CN108071474A - 具有主动式冷却剂压力控制的系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及具有主动式冷却剂压力控制的系统。具有主动式冷却剂压力控制的废热回收(WHR)和冷却剂系统包括发动机冷却系统、WHR系统和冷却剂压力控制系统。冷却剂热交换器沿发动机冷却回路和工作流体回路中的每一个定位且被构建成将来自冷却剂流体的热量传递到工作流体。冷却剂压力控制系统包括压力管路，压力管路可操作地耦合到空气制动系统并可操作地耦合到冷却剂箱。阀在冷却剂箱上游耦合到压力管路。冷却剂压力控制器与阀、空气压力传感器和冷却剂温度传感器中的每一个可操作地通信。冷却剂压力控制器被构建成基于冷却剂温度确定目标冷却剂压力且控制阀的阀位置以便促使空气压力接近目标冷却剂压力。本申请还涉及主动式冷却剂压力控制的方法。

Description

具有主动式冷却剂压力控制的系统

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2016年11月15日提交的第62/422,456号美国临时专利申请的优先权及其权益，该临时专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及废热回收(“WHR”)系统和发动机冷却系统。

背景技术

在操作中，内燃发动机通过废气、发动机冷却系统、增压空气冷却系统等将热能排放到外部环境中。未用于执行有用工作的排出的热能通常称为“废热”。废热回收(“WHR”)系统捕获一部分废热以执行有用的工作，比如经由膨胀器(例如，涡轮机)产生轴功率。一些WHR系统使用朗肯循环(Rankine cycle)。朗肯循环是一种热力学过程，在该热力学过程中热量传递到朗肯循环回路中的工作流体。工作流体被泵送到锅炉，在锅炉中工作流体蒸发。蒸汽通过膨胀器，并且然后通过冷凝器，在冷凝器中蒸气冷凝变回到流体。膨胀器可以驱动发电机以产生电能。有机朗肯循环(“ORC”)是其中工作流体是有机高分子量流体的朗肯循环，该有机高分子量流体具有在比水的温度低的温度下的液-气相变。这样的流体允许相对于其它朗肯循环系统从相对较低的温度源进行热回收。

发明内容

各实施方案涉及具有主动式冷却剂压力控制的系统。示例性系统包括发动机冷却系统、WHR系统和冷却剂压力控制系统。发动机冷却系统包括冷却剂箱和发动机冷却回路，发动机冷却回路与冷却剂箱连通以接纳冷却剂流体。发动机冷却回路包括第一泵，第一泵被构建成使冷却剂流体循环穿过发动机冷却回路。冷却剂热交换器沿发动机冷却回路定位。第一温度传感器也是沿发动机冷却回路定位。第一温度传感器被构建成提供流动穿过发动机冷却回路的冷却剂流体的冷却剂温度值。废热回收系统包括工作流体回路，该工作流体回路包括第二泵，第二泵被构建成使工作流体循环穿过工作流体回路。冷却剂热交换器沿工作流体回路定位并且被构建成将来自冷却剂流体的热量传递到工作流体。冷却剂压力控制系统可操作地耦合到发动机冷却系统。冷却剂压力控制系统包括压力管路，压力管路可操作地耦合到压力源并可操作地耦合到冷却剂箱。压力管路被构建成接收来自压力源的加压空气并构建成将加压空气提供给冷却剂箱。阀在冷却剂箱的上游可操作地耦合到压力管路。压力传感器在阀的下游和冷却剂箱的上游可操作地耦合到压力管路。压力传感器被构建成提供指示冷却剂箱中的压力的压力值。冷却剂压力控制器与阀、压力传感器和第一温度传感器中的每一个可操作地通信。冷却剂压力控制器被构建为成解释压力值，解释冷却剂温度值，基于冷却剂温度值确定目标冷却剂压力，以及控制阀的阀位置以便促使压力值接近目标冷却剂压力。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成确定所述目标冷却剂压力，以便防止所述冷却剂流体沸腾。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成基于发动机载荷、发动机速度、工作流体温度和交通工具速度中的至少一个来确定所述目标冷却剂压力。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成：

基于所述工作流体回路中的邻近所述冷却剂热交换器的所述工作流体的工作流体温度，确定所述冷却剂流体在一时间段内的第一温度变化；以及

基于所述冷却剂温度值和所述第一温度变化，确定第二冷却剂温度，所述第二冷却剂温度与所述时间段结束时的所述冷却剂流体的温度有关，

其中所述目标冷却剂压力被确定为高于所述冷却剂流体在所述第二冷却剂温度下沸腾的压力。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成：

基于发动机载荷，确定所述冷却剂流体在所述时间段内的第二温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第二温度变化被确定。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成：

基于交通工具速度，确定所述冷却剂流体在所述时间段内的第三温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第三温度变化被确定。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器还被构建成响应于所述第二冷却剂温度超过所述冷却剂流体的沸点，将所述阀的阀位置控制到打开位置，以便使所述冷却剂箱内的压力增加。

在一些实施方案中，所述废热回收系统还包括：

膨胀器，其在所述冷却剂热交换器的下游沿所述工作流体回路定位，所述膨胀器被构建成将来自从所述冷却剂流体传递到所述工作流体的热量的能量转换成机械能；以及

冷凝器，其在所述膨胀器的下游沿所述工作流体回路定位，所述冷凝器被构建成冷却所述工作流体。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制系统还包括：

过滤器，其在所述阀的下游可操作地耦合至所述压力管路，所述过滤器被构建成从所述压力管路中的加压空气去除碎屑；以及

孔口，其在所述过滤器的下游和所述冷却剂箱的上游可操作地耦合到所述压力管路，所述孔口被构建成制约穿过所述压力管路的所述加压空气的流动。

在一些实施方案中，所述压力源是空气制动系统。

在一些实施方案中，所述压力源是压缩机。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成在发动机起动时执行自诊断，所述自诊断包括：

将所述阀的阀位置控制到打开位置；

监测所述冷却剂箱中的压力；以及

响应于所述冷却剂箱中的压力未超过阈值压力值而提供警告。

在一些实施方案中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成在发动机起动时执行自诊断，所述自诊断包括：

将所述阀的阀位置控制到打开位置；

监测所述冷却剂箱中的压力；

响应于所述冷却剂箱中的压力超过第一阈值压力值，将所述阀的阀位置控制到关闭位置；

监测所述冷却剂箱中的压力；以及

响应于所述冷却剂箱中的压力在预定时间段内下降到第二阈值压力值以下而提供警告。

另外的各实施方案涉及主动式冷却剂压力控制的方法。在示例性方法中，冷却剂流体被泵送穿过包括发动机、散热器、冷却剂热交换器和冷却剂箱的发动机冷却回路。工作流体被泵送通过穿过包括冷却剂热交换器、膨胀器和冷凝器的工作流体回路。加压空气穿过压力管路从压力源传输到冷却剂箱。接收指示冷却剂箱中的压力的压力值。解释压力值。从定位在发动机冷却回路中的温度传感器接收流动穿过发动机冷却回路的冷却剂流体的冷却剂温度值。解释冷却剂温度值。基于冷却剂温度值确定目标冷却剂压力。控制可操作地耦合到压力管路的阀的阀位置，以便促使压力值接近目标冷却剂压力。

在一些实施方案中，确定所述目标冷却剂压力以便防止所述冷却剂流体沸腾。

在一些实施方案中，所述方法还包括：

基于所述工作流体回路中的邻近所述冷却剂热交换器的所述工作流体的工作流体温度，确定所述冷却剂流体在一时间段内的第一温度变化；以及

基于所述冷却剂温度值和所述第一温度变化，确定第二冷却剂温度，所述第二冷却剂温度与在所述时间段结束时的所述冷却剂流体的温度有关，

其中所述目标冷却剂压力被确定为高于所述冷却剂流体在所述第二冷却剂温度下沸腾的压力。

在一些实施方案中，所述方法还包括：

基于发动机载荷，确定所述时间段内的第二温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第二温度变化被确定。

在一些实施方案中，所述方法还包括：

基于交通工具速度确定所述时间段内的第三温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第三温度变化被确定。

在一些实施方案中，所述方法还包括响应于所述第二冷却剂温度超过所述冷却剂流体的沸点，将所述阀的阀位置控制到打开位置，以便促使所述冷却剂箱中的压力增加。

另外的各实施方案涉及具有主动式冷却剂压力控制的系统。示例性系统包括可操作地耦合到压力源和冷却剂箱的压力管路。冷却剂箱与发动机冷却系统连通以提供冷却剂流体。阀在冷却剂箱的上游可操作地耦合到压力管路。冷却剂压力控制器与阀可操作地连通。冷却剂压力控制器被构建成确定冷却剂箱中的压力。确定发动机冷却系统中的冷却剂流体的温度。基于发动机冷却系统中的冷却剂流体的温度确定目标冷却剂压力。控制阀的阀位置以便促使冷却剂箱内的压力接近目标冷却剂压力。

在一些实施方案中，所述发动机冷却系统中的所述冷却剂流体至少部分地由废热回收系统冷却。

附图说明

在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。本公开的其它特征、方面和优点根据说明书、附图以及权利要求将变得明显。

图1是示出了根据示例性实施方案的交通工具系统的示意图。

图2是图1的交通工具系统的冷却剂压力控制器的框图。

图3是根据示例性实施方案的控制用于发动机和WHR系统的冷却剂压力控制系统的方法的流程图。

应认识到，附图是用于图示目的的表示。为了说明一个或更多个实施方式的目的而提供附图，明确地理解这些附图将不用于限制权利要求的范围或含义。

具体实施方式

发动机冷却系统运行以确保发动机和其它交通工具部件的温度不超过额定工作温度限制。由于日益严格的燃油效率要求、排放法规和封装限制以及其它因素，交通工具冷却要求变得越来越苛刻。

总体上参考附图，各实施方案涉及包括主动冷却剂压力控制的WHR和冷却系统。一个示例性系统包括发动机冷却剂系统、WHR系统和冷却剂压力控制系统。冷却剂热交换器沿WHR系统的工作流体回路并且沿发动机冷却系统的发动机冷却回路定位。冷却剂热交换器被构建成将来自发动机冷却回路中的冷却剂流体的热量传递到工作流体回路中的工作流体。WHR(如ORC WHR)系统被构建成回收来自发动机冷却剂和其它废热源的废热。发动机冷却剂系统被构建成以相对于常规的冷却剂流体升高的冷却剂流体温度运行，以提高循环效率。冷却剂压力控制系统被构建成调节冷却剂流体的压力以便防止冷却剂流体沸腾。冷却剂压力控制系统包括可操作地耦合发动机冷却剂系统的压力源和冷却剂流体箱的压力管路。在一些实施方案中，压力源是空气制动系统。阀在冷却剂箱的上游可操作地耦合到压力管路。冷却剂压力控制器与阀和各传感器中的每一个可操作地连通。冷却剂压力控制器被构建成控制阀以便将冷却剂流体保持在目标冷却剂压力下(或在目标冷却剂压力范围内)。在一些实施方案中，目标冷却剂压力(或目标冷却剂压力范围)基于冷却剂流体温度、发动机载荷和WHR系统运行工况中的一个或更多个来确定。

根据各种实施方案，具有主动冷却剂压力控制的WHR和冷却剂系统解决了与现有的WHR和冷却剂系统相关的各种技术问题。为了优化循环效率系统，冷却剂流体保持在比常规发动机冷却剂系统更高的操作温度，这使得更多的热量能够从冷却剂流体传递到WHR系统的工作流体。使冷却剂流体保持在较高温度的一种方式是允许因温度升高而引起的流体体积的增加，以引起系统中流体压力的相应增加。冷却剂箱可以包括压力盖以保持流体压力在阈值水平以下。然而，这种方法的一个问题在于，运行中的发动机系统可能在管道或压力盖中具有小的压力泄漏，这导致压力随时间而流失。在驱动循环(drive cycle)的过程中，小的泄漏可能将冷却剂压力降低到接近大气压力。与WHR系统结合的这种方法的另一个问题是，WHR系统经常改变冷却剂温度，因此很难将冷却剂保持在目标压力下。该系统经由诸如空气制动系统的压力源主动地控制冷却剂流体压力，压力源经由压力管路将加压空气提供到冷却剂箱。冷却剂压力控制器通过控制压力管路中的阀主动地将冷却剂流体保持在目标压力。目标压力基于冷却剂流体温度、发动机载荷和WHR系统运行状况中的一个或更多个来确定。主动控制冷却剂流体压力允许冷却剂流体在较长的时间段内保持在较高的温度。主动控制冷却剂流体压力还防止冷却剂流体沸腾，冷却剂流体沸腾可能导致发动机或其它相关部件损坏。

图1是示出根据实施方案的交通工具系统100的示意图。交通工具系统100包括发动机102、发动机冷却系统104、WHR系统106和冷却剂压力控制系统108。

发动机102可以由各种类型的燃料(例如，柴油、天然气、汽油等)中的任一种来提供动力。在一些实施方案中，发动机102作为交通工具的原动机运行。在其它实施方案中，发动机102作为发电机的原动机运行。在其它实施方案中，发动机102是另一种类型的四冲程循环或两冲程循环发动机。应该理解的是，交通工具系统100还包括流体耦合到发动机102的进气歧管的进气通道(未示出)和流体耦合到发动机102的排气歧管的排气通道(未示出)。进气通道被构建成将增压空气传输到发动机102的进气歧管。排气通道被构建成接收来自发动机102的废气并将废气排出到外部环境。在一些实施方案中，排气通道包括废气再循环通道，废气再循环通道被构建成将废气的至少一部分转移动发动机102的进气歧管。应该理解，排气通道也可以可操作地耦合到一个或更多个后处理部件。

发动机冷却系统104被构建成为发动机102提供冷却。应该理解的是，发动机冷却系统104可以是还为其它交通工具部件提供冷却的较大交通工具冷却系统的一部分。发动机冷却系统104包括发动机冷却回路110，该发动机冷却回路110界定了用于流动穿过发动机102和发动机冷却系统104的其它部件的冷却剂流体的流动路径。应该理解，发动机冷却回路110包括流体地耦合发动机102和发动机冷却系统104的其它部件的导管(未示出)。根据各实施方案，冷却剂流体可以包括基于乙二醇的冷却剂、水或其它冷却剂流体。在其它实施方案中，冷却剂流体是热油或其它类型的传热流体。发动机冷却系统104还包括第一泵112、恒温器114、散热器116、冷却剂热交换器118和冷却剂箱120。

第一泵112(例如，水泵)在发动机102的上游沿发动机冷却回路110定位。应该理解的是，当参考发动机冷却系统104时，术语“上游”和“下游”相对于穿过发动机冷却系统104的冷却剂流体的流动方向来界定。第一泵112被构建成使冷却剂流体循环穿过发动机冷却回路110。恒温器114在发动机102的下游沿发动机冷却回路110定位。温度传感器122定位成邻近恒温器114的出口，并且被构建成提供指示离开发动机102的冷却剂流体的温度的温度值。

散热器116沿发动机冷却回路110在发动机102的下游定位在发动机冷却回路110的第一分支124上。第一分支124流体地耦合第一泵112、发动机102、恒温器114和散热器116。在运行中，冷却剂流体流动穿过第一分支124，从第一泵112穿过发动机102并随后穿过散热器116。在一些实施方案中，风扇邻近散热器116定位，并被构建成迫使空气跨过散热器116以促进对流的热传递。特别地，散热器116被构建成将来自从发动机102接收的热的冷却剂流体的热量传递到周围空气。

冷却剂热交换器118沿发动机冷却回路110的第二分支126定位。第二分支126流体地耦合第一泵112、发动机102、恒温器114和冷却剂热交换器118。在一些实施方案中，第一分支124和第二分支126彼此并联地布置。在运行中，冷却剂流体流动穿过第二分支126，从第一泵112到发动机102并随后穿过冷却剂热交换器118。下面结合WHR系统106来进一步讨论冷却剂热交换器118。

冷却剂箱120沿发动机冷却回路110的第三分支128定位。第三分支128将冷却剂箱120与发动机冷却回路110的第一分支124和第二分支126中的每一个分支流体地耦合，以便将冷却剂流体提供到发动机冷却回路110。压力盖130可移除地耦合到冷却剂箱120，以便提供进入其的通路(例如，用冷却剂流体填充冷却剂箱120)。压力盖130被构建成在阈值压力以上释放来自冷却剂箱120的压力，以便将冷却剂箱120中的压力保持在阈值压力以下。压力盖130还被构建成当发动机冷却系统104(例如，发动机冷却回路110的通道)下降到阈值压力(例如，环境气压)以下时允许空气进入冷却剂箱120。例如，当发动机冷却回路110冷却下来时，例如当发动机102关闭时，发动机冷却系统104可以降到环境气压以下。

在一些实施方案中，一个或更多个阀(未示出)沿发动机冷却回路110定位。该一个或更多个阀被构建成选择性地阻塞来自第一分支124、第二分支126和第三分支128中的任一个的冷却剂流体，以便将一些或全部冷却剂流体转移到第一分支124、第二分支126和第三分支128中的其它分支。例如，沿第一分支124或第二分支126定位的阀可以选择性地控制穿过第二分支126的流体流动，以控制由冷却剂热交换器118提供给冷却剂流体的冷却量。基于如由温度传感器122确定的冷却剂流体的温度，该一个或更多个阀可以控制穿过第一分支124、第二分支126和第三分支128中的一个或更多个的流动。

WHR系统106被构建成将由发动机102和交通工具系统100的其它部件产生的废热转化为诸如机械能和/或电能的有用能量。例如，WHR系统106被构建成将来自发动机冷却系统104的废热转化为有用的能量。在一些实施方案中，WHR系统106进一步配置成转换来自其它源(比如，增压空气、废气再循环(“EGR”)气体和/或其它源)的废热。

WHR系统106包括沿工作流体回路144定位的冷却剂热交换器118、EGR热交换器132、膨胀器134、变速箱136、同流换热器138、冷凝器140和过冷却器142。工作流体回路144包括被构建成使工作流体循环穿过WHR系统106的各个部件的第二泵146(例如，供给泵)。

冷却剂热交换器118被构建成将来自发动机冷却回路110中的冷却剂流体的热能传递到工作流体回路144中的工作流体，以便冷却冷却剂流体并加热工作流体。在运行中，穿过冷却剂热交换器118的冷却剂流体已经被发动机102加热。因此，冷却剂热交换器118冷却冷却剂流体，由此为发动机102提供冷却。根据各种实施方案，工作流体可以包括各种类型的流体中的任何一种，例如，如制冷剂(例如，R245a或其它低的全球变暖潜势(“GWP”)的替代物)、乙醇、甲苯、其它烃基工作流体、其它氢氟烃基工作流体或水。因为冷却剂热交换器118从冷却剂流体去除热量，所以冷却剂热交换器118执行常规冷却剂散热器的至少一部分冷却操作。因此，在一些实施方案中，发动机冷却系统104的散热器116可以在尺寸上比常规的冷却剂散热器小(例如，具有更小的冷却能力)。另外，冷却剂热交换器118通过将来自冷却剂流体的热能传递到工作流体来提供改进的效率。WHR系统106由从发动机冷却系统104的冷却剂流体接收的热能产生有用的能量。相比之下，这种热能在常规系统中被排放到外部环境。

EGR热交换器132与冷却剂热交换器118并联且在膨胀器134的上游沿工作流体回路144定位。应该理解的是，当参考工作流体回路144时，术语“上游”和“下游”相对于穿过工作流体回路144的工作流体的流动方向来界定。EGR热交换器132可操作地且流体地耦合到发动机的EGR通道，以便接收来自发动机102的排气歧管的EGR气体。EGR热交换器132被构建成将来自EGR气体的热量传递到工作流体回路144中的工作流体，以便冷却EGR气体并进一步加热工作流体。冷却的EGR气体然后传递到发动机102的进气歧管。EGR热交换器132还被构建成将来自流动穿过冷却剂热交换器118的工作流体的热量传递到流动穿过EGR热交换器132的工作流体。当工作流体被冷却剂热交换器118、EGR热交换器132和同流换热器138中的每一个加热时，工作流体可被充分加热，使得工作流体在到达膨胀器134之前处于大体上蒸气的形式。

膨胀器134沿工作流体回路144定位在EGR热交换器132的下游和同流换热器138的上游。当大体上蒸发了的工作流体行进穿过膨胀器134时，蒸气膨胀并失去压力，由此驱动膨胀器134的涡轮而产生有用功。根据各实施方案，膨胀器134可以包括活塞膨胀器、螺杆膨胀器、涡旋膨胀器，转子膨胀器(gerotor expander)或其它类型的膨胀器。

变速箱136可操作地耦合到膨胀器134，以便将来自膨胀器134的机械能传输到一个或更多个其它部件。在一些实施方案中，变速箱136的输出端可操作地耦合到发电机，发电机可以将来自膨胀器134的旋转涡轮的机械能转换成电能。在其它实施方案中，变速箱136的输出端例如经由齿轮或皮带传动装置可操作地耦合到发动机102的曲轴、发动机附件轴和/或其它部件，以便将机械能传递到那些装置。

同流换热器138沿工作流体回路144定位在膨胀器134的下游和冷凝器140的上游，并且在第二泵146的下游和冷却剂热交换器118的上游。同流换热器138被构建成将来自从膨胀器134接收的温的工作流体的热量传递到经由第二泵146从过冷却器142接收的冷工作流体，以便在工作流体被传输到冷却剂热交换器118之前预热工作流体。一些实施方案不包括同流换热器138。

冷凝器140沿工作流体回路144定位在同流换热器138的下游。冷凝器140被构建成接收来自同流换热器138的工作流体并将热量从工作流体传递到周围环境，从而将工作流体大体上或完全冷凝变回到液体。

过冷却器142沿工作流体回路144定位在冷凝器140的下游。过冷却器142被构建成接收来自冷凝器140的工作流体并将热量从工作流体传递到周围环境，从而进一步冷却在该阶段大体上为液体形式的工作流体。工作流体然后从过冷却器142传递到第二泵146，并且再次循环穿过工作流体回路144。

冷却剂压力控制系统108包括压力管路148、阀150、过滤器152、孔口154、压力传感器156和冷却剂压力控制器158。压力管路148流体地耦合交通工具空气制动系统160和冷却剂箱120，以便将来自交通工具空气制动系统160的加压空气传输到冷却剂箱120。压力管路148包括被构建成传输加压流体的导管(例如，软管)。在一些实施方案中，使用不同类型的压力源而不是交通工具空气制动系统160。例如，一些实施方案包括空气压缩机而不是交通工具空气制动系统160。

阀150在交通工具空气制动系统160的下游可操作地耦合到压力管路148。阀150被构建成控制穿过压力管路148的流体流动。在一些实施方案中，阀150是电磁阀。

过滤器152在阀150的下游可操作地耦合到压力管路148。过滤器152被构建成从流动穿过压力管路148的加压空气中去除碎屑。过滤器用于防止孔口被堵塞。

孔口154在过滤器152的下游和冷却剂箱120的上游可操作地耦合到压力管路148。孔口154被构建成制约穿过压力管路148的加压空气的流动，以便防止压力峰值并且限制可以将空气压力施加到冷却剂箱120的速率。

压力传感器156在冷却剂箱120的上游可操作地耦合至压力管路148。在一些实施方案中，压力传感器156定位在孔口154的下游。然而，在其它实施方案中，压力传感器156定位在其它位置。一些实施方案包括多个压力传感器156。压力传感器156被构建成提供指示压力管路148中的加压空气的压力的空气压力值。应该理解的是，空气压力值还表示冷却剂箱120中的压力。

冷却剂压力控制器158通信地且可操作地耦合到发动机102、温度传感器122、阀150和压力传感器156中的每一个。在一些实施方案中，冷却剂压力控制器158还可通信地且可操作地耦合到其它部件，例如耦合到WHR系统106的一个或更多个传感器。如下面结合图2所进一步描述的，冷却剂压力控制器158被构建成基于各种因素(例如，如冷却剂温度、发动机载荷、发动机速度、交通工具速度和WHR系统运行工况中的一个或更多个)来确定目标压力并且被构建成控制阀150的操作，以便将发动机冷却回路110中的冷却剂流体的压力保持在目标压力下。交通工具速度是指由发动机102提供动力的交通工具的速度。

冷却剂压力控制回路208被构建成确定冷却剂流体在一个时间段内关于一个或更多个运行工况的温度变化。冷却剂压力控制器158还被构建成基于冷却剂温度值和第一温度变化来确定第二冷却剂温度。第二冷却剂温度与在该时间段结束时的冷却剂流体的温度有关，这是由正由于分析的因素而被冷却或加热的冷却剂流体造成的。冷却剂压力控制器158将目标冷却剂压力确定为高于冷却剂流体在第二冷却剂温度下沸腾的压力。

例如，WHR系统106的运行工况可以影响冷却剂流体温度。WHR系统106的运行工况可以包括，例如工作流体回路144内的各位置处的工作流体的温度、工作流体回路144内的各位置处的工作流体的压力、工作流体在工作流体回路144内的各位置处的工作流体的流速、流动穿过EGR热交换器132的废气的温度、第二泵146的压力或功率输出以及其它工况。

在另一个示例中，工作流体回路144中的与发动机冷却回路110中的冷却剂流体的温度有关的工作流体的温度影响冷却剂流体温度。更具体地说，工作流体的温度和邻近冷却剂热交换器118的冷却剂流体的温度之间的差越大，从冷却剂流体传递到工作流体的热量就越多。冷却剂流体温度的变化将进而引起冷却剂流体压力的相应变化，并因此导致冷却剂流体沸点(冷却剂流体沸腾时的温度)的相应变化。

在一个实施方案中，冷却剂压力控制器158被构建成基于工作流体回路144中的邻近冷却剂热交换器118的工作流体的工作流体温度来确定冷却剂流体在一段时间内的第一温度变化。冷却剂压力控制器158还被构建成基于冷却剂温度值和第一温度变化来确定第二冷却剂温度。第二冷却剂温度与该时间段结束时的冷却剂流体温度有关。冷却剂压力控制器158将目标冷却剂压力确定为高于冷却剂流体在第二冷却剂温度下沸腾的压力。

在另一个实施方案中，发动机载荷的增加还可以引起发动机运行温度的潜在增加，并因此引起冷却剂流体温度的潜在增加。冷却剂流体温度的增加将进而导致冷却剂流体压力的相应增加，并因此导致冷却剂流体沸点(冷却剂流体沸腾的温度)的相应地增加。相反，发动机载荷的降低可能导致发动机运行温度的潜在降低，并因此导致冷却剂温度的潜在降低。冷却剂流体温度的降低将导致冷却剂流体压力的相应降低，并且因此导致冷却剂流体沸点的相应降低。在一个实施方案中，冷却剂压力控制器158基于发动机载荷确定在该时间段内冷却剂流体的第二温度变化。冷却剂压力控制器158进一步基于第二温度变化来确定第二冷却剂温度。

在另一个示例中，交通工具速度影响冷却剂温度。交通工具速度的增加增加了发动机冷却系统104的对流冷却能力。特别地，交通工具速度的增加导致更大量的冲压空气在更高速度下流动穿过散热器116，从而增加了散热器116提供给冷却剂流体的冷却量。因此，发动机速度的增加可以导致冷却剂流体温度的相应降低。相反，交通工具速度的降低可以导致冷却剂流体温度的相应增加。在一个实施方案中，冷却剂压力控制器158基于交通工具速度确定该时间段内的冷却剂流体的第三温度变化。冷却剂压力控制器158进一步基于第三温度变化来确定第二冷却剂温度。

在一些实施方案中，基于经验测试数据和/或计算(例如，计算流体动力学、有限元等)模型对因被分析以确定目标冷却剂压力的上述因素(例如，冷却剂温度、发动机载荷、交通工具速度和WHR系统运行工况等)而导致的温度变化进行建模。参数模型可储存在冷却剂压力控制器158上的存储器中(例如，作为查找表或传递函数)，并且在操作期间由冷却剂压力控制器158进行参考以确定目标冷却剂压力。

图2是图1的冷却剂压力控制器158的框图。冷却剂压力控制器158包括处理器202和存储器204。存储器204被示出为包括运行工况回路206、冷却剂压力控制回路208和自诊断回路210，各自可通信地耦合到其它回路。通常，运行工况回路206和冷却剂压力控制回路208被构建成基于所监测到的交通工具系统100的运行工况来控制发动机冷却系统104、WHR系统106和冷却剂压力控制系统108中的至少一个的操作。虽然在图2中示出了具有特定功能的各种回路，但应当理解的是，冷却剂压力控制器158可以包括用于完成本文中所描述的功能的任何数量的回路。例如，多个回路的活动可以被组合为单个回路，可以包括具有附加功能的附加回路等等。另外，应当理解的是，冷却剂压力控制器158可以进一步控制超出本公开范围的其它交通工具的活动。例如，在一些实施方案中，冷却剂压力控制器158经由电子发动机控制模块、变速器控制模块等来实现。

本文中所描述的冷却剂压力控制器158的某些操作包括解释和/或确定一个或更多个参数的操作。如在本文中使用的，解释或确定包括通过本领域中已知的任何方法接收数值，其包括至少从数据链路或网络通信接收数值，接收表征该数值的电子信号(例如，电压、频率、电流或PWM信号)，接收表征该数值的计算机产生的参数，从非临时计算机可读存储介质上的存储器位置读取数值，通过本领域中已知的任何手段接收作为运行参数的值，接收所解释的参数通过其可进行计算的值和/或接收通过参考被解释为参数值的默认值的值。

运行工况回路206与各传感器212可操作地通信。例如，传感器212可以包括图1的温度传感器122和压力传感器156。运行工况回路206被构建成接收来自传感器212的测量值并且基于所接收到的测量值来解释测量值。传感器212可以包括配置成测量与发动机102、发动机冷却系统104、WHR系统106和冷却剂压力控制系统108和/或相关系统有关的特性的各种类型的传感器中的任何一种。传感器212还可以包括其它温度传感器(例如，在发动机缸体上、在冷却剂或工作流体通道中的任何一个中、在排气通道中或在任何其它位置中)、发动机速度传感器、发动机转矩传感器、交通工具速度传感器、位置传感器等。因此，测量值可以包括但不限于发动机温度、冷却剂温度、工作流体温度、排气温度、发动机速度、发动机载荷、交通工具速度，阀位置和/或任何其它发动机特性或系统特性。

冷却剂压力控制回路208与运行工况回路206和图1的冷却剂压力控制系统108的阀150可操作地通信。冷却剂压力控制回路208被构建成基于各种因素(例如，冷却剂温度、发动机载荷、发动机速度、交通工具速度和WHR系统运行工况中的一个或更多个)来确定目标压力并且被构建成控制阀150的操作以便将发动机冷却回路110中的冷却剂流体的压力保持在目标压力处或保持为高于目标压力。

冷却剂压力控制回路208被构建成确定冷却剂流体在一时间段内关于一个或更多个运行工况的温度的变化。例如，在一个实施方案中，基于工作流体回路144中的邻近冷却剂热交换器118的工作流体的工作流体温度，冷却剂压力控制回路208确定冷却剂流体在一时间段内的第一温度变化。冷却剂压力控制回路208还被构建成基于冷却剂温度值和第一温度变化来确定第二冷却剂温度。第二冷却剂温度与该时间段结束时的冷却剂流体的温度有关，这是由于被工作流体冷却的冷却剂流体造成的。冷却剂压力控制回路208将目标冷却剂压力确定为高于冷却剂流体在第二冷却剂温度下沸腾的压力。冷却剂压力控制回路208被构建成控制阀150的操作，以便促使冷却剂箱120的压力接近目标冷却剂压力。

冷却剂压力控制回路208被构建成确定因上述任何因素引起的相应温度变化。冷却剂压力控制回路208基于由每个因素导致的温度变化的总体贡献来确定第二冷却剂温度。

自诊断回路210被构建成执行冷却剂压力控制系统108的操作的自诊断分析，以总体上验证冷却剂压力控制系统108以及冷却剂压力控制系统108的特定部件运行正常。在一些实施方案中，自诊断回路210在发动机102是仍然冷的时，在发动机102初始启动时执行自诊断分析。在一些实施方案中，自诊断回路210响应于诸如交通工具速度、冷却剂温度、发动机速度、发动机载荷、制动空气压力或其它参数的另一触发来执行自诊断分析。在一些实施方案中，自诊断回路210响应于手动输入来执行自诊断分析。

响应于不具有问题而通过的自诊断分析，自诊断回路210使冷却剂压力控制系统108能够正常操作。响应于指示一个或更多个问题的自诊断分析，自诊断回路210可以为操作者提供警告和/或禁用冷却剂压力控制系统108的操作或发动机102的操作。在一些实施方案中，通过发送诊断故障码来提供警告。在一些实施方案中，通过发送控制信号以导致点亮警告灯而提供警告。

在一个实施方案中，由自诊断回路210执行的自诊断分析操作如下。阀150的阀位置被控制到打开位置。随时间监测冷却剂箱内的压力。自诊断回路210响应于未超过阈值压力值的冷却剂箱120中的压力来识别与冷却剂压力控制系统108有关的问题。未通过自诊断分析的这一部分可以指示阀150、压力传感器156、交通工具空气制动系统160中的一个或更多个的不正确操作或者指示发动机冷却回路110或冷却剂箱120中的泄漏。

在一个实施方案中，由自诊断回路210执行的自诊断分析操作如下。阀150的阀位置被控制到打开位置。监测冷却剂箱120中的压力。响应于冷却剂箱120中的压力超过第一阈值压力值，将阀150的阀位置控制到关闭位置。随时间监测冷却剂箱中的压力。自诊断回路210响应于冷却剂箱120中的压力在预定时间段内未能下降到第二阈值压力值以下来识别与冷却剂压力控制系统108有关的问题。未通过自诊断分析的这一部分可以指示发动机冷却回路110或冷却剂箱120中的泄漏。在一些实施方案中，自诊断回路210执行上面描述的两种自诊断分析。

图3是根据实施方案的控制用于发动机和WHR系统的冷却剂压力控制系统的方法300的流程图。例如，方法300可以由图1和图2的冷却剂压力控制器158来执行以控制图1的冷却剂压力控制系统108。

在302处，冷却剂流体被泵送穿过发动机冷却回路110。在304处，工作流体被泵送穿过工作流体回路144。在306处，加压空气从交通工具空气制动系统160传输到冷却剂箱120。

在308处，监测空气压力和冷却剂流体温度。在一些实施方案中，监测空气压力包括从可操作地耦合到压力管路148的压力传感器156接收流动穿过压力管路148的加压空气的空气压力值并解释该空气压力值。在一些实施方案中，监测冷却剂流体温度包括从定位在发动机冷却回路110中的温度传感器122接收流动穿过发动机冷却回路110的冷却剂流体的温度值并解释该温度值。在一些实施方案中，还监测其它操作参数。例如，操作参数可以包括发动机温度、工作流体温度、发动机载荷、发动机速度、交通工具速度等，或其任何组合。

在310处，基于在308处监测到的冷却剂流体温度来确定目标冷却剂压力(或目标冷却剂压力范围)。在一些实施方案中，目标冷却剂压力基于发动机载荷和WHR系统运行工况(例如，工作流体温度)中的至少一个来确定。确定目标冷却剂压力以便防止冷却剂流体沸腾。

在312处，冷却剂压力控制器158分析所监测的空气压力是否小于目标冷却剂压力(或目标冷却剂压力范围)。

在314处，如果监测到的空气压力小于目标冷却剂压力(或目标冷却剂压力范围)(即，312的答复为“是”)，则阀150的阀位置被控制(例如，打开)以便使空气压力值接近(或达到)目标冷却剂压力(或目标冷却剂压力范围)。换句话说，阀150被控制以便允许更多加压空气穿过阀150。

在316处，如果所监测的空气压力不小于目标冷却剂压力(或目标冷却剂压力范围)(即，312的答复为“否”)，则阀150的阀位置保持在其当前位置处。在一些实施方案中，分析监测的空气压力的变化率，并基于该变化率进一步控制阀位置。

已经参考附图描述了本文中所描述的实施方案。附图示出了实现本文中所描述的系统、方法和程序的特定实施方案的某些细节。然而，使用附图来描述实施方案不应该被解释为将可能存在于附图中的任何限制强加于本公开上。

在某些实施方式中，本文中所描述的系统或过程可能包括被构建成执行本文中描述的某些操作的控制器。在某些实施方案中，控制器形成处理子系统的一部分，该处理子系统包括具有存储器、处理器和通信硬件的一个或更多个计算设备。控制器可以是单一的设备或分布式设备，并且控制器的功能可以通过硬件和/或非瞬态计算机可读存储介质上的计算机指令执行。

在某些实施方式中，控制器包括一个或更多个回路，该一个或更多个回路被构建成在功能上执行控制器的操作。本文的包括回路的描述强调控制器的方面的结构独立性，并说明了控制器的一组操作和任务。在本申请的范围内可以理解执行类似的总体操作的其它的组。回路可以在硬件中和/或作为在非临时计算机可读存储介质上的计算机指令来实现，并且回路可分布在各种硬件或基于计算机的部件中。在参考图1-3的章节中包括控制器操作的某些实施方式的更具体的描述。

示例和非限制性回路实现元件包括提供本文确定的任何值的传感器、提供作为对本文确定的任何值的前身的任何值的传感器、包括通信芯片的数据链路和/或网络硬件、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射机、接收机和/或收发机、逻辑回路、硬连线逻辑回路、在根据回路规范配置的特定非临时状态中的可重新配置逻辑回路、至少包括电气、液压或气动致动器的任何致动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、过滤器、积分器、加法器、除法器、增益元件)和/或数字控制元件。

术语“控制器”包括用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，作为示例包括可编程处理器、计算机、芯片上系统或多个处理器、编程处理器的一部分或前述项的组合。装置可包括专用逻辑回路，例如FPGA或ASIC。装置除了硬件以外还可包括为讨论中的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时间环境、虚拟机或它们中的一个或更多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，例如分布式计算和网格计算基础设施。

虽然本说明书包含很多特定的实施细节，但是这些不应被解释为对可被主张的内容的范围的限制，而更确切地作为特定的实施方式所特有的特征的描述。在单独的实施方式的情况下在本说明书中描述的某些特征也可组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的情况下描述的各种特征也可单独地或以任何适当的子组合在多个实施方式中实现。此外，虽然特征在上面可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样主张，但是来自所主张的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所主张的组合可涉及子组合或子组合的变型。

阅读本公开的本领域的技术人员应理解，除非另有说明，否则各种特征在不限制这些特征的范围到提供的精确的数值范围的情况下被描述和要求。因此，描述的和要求保护的本发明的非实质的或不重要的修改或变更被认为是在如在附加的权利要求中所述的本发明的范围内。

如在本文使用的术语“耦合”及类似术语意指两个部件直接或间接地连接到彼此。这样的连接可以是固定的(例如，永久性的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。可实现这样的连接，其中这两个部件或这两个部件与任何额外的中间部件作为单个整体主体彼此整体地形成，或者其中这两个部件或这两个部件与任何额外的中间部件附接到彼此。

重要的是要注意，在各个示例性实施方式中示出的系统的构造和布置在性质上只是说明性的而非限制性的。在所述实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改需要被保护。应理解，一些特征可以不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求界定。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项可包括一部分和/或整个项，除非明确地相反地陈述。

Claims (21)

1.一种具有主动式冷却剂压力控制的系统，包括：

发动机冷却系统，所述发动机冷却系统包括：

冷却剂箱，

发动机冷却回路，其与所述冷却剂箱连通以接纳冷却剂流体，所述发动机冷却回路包括第一泵，所述第一泵被构建成使所述冷却剂流体循环穿过所述发动机冷却回路，

冷却剂热交换器，其沿所述发动机冷却回路定位，以及

第一温度传感器，其沿所述发动机冷却回路定位，所述第一温度传感器被构建成提供流动穿过所述发动机冷却回路的所述冷却剂流体的冷却剂温度值；

废热回收系统，所述废热回收系统包括：

工作流体回路，其包括第二泵，所述第二泵被构建成使工作流体循环穿过所述工作流体回路，以及

所述冷却剂热交换器，其沿所述工作流体回路定位并且被构建成将来自所述冷却剂流体的热量传递到所述工作流体；以及

冷却剂压力控制系统，其可操作地耦合到所述发动机冷却系统，所述冷却剂压力控制系统包括：

压力管路，其可操作地耦合到压力源并可操作地耦合到所述冷却剂箱，

阀，其在所述冷却剂箱的上游可操作地耦合至所述压力管路，

压力传感器，其在所述阀的下游和所述冷却剂箱的上游可操作地耦合到所述压力管路，所述压力传感器被构建成提供指示所述冷却剂箱中的压力的压力值，以及

冷却剂压力控制器，其与所述阀、所述压力传感器和所述第一温度传感器中的每一个可操作地通信，所述冷却剂压力控制器被构建成：

解释所述压力值，

解释所述冷却剂温度值，

基于所述冷却剂温度值确定目标冷却剂压力，以及

控制所述阀的阀位置，以便促使所述压力值接近所述目标冷却剂压力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成确定所述目标冷却剂压力，以便防止所述冷却剂流体沸腾。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成基于发动机载荷、发动机速度、工作流体温度和交通工具速度中的至少一个来确定所述目标冷却剂压力。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成：

基于所述工作流体回路中的邻近所述冷却剂热交换器的所述工作流体的工作流体温度，确定所述冷却剂流体在一时间段内的第一温度变化；以及

基于所述冷却剂温度值和所述第一温度变化，确定第二冷却剂温度，所述第二冷却剂温度与所述时间段结束时的所述冷却剂流体的温度有关，

其中所述目标冷却剂压力被确定为高于所述冷却剂流体在所述第二冷却剂温度下沸腾的压力。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成：

基于发动机载荷，确定所述冷却剂流体在所述时间段内的第二温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第二温度变化被确定。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成：

基于交通工具速度，确定所述冷却剂流体在所述时间段内的第三温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第三温度变化被确定。

7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器还被构建成响应于所述第二冷却剂温度超过所述冷却剂流体的沸点，将所述阀的阀位置控制到打开位置，以便使所述冷却剂箱内的压力增加。

8.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的系统，其中，所述废热回收系统还包括：

膨胀器，其在所述冷却剂热交换器的下游沿所述工作流体回路定位，所述膨胀器被构建成将来自从所述冷却剂流体传递到所述工作流体的热量的能量转换成机械能；以及

冷凝器，其在所述膨胀器的下游沿所述工作流体回路定位，所述冷凝器被构建成冷却所述工作流体。

9.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制系统还包括：

过滤器，其在所述阀的下游可操作地耦合至所述压力管路，所述过滤器被构建成从所述压力管路中的加压空气去除碎屑；以及

孔口，其在所述过滤器的下游和所述冷却剂箱的上游可操作地耦合到所述压力管路，所述孔口被构建成制约穿过所述压力管路的所述加压空气的流动。

10.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的系统，其中，所述压力源是空气制动系统。

11.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的系统，其中，所述压力源是压缩机。

12.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成在发动机起动时执行自诊断，所述自诊断包括：

将所述阀的阀位置控制到打开位置；

监测所述冷却剂箱中的压力；以及

响应于所述冷却剂箱中的压力未超过阈值压力值而提供警告。

13.根据权利要求1-3和5-7中任一项所述的系统，其中，所述冷却剂压力控制器进一步被构建成在发动机起动时执行自诊断，所述自诊断包括：

将所述阀的阀位置控制到打开位置；

监测所述冷却剂箱中的压力；

响应于所述冷却剂箱中的压力超过第一阈值压力值，将所述阀的阀位置控制到关闭位置；

监测所述冷却剂箱中的压力；以及

响应于所述冷却剂箱中的压力在预定时间段内下降到第二阈值压力值以下而提供警告。

14.一种主动式冷却剂压力控制的方法，包括：

泵送冷却剂流体穿过包括发动机、散热器、冷却剂热交换器和冷却剂箱的发动机冷却回路；

泵送工作流体穿过包括所述冷却剂热交换器、膨胀器和冷凝器的工作流体回路；

使来自压力源的加压空气穿过压力管路传输到所述冷却剂箱；

接收指示所述冷却剂箱中的压力的压力值；

解释所述压力值；

从定位在所述发动机冷却回路中的温度传感器接收流动穿过所述发动机冷却回路的所述冷却剂流体的冷却剂温度值；

解释所述冷却剂温度值；

基于所述冷却剂温度值确定目标冷却剂压力；以及

控制可操作地耦合至所述压力管路的阀的阀位置，以便促使所述压力值接近所述目标冷却剂压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，确定所述目标冷却剂压力以便防止所述冷却剂流体沸腾。

16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括：

基于所述工作流体回路中的邻近所述冷却剂热交换器的所述工作流体的工作流体温度，确定所述冷却剂流体在一时间段内的第一温度变化；以及

基于所述冷却剂温度值和所述第一温度变化，确定第二冷却剂温度，所述第二冷却剂温度与在所述时间段结束时的所述冷却剂流体的温度有关，

其中所述目标冷却剂压力被确定为高于所述冷却剂流体在所述第二冷却剂温度下沸腾的压力。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

基于发动机载荷，确定所述时间段内的第二温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第二温度变化被确定。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

基于交通工具速度确定所述时间段内的第三温度变化，

其中所述第二冷却剂温度进一步基于所述第三温度变化被确定。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括响应于所述第二冷却剂温度超过所述冷却剂流体的沸点，将所述阀的阀位置控制到打开位置，以便促使所述冷却剂箱中的压力增加。

20.一种具有主动式冷却剂压力控制的系统，包括：

压力管路，其可操作地耦合到压力源和冷却剂箱，所述冷却剂箱与发动机冷却系统连通以提供冷却剂流体；

阀，其在所述冷却剂箱的上游可操作地耦合至所述压力管路；以及

冷却剂压力控制器，其与所述阀可操作地通信，所述冷却剂压力控制器被构建成：

确定所述冷却剂箱中的压力，

确定所述发动机冷却系统中的所述冷却剂流体的温度，

基于所述发动机冷却系统中的所述冷却剂流体的温度确定目标冷却剂压力，以及

控制所述阀的阀位置以便促使所述冷却剂箱中的压力接近所述目标冷却剂压力。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述发动机冷却系统中的所述冷却剂流体至少部分地由废热回收系统冷却。