车用内燃机余热复合利用系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种车用内燃机余热复合利用系统，主要由蒸发器、超临界蓄热器、后处理器、预热器、通断阀、比例电磁阀、空间回热变膨胀比膨胀机、稳压罐、冷凝器、冷工质罐和控制单元组成，通过超临界蓄热稳定后处理温度，保证后处理效率，利用换热后温度较低的废气进行废气再循环以减少EGR中冷的能量损失，同时充分利用工质吸收发动机废气的热量，将热能转化为机械能，并且可对工质的汽化潜热进行回收，充分利用工质能量，降低工质泵的能量损失。本实用新型所述系统能够同时最大限度地满足发动机节能减排的需求。
【专利说明】
车用内燃机余热复合利用系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于车用内燃机低品质能源利用技术领域，具体设及开发一种车用内 燃机余热复合利用系统。
【背景技术】
[0002] 全球目前约有9亿辆汽车，其中绝大多数是普通的燃油内燃机汽车，即使热效率较 高的柴油内燃机汽车平均也只有40%的初级能源转换成机械动力。近60%的总能量W不同 形式的热量散逸到大气中，其中尾气携带着一半W上。车用内燃机的余热、尤其是尾气余热 的回收利用对于节能减排运一全球重大需求具有重要意义，被认为是提升整车热效率最为 有前景手段。
[0003] 有机朗肯循环W其结构简单、安全性高、转换效率高、系统零部件获取途径广泛且 价格相对低廉W及在中低溫度下较好的实用性等优点，成为余热回收的重要措施。但是车 用内燃机工况范围很宽且常处于瞬态工况，相应的其废气热状态也具有多变性和瞬变性。 而运种固有的多变性和瞬变性会导致有机朗肯循环机械能利用效率低下，并且难W保证后 处理的质量。
[0004] EGR(废气再循环)在降低NOx排放方面具有显著作用，为了更好降低NOx需要降低 再循环的废气溫度，目前广泛应用的EGR冷却器利用冷却液进行冷却，不仅浪费了废气的能 量，而且增加了散热系统的功耗与发动机的热负荷。
【发明内容】
[0005] 本实用新型目的是提供一种车用内燃机余热复合利用系统，该系统W有机朗肯循 环为依据，通过超临界蓄热可W稳定后处理溫度，保证后处理效率，降低污染物的排放，并 且对EGR的废气进行冷却，充分利用工质吸收发动机废气的热量，将热能转化为机械能，又 可对工质的汽化潜热进行回收，充分利用工质能量，降低工质累的能量损失。本实用新型所 述系统能够同时最大限度地满足发动机节能减排的需求。
[0006] 本实用新型由溫度压力传感器II、比例电磁阀12、蒸发器3、溫度压力传感器114、 超临界蓄热器5、溫度压力传感器1116、溫度压力传感器IV7、后处理器8、预热器9、溫度压力 传感器VlO、比例电磁阀II11、溫度压力传感器VI12、蓄热控制阀13、溫度压力传感器VII14、 溫度压力传感器VII115、超临界循环控制阀16、溫度压力传感器IXl 7、工质进口控制阀118、 空间回热变膨胀比膨胀机19、位置传感器20、溫度压力传感器X21、溫度压力传感器XI22、工 质进口控制阀II23、溫度压力传感器XII24、工质出口控制阀25、稳压罐26、溫度压力传感器 XII127、比例电磁阀II128、溫度压力传感器XIV29、比例电磁阀IV30、冷凝器31、溫度压力传 感器XV32、冷工质罐33、溫度压力传感器XVI34、EGR阀35、发动机36和控制单元37组成。
[0007] 本实用新型中，比例电磁阀12的入口通过溫度压力传感器Il与发动机36连接;蒸 发器3和超临界蓄热器5的废气入口端分别与比例电磁阀12的出口连接;蒸发器3和超临界 蓄热器5的废气出口端合并后一路通道通过溫度压力传感器IV7与后处理器8的入口端连 接;蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口端合并后另一路通道与EGR阀35的入口端连接； EGR阀35的出口端与发动机36连接;后处理器8的出口端与预热器9的废气入口端连接;预热 器9的工质出口通过溫度压力传感器V10与比例电磁阀II11的入口端连接;比例电磁阀II11 的一个出口端与蓄热控制阀13入口端连接；蓄热控制阀13出口端通过溫度压力传感器 VII14与超临界蓄热器5的工质入口端连接;溫度压力传感器III6安装在超临界蓄热器5上； 超临界蓄热器5的工质出口端通过溫度压力传感器VIII15与超临界循环控制阀16入口端 连接;比例电磁阀IIll的另一个出口端通过溫度压力传感器VI12与超临界循环控制阀16出 口端合并后与蒸发器3的工质入口端连接;溫度压力传感器II4安装在蒸发器3上;蒸发器3 的工质出口端通过溫度压力传感器1X17与工质进口控制阀118的入口端连接;工质进口控 制阀118的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机19连接;工质进口控制阀1123的出口端与空 间回热变膨胀比膨胀机19连接;工质出口控制阀25的入口端通过溫度压力传感器XII24与 空间回热变膨胀比膨胀机19连接;溫度压力传感器X21安装在空间回热变膨胀比膨胀机19 上;位置传感器20安装在空间回热变膨胀比膨胀机19上；工质出口控制阀25的出口端与稳 压罐26的入口端连接;稳压罐26的出口端与比例电磁阀II128的入口端连接；比例电磁阀 III28的一个出口端通过溫度压力传感器XVI34与预热器9的工质入口端连接;比例电磁阀 III28的另一个出口端通过溫度压力传感器XIV29与比例电磁阀IV30的入口端连接;比例电 磁阀IV30的一个出口端通过溫度压力传感器X12 2与工质进口控制阀II23的入口端连接;比 例电磁阀IV30的另一个出口端与冷凝器31的入口端连接;溫度压力传感器XV32安装在冷凝 器31上;冷凝器31的出口端与冷工质罐33连接。
[0008] 本实用新型的原理是:发动机排放的废气进入蒸发器中对有机朗肯循环的工质进 行加热，使工质形成高溫高压的过热蒸气，同时废气通过与超临界蓄热器中工质的换热使 送入后处理器的废气溫度波动减小并控制在催化转化的高效窗口，保证有害物的转化效 率;废气与有机工质的换热过程使EGR所需废气得到冷却，并可对运部分能量进行回收，减 少EGR中冷的能量损失;通过调节工质的流量改变高溫高压过热蒸气的状态，使过热蒸气保 持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态，保证有机朗肯循环的高效能；高溫高压的过热蒸 气导入空间回热变膨胀比膨胀机推动活塞或叶片做功，对外输出功率，通过改变膨胀比来 保证在不同工质及不同工质状态下有机工质均能实现充分膨胀;工质充分膨胀后，喷入冷 工质使气缸内的热工质实现闪急冷凝而液化，利用空间回热的形式代替传统换热器式回热 过程，使汽化潜热在最短时间内被充分利用;膨胀机的活塞或叶片继续运动，液化后的工质 在加压后进入稳压罐，为空间回热或下一个工作循环做准备，省去了传统朗肯循环中工质 累运一设备;随着工作过程中能量的积累，工质携带的能量可能过高而使其气化，造成系统 效率降低，此时可将工质引入冷凝器中进行冷却，确保系统的正常工作。
[0009] 本实用新型的工作过程是:控制单元37根据溫度压力传感器II、溫度压力传感器 IV7调节比例电磁阀12的开度，控制发动机36废气进入蒸发器3、超临界蓄热器5的废气量， W此调整两环节换热量使到达溫度压力传感器IV7处即进入后处理器8中的废气状态能够 被控制在催化转化的高效区间，保证有害物高的转化效率。
[0010] 控制单元37根据发动机36的工作状态和溫度压力传感器IV7测得的废气状态，通 过调节EGR阀35的开度控制换热后溫度较低的废气进行废气再循环的废气量，运种冷却方 法代替了传统冷却液的冷却过程，减小了散热系统的功耗，并使废气的能量得到回收。
[0011] 后处理后的废气全部通过预热器9对冷工质进行预热，保证废气余热的转换效率。
[0012] 超临界蓄热器5中工质的理想状态处于超临界状态，此时工质密度与液体相近，能 容量较大，而粘度小、扩散速度快，具有良好的流动性，且比洽高换热快，能够实现废气余热 的大比例积蓄和释放。
[0013] 控制单元37根据溫度压力传感器VII14测得的冷工质状态、溫度压力传感器 VIII15测得的出口工质状态W及溫度压力传感器III6测得的超临界蓄热器5中的工质状 态，通过控制蓄热控制阀13、超临界循环控制阀16的开关调节冷热工质的进出，使超临界蓄 热器5中的工质保持在工作所需的最佳的超临界状态。当发动机36刚刚开始运转时废气能 量较低，无法达到蓄热的要求，此时调节比例电磁阀12使废气全部通过超临界蓄热器5对工 质进行加热，有机朗肯循环停止对外做功，发动机36进入后处理器8中的废气状态波动且超 临界蓄热器5中的有机工质处于亚临界状态并向超临界状态变化；当溫度压力传感器III6 测得的超临界蓄热器5中的工质达到超临界状态而且废气溫度高于后处理高效窗口溫度 时，通过比例电磁阀12调节废气流量使超临界蓄热器5中的工质保持在超临界状态并利用 工质的能量稳定后处理溫度，而让尽量多的废气加入到蒸发器3中使工质形成过热蒸气并 对外输出更多功率，实现亚临界有机朗肯循环，而当废气溫度低于后处理所需溫度时，调节 比例电磁阀12使更多的废气通过超临界蓄热器巧日热升溫，减小甚至停止膨胀机做功，当超 临界蓄热器5中的工质溫度降到临界溫度W下时会有大量的液化潜热放出，实现工质临界 溫度W及后处理入口溫度长效稳定控制；当超临界蓄热器5的蓄热量达到设定值且废气实 时余热状态超过亚临界有机朗肯循环系统高效区域后，打开超临界循环控制阀16使超临界 状态的工质进入蒸发器3中，实现超临界-亚临界复合有机朗肯循环，能够显著减小蒸发器3 中由溫差传热造成的火用损失，提升能量品位。
[0014] 蒸发器3通过有机工质与发动机36废气的换热形成高溫高压的过热蒸气，用于膨 胀机对外做功，控制单元37根据溫度压力传感器VI12测得的冷工质状态、溫度压力传感器 II4测得的蒸发器3中的工质状态W及溫度压力传感器1X17测得的高溫高压过热蒸气的状 态，通过调节比例电磁阀IIll的开度来改变通过蒸发器3中的工质流量，使过热蒸气保持在 有机朗肯循环所需的最佳热源状态。
[0015] 蒸发器3产生的过热蒸气导入空间回热变膨胀比膨胀机19推动活塞或叶片做功， 输出功率，控制单元37根据溫度压力传感器1X17测得的高溫高压过热蒸气的状态与位置传 感器20测得的活塞或叶片位置改变工质进口控制阀118的开启时刻和持续时间，实现可变 膨胀比，W保证不同状态下工质均能充分膨胀。
[0016] 当工质充分膨胀后，控制单元37根据溫度压力传感器X21测量的缸内工质状态和 溫度压力传感器XI22测量的冷工质状态，适时开启工质进口控制阀1123使冷工质喷入气 缸，将缸内原有的热工质液化，缸内工质溫度压力减小，利用空间回热的形式代替传统换热 器式回热过程，使热工质的汽化潜热被快速充分地回收利用，同时提升了回热过程的速率 和效率，而且降低了压缩负功，使工质易于被排出气缸。
[0017] 膨胀机的活塞或叶片继续运动，控制单元37根据溫度压力传感器X21测得的缸内 液态工质的状态，适时开启工质出口控制阀25将液化并加压后的工质充入稳压罐26中，为 空间回热或下一个工作循环做准备，省去了传统朗肯循环中工质累运一设备。
[001引控制单元37根据溫度压力传感器XII127测量的稳压罐26中工质状态控制比例电 磁阀III28的开度，W调节进入预热器9和进行空间回热的工质量。控制单元37根据溫度压 力传感器XIII27和溫度压力传感器XIV29测量高压液态工质的状态，如果系统中工质携带 的能量过高，可能使其气化而造成系统效率降低，故此时通过调节比例电磁阀IV30的开度 使适量的工质进入冷凝器31中对工质进行冷却，溫度压力传感器XV32测量冷凝器31中的工 质状态，跟据冷凝器31中工质达到的状态调节比例电磁阀IV30的开度使冷却后的工质在压 力差的作用下经过工质进口控制阀1123参与空间回热。冷工质罐33根据压差自行补充或储 存系统中的高压液态冷工质，适应系统中工质量的波动情况，保障系统的安全。
[0019] 本实用新型的有益效果在于:通过超临界有机工质对发动机废气热量的蓄放过程 稳定废气后处理溫度使废气保持在后处理高效区域，利用换热后溫度较低的废气进行废气 再循环W减少EGR中冷的能量损失，同时废气在蒸发器中对工质加热使工质变为高溫高压 的过热蒸气，此高溫高压过热蒸气单独或与蓄热器中超临界有机工质一同进入膨胀机用于 有机朗肯循环对外做功，通过改变废气和工质进入蒸发器和蓄热器的流量改变两环节换热 量使废气后处理和有机朗肯循环均达到所需的最佳工作状态。在膨胀机中通过改变膨胀比 来保证在不同工质及不同工质状态下有机工质均能实现充分膨胀，最大程度地利用工质的 做功能力。工质充分膨胀后向气缸喷入冷工质进行闪急冷凝，利用空间回热的形式代替传 统换热器式回热过程使汽化潜热在最短时间内被充分利用，膨胀机的活塞或叶片继续运动 使液化后的工质加压排出，省去了传统朗肯循环中工质累运一设备。
【附图说明】
[0020] 图1为车用内燃机余热复合利用系统的结构示意图。
[0021] 其中：溫度压力传感器II、比例电磁阀12、蒸发器3、溫度压力传感器114、超临界蓄 热器5、溫度压力传感器1116、溫度压力传感器IV7、后处理器8、预热器9、溫度压力传感器 VlO、比例电磁阀II11、溫度压力传感器VI12、蓄热控制阀13、溫度压力传感器VII14、溫度压 力传感器VIII15、超临界循环控制阀16、溫度压力传感器1X17、工质进口控制阀118、空间回 热变膨胀比膨胀机19、位置传感器20、溫度压力传感器X21、溫度压力传感器XI22、工质进口 控制阀1123、溫度压力传感器XI124、工质出口控制阀25、稳压罐26、溫度压力传感器 XII127、比例电磁阀II128、溫度压力传感器XIV29、比例电磁阀IV30、冷凝器31、溫度压力 传感器XV32、冷工质罐33、溫度压力传感器XVI34、EGR阀35、发动机36和控制单元37。
【具体实施方式】
[0022] W下结合附图1对本实用新型技术方案作进一步详细阐述：
[0023] 本实用新型由由溫度压力传感器II、比例电磁阀12、蒸发器3、溫度压力传感器 114、超临界蓄热器5、溫度压力传感器1116、溫度压力传感器IV7、后处理器8、预热器9、溫度 压力传感器V10、比例电磁阀II11、溫度压力传感器VI12、蓄热控制阀13、溫度压力传感器 VII14、溫度压力传感器VIII15、超临界循环控制阀16、溫度压力传感器1X17、工质进口控制 阀118、空间回热变膨胀比膨胀机19、位置传感器20、溫度压力传感器X21、溫度压力传感器 XI22、工质进口控制阀1123、溫度压力传感器XII24、工质出口控制阀25、稳压罐26、溫度压 力传感器XII127、比例电磁阀II128、溫度压力传感器XIV29、比例电磁阀IV30、冷凝器31、溫 度压力传感器XV32、冷工质罐33、溫度压力传感器XVI34、EGR阀35、发动机36和控制单元37 组成。
[0024] 本实用新型提供一种车用内燃机余热复合利用系统，其中比例电磁阀12的入口通 过溫度压力传感器11与发动机36排放的废气连接;蒸发器3和超临界蓄热器5的废气入口端 分别与比例电磁阀12的出口连接;蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口端合并后一路通道 通过溫度压力传感器IV7与后处理器8的入口端连接;蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口 端合并后另一路通道与EGR阀35的入口端连接;EGR阀35的出口端与发动机36连接;后处理 器8的出口端与预热器9的废气入口端连接;预热器9的工质出口通过溫度压力传感器VlO与 比例电磁阀II11的入口端连接；比例电磁阀II11的一个出口端与蓄热控制阀13入口端连 接;蓄热控制阀13出口端通过溫度压力传感器VII14与超临界蓄热器5的工质入口端连接； 溫度压力传感器III6安装在超临界蓄热器5上;超临界蓄热器5的工质出口端通过溫度压力 传感器VIII15与超临界循环控制阀16入口端连接;比例电磁阀IIll的另一个出口端通过溫 度压力传感器VI12与超临界循环控制阀16出口端合并后与蒸发器3的工质入口端连接;溫 度压力传感器II4安装在蒸发器3上;蒸发器3的工质出口端通过溫度压力传感器1X17与工 质进口控制阀118的入口端连接;工质进口控制阀118的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机 19连接;工质进口控制阀1123的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机19连接;工质出口控制 阀25的入口端通过溫度压力传感器XII24与空间回热变膨胀比膨胀机19连接;溫度压力传 感器X21安装在空间回热变膨胀比膨胀机19上;位置传感器20安装在空间回热变膨胀比膨 胀机19上;工质出口控制阀25的出口端与稳压罐26的入口端连接;稳压罐26的出口端与比 例电磁阀II128的入口端连接；比例电磁阀II128的一个出口端通过溫度压力传感器XVI34 与预热器9的工质入口端连接；比例电磁阀III28的另一个出口端通过溫度压力传感器 XIV29与比例电磁阀IV30的入口端连接;比例电磁阀IV30的一个出口端通过溫度压力传感 器XI22与工质进口控制阀1123的入口端连接;比例电磁阀IV30的另一个出口端与冷凝器31 的入口端连接;溫度压力传感器XV32安装在冷凝器31上;冷凝器31的出口端与冷工质罐33 连接。
[0025] 系统的具体工作方式如下：
[0026] -、后处理溫度控制:溫度压力传感器Il测量废气状态并通过比例电磁阀12调节 废气在蒸发器3、超临界蓄热器5中的换热量使到达溫度压力传感器IV7处即进入后处理器8 中的废气状态能够被控制在催化转化的高效区间。如果溫度压力传感器Il测得的废气溫度 高于预期，调节比例电磁阀12使较少的废气进入超临界蓄热器5而使更多的废气进入蒸发 器3中，在蒸发器3中废气将更多的能量传递给有机工质形成高溫高压过热蒸气用于膨胀 做功，在超临界蓄热器5中废气量减少而使工质的溫度有所降低，最终从超临界蓄热器5和 蒸发器3中出来的废气溫度会降低，W满足后处理要求;如果溫度压力传感器Il测得的废气 溫度低于预期，则要调节比例电磁阀12使较少的废气进入蒸发器3而使更多甚至全部的废 气进入超临界蓄热器5中，废气吸收蓄热器内工质热量而升溫，如果超临界蓄热器5中的工 质溫度降到临界溫度W下时会有大量的液化潜热放出，使后处理入口溫度能够长期保持在 后处理催化转化的高效窗口。在发动机36刚刚开始运转时，溫度压力传感器IV7测得的废气 状态未达到后处理需求，控制单元37会调节比例电磁阀12使全部的废气通过超临界蓄热器 5中对工质进行加热，使工质尽快从亚临界状态变化到超临界状态。
[0027] 二、废气再循环的冷却:控制单元37根据发动机36的工作状态和溫度压力传感器 IV7测得的废气状态，通过调节EGR阀35的开度控制换热后溫度较低的废气回到发动机36中 进行废气再循环的废气量，运种冷却方法代替了传统冷却液的冷却过程，减小了散热系统 的功耗，并使废气的能量得到回收。
[0028] S、蓄热过程的控制:控制单元37根据溫度压力传感器VII14测得的冷工质状态、 溫度压力传感器Vmi5测得的出口工质状态W及溫度压力传感器III6测得的超临界蓄热 器5中的工质状态，通过控制蓄热控制阀13、超临界循环控制阀16的开关调节冷热工质的进 出，使超临界蓄热器5中的工质保持在工作所需的最佳的超临界状态。当发动机36刚刚开始 运转时废气能量较低，无法达到蓄热的要求，此时调节比例电磁阀12使废气全部通过超临 界蓄热器5对工质进行加热，有机朗肯循环停止对外做功，发动机36进入后处理器8中的废 气状态波动且超临界蓄热器5中的有机工质处于亚临界状态并向超临界状态变化；当溫度 压力传感器III6测得的超临界蓄热器5中的工质达到超临界状态而且废气溫度高于后处 理高效窗口溫度时，通过比例电磁阀12调节废气流量使超临界蓄热器5中的工质保持在超 临界状态并利用工质的能量稳定后处理溫度，而让尽量多的废气加入到蒸发器3中使工质 形成过热蒸气并对外输出更多功率，实现亚临界有机朗肯循环，而当废气溫度低于后处理 所需溫度时，调节比例电磁阀12使更多的废气通过超临界蓄热器5加热升溫，减小甚至停止 膨胀机做功，当超临界蓄热器5中的工质溫度降到临界溫度W下时会有大量的液化潜热放 出，实现工质临界溫度W及后处理入口溫度长效稳定控制；当超临界蓄热器5的蓄热量达到 设定值且废气实时余热状态超过亚临界有机朗肯循环系统高效区域后，打开超临界循环控 制阀16使超临界状态的工质进入蒸发器3中，实现超临界-亚临界复合有机朗肯循环，能够 显著减小蒸发器3中由溫差传热造成的;l(g损失，提升能量品位。
[0029] 四、蒸发器工质出口状态的控制:蒸发器3通过有机工质与发动机36废气的换热形 成高溫高压的过热蒸气，用于膨胀机对外做功，控制单元37根据溫度压力传感器Il测量的 废气状态、溫度压力传感器VI12测得的冷工质状态、溫度压力传感器II4测得的蒸发器3中 的工质状态W及溫度压力传感器1X17测得的高溫高压过热蒸气的状态，通过调节比例电磁 阀IIll的开度来改变通过蒸发器3中的工质流量，使过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的 最佳热源状态。如溫度压力传感器Il测量的废气溫度高于预期值，比例电磁阀12会调节更 多的废气进入蒸发器3中，此时调节比例电磁阀IIll的开度使更多的冷工质进入蒸发器3中 换热，最终使溫度压力传感器1X17测得的通入膨胀机做功的过热蒸气保持在有机朗肯循环 所需的最佳热源状态。溫度压力传感器1X17测量进入空间回热变膨胀比膨胀机19的有机工 质状态，如该处工质溫度高于预期，控制单元37会调节比例电磁阀IIll使更多的工质进入 蒸发器3,进而使经过蒸发器3加热的过热蒸气溫度降低。当超临界蓄热器5中的工质进入 蒸发器3参与做功时会使做功的高溫高压过热蒸气溫度上升，溫度压力传感器1X17测得该 变化趋势后会通过比例电磁阀IIll增大直接进入蒸发器3中的工质量，达到稳定空间回热 变膨胀比膨胀机19前工质状态的目的。
[0030] 五、变膨胀比膨胀机:蒸发器3产生的过热蒸气导入空间回热变膨胀比膨胀机19推 动活塞或叶片做功，对外输出功率，控制单元37根据溫度压力传感器1X17测得的过热工质 状态、溫度压力传感器X21测得的缸内工质状态和位置传感器20测得的活塞或叶片位置改 变工质进口控制阀118的开启大小、时刻和时间，实现可变膨胀比，W保证不同状态下工质 均能充分膨胀。通过溫度压力传感器X21测得的缸内工质状态，当缸内工质做功能力达到极 限时，通过工质进口控制阀II23和工质出口控制阀25使膨胀机停止做功并使工质排出，保 证膨胀机做功效率的最大化。
[0031] 六、空间回热：当工质充分膨胀后，控制单元37根据溫度压力传感器X21测量的缸 内工质状态和溫度压力传感器XI22测量的冷工质状态，适时开启工质进口控制阀1123使冷 工质喷入气缸，使缸内原有的热工质实现闪急冷凝而液化，缸内工质溫度压力减小，如此利 用了空间回热的形式代替传统换热器式回热过程，使热工质的汽化潜热被快速充分地回收 利用，同时提升了回热过程的速率和效率，而且降低了压缩负功，使工质易于被排出气缸。
[0032] 屯、工质加压:空间回热变膨胀比膨胀机19内工质液化后，膨胀机的活塞或叶片继 续运动，使工质压力增大，控制单元37根据溫度压力传感器X21测得的缸内液态工质的状 态，适时开启工质出口控制阀25将液化并加压后的工质充入稳压罐26中，为空间回热或下 一个工作循环做准备，省去了传统朗肯循环中工质累运一设备，而且保证了系统中工质量 的动态平衡，可实现工质的自动补充，免去了工质流量测量和工质供应量的控制环节。
[0033] 八、预热冷却:控制单元37根据溫度压力传感器XIII27测量的稳压罐26中工质状 态，控制比例电磁阀III28的开度，W调节进入预热器9和进行空间回热的工质量。控制单元 37根据溫度压力传感器XII127和溫度压力传感器XIV29测量高压液态工质的状态，如果系 统中工质携带的能量过高，可能使其气化而造成系统效率降低，故此时通过调节比例电磁 阀IV30的开度使适量的工质进入冷凝器31中对工质进行冷却，溫度压力传感器XV32测量冷 凝器31中的工质状态，跟据冷凝器31中工质达到的状态调节比例电磁阀IV30的开度使冷却 后的工质在压力差的作用下经过工质进口控制阀1123参与空间回热。冷工质罐33根据压差 自行补充或储存系统中的高压液态冷工质，适应系统中工质量的波动情况，保障系统的安 全。
[0034] 本实用新型中利用预热器、冷凝器、蒸发器、超临界蓄热器实现工质与废气换热、 工质冷却的功能，实际应用中管式、板式、扩展表面式等换热结构均可实现此功能;本实用 新型中工质处于超临界状态，实际应用中各种临界溫度较低的有机工质（如Rll、R141b、 R123、R113、R245化等)均可实现此功能;本实用新型中利用膨胀机使过热蒸气对外做功，实 际应用中活塞式膨胀机和透平式膨胀机等结构均可实现此功能;本实用新型中利用阀口实 现管路开断与流量分配，实际应用中可用截止阀、闽阀、球阀、蝶阀、旋塞阀实现管路开断功 能，可用调节阀、分配阀、=通旋塞实现流量分配功能。
【主权项】
1. 一种车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于:主要由温度压力传感器1(1)、 比例电磁阀1(2)、蒸发器（3)、温度压力传感器11(4)、超临界蓄热器（5)、温度压力传感器 111(6)、温度压力传感器IV(7)、后处理器(8)、预热器(9)、温度压力传感器V(10)、比例电磁 阀II (11 )、温度压力传感器VI (12)、蓄热控制阀（13)、温度压力传感器VII (14)、温度压力传 感器VIII(15)、超临界循环控制阀（16)、温度压力传感器IX( 17)、工质进口控制阀I(18)、空 间回热变膨胀比膨胀机（19)、位置传感器(20)、温度压力传感器X(21)、温度压力传感器XI (22)、工质进口控制阀II (23)、温度压力传感器XII (24)、工质出口控制阀（25)、稳压罐 (26)、温度压力传感器XIII (27)、比例电磁阀III(28)、温度压力传感器XIV(29)、比例电磁 阀IV(30)、冷凝器(31)、温度压力传感器XV(32)、冷工质罐(33)、温度压力传感器XVI (34)、 EGR阀（35)、发动机(36)和控制单元(37)组成;其中，比例电磁阀I(2)的入口通过温度压力 传感器1(1)与发动机(36)连接;蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)的废气入口端分别与比例电 磁阀1(2)的出口连接;蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)的废气出口端合并后一路通道通过温 度压力传感器IV(7)与后处理器(8)的入口端连接;蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)的废气出 口端合并后另一路通道与EGR阀（35)的入口端连接;EGR阀（35)的出口端与发动机(36)连 接;后处理器(8)的出口端与预热器(9)的废气入口端连接;预热器(9)的工质出口通过温度 压力传感器V(10)与比例电磁阀II (11)的入口端连接；比例电磁阀II(11)的一个出口端与 蓄热控制阀（13)入口端连接;蓄热控制阀（13)出口端通过温度压力传感器VII(14)与超临 界蓄热器(5)的工质入口端连接;温度压力传感器111(6)安装在超临界蓄热器(5)上;超临 界蓄热器(5)的工质出口端通过温度压力传感器VIII(15)与超临界循环控制阀（16)入口端 连接;比例电磁阀11(11)的另一个出口端通过温度压力传感器VI(12)与超临界循环控制阀 (16)出口端合并后与蒸发器(3)的工质入口端连接;温度压力传感器11(4)安装在蒸发器 (3)上；蒸发器(3)的工质出口端通过温度压力传感器IX(17)与工质进口控制阀1(18)的入 口端连接;工质进口控制阀I (18)的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机(19)连接;工质进口 控制阀II (2 3)的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机(19)连接;工质出口控制阀（2 5)的入口 端通过温度压力传感器ΧΠ (24)与空间回热变膨胀比膨胀机（19)连接;温度压力传感器X (21)安装在空间回热变膨胀比膨胀机（19)上;位置传感器(20)安装在空间回热变膨胀比膨 胀机（19)上;工质出口控制阀（25)的出口端与稳压罐(26)的入口端连接;稳压罐(26)的出 口端与比例电磁阀III (28)的入口端连接;比例电磁阀III (28)的一个出口端通过温度压力 传感器XVI(34)与预热器(9)的工质入口端连接；比例电磁阀111(28)的另一个出口端通过 温度压力传感器XIV(29)与比例电磁阀IV (30)的入口端连接；比例电磁阀IV(30)的一个出 口端通过温度压力传感器XI (22)与工质进口控制阀II (23)的入口端连接；比例电磁阀IV (30) 的另一个出口端与冷凝器(31)的入口端连接;温度压力传感器XV(32)安装在冷凝器 (31) 上;冷凝器(31)的出口端与冷工质罐(33)连接;控制单元(37)通过比例电磁阀1(2)、比 例电磁阀II (11 )、蓄热控制阀（13 )、超临界循环控制阀（16 )、工质进口控制阀I (18)、工质进 口控制阀II (23)、工质出口控制阀（25)、比例电磁阀III (28)、比例电磁阀IV(30)和EGR阀 (35)对系统进行控制。2. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于发动机(36) 废气进入蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)中进行换热，通过调节比例电磁阀1(2)改变废气进 入蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)中的比例使后处理温度稳定在高效区域。3. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于经过蒸发器 (3)和超临界蓄热器(5)换热后温度较低的废气通过EGR阀（35)回到发动机(36)中进行废气 再循环，减少EGR中冷的能量损失。4. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于有机工质直 接进入蒸发器(3)或者先通过超临界蓄热器(5)换热后再进入蒸发器(3)中形成高温高压的 过热蒸气，控制单元(37)依据工质和废气状态通过蓄热控制阀（13)和超临界循环控制阀 (16)控制超临界态工质是否进入膨胀机做功，通过比例电磁阀11(11)调节工质进入蒸发器 (3)和超临界蓄热器(5)中的比例使过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态，保 证有机朗肯循环的高效能。5. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元 (37)依据位置传感器(20)测得的活塞或叶片位置信号通过工质进口控制阀1(18)控制蒸发 器(3)中形成的过热工质喷入空间回热变膨胀比膨胀机（19)的时刻和持续时间，实现可变 膨胀比。6. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元 (37)通过工质进口控制阀II (23)控制冷工质喷入空间回热变膨胀比膨胀机（19)的时刻和 持续时间，保证工质充分膨胀和空间回热的充分。7. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元 (37)通过工质出口控制阀（25)控制加压后的工质排出空间回热变膨胀比膨胀机（19)的时 刻。8. 根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元 (37)通过比例电磁阀III (28)调节高压冷工质进行预热的比例，通过比例电磁阀IV(30)调 节冷工质进行空间回热和冷却的比例，使工质能保持在工作所需的最佳状态。
【文档编号】F02G5/02GK205654449SQ201620382121
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月29日 公开号201620382121.1, CN 201620382121, CN 205654449 U, CN 205654449U, CN-U-205654449, CN201620382121, CN201620382121.1, CN205654449 U, CN205654449U
【发明人】张一鸣, 韩永强, 许允, 柴嘉鸿, 李润钊, 张超, 种道光, 张成良, 蔚向锋, 刘佳会
【申请人】吉林大学