CN104514602A - 用于利用混合动力车辆的废热的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于利用混合动力车辆的废热的方法和系统。描述了用于使包括排气热回收系统的发动机运转的系统和方法。该系统可以减少发动机暖机时间，并增加当混合动力车辆由马达提供动力时混合动力车辆的发动机被停用的时间量。在一个示例中，相变材料选择性地存储以及释放来自发动机的排气能量，以改善车辆运转。

Description

用于利用混合动力车辆的废热的方法和系统

技术领域

本说明涉及用于回收混合动力车辆的废热的系统和方法。本文中所描述的系统和方法提供用于回收来自排气的热以减少发动机暖机时间并延长发动机关闭时间。

背景技术

内燃发动机可以与电机结合以提供扭矩，从而推进车辆。内燃发动机向车辆传动系提供旋转扭矩，以及为运转各种致动器提供真空并且向车辆的乘客车厢提供热。电机可以提供扭矩以推进车辆，并且它还可以被运转为发电机以便给车辆电池充电。然而，如果电机正当发动机停止并且环境温度低时推进车辆，电加热器必须被用来加热乘客车厢。使电加热器运转能够减少自电加热器消耗电池电荷以后发动机可以被停用的时间量。因此，通过使乘客车厢加热器运转可以减少车辆燃料储备。

发明内容

发明人在此已经认识到上述缺点，并且已经开发了一种发动机系统，其包含：发动机，其包括沿着排气系统设置的排气热交换器；热能存储装置，其与排气热交换器流体连通；以及发动机冷却液热交换器，其与热能存储装置热连通。

通过将发动机排气热抽取到热能存储装置，当发动机已经停止旋转时提供推进车辆并维持乘客车厢温度的技术效果是可能的。具体地，当发动机正在燃烧空气-燃料混合物时，热能存储装置可以存储排气能量，而当发动机已经停止运转同时电机正在推进车辆时，可以从热能存储装置释放热能。以此方式，向车辆车厢提供热而不消耗电加热器中的电能是可能的。在一些示例中，当加热乘客车厢而非使电加热器运转时，发动机冷却液泵可以被激活，以便可以减少电功率消耗。

在另一实施例中，提供了一种用于使发动机运转的方法。该方法包含：使发动机运转；经由发动机排气热交换器将发动机排气热能从发动机转移到热能存储装置；以及当发动机已经停止运转时，将热能从热能存储装置转移到乘客车厢加热器芯。

在另一实施例中，当与热能存储装置流体连通的旁通阀处于第一位置时，热从发动机排气热交换器转移到热能存储装置。

在另一实施例中，当旁通阀处于第二位置时，从热能存储装置转移热。

在另一实施例中，该方法还包含，响应于对车厢加热的请求，激活与乘客车厢加热器芯流体连通的电动运转的泵。

在另一实施例中，该方法还包含，响应于发动机的温度，调整排气热回收系统中的旁通阀的位置。

在另一实施例中，该方法还包含，当发动机温度小于热能存储装置的温度时，将热能从热能存储装置转移到发动机。

在另一实施例中，经由发动机冷却液热交换器从热能存储装置转移热能。

在另一实施例中，一种用于使发动机运转的方法包含：使发动机运转；将来自发动机的排气中的能量存储到相变材料；以及将存储在相变材料中的能量释放到发动机冷却液热交换器，发动机冷却液热交换器与发动机和乘客车厢加热器芯流体连通。

在另一实施例中，当发动机冷却液温度小于阈值温度时并且响应于乘客车厢加热请求，释放存储在相变材料中的能量发生。

在另一实施例中，该方法还包含，将旁通阀的位置调整至第一位置，以便将排气中的能量存储到相变材料。

在另一实施例中，该方法还包含，将旁通阀的位置调整至第二位置，以释放存储在相变材料中的能量。

在另一实施例中，当发动机停止时，释放存储在相变材料中的能量发生。

在另一实施例中，该方法还包含，当释放存储在相变材料中的能量时，激活电动致动的泵以使发动机冷却液循环通过乘客车厢加热器芯。

本描述可以提供若干优势。具体地，该方法能够延长混合动力车辆可以在不激活发动机的情况下运转的时间量。此外，该方法可以通过减少发动机暖机时间来改善发动机启动排放和燃料经济性。另外，该方法可以利用有限数量的硬件来实现。

当单独或结合附图参照以下具体实施方式时，本描述的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

当单独或参照附图考虑时，通过阅读实施例的示例(在本文中也被称为具体实施方式)，将会更充分地理解本文中所描述的优点，其中：

图1是发动机的示意图；

图2示出了示例车辆传动系构造；

图3示出了排气热回收系统的示意图；

图4和图5示出了用于回收并利用排气能量的方法的流程图；

图6示出了用于混合动力车辆的示例预测的发动机运转顺序；以及

图7示出了用于回收发动机废热并向车辆的发动机或车厢加热器芯供应废热的第二示例系统。

具体实施方式

本描述涉及从发动机排气回收能量并利用回收的能量来改善车辆运转。本文中所描述的系统和方法可以应用于包括发动机和马达的混合动力车辆以及非混合动力车辆(例如，可以被自动停止以及启动的发动机)。可以从图1中所描述的类型的发动机或柴油发动机回收排气能量。发动机可以是如图2所示的混合动力车辆的一部分。可以经由如图3所示的排气能量回收系统从发动机排气抽取能量。可以根据通过图4和图5所示的流程图所描述的方法使排气能量回收系统运转。发动机和排气热回收系统可以如在图6的顺序中示出的那样运转。

参照图1，内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，其中发动机10包含多个汽缸，在图1中示出了多个汽缸中的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，汽缸壁32具有设置在其中并被连接至曲轴40的活塞36。飞轮97和环形齿轮99被耦接至曲轴40。启动器96包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以啮合环形齿轮99。启动器96可以被直接安装在发动机的前面或发动机的后面。在一些示例中，启动器96可以经由带或链向曲轴40选择性地供应扭矩。在一个示例中，当不与发动机曲轴接合时，启动器96处于基本状态。燃烧室30被显示为经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53运转。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。进气凸轮51和排气凸轮53可以相对于曲轴40移动。

燃料喷射器66被示为设置为将燃料直接喷射到汽缸30内，本领域技术人员称之为直接喷射。可替代地，燃料可以被喷射至进气道，本领域技术人员称之为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨道(未示出)的燃料系统(未示出)被递送至燃料喷射器66。此外，进气歧管44被显示为与可选电子节气门62连通，电子节气门62调整节流板64的位置，以控制从进气装置42到进气歧管44的空气流。在一个示例中，高压、双级燃料系统可以用于产生更高的燃料压力。在一些示例中，节气门62和节流板64可以被设置在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。

响应于控制器12，无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用排气氧(UEGO)传感器126被显示为耦接至排气系统73中的催化转换器70上游的排气歧管48。可替代地，双态排气氧传感器可以替代UEGO传感器126。

在一个示例中，转换器70能够包括多块催化剂砖。在另一示例中，能够使用每个均具有多块砖的多个排放控制装置。在一个示例中，转换器70能够是三元型催化剂。排气系统还包括用于从排气抽取能量的排气热交换器150。排气热交换器150被示为设置在转换器70下游的发动机10的排气系统中，并且它是排气热回收系统151的一部分。可代替地，排气热交换器150可以被设置在转换器70的上游。

控制器12在图1中被示为传统的微型计算机，其包括：微处理单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存取器(KAM)110和传统的数据总线。控制器12被示出接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括：来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；耦接至加速器踏板130用于感测由足部132施加的力的位置传感器134；来自耦接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的节气门位置的测量。大气压也可以被感测(传感器未示出)，由控制器12进行处理。在本描述的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间距脉冲，根据其可以确定发动机转速(RPM)。

在一些示例中，发动机可以被耦接至如在图2中示出的混合动力车辆中的电动马达/电池系统。另外，在一些示例中，可以采用其他发动机构造，例如柴油发动机。

在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般来说，在进气冲程期间，排气门54关闭，而进气门52打开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30，并且活塞36移动至汽缸的底部，以便增加燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸的底部并在其冲程结束的位置(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内空气。活塞36在其冲程结束并最靠近汽缸盖的点(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料通过已知的点火手段(如火花塞92)点火，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回至BDC。曲轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开，以便将燃烧的空气-燃料混合物释放至排气歧管48，并且活塞返回至TDC。注意，上述内容仅作为示例示出，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以提供正或负气门重叠、进气门延迟关闭或各种其他示例。

图2是车辆传动系200和车辆290的方框图。传动系200可以由发动机10提供动力。可以通过在图1中示出的发动机启动系统或经由传动系集成启动器/发电机(DISG)240启动发动机10。另外，发动机10可以经由扭矩致动器204(诸如，燃料喷射器、节气门、凸轮轴、气门升程等)产生或调整扭矩。

发动机输出扭矩可以被传输至双质量飞轮232的输入侧。发动机转速以及双质量飞轮的输入侧位置与速度可以经由发动机位置传感器118确定。双质量飞轮232可以包括弹簧和用于抑制传动系扭矩扰动的分开的质量体(未示出)。双质量飞轮232的输出侧被显示为机械地耦接至分离式离合器236的输入侧。分离式离合器236可以电或液压致动的。位置传感器234可以被设置在双质量飞轮232的分离式离合器侧，以感测双质量飞轮232的输入位置与速度。分离式离合器236的下游侧被显示为机械地耦接至DISG输入轴237。

DISG240可以被运转为向传动系200提供扭矩，或将传动系扭矩转换为电能存储在电能存储装置275中。DISG240具有比图1中所示的启动器96更高的输出扭矩容量。另外，DISG240直接驱动传动系200或直接被传动系200驱动。电能存储装置275可以是电池、电容器或电感器。DISG240的下游侧经由轴241机械地耦接至液力变矩器206的叶轮285。DISG240的上游侧被机械地耦接至分离式离合器236。液力变矩器206包括涡轮286，以便将扭矩输出至输入轴270。输入轴270将液力变矩器206机械地耦接至自动变速器208。液力变矩器206还包括液力变矩器的旁通锁止离合器212(TCC)。当TCC被锁定时，扭矩从叶轮285直接传输至涡轮286。经由控制器12调整控制阀的位置而使TCC液压地运转。在一个示例中，液力变矩器可以称为变速器的部件。液力变矩器的涡轮速度与位置可以经由位置传感器239确定。在一些示例中，238和/或239可以是扭矩传感器，或可以是位置与扭矩传感器的组合。

当液力变矩器的锁止离合器212完全分离时，液力变矩器206经由液力变矩器涡轮286与液力变矩器叶轮285之间的流体传输(例如，液压扭矩路径)将发动机扭矩传输至自动变速器208，由此实现扭矩增加。相比之下，当液力变矩器的锁止离合器212完全接合时，发动机输出扭矩经由液力变矩器的离合器直接传输至变速器208的输入轴(未示出)(例如，摩擦扭矩路径)。可替代地，液力变矩器的锁止离合器212可以部分接合，由此使直接传递至变速器的扭矩量能够被调整。控制器12可以被配置为，响应于各种发动机工况或基于驾驶员的发动机运转需求，通过调整液力变矩器的锁止离合器来调整通过液力变矩器212传输的扭矩量。

自动变速器208包括齿式离合器(例如，齿轮1-N，其中N是4-10之间的整数)211和前进离合器210。齿式离合器211与前进离合器210可以选择性地接合，以推动车辆。来自自动变速器208扭矩输出进而可传递至车轮216，以便经由输出轴260推动车辆。具体地，在将输出的驱动扭矩传输至车轮216之前，响应于车辆行进条件，自动变速器208可以在输入轴270处传输输入的驱动扭矩。

另外，可以通过接合车轮制动器218将摩擦力施加于车轮216。在一个示例中，可以响应于驾驶员将其足部压在制动踏板(未示出)上而接合车轮制动器218。在其他示例中，控制器12或链接至控制器12的控制器可以控制车轮制动器的接合。以相同的方式，响应于驾驶员从制动踏板释放其足部，通过使车轮制动器218分离，可以减小车轮216的摩擦力。另外，车轮制动器可以经由作为自动发动机停止程序的部分的控制器12将摩擦力施加于车轮216。

机械泵214可以向自动变速器208供应加压的传输流体，从而为接合各种离合器(诸如，前进离合器210、齿式离合器211、发动机分离式离合器236和/或液力变矩器的锁止离合器212)提供液压压力。例如，机械泵214可以根据液力变矩器206运转，并且可以通过发动机或DISG的旋转经由输入轴241被驱动。因此，机械泵214中产生的液压压力可以随着发动机转速和/或DISG速度增加而增加，并且可以随着发动机转速和/或DISG速度降低而降低。

还可以提供电动泵215，以便例如当DISG以小于300RPM的速度旋转时增加变速器管路压力。响应于DISG速度，可以经由控制器12使电动泵215选择性地运转。因此，当DISG速度大于阈值速度而电动泵215没有被激活时，机械泵214可以供应变速器管路压力。然而，当DISG速度小于阈值速度时，可以激活电动泵215，以供应变速器管路压力。

控制器12可以被配置为接收来自如在图1中更详细地示出的发动机10的输入，并且相应地控制发动机的扭矩输出、和/或液力变矩器、变速器、DISG、离合器和/或制动器的运转。作为一个示例，可以通过调整火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合，通过控制节气门打开和/或气门正时、气门升程和涡轮或机械增加的发动机的升压，控制发动机扭矩输出。在柴油发动机的情况下，控制器12可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合而控制发动机扭矩输出。在所有情况下，可以在逐个汽缸(cylinder-by-cylinder)基础上执行发动机控制，以控制发动机扭矩输出。控制器12也可以通过调整流至以及来自场和/或电枢绕组的电流控制扭矩输出和从DISG产生的电能，这在本领域中是已知的。

当发动机停止条件满足时，控制器12可以通过切断到发动机的燃料和火花而开始发动机关闭。然而，在一些示例中，发动机可以继续旋转。另外，为了维持变速器中的扭矩量，控制器12可以使变速器208的旋转元件相对于变速器的壳体259停转(ground)，并且由此相对于车辆的框架停转。具体地，控制器12可以接合一个或更多个变速器离合器(诸如前进离合器210)，并且将接合的变速器离合器(一个或多个)锁定至变速器壳体259和车辆。可以改变(例如，增加)变速器离合器压力，以调整变速器离合器的接合状态，并且提供期望量的变速器转矩。当重启动条件满足和/或车辆操作者想要发动车辆时，控制器12可以通过恢复汽缸燃烧来重新激活发动机。

还可以在发动机关闭期间基于变速器离合器压力调整车轮制动器压力，以辅助束紧变速器，同时减少通过车轮输送的扭矩。具体地，通过作用于车轮制动器218同时锁定一个或更多个接合的变速器离合器，反作用力可以应用于变速器，并且因此应用于传动系，由此将变速器齿轮维持在主动接合，并且维持变速器齿轮系中的转矩势能，而不会使车轮移动。在一个示例中，可以调整车轮制动器压力，以便在发动机关闭期间使车轮制动器的应用与接合的变速器离合器的锁定相协调。因此，通过调整车轮制动器压力和离合器压力，可以调整当发动机关闭时保持在变速器中的转矩量。

现在参照图3，示出了排气热回收系统151的详细示意图。排气热回收系统151被包括在图1和图2的系统中。排气热回收系统151可以经由图4和图5的方法控制。工作流体流的方向由箭头指出。电气控制线路被示为虚线，而流体管路被示为实线。

在第一模式下，排气热交换器150将热能从发动机排气转移到流过排气热交换器150的工作流体。工作流体可以由乙二醇/水混合物、碳氢化合物或其他传热介质组成。工作流体进入排气热交换器150，在排气热交换器150中可以经由排气增加其温度。发动机排气在排气入口330处进入排气热交换器150，并且在排气出口324处离开。工作流体或传热介质(例如，液体)在传热介质入口323处进入排气热交换器150，并且在传热介质出口327处离开排气热交换器150。

工作流体离开排气热交换器，并进入热能存储装置306，在热能存储装置306中，热从工作流体转移至热存储介质或装置。在一个示例中，热存储介质或装置是在更高的温度下处于液体状态的相变材料。该相变材料在更低的温度下处于固体状态。可代替地，热存储介质可以在更低以及更高的温度下保持处于单一状态。工作流体在入口328处进入热能存储装置，并且在出口329处离开。

在第二模式下，工作流体离开排气热交换器，并且通过使工作流体经过热能存储装置306来增加其温度。当工作流体的温度小于热能存储装置306的温度时，热能存储装置306释放热。以这些方式，热能存储装置306可以存储以及释放热能。

工作流体离开热能存储装置306，并进入旁通阀304。旁通阀304可以将工作流体引导至发动机冷却液热交换器310，或引导工作流体围绕发动机冷却液热交换器310并直接引导至电动致动的泵308。响应于运转车辆的工况，控制器12调整旁通阀304的运转状态。在第一模式下，其中热能存储装置306正在将来自发动机排气的热能存储在热能存储介质307中，旁通阀304引导工作流体围绕发动机冷却液热交换器，并且仅仅引导至泵308。在第二模式下，其中热能存储装置306正在从热能存储介质307释放能量，旁通阀304仅仅将工作流体引导至发动机冷却液热交换器310的入口321。工作流体在出口322处离开发动机冷却液热交换器310。在第三模式下，其中热能存储装置306正在从热能存储介质307释放能量，旁通阀304将工作流体引导为发动机冷却液热交换器310的入口321与围绕发动机冷却液热交换器310到达泵308的组合。

工作流体经由发动机冷却液热交换器或旁通阀304在入口357处进入泵308。泵308增加工作流体压力，并且引起工作流体在排气热回收系统151内流动。

发动机冷却回路367使发动机冷却液(例如，水和乙二醇)循环，以冷却发动机10并使车厢339变暖。发动机10包括机械驱动的冷却液泵(未示出)，其在发动机10旋转时运转。发动机冷却回路367可以包括可选的电动致动的发动机冷却液泵337，其经由控制器12被激活以及被停用。发动机冷却液从发动机冷却液热交换器310进入电动发动机冷却液泵337。电动发动机冷却液泵337将发动机冷却液引导至阀391。阀391可以将发动机冷却液仅引导至发动机10，仅引导至车厢加热器芯333，或引导至发动机10和车厢加热器芯333。

经过发动机10的冷却液可以经由发动机冷却液通道388被引导至散热器359和/或车厢加热器芯333。环境空气经过散热器359，以便当发动机冷却液处于比环境空气温度高的温度下冷却发动机冷却液。可以使车厢空气在车厢加热器芯333上面经过，以抽取来自发动机10或来自热能存储装置306的已经经由发动机冷却液热交换器310转移至发动机冷却回路367的热能。车厢气候控制系统361可以经由温度传感器319感测车厢温度，并且响应于期望的车厢温度和通过温度传感器319确定的实际的车厢温度而要求热被输送至车辆车厢。当发动机10停止时，通过经由旁通阀391将发动机冷却液从泵337引导至加热器芯333，将热输送至车厢339。当发动机10凉时，通过经由旁通阀391将来自泵337的输出引导至加热器芯333，经由加热器芯333和泵337可以将热输送至车厢339。在一些示例中，当发动机10运转时，泵337可以被停用。

因此，图1-3的系统提供了一种发动机系统，其包含：发动机，其包括沿着排气系统设置的排气热交换器；热能存储装置，其与排气热交换器流体连通；以及发动机冷却液热交换器，其与热能存储装置热连通。该发动机系统包括，热能存储装置包括在液体与固相之间改变的相变介质。该发动机系统还包含第一电动驱动的泵，其与排气热交换器和发动机冷却液热交换器流体连通。

在一些示例中，该发动机系统还包含旁通阀，旁通阀引导来自热能存储装置的工作流体通过发动机冷却液热交换器或围绕发动机冷却液热交换器。该发动机系统还包含控制器，控制器包括存储在存储器中的非临时性指令，以便响应于加热乘客车厢的请求而调整旁通阀的状态。该发动机系统还包含第二电动驱动的泵，第二电动驱动的泵被设置在包括发动机、加热器芯和散热器的发动机冷却回路内。该发动机系统还包含与发动机和加热器芯直接流体连通的阀。

现在参照图4和图5，示出了用于回收并利用车辆中的排气能量的方法的流程图。图4和图5的方法可以作为可执行指令存储在图1-3所示的系统的非临时性存储器中。另外，图4和图5的方法可以提供图6所示的预测的运转顺序。

在402处，方法400确定热能存储介质的温度。在一个示例中，热能存储介质是在更高的发动机温度处于液相的相变材料。在更低的温度下，相变材料处于固相。可以经由热敏电阻、热电偶或其他温度感测装置确定相变材料的温度。在其他示例中，热存储介质可以在更高与更低的温度下保持处在单一状态。在热存储介质温度被确定之后，方法400进入到404。

在404处，方法400判断热存储介质的温度是否比环境温度大(G.T.)阈值量(例如，5摄氏度)。如果方法400判断热存储介质处于比环境温度加阈值量更大的温度，回答是是，并且方法400进入到420。否则，回答是否，并且方法400进入到406。

在406处，方法400判断发动机是否是暖的以及是否正在运转。当发动机正在旋转并且正在燃烧空气与燃料的混合物时，可以确定发动机正在运转。当发动机温度大于阈值温度(例如，88摄氏度)时，可以确定发动机是暖的。如果方法400判断发动机正在运转并且是暖的，回答是是，并且方法400进入到408。否则，回答是否，并且方法400进入到退出。因此，如果热能存储介质的温度低并且发动机不是暖的且没有正在运转，热能存储介质不向发动机或车厢加热器提供热能。

在408处，方法400向热能存储介质提供来自发动机排气的热能。在一个示例中，旁通阀304被设置为引导工作流体围绕冷却液热交换器310且仅引导至泵308，以便经由排气热交换器150中的排气加热工作流体。

在410处，方法400判断热能存储介质(例如，图3的306)的温度是否大于阈值温度。阈值温度可以是已暖机的发动机温度(例如，90摄氏度)或与排气温度有关的温度。如果方法400判断热能存储介质的温度大于阈值温度，回答是是，并且方法400进入到412。如果方法400判断热能存储介质的温度小于阈值温度，回答是否，并且方法400返回到408。

在412处，方法400停止将能量从发动机排气转移到热能存储介质。在一个示例中，方法400停止泵308的旋转，以便停止工作流体的流动，由此停止将能量从发动机排气转移到热能存储介质。在其他示例中，可以关闭阀或可以采取其他动作，以停止将能量从发动机排气转移到能量存储介质。在能量转移被停止后，方法400进入到退出。

在420处，方法400判断发动机温度是否小于第一阈值温度。在一个示例中，第一阈值温度大于环境温度且小于已暖机的发动机温度。例如，第一阈值温度可以是55摄氏度。如果方法400判断发动机温度小于第一阈值温度，回答是是，并且方法400进入到422。否则，回答是否，并且方法400进入到430。

在422处，方法400判断发动机是否正在运转以及热能存储介质的温度是否大于发动机温度(例如，发动机冷却液温度或汽缸盖温度)。如果方法400判断发动机正在运转并且热能存储介质的温度大于发动机温度，回答是是，并且方法400进入到424。否则，回答是否，并且方法400进入到退出。

在424处，方法400开始将热能从热能存储介质转移到发动机。在一个示例中，通过激活泵308并调整旁通阀304的位置将热能从热能存储介质307转移到发动机使得工作流体离开热能存储装置306并进入发动机冷却液热交换器310。发动机冷却液经由排气热回收系统中的工作流体被加热，并且发动机冷却液被引导至发动机以加热发动机。以此方式，将处于比发动机温度更高的温度的来自工作流体的热能从热能存储装置转移到发动机。

通过调整阀391加热发动机使得从发动机冷却液热交换器310仅向发动机10供应发动机冷却液。发动机泵可以驱动发动机冷却液流动，或泵391也可以被激活。发动机冷却液增加发动机温度，并且发动机冷却液被再循环回到发动机冷却液热交换器310。可以绕过散热器359和加热器芯333。在热开始从热能存储介质307转移到发动机10之后，方法400进入到426。

在426处，方法400判断发动机冷却液温度是否大于热能存储介质的温度。如果方法400判断发动机冷却液温度大于热能存储介质的温度，回答是是，并且方法400进入到退出。否则，回答是否，并且方法400返回到424。此外，当热能存储介质没有正在被补给至更高的温度时，方法400可以在发动机温度大于热能存储介质的温度时停用泵337和308。

在430处，方法400判断发动机温度是否小于第二阈值温度(例如已暖机的发动机温度)。如果这样的话，回答是是，并且方法400进入到432。否则，回答是否，并且方法400进入到图5的440。

在432处，方法400判断发动机是否正在运转以及热能存储介质的温度是否大于发动机温度。如果这样的话，回答是是，并且方法400进入到424。否则，回答是否，并且方法400进入到图5的448。

在440处，方法400判断发动机是否正在运转以及热能存储介质的温度是否小于(L.T.)阈值温度。阈值温度可以是发动机运转温度或热能存储介质的额定温度。如果方法400判断发动机正在运转并且热能存储介质的温度小于阈值温度，回答是是，并且方法400进入到442。否则，回答是否，并且方法400进入到448。

在448处，方法400判断发动机是否停止以及车厢加热是否被请求。可以经由气候控制系统请求车厢加热。在一个示例中，当车厢温度小于期望的温度时，请求车厢加热。如果方法400判断发动机停止并且车厢加热被请求，回答是是，并且方法400进入到450。否则，回答是否，并且方法400进入到退出。

在450处，方法400判断热能存储介质的温度是否大于发动机冷却液温度。如果这样的话，回答是是，并且方法400进入到452。否则，回答是否，并且方法400重新启动发动机以便为车厢提供热，并且退出。

在452处，方法400将热能从热能存储介质转移到发动机冷却液。通过激活泵308并调整旁通阀304的位置方法400将热能从热能存储介质转移到发动机冷却液，使得工作流体离开热能存储装置306并进入发动机冷却液热交换器310。在发动机冷却液热交换器310内经由排气热回收系统中的工作流体来加热发动机冷却液，并且将发动机冷却液从发动机冷却液热交换器310仅引导至车厢加热器芯333。以此方式，将处于比发动机冷却液温度更高的温度的来自工作流体的热能从热能存储装置转移到车厢加热器芯和车厢。

通过调整阀391加热车厢加热器芯333使得从发动机冷却液热交换器310仅向加热器芯333供应发动机冷却液。泵391被激活，以便将暖的发动机冷却液移动至加热器芯333。发动机冷却液温度在经过热器芯333之后降低，并且发动机冷却液被再循环回到发动机冷却液热交换器310。在热开始从热能存储介质307转移到加热器芯333之后，方法400进入到454。

在454处，方法400使发动机冷却液循环通过车厢加热器芯。在一个示例中，电动泵(例如，图3的391)被激活，以使发动机冷却液循环通过加热器芯，以便热可以被连续地输送至乘客车厢。在发动机冷却液开始循环之后，方法400进入到退出。

在442处，方法400向热能存储介质提供来自发动机排气的热能。在一个示例中，旁通阀304被设置为引导来自阀304的工作流体围绕冷却液热交换器310且仅引导至泵308，以便经由排气热交换器150中的排气加热工作流体。工作流体被送回到热能存储装置306和热能存储介质307。在能量开始从发动机排气转移到热能存储介质307之后，方法400进入到444。

在444处，方法400判断图3的热能存储装置306中的热能存储介质307的温度是否大于阈值温度。阈值温度可以是已暖机的发动机温度(例如，90摄氏度)或与排气温度有关的温度。如果方法400判断热能存储介质307的温度大于阈值温度，回答是是，并且方法400进入到446。如果方法400判断热能存储介质的温度小于阈值温度，回答是否，并且方法400返回到442。

在446处，方法400停止将能量从发动机排气转移到热能存储介质307。在一个示例中，方法400停止泵308的旋转，以便停止工作流体的流动，由此停止将能量从发动机排气转移到热能存储介质307。在其他示例中，可以关闭阀或可以采取其他动作，以停止将能量从发动机排气转移到能量存储介质。在能量转移被停止之后，方法400进入到退出。

因此，图4和图5的方法提供了一种用于使发动机运转的方法，其包含：使发动机运转；经由发动机排气热交换器将发动机排气热能从发动机转移到热能存储装置；以及当发动机已经停止旋转时，将热能从热能存储装置转移到乘客车厢加热器芯。该方法包括，当与热能存储装置流体连通的旁通阀处于第一位置时，热从发动机排气热交换器转移到热能存储装置。该方法包括，当旁通阀处于第二位置时，从热能存储装置转移热。

在一个示例中，该方法还包含，响应于对车厢加热的请求，激活与乘客车厢加热器芯流体连通的电动运转的泵。该方法还包含，响应于发动机的温度，调整排气热回收系统中的旁通阀的位置。该方法还包含，当发动机温度小于热能存储装置的温度时，将热能从热能存储装置转移到发动机。该方法包括，经由发动机冷却液热交换器从热能存储装置转移热能。

在另一示例中，图4和图5的方法提供了一种用于使发动机运转的方法，其包含：使发动机运转；将来自发动机的排气中的能量存储到相变材料；以及将存储在相变材料中的能量释放到发动机冷却液热交换器，发动机冷却液热交换器与发动机和乘客车厢加热器芯流体连通。该方法包括，当发动机冷却液温度小于阈值温度时并且响应于乘客车厢加热请求，释放存储在相变材料中的能量发生。该方法还包含，将旁通阀的位置调整至第一位置，以便将排气中的能量存储到相变材料。该方法还包含，将旁通阀的位置调整至第二位置，以释放存储在相变材料中的能量。该方法包括，当发动机停止时，释放存储在相变材料中的能量发生。该方法还包含，当释放存储在相变材料中的能量时，激活电动致动的泵以使发动机冷却液循环通过乘客车厢加热器芯。

现在参照图6，示出了用于混合动力车辆的示例预测的发动机运转顺序。可以经由图4和图5的方法在图1-3的系统中运转来提供图6的顺序。竖直线T0-T5表示顺序中的感兴趣的时间。每条曲线与其他曲线同时发生。

自图6顶部的第一曲线是发动机冷却液温度随时间变化的曲线。X轴线表示时间，并且时间从图6的左侧向图6的右侧增加。Y轴线表示发动机冷却液温度，并且发动机冷却液温度沿Y轴线箭头的方向增加。水平线604表示第一发动机阈值温度。水平线602表示第二发动机阈值温度。轨迹610是具有排气热回收系统的发动机冷却液温度的示例。轨迹612是不具有排气热回收系统发动机冷却液温度的示例。

自图6顶部的第二曲线是旁通阀状态(例如，阀304运转状态)随时间变化的曲线。X轴线表示时间，并且时间从图6的左侧向图6的右侧增加。Y轴线表示旁通阀状态。当轨迹处于较低水平(例如，经过，第二模式)时，旁通阀将来自热能存储装置306的工作流体路由至发动机冷却液热交换器310。当轨迹处于较高水平(例如，旁通运转，第一模式)时，旁通阀将来自热能存储装置306的工作流体仅路由至泵308的入口357。

自图6顶部的第三曲线是热能存储介质温度随时间变化的曲线。X轴线表示时间，并且时间从图6的左侧向图6的右侧增加。Y轴线表示热能存储介质温度，并且热能存储介质温度沿Y轴线箭头的方向增加。

自图6顶部的第四曲线是发动机运转状态随时间变化的曲线。X轴线表示时间，并且时间从图6的左侧向图6的右侧增加。Y轴线表示发动机运转状态。当发动机运转状态轨迹处于较高水平时，发动机正在运转。当发动机运转状态轨迹处于较低水平时，发动机停止旋转。

自图6顶部的第五曲线是电机(例如，DISG)状态随时间变化的曲线。X轴线表示时间，并且时间从图6的左侧向图6的右侧增加。Y轴线表示电机状态。沿着Y轴线数字地指示三种电机状态。在由数字3所指示的第三运转状态时，电机或DISG240正作为马达(例如，为传动系提供正扭矩)运转。在由数字2所指示的第二运转状态时，电机正在关闭状态下运转。在由数字1所指示的第一运转状态时，电机正在发电机(例如，将机械能转换为电能并为传动系提供负扭矩)状态下运转。

自图6顶部的第六曲线是乘客车厢加热请求随时间变化的曲线。加热请求可以由气候控制系统或驾驶员作出。当轨迹处于较低水平时，加热请求不存在。当轨迹处于较高水平时，加热请求存在。可以作出加热请求以增加车厢温度。

在时间T0处，发动机冷却液温度处于低水平，旁通阀被预先设置为较低水平(例如，第二运转模式)，并且发动机关闭(如通过处于较低水平的发动机状态轨迹所表明的)。热能存储装置的温度处于较高水平，并且电机关闭。车厢加热请求处于指示车厢加热没有被请求的较低水平。时间T0处的状况可以指示发动机冷启动状况。因此，车辆可以被停止，并且发动机温度可以低于正常运转温度。

在时间T1处，发动机状态转变为指示发动机启动的较高水平。可以响应于驾驶员或控制器发动机启动请求而启动发动机。可以经由钥匙开关或按钮作出驾驶员发动机启动请求。响应于发动机启动请求(未示出)，电机状态从关闭状态转变为马达状态。电机可以使发动机旋转，以便在时间T1处进行启动。旁通阀(例如，304)状态保持在指示如果当排气热回收系统泵(例如，308)被激活时工作流体可以从热能存储装置(例如，306)经过发动机冷却液热交换器(例如，310)的较低水平。在这个示例中，响应于热能存储装置的温度大于发动机冷却液温度，排气热回收泵在发动机启动时被激活。通过激活泵并且如所描述的那样设置旁通阀，热可以经由发动机冷却液热交换器从热能存储装置转移到发动机冷却液和汽缸体。驾驶员请求车厢加热，如通过车厢加热请求状态处于较高水平所指示的。以此方式，排气能量可以被引导至发动机冷却液，以便使发动机更快地变暖。发动机冷却液温度小于第一阈值604，但它开始增加。

在时间T2处，电机关闭(如通过电机状态轨迹所指示的)。发动机冷却液温度正在增加，但它还没有到达第一阈值温度604。具有排气热回收系统610的发动机冷却液温度以比不具有排气热回收系统612的发动机冷却液温度更快的速率增加。旁通阀保持在热能经由发动机冷却液热交换器310从热能存储装置306转移到发动机10的状态。当热能从热能存储装置转移到发动机时，热能存储装置温度(例如，热能存储装置中的介质的温度)正在降低。发动机继续运转并燃烧空气-燃料混合物，并且驾驶员继续请求车厢加热。

在时间T3处，响应于发动机冷却液温度，旁通阀状态改变。具体地，旁通阀改变状态以允许发动机排气补给或增加热能存储系统介质的温度。发动机冷却液温度超过指示发动机处于已暖机的运转温度的阈值温度602。由于热能存储装置介质的温度处于较低水平，响应于热能存储装置的温度小于阈值温度(例如，低于排气温度或发动机冷却液温度)，热能存储装置介质的温度被补给。发动机保持运转，并且电机保持在关闭状态。在旁通阀改变状态之后，热能存储装置介质温度开始增加。驾驶员继续请求车厢加热。

在时间T4处，发动机停止，并且响应于低的驾驶员要求的扭矩(未示出)电机被激活。当发动机停止时来自排气的能量减少，但可以在发动机停止之后在短时间内抽取一些能量，因此旁通阀状态保持较高水平。热能存储装置介质处于较高水平温度。车厢加热请求保持被要求。

在时间T5处，响应于发动机冷却液温度和车厢加热请求，旁通阀改变状态，以便来自热能存储装置的能量可以被转移到车厢加热器(例如，图3的333)。通过改变旁通阀的状态，响应于车厢加热请求即使发动机停止，也可以经由车厢加热器向车厢提供热。相比于不具有排气热回收系统612的示例的发动机冷却液温度，包括排气热回收系统610的示例的发动机冷却液温度在更长的时间段内保持在较高水平。通过增加发动机冷却液温度处于较高水平的时间量，发动机可以在更长的时间段内保持停止，因为即使发动机停止也可以提供车厢加热需要。

因此，可以抽取并向排气热回收系统提供热能，以便可以改善发动机启动以及发动机停止时间。可以调整旁通阀的位置，以便控制是从热能存储装置抽取能量还是向热能存储装置供应能量。

现在参照图7，示出了用于回收并利用发动机废热的可替代系统。图4和图5的方法可以应用于图7的系统。然而，当图4和图5的方法应用于图7的系统时，发动机废热经由发动机冷却液被引导至热能存储装置和热能存储介质307，不需要排气热交换器。此外，在不脱离本公开的范围和意图的情况下，阀和泵可以与图7所示的不同地布置。图7所示的系统可以是图1所示的排气热回收系统151的更低成本的替代选择，或它可以配合排气热回收系统151使用。电气控制线路被示为虚线，而流体管路被示为实线。

发动机废热回收系统700包括发动机10和发动机冷却液通道388。发动机冷却液可以行进至发动机散热器359和/或可以位于车厢339中的车厢加热器芯333。车厢温度传感器319被气候控制系统361用来确定车厢温度。发动机冷却液还可以经过热能存储装置306，以便转移或接收来自热能存储介质307的热能。发动机冷却液在入口328处进入热能存储装置306，并且在出口329处离开。电动控制的发动机冷却液泵337可以被选择性地激活以及停用，以便将来自发动机10的热能存储或回收到热能存储介质307。在一个示例中，当发动机10凉而能量存储介质307暖时，发动机冷却液泵可以被激活以加热发动机10。另一方面，如果发动机10已经自动停止并且车厢加热被请求，发动机冷却液泵337可以被激活，以便将热能从能量存储介质307转移到发动机加热器芯333。响应于发动机10到达暖机状态，还可以激活发动机冷却液泵337，以便能量存储介质307可以被补给至更高的温度。以此方式，能量存储介质307可以向发动机10和加热器芯333提供热能。另外，能量存储介质307可以从发动机10吸取热能。

如本领域普通技术人员将认识到，图4和图5中所描述的方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种步骤或功能可以以所示顺序执行、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现本文中所描述的目的、特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图示和说明而提供了所述处理顺序。尽管没有明确地示出，但本领域普通技术人员将意识到，一个或更多个所示的步骤或功能可以根据所用的特定策略而重复地执行。另外，在本文中所描述的动作、操作、方法和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。

在此结束本说明。本领域技术人员阅读本说明书将会想到不违背本描述的精神和范围的许多变化和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或可替代的燃料配置运行的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以利用本说明书以受益。

Claims (10)

1.一种发动机系统，其包含：

发动机，其包括沿着排气系统设置的排气热交换器；

热能存储装置，其与所述排气热交换器流体连通；和

发动机冷却液热交换器，其与所述热能存储装置热连通。

2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述热能存储装置包括在液相与固相之间改变的相变介质。

3.根据权利要求2所述的发动机系统，其还包含第一电动驱动的泵，其与所述排气热交换器和所述发动机冷却液热交换器流体连通。

4.根据权利要求3所述的发动机系统，其还包含旁通阀，所述旁通阀引导来自所述热能存储装置的工作流体通过所述发动机冷却液热交换器或围绕所述发动机冷却液热交换器。

5.根据权利要求4所述的发动机系统，其还包含控制器，所述控制器包括存储在存储器中的非临时性指令，以响应于加热乘客车厢的请求调整所述旁通阀的状态。

6.根据权利要求5所述的发动机系统，其还包含第二电动驱动的泵，所述第二电动驱动的泵被设置在包括发动机、加热器芯和散热器的发动机冷却回路内。

7.根据权利要求6所述的发动机系统，其还包含与所述发动机和所述加热器芯直接流体连通的阀。

8.一种用于使发动机运转的方法，其包含：

使发动机运转；

经由发动机排气热交换器将发动机排气热能从所述发动机转移到热能存储装置；以及

当所述发动机已经停止旋转时，将热能从所述热能存储装置转移到乘客车厢加热器芯。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当与所述热能存储装置流体连通的旁通阀处于第一位置时，热从所述发动机排气热交换器转移到所述热能存储装置。

10.根据权利要求9所述的方法，其中当所述旁通阀处于第二位置时，从所述热能存储装置转移热。