CN104847525A - 基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统 - Google Patents

基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统 Download PDF

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Abstract

基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，该系统包括内燃机余热回收系统、有机工质电加热系统、控制系统。该系统四种工作模式为：启动、怠速、做功、停机。启动模式：内燃机启动，启动有机朗肯循环系统，同时旁通膨胀机，膨胀机不输出功率；怠速模式：膨胀机被冲转或维持空转，膨胀机不输出功率；做功模式：膨胀机输出功率；停机模式：内燃机停机，有机朗肯循环系统停机。本发明通过合理设置车用有机朗肯循环余热回收系统的工作模式及控制方式，可使其在四种工作模式之间切换，这样可以更加有效地适应车用内燃机的变工况运行，以实现对车用内燃机排气余热能的高效转化再利用。

Description

基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统
技术领域
本发明属于内燃机节能减排领域，涉及一种车用有机朗肯循环余热回收系统工作模式设计方法。
背景技术
从内燃机的能量平衡来看，燃料燃烧总能量中只有30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)用于动力输出，而大约35％的能量通过汽车尾气排放到大气中。因此，将内燃机的排气余热能高效转化再利用是提高内燃机总能效率、降低燃油消耗量、减少污染物排放的有效途径。相比于混合动力、汽车轻量化、减少空气阻力和附件耗能等技术，内燃机排气余热回收利用技术具有巨大的节能减排潜力。
目前，内燃机余热能利用技术主要集中在增压、余热制冷、余热取暖、余热发电和改良燃料燃烧性能等几个方面，而有机朗肯循环系统凭借其优越的性能受到了广泛的关注，并被应用于众多领域。然而，车用内燃机通常在变工况下运行，其排气余热能也在随之不断变化。因此，在确保有机朗肯循环系统安全、稳定运行的前提下，要实现对车用内燃机排气余热能的高效转化再利用，就必须设计合理的有机朗肯循环工作模式。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种能够根据内燃机的运行工况自动切换工作模式的有机朗肯循环余热回收系统，该系统主要由内燃机排气余热回收系统、有机工质电加热系统和控制系统组成。本发明将车用有机朗肯循环余热回收系统划分为四种工作模式：启动、怠速、做功、停机。启动模式：内燃机启动后，启动有机朗肯循环系统，同时旁通膨胀机，膨胀机不输出功率；怠速模式：膨胀机被冲转或维持空转，膨胀机不输出功率；做功模式：膨胀机输出功率；停机模式：内燃机停机，同时有机朗肯循环系统停机。以上四种工作模式之间的切换主要通过控制系统调节不同的阀门来实现。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术解决方案：
本发明所提出的车用有机朗肯循环余热回收系统，主要由内燃机排气余热回收系统、有机工质电加热系统和控制系统组成。
上述内燃机排气余热回收系统，包括内燃机、排气通路、蒸发器、膨胀机、硅整流交流发电机、蓄电池、冷凝器、储液罐、工质过滤器、工质泵以及工质管路。内燃机加装有机朗肯循环系统后，为了避免由于故障(如蒸发器故障)导致排气背压过高，而影响内燃机自身的运行性能，本发明将排气通路设计为两个支路，一条支路直接与大气相连；另一条支路与蒸发器相连，排气在蒸发器内与工质进行换热，将热量传递给工质后进入大气中。另外，有机工质在蒸发器中与内燃机排气进行换热，形成高温高压蒸汽；膨胀后的工质乏气在冷凝器中与冷却水换热，冷凝为液态工质流回储液罐。
上述有机工质电加热系统，包括电加热器、蓄电池、冷凝器、储液罐、工质过滤器、工质泵以及工质管路。其中低温有机工质通过管道在压力作用下进入电加热器，沿着电加热容器内部特定换热流道，吸收电热元件工作中所产生的热量，从而使有机工质形成一定温度和压力的蒸汽，以维持膨胀机怠速运转；膨胀后的有机工质乏气在冷凝器中与冷却水换热，冷凝为液态工质后流回储液罐。此外，在储液罐前的工质泵处另设有旁通回路，确保在紧急情况下能够旁通工质泵，从而保护整个系统不被损坏。
上述的控制系统主要包括内燃机转速传感器、内燃机排气温度传感器、内燃机排气压差传感器、电加热器出口工质温度传感器、电加热器出口工质压力传感器、电加热器出口工质质量流量传感器、工质泵出口工质压力传感器、膨胀机转速传感器、冷凝器进口冷却水温度传感器、冷凝器出口冷却水温度传感器、冷凝器出口冷却水质量流量传感器、冷凝器出口工质温度传感器、冷凝器出口工质压力传感器、电磁离合器、电动阀、电磁阀、电磁三通阀、控制模块以及相应的连接线路等。其中控制模块采集系统中转速传感器、温度传感器、压力传感器、工质质量传感器的信号，经过分析处理后作出判断，并发出指令，控制电磁阀的动作，从而实现车用有机朗肯循环余热回收系统在四种工作模式之间的切换。
与现有的技术方案相比，本发明具有如下优点：
1.通过合理设置车用有机朗肯循环余热回收系统的工作模式及控制方式，可使其在四种工作模式(启动、怠速、做功和停机)之间切换，这样可以更加有效地适应车用内燃机的变工况运行，以实现对车用内燃机排气余热能的高效转化再利用。
2.当车用内燃机排气能量较小且波动较大时，可采用电加热器对有机工质加热以维持膨胀机的怠速运转(怠速模式)，这样可以避免当内燃机在不同工况下运行时，有机朗肯循环系统在四种工作模式之间频繁切换，造成余热回收效率过低、系统中各运行部件受到损害等不良影响。
3.控制系统可依据电加热器出口工质的温度、压力及工质质量流量传感器信号自动调节电加热器输出功率，使电加热器出口的工质温度保持稳定。
4.控制系统可依据冷凝器进出口冷却水的温度及质量流量传感器信号自动调节冷凝器的冷凝强度，以保证膨胀后的有机工质乏气在冷凝器中与冷却水换热后变为饱和液态。
附图说明
图1是车用有机朗肯循环余热回收系统的示意图；
图2是车用有机朗肯循环余热回收系统启动工作模式示意图；
图3是车用有机朗肯循环余热回收系统怠速工作模式示意图；
图4是车用有机朗肯循环余热回收系统做功工作模式示意图。
图中：1、内燃机转速传感器；2、控制模块；3、电磁阀a；4、电磁阀b；8、电磁阀c；19、电磁阀d；5、内燃机排气温度传感器；6、蒸发器；7、内燃机排气压差传感器；9、膨胀机；10、硅整流交流发电机；11、电磁三通阀a；16、电磁三通阀b；12、电加热器出口工质质量流量传感器；13、电加热器出口工质温度传感器；14、电加热器出口工质压力传感器；15、电加热器；17、开关继电器；18、蓄电池；20、膨胀阀；21、储液罐；22、冷凝器；23、工质泵；24、电磁离合器；25、工质过滤器；26、电动阀a；31、电动阀b；27、工质泵出口工质压力传感器；28、曲轴；29、内燃机；30、膨胀机转速传感器；32、冷凝器进口冷却水温度传感器；33、冷凝器出口冷却水温度传感器；34、冷凝器出口冷却水质量流量传感器；35、冷凝器出口工质温度传感器；36、冷凝器出口工质压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是车用有机朗肯循环余热回收系统示意图，其连接关系如图1所示，基于工况自动切换工作模式的有机朗肯循环余热回收系统，该系统包括内燃机排气余热回收系统、有机工质电加热系统和控制系统。上述的内燃机排气余热回收系统包括内燃机(29)、排气通路、蒸发器(6)、膨胀机(9)、硅整流交流发电机(10)、蓄电池(18)、冷凝器(22)、储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)以及工质管路；上述有机工质电加热系统，包括电加热器(15)、蓄电池(18)、膨胀机(9)、冷凝器(22)、储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)以及工质管路；上述控制系统包括内燃机排气温度传感器(5)、蒸发器出口排气压力传感器(7)、电加热器出口工质温度传感器(13)、电加热器出口工质压力传感器(14)、电加热器出口工质质量流量传感器(12)、膨胀机转速传感器(30)、工质泵出口工质压力传感器(27)、冷凝器进口冷却水温度传感器(32)、冷凝器出口冷却水温度传感器(33)、冷凝器出口冷却水质量流量传感器(34)、冷凝器出口工质温度传感器(35)、冷凝器出口工质压力传感器(36)、电磁离合器(24)、电磁阀a(3)、电磁阀b(4)、电磁阀c(8)、电磁阀d(19)、电动阀a(26)、电动阀b(31)、电磁三通阀a(11)、电磁三通阀b(16)、开关继电器(17)、控制模块(2)以及相应的连接线路。
上述车用有机朗肯循环余热回收系统内各部件的连接关系是：
内燃机排气余热回收系统各部件的连接关系是：内燃机(29)排气经排气通路进入蒸发器(6)，蒸发器(6)、膨胀机(9)、冷凝器(22)、储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)首尾相连，曲轴(28)通过电磁离合器(24)与工质泵(23)相连，膨胀机(9)、硅整流交流发电机(10)和蓄电池(18)依次相连；膨胀阀(20)一端与储液罐(21)连接，另一端与工质泵(23)连接，该闭合回路为内燃机排气余热回收系统的泄压溢流回路。
有机工质电加热系统各部件的连接关系是：储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)、电加热器(15)、膨胀机(9)、冷凝器(22)首尾相连，蓄电池(18)与电加热器(15)相连。
控制系统各部件的连接关系是：内燃机转速传感器(1)一端与内燃机(29)转轴连接，另一端与控制模块(2)相连；内燃机排气温度传感器(5)一端设置在内燃机(29)与蒸发器(6)连接的排气通路上，另一端与控制模块(2)相连；内燃机排气压差传感器(7)一端设置在蒸发器(6)两通路上，另一端与控制模块(2)相连；电加热器出口工质质量流量传感器(12)、电加热器出口工质温度传感器(13)、电加热器出口工质压力传感器(14)并列布置在电加热器(15)与膨胀机(9)连接的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
工质泵出口工质压力传感器(27)设置在工质泵(23)与电加热器(15)连接的支路上，另一端与控制模块(2)相连；
膨胀机转速传感器(30)一端设置在膨胀机(9)转轴处，另一端与控制模块(2)相连；
冷凝器进口冷却水温度传感器(32)一端设置在冷凝器(22)进口处，另一端与控制模块(2)相连；
冷凝器出口冷却水温度传感器(33)、冷凝器出口冷却水质量流量传感器(34)一端并列设置在冷凝器(22)出口处，另一端与控制模块(2)相连；
冷凝器出口工质温度传感器(35)、冷凝器出口工质压力传感器(36)一端并列设置在冷凝器(22)工质出口处，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀a(3)一端设置在发动机排气通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀b(4)一端设置在内燃机排气温度传感器(5)与蒸发器(6)之间的排气通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀c(8)一端设置在电加热器(15)、膨胀机(9)冷凝器(22)连接通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀d(19)一端设置在工质泵(23)与膨胀阀(20)之间，另一端与控制模块(2)相连；
开关继电器(17)一端设置在电加热器(15)、蓄电池(18)之间的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电动阀a(26)一端设置在工质泵(23)与电加热器(15)之间的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电动阀b(31)一端设置在冷凝器(22)进口处与冷却水源相连，膨胀机(9)；
电磁三通阀a(11)的三个接口分别设置在电加热器(15)、蒸发器(6)、与膨胀机(9)连接的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁三通阀b(16)的三个接口分别设置在工质泵(23)与蒸发器(6)、电加热器(15)连接的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁离合器(24)设置在工质泵(23)与曲轴(28)之间，另一端与控制模块(2)相连。
以下结合附图，详细说明车用有机朗肯循环余热回收系统四种工作模式的工作原理：
图2是车用有机朗肯循环余热回收系统启动模式示意图，其控制过程如下：内燃机启动，内燃机转速传感器(1)检测到内燃机转速低于1000r/min且安装在排气通路上的内燃机排气温度传感器(5)检测到排气温度低于150℃时，控制模块(2)发出指令：断开电磁阀a(3)、开关继电器(17)、电磁阀d(19)，断开电磁三通阀a(11)中的所有通路，断开电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与电加热器(15)之间的通路；接通电磁离合器(24)、电磁阀b(4)、电磁阀c(8)和电动阀b(31)，接通电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与蒸发器(6)之间的通路。此时系统启动模式工作过程如图2所示：储液罐(21)中的工质经工质过滤器(25)过滤后进入工质泵(23)，经工质泵(23)加压后进入蒸发器(6)，由于此时排气能量较低，膨胀机被旁通，所以工质经冷凝器(22)冷凝成为饱和液体后流回储液罐(21)。其中，工质泵(23)由曲轴(28)通过电磁离合器(24)驱动其工作。
图3车用有机朗肯循环余热回收系统怠速模式示意图，其控制过程如下：当内燃机转速传感器(1)检测到内燃机转速在1000r/min-1500r/min范围内变化且安装在排气通路上的内燃机排气温度传感器(5)检测到排气温度在150℃-250℃范围内变化时，控制模块(2)发出指令：断开电磁阀a(3)、电磁阀c(8)、电磁阀d(19)；接通电磁阀b(4)、开关继电器(17)、电磁离合器(24)、电动阀a(26)和电动阀b(31)，接通电磁三通阀a(11)和电磁三通阀b(16)的全部通路。另外，设定膨胀机(9)怠速转速为900r/min，当膨胀机转速低于或高于900r/min时，控制模块(2)根据膨胀机转速传感器(30)、电加热器出口工质质量流量传感器(12)、电加热器出口工质温度传感器(13)以及电加热器出口工质压力传感器(14)的信号，一方面通过控制电动阀(26)的开度，调节流经电加热器(15)的工质流量，另一方面通过调节电加热器的加热功率共同稳定膨胀机的怠速运转。
此时系统怠速模式工作过程如图3所示：储液罐(21)中的工质经工质过滤器(25)过滤后进入工质泵(23)，经工质泵(23)加压后一部分进入蒸发器(6)吸收发动机的排气余热。但由于此时排气能量依然较低且能量波动较大，致使该部分工质能量不足以冲转膨胀机或维持其怠速运转。因此，经工质泵(23)加压后的另一部分工质流入电加热器(15)被加热成一定温度和压力的蒸汽。上述两部分工质分别被加热后共同进入膨胀机(9)以保证其怠速运转，随后工质经冷凝器(22)冷凝成为饱和液体后再流回储液罐(21)。其中，电加热器(15)所需电能由车辆自身携带的蓄电池(14)提供。
图4是车用有机朗肯循环余热回收系统做功模式示意图，其控制过程如下：当内燃机转速传感器(1)检测到内燃机转速高于1500r/min且安装在排气通路上的内燃机排气温度传感器(5)检测到排气温度高于250℃时，控制模块(2)发出指令：断开电磁阀a(3)、电磁阀c(8)、开关继电器(17)、电磁阀(19)，断开电磁三通阀a(11)中电加热器(15)与膨胀机(9)之间的通路，断开电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与电加热器(15)之间的通路；接通电磁阀b(4)、电动阀(31)和电磁离合器(24)，接通电磁三通阀a(11)中蒸发器(6)与膨胀机(9)之间的通路、接通电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与蒸发器(6)之间的通路。此时系统做功模式工作过程如图4所示：储液罐(21)中的工质经工质过滤器(25)过滤后进入工质泵(23)，经工质泵(23)加压后进入蒸发器(6)中吸收内燃机的排气余热，随后进入膨胀机(9)以推动其输出轴转动从而带动硅整流交流发电机(10)发电，并将电能储存到蓄电池(18)中，随后完成做功后的工质经冷凝器(22)冷凝成为饱和液体后流回储液罐(21)。
当车用有机朗肯循环余热回收系统在上述三种工作模式下工作时，为确保膨胀后的有机工质乏气在冷凝器中与冷却水换热后变为饱和液态，本发明采取以下措施：控制模块(2)根据冷凝器出口工质温度传感器(35)和冷凝器出口工质压力传感器(36)的信号判断有机工质是否为饱和液体，若是饱和液体，电动阀(31)保持开度不变；若不是饱和液体，控制模块(2)根据冷凝器进口冷却水温度传感器(32)、冷凝器出口冷却水温度传感器(33)以及冷凝器出口冷却水质量流量传感器(34)的信号，控制电动阀(31)的开度，以调节冷凝器的冷凝强度。
车用有机朗肯循环余热回收系统停机模式工作原理为：当内燃机停止运转时，控制模块(2)根据内燃机转速传感器(1)的信号发出指令：断开开关继电器(17)，电加热器(15)和工质泵(23)停止工作。此时，整个车用有机朗肯循环余热回收系统处于停机状态。
当车用有机朗肯循环余热回收系统出现异常而导致内燃机排气压差传感器(7)检测到ΔP≥0.01MPa时，为了避免由于排气背压过高而影响内燃机自身运行性能，控制单元(2)发出指令：接通电磁阀a(3)，断开电磁阀b(4)、开关继电器(17)、电磁离合器(24)。此时内燃机排气直接排放到大气中，而车用有机朗肯循环余热回收系统处于停机状态，以保证内燃机正常工作。
当安装在工质泵(23)出口处的压力传感器(27)检测到压力高于4MPa时，说明车用有机朗肯循环余热回收系统出现异常。控制模块(2)发出指令：接通电磁阀d(19)，断开开关继电器(17)，由工质泵(23)流出的工质会从旁路流经膨胀阀(20)泄压后重新流回储液罐(21)。

Claims (8)

1.基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：该系统包括内燃机排气余热回收系统、有机工质电加热系统和控制系统；上述的内燃机排气余热回收系统包括内燃机(29)、排气通路、蒸发器(6)、膨胀机(9)、硅整流交流发电机(10)、蓄电池(18)、冷凝器(22)、储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)以及工质管路；上述有机工质电加热系统，包括电加热器(15)、蓄电池(18)、膨胀机(9)、冷凝器(22)、储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)以及工质管路；上述控制系统包括内燃机排气温度传感器(5)、蒸发器出口排气压力传感器(7)、电加热器出口工质温度传感器(13)、电加热器出口工质压力传感器(14)、电加热器出口工质质量流量传感器(12)、膨胀机转速传感器(30)、工质泵出口工质压力传感器(27)、冷凝器进口冷却水温度传感器(32)、冷凝器出口冷却水温度传感器(33)、冷凝器出口冷却水质量流量传感器(34)、冷凝器出口工质温度传感器(35)、冷凝器出口工质压力传感器(36)、电磁离合器(24)、电磁阀a(3)、电磁阀b(4)、电磁阀c(8)、电磁阀d(19)、电动阀a(26)、电动阀b(31)、电磁三通阀a(11)、电磁三通阀b(16)、开关继电器(17)、控制模块(2)以及相应的连接线路；
上述车用有机朗肯循环余热回收系统内各部件的连接关系是：
内燃机排气余热回收系统各部件的连接关系是：内燃机(29)排气经排气通路进入蒸发器(6)，蒸发器(6)、膨胀机(9)、冷凝器(22)、储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)首尾相连，曲轴(28)通过电磁离合器(24)与工质泵(23)相连，膨胀机(9)、硅整流交流发电机(10)和蓄电池(18)依次相连；膨胀阀(20)一端与储液罐(21)连接，另一端与工质泵(23)连接，该闭合回路为内燃机排气余热回收系统的泄压溢流回路；
有机工质电加热系统各部件的连接关系是：储液罐(21)、工质过滤器(25)、工质泵(23)、电加热器(15)、膨胀机(9)、冷凝器(22)首尾相连，蓄电池(18)与电加热器(15)相连；
控制系统各部件的连接关系是：内燃机转速传感器(1)一端与内燃机(29)转轴连接，另一端与控制模块(2)相连；内燃机排气温度传感器(5)一端设置在内燃机(29)与蒸发器(6)连接的排气通路上，另一端与控制模块(2)相连；内燃机排气压差传感器(7)一端设置在蒸发器(6)两通路上，另一端与控制模块(2)相连；电加热器出口工质质量流量传感器(12)、电加热器出口工质温度传感器(13)、电加热器出口工质压力传感器(14)并列布置在电加热器(15)与膨胀机(9)连接的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
工质泵出口工质压力传感器(27)设置在工质泵(23)与电加热器(15)连接的支路上，另一端与控制模块(2)相连；
膨胀机转速传感器(30)一端设置在膨胀机(9)转轴处，另一端与控制模块(2)相连；
冷凝器进口冷却水温度传感器(32)一端设置在冷凝器(22)进口处，另一端与控制模块(2)相连；
冷凝器出口冷却水温度传感器(33)、冷凝器出口冷却水质量流量传感器(34)一端并列设置在冷凝器(22)出口处，另一端与控制模块(2)相连；
冷凝器出口工质温度传感器(35)、冷凝器出口工质压力传感器(36)一端并列设置在冷凝器(22)工质出口处，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀a(3)一端设置在发动机排气通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀b(4)一端设置在内燃机排气温度传感器(5)与蒸发器(6)之间的排气通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀c(8)一端设置在电加热器(15)、膨胀机(9)冷凝器(22)连接通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁阀d(19)一端设置在工质泵(23)与膨胀阀(20)之间，另一端与控制模块(2)相连；
开关继电器(17)一端设置在电加热器(15)、蓄电池(18)之间的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电动阀a(26)一端设置在工质泵(23)与电加热器(15)之间的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电动阀b(31)一端设置在冷凝器(22)进口处与冷却水源相连，膨胀机(9)；
电磁三通阀a(11)的三个接口分别设置在电加热器(15)、蒸发器(6)、与膨胀机(9)连接的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁三通阀b(16)的三个接口分别设置在工质泵(23)与蒸发器(6)、电加热器(15)连接的通路上，另一端与控制模块(2)相连；
电磁离合器(24)设置在工质泵(23)与曲轴(28)之间，另一端与控制模块(2)相连。
2.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：该系统包括四种工作模式：启动、怠速、做功、停机；启动模式：内燃机启动后，启动有机朗肯循环系统，同时旁通膨胀机，膨胀机不输出功率；怠速模式：膨胀机被冲转或维持空转，膨胀机不输出功率；做功模式：膨胀机输出功率；停机模式：内燃机停机，同时有机朗肯循环系统停机。
3.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：内燃机启动，内燃机转速传感器(1)检测到内燃机转速低于1000r/min且安装在排气通路上的内燃机排气温度传感器(5)检测到排气温度低于150℃时，控制模块(2)发出指令：断开电磁阀a(3)、开关继电器(17)、电磁阀(d19)，断开电磁三通阀a(11)中的所有通路，断开电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与电加热器(15)之间的通路；接通电磁离合器(24)、电磁阀b(4)、电磁阀c(8)和电动阀b(31)，接通电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与蒸发器(6)之间的通路；此时，储液罐(21)中的工质经工质过滤器(25)过滤后进入工质泵(23)，经工质泵(23)加压后进入蒸发器(6)，由于此时排气能量较低，膨胀机被旁通，所以工质经冷凝器(22)冷凝变成饱和液体后流回储液罐(21)；其中，工质泵(23)由曲轴(28)通过电磁离合器(24)驱动其工作。
4.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：当内燃机转速传感器(1)检测到内燃机转速在1000r/min-1500r/min范围内变化且安装在排气通路上的内燃机排气温度传感器(5)检测到排气温度在150℃-250℃范围内变化时，控制模块(2)发出指令：断开电磁阀a(3)、电磁阀c(8)、电磁阀d(19)；接通电磁阀b(4)、开关继电器(17)、电磁离合器(24)、电动阀a(26)和电动阀b(31)，接通电磁三通阀a(11)和电磁三通阀b(16)的全部通路；此时，储液罐(21)中的工质经工质过滤器(25)过滤后进入工质泵(23)，经工质泵(23)加压后一部分进入蒸发器(6)吸收发动机的排气余热；但由于此时排气能量依然较低且能量波动较大，致使该部分工质能量不足以冲转膨胀机或维持其怠速运转；因此，经工质泵(23)加压后的另一部分工质流入电加热器(15)被加热成一定温度和压力的蒸汽；上述两部分工质分别加热后共同进入膨胀机(9)以保证其怠速运转，随后工质经冷凝器(22)冷凝变成饱和液体后再流回储液罐(21)；其中，电加热器(15)所需电能由车辆自身携带的蓄电池(14)提供。
5.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：膨胀机(9)怠速转速为900r/min，当膨胀机转速低于或高于900r/min时，控制模块(2)根据膨胀机转速传感器(30)、电加热器出口工质质量流量传感器(12)、电加热器出口工质温度传感器(13)以及电加热器出口工质压力传感器(14)的信号，一方面通过控制电动阀a(26)的开度，调节流经电加热器(15)的工质流量，另一方面通过调节电加热器的加热功率共同维持膨胀机的怠速运转。
6.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：当内燃机转速传感器(1)检测到内燃机转速高于1500r/min且安装在排气通路上的内燃机排气温度传感器(5)检测到排气温度高于250℃时，控制模块(2)发出指令：断开电磁阀a(3)、电磁阀c(8)、开关继电器(17)、电磁阀d(19)，断开电磁三通阀a(11)中电加热(15)与膨胀机(9)之间的通路，断开电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与电加热器(15)之间的通路；接通电磁阀b(4)、电动阀b(31)和电磁离合器(24)，接通电磁三通阀a(11)中蒸发器(6)与膨胀机(9)之间的通路、接通电磁三通阀b(16)中工质泵(23)与蒸发器(6)之间的通路；此时，储液罐(21)中的工质经工质过滤器(25)过滤后进入工质泵(23)，经工质泵(23)加压后进入蒸发器(6)中吸收内燃机的排气余热，随后进入膨胀机(9)以推动其输出轴转动从而带动硅整流交流发电机(10)发电，并将电能储存到蓄电池(18)中，随后完成做功后的工质经冷凝器(22)冷凝变成饱和液体后流回储液罐(21)。
7.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：当内燃机停止运转时，控制模块(2)根据内燃机转速传感器(1)的信号发出指令：断开开关继电器(17)，电加热器(15)和工质泵(23)停止工作；此时，整个车用有机朗肯循环余热回收系统处于停机状态。
8.根据权利要求1所述的基于工况自动切换工作模式的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：当车用有机朗肯循环余热回收系统在启动、怠速和做功三种工作模式时，为确保膨胀后的有机工质乏气在冷凝器中与冷却水换热后变为饱和液态，本发明采取以下措施：控制模块(2)根据冷凝器出口工质温度传感器(35)和冷凝器出口工质压力传感器(36)的信号判断有机工质是否为饱和液体，若是饱和液体，电动阀b(31)保持开度不变；若不是饱和液体，控制模块(2)根据冷凝器进口冷却水温度传感器(32)、冷凝器出口冷却水温度传感器(33)以及冷凝器出口冷却水质量流量传感器(34)的信号，控制电动阀b(31)的开度，以调节冷凝器的冷凝强度。
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