CN103334820A - 一种汽车发动机的热控制系统及热控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车发动机热再利用领域，具体涉及一种汽车发动机的热控制系统及热控制方法，该系统包括安装在增压中冷器上的第一换热器（E1）、安装在冷却水箱上的第二换热器（E2）、安装在机润滑油冷却器上的第三换热器（E3）、安装在排气管上的第四换热器（E4）、安装在EGR冷却器上的第五换热器（E5）、安装在排气总管上的第六换热器（E6）和集中换热器（E7），所述第一换热器（E1）、第二换热器（E2）、第三换热器（E3）、第四换热器（E4）、第五换热器（E5）、第六换热器（E6）和集中换热器（E7）上均安装有温度传感器。本发明可以实现对发动机温度的最大程度控制，避免了能量损失，并以热量的形式进行回收，提高废气能量利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机热再利用领域，具体涉及一种汽车发动机的热控制系统及热控制方法。
背景技术
目前，汽车用发动机（内燃机）的燃烧效率已经接近100%，但是其热效率却不到50%。也就是说，燃料燃烧所释放的热量的50%以上都被以热的形式释放到了大气环境当中，而这一部分的热量就被完全地浪费掉了。在提倡节能减排的今天，如何利用发动机的余热受到了广泛地关注。
目前，对发动机余热的利用主要是集中在对发动机排气的余热回收方面。而事实上，发动机排气的余热占整个发动机余热的比例约为50%左右，另外的50%左右的余热还没有被开发和利用起来。此外，目前对余热的利用方式也主要是集中在车内取暖、制冷、加热发动机进气和温差发电等相对较为简单的使用，这些简单的利用方式的余热回收效率较低，整个利用率约为5%左右。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车发动机的热控制系统及热控制方法，解决现有的发动机余热利用率过低的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种汽车发动机的热控制系统，包括安装在增压中冷器上的第一换热器E1、安装在冷却水箱上的第二换热器E2、安装在机润滑油冷却器上的第三换热器E3、安装在排气管上的第四换热器E4、安装在EGR冷却器上的第五换热器E5、安装在排气总管上的第六换热器E6和集中换热器E7，所述第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、第四换热器E4、第五换热器E5、第六换热器E6和集中换热器E7上均安装有温度传感器；
所述第一换热器E1的进口通过开关S1和S2连接集中换热器E7的进口和出口，所述第二换热器E2的进口通过开关S4和S5连接集中换热器E7的进口和出口，所述第三换热器E3是进口通过开关S7和S8连接集中换热器E7的进口和出口；
所述第一换热器E1的进口并联有开关S1和开关S2，第一换热器E1的出口连接有开关S3，
所述第二换热器E2的进口并联有开关S4和开关S5，第二换热器E2的出口连接有开关S6，
所述第三换热器E3的进口并联有开关S7和开关S8，第三换热器E3的出口连接有开关S9，
所述第四换热器E4的出口连接有开关S11，
所述第五换热器E5的出口连接有开关S12，
所述第六换热器E6的出口连接有开关S13；
其中所述开关S1、开关S4和开关S7均与所述集中换热器E7的进口相连接，
其中所述开关S2、开关S5和开关S8均与所述集中换热器E7的出口相连接，
其中所述开关S11、开关S12和开关S13相互并联后依次串联输送泵M1和集中换热器E7的进口，
其中所述开关S3、开关S6、开关S9、第四换热器E4的进口、第五换热器E5的进口和第六换热器E6的进口相互并联后再依次串联开关S14、输送泵M1和集中换热器E7的进口，
其中所述开关S3、开关S6、开关S9、第四换热器E4的进口、第五换热器E5的进口和第六换热器E6的进口相互并联后还通过开关S10连接于集中换热器E7的出口；
所述温度传感器、开关S1～开关S14、输送泵M1、发动机转速信号传感器和发动机油门信号传感器均与电子控制器电连接。
更进一步的技术方案是，本系统还包括连接在集中换热器E7上的压缩机C，压缩机C和对外散热装置HE相连，所述压缩机C与电子控制器电连接。
更进一步的技术方案是，集中换热器E7还通过开关S15与对外散热装置HE相连，所述开关S15与电子控制器电连接。
一种汽车发动机的热控制方法，本方法分为对增压中冷器上的第一换热器E1吸热和散热的控制方法、对冷却水箱上的第二换热器E2吸热和散热的控制方法、对机润滑油冷却器上的第三换热器E3吸热和散热的控制方法、对排气总管上的第四换热器E4散热的控制方法、对EGR冷却器上的第五换热器E5散热的控制方法吸热和散热的控制方法和对排气管上的第六换热器E6散热的控制方法；
-其中所述对增压中冷器上的第一换热器E1吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S1断开热流体和打开开关S2接通冷流体来实现第一换热器E1的吸热，是通过关闭开关S2断开冷流体和打开开关S1接通热流体来实现第一换热器E1的散热；
-其中对冷却水箱上的第二换热器E2吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S5断开冷流体和打开开关S4接通热流体来实现第二换热器E2的吸热，通过关闭开关S4断开热流体和打开开关S5接通冷流体来实现第二换热器E2的散热；
-其中对机润滑油冷却器上的第三换热器E3吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S8断开冷流体和打开开关S7接通热流体来实现第三换热器E3的吸热，通过关闭开关S7断开热流体和打开开关S8接通冷流体来实现第三换热器E3的散热；
-其中对排气总管上的第四换热器E4散热的控制方法，是通过调节开关S11开度控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第四换热器E4的散热；
-其中对EGR冷却器上的第五换热器E5散热的控制方法，是通过调节开关S12开度，控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第五换热器E5的散热；
-其中对排气管上的第六换热器E6散热的控制方法，是通过调节开关S12开度控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第六换热器E6的散热。
更进一步的技术方案是，所述第一换热器E1吸热和散热是通过调节开关S3开度控制流体流量大小，从而控制换热速率；所述第二换热器E2吸热和散热是通过调节开关S6开度控制流体流量大小，从而控制换热速率；所述第三换热器E3吸热和散热是通过调节开关S9开度控制流体流量大小，从而控制换热速率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、对发动机上需要进行温度控制的部位都安装了相应的换热器，可以实现对发动机温度的最大程度控制。
2、可以对各换热器的换热进行单独控制。
3、可以对需要加热的换热器进行加热，也可以对其进行冷却。
4、通过合理地控制各个开关阀门和输送泵，由此实现工质流量的最佳控制，使输送泵的功耗达到最低。
5、利用热泵控制对外输出热源的温度，提高余热利用效率。
6、利用安装在排气总管上的换热器控制其温度，可以实现对涡轮机上游的压力进行控制，避免了传统的旁通阀放气而导致的能量损失，并以热量的形式进行回收，提高废气能量利用效率。
附图说明
图1为本发明一种汽车发动机的热控制系统的安装位置示意图。
图2为本发明一种汽车发动机的热控制系统的连接示意图。
图3为本发明一种汽车发动机的系统控制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1、图2和图3示出了本发明一种汽车发动机的热控制系统的一个实施例：一种汽车发动机的热控制系统，包括安装在增压中冷器上的第一换热器E1、安装在冷却水箱上的第二换热器E2、安装在机润滑油冷却器上的第三换热器E3、安装在排气总管上的第四换热器E4、安装在EGR冷却器上的第五换热器E5、安装在排气管上的第六换热器E6和集中换热器E7，所述第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、第四换热器E4、第五换热器E5、第六换热器E6和集中换热器E7上均安装有温度传感器；
所述第一换热器E1的进口通过开关S1和S2连接集中换热器E7的进口和出口，所述第二换热器E2的进口通过开关S4和S5连接集中换热器E7的进口和出口，所述第三换热器E3是进口通过开关S7和S8连接集中换热器E7的进口和出口；
所述第一换热器E1的进口并联有开关S1和开关S2，第一换热器E1的出口连接有开关S3，
所述第二换热器E2的进口并联有开关S4和开关S5，第二换热器E2的出口连接有开关S6，
所述第三换热器E3的进口并联有开关S7和开关S8，第三换热器E3的出口连接有开关S9，
所述第四换热器E4的出口连接有开关S11，
所述第五换热器E5的出口连接有开关S12，
所述第六换热器E6的出口连接有开关S13；
其中所述开关S1、开关S4和开关S7均与所述集中换热器E7的进口相连接，
其中所述开关S2、开关S5和开关S8均与所述集中换热器E7的出口相连接，
其中所述开关S11、开关S12和开关S13相互并联后依次串联输送泵M1和集中换热器E7的进口，
其中所述开关S3、开关S6、开关S9、第四换热器E4的进口、第五换热器E5的进口和第六换热器E6的进口相互并联后再依次串联开关S14、输送泵M1和集中换热器E7的进口，
其中所述开关S3、开关S6、开关S9、第四换热器E4的进口、第五换热器E5的进口和第六换热器E6的进口相互并联后还通过开关S10连接于集中换热器E7的出口；
所述温度传感器、开关S1～开关S14、输送泵M1、发动机转速信号传感器和发动机油门信号传感器均与电子控制器电连接。
根据本发明一种汽车发动机的热控制系统的一个优选实施例，本系统还包括连接在集中换热器E7上的压缩机C，压缩机C和对外散热装置HE相连，所述压缩机C与电子控制器电连接。所述压缩机C和对外散热装置HE的主要作用是当集中换热器E7当中的介质温度不够的时候对其进行压缩升温的，而当第一换热器E1～第六换热器E6当中某一个需要加热的时候，还可以通过集中换热器E7进行反向加热。
根据本发明一种汽车发动机的热控制系统的另一个优选实施例，所述集中换热器E7还通过开关S15与对外散热装置HE相连，所述开关S15与电子控制器电连接。所述开关S15主要用于如果集中换热器E7的温度过高，就直接对其进行对外放热，如果温度不够高，则需要通过压缩机C升温后才对外放热。
所述电子控制单元根据第一换热器E1～第六换热器E6和对外散热装置HE的温度，发动机的工作状态参数转速信号、油门信号对发动机的工作状态和热力状态进行判定，然后对各开关S1~S15、压缩机C和输送泵M1进行控制。
本发明还示出了一种汽车发动机的热控制方法，本方法分为对增压中冷器上的第一换热器E1吸热和散热的控制方法、对冷却水箱上的第二换热器E2吸热和散热的控制方法、对机润滑油冷却器上的第三换热器E3吸热和散热的控制方法、对排气总管上的第四换热器E4散热的控制方法、对EGR冷却器上的第五换热器E5散热的控制方法吸热和散热的控制方法和对排气管上的第六换热器E6散热的控制方法；
-其中所述对增压中冷器上的第一换热器E1吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S1断开热流体和打开开关S2接通冷流体来实现第一换热器E1的吸热，是通过关闭开关S2断开冷流体和打开开关S1接通热流体来实现第一换热器E1的散热；
-其中对冷却水箱上的第二换热器E2吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S5断开冷流体和打开开关S4接通热流体来实现第二换热器E2的吸热，通过关闭开关S4断开热流体和打开开关S5接通冷流体来实现第二换热器E2的散热；
-其中对机润滑油冷却器上的第三换热器E3吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S8断开冷流体和打开开关S7接通热流体来实现第三换热器E3的吸热，通过关闭开关S7断开热流体和打开开关S8接通冷流体来实现第三换热器E3的散热；
-其中对排气总管上的第四换热器E4散热的控制方法，是通过调节开关S11开度控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第四换热器E4的散热；
-其中对EGR冷却器上的第五换热器E5散热的控制方法，是通过调节开关S12开度，控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第五换热器E5的散热；
-其中对排气管上的第六换热器E6散热的控制方法，是通过调节开关S12开度控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第六换热器E6的散热。
根据本发明一种汽车发动机的热控制方法的一个优选实施例，所述第一换热器E1吸热和散热是通过调节开关S3开度控制流体流量大小，从而控制换热速率；所述第二换热器E2吸热和散热是通过调节开关S6开度控制流体流量大小，从而控制换热速率；所述第三换热器E3吸热和散热是通过调节开关S9开度控制流体流量大小，从而控制换热速率。
Claims (5)
1.一种汽车发动机的热控制系统，其特征在于：包括安装在增压中冷器上的第一换热器（E1）、安装在冷却水箱上的第二换热器（E2）、安装在机润滑油冷却器上的第三换热器（E3）、安装在排气管上的第四换热器（E4）、安装在EGR冷却器上的第五换热器（E5）、安装在排气总管上的第六换热器（E6）和集中换热器（E7），所述第一换热器（E1）、第二换热器（E2）、第三换热器（E3）、第四换热器（E4）、第五换热器（E5）、第六换热器（E6）和集中换热器（E7）上均安装有温度传感器；
所述第一换热器（E1）的进口并联有开关S1和开关S2，第一换热器（E1）的出口连接有开关S3，
所述第二换热器（E2）的进口并联有开关S4和开关S5，第二换热器（E2）的出口连接有开关S6，
所述第三换热器（E3）的进口并联有开关S7和开关S8，第三换热器（E3）的出口连接有开关S9，
所述第四换热器（E4）的出口连接有开关S11，
所述第五换热器（E5）的出口连接有开关S12，
所述第六换热器（E6）的出口连接有开关S13；
其中所述开关S1、开关S4和开关S7均与所述集中换热器（E7）的进口相连接，
其中所述开关S2、开关S5和开关S8均与所述集中换热器（E7）的出口相连接，
其中所述开关S11、开关S12和开关S13相互并联后依次串联输送泵M1和集中换热器（E7）的进口，
其中所述开关S3、开关S6、开关S9、第四换热器（E4）的进口、第五换热器（E5）的进口和第六换热器（E6）的进口相互并联后再依次串联开关S14、输送泵M1和集中换热器（E7）的进口，
其中所述开关S3、开关S6、开关S9、第四换热器（E4）的进口、第五换热器（E5）的进口和第六换热器（E6）的进口相互并联后还通过开关S10连接于集中换热器（E7）的出口；
所述温度传感器、开关S1～开关S14、输送泵M1、发动机转速信号传感器和发动机油门信号传感器均与电子控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机的热控制系统，其特征在于：本系统还包括连接在集中换热器（E7）上的压缩机（C），压缩机（C）和对外散热装置（HE）相连，所述压缩机（C）与电子控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机的热控制系统，其特征在于：所述集中换热器（E7）还通过开关S15与对外散热装置（HE）相连，所述开关S15与电子控制器电连接。
4.一种汽车发动机的热控制方法，其特征在于：本方法分为对增压中冷器上的第一换热器（E1）吸热和散热的控制方法、对冷却水箱上的第二换热器（E2）吸热和散热的控制方法、对机润滑油冷却器上的第三换热器（E3）吸热和散热的控制方法、对排气总管上的第四换热器（E4）散热的控制方法、对EGR冷却器上的第五换热器（E5）散热的控制方法吸热和散热的控制方法和对排气管上的第六换热器（E6）散热的控制方法；
-其中所述对增压中冷器上的第一换热器（E1）吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S1断开热流体和打开开关S2接通冷流体来实现第一换热器（E1）的吸热，是通过关闭开关S2断开冷流体和打开开关S1接通热流体来实现第一换热器（E1）的散热；
-其中对冷却水箱上的第二换热器（E2）吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S5断开冷流体和打开开关S4接通热流体来实现第二换热器（E2）的吸热，通过关闭开关S4断开热流体和打开开关S5接通冷流体来实现第二换热器（E2）的散热；
-其中对机润滑油冷却器上的第三换热器（E3）吸热和散热的控制方法，是通过关闭开关S8断开冷流体和打开开关S7接通热流体来实现第三换热器（E3）的吸热，通过关闭开关S7断开热流体和打开开关S8接通冷流体来实现第三换热器（E3）的散热；
-其中对排气总管上的第四换热器（E4）散热的控制方法，是通过调节开关S11开度控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第四换热器（E4）的散热；
-其中对EGR冷却器上的第五换热器（E5）散热的控制方法，是通过调节开关S12开度，控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第五换热器（E5）的散热；
-其中对排气管上的第六换热器（E6）散热的控制方法，是通过调节开关S12开度控制流体流量大小和调节开关S14开度控制流体背压大小来实现第六换热器（E6）的散热。
5.根据权利要求4所述的一种汽车发动机的热控制方法，其特征在于：所述第一换热器（E1）吸热和散热是通过调节开关S3开度控制流体流量大小，从而控制换热速率；所述第二换热器（E2）吸热和散热是通过调节开关S6开度控制流体流量大小，从而控制换热速率；所述第三换热器（E3）吸热和散热是通过调节开关S9开度控制流体流量大小，从而控制换热速率。
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