CN101970824B - 用于改进的发动机工作的热管理 - Google Patents

Abstract

一种方法，所述方法包括将发动机燃烧废气流过热电装置和将发动机冷却液流过所述热电装置，从而提供更快的发动机和变速箱加热(冷却剂，油)。

Description

用于改进的发动机工作的热管理

在此提出的一项或多项发明是在政府合同No.DE-FC27-04NT42278下做出的。在在此描述的一项或多项发明中政府会具有某些权利。

技术领域

本发明总体涉及发动机工作和包含热管理部件的车辆系统的热管理。

背景技术

已经发现：如果发动机、冷却剂、油、以及变速箱流体温度都落在优选范围内，则发动机在更高效率和更少排放下工作。发动机冷却液的热常常用于加热发动机油和变速箱油，本实施方案中不覆盖这些方法。

发明内容

一个示范性实施例，可以包括一种方法，所述方法包括使发动机燃烧废气流过热电装置并且使发动机冷却液流过所述热电装置。

另一个示范性实施例可以包含一种系统，所述系统包括发动机，连接成以使来自所述发动机的燃烧废气流过热电装置，并且所述发动机连接成使冷却液流过所述热电装置。

另一个示范性实施例可以包括一种方法，所述方法包括：启动燃烧发动机，判定流过所述燃烧发动机的冷却液是否高于最低阈值，并且如果为否，那么将发动机冷却液从所述发动机流到热电装置，使得热量从来自所述发动机的流过所述热电装置的废气交换给流经所述热电装置的冷却液，并且，如果流过所述发动机的冷却液高于最低温度阈值，那么停止冷却液流动到所述热电装置并将冷却液流过散热器以冷却冷却液。

另一个示范性实施例可以包括一种方法，所述方法包括：判断车辆中的发动机冷却液是否低于最佳温度，并且如果是，将冷却液从所述发动机通往连接到所述发动机的所述排放系统的热电发电器的冷侧，以使所述废气系统中的废气的热交换从而加热发动机冷却液，之后将冷却液返回至发动机以加热发动机。

本发明的其他示范性实施例可由随后提供的详细说明变得明显。应当理解：在公开本发明的示范性实施例的同时，详细说明与特定示例仅为示范说明之目的而不意于限制本发明的范围。

附图说明

通过下述说明和附图，本发明的示范性实施方式将得到更全面的理解，其中：

图1示出根据一个示范性实施例的车辆系统，其中所述车辆系统包括与燃烧发动机的排放系统连接的热电装置。

图2为根据本发明一个示范性实施例的用于发动机冷却液热管理的车辆系统的示意图。

图3为示出用于根据本发明一个示范性实施例控制车辆中发动机冷却液流动的方法的流程图。

图4为用于根据本发明另一示范性实施例控制发动机冷却液流动的系统的示意图。

图5为根据本发明一个示范性实施例热电装置工作为发电机的示意图。

具体实施方式

下面对(多个)实施例的描述本质上仅为示范性(例示性)的，并且绝不意于限制本发明、其应用及其用途。

现在参考图1，一种示范性实施例包含有：具有发动机12的车辆10和发动机换气系统，该发动机换气系统包含连接到发动机的空气进气管14以及连接到发动机的排气管16，并且具有开口端用于在处理后将燃烧气体泄放到大气中。该车辆还可以包括热电装置18，其可被连接到排气管16。还可将热电装置18连接(管接)至散热器24和发动机12以便选择地使冷却液或冷却流体流入和流出发动机12和散热器24。热电装置18可以被构建和布置成作用为发电机以提供由负载20使用的电，负载20可包含但不限于车灯、风扇、泵、能量存储装置，例如在混合动力车辆下所述能量存储装置不限于电池和/或(多个)马达。车辆10还可以包含电源22，例如电池，以给热电装置18提供电流，从而使其被用为热泵。

现在参考图2，本发明的一个示范性实施例包含系统，该系统包含发动机12和连接到发动机12的第一泵28，以便冷却液流经发动机12从而冷却发动机12。泵28可以具有与其关联的泵入口30。集管出口33可连接到发动机12，并且构造和布置成沿管道32将冷却液传送到加热器芯34，加热器芯34可用于加热车辆10的乘客舱。从加热器芯34到泵入口30可设置冷却液管36。冷却液还可以通过管道38流入散热器24的热侧并通过散热器24，在散热器24处安置有至少一个风扇40从而使行进通过散热器的冷却液冷却。冷却液也可以从集管出口33通过管道42流到第一阀44。如果第一阀44打开，则冷却液可以通过第一阀44并通过管道46流入第二泵48。冷却液可以从第二泵48经管道50流入热电装置18，其中热电装置18可以是发电机。冷却液可流过热电装置18的冷侧，作为吸热装置，以便从排气管16传递热从而加热冷却液。经加热的冷却液可以流经管道52、通过第二阀54，并且或者流经管56经由泵入口30和泵28流回发动机12，或者通过管道58流入散热器24。离开散热器24的冷却液可行进通过管道60到第一阀44和/或通过管道62经由第三阀64、泵入口30和泵12进入发动机12。冷却液还可从集管出口33通过管道66并经由第四阀68、泵入口30和泵28流入发动机12。

可选地，在需要时，可将第五阀70设置在管道38中以防止冷却液从发动机12流回到散热器24。在需要时，可将温度传感器72设置在系统26各位置，可以包含但不限于设置在管道62、56、和/或52，以：判定冷却液是否处于与发动机12、发动机油以及变速箱油的最佳工作温度范围关联的最佳温度范围，或判定冷却液是否高于最低阈值温度。

启动发动机后，冷却液从散热器24流经管道62并流入发动机机体12。传感器，如在管道62中的传感器72可以用来判断冷却液是否处于预先确定的最佳温度范围或是否高于最小温度阈值。如果冷却液落在最佳温度范围之内或者高于最低阈值温度，那么第三阀64保持打开，并且第一阀44定位成允许冷却液从散热器流动通过第二泵48和热电装置18。然而，如果冷却液的温度在最佳温度范围之外或者低于最低温度阈值，那么可将第三阀64关闭以防止冷的冷却液流入发动机。第一阀44可设置成(打开)以允许冷却液从发动机流过第二泵48并跨过热电装置18的冷侧，以便热经由该热电装置从发动机废气传给冷却液。经加热后的冷却液流出热电装置18并流过管道52并流过第二阀54，第二阀54可设置成(打开)以允许冷却液流动通过管道56返回发动机12从而加热发动机。如果设置有第五阀70，则可将第五阀70关闭以防止冷却液从集管出口33返回散热器24。第四阀68可以打开、关闭、或部分打开来控制从集管出口33流回到发动机机体12的冷却液的量和/或通过管道42进入第一阀44然后回到第二泵48和热电装置18进一步由废气加热的冷却液量。在管道56中或者处在其他合适位置处的传感器72可被监控以判断冷却液温度何时达到发动机工作的最佳温度范围或冷却液何时高于最低阈值。如果冷却液高于最低阈值或落在最佳温度范围，那么第一阀44可以被设置为允许冷却液从散热器流过管道46到泵48，并且如果存在第五阀70，则可以根据需要打开它使冷却液能流经管道38返回散热器24从而降温。第三阀64可打开以允许离开散热器24的冷侧的冷却液返回到发动机机体12中。第四阀64可以根据需要关闭、打开或部分打开。

图3是绘示了根据一个示范性实施例的方法的流程图。如图3所示，在步骤76处，判断发动机冷却液的温度T_E是否大于或等于最佳发动机冷却液温度T_EO.如果是，则热电发电器18操作成使用传统的冷却液流程路径，即冷却液从散热器流出、进入发动机然后返回散热器24，并且使得图2中的第一阀44和第二阀54关闭(即，定位成允许冷却液从散热器流出经泵48进入热电发电器18并通过阀54回到散热器)。然而，如果T_E不大于或等于T_EO，则在步骤78处判断热电发电机18的冷侧的冷却液温度是否低于发动机冷却液温度T_E与温度增量和，该温度增量可典型地为5℃。如果(判断结果为)是，则在步骤80通过泵48控制冷却液流量以使得冷却液在通过热电发电机18时有更多的时间被废气热加热，(可替代地，可变流量阀可被使用并且可控制成减少通过热电发电机18的流量)。在预热过程中T_GC的这种增加导致热电发电机的效率下降，但通过发动机更快的暖机提升整个系统的效率。如果(判断结果为)否，则在步骤82判断是否超出了初始延迟时间。使用延迟时间判断是可选的。延迟时间可用于在热电发电机18仍在预热的情况下避免将包含在管道52中的冷的冷却剂的相对较少量泵入发动机12。在管道52中的冷却液最初包含冷(室温)的冷却液。用于打开第一阀44和第二阀54的延迟时间允许少体积的冷却液流入散热器24而不是发动机12。然后，当加热的冷却液到达第二阀54时，这可通过1)管道52中的传感器72，或通过2)基于泵48的流量和管道52体积所计算的延迟时间来确定，可以操作第二阀54以允许冷却液流经管道56进入泵入口30。如果还未超过初始延迟时间，则增大热电发电机冷却液流量同时保持T_GC大于T_E与温度增量的和，如步骤84所示。如果已经超过初始延迟时间，则将热电发电机冷却液流量控制成使T_GC等于T_EO与温度增量的和，如在步骤86中所示。保持该流动，直到T_E等于或大于T_EO，然后再次将阀44和54定位成使冷却液从散热器流过泵48和热电发电机并返回到散热器。

图4绘示了本发明的另一个示范性实施例。图4中描述的系统26与图3的系统相似。但是，在图4中，去掉了管道60、42、第一阀44、管道46、第二泵48以及管道50。此实施例降低了热电发电机的效率，因为其增加了发电机冷侧上的冷却剂的温度，但确实降低了系统的成本和复杂性。可选地，管道90可设置从第一泵到热电装置18。在图3和图4的设计中，第二泵48可以为可变流量泵，以改变流过热电装置18的冷却液的量。

图4绘示的系统可用于在启动时通过将发动机冷却液流过热电发电机18以与废气交换热并且将加热后的冷却液通过第二阀54流回到发动机12来加热发动机12。当冷却液达到了预定的最小阈值时，第二阀54可被调整以允许冷却液流过管道58进入散热器24的热侧，然后经由管道62、泵入口30和第一泵28回到发动机机体。

对本发明实施例的上面描述本质上仅是示范性的，因此，对上述实施例做相关的变化不应认为背离了本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于发动机的方法，其包括：

启动燃烧发动机，判定流过所述燃烧发动机的冷却液是否高于最低温度阈值，并且如果为否，那么将发动机冷却液从所述发动机流到热电装置，使得热量从来自所述发动机的流过所述热电装置的废气交换给流经所述热电装置的冷却液，并且，如果流过所述发动机的冷却液高于最低温度阈值，那么：停止冷却液从所述发动机到所述热电装置的流动并将发动机冷却液流过散热器以冷却冷却液。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在发动机冷却液流过所述散热器以冷却冷却液之后，使冷却液从所述散热器流过所述热电装置以冷却所述热电装置的一部分。

3.一种用于发动机的系统，其包含发动机（12）和第一泵（28），所述第一泵（28）与所述发动机（12）连接以将冷却剂流过所述发动机（12）以对其冷却；

所述发动机（12）连接成使废气流过热电装置（18）；

所述第一泵（28）具有与其关联的泵入口（30），

集管出口（33），所述集管出口（33）连接至发动机（12）；

加热器芯（34），其通过管道连接到集管出口，以传输冷却液至所述加热器芯，所述加热器芯以通过管道连接到所述第一泵入口;

所述集管出口（33）通过管道连接到第一阀（44），所述第一阀（44）构建并布置成使得：若所述第一阀（44）打开，则冷却液流经所述第一阀（44）并通过管道（46）进入第二泵（48）；

所述第二泵（48）连接到所述热电装置（18）以便冷却液可流过所述热电装置（18）的冷侧，作为吸热装置，以便从废气传递热从而加热冷却液;

所述热电装置（18）连接成：使加热的冷却液流过第二阀（54），并且或者通过管道（56）经由所述泵入口（30）和所述第一泵（28）返回所述发动机（12），或者通过管道（58）进入散热器（24）；

所述散热器（24）连接成使得：在所述散热器中存在的冷却液通过管道（60）行进到所述第一阀（44）或者通过管道（62）经由第三阀（64）、所述泵入口（30）和泵（12）进入所述发动机（12）；以及

所述集管出口（33）连接成使得：冷却液流过管道（66）并经由第四阀（68）、泵入口（30）和所述第一泵（28）进入所述发动机（12）。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包含第五阀（70），所述第五阀（70）设置在管道（38）中以防止冷却液从所述发动机（12）流回到所述散热器（24）。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包含至少一个温度传感器，所述传感器在管道（62）、（56）或（52）中的至少一个中，构建并布置为：判定冷却液是否落在与所述发动机（12）、发动机油、变速箱油的最佳工作温度范围相关联的最佳温度范围；或者判定冷却液是否高于最低阈值温度。

6.一种用于发动机的方法，其包括：

将冷却液从发动机散热器（24）流经管道流入发动机机体（12）；

判定冷却液是否落在预先确定的最佳温度范围或者高于最低阈值温度，并且如果冷却液处于最佳温度范围内或高于最低阈值温度，那么保持打开第三阀（64）并使第一阀（44）定位成允许将冷却液从所述散热器流过第二泵（48）和热电装置（18），但是如果冷却液的温度位于最佳温度范围之外或低于最低阈值温度，那么关闭第三阀（64）以阻止冷却液流入所述发动机。

7.一种用于发动机的方法，其包括：

提供一种系统，其包括：

发动机（12）；

热电装置（18），其连接至散热器（24）和发动机（12），使冷却液流过第二阀（54），并且或者经由第一泵（28）流入所述发动机（12），或者通过管道（58）流入散热器（24）；

第一阀（44），其布置成使得打开时，冷却液流经所述第一阀（44）进入第二泵（48）；

所述第二泵（48）位于所述发动机和所述热电装置之间，所述第二泵（48）通过管道连接到所述热电装置（18），以便冷却液可流过所述热电装置（18）的冷侧，作为吸热装置，以便从废气传递热，从而加热冷却液;

传感器，其在冷却液流动路径中用于感测冷却液的温度；以及

感测冷却剂的温度，并且响应于所感测到的温度选择性地调节通过所述热电装置的冷却液的流量。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二泵是可变流量泵，其中调节冷却液的流量包括调节可变流量泵的流量。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述系统包括位于冷却液的流动路径中的可变流量阀，其中调节冷却液的流量包括调节可变流量阀以改变通过其的冷却液的流量。