專利名稱：車輛廢熱回收系統(tǒng)及管理廢熱的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛的廢熱回收系統(tǒng)及管理廢熱的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)流體、發(fā)動(dòng)機(jī)油和變速器流體的快速變暖對(duì)于冷起動(dòng)期間(S卩，當(dāng)車輛還 未運(yùn)行且發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器比較冷時(shí))的燃料經(jīng)濟(jì)性是重要的。由于柴油和混合動(dòng)力應(yīng)用燃 燒更少的燃料，所以發(fā)動(dòng)機(jī)變暖尤其具有挑戰(zhàn)性。適當(dāng)?shù)某丝团摷訜嵝阅軐?duì)于乘客舒適性 也是必需的。在混合動(dòng)力車輛上使用電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)加熱器會(huì)不利地影響燃料經(jīng)濟(jì) 性。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于車輛的廢熱回收系統(tǒng)(EHRS)，其可操作以在特定操作條件下將廢 熱引導(dǎo)至車輛變速器。在某些實(shí)施例中，所述EHRS還可引導(dǎo)廢熱到用于車輛乘客艙的加熱 器。優(yōu)選地，所述EHRS是可控的，以根據(jù)車輛運(yùn)行狀況，通過在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和車輛加熱 器之間的熱流動(dòng)排優(yōu)先級(jí)來管理可利用的廢熱。所述EHRS還可以旁通模式操作，在該模式 期間，廢熱不被引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器或車輛加熱器。具體地，所述EHRS包括位于所述車輛排氣系統(tǒng)內(nèi)的廢熱回收裝置。所述裝置包括 熱交換器，這里稱作廢熱回收裝置熱交換器。在特定車輛運(yùn)行狀況下，所述廢熱回收裝置可 操作成例如通過發(fā)信號(hào)給致動(dòng)器以打開閥來引導(dǎo)廢氣通過所述廢熱回收裝置熱交換器。所 述EHRS還可操作成在其它車輛運(yùn)行狀況下繞過所述廢熱回收裝置熱交換器，并簡單地將 廢熱從車輛排出。所述EHRS包括定位成與所述變速器熱連通的變速器熱交換器。含有流 體的管路布置成將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述變速器熱交換器操作地連接，從而利 用所述廢氣的熱通過所述流體加熱所述變速器。到變速器熱交換器的流體流可由位于所述 廢熱回收裝置熱交換器下游且在所述變速器熱交換器上游的閥來控制。可使用多種不同形 式的閥，例如H-閥、回轉(zhuǎn)閥或一系列閥。在一個(gè)實(shí)施例中，所述閥為回轉(zhuǎn)閥，并且在第一組車輛運(yùn)行狀況下處于第一位置， 在第二組車輛運(yùn)行狀況下還可通過控制器定位在第二位置中?？稍O(shè)置另外的管路，以將所 述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述回轉(zhuǎn)閥操作地連接，以將流體從所述發(fā)動(dòng)機(jī)引導(dǎo)到所述回轉(zhuǎn)閥而不通過所 述廢熱回收裝置。當(dāng)所述回轉(zhuǎn)閥處于所述第二位置時(shí)，其還引導(dǎo)在另外管路中的流體到所 述變速器熱交換器。因此，在第二組運(yùn)行狀況下，例如當(dāng)變速器溫度高于預(yù)定最大變速器溫 度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、和/或發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)， 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)可通過冷卻所述另外管路內(nèi)的流體用來冷卻變速器，因此冷卻所述變速器 是優(yōu)先的。所述管路還可將廢熱從所述廢熱回收裝置熱交換器引導(dǎo)到所述車輛加熱器。在一 個(gè)實(shí)施例中，所述管路將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述變速器熱交換器上游的加熱器 操作地連接。所述加熱器的上游可設(shè)置另一閥，以根據(jù)車輛運(yùn)行狀況控制到所述加熱器的廢熱流。設(shè)置控制器，以確定所述車輛運(yùn)行狀況，從而控制所述一個(gè)或多個(gè)閥。一種管理具有上述EHRS的車輛上的廢熱回收的方法，包括確定車輛運(yùn)行狀況，例 如表示變速器溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的狀況。傳感器可用于直接確定 所述車輛運(yùn)行狀況(例如溫度傳感器)，或者可基于其它運(yùn)行狀況或測量值由預(yù)測模型確 定運(yùn)行狀況。如果所述變速器溫度不大于預(yù)定閾值變速器溫度，并且所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不低 于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，則控制位于所述變速器熱交換器上游的閥，以允許流體從廢熱回 收裝置流向變速器熱交換器。這使得在較低的溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以比所述變速器更高的優(yōu) 先級(jí)被加熱，直到所述預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，而然后所述變速器被至少加熱到預(yù)定最小變 速器溫度。所述預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度可與這樣的溫度相關(guān)當(dāng)超過該溫度時(shí)，變速器中摩擦 損失大于發(fā)動(dòng)機(jī)中摩擦損失；所述預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和速度。可選地，所述方法還可包括，如果所述環(huán)境溫度不大于預(yù)定閾值環(huán)境溫度，或者如 果操作員輸入表示需要加熱乘客艙，則打開一個(gè)不同的閥以允許流體從所述廢熱回收裝置 流到車輛加熱器。再進(jìn)一步，如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于預(yù)定閾值 發(fā)動(dòng)機(jī)速度、和/或變速器溫度高于預(yù)定最大變速器溫度，則可控制成允許廢熱流到所述 變速器熱交換器的閥(稱為變速器閥)可定位成允許所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之 間的流體連通。由于是被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻然后用于冷卻所述變速器的流體，所以這樣 連通的流體并不通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之間的所述廢熱回收裝置。在這些 運(yùn)行狀況下，廢熱并不被從所述廢熱回收裝置引導(dǎo)到所述管路，雖然僅因?yàn)楦鞑考拷?，?能有最小量的熱從排氣系統(tǒng)傳送至管路。通過在這種發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、和/或變速 器溫度下冷卻變速器，可提高變速器耐用性和燃料經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明提供以下技術(shù)方案方案1. 一種用于車輛的廢熱回收系統(tǒng)(EHRS)，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和排 氣系統(tǒng)，廢氣通過所述排氣系統(tǒng)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出，所述EHRS包括廢熱回收裝置，其位于所述排氣系統(tǒng)內(nèi)，并且具有廢熱回收裝置熱交換器，且能操 作成引導(dǎo)廢氣通過所述廢熱回收裝置熱交換器；變速器熱交換器，其定位成與所述變速器熱連通；和含有流體的管路，其布置成將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述變速器熱交換器 操作地連接，從而利用所述廢氣的熱通過所述流體加熱所述變速器。方案2.如方案1所述的EHRS，還包括位于在所述廢熱回收裝置下游且在所述變速 器熱交換器上游的管路中的閥；其中所述閥可有選擇地定位成允許流體流向所述變速器熱 交換器。方案3.如方案2所述的EHRS，還包括控制器，其構(gòu)造成接收表示車輛運(yùn)行狀況的信息，并定位所述閥以在第一組車輛 運(yùn)行狀況下允許流體從所述廢熱回收裝置流向所述變速器熱交換器。方案4.如方案3所述的EHRS，其中所述閥為回轉(zhuǎn)閥，并且在所述第一組車輛運(yùn)行 狀況下位于第一位置，在第二組車輛運(yùn)行狀況下還可通過所述控制器定位在第二位置；還 包括將所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述回轉(zhuǎn)閥操作地連接的另外的管路，以引導(dǎo)流體從所述發(fā)動(dòng)機(jī)到所述回轉(zhuǎn)閥而不通過所述廢熱回收裝置；其中所述回轉(zhuǎn)閥當(dāng)處于所述第二位置時(shí)，還引 導(dǎo)所述流體到所述變速器熱交換器。 方案5.如方案1所述的EHRS，其中所述車輛具有乘客艙和與所述乘客艙熱連通的 加熱器；所述管路還布置成將所述廢熱回收裝置熱交換與所述加熱器操作地連接，從而利 用所述廢熱通過所述流體加熱所述乘客艙。方案6.如方案5所述的EHRS，其中所述管路將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述 變速器熱交換器上游的所述加熱器操作地連接。方案7.如方案5所述的EHRS，還包括位于在所述廢熱回收裝置下游且在所述加熱 器上游的所述管路中的閥；其中所述閥可有選擇地打開以允許流體流向所述加熱器。方案8.如方案1所述的EHRS，其中所述管路還與在所述變速器熱交換器下游的所 述發(fā)動(dòng)機(jī)操作地連接。方案9. 一種用于車輛的廢熱回收系統(tǒng)(EHRS)，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、帶 有加熱器的乘客艙、和排氣系統(tǒng)，廢氣通過所述排氣系統(tǒng)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出，所述EHRS包 括廢熱回收裝置，其位于所述排氣系統(tǒng)內(nèi)，并且具有廢熱回收裝置熱交換器和致動(dòng) 器，該致動(dòng)器能有選擇地操作成引導(dǎo)廢氣通過所述廢熱回收裝置熱交換器；變速器熱交換器，其定位成與所述變速器熱連通；含有流體的管路，其與所述廢熱回收裝置熱交換器操作地連接；第一閥，其可有選擇地定位以通過所述管路將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述 加熱器操作地連接，從而利用所述廢氣的熱加熱所述乘客艙；第二閥，其可有選擇地定位以通過所述第一閥下游的管路將所述廢熱回收裝置熱 交換器與所述變速器熱交換器操作地連接，從而利用所述廢氣的熱量加熱所述變速器；和控制器，其構(gòu)造成響應(yīng)于車輛運(yùn)行狀況定位所述第一閥和第二閥。方案10.如方案9所述的EHRS，其中所述第二閥為回轉(zhuǎn)閥，并且在第一組車輛運(yùn) 行狀況下可被所述控制器定位在第一位置，以將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述變速器 熱交換器操作地連接，還可在第二組車輛運(yùn)行狀況下被所述控制器定位在第二位置；還包 括將所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述第二閥操作地連接的至少一個(gè)另外的管路，以引導(dǎo)流體從所 述發(fā)動(dòng)機(jī)到所述第二閥而不通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述第二閥之間的所述廢熱回收裝置；其中 所述第二閥當(dāng)處于所述第二位置時(shí)，還引導(dǎo)所述流體通過所述至少一個(gè)另外的管路到所述 變速器熱交換器。方案11. 一種管理車輛上廢熱回收的方法，包括確定車輛運(yùn)行狀況，包括表示變速器溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的狀況；如果所述變速器溫度不大于預(yù)定閾值變速器溫度且所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不低于預(yù)定 閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，則將閥定位成允許流體從廢氣回收裝置流到變速器熱交換器。方案12.如方案11所述的方法，其中車輛運(yùn)行狀況還包括環(huán)境溫度，并且所述方 法還包括如果所述環(huán)境溫度不大于預(yù)定閾值環(huán)境溫度，或者響應(yīng)于操作員輸入，則打開不 同的閥，以允許流體從所述廢熱回收裝置流到車輛加熱器；其中所述不同的閥在所述閥的上游。方案13.如方案11所述的方法，其中所述車輛運(yùn)行狀況還包括發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，并且 所述方法還包括如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載在預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載以上，則定位所述閥，以允許所述發(fā)動(dòng)機(jī) 與所述變速器熱交換器之間的流體連通；其中從所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸送至所述變速器熱交換器的 所述流體不通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之間的所述廢熱回收裝置。方案14.如方案11所述的方法，其中所述車輛運(yùn)行狀況還包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度，并且 所述方法還包括如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)速度在預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)速度以上，則定位所述閥，以允許所述發(fā)動(dòng)機(jī) 與所述變速器熱交換器之間的流體連通；其中從所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸送至所述變速器熱交換器的 所述流體不通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之間的所述廢熱回收裝置。

方案15.如方案11所述的方法，還包括如果所述變速器溫度在預(yù)定最大變速器溫度以上，則定位所述閥，以允許所述發(fā) 動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之間的流體連通；其中從所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸送至所述變速器熱交換 器的所述流體不通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之間的所述廢熱回收裝置。方案16.如方案11所述的方法，其中所述車輛運(yùn)行狀況還包括發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng) 機(jī)速度，并且所述方法還包括如果所述發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載在預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載以上、所述發(fā)動(dòng)機(jī)速度在預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)速度 以上、或者所述變速器溫度在預(yù)定最大變速器溫度以上，則定位所述閥，以允許所述發(fā)動(dòng)機(jī) 與所述變速器熱交換器之間的流體連通；其中從所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸送至所述變速器熱交換器的 所述流體不通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述變速器熱交換器之間的所述廢熱回收裝置。結(jié)合附圖，從下面實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的詳細(xì)描述可容易地清楚本發(fā)明的上述 特征和優(yōu)點(diǎn)及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為具有EHRS第一實(shí)施例的車輛第一實(shí)施例的示意圖，所述EHRS將廢熱引導(dǎo) 至車輛加熱器，然后引導(dǎo)至變速器熱交換器，再引導(dǎo)至車輛發(fā)動(dòng)機(jī)；圖2為具有包括閥的EHRS第二實(shí)施例的車輛第二實(shí)施例的示意圖，所述閥可控制 成根據(jù)車輛運(yùn)行狀況將熱流引導(dǎo)至加熱器、變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)；圖3為具有包括閥的EHRS第三實(shí)施例的車輛第三實(shí)施例的示意圖，所述閥可控制 成根據(jù)車輛運(yùn)行狀況將熱流引導(dǎo)至加熱器、變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)，并在高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下將冷卻 流體從發(fā)動(dòng)機(jī)引導(dǎo)至變速器；圖4為圖3中具有閥的EHRS的示意圖，所述閥在高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、高發(fā)動(dòng)機(jī)速度和 /或高變速器溫度下將冷卻流體從發(fā)動(dòng)機(jī)引導(dǎo)至變速器；以及圖5為示出管理廢熱回收的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中貫穿這幾幅附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件，圖1示出了 車輛10，該車輛10具有用于推進(jìn)車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)12 (標(biāo)注為E)、操作地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)12的變速器14 (標(biāo)注為T)、和用于加熱乘客艙(用虛線以18表示)的乘客艙加熱器16 (標(biāo)注 為H)。發(fā)動(dòng)機(jī)10為汽油或柴油類型的內(nèi)燃機(jī)，并在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生廢氣，其中排氣系統(tǒng) 包括排氣歧管20和從其延伸的排氣管22。相對(duì)較熱的廢氣經(jīng)由排氣管22排出車輛。設(shè)置 廢熱回收系統(tǒng)(EHRS) 24以有選擇地捕獲部分廢熱，以向乘客艙16、變速器14和發(fā)動(dòng)機(jī)12 供熱。EHRS24包括位于排氣系統(tǒng)內(nèi)的廢熱回收裝置(EHRD)26。具體地，EHRD26包括廢熱回 收裝置熱交換器(EHRDHE) 28、閥30和廢氣旁通致動(dòng)器32，該廢氣旁通致動(dòng)器32可控制成 有選擇地打開閥30，從而允許在變暖模式將排氣管中的部分廢氣流動(dòng)通過EHRDHE 28。電 子控制器34操作地連接至致動(dòng)器32，并根據(jù)從位于車輛10上的各種傳感器(僅示出了示 例的變速器傳感器33A和發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器3B)接收的作為輸入信號(hào)的車輛運(yùn)行狀況控制致動(dòng) 器32。控制器34接收的信息表示這樣的操作狀況，例如環(huán)境溫度、變速器溫度(例如，變 速器油溫)、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)油溫或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度)、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù) 載。所述傳感器可直接測量這些運(yùn)行狀況，或可提供在預(yù)知或估計(jì)這些運(yùn)行狀況的預(yù)知模 型中使用的信息。當(dāng)運(yùn)行狀況表示期望變暖模式時(shí)(環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度或變速器溫度低于預(yù)定 最小值)，控制器34控制致動(dòng)器32打開閥30 (如果還未打開)。如果運(yùn)行狀況表示不需要 變暖，控制器34控制致動(dòng)器32關(guān)閉閥30 (如果還未處于關(guān)閉位置)以建立旁通模式，在該 模式中，排氣管22中的廢氣不與EHRDHE 28熱連通。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)容易地理解 給控制器34提供這種表示車輛運(yùn)行狀況的信息的各種方法，并且會(huì)容易地理解可存儲(chǔ)在 控制器34上以處理所述信息的各種算法。充滿流體的管道設(shè)置成將熱從EHRDHE 28攜帶至發(fā)動(dòng)機(jī)12、變速器14和加熱器 16。所述管道可為柔性的或剛性的管道、或者在任意車輛部件中制孔的、鉆孔的、鑄造的或 以其它方式形成的通道。具體地，管道40穿過與其熱連通的EHRDHE 28，使得管道40中的 流體被加熱。管道40將加熱的流體運(yùn)送至加熱器16。在流經(jīng)加熱器16之后，流體流經(jīng)管 道42至與變速器14熱連通的變速器熱交換器44，以加熱變速器14。在流經(jīng)變速器熱交換 器44之后，流體流經(jīng)管道46至發(fā)動(dòng)機(jī)12，以按照任意已知的傳熱機(jī)理來加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12內(nèi) 的發(fā)動(dòng)機(jī)油。最后，流體經(jīng)由管道46從發(fā)動(dòng)機(jī)12流過EHRDHE 28，以在再次經(jīng)管道40流出 之前從廢氣吸收更多的熱。因此，當(dāng)處于變暖模式時(shí)，EHRS 24優(yōu)先使熱流向加熱器16，然 后流向變速器14，再流向發(fā)動(dòng)機(jī)12，當(dāng)處于旁通模式時(shí)，EHRS 24基本不提供熱流。在旁通 模式期間，即使閥30關(guān)閉，由于各部件靠近，所以最少量的熱可能通過EHRDHE 28傳至管道 40。 參考圖2，示出了具有EHRS 124可選實(shí)施例的車輛100的可選實(shí)施例。與參考車 輛10和EHRS 24顯示和描述相同的車輛100和EHRS124的部件以相同的附圖標(biāo)記表示。 EHRS 124包括閥150，這里也稱為第一閥或加熱器閥。管道40和42與閥150流體連通，但 僅在閥處于稱為打開的第一狀態(tài)(以實(shí)線顯示)時(shí)與通向加熱器16的管道40A和從加熱 器16引出的管道42A有選擇地流體連通。當(dāng)閥150被控制器134根據(jù)預(yù)定車輛運(yùn)行狀況 控制為第二狀態(tài)(稱為關(guān)閉)時(shí)，以虛線顯示為150A的替代閥通道被定位成與管道40、42 連通，使得管道40中流動(dòng)的流體直接流向管道42，繞過加熱器16。這種閥稱為“H”閥。但 是，應(yīng)當(dāng)理解，可使用其它類型的閥。
EHRS 124還包括閥152，這里稱為第二閥或變速器閥，其可被控制器134根據(jù)預(yù)定 車輛運(yùn)行狀況類似地控制，以處于第一狀態(tài)(以實(shí)線顯示，稱為打開)或第二狀態(tài)152A(以 虛線顯示，稱為關(guān)閉)。在處于以實(shí)線顯示的第一狀態(tài)時(shí)，管道42B和46B分別與管道42和 46連通，以允許流體流經(jīng)變速器熱交換器44。當(dāng)閥處于第二狀態(tài)時(shí)，根據(jù)預(yù)定車輛運(yùn)行狀 況，以虛線顯示為152A的替代閥通道從圖2中所示的位置移動(dòng)，使得它們與管道42、46連 通。因此，管道42中流動(dòng)的流體直接流向管道46，繞過變速器熱交換器44。閥150、152允許根據(jù)車輛運(yùn)行狀況改善變暖期間加熱器16、發(fā)動(dòng)機(jī)12和變速器 16之間的熱流平衡。例如，當(dāng)環(huán)境溫度相對(duì)較暖(即，在預(yù)定閾值環(huán)境溫度以上)，并且發(fā) 動(dòng)機(jī)12相對(duì)較冷(例如，剛剛起動(dòng)，稱為冷起動(dòng))時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)12變暖是優(yōu)先的。因此，控 制器134將打開閥30，并將兩個(gè)閥150、152都分別置于第二狀態(tài)150A，152A (即，關(guān)閉)，使 得流體從管道40流向管道42，然后流向管道46，給發(fā)動(dòng)機(jī)12提供熱量，但是繞過加熱器16 和變速器熱交換器44。一但發(fā)動(dòng)機(jī)12足夠暖(即，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度在預(yù)定最小發(fā)動(dòng)機(jī)溫度以 上)，那么控制器134將閥152置于第一狀態(tài)(即，打開)，使得被EHRD 26中的廢氣加熱的 流體從管道40流向管道42，經(jīng)由管道42B、46B通過變速器熱交換器44，并在經(jīng)由管道48 流向EHRDHE 28之前通過管道46流到發(fā)動(dòng)機(jī)12。當(dāng)運(yùn)行狀況例如為發(fā)動(dòng)機(jī)溫度在預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度以上，變速器溫度低于預(yù)定 最小閾值變速器溫度，并且環(huán)境溫度高于預(yù)定最小環(huán)境溫度時(shí)，使變速器14變暖是最高優(yōu) 先級(jí)，以提高整體效率。預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)油的由溫度決定的摩擦水平相關(guān)，由 此確定通過使變速器流體變暖而不是通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)油溫來提高整體運(yùn)行效率。預(yù)定閾值 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度可稱為摩擦交叉點(diǎn)，反映了通過加熱變速器而不是發(fā)動(dòng)機(jī)而更好獲得摩擦降低 (例如，降低監(jiān)測扭矩和旋轉(zhuǎn)損失)的溫度。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)12被加熱至預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，并且變速器14至少達(dá)到預(yù)定最小 變速器溫度(例如，65攝氏度)，那么致動(dòng)器32被控制成使得EHRS 124以旁通模式操作， 排氣管22內(nèi)的廢氣繞過EHRDHE 28，最少的或沒有熱量被廢氣添加到管路40 (由于熱泄漏 而不是廢熱受控的方向，被EHRDHE 28添加至管路40的所有熱量)。當(dāng)車輛運(yùn)行狀況表示環(huán)境溫度低于預(yù)定閾值環(huán)境溫度，并且發(fā)動(dòng)機(jī)12低于預(yù)定 閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度(即，冷起動(dòng))時(shí)，那么加熱乘客艙18和發(fā)動(dòng)機(jī)12都優(yōu)先于加熱變速器14。 因此，控制器134控制閥30以將廢氣引導(dǎo)至EHRDHE 28，將閥152置于第二狀態(tài)152A ( S卩，關(guān) 閉)，并將閥150置于第一狀態(tài)(即，打開)。因此，加熱的流體通過管路40和40A從EHRDHE 28流出以加熱加熱器16，然后通過管路42A和42直接流向管路46，繞過變速器熱交換器 44，以在通過管路48返回EHRDHE 28之前加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12。在發(fā)動(dòng)機(jī)12足夠暖之后(S卩，在 預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度以上)，控制器134還打開閥152以允許變速器14也被加熱。當(dāng)變速 器溫度隨后達(dá)到預(yù)定最小變速器溫度時(shí)，變速器14和發(fā)動(dòng)機(jī)12都足夠暖，并且控制器134 控制致動(dòng)器32使得閥30關(guān)閉，EHRS 124以旁通模式操作，排氣管22中的廢氣繞過EHRDHE 28。很少或沒有熱量被添加至管路40(由于熱泄漏而不是廢熱受控的方向，被EHRDHE 28 添加至管路40的所有熱量)。在旁通模式期間，除了排氣管22中的廢氣，可通過另一熱源 給加熱器16提供熱量，以確保乘客舒適(例如，通過冷卻水套熱流)。 參考圖3和圖4，示出了具有EHRS 224可選實(shí)施例的車輛200的可選實(shí)施例。與 參考車輛10和100、以及EHRS 24和EHRS 124顯示和描述相同的車輛200和EHRS 224的部件以相同的附圖標(biāo)記表示。除了閥30和150之外，EHRS 224包括閥252，這里稱為第二 閥或變速器閥，其為回轉(zhuǎn)閥，并可被控制器234根據(jù)預(yù)定車輛運(yùn)行狀況類似地控制，以處于 圖4中所示的第一位置，或者圖3中所示的另一位置，或者圖3虛線中以通道47A和47B顯 示的、標(biāo)記為47AA和48BB、稱作第二位置的再一位置。閥252具有兩個(gè)閥通道47A和47B， 這兩個(gè)通道布置成使得在圖3的狀態(tài)或位置中，通道47A通過閥252建立管路42與管路46 之間的流體連通，而通道47B脫離與通向變速器熱交換器44的管路42C的連通(S卩，未對(duì) 齊)，如交叉穿過管路42C的“X”所示。另外，當(dāng)閥252處于圖3中實(shí)線所示的狀態(tài)時(shí)，流體 無法從從管路48引出的另外的管路50通過閥252流向變速器熱交換器44。當(dāng)車輛運(yùn) 行狀況表示環(huán)境溫度低于預(yù)定閾值環(huán)境溫度，并且發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低于預(yù)定 閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度時(shí)，控制閥30的控制器134優(yōu)先使加熱器16和發(fā)動(dòng)機(jī)12變暖，以引導(dǎo)廢 熱至EHRDHE 28，使閥150處于第一(打開)位置，并使閥252處于圖3中實(shí)線所示的狀態(tài) 或位置。因此，加熱的流體在通過管路48返回EHRDHE 28之前從EHRDHE 28通過管路40 和40A到加熱器16，然后通過管路42A和42，通過閥通道47A到管路46以加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12。當(dāng)車輛運(yùn)行狀況表示環(huán)境溫度高于預(yù)定閾值環(huán)境溫度，并且發(fā)動(dòng)機(jī)12低于預(yù)定 閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度時(shí)，那么加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12是優(yōu)先的。因此，控制器134控制閥30以將廢熱引 導(dǎo)至EHRDHE 28，使閥150處于第二(關(guān)閉)位置150A，并使閥252處于圖3的位置。因 此，加熱的流體在通過管路48返回EHRDHE 28之前，從EHRDHE 28通過管路40和42，繞過 加熱器16，通過閥通道47A流到管路46以加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12足夠暖(即，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度)，并且環(huán)境溫度低 于預(yù)定閾值環(huán)境溫度時(shí)，已經(jīng)達(dá)到摩擦交叉點(diǎn)，并且通過優(yōu)先加熱變速器14(和為了乘客 舒適的加熱器16)而不是發(fā)動(dòng)機(jī)12來最大化車輛效率。因此，控制器234控制閥30以將 廢熱引導(dǎo)至EHRDHE 28，使閥150置于第一(打開)位置，并使閥252置于圖4的位置。因 此，加熱的流體從EHRDHE 28通過管路40、40A、42A和42，加熱加熱器16，通過閥通道47A 至變速器熱交換器44。流體從變速器熱交換器44通過管路46流向發(fā)動(dòng)機(jī)12，管路46中 的流體現(xiàn)在相對(duì)冷，流體再通過管路48返回EHRDHE。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12足夠暖(即，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫度)，并且環(huán)境溫度 高于預(yù)定閾值環(huán)境溫度時(shí)，已經(jīng)達(dá)到摩擦交叉點(diǎn)，并且通過優(yōu)先加熱變速器14而不是發(fā)動(dòng) 機(jī)12和加熱器16以最大化車輛效率。因此，控制器134控制閥30以將廢熱引導(dǎo)至EHRDHE 28，使閥150置于第二(關(guān)閉)位置150A，并使閥252置于圖4的狀態(tài)或位置。因此，加熱 的流體在通過管路46流到發(fā)動(dòng)機(jī)12和通過管路48返回EHRDHE之前，從EHRDHE 28通過 管路40和42，繞過加熱器16，通過閥通道47A和管路42C到變速器熱交換器44。如果車輛運(yùn)行狀況表示(i)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載(例如，高熱負(fù) 載，如當(dāng)車輛200用于拖曳時(shí))；(ii)發(fā)動(dòng)機(jī)速度高于預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)速度；和/或(iii)變速 器溫度高于預(yù)定最大變速器溫度(例如，90攝氏度)，變速器14的冷卻是優(yōu)先的以提高整 體運(yùn)行效率。因此，控制器234控制閥30以旁通模式操作，而不是將廢熱引導(dǎo)至EHRDHE 28。 另外，控制器234使閥150置于第二(關(guān)閉)位置150A，并使閥252置于圖3中虛線所示的 稱作第二位置的位置47BB，在該位置中，閥通道47B將另外的管路50連接至管路42C，并且 閥通道47A并不將管路42連接至管路46。被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)(未示出)冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻劑被引導(dǎo)通過管路48、另外的管路50，通過閥252的通道47B(在位置47BB處)，通過管路42C到變速器熱交換器44，并通過管路46到發(fā)動(dòng)機(jī)12。 如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載低于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于預(yù)定閾值發(fā)動(dòng)機(jī)溫 度，并且變速器溫度高于預(yù)定最小變速器溫度且低于預(yù)定最大變速器溫度(即，在既不必 加熱也不必冷卻的可接受溫度范圍內(nèi))，那么閥30被控制成以旁通模式操作，閥252位于圖 3的閥通道47A、47B以實(shí)線顯示的位置，使得沒有廢熱用來加熱車輛10，并且發(fā)動(dòng)機(jī)12的 冷卻系統(tǒng)未用來冷卻變速器14。參考圖5，以流程圖示出了管理廢熱回收的方法300。該方法300可由圖3和圖4 的EHRS 224的控制器234執(zhí)行，將參考EHRS 224來描述，雖然該方法不限于與EHRS 224 的結(jié)構(gòu)一同使用。方法300開始于步驟302，其中控制器234通過直接測量或如上所述，根據(jù)控制器 234中存儲(chǔ)為算法的預(yù)測模型間接地以根據(jù)各種車輛傳感器如傳感器33A和33B來確定車 輛運(yùn)行狀況。車輛運(yùn)行狀況包括環(huán)境溫度Tambient、變速器溫度Tteans (如變速器油溫)和發(fā)動(dòng) 機(jī)溫度TENeiNE?？蛇x地，車輛運(yùn)行狀況可包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度SPEEDeneine和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載LOADeicine， 例如，如果步驟312和314 (如下所述)被包括在方法300中。在步驟304中，控制器234然后可確定Tambient是否低于或等于預(yù)定環(huán)境閾值溫度 ^ambient—threshold。 ^ambient—threshold 為基于車輛加熱器16的需求選擇的溫度。即，在該溫度或低 于該溫度時(shí)，確定車輛加熱器16應(yīng)當(dāng)通過廢氣補(bǔ)給熱量。如果Tambient低于或等于Tambient+ threshold'那么在步驟308中將加熱器閥150置于打開位置。如果Tambient不低于或等于Tambient+ THKESmD，那么在步驟309中，確定是否有要求加熱乘客艙18的任何操作員輸入。如果控制器 234接收到操作員輸入，那么方法進(jìn)行至步驟308。如果沒收到，那么方法300進(jìn)行至步驟 306，并且如果加熱器閥150之前處于打開位置則將其關(guān)閉(即，處于第二狀態(tài)150A( S卩，關(guān) 閉))。在步驟306或步驟308之后，方法300進(jìn)行至步驟310，其中控制器234確定Ttkans 是否低于或等于預(yù)定最小變速器溫度Ttkans—MINIffiH。應(yīng)當(dāng)注意，如果變速器加熱被給出比乘客 艙加熱更高的優(yōu)先級(jí)，則可在步驟304、306和308之前實(shí)施步驟310。在這種情形下，方法 300將從步驟302進(jìn)行至步驟310，并僅在實(shí)施了圖5流程圖的其余步驟之后將方法300進(jìn) 行至步驟304。在步驟310中，如果確定Ttkans低于或等于Ttkans min■，僅當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不低于預(yù)定 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度TENeiNE—MINIffiH時(shí)，通過EHRS 124加熱變速器14是適宜的，低于預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)溫度 Tenginejinim 時(shí)，加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12優(yōu)先于加熱變速器14。因此，在步驟316中，如果確定Teicine 大于或等于TENeiNE—THKES_，那么在步驟318中，變速器閥252將置于圖4的第一位置，以允許 加熱的流體流到變速器熱交換器44。然后方法300返回步驟302，以繼續(xù)監(jiān)測車輛運(yùn)行狀 況并依此管理廢熱回收。如果在步驟316中確定Tencine不大于或等于T
engine_threshold
(即，低于T
engine_threshod/ ，
那么發(fā)動(dòng)機(jī)12不足夠熱以使任何廢熱轉(zhuǎn)向引到變速器14。因此，方法進(jìn)行到步驟317，其中 如果變速器閥252未置于圖3中實(shí)線所示的位置中，則將其置于該位置中。也就是說，變速 器閥252處于引導(dǎo)加熱的流體到發(fā)動(dòng)機(jī)12而不通過變速器熱交換器44的位置。方法300 返回步驟302。如果在步驟310中確定Tteans不低于或等于Tteans MINIffiH，那么變速器14處在無需從EHRS 224獲取另外加熱以提高運(yùn)行效率的溫度。因此，方法300然后確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、發(fā)動(dòng) 機(jī)速度或變速器溫度是否表示冷卻變速器對(duì)提高變速器耐用性或系統(tǒng)效率來說是適宜的。 因此，方法300進(jìn)行到步驟312以考慮發(fā)動(dòng)機(jī)12的負(fù)載。具體地，方法300確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù) 載LOADenhne是否大于或等于預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載L0ADENeiNE—THKESmD。如果LOADeicine大于或等于 LOADengine theeshold,那么可使用被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻的流體來冷卻變速器14以提高效率。 因此，在步驟314中，變速器閥252被置于第二位置(圖3虛線中所示)，以允許被發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻系統(tǒng)冷卻的流體通過變速器熱交換器44，如上面參考圖3所述。然后方法300返回步驟 302。如果LOADenhne不大于或等于LOADenhne THKESmD，那么方法300進(jìn)行到步驟320以考 慮發(fā)動(dòng)機(jī)12的速度是否大于預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)速度SPEEDenhne—THKESmD。如果發(fā)動(dòng)機(jī)12的速度大 于SPEEDenhne THKESmD，那么方法300進(jìn)行至步驟314，變速器閥252被置于第二位置(圖3虛 線中所示)，以允許被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻的流體通過變速器熱交換器44，如上面參考圖3 所述。然后方法300返回步驟302。如果SPEEDengine不大于或等于SPEEDenhne THKESmD，那么方法300進(jìn)行到步驟322，以 考慮變速器的溫度是否大于預(yù)定最大變速器溫度TTRANS_MAXIMUM°
如果變速器的溫度大于T
TRANS—
MXn ，那么方法300進(jìn)行到步驟314，變速器閥252被置于第二位置(圖3虛線中所示)，以 允許被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻的流體通過變速器熱交換器44，如上面參考圖3所述。然后方 法300返回步驟302。因此，在上述各種實(shí)施例中，以其它方式可能會(huì)被浪費(fèi)的廢熱用于乘客艙加熱、變 速器加熱或發(fā)動(dòng)機(jī)加熱，圖1-4中所示實(shí)施例中設(shè)置的各種管路和閥允許廢熱被管理以提 高車輛效率。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳模式，但是本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可 認(rèn)識(shí)到在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的廢熱回收系統(tǒng)(EHRS)，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和排氣系統(tǒng)， 廢氣通過所述排氣系統(tǒng)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出，所述EHRS包括廢熱回收裝置，其位于所述排氣系統(tǒng)內(nèi)，并且具有廢熱回收裝置熱交換器，且能操作成 引導(dǎo)廢氣通過所述廢熱回收裝置熱交換器；變速器熱交換器，其定位成與所述變速器熱連通；和含有流體的管路，其布置成將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述變速器熱交換器操作 地連接，從而利用所述廢氣的熱通過所述流體加熱所述變速器。
2.如權(quán)利要求1所述的EHRS，還包括位于在所述廢熱回收裝置下游且在所述變速器熱 交換器上游的管路中的閥；其中所述閥可有選擇地定位成允許流體流向所述變速器熱交換ο
3.如權(quán)利要求2所述的EHRS，還包括控制器，其構(gòu)造成接收表示車輛運(yùn)行狀況的信息，并定位所述閥以在第一組車輛運(yùn)行 狀況下允許流體從所述廢熱回收裝置流向所述變速器熱交換器。
4.如權(quán)利要求3所述的EHRS，其特征在于所述閥為回轉(zhuǎn)閥，并且在所述第一組車輛運(yùn) 行狀況下位于第一位置，在第二組車輛運(yùn)行狀況下還可通過所述控制器定位在第二位置； 還包括將所述發(fā)動(dòng)機(jī)與所述回轉(zhuǎn)閥操作地連接的另外的管路，以引導(dǎo)流體從所述發(fā)動(dòng)機(jī)到所 述回轉(zhuǎn)閥而不通過所述廢熱回收裝置；其中所述回轉(zhuǎn)閥當(dāng)處于所述第二位置時(shí)，還引導(dǎo)所 述流體到所述變速器熱交換器。
5.如權(quán)利要求1所述的EHRS，其特征在于所述車輛具有乘客艙和與所述乘客艙熱連通 的加熱器；所述管路還布置成將所述廢熱回收裝置熱交換與所述加熱器操作地連接，從而 利用所述廢熱通過所述流體加熱所述乘客艙。
6.如權(quán)利要求5所述的EHRS，其特征在于所述管路將所述廢熱回收裝置熱交換器與所 述變速器熱交換器上游的所述加熱器操作地連接。
7.如權(quán)利要求5所述的EHRS，還包括位于在所述廢熱回收裝置下游且在所述加熱器上 游的所述管路中的閥；其中所述閥可有選擇地打開以允許流體流向所述加熱器。
8.如權(quán)利要求1所述的EHRS，其特征在于所述管路還與在所述變速器熱交換器下游的 所述發(fā)動(dòng)機(jī)操作地連接。
9.一種用于車輛的廢熱回收系統(tǒng)(EHRS)，所述車輛具有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、帶有加熱器 的乘客艙、和排氣系統(tǒng)，廢氣通過所述排氣系統(tǒng)從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出，所述EHRS包括廢熱回收裝置，其位于所述排氣系統(tǒng)內(nèi)，并且具有廢熱回收裝置熱交換器和致動(dòng)器，該 致動(dòng)器能有選擇地操作成引導(dǎo)廢氣通過所述廢熱回收裝置熱交換器；變速器熱交換器，其定位成與所述變速器熱連通；含有流體的管路，其與所述廢熱回收裝置熱交換器操作地連接；第一閥，其可有選擇地定位以通過所述管路將所述廢熱回收裝置熱交換器與所述加熱 器操作地連接，從而利用所述廢氣的熱加熱所述乘客艙；第二閥，其可有選擇地定位以通過所述第一閥下游的管路將所述廢熱回收裝置熱交換 器與所述變速器熱交換器操作地連接，從而利用所述廢氣的熱量加熱所述變速器；和控制器，其構(gòu)造成響應(yīng)于車輛運(yùn)行狀況定位所述第一閥和第二閥。
10. 一種管理車輛上廢熱回收的方法，包括 確定車輛運(yùn)行狀況，包括表示變速器溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的狀況； 如果所述變速器溫度不大于預(yù)定閾值變速器溫度且所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不低于預(yù)定閾值 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，則將閥定位成允許流體從廢氣回收裝置流到變速器熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及車輛廢熱回收系統(tǒng)及管理廢熱的方法。一種用于車輛的廢熱回收系統(tǒng)(EHRS)可操作成在特定操作狀況下引導(dǎo)廢熱到車輛變速器。在某些實(shí)施例中，所述EHRS還可引導(dǎo)廢熱到用于車輛乘客艙的加熱器。優(yōu)選地，所述EHRS可控制成根據(jù)車輛運(yùn)行狀況，通過在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和車輛加熱器之間的熱流動(dòng)排優(yōu)先級(jí)來管理可利用的廢熱。所述EHRS還可以旁通模式操作，在該模式期間，廢熱不被引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器或車輛加熱器。還提供了一種管理車輛上的廢熱回收的方法。
文檔編號(hào)F16H57/04GK102032069SQ201010293318
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者G·M·克萊波爾, G·P·普賴爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司