从内燃发动机回收废热的系统的制作方法_2

文档序号:8427517阅读:来源:国知局
交换。此处,作为配置有两种绝热变化和两种等压变化的循环的朗肯循环是指在其中工作流体涉及汽态和液态的相变的循环。由于朗肯循环是一种众所周知的循环,因此其详细描述将被忽略。
[0044]此外,根据本发明的各个实施方案的回收系统可以包括废气侧热交换单元400,其安装在将废气排放到外部的废气管线处,从而使热量从废气传递到工作流体。
[0045]工作流体总是通过废气侧热交换单元400,并且仅当在EGR管线200中流动的EGR气体的温度等于或大于参考温度Tl时,工作流体通过EGR侧热交换单元300。
[0046]当发动机I的温度较低时,EGR气体的温度也较低,并且当发动机I的温度较高时,EGR气体的温度也较高。因此,EGR气体的温度反映了发动机I的温度。因此,发动机I是否被预热可以通过测量EGR气体的温度来确定,而不需要测量发动机I的缸体、顶盖等的温度以便确定发动机I是否被充分预热。
[0047]在发动机I被充分预热以循环工作流体从而旋转涡轮机的情况下,当EGR气体的温度达到特定温度时(比如,500°C ),基于柴油发动机,在其中安装有发动机I的车辆的燃料效率变高。下面,将对经由EGR气体的EGR管线200的循环路径作为实例进行描述,比如当参考温度Tl设定为500°C时。在EGR气体的温度为500°C或更高的情况下,EGR气体通过EGR侧热交换单元300循环到进气侧,并且在EGR气体的温度低于500°C的情况下,EGR气体不通过EGR侧热交换单元300而循环到进气侧。
[0048]下面将提供对其更详细的描述。
[0049]EGR管线200安装有EGR侧旁通阀220,EGR侧旁通阀220改变EGR气体的路径。基于图1,当从排气歧管3经由EGR阀210施加到EGR旁通阀220的EGR气体温度为500°C或更高时,EGR旁通阀220打开,从而EGR气体移动到EGR旁通阀220的右侧,通过EGR侧热交换单元300,然后被提供到进气歧管2侧。另一方面,基于图1,当EGR气体温度低于500°C时,EGR旁通阀220关闭,从而EGR气体移动到EGR旁通阀220的上侧,并且被提供到进气歧管2侧而不通过EGR侧热交换单元300。
[0050]因此,当废气的温度较低时(比如初始发动机起动时),通过将EGR气体直接引入到进气歧管2而不通过EGR侧热交换单元300,发动机I可以得以快速预热,并且能够防止产生在发动机I未预热时通过强制循环工作流体而使发动机I的燃料效率降低的现象。
[0051]同时,EGR侧热交换单元300使EGR管线200和工作流体循环管线100彼此热连接,通过执行EGR气体和工作流体之间的热交换而冷却EGR气体,并且使热量从EGR气体传递到工作流体。此外,EGR侧热交换单元300具有EGR冷却器320以及过热器310,EGR冷却器320冷却EGR气体,过热器310将热量从EGR气体传递到通过废气侧热交换单元400的工作流体。
[0052]下面,将描述在其中工作流体在工作流体循环管线100上循环的路径。
[0053]工作流体经由存储箱60的出口 64而引入到工作流体泵70中,存储箱60储存液态下的工作流体并且具有入口 62和出口 64,并且工作流体泵70通过泵送工作流体而将工作流体供应到工作流体循环管线100。如上所述,由于EGR气体仅当EGR气体的温度为参考温度Tl或更高时经过EGR侧热交换单元300,因此优选的是仅当EGR气体的温度为参考温度Tl或更高时操作工作流体泵70。
[0054]当经过回热器50时通过工作流体泵70泵送的工作流体得以加热。经过回热器50的工作流体被供应到废气侧热交换单元400,从而再次接收热量,并且通过设置在EGR侧热交换单元300中的过热器310接收热量。此处,废气侧热交换单元400可以形成在使工作流体能够接触排气管404的表面并且从废气接收热量的结构中。在该情况下,由于不存在排气阻力(不同于使用涡轮复合的系统),因此不会产生发动机I自身的输出降低的现象。
[0055]同时,在工作流体通过过热器310之前不汽化的在液态下的工作流体通过气液分离器330分离。此处,仅有经过过热器310的在气态下的工作流体被供应到涡轮机510。
[0056]由此,由于工作流体从回热器50接收热量,并且废气侧热交换单元400比EGR侧热交换单元300设置在工作流体循环管线100的更高侧,因此工作流体在顺序经过废气侧热交换单元400和EGR侧热交换单元300时额外接收热量。
[0057]在气态下的工作流体通过涡轮机引入管道304被供应到涡轮机510从而旋转涡轮机510,并且通过旋转涡轮机510而失去能量的工作流体经过回热器50并且返回存储箱60的入口 62。
[0058]涡轮机510通过接收来自工作流体循环管线100的能量而旋转并且涡轮机510是涡轮发电单元500的一个组件。下面将详细描述涡轮发电单元500的操作装置和构造。
[0059]回热器50与存储箱60的入口 62和出口 64两者流体连通,从而执行引入到存储箱60的工作流体与从存储箱60流出的工作流体之间的互相热交换。
[0060]考虑从存储箱60的出口 64流出的工作流体,该工作流体通过从经过涡轮机510并然后被引入到回热器50中的工作流体接收热量而得以加热。另一方面,考虑经过涡轮机510并然后被引入到回热器50中的工作流体,该工作流体通过从存储箱60的出口 64流出的工作流体而得以冷却。由此,回热器50基于存储箱60的入口 62而设置在存储箱60的更高侧,并且基于存储箱60的出口 64而设置在存储箱60的更低侧,从而其能够允许供应到存储箱60的工作流体以液态平稳地供应,在将工作流体供应到废气侧热交换单元400之前预热工作流体,并且提高废热收集效率。
[0061]工作流体循环管线100可以包括TEG冷凝器370和冷却风扇360。TEG冷凝器370设置在存储箱60的入口 62和回热器50之间以便从工作流体移除热量,从而在使得流入存储箱60的工作流体进入液态中发挥预定的作用。此外,在回热器50和TEG冷凝器370之间的管道配置成工作流体散热器,其多次弯曲,并且工作流体可以通过由冷却风扇360将空气流吹入工作流体散热器而进一步冷却。
[0062]同时,工作流体泵70设置在存储箱60和回热器50之间,其中在管道中流动的工作流体通过从周围环境吸收热量而汽化的情况下,泵送效率可能下降,该管道将存储箱60与工作流体泵70彼此连接。为了防止如上所述的泵送效率下降,将存储箱60与工作流体泵70彼此连接的管道可以为隔热的。
[0063]在工作流体循环管线100中,在涡轮机引入管道304上的点和在涡轮机510和回热器50之间的点通过工作流体旁路350而彼此连接,并且工作流体旁路350安装有将工作流体选择性旁通到换热器50的工作流体旁通阀352,其中涡轮机引入管道304是将涡轮机510连接到EGR侧热交换单元300的导管。
[0064]在工作流体超过特定的温度或压力的情况下,工作流体的分子结构可能被破坏,从而失去其独特的材料属性。因此,在工作流体可能失去独特的材料属性的情况下,为了在工作流体经过涡轮机510之前恢复工作流体,使用工作流体旁通阀352将工作流体供应到回热器50。旁通到回热器50的工作流体可以通过回热器50并且可以返回到正常状态。
[0065]理想的是,仅循环在工作流体循环管线100中的工作流体,但高温的工作流体需要旋转涡轮机510并且涡轮机510由涡轮机润滑油进行润滑以防止涡轮机510在高速旋转时损坏。因此,经过涡轮机510的工作流体可能与涡轮机润滑油混合,并且用于分离除了工作流体以外的其他流体的油分离器302可以形成在涡轮机510和回热器50之间的管道处,其他流体包括来自工作流体循环管线100的从涡轮机510排放的涡轮机润滑油。
[0066]在具有安装在其上的涡轮增压器的内燃发动机中,如图1中所示,通过排气歧管3排放的废气在高速下旋转叶轮6B,并且旋转与叶轮6B同轴地形成的进气侧叶轮6A,以使增压的空气可以通过中间冷却器5和发动机散热器4而引入到进气歧管2中,叶轮6B形成在排气管404的排气歧管3侧的端部部分上。经过叶轮6B的废气可以通过排气管404而顺序通过后处理单元402和废气侧热交换单元400,从而排放到内燃发动机的外部。此处,安装在排气管线处以减少废气的污染的后处理单元402可以具有嵌入其中的催化转换器、活性炭等。
[0067]为了后处理单元402净化废气,在大多数情况下,废气的温度需要较高。因此,废气侧热交换单元400可以形成在安装于排气管线的后处理单元402的下侧。
[0068]已参考图1描述了在具有安装在其上的涡轮增压器的内燃发动机中的废气的排放路径。然而,在不形成叶轮6A和6B等的自然进气式内燃发动机的情况下,从排气歧管3排放的废气可以通过排气管404而顺序通过后处理单元402和废气侧热交换单元400,从而被排放到内燃发动机的外部。
[0069]下面,将主要基于涡轮
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