专利名称：具有多个冷却剂加热模式的车辆废热回收设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆的废热回收。
背景技术：
发动机冷却剂、发动机油和变速器流体的快速预热对于在冷起动(即，当车辆没 有运行并且发动机和变速器相对较冷时)期间改善燃料经济性是重要的。对于柴油和混合 动力应用而言，由于燃烧的燃料更少，所以发动机预热尤其具有挑战性。
发明内容
在已知废热回收系统中，在冷却剂温度达到预定温度(即，模式切换温度)时停止 冷却剂加热，所述预定温度通常稍微低于发动机恒温器开启以经由散热器冷却发动机的温 度。通常通过将旁通阀移动至旁通模式来停止冷却剂加热，在旁通模式中，排气流旁通热交 换器且大致不发生冷却剂加热。本文提供允许在达到该典型模式切换温度之后在没有使冷 却剂沸腾的风险的情况下继续废热回收的设备。因而，在期望发动机冷却剂加热以改进车 辆效率和燃料经济性时(例如，在冬天和轻负载驾驶期间)，实现附加的废热回收。具体地，提供一种用于具有发动机的车辆的设备，所述设备包括排气系统，排气通 过所述排气系统从发动机排出。热交换器至少部分地定位在排气系统内。冷却剂流动通道 设置成与发动机和热交换器热连通。旁通阀能以第一模式操作，以将排气沿第一流动路径 引导经过热交换器，以将废热以第一冷却剂加热模式传递给冷却剂流动通道。所述阀还能 以第二模式操作，以将排气的至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器，以将废热以 第二冷却剂加热模式传递给冷却剂流动通道。通过限制仅流到热交换器的一部分或者将经 过热交换器的流动限制为来自于发动机的排气流的仅一部分，第二流动路径相对于第一流 动路径被限制。因而，相对于第一冷却剂加热模式的第一流动路径减少经过热交换器的冷 却剂温度升高。所述阀还能以第三模式操作，其中，排气以旁通模式旁通热交换器，在旁通模式期 间，没有发生经由热交换器的显著冷却剂加热。优选地，各种传感器定位在排气系统和发动 机中，且操作性地连接到控制器。所述控制器基于感测的车辆操作状况并根据存储算法来 估计经过热交换器的冷却剂温度升高，并相应地控制旁通阀的移动。 一种在具有这种设备的车辆上管理废热回收的方法，包括监测车辆操作状况，所 述车辆操作状况包括发动机冷却剂温度、发动机负载、发动机速度和空气/燃料比。然后， 基于监测的车辆操作状况来预测经过热交换器的排气温度和排气流率。然后，估计在经过 热交换器的预测排气温度和流率时由于排气流引起的冷却剂温度增加。然后，基于估计的 冷却剂温度增加来控制旁通阀以改变经过热交换器的排气流量。所述阀被控制以建立至少 两种不同的冷却剂加热模式且建立旁通模式，在所述冷却剂加热模式中，排气经由不同的 流动路径流经热交换器，在旁通模式中，大致没有排气流经热交换器。因而，通过采用多个 冷却剂加热模式，该方法实现附加的热提取，但是确保离开热交换器的冷却剂不会沸腾。
方案1. 一种用于具有发动机的车辆的设备，所述设备包括排气系统，排气通过所述排气系统从发动机排出；热交换器，所述热交换器至少部分地定位在排气系统内；冷却剂流动通道，所述冷却剂流动通道与发动机和热交换器热连通；以及旁通阀，所述旁通阀能以第一冷却剂加热模式操作，以将排气沿第一流动路径引 导经过热交换器，以将废热传递给冷却剂流动通道；所述阀能以第二冷却剂加热模式操作， 以将排气的至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器，以将废热传递给冷却剂流动通 道；其中，第二流动路径相对于第一流动路径被限制；且所述阀能以旁通模式操作，以引导 排气旁通热交换器，在旁通模式期间，没有发生经由热交换器的显著冷却剂加热。方案2.根据方案1所述的设备，其中，所述旁通阀具有能彼此独立地移动的第一 部分和第二部分；其中，在第二冷却剂加热模式中，第一部分处于第一位置且第二部分处于 第二位置，使得第二部分将到热交换器的流动部分地阻塞以建立第二流动路径。
方案3.根据方案2所述的设备，还包括挡板，所述挡板设置成在旁通阀和热交换器之间引导排气，使得在第二冷却剂加 热模式中，排气仅仅流经热交换器的一部分。方案4.根据方案1所述的设备，其中，所述旁通阀在第一冷却剂加热模式中处于 第一位置，在第二冷却剂加热模式中处于第二位置，且在旁通模式中处于第三位置；其中， 第二位置在第一位置和第三位置之间以将排气流在旁通热交换器的另一个流动路径和第 二流动路径之间分离。方案5.根据方案1所述的设备，还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器能操作感测车辆操作状况；控制器，所述控制器操作性地连接到所述至少一个传感器和旁通阀，且能操作在 所述至少一个传感器感测第一组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第一冷却剂加热模式， 在所述至少一个传感器感测第二组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第二冷却剂加热模 式，在所述至少一个传感器感测第三组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第三冷却剂加热 模式。方案6.根据方案5所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括冷却剂温度传感 器；其中，所述第一组车辆操作状况包括小于第一预定温度的冷却剂温度；其中，所述第二 组车辆操作状况包括大于第一预定温度且小于第二预定温度的冷却剂温度；且其中，所述 第三组车辆操作状况包括大于第二预定温度的冷却剂温度。方案7.根据方案6所述的设备，其中，所述至少一个传感器还包括能操作感测发 动机负载的传感器；其中，所述第二组车辆操作状况包括小于预定发动机负载的发动机负 载。方案8. —种用于具有发动机的车辆的设备，所述设备包括排气系统，排气通过所述排气系统从发动机排出；热交换器，所述热交换器定位在排气系统内；冷却剂流动通道，所述冷却剂流动通道与发动机和热交换器热连通；以及旁通阀，所述旁通阀能操作建立至少两种不同的冷却剂加热模式，其中，排气被引 导经过热交换器以将热量传递给冷却剂流动通道中的冷却剂，其中，所述两种不同的冷却剂加热模式由不同的流动路径表征，其中，排气流的不同部分被引导到热交换器或者排气 流经过热交换器的不同部分；且其中，所述旁通阀还能操作建立旁通模式，在旁通模式期 间，排气旁通热交换器，从而没有发生经由热交换器的显著冷却剂加热。方案9.根据方案8所述的设备，其中，所述旁通阀具有能彼此独立地移动的第一 部分和第二部分；其中，在第一冷却剂加热模式中，第一部分和第二部分两者均处于第一位 置，在旁通模式中，第一部分和第二部分两者均处于第二位置；且其中，在第二冷却剂加热 模式中，第一部分处于第一位置且第二部分处于第二位置，使得第二部分将到热交换器的 流动部分地阻塞。方案10.根据方案8所述的设备，还包括挡板，所述挡板设置成在旁通阀和热交换器之间引导排气，使得在第二冷却剂加 热模式中，排气仅仅流经热交换器的一部分。方案11.根据方案8所述的设备，其中，所述旁通阀在第一冷却剂加热模式中处于 第一位置，在第二冷却剂加热模式中处于第二位置，且在旁通模式中处于第三位置；其中， 第二位置在第一位置和第三位置之间以将排气流在旁通热交换器的另一个流动路径和第 二流动路径之间分离。方案12.根据方案8所述的设备，还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器能操作感测车辆操作状况； 控制器，所述控制器操作性地连接到所述至少一个传感器和旁通阀，且能操作移 动致动器，以便在所述至少一个传感器感测第一组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第一冷却 剂加热模式；在所述至少一个传感器感测第二组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第二冷却 剂加热模式；以及在所述至少一个传感器感测第三组车辆操作状况时移动旁通阀以建立旁通模式。方案13.根据方案12所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括冷却剂温度传 感器；其中，所述第一组车辆操作状况包括小于第一预定温度的冷却剂温度；其中，所述第 二组车辆操作状况包括大于第一预定温度且小于第二预定温度的冷却剂温度；且其中，所 述第三组车辆操作状况包括大于第二预定温度的冷却剂温度。方案14.根据方案12所述的设备，其中，所述至少一个传感器还包括能操作感测 与发动机负载相对应的所述车辆操作状况之一的传感器；其中，所述第二组车辆操作状况 包括小于预定发动机负载的发动机负载。方案15. —种在车辆上管理废热回收的方法，包括监测车辆操作状况，所述车辆操作状况包括冷却剂温度、发动机负载、发动机速度 和空气/燃料比；基于所述监测车辆操作状况来预测经过热交换器的排气温度和排气流率；估计在经过热交换器的预测排气温度和流率时由于排气流引起的冷却剂温度增 加；以及基于估计的冷却剂温度增加来控制阀以改变经过热交换器的排气流量；其中，所 述阀被控制建立至少两种不同的冷却剂加热模式且建立旁通模式，在所述冷却剂加热模式中，排 气经由不同的流动路径流经热交换器，在旁通模式中，大致没有排气流经热交换器。方案16.根据方案15所述的方法，其中，在估计冷却剂温度增加小于或等于第一 预定温度时，排气沿第一流动路径引导经过热交换器以将废热以第一冷却剂加热模式传递 给冷却剂流动通道，其中，在估计冷却剂温度增加大于第一预定温度且小于第二预定温度 时，排气中的至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器以将废热以第二冷却剂加热模 式传递给冷却剂流动通道；其中，第二流动路径相对于第一流动路径被限制；且其中，在估 计冷却剂温度增加大于第二预定温度时，排气以旁通模式旁通热交换器。本发明的上述特征和优点及其他特征和优点从用于实施本发明的最佳模式的以 下详细描述结合附图显而易见。
图1是具有用于废热回收的设备的第一实施例的车辆的第一实施例的示意图，所 述设备具有多个冷却剂加热模式；图2A是图1中的设备处于第一冷却剂加热模式的示意图；图2B是图2A的阀的示意性侧视图；图3是图1-2B中的设备处于第二冷却剂加热模式的示意图；图4是图1-3中的设备处于热交换器旁通模式的示意图；图5是用于图1的车辆的用于废热回收的设备的替代实施例的示意图，所述设备 具有多个冷却剂加热模式且处于第一冷却剂加热模式；图6是图5中的设备处于第二冷却剂加热模式的示意图；图7是图5和6的设备处于旁通模式的示意图；图8是用于图1的车辆的用于废热回收的设备的替代实施例的示意图，所述设备 具有多个冷却剂加热模式且处于第一冷却剂加热模式；图9是图8中的设备处于第二冷却剂加热模式的示意图；图10是图8和9的设备处于旁通模式的示意图；和图11是可以经由图1-10中任何设备执行的管理废热回收的方法的流程图。
具体实施例方式参照附图，其中相同的附图标记在所有的若干视图中都表示相同的部件，图1示 出了车辆10，车辆10具有用于推进车辆10的发动机12 (标识为E)、操作性连接到发动机 12的变速器14 (标识为T)、以及用于加热客舱(以假想图形式被标记为18)的客舱加热器 16 (标识为H)。发动机10为汽油或柴油类型的内燃机，并且在排气系统19中产生排气，该排气系 统19包括排气歧管20和从其延伸的排气管22。相对较热的排气经由排气管22的入口 24 离开歧管20。提供了废热回收系统25以便选择性地获取一些废热，用于为发动机12提供 热量。催化转换器(未示出)也可以定位在排气系统18中在歧管20和设备14之间。如果 设置合适的阀和冷却剂流动管道以将冷却剂在合适的状况下引导通过变速器14和加热器 16，回收的废热也可以提供给变速器14和加热器16。废热回收系统25包括定位在排气系 统19中的废热回收装置热交换器(EHRDHE) 28、阀30和排气旁通致动器32，致动器32可控，以便选择性地打开阀30从而允许排气管22中的一些排气流动通过EHRDHE 28并到达排气 管22的出口 26。冷却剂经由冷却剂流动通道流经EHRDHE 28，冷却剂流动通道包括入口流 动通道34和出口流动通道36。入口流动通道34将冷却剂从发动机12运送到EHRDHE28。 出口流动通道36将冷却剂从EHRDHE 28运送到发动机12。流动通道可以是管道或柔性或 刚性导管，或者可以在任何车辆部件中的通道中镗孔、钻孔、铸造或以其它方式形成。取决于阀30的位置(即，模式)，设备25能以多个模式操作。如关于图4进一步 描述的那样，在阀30未打开时，所述排气旁通EHRDHE28，从排气管22流动离开车辆10而不 会给EHRDHE 28增加任何热量。也设置关于图2A和3所述的两个冷却剂加热模式。电子 控制器40与致动器32操作地连接，并且根据作为输入信号从设置在车辆10上的各种传感 器接收的车辆操作状况来控制致动器32。例如，发动机冷却剂温度传感器33A定位成感测 流入发动机12中的冷却剂温度。发动机负载传感器33B定位成感测发动机负载。发动机 负载传感器33B可以是感测歧管绝对压力的传感器或者测量进入发动机12的空气质量流 量的空气流量传感器(根据加热金属丝至预定温度所需电流量计算)。这些感测状况由控 制器40与发动机负载相关联。空气/燃料比传感器33C用于测量空气与燃料比，这影响预 期排气温度。发动机速度传感器33D也操作性地连接到控制器34。在该实施例中，发动机 速度传感器33D的至少一部分置于曲轴42上，且可以是霍尔效应传感器或其它类型的传感 由控制器40接收的信息表示这样的操作状况如流经发动机12的冷却剂温度 (由发动机冷却剂温度传感器33A指示)和发动机负载(由发动机负载传感器33D指示)。 传感器33A、33B、33C、33D可以直接测量操作状况，或者可以提供用于预测模型中的信息， 所述预测模型预测或估计这些操作状况。本领域普通技术人员将很容易理解将表示车辆操 作状况的这些信息提供给控制器40的各种方式，并且也很容易理解可以被存储在控制器 40上以便对这些信息进行处理的各种算法。参考图2A，设备25包括部分地分开排气管22的壁44。旁通阀30在枢转元件或 铰链45处枢转地连接到壁44，其中，枢转轴线穿过铰链45。图1的排气旁通致动器32(在 图2A中未示出，但是在图2A的平面上方)可控制以选择性地移动阀30，以便建立图2A所 示的第一冷却剂加热模式、图3所示的第二冷却剂加热模式、以及图4所示的旁通模式。止 挡件46A、46B在排气管22内延伸以限定阀30的运动范围。阀30包括第一部分30A和第二部分30B。部分30A、30B能围绕铰链45独立地枢 转。第二部分30B配合在第一部分30A的开口中，如图2B所示。在两部分相对于铰链45 处于相同旋转位置时，它们从枢转轴线延伸到止挡件46A、止挡件46B或它们之间的旋转位置。参考图2A，当阀30处于第一模式时，两部分30A、30B均处于第一位置，在壁44的 一侧上阻塞流动，因而将排气流以第一冷却剂加热模式沿第一流动路径引导通过热交换器 28，如示出了进入热交换器28的排气的流动箭头A和示出了离开热交换器28的排气的流 动箭头B所示。一些热量经由热交换器16从排气传递给发动机冷却剂，从而流动通道36 中的冷却剂比流动通道34中的冷却剂更热。参考图1，控制器40基于来自于发动机负载传感器33B、空气/燃料比传感器33C 和发动机速度传感器33D的信息预测排气温度和流率，且估计在预测温度和流率下由于排气流引起的经过热交换器28的冷却剂温度增加。当发动机12充分加热从而冷却剂温度传 感器33A指示流经发动机12的冷却剂高于第一预定温度且估计的温度增加小于第二预定 温度时，于是通过控制阀30以第二模式操作将发生持续的发动机加热，如图3所示，其中， 第二阀部分30B移动到图3所示的第二位置。第二冷却剂加热模式的目的是在第一冷却剂 加热模式之后继续从排气提取热量，但防止离开热交换器的冷却剂沸腾。在第二模式中，由 图2A中箭头A所示的流动路径被部分阻塞。与阀30处于第一位置时相比，排气流中的大部 分沿壁44的与热交换器28相对的侧引导，如流动箭头C所示。由于第二部分30B移动到第 二位置，因而在铰链45和第一阀部分30A之间形成开口或窗口 47。排气中的大部分通过窗 口 47并流出排气出口 26，如流动箭头C所示。排气中的小部分流经热交换器28，如示出了 进入热交换器28的排气流的箭头D和示出了离开热交换器28的排气流的箭头E所示，流经 热交换器的排气被冷却，从而在流动箭头D处的排气比在流动箭头E处的排气更热。箭头 D、E和C表示第二冷却剂加热模式的第二流动路径。一些热量从排气提取且传递给流动通 道36中的发动机冷却剂；然而，与第一冷却剂加热模式相比，冷却剂加热以较低速率进行， 因为在第二冷却剂加热模式中排气的仅一部分路由通过热交换器28。这样，在不会导致离 开热交换器28的冷却剂沸腾的情况下允许附加的废热回收。参考图4，当冷却剂温度传感器33A指示流经发动机12的冷却剂温度大于第二预 定温度时或者当基于来自于传感器33A、33B、33C、33D的信息估计的冷却剂温度增加大于 第二预定温度时，那么控制器40将移动第一阀部分30A，以与止挡件46B处的第二阀部分 30B对齐。因而，所有排气流以旁通模式沿第三流动路径从壁44的与热交换器28相对的侧 上引导，如流动箭头F所示，从而旁通热交换器28。参考图5-7，作为设备14的替代，操作性地连接到发动机12的设备114的另一个 实施例能操作用多个冷却剂加热模式完成废热回收。与设备14相同的设备114部件使用 相同的附图标记标识。设备114包括在热交换器28之间朝排气管入口 24延伸的挡板50。 挡板50将从入口 24到热交换器28的排气分开。当阀30处于第一模式以建立图5的第一 冷却剂加热模式时，挡板50对冷却剂加热具有很少的影响，因为所有排气流被引导经过热 交换器28，如由流动箭头A所示的入口流所示，入口流分成经过热交换器28的两个流动路 径(由流动箭头Al和A2所示)且流经热交换器28，如流动箭头B 1、B2和B3所示离开。当阀30被控制以建立关于图3所述的第二冷却剂加热模式时，第二阀部分30延 伸到挡板50以部分阻塞到热交换器28的排气流，如图6所示。因而，仅一部分排气流经热 交换器28，如流动箭头D所示。由于挡板50将该流引导到热交换器28的一部分(S卩，在图 6中线52以下显示的部分，线52与挡板50对齐)，因而，仅热交换器28的该部分用于从排 气提取热量。入口排气流的其余部分在壁44的相对侧上引导，从而旁通热交换器28，如流 动箭头C所示。当阀30被控制建立关于图4所述的旁通模式时，经过热交换器28的所有流都被 阻塞，如图7所示，且入口排气流旁通热交换器28，如流动箭头F所示。参考图8-10，作为设备14的替代，操作性地连接到发动机12的设备214的另一个 实施例能操作用多个冷却剂加热模式完成废热回收。与设备14相同的设备214部件使用 相同的附图标记标识。设备214包括操作性地连接到图1的控制器40的旁通阀230，以建 立两个冷却剂加热模式和旁通模式。阀230没有如阀30那样的两个分开部分，而仍然提供可变冷却剂加热模式。控制器40可用脉宽调制来控制阀230。此外，设置附加传感器33E 以确定阀位置。传感器33E可以是位置、温度或压力传感器，其中，阀位置由控制器基于传 感器33E提供的信息根据存储算法来计算。
参考图8，当阀230处于所示的第一模式的第一位置时，在壁44的一侧上的流动被 阻塞，因而所有排气流以第一冷却剂加热模式沿第一流动路径引导通过热交换器28，如示 出了进入热交换器28的排气的流动箭头A和示出了离开热交换器28的排气的流动箭头B 所示。第一模式由控制器40建立，如关于图2A所述。一些热量经由热交换器16从排气传 递给发动机冷却剂，从而流动通道36中的冷却剂比流动通道34中的冷却剂更热。当发动机12充分加热从而冷却剂温度传感器33A指示流经发动机12的冷却剂高 于第一预定温度时，控制器40将控制阀230根据与关于图3所述相同的传感器信息和控 制算法(除了控制器40发送信号使得致动器(未示出)将阀230保持在所示中间位置之 外)以第二模式操作，如图9所示，在中间位置中，由图8中箭头A所示的流动路径被部分 阻塞。由于在阀230和管22的壁之间可获得更大的流动开口(在图9的视图中作为最上 壁示出)，与当阀230处于第一位置时相比，排气流中的大部分沿壁44的与热交换器28相 对的侧引导到排气出口 26，如流动箭头C所示。从排气入口 24到热交换器28可获得较小 的流动开口，因而排气中的小部分流经热交换器28，如示出了进入热交换器28的排气流的 箭头D和示出了离开热交换器的排气流的箭头E所示，流经热交换器的排气被冷却，从而在 流动箭头D处的排气比在流动箭头E处的排气更热。因而，在第二冷却剂加热模式中，通过 热交换器28的流量相对于第一冷却剂加热模式被限制。箭头D、E和C表示第二冷却剂加 热模式的第二流动路径。一些热量从排气提取且传递给流动通道36中的发动机冷却剂 ’然 而，与第一冷却剂加热模式相比，冷却剂加热以较低速率进行，因为在第二冷却剂加热模式 中排气的仅一部分路由通过热交换器28。以较低速率加热在不会导致离开热交换器28的 冷却剂沸腾的情况下允许附加的废热回收。参考图10，当冷却剂温度传感器33A指示流经发动机12的冷却剂温度大于第二 预定温度时或者当基于来自于传感器33A、33B、33C、33D、33E的信息估计的冷却剂温度增 加大于第二预定温度时，那么控制器40将使阀230移动到止挡件46B处的第三位置(即， 以第三模式操作)。因而，所有排气流以旁通模式沿第三流动路径在壁44的与热交换器28 相对的侧上引导，如流动箭头F所示，从而旁通热交换器28。因而，图2A-10的任何设备允许控制器根据存储算法命令多个冷却剂加热模式以 增加车辆效率。具体地，控制器40执行在车辆上管理废热回收的方法300，如图11的流程 图所述。方法300包括步骤302 使用操作性地连接到控制器40的传感器33A-33D来监测 车辆操作状况，所述车辆操作状况包括冷却剂温度、发动机负载、发动机速度和空气/燃料 比，如上所述。方法然后包括步骤304 基于监测车辆操作状况来预测经过热交换器28的 排气温度和排气流率，假定旁通阀30或230完全打开(处于第一模式)。在步骤306下，控 制器40然后根据存储算法来估计在预测的经过热交换器28的排气温度和流率时由于排气 流引起的冷却剂温度增加。在步骤308下，旁通阀(30或230)然后基于估计的冷却剂温度 增加被控制为第一冷却剂加热模式或第二冷却剂加热模式以改变经过热交换器28的排气 流量。此外，如果估计的冷却剂温度增加高于第二预定温度，旁通阀30或230可以被控制 为旁通模式，以便防止冷却剂流动通道36中的冷却剂沸腾。因而，阀30或230被控制建立至少两种不同的 冷却剂加热模式且建立旁通模式，在所述冷却剂加热模式中，排气经由不 同的流动路径流经热交换器28，在旁通模式中，大致没有排气流经热交换器28。具体地，根据方法300，当估计的冷却剂温度增加小于或等于第一预定温度时，排 气沿第一流动路径引导经过热交换器28，以便以第一冷却剂加热模式将废热传递给冷却剂 流动通道36。当估计的冷却剂温度增加大于第一预定温度且小于第二预定温度时，排气的 至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器28，以便以第二冷却剂加热模式将废热传递 给冷却剂流动通道36。第二流动路径相对于第一流动路径被限制，其中，与第一冷却剂加热 模式相比，热交换器28的入口减少或者排气流经过或通过的热交换器28的部分减少。当 估计的冷却剂温度增加大于第二预定温度时，排气以旁通模式旁通热交换器28，在旁通模 式期间，经由热交换器28没有发生显著的冷却剂加热。虽然已经详细地描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术 人员在所附权利要求范围内可以想到用于实施本发明的各种替换设计和实施例。
权利要求
1.一种用于具有发动机的车辆的设备，所述设备包括排气系统，排气通过所述排气系统从发动机排出；热交换器，所述热交换器至少部分地定位在排气系统内；冷却剂流动通道，所述冷却剂流动通道与发动机和热交换器热连通；以及旁通阀，所述旁通阀能以第一冷却剂加热模式操作，以将排气沿第一流动路径引导经 过热交换器，以将废热传递给冷却剂流动通道；所述阀能以第二冷却剂加热模式操作，以将 排气的至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器，以将废热传递给冷却剂流动通道； 其中，第二流动路径相对于第一流动路径被限制；且所述阀能以旁通模式操作，以引导排气 旁通热交换器，在旁通模式期间，没有发生经由热交换器的显著冷却剂加热。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述旁通阀具有能彼此独立地移动的第一部分 和第二部分；其中，在第二冷却剂加热模式中，第一部分处于第一位置且第二部分处于第二 位置，使得第二部分将到热交换器的流动部分地阻塞以建立第二流动路径。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括挡板，所述挡板设置成在旁通阀和热交换器之间引导排气，使得在第二冷却剂加热模 式中，排气仅仅流经热交换器的一部分。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述旁通阀在第一冷却剂加热模式中处于第一 位置，在第二冷却剂加热模式中处于第二位置，且在旁通模式中处于第三位置；其中，第二 位置在第一位置和第三位置之间以将排气流在旁通热交换器的另一个流动路径和第二流 动路径之间分离。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器能操作感测车辆操作状况；控制器，所述控制器操作性地连接到所述至少一个传感器和旁通阀，且能操作在所述 至少一个传感器感测第一组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第一冷却剂加热模式，在所 述至少一个传感器感测第二组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第二冷却剂加热模式，在 所述至少一个传感器感测第三组车辆操作状况时移动旁通阀以建立第三冷却剂加热模式。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括冷却剂温度传感器；其 中，所述第一组车辆操作状况包括小于第一预定温度的冷却剂温度；其中，所述第二组车辆 操作状况包括大于第一预定温度且小于第二预定温度的冷却剂温度；且其中，所述第三组 车辆操作状况包括大于第二预定温度的冷却剂温度。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述至少一个传感器还包括能操作感测发动机 负载的传感器；其中，所述第二组车辆操作状况包括小于预定发动机负载的发动机负载。
8.一种用于具有发动机的车辆的设备，所述设备包括排气系统，排气通过所述排气系统从发动机排出；热交换器，所述热交换器定位在排气系统内；冷却剂流动通道，所述冷却剂流动通道与发动机和热交换器热连通；以及旁通阀，所述旁通阀能操作建立至少两种不同的冷却剂加热模式，其中，排气被引导经 过热交换器以将热量传递给冷却剂流动通道中的冷却剂，其中，所述两种不同的冷却剂加 热模式由不同的流动路径表征，其中，排气流的不同部分被引导到热交换器或者排气流经 过热交换器的不同部分；且其中，所述旁通阀还能操作建立旁通模式，在旁通模式期间，排气旁通热交换器，从而没有发生经由热交换器的显著冷却剂加热。
9.一种在车辆上管理废热回收的方法，包括监测车辆操作状况，所述车辆操作状况包括冷却剂温度、发动机负载、发动机速度和空 气/燃料比；基于所述监测车辆操作状况来预测经过热交换器的排气温度和排气流率； 估计在经过热交换器的预测排气温度和流率时由于排气流引起的冷却剂温度增加；以及基于估计的冷却剂温度增加来控制阀以改变经过热交换器的排气流量；其中，所述阀 被控制建立至少两种不同的冷却剂加热模式且建立旁通模式，在所述冷却剂加热模式中， 排气经由不同的流动路径流经热交换器，在旁通模式中，大致没有排气流经热交换器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在估计冷却剂温度增加小于或等于第一预定温 度时，排气沿第一流动路径引导经过热交换器以将废热以第一冷却剂加热模式传递给冷却 剂流动通道，其中，在估计冷却剂温度增加大于第一预定温度且小于第二预定温度时，排气 中的至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器以将废热以第二冷却剂加热模式传递 给冷却剂流动通道；其中，第二流动路径相对于第一流动路径被限制；且其中，在估计冷却 剂温度增加大于第二预定温度时，排气以旁通模式旁通热交换器。
全文摘要
本发明涉及具有多个冷却剂加热模式的车辆废热回收设备和方法。一种用于具有发动机的车辆的设备，所述设备包括排气系统，排气通过所述排气系统从发动机排出。热交换器至少部分地定位在排气系统内。冷却剂流动通道设置成与发动机和热交换器热连通。旁通阀能以第一模式操作，以将排气沿第一流动路径引导经过热交换器，以将废热传递给冷却剂流动通道；还能以第二模式操作，以将排气的至少一部分沿第二流动路径引导经过热交换器，以将废热以第二冷却剂加热模式传递给冷却剂流动通道。第二流动路径相对于第一流动路径被限制。也提供管理废热回收的方法。
文档编号F02N19/10GK102052128SQ20101053741
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者D·B·格拉斯福德, G·P·普赖尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司