一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及发动机技术领域，具体公开了一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法，该车用发动机有机朗肯循环余热回收装置包括发动机子系统、有机朗肯循环子系统和动力传动子系统，有机朗肯循环子系统包括依次连接的膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵、换热器和第二三通阀，工质在换热器中与发动机子系统的排放管路换热，第二三通阀能够将换热器选择性连通膨胀机和冷凝器，工质侧从废气侧吸收的热量不大于当前环境温度下冷凝器能够散发的最大热量，当膨胀机出现故障时，工质由换热器全部直接流至冷凝器，冷凝器也能够将工质吸收的发动机排气热量完全散失到环境中去，保证余热回收装置的安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法
本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法。
技术介绍
发动机转变为有效功的热当量占燃料燃烧发热量的30％～45％(柴油机)或20％～30％(汽油机)。以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％～70％(柴油机)或70％～80％(汽油机)。汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，大部分的能量损失则通过发动机的冷却水散热和高温尾气排热。对此，现有技术中如申请号为CN201010579930.9的前期专利中所公开的两级单螺杆膨胀机有机朗肯循环柴油机尾气余热利用系统，采用有机朗肯循环技术回收发动机的尾气余热能量。其基本原理是有机工质在蒸发器内吸收发动机余热而被蒸发成气态工质，气态工质再进入膨胀机内推动膨胀机进行做功，膨胀机出口的气态有机工质被冷凝器所冷凝成液态有机工质后回流至储液罐中，储液罐中的液态有机工质流出至工质泵升压后送入蒸发器中再次吸收发动机余热，从而完成一个朗肯循环。但是，由于整车布置空间有限，用于布置有机朗肯循环余热回收装置的冷凝器的空间受到限制，会出现在发动机排气能量较大的发动机工况时冷凝器的冷却散热能力不足导致有机朗肯余热回收装置不能正常工作的情况。同时，在有机朗肯循环余热回收装置正常工作中，膨胀机轴功输出和发动机动力输出装置之间的机械耦合控制也无法有效控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法，以解决现有技术中用于布置有机朗肯循环余热回收装置的冷凝器的空间受到限制，会出现在发动机排气能量较大的发动机工况时冷凝器的冷却散热能力不足导致余热回收装置不能正常工作的问题。一方面，本专利技术提供一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，该车用发动机有机朗肯循环余热回收装置包括：发动机子系统，包括尾气后处理装置、与所述尾气后处理装置连接的第一三通阀，以及与所述第一三通阀连接的排放管路，所述排放管路与大气连通，所述第一三通阀能够使所述尾气后处理装置选择性与大气和所述排放管路连通；有机朗肯循环子系统，包括膨胀机，与所述膨胀机的输出端连接的冷凝器，与所述冷凝器相对的变频风扇，与所述冷凝器连接的储液罐，与所述储液罐连接的工质泵，以及与换热器和第二三通阀，所述第二三通阀包括输入端和第一输出端和第二输出端，所述换热器包括工质侧和废气侧，所述工质侧的两端分别连接所述工质泵和所述输入端，所述废气侧的两端串联于所述排放管路，所述第一输出端连接所述膨胀机，所述第二输出端连接所述冷凝器，所述输入端选择性连通所述第一输出端和所述第二输出端，所述工质侧从所述废气侧吸收的热量等于当前环境温度下所述冷凝器能够散发的最大热量；动力传动子系统，包括与发动机连接的动力输出装置主轴，与所述膨胀机连接的膨胀机主轴，以及连接所述动力输出装置主轴和所述膨胀机主轴的电控变速离合装置。作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的优选技术方案，所述发动机子系统还包括：发动机，包括排气歧管和进气歧管；涡轮增压器，包括涡轮机和与所述涡轮机连接的压气机，所述涡轮机连接大气和所述进气歧管，所述压气机连接所述排气歧管和所述尾气后处理装置。另一方面，本专利技术提供一种任一上述方案中所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，包括：S1：获取尾气后处理装置输出的尾气的温度Texh_1；S2：比较Texh_1和余热回收装置开启温度Tstart的大小；若Texh_1＞Tstart，则执行S3；S3：获取当前环境温度T0；S4：根据环境温度与冷凝器最大散热量的map确定与当前环境温度T0对应的当前冷凝器的最大散热量Q1max；S5：根据公式计算换热器的废气侧所允许的最大排气流量其中，cp为发动机排气比热容，Texh_1为换热器的废气侧的入口的温度值，Texh_2为换热器的废气侧的出口的温度设计值；S6：控制第一三通阀，使尾气后处理装置排入排放管路中的废气的排气流量等于作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S6包括：S61：获取尾气后处理装置输出端的排气流量若则执行S62；若则执行S63；S62：控制第一三通阀仅连通排放管路和尾气后处理装置；S63：控制第一三通阀连通排放管路和尾气后处理装置，且连通大气和尾气后处理装置，排放管路和尾气后处理装置之间的废气的排气流量等于作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S6之后还包括：S7：根据公式计算工质的质量流量其中，h1和h2分别为换热器的工质侧的出口处和入口处的比焓设计值；S8：启动工质泵并调节工质泵的转速至目标转速Npump，其中，ρin_pump为工质泵入口处工质的密度设计值，Vdisp_pump为工质泵的排量，ηV_pump为工质泵的容积效率。作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，还包括位于S8之后的：S9：根据公式计算膨胀机的模型转速Nmodel，其中ηV_exp为膨胀机的容积效率，Vdisp_exp为膨胀机的排量，ρin_exp为膨胀机入口处工质的密度；S10：根据公式Nact＝τ·Nengine计算膨胀机的实际转速Nact，其中，τ为电控变速离合装置的档位传动比；S11：比较Nmodel和Nact的大小；若Nmodel＞Nact，则执行S12；S12：比较τnow和电控变速离合装置的最大传动比τmax的大小，τnow为电控变速离合装置当前的档位传动比；若τnow＜τmax，则执行S13；S13：控制电控变速离合装置当前所在的档位传动比增加第一数值，此时Nmodel＝Nact。作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，其特征在于S12中，若τnow＝τmax，则执行S14；S14：控制第二三通阀第二输出端的开度增加第二数值，此时Nmodel＝Nact。作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S11中，若Nmodel≤Nact，则执行S15；S15：比较τnow和电控变速离合装置的最小传动比τmin的大小；若τnow＞τmin，则执行S16；S16：控制电控变速离合装置当前所在的档位传动比减小第三设数值，此时Nmodel＝Nact。作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S15中，若τnow＝τmin，则执行S17；S17：控制第二三通阀的第二输出端完全打开，第一输出端完全关闭，并控制电控变速离合装置使膨胀机主轴和动力输出装置主轴脱离，控制第一三通阀仅连通尾气后处理装置和大气，关闭工质泵。作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S2中，若Texh_1≤Tstart，则执行S17。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于，包括：/n发动机子系统，包括尾气后处理装置(11)、与所述尾气后处理装置(11)连接的第一三通阀(12)，以及与所述第一三通阀(12)连接的排放管路(13)，所述排放管路(13)与大气连通，所述第一三通阀(12)能够使所述尾气后处理装置(11)选择性与大气和所述排放管路(13)连通；/n有机朗肯循环子系统，包括膨胀机(21)，与所述膨胀机(21)的输出端连接的冷凝器(22)，与所述冷凝器(22)相对的变频风扇(23)，与所述冷凝器(22)连接的储液罐(24)，与所述储液罐(24)连接的工质泵(25)，以及与换热器(26)和第二三通阀(27)，所述第二三通阀(27)包括输入端(271)和第一输出端(272)和第二输出端(273)，所述换热器(26)包括工质侧和废气侧，所述工质侧的两端分别连接所述工质泵(25)和所述输入端(271)，所述废气侧的两端串联于所述排放管路(13)，所述第一输出端(272)连接所述膨胀机(21)，所述第二输出端(273)连接所述冷凝器(22)，所述输入端(271)选择性连通所述第一输出端(272)和所述第二输出端(273)，所述工质侧从所述废气侧吸收的热量等于当前环境温度下所述冷凝器(22)能够散发的最大热量；/n动力传动子系统，包括与发动机(14)连接的动力输出装置主轴(31)，与所述膨胀机(21)连接的膨胀机主轴(32)，以及连接所述动力输出装置主轴(31)和所述膨胀机主轴(32)的电控变速离合装置(33)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于，包括：
发动机子系统，包括尾气后处理装置(11)、与所述尾气后处理装置(11)连接的第一三通阀(12)，以及与所述第一三通阀(12)连接的排放管路(13)，所述排放管路(13)与大气连通，所述第一三通阀(12)能够使所述尾气后处理装置(11)选择性与大气和所述排放管路(13)连通；
有机朗肯循环子系统，包括膨胀机(21)，与所述膨胀机(21)的输出端连接的冷凝器(22)，与所述冷凝器(22)相对的变频风扇(23)，与所述冷凝器(22)连接的储液罐(24)，与所述储液罐(24)连接的工质泵(25)，以及与换热器(26)和第二三通阀(27)，所述第二三通阀(27)包括输入端(271)和第一输出端(272)和第二输出端(273)，所述换热器(26)包括工质侧和废气侧，所述工质侧的两端分别连接所述工质泵(25)和所述输入端(271)，所述废气侧的两端串联于所述排放管路(13)，所述第一输出端(272)连接所述膨胀机(21)，所述第二输出端(273)连接所述冷凝器(22)，所述输入端(271)选择性连通所述第一输出端(272)和所述第二输出端(273)，所述工质侧从所述废气侧吸收的热量等于当前环境温度下所述冷凝器(22)能够散发的最大热量；
动力传动子系统，包括与发动机(14)连接的动力输出装置主轴(31)，与所述膨胀机(21)连接的膨胀机主轴(32)，以及连接所述动力输出装置主轴(31)和所述膨胀机主轴(32)的电控变速离合装置(33)。


2.根据权利要求1所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于，所述发动机子系统还包括：
发动机(14)，包括排气歧管(141)和进气歧管(142)；
涡轮增压器(15)，包括涡轮机(151)和与所述涡轮机(151)连接的压气机(152)，所述涡轮机(151)连接大气和所述进气歧管(142)，所述压气机(152)连接所述排气歧管(141)和所述尾气后处理装置(11)。


3.一种权利要求1或2所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，包括：
S1：获取尾气后处理装置(11)输出的尾气的温度Texh_1；
S2：比较Texh_1和余热回收装置开启温度Tstart的大小；若Texh_1＞Tstart，则执行S3；
S3：获取当前环境温度T0；
S4：根据环境温度与冷凝器(22)最大散热量的map确定与当前环境温度T0对应的当前冷凝器(22)的最大散热量Q1max；
S5：根据公式计算换热器(26)的废气侧所允许的最大排气流量其中，cp为发动机(14)排气比热容，Texh_1为换热器(26)的废气侧的入口的温度值，Texh_2为换热器(26)的废气侧的出口的温度设计值；
S6：控制第一三通阀(12)，使尾气后处理装置(11)排入排放管路(13)中的废气的排气流量等于


4.根据权利要求3所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S6包括：
S61：获取尾气后处理装置(11)输出端的排气流量若则执行S62；若则执行S63；
S62：控制第一三通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙爱洲，王鹏，李子非，李丽，卜兆国，徐秀华，王晓勇，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32