CN102042130B - 利用共用换热器的废热回收和排气再循环 - Google Patents

利用共用换热器的废热回收和排气再循环 Download PDF

Info

Publication number
CN102042130B
CN102042130B CN201010510984.XA CN201010510984A CN102042130B CN 102042130 B CN102042130 B CN 102042130B CN 201010510984 A CN201010510984 A CN 201010510984A CN 102042130 B CN102042130 B CN 102042130B
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust
port
heat exchanger
exhaust gas
bypass valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201010510984.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102042130A (zh
Inventor
G·P·普赖尔
D·B·格拉斯福德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN102042130A publication Critical patent/CN102042130A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102042130B publication Critical patent/CN102042130B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/25—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/25—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses
    • F02M26/26—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses characterised by details of the bypass valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供了利用共用换热器的废热回收和排气再循环。具体地，本发明提供了一种用于车辆发动的装置，该装置通过共用换热器同时现实废热回收和排气再循环两个目的。该装置包括排气系统，排气通过所述排气系统从所述发动机排出。换热器定位在所述排气系统内。冷却剂流动通道与所述发动机和所述换热器热连通。旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且旁通阀还能够操作在第二位置中，在该位置中，所述排气以旁通模式绕过所述换热器，在旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热。在经由所述换热器冷却后，所述排气的一部分再循环到所述发动机。

Description

利用共用换热器的废热回收和排气再循环
技术领域
本发明涉及用于车辆的废热回收系统和排气再循环系统。
背景技术
发动机冷却剂、发动机油和传动流体的快速预热对冷启动期间(也就是说，当车辆还未运转并且发动机和传动装置相对冷的时候)的燃料经济性很重要。由于燃烧较少的燃料，所以发动机预热对于柴油和混合动力应用尤其成为挑战。排气再循环(EGR)系统用于通过把排气中的一些再循环回到发动机来减少排放。冷却的EGR气体可通过允许更多的火花提前量来改善燃料经济性。此外，使用温暖的EGR气体可使发动机的预热更快速，这在一些发动机的应用中可能是有利的。
发明内容
本发明提供了用于具有发动机的车辆的装置，所述装置通过利用共用换热器实现了废热回收和排气再循环两个目的。所述装置包括排气系统，排气通过所述排气系统从发动机中排出。换热器被定位在所述排气系统中，冷却剂流动通道被设置成与发动机和换热器热连通。旁通阀可操作在第一位置中，以引导排气通过换热器从而在冷却剂加热模式中向冷却剂流动通道传递热量，旁通阀还可操作在第二位置中，在该位置中，排气以旁通模式绕过换热器，在旁通模式期间未经由换热器产生明显的冷却剂加热。在经由换热器冷却后，排气的一部分被再循环到发动机。因此，排气再循环和废热回收从而均经由换热器得以实现，并且不需要单独的用于冷却所述再循环排气的换热器。取消单独的换热器可以实现成本节约并且减少系统的复杂性。此外，还可以减少质量，改善燃料经济性。
例如，排气系统可能具有与发动机流体连通的排气再循环端口，用于将排气的一部分再循环至发动机。当旁通阀处于旁通模式时，排气的一部分在流过排气端口之前先流过换热器用于冷却。各种实施例都通过使用了不同的排气再循环端口、阀体和阀门的单一的换热器来实现这两个功能。
本发明还提供了以下方案：
方案1.一种用于具有发动机的车辆的装置，所述装置包括：
排气系统，排气通过所述排气系统从所述发动机排出；
换热器，所述换热器定位在所述排气系统内；
冷却剂流动通道，其与所述发动机和所述换热器热连通；
旁通阀，所述旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且所述旁通阀还能够操作在第二位置中，在该位置中，所述排气以旁通模式绕过所述换热器，在所述旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热；以及
其中，在经由所述换热器冷却后，所述排气的一部分被再循环到所述发动机。
方案2.如方案1所述的装置，进一步包括阀体，所述阀体具有第一排气再循环入口端口、第二排气再循环入口端口、以及排气再循环出口端口，所述排气再循环出口端口与所述排气再循环入口端口交替地选择性流体连通；
其中，当所述旁通阀处于所述第一位置中时，所述第一排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第二排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气再循环出口端口流体连通；并且
其中，当所述旁通阀处于所述第二位置中时，所述第二排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第一排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气流体连通；由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
方案3.如方案1所述的装置，其中，所述排气系统具有第一排气再循环端口，所述第一排气再循环端口与所述发动机流体连通以便将所述排气的一部分再循环至所述发动机；其中，当所述旁通阀位于所述第一位置中时，所述排气在流经所述第一排气再循环端口前先流经所述换热器；并且进一步包括：
第一排气再循环阀门，其定位于所述第一排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；
其中，所述排气系统具有第二排气再循环端口，所述第二排气再循环端口位于所述换热器的远离所述第一排气再循环端口的相对侧，用于将所述排气的一部分再循环至所述发动机；其中，当所述旁通阀位于所述第二位置中时，所述排气在流经所述第二排气再循环端口前先流过所述换热器；
第二排气再循环阀门，其定位于所述第二排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；以及
其中，所述第一排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第一位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第二位置中时关闭；并且其中，所述第二排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第二位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第一位置中时关闭，由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
方案4.一种用于具有发动机的车辆的装置，所述装置包括：
排气系统，排气通过所述排气系统从所述发动机排出；
换热器，所述换热器定位在所述排气系统内；
冷却剂流动通道，其与所述发动机和所述换热器热连通；
旁通阀，所述旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且所述旁通阀还能够操作第二位置中，在该位置中，所述排气以旁通模式绕过所述换热器，在所述旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热；以及
其中，所述排气系统具有与所述发动机流体连通的排气再循环端口，以便将所述排气的一部分再循环至所述发动机；并且其中，当所述旁通阀处于所述旁通模式中时，所述排气的一部分在流经所述排气端口之前先流经所述换热器以便冷却，由此，通过所述换热器实现了排气再循环和废热回收。
方案5.如方案4所述的装置，其中，仅当所述旁通阀处于所述旁通模式中时，所述排气在流过所述排气端口之前流过所述换热器，由此，根据所述旁通阀的位置，交替地实现了排气再循环和排气废热回收。
方案6.如方案4所述的装置，进一步包括：
阀体，其具有第一排气再循环入口端口、第二排气再循环入口端口、以及排气再循环出口端口，所述排气再循环出口端口与所述排气再循环入口端口交替地选择性流体连通；
其中，当所述旁通阀处于所述第一位置中时，所述第一排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第二排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气再循环出口端口流体连通；以及
其中，当所述旁通阀处于所述第二位置中时，所述第二排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第一排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气流体连通；由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
方案7.如方案6所述的装置，其中，所述排气再循环端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于流过所述排气系统的排气流；以及
其中，所述排气再循环出口端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于从所述排气系统入口至所述排气系统出口的排气流。
方案8.如方案4所述的装置，其中，所述排气再循环端口是第一排气再循环端口，其中，当所述旁通阀位于所述第一位置中时，所述排气在流经所述第一排气再循环端口前流经所述换热器；并且进一步包括：
第一排气再循环阀门，其定位于所述第一排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；
其中，所述排气系统具有第二排气再循环端口，所述第二排气再循环端口位于所述换热器的远离所述第一排气再循环端口的相对侧，用于将所述排气的一部分再循环至所述发动机；其中，当所述旁通阀处于所述第二位置中时，所述排气在流经所述第二排气再循环端口前先流过所述换热器；
第二排气再循环阀门，其定位于所述第二排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；
其中，所述第一排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第一位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第二位置中时关闭；以及
其中，所述第二排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第二位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第一位置中时关闭，由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
方案9.如方案4所述的装置，其中，所述排气系统具有排气系统入口和排气系统出口，其中，来自所述发动机的排气从所述排气系统入口流至所述排气系统出口，并且进一步包括：
定位于所述排气系统中且位于所述排气系统入口和所述排气系统出口之间的壁，其中，所述旁通阀可枢转地附接至所述壁，并在所述第一位置和所述第二位置之间枢转，以引导排气在所述壁的相对侧上的流动。
方案10.一种用于具有发动机的车辆的装置，包括：
排气系统，排气通过所述排气系统从所述发动机排出；
换热器，所述换热器定位在所述排气系统内；
冷却剂流动通道，其与所述发动机和所述换热器热连通；
旁通阀，所述旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且所述旁通阀能够操作在第二位置中，在该位置中，所述排气以旁通模式绕过所述换热器，在所述旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热；
阀体，所述阀体具有第一排气再循环入口端口、第二排气再循环入口端口、以及排气再循环出口端口，所述排气再循环出口端口根据所述旁通阀的位置选择性地与所述第一排气再循环入口端口和第二排气再循环入口端口流体连通；以及
其中，在经由所述换热器冷却后，所述排气的一部分通过所述阀体被再循环到所述发动机。
方案11.如方案10所述的装置，其中，所述排气再循环端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于流过所述排气系统的排气流；以及
其中，所述排气再循环出口端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于从所述排气系统入口至所述排气系统出口的排气流。
通过下述结合附图的对用于实现本发明的最佳实施例的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是车辆的第一实施例的示意图，其具有利用共用换热器进行废热回收和排气再循环的装置的第一实施例；
图2是图1中的装置的处于冷却剂加热模式时的示意图；
图3是图1中的装置处于换热器旁通模式时的示意图；
图4是处于冷却剂加热模式中并且利用共用换热器进行废热回收和排气再循环的替代装置的示意图；
图5是图4中的装置处于换热器旁通模式时的示意图；
图6是图4中的装置以部分剖视图形式的示意性透视图；
图7是图5中的装置以部分剖视图形式的示意性透视图；
图8是处于冷却剂加热模式中并且利用共用换热器进行废热回收和排气再循环的另一种替代装置的示意图；
图9是图8中的装置处于换热器旁通模式时的示意图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记在全部的若干视图中指示相同的部件，图1所示的车辆10具有用于驱动车辆10的发动机12。发动机10是柴油或汽油类型的内燃发动机。如图2进一步所示和描述，装置14操作地连接到发动机12并使用单一换热器16来实现废热回收和排气再循环这两个功能。发动机12在排气系统18中产生排气，排气系统18包括排气歧管20和从其延伸的排气管22。参照图2，相对较热的排气经由排气管22的入口24从排气歧管20中排出，并在经由排气管22的出口26排出之前经过装置14。催化转换器(未示出)可定位在排气系统18中，位于歧管20和装置14之间。发动机冷却剂在发动机12和装置14之间通过导管流动，该导管形成了发动机冷却剂入口流动通道28和发动机冷却剂出口流动通道30，如图中以冷却剂流动箭头I和O所标识的那样。导管可以是柔性或刚性的管件，或者是在任何车辆部件中通过膛、钻、铸造或其它方法形成的通道。而且，排气从装置14通过排气再循环通道34被再循环至发动机12的进气歧管32。排气系统18具有排气再循环端口35，通过这个端口向排气再循环通道34提供排气。
装置14包括部分地分隔排气管22的壁40。旁通阀30枢转地连接到壁40并绕着沿枢轴柱44延伸的轴线枢转。诸如电动伺服马达之类的排气旁通致动器(未示出)是可控制的，以选择性地使阀门42在图2的第一位置和图3的第二位置之间移动。替代性地，致动器也可以是真空隔板或蜡马达(wax motor)，蜡马达能够被从其中流过的冷却剂的温度激励(在这种情况下，没有来自控制器输入便可激励该致动器)。止动部46A、46B在排气管22内延伸，用于限制阀门42的运动，从而限定了阀门42的第一和第二位置。电子控制器(未示出)操作地连接到致动器(如上所述，依赖于所使用的致动器类型)，并且根据车辆工况来控制致动器，这些工况作为输入信号接收自位于车辆10上的各种传感器，例如废热回收冷却剂温度传感器和发动机冷却剂温度传感器。控制器所接收的信息指示了这样的工况，如流经发动机的冷却剂温度和排出换热器的冷却剂温度等。传感器可以直接测量所述工况，或可以提供用于预测和评估工况的预测模型的信息。本领域技术人员将容易理解为控制器提供指示了车辆工况的信息的各种方式，并且也很容易理解可存储于控制器中用于处理这些信息的各种算法。此外，本领域技术人员也都很熟悉电致动的、热致动的、或气动致动的阀门。
参照图2，当阀门42位于第一位置中时，由于大多数的排气被引导通过换热器16，所以建立起冷却剂加热模式，如所指示的那样，流动箭头A示出了排气进入换热器16，流动箭头B示出了排气流出换热器16。在这些图中，有阴影的流动箭头指示了相对温暖的排气，没有阴影的流动箭头则指示了相对寒冷的排气。一些热量通过换热器16从排气传导给发动机冷却剂，因此流动通道30中的冷却剂比流动通道28中的冷却剂温暖一些。在图2的冷却剂加热模式中，排气的一小部分在经过换热器16之前进入了排气再循环通道34，如流动箭头C所示。因此，在冷却剂加热模式期间，箭头C所指示的再循环的排气并没有被冷却。相对温暖的EGR气可有利于发动机的快速预热。
当发动机12足够热时，阀门42移动到如图3所示的第二位置中，其中，在图2中由箭头A所指示的流动路径被阻塞，并且在不先经过换热器16的情况下，排气不能通向排气再循环通道34。当阀门42位于第二位置中时，装置处于旁通模式。如流动箭头D所示，排气被引导从而沿壁40中远离换热器16的相对的另一侧流动，这与阀门42位于第一位置中时不同。大多数的排气绕过换热器，从排气出口26排出。如箭头E所示，一小部分排气流动经过换热器16。一些热量被从排气中取出，并传送给流动通道30中的发动机冷却剂；然而，相对于冷却剂加热模式，冷却剂的升温很小，因为在旁通模式下只有一部分排气被引导经过换热器16。因此，由流动箭头F所示的、从换热器16离开并经过端口35进入排气再循环通道34的排气被冷却。因此，在旁通模式，装置14经由共用换热器16冷却了再循环的排气，而该共用换热器16在冷却剂加热模式下被用于加热发动机冷却剂。
参照4-7，操作地连接到发动机12的装置114的另一实施例可操作以便仅使用单一换热器16来实现废热回收和冷却的排气再循环这两者。此外，EHR和冷却的EGR在同一模式期间实现(冷却剂加热模式)，也就是说，在发动机预热期间。装置114的与装置14相同的部件都使用相同的附图标记来标识。装置114具有排气系统118，排气系统118具有阀体143，阀体143具有第一排气再循环入口端口145、第二排气再循环入口端口147、以及排气再循环出口端口135，排气再循环出口端口135根据阀门142的位置选择性地与第一和第二排气再循环入口端口145、147连通。诸如电动伺服马达之类的排气旁通致动器(未示出)是可控制的，以选择性地使阀门142在图4和图6的第一位置以及图5和图7的第二位置之间移动。致动器也可以是蜡马达或真空隔板。
如图6和7最佳示出的那样，阀门142具有第一部分142A和第二部分142B，第一部分142A从枢轴柱144向排气入口24延伸，第二部分142B从枢轴柱144向排气出口26延伸。第一和第二部分142A、142B彼此一致地绕枢轴柱144枢转，这是因为二者经由枢轴柱144彼此一体地连接。第一部分142A位于排气管122内部的一部分中，与排气入口24、壁40和换热器16一样高。第二部分142B位于壁40的上方，在阀体143所形成的空腔内。阀体143也具有屏障壁151、152，屏障壁151、152分别部分地围绕排气再循环入口端口145、147。
当阀门位于图4和图6所示的第一位置中时，阀门部分142A引导排气从排气管入口24流过换热器16，如流动箭头A和B所示，从而建立起冷却剂加热模式，以使热量从排气传导至流经通道28、30的发动机冷却剂。当位于第一位置中时，阀门部分142B靠在屏障壁152上，从而阻止排气再循环入口端口147和排气再循环出口端口135之间的流体连通。排出换热器16的排气的一部分沿着壁40的相对侧流动，如流动箭头G所示，并接着流过排气再循环入口端口145直到排气再循环出口端口135，如流动箭头H所示。如流动箭头J所示，冷却的再循环排气从排气再循环出口端口135通过排气再循环通道被引向发动机12，该排气再循环通道未示出，但类似于图1中的通道34。因此，在冷却剂加热模式期间，通过由换热器16冷却的排气实现了冷却的排气再循环，并且同一换热器16也用于冷却剂加热。
当发动机12已经足够热，阀门142移动到图5和图7的第二位置，阀门部分142A将排气从排气管入口24引向壁40中远离换热器16的相对侧，如流动箭头K所示，从而建立起旁通模式，在此模式中，大多数排气从排气出口26排出，从而旁通绕过换热器16。当位于第二位置时，阀门部分142B抵靠在屏障壁151上，从而阻止排气再循环入口端口145和排气再循环出口端口135之间的流体连通。如流动箭头L所示，排气的一部分围绕壁40流动，然后流过换热器16，如流动箭头M所示。这一小部分冷却的排气接着流过排气再循环入口端口147，如流动箭头N所示，之后经过排气再循环出口端口135(如流动箭头P所示)，该端口在阀门142位于第二位置时与入口端口147之间处于流体流通。冷却的再循环排气从排气再循环出口端口135通过排气再循环通道被引向发动机12，该排气再循环通道未示出，但与图1中通道34相似。因此，在旁通模式期间，也利用由换热器16冷却的排气实现了排气再循环，并且同一换热器16在冷却剂加热模式中用于冷却剂加热。排气再循环流被引向发动机12，其大致垂直于流过排气系统118的排气流，如所示的，流动箭头J和P大致垂直于流动箭头A、B、G、K、L和M。
如图8和图9所示，操作地连接到发动机12的装置214的另一实施例可操作以便仅使用单一换热器16实现废热回收和排气再循环这两者。EHR和冷却的EGR在同一模式期间(发动机预热)实现。装置214中与装置14中的部件相同的部件使用了相同的附图标记来标识。
装置214包括排气管222，排气管222具有排气入口24和排气出口26。排气管222形成有第一排气再循环端口234和第二排气再循环端口236，端口236与端口234相对，分别位于换热器16的两侧。第一排气再循环阀门237定位于第一排气再循环端口234中，并且可以例如通过控制器(未示出)发出的电控制信号选择性地打开和关闭。当第一排气再循环阀门237打开时，允许排气流过第一排气再循环端口234。当第一排气再循环阀门237关闭时，禁止排气流过第一排气再循环端口234。在图8和图9中，阀门237或239上的“X”表示这个阀门已关闭。
类似地，第二排气再循环阀门239被定位在第二排气再循环端口236中，并且可例如通过控制器(未示出)发出的电控制信号选择性地打开和关闭。当第二排气再循环阀门239打开时，允许排气流过第二排气再循环端口236。当第二排气再循环阀门239关闭时，禁止排气流过第二排气再循环端口236。
当阀门42位于如图8所示的第一位置中时，由于大多数的排气被引导通过换热器16，从而建立了冷却剂加热模式，如所指示的，流动箭头A示出排气进入换热器16，流动箭头B则指示排气离开换热器16。一些热量通过换热器16从排气传导至发动机冷却剂，使得在流动通道30中的冷却剂较流动通道28中的冷却剂温度更高。当阀门42处于第一位置中时，排气再循环阀门237被打开，排气再循环阀门239被关闭。排出换热器的排气的一小部分如流动箭头Q所示流经排气再循环端口234，并如流动箭头R所示通过打开的阀门237被导向发动机12，并通过排气再循环通道，该排气再循环通道未示出但与图1所示通道34类似。因此，在冷却剂加热模式中，装置214通过共用换热器16实现了冷却的排气的再循环。
当发动机12已经足够热，阀门42被移动至如图9所示的第二位置，其中，由图8中箭头A所示的流动路径被阻塞。当阀门42位于第二位置中时，装置214处于旁通模式。如流动箭头D所示，排气流被沿着壁40中远离换热器16的相对侧引导，而不同于阀门42位于第一位置时的情形。大多数排气从排气出口26流出，从而旁通绕过换热器16。排气的一小部分流经换热器16，如箭头S所示。一些热量从排气中被提取并被传导至流动通道30中的发动机冷却剂；然而，相对于冷却剂加热模式，冷却剂的升温被最小化，因为在旁通模式中只有一部分排气被引导经过换热器16。当阀门42位于第二位置中时，排气再循环阀门239打开，且排气再循环阀门237关闭。于是，如流动箭头T所示的排气流出换热器，并通过排气再循环端口236和打开的阀门239如流动箭头U所示被导向发动机12，并且通过排气再循环通道，该排气再循环通道未示出但与图1中的通道34相似。进入再循环端口236的排气被冷却。因此，在旁通模式中，装置214通过共用换热器16实现了冷却的排气的再循环。
尽管已经详细的介绍了实现本发明的最佳实施例，对于本发明涉及到的领域的技术人员来说，应该知道能够实现本发明的各种变形设计和实施例都在本权利要求书的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于具有发动机的车辆的装置，所述装置包括：
排气系统，所述排气系统包括排气歧管和从其延伸的排气管，排气通过所述排气系统的排气歧管从所述发动机排出，并经由所述排气管的出口排出；
换热器，所述换热器定位在所述排气系统内；
冷却剂流动通道，其与所述发动机和所述换热器热连通；
旁通阀，所述旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且所述旁通阀还能够操作在第二位置中，在该位置中，所述排气以旁通模式绕过所述换热器，在所述旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热；以及
在所述旁通模式中，所述排气的一部分被再循环至所述发动机，并且所述排气的再循环至所述发动机的所述部分在经由所述换热器冷却后被再循环到所述发动机。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括阀体，所述阀体具有第一排气再循环入口端口、第二排气再循环入口端口、以及排气再循环出口端口，所述排气再循环出口端口与所述排气再循环入口端口交替地选择性流体连通；
其中，当所述旁通阀处于所述第一位置中时，所述第一排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第二排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气再循环出口端口流体连通；并且
其中，当所述旁通阀处于所述第二位置中时，所述第二排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第一排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气流体连通；由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述排气系统具有第一排气再循环端口，所述第一排气再循环端口与所述发动机流体连通以便将所述排气的一部分再循环至所述发动机；其中，当所述旁通阀位于所述第一位置中时，所述排气在流经所述第一排气再循环端口前先流经所述换热器；并且进一步包括：
第一排气再循环阀门，其定位于所述第一排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；
其中，所述排气系统具有第二排气再循环端口，所述第二排气再循环端口位于所述换热器的远离所述第一排气再循环端口的相对侧，用于将所述排气的一部分再循环至所述发动机；其中，当所述旁通阀位于所述第二位置中时，所述排气在流经所述第二排气再循环端口前先流过所述换热器；
第二排气再循环阀门，其定位于所述第二排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；以及
其中，所述第一排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第一位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第二位置中时关闭；并且其中，所述第二排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第二位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第一位置中时关闭，由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
4.一种用于具有发动机的车辆的装置，所述装置包括：
排气系统，所述排气系统包括排气歧管和从其延伸的排气管，排气通过所述排气系统的排气歧管从所述发动机排出，并经由所述排气管的出口排出；
换热器，所述换热器定位在所述排气系统内；
冷却剂流动通道，其与所述发动机和所述换热器热连通；
旁通阀，所述旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且所述旁通阀还能够操作第二位置中，在该位置中，所述排气中的大多数以旁通模式绕过所述换热器，在所述旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热；以及
其中，所述排气系统具有与所述发动机流体连通的排气再循环端口，以便将所述排气的一部分再循环至所述发动机；并且其中，当所述旁通阀处于所述旁通模式中时，所述排气的再循环至所述发动机的所述部分在流经所述排气再循环端口之前先流经所述换热器以便冷却，由此，通过所述换热器实现了排气再循环和废热回收。
5.如权利要求4所述的装置，其中，仅当所述旁通阀处于所述旁通模式中时，所述排气在流过所述排气再循环端口之前流过所述换热器，由此，根据所述旁通阀的位置，交替地实现了排气再循环和排气废热回收。
6.如权利要求4所述的装置，进一步包括：
阀体，其具有第一排气再循环入口端口、第二排气再循环入口端口、以及排气再循环出口端口，所述排气再循环出口端口与所述排气再循环入口端口交替地选择性流体连通；
其中，当所述旁通阀处于所述第一位置中时，所述第一排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第二排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气再循环出口端口流体连通；以及
其中，当所述旁通阀处于所述第二位置中时，所述第二排气再循环入口端口与所述换热器下游的排气流体连通并且与所述排气再循环出口端口流体连通，并且所述第一排气再循环入口端口被所述旁通阀关闭，从而不与所述排气流体连通；由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述排气再循环端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于流过所述排气系统的排气流；以及
其中，所述排气再循环出口端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于从所述排气系统入口至所述排气系统出口的排气流。
8.如权利要求4所述的装置，其中，所述排气再循环端口是第一排气再循环端口，其中，当所述旁通阀位于所述第一位置中时，所述排气在流经所述第一排气再循环端口前流经所述换热器；并且进一步包括：
第一排气再循环阀门，其定位于所述第一排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；
其中，所述排气系统具有第二排气再循环端口，所述第二排气再循环端口位于所述换热器的远离所述第一排气再循环端口的相对侧，用于将所述排气的一部分再循环至所述发动机；其中，当所述旁通阀处于所述第二位置中时，所述排气在流经所述第二排气再循环端口前先流过所述换热器;
第二排气再循环阀门，其定位于所述第二排气再循环端口中并且能够选择性地打开和关闭；
其中，所述第一排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第一位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第二位置中时关闭；以及
其中，所述第二排气再循环阀门在所述旁通阀位于所述第二位置中时打开，并且在所述旁通阀位于所述第一位置中时关闭，由此，在所述冷却剂加热模式和所述旁通模式中，都通过所述换热器实现了对再循环的排气的冷却。
9.如权利要求4所述的装置，其中，所述排气系统具有排气系统入口和排气系统出口，其中，来自所述发动机的排气从所述排气系统入口流至所述排气系统出口，并且进一步包括：
定位于所述排气系统中且位于所述排气系统入口和所述排气系统出口之间的壁，其中，所述旁通阀可枢转地附接至所述壁，并在所述第一位置和所述第二位置之间枢转，以引导排气在所述壁的相对侧上的流动。
10.一种用于具有发动机的车辆的装置，包括：
排气系统，排气通过所述排气系统从所述发动机排出；
换热器，所述换热器定位在所述排气系统内；
冷却剂流动通道，其与所述发动机和所述换热器热连通；
旁通阀，所述旁通阀能够操作在第一位置中，以引导所述排气通过所述换热器从而在冷却剂加热模式中向所述冷却剂流动通道传递热量，并且所述旁通阀能够操作在第二位置中，在该位置中，所述排气以旁通模式绕过所述换热器，在所述旁通模式期间未经由所述换热器产生明显的冷却剂加热；
阀体，所述阀体具有第一排气再循环入口端口、第二排气再循环入口端口、以及排气再循环出口端口，所述排气再循环出口端口根据所述旁通阀的位置选择性地与所述第一排气再循环入口端口和第二排气再循环入口端口流体连通；以及
其中，在经由所述换热器冷却后，所述排气的一部分通过所述阀体被再循环到所述发动机。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述排气再循环端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于流过所述排气系统的排气流；以及
其中，所述排气再循环出口端口被构造成使得流过所述排气再循环出口端口的排气流基本垂直于从所述排气系统入口至所述排气系统出口的排气流。
CN201010510984.XA 2009-10-16 2010-10-15 利用共用换热器的废热回收和排气再循环 Active CN102042130B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/580291 2009-10-16
US12/580,291 US8359845B2 (en) 2009-10-16 2009-10-16 Exhaust heat recovery and exhaust gas recirculation with common heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102042130A CN102042130A (zh) 2011-05-04
CN102042130B true CN102042130B (zh) 2014-04-02

Family

ID=43878325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010510984.XA Active CN102042130B (zh) 2009-10-16 2010-10-15 利用共用换热器的废热回收和排气再循环

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8359845B2 (zh)
CN (1) CN102042130B (zh)
DE (1) DE102010048255B4 (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013033839A1 (en) 2011-09-09 2013-03-14 Dana Canada Corporation Stacked plate exhaust gas recovery device
FR2980532B1 (fr) * 2011-09-26 2013-09-27 Peugeot Citroen Automobiles Sa Boitier de sortie d'eau de moteur de vehicule automobile avec un echangeur thermique egr basse pression et haute pression et ses vannes de pilotage
US8959904B2 (en) 2012-05-24 2015-02-24 Ford Global Technologies, Llc Method to control and diagnose an exhaust gas heat exchanger
US9086001B2 (en) 2012-05-24 2015-07-21 Ford Global Technologies, Llc Method to control and diagnose an exhaust gas heat exchanger
US9109481B2 (en) * 2012-05-24 2015-08-18 Ford Global Technologies, Llc Method to control and diagnose an exhaust gas heat exchanger
US8925317B2 (en) 2012-07-16 2015-01-06 General Electric Company Engine with improved EGR system
US10207567B2 (en) * 2012-10-19 2019-02-19 Ford Global Technologies, Llc Heater core isolation valve position detection
FR2997446B1 (fr) * 2012-10-30 2014-12-12 Renault Sas Procede de pilotage d'un systeme de recuperation d'energie d'une ligne d'echappement d'un moteur de vehicule automobile
US9989322B2 (en) 2013-03-01 2018-06-05 Dana Canada Corporation Heat recovery device with improved lightweight flow coupling chamber and insertable valve
US9228537B2 (en) * 2013-05-03 2016-01-05 General Electric Company Method and systems for a passageway block
KR101499221B1 (ko) 2013-11-14 2015-03-05 현대자동차주식회사 밸브 액추에이터 내장형 배기열 회수장치
KR101565043B1 (ko) 2014-02-04 2015-11-02 현대자동차주식회사 밸브 액추에이터 내장형 배기열 회수장치의 작동구조
US11289636B2 (en) * 2016-04-06 2022-03-29 Jaguar Land Rover Limited Energy recovery unit for vehicle use
GB2549124B (en) * 2016-04-06 2019-06-05 Jaguar Land Rover Ltd Energy recovery unit for vehicle use
DE102016206239B4 (de) 2016-04-14 2018-08-30 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung umfassend einen in das Abgasabführsystem hineinragenden Kühler
US10794336B2 (en) 2016-04-14 2020-10-06 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an exhaust gas recirculation cooler
KR101786678B1 (ko) * 2016-04-29 2017-11-15 현대자동차 주식회사 엔진의 배기 열 회수 장치 및 방법
US10190474B2 (en) * 2016-06-10 2019-01-29 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an engine
DE102016218990A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit gekühlter Abgasrückführung
US10865739B2 (en) * 2018-03-21 2020-12-15 Hamilton Sunstrand Corporation Valve system
JP7023040B2 (ja) * 2019-01-22 2022-02-21 三恵技研工業株式会社 熱交換装置
JP7081515B2 (ja) * 2019-01-31 2022-06-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN112012817A (zh) * 2020-08-25 2020-12-01 合肥工业大学 一种复合式内燃机余热梯级利用系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141961A (en) * 1998-03-11 2000-11-07 Ecia-Equipments Et Composants Pour L'industrie Automobile Exhaust element with heat exchanger
US6330910B1 (en) * 1999-03-03 2001-12-18 Easton Bennett Heat exchanger for a motor vehicle exhaust
US7581533B1 (en) * 2008-10-09 2009-09-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Three mode cooler for exhaust gas recirculation

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10203003B4 (de) * 2002-01-26 2007-03-15 Behr Gmbh & Co. Kg Abgaswärmeübertrager
JP2007032561A (ja) * 2005-06-20 2007-02-08 Sango Co Ltd 排気熱回収装置
US7287521B2 (en) * 2005-09-21 2007-10-30 Ford Global Technologies Llc System and method for improved engine starting using heated intake air
US7588018B2 (en) * 2006-06-06 2009-09-15 Continental Automotive Systems Us, Inc. Exhaust gas recirculation cooler bypass cartridge
JP2008157211A (ja) * 2006-12-22 2008-07-10 Sango Co Ltd 排気熱回収装置
JP2008231942A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の冷却装置
JP2009127547A (ja) 2007-11-26 2009-06-11 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP4553023B2 (ja) * 2008-03-21 2010-09-29 株式会社デンソー 排気ガス切替弁

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141961A (en) * 1998-03-11 2000-11-07 Ecia-Equipments Et Composants Pour L'industrie Automobile Exhaust element with heat exchanger
US6330910B1 (en) * 1999-03-03 2001-12-18 Easton Bennett Heat exchanger for a motor vehicle exhaust
US7581533B1 (en) * 2008-10-09 2009-09-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Three mode cooler for exhaust gas recirculation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2007-32561A 2007.02.08
JP特开2008-157211A 2008.07.10

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010048255A1 (de) 2011-06-16
US20110088672A1 (en) 2011-04-21
US8359845B2 (en) 2013-01-29
DE102010048255B4 (de) 2018-09-06
CN102042130A (zh) 2011-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102042130B (zh) 利用共用换热器的废热回收和排气再循环
US6971377B2 (en) Exhaust gas recirculation cooler with bypass flow
DE10025500B4 (de) Brennkraftmaschine mit Kühlkreislauf und einem an diesen angeschlossenen Heizungswärmetauscher
US6334436B1 (en) Secondary air system for an internal combustion engine
US8341951B2 (en) Vehicle exhaust heat recovery with multiple coolant heating modes and method of managing exhaust heat recovery
CN103527303B (zh) 具有冷却流动模式的动力传动系冷却系统
CN103174503B (zh) 用于引擎的冷却剂循环系统
EP1305512B1 (en) Exhaust gas cooler with bypass tube and exhaust gas recirculation valve
CN103184925A (zh) 运行冷却液回路的方法
CN107956587A (zh) 用于排气热交换器诊断的方法和系统
CN102022172A (zh) 用于内燃机的冷却系统
CN102374076B (zh) 带有热回收的高压废气再循环系统
WO2015088224A1 (ko) 자동차의 통합 기능형 열교환 장치
CN103422965A (zh) 发动机热管理系统和方法
KR101156849B1 (ko) 열교환 튜브 번들
CN107407188B (zh) 车辆用内燃机的冷却装置及控制方法
CN107023364A (zh) 用于排气热回收的方法和系统
CN101712274A (zh) 混合动力电动车辆
CN101495744A (zh) 废气再循环装置
CN106852163A (zh) 流体系统以及制造和使用所述流体系统的方法
KR101655174B1 (ko) 수냉식 인터쿨러 장치
CN107060965A (zh) 用于排气热回收的方法和系统
CN106061774B (zh) 具有内燃机和余热收集壳体的车辆
CN107882658A (zh) 具有冷却式排气再循环装置的增压内燃发动机
CN109869200A (zh) 压缩机壳体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant