CN105781788B - 车用内燃机余热复合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用内燃机余热复合利用系统，主要由蒸发器、超临界蓄热器、后处理器、预热器、通断阀、比例电磁阀、空间回热变膨胀比膨胀机、稳压罐、冷凝器、冷工质罐和控制单元组成，通过超临界蓄热稳定后处理温度，保证后处理效率，利用换热后温度较低的废气进行废气再循环以减少EGR中冷的能量损失，同时充分利用工质吸收发动机废气的热量，将热能转化为机械能，并且可对工质的汽化潜热进行回收，充分利用工质能量，降低工质泵的能量损失。本发明所述系统能够同时最大限度地满足发动机节能减排的需求。

Description

车用内燃机余热复合利用系统

技术领域

本发明属于车用内燃机低品质能源利用技术领域，具体涉及开发一种车用内燃机余热复合利用系统。

背景技术

全球目前约有9亿辆汽车，其中绝大多数是普通的燃油内燃机汽车，即使热效率较高的柴油内燃机汽车平均也只有40％的初级能源转换成机械动力。近60％的总能量以不同形式的热量散逸到大气中，其中尾气携带着一半以上。车用内燃机的余热、尤其是尾气余热的回收利用对于节能减排这一全球重大需求具有重要意义，被认为是提升整车热效率最为有前景手段。

有机朗肯循环以其结构简单、安全性高、转换效率高、系统零部件获取途径广泛且价格相对低廉以及在中低温度下较好的实用性等优点，成为余热回收的重要措施。但是车用内燃机工况范围很宽且常处于瞬态工况，相应的其废气热状态也具有多变性和瞬变性。而这种固有的多变性和瞬变性会导致有机朗肯循环机械能利用效率低下，并且难以保证后处理的质量。

EGR(废气再循环)在降低NOx排放方面具有显著作用，为了更好降低NOx需要降低再循环的废气温度，目前广泛应用的EGR冷却器利用冷却液进行冷却，不仅浪费了废气的能量，而且增加了散热系统的功耗与发动机的热负荷。

发明内容

本发明目的是提供一种车用内燃机余热复合利用系统，该系统以有机朗肯循环为依据，通过超临界蓄热可以稳定后处理温度，保证后处理效率，降低污染物的排放，并且对EGR的废气进行冷却，充分利用工质吸收发动机废气的热量，将热能转化为机械能，又可对工质的汽化潜热进行回收，充分利用工质能量，降低工质泵的能量损失。本发明所述系统能够同时最大限度地满足发动机节能减排的需求。

本发明由温度压力传感器I1、比例电磁阀I2、蒸发器3、温度压力传感器II4、超临界蓄热器5、温度压力传感器III6、温度压力传感器IV7、后处理器8、预热器9、温度压力传感器V10、比例电磁阀II11、温度压力传感器VI12、蓄热控制阀13、温度压力传感器VII14、温度压力传感器VIII15、超临界循环控制阀16、温度压力传感器IX17、工质进口控制阀I18、空间回热变膨胀比膨胀机19、位置传感器20、温度压力传感器X21、温度压力传感器XI22、工质进口控制阀II23、温度压力传感器XII24、工质出口控制阀25、稳压罐26、温度压力传感器XIII27、比例电磁阀III28、温度压力传感器XIV29、比例电磁阀IV30、冷凝器31、温度压力传感器XV32、冷工质罐33、温度压力传感器XVI34、EGR阀35、发动机36和控制单元37组成。

本发明中，比例电磁阀I2的入口通过温度压力传感器I1与发动机36连接；蒸发器3和超临界蓄热器5的废气入口端分别与比例电磁阀I2的出口连接；蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口端合并后一路通道通过温度压力传感器IV7与后处理器8的入口端连接；蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口端合并后另一路通道与EGR阀35的入口端连接；EGR阀35的出口端与发动机36连接；后处理器8的出口端与预热器9的废气入口端连接；预热器9的工质出口通过温度压力传感器V10与比例电磁阀II11的入口端连接；比例电磁阀II11的一个出口端与蓄热控制阀13入口端连接；蓄热控制阀13出口端通过温度压力传感器VII14与超临界蓄热器5的工质入口端连接；温度压力传感器III6安装在超临界蓄热器5上；超临界蓄热器5的工质出口端通过温度压力传感器VIII15与超临界循环控制阀16入口端连接；比例电磁阀II11的另一个出口端通过温度压力传感器VI12与超临界循环控制阀16出口端合并后与蒸发器3的工质入口端连接；温度压力传感器II4安装在蒸发器3上；蒸发器3的工质出口端通过温度压力传感器IX17与工质进口控制阀I18的入口端连接；工质进口控制阀I18的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机19连接；工质进口控制阀II23的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机19连接；工质出口控制阀25的入口端通过温度压力传感器XII24与空间回热变膨胀比膨胀机19连接；温度压力传感器X21安装在空间回热变膨胀比膨胀机19上；位置传感器20安装在空间回热变膨胀比膨胀机19上；工质出口控制阀25的出口端与稳压罐26的入口端连接；稳压罐26的出口端与比例电磁阀III28的入口端连接；比例电磁阀III28的一个出口端通过温度压力传感器XVI34与预热器9的工质入口端连接；比例电磁阀III28的另一个出口端通过温度压力传感器XIV29与比例电磁阀IV30的入口端连接；比例电磁阀IV30的一个出口端通过温度压力传感器XI22与工质进口控制阀II23的入口端连接；比例电磁阀IV30的另一个出口端与冷凝器31的入口端连接；温度压力传感器XV32安装在冷凝器31上；冷凝器31的出口端与冷工质罐33连接。

本发明的原理是：发动机排放的废气进入蒸发器中对有机朗肯循环的工质进行加热，使工质形成高温高压的过热蒸气，同时废气通过与超临界蓄热器中工质的换热使送入后处理器的废气温度波动减小并控制在催化转化的高效窗口，保证有害物的转化效率；废气与有机工质的换热过程使EGR所需废气得到冷却，并可对这部分能量进行回收，减少EGR中冷的能量损失；通过调节工质的流量改变高温高压过热蒸气的状态，使过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态，保证有机朗肯循环的高效能；高温高压的过热蒸气导入空间回热变膨胀比膨胀机推动活塞或叶片做功，对外输出功率，通过改变膨胀比来保证在不同工质及不同工质状态下有机工质均能实现充分膨胀；工质充分膨胀后，喷入冷工质使气缸内的热工质实现闪急冷凝而液化，利用空间回热的形式代替传统换热器式回热过程，使汽化潜热在最短时间内被充分利用；膨胀机的活塞或叶片继续运动，液化后的工质在加压后进入稳压罐，为空间回热或下一个工作循环做准备，省去了传统朗肯循环中工质泵这一设备；随着工作过程中能量的积累，工质携带的能量可能过高而使其气化，造成系统效率降低，此时可将工质引入冷凝器中进行冷却，确保系统的正常工作。

本发明的工作过程是：控制单元37根据温度压力传感器I1、温度压力传感器IV7调节比例电磁阀I2的开度，控制发动机36废气进入蒸发器3、超临界蓄热器5的废气量，以此调整两环节换热量使到达温度压力传感器IV7处即进入后处理器8中的废气状态能够被控制在催化转化的高效区间，保证有害物高的转化效率。

控制单元37根据发动机36的工作状态和温度压力传感器IV7测得的废气状态，通过调节EGR阀35的开度控制换热后温度较低的废气进行废气再循环的废气量，这种冷却方法代替了传统冷却液的冷却过程，减小了散热系统的功耗，并使废气的能量得到回收。

后处理后的废气全部通过预热器9对冷工质进行预热，保证废气余热的转换效率。

超临界蓄热器5中工质的理想状态处于超临界状态，此时工质密度与液体相近，能容量较大，而粘度小、扩散速度快，具有良好的流动性，且比焓高换热快，能够实现废气余热的大比例积蓄和释放。

控制单元37根据温度压力传感器VII14测得的冷工质状态、温度压力传感器VIII15测得的出口工质状态以及温度压力传感器III6测得的超临界蓄热器5中的工质状态，通过控制蓄热控制阀13、超临界循环控制阀16的开关调节冷热工质的进出，使超临界蓄热器5中的工质保持在工作所需的最佳的超临界状态。当发动机36刚刚开始运转时废气能量较低，无法达到蓄热的要求，此时调节比例电磁阀I2使废气全部通过超临界蓄热器5对工质进行加热，有机朗肯循环停止对外做功，发动机36进入后处理器8中的废气状态波动且超临界蓄热器5中的有机工质处于亚临界状态并向超临界状态变化；当温度压力传感器III6测得的超临界蓄热器5中的工质达到超临界状态而且废气温度高于后处理高效窗口温度时，通过比例电磁阀I2调节废气流量使超临界蓄热器5中的工质保持在超临界状态并利用工质的能量稳定后处理温度，而让尽量多的废气加入到蒸发器3中使工质形成过热蒸气并对外输出更多功率，实现亚临界有机朗肯循环，而当废气温度低于后处理所需温度时，调节比例电磁阀I2使更多的废气通过超临界蓄热器5加热升温，减小甚至停止膨胀机做功，当超临界蓄热器5中的工质温度降到临界温度以下时会有大量的液化潜热放出，实现工质临界温度以及后处理入口温度长效稳定控制；当超临界蓄热器5的蓄热量达到设定值且废气实时余热状态超过亚临界有机朗肯循环系统高效区域后，打开超临界循环控制阀16使超临界状态的工质进入蒸发器3中，实现超临界-亚临界复合有机朗肯循环，能够显著减小蒸发器3中由温差传热造成的火用损失，提升能量品位。

蒸发器3通过有机工质与发动机36废气的换热形成高温高压的过热蒸气，用于膨胀机对外做功，控制单元37根据温度压力传感器VI12测得的冷工质状态、温度压力传感器II4测得的蒸发器3中的工质状态以及温度压力传感器IX17测得的高温高压过热蒸气的状态，通过调节比例电磁阀II11的开度来改变通过蒸发器3中的工质流量，使过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态。

蒸发器3产生的过热蒸气导入空间回热变膨胀比膨胀机19推动活塞或叶片做功，输出功率，控制单元37根据温度压力传感器IX17测得的高温高压过热蒸气的状态与位置传感器20测得的活塞或叶片位置改变工质进口控制阀I18的开启时刻和持续时间，实现可变膨胀比，以保证不同状态下工质均能充分膨胀。

当工质充分膨胀后，控制单元37根据温度压力传感器X21测量的缸内工质状态和温度压力传感器XI22测量的冷工质状态，适时开启工质进口控制阀II23使冷工质喷入气缸，将缸内原有的热工质液化，缸内工质温度压力减小，利用空间回热的形式代替传统换热器式回热过程，使热工质的汽化潜热被快速充分地回收利用，同时提升了回热过程的速率和效率，而且降低了压缩负功，使工质易于被排出气缸。

膨胀机的活塞或叶片继续运动，控制单元37根据温度压力传感器X21测得的缸内液态工质的状态，适时开启工质出口控制阀25将液化并加压后的工质充入稳压罐26中，为空间回热或下一个工作循环做准备，省去了传统朗肯循环中工质泵这一设备。

控制单元37根据温度压力传感器XIII27测量的稳压罐26中工质状态控制比例电磁阀III28的开度，以调节进入预热器9和进行空间回热的工质量。控制单元37根据温度压力传感器XIII27和温度压力传感器XIV29测量高压液态工质的状态，如果系统中工质携带的能量过高，可能使其气化而造成系统效率降低，故此时通过调节比例电磁阀IV30的开度使适量的工质进入冷凝器31中对工质进行冷却，温度压力传感器XV32测量冷凝器31中的工质状态，跟据冷凝器31中工质达到的状态调节比例电磁阀IV30的开度使冷却后的工质在压力差的作用下经过工质进口控制阀II23参与空间回热。冷工质罐33根据压差自行补充或储存系统中的高压液态冷工质，适应系统中工质量的波动情况，保障系统的安全。

本发明的有益效果在于：通过超临界有机工质对发动机废气热量的蓄放过程稳定废气后处理温度使废气保持在后处理高效区域，利用换热后温度较低的废气进行废气再循环以减少EGR中冷的能量损失，同时废气在蒸发器中对工质加热使工质变为高温高压的过热蒸气，此高温高压过热蒸气单独或与蓄热器中超临界有机工质一同进入膨胀机用于有机朗肯循环对外做功，通过改变废气和工质进入蒸发器和蓄热器的流量改变两环节换热量使废气后处理和有机朗肯循环均达到所需的最佳工作状态。在膨胀机中通过改变膨胀比来保证在不同工质及不同工质状态下有机工质均能实现充分膨胀，最大程度地利用工质的做功能力。工质充分膨胀后向气缸喷入冷工质进行闪急冷凝，利用空间回热的形式代替传统换热器式回热过程使汽化潜热在最短时间内被充分利用，膨胀机的活塞或叶片继续运动使液化后的工质加压排出，省去了传统朗肯循环中工质泵这一设备。

附图说明

图1为车用内燃机余热复合利用系统的结构示意图。

其中：温度压力传感器I1、比例电磁阀I2、蒸发器3、温度压力传感器II4、超临界蓄热器5、温度压力传感器III6、温度压力传感器IV7、后处理器8、预热器9、温度压力传感器V10、比例电磁阀II11、温度压力传感器VI12、蓄热控制阀13、温度压力传感器VII14、温度压力传感器VIII15、超临界循环控制阀16、温度压力传感器IX17、工质进口控制阀I18、空间回热变膨胀比膨胀机19、位置传感器20、温度压力传感器X21、温度压力传感器XI22、工质进口控制阀II23、温度压力传感器XII24、工质出口控制阀25、稳压罐26、温度压力传感器XIII27、比例电磁阀III28、温度压力传感器XIV29、比例电磁阀IV30、冷凝器31、温度压力传感器XV32、冷工质罐33、温度压力传感器XVI34、EGR阀35、发动机36和控制单元37。

具体实施方案

以下结合附图1对本发明技术方案作进一步详细阐述：

本发明由由温度压力传感器I1、比例电磁阀I2、蒸发器3、温度压力传感器II4、超临界蓄热器5、温度压力传感器III6、温度压力传感器IV7、后处理器8、预热器9、温度压力传感器V10、比例电磁阀II11、温度压力传感器VI12、蓄热控制阀13、温度压力传感器VII14、温度压力传感器VIII15、超临界循环控制阀16、温度压力传感器IX17、工质进口控制阀I18、空间回热变膨胀比膨胀机19、位置传感器20、温度压力传感器X21、温度压力传感器XI22、工质进口控制阀II23、温度压力传感器XII24、工质出口控制阀25、稳压罐26、温度压力传感器XIII27、比例电磁阀III28、温度压力传感器XIV29、比例电磁阀IV30、冷凝器31、温度压力传感器XV32、冷工质罐33、温度压力传感器XVI34、EGR阀35、发动机36和控制单元37组成。

本发明提供一种车用内燃机余热复合利用系统，其中比例电磁阀I2的入口通过温度压力传感器I1与发动机36排放的废气连接；蒸发器3和超临界蓄热器5的废气入口端分别与比例电磁阀I2的出口连接；蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口端合并后一路通道通过温度压力传感器IV7与后处理器8的入口端连接；蒸发器3和超临界蓄热器5的废气出口端合并后另一路通道与EGR阀35的入口端连接；EGR阀35的出口端与发动机36连接；后处理器8的出口端与预热器9的废气入口端连接；预热器9的工质出口通过温度压力传感器V10与比例电磁阀II11的入口端连接；比例电磁阀II11的一个出口端与蓄热控制阀13入口端连接；蓄热控制阀13出口端通过温度压力传感器VII14与超临界蓄热器5的工质入口端连接；温度压力传感器III6安装在超临界蓄热器5上；超临界蓄热器5的工质出口端通过温度压力传感器VIII15与超临界循环控制阀16入口端连接；比例电磁阀II11的另一个出口端通过温度压力传感器VI12与超临界循环控制阀16出口端合并后与蒸发器3的工质入口端连接；温度压力传感器II4安装在蒸发器3上；蒸发器3的工质出口端通过温度压力传感器IX17与工质进口控制阀I18的入口端连接；工质进口控制阀I18的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机19连接；工质进口控制阀II23的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机19连接；工质出口控制阀25的入口端通过温度压力传感器XII24与空间回热变膨胀比膨胀机19连接；温度压力传感器X21安装在空间回热变膨胀比膨胀机19上；位置传感器20安装在空间回热变膨胀比膨胀机19上；工质出口控制阀25的出口端与稳压罐26的入口端连接；稳压罐26的出口端与比例电磁阀III28的入口端连接；比例电磁阀III28的一个出口端通过温度压力传感器XVI34与预热器9的工质入口端连接；比例电磁阀III28的另一个出口端通过温度压力传感器XIV29与比例电磁阀IV30的入口端连接；比例电磁阀IV30的一个出口端通过温度压力传感器XI22与工质进口控制阀II23的入口端连接；比例电磁阀IV30的另一个出口端与冷凝器31的入口端连接；温度压力传感器XV32安装在冷凝器31上；冷凝器31的出口端与冷工质罐33连接。

系统的具体工作方式如下：

一、后处理温度控制：温度压力传感器I1测量废气状态并通过比例电磁阀I2调节废气在蒸发器3、超临界蓄热器5中的换热量使到达温度压力传感器IV7处即进入后处理器8中的废气状态能够被控制在催化转化的高效区间。如果温度压力传感器I1测得的废气温度高于预期，调节比例电磁阀I2使较少的废气进入超临界蓄热器5而使更多的废气进入蒸发器3中，在蒸发器3中废气将更多的能量传递给有机工质形成高温高压过热蒸气用于膨胀做功，在超临界蓄热器5中废气量减少而使工质的温度有所降低，最终从超临界蓄热器5和蒸发器3中出来的废气温度会降低，以满足后处理要求；如果温度压力传感器I1测得的废气温度低于预期，则要调节比例电磁阀I2使较少的废气进入蒸发器3而使更多甚至全部的废气进入超临界蓄热器5中，废气吸收蓄热器内工质热量而升温，如果超临界蓄热器5中的工质温度降到临界温度以下时会有大量的液化潜热放出，使后处理入口温度能够长期保持在后处理催化转化的高效窗口。在发动机36刚刚开始运转时，温度压力传感器IV7测得的废气状态未达到后处理需求，控制单元37会调节比例电磁阀I2使全部的废气通过超临界蓄热器5中对工质进行加热，使工质尽快从亚临界状态变化到超临界状态。

二、废气再循环的冷却：控制单元37根据发动机36的工作状态和温度压力传感器IV7测得的废气状态，通过调节EGR阀35的开度控制换热后温度较低的废气回到发动机36中进行废气再循环的废气量，这种冷却方法代替了传统冷却液的冷却过程，减小了散热系统的功耗，并使废气的能量得到回收。

三、蓄热过程的控制：控制单元37根据温度压力传感器VII14测得的冷工质状态、温度压力传感器VIII15测得的出口工质状态以及温度压力传感器III6测得的超临界蓄热器5中的工质状态，通过控制蓄热控制阀13、超临界循环控制阀16的开关调节冷热工质的进出，使超临界蓄热器5中的工质保持在工作所需的最佳的超临界状态。当发动机36刚刚开始运转时废气能量较低，无法达到蓄热的要求，此时调节比例电磁阀I2使废气全部通过超临界蓄热器5对工质进行加热，有机朗肯循环停止对外做功，发动机36进入后处理器8中的废气状态波动且超临界蓄热器5中的有机工质处于亚临界状态并向超临界状态变化；当温度压力传感器III6测得的超临界蓄热器5中的工质达到超临界状态而且废气温度高于后处理高效窗口温度时，通过比例电磁阀I2调节废气流量使超临界蓄热器5中的工质保持在超临界状态并利用工质的能量稳定后处理温度，而让尽量多的废气加入到蒸发器3中使工质形成过热蒸气并对外输出更多功率，实现亚临界有机朗肯循环，而当废气温度低于后处理所需温度时，调节比例电磁阀I2使更多的废气通过超临界蓄热器5加热升温，减小甚至停止膨胀机做功，当超临界蓄热器5中的工质温度降到临界温度以下时会有大量的液化潜热放出，实现工质临界温度以及后处理入口温度长效稳定控制；当超临界蓄热器5的蓄热量达到设定值且废气实时余热状态超过亚临界有机朗肯循环系统高效区域后，打开超临界循环控制阀16使超临界状态的工质进入蒸发器3中，实现超临界-亚临界复合有机朗肯循环，能够显著减小蒸发器3中由温差传热造成的火用损失，提升能量品位。

四、蒸发器工质出口状态的控制：蒸发器3通过有机工质与发动机36废气的换热形成高温高压的过热蒸气，用于膨胀机对外做功，控制单元37根据温度压力传感器I1测量的废气状态、温度压力传感器VI12测得的冷工质状态、温度压力传感器II4测得的蒸发器3中的工质状态以及温度压力传感器IX17测得的高温高压过热蒸气的状态，通过调节比例电磁阀II11的开度来改变通过蒸发器3中的工质流量，使过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态。如温度压力传感器I1测量的废气温度高于预期值，比例电磁阀I2会调节更多的废气进入蒸发器3中，此时调节比例电磁阀II11的开度使更多的冷工质进入蒸发器3中换热，最终使温度压力传感器IX17测得的通入膨胀机做功的过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态。温度压力传感器IX17测量进入空间回热变膨胀比膨胀机19的有机工质状态，如该处工质温度高于预期，控制单元37会调节比例电磁阀II11使更多的工质进入蒸发器3，进而使经过蒸发器3加热的过热蒸气温度降低。当超临界蓄热器5中的工质进入蒸发器3参与做功时会使做功的高温高压过热蒸气温度上升，温度压力传感器IX17测得该变化趋势后会通过比例电磁阀II11增大直接进入蒸发器3中的工质量，达到稳定空间回热变膨胀比膨胀机19前工质状态的目的。

五、变膨胀比膨胀机：蒸发器3产生的过热蒸气导入空间回热变膨胀比膨胀机19推动活塞或叶片做功，对外输出功率，控制单元37根据温度压力传感器IX17测得的过热工质状态、温度压力传感器X21测得的缸内工质状态和位置传感器20测得的活塞或叶片位置改变工质进口控制阀I18的开启大小、时刻和时间，实现可变膨胀比，以保证不同状态下工质均能充分膨胀。通过温度压力传感器X21测得的缸内工质状态，当缸内工质做功能力达到极限时，通过工质进口控制阀II23和工质出口控制阀25使膨胀机停止做功并使工质排出，保证膨胀机做功效率的最大化。

六、空间回热：当工质充分膨胀后，控制单元37根据温度压力传感器X21测量的缸内工质状态和温度压力传感器XI22测量的冷工质状态，适时开启工质进口控制阀II23使冷工质喷入气缸，使缸内原有的热工质实现闪急冷凝而液化，缸内工质温度压力减小，如此利用了空间回热的形式代替传统换热器式回热过程，使热工质的汽化潜热被快速充分地回收利用，同时提升了回热过程的速率和效率，而且降低了压缩负功，使工质易于被排出气缸。

七、工质加压：空间回热变膨胀比膨胀机19内工质液化后，膨胀机的活塞或叶片继续运动，使工质压力增大，控制单元37根据温度压力传感器X21测得的缸内液态工质的状态，适时开启工质出口控制阀25将液化并加压后的工质充入稳压罐26中，为空间回热或下一个工作循环做准备，省去了传统朗肯循环中工质泵这一设备，而且保证了系统中工质量的动态平衡，可实现工质的自动补充，免去了工质流量测量和工质供应量的控制环节。

八、预热冷却：控制单元37根据温度压力传感器XIII27测量的稳压罐26中工质状态，控制比例电磁阀III28的开度，以调节进入预热器9和进行空间回热的工质量。控制单元37根据温度压力传感器XIII27和温度压力传感器XIV29测量高压液态工质的状态，如果系统中工质携带的能量过高，可能使其气化而造成系统效率降低，故此时通过调节比例电磁阀IV30的开度使适量的工质进入冷凝器31中对工质进行冷却，温度压力传感器XV32测量冷凝器31中的工质状态，跟据冷凝器31中工质达到的状态调节比例电磁阀IV30的开度使冷却后的工质在压力差的作用下经过工质进口控制阀II23参与空间回热。冷工质罐33根据压差自行补充或储存系统中的高压液态冷工质，适应系统中工质量的波动情况，保障系统的安全。

本发明中利用预热器、冷凝器、蒸发器、超临界蓄热器实现工质与废气换热、工质冷却的功能，实际应用中管式、板式、扩展表面式等换热结构均可实现此功能；本发明中工质处于超临界状态，实际应用中各种临界温度较低的有机工质(如R11、R141b、R123、R113、R245fa等)均可实现此功能；本发明中利用膨胀机使过热蒸气对外做功，实际应用中活塞式膨胀机和透平式膨胀机等结构均可实现此功能；本发明中利用阀门实现管路开断与流量分配，实际应用中可用截止阀、闸阀、球阀、蝶阀、旋塞阀实现管路开断功能，可用调节阀、分配阀、三通旋塞实现流量分配功能。

Claims (8)

1.一种车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于：主要由温度压力传感器I(1)、比例电磁阀I(2)、蒸发器(3)、温度压力传感器II(4)、超临界蓄热器(5)、温度压力传感器III(6)、温度压力传感器IV(7)、后处理器(8)、预热器(9)、温度压力传感器V(10)、比例电磁阀II(11)、温度压力传感器VI(12)、蓄热控制阀(13)、温度压力传感器VII(14)、温度压力传感器VIII(15)、超临界循环控制阀(16)、温度压力传感器IX(17)、工质进口控制阀I(18)、空间回热变膨胀比膨胀机(19)、位置传感器(20)、温度压力传感器X(21)、温度压力传感器XI(22)、工质进口控制阀II(23)、温度压力传感器XII(24)、工质出口控制阀(25)、稳压罐(26)、温度压力传感器XIII(27)、比例电磁阀III(28)、温度压力传感器XIV(29)、比例电磁阀IV(30)、冷凝器(31)、温度压力传感器XV(32)、冷工质罐(33)、温度压力传感器XVI(34)、EGR阀(35)、发动机(36)和控制单元(37)组成；其中，比例电磁阀I(2)的入口通过温度压力传感器I(1)与发动机(36)连接；蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)的废气入口端分别与比例电磁阀I(2)的出口连接；蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)的废气出口端合并后一路通道通过温度压力传感器IV(7)与后处理器(8)的入口端连接；蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)的废气出口端合并后另一路通道与EGR阀(35)的入口端连接；EGR阀(35)的出口端与发动机(36)连接；后处理器(8)的出口端与预热器(9)的废气入口端连接；预热器(9)的工质出口通过温度压力传感器V(10)与比例电磁阀II(11)的入口端连接；比例电磁阀II(11)的一个出口端与蓄热控制阀(13)入口端连接；蓄热控制阀(13)出口端通过温度压力传感器VII(14)与超临界蓄热器(5)的工质入口端连接；温度压力传感器III(6)安装在超临界蓄热器(5)上；超临界蓄热器(5)的工质出口端通过温度压力传感器VIII(15)与超临界循环控制阀(16)入口端连接；比例电磁阀II(11)的另一个出口端通过温度压力传感器VI(12)与超临界循环控制阀(16)出口端合并后与蒸发器(3)的工质入口端连接；温度压力传感器II(4)安装在蒸发器(3)上；蒸发器(3)的工质出口端通过温度压力传感器IX(17)与工质进口控制阀I(18)的入口端连接；工质进口控制阀I(18)的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机(19)连接；工质进口控制阀II(23)的出口端与空间回热变膨胀比膨胀机(19)连接；工质出口控制阀(25)的入口端通过温度压力传感器XII(24)与空间回热变膨胀比膨胀机(19)连接；温度压力传感器X(21)安装在空间回热变膨胀比膨胀机(19)上；位置传感器(20)安装在空间回热变膨胀比膨胀机(19)上；工质出口控制阀(25)的出口端与稳压罐(26)的入口端连接；稳压罐(26)的出口端与比例电磁阀III(28)的入口端连接；比例电磁阀III(28)的一个出口端通过温度压力传感器XVI(34)与预热器(9)的工质入口端连接；比例电磁阀III(28)的另一个出口端通过温度压力传感器XIV(29)与比例电磁阀IV(30)的入口端连接；比例电磁阀IV(30)的一个出口端通过温度压力传感器XI(22)与工质进口控制阀II(23)的入口端连接；比例电磁阀IV(30)的另一个出口端与冷凝器(31)的入口端连接；温度压力传感器XV(32)安装在冷凝器(31)上；冷凝器(31)的出口端与冷工质罐(33)连接；控制单元(37)通过比例电磁阀I(2)、比例电磁阀II(11)、蓄热控制阀(13)、超临界循环控制阀(16)、工质进口控制阀I(18)、工质进口控制阀II(23)、工质出口控制阀(25)、比例电磁阀III(28)、比例电磁阀IV(30)和EGR阀(35)对系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于发动机(36)废气进入蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)中进行换热，通过调节比例电磁阀I(2)改变废气进入蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)中的比例使后处理温度稳定在高效区域。

3.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于经过蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)换热后温度较低的废气通过EGR阀(35)回到发动机(36)中进行废气再循环，减少EGR中冷的能量损失。

4.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于有机工质直接进入蒸发器(3)或者先通过超临界蓄热器(5)换热后再进入蒸发器(3)中形成高温高压的过热蒸气，控制单元(37)依据工质和废气状态通过蓄热控制阀(13)和超临界循环控制阀(16)控制超临界态工质是否进入膨胀机做功，通过比例电磁阀II(11)调节工质进入蒸发器(3)和超临界蓄热器(5)中的比例使过热蒸气保持在有机朗肯循环所需的最佳热源状态，保证有机朗肯循环的高效能。

5.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元(37)依据位置传感器(20)测得的活塞或叶片位置信号通过工质进口控制阀I(18)控制蒸发器(3)中形成的过热工质喷入空间回热变膨胀比膨胀机(19)的时刻和持续时间，实现可变膨胀比。

6.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元(37)通过工质进口控制阀II(23)控制冷工质喷入空间回热变膨胀比膨胀机(19)的时刻和持续时间，保证工质充分膨胀和空间回热的充分。

7.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元(37)通过工质出口控制阀(25)控制加压后的工质排出空间回热变膨胀比膨胀机(19)的时刻。

8.根据权利要求1所述的车用内燃机尾气余热复合利用系统，其特征在于控制单元(37)通过比例电磁阀III(28)调节高压冷工质进行预热的比例，通过比例电磁阀IV(30)调节冷工质进行空间回热和冷却的比例，使工质能保持在工作所需的最佳状态。