用于從通過(guò)裝配有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)機(jī)構(gòu)的四沖程柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛回收的動(dòng)能和/或勢(shì)能生 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使得能夠從由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛回收能量的系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)，特別涉 及用于回收在車輛的制動(dòng)階段消散成熱量的動(dòng)能的那些系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉 及一種用于將通常在車輛的制動(dòng)階段消散的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成氣體燃料、優(yōu)選地合成氣中所含的 化學(xué)能的裝置。所述轉(zhuǎn)化通過(guò)壓縮從發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所產(chǎn)生的廢氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些氣體然后與另 外的碳化合物一起用在重整工藝中以獲得合成氣，所述合成氣隨后將被同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)用作 燃料。
【背景技術(shù)】
【背景技術(shù)】 [0002] 以車輛推進(jìn)機(jī)構(gòu)例如內(nèi)燃機(jī)為特征，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化燃料中所含的化學(xué)能以 增加氣體的壓力和溫度，迫使氣體執(zhí)行膨脹循環(huán)，從而將這種能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能然 后用于驅(qū)動(dòng)車輛，車輛又將所述能量作為動(dòng)能儲(chǔ)存在其自身運(yùn)動(dòng)中。
[0003] 這個(gè)程序在技術(shù)上被稱為熱力學(xué)循環(huán)。根據(jù)其工作特征，存在若干熱力學(xué)循環(huán)，包 括奧托循環(huán)（Ottocycle)、狄塞爾循環(huán)（Dieselcycle)和蘭金循環(huán)（Rankinecycle)。
[0004] 內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵特征在于其不能轉(zhuǎn)化燃料中儲(chǔ)存的所有化學(xué)能，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)將 其部分熱量轉(zhuǎn)移給冷源，如熱力學(xué)定律所描述。熱力學(xué)循環(huán)的最大理論效率是由被稱為卡 諾循環(huán)（Carnotcycle)的理想循環(huán)決定的。
[0005] 這些發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)主要特征是其基于熱循環(huán)，所述熱循環(huán)涉及不可逆的物理化 學(xué)過(guò)程。這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)不能變成發(fā)電機(jī)并且不能利用機(jī)械能產(chǎn)生包含于燃料中的化學(xué) 能。
[0006] 此外，大多數(shù)車輛制動(dòng)過(guò)程都使用基于摩擦的外部裝置；因此，動(dòng)能最終作為熱量 消散。
[0007] 在熱力學(xué)循環(huán)和制動(dòng)過(guò)程這兩者中的能量損失已經(jīng)成為長(zhǎng)久的問(wèn)題，并且已經(jīng)促 使尋求旨在優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)車輛中的燃料消耗的程序、裝置和創(chuàng)新。
[0008] 研宄方向之一已經(jīng)集中在回收在制動(dòng)器中消散的大部分動(dòng)能并且將其再次用于 給車輛加速?；谶@種設(shè)想的裝置已經(jīng)被分類至首字母縮略詞KERS(動(dòng)能回收系統(tǒng)）。
[0009] 典型地，KERS裝置允許降低車輛速度，從而將其動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)變成另一種類型 的能量。
[0010] 雖然KERS裝置主要用在由電能驅(qū)動(dòng)的車輛（即火車和地鐵）中，但是其近來(lái)也用 于裝配有內(nèi)燃機(jī)以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力車中。
[0011] 這些KERS裝置也被稱為再生制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于電氣化鐵路，所述KERS裝置被用于 提供其自身的電力供應(yīng)。對(duì)于電池車和混合動(dòng)力車，能量被儲(chǔ)存在電池組或電容器組中以 供后續(xù)使用。
[0012] 再生制動(dòng)是指一種類型的動(dòng)態(tài)制動(dòng)。動(dòng)態(tài)制動(dòng)包括例如電阻制動(dòng)等過(guò)程，由制動(dòng) 產(chǎn)生的電能通過(guò)所述過(guò)程作為熱量消散。
[0013] 再生制動(dòng)器是基于電動(dòng)機(jī)可以用作發(fā)電機(jī)的原理。電力牽引電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)期間被 重新接通作為發(fā)電機(jī)并且電力終端被用于供應(yīng)能量，所述能量被輸入電荷中并且此電荷提 供制動(dòng)效應(yīng)。
[0014]當(dāng)電動(dòng)火車制動(dòng)時(shí)，通過(guò)作為發(fā)電機(jī)工作的電子裝置調(diào)節(jié)牽引電動(dòng)機(jī)連接。舉 例來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)典型地具有霍爾效應(yīng)傳感器（Halleffectsensor)以確定轉(zhuǎn)子 位置，其提供關(guān)于車輛的信息并且使得能夠計(jì)算如何將電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的電流輸入儲(chǔ)存系統(tǒng) 中，所述儲(chǔ)存系統(tǒng)可以由電池或超級(jí)電容器組成。
[0015] 電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)連接到主牽引電動(dòng)機(jī)，并且電動(dòng)機(jī)的電樞連接到負(fù)載。牽引電動(dòng)機(jī)激 發(fā)電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)，車輛的輪子（汽車、有軌電車或機(jī)車的輪子）使電動(dòng)機(jī)的電樞轉(zhuǎn)動(dòng)并且電動(dòng) 機(jī)將用作發(fā)電機(jī)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)用作發(fā)電機(jī)時(shí)，由其產(chǎn)生的電能可以通過(guò)電阻器傳輸，這種過(guò)程 被稱為電阻制動(dòng)。如果在有軌電車或機(jī)車的情況下電流被送到供電線，那么電流可以被傳 導(dǎo)到電池或超級(jí)電容器中；在具有獨(dú)立電力線的自動(dòng)駕駛車輛的情況下，這可以被稱為再 生制動(dòng)。
[0016] 如果車輛的運(yùn)動(dòng)被減速，那么在制動(dòng)時(shí)流過(guò)電動(dòng)機(jī)電樞的電流必須與用于驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)的電流相反。
[0017] 制動(dòng)力與場(chǎng)線的磁場(chǎng)強(qiáng)度乘以電樞的角頻率的乘積成比例。
[0018] 舉例來(lái)說(shuō)，文獻(xiàn)US2002174798描述一種具有能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)的混合動(dòng)能機(jī) 車系統(tǒng)。在一種形式下，該系統(tǒng)可以被改裝到現(xiàn)有機(jī)車中或者作為原始設(shè)備安裝在新車中。 能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)捕獲動(dòng)態(tài)制動(dòng)能、過(guò)量的電動(dòng)機(jī)能量和外部供應(yīng)的能量，并且將能量 儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)能量?jī)?chǔ)存子系統(tǒng)中，包括飛輪、電池、超級(jí)電容器或所述子系統(tǒng)的組合。 能量?jī)?chǔ)存和再生系統(tǒng)可以位于單獨(dú)的能量補(bǔ)給車（energytendervehicle)中。單獨(dú)的能 量補(bǔ)給車任選地配備有牽引電動(dòng)機(jī)。能量管理系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力儲(chǔ)存和動(dòng)力轉(zhuǎn)移參數(shù)（包括指 示當(dāng)前和以后的軌道概況信息的數(shù)據(jù)）作出反應(yīng)，以確定當(dāng)前和以后的電能儲(chǔ)存和供應(yīng)需 求。能量管理系統(tǒng)相應(yīng)地控制能量的儲(chǔ)存和再生。
[0019] 電力再生制動(dòng)器也用在汽車中。該系統(tǒng)的一個(gè)早期實(shí)例是在1967年為美國(guó) 汽車公司（AmericanMotorsCorporation)的Amitron和古爾頓工業(yè)公司（Gulton Industries)研發(fā)的再生制動(dòng)器。這種汽車完全由原型階段的電池驅(qū)動(dòng)，所述電池通過(guò)再生 制動(dòng)再充電，從而導(dǎo)致車輛性能的提高。
[0020] 一種用于在制動(dòng)期間回收動(dòng)能的替代性系統(tǒng)是飛輪。這個(gè)組件接收原本會(huì)作為熱 量在制動(dòng)期間消散的能量，將回收的能量?jī)?chǔ)存在飛輪里。這種系統(tǒng)最初被用在2009 -級(jí)方 程式賽季的管理中。除了降低成本以外，這種裝置還被設(shè)計(jì)成用于增加比賽期間的超車次 數(shù)并且使車手超車更容易。所述系統(tǒng)是由Xtrac，TorotrackyFlybridSystem按照國(guó)際 汽車聯(lián)合會(huì)和歐盟（EU)所頒布的規(guī)定來(lái)設(shè)計(jì)和研發(fā)的。
[0021] 雖然沒(méi)有廣泛使用，但其應(yīng)用隨后延伸到普通汽車。舉例來(lái)說(shuō)，豐田公司從2010 年開(kāi)始銷售混合動(dòng)力車型AurisHSD，除了其它改進(jìn)以外，AurisHSD還包括再生制動(dòng)系統(tǒng)。 從2007年起，寶馬公司已經(jīng)開(kāi)始銷售具有柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一些系列車型，其屬于具有 各種改進(jìn)的EfficientDynamics線，包括制動(dòng)器能量再生系統(tǒng)。目前，這個(gè)系統(tǒng)被用于給車 輛的電池再充電而無(wú)需持續(xù)地使用交流發(fā)電機(jī)給電池充電，這樣或節(jié)省燃料或獲得動(dòng)力。
[0022] 沃爾沃汽車公司（一家瑞典汽車制造商）也已經(jīng)與VolvoPowertrain和SKF合 作開(kāi)發(fā)了一種新型KERS技術(shù)，其可降低燃料消耗高達(dá)25%，同時(shí)提高普通汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)性 能。
[0023] 該系統(tǒng)使用飛輪回收在制動(dòng)期間損失的動(dòng)能。當(dāng)汽車減速時(shí)，汽車的動(dòng)量使飛輪 旋轉(zhuǎn)加速到60,OOOrpm。當(dāng)汽車開(kāi)始行駛時(shí)，飛輪的旋轉(zhuǎn)力通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置被傳遞 到后輪。
[0024] 驅(qū)動(dòng)前輪的內(nèi)燃機(jī)在制動(dòng)一開(kāi)始時(shí)就立即關(guān)閉。飛輪能量可用于在再次起步時(shí)使 車輛加速，或者一旦當(dāng)車輛達(dá)到巡航速度時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛。因?yàn)轱w輪通過(guò)制動(dòng)被起動(dòng)并且能量 可以儲(chǔ)存有限的時(shí)間，所以這種技術(shù)在以反復(fù)停車和起步為特征的行駛期間最有效。與眾 不同的是，當(dāng)在交通擁擠的城市里駕駛時(shí)以及在主動(dòng)駕駛期間的燃料效率更高。
[0025] 這種系統(tǒng)的基本原理可見(jiàn)于例如文獻(xiàn)W02012123710A1中，該文獻(xiàn)描述了一種用 于車輛的能夠在20,OOOrpm或更大的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的高速飛輪系統(tǒng)，其包括：安裝在軸上并 且容納在外殼中的飛輪，和至少一個(gè)軸承配置，其中所述軸承配置通過(guò)例如環(huán)和/或金屬 橡膠結(jié)合型襯套（metalasticbush)等彈性體組件安裝到飛輪或外殼上，以減少噪音、振動(dòng) 和粗糙度（NVH)并且防止飛輪和外殼的共振模式彼此干擾。
[0026] 另一方面，公開(kāi)案W02011080512A1描述了一種用于車輛的能量?jī)?chǔ)存和回收系統(tǒng) 裝置，其包括飛輪、第一組齒輪和第二組齒輪以及多個(gè)濕式多片離合器，其中每個(gè)齒輪組中 的一組沿著離合器軸與離合器中的一個(gè)同軸地布置，并且其中所述裝置耦合到車輛傳動(dòng)裝 置上，使得離合器的起動(dòng)通過(guò)齒輪改變扭矩路徑的方向，從而實(shí)現(xiàn)多種配給并且因而實(shí)現(xiàn) 多種速度。
[0027] 然而，迄今為止還不存在將從制動(dòng)回收的車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為燃料以供在同一車輛中 后續(xù)使用的裝置。
[0028]因此，需要改進(jìn)現(xiàn)有方法或系統(tǒng)以從動(dòng)能獲得燃料，從而普遍降低燃料消耗，減少 環(huán)境污染并且?guī)椭鷮?duì)抗全球變暖。此外，使用無(wú)可動(dòng)部件而非無(wú)機(jī)械組件的設(shè)備可以顯著 降低投資和維修成本。
[0029] 因此，為了提供可用于幫助解決這個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題的替代方案，需要促進(jìn)這樣 的裝置，其回收在制動(dòng)期間消散的車輛動(dòng)能，同時(shí)改善整個(gè)循環(huán)中的燃料消耗。
[0030] 為此，所考慮的車輛是由具有四沖程燃燒循環(huán)并且具有JakeBrake(Jake制動(dòng) 器）的柴油機(jī)（例如安裝在大型車輛上的柴油機(jī)）驅(qū)動(dòng)的車輛。在這點(diǎn)上，本文引用了 并且通過(guò)引用的方式完全并入了專利US3220392。該專利在1965年11月30日被授予 C.L.Cummins并且公開(kāi)了這種類型的制動(dòng)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031] 本發(fā)明涉及一種用于從減速階段的由裝配有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器（Jacobs(皆可博）制 動(dòng)器）的四沖程柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛回收的動(dòng)能和/或勢(shì)能生產(chǎn)氫氣體燃料的方法。這樣的 系統(tǒng)包括以下階段：
[0032]a)提供預(yù)加熱的蒸汽流，
[0033] b)提供來(lái)自于至少一種用作預(yù)加熱的碳源和氫源的化學(xué)物質(zhì)的氣流，
[0034]c)將階段a)的來(lái)自于至少一種用作碳源和氫源的化學(xué)物質(zhì)的氣流與階段b)的蒸 汽流混合，
[0035] d)使至少一種用作碳源和氫源的化學(xué)物質(zhì)與蒸汽的混合物在由高溫空氣加熱的 重整反應(yīng)器的催化床中反應(yīng)，產(chǎn)生含有氫氣的排出合成氣流，所