CN108495976B - 废热回收动力驱动 - Google Patents

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Abstract

一个实施方案涉及废热回收动力驱动***。废热回收动力驱动***包括废热回收***，废热回收***包括热交换器，热交换器可操作地联接到发动机，以便从发动机接收热能并且将热能传递到工作流体。膨胀器流体地联接到热交换器以接收来自热交换器的工作流体。膨胀器被构造成将来自工作流体的热能转换成机械能。变速箱可操作地联接到膨胀器。前发动机附件驱动器包括皮带传动装置，皮带传动装置将变速箱可操作地联接到发动机的曲轴，以便将机械能从变速箱传递到曲轴。整体组件包括前发动机附件驱动器、变速箱和膨胀器，并且整体组件作为整体部件可从发动机移除。

Description

废热回收动力驱动
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月21日提交的第62/270,241号美国临时专利申请以及2016年2月11日提交的第62/294,058号美国临时专利申请的优先权的权益，二者通过引用以其全部并且出于所有目的并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于发动机的废热回收(“WHR”)***的领域。
背景技术
在运行中，内燃发动机通过排气、发动机冷却***、增压空气冷却***等将热能排放到外部环境中。未用于执行有用工作的排出的热能通常称为“废热”。WHR***捕获一部分废热以执行有用的工作。一些WHR***使用朗肯循环(“RC”)。RC是一种热力学过程，在该热力学过程中热量传递到RC回路中的工作流体。工作流体被泵送到热交换器，在热交换器中工作流体蒸发。蒸气经过膨胀器，并且然后经过冷凝器，在冷凝器中蒸气冷凝变回到流体。膨胀的工作流体蒸气使膨胀器旋转，从而将废热能转换成机械能。机械能可以传递到发动机***部件，例如泵、压缩机、发电机等。
发明内容
一个实施方案涉及废热回收动力驱动***。废热回收动力驱动***包括废热回收***。废热回收***包括可操作地联接到发动机的热交换器，以便从发动机接收热能并将热能传递到工作流体。膨胀器流体地联接到热交换器，以接收来自热交换器的工作流体。膨胀器被构造成将来自工作流体的热能转换成机械能。变速箱(gearbox)可操作地联接到膨胀器。前发动机附件驱动器包括皮带传动装置，所述皮带传动装置将变速箱可操作地联接到发动机的曲轴，以便将机械能从变速箱传递到发动机的曲轴。整体组件包括前发动机附件驱动器、变速箱和膨胀器，并且该整体组件作为整体部件可从发动机移除。
在一些实施方案中，所述废热回收***还包括可操作地联接到所述膨胀器的供给泵，所述供给泵被构造成使所述工作流体通过包括所述热交换器和所述膨胀器的工作流体回路循环。
在一些实施方案中，所述整体组件还包括所述供给泵。
在一些实施方案中，所述废热回收***还包括工作流体控制***，所述工作流体控制***被构造成控制所述工作流体通过所述工作流体回路的流动。
在一些实施方案中，所述工作流体控制***包括沿着所述工作流体回路定位的流量控制阀，所述流量控制阀被构造成控制所述工作流体流动通过所述工作流体回路到所述热交换器的流动。
在一些实施方案中，所述工作流体控制***还包括旁路阀，所述旁路阀沿着所述工作流体回路在所述供给泵下游定位，所述旁路阀被构造成选择性地将所述工作流体从所述热交换器上游的所述工作流体回路引导至所述膨胀器下游的所述工作流体回路，以便绕过所述热交换器和所述膨胀器中的每一个。
在一些实施方案中，所述变速箱界定冷却通道，所述冷却通道流体地联接到所述工作流体回路并且被构造成从所述工作流体回路接收所述工作流体，以便冷却所述变速箱以及所述变速箱中的部件和流体中的每一个。
在一些实施方案中，所述变速箱包括：毂，所述毂经由第一齿轮系可操作地联接到所述膨胀器，其中，所述膨胀器的输出轴相对于所述毂的中心轴线设置在所述变速箱上的竖直较低的位置。
在一些实施方案中，所述变速箱还将所述膨胀器可操作地联接到润滑泵。
在一些实施方案中，所述变速箱还将所述膨胀器可操作地联接到交流发电机的第一输入轴。
在一些实施方案中，所述皮带传动装置还将所述交流发电机的第二输入轴可操作地联接至所述发动机的所述曲轴。
在一些实施方案中，所述皮带传动装置还包括：双皮带轮；第一皮带，所述第一皮带将所述双皮带轮可操作地联接到所述变速箱；第二皮带，所述第二皮带将所述双皮带轮可操作地联接到所述发动机的所述曲轴。
在一些实施方案中，所述第二皮带还将所述交流发电机的第二输入轴可操作地联接到所述发动机的所述曲轴。
在一些实施方案中，所述废热回收动力驱动***还包括离合器，所述离合器选择性地将所述变速箱的第一齿轮系联接到离合器皮带轮，其中所述第一皮带经由所述离合器皮带轮可操作地联接至所述变速箱。
在一些实施方案中，所述变速箱还包括：变速箱壳体，所述第一齿轮系定位在所述变速箱壳体内；毂，所述毂部分地定位在所述变速箱壳体内，所述毂包括延伸穿过所述变速箱壳体的毂轴，所述离合器皮带轮可操作地联接到所述毂轴并且定位在所述变速箱壳体的外部；和密封件，所述密封件可操作地联接到所述毂轴，所述密封件被构造成防止流体离开所述变速箱壳体并且防止大气元素和碎屑进入所述变速箱壳体。
在一些实施方案中，所述皮带传动装置包括：发动机曲柄皮带轮，所述发动机曲柄皮带轮可操作地联接到所述发动机的所述曲轴；废热回收输出皮带轮，所述废热回收输出皮带轮可操作地联接到所述变速箱的输出轴；辅助输入皮带轮，所述辅助输入皮带轮可操作地联接到辅助装置的输入轴；皮带张紧皮带轮，所述皮带张紧皮带轮可操作地联接到皮带张紧器；和第一皮带，所述第一皮带可旋转地联接所述发动机曲柄皮带轮、所述废热回收输出皮带轮、所述辅助输入皮带轮和所述皮带张紧器中的每一个，其中所述废热回收输出皮带轮相对于所述第一皮带的旋转方向旋转地定位在所述发动机曲柄皮带轮的下游。
在一些实施方案中，当所述废热回收***产生动力时以及当所述辅助装置消耗动力时，所述皮带张紧皮带轮被定位在所述第一皮带的松弛跨度中。
在一些实施方案中，所述皮带张紧皮带轮相对于所述第一皮带的所述旋转方向旋转地定位在所述发动机曲柄皮带轮和所述废热回收输出皮带轮中的每一个的下游。
另一个实施方案涉及皮带传动***。皮带传动***包括第一皮带轮(pulley)，所述第一皮带轮以交换旋转力的方式与内燃发动机关联。第二皮带轮以接收旋转力的方式与废热回收***关联。第三皮带轮以提供旋转力的方式与至少一个辅助装置关联。第一皮带被配置成在第一皮带轮、第二皮带轮和第三皮带轮之间传输旋转力。第一皮带包括配置成在第一皮带轮和第二皮带轮之间传输旋转力的第一皮带跨度(belt span)，以及配置成在第二皮带轮和第三皮带轮之间传输旋转力的第二皮带跨度。皮带张紧器组件包括联接到第一皮带的张紧皮带轮。张紧皮带轮被配置成选择性地在第二皮带跨度处向第一皮带施加压力。第二皮带跨度处的压力增加了第一皮带跨度处的皮带张力。
在一些实施方案中，所述皮带传动***还包括：双皮带轮，所述双皮带轮可操作地联接到所述内燃发动机；和第二皮带，所述第二皮带联接到所述双皮带轮和所述第一皮带轮，其中，所述第一皮带联接到至少所述第二皮带轮、所述第三皮带轮和所述双皮带轮，并且所述第一皮带跨度设置在所述第二皮带轮和所述双皮带轮之间。
在一些实施方案中，所述皮带传动***被配置成用于皮带在顺时针方向上行进。
在一些实施方案中，所述皮带传动***被配置成用于皮带在逆时针方向上行进。
在一些实施方案中，第一条件被界定为所述第一皮带轮处的旋转力大于所述第二皮带轮处的旋转力，第二条件被界定为所述第一皮带轮处的所述旋转力小于所述第二皮带轮处的所述旋转力，并且所述皮带张紧器组件被配置成在所述第一条件期间比在所述第二条件期间对所述第二皮带跨度施加更大的压力。
另一实施方案涉及废热回收动力驱动***。废热回收动力驱动***包括废热回收***。废热回收***包括可操作地联接到发动机的热交换器，以便从发动机接收热能并且将热能传递到工作流体。膨胀器流体地联接到热交换器，以接收来自热交换器的工作流体。膨胀器被构造成将来自工作流体的热能转换成机械能。变速箱可操作地联接到膨胀器。前发动机附件驱动器包括与变速箱的输出齿轮啮合接合的输入齿轮，以将变速箱可操作地联接到发动机的曲轴，从而将机械能从变速箱传递到发动机的曲轴。整体组件包括前发动机附件驱动器、变速箱和膨胀器，并且该整体组件作为整体部件可从发动机移除。
根据结合附图时进行的以下的详细描述，这些和其它的特征连同其组织和操作的方式将变得明显，其中在所有的下文描述的若干个附图中，相同的元件具有相同的标记。
附图说明
在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。本公开的其它特征、方面和优点根据说明书、附图以及权利要求将变得明显。
图1A是根据实施方案的包括发动机和WHR动力驱动***的发动机***的框图。
图1B是根据实施方案的包括发动机和WHR***的发动机***的框图。
图2是根据实施方案的包括发动机和WHR动力驱动***的发动机***的透视图。
图3是图2的WHR动力驱动***的透视图。
图4是图3的WHR动力驱动***的变速箱的图示的正视图。
图5是图4的变速箱的图示的正视图，其中省略了壳体盖。
图6是图5的变速箱的毂的侧视图图示。
图7是图5的变速箱的大齿轮的透视图图示。
图8是图4的变速箱的图示的正视图。
图9是图8的变速箱的横截面侧视图图示。
图10是强调图2的WHR动力驱动***的流量控制阀的正视图图示。
图11是强调图2的WHR动力驱动***的旁路阀的正视图图示。
图12是强调图2的WHR动力驱动***的膨胀器的正视图图示。
图13是图2的WHR动力驱动***的透视图图示。
图14是图2中的WHR动力驱动***的局部横截面视图图示。
图15A和图15B是根据各种实施方案的皮带传动装置的两个示例布置的示意图。
图16是根据实施方案的联接到发动机的皮带传动***的前透视图图示。
图17是根据实施方案的说明皮带传动装置的组装方法的流程图。
应认识到，一些或所有图是为了说明的目的的示意性表示。为了说明一个或更多个实施方式的目的而提供附图，明确地理解附图将不用于限制权利要求的范围或含义。
具体实施方式
总体上参考附图，各种实施方案涉及WHR动力驱动***。根据各种实施方案，WHR动力驱动***可以包括被构造成优化从发动机的废热回收的动力量的若干部件或子***。多个部件或子***可以集成到单个整体组件中。回收的动力可以以多种方式使用，例如补充发动机曲轴的动力、为附件提供动力、产生电能等。
在一个实施方案中，WHR动力驱动***包括WHR***、变速箱和前发动机附件驱动器(“FEAD”)。在该实施方案的一个示例中，WHR***的膨胀器、供给泵和控制阀以及变速箱的齿轮系和FEAD被集成为单个整体组件。
在一些实施方案中，变速箱被构造成经由硬性齿轮传动装置和柔性阻尼皮带传动装置的组合将能量从WHR***传递到发动机的曲轴，以便使WHR动力驱动***的操作效率最大化并减少WHR动力驱动***的振动。在一些实施方案中，变速箱界定冷却通道，该冷却通道流体地联接到工作流体回路并且被构造成从工作流体回路接收工作流体，以便冷却变速箱和设置在变速箱中的油。
在一些实施方案中，用于转换RC中的能量的膨胀器可以定位成便于油从WHR动力驱动***排出。
在一些实施方案中，FEAD包括辅助发动机***和由WHR***转换的能量驱动的部件。
WHR动力驱动***可以被构造成使得整个***可以容易地移除，并且因此，通过替换整个WHR动力驱动***，可以避免现场修理和相关的停机时间。另外，WHR动力驱动***的尺寸和重量可以通过本公开中描述的结构最小化，从而降低材料成本，提高效率(例如，燃料经济性)，并且使得***能够在较小的空间中实现。
图1A是根据实施方案的发动机***100的框图，发动机***100包括发动机102和WHR动力驱动***104。发动机102可以是内燃发动机，例如压缩点火或火花点火式发动机，并且可以由各种类型的燃料来提供燃料，例如柴油、汽油、压缩天然气、乙醇等。WHR动力驱动***104包括WHR***106、变速箱108和FEAD 110。
一般而言，WHR***106被构造成将发动机102产生的废热转换成有用的能量，例如机械能(例如，其可传递到发动机102的曲轴或用于为FEAD 110的部件提供动力)和/或电能(例如，其可存储在电池中以供以后使用)。WHR***106包括工作流体回路122，工作流体回路122包括冷凝器112、至少一个锅炉或热交换器114、膨胀器116、供给泵118和流体控制***120，每个经由工作流体通道流体地联接。供给泵118被构造成通过工作流体回路122泵送工作流体，并且流体控制***120被构造成控制通过工作流体回路122的流体流动。
在操作中，热交换器114作为热交换器运行，以将来自发动机102产生的废热的热能传递到工作流体回路122中的工作流体，从而蒸发工作流体。蒸发的工作流体从热交换器114转移到膨胀器116，膨胀器116沿着工作流体回路122定位在热交换器114的下游。当蒸发的工作流体行进穿过膨胀器116时，蒸气膨胀，从而驱动膨胀器116的涡轮。蒸发的工作流体从膨胀器116流向冷凝器112，在冷凝器112中工作流体被冷却并冷凝回液体，并且随后通过工作流体回路122再循环。根据各种实施方案，膨胀器116可以是涡轮膨胀器、磁耦合膨胀器、活塞膨胀器或任何其它类型的膨胀器。
变速箱108包括第一齿轮系124和毂126。第一齿轮系124和毂126可以至少部分地定位在壳体(未示出)内，壳体还可以容纳WHR***106的各种其它部件，例如冷凝器112、供给泵118和流体控制***120。另外，壳体可以为FEAD 110的各种部件提供安装表面。第一齿轮系124可操作地联接膨胀器116和毂126，以便将扭矩从膨胀器116传递到毂126。第一齿轮系124可包括一个或更多个齿轮，该一个或更多个齿轮被构造成相对于膨胀器116降低毂126的旋转速度。毂126可操作地联接到WHR***106的供给泵118和FEAD 110的皮带轮130中的一者或两者。因此，由WHR***106回收的能量经由膨胀器116被用于驱动WHR***106的供给泵118和FEAD 110的皮带轮130中的一者或两者。在一些实施方案中，变速箱108将膨胀器116可操作地联接至发动机102(例如，至发动机102的曲轴)，以经由直接齿轮至齿轮的连接将能量传递至发动机102。例如，在一些实施方案中，FEAD 110包括输入齿轮，该输入齿轮与变速箱108的输出齿轮啮合接合，以将变速箱108可操作地联接到发动机102的曲轴，从而将机械能从变速箱传递到发动机102的曲轴。在一些实施方案中，变速箱108可以将膨胀器116可操作地联接到发动机***100的其它部件或发动机***100外部的部件。
FEAD 110包括附件132，附件132经由皮带134可操作地联接到皮带轮130。尽管图1A中未示出，但是FEAD 110可以包括若干皮带轮130和若干附件132。在一些实施方案中，一个或更多个附件132可以经由直接齿轮到齿轮连接而联接到变速箱108。附件132可以包括例如交流发电机、水泵、压缩机等。皮带134还可以可操作地联接到发动机102的曲轴136。因此，由WHR***106回收的能量可以经由FEAD 110传输回发动机102。包括皮带134和一个或更多个皮带轮的构造成传递扭矩的***可以被称为“皮带传动装置”。如可以理解的，各种皮带传动装置也可以包括附加部件，例如一个或更多个皮带张紧器。
一些实施方案利用一个或更多个皮带传动装置和一个或更多个直接齿轮到齿轮连接的组合来可操作地联接发动机102、WHR***106、变速箱108和FEAD 110的任何组合。在一些实施方案中，利用皮带传动装置和齿轮连接的组合的布置可以比其它布置呈现出更低的噪声和振动。
图1B是根据另一个实施方案的发动机***138的框图。发动机***138是图1A的发动机***100的替代布置。如图1B中所示，发动机***138包括发动机102和WHR***106。WHR***106包括WHR动力驱动***104、变速箱108、FEAD 110、冷凝器112和热交换器114。WHR动力驱动***104包括变速箱108、FEAD 110、膨胀器116、供给泵118和流体控制***120。
图2是根据实施方案的发动机***200的透视图图示，发动机***200包括发动机202和WHR动力驱动***204。WHR动力驱动***204可以类似于图1A的WHR动力驱动***104。如图2所示，WHR动力驱动***204包括WHR***206、变速箱208和FEAD 210。在图2所示的实施方案中，WHR动力驱动***204被构造成使得WHR***206、变速箱208和FEAD 210中的每一个的一些或全部部件被集成为单个整体组件，该单个整体组件可作为单个部件从发动机202移除。
图3是图2的WHR动力驱动***204的透视图图示。特别地，图3的图示被示出以强调变速箱208。图4是图3的WHR动力驱动***204的变速箱208的图示的正视图。在图3和图4中，WHR动力驱动***204包括壳体228，壳体228由WHR***206(未示出)和变速箱208共用。壳体228被构造成封装和保护WHR***206和变速箱208的各种部件。壳体228包括壳体盖238，该壳体盖238是可移除的，以提供通向WHR***206和齿轮箱208的部件的入口。壳体228还界定了用于各种部件(包括FEAD 210的部件)的整体安装特征240(例如，支架或支座)。因此，在所示实施方案中，对于FEAD 210，壳体228消除了单独安装支架的需求。
图5是图4的变速箱208的正视图图示。在图5中，省略了壳体盖238。如图5的实施方案所示，变速箱208的毂226和第一齿轮系224的大齿轮242设置在壳体228内。大齿轮242可操作地联接到毂226。在实施方案中，大齿轮242固定地联接到毂226，使得大齿轮242不相对于毂226旋转。例如，在一个实施方案中，大齿轮242压配合或键联接至毂226。大齿轮242还与WHR***206的膨胀器216的小齿轮244可操作地联接(例如，啮合接合)。因此，大齿轮242被构造成将扭矩从WHR***206的膨胀器216传递到毂226。如图5所示，膨胀器216相对于第一齿轮系224设置在变速箱208上的竖直较低的位置。换句话说，膨胀器216的输出轴相对于毂226和第一齿轮系224的大齿轮242中的每一个的中心轴线设置在变速箱208上的竖直较低的位置。在一些实施方案中，膨胀器216的输出轴与第一齿轮系224的下半部成直线地设置在变速箱208上的竖直位置处。膨胀器216的位置相对于变速箱208安装在交通工具上时的方位进行描述。示出膨胀器216的位置竖直低于第一齿轮系224，以减少操作中的空气动力损失。
图6是图5的变速箱208的毂226的侧视图图示。毂226支撑大齿轮242，并且被构造成将扭矩从WHR***206传递到FEAD 210的皮带轮(未示出)。毂226沿着纵向轴线246从第一端248延伸到第二端250。毂226界定了紧邻第一端248的凹部(recess)251。凹部251被构造成接收变速箱208的供给泵(未示出)的至少一部分。毂226还界定了从凹部251朝向第二端250进一步延伸到毂226中的内花键252(例如，SAE花键联接的内花键)。应理解，内花键252被构造成接收供给泵的对应的外花键。毂226还包括轴254，轴254沿着纵向轴线246延伸到第二端250。轴254界定若干接合特征256，接合特征256被构造成接合由毂226驱动的其它部件的对应的特征。例如，如应理解的，毂226可以进一步被构造成驱动变速箱208的润滑(lubrication)(“润滑(lube)”)泵(未示出)以及FEAD210的皮带轮(未示出)。毂226被构造成至少部分地定位在壳体228内。例如，在一些实施方案中，轴254延伸穿过壳体228。在一些实施方案中，皮带轮可操作地联接到轴254并定位在壳体228的外部。一些实施方案还包括可操作地联接到轴的密封机构。密封机构被构造成防止流体离开变速箱壳体并防止大气元素(atmospheric elements)和碎屑进入变速箱壳体。
图7是图5的变速箱208的大齿轮242的透视图图示。大齿轮242界定中心轴线258，该中心轴线258在操作中与毂226的纵向轴线246同轴。大齿轮242界定围绕大齿轮242的外周表面定位的齿轮齿260。齿轮齿260与膨胀器216的小齿轮244的齿轮齿一起界定大齿轮242和小齿轮244之间的齿轮比(gear ratio)。在一个实施方案中，齿轮比大于10∶1。在一个实施方案中，齿轮比为10.5∶1。
图8是图5的变速箱208的正视图图示，其中毂226和大齿轮242从变速箱208移除。如图8所示，WHR***206的供给泵218也设置在壳体228内，邻近毂226(未示出)(例如，在所示方向的后面)。供给泵218被构造成使工作流体(例如，制冷剂)通过工作流体回路循环。壳体228界定工作流体回路的入口端口262。
图9是图8的变速箱208的横截面侧视图图示。供给泵218包括沿着供给泵218的纵向轴线266延伸的轴264。供给泵218的纵向轴线266在组装时与毂226(图6)的纵向轴线246同轴。轴264界定外花键268，外花键268被构造成接合毂226的内花键252。壳体228界定吸入腔270和排放腔272，吸入腔270和排放腔272形成工作流体回路的一部分。供给泵218被构造成从吸入腔270抽取工作流体并将工作流体排放到排放腔272中。
图10是强调图2的WHR***206的流量控制阀274的正视图图示。流量控制阀274是WHR***206的流体控制***的一部分。流量控制阀274可移除地联接到变速箱208的壳体228。流量控制阀274控制通过工作流体回路的工作流体的流动。特别地，流量控制阀274控制工作流体到WHR***206的热交换器(未示出)的流动。在一些实施方案中，流量控制阀274还控制工作流体从工作流体回路到其它流体回路(例如，废气再循环(“EGR”)流体回路)的流动。
图11是强调图2的WHR***206的旁路阀276的正视图图示。旁路阀276也是WHR***206的流体控制***的一部分。旁路阀276可移除地联接到变速箱208的壳体228。旁路阀276通过使工作流体选择性地旁路流动至供给泵218的入口来控制通过工作流体回路的工作流体的流动，以绕过热交换器(未示出)。在一些实施方案中，旁路阀276被构造成选择性地将工作流体从热交换器上游的工作流体回路引导至膨胀器下游的工作流体回路，以便绕过热交换器和膨胀器中的每一个。在一些实施方案中，旁通的工作流体被提供给供给泵218上游的工作流体回路。在其它实施方案中，旁通的工作流体被提供给冷凝器(未示出)上游的工作流体回路。应理解，流体控制***可以包括一个或更多个流体通道(例如，管道或管线)，以选择性地引导如所述的工作流体。
图12是强调图2的WHR***206的膨胀器216(也参见图5)的正视图图示。膨胀器216包括排油口280，排油口280定位在变速箱208的下表面281上，以便于油从***排出。特别地，排油口280定位在不受其它部件阻塞的表面上，使得操作者可以接近排油口280。
图13是图2的WHR动力驱动***204的透视图图示。FEAD 210包括发动机***200(图2)的一个或更多个附件，以及被构造成传递动力以驱动附件的驱动部件。例如，驱动部件可以包括皮带传动装置、皮带轮、直接传动机构和离合器。根据一个实施方案，FEAD 210被构造成从WHR***206向FEAD 210的附件传递动力。在一些实施方案中，一个或更多个附件可以以其它方式提供动力，例如通过电力或水能。
在一个实施方案中，如图13所示，FEAD 210包括第一附件232、第二附件284和第三附件285。例如，在一个实施方案中，第一附件232是压缩机，第二附件284是水泵，并且第三附件285是交流发电机或电动发电机单元。第一附件232和第二附件284由包括皮带234的皮带传动***提供动力。第一附件232和第二附件284经由相应的第一皮带轮286和第二皮带轮287可操作地联接到皮带234。
FEAD 210还包括离合器282，离合器282被构造成选择性地将FEAD210的第一附件232和第二附件284联接到WHR***206(未示出)。更具体地，离合器282选择性地联接到变速箱208的第一齿轮系224(参见图5)，该变速箱208将WHR***206的膨胀器216(参见图5和图12)与FEAD 210可操作地联接。离合器282包括离合器皮带轮283，该离合器皮带轮283被构造成将离合器282经由皮带234可操作地联接到相应的第一附件232的第一皮带轮286和第二附件284的第二皮带轮287。
在一个实施方案中，第三附件285经由变速箱208的第二齿轮系(未示出)可操作地联接到WHR***206。例如，第三附件285可以包括具有小齿轮的输入轴，该小齿轮接合第二齿轮系，以便将扭矩从WHR***206传递到第三附件285。在其它实施方案中，第三附件285可操作地联接到皮带234。
在一些实施方案中，第二皮带轮287是双皮带轮。第二皮带(未示出)可操作地将FEAD 210与发动机202(未示出)的曲轴联接。因此，能量可以经由第二皮带从发动机的曲轴传递到FEAD 210。在一个实施方案中，第三附件285是电动发电机单元，当发动机202不运行时，该电动发电机单元可操作以给FEAD 210的部件提供动力。皮带和皮带轮可以包括皮带传动装置。
图14是图2的WHR动力驱动***204的局部横截面视图图示。横截面延伸穿过WHR动力驱动***204的若干部件，包括WHR***206的供给泵218和膨胀器216；变速箱208的第一齿轮系224、毂226、壳体盖238和大齿轮242；和FEAD 210的离合器282。图14进一步示出变速箱208的润滑泵288。润滑泵288可操作地联接至变速箱208的毂226。润滑泵288被构造成使润滑剂(例如，油)泵送通过变速箱208。在一个实施方案中，润滑泵288是内齿轮油泵。在一些实施方案中，润滑泵288被构造成使润滑剂泵送通过膨胀器216的轴承。因此，毂226提供供给泵218、第一齿轮系224和润滑泵288中的每一个的集成操作。
图15A和图15B分别示出了第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320。在各种实施方案中，第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320在发动机***上实现，例如图1A和图1B的发动机***100或图2的发动机***200。在其它实施方案中，第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320在另一种类型的动力驱动***上实现。为了清楚和简洁的目的，结合图1A的发动机***100描述了第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320。然而，应理解，第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320可以类似地与其它***一起使用。
第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320中的每一个包括发动机曲柄皮带轮312(例如，可操作地联接到曲轴136)、WHR输出皮带轮313(例如，皮带轮130)、皮带张紧器组件314、辅助输入皮带轮315(例如，可操作地联接到附件132的输入轴)和皮带311(例如，皮带134)。发动机曲柄皮带轮312联接到曲轴136的一端，并且因此，动力可以经由发动机曲柄皮带轮312传递到发动机102和从发动机102传递。类似地，WHR输出皮带轮313联接到变速箱108的输出传动轴的一端。皮带张紧器组件314包括张紧皮带轮和相关的压力施加装置(例如，弹簧加载的、液压的、固定的等)，压力施加装置被配置成通过张紧皮带轮施加足以在特定参数内调节皮带311的张力的力。辅助输入皮带轮315联接至输入传动轴，输入传动轴可操作地联接至一个或更多个辅助装置(例如，附件132、压缩机、泵、交流发电机等)并向该一个或更多个辅助装置提供旋转力。皮带311是带(例如，蛇形皮带、光滑皮带等)，皮带311将发动机曲柄皮带轮、WHR输出皮带轮313、辅助输入皮带轮315和皮带张紧器组件314可操作地联接在一起。
第一皮带传动布置310和第二皮带传动布置320中的每一个是皮带传动装置的示例性布置的正面示意图。第一皮带传动布置310和第二带传动布置320中的每一个示出了设置成整体三角形构型的发动机曲柄皮带轮312、WHR输出皮带轮313和辅助输入皮带轮315。在各种布置中，非三角形构型是可能的，例如通过使用一个或更多个对应的皮带的一个或更多个惰轮路线路径。
在第一组条件下，发动机曲柄皮带轮312处的旋转输出大于WHR输出皮带轮313处的旋转输出。在第二组条件下，WHR输出皮带轮313处的旋转输出大于发动机曲柄皮带轮312处的旋转输出。
皮带张紧器组件314设置在WHR输出皮带轮313和辅助输入皮带轮315之间，皮带311围绕每个相应的皮带轮以交替方式设置。这样，皮带张紧器组件314可以施加向内的偏压力(例如，大致朝向皮带轮三角形构型的中间部分)，以通过WHR输出皮带轮313和辅助输入皮带轮315之间的皮带跨度来调节皮带311的张力。
如图15A中箭头所示，为了经由皮带311进行旋转传输，WHR输出皮带轮313设置在发动机曲柄皮带轮312的下游(即，旋转地设置在发动机曲柄皮带轮312的下游)，辅助输入皮带轮315设置在WHR输出皮带轮313的下游。例如，在操作中，第一皮带传动布置310的发动机曲柄皮带轮312在图15A所示的定向上产生顺时针旋转输出。
在发动机曲柄皮带轮312处的旋转输出大于WHR输出皮带轮313处的旋转输出的第一组条件下，发动机曲柄皮带轮312和辅助输入皮带轮315之间的第一皮带跨度301处的皮带张力高(例如，由于发动机曲柄皮带轮312驱动上游辅助输入皮带轮315的旋转，并且在较小程度上驱动张紧皮带轮和WHR输出皮带轮313)。发动机曲柄皮带轮312和WHR输出皮带轮313之间的第二皮带跨度302处的皮带张力以及WHR输出皮带轮313和皮带张紧器组件314之间的第三皮带跨度303处的皮带张力相对低于第一皮带跨度301的皮带张力。
在WHR输出皮带轮313处的旋转输出大于发动机曲柄皮带轮312处的旋转输出的第二组条件下，由于WHR输出皮带轮313补充发动机曲柄皮带轮312的旋转输出并间接驱动辅助输入皮带轮315的旋转，第二皮带跨度302处的皮带张力增加。这样，第一皮带跨度301和第三皮带跨度303处的皮带张力变得相对较低。
关于第二种布置，如图15B所示，发动机曲柄皮带轮312在所示定向上产生逆时针旋转输出。
在发动机曲柄皮带轮312处的旋转输出大于WHR输出皮带轮313处的旋转输出的第一组条件下，在发动机曲柄皮带轮312和辅助输入皮带轮315之间的第四皮带跨度304处皮带张力高。相应地，在发动机曲柄皮带轮312和WHR输出皮带轮313之间的第五皮带跨度305处以及在WHR输出皮带轮313和皮带张紧器组件314之间的第六皮带跨度306处，皮带张力相对较低。
在WHR输出皮带轮313处的旋转输出大于发动机曲柄皮带轮312处的旋转输出的第二组条件下，第五皮带跨度305处的皮带张力增加，而第四皮带跨度304和第六皮带跨度306处的皮带张力相对较低。
在操作中，对于图15A和图15B所示的实施方式，皮带张紧器组件314减轻了上述皮带张力的变化，从而提高了从WHR输出皮带轮313到发动机曲柄皮带轮312的动力转换效率，并衰减了在WHR输出皮带轮313处接收的扭转力。在第一皮带传动布置310中，在第一组条件下，皮带张紧器组件314可被构造成向皮带311施加压力，以显著减少第二皮带跨度302处的松弛。这样，当第一皮带传动布置310从第一组条件转换到第二组条件时，来自WHR输出皮带轮313的在增加第二皮带跨度302的皮带张力中消耗的能量的量减少，该皮带张力足以将输出传输到发动机曲柄皮带轮312。另外，减小第二皮带跨度302处的皮带张力差减小了当从第一组条件转换到第二组条件时(例如由于在WHR输出皮带轮313消耗皮带311中的松弛之后由发动机曲柄皮带轮312施加的突然的阻力)在WHR输出皮带轮313处接收的操作冲击。
现在参考图16，示出了联接到发动机的示例性皮带传动***400。***400包括发动机曲柄皮带轮412、WHR输出皮带轮413、皮带张紧器组件414和辅助输入皮带轮415的示例性布置。
在***400的例子中，不是如图15A和图15B所示的发动机曲柄皮带轮312与辅助输入皮带轮315和WHR输出皮带轮313之间的直接旋转传输，而是由双皮带轮404提供间接旋转传输。双皮带轮404是旋转装置，其被配置成接合两个或更多个皮带并在两个或更多个皮带之间传输旋转力。双皮带轮404可操作地联接到第一皮带402和第二皮带406。第一皮带402可操作地联接到发动机曲柄皮带轮412和双皮带轮404，并且第二皮带406可操作地联接到WHR输出皮带轮413、皮带张紧器组件414、辅助输入皮带轮415和双皮带轮404。因此，在图16的示例中，皮带张紧器组件414在第二皮带406的在WHR输出皮带轮413和辅助输入皮带轮415之间的皮带跨度处施加张紧压力。
图17示出了制造皮带***的方法500。方法500使用图1A的发动机***100的方面以及关于图15A和图15B描述的皮带轮***的方面来执行。
在502处，将发动机曲柄皮带轮(例如，发动机曲柄皮带轮312)联接到发动机(例如，发动机102)。发动机曲柄皮带轮可操作地联接到发动机的旋转输出部件。例如，发动机曲柄皮带轮可以联接到传动轴，该传动轴传输来自发动机的相关曲轴的旋转力。
在504处，将WHR输出皮带轮(例如，WHR输出皮带轮313)联接到发动机。WHR输出皮带轮联接到发动机的WHR***(例如，变速箱108)的旋转输出部分(例如，传动轴)。
在506处，将辅助输入皮带轮(例如，辅助输入皮带轮315)联接到发动机。辅助输入皮带轮联接到旋转输入接收部件(例如，旋转传动轴)，旋转输入接收部件进而可操作地联接到与发动机或设置有发动机的交通工具相关联的一个或更多个辅助装置(例如，压缩机、泵等)。一个或更多个辅助装置部分地由于通过辅助输入皮带轮提供的旋转输入而运行。基于发动机曲柄皮带轮的旋转方向，辅助输入皮带轮联接在相对于WHR输出皮带轮的下游位置处。
在508处，将皮带张紧器组件(例如，皮带张紧器组件314)联接到发动机。皮带张紧器组件在使皮带张紧器组件能够向WHR输出皮带轮和辅助输入皮带轮之间的皮带跨度施加压力的位置处联接到发动机。
在510处，将一个或更多个皮带(例如，皮带311或图16的皮带402、406)联接到皮带轮。所述一个或更多个皮带将发动机曲柄皮带轮、WHR输出皮带轮和辅助输入皮带轮关联地联接在一起，从而允许皮带轮之间的旋转力的传输。至少一个皮带可操作地联接到皮带张紧器组件，以允许张紧器组件沿着WHR输出皮带轮和发动机曲柄皮带轮之间的皮带跨度的至少一部分调节皮带张力。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何适当的子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征在上面可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
阅读本公开的本领域的技术人员应理解，除非另有说明，否则各种特征在不限制这些特征的范围到提供的精确的数值范围的情况下被描述和要求。因此，描述的和要求保护的本发明的非实质的或不重要的修改或变更被认为是在如在所附的权利要求中所述的本发明的范围内。
如在本文使用的术语“联接”及类似术语意指两个部件直接或间接地连结到彼此。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。通过两个部件或这两个部件和任何另外的中间部件作为单个整体主体彼此整体地形成，或者通过这两个部件或这两个部件和任何另外的中间部件附接到彼此，这样的连结可以实现。
重要的是要注意，在各个示例性实施方式中示出的***的构造和布置在性质上只是说明性的而非限制性的。在所述实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改期望被保护。应理解，一些特征可以不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求界定。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项可包括一部分和/或整个项，除非明确地相反地陈述。

Claims (16)

1.一种废热回收动力驱动***，包括：
废热回收***，所述废热回收***包括：
热交换器，所述热交换器可操作地联接到发动机，以便从所述发动机接收热能并且将所述热能传递到工作流体；和
膨胀器，所述膨胀器流体地联接到所述热交换器，以便接收来自所述热交换器的所述工作流体，所述膨胀器被构造成将来自所述工作流体的热能转换成机械能；
变速箱，所述变速箱可操作地联接到所述膨胀器；
前发动机附件驱动器，所述前发动机附件驱动器包括皮带传动装置，所述皮带传动装置将所述变速箱可操作地联接到所述发动机的曲轴，以便将所述机械能从所述变速箱传递到所述发动机的所述曲轴；和
整体组件，所述整体组件包括所述前发动机附件驱动器、所述变速箱和所述膨胀器，所述整体组件作为整体部件能够从所述发动机移除；
其中，所述变速箱还将所述膨胀器可操作地联接到交流发电机的第一输入轴，并且其中，所述皮带传动装置还将所述交流发电机的第二输入轴可操作地联接至所述发动机的所述曲轴；
其中，所述变速箱还将所述膨胀器可操作地联接到润滑泵，所述润滑泵被构造成使润滑剂泵送通过所述变速箱。
2.根据权利要求1所述的废热回收动力驱动***，其中，所述废热回收***还包括可操作地联接到所述膨胀器的供给泵，所述供给泵被构造成使所述工作流体通过包括所述热交换器和所述膨胀器的工作流体回路进行循环。
3.根据权利要求2所述的废热回收动力驱动***，其中，所述整体组件还包括所述供给泵。
4.根据权利要求2或3所述的废热回收动力驱动***，其中，所述废热回收***还包括工作流体控制***，所述工作流体控制***被构造成控制所述工作流体通过所述工作流体回路的流动。
5.根据权利要求4所述的废热回收动力驱动***，其中，所述工作流体控制***包括沿着所述工作流体回路定位的流量控制阀，所述流量控制阀被构造成控制所述工作流体流动通过所述工作流体回路到所述热交换器的流动。
6.根据权利要求4所述的废热回收动力驱动***，其中，所述工作流体控制***还包括旁路阀，所述旁路阀沿着所述工作流体回路在所述供给泵下游定位，所述旁路阀被构造成选择性地将所述工作流体从所述热交换器上游的所述工作流体回路引导至所述膨胀器下游的所述工作流体回路，以便绕过所述热交换器和所述膨胀器中的每一个。
7.根据权利要求2-3和5-6中任一项所述的废热回收动力驱动***，其中，所述变速箱界定冷却通道，所述冷却通道流体地联接到所述工作流体回路并且被构造成从所述工作流体回路接收所述工作流体，以便冷却所述变速箱以及所述变速箱中的部件和流体中的每一个。
8.根据权利要求1-3和5-6中任一项所述的废热回收动力驱动***，其中，所述变速箱包括：
毂，所述毂经由第一齿轮系可操作地联接到所述膨胀器，
其中，所述膨胀器的输出轴相对于所述毂的中心轴线设置在所述变速箱内的竖直较低的位置。
9.根据权利要求1所述的废热回收动力驱动***，其中，所述皮带传动装置还包括：
双皮带轮；
第一皮带，所述第一皮带将所述双皮带轮可操作地联接到所述变速箱；
第二皮带，所述第二皮带将所述双皮带轮可操作地联接到所述发动机的所述曲轴。
10.根据权利要求9所述的废热回收动力驱动***，其中，所述第二皮带还将所述交流发电机的所述第二输入轴可操作地联接到所述发动机的所述曲轴。
11.根据权利要求9或10所述的废热回收动力驱动***，还包括离合器，所述离合器选择性地将所述变速箱的第一齿轮系联接到离合器皮带轮，其中所述第一皮带经由所述离合器皮带轮可操作地联接至所述变速箱。
12.根据权利要求11所述的废热回收动力驱动***，其中，所述变速箱还包括：
变速箱壳体，所述第一齿轮系定位在所述变速箱壳体内；
毂，所述毂部分地定位在所述变速箱壳体内，所述毂包括延伸穿过所述变速箱壳体的毂轴，所述离合器皮带轮可操作地联接到所述毂轴并且定位在所述变速箱壳体的外部；和
密封件，所述密封件可操作地联接到所述毂轴，所述密封件被构造成防止流体离开所述变速箱壳体并且防止大气元素和碎屑进入所述变速箱壳体。
13.根据权利要求1-3和5-6中任一项所述的废热回收动力驱动***，其中，所述皮带传动装置包括：
发动机曲柄皮带轮，所述发动机曲柄皮带轮可操作地联接到所述发动机的所述曲轴；
废热回收输出皮带轮，所述废热回收输出皮带轮可操作地联接到所述变速箱的输出轴；
辅助输入皮带轮，所述辅助输入皮带轮可操作地联接到辅助装置的输入轴；
皮带张紧皮带轮，所述皮带张紧皮带轮可操作地联接到皮带张紧器；和
第一皮带，所述第一皮带可旋转地联接所述发动机曲柄皮带轮、所述废热回收输出皮带轮、所述辅助输入皮带轮和所述皮带张紧器中的每一个，
其中所述废热回收输出皮带轮相对于所述第一皮带的旋转方向旋转地定位在所述发动机曲柄皮带轮的下游。
14.根据权利要求13所述的废热回收动力驱动***，其中，当所述废热回收***产生动力时以及当所述辅助装置消耗动力时，所述皮带张紧皮带轮被定位在所述第一皮带的松弛跨度中。
15.根据权利要求13所述的废热回收动力驱动***，其中，所述皮带张紧皮带轮相对于所述第一皮带的所述旋转方向旋转地定位在所述发动机曲柄皮带轮和所述废热回收输出皮带轮中的每一个的下游。
16.一种废热回收动力驱动***，包括：
废热回收***，所述废热回收***包括：
热交换器，所述热交换器可操作地联接到发动机，以便从所述发动机接收热能并且将所述热能传递到工作流体；和
膨胀器，所述膨胀器流体地联接到所述热交换器，以便接收来自所述热交换器的所述工作流体，所述膨胀器被构造成将来自所述工作流体的热能转换成机械能；
变速箱，所述变速箱可操作地联接到所述膨胀器和润滑泵，所述润滑泵被构造成使润滑剂泵送通过所述变速箱；
前发动机附件驱动器，所述前发动机附件驱动器包括与所述变速箱的输出齿轮啮合接合的输入齿轮，以将所述变速箱可操作地联接到所述发动机的曲轴，从而将所述机械能从所述变速箱传递到所述发动机的所述曲轴；和
整体组件，所述整体组件包括所述前发动机附件驱动器、所述变速箱和所述膨胀器，所述整体组件作为整体部件能够从所述发动机移除；
其中，所述变速箱的大齿轮与所述膨胀器的小齿轮可操作地联接，且所述小齿轮相对于所述大齿轮设置在所述变速箱上的竖直较低的位置，从而减少空气动力损失。
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