen.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmerohr dafür ausgelegt ist, während der ersten Temperaturbedingung Wärme von dem Auslasskanal zu dem ersten Fluid zu übertragen, und das zweite Wärmerohr dafür ausgelegt ist, während der zweiten Temperaturbedingung Wärme von dem Auslasskanal zu dem zweiten Fluid zu übertragen.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperaturbedingung kleiner als die zweite Temperaturbedingung ist.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperaturbedingung während eines Erwärmungsvorgangs des Motors vorliegt.
Motorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperaturbedingung während eines Betriebs vorliegt, bei dem die Verbrennung in mindestens einem Zylinder des Motors eingestellt ist.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid eines von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl ist; und dass das zweite Fluid ein anderes von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl ist.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid eines von: Motoröl, Motorkühlmittel und Getriebeöl ist; und dass das zweite Fluid das gleiche wie das erste Fluid ist.
Motorsystem nach Anspruch 1, welches weiterhin mindestens eine entlang des Auslasskanals angeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst, wobei das erste Wärmerohr in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal stromabwärts der mindestens einen Abgasnachbehandlungsvorrichtung steht.
Motorsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wärmerohr in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal stromaufwärts der Stelle steht, an der das erste Wärmerohr in thermischem Kontakt mit dem Auslasskanal steht.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmerohr ein erstes Arbeitsmedium aufweist und das zweite Wärmerohr ein zweites Arbeitsmedium mit einer anderen physikalischen Eigenschaft als das erste Arbeitsmedium aufweist.
Verfahren zum Übertragen von Wärme durch ein ganzes Motorsystem für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: während einer ersten Bedingung das Anheben des Betrags der zwischen einem ersten Bereich des Motorsystems und einem zweiten Bereich des Motorsystems mittels eines ersten Wärmerohrwegs übertragenen Wärme; und während einer zweiten Bedingung das Anheben des Betrags der zwischen einem dritten Bereich des Motorsystems und einem vierten Bereich des Motorsystems mittels eines zweiten Wärmerohrwegs übertragenen Wärme.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich des Motorsystems ein erster Teil eines Auslasskanals des Motors ist und der dritte Bereich des Motorsystems ein zweiter Teil des Auslasskanals stromaufwärts des ersten Teils ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich des Motorsystems der Motor ist und der vierte Bereich des Motorsystems ein mit dem Motor verbundenes Getriebe ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich mindestens eines von Schmiersystem und Kühlsystem umfasst; und dass der vierte Bereich mindestens eines von Schmiersystem und Kühlsystem umfasst; und dass das Schmiersystem mindestens eines von Motoröl und Getriebeöl umfasst und das Kühlsystem mindestens eines von Motorkühlmittel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich des Motorsystems ein Auslasskanal des Motors ist und der zweite Bereich ein Schmiersystem des Motors ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Bereich des Motorsystems das Schmiersystem des Motors ist und der vierte Bereich mindestens eines von einem Schmiersystem eines mit dem Motor verbundenen Getriebes oder einem Kühlsystem des Motors ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Bereich des Motorsystems ein Kühlmittelsystem des Motors ist und der vierte Bereich ein Schmiersystem mindestens eines von Motor und einem mit dem Motor gekoppelten Getriebe ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmerohrweg und der zweite Wärmerohrweg verschiedene Arbeitsmedien umfassen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmerohrweg und der zweite Wärmerohrweg ein gemeinsames Arbeitsmedium teilen.
Wärmerohr für ein Motorsystem eines Fahrzeugs, welches umfasst: einen mit einem ersten Bereich des Motorsystems thermisch verbundenen Grundteil, wobei der Grundteil einen Kessel bildet; eine erste längliche Abzweigung mit einem mit dem Grundteil gekoppelten ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende in thermischer Verbindung mit einem zweiten Bereich des Motorsystems, wobei das zweite Ende einen ersten Kondensator bildet; eine zweite längliche Abzweigung mit einem mit dem Grundteil gekoppelten ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende in thermischer Verbindung mit einem dritten Bereich des Motorsystems, wobei das zweite Ende einen zweiten Kondensator bildet; und wobei der Grundteil, die erste längliche Abzweigung und die zweite längliche Abzweigung ein gemeinsames Arbeitsmediumvolumen teilen.
Wärmerohr nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich einen Auslasskanal des Motors umfasst; und dass der zweite und der dritte Bereich jeweils etwas anderes aus Motoröl, Getriebeöl und Motorkühlmittel umfassen.
Wärmerohr für ein Fahrzeugsystem, welches umfasst: einen mit einem ersten Bereich des Fahrzeugsystems thermisch verbundenen Grundteil, wobei der Grundteil einen Kessel bildet; eine erste längliche Abzweigung mit einem mit dem Grundteil gekoppelten Ende und einem gegenüberliegenden Ende in thermischer Verbindung mit einem zweiten Bereich des Fahrzeugsystems, wobei das gegenüberliegende Ende einen Kondensator bildet; ein erstes Arbeitsmedium in der Abzweigung; und ein zweites Arbeitsmedium in der Abzweigung, wobei das zweite Arbeitsmedium sich von dem ersten Arbeitsmedium unterscheidende physikalische Eigenschaften aufweist, so dass das Wärmerohr bei verschiedenen Bedingungen abhängig von den physikalischen Eigenschaften des ersten und zweiten Arbeitsmediums verschiedene Wärmeübertragungseigenschaften aufweist.