CN109477402A - 具有并联蒸发器的废热回收系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的控制系统包括控制器(114)，其中控制器(114)还包括处理器和存储器。存储器存储可由处理器执行的指令，使得控制器被编程为检测温度差(ΔTEvap)，选择流量比，并选择阀门开度设定(242、244、250、252、258、260)。温度差(ΔTEvap)是在第一蒸发器(16)下游的工作流体(15)与第二蒸发器(20)下游的工作流体(15)之间。流量比是基于温度差(ΔTEvap)的期望流量比。阀门开度设定(242、244、250、252、258、260)基于流量比用于调节进入第一蒸发器(16)的工作流体的流量的第一阀门(84)和调节进入第二蒸发器(20)的工作流体的流量的第二阀门(86)中的每一个。

Description

具有并联蒸发器的废热回收系统及其操作方法
背景技术
在车辆中使用的典型内燃机的操作中，估计百分之二十到五十的燃料能量作为废热损失。废热回收系统将原本浪费的热能转化为更有用的能量，包括机械能和电能。一种用于废热回收的已知技术利用朗肯热力循环，其中有机高分子量流体的沸点低于水的沸点。所得热力循环称为有机朗肯循环。
附图说明
图1是用于内燃机的示例性废热回收系统的示意图。
图2是用于图1的废热回收系统的示例性控制系统的示意图。
图3是图1和图2的废热回收系统的示例性温度控制逻辑子系统的示意图。
图4是图1和图2的废热回收系统的示例性温度差控制逻辑子系统的示意图。
图5是示出响应于打开和关闭EGR阀门或关闭进气节气门而相对于新鲜空气流的排气再循环(“EGR”)的示例性滞后的曲线图。
图6是示出响应于EGR的阶跃变化的第一控制系统的阀门管理和泵管理以及温度管理的曲线图。
图7是示出响应于EGR的阶跃变化的第二控制系统的阀门管理和泵管理以及温度管理的曲线图。
图8是示出响应于EGR的阶跃变化的第三控制系统的阀门管理和泵管理以及温度管理的曲线图。
图9是示出第一示例性阀门开度与流量比关系的曲线图。
图10是示出第二示例性阀门开度与流量比关系的曲线图。
图11是示出第三示例性阀门开度与流量比关系的曲线图。
具体实施方式
引言
期望提供一种用于废热回收系统的响应且稳定的控制系统，用于从内燃机中提取废热。还希望将这种废热回收系统的工作流体保持在预定的温度范围内。另外还希望消除可能导致处理不连续性的依赖于仪器的数据时间滞后。
示例性系统包括车辆控制系统，该车辆控制系统包括控制器，其中控制器还包括处理器和存储器。存储器存储可由处理器执行的指令，使得控制器被编程为检测温度差，选择流量比，并选择阀门开度设定。温度差是在第一蒸发器下游的工作流体与第二蒸发器下游的工作流体之间。流量比是基于温度差的期望流量比。阀门开度设定基于流量比用于调节进入第一蒸发器的工作流体的流量的第一阀门和调节进入第二蒸发器的工作流体的流量的第二阀门中的每一个。
在本说明书中阐述相对取向和方向(作为示例，更高、更低、上游、下游)而不作为限制，而是为了方便读者描绘所述结构的至少一个实施例。
所示元件可采用许多不同形式，并包括多个和/或替代组件和设施。所示的示例组件不旨在限制。实际上，可以使用附加或替代组件和/或实现方式。此外，除非明确说明，否则所示元件不一定按比例绘制。
示例性系统元件
图1中示出了示例性废热回收系统10。废热回收系统10从内燃机14的排气中回收热量。通过使工作流体15循环通过第一或排气蒸发器来回收热量，或者表征为从通过第一尾管管道18的排气中提取热量的尾管蒸发器16。通过使工作流体15循环通过第二或EGR蒸发器20来回收热量，该第二或EGR蒸发器从通过排气再循环(“EGR”)蒸发器入口管道22的排气中提取热量。蒸发器16和20或者可以表征为流体到流体热交换器。这种流体到流体热交换器适于在热交换表面(未示出)的一侧上具有空气或排气，并且在热交换表面的相对侧上具有液体形式和气体形式的工作流体15。
废热回收系统10还包括能量回收回路23，该能量回收回路包括废热回收系统10的工作流体15所通过的部分。能量回收回路23包括尾管蒸发器16、EGR蒸发器20、涡轮机24、由涡轮机24驱动的发电机26、冷凝器28、用于液化工作流体15的罐30，以及用于泵送液态工作流体15的泵32。示例性工作流体15可以是高分子量流体，在特定的大气压下，沸点低于这种大气压的水的沸点。示例性工作流体15包括但不限于氨、乙醇和氯氟烃(“CFR”)，诸如R11和R134a，以及R236a。当工作流体到达蒸发器16和20时，工作流体呈至少部分液态。
内燃机14具有多个燃烧室34，在图1的示例性图示中为四个燃烧室34。进气歧管36或者是进气集管在本文中通常表征为进气歧管36，其将从周围大气中抽出的新鲜空气和燃料的组合传递到燃烧室34。再循环的排气可以通过进气歧管36选择性地传递到燃烧室34。来自燃烧室34的排气通过发动机14传递到排气歧管38或排气集管，在本文中通常表征为排气歧管38。排气继而从排气歧管38传递到排气管道40。
来自管道40的排气可以在与EGR蒸发器入口管道22和尾管管道18的连通之间分开。通过尾管管道18的废气在旁通管道42与入口管道44之间选择性地分配到尾管蒸发器16。通过入口管道44的排气通过尾管蒸发器16并通过出口管道46到达尾管48。旁通管道42连接到尾管48并将排气传递到尾管48。通过旁通管道42的排气可以由设置在管道42中的旁通阀门50选择性地限制或选择性地完全阻塞。尾管48将从管道42和46接收的排气引导到大气，即车辆外部的环境。可以选择性地包括未明确包括在本文中的排气处理组件，包括例如催化转化器和排气重整器。
传递到EGR蒸发器入口管道22的排气移动到EGR蒸发器20并通过EGR蒸发器出口管道52流出。出口管道52连接到进气歧管36，将来自蒸发器20的排气传递到进气歧管36。设置在管道22中的管道22选择性地限制或完全阻塞排气从排气歧管38流到EGR蒸发器20。
回路23包括用于连通工作流体15的附加管道元件。工作流体15通过泵32被抽吸通过工作流体泵入口管道56。工作流体泵出口管道58连接到泵32并从其接收流体。管道58连接到尾管蒸发器工作流体入口管道60和EGR蒸发器工作流体入口管道62，其中来自管道58的流体选择性地在管道60和62之间分开。进入管道60的流体进入并通过尾管蒸发器16的一个或多个膨胀通道(未示出)，并继续到尾管蒸发器工作流体出口管道64。进入管道62的流体进入并通过EGR蒸发器20的一个或多个膨胀通道(未示出)，并进入EGR蒸发器工作流体出口管道。工作流体15不直接接触蒸发器16和20中的任何一个中的排气。两个出口管道64和66将流体15传递到混合工作流体管道68。管道68分成涡轮机供应管道70和涡轮机旁通管道72，其中工作流体选择性地分布在两个管道70和72之间。来自管道70的流体通过涡轮机24，其中流体15呈气态，即完全蒸发，并以众所周知的方式作用于涡轮机叶片(未示出)并引起涡轮轴73的旋转以将能量传递到示例性发电机26。如果流体15在进入涡轮机24时不是完全呈气态，则涡轮机24可能被损坏。发电机26将涡轮机24产生的机械动力转换成电能。或者，轴73可以连接到另一个设备以进行替代的动力传递。一种这样的替代布置将轴73连接到发动机14的驱动轴。另外还可选地，可以使用往复活塞或涡旋式膨胀器代替涡轮机24以膨胀工作流体15并将这种能量转换成机械能以由轴73进行传输。涡轮机出口管道74将流体15从涡轮机24传递到冷凝器输入管道76。管道74和管道72都连接到冷凝器输入管道76。管道76连接到冷凝器28。冷凝器28具有至少一个流体通道(未示出)以从管道76接收流体。流体通过冷凝器28进入冷凝器输出管道78，该冷凝器输出管道将基本上液体形式的工作流体15传递到罐30。
回路23和发动机进气和排气元件还包括示例性传感和控制元件。压力传感器80和温度传感器82可各自沿着管道56设置在罐30与泵32之间。可选择性致动的阀门84和86分别设置在管道60和62中，用于选择性地分配或调节工作流体15通过管道60和62以及蒸发器16和20的流量。或者，阀门84和86中的单个阀可以用于分配工作流体的流量，只要与阀相关联的蒸发器不需要超过可用流量的一半。或者，分流阀(未示出)可以设置在管道60和62的连接处，选择性地分配或调节管道60和62与蒸发器16和20之间的工作流体的流量。每个管道60和62可以分别具有设置在相应的阀门84、86与蒸发器16、20之间的质量流量传感器88和90。或者，可以使用泵32的电流速度和阀门84和86的设定来估计通过蒸发器16和20的流率。管道60和62也可分别具有温度传感器89和91，以便在其进入蒸发器16和20之前测量工作流体15的温度。取决于传感器82的位置和中间温度变化的可能性，可以在没有传感器89和91的情况下进行，而是依赖于传感器82的温度测量。每个管道64和66分别具有温度传感器92和93来测量每个管道64和66中的工作流体15的温度，以测量当工作流体15离开蒸发器16和20时，接近蒸发器16和20的出口的工作流体15的温度。可以使用精确的温度传感器作为温度传感器92和93的替代，以确定离开蒸发器16的工作流体与离开蒸发器20的工作流体之间的温度差。温度传感器94和压力传感器96可以各自沿着管道68设置，以提供管道68中的工作流体15的温度和压力的指示。可选择性致动的涡轮机入口阀门98设置在管道70中，用于选择性地限制到达涡轮机24的流体15的流量。可选择性致动的涡轮机旁通阀门100可以设置在管道72中，用于通过工作流体15选择性地旁通涡轮机24。如果传感器94感测到的温度指示工作流体15呈部分液态，则阀门98可以关闭并且阀门100可以打开。冷凝器28通过冷凝器冷却剂入口管道102接收冷却剂，诸如发动机冷却剂。冷凝器28包括从管道102接收冷却剂的至少一个通道。已经通过冷凝器28的冷却剂以基本上液态的状态通过出口管道104排出。冷凝器冷却剂泵106通过管道102将冷却剂供应到冷凝器28。罐30用作呈基本液态的冷却流体15的储存器。
新鲜空气37的进气口107连接到进气歧管36。质量空气流量传感器108可以设置在进气歧管36中，用于测量进入歧管36的新鲜空气的体积比率。或者，质量空气流量传感器(未示出)可以设置在管道52中以测量进入进气歧管36的排气的体积比率。温度传感器109、110、111、112可以位于导入和导出蒸发器16和20的管道中，以利于计算从通过蒸发器的排气传送的热能。温度传感器109可以设置在管道44中以测量进入尾管蒸发器16的排气的温度。温度传感器110可以设置在管道46中以测量离开尾管蒸发器16的排气的温度。温度传感器111可以设置在管道22中以测量进入EGR蒸发器20的排气的温度。温度传感器112可以设置在管道52中以测量离开EGR蒸发器20的排气的温度。
图2提供了如何连接诸如传感器和可选择性致动的阀和泵的控制元件的示例性图示。控制器114直接或间接电连接到传感器(包括温度传感器82、89、92、93、94、109、110、111、112、压力传感器80、96和质量流量传感器)并从其接收输入信号。控制器114还直接或间接地电连接到泵32和阀门50、54、84、86、98、100，并向其发送信号。示例性控制器114在图2中示出为通过诸如已知的车载网络(例如，控制器局域网(“CAN”)总线116等)进行这种电连接。废热回收系统10响应来自传感器的输入以致动泵32和阀门50、54、84、86、98、100。示例性废热回收系统10至少部分地布置在控制器114中，其可以替代地表征为电子控制单元(ECU)或计算机。控制器114包括至少一个电子处理器和相关的存储器。存储器包括一种或多种形式的计算机可读介质，并存储可由处理器执行的指令，用于执行各种操作，包括本文所公开的操作。控制器114的存储器通常还存储经由各种通信机制接收的远程数据；即，控制器114通常可以配置用于在车辆网络上的通信，诸如以太网或CAN总线116等，和/或用于使用其它有线或无线协议，例如蓝牙等。
处理
图3示出了结合示例性控制逻辑子系统118的方法，该控制逻辑子系统用于在工作流体15进入涡轮机24之前管理工作流体15的温度。当膨胀设备是高速涡轮机时，期望确保在工作流体进入涡轮机之前完全蒸发，以防止对涡轮机造成任何可能的损坏。因此，工作流体15优选地处于确保流体15进入涡轮机24时处于过热状态的温度。工作流体15的最高温度应小于工作流体的化学分解阈值。子系统118可以包括过程块120、过程块122、过程块124、过程块126、过程块128和过程块130以管理泵32。可能包括往复活塞式膨胀机和涡旋式膨胀机的替代膨胀机可能不需要工作流体要完全蒸发。
过程块120建立参考或设定点温度，其确保工作流体处于期望的目标或设定点温度。这样的设定点温度在图3中表征为sp_TupTurbVlv。过程块122检测涡轮机24上游的工作流体15的温度，其中离开每个蒸发器的工作流体已经混合。过程块122使用来自接近涡轮机24的上游或进气侧的传感器(诸如例如传感器94)的输入，以在涡轮机入口阀门98的上游建立测量温度，测量温度在图3中表征为sensed_TupTurbVlv。关闭涡轮机入口阀门98直到感测到的工作流体温度sensed_TupTurbVlv过热。在系统10被激活时发生的握手过程期间，涡轮机旁通阀门100逐渐关闭并且涡轮机入口阀门98逐渐打开。在正常操作中，阀门98完全打开以减小阀门98上的压力。涡轮机速度由电阻负载控制，诸如由发电机26施加的电阻负载。如果sensed_TupTurbVlv或任何监测的工作流体温度超过工作流体的最高温度，控制器可以将这种温度解释为废热回收系统10和打开阀门50的操作极限的指示符，特别是如果泵32已经以其最大限度运行。打开阀门50允许排气旁通废热回收系统10，从而减少系统10上的热负载。
作为过程块122的替代，将sensed_TupTurbVlv作为输入134提供到过程块124，过程块122可以在几个感测值中提供感测到的最大值。感测的最大值是示例性温度中的最大温度，包括sensed_TupTurbVlv、(sensed_TdownEGREvap-Tδ)和(sensed_TdownEGEvap-Tδ)。“sensed_T”值均为感测到的工作流体温度，其中sensed_TupTurbVlv是传感器94感测的温度，sensed_TdownEGREvap是传感器93感测的温度，并且sensed_TdownEGEvap是传感器92感测的温度。温度Tδ是校准变量，其中一个示例性值是10℃。T的值取决于系统的特性。下面将更详细地讨论，过大的Tδ值可以控制温度sensed_TupTurbVlv(图3)并控制“Δ温度”，使得彼此之间的耦合较少。或者表征为ΔTEvap的Δ温度不同于Tδ，并且在下面在图4的背景下更详细地讨论。Tδ的较大值允许TupTurbVlv的温度控制目标，除非sensed_TdownEGEvap或者sensed_TdownEGREvap大于sensed_TupTurbVlv达量Tδ。较大的Tδ值避免了在三个温度sensed_TupTurbVlv、(sensed_TdownEGREvap-Tδ)和(sensed_TdownEGEvap-Tδ)之间的频繁温度控制目标切换，并且改善了TupTurbVlv的控制和ΔTEvap结果的控制的去耦。
过程块124分别比较由过程块120和122提供的输入133和134的值，从输入133减去输入134以确定所感测的温度与设定点的偏差，从而产生误差温度。由过程块124提供的误差温度是由过程块126使用的输入135。反馈过程块126以输入136的形式提供反馈控制信号以供过程块130使用。过程块126是比例-积分-导数(“PID”)控制反馈功能，其可以处理输入135以提供控制信号或输入136，校正质量流量以使输入134的值更接近输入133。这种PID功能是众所周知的。前馈过程块128确定与泵32的相应旋转速度相关联的目标工作流体质量流量可以基于系统10和12的数学模型和来自包括传感器92的传感器以及用于通过每个蒸发器16、20的发动机排气的温度和质量流率以及每个蒸发器16、20的进入和出口点处的排气温度的未示出的传感器的测量来计算目标流率和泵速。工作流体质量流量可以通过使用以下等式的前馈控制方法来实现所需的设定点温度sp_TupTurbVlv：
等式1：
在等式1中，EGR排气释放的热量比率被表征为而非EGR或尾管排气释放的热量或更简单地仅仅“排气”的比率被表征为在工作流体进入涡轮机之前的焓被表征为hWF_upTurbVlv，并且工作流体在进入任一蒸发器之前的焓被表征为hWF_upEvap。可以如下面进一步描述的那样导出等式1。
由工作流体回收的热量是来自排气的热量的函数。EGR排气释放的热量比率和非EGR或尾管排气释放的热量比率可以如下计算：
等式2(EGR排气)：
等式3(尾管(非EGR)排气)：
其中Cp＝排气的比热
TEG_up＝尾管蒸发器16上游的排气温度
TEG_down＝尾管蒸发器16下游的排气温度
TEGR_up＝EGR蒸发器20上游的排气温度
TEGR_down＝EGR蒸发器20下游的排气温度。
TEG_up可以由传感器109测量。TEG_down可以由传感器110测量。TEGR_up可以由传感器111测量。TEGR_down可以由传感器112测量。
由工作流体从通过EGR蒸发器20和尾管蒸发器16的排气吸收的热量和分别可以如下计算：
等式4：
等式5：
其中等于通过EGR蒸发器20的质量流量，等于通过尾管蒸发器16的质量流量，hWF_EGR_down等于EGR蒸发器下游的工作流体的焓，hWF_EGR_up等于EGR蒸发器下游的工作流体的焓，hWF_EG_down等于EGR蒸发器下游的工作流体的焓，并且hWF_EG_up等于EGR蒸发器下游的工作流体的焓。焓值hWF_EGR_down、hWF_EGR_up、hWF_EG_down和hWF_EG_up可以分别通过来自温度传感器93、91、92和89的温度测量来确定。
工作流体的总质量流量等于通过EGR和尾管蒸发器的质量流量的总和，分别表征为和
等式6：
在稳态下从排气中去除的能量比率与工作流体15吸收的能量比率之间的能量平衡可表示为：
等式7：
其中“因子”补偿热损失，包括由于蒸发器16、20的低效率导致的热损失，包括但不限于到周围环境中的热量损失。
由工作流体吸收的总能量比率可以分别表示为在尾管蒸发器16和EGR蒸发器20中吸收的能量比率和的总和：
等式8：
假设进出工作流体15的唯一显著的热传递发生在蒸发器中，由工作流体吸收的总能量比率可以表征为等于质量流量乘以焓的变化，由传感器82测量的温度表征的焓hWF_upEvap和由传感器94测量的温度表征的焓hWF_upTurbVlv：
等式9：
将等式8和9代入等式7并作为工作流体焓的函数求解质量流率，其又是工作流体温度的函数，得到上述等式1：
可以使用泵特性曲线计算实现计算的流量并因此实现传感器94处的期望温度所需的泵速。这样的值可以是前馈操作器128和输入137的重要部分。前馈输入137和反馈输入136的值在操作器130中组合以产生用于泵32的控制信号，其形式为指向泵32的输入138。
示例性的Δ温度控制包括前馈控制和校正反馈控制，如图4中所示。反馈控制可以是PID控制。通过分别调整蒸发器16和20上游的两个分配阀门84和86的开口来调节所测量的Δ温度。建立前馈控制以获得目标Δ温度并且至少部分地基于以下等式：传热比＝100*(来自EGR气体的热传递)/(来自EGR气体的热传递+来自排气的热传递)。
EGR和EG排气的传热比率按等式2和3计算，重复如下：
等式2：
等式3：
使用上述值计算热流比Hx以达到以下等式：
等式10：其中Hx的值介于0和100之间。
给定由等式10和等式7确定的值，建立热流比Hx与离开蒸发器的工作流体的ΔT之间的数学关系。
图4示出了并入示例性控制逻辑子系统140的方法，该控制逻辑子系统用于管理离开蒸发器16的工作流体15的温度与离开蒸发器20的工作流体15的温度之间的温度差。温度差或Δ温度的一个可能值是零。可以通过比较由温度传感器92和93提供的温度测量值来建立实际或测量的工作流体Δ温度。在开发本文所述的方法和系统的过程中已经确定Δ温度的零值以在涡轮机入口处提供稳定的温度。然而，也可以采用替代值，诸如，例如但不限于相关温标上的-10和+10。子系统140可以包括过程块141、过程块142、过程块144、过程块146、过程块148、过程块150和过程块152以管理阀门84和86。
过程块141建立设定点Δ温度，在图4中表征为spΔTEvap，以更好地允许进入涡轮机的工作流体15的温度TupTurbVlv。设定点Δ温度spΔTEvap可以设定为等于零。过程块142确定蒸发器16下游的工作流体的温度与蒸发器20下游的工作流体的温度之间的温度差。过程块142可以使用来自传感器92和93的测量温度的输入来建立其间温度差，其表征为离开蒸发器16和20的工作流体15的Δ温度，并且在图4中表征为ΔTEvap。过程块144执行比较分别由过程块141和142提供的输入153和154的值，从输入153减去输入154以确定所感测的Δ温度与设定点的偏差(spΔTEvap-ΔTEvap)或Δ误差温度的功能。由过程块144提供的Δ误差温度是反馈过程块146使用的输入155。反馈过程块146以输入156的形式提供反馈控制信号以供过程块150使用。过程块146可以表征为PID控制反馈功能过程输入155以提供由过程块150与前馈过程块148提供的前馈输入信号157组合的纠错反馈信号或输入156。
一个示例性逻辑布置包括使用等式10来建立热流比Hx的前馈值的过程块148。过程块148可以使用通过蒸发器16和20的排气的质量流率，如由传感器108提供的测量和下面描述的计算所建立的，以及来自包括传感器109和111的温度传感器的测量温度，以建立离开蒸发器16和20的排气的温度的目标值，如可由传感器110和112测量，其与Δ温度为零相容。或者，举例来说，排气质量流量传感器可位于其它位置，包括管道52、管道40、管道44和管道22。
过程块150对来自PID控制器的输入156和来自FF控制器的输入157求和以提供过程块152的输入158。在过程块152中，基于稳态测试数据，或模拟或建模，控制器114使用两个分配阀门84和86的输出曲线图将输入158提供的Hx的校正值转换成阀门84和86的阀门开度位置设定。过程块152向阀门84提供输入160，并向阀门86提供输入162，响应于Δ温度选择性地致动每个阀门84和86。
如上所述，期望消除可能导致处理不连续性的依赖于仪表的数据时间滞后。一种这样的不连续性可能源于使用进气歧管中的空气的CO2测量来计算EGR构成的进气的百分比。在图5中通过曲线170示出作为时间(以毫秒为单位)的函数的EGR百分比。该方法导致EGR百分比曲线170滞后于实时EGR和测量的新鲜空气37进气达几秒钟。当距离发动机一定距离的CO2分析仪执行CO2测量时，不连续性尤其明显。例如，如果CO2分析仪通过小直径管连接到监测位置，则在监测位置处发生CO2含量变化和分析仪检测到变化之间可能存在明显的时间间隔。测量的新鲜空气37进气通过曲线172以kg/hr绘制，作为时间(以毫秒为单位)的函数。EGR曲线170相对于新鲜空气曲线172的时间滞后是显而易见的。作为上述时间滞后的结果，计算出的EGR质量流量曲线的体积比率174绘制了kg/hr或EGR流量，如图6中所示，图6示出了当实际EGR流量没有如此下降时的瞬间减小。还如图6中所示，EGR转变点处的EGR中感知的瞬时下降或负尖峰176导致对感知下降的系统响应。系统响应虽然最终被阻尼，但是在由标记为orc_ducyFil_EGEvapVlv的曲线178所示阀门84和由标记为orc_ducyFil_EGREvapVlv的曲线180所示的阀门86以及由标记为orc_ducy_HPP的曲线182所示的泵32的控制中引起显著的振荡。与阀和泵信号的变化一致，系统温度包括由传感器94测量的温度和传感器92使用的蒸发器16和20的出口处的温度以确定Δ温度经历一些显著的振荡。标记为orc_SnsFil_TupTurbVlv的曲线184示出了由传感器94测量的温度变化。分别标记为orc_SnsFil_Tdown EGEvap和orc_SnsFil_Tdown EGREvap的曲线186和188分别示出了离开尾管蒸发器和EGR蒸发器的排气的温度。曲线186与188之间的差值等于传感器92检测到的Δ温度。曲线184在目标上方呈现高达15℃的峰值，并且在目标下方呈现高达25℃的谷值。当EGR减小时发生相同的现象，但是在相反的方向上。即，当EGR实际减小时，EGR中有不存在的尖峰190被感知。这也导致显著的振荡，最终被阻尼。虽然减少时间间隔的一种解决方案是将CO2分析仪移近监测位置，但下面描述了另一种解决方案。
图7示出了系统的性能，其中通过计算EGR质量流量的估计值并使用如此计算的值而不是基于进气歧管中的CO2水平的值来基本上消除感知的EGR滞后。已经基本上消除了EGR尖峰176和190。
EGR百分比可以如下计算：
等式12：EGR比率＝100*EGR流量/(EGR流量+新鲜空气质量空气流量)＝100*(发动机入口流量-新鲜空气质量空气流量)/发动机入口流量。
四冲程发动机的发动机入口流量(升/小时)可以如下计算：
公式13：发动机进气流量＝容积效率*每缸发动机排量*(P/(R*T))*发动机转速*(60分钟/小时)*气缸数/2，其中：
每缸发动机排量以升为单位；
P＝进气歧管中的压力；
R＝气体常数；
T＝进气歧管中的温度；
发动机转速以每分钟转数为单位；以及
气缸数是接收空气的有效气缸数。
图7曲线200、202、204、206、208、210、212反映了使用等式12和13导出的EGR流率对工作流体15的温度的控制。图7中所示的EGR质量流量的体积比率曲线200与新鲜空气的变化基本上同时发生，避免了图6中的尖峰176和190。系统响应被最佳地阻尼而没有在如标记为orc_ducyFil_EGEvapVlv的曲线202所示的阀门84和由标记为orc_ducyFil_EGREvapVlv的曲线204所示的阀门86以及由标记为orc_ducy_HPP的曲线206所示的泵32的控制中过度振荡。与阀门和泵信号一致，系统温度包括由传感器94测量的温度，以及由传感器92和93提供的蒸发器16和20的出口处的温度以确定Δ温度，表现出非常稳定的值。标记为orc_SnsFil_TupTurbVlv的曲线208示出了由传感器94测量的温度变化。分别标记为orc_SnsFil_TdownEGEvap和orc_SnsFil_TdownEGREvap的曲线210和212分别示出了离开尾管蒸发器和EGR蒸发器的排气的温度。曲线210和212之间的差值等于传感器92检测到的Δ温度。曲线208保持在约20℃的目标周围的带内。
图8曲线220、222、224、226、228、230、232反映了使用等式12和13导出的EGR流率对工作流体15的温度控制，如图7所示，但没有前馈控制。图8的EGR质量流量的体积比率的曲线220与图7中的曲线200基本相同。没有前馈控制，系统响应要慢得多，其中阀门84和86比图7的系统更缓慢地转换。例如，当图7中的EGR流率减小时，阀门86几乎立即以阶梯状方式调整以减少穿过蒸发器20的流量，并且阀门84基本上以阶梯状方式同时打开以增加穿过蒸发器20的流量。相比之下，在图8中，如曲线222所示，阀门84逐渐地打开更多，在大约25秒内线性地升高到最大流量状态。基本上在曲线222达到最大流量条件的同时，控制通过蒸发器20的工作流体15流量的阀门86的设定的曲线基本上线性地减小大约25秒。类似地，当被转向用于EGR的排气部分增加时，阀门86逐渐打开并且阀门84逐渐移动到更受限的设定，如曲线222和224所示。泵控制信号226的曲线226显著地示出比图7的对应曲线206更大的变化。与阀和泵信号的变化一致，系统温度包括由传感器94测量的温度和传感器92使用的蒸发器16和20的出口处的温度以确定Δ温度经历一些显著的振荡。标记为orc_SnsFil_TupTurbVlv的曲线228示出了由传感器94测量的温度变化。分别标记为orc_SnsFil_TdownEGEvap和orc_SnsFil_TdownEGREvap的曲线230和232分别示出了离开尾管蒸发器和EGR蒸发器的排气的温度。曲线230和232之间的差值等于传感器92检测到的Δ温度。曲线228保持在约40℃的目标附近的带内。
图9、图10和图11提供了关于如何基于输入158由过程块152生成到阀门84和86的输入160和162的附加细节。过程块152将输入158映射到阀门84和86的阀门开度设定，其将工作流体15的分配从泵32分配以分配到蒸发器16和20。如上所述，输入158由过程块150生成，过程块150部分地对来自PID反馈过程块146的输入156和来自前馈过程块148的输入157求和。图9、图10和图11中的每一个提供了曲线图240、248和256，其示出了作为流量比的函数的阀门84和86中的每一个的可选择的阀门开度设定的示例性关系，在垂直轴上标记为“阀门开度”。“阀门开度”尺寸没有单位，表示在全开状态下每个阀门84和86的可用流动面积的百分比。“流量比”是通过阀门1(阀门84是示例性阀门1)的工作流体的质量流率与一起通过阀门84和86的工作流体的总质量流率的比率。流量比可以表示为等式(使用等式6中的变量)：
等式14：
图9是示出第一示例性阀门开度与流量比关系的曲线图240。在示例性曲线图240中，标记为“v1开度”的曲线242示出了用于通过阀门84和蒸发器16的工作流体15流量的阀门84的阀门开度设定。在流量比从零增加到100时，v1开度242从零增加到100。标记为“V2开度”的曲线244示出了用于通过阀门86和蒸发器20的工作流体15流量的阀门86的阀门开度设定。在流量比从100减小到零时，V2开度244从100减小到零。阀门开度242和244的示例性初始设定点是50或50％，其中每一个在流量比为50或50％时发生。对于采用曲线图240的系统，通过蒸发器16和20的工作流体15的总质量流量基本上是恒定的，其对应于阀门开度值100。
图10是示出第二示例性阀门开度与流量比关系的曲线图248。在示例性曲线图248中，标记为“v1开度”的曲线250示出了用于通过阀门84和蒸发器16的工作流体15流量的阀门84的阀门开度设定。当流量比从零增加到50时，v1开度250从零增加到100，其中v1开度250平稳并保持100的流量比。标记为“v2开度”的曲线252示出了用于通过阀门86和蒸发器20的工作流体15流量的阀门86的阀门开度设定。v2开度252从100开始并保持在那里直到流量比为50，此时当流量比为100时，v2开度的值线性地下降到零。两个阀门开度250和252的最大平台值为100％。这样的布置有利地减小了阀门84和86上的流量限制和压降。曲线图248的流量比关系相对于图表240的流量比关系的附加益处是，对于曲线图248，一次仅有阀门84和86中的一个移动。因此，阀门84和86的移动的相互作用显著减小，并且响应于来自控制器114的命令，实现了Δ温度ΔTEvap和涡轮机上游的工作流体15的温度TupTurbVlv的更线性行为。阀门开度250和252的示例性初始设定点为100或100％，其中每一个在流量比为50或50％时发生。对于采用曲线图248的系统，通过蒸发器16和20的工作流体15的总质量流量随着对应于组合阀门开度位置100至200的累积流量而变化。在这样的系统中，在流量比等于50的情况下发生累积阀门开度位置峰值200并且在流量比为0和100的情况下发生低阀门开度位置值100。
图11是示出第三示例性阀门开度与流量比关系的曲线图256。通过建模和测试，已经发现35％的阀门开度足以提供必要的温度控制。这可以基于阀门的尺寸或最大流量额定值来选择阀门84和86的尺寸。在示例性曲线图256中，标记为“v1开度”的曲线258示出了用于通过阀门84和蒸发器16的工作流体15流量的阀门84的阀门开度设定。当流率从零增加到50时，示例性v1开度258从零增加到35，其保持平稳并保持在35的流量比。标记为“v2开度”的曲线260示出了用于通过阀门86和蒸发器20的工作流体15流量的阀门86的阀门开度设定。v2开度260在37.5处开始并且在那里保持稳定直到流量比超过50，此时当流量比为100时，v2开度的值线性地下降到零。曲线图256的流量比关系享有曲线图248的流率的益处。将阀门开度限制在小于50％的开度时产生更快的响应时间，因为阀门不必完全打开。阀门开度的限制额外地减少并且可能消除阀门84和86在其阀门饱和范围内花费的任何时间。阀门的饱和范围通常表征为当向阀门施加额外的电流时没有额外的流量。阀门开度258的示例性初始设定点为35或35％，而阀门开度260的示例性初始设定点为37.5或37.5％，这在流量比为50或50％时发生。对于采用曲线图256的系统，通过蒸发器16和20的工作流体15的总质量流量随着阀门开度位置37.5至72.5至35而变化。在这样的系统中，在流量比等于50的情况下发生阀门开度位置峰值72.5，并且在流量比为0的情况下发生第一低阀门开度位置值37.5，并且在流量比为100的情况下发生第二低阀门开度位置值35。阀门84、86可能具有流率与阀门开度之间的非线性关系。如果是这样，图9至图11中所示的直线将显示出一些曲率。可以使用所选阀门的阀门特性数据来估计曲率。
结论
已经公开了一种用于管理采用两个蒸发器的废热回收系统的系统和方法。
关于本说明书中对计算机的引用，诸如本文所讨论的那些计算设备通常每个都包括可由一个或多个计算设备执行的指令，诸如上面标识的那些，并且用于执行上述过程的块或步骤。例如，上面讨论的过程块具体实施为计算机可执行指令。
通常，所描述的计算系统和/或设备可以采用多种计算机操作系统中的任何一种，包括但不限于Microsoft操作系统、Microsoft操作系统、Unix操作系统(例如，由加利福尼亚州Redwood Shores的Oracle公司分发的操作系统)、由纽约Armonk的国际商业机器公司分销的AIX UNIX操作系统、Linux操作系统、由加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司分销的Mac OSX和iOS操作系统、由加拿大滑铁卢的黑莓有限公司分销的黑莓操作系统以及由谷歌公司和开放手机联盟开发的Android操作系统的各版本和/或种类。计算设备的示例包括但不限于车载车辆计算机、微控制器、计算机工作站、服务器、台式机、笔记本、膝上型计算机或手持计算机，或一些其它计算系统和/或设备。
计算设备通常包括计算机可执行指令，其中指令可以由诸如上面列出的那些的一个或多个计算设备执行。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解释，包括但不限于并且单独或组合地.JavaTM、C、C++、Matlab、Simulink、Stateflow、Visual Basic、Java Script、Perl、HTML等。这些应用程序中的一些可以在虚拟机上编译和执行，诸如Java虚拟机、Dalvik虚拟机等。通常，处理器(例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括本文所述的一个或多个过程。可以使用各种计算机可读介质来存储和传输这样的指令和其它数据。计算设备中的文件通常是存储在计算机可读介质(诸如存储介质、随机存取存储器等)上的数据的集合。
计算机可读介质(也称为处理器可读介质)包括参与提供可由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性(例如，有形)介质。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其它永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。这些指令可以由一个或多个传输介质传输，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括了包括耦合到计算机处理器的系统总线的电线。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、任何其它具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、闪存-EEPROM、任何其它存储芯片或盒式磁带，或计算机可以读取的任何其它介质。
本文描述的数据库、数据存储库或其它数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机制，包括分层数据库、文件系统中的一组文件、专有格式的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS)等。每个这样的数据存储器通常包括在采用计算机操作系统的计算设备中，诸如上面提到的那些计算机操作系统，并且可以以多种方式中的任何一种或多种经由网络来访问。文件系统可以从计算机操作系统访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储程序的语言(例如上面提到的PL/SQL语言)之外，RDBMS通常还使用结构化查询语言(SQL)。
在一些示例中，系统元件可以被实现为一个或多个计算设备(例如，服务器、个人计算机等)上的计算机可读指令(例如，软件)，存储在与其相关联的计算机可读介质上(例如，磁盘、存储器等)。计算机程序产品可以包括存储在计算机可读介质上的用于执行本文描述的功能的指令。
在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。此外，可以改变这些元件中的一些或全部。关于本文描述的介质、过程、系统、方法、启发法等，应该理解，尽管已经描述了这些过程的步骤等根据特定有序顺序发生，但是这类过程可以实践为以不同于本文描述的顺序的顺序执行所描述的步骤。还应该理解，可以同时执行某些步骤，可以添加其它步骤，或者可以省略本文描述的某些步骤。换句话说，提供本文的过程描述是为了说明某些实施例，并且决不应被解释为限制权利要求。
因此，应理解，以上描述旨在是说明性的而非限制性的。在阅读以上描述后，除了所提供的示例之外的许多实施例和应用将是显而易见的。应该不参考以上描述确定范围，而是应该参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。设想并预期未来的发展将在本文讨论的技术中发生，并且所公开的系统和方法将被结合到这类未来实施例中。总之，应该理解，本申请能够进行修改和变更。
如本文所使用，副词“基本上”修饰形容词意味着形状、结构、测量、值、计算等可能偏离精确描述的几何形状、距离、测量、值、计算等，这是因为材料、加工、制造、传感器测量、计算、处理时间、通信时间等的缺陷。
权利要求中使用的所有术语旨在被赋予其本领域技术人员所理解的普通含义，除非在本文做出明确的相反指示。特别地，除非权利要求引用相反的明确限制，否则应理解使用诸如“一”、“该”、“所述”等单数冠词以引用一个或多个所指示的元件。
提供摘要以允许读者快速确定技术发明的本质。提交时应理解，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，为了简化本发明的目的，各种特征在各种实施例中被组合在一起。本发明的方法不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确阐述的更多特征的意图。更确切地说，如以下权利要求所反映，本发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独要求保护的主题。

Claims (15)

1.一种用于车辆的控制系统，包括控制器(114)，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器存储可由所述处理器执行的指令，使得所述控制器被编程为：
确定第一蒸发器(16)下游的工作流体与第二蒸发器(20)下游的工作流体(15)之间的温度差(ΔTEvap)；
基于所述温度差(ΔTEvap)选择所需的流量比；以及
基于所述流量比为调节进入所述第一蒸发器(16)的所述工作流体的流量的第一阀门(84)和调节进入所述第二蒸发器(20)的所述工作流体的流量的第二阀门(86)中的每一个选择阀门开度设定(242、244、250、252、258、260)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中每个阀门(84、86)的阀门设定(242、244、250、252、258、260)被映射到所述流量比。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一阀门(84)的所述阀门设定(242、250、258)随着流量比的增加而增加，并且所述第二阀门(86)所述阀门设定(244、252、260)随着流量比的增加而减少。
4.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述第一阀门(84)的所述阀门设定(250)随着流量比的增加而增加到第一平台，从第一流量比的阀门设定延伸到流量比100，并且
所述第二阀门(86)的所述阀门设定(252)随着流量比的增加而减小，从第二流量比开始的第二平台减小。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述平台是低于50的阀门开度设定。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被编程为：
确定在涡轮机(24)上游的第二位置处的所述工作流体的第二温度(TupTurbVlv)，其中离开每个所述蒸发器(16、20)的所述工作流体(15)已经混合，
确定所述EGR蒸发器(20)下游的第三位置处的所述工作流体的第三温度(TdownEGREvap)；
确定所述EG蒸发器(16)下游的第四位置的所述工作流体的第四温度(TdownEGEvap)；
选择性地致动泵(32)，所述泵响应于所述第二温度(TupTurbVl)、所述第三温度(TdownEGREvap)和所述第四温度(TdownEGEvap)中的最高温度使所述工作流体(15)朝向所述蒸发器(16、20)移位。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被编程为：
确定在涡轮机(24)上游的第二位置处的所述工作流体的第二温度(TupTurbVlv)，其中离开每个所述蒸发器(16、20)的所述工作流体已经混合；
确定所述EGR蒸发器(20)下游的第三位置处的所述工作流体的第三温度(TdownEGREvap)；
确定所述EG蒸发器(16)下游的第四位置的所述工作流体的第四温度(TdownEGEvap)；以及
选择性地致动泵(32)，所述泵响应于所述第二温度、所述第三温度和所述第四温度中的最高温度使所述工作流体(15)朝向所述蒸发器(16、20)移位，
进一步地，其中在确定所述第二、第三和第四温度中的哪一个是最大的之前，将所述第三和第四温度减小值Tδ。
8.一种控制废热回收系统(10)的方法，包括以下步骤：
提供包括工作流体(15)的工作流体回路(23)；
在所述工作流体回路中提供第一蒸发器(16)；
在所述工作流体回路中提供第二蒸发器(20)；
在进入所述第一蒸发器(16)的所述工作流体的路径中在所述工作流体回路中提供第一阀门(84)；
在进入所述第二蒸发器(20)的所述工作流体的路径中在所述工作流体回路中提供第二阀门(86)；
在所述工作流体回路中提供至少第一温度传感器(92)以确定离开所述蒸发器(16、20)的工作流体之间的温度差(ΔTEvap)；
确定所述第一蒸发器(16)下游的所述工作流体与所述第二蒸发器(20)下游的所述工作流体之间的温度差；
基于所述温度差(ΔTEvap)选择所需的流量比；
基于所述流量比为调节进入所述第一蒸发器(16)的所述工作流体的流量的第一阀门(84)和调节进入所述第二蒸发器(20)的所述工作流体(15)的流量的第二阀门(86)中的每一个选择阀门开度设定(242、244、250、252、258、260)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中每个阀门(84、86)的阀门设定(242、244、250、252、258、260)被映射到所述流量比。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一阀门(84)的所述阀门设定(242、250、258)随着流量比的增加而增加，并且所述第二阀门(86)的所述阀门设定(244、252、260)随着流量比的增加而减少。
11.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述第一阀门(84)的所述阀门设定(250)随着流量比的增加而增加到第一平台，从第一流量比的阀门设定延伸到流量比100，并且
所述第二阀门(86)的所述阀门设定(252)随着流量比的增加而减小，从第二流量比开始的第二平台减小。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述平台是低于50的阀门开度设定(258、260)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一平台以50的流量比开始并且以100的流量比结束，并且所述第二平台以0的流量比开始并且以50的流量比结束。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：
确定涡轮机24上游的第二位置处的所述工作流体的第二温度(TupTurbVlv)，其中离开每个所述蒸发器(16、20)的所述工作流体已经混合；
确定所述EGR蒸发器20下游的第三位置处的所述工作流体的第三温度(TdownEGREvap)；
确定所述EG蒸发器16下游的第四位置处的所述工作流体的第四温度(TdownEGEvap)；以及
选择性地致动泵(32)，所述泵响应于所述第二温度、所述第三温度和所述第四温度中的最高温度使所述工作流体朝向所述蒸发器(16、20)移位。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在确定所述第二温度(TupTurbVlv)、第三温度(TdownEGREvap)和第四温度(TdownEGEvap)中的哪一个是最大的之前，将所述第三温度(TdownEGREvap)和第四温度(TdownEGEvap)减小值Tδ。
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