车辆用的朗肯循环系统及其控制方法
【专利说明】车辆用的朗肯循环系统及其控制方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年10月10日提交的韩国专利申请第10-2014-0136506号的优先权，通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
[0003]本发明的示例性实施方式涉及车辆用的朗肯循环系统；并且，具体地，涉及具有由高温栗和低温栗分开的双流体循环回路的车辆用的朗肯循环系统，以及控制该系统的方法。
【背景技术】
[0004]通常，应用于车辆的废热回收系统通常是指从发动机排放出的废气回收能量的技术。例如，这样的技术可以包括:通过使用涡轮发电机将废气的流动立即转换成旋转能来发电的技术，使用热电装置产生电能的技术，以及使用废气的热量产生蒸汽以使用蒸汽转动涡轮机的朗肯循环技术。
[0005]朗肯循环技术在它们之中具有以下优点:从丢弃的废气中将能量回收到工作流体，且特别是可用于使用水作为工作流体的车辆的发动机冷却液。
【发明内容】
[0006]本发明的实施方式涉及具有双流体循环回路的车辆用的朗肯循环系统，其中，高温(HT)环路，在高温(HT)环路中，HT工作流体通过从发动机排出的废气的热量转变成蒸汽使得产生电力。蒸汽被冷凝回成HT工作流体的液态。低温(LT)环路，在低温环路中，当LT工作流体冷却HT环路中的HT工作流体时，转变成蒸汽的LT工作流体的温度被提高，使得产生电力，并且蒸汽被冷凝回成HT工作流体的液态。发动机冷却液循环辅助管线形成循环流，其中在发动机中循环的发动机冷却液被提供至LT回路之后，发动机冷却液加热LT工作流体并且然后返回至发动机。在某些实施方式中，HT环路可以包括连接至主排气管线的高温流体供应管线，废气主排气管线流，使得高温工作流体在高温流体供应管线中从液体变成蒸汽。还会包括使用从高温流体供应管线排出的蒸汽产生旋转动力的高温膨胀器。HT环路还会包括高温流体返回管线，其中穿过高温膨胀器的蒸汽变成将被提供至高温流体供应管线的液体。
[0007]在某些实施方式中，LT环路可以包括连接至发动机冷却液循环辅助管线的低温流体供应管线，发动机冷却液通过发动机冷却液循环辅助管线流，使得低温工作流体在低温流体供应管线中从液体转变成蒸汽。LT环路还可以包括使用从低温流体供应管线排出的蒸汽产生旋转动力的低温膨胀器。还可以包括低温流体返回管线，在低温流体返回管线中，穿过低温膨胀器的蒸汽转变成将被提供至低温流体供应管线的液体。
[0008]在某些实施方式中，发动机冷却液循环辅助管线可以包括发动机冷却液通过其从发动机排出的发动机冷却液抽出管线，以及发动机冷却液通过其直接返回至发动机的发动机冷却液直接返回管线。发动机冷却液循环辅助管线还可以包括从发动机冷却液直接返回管线分支的发动机冷却液间接返回管线以便形成发动机冷却液抽出管线中的发动机冷却液经由发动机散热器返回至发动机的路径。
[0009]在某些实施方式中，HT环路可以进一步包括安装在高温流体供应管线上的高温锅炉和高温过热器以及安装在高温流体返回管线上的高温冷凝器、高温栗、高温电子膨胀阀、以及高温流体贮存器。
[0010]在某些实施方式中，LT环路可以进一步包括安装在低温流体供应管线上的低温锅炉和低温过热器以及安装在低温流体返回管线上的低温换热器、低温冷凝器、低温栗、低温电子膨胀阀、以及低温流体贮存器。高温冷凝器可以连接至低温流体供应管线并且低温过热器可以连接至低温流体供应管线。与低温过热器共享主体的高温冷凝器在利用LT流体冷却HT流体的同时将热从高温环路传递至低温环路。
[0011]在某些实施方式中，朗肯循环系统可以进一步包括安装在主排气管线上的催化转化器和安装在主排气管线上的消音器。排气管线可以从主排气管线的第一部分分支出来。分支的排气管线可以将催化转化器连接至消音器。排气旁通阀可以安装在分支的排气管线上。高温锅炉可以安装在主排气管线的第一部分中，并且高温过热器可以安装在主排气管线的第二部分中。第二部分可以将发动机连接至催化转化器。
[0012]在某些实施方式中，HT环路和LT环路可以由被配置为输出PffM占空比(脉宽调制占空比)的朗肯控制器以PID方式控制。朗肯控制器可以包括错误校验块，该错误校验块被配置为校验HT回路、发动机或者LT回路的错误。高温栗控制块可被配置为配置HT环路以控制循环高温工作流体的高温栗的转速，以及低温栗控制块，可被配置为配置LT环路以控制循环低温工作流体的低温栗的转速。
[0013]还公开了一种控制具有双双的循环回路的车辆用的朗肯循环系统的方法。该方法可以包括对朗肯循环系统执行系统诊断。
[0014]在某些实施方式中，执行系统诊断的步骤中，当启动发动机时由朗肯控制器初始化HT环路和LT环路的分步骤可以通过以下变量实现，诸如在HT环路和LT环路的每个中形成的离合器断开、HT旁通阀打开、LT旁通阀打开、排气旁通阀关闭以及散热器旁通阀打开，并且错误校验通过以下变量实现，诸如在HT环路和LT环路中的每个中形成的HT栗错误状态正常、LT栗错误状态正常、以及HT旁通阀错误状态正常。
[0015]在某些实施方式中，在执行系统诊断的步骤中，控制HT环路和LT环路的部件的状态的分步骤通过以下变量实现，诸如HT离合器断开、HT旁通阀打开、LT旁通阀打开、排气旁通阀打开、散热器旁通阀关闭、HT栗转速最大值以及LT栗转速最大值。
[0016]本发明的其他目标和优点可通过以下描述来理解，并且通过参考本发明的实施方式将变得显而易见。另外，对于本发明所属领域中的技术人员而言清楚的是，本发明的目标和优点可以通过要求保护的方法及其组合来实现。
【附图说明】
[0017]图1A和图1B是示出根据本发明的实施方式的具有双流体循环回路的车辆用的朗肯循环系统的构造的示意图。
[0018]图2A至图5C是示出根据本发明的实施方式的朗肯控制器中的错误校验块、HT栗控制块、和LT栗控制块的各个示例性构造的示意图。
[0019]图6A至图8C是示出根据本发明的实施方式的控制具有双流体循环回路的车辆用的朗肯循环系统的方法的流程图。
[0020]图9A和图9B是示出图6A至图8C的方法中的朗肯循环系统的运转状态的示意图。
[0021]图1OA和图1OB是示出高温栗PID增强控制逻辑的实例的示图，其中在控制根据本发明的实施方式的具有双流体循环回路的车辆用的朗肯循环系统的方法中将高温锅炉和高温过热器的温度用作控制变量。
【具体实施方式】
[0022]下文将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。然而，本发明可体现为不同的形式并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施方式。在整个公开内容中，贯穿本发明的各个附图和实施方式，相同的参考标号指代相同的部分。
[0023]图1A和图1B示出根据本发明的实施方式的具有双流体循环回路的车辆用的朗肯循环系统的构造。
[0024]如附图所示，朗肯循环系统包括发动机1、排气系统10、发动机冷却系统20、使用水作为高温工作流体的高温环路(在下文中，称为“HT环路”)30、使用水作为低温工作流体的低温环路(在下文中，称为“LT环路”)40，以及在某些实施方式中的用于执行PID控制逻辑的朗肯控制器100。
[0025]发动机I是通过燃料的燃烧产生动力的内燃机，并且由ECU (发动机控制单元或者电子控制单元)来控制。在某些实施方式中，ECU包括朗肯控制器100。
[0026]在某些实施方式中，排气系统10包括:从发动机I排出的废气流穿过的主排气管线11、安装在主排气管线11上以除去废气中的有害物质的催化转化器13、用于减少从催化转化器13排出的废气的噪音以将废气排出至大气的消音器15、从主排气管线11分支以将催化转化器13连接至消音器15的分支排气管线11-1、以及安装在分支排排气管线11-1上的排气旁通阀17。旁通阀17由朗肯控制器100控制，并且朗肯控制器100包括在E⑶中。
[0027]在某些实施方式中，发动机冷却系统20与典型的水冷式发动机冷却系统类似的地方在于:具有发动机冷却液在其中循环的发动机散热器20-1。然而，发动机冷却系统20在以下方面与典型的水冷式发动机冷却系统不同:即进一步包括发动机冷却液循环辅助管线20-2，高温发动机冷却液通过该辅助管线20-2供应至LT环路40以便加热LT环路40中的低温工作流体。
[0028]在某些实施方式中，发动机冷却液循环辅助管线20-2包括:发动机冷却液抽出管线21，连接至发动机冷却液栗21-1，使得发动机I的发动机冷却液通过发动机冷却液抽出管线21排出；发动机冷却液直接返回管线23，发动机冷却液通过其直接回流至发动机I ;发动机冷却液间接返回管线25，从发动机冷却液直接返回管线23分支到发动机散热器20-1，使得发动机冷却液经由发动机散热器20-1间接回流至发动机I ;以及散热器旁通阀23-1，安装在发动机冷却液直接返回管线23和发动机冷却液间接返回管线25之间。发动机冷却液栗21-1和散热器旁通阀23-1由朗肯控制器100控制，并且朗肯控制器100包括在ECU中。
[0029]在某些实施方式中，HT环路30包括:高温流体供应管线30-1，高温工作流体通过其从液体变成蒸汽并且流动；以及高温流体返回管线30-2，高温工作流体通过其从蒸汽变成液体并且流动。高温流体供应管线30-1和高温流体返回管线30-2形成连接至排气系统10的主排气管线11的闭合回路，从而允许通过废气将高温工作流体转化成蒸汽来产生旋转动力。该旋转动力被用来由典型的发电机产生电力。在某些实施方式中，由HT环路30产生的电(electricity)被供应为对车辆电池进行充电或者操作车辆中的各种电力装置的电力。
[0030]为此，高温流体供应管线30-1和高温流体返回管线30-2配备有高温锅炉(在下文中，称为“HT_B0”)31、高温过热器(在下文中，称为“HT_SH”)32、高温膨胀器(expander) 33、高温冷凝器(在下文中，称为“HT_Cond”)34、高温栗(在下文中，称为“HT栗” )35、高温电子膨胀阀(在下文中，称为“HT_EEV” ) 36、以及高温流体贮存器37。
[0031]在某些实施方式中，ΗΤ_Β0 31和HT_SH 32安装在高温流体供应管线30_1上。在某些实施方式中，ΗΤ_Β0 31安装在从催化转化器13延伸出的主排气管线11上以便通过从催化转化器13排出的废气的热量使高温工作流体变成蒸汽。在某些实施方式中，HT_SH 32安装在连接至催化转化器13的主排气管线11上，以便在保持蒸汽的压力的状态下使用从发动机I排出的废气的热量进一步提高从ΗΤ_Β0 31排出的蒸汽的温度。
[0032]在某些实施方式中，高温膨胀器33将高温流体供应管线30-1的末端部连接至高温流体返回管线30-2的开始部。高温膨胀器33由从HT_SH 32排出的高压和高温蒸汽旋转以产生旋转动力，并且通过使用旋转动力产生电来产生电流，以充电车辆电池或者操作车辆中的各种电力装置。
[0033]在某些实施方式中，HT_Cond 34、HT栗35、HT_EEV 36、以及高温流体贮存器37安装在高温流体返回管线30-2上。HT_Cond 34通过冷凝蒸汽使从高温膨胀器33排出的蒸汽变成液相高温工作流体。HT栗35在离合器(在下文中，称为“HT离合器”)接合期间栗送高温流体贮存器37中的高温工作流体，并且促进在高温流体供应管线30-1和高温流体返回管线30-2中流动的高温工作流体的循环。当HT_EEV 36旋开时，HT_EEV 36打开高温工作流体通过其返回至高温流体贮存器37的路径，然而，当HT_EEV 36关掉时关闭高温工作流体通过其返回至高温流体贮存器37的路径。高温流体贮存器37存储高温工作流体。具体地，HT栗35、HT离合器、和HT_EEV 36由朗肯控制器100控制，并且朗肯控制器100包括在E⑶中。此外，HT_Cond 34连接至LT环路40以便通过提高低温工作流体的温度来降低高温工作流体的温度，并且促进低温工作流体被变成蒸汽。其详细说明将在描述LT环路40时给出。
[0034]此外，在某些实施方式中，HT环路30进一步包括高温流体旁通管线30-la和高温流体安全管线30-lb，该旁通管线和安全管线均从高温流体供应管线30-1分支以连接至高温流体返回管线30-2，使得高温工作流体没有穿过高温膨胀器33。高温流体旁通管线30-la设置有分流蒸汽流以降低可容许的