專利名稱：：包括熱管的發(fā)動機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動機系統(tǒng)，特別是一種包括熱管的發(fā)動機系統(tǒng)。
背景技術：
：汽車發(fā)動機系統(tǒng)的熱量管理正面臨各種挑戰(zhàn)。例如，在較低溫度工況下，例如在發(fā)動機冷起動后，由于潤滑液體在較低溫度下效力降低，發(fā)動機和/或變速器可能經(jīng)受較大的阻力。該阻力會導致汽車功率下降和/或較多的排放。作為另一個例子，在發(fā)動機暖機過程中，乘客室的加熱會延遲直到發(fā)動機冷卻劑到達可實現(xiàn)乘客室加熱的溫度。在另一個例子中，如果發(fā)動機系統(tǒng)的各種組件和/或流體各自溫度超過特定閩值，它們就會產(chǎn)生劣化。除此之外還有其他挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容在一種方法中，某些上述問題可以由一種汽車發(fā)動機系統(tǒng)解決，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生排氣的發(fā)動機；用于將排氣輸送到外部環(huán)境的排氣道；第一熱管，其具有與所述排氣道熱接觸的第一端，以及與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一流體熱接觸的第二端；第二熱管，其具有與所述排氣道熱接觸的第一端，以及與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第二流體熱接觸的第二端；所述第一熱管配置為在至少第一溫度工況期間提供增加的排氣道和第一流體之間的熱傳遞，所述第二熱管配置為在不同于第一溫度工況的至少第二溫度工況期間提供增加的排氣道和第二流體之間的熱傳遞。在另一種方法中，某些上述問題可以由一種在整個汽車發(fā)動機系統(tǒng)中傳遞熱量的方法解決，該方法包括在第一工況期間，通過第一熱管通道增加在發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域和第二區(qū)域之間傳遞的熱量；在第二工況期間，通過第二熱管通道增加在發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域和第四區(qū)域之間傳遞的熱量。在另一種方法中，某些上述問題可以由一種用于汽車發(fā)動機系統(tǒng)的熱管解決，該熱管包括與發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域熱連接的基座，所述基座形成蒸發(fā)器；第一伸長的分支，其具有連接所述基座的第一端和與發(fā)動機系統(tǒng)的第二區(qū)域熱連通的相對的第二端；所述第二端形成第一冷凝器；第二伸長的分支，其具有連接所述基座的第一端和與發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域熱連通的相對的第二端；所述第二端形成第二冷凝器；所述基座、第一伸長的分支和第二伸長的分支共用工作流體的共同體積。圖1顯示了示例汽車發(fā)動機系統(tǒng)。圖2顯示了示例熱管。圖3至圖5顯示了可選的熱管配置。圖6顯示了通過兩個熱管形成的各種雙向熱傳遞工況。圖7顯示了發(fā)動機排氣系統(tǒng)的簡化的通用視圖。圖8顯示了用于排氣系統(tǒng)組件的各種熱管配置。圖9顯示了熱管和發(fā)動機系統(tǒng)組件的示例接口。圖IO和圖11顯示了用一個或多個熱管所產(chǎn)生的可能的熱傳遞方向。圖12顯示了用于實現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)組件快速加熱的各種模態(tài)表(modetable)。圖13至圖15顯示了具有不同的熱管配置的示例發(fā)動機系統(tǒng)。具體實施例方式本發(fā)明針對熱傳遞元件的應用進行闡述，熱傳遞元件可以指熱管，用于幫助各種發(fā)動機系統(tǒng)組件之間的熱能交換。熱管可用來實現(xiàn)相當髙的熱傳遞率而不需要使用泵或其他機械組件。另外，這些熱管可配置為在特定溫度范圍內(nèi)提供熱傳遞，從而不需要來自控制系統(tǒng)的輸入就可以調(diào)節(jié)熱傳遞的程度，當然通過來自控制系統(tǒng)的輸入來調(diào)節(jié)更有利。在一種方法中，通過分段熱傳遞事件可實現(xiàn)更快的汽車加熱。作為一個例子，在發(fā)動機暖機過程中，可以以協(xié)調(diào)的方式對催化劑，乘客室，和/或機械潤滑系統(tǒng)的溫度進行加熱。在另一種方法中，一個或多個熱管可配置為防止發(fā)動機系統(tǒng)的某些組件或流體熱劣化，或者可配置為將組件或流體保持在能提供改良的運行的規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。圖1顯示了配置在汽車102內(nèi)的示例發(fā)動機系統(tǒng)100。發(fā)動機系統(tǒng)100包括發(fā)動機no。發(fā)動機iio可包括具有一個或多個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機?？蛇x地，發(fā)動機uo可包括外燃發(fā)動機，轉(zhuǎn)子發(fā)動機，或其他合適的發(fā)動機。發(fā)動機iio通過燃料的燃燒能產(chǎn)生機械功。發(fā)動機110所產(chǎn)生的機械功能通過變速器1"和傳動軸1"在其他組件之間傳遞到至少一個驅(qū)動輪126。發(fā)動機110通過燃料燃燒所產(chǎn)生的排氣通過排氣系統(tǒng)130輸送到發(fā)動機外。排氣系統(tǒng)130包括排氣歧管132,用來將多個燃燒室的流量并入至少一個排氣道134。排氣系統(tǒng)130包括一個或多個排氣后處理裝置136，140,和/或144。在這個具體實施例中，第一后處理裝置136包括起燃催化劑，第二后處理裝置"0包括稀NOx捕集器或三元催化劑，而裝置144包括消聲器。應當理解，可以使用另外的或其他適合的類型或數(shù)量的后處理裝置，包括一個或多個微粒過濾器，NOx捕集器，SOx捕集器，催化劑，消聲器等及其他裝置。裝置1%和MO通過排氣道13S連通，裝置l40和144通過排氣道142連通。排氣管146用于將排氣從排氣系統(tǒng)流到外部環(huán)境。發(fā)動機110采用發(fā)動機油來提供機械接口的潤滑和/或冷卻，以及釆用發(fā)動機冷卻劑來提供發(fā)動機的額外的冷卻。發(fā)動機110包括用于收集發(fā)動機油的油底殼114，發(fā)動機油在此可通過例如泵循環(huán)到發(fā)動機，如116所示。發(fā)動機冷卻劑通過冷卻劑系統(tǒng)150在發(fā)動機110內(nèi)或在發(fā)動機110附近循環(huán)。冷卻劑系統(tǒng)150包括一個或多個連接散熱器156和/或加熱箱152的冷卻劑通道154。加熱箱152通過如157所示的發(fā)動機冷卻劑循環(huán)向乘客室160提供加熱的空氣。散熱器156包括風扇158，可控制該風扇以提供增加的從散熱器到外部環(huán)境的熱傳遞。變速器122使用變速器油來提供各種機械接口的潤滑和/或冷卻。變速器122包括用于收集變速器油的油底殼127,變速器油在此可通過例如一個或多個泵再循環(huán)回到變速器中，如128所示。發(fā)動機系統(tǒng)IOO可以包括比參考圖1所述多的組件或比之少的組件。將在下面更為詳細地描述的是，發(fā)動機系統(tǒng)IOO可以包括一個或多個熱管，用于在發(fā)動機系統(tǒng)的兩個或多個組件之間傳遞熱量。雖然使用主動泵送機構的熱交換器可用來在發(fā)動機系統(tǒng)的兩個或多個組件和/或流體之間傳遞熱量，但是它們會增加發(fā)動機系統(tǒng)的費用和/或復雜性，使用額外的對組件溫度的監(jiān)控，并使用額外的能量來影響熱量的傳遞，例如通過機械泵。在某些工況下，不需要額外的溫度監(jiān)控或機械泵送，使用熱管以有助于具有溫差的發(fā)動機系統(tǒng)的商個或多個區(qū)域之間的熱傳遞。圖2顯示了用于在第一區(qū)域210和第二區(qū)域220之間傳遞熱量的示例熱管200的剖視圖。區(qū)域210和220包括上面所描述的發(fā)動機系統(tǒng)100的任何兩個區(qū)域或組件。在這個具體實施例中，區(qū)域210的溫度比區(qū)域220的溫度高。熱管200包括伸長的外殼230,該外殼具有與區(qū)域210熱接觸(例如熱連通)的第一端以及與區(qū)域220熱接觸的第二端。如這里所描述的，熱接觸或熱連通例如包括如圖2所示的組件和熱管的物理連接或者包括如圖9所示的中間熱交換器。繼續(xù)參考圖2，外殼230作為基本上密封的容器，工作流體駐留在其中。熱管可以通過在熱管冷凝端冷凝的蒸發(fā)的工作流體的流動來在高溫區(qū)域210和低溫區(qū)域220之間傳遞熱量。在某些工況下，例如當區(qū)域210溫度充分高時，工作流體可以在標號為260的熱管蒸發(fā)端被蒸發(fā)或汽化。蒸發(fā)的工作流體可以沿內(nèi)部通道240按照箭頭292所示方向移動，在標號為280的熱管冷凝端被冷凝。在某些實施例中，熱管包括毛細材料250,有助于冷凝的工作流體按照箭頭294所示方向通過毛細作用回流。毛細材料包括燒結(jié)金屬粉末和/或一系列與熱管縱軸基本平行的槽?？蛇x地，毛細材料可包括用于促進冷凝的工作流體的毛細作用的任何適合的材料或者材料配置。毛細材料促進的毛細作用能用來使得流體克服重力，例如由于熱管的定向，冷凝的工作流體必須逆重力方向流動。然而，在可選實施例中，熱管并非必須包括毛細材料。這樣，工作流體可以在高溫區(qū)域和低溫區(qū)域之間循環(huán)隨之傳遞熱量。如圖2所示，熱管利用蒸發(fā)冷卻通過工作流體的蒸發(fā)和冷卻將熱能從蒸發(fā)端(例如260)傳遞到冷凝端(例如280)。當熱管的蒸發(fā)端被加熱，在熱管此端內(nèi)的工作流體蒸發(fā)并增加熱管腔內(nèi)的蒸汽壓力。被工作流體的蒸發(fā)吸收的蒸發(fā)的潛熱降低了熱管熱端的溫度。鄰近熱管蒸發(fā)端的液態(tài)工作流體的蒸汽壓力高于鄰近熱管冷凝端的冷凝的工作流體的平衡蒸汽壓力，該壓力差驅(qū)使快速質(zhì)量傳遞到冷凝端，此處過剩蒸汽釋放其潛熱，加熱熱管的冷端。這樣，熱管能以比采用傳導方法高得多的速率傳遞熱量。熱管內(nèi)使用的具體的一種或多種工作流體的選擇決定了熱管的工作。例如，在高溫區(qū)域(例如210)的溫度低于工作流體中每種物質(zhì)的沸點時，熱管會通過沿著熱管外殼傳導來傳遞相對少量的熱量。在高溫區(qū)域的溫度達到或者超過工作流體中至少一種物質(zhì)的沸點時，熱管通過工作流體或者其中物質(zhì)的移動如上所述從蒸發(fā)端到冷凝端傳遞熱量，從而充分增加高溫區(qū)域和低溫區(qū)域之間的熱傳遞率。當高溫區(qū)域超過上限溫度時，工作流體完全被蒸發(fā)，從而導致工作流體移動減少或者滯止，這就減少了沿外殼的導熱。熱管的工作流體可包括一種或多種物質(zhì)。作為一個非限制性例子，工作流體可包括一種或多種物質(zhì)，包括水，乙醇，甲醇，水銀，冷卻劑，或其他合適的液體。通過為工作流體選擇合適的物質(zhì)或物質(zhì)的混合，可以達到合適的溫度窗口，在該溫度窗口熱管通過工作流體的移動傳遞熱量。這樣，熱管可配置為在某些工況期間(例如在蒸發(fā)溫度和滯止溫度之間)以相當高的速率傳遞熱量以及在其他工況期間以相當?shù)偷乃俾?例如通過傳導)傳遞熱量。在一個例子中，采用多種工作流體來提供額外的熱管功效。例如，采用兩種不同的工作流體來提供不同的熱傳遞特性，例如熱傳遞溫度范圍，熱傳遞量等。在一個例子中，兩種不同的工作流體具有所選的不同的物理屬性，以使熱管根據(jù)工作流體的物理屬性在不同工況下具備不同的熱傳遞特性。作為另一個例子，通過熱管內(nèi)的兩種或多種工作流體的適當選擇，可以構造出給定溫度的熱傳遞量的曲線。熱管200的形狀可以不同于圖2中所示的直的伸長的元件。圖3A顯示了用于在區(qū)域310和320之間傳遞熱量的示例熱管。在這個具體例子中，熱管包括具有標號為330,332,和334的多段的外殼，用于通過內(nèi)部通道370來傳輸工作流體。圖3B顯示了另一個示例熱管，用于通過連接蒸發(fā)端336和冷凝端338的柔性外殼340使得工作流體在內(nèi)部通道372內(nèi)流動，將熱量從高溫區(qū)域310傳遞到低溫區(qū)域320。因此，這里所描述的各種熱管示例可配置為在發(fā)動機系統(tǒng)100的兩個區(qū)域間提供熱傳遞而不需要所述區(qū)域通過線性通道相連。這樣，熱量可以在發(fā)動機系統(tǒng)的任何兩個合適的區(qū)域或組件之間傳遞。圖4和圖5顯示了可用于系統(tǒng)100內(nèi)的熱管，該熱管具有多個匯集于基端并共用共同的工作流體的分支。通過使用具有兩個或多個分支的熱管，具有有限尺寸或空間的熱源可傳遞熱量到兩個或多個不同的區(qū)域。另外，具有多個分文的熱管的使用能減少蒸發(fā)器和熱源之間接口的尺寸和/或數(shù)量。作為一個例子，圖4A顯示了用于將熱量從高溫區(qū)域410傳遞到兩個低溫區(qū)域420和422的熱管400的剖視圖。在這個具體例子中，熱管400包括具有較低部分430和兩個分支部分432和434的外殼。類似地，內(nèi)部通道470可分為兩個獨立的內(nèi)部通道472和474。這樣，包括單個蒸發(fā)器和兩個冷凝器的熱管可以實現(xiàn)單個熱管有助于從單個熱源傳遞熱量到兩個或多個較冷區(qū)域。應當理解，低溫區(qū)域420和422的溫度可以相同也可以不同，且可以是發(fā)動機系統(tǒng)的同一組件或者不同組件的一部分。例如，區(qū)域420可包括例如發(fā)動機油或者發(fā)動機冷卻劑這樣的發(fā)動機流體，區(qū)域422可包括例如變速器油這樣的變速器流體。可選地，區(qū)域420和422可以熱連接到同一個組件，例如發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)。圖4B顯示了圖4A的熱管的替換實施例，示出分支中的至少兩個如何具有不同的尺寸和/或形狀。這樣，區(qū)域410/420和區(qū)域410/422之間傳遞熱量的多少取決于每個分支相對的尺寸和形狀。另外，發(fā)動機系統(tǒng)的不同區(qū)域或組件可通過每個分支相互連接圖4C顯示了圖4A中熱管的端視圖，用于進一步闡述該具體熱管的配置。圖5A顯示了示例熱管500的剖視圖，該熱管500具有三個獨立的分支，有助于高溫區(qū)域510和三個低溫區(qū)域520,530,和540之間的熱傳遞。作為一個例子，區(qū)域510可熱連接到排氣系統(tǒng)的區(qū)域，而區(qū)域520,530和540可分別與發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，變速器油熱連通。圖5B顯示了示例熱管500的端視圖。如參考圖4A-圖4C的類似描述，低溫區(qū)域的溫度可以相同或不同，并可包括發(fā)動機系統(tǒng)相同或不同的元件。另外，分支的一個或多個可以與其他分支具有相同或者不同的尺寸和形狀。另外應當理解，熱管可包括更多數(shù)量的分支。圖6A,6B,和6C顯示了至少兩個獨立的熱管可配置為基于具體工況提供雙向熱傳遞的示例。在圖6A,6B，和6C中，熱管630和640設置在第一區(qū)域610和第二區(qū)域620之間。在這個具體例子中，熱管630和熱管640包括不同的工作流體，以使它們在不同的工況期間傳遞不同的熱量。作為一個例子，熱管630包括諸如乙醇這樣的工作流體，熱管640包括諸如水這樣的工作流體。圖6A顯示了第一工況，此時第一區(qū)域610的溫度比第二區(qū)域620的溫度髙。另外，圖6A顯示了第一區(qū)域610的溫度比熱管630的工作流體的沸點高而比熱管"0的工作流體的沸點低并且比熱管630的滯止溫度低的示例。從而，在圖6A的工況期間，熱量從高溫區(qū)域610通過熱管630沿箭頭650的方向傳遞到低溫區(qū)域620,而熱管640傳遞相當少的熱量(例如通過傳導)。圖6B顯示了第二工況，此時第一區(qū)域和第二區(qū)域的溫度比熱管和的工作流體的沸點低。在這種工況期間，基本上沒有熱量在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間傳遞(例如通過傳導)。圖6B還顯示了第三工況，此時第一區(qū)域和第二區(qū)域的溫度基本上相似并且落在熱管630和640中至少一個的工作范圍內(nèi)。在這種工況期間，基本上沒有熱量在區(qū)域610和620之間傳遞，因為此時不存在溫度梯度。圖6B還顯示了第四工況，此時第一區(qū)域的溫度比第二區(qū)域的溫度高，并且第一區(qū)域的溫度比熱管630的滯止溫度高而比熱管640的沸點低。在這種工況期間，基本上沒有熱量在區(qū)域610和620之間傳遞，因為此時沒有工作流體處于特定溫度范圍內(nèi)。圖6B還顯示了第五工況，此時第一區(qū)域和/或第二區(qū)域的溫度比熱管630和640的滯止溫度高。在這種工況期間，基本上沒有熱量在區(qū)域610和620之間傳遞。圖6C顯示了第六工況，此時第二區(qū)域620的溫度比第一區(qū)域610的溫度高，區(qū)域620的溫度比熱管630的滯止溫度高并且在熱管640的沸點和滯止溫度之間。在這種工況期間，熱量可以從區(qū)域620通過熱管640沿著箭頭660的方向傳遞到區(qū)域610。因此，通過為熱管630和640中的每個選擇合適的工作流體以及為熱管端區(qū)域在發(fā)動機系統(tǒng)和/或汽車系統(tǒng)中選擇合適的位置，就可以實現(xiàn)上述工況中的一種或多種。例如，在上述例子中的熱管630所包括的工作流體的溫度范圍比熱管640的工作流體的溫度范圍低(例如，工作流體分別是乙醇和水)。這樣，當兩個區(qū)域之間存在溫度梯度以及高溫區(qū)域在兩個熱管中一個的溫度范圍內(nèi)時，熱量可以第一方向傳遞。在不同的工況期間，例如熱量梯度相反且高溫區(qū)域在兩個熱管中另一個的溫度范圍內(nèi)，熱量可以相反的方向傳遞。第一區(qū)域610和第二區(qū)域620包括如這里所描述的任何合適的一對發(fā)動機系統(tǒng)組件。作為一個例子，區(qū)域610包括排氣系統(tǒng)組件中的一個(例如催化劑，后處理裝置，排氣道，等等)，區(qū)域620包括發(fā)動機系統(tǒng)流體(例如發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，變速器油，等等)?？蛇x地，區(qū)域620包括排氣系統(tǒng)組件中的一個(例如催化劑，后處理裝置，排氣道，等等)，區(qū)域610包括發(fā)動機系統(tǒng)流體(例如發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，變速器油，等等)。作為另一個例子，區(qū)域610可包括發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，變速器油中的一種，區(qū)域620可包括發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，變速器油中的另一種。從而，熱量可以在發(fā)動機系統(tǒng)的兩個或多個組件或區(qū)域之間，或者在發(fā)動機系統(tǒng)和其他汽車系統(tǒng)之間雙向傳遞。圖7顯示了用于例如如圖l所描述的示例發(fā)動機排氣系統(tǒng)的示意性簡圖。發(fā)動機700產(chǎn)生排氣，該排氣通過排氣道710輸送到外部環(huán)境。排氣系統(tǒng)包括一個或多個后處理裝置，如720和730,用于在排氣排出之前對排氣進行處理，以及消聲器740。作為一個例子，第一裝置720包括起燃催化劑，三元催化劑，NOx捕集器，SOx捕集器，微粒過濾器，或其他合適的排氣后處理裝置中的一種。另外，第二裝置"o包括起燃催化劑，三元催化劑，NOx捕集器，SOx捕集器，微粒過濾器，或其他合適的排氣后處理裝置中的一種。雖然圖7提供了對于理解圖8-圖11的基本闡述，但應當理解，這里所描述的方法也可適用于圖1的發(fā)動機系統(tǒng)。圖8顯示了排氣系統(tǒng)的一部分，例如參考圖7在上面所描述的。在這個例子中，排氣后處理裝置810沿發(fā)動機系統(tǒng)的排氣道設置。裝置810可包括任何適合的排氣后處理裝置，例如關于裝置720或730所描述的。在這個具體例子中，排氣系統(tǒng)的各種組件作為用于一個或多個熱管的髙溫和/或低溫區(qū)域。例如，圖8示意性地示出一個或多個熱管820如何與裝置810上游的排氣道熱連接。從而，在至少某些溫度工況期間，熱量就可以如圖2所描述的一個方向傳遞或者與發(fā)動機系統(tǒng)的另一個組件如圖6所描述雙向傳遞。作為替換或補充，至少一個熱管830與裝置810熱連接。從而，在至少某些溫度工況期間，熱量就可以如圖2所描述的一個方向傳遞或者與發(fā)動機系統(tǒng)的另一個組件如圖6所描述雙向傳遞。作為替換或補充，至少一個熱管840與裝置810下游排氣道熱連接。從而，在至少某些溫度工況期間，熱量就可以如圖2所描述的一個方向傳遞或者與發(fā)動機系統(tǒng)的另一個組件如圖6所描述雙向傳遞。這樣，熱量可以通過不同的方法從排氣系統(tǒng)傳遞出或者傳遞到排氣系統(tǒng)來影響排氣裝置的溫度。例如，使用熱管820和/或830來提供熱傳遞到裝置810或從裝置810傳遞出，而布置在裝置810下游的熱管840用來從排氣系統(tǒng)增加或者移除熱量，而很少影響到裝置810的溫度。圖9顯示了熱管如何熱連接到發(fā)動機系統(tǒng)的組件或區(qū)域的非限制性示例。在這個例子中，一個或多個熱管920可以通過熱交換器930熱連接到排氣道910或者其他組件或區(qū)域。作為一個例子，排氣道910包括內(nèi)部散熱片，用來有助于經(jīng)由熱管將熱量傳遞到排氣或從排氣傳遞出。然而，應當理解，可使用任何合適的熱交換器來有助于發(fā)動機系統(tǒng)的組件和熱管之間的熱傳遞。作為另一個例子，可使用熱交換器在發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，或變速器油和熱管之間傳遞熱量。另外，在某些實施例中，不需要中間熱交換器，熱管就可熱連接到發(fā)動機系統(tǒng)組件。圖10示意性地顯示了熱量如何在發(fā)動機系統(tǒng)各區(qū)域間傳遞的幾個例子。雖然顯示在圖10中的各區(qū)域或組件參考圖7進行描述，應當理解，發(fā)動機系統(tǒng)的任何合適的區(qū)域可作為熱管的熱源或冷源。圖10A示例性地顯示了熱量如何在發(fā)動機油和排氣系統(tǒng)的一個或多個區(qū)域之間單向傳遞，或者如圖6所示雙向傳遞。圖IOA示例性地顯示了熱量如何從位于第一后處理裝置之前的排氣道傳遞到發(fā)動機油或相反，如何在第一裝置和發(fā)動機油之間傳遞，如何在第一、第二裝置之間的排氣道和發(fā)動機油之間傳遞，如何在第二裝置和發(fā)動機油之間傳遞，和/或如何在位于第二后處理裝置之后的排氣道和發(fā)動機油之間傳遞。因此，通過參考圖2-圖5所描述的一個或多個熱管，可以實現(xiàn)圖10A中所示的一個或多個熱傳遞方向。圖IOB和圖IOC分別顯示了熱量如何類似地傳遞到包括發(fā)動機冷卻劑和變速器油的其他流體。圖11顯示了熱量如何補充或替換地在排氣系統(tǒng)的幾個不同區(qū)域和各種發(fā)動機系統(tǒng)流體之間傳遞。例如，通過一個或多個熱管，排氣系統(tǒng)的第一區(qū)域可以傳遞熱量到發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，和變速器油中的一個或多個，和/或發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，和變速器油中的一個或多個可以傳遞熱量到排氣系統(tǒng)的第一區(qū)域。類似地，通過一個或多個熱管，排氣系統(tǒng)的第二和/或第三區(qū)域可以傳遞熱量到發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，以及變速器油中的一個或多個或發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，和變速器油中的一個或多個可以傳遞熱量到排氣系統(tǒng)的第二、第三區(qū)域。另外，熱量可以通過一個或多個熱管，在發(fā)動機油和發(fā)動機冷卻劑之間傳遞，在發(fā)動機冷卻劑和變速器油之間傳遞，和/或在變速器油和發(fā)動機油之間傳遞。另外，參考圖IO和圖11，其中單個區(qū)域作為兩個或多個其他區(qū)域的熱源或冷源，需要采用如圖4所描述的多分支熱管或者采用多個單獨的熱管。另外，當熱量的流動是雙向的時，采用具有不同工作流體的至少兩個獨立的熱管來幫助熱量在不同工況期間的傳遞，例如圖6中所描述的。這樣，圖10和圖11中顯示的一種或多種熱傳遞選項可以配置為在不同工況下發(fā)生。圖12提供了幾個示例性模態(tài)表，顯示了熱量如何基于某些發(fā)動機系統(tǒng)組件的具體工況而在發(fā)動機系統(tǒng)的不同區(qū)域之間傳遞。圖12A顯示了熱管的模態(tài)表的非限制性例子，該熱管設置在第一后處理裝置上游(例如之前)的排氣道的區(qū)域和發(fā)動機油之間。例如，第一后處理裝置包括如參考圖1所述的起燃催化劑。包括圖12A在內(nèi)的圖12中的每個模態(tài)表對給定的工況提供了熱傳遞的示例方向的指示。圖12A顯示了代表第一后處理裝置處的溫度工況的沿橫軸的三個不同的工況，以及代表發(fā)動機油的溫度工況的沿縱軸的三個不同的工況。表中標明的"無熱量"表示基本上沒有熱量通過熱管傳遞，這通過為熱管選擇合適的工作流體或者通過不存在熱量梯度的工況來實現(xiàn)。例如，沒有出現(xiàn)熱傳遞時，溫度范圍會小于工作流體的沸點或者溫度范圍會大于熱管的滯止溫度。表中標明"熱量到發(fā)動機油"表示熱量會從第一后處理裝置之前(例如上游)的排氣系統(tǒng)傳遞到發(fā)動機油。表中標明"熱量到催化劑"表示熱量會從發(fā)動機油傳遞到第一后處理裝置之前的排氣道，在這個具體實施例中第一后處理裝置包括如圖1中所示的起燃催化劑。作為第一個例子，起燃催化劑的進口溫度在800-1650°F范圍內(nèi)且發(fā)動機油溫度小于150°F,熱量會從起燃催化劑上游(例如在催化劑進口位置)的排氣道傳遞到發(fā)動機油。這可以例如通過具有至少在大約800-1650°F之間的工作范圍的單個熱管來實現(xiàn)。熱管的蒸發(fā)端熱連接到起燃催化劑上游的排氣道，冷凝端熱連接到發(fā)動機油底殼，發(fā)動機油過濾器的進口或出口，或者其他用于傳遞熱量到發(fā)動機油的適合位置。然而，如圖12A的示例模態(tài)表所顯示，當起燃催化劑上游的排氣道的溫度低于800°F時，基本上不會有熱量傳遞到溫度低于150°F的發(fā)動機油。這可以通過為熱管選擇直到達到大約800°F溫度才開始蒸發(fā)的工作流體來實現(xiàn)。因此，可以看出，困l2的模態(tài)表可應用來為熱管選擇合適的工作流體。作為第二個例子，起燃催化劑的進口溫度低于800°F且發(fā)動機油的溫度高于240°F,當發(fā)動機油的溫度高于起燃催化劑上游的排氣道時，熱量會從發(fā)動機油傳遞到起燃催化劑上游的排氣道。然而，當發(fā)動機油溫度低于150°F且起燃催化劑的進口溫度低于S00°F時，基本上沒有熱量會在發(fā)動機油和排氣道之間傳遞。這種熱傳遞工況可以通過為熱管選擇直到到達至少150°F溫度才開始蒸發(fā)的工作流體來實現(xiàn)。上述參考圖12A的第一個和第二個例子，可通過采用至少兩個具有不同的工作流體的熱管來同肘實現(xiàn)，如圖6中所述。這樣，通過使用兩個或多個具有適于期望的工作溫度范圍的工作流體的熱管，就可以實現(xiàn)不同熱傳遞工況。圖12B和12C分別顯示了第一后處理裝置上游的排氣道與發(fā)動機冷卻劑以及變速器油之間的熱傳遞方向的模態(tài)表。作為另一個例子，通過使用具有多分支的熱管，不同表中的模態(tài)可以組合。例如，通過多分支熱管，圖12A中發(fā)動機油溫度低于150°F且起燃催化劑上游的排氣道的溫度高于1650°F的工況下的模態(tài)可以與圖12C中變速器油溫度低于150°F且起燃催化劑上游的排氣道溫度高于1650°F的工況下的模態(tài)組合。熱管的蒸發(fā)端熱連接到排氣道，具有冷凝端的第一分支與發(fā)動機油熱接觸，具有冷凝端的第二分支則與變速器油熱接觸。這樣，單個熱管可用來實現(xiàn)圖12所表示的模態(tài)表的兩種或多種工作模態(tài)。圖12D,12E和12F顯示了表明發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑及變速器油中的一個和例如如圖1所示的第一后處理裝置(例如起燃催化劑)與第二后處理裝置(例如稀N0x捕集器)之間的排氣道之間的熱傳遞方向的模態(tài)表。圖12G,12H和121顯示了表明發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑及變速器油中的一個和后處理裝置之間的熱傳遞方向的模態(tài)表，例如如圖l所示，所述后處理裝置位于三元催化劑的主體處或主體下。圖12J,12K,和12L顯示了表明發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑及變速器油中的一個和每個后處理裝置后的排氣道之間的熱傳遞方向的模態(tài)表，例如如圖1所示，所述排氣道位于消聲器的進口處。圖12M顯示了表明通過一個或多個熱管在發(fā)動機油和變速器油之間的熱傳遞方向的模態(tài)表。圖12N顯示了表明通過一個或多個熱管在發(fā)動機冷卻劑和變速器油之間的熱傳遞方向的模態(tài)表。圖120顯示了表明通過一個或多個熱管在發(fā)動機油和發(fā)動機冷卻劑之間的熱傳遞方向的模態(tài)表。應當理解，圖12中的一個或多個模態(tài)表可以單獨使用或者組合使用來達到發(fā)動機系統(tǒng)期望的加熱工作。指明為單向熱傳遞時，熱傳遞可以通過單個熱管實現(xiàn)。指明為雙向熱傳遞時，可以使用兩個或多個熱管。熱傳遞從單個區(qū)域到兩個或多個區(qū)域時，可以使用多個單獨的熱管或具有多個分支的熱管。另外，應當理解，圖12的模態(tài)表中提供的溫度范圍僅用于說明目的而并非是限制性的。這里提供進一步闡述本發(fā)明的幾個示例情景。如圖13所示的第一個示例情景，在如圖12的模態(tài)表所示的發(fā)動機系統(tǒng)的工作循環(huán)的不同時期中，兩個或多個熱管可配置為執(zhí)行分段的熱傳遞工作。圖13顯示了圖1的包括多個熱管1310，1320，和1330的發(fā)動機系統(tǒng)100。雖然該具體例子包括三個熱管，應當理解，也可以使用更多或更少的熱管。例如熱管1310可用來在起燃催化劑l"的進口134和標號為1350的油過濾器的進口之間傳遞熱量。熱管1320可用來從裝置136,140之間的排氣道138以及變速器油底殼或變速器其他合適位置(例如溫度調(diào)節(jié)裝置的進口(用于外部調(diào)整器的散熱器冷卻器的門))傳遞熱量。熱管1330可用來在第二裝置140下游的排氣道142和發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)之間(例如通過加熱箱152)傳遞熱量。例如，在從冷工況起動發(fā)動機時，第一熱管(例如熱管1320和/或1330)可配置有第一工作流體，該流體最初導致熱量從至少一個后處理裝置下游的排氣傳遞到發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑，和/或變速器油。因此，在這個具體示例中，可選擇工作流體以具有在存在于發(fā)動機系統(tǒng)暖機期間的溫度范圍下實現(xiàn)熱傳遞的工作范圍(例如在沸點和滯止溫度之間)。這樣，發(fā)動機流體或變速器流體的加熱會更快地實現(xiàn)，而不需要減少由排氣提供到設置在熱管上游的后處理裝置的熱量。例如，熱管1330能傳遞熱量到冷卻劑系統(tǒng)，此處熱量通過熱交換器152加熱乘客室。也可選擇第一工作流體以使得當發(fā)動機系統(tǒng)接近或獲得暖機工況時第一熱管達到滯止溫度，從而減少隨后的熱傳遞。這樣，從排氣系統(tǒng)到發(fā)動機系統(tǒng)流體中的一種的熱傳遞會在較高溫度下被減少。另外，第二熱管(例如1310和/或1320)可以配置有第二工作流體，當溫度處于或高于發(fā)動機暖機溫度工況時，該流體開始從發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑和變速器油中至少一個傳遞熱量到后處理裝置處或后處理裝置上游的排氣系統(tǒng)的區(qū)域。當后處理裝置的溫度和發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑和變速器油中至少一個的溫度基本上類似時(例如在穩(wěn)態(tài)工作中)，由于幾乎不存在或沒有溫度梯度，基本上沒有熱量會傳遞。然而，如果提供給后處理裝置的排氣熱(例如通過發(fā)動機排氣)減少，通過熱管傳遞到后處理裝置的熱量會相應增加，從而對后處理裝置保持合適的溫度。作為一個例子，在發(fā)動機停止工作期間或部分汽缸停用期間，排氣熱的量會減少，這會導致后處理裝置溫度降低而不需要通過熱管使用額外的加熱。這樣，一個或多個熱管可用來保持各種發(fā)動機系統(tǒng)組件的合適的溫度。如圖14所示的第二個示例情景，設置在后處理裝置(例如136和/或H0)處或其上游的熱管(例如熱管1410)可包括工作流體，該流體被選來在高溫工況期間提供來自排氣系統(tǒng)的增加的熱傳遞，從而對后處理裝置提供熱防護。例如，可以選擇工作流體以使其在需要排氣系統(tǒng)的冷卻來保護排氣系統(tǒng)組件的溫度工況下蒸發(fā)。作為一個例子，熱量會從排氣系統(tǒng)傳遞到發(fā)動機冷卻劑，在此熱量通過冷卻劑系統(tǒng)被散熱器耗散。這樣，排氣系統(tǒng)的各組件可防止熱劣化。在較冷工況期間，例如在發(fā)動機起動或發(fā)動機停用工況期間所出現(xiàn)的，第二熱管(例如熱管1420)能從排氣道向冷卻劑系統(tǒng)提供熱量。這樣，在例如發(fā)動機起動或暖機工況期間，發(fā)動機和/或乘客室的加熱會得到改善。圖15顯示了熱管1500包括多個分支的例子，例如如圖4或圖5所描述的。在這個具體實施例中，包括熱管蒸發(fā)器的基端1510或熱管1500熱連接到排氣道，同時第一分支1512的端部熱連接到變速器油底殼，第二分支1514熱連接到發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)。這樣，在至少某些工況期間，熱量可以從排氣道傳遞到兩個或多個發(fā)動機系統(tǒng)流體。應當理解，本文中參考圖2-圖5所描述的各種熱管配置可用來在如圖6-圖15所描述的汽車系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)的各種組件之間傳遞熱量。另外，應當理解，這里所揭示的配置實質(zhì)上是示例性的，這些具體實施例不視為具有限制意義，因為可能有各種變體。本申請的主題包括本文中公開的各種系統(tǒng)和配置和其他特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f的和非顯而易見的組合和子組合。本申請的權利要求特別指出視為新穎的和非顯而易見的特定組合和子組合。這些權利要求可引用"一個"元素或"第一"元素或其等同物。這種權利要求應該理解為包括一個或多個這樣的元素的結(jié)合，不要求也不排除兩個或多個這樣的元素。所公開的特征，功能，元素，和/或?qū)傩缘钠渌M合和子組合可以通過修改當前的權利要求或在本申請或相關申請中提出新的權利要求來請求保護。這種權利要求，是否與原權利要求相比較寬，較窄，相等或不同，都視為包括在本申請的主題之內(nèi)。權利要求1.一種汽車發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，包括產(chǎn)生排氣的發(fā)動機；用于將所述排氣輸送到外部環(huán)境的排氣道；第一熱管，其具有與所述排氣道熱接觸的第一端，以及與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一流體熱接觸的第二端；第二熱管，其具有與所述排氣道熱接觸的第一端，以及與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第二流體熱接觸的第二端；其中，所述第一熱管配置為在至少第一溫度工況期間提供增加的所述排氣道和所述第一流體之間的熱傳遞，所述第二熱管配置為在不同于所述第一溫度工況的至少第二溫度工況期間提供增加的所述排氣道和所述第二流體之間的熱傳遞。2.如權利要求i所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一熱管配置為在所述第一溫度工況期間將熱量從所述排氣道傳遞到所述第一流體；所述第二熱管配置為在所述第二溫度工況期間將熱量從所述發(fā)動機的第一流體傳遞到所述排氣道。3.如權利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一熱管配置為在所述第一溫度工況期間將熱量從所述排氣道傳遞到所述第一流體；所述第二熱管配置為在所述第二溫度工況期間將熱量從所述排氣道傳遞到所述第二流體。4.如權利要求l所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一溫度工況低于所述第二溫度工況。5.如權利要求l所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一溫度工況是在發(fā)動機暖機工作期間。6.如權利要求5所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第二溫度工況是在發(fā)動機的至少一個汽缸內(nèi)的燃燒停止的工作期間。7.如權利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流體是發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑和變速器油中的一種；所述第二流體是發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑和變速器油中的不同于所述第一流體的另一種。8.如權利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流體是發(fā)動機油，發(fā)動機冷卻劑和變速器油中的一種；所述第二流體與所述第一流體相同。9.如權利要求1所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括至少一個沿所述排氣道設置的排氣后處理裝置，所述第一熱管與所述至少一個排氣后處理裝置下游的排氣道熱接觸。10.如權利要求9所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第二熱管與在所述第一熱管和所述排氣道的熱接觸位置上游的排氣道熱接觸。11.如權利要求l所述的發(fā)動機系統(tǒng)，其特征在于，所述第一熱管包括第一工作流體，所述第二熱管包括第二工作流體，所述第二工作流體與所述第一工作流體的物理屬性不同。12.—種在整個汽車發(fā)動機系統(tǒng)中傳遞熱量的方法，其特征在于，包括在第一工況期間，通過第一熱管通道增加所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域和第二區(qū)域之間傳遞的熱量；在第二工況期間，通過第二熱管通道增加所述發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域和第四區(qū)域之間傳遞的熱量。13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域是所述發(fā)動機的排氣道的第一部分，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域是位于所述第一部分上游的排氣道的第二部分。14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第二區(qū)域是所述發(fā)動機，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第四區(qū)域是連接所述發(fā)動機的變速器。15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二區(qū)域包括潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的至少一個；所述第四區(qū)域包括所述潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的至少一個；所述潤滑系統(tǒng)包括發(fā)動機油和變速器油中的至少一個，所述冷卻系統(tǒng)包括至少一種發(fā)動機冷卻劑。16.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域是所述發(fā)動機的排氣道，所述第二區(qū)域是所述發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)。17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域是所述發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)，所述第四區(qū)域是連接所述發(fā)動機的變速器的潤滑系統(tǒng)或所述發(fā)動機的冷卻劑系統(tǒng)中的至少一個。18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域是所述發(fā)動機的冷卻劑系統(tǒng)，所述第四區(qū)域是所述發(fā)動機和連接所述發(fā)動機的變速器中的至少一個的潤滑系統(tǒng)。19.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一熱管通道和第二熱管通道包括不同的工作流體。20.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一熱管通道和第二熱管通道共用共同的工作流體。21.—種用于汽車發(fā)動機系統(tǒng)的熱管，其特征在于，包括與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域熱連接的基座，所述基座形成蒸發(fā)器；第一伸長的分支，其具有連接所述基座的第一端和與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第二區(qū)域熱連通的相對的第二端；所述第二端形成第一冷凝器；第二伸長的分支，其具有連接所述基座的第一端和與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第三區(qū)域熱連通的相對的第二端；所述第二端形成第二冷凝器；且所述基座、第一伸長的分支和第二伸長的分支共用工作流體的共同體積。22.如權利要求21所述的熱管，其特征在于，所述第一區(qū)域包括所述發(fā)動機的排氣道；所述第二和第三區(qū)域分別包括發(fā)動機油，變速器油以及發(fā)動機冷卻劑中不相同的一個。23.—種用于汽車系統(tǒng)的熱管，其特征在于，包括與發(fā)動機系統(tǒng)的第一區(qū)域熱連接的基座，所述基座形成蒸發(fā)器；伸長的分支，其具有連接所述基座的一端和與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第二區(qū)域熱連通的相對端；所述相對端形成冷凝器；在所述伸長的分支中的第一工作流體；以及在所述伸長的分支中的第二工作流體，所述第二工作流體的物理屬性不同于所述第一工作流體，以使得所述熱管根據(jù)所述第一和第二工作流體的物理特性在不同的工況下具有不同的熱傳遞特性。全文摘要本發(fā)明涉及一種包括熱管的發(fā)動機系統(tǒng)，該用于汽車的發(fā)動機系統(tǒng)包括產(chǎn)生排氣的發(fā)動機；用于將排氣輸送到外部環(huán)境的排氣道；第一熱管，其具有與所述排氣道熱接觸的第一端，以及與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第一流體熱接觸的第二端；第二熱管，其具有與所述排氣道熱接觸的第一端，以及與所述發(fā)動機系統(tǒng)的第二流體熱接觸的第二端；所述第一熱管配置為在至少第一溫度工況期間提供增加的排氣道和第一流體之間的熱傳遞，所述第二熱管配置為在不同于第一溫度工況的至少第二溫度工況期間提供增加的排氣道和第二流體之間的熱傳遞。文檔編號F02G5/02GK101205850SQ200710160289公開日2008年6月25日申請日期2007年12月18日優(yōu)先權日2006年12月18日發(fā)明者夏恩·埃爾沃特,大衛(wèi)·比德納,戈皮昌德拉·蘇尼拉申請人:福特環(huán)球技術公司