[發明專利]具有多個冷卻劑加熱模式的車輛廢熱回收設備和方法

有效

• 申請號: 201010537412.0
• 申請日: 2010-11-04
• 公開（公告）號: CN102052128A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: G·P·普賴爾;D·B·格拉斯福德
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F02N19/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 董均華

技術領域

本發明涉及用于車輛的廢熱回收。

背景技術

發動機冷卻劑、發動機油和變速器流體的快速預熱對于在冷起動(即，當車輛沒有運行并且發動機和變速器相對較冷時)期間改善燃料經濟性是重要的。對于柴油和混合動力應用而言，由于燃燒的燃料更少，所以發動機預熱尤其具有挑戰性。

發明內容

在已知廢熱回收系統中，在冷卻劑溫度達到預定溫度(即，模式切換溫度)時停止冷卻劑加熱，所述預定溫度通常稍微低于發動機恒溫器開啟以經由散熱器冷卻發動機的溫度。通常通過將旁通閥移動至旁通模式來停止冷卻劑加熱，在旁通模式中，排氣流旁通熱交換器且大致不發生冷卻劑加熱。本文提供允許在達到該典型模式切換溫度之后在沒有使冷卻劑沸騰的風險的情況下繼續廢熱回收的設備。因而，在期望發動機冷卻劑加熱以改進車輛效率和燃料經濟性時(例如，在冬天和輕負載駕駛期間)，實現附加的廢熱回收。

具體地，提供一種用于具有發動機的車輛的設備，所述設備包括排氣系統，排氣通過所述排氣系統從發動機排出。熱交換器至少部分地定位在排氣系統內。冷卻劑流動通道設置成與發動機和熱交換器熱連通。旁通閥能以第一模式操作，以將排氣沿第一流動路徑引導經過熱交換器，以將廢熱以第一冷卻劑加熱模式傳遞給冷卻劑流動通道。所述閥還能以第二模式操作，以將排氣的至少一部分沿第二流動路徑引導經過熱交換器，以將廢熱以第二冷卻劑加熱模式傳遞給冷卻劑流動通道。通過限制僅流到熱交換器的一部分或者將經過熱交換器的流動限制為來自于發動機的排氣流的僅一部分，第二流動路徑相對于第一流動路徑被限制。因而，相對于第一冷卻劑加熱模式的第一流動路徑減少經過熱交換器的冷卻劑溫度升高。

所述閥還能以第三模式操作，其中，排氣以旁通模式旁通熱交換器，在旁通模式期間，沒有發生經由熱交換器的顯著冷卻劑加熱。優選地，各種傳感器定位在排氣系統和發動機中，且操作性地連接到控制器。所述控制器基于感測的車輛操作狀況并根據存儲算法來估計經過熱交換器的冷卻劑溫度升高，并相應地控制旁通閥的移動。

一種在具有這種設備的車輛上管理廢熱回收的方法，包括監測車輛操作狀況，所述車輛操作狀況包括發動機冷卻劑溫度、發動機負載、發動機速度和空氣/燃料比。然后，基于監測的車輛操作狀況來預測經過熱交換器的排氣溫度和排氣流率。然后，估計在經過熱交換器的預測排氣溫度和流率時由于排氣流引起的冷卻劑溫度增加。然后，基于估計的冷卻劑溫度增加來控制旁通閥以改變經過熱交換器的排氣流量。所述閥被控制以建立至少兩種不同的冷卻劑加熱模式且建立旁通模式，在所述冷卻劑加熱模式中，排氣經由不同的流動路徑流經熱交換器，在旁通模式中，大致沒有排氣流經熱交換器。因而，通過采用多個冷卻劑加熱模式，該方法實現附加的熱提取，但是確保離開熱交換器的冷卻劑不會沸騰。

方案1.一種用于具有發動機的車輛的設備，所述設備包括：

排氣系統，排氣通過所述排氣系統從發動機排出；

熱交換器，所述熱交換器至少部分地定位在排氣系統內；

冷卻劑流動通道，所述冷卻劑流動通道與發動機和熱交換器熱連通；以及

旁通閥，所述旁通閥能以第一冷卻劑加熱模式操作，以將排氣沿第一流動路徑引導經過熱交換器，以將廢熱傳遞給冷卻劑流動通道；所述閥能以第二冷卻劑加熱模式操作，以將排氣的至少一部分沿第二流動路徑引導經過熱交換器，以將廢熱傳遞給冷卻劑流動通道；其中，第二流動路徑相對于第一流動路徑被限制；且所述閥能以旁通模式操作，以引導排氣旁通熱交換器，在旁通模式期間，沒有發生經由熱交換器的顯著冷卻劑加熱。

方案2.根據方案1所述的設備，其中，所述旁通閥具有能彼此獨立地移動的第一部分和第二部分；其中，在第二冷卻劑加熱模式中，第一部分處于第一位置且第二部分處于第二位置，使得第二部分將到熱交換器的流動部分地阻塞以建立第二流動路徑。

方案3.根據方案2所述的設備，還包括：

擋板，所述擋板設置成在旁通閥和熱交換器之間引導排氣，使得在第二冷卻劑加熱模式中，排氣僅僅流經熱交換器的一部分。

方案4.根據方案1所述的設備，其中，所述旁通閥在第一冷卻劑加熱模式中處于第一位置，在第二冷卻劑加熱模式中處于第二位置，且在旁通模式中處于第三位置；其中，第二位置在第一位置和第三位置之間以將排氣流在旁通熱交換器的另一個流動路徑和第二流動路徑之間分離。

方案5.根據方案1所述的設備，還包括：

至少一個傳感器，所述至少一個傳感器能操作感測車輛操作狀況；