[0001] 引言
[0003] 目前的机动车辆
发动机设计比以前的设计消耗更少的
燃料，然而，内燃发动机的热效率没有显著地增加。4循环发动机达到的峰值效率约为35％，因此在燃料中包含的约为65％的能量由于
泵送损失、
摩擦力损失、冷却损失、排气损失以及附件的组合而损失。热效率损失的显著部分发生在排气系统中。
[0004] 在内燃发动机的排气系统内发生的能量损失是由于几种原因：热、
动能、化学和
潜热。其中，最重要的能量损失组分是热和动能损失。众所周知，动力损失的部分可以通过
涡轮增压器回收。为了减少
热损失，已经开发了废气热回收(EGHR)系统，其使用排气热以
加速冷却剂加热时间或以生成返回到
电池或驱动系统的能量。在冷却剂加热系统中，EGHR单元提供更快的发动机冷却剂加热，其反过来又更快地加热发动机。进一步益处是更快的客舱加热以便获得乘客舒适度和
窗户除霜。在已知的EGHR系统中，发动机冷却系统连接到
热交换器，该热交换器设置在废气的流路径中，从而将废气的
热能量传递到冷却系统。因此，传统的EGHR单元被设计成与机械冷却泵工作，并且主要放置在加热器回路中。然而，该
位置限制了排气能量提取，这是由于高冷却剂背压造创造了越过加热器芯的有限的流。
[0005] 因此，尽管当前的EGHR系统实现了它们的预期目的，但是需要一种用于废气热回收的新的和改进的系统和方法。
发明内容
[0006] 根据多个方面，一种机动车辆废气热回收系统包括接收来自冷却泵的冷却剂的流的发动机。冷却剂排放集管接收从发动机排放的冷却剂的流。主旋转
阀接收从冷却剂排放集管排放的冷却剂，并且选择性地将冷却剂分配到加热器芯和
变速器油加热器。废气热回收(EGHR)设备被
定位成接收从加热器芯和变速器油加热器排放的冷却剂，并且在发动机
冷启动操作期间在将冷却剂返回冷却泵的路径中。
[0007] 在本发明的另一方面中，发动机油加热器从主旋转阀接收冷却剂。
[0008] 在本发明的另一方面中，主旋转阀包括独立旋转阀，独立旋转阀包括：控制冷却剂流进入发动机油加热器的第一旋转阀、控制冷却剂流进入加热器芯的第二旋转阀、以及控制冷却剂流进入变速器油加热器的第三旋转阀。
[0009] 在本发明的另一方面中，发动机控制和监测系统与主旋转阀的独立旋转阀连通，发动机控制和监测系统引导主旋转阀的独立旋转阀的打开和关闭操作，使得发动机油加热器、加热器芯以及变速器油加热器中的至少一个在发动机冷启动操作期间接收冷却剂流。
[0010] 在本发明的另一方面中，在冷启动操作期间，在冷却剂排放集管中的基本上全部冷却剂流通过发动机油加热器、加热器芯或变速器油加热器中的至少一个或多个。
[0011] 在本发明的另一方面中，
散热器和
散热器供应集管与冷却剂排放集管连通，其中在冷启动操作完成之后，提供用于在冷却剂排放集管中的冷却剂的流路径，以经由散热器供应集管绕开主旋转阀并且在返回冷却泵之前进入散热器中被冷却。
[0012] 在本发明的另一方面中，主旋转阀包括第四旋转阀，该第四旋转阀在打开时和当第一旋转阀、第二旋转阀、以及第三旋转阀各自关闭时起作用，以绕绕发动机油加热器、加热器芯、变速器油加热器、以及EGHR设备周围的冷却剂流，用于返回到冷却泵。
[0013] 在本发明的另一方面中，
涡轮增压器接收冷却剂流的一部分并且将冷却剂流的一部分引导到定位在EGHR设备中的热交换器。
[0014] 在本发明的另一方面中，EGHR设备的冷却剂压降以大约30L/分钟的流速约为15+/-2kPa。
[0015] 在本发明的另一方面中，冷却泵是
电动机驱动的冷却泵。
[0016] 根据几个方面，机动车辆废气热回收系统包括具有
涡轮增压器的发动机。冷却泵向发动机并且向涡轮增压器提供冷却剂流。组合式冷却剂排放集管接收从发动机和涡轮增压器排放的冷却剂流。主旋转阀接收从组合式冷却剂排放集管排放的冷却剂，并选择性地将冷却剂分配到加热器芯和变速器油加热器。废气热回收(EGHR)设备被定位成在发动机的冷启动操作期间接收从加热器芯和变速器油加热器排出的全部冷却剂，并且在将冷却剂返回冷却泵的路径中。
[0017] 在本发明的另一方面中，EGHR设备包括
旁通阀。
[0018] 在本发明的另一方面中，EGHR设备包括热交换器，并且旁通阀在冷启动操作期间选择性地定位到旁通位置，以通过EGHR设备的热交换器来引导从加热器芯和变速器油加热器排放的全部冷却剂用于冷却。
[0019] 在本发明的另一方面中，发动机控制和监测系统与旁通阀并且与主旋转阀的独立旋转阀连通。
[0020] 在本发明的另一方面中，发动机油加热器被对准以接收来自主旋转阀的冷却剂，并且主旋转阀包括独立旋转阀，独立旋转阀包括：控制冷却剂流进入发动机油加热器的第一旋转阀、控制冷却剂流进入加热器芯的第二旋转阀、以及控制冷却剂流进入变速器油加热器的第三旋转阀。
[0021] 在本发明的另一方面中，主旋转阀包括第四旋转阀，该第四旋转阀在打开时和当第一旋转阀、第二旋转阀、以及第三旋转阀各自关闭时起作用，以绕开在发动机油加热器、加热器芯、变速器油加热器、以及EGHR设备周围的冷却剂流，并且进入主旋转阀旁通管线，以便返回到冷却泵。
[0022] 在本发明的另一方面中，EGHR设备的最大冷却剂流速约为150L/分钟。
[0023] 根据几个方面，机动车辆废气热回收系统包括具有涡轮增压器的发动机。冷却泵向发动机和涡轮增压器提供冷却剂流。组合式冷却剂排放集管接收从发动机和涡轮增压器排放的冷却剂。主旋转阀接收从组合式冷却剂排放集管排放的冷却剂。主旋转阀包括多个旋转阀，该多个旋转阀在冷启动操作期间选择性地将组合式冷却剂排放集管中的全部冷却剂分配到发动机加热器、加热器芯、以及变速器油加热器中的至少一个。废气热回收(EGHR)设备被定位成以接收从发动机加热器、加热器芯、以及变速器油加热器中的任何一个、任何两个或全部排放的冷却剂，并且在发动机冷启动操作期间将冷却剂返回到冷却泵的路径中。
[0024] 在本发明的另一方面中，EGHR设备包括旁通阀；并且EGHR设备包括热交换器。
[0025] 在本发明的另一方面中，旁通阀在冷启动操作期间选择性地定位到旁通位置，以通过EHGR设备的热交换器来引导从发动机油加热器、加热器芯以及变速器油加热器排放的全部冷却剂用于冷却。
[0026] 从本文提供的细节描述，进一步的适用性领域将变得明显。应当理解的是，描述和特定示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0027] 本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。
[0028] 图1是根据示例性
实施例的废气热回收系统的示意图；以及
[0029] 图2是描述由图1的废气热回收系统产生的提供了模拟加温益处的功率
水平对时间的曲线图。
具体实施方式
[0030] 以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开发明、应用或用途。
[0031] 参考图1，废气热回收(EGHR)系统10调节并且向机动车辆燃烧发动机12的多个部件和相关联的部件提供引导的冷却剂流，并且通过系统来回收热用于使用。发动机12包括发动机缸体14，该发动机缸体其可以包括
机体加热器16，以在极低的环境
温度期间提供最小机体温度，并且提供具有机体温度
传感器18，其将发动机机体温度
信号转发到发动机控制和监视系统20。发动机12还共同包括发动机缸盖22和集成发动机
歧管24，它们也由冷却剂冷却。冷却剂流通
过冷却剂供应集管26提供给发动机缸体14、发动机缸盖22以及集成发动机歧管24，该冷却剂供应集管供应从电动机驱动的电动冷却泵28排放的冷却剂流。电动冷却泵28的电动机根据从发动机控制和监视系统20接收的信号操作。入口冷却剂温度传感器30被提供在冷却剂供应集管26中，以在冷却剂供应集管26中提供温度信号以便获得冷却剂温度。
[0032] 涡轮增压器32还提供具有发动机12。冷却剂供应集管26还连接到涡轮增压器32，其提供冷却剂供应集管26中的冷却剂流的一部分，以允许热从经由涡轮增压器32排放的排气中提取。发动机旋转阀34被提供以收集和控制从发动机缸体14和发动机缸盖22排放的组合式冷却剂流的流。分离的歧管冷却剂排放集管36收集从集成发动机歧管24排放的冷却剂流。温度传感器38被提供在歧管冷却剂排放集管36中，以在歧管冷却剂排放集管36中提供冷却剂温度的温度信号。涡轮增压器冷却剂排放集管40收集从涡轮增压器32排放的冷却剂流，并且在收集集管42中将该冷却剂流与来自歧管冷却剂排放集管36的冷却剂流组合。在收集集管42中的冷却剂流与从在组合式冷却剂排放集管44中的发动机旋转阀34排放的冷却剂流组合。出口冷却剂温度传感器46提供在组合式冷却剂排放集管44中，以在组合式冷却剂排放集管44中提供冷却剂流的温度信号。
[0033] 用于在组合式冷却剂排放集管44中的冷却剂的第一流路径进入主旋转阀48，该主旋转阀包括如下所述的多个内部旋转阀49a、49b、49c、49d，这些内部旋转阀由来自发动机控制和监视系统20的信号操作，以控制将冷却剂分配到发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54中的独立的一个。在发动机12的正常冷启动操作期间，在组合式冷却剂排放集管44中的基本上全部冷却剂流通过发动机油加热器50、加热器芯52或变速器油加热器54中的至少一个或任何一个。
[0034] 在发动机12的正常操作期间并且因此在冷启动操作完成之后，提供用于组合式冷却剂排放集管44中的冷却剂的第二流路径，经由散热器供给集管56绕开主旋转阀48，并且在返回电动冷却泵28的吸入口或入口之前被引导到散热器58中以被冷却。在散热器58中提供了温度传感器60，以在散热器58中提供冷却剂温度的温度信号。通过散热器58的冷却剂流使用散热器阀62来控制，该散热器阀打开以将冷却剂流引导进入散热器排放集管64中以便返回到电动冷却泵28。散热器阀62在冷启动操作期间关闭，以迫使冷却剂流通过主旋转阀48。只有在发动机冷启动操作完成之后或者如果提供了来自发动机控制和
监控系统20的超控命令冷却剂流才被引导通过散热器58，以在发动机冷启动操作期间打开散热器阀62。
[0035] 主旋转阀48提供独立旋转阀，该独立旋转阀包括控制冷却剂流进入发动机油加热器50的第一旋转阀49a、控制冷却剂流进入加热器芯52的第二旋转阀49b、控制冷却剂流进入变速器油加热器54的第三旋转阀49c，以及打开以引导冷却剂流通过独立主旋转阀旁通管线66的第四旋转阀49d。在冷发动机启动期间，第一旋转阀49a、第二旋转阀49b以及第三旋转阀49c中的至少一个将至少部分地打开，从而提供回到电动冷却泵28的立即冷却剂流。此后生成来自发动机控制和监测系统20的信号，其确定第一旋转阀49a、第二旋转阀49b和第三旋转阀49c中的哪一个打开以经过冷却剂流。例如，在冷发动机启动期间，控制进入加热器芯52的冷却剂流的第二旋转阀49b将通常将被打开，以提供来自组合式冷却剂排放集管44的大部分冷却剂流通过加热器芯52，以提供快速
机舱加热。
[0036] 主旋转阀旁通管线66设置为绕开在主旋转阀48中围绕发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54的接收的冷却剂的一部分。例如，在冷启动操作期间如果对发动机12提出了高功率需求，那么冷却剂可以被引导通过主旋转阀旁通管线66，该高功率需求快速地加热发动机12，并且需要比通过发动机油加热器50、加热器芯52和变速器油加热器54的组合式路径提供的冷却剂流更多的冷却剂流量。否则旋转阀49d被正常关闭。
[0037] 冷却剂
波动管线68提供具有EGHR系统10，EGHR系统可以连接到涡轮增压器32，用于将冷却剂波动流从EGHR系统10引导到缓冲罐70。冷却剂可以经由缓冲返回管线72从缓冲罐70返回到处于电动冷却泵28的吸入口侧的EGHR系统10。
[0038] 冷却剂收集集管74接收并组合从发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54中的每一个排放的冷却剂。在冷却剂收集集管74中的组合式冷却剂流接收在废气热回收(EGHR)设备76中，该废气热回收(EGHR)设备被定位在冷却剂收集集管74中并且因此接收从发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54中的每一个的下游的主旋转阀48排放的冷却剂，，该废气热回收(EGHR)设备可以被定位成彼此平行地接收冷却剂。因为EGHR设备76可以从发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54中的任何一个或全部接收一些或全部冷却剂流，所以EGHR设备76被设计成与通常仅从加热器芯接收流的已知EGHR单元的冷却剂背压相比提供低冷却剂背压。
[0039] EGHR设备76通过在EGHR系统10中将EGHR设备76集成在主
能源吸收汇(在本文定义为变速器油加热器54和车厢加热器的加热器芯52)的下游的流路径中来最大化热提取。因为发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54已经释放了在经过这些部件的冷却剂中的热能，从发动机油加热器50、加热器芯52以及变速器油加热器54排放的冷却剂是在升温状态期间在
冷却剂回路中最冷的冷却剂，并因此提供最大的温差以有利地回收系统的热能，使用等式1：
[0040] Q＝mcΔT
[0041] 其中：热能(Q)＝(冷却剂物质的
质量)x(
比热)x(温度改变)。对于等式1，Q＝热能(焦
耳，J)，m＝物质的质量(kg)，c＝比热(单位J/kg·K)，以及ΔT＝温度变化(开尔文，K)。
[0042] 选择性地引导所有发动机冷却剂流通过EGHR设备76，同时加热在返回到电动冷却泵28的回路中的最冷冷却剂，因此EGHR系统10的全部的冷却剂温度比具有仅主要地与加热器芯连通的EGHR设备76的已知系统更快地增加。通过增加提供在变速器80中的温度传感器78，可以进一步增强热量提取，诸如在变速器
油槽中，提供变速器80的温度信号并且因此提供控制冷却剂流进入变速器油加热器54的引导旋转阀49c的操作的附加信号。
[0043] 从EGHR设备76排放的冷却剂流通过EGHR排放集管82，并且在组合式返回集管84中与从主旋转阀旁通管线66接收的任何冷却剂流组合，该组合式返回集管将冷却剂流引导到电动冷却泵28的吸入口。温度传感器86提供在组合式返回集管84中，以在组合式返回集管84中提供冷却剂温度的温度信号。注意的是，进入涡轮增压器32下游的主旋转阀48的冷却剂流基本上绕开散热器58，从而增加了以最大化能量的热回收的机会，该能量由发动机12和涡轮增压器32使用EGHR设备76之在冷却剂经过变速器油加热器54、加热器芯52和发动机油加热器50中的至少一个生成，该加热器54、加热器芯52以及发动机油加热器50都位于在发动机12和EGHR设备76之间。
[0044] 在本文识别的EGHR系统10的独立温度传感器各自向发动机控制和监视系统20转发信号。这些包括温度传感器18、30、38、46、60、78以及86。使用温度指示信号、发动机控制和监测系统20控制电动冷却泵28、发动机旋转阀34以及主旋转阀48的独立阀的操作。
[0045] 根据几个方面，EGHR设备76可以包括由来自发动机控制和监视系统20的信号旋转的旁通阀88。在发动机冷启动操作期间，旁通阀88旋转到热回收位置(示出为实线)。在热回收位置中，由旁通阀88通过或经
过热交换器90来引导冷却剂流通过EGHR设备76。热交换器90通过最大化回收的热能(Q)，使用EGHR设备76增强由发动机12和涡轮增压器32生成的能量的热回收。这通过在冷却剂和发动机热之间有利地使用上述等式1中所述的最高温差ΔT实现。在冷却剂经过变速器油加热器54、加热器芯52以及发动机油加热器50中的至少一个之后提供最高温差ΔT，从而在流过热交换器90之前降低冷却剂的温度。在发动机冷启动操作结束之后，旁通阀88被旋转到旁通位置(以虚线所示)，其中，冷却剂流没有被引导通过热交换器90或引导进入热交换器90。根据几个方面，EGHR设备76的冷却剂压降以大约30升(L)/分钟的流速约为15+/-2kPa。根据进一步的方面，对于大约300
马力的发动机，EGHR设备
76的最大冷却剂流速大约为每分钟150L，对于较低功率的发动机更小。
[0046] 参考图2并且再次参考图1，曲线图92以秒为单位呈现在第一轴94上的发动机功率对第二轴96上的时间。第一功率曲线98呈现使用本发明的EGHR系统10的估计功率，与没有本发明的EGHR系统10的系统的第二功率曲线100相比，该估计功率在整个时间段内基本上被增强。
[0047] 由于在车辆升温期间的有限的可用的热能，期望从所有可用的热源中提取最大的热能。利用使用发动机升温操作温度的额外的能量回收，附加的燃油经济性增强是可能的。本发明的EGHR系统10将EGHR设备76定位成接收从变速器油加热器54、加热器芯52以及发动机油加热器50中的每一个排放的冷却剂，该变速器油加热器54、加热器芯52以及发动机油加热器50都定位在发动机12和EGHR设备76之间，在寒冷条件下通
风和
空调(HVAC)的性能改善节省了车辆成本。
[0048] 本发明的废气热回收系统10提供了几个优点。这些包括对车辆的CO2和HVAC性能的改进。EGHR设备76可以集成到冷却剂系统流路径中，而没有系统性能折衷或附加的集成成本。设计具有低冷却剂背压的EGHR设备76允许使用电动冷却泵的高系统冷却剂流。进一步，通过将EGHR设备76放置在加热器芯52和变速器油加热器54的返回路径中，在大多数升温条件下，确保了在冷却回路中的冷却剂流。通过引导全部发动机冷却剂流通过EGHR设备76，同时当在升温期间时在回路中使用最冷的冷却剂，排气能量提取被最大化。
[0049] 本发明的描述本质上仅仅是示例性的，并且旨在使不脱离本发明要点的变型在本发明的范围内。这些变化不应被视为偏离本发明的精神和范围。
