[發明專利]用于廢熱回收的廢氣旁通流量控制

有效

• 申請號: 201110132323.2
• 申請日: 2011-04-01
• 公開（公告）號: CN102235212A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: M·G·雷諾德斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01N13/00;F01N9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;譚祐祥

技術領域

本發明的示例性實施例涉及用于內燃發動機的廢熱回收系統，更具體地，涉及具有魯棒的廢氣旁通流量控制的廢熱回收裝置。

背景技術

燃料價格的增長以及對廢氣排放的管理的增多已然導致機動車用的更有燃料效率的推進系統日益流行。高效率的內燃發動機、柴油發動機、以及使用了電動馬達和內燃發動機的推進組合的混合推進系統僅是車輛設計師們考慮解決所述效率和管理挑戰的部分解決方案。就傳統的非混合動力的動力系而言，大約30％的燃料能量以廢熱形式喪失在排氣系統中。就混合動力推進系統而言，在冷的環境溫度操作期間，保持發動機、變速器、排氣系統以及乘員艙室內的適當溫度可能是具有挑戰的，這是因為混合動力推進系統頻繁地起動和停止內燃發動機。

在任一情形中，例如，與環境相比具有較大溫度差的發動機排氣系統都是用于回收以廢熱形式的有用能量以便用在車輛其他地方的適宜目標。熱交換器可與發動機排氣系統相關聯，并且可以例如使用發動機冷卻劑或另一種工作流體，以便通過排氣系統從排氣流中提取廢熱。由熱交換器所回收的熱量可用來在冷起動后幫助快速加熱發動機或變速器，從而減少摩擦和增加系統效率。可備選地，回收的熱量可用來通過熱電發電來產生電力，其中，溫度差產生了可被車輛電氣系統使用的電壓。由于排氣溫度可在整個操作周期內廣泛地變化(從大約300℃到大約1000℃)，因此使用回收的廢熱的各種車輛系統(包括熱交換器本身)必須監測過高溫度狀況，所回收的熱量或能量在過高溫度狀況中可能是有害的。盡管排氣溫度不容易控制，但是在此情況下，通常是使發動機廢氣旁路繞過熱交換器，以便在各種排氣處理設備中經過適當的處理后釋放到大氣中。使廢氣繞過熱交換器的旁通可需要使用安裝成與熱廢氣流體連通的旁通閥。在此環境中，所述閥經受極端苛刻的條件，因而需要非常穩健并且通常很昂貴的設計和材料。

發明內容

在一個示例性實施例中，一種用于內燃發動機的排氣系統包括配置成從內燃發動機的排氣端口接收廢氣的廢氣管路。下游廢熱回收裝置可配置成接收廢氣，并進一步包括與廢氣管路流體連通的第一流動通道以及與廢氣管路流體連通的第二流動通道。熱交換器/能量回收單元位于第二流動通道內，并具有工作流體的入口和出口，用于工作流體從其中循環通過，并將來自廢氣的熱量交換給工作流體。流量控制閥位于第一和第二流動通道下游，處于廢熱回收裝置的低溫區域內，以便引導廢氣通過第一流動通道、第二流動通道、或它們的組合。

在另一個示例性實施例中，一種用于內燃發動機的排氣系統包括配置成從內燃發動機的排氣端口接收廢氣的廢氣管路。下游廢熱回收裝置可配置成接收廢氣，并進一步包括體積擴大部分。縱向延伸的流量分配器位于體積擴大部分內，并限定與廢氣管路流體連通的第一流動通道和與廢氣管路流體連通的第二流動通道。熱交換器/能量回收單元位于第二流動通道內，并具有工作流體的入口和出口，用于工作流體從其中循環通過，并將來自廢氣的熱量交換給工作流體。流量控制閥可樞轉地連接至流量分配器的下游端，處于廢熱回收裝置的低溫區域內，并配置成引導廢氣通過第一流動通道、第二流動通道、或它們的組合。

在又一個示例性實施例中，提供了一種操作用于內燃發動機的排氣系統的方法，該排氣系統包括：配置成從內燃發動機的排氣端口接收廢氣的廢氣管路；配置成接收廢氣的下游廢熱回收裝置。該廢熱回收裝置包括：與廢氣管路流體連通的第一流動通道；與廢氣管路流體連通的第二流動通道；熱交換器/能量回收單元，所述熱交換器/能量回收單元位于第二流動通道內，具有供工作流體從其中循環通過的工作流體的入口和出口，并且將來自廢氣的熱量交換給工作流體；以及，流量控制閥，所述流量控制閥位于第一和第二流動通道下游，處于廢熱回收裝置的低溫區域內，以便引導廢氣通過第一流動通道或第二流動通道。該方法包括：確定各車輛系統的熱量或能量需求；如果各車輛系統需要熱量或能量，那么致動流量控制閥以引導廢氣通過第二流動通道和熱交換器/能量回收單元；以及，如果各車輛系統不需要熱量或能量，那么致動流量控制閥以引導廢氣通過第一流動通道。

本發明也提供如下的解決方案：

解決方案1：一種用于內燃發動機的排氣系統，包括：

配置成從所述內燃發動機的排氣端口接收廢氣的廢氣管路；

配置成接收所述廢氣的下游廢熱回收裝置；所述廢熱回收裝置進一步包括：

與所述廢氣管路流體連通的第一流動通道；

與所述廢氣管路流體連通的第二流動通道；

設置于所述第二流動通道內用于與輸送到其中的所述廢氣交換熱量的熱交換器/能量回收單元；以及