CN110056584B - 一种液力缓速器的热量回收系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液力缓速器的热量回收系统及其控制方法，包括压气机、冷却装置、回热器、热交换器、液力缓速器、燃气轮机、发电机、检测装置和电子控制单元。压气机将外界空气进行压缩，随后被压缩的空气进入热交换器内，与液力缓速器的高温油液在热交换器内进行热交换，得到的高温高压气体进入燃气轮机内带动叶片转子转动输出机械功，带动发电机进行发电。检测装置检测液压油的温度，根据油温的不同，通过对电磁阀的控制启动不同的回路从而改善液压油的工作温度至适宜的温度。通过该热量回收系统同时实现了对液力缓速器的冷却与能量的回收，且结构简单，工作效率高。

Description

一种液力缓速器的热量回收系统及其控制方法

技术领域

本发明属于液力缓速器的能量回收技术领域，具体涉及一种液力缓速器的热量回收系统及其控制方法。

背景技术

液力缓速器是通过液体阻尼产生缓速作用的装置。汽车的动能消耗于工作液的摩擦和对定子的冲击从而转换为热能，使工作液的温度升高。工作过程中，工作油液主要在动、定轮之间的腔室与循环冷却流道之间流动；少部分的油液作为润滑油润滑其他零部件。

随着缓速器档位和动轮转速的增加，缓速器的油液内能逐渐增大，对应的油液温度逐渐升高。由于工作油液还有润滑油的作用，润滑油液温度过高会使其性能下降，加剧零件的机械磨损，同时，高温油液还会加剧密封件老化，导致系统渗油漏油事故的发生。因此，液力缓速器工作时，需对高温油液进行热能耗散。随着缓速器工作油液油温的增加，缓速器的力矩逐渐增大，但其增加速率随温度的升高而降低，且油温过高对润滑效果有影响，因而，工作油液的适宜工作温度为110℃左右。通过对工作液的热量进行回收，能够在降低工作液温度的同时，最大限度的利用车辆的废热，实现节能。

现有技术通过在定子叶片内部设计转折180°的蛇形内冷通道对液力缓速器进行冷却，实现了控制工作温度的目的。中国专利公开了“一种液力缓速器冷却系统”，包括液力缓速器、热交换器、散热器、驱动泵和循环泵形成冷却回路，增大了工作介质的冷却循环流量，提升了系统的散热量，保证了液力缓速器的制动性能。上述技术都采用了水作为冷却介质，且没有对缓速器废热进行能量回收。

发明内容

本发明的目的是为了对液力缓速器的工作液进行冷却同时回收废热，而提供的一种液力缓速器的热量回收系统及其控制方法。

一种液力缓速器的热量回收系统，包括压气机a、热交换器、液力缓速器、燃气轮机、发电机、检测装置及电子控制单元，所述压气机a、液力缓速器均与热交换器相连，热交换器还与燃气轮机及发电机相连；所述电子控制单元与检测装置相连，用于检测压气机a出口、热交换器出入口以及燃气轮机出口的温度。

上述方案中，热量回收系统还包括回热器，所述回热器与压气机的出口、燃气轮机的出口相连。

上述方案中，所述压气机为两个，压气机b的入口通过冷却装置与压气机a的出口相连，压气机b的出口与热交换器的入口相连。

上述方案中，所述检测装置为温度传感器。

一种液力缓速器的热量回收系统的控制方法，电子控制单元根据检测装置得到的液力缓速器内油液温度的高低，控制热量回收系统工作在不同的模式；当油液温度低于90℃时，热量回收系统按照模式一运行；当油液温度高于90℃但低于110℃时，热量回收系统按照模式二运行；当油液温度高于110℃时，热量回收系统按照模式三运行；电子控制单元实时检测工作油液冷却后的温度，保证冷却后的温度数值不高于100℃，若检测到温度高于100℃，则控制热量回收系统按照模式三运行。

进一步，所述工作模式一具体为：开启压气机a，压气机a压缩后的高压空气进入回热器，随后高压空气进入换热器中吸收工作油液的热量，最后高温高压空气进入燃气轮机做功。

进一步，所述工作模式二具体为：开启压气机a，压气机a压缩后的高压空气进入热交换器中吸收工作油液的热量，最后进入燃气轮机做功。

进一步，所述工作模式三具体为：同时开启压气机a、b，压气机a压缩后的空气先进入冷却装置进行冷却，然后进入压气机b进行进一步的压缩，压缩后的高压空气进入热交换器中吸收工作油液的热量，最后进入燃气轮机做功。

本发明的有益效果是：

1、通过热量回收系统实现了液力缓速器工作液的冷却，以空气作为冷却介质，结构简单，工作效率高，保证了液力缓速器的工作性能。热量回收系统在实现冷却的同时，实现了对废热的回收，节能环保，吸收工作油液的热量并用来带动发电机发电存储在蓄电池中，所得电量部分用于供给压气机工作，剩余部分用于供给车辆的其他用电设备。本发明的热量回收系统为独立设计，其冷却不依赖发动机冷却系统，不受发动机冷却系统冷却能力的限制。

2、本发明的电子控制单元能够根据液力缓速器的油液温度对热量回收系统进行控制，保证油液工作在最佳温度范围内。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的工作模式一示意图；

图3为本发明的工作模式二示意图；

图4为本发明的工作模式四示意图；

图5为本发明电子控制单元控制示意图；

图中，1、ECU；2、电磁阀a；3、风扇；4、电磁阀b；5、冷却装置；6、压气机a；7、压气机b；8、回热器；9、电磁阀c；10、温度传感器a；11、热交换器；12、温度传感器b；13、液力缓速器；14、温度传感器c；15、温度传感器d；16、燃气轮机；17、发电机；18、蓄电池；19、温度传感器e。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示为一种液力缓速器的热量回收系统，包括压气机(优选叶轮式压气机)、冷却装置5、回热器8、热交换器11、液力缓速器13、燃气轮机16、发电机17、蓄电池18、检测装置、电子控制单元(ECU)1。

所述压气机包括压气机a6和压气机b7，空气首先进入压气机，经过由固定在转子上的动叶片组成的通道，动叶片的高速旋转带动空气进行加速，随后空气进入静止叶片组成的扩压管，将动能转化为空气的焓增，从而使空气的压力增大。压气机a6可由电磁阀a2控制与其他回路相连形成不同的工作模式；模式一和模式二状态下压气机a6通过电磁阀a2直接与电磁阀b4相连，压气机b7及冷却装置5不工作，这两种工作模式适用于油液温度较高时的冷却；模式三状态下压气机a6通过电磁阀a2与冷却装置5相连，冷却装置5与压气机b7相连，压气机b7通过电磁阀b4与电磁阀a9相连，可增大空气的压缩比，提升系统的工作效率，该工作模式适用于油液温度很高下的冷却。

所述冷却装置5包括一个风扇3，对压气机a6压缩的高压气体进行降温并送入压气机b7进行进一步压缩。

所述回热器8的第一入口连接燃气轮机16出口，用于模式一状态下将燃气轮机16出口处的空气引到压气机a6出口处对压缩后的空气进行加热，模式一适用于油液温度接近适宜工作温度时的冷却；回热器8的第二入口由电磁阀b4控制连接压气机a6的出口，回热器8的出口由电磁阀c9控制是否连接热交换器11的第一入口。所述热交换器11的第一入口由电磁阀c9控制与电磁阀b4出口直接相连或连接回热器8的出口，热交换器11的第二入口与液力缓速器13的工作液出口相连；热交换器11的第一出口连接燃气轮机16的入口；热交换器11的第二出口与液力缓速器13的工作液入口相连，用于将液力缓速器13工作油液的热量传递到压缩空气中，从而降低工作油液的温度。

所述燃气轮机16的转子转动带动发电机17旋转从而将机械能转化为电能。在燃气轮机16中温度和压力都还相当高的空气，先在静叶片组成的喷管中把热能部分地转换为动能，即作部分地膨胀、降温、降压，而速度大为提高，形成高速气流，然后冲入固定在转子上的动叶片组成的通道，形成推力去推动动叶片使转子转动而输出机械功。所述发电机17与蓄电池18相连，存储发电机17发出的电能，蓄电池18同时与叶轮式压气机及风扇相连，实现供电。

所述检测装置为温度传感器，包括温度传感器a10、温度传感器b12、温度传感器c14、温度传感器d15及温度传感器e19，温度传感器a10安装在热交换器11的第一入口处的管路上，用于检测进入热交换器11的空气温度；温度传感器b12安装在热交换器11的第二入口处的管路上，用于检测液力缓速器13工作液的温度；温度传感器c14安装在热交换器11的第二出口处的管路上，用于检测冷却后的液力缓速器13工作液温度；温度传感器d15安装在燃气轮机16出口处的管路上，检测通过燃气轮机16做功后的气体温度；温度传感器e19安装在电磁阀b4出口处，用于检测压气机压缩后的空气温度。

如图5所示，所述电子控制单元1与电磁阀、风扇通过导线连接，电子控制单元1包括输入模块、控制模块及输出模块，所述输入模块主要接受温度传感器传来的温度信号，通过控制模块进行判断，控制输出模块发送信号给电磁阀及风扇，通过开闭不同的回路实现对热量回收系统的控制，保证液力缓速器的工作液温度位于最佳范围内。

所述热量回收系统包括三种控制模式：

模式一：仅开启压气机a6，压气机压缩后的高压空气通过电磁阀a2及电磁阀b4进入回热器8，在回热器8中，燃气轮机16排放的废气对高压空气进行加热，随后高压空气进入换热器11，在换热器11中吸收工作油液的温度，对工作油液进行冷却，最后高温高压空气进入燃气轮机16做功；如图2所示。

模式二：仅开启压气机a6，压气机压缩后的高压空气通过电磁阀a2、电磁阀b4及电磁阀c9进入热交换器11，在热交换器11中吸收工作油液的温度，最后进入燃气轮机16做功；如图3所示。

模式三：开启压气机a6、b7，压气机a6压缩后的空气先通过电磁阀a2进入冷却装置5进行冷却，冷却后进入压气机b7进行进一步的压缩，压缩后的高压空气通过电磁阀b4、c9进入热交换器11，在热交换器11中吸收工作油液的温度，最后进入燃气轮机16做功；如图4所示。

一种液力缓速器的热量回收系统及其控制方法的具体控制过程如下：

电子控制单元1接受液力缓速器13开关档位信号，判断当前液力缓速器13是否处于工作状态，若液力缓速器13处于工作状态，则开始液力缓速器13的热量回收。电子控制单元1根据温度传感器b12的温度信号判断当前液力缓速，13的所需要的冷却级别，当温度传感器b12的温度低于90℃时，表明此时仅需要对液力缓速器13的工作油液进行较低级别的冷却，则电子控制单元1控制热量回收系统按照模式一运行；当温度传感器b12检测到油液出口温度高于90℃但低于110℃时，表明此时工作油液温度较高，此时电子控制单元1控制热量回收系统按照模式二运行；当温度传感器b12检测到油液温度高于110℃时，表明此时油液温度高，需要进行较大功率的冷却，电子控制单元1控制热量回收系统按照模式三运行；电子控制单元1实时检测液力缓速器13油液入口处温度传感器c14的温度数值，保证入口处的油液温度数值(工作油液冷却后的温度值)不高于100℃，若检测到某一时刻c14的数值高于100℃，则控制热量回收系统按照模式三运行。电子控制单元1同时监测温度传感器a10、d15、e19的温度数值，判断是否在正常范围内，若数据异常则表明当前热量回收系统工作异常，需要及时进行检修。

以上通过对实施例的阐述及结构的介绍说明了本发明的特征及作用效果，凡是依照本发明的构想所作的改变或修改为等同变化的等效实施例，任何未超出说明书与图示所涵盖精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种液力缓速器的热量回收系统，其特征在于，包括压气机a、热交换器（11）、液力缓速器（13）、燃气轮机（16）、发电机（17）、检测装置及电子控制单元（1），所述压气机a、液力缓速器（13）均与热交换器（11）相连，热交换器（11）还与燃气轮机（16）及发电机（17）相连；所述电子控制单元（1）与检测装置相连，用于检测压气机a出口、热交换器（11）出入口以及燃气轮机（16）出口的温度；还包括回热器（8），所述回热器（8）与压气机的出口、燃气轮机（16）的出口相连；还包括压气机b，压气机b的入口通过冷却装置（5）与压气机a的出口相连，压气机b的出口与热交换器（11）的入口相连；所述检测装置为温度传感器。

2.一种根据权利要求1所述的液力缓速器的热量回收系统的控制方法，其特征在于，电子控制单元（1）根据检测装置得到的液力缓速器（13）内油液温度的高低，控制热量回收系统工作在不同的模式；当油液温度低于90℃时，热量回收系统按照模式一运行；当油液温度高于90℃但低于110℃时，热量回收系统按照模式二运行；当油液温度高于110℃时，热量回收系统按照模式三运行；电子控制单元（1）实时检测工作油液冷却后的温度，保证冷却后的温度数值不高于100℃，若检测到温度高于100℃，则控制热量回收系统按照模式三运行；

所述工作模式一具体为：开启压气机a，压气机a压缩后的高压空气进入回热器（8），随后高压空气进入换热器（11）中吸收工作油液的热量，最后高温高压空气进入燃气轮机（16）做功；

所述工作模式二具体为：开启压气机a，压气机a压缩后的高压空气进入热交换器（11）中吸收工作油液的热量，最后进入燃气轮机（11）做功；

所述工作模式三具体为：同时开启压气机a、b，压气机a压缩后的空气先进入冷却装置（5）进行冷却，然后进入压气机b进行进一步的压缩，压缩后的高压空气进入热交换器（11）中吸收工作油液的热量，最后进入燃气轮机（16）做功。

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