CN108005811B - 用于发电和发动机预热的废热回收 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于发电和发动机预热的废热回收。提供用于加热发动机和从共用的废热回收系统产生能量的方法和系统。在一个示例中，方法包括：响应于第一状况，经由膨胀器使废热回收系统的工作流体膨胀以产生电力；以及响应于第二状况，经由膨胀器压缩废热回收系统的工作流体以将热传递到发动机。

Description

用于发电和发动机预热的废热回收
技术领域
本说明书整体涉及用于控制废热回收系统以同时发电并加温发动机的方法和系统。
背景技术
用于车辆的废热回收系统可以从发动机排气、发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体中回收热能，否则这些热能将消散到周围环境中。废热回收系统通常包括用于从发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体吸收热的(一个或多个)热交换器，用于加热工作流体的蒸发器，用于产生机械功的膨胀器(expander)，用于冷却工作流体的冷凝器和用于将工作流体推回到(一个或多个)热交换器的泵。然后，机械功可以例如经由发电机转换为能量以存储在车辆电池中。
一个示例性废热回收系统由Zhou在美国专利申请公开No.2016/0201519中示出。其中，车辆设置有发动机。车辆还具有在闭合回路中相继流体连通的膨胀器、冷凝器和泵，该闭合回路包括经配置在来自发动机的排气和工作流体之间传递热的蒸发器。
然而，本发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，车辆通常包括热传递系统，以便在发动机冷起动状况下加热发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体，以提高发动机效率并减少排放。与废热回收系统分开的此类系统通常至少需要热交换器、加热回路和若干个控制阀，这增加了系统成本和包装空间。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种方法来解决，该方法包括：响应于第一状况，经由膨胀器使废热回收系统的工作流体膨胀以产生电力；以及响应于第二状况，经由膨胀器压缩废热回收系统的工作流体以将热传递到发动机。以这种方式，可以区别地操作废热回收系统的膨胀器，以例如将废热转换为能量(例如，电力)以储存在车辆电池中，或者例如泵送工作流体以将吸收的废热经由一个或多个发动机部件热交换器传递到发动机。
作为一个示例，废热回收系统中的工作流体可以经由与来自发动机的排气热连通的蒸发器进行加热。然后，将加热的工作流体经由第一流动路径或第二流动路径引导到膨胀器。引导工作流体通过第一流动路径使得工作流体经过膨胀器膨胀，并且该膨胀驱动膨胀器沿第一方向旋转，这进而驱动发电机产生电力。引导工作流体通过第二流动路径使得工作流体经由膨胀器沿第二方向的旋转(这由马达驱动)而在膨胀器处被压缩。压缩的工作流体通过压缩被加压到足够的程度，以驱动工作流体流动通过一个或多个发动机部件热交换器。通过这样做，发动机加热和废热能产生两者都可以由单个系统提供，从而减少或消除对发动机冷却系统阀、热交换器和/或其它部件的需要。进一步地，通过经由膨胀器沿第二方向旋转而使工作流体从膨胀器直接流动到一个或多个发动机部件热交换器，可以避免系统的其他部件(例如，冷凝器、泵和相关联的管道)处的热损失。
应当理解，提供上面的发明内容是为了以简化的形式引入将在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由所附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中提出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示意性地示出可以联接到发动机并安装在车辆中的示例性废气回收系统。
图2示意性地示出以第一操作模式操作的图1的示例性废气回收系统的部件。
图3示意性地示出以第二操作模式操作的图1的示例性废气回收系统的部件。
图4是示出用于操作图1至图3的废热回收系统的方法的流程图。
图5是示出在图4的方法的执行期间的多个操作参数的时序图。
具体实施方式
朗肯(Rankine)循环可以用于将热能转换成机械动力或电力。已经作出努力以更有效地或从多于一个的系统中收集热能，其中所述系统排出车辆(诸如发动机冷却剂、发动机或变速器油、排气再循环(EGR)气体、排气等)中的废热。本公开提供用于朗肯循环废热回收系统，其经配置除在发电模式下操作之外，还在预热模式或发动机冷却模式下操作。这通过在系统中包括附加的工作流体流动路径并包括第一流动路径和第二流动路径来完成，其中所述第一流动路径将蒸发器的出口联接到膨胀器的出口，所述第二流动路径将膨胀器的入口联接到泵的出口。在标准的发电模式期间，膨胀器沿向前方向操作以使工作流体膨胀并从工作流体中提取机械能，并且工作流体由冷凝器进一步冷却且然后被泵送回到废热回收热交换器(也称为蒸发器)。在发电模式期间，工作流体绕过一个或多个发动机热交换器(例如，发动机冷却剂热交换器、发动机油热交换器等)。
在发动机预热模式期间，膨胀器反向操作以压缩工作流体并将其发送回到发动机系统热交换器，绕过冷凝器和泵。通过压缩工作流体而不是使其膨胀，工作流体可以将热传递到发动机冷却剂、发动机油等，从而加快发动机预热。进一步地，在冷却模式期间，膨胀器可以沿向前方向操作，以使工作流体膨胀并在冷凝器处冷却工作流体，随后可以引导冷却的工作流体通过发动机热交换器以冷却发动机冷却剂、发动机油和/或其他发动机流体。
图1示出根据示例的车辆10内的各种系统的简化示意图。在各种车辆系统中的流体可以经由到朗肯循环的热交换器内的工作流体的热传递而被冷却，并且使用环境空气使工作流体在朗肯循环的冷凝器中又被冷却。朗肯循环允许通过将车辆10中的废热转换成电力或机械动力来进行能量回收，否则所述废热将作为废热传递到环境空气。
车辆可以是具有可用于车辆车轮的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆是仅具有发动机的常规车辆或者是仅具有(一个或多个)电动机器的电动车辆。在所示的示例中，车辆具有内燃发动机50和电动机器52。电动机器52可以是马达或马达/发电机。发动机50和电动机器52经由变速器54连接到一个或多个车辆车轮55。变速器54可以是变速箱、行星齿轮系统或其它变速器。离合器56可以设置在发动机50、电动机器52和变速器54之间。动力传动系统可以以各种方式配置，包括作为并联、串联或串并联混合动力车辆。
电动机器52接收电力以从牵引电池58向车轮55提供扭矩。电动机器52还可以作为发电机操作，以例如在制动操作期间提供电力来为电池58充电。
发动机50可以是诸如压缩点火式发动机或火花点火式发动机的内燃发动机。发动机50具有排气系统60，排气通过排气系统60从发动机50中的气缸排放到大气。排气系统60可以包括用于噪声控制的消声器。排放系统60还可以包括排放系统，诸如催化转化器、微粒过滤器等。
发动机50还具有冷却剂系统62。该冷却剂系统包括发动机冷却剂流体(其可包括水、乙二醇和/或另一流体)以在操作期间将热从发动机50移除。发动机50可以设置有内部或外部冷却套，该内部或外部冷却套具有通道以使用再循环的发动机冷却剂流体将热从发动机50的各个区域移除。冷却剂系统62可以包括泵和贮存器(未示出)。
车辆具有废热回收系统70。在一个示例中，废热回收系统70是经配置使用朗肯循环将热转换成能量的系统。在另一示例中，废热回收系统70利用改进的朗肯循环或另一个热力循环，该热力循环包括在循环操作期间通过多于一个相转变的工作流体。废热回收系统70包含工作流体。在一个示例中，工作流体经历相变并且是系统内的混合相流体，该混合相流体同时作为汽相和液相而存在。基于循环的期望的操作参数，工作流体可以是R-134a、R-245或另一种有机或无机化学制冷剂。
废热回收系统70具有泵72、压缩机或经配置增加工作流体的压力的其它装置。泵72可以是离心泵、正排量泵等。工作流体从泵72流动到一个或多个热交换器。热交换器可以是经配置将热传递到工作流体的预热器、蒸发器、过热器等。
所示的示例具有经配置作为预热器的第一热交换器74。提供第二热交换器76，并且第二热交换器76可以经配置作为蒸发器。在其他示例中，可以在泵72的下游设置更多或更少的热交换器。例如，废热回收系统70可以仅设置有热交换器76，或者可以设置有三个或更多个热交换器，以加热工作流体(如在下面更详细描述的图2和图3中所示的示例中)。此外，在泵72下游的热交换器可以以各种方式相对于彼此布置或定位，例如如图所示并联地、串联地或者以串联和并联流动的组合方式布置或定位。
热交换器74、76经配置从外部热源传递热，以加热废热回收系统70内的工作流体，并且引起从液相到汽相的相变。在所示的示例中，热交换器74经配置将来自冷却剂回路62中的发动机冷却剂流体的热传递到废热回收系统70中的工作流体。因此，在返回到发动机50之前，发动机冷却剂的温度降低以将热从发动机50移除，并且热交换器74充当冷却剂系统62中的散热器。废热回收系统70的工作流体的温度同样在热交换器74内增加。
在其他示例中，如下面更详细地讨论的，热交换器74经配置将热从车辆系统中的另一流体(包括但不限于发动机润滑流体、变速器润滑流体和电池冷却流体)传递到废热回收系统70的工作流体。在进一步的示例中，多个预热热交换器74被提供，并且各自与单独的车辆系统流体连通以从所述单独的车辆系统接收热。可以提供阀系统或另一流量控制机构以选择性地引导和控制到多个热交换器的流量。
在另一示例中，热交换器74定位在热交换器76的下游使得热交换器74经配置作为过热器，并传递来自各种车辆系统(包括但不限于排气再循环(EGR)流)的流体的热。热交换器74提供用于EGR流的散热器，从而将废热提供到废热回收系统70中的工作流体。热交换器74相对于热交换器76的定位可以基于在车辆系统的废热流体中的平均温度或可用热。
第二热交换器76也设置在废热回收系统70中。在一个示例中，热交换器76经配置将热从发动机排气系统60中的排气传递到循环的工作流体。发动机排气系统60可以具有通过热交换器76或与热交换器76接触的第一流动路径78。发动机排气系统60还可以具有第二或旁路流动路径80，以使热交换器76周围的排气流转向。可以设置阀82来控制流动通过热交换器76的排气的量，这进而提供对传递到工作流体的热量以及对在热交换器76的出口或膨胀器84上游处的工作流体的温度和状态的控制。
热交换器74、76中的至少一个经配置将足够的热传递到废热回收系统70中的工作流体以蒸发工作流体，如下面进一步讨论的。蒸发器接收液相或液-汽混合相溶液中的工作流体，并将工作流体加热至汽相或过热汽相。本公开整体描述使用发动机排气60将热交换器76用作蒸发器，然而在一些示例中，可以提供废热回收系统70中的热交换器74作为蒸发器。
膨胀器84可以是涡轮机诸如离心式或轴流式涡轮机，或者另一类似的装置。膨胀器84由工作流体旋转或致动，以在工作流体膨胀时产生功。膨胀器84可以连接到马达/发电机86以使马达/发电机旋转来产生电力，或者连接到另一机械联动装置以向驱动轴和车轮55提供附加的机械动力。膨胀器84可以通过轴或另一机械联动装置连接到发电机86。发电机86连接到电池58以提供电力来为电池58充电。逆变器或AC-DC转换器88可以设置在发电机86和电池58之间。
工作流体离开膨胀器84并流动到热交换器90(在废热回收系统70中也称为冷凝器90)。冷凝器90可以定位在车辆10的前面区域中。冷凝器90经配置与环境空气流92接触，使得热从工作流体传递到环境空气流92，以将热从工作流体中移除并冷却和/或冷凝工作流体。冷凝器90可以是单级或多级，并且工作流体的流量可以通过使用阀或其它机构如由废热回收系统70所示的各个级来控制。
在一些示例中，废热回收系统70包括流体蓄积器94或干燥器。蓄积器94可以被提供为用于废热回收系统70中的工作流体的流体或液体贮存器。泵72从蓄积器94抽取流体以完成废热回收系统70。废热回收系统70是闭合回路循环，使得工作流体不与车辆中的其它流体或与环境空气混合。
废热回收系统70可以包括控制器96，控制器96经配置在如下所述的预定参数内操作废热回收系统。控制器96可以与废热回收系统70中的泵72、膨胀器84和各种阀和/或传感器以及车辆10通信。
控制器96可以与发动机控制单元(ECU)、变速器控制单元(TCU)、车辆系统控制器(VSC)等合并在一起或进行通信，并且还可以与各种车辆传感器进行通信。用于车辆10的控制系统可以包括任何数量的控制器，并且可以集成到单个控制器中，或者具有各种模块。控制器中的一些或全部可以通过控制器局域网(CAN)或其他系统连接。控制器96和车辆控制系统可以包括与各种类型的计算机可读存储设备或介质进行通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储设备或介质例如可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储装置。KAM是可以在CPU断电时用于存储各种操作变量的永久性或非易失性存储器。计算机可读存储设备或介质可以使用多种公知的存储器中的任意一种来实施，这些公知的存储设备诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪速存储器，或任意其他电学、磁、光学存储器设备或能够存储数据的存储设备的组合，它们中的一些代表由控制器用于控制车辆或废热回收系统70的可执行指令。
在一个或多个实施例中，车辆还可以被提供有空调系统100。该空调系统100可以形成用于车辆10的加热、通风和空调(HVAC)系统的一部分。HVAC100系统将受控温度下的空气提供给车辆或客舱，以便车辆乘客进行客舱气候控制。空调系统100具有与环境空气92接触的第一热交换器101或冷凝器。冷凝器101可以定位在车辆10的前面区域中。冷凝器101经配置用于环境空气和系统100中的制冷剂或其它流体之间的热传递。
空调系统100还可以包括膨胀装置、阀或节气门102以及压缩机或泵送装置104。系统100具有与待被引导到车辆客舱108的气流110以及系统100中的制冷剂接触的另一热交换器106。意在用于客舱调节的气流110溢流出并由热交换器106中的制冷剂冷却，然后根据车辆乘客的要求流动到客舱108。
如上所述，可以操作废热回收系统70以例如通过在经由来自发动机排气的热交换而加热工作流体之后使工作流体膨胀来产生电力。虽然此循环允许能量回收(否则将被浪费)，但是由于缺乏来自发动机的可用热和/或期望将所有废热引导到下游排放控制装置以加快点火，因此在某些状况(诸如发动机冷起动状况)期间，该循环的使用可能是有限的。因此，可以改进废热回收系统70以“反向地”操作，其中膨胀器由马达/发电机驱动以沿反向方向操作，从而压缩工作流体而不是使工作流体膨胀。通过压缩工作流体，压缩的工作流体可以在不穿过废热回收系统的冷凝器或泵的情况下，被引导到各种车辆热交换器(诸如热交换器74)，从而避免热损失。然后可以将来自压缩的工作流体的热传递到发动机冷却剂和/或其它车辆流体，从而加快发动机预热。
图2和图3示意性地示出在第一操作模式200(图2)期间和在第二操作模式300(图3)期间的示例性废热回收系统的部件。图2至图3的示例性废热回收系统是图1的废热回收系统70的非限制性示例，并且因此对相同的部件给予相同的数字并免除附加的描述。
首先参照图2，示出处于第一操作模式200的废热回收系统。第一操作模式200包括发电模式，其中工作流体的膨胀用于经由马达/发电机86的旋转发电。因此，如图所示，系统中的工作流体经由第一阀208从泵72泵送到第一蒸发器供应管路206。第一蒸发器供应管路经由第二阀210流体地联接到蒸发器76的入口。因此，当第一阀208和第二阀210中的每个至少部分地打开时，工作流体从泵72流动到蒸发器76。如上面参照图1所述，在蒸发器76中，经由与发动机排气的热交换来加热工作流体。
进一步地，第一蒸发器供应管路206还可以与一个或多个热交换器流体连通。如图所示，第一蒸发器供应管路206经由第三阀212流体地联接到热交换器74，并且经由第四阀214流体地联接到第二热交换器202。如先前所述，热交换器74可以流体的联接到发动机冷却剂系统，并且因此可以在工作流体和发动机冷却剂之间传递热。第二热交换器202可以流体地联接到发动机油系统或联接到发动机变速器流体系统，从而可以在工作流体和发动机油和/或变速器流体之间传递热。当阀212和/或阀214至少部分地打开时，工作流体流动通过热交换器74和/或第二热交换器202，并流动到第二蒸发器供应管路216，第二蒸发器供应管路216流体地联接到蒸发器76的入口。
蒸发器76联接到膨胀器入口管路218，膨胀器入口管路218还流体地联接到膨胀器84的入口。第五阀220定位在膨胀器入口管路218中并流体地联接到压缩机入口管路222。第五阀220可以是三通阀。如图2所示，当第五阀220处于第一位置时，在蒸发器出口和膨胀器入口之间建立流体联接，使得工作流体流动到膨胀器入口。当第五阀220处于第一位置时，蒸发器76与压缩机入口管路222之间的流体联接被阻挡。
膨胀器84流体地联接到膨胀器出口管路224。工作流体通过膨胀器出口管路224的流量经由第六阀226来控制，第六阀226在图示的示例中是三通阀，其也流体地联接到压缩机入口管路222。在第一操作模式期间，当第六阀处于第一位置时，经过膨胀器84膨胀的工作流体流动到冷凝器90，在此工作流体被冷却，如上面参照图1所述。在流动通过冷凝器之后，工作流体在通向泵72的途中流动通过干燥器94。
在图2中还示出压缩机出口管路228，其将膨胀器84的入口流体地联接到第一蒸发器供应管路206。压缩机出口管路228在一位置处联接到第一蒸发器供应管路206，所述位置在第一阀208的下游且第二阀210的上游并且还在通向热交换器74、202的管道的上游(以及在第三阀212和第四阀214的上游)。第七阀229定位在压缩机出口管路228中。在第一操作模式期间，可以关闭第七阀229以阻挡膨胀器入口和第一蒸发器供应管路206之间的流体连通。
如上所述，第一操作模式是发电模式。因此，当工作流体从蒸发器流动并通过膨胀器时，工作流体驱动膨胀器沿第一、向前方向旋转。膨胀器的旋转进而使发电机86的定子旋转，从而产生储存在电池58中的电能。在工作流体经过膨胀器膨胀之后，工作流体在冷凝器处冷凝，并且目前冷却的工作流体通过蒸发器被泵送返回以吸收附加的热并且重复该循环。进一步地，基于第三阀212和第四阀214的位置，工作流体中的至少一些可以流动通过热交换器74、202，这可导致使附加的热传递到工作流体。在一些示例中，在发电模式期间，可以关闭第三阀212和第四阀214，因此所有工作流体可以从泵72直接流动到蒸发器76。在其他示例中，可以打开第三阀212和第四阀214以允许工作流体吸收来自发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体的热。第三阀212和第四阀214的位置可以基于车辆流体的相应温度来控制，例如，第三阀212可以根据发动机冷却剂温度来控制，并且第四阀214可以根据发动机油温度来控制。
第一阀208、第二阀210、第三阀212、第四阀214、第五阀220、第六阀226和第七阀229中的每个可以响应于来自控制器96的命令由合适的致动器致动。例如，每个阀可以由相应的电致动器、液压致动器、气动致动器或其它合适的致动器致动。进一步地，在一些示例中，阀中的至少一些(例如，第三阀212和第四阀214)可以是恒温阀，其中阀的打开和关闭经由合适流体(例如，用于第三阀212的发动机冷却剂)的温度直接或间接地控制。控制器96还经配置调节泵72的操作(例如，响应于在第一操作模式下的操作而打开泵72)。控制器96可以与联接到马达/发电机86的切换控件204进一步通信。响应于来自控制器96的指令，切换控件204可以命令马达/发电机在第一操作模式中作为发电机进行操作。
控制器96从各种传感器接收信号并使用各种致动器以基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整系统操作。例如，控制器96从发动机冷却剂温度传感器230和发动机油温度传感器232接收信号，并根据接收到的信号确定发动机和发动机油的温度。然后，控制器96可以确定发动机温度是否高于上限阈值温度(例如，最大期望的操作温度)，并且如果发动机温度高于上限阈值温度，则控制器96可以触发联接到第三阀212的致动器，以便打开第三阀212并经由与热交换器74中的工作流体的热交换来冷却发动机冷却剂。
接下来参照图3，示出第二操作模式300中的废热回收系统。第二操作模式300包括发动机预热模式，其中经由反向操作的膨胀器进行的工作流体的压缩(其中膨胀器作为压缩机操作)用于将工作流体从蒸发器泵送到热交换器以加快发动机预热。因此，如图所示，当系统在第二操作模式下启动操作时，将第五阀220和第六阀226中的每个调整到相应的第二位置。在第五阀220的第二位置，阻挡在蒸发器76的出口和膨胀器84的入口之间经由膨胀器入口管路218的流体连通，并且建立蒸发器76的出口和第六阀226之间的流体连通。当第六阀226处于第二位置时，阻挡在膨胀器84的出口和冷凝器之间经由膨胀器出口管路224的流体联接，并且建立膨胀器84的出口和压缩机入口管路222之间的流体连通。因此，将来自蒸发器的工作流体引导到膨胀器出口，膨胀器出口目前用作膨胀器的压缩机入口。膨胀器的压缩机入口可以是与膨胀器的出口相同的开口，当膨胀器作为涡轮机操作时，使得工作流体目前经由膨胀器的(涡轮机)出口流入膨胀器中。膨胀器作为压缩机操作，因此压缩工作流体而不是使其膨胀。
为了驱动膨胀器作为压缩机，马达/发电机86经由从电池58供应的电力作为马达进行操作。控制器96可以命令切换控件204将电能从电池58供应到马达。马达的旋转导致膨胀器沿第二、反向方向旋转。如本文所使用的，“反向”方向相对于第一(向前)方向是反向的。
压缩的工作流体经由膨胀器的入口离开膨胀器，膨胀器的入口目前用作压缩机出口，并且工作流体流动到压缩机出口管路228。膨胀器的压缩机出口可以是与膨胀器的入口相同的开口，当膨胀器作为涡轮机操作时，使得工作流体目前经由膨胀器的(涡轮机)入口从膨胀器流出。
压缩机出口管路228经由打开的第七阀229流体地联接到第一蒸发器供应管路206。当系统在第二操作模式下启动操作时，将第一阀208调整到完全关闭的位置。因此，阻挡在泵72的出口和第一蒸发器供应管路206之间的流体连通，并且建立压缩机出口管路228和第一蒸发器供应管路206之间的流体连通。因此，压缩的工作流体流动通过第一蒸发器供应管路206。
在第二操作模式中，通过热交换器中的一个或多个的工作流体流可以经由第三阀212和第四阀214中的一个或多个的打开来建立。在一个示例中，可以打开第三阀212和第四阀214两者(例如，完全打开)以允许工作流体流动通过热交换器74和第二热交换器202两者。在这样做时，来自工作流体的热被传递到发动机冷却剂，如图1所示，热随后行进到发动机，从而提供快速的发动机预热。此外，来自工作流体的热被传递到发动机油和/或变速器流体，从而减小油和/或变速器流体粘度，能够实现更有效的发动机和变速器操作。热交换器74和第二热交换器202中的每个经配置分别接收发动机冷却剂和发动机油(或变速器流体)，并且因此在第二操作模式期间打开任意阀或可以以其他方式限制或阻挡发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体流动到对应的热交换器的其他控制元件。
在工作流体流动通过热交换器74和第二热交换器202之后，工作流体然后流动到蒸发器76，在此(目前较冷的)工作流体由发动机排气加热以重复该循环。在第二操作模式期间，可以关闭第二阀210，以便引导所有的工作流体通过热交换器74和第二热交换器202。然而，在一些示例中，第二阀210可以部分地或完全地打开，以允许至少一些工作流体流动通过蒸发器而不流动通过车辆热交换器。此外，在第二操作模式中，泵72被禁用。
图2和图3所示的废热回收系统70包括在膨胀器上游的三通阀和在膨胀器下游的三通阀，以及在压缩机出口管路中、在第一蒸发器供应管路中和在泵与第一蒸发器供应管路之间的三通阀。然而，其他阀配置在本公开的范围内。例如，可以免去第一阀208和第七阀229，并且在泵出口、第一蒸发器供应管路和压缩机出口管路之间的接合处的三通阀可以存在，以控制从泵和/或膨胀器到热交换器和/或蒸发器的工作流体流。另外或替代地，第六阀226可以是二通阀。其他阀配置是可能的。
图4是示出用于控制废热回收系统(诸如上面参照图1至图3所述的系统70)的方法400的流程图。用于实施方法400的指令可以由控制器(例如，控制器96)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上述传感器230和232)接收到的信号来执行。根据下述方法，控制器可以采用系统的致动器来调整系统操作。
在402处，方法400包括确定操作参数。确定的操作参数可以包括发动机冷却剂温度(如根据从传感器230接收的信号所确定)、发动机油和/或变速器流体温度(如根据从传感器232和/或变速器流体温度传感器接收的信号所确定)、当前废热回收系统操作模式(例如，图2的第一操作模式或图3的第二操作模式)、自发动机起动事件以来的经过的时间、排气温度(如根据定位在排气系统600中的温度传感器所确定)和/或其他参数。
在404处，方法400包括确定发动机冷却剂温度是否低于阈值温度。阈值温度可以是目标发动机操作温度，诸如190°F。如果发动机冷却剂温度低于该阈值温度，则方法400进行到420以在第二操作模式中操作，这将在下面更详细地描述。如果发动机冷却剂温度不低于阈值温度，则方法400进行到406以在第一操作模式中操作，其中废热回收系统被控制以经由发动机排气从废热产生电力，如上面参照图2所述的。在一些示例中，关于是以第一操作模式还是以第二操作模式进行操作的确定可以基于除发动机冷却剂温度之外的附加或替代的参数，诸如自发动机起动事件以来经过的时间。例如，系统可以在第二操作模式下自动地操作，以便在发动机起动事件之后加快发动机预热。然后，在自发动机起动以来经过预定的时间量(例如，5分钟)之后，可以将系统切换到以第一操作模式操作以从发动机排气的废热产生能量。
以第一操作模式操作废热回收系统可以包括对各种阀的调整以便使工作流体流动通过蒸发器，其中来自发动机排气(或其它合适的废热源)的废热被传递到工作流体。然后，在工作流体流动通过蒸发器之后，工作流体经过膨胀器膨胀。作为膨胀器充当涡轮机的结果而发生的工作流体的膨胀(例如)驱动发电机的定子的旋转，从而产生用于储存在合适的储能装置中的电力。工作流体的膨胀使工作流体冷却，然后工作流体在被泵送回到蒸发器之前经由冷凝器被进一步冷却。
因此，如在408处所示，在第一(发电)模式下的操作包括将联接在蒸发器和膨胀器之间的第五阀和联接在膨胀器和冷凝器之间的第六阀调节(或维持)到相应的第一位置。当第五阀处于其第一位置时，蒸发器流体地联接到膨胀器的入口，使得工作流体可以从蒸发器流动到膨胀器。当第六阀处于其第一位置时，膨胀器的出口流体地联接到冷凝器的入口，使得工作流体可以从膨胀器流动到冷凝器。此外，如在410处所示，联接在泵和蒸发器之间的第一阀和联接在第一阀和蒸发器之间的第二阀各自打开(或维持打开)，并且定位在压缩机出口管路(并且联接在膨胀器入口和蒸发器供应管路之间)的第七阀关闭。以这种方式，在泵和蒸发器之间的流体联接被维持并且不被阻挡，而在泵和膨胀器入口之间的流体联接被阻挡(例如，经由第七阀的膨胀器入口管路和蒸发器供应管路之间的流体联接被阻挡)。另外，如在412处所示，泵被激活(或维持激活)，使得工作流体被从泵泵送到蒸发器(经由第一阀和第二阀打开)，从蒸发器泵送到膨胀器(经由处于第一位置的第五阀)，从膨胀器泵送到冷凝器(经由处于第一位置的第六阀)，并且从冷凝器泵送返回到泵，如在414处所示。从蒸发器流动到膨胀器的工作流体经由膨胀器入口管路流动，并且工作流体经由膨胀器的入口进入膨胀器。从膨胀器流动到冷凝器的工作流体经由膨胀器出口管路流动，并且工作流体经由膨胀器的出口离开膨胀器。工作流体的这种流动引起膨胀器沿第一方向操作(例如，旋转)，导致在联接到膨胀器的发电机处的能量产生，如在416处所示。
在418处，方法400包括基于发动机冷却剂温度和/或发动机油温度，分别调整第三阀(联接在泵和发动机冷却剂热交换器之间)和/或第四阀(联接在泵和发动机油热交换器之间)的位置。在以第一操作模式的操作期间，可以命令第三阀和第四阀到关闭位置，使得来自泵的所有工作流体流动到蒸发器。例如，此配置可以允许期望的系统效率。然而，如果发动机冷却剂和/或发动机油达到不期望的高温(例如，如果发动机冷却剂达到上限阈值温度，高于该上限阈值温度可能发生发动机劣化，或者当发动机冷却剂温度高于在泵处的工作流体温度时)，则第三阀和/或第四阀可以至少部分地打开，以允许工作流体流动通过相应的热交换器。然后，通过热交换器的低温工作流体(例如，比发动机冷却剂或发动机油的温度低的温度)的流动允许热从发动机冷却剂和/或发动机油传递到工作流体，从而降低发动机冷却剂和/或发动机油的温度。然后，方法400返回。
返回到404，如果确定发动机冷却剂低于阈值温度，则方法400进行到420以在第二(预热)模式中操作废热回收系统。以第二操作模式操作废热回收系统可以包括调整各种阀，以便使工作流体流动通过蒸发器，在此来自发动机排气(或其它合适的废热源)的废热被传递到工作流体。然后，在工作流体流动通过蒸发器之后，工作流体经过膨胀器被压缩。作为膨胀器充当压缩机的结果而发生的工作流体的压缩经由马达和电池(其中马达可以是马达/发电机的马达，其中马达/发电机的发电机用于在第一操作模式期间产生电力)通过膨胀器的旋转来驱动。工作流体的压缩将工作流体驱动到热交换器(例如，发动机冷却剂热交换器和发动机油热交换器)。例如，来自工作流体的热被传递到发动机冷却剂和发动机油，从而有助于加快发动机预热并降低发动机油的粘度。
因此，如在422处所示，在第二(预热)模式下操作包括将联接在蒸发器和膨胀器之间的第五阀和联接在膨胀器和冷凝器之间的第六阀调整(或维持)到相应的第二位置。当第五阀处于其第二位置时，蒸发器到膨胀器的入口的流体联接被阻挡，并且当第六阀处于第二位置时，经由压缩机入口管路222在蒸发器和膨胀器的出口之间建立流体联接。此外，如在424处所示，联接在泵和蒸发器之间的第一阀和联接在第一阀和蒸发器之间的第二阀各自关闭(或维持关闭)，并且在压缩机出口管路中的第七阀打开(或维持打开)。以这种方式，在泵和蒸发器之间的流体联接被阻挡，并且在膨胀器出口和冷凝器之间的流体联接被阻挡。进一步地，如在426处所示，第三阀和第四阀各自打开(或维持打开)，以允许工作流体流动通过发动机冷却剂热交换器和发动机油热交换器。此外，如在428处所示，泵被停用(或维持停用)。
作为阀定位和泵停用的结果，工作流体从蒸发器流动到膨胀器(经由在第二位置的第五阀和在第二位置的第六阀)，从膨胀器流动到热交换器(经由打开的第三阀、第四阀和第七阀中的每个)，并且从热交换器流动回到蒸发器，如在430处所示。从蒸发器流动到膨胀器的工作流体经由压缩机入口管路流入膨胀器，并且工作流体经由膨胀器的出口进入膨胀器。从膨胀器流动到热交换器的工作流体经由压缩机出口管路流动，并且工作流体经由膨胀器的入口离开膨胀器。如在432处所示，由于联接到膨胀器的电池驱动的马达，工作流体的这种流动引起膨胀器沿第二方向操作(例如，旋转)。然后，方法400返回。例如，方法400可以返回以再次评估发动机冷却剂温度，并且如果冷却剂温度仍低于阈值温度，则维持在第二模式下的操作，但是如果发动机冷却剂温度已增加或高于阈值温度，则转换为第一模式。
图5是示出多个操作参数的图表500，所述多个操作参数例如可以在执行图4的方法期间在图1至图3的废热回收系统中观察到。图5的图表500示出发动机冷却剂温度(曲线502)、膨胀器旋转方向(曲线504)、膨胀器流体流动方向(曲线506)、泵状态(曲线508)、第五阀和第六阀的相应位置(曲线510)、第一阀和第二阀的相应位置(曲线512)、第三阀和第四阀的相应位置(曲线514)和第七阀的位置(曲线516)。对于每个操作参数，沿水平轴(x轴)示出时间，并且沿垂直轴(y轴)绘制用于每个操作参数的相应值。
在图表中所示的时间的开始处(在时间t0处)，可以起动其中安装有废热回收系统的车辆的发动机。如曲线502所示，发动机冷却剂温度可以处于环境温度，从而用信号通知发动机冷起动。响应于相对低的发动机冷却剂温度(例如，低于第一阈值温度T1)，废热回收系统以第二预热模式操作。因此，泵被停用(曲线508)，并且膨胀器经由膨胀器的马达驱动的旋转而沿第二方向(这里是反向方向)操作，如由曲线504所示。第五阀和第六阀被放置到第二位置中(曲线510)，第一阀和第二阀关闭(曲线512)，第三阀和第四阀打开(曲线514)，并且第七阀打开(曲线516)。由于将第五阀和第六阀放置到第二位置以及膨胀器的反向旋转，因此将工作流体从蒸发器(与发动机排气热连通)引导到膨胀器的出口，并且从出口流动到膨胀器的入口，如由曲线506所示，并且因此膨胀器充当压缩机以压缩工作流体。由于第三阀和第四阀打开，因此引导加热压缩的工作流体通过发动机系统热交换器(例如，发动机冷却剂热交换器和发动机油热交换器)。热交换器中的热传递导致发动机系统流体(例如，发动机冷却剂和发动机油)的温度增加，如在时间t0之后的发动机冷却剂温度的增加所示。
在时间t1处，废热回收系统以第二模式操作直到发动机冷却剂达到第一阈值温度T1。一旦发动机冷却剂达到第一阈值温度，则不期望发动机冷却剂的附加加温，因此在时间t1处，第三阀和第四阀关闭以停止工作流体流动到热交换器，并且可以停用马达，从而停止膨胀器的反向旋转。进一步地，废热回收系统然后在时间t1处切换到以第一发电模式操作。因此，使泵激活，将第五阀和第六阀移动到第一位置，打开第一阀和第二阀，并且关闭第七阀。泵的激活和阀位调整引起工作流体从蒸发器流动到膨胀器的入口，然后流动到膨胀器的出口。工作流体经过膨胀器膨胀，从而驱动膨胀器沿第一方向(这里是向前方向)旋转。膨胀器沿第一方向的旋转经由联接到膨胀器的发电机产生电力。
该系统继续以第一模式操作，从排气废热中产生电力。然而，在时间t2之前，由于持续的高负载操作、空调系统的激活、高的环境温度和/或其他状况，发动机冷却剂可以升温直到温度达到第二阈值温度T2。因此，为了冷却发动机冷却剂，在时间t2处系统通过打开第三阀和第四阀来启动以发电冷却模式的操作，从而允许已经经由经过膨胀器的膨胀冷却并经由行进通过冷凝器冷却的工作流体流动通过发动机系统热交换器，从而吸收来自发动机冷却剂的热。因此，发动机冷却剂温度降低，并且一旦发动机冷却剂温度回落到第二阈值温度以下，则可以再次关闭第三阀和第四阀。
图表500还示意性地示出示例性发动机冷却剂温度曲线503，如果在发动机起动时废热回收系统未以预热模式操作，则可以观察到该曲线503。如由曲线503所示，发动机冷却剂最终将通过发动机中的燃烧而加温。然而，由曲线503所示的发动机冷却剂的加温可以相对于当废热回收系统在发动机起动时以预热模式操作时的时间而延迟(如由曲线502所示)。
因此，公开的废热回收系统经配置以提供发电、发动机预热和发动机冷却的功能的三种模式操作。在预热模式中，发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体在冷起动时利用排气热加热。在发电模式中，使用来自高温源(诸如排气或EGR)的热来产生电力。在发电-冷却模式中，吸收来自高温源和低温源两者(诸如发动机冷却剂、发动机油或变速器流体)的热以产生电力并降低相应的系统的温度。
更具体地，响应于对以预热模式操作的指示，控制器使泵停止并将膨胀器切换到由马达和电池驱动的沿反向方向的运行，从而以压缩模式运行。该控制器还将蒸发器下游的三通阀(例如，第五阀)切换到第二位置，在此第二位置，压缩机入口管路打开(并且膨胀器入口管路关闭)。另外，控制器将膨胀器下游的三通阀(例如，第六阀)切换到第二位置，并且打开第七阀，使得压缩机出口管路打开(并且关闭第一阀，使得来自泵出口的管路关闭)。工作流体流动通过压缩机入口管路和压缩机出口管路，并且在引导到热交换器(例如，发动机冷却剂、发动机油和/或变速器流体热交换器)之前在蒸发器中被加热并在膨胀器处被压缩，其中冷却剂、发动机油(或其他流体)被预热。
响应于对以发电模式操作的指示，例如响应于冷却剂、发动机油等达到相应的期望温度，控制器经配置关闭热交换器上游的阀(例如，第三阀和第四阀)，起动泵，将膨胀器切换到膨胀模式，将蒸发器下游的三通阀(例如，第五阀)切换到第一位置，在此第一位置处，膨胀器入口管路打开(并且压缩机入口管路关闭)。此外，控制器经配置将膨胀器下游的三通阀(例如，第六阀)切换到第一位置，并且打开第一阀，使得泵出口管路打开(并且关闭第七阀，使得压缩机出口管路关闭)。工作流体由蒸发器中的排气加热，流动通过膨胀器、冷凝器，并且利用泵进行压缩，然后返回到蒸发器(例如，经由打开的第二阀)。来自膨胀器的电力可以用于各种车辆操作，诸如储存在车辆电池中、驱动曲轴、驱动增压器压缩机等。
响应于对以发电-冷却模式操作的指示，例如当冷却剂、发动机油和/或变速器流体的温度太高时，系统维持以发电模式的操作，但是调整热交换器阀(例如，第三阀和第四阀)的位置，以控制工作流体通过具有冷却剂和发动机油(或其他物体)的热交换器，以便冷却冷却剂和发动机油(或其他物体)。同时，工作流体吸收来自冷却剂、发动机油(或其他物体)的热以用于附加的热回收。
通过包括经配置以本文所述的三种操作模式下操作的朗肯循环废热回收系统，可以实现各种益处。例如，可以在一个系统中提供用于产生电力、预热发动机/变速器和冷却发动机/变速器的能力，从而为节省成本、包装和简化该系统提供益处。
以预热模式操作朗肯循环废热回收系统的技术效果是快速加热发动机，减少在富空气-燃料比下花费的时间量和达到排放控制装置操作温度的时间，从而在没有利用用于发动机预热和废热回收发电的单独系统的情况下，降低燃料消耗和排放。
用于方法的一个示例包括：响应于第一状况，经由膨胀器使废热回收系统的工作流体膨胀以产生电力；以及响应于第二状况，经由膨胀器压缩废热回收系统的工作流体以将热传递到发动机。在该方法的第一示例中，使废热回收系统的工作流体膨胀以产生电力包括沿第一方向旋转废热回收系统的膨胀器，并且经由联接到膨胀器的发电机产生电力。在任选地包括第一示例的该方法的第二示例中，压缩废热回收系统的工作流体包括通过马达使膨胀器沿第二方向旋转以压缩工作流体。在任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个的该方法的第三示例中，使废热回收系统的工作流体膨胀以产生电力包括：使工作流体沿第一方向流动通过废热回收系统的膨胀器，包括使工作流体从与发动机排气系统热连通的蒸发器流动到膨胀器的入口，通过膨胀器并从膨胀器的出口流出，并且经由联接到膨胀器的发电机将膨胀转变成电力。在任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每个的该方法的第四示例中，压缩废热回收系统的工作流体包括：使工作流体沿第二方向流动通过膨胀器，包括使工作流体从蒸发器流动到膨胀器的出口，通过膨胀器并从膨胀器的入口流出；以及通过使压缩的工作流体从膨胀器的入口流动到与发动机热连通的一个或多个热交换器，将来自压缩的工作流体的热传递到发动机。在任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每个的该方法的第五示例中，第一状况包括发动机冷却剂温度高于第一阈值温度，并且第二状况包括发动机冷却剂温度低于第一阈值温度，并且该方法进一步包括在第一状况期间阻挡工作流体流动通过一个或多个热交换器。在任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或每个的该方法的第六示例中，该方法进一步包括：响应于发动机冷却剂温度高于比第一阈值温度高的第二阈值温度，使工作流体流动通过一个或多个热交换器。在任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个或每个的方法的第七示例中，沿第一方向操作废热回收系统的膨胀器进一步包括使工作流体从膨胀器的出口流动到冷凝器，从冷凝器流动到泵，并从泵流动到蒸发器。在任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个或每个的该方法的第八示例中，沿第二方向操作废热回收系统的膨胀器进一步包括使工作流体从膨胀器的入口流动到一个或多个热交换器，并使工作流体从一个或多个热交换器流动到蒸发器，绕过冷凝器和泵。
废热回收系统的一个示例包括：一个或多个发动机系统热交换器；蒸发器，其经配置将热从发动机排气系统传递到工作流体；泵，其经配置选择性地将工作流体供应到一个或多个发动机系统热交换器和蒸发器；膨胀器/压缩机，其在蒸发器的下游；冷凝器，其在膨胀器/压缩机的下游和泵的上游；以及控制器，其经配置用以：在第一模式期间，经由蒸发器从发动机排气系统获取热，并且通过将膨胀器/压缩机操作为驱动马达/发电机的膨胀器经由膨胀器/压缩机将热转换成电力，并使膨胀的工作流体流动通过冷凝器；以及在第二模式期间，经由蒸发器从发动机排气系统获取热，并且通过将膨胀器/压缩机操作为由马达/发电机驱动的压缩机来加热一个或多个发动机部件，将由压缩机压缩的工作流体供应到一个或多个发动机系统热交换器并绕过冷凝器。在该系统的第一示例中，该系统进一步包括：膨胀器入口管路，其将蒸发器的出口流体地联接到膨胀器/压缩机的膨胀器入口；膨胀器出口管路，其将膨胀器/压缩机的膨胀器出口流体地联接到冷凝器的入口；压缩机入口管路，其将蒸发器的出口流体地联接到膨胀器/压缩机的压缩机入口；以及压缩机出口管路，其将膨胀器/压缩机的压缩机出口流体地联接到在一个或多个发动机系统热交换器上游的管道。在任选地包括第一示例的该系统的第二示例中，在第一模式期间，工作流体经配置经由膨胀器入口管路从蒸发器流动到膨胀器/压缩机并经由膨胀器出口管路从膨胀器/压缩机流动到冷凝器，并且在第二模式期间，工作流体经配置经由压缩机入口管路从蒸发器流动到膨胀器/压缩机并经由压缩机出口管路从膨胀器/压缩机流动到一个或多个发动机系统热交换器。在任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个的该系统的第三示例中，该系统进一步包括：第一阀，其定位在泵和蒸发器之间；第二阀，其定位在蒸发器和膨胀器/压缩机之间；第三阀，其定位在膨胀器和冷凝器之间，并且控制器经配置用以：在第一模式期间，打开第一阀并将第二阀的位置调整到第二阀的第一位置，并且其中经由膨胀器入口管路在泵和蒸发器的入口之间以及在蒸发器的出口和膨胀器/压缩机的膨胀器入口之间建立流体连通，并且将第三阀的位置调整到第三阀的第一位置，以及在第二模式期间，将第二阀的位置调整到第二阀的第二位置，并且将第三阀的位置调整到第三阀的第二位置，并且其中经由压缩机入口管路在蒸发器的出口和膨胀器/压缩机的压缩机入口之间建立流体连通，并且关闭第一阀以阻挡泵和蒸发器之间的流体连通。在任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每个的该系统的第四示例中，一个或多个发动机系统热交换器包括与发动机冷却剂热连通的第一热交换器和与发动机油热连通的第二热交换器，并且该系统进一步包括：第三阀，其在第一热交换器的上游；以及第四阀，其在第二热交换器的上游；并且其中控制器经配置用以：在第一模式期间，关闭第三阀并关闭第四阀，并且在第二模式期间，打开第三阀并打开第四阀。在任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每个的该系统的第五示例中，该系统进一步包括包含经配置将排气供应到发动机排气系统的多个气缸的发动机，和经配置驱动一个或多个车轮的变速器，变速器联接到发动机和电机中的一个或多个，其中第一模式包括发动机冷却剂温度高于第一阈值温度，其中第二模式包括发动机冷却剂温度低于第一阈值温度，并且其中控制器经配置用以：响应于发动机冷却剂温度高于比第一阈值温度高的第二阈值温度，通过使工作流体从冷凝器流动通过一个或多个发动机系统热交换器来冷却一个或多个发动机部件。
方法的进一步的示例包括：响应于发动机温度高于阈值温度，以发电模式操作排气废热回收系统，以通过将工作流体引导通过膨胀器的入口并引导到膨胀器的出口，使排气废热回收系统的工作流体膨胀，并且经由膨胀器沿第一方向的旋转来产生电力；以及响应于发动机温度低于阈值温度，以预热模式操作排气废热回收系统，以通过将工作流体引导通过膨胀器的出口并引导到膨胀器的入口，将排气热传递到发动机，并且经由沿与第一方向相反的第二方向操作的膨胀器来压缩工作流体。在该方法的第一示例中，经由沿第一方向的膨胀器的旋转产生电力包括经由联接到膨胀器的马达/发电机的发电机产生电力，并且将电力储存在储能装置中。在任选地包括第一示例的该方法的第二示例中，经由沿第二方向操作的膨胀器压缩工作流体包括经由马达/发电机的马达旋转膨胀器。在任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个的该方法的第三示例中，该方法进一步包括将压缩的工作流体从膨胀器的入口引导到与发动机热连通的一个或多个热交换器。在任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每个的该方法的第四示例中，该方法进一步包括：引导工作流体通过与发动机的排气系统热连通的排气废热回收系统的蒸发器；响应于发动机温度高于阈值温度，将工作流体从蒸发器引导到膨胀器的入口；以及响应于发动机温度低于阈值温度，将工作流体从蒸发器引导到膨胀器的出口。
应注意，本文中包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统来执行。本文中描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所示的顺序执行，并行执行或在某些情况下被省略。同样地，处理的顺序不必实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点，而是为了便于说明和描述而提供。根据所使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括与电子控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中执行指令来执行。
应该理解，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别地指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以是指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出的新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于废热回收的方法，其包括：
响应于第一状况，经由膨胀器使废热回收系统的工作流体膨胀以产生电力，并且阻挡所述工作流体流动通过与发动机热连通的一个或多个热交换器；以及
响应于第二状况，经由所述膨胀器压缩所述废热回收系统的所述工作流体以经由所述一个或多个热交换器将热传递到发动机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述废热回收系统的所述工作流体膨胀以产生电力包括沿第一方向旋转所述废热回收系统的所述膨胀器，并经由联接到所述膨胀器的发电机产生电力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中压缩所述废热回收系统的所述工作流体包括通过马达沿第二方向旋转所述膨胀器以压缩所述工作流体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使所述废热回收系统的所述工作流体膨胀以产生电力包括：
使所述工作流体沿第一方向流动通过所述废热回收系统的所述膨胀器，包括使所述工作流体从与发动机排气系统热连通的蒸发器流动到所述膨胀器的入口，通过所述膨胀器并从所述膨胀器的出口流出，并且经由联接到所述膨胀器的发电机将所述膨胀转变成电力。
5.根据权利要求4所述的方法，其中压缩所述废热回收系统的所述工作流体包括：
使所述工作流体沿第二方向流动通过所述膨胀器，包括使所述工作流体从所述蒸发器流动到所述膨胀器的所述出口，通过所述膨胀器并从所述膨胀器的所述入口流出；以及
通过使所述压缩的工作流体从所述膨胀器的所述入口流动到与所述发动机热连通的所述一个或多个热交换器，将来自所述压缩的工作流体的热传递到所述发动机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一状况包括发动机冷却剂温度高于第一阈值温度，并且所述第二状况包括所述发动机冷却剂温度低于所述第一阈值温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：响应于所述发动机冷却剂温度高于第二阈值温度，使所述工作流体流动通过所述一个或多个热交换器，其中所述第二阈值温度高于所述第一阈值温度。
8.根据权利要求5所述的方法，其中沿所述第一方向操作所述废热回收系统的所述膨胀器进一步包括使所述工作流体从所述膨胀器的所述出口流动到冷凝器，从所述冷凝器流动到泵并从所述泵流动到所述蒸发器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中沿所述第二方向操作所述废热回收系统的所述膨胀器进一步包括使所述工作流体从所述膨胀器的所述入口流动到所述一个或多个热交换器，并且使所述工作流体从所述一个或多个热交换器流动到所述蒸发器，绕过所述冷凝器和所述泵。
10.一种废热回收系统，其包括：
一个或多个发动机系统热交换器；
蒸发器，其经配置将热从发动机排气系统传递到工作流体；
泵，其经配置选择性地将所述工作流体供应到所述一个或多个发动机系统热交换器和所述蒸发器；
膨胀器/压缩机，所述膨胀器/压缩机在所述蒸发器的下游；
冷凝器，其在所述膨胀器/压缩机的下游和所述泵的上游；以及
控制器，其经配置以：
在第一模式期间，经由所述蒸发器从所述发动机排气系统获取热，并且通过将所述膨胀器/压缩机操作为驱动马达/发电机的膨胀器，经由所述膨胀器/压缩机将所述热转换成电力，并且使膨胀的工作流体流动通过所述冷凝器；以及
在第二模式期间，经由所述蒸发器从所述发动机排气系统获取热，并且通过将所述膨胀器/压缩机操作为由所述马达/发电机驱动的压缩机，加热一个或多个发动机部件，将由所述压缩机压缩的所述工作流体供应到所述一个或多个发动机系统热交换器并绕过所述冷凝器。
11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括：
膨胀器入口管路，其将所述蒸发器的出口流体地联接到所述膨胀器/压缩机的膨胀器入口；
膨胀器出口管路，其将所述膨胀器/压缩机的膨胀器出口流体地联接到所述冷凝器的入口；
压缩机入口管路，其将所述蒸发器的所述出口流体地联接到所述膨胀器/压缩机的压缩机入口；以及
压缩机出口管路，其将所述膨胀器/压缩机的压缩机出口流体地联接到所述一个或多个发动机系统热交换器上游的管道。
12.根据权利要求11所述的系统，其中在所述第一模式期间，工作流体经配置经由所述膨胀器入口管路从所述蒸发器流动到所述膨胀器/压缩机并经由所述膨胀器出口管路从所述膨胀器/压缩机流动到所述冷凝器，并且在所述第二模式期间，工作流体经配置经由所述压缩机入口管路从所述蒸发器流动到所述膨胀器/压缩机并经由所述压缩机出口管路从所述膨胀器/压缩机流动到所述一个或多个发动机系统热交换器。
13.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括：
第一阀，其定位在所述泵和所述蒸发器之间；
第二阀，其定位在所述蒸发器和所述膨胀器/压缩机之间；以及
第三阀，其定位在所述膨胀器和所述冷凝器之间，并且其中所述控制器经配置以：
在所述第一模式期间，打开所述第一阀并将所述第二阀的位置调整到所述第二阀的第一位置，并且因此经由所述膨胀器入口管路在所述泵和所述蒸发器的入口之间以及在所述蒸发器的所述出口和所述膨胀器/压缩机的所述膨胀器入口之间建立流体连通，并且将所述第三阀的位置调整到所述第三阀的第一位置，以及
在所述第二模式期间，将所述第二阀的所述位置调整到所述第二阀的第二位置，并且将所述第三阀的位置调整到所述第三阀的第二位置，并且因此经由所述压缩机入口管路在所述蒸发器的所述出口和所述膨胀器/压缩机的所述压缩机入口之间建立流体连通，并且关闭所述第一阀以阻挡所述泵和所述蒸发器之间的流体连通。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个发动机系统热交换器包括与发动机冷却剂热连通的第一热交换器和与发动机油热连通的第二热交换器，并且其中所述系统进一步包括：
第五阀，其在所述第一热交换器的上游；以及
第四阀，其在所述第二热交换器的上游；并且其中所述控制器经配置以：在所述第一模式期间，关闭所述第五阀并关闭所述第四阀，并且在所述第二模式期间，打开所述第五阀并打开所述第四阀。
15.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括发动机和变速器，所述发动机包括经配置将排气供应到所述发动机排气系统的多个气缸，所述变速器经配置驱动一个或多个车轮，所述变速器联接到所述发动机和电动机器中的一个或多个，其中所述第一模式包括发动机冷却剂温度高于第一阈值温度，其中所述第二模式包括发动机冷却剂温度低于所述第一阈值温度，并且其中所述控制器经配置以：响应于发动机冷却剂温度高于第二阈值温度，通过使所述工作流体从所述冷凝器流动通过所述一个或多个发动机系统热交换器，冷却所述一个或多个发动机部件，所述第二阈值温度高于所述第一阈值温度。
16.一种用于废热回收的方法，其包括：
引导工作流体通过与发动机的排气系统热连通的排气废热回收系统的蒸发器；
响应于发动机温度高于阈值温度，以发电模式操作所述排气废热回收系统，以通过将所述工作流体引导通过膨胀器的入口并引导到所述膨胀器的出口使所述排气废热回收系统的工作流体膨胀，并且经由所述膨胀器沿第一方向的旋转产生电力；以及
响应于所述发动机温度低于所述阈值温度，以预热模式操作所述排气废热回收系统，以通过将所述工作流体引导通过所述膨胀器的所述出口并引导到所述膨胀器的所述入口将排气热传递到发动机，经由沿与所述第一方向相反的第二方向操作的所述膨胀器压缩所述工作流体，并且将压缩的工作流体从所述膨胀器的所述入口引导到一个或多个发动机系统热交换器，所述一个或多个发动机系统热交换器被配置为将热量从所述压缩的工作流体传递到所述发动机。
17.根据权利要求16所述的方法，其中经由所述膨胀器沿所述第一方向的旋转产生电力包括经由联接到所述膨胀器的马达/发电机的发电机产生电力，并且将所述电力储存在储能装置中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中经由沿所述第二方向操作的所述膨胀器压缩所述工作流体包括经由所述马达/发电机的马达旋转所述膨胀器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个发动机系统热交换器包括发动机冷却剂热交换器，所述发动机冷却剂热交换器被配置为将热量从所述压缩的工作流体传递到发动机冷却剂。
20.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
响应于所述发动机温度高于所述阈值温度，将所述工作流体从所述蒸发器引导到所述膨胀器的所述入口；以及
响应于所述发动机温度低于所述阈值温度，将所述工作流体从所述蒸发器引导到所述膨胀器的所述出口。
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