(57)【要約】  本発明は、車両１においてエネルギーを機械エネルギーに変換するための装置に関する。装置は、車両１内の熱源３によって蒸発させられ、その後機械エネルギーを発生させるようにタービン１３によって膨張させられる作動媒体を含む。装置は、車両１にブレーキをかけることを示す情報を受け取り、そのような場合に車両の冷却システム２１、３９を車両のパワー・トレイン２、５〜９に接続し、それにより冷却システム２１、３９が冷媒を低い温度まで冷却するように適合された制御ユニット３１を有する。制御ユニット３１は、車両１が追加の推進力を必要とすること示す情報を受け取り、そのような場合に冷却された冷媒を用いてライン回路１０内の作動媒体を、それが蒸発器１２に導かれる前に、第２の冷却ステップにかけるように適合されている。したがって作動媒体の凝縮温度を低下させ、タービン１３においてより多くの機械エネルギーを発生させることができる。
2014514484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１）において熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置であって、ライン回路（１０）と、前記ライン回路（１０）内で作動媒体を循環させるためのポンプ（１１）と、前記作動媒体が熱源（３）から熱エネルギーを吸収して蒸発することが企図された蒸発器（１２）と、前記蒸発した作動媒体によって駆動され、機械エネルギーを発生させるように適合されたタービン（１３）と、前記作動媒体が冷却されて凝縮することが企図された第１の凝縮器（１５）と、前記車両（１）のパワー・トレイン（２、５〜９）に接続可能な冷却システム（２１、３９）とを有する装置において、
前記装置が、前記車両（１）にブレーキをかけようとしたときを示す情報を受け取るように、またそのような場合に前記冷却システム（２１、３９）を前記車両のパワー・トレイン（２、５〜９）に接続するように適合された制御ユニット（３１）であって、それによって前記冷却システム（２１、３９）が冷媒を周囲温度より低い温度まで冷却する制御ユニット（３１）を有し、前記制御ユニット（３１）は、前記車両（１）が追加の推進力を必要としたときを示す情報を受け取るように、またそのような場合に前記ライン回路（１０）内の前記作動媒体を、それが前記蒸発器（１２）に導かれる前に、前記冷却された冷媒を用いて前記凝縮器（１５）の下流の位置で第２の冷却ステップに供するように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記冷媒が前記冷却システム（２１、３９）によって冷却されたとき、前記冷媒を蓄積するための蓄積空間（２０、３８ｃ）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ライン回路（１０）内の前記凝縮器（１５）の下流の位置に置かれた熱交換器（１７）と、前記蓄積空間（２０）と前記熱交換器（１７）の間に延びる冷媒回路（１８）と、前記制御ユニット（３１）によって作動されて前記低温の冷媒を前記蓄積空間（２０）から前記熱交換器（１７）まで循環させるように適合されたポンプ（１９）であって、それにより前記熱交換器（１７）は、前記車両（１）に追加の推進力が提供されるときに前記作動媒体を冷却するポンプ（１９）とを有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ライン回路（１０）内の前記凝縮器（１５）の下流の位置に置かれた弁（３７）と、前記弁（３７）と前記蓄積空間（２０）の間に延びる追加のライン・ループ（１０ａ）とを有し、前記制御ユニット３１は、前記作動媒体が前記弁（３７）から前記蓄積空間（２０）に方向付けられる位置に前記弁（３７）を動かすように適合され、前記蓄積空間（２０）では、前記車両（１）に追加の推進力が供給されるときに前記作動媒体が前記低温の冷媒によって冷却されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記冷媒が水とグリコールの混合物の形態であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記冷媒は、前記冷却システム（３９）によって冷却されると、前記蓄積空間（３８ｃ）において液体状態から固体状態に相を変える特徴を有する物質の形態であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記制御ユニット（３１）は、前記車両（１）のブレーキ制御装置の位置に関係するパラメータを監視するセンサ（３３）から情報を受け取り、前記ブレーキ制御装置が前記車両（１）にブレーキをかけることを示す位置にあるとき、前記冷却システム（２１、３９）を前記車両のパワー・トレイン（２、５〜９）に接続し、それによって前記冷却システム（２１、３９）が前記車両の運動エネルギーによって駆動されるように適合されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記制御ユニット（３１）が、前記車両（１）の加速制御装置の位置に関係するパラメータを監視するセンサ（３２）から情報を受け取り、前記車両（１）が追加の推進力を必要とすることを示す位置に前記加速制御装置があるとき、前記冷却された冷媒を用いて、前記ライン回路（１０）内の前記作動媒体を前記凝縮器（１５）の下流で冷却するように適合されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記冷却システムが圧縮機（２２）を有し、前記制御ユニット（３１）は、前記車両（１）にブレーキをかけるときに前記圧縮機（２２）を前記車両のパワー・トレイン（２、５〜９）に接続するように適合されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記圧縮機（２２）が、前記冷媒を冷却するための追加の蒸発器（３０）を有するライン部を有する、前記車両（１）のＡＣシステムの構成要素の形態であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の、車両において熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃焼機関で燃焼させるとき、化学エネルギーが機械エネルギーに変換される。化学エネルギーのかなりの部分が、機械エネルギーではなく熱エネルギーに変換され、様々な形で周囲に放出される。この１つの実例が、周囲の空気に排出される排気ガス中の熱エネルギーである。周知の手法は、車両にＷＨＲ（廃熱回収）システムを使用して熱エネルギーを捕らえ、それを機械エネルギーに変換することである。ＷＨＲシステムは、作動媒体をライン回路で循環させるポンプを備える。ライン回路は、有利には燃焼機関からの排気ガスであってもよい熱源を用いて作動媒体を暖めて蒸発及び追加加熱させる蒸発器、及び追加加熱した気体の作動媒体によって駆動されるタービンを備える。作動媒体がタービンによって膨張するとき、その熱エネルギーの一部が機械エネルギーに変換され、それを車両の直接の動作に用いること、又は電気エネルギーに変換して蓄積することが可能である。
【０００３】
長い下り坂の走行時に大型車両を走らせる周知の手法は、１つ又は複数の補助ブレーキの起動によって、車両に下りの一定速度を与える自動制動プロセスを使用することである。補助ブレーキは、リターダ、排気ブレーキ又は圧縮ブレーキとすることができる。自動制動プロセスを作動させるために、車両に所望の速度が与えられ、続いて運転手が車両のブレーキ・ペダル、ボタン又は適切なレバーを操作して、制動プロセスの起動を開始する。車両が坂を下る間ずっと所望の速度を維持するように、電気的な制御ユニットが制動プロセスを制御する。この制動プロセスに補助ブレーキを使用すると、車両のホイール・ブレーキの不要な摩耗が軽減され、ホイール・ブレーキが過熱する危険性がなくなる。制動プロセスは、運転手が車両の加速ペダル又はクラッチ・ペダルを作動させると終了する。補助ブレーキ、例えば液体リターダを作動させるときに発生する熱エネルギーは、エンジンの冷却システムによって冷却され除かれる。エンジンの冷却システムは、液体リターダを作動させるときに重い負荷を受け、長い坂では、冷却システム内の冷却剤が過熱される危険を伴う可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、車両において熱エネルギーを機械エネルギーに高効率で変換する装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴部分に示す構成によって特徴付けられる、導入部で言及した種類の装置によって達成される。車両のパワー・トレインが、クラッチ及びいくつかの伝動構成要素を介して、エンジンから被駆動輪まで延びる。クラッチが係合されると、パワー・トレインは１つのユニットとして動作する。したがって、クラッチが係合された状態で加速ペダルが解放されると、パワー・トレインは、車両が動いている限り動作することになる。車両にブレーキをかけなければならないときには冷却システムがパワー・トレインに接続される。冷却システムの動作はパワー・トレインの動きを妨げ、その結果、車両にブレーキがかけられる。この場合、冷却システムは補助ブレーキとして働く。冷却システムを補助ブレーキとして用いることにより、制動時に放出されるエネルギーの多くの部分を、車両内の冷媒を冷却するために用いることが可能になる。エネルギーの供給によって低温を生じさせる冷却システムでは、作動媒体を周囲の温度より低い温度まで冷却することができる。
【０００６】
装置は、車両における従来型のＷＨＲシステムと実質的に同じ構成要素を備える。従来型のＷＨＲシステムは、蒸発して追加の加熱を受けるように熱源によって暖められる作動媒体から、機械エネルギーを発生させることができる。その場合、作動媒体がタービンで膨張し、その結果、機械エネルギーが生成される。そうしたシステムにおいて生成可能な機械エネルギーの量は主に、作動媒体が蒸発器でそれに至るまで追加の加熱を受ける温度、及び作動媒体がシステム内の凝縮器で凝縮するときに呈する凝縮温度によって決まる。本発明によれば、車両が追加の推進力を必要とするときには、低温の冷媒を用いて作動媒体を冷却する前に、作動媒体がシステムの凝縮器で冷却される。これをライン回路内の作動媒体の量の適切な調整と組み合わせ、作動媒体がより低い凝縮温度を呈するようにする。これにより、車両が追加の推進力を必要とするとき、タービンでより多量の機械エネルギーが生成される可能性がもたらされる。例えば装置は、車両が下り坂を走行するときに制動エネルギーを回収及び蓄積し、上り坂を走行するときにこのエネルギーを使用することができる。したがって装置は、車両の制動エネルギーが回収されない従来型のＷＨＲシステムより高い効率を達成する。
【０００７】
本発明によれば、装置は、冷媒が冷却システムによって冷却されたときに冷媒を蓄積するための空間を備える。この空間は、有利には冷媒がその低い温度を維持することができるように、熱絶縁することが可能である。冷媒の温度が低いほど、効果的にライン回路内の作動媒体の凝縮温度を下げ、タービンにおける機械エネルギーの生成を高めることができる。装置は、ライン回路内の凝縮器の下流の位置に置かれた熱交換器と、蓄積空間と熱交換器の間の範囲を有する冷媒回路と、車両にブレーキをかけるとき、制御ユニットによって作動され、冷媒を蓄積空間から、冷媒により作動媒体を冷却する熱交換器まで循環させるように適合されたポンプとを備えることができる。この場合、低温の冷媒が蓄積空間から熱交換器まで導かれ、熱交換器において、作動媒体を追加の冷却ステップにかける。次いで冷媒回路は、冷媒を蓄積空間に戻すように導く。或いは装置は、ライン回路内の凝縮器の下流の位置に置かれた弁と、弁と蓄積空間の間の範囲を有する追加のライン・ループとを備えることができ、その場合、制御ユニットは、作動媒体が弁から蓄積空間まで導かれる位置に弁を動かすように適合され、蓄積空間では、車両に追加の推進力が供給されるときに作動媒体が低温の冷媒によって冷却される。冷媒による追加の冷却ステップを受けると、作動媒体はライン回路の蒸発器の上流の位置に戻るように導かれる。
【０００８】
本発明の実施例によれば、冷媒は水とグリコールの混合物の形をとる。水とグリコールを適切な量で混合することによって、きわめて低い凝固温度を有する冷却剤を得ることが可能になる。そうした冷却剤混合物は、凝固せずに０℃よりずっと低い温度まで冷却することができる。或いは冷媒は、冷却システムによって冷却されると、蓄積空間において液体状態から固体状態に相を変える特徴を有する物質の形をとることができる。相変換可能な物質には、多量の熱エネルギーを蓄えることが可能である。これは、作動媒体が追加の冷却ステップを受けるとき、比較的少量の冷媒が作動媒体の適切な冷却を行うことを意味している。相を変える冷媒は、比較的小さい蓄積空間しか必要としない。
【０００９】
本発明の好ましい実施例によれば、制御ユニットは、車両におけるブレーキ制御装置の位置に関係するパラメータを監視するセンサから情報を受け取り、ブレーキ制御装置が車両にブレーキをかけることを示す位置にあるときには、冷却システムを車両のパワー・トレインに接続するように適合されている。そうしたブレーキ制御装置は、運転手がそれによって所望の下りの一定速度を得るために車両の自動制動プロセスを開始する制御装置とすることができる。大型車両は通常、ホイール・ブレーキの摩耗及び過負荷を防止するために、下り坂でそれによって車両にブレーキをかける１つ又は複数の補助ブレーキを有する。この場合、冷却システムがそうした補助ブレーキに取って代わることができる。或いはブレーキ制御装置は、従来型のブレーキ・ペダルとすることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施例によれば、制御ユニットは、車両の加速制御装置の位置に関係するパラメータを監視するセンサから情報を受け取り、車両が追加の推進力を必要とすることを示す位置に加速制御装置があるときには、冷却された冷媒を用いて、ライン回路内の作動媒体を凝縮器の下流で冷却するように適合されている。加速制御装置は、従来型の加速ペダルとすることができる。車両が追加の推進力を必要とするという指示は、加速ペダルが完全に、又は完全に近い位置まで押し下げられた状態とすることができる。これは、車両が上り坂に達するときに起こり得る。
【００１１】
本発明の好ましい実施例によれば、冷却システムは圧縮機を備え、制御ユニットは、車両にブレーキをかけるときに圧縮機をパワー・トレインに接続するように適合される。圧縮機の冷却システムは、冷却媒体を周囲の温度より低い温度まで冷却することができる、最も一般的な種類の冷却システムである。そうした冷却システムは、圧縮機だけではなく、凝縮器、膨張弁及び蒸発器も備える。圧縮機は、パワー・トレインによって駆動されると、冷却システム内の冷却媒体を圧縮する。これがパワー・トレインの動きを妨げ、その結果、車両にブレーキがかけられる。同時に、蒸発器内の冷却媒体が冷媒を低い温度レベルまで冷却することができる。圧縮機は、冷媒を冷却するために追加の蒸発器を備えた追加のライン部を有する車両のＡＣシステムの構成要素とすることができる。ほとんどの車両は、環境が高温である運転室の空間内の空気を冷却するためにＡＣシステムを有する。ＡＣシステムは、このために使用可能な既存の圧縮機を備える。或いは別の圧縮機の冷却システム、又はいくつかの他の種類の冷却システムを使用することができる。
【００１２】
有利には、作動媒体は、蒸発器において燃焼機関の排気ライン内の排気ガスから熱エネルギーを吸収する。燃焼機関からの排気ガスは、高温を有するが、通常は周囲に失われるきわめて優れた熱源である。作動媒体は、戻りライン内をエンジンまで再循環させる排気ガスからも熱エネルギーを吸収することができる。再循環排気ガスは、通常は少なくとも１つのＥＧＲ冷却器で冷却された後、エンジンまで導かれる。この場合、再循環排気ガスは効果的な冷却を受けると同時に、その熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換することができる。
【００１３】
以下では、本発明の好ましい実施例を、添付図面を参照しながら実例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例による、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例による、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、概略的に示す、過給燃焼機関２によって動力を供給される車両１において、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置を示している。車両１は、過給ディーゼル機関によって動力を供給される大型車両とすることができる。エンジンのシリンダからの排気ガスは、ターボ・ユニット内にタービン４を備える排気ライン３へ導かれる。車両は、燃焼機関２から始まるパワー・トレイン、シャフト５、フライホイール６ａ、クラッチ６ｂ、シャフト７、ギアボックス８などを有する。パワー・トレインは、１対の被駆動輪９で終わる。パワー・トレインは、クラッチ６ｂが係合されると１つのユニットとして回転する。
【００１６】
車両は、熱エネルギーを回収するための装置を備える。その装置は、ＷＨＲ（廃熱回収）システムと呼ばれることもある。装置はライン回路１０を備え、ライン回路１０は、ライン回路内の作動媒体を循環させ加圧するように適合されたポンプ１１を有する。作動媒体は、ポンプ１１から、タービン４の下流の位置にある、排気ライン３内の排気ガスによって作動媒体を暖める蒸発器１２まで導かれる。作動媒体は、蒸発器１２において、蒸発して追加の加熱を受ける温度まで暖められる。追加の加熱を受けた気体の作動媒体は、蒸発器１２から、それが内部で膨張するタービン１３まで導かれる。したがって、タービン１３には、機械的な変速機１４を介してパワー・トレイン内のフライホイール６ａに伝えられる回転運動が与えられる。タービン１３の回転運動は、車両１に追加の推進力を与える。機械的な変速機１４は、歯状突起のある歯車などの形のいくつかの伝動要素を備えることができ、したがって、タービン１３の回転運動は、フライホイール６ａに伝えられる前に、適当な比率のステップダウンを受ける。或いは、タービン１３は、フライホイール、又は車両のパワー・トレインに接続可能な同様の機械エネルギー蓄積ユニットに接続することができる。フライホイールがパワー・トレインに接続されると、車両には追加の推進力が与えられる。他の代替形態によれば、タービン１３は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を駆動することができる。電気エネルギーは、エネルギー蓄積装置に蓄積することができる。エネルギー蓄積装置に蓄積された電気エネルギーは、適当なときに車両の動作に使用することができる。
【００１７】
燃焼機関２からの排気ガスは、熱エネルギーの回収にとってきわめて優れた熱源である。この場合、蒸発器１２は、排気ライン３内のタービン４の下流の位置に置かれる。タービン４の下流の排気ガスの温度は、２００〜３００℃程度になる可能性がある。或いは、蒸発器１２を再循環排気ガス用の排気ラインに置くことができる。排気ガスは通常、排気ライン３内のタービン４の上流の位置から再循環させるが、その場合、排気ガスは約６００〜７００℃の温度になる可能性がある。しかしながら、ＷＨＲシステムに使用される作動媒体は、超えるべきではないある高い温度を有する。蒸発器１２を適切な寸法に定めることによって、使用される作動媒体は、蒸発して適切に高い温度で追加の加熱を受けることが可能になる。
【００１８】
気体の作動媒体がタービン１３で膨張すると、作動媒体は、より低い圧力及びより低い温度を呈するようになる。作動媒体は、タービン１３から、この場合には空冷式である凝縮器１５まで導かれる。凝縮器１５は車両の前面に置かれ、そこで作動媒体を周囲の温度の空気によって冷却することができる。冷却ファン１６が、凝縮器１５を通して空気を引き込む。気体の作動媒体は、凝縮器１５で冷却されると凝縮する。結果として生じる液体の作動媒体は、凝縮器１５から熱交換器１７まで導かれる。熱交換器１７は、作動媒体が凝縮器１５で冷却された後に、作動媒体を冷却することが可能なラジエータ装置の構成要素である。作動媒体は、車両が追加の推進力を必要とするとき、熱交換器１７において周囲の温度より低い温度である冷媒によって冷却される。この場合、冷媒は低温の冷却剤である。冷却剤は、ポンプ１９によって冷却剤回路１８の中を循環させる。冷却剤は、水とグリコールの混合物の形をとることができる。５０パーセントの水と５０パーセントのグリコールを含む冷却剤は、凝固せずに約−４０℃の温度まで下がることができる。冷却剤回路１８は、低温の冷却剤を蓄積するためのアキュムレータ・タンク２０を備える。車両が追加の推進力を必要とし、且つ利用可能な低温の冷却剤が存在する場合には、ライン回路１０内の作動媒体の量を調整することも必要である。ライン回路１０は、ライン回路で使用されないときの作動媒体用の蓄積タンク１０ａに接続される。蓄積タンク１０ａは、可逆回転形ポンプ１０ｃを備えるライン１０ｂによってライン回路１０に接続される。ライン回路１０内の作動媒体の量は、ポンプ１０ｃを適当な方向に作動させることによって調整することができる。この場合、その量は、凝縮器１５で凝縮のごく一部のみが行われるように、又は凝縮器１５で凝縮が行われないように調整される。したがって、作動媒体は、主に熱交換器１７で液相に変化する。したがって、凝縮温度を低くすることができる。
【００１９】
装置は、車両１の運転室の空間内の空気を冷却するためのＡＣシステム２１の一部を備える。ＡＣシステム２１は、駆動ベルトなどを用いてエンジン２によって駆動される圧縮機２２を備える。圧縮機２２は、概略的に示す、圧縮機とエンジンの間の駆動接続を確立するクラッチ機構２２ａを用いて作動させる。圧縮機は動作しているとき、ＡＣシステム２１内の冷却媒体を圧縮し循環させる。冷却媒体は、圧縮機２２から、車両の前面に置かれ、冷却媒体を周囲の温度の空気によって冷却する凝縮器２３まで導かれる。空気は、冷却ファン２４及び車両の前部の動きによって生じる通風により、凝縮器２３を通して引き込まれる。冷却媒体は、凝縮器２３において、それが凝縮する温度まで冷却される。液体の冷却媒体は、凝縮器２３から、冷却媒体をそれによって２つの別のライン部を通して方向付けることが可能な三方弁２５まで導かれる。
【００２０】
三方弁２５を第１の位置に動かすと、冷却媒体は、第１の膨張弁２６及び第１の蒸発器２７を備える第１のライン部を通して導かれる。冷却媒体が第１の膨張弁２６を通過すると、その圧力と温度の両方が低下する。次いで低温の冷却媒体は、それが車両の運転室の空間内の空気を冷却する第１の蒸発器２７まで導かれる。空気は、ファン２８によって第１の蒸発器２７を強制的に通過させる。冷却媒体は、空気によってそれが第１の蒸発器２７で蒸発する温度まで暖められる。次いで気体の冷却媒体は、圧縮機２２に戻るように導かれる。三方弁２５を第２の位置に動かすと、冷却媒体は、第２の膨張弁２９、及びアキュムレータ・タンク２０の内部に置かれた第２の蒸発器３０を備える第２のライン部を通して導かれる。冷却媒体が第２の膨張弁２９を通過すると、その圧力と温度の両方が低下する。次いで低温の冷却媒体は、それがアキュムレータ・タンク２０に蓄積された冷却剤を冷却する第２の蒸発器３０まで導かれる。低温の冷却媒体は、アキュムレータ・タンク２０内の冷却剤によって暖められ、その結果、第２の蒸発器３０で蒸発する。次いで蒸発した冷却媒体は、圧縮機２２に戻るように導かれる。
【００２１】
システムは、ライン回路１０内で作動媒体を循環させるポンプ１１の起動を制御するように適合された制御ユニット３１、及びライン回路１０内の作動媒体の量を調整するポンプ１０ｃを備える。また制御ユニット３１は、加速ペダルの位置を監視するセンサ３２、及びブレーキ制御装置の位置を監視するセンサ３３から情報を受け取るように適合される。この場合、ブレーキ制御装置３３は、運転手がそれによって、車両に所望の下りの一定速度を与えるために自動制動プロセスを開始する制御装置である。或いはブレーキ制御装置は、従来型のブレーキ・ペダルとすることができる。制御ユニット３１は、ライン回路１０内のポンプ１１、ライン１０ｂ内のポンプ１０ｃ、冷却剤回路１８内のポンプ１９及び三方弁２５を用いて装置を制御することが可能である。制御ユニット３１は、このための適切なソフトウェアを備えたコンピュータ・ユニットとすることができる。
【００２２】
エンジン２の始動後、排気ガスは排気ライン３を通して外へ導かれる。排気ライン３内の排気ガスが適切な温度に達すると、制御ユニット３１はポンプ１１を作動させ、ライン回路１０内での作動媒体の循環を開始する。作動媒体は、蒸発器１２において、蒸発して追加の加熱を受けるように排気ライン３内の排気ガスによって暖められる。作動媒体は、蒸発器６において、排気ライン３内の排気ガスの温度及び流れに関連付けられる温度まで追加の加熱を受ける。追加の加熱を受けた作動媒体は、タービン１３によって膨張する。したがって、タービン１３は、機械的な変速機１４を介してパワー・トレイン内のフライホイール６ａに伝えられる回転運動を得る。ここで排気ガス中の熱エネルギーの一部が、タービン１３によって車両の動作のための機械エネルギーに変換される。
【００２３】
次いで媒体は、それを周囲の温度の空気によって冷却する凝縮器１５まで導かれる。作動媒体は、凝縮器１５において、凝縮器を通る周囲の空気の温度及び流れによって決まる凝縮温度で凝縮する。周囲の空気の温度が高いと、周囲の空気の温度が低いときより凝縮温度が高くなる。制御ユニット３１は、支配的な状況において、適切な量の作動媒体をライン回路１０内で循環させるようにポンプ１０ｃを制御する。結果として生じるタービン１３における電力の出力は、主として作動媒体がタービン１３内に導かれるときの作動媒体の追加の加熱の温度と、凝縮器１５でのその凝縮温度との差によって決まる。排気ガスの温度及び流れがエンジンの負荷に伴って変わること、及び凝縮温度が周囲の温度に伴って変わることは、タービンの機械エネルギーの生成がかなり変化することを意味する。
【００２４】
制御ユニット３１は、運転手が加速ペダル３２を解放したという情報を受け取ると、ライン回路１０内のポンプ１１の動作を停止する。これは、装置が車両に不要な推進力を与えないことを意味する。制御ユニット３１は、同時に運転手がブレーキ制御装置３３を作動させたという情報を受け取った場合、クラッチ機構２２ａを作動させて圧縮機２２とエンジン２の間の駆動接続を確立する。車両が下り坂を走行しているとき、その被駆動輪９は、パワー・トレインに対して、それによってエンジンに対して、駆動のための動きを与える。次いで、圧縮機２２がエンジンによって駆動される。ここで、車両の下りの運動エネルギーは、パワー・トレインによって圧縮機２２の動作に変換される。圧縮機２２がＡＣシステムにおいて冷却媒体を圧縮する際に行う仕事は、被駆動輪９の動きを妨げる制動力として働く。この場合、圧縮機は補助ブレーキとして働く。その制動効果が所望の下りの速度を維持するのに十分でない場合には、車両の他の補助ブレーキを作動させることができる。ブレーキ制御装置３３を作動させると同時に、制御ユニット３１は三方弁２５を第２の位置に動かし、その結果、ＡＣシステム２１内の冷却媒体の少なくとも一部が、第２の膨張弁２９及び第２の蒸発器３０を備える第２のライン部を通して導かれる。第２の蒸発器３０を通して導かれる冷却媒体は、アキュムレータ・タンク２０内の冷却剤を、有利には周囲の空気の温度よりかなり低い温度まで冷却する。したがってこの場合、車両の下りの運動エネルギーは、アキュムレータ・タンク２０内の冷却媒体を冷却するために使用される。
【００２５】
制御ユニット３１は、運転手が自動制動プロセスを終了させることを望んでいるという情報を受け取ると、又は冷却剤がアキュムレータ・タンクで十分に低い蓄積温度まで冷却されると、制御ユニット３１は三方弁２５を第１の位置に動かす。制御ユニット３１はまた、ＡＣシステムが動作して運転室の空間内の空気を冷却することが意図されない場合、圧縮機２２のスイッチを切る。長い坂では、その場合、冷却剤がアキュムレータ・タンク２０内で周囲の空気の温度よりかなり低い温度まで冷却されているであろう。アキュムレータ・タンク２０は、冷却剤がその低い温度をアキュムレータ・タンク２０内で比較的長い時間にわたって維持することが可能になるように、熱絶縁することができる。
【００２６】
加速ペダル３２が再び押し下げられたという情報を制御ユニット３１が受け取ったとき、運転手は車両に推進力を与えることを望んでいる。制御ユニット３１は、作動媒体をライン回路１０内で循環させるようにポンプ１１を作動させる。装置は再び、排気ガス中の熱エネルギーを車両の動作のための機械エネルギーに変換するプロセスを開始する。加速ペダル３２がその最大限まで又は最大限の近くまで押し下げられたという情報をセンサ３２から制御ユニット３１が受け取ったとき、運転手は車両から追加の推進力を望んでいる。その場合、車両は上り坂に達している可能性がある。制御ユニット３１は、低温の冷却剤を、アキュムレータ・タンク２０から、それがライン回路１０内の作動媒体を冷却する熱交換器１７まで循環させるように、冷却剤回路１８内のポンプ１９を作動させる。したがって、作動媒体は、凝縮器１５における冷却だけではなく、熱交換器１７における低温の冷却剤による追加の冷却も受ける。同時に制御ユニット３１は、ライン回路１０内の作動媒体の量を最適なレベルに調整するように、可逆回転形ポンプ１０ｃを作動させる。周囲の空気より低い温度である冷却剤による作動媒体のそうした追加の冷却を、ライン回路内の作動媒体の量の適切な調整と組み合わせて、凝縮温度を低下させる。ライン回路１０内の作動媒体の量は、作動媒体が熱交換器１７で凝縮した後、追加の冷却を受けない又は実質的に受けないようなレベルに調整される。これは、作動媒体を蒸発温度まで暖めるのに排気ガスからの熱エネルギーを使用する必要がなく、排気ガスからの熱エネルギーの実質的にすべてを、蒸発器１２における作動媒体の蒸発に用いることが可能であることを意味する。この場合、最適な量の熱エネルギーを、タービン９で機械エネルギーに変換することができる。
【００２７】
車両が上り坂を走行するときにエンジンが重い負荷を受けると、排気ライン内の暖かい排気ガスは、作動媒体に対して、それが蒸発して高い温度まで追加の加熱を受けるようにきわめて適切な加温を行う。これは、タービン１３が、エンジンに対する負荷の小さいときよりも多くの機械エネルギーを発生させることを意味する。熱交換器１７における作動媒体の追加の冷却はライン回路１０内の作動媒体の量の調整との組み合わせで、凝縮温度を低下させ、タービン１３が車両の動作のためにより多量の機械エネルギーを発生させることを可能にする。したがって、装置は、車両が下り坂を走行しているときにエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを上り坂を走行するときに使用することができる。したがって、装置は、従来型のＷＨＲシステムより高い能力を得る。この場合、既存のＡＣシステム内の圧縮機２２は、下り坂の走行時に車両にブレーキをかけるために使用される。したがって、圧縮機２２は、ＡＣシステムにおける従来型の圧縮機より高い能力を備える必要がある場合がある。
【００２８】
図２は、装置の代替的実施例を示している。この場合もやはり、装置は、ポンプ１１によって循環させる作動媒体を有するライン回路１０を備える。ライン回路１０内の作動媒体の量は、ライン回路１０を蓄積タンク１０ａに接続するライン１０ｂに置かれた、可逆回転形ポンプ１０ｃを用いて調整される。作動媒体は、蒸発器１２において、燃焼機関２の排気ライン３内の排気ガスによって暖められる。蒸発器１２は、排気ライン３内のタービン・ユニットのタービン４の下流の位置に置かれる。蒸発器１２で蒸発した作動媒体は、タービン１３まで導かれる。気体の作動媒体は、タービン１３によって膨張した後、低温の冷却回路内を循環する冷却剤によって冷却される凝縮器１５まで導かれる。ポンプ３４が、冷却剤を低温の冷却回路内で循環させる。冷却剤は、車両の前部にある空冷式のラジエータ３５において、冷却ファン３６によって強制的にラジエータを通過させられる周囲温度の空気により冷却される。この場合、作動媒体は、凝縮器１５において、周囲空気の温度に近い温度である冷却剤によって冷却される。ライン回路１０は、この場合には、凝縮器１５の下流の位置に置かれた三方弁３７を備える。この弁を第１の位置に動かすと、弁は、凝縮器１５で冷却された作動媒体をポンプ１１に方向付ける。弁３７を第２の位置に動かすと、弁は、凝縮器１５で冷却された作動媒体を、３つの媒体に対する熱交換器３８を備える別のライン部１０ａに方向付ける。作動媒体は、この熱交換器の第１の部分３８ａで冷却される。次いで作動媒体は、通常のライン回路１０の蒸発器１２の上流の位置まで導かれる。
【００２９】
熱交換器３８は、車両の冷却システム３９内の冷却媒体のために、蒸発器の形の第２の部分３８ｂを備える。冷却システムは、エンジン２によって駆動される圧縮機２２を備える。圧縮機２２は、概略的に示すクラッチ機構２２ａによってエンジンに接続される。圧縮機は動作しているとき、冷却システム３９内の冷却媒体を圧縮し循環させる。冷却媒体は、圧縮機２２から、有利には周囲温度である空気によってそれを冷却する凝縮器２３まで導かれる。空気は、冷却ファン２４によって凝縮器２３を通して引き込まれる。冷却媒体は、凝縮器２３から膨張弁２９まで導かれる。冷却媒体は、膨張弁２９を通過することによって、低下した圧力及び低下した温度を呈するようになる。次いで冷却媒体は、熱交換器の第２の部分３８ｂまで導かれ、そこで蒸発する。冷却媒体は熱交換器の第２の部分３８ｂで蒸発するとき、熱交換器３８の中間部分３８ｃにある冷媒を冷却する。
【００３０】
熱交換器の中間部分３８ｃの冷媒は、第２の部分３８ｂの冷却媒体によって冷却されると液相から固相に変化する物質を含む。冷媒は、有利には単位重量又は単位体積あたりの高い潜熱蓄積能力を有する。これは、中間部分３８ｃが比較的小さくてもよいことを意味する。冷却剤の媒体は蒸発器３８ｂで蒸発した後、圧縮機２２に戻るように導かれる。装置は、ライン回路１０内のポンプ１１及び三方弁３７の起動を制御する制御ユニット３１を備える。制御ユニット３１は、冷却システム３９内の圧縮機２２の起動も制御する。制御ユニット３１は、車両の加速ペダルの位置を監視するセンサ３２、及び車両のブレーキ制御装置の位置を監視するセンサ３３から、情報を実質的に絶えず受け取る。ブレーキ制御装置は、運転手がそれによって下り坂での車両の自動制動プロセスを開始するための制御装置である。
【００３１】
エンジン２の動作中、排気ガスは排気ライン３を通して導かれる。制御ユニット３１は、加速ペダルが押し下げられたという信号をセンサ３２から受け取ると、作動媒体をライン回路１０内で循環させるようにポンプ１１を作動させ、またライン回路１０が適切な量の作動媒体を供給されるようにポンプ１０ｃを作動させる。同時に制御ユニット３１は、三方弁３７を第１の位置に動かす。循環する作動媒体は、凝縮器１５において、低温の冷却システム内の冷却剤によって冷却される。冷却剤が低い温度であるとき、作動媒体は、凝縮器１５において比較的低い凝縮温度で凝縮する。この場合、凝縮温度は周囲の温度より高い。液体の作動媒体は、三方弁３７及びポンプ１１を介して凝縮器１５から蒸発器１２まで導かれる。作動媒体は、蒸発して追加の加熱を受けるように、排気ライン３内の暖かい排気ガスによって暖められる。追加の加熱を受けた作動媒体はタービン１３まで導かれ、そこで膨張する。したがって、タービン１３は、機械的な変速機１４を介して車両のパワー・トレイン内のフライホイール６ａに伝えられる回転運動を得る。この動作状態では、エンジン２と装置の両方が車両に推進力を与える。
【００３２】
加速ペダル３２が完全に解放されたという情報を制御ユニット３１がセンサ３２から受け取ったとき、運転手は車両に推進力を与えることを望んでいないため、制御ユニット３１は、ライン回路１０内のポンプ１１の動作を停止する。制御ユニット３１は、同時に、運転手が車両に下りの一定速度を与えるブレーキ制御装置を作動させたという情報をセンサ３３から受け取った場合、圧縮機２２をエンジン２に接続するクラッチ機構２２ａを作動させる。車両が下り坂を進むとき、駆動トルクがそのパワー・トレインから圧縮機２２へ伝えられる。圧縮機は、このエネルギーを用いて冷却システム内の冷却媒体を圧縮する。この冷却媒体の圧縮は、パワー・トレインの動きを妨げ、その結果、車両にブレーキがかけられる。したがって、圧縮機は車両に対する補助ブレーキとして働く。冷却システム３９内の冷却媒体は、膨張弁２９を介して熱交換器の第２の部分３８ｂまで導かれる。冷却媒体が第２の部分３８ｂで蒸発すると、中間部分３８ｃの冷媒が冷却される。冷媒は冷却されると、液相から固相に変化する。冷媒が相を変える温度は、有利には周囲の空気の温度より低い。
【００３３】
制御ユニット３１は、ブレーキ制御装置が非制動位置に動かされたという情報をセンサ３３から受け取ると、クラッチ機構２２ａを用いて圧縮機２２の動作を停止する。アクセル３２が再び押し下げられたという情報を制御ユニット３１がセンサ３２から受け取ったとき、運転手は車両に推進力を与えることを望んでいる。制御ユニット３１は、作動媒体が再びライン回路１０内を循環するようにポンプ１１を作動させ、またライン回路１０が適切な量の作動媒体を供給されるようにポンプ１０ｃを作動させる。装置は再び、排気ガス内の熱エネルギーを車両の動作のための機械エネルギーに変換するプロセスを開始する。加速ペダル３２が実施可能なその最低位置まで、又は最低位置の近くまで押し下げられたという情報を制御ユニット３１がセンサ３２から受け取った場合、運転手は車両からさらに多くの推進力を得ることを望んでおり、それは車両が上り坂に近付くときに起こり得る。制御ユニット３１は、三方弁３７を第２の位置に動かす。凝縮器１５で第１の冷却ステップを受けた作動媒体は、次いで別のライン部１０ａの中に導かれる。作動媒体は、熱交換器の第１の部分３８ａで中間部分３８ｃの冷媒によって冷却される。したがって、作動媒体は追加の冷却を受け、その後、通常のライン回路１０の蒸発器１２の上流の位置に戻るように導かれる。そのように周囲の空気より低い温度である冷媒によって作動媒体に追加の冷却を行うことにより、ライン回路１０における作動媒体の凝縮温度を低下させる。有利な状況では、作動媒体は熱交換器１７においてのみ凝縮する。これによって、周囲の温度より低い凝縮温度を得ることができる。
【００３４】
次いで、媒体は蒸発器１２まで導かれ、そこで蒸発して追加の加熱を受けるように、暖かい排気ガスによって暖められる。この場合、作動媒体は、特に低い凝縮温度を有するため、タービン１３で膨張を受けることが可能になり、それによって、車両の動作のための多くの追加の機械エネルギーが生成される。このさらに増加する機械エネルギーの量は、凝縮温度がどれだけ下げられたかに関連付けられる。この場合、車両が下り坂を走行するときには、冷媒を冷却するために別の冷却システム内の圧縮機２２が使用される。冷却された冷却媒体は、熱交換器の中間部分３８ｃの形の蓄積空間に蓄積される。低温の冷媒は、その後、車両が追加の推進力を必要とするときに使用され、それは車両が上り坂を走行するときである可能性がある。
【００３５】
本発明は、図面が示す実施例に決して限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で自由に変更することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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