CN110439666A - 具有两个温控器、包括处于朗肯循环中的闭合回路的发动机冷却系统 - Google Patents

具有两个温控器、包括处于朗肯循环中的闭合回路的发动机冷却系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110439666A
CN110439666A CN201910360014.7A CN201910360014A CN110439666A CN 110439666 A CN110439666 A CN 110439666A CN 201910360014 A CN201910360014 A CN 201910360014A CN 110439666 A CN110439666 A CN 110439666A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature controller
temperature
cooling
coolant
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910360014.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110439666B (zh
Inventor
P·斯玛格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP NEW ENERGY Co
Original Assignee
IFP NEW ENERGY Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP NEW ENERGY Co filed Critical IFP NEW ENERGY Co
Publication of CN110439666A publication Critical patent/CN110439666A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110439666B publication Critical patent/CN110439666B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P9/00—Cooling having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P7/00
    • F01P9/02—Cooling by evaporation, e.g. by spraying water on to cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P2003/001—Cooling liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2050/00—Applications
    • F01P2050/22—Motor-cars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/16—Outlet manifold
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/18—Heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明涉及内燃机的冷却系统(1)。该冷却系统(1)包括闭合的冷却回路，并且其包括处于朗肯循环中的闭合回路，允许回收一部分的冷却剂热量。根据本发明，冷却回路包括两个温控器(6；20)，并且朗肯回路的蒸发器(19)布置在这两个温控器(6；20)之间。

Description

具有两个温控器、包括处于朗肯循环中的闭合回路的发动机 冷却系统
技术领域
本发明涉及内燃机的冷却系统的领域。具体地，本发明涉及包括处于朗肯循环中的闭合回路的冷却系统，用于将回收的热量转化为能量。
背景技术
内燃机冷却系统设计为用于冷却内燃机并且可能冷却其设备，尤其是润滑系统(油泵)、废气、废气循环EGR等。
这样的系统通常包括闭合回路，冷却剂、尤其是水和乙二醇的混合物在其中循环。这样的闭合回路可包括泵、用于与内燃机和/或其设备交换的换热器、温控器、散热器和单元加热器。温控器是一种调节装置，包括最少一个入口和两个出口，入口和出口根据内部阀的打开而连接，内部阀的打开取决于流经温控器的流体的温度：当流体温度低于阈值时，仅一个出口连接到入口，而当流体温度高于或等于该阈值时，两个出口均连接到入口。
图1示意地示出根据现有技术的、简化的冷却系统的示例。冷却系统1包括泵2。泵2通过管线10连接到曲柄箱和连接到内燃机3的气缸盖、连接到润滑系统4并且连接到废气5。内燃机3的冷却和润滑系统4的冷却在冷却循环中设置为并联的，并且该组件设置为通过管线11与用于与废气交换的换热器5或EGR气体交换器(当存在一个时)串联。在这些换热器的出口处，管线12连接到温控器6。
温控器6的出口17借助管线13连接到单元加热器8。在单元加热器8的出口处的流体朝向泵2循环。该出口17是温控器6的出口，始终连接到温控器6的入口。
温控器6的出口18借助管线15连接到散热器7。在散热器7的出口处的流体朝向泵2循环。出口18是温控器6的出口，当温控器6的入口处的流体温度高于或等于预先确定的阈值时，该出口连接到温控器6的入口。
对于这样的冷却系统，由冷却剂回收的热(并且因此是能量)损失了。
为了回收这些损失的能量的一部分，设想了将闭合回路的朗科循环包括到冷却系统中。
如众所周知的，朗肯循环(Rankine cycle)是热力学循环，其中，来自外部热源的热量被传递到包含流体(被称为“工作流体”或“载热流体”)的闭合回路中。
这种类型的循环一般分解成以液态形式使用的工作流体以等熵的方式被压缩的阶段，接着是该经压缩的液态流体在与热源接触时被加热并汽化的阶段。
然后，该蒸汽在另一阶段中以等熵的方式在膨胀机内膨胀，然后，在最后的阶段中，该膨胀的蒸汽在与冷源接触时被冷却并冷凝。
为了执行这些各个阶段，回路通常包括压缩泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器，该压缩泵用于使呈液态的流体循环并对其进行压缩，蒸发器由热的流体扫掠以用于经压缩的流体至少部分的蒸发，膨胀机用于使蒸汽膨胀，诸如涡轮机，其将该蒸汽的能量转化为诸如机械能或电能的另一种能量，蒸汽中包含的热量借助冷凝器屈服于冷源，一般是扫掠该冷凝器的外部空间，从而将该蒸汽转化为呈液态的流体。
在内燃机领域中，传统的朗肯循环包含插入载热流体回路以回收发动机热量损失。一般地，该回收在废气/EGR(废气再循环)气体上进行或在冷却回路上进行或同时在两者上进行。
当在冷却系统上进行该回收时，朗肯循环蒸发器实现了在冷却剂与朗肯循环的载热流体之间的热交换。蒸发器一般地可布置在冷却回路的再循环分支上、温控器上游，从而不干扰发动机温度调节。
在这些条件下，回收需要进行控制，尤其是对于冷的内燃机，从而不使发动机的暖机不利，可能会通过在该阶段期间降级消耗和污染物排放而影响其效率。一旦内燃机升温，布置在朗肯回路交换器下游的温控器就将未由朗肯循环抽出(吸收)的冷却回路的过量的热量(卡路里)送回到散热器。与没有朗肯循环的运行相比，发动机温控器因此允许更少的卡路里朝向发动机散热器通过。
在这类冷却回路结构的情况下，进入朗肯交换器的发动机冷却剂的温度不受调节，并且该温度可能显著地、尤其地波动，如果冷却剂在发动机出口处由废气的交换器进行加热。在该情况下，无法对朗肯循环回路的载热流体、特别是对于内燃机的过渡运行确保合适的压力和温度。
替代地，朗肯循环蒸发器可设置在发动机温控器下游、于朝向散热器的分支上，从而对于进入朗肯蒸发器的发动机冷却剂确保温度的温度条件，以便简化对朗肯循环中的载热流体流动速率(流量)的调节。在这些条件下，冷却剂由串联安装的蒸发器和散热器过度冷却，这导致在朝向散热器的分支中流动速率(流量)的下降，并且因此产生了由有机朗肯循环ORC(朗肯循环使用有机流体)回收的能量的减少。
专利申请WO-2014/103,820和EP-3,064,734描述了冷却系统实施例，其包括处于朗肯循环中的闭环回路。
专利申请WO-2014/103,820说明了一种冷却回路，其中，对于朗肯循环，蒸发器设置在用于与废气交换的换热器与膨胀装置之间。对于该冷却回路，冷却剂可能会由蒸发器和冷凝器(散热器)过度冷却，这可能导致在温控器控制的分支中流量的下降，并且因此导致回收的能量的减少。
专利申请EP-3,064,734公开了一种冷却系统，其中，散热器和子散热器用于在蒸发器中的热交换之前对冷却剂进行冷却。因此，由朗肯循环回收的热量的量是有限的，因为热量的一部分先前已在散热器中耗散。发明内容
为了克服这些缺陷，本发明涉及一种用于内燃机的冷却系统。该冷却系统包括闭合的冷却回路，并且其包括处于朗肯循环中的闭合回路(包括朗肯循环的闭合回路)，这允许回收一部分冷却剂热量。根据本发明，冷却回路包括两个温控器，并且朗肯回路的蒸发器布置在这两个温控器之间。这一布局允许对蒸发器中的冷却剂温度进行调节，这促进了通过朗肯循环的能量回收。此外，该布局允许对内燃机的冷却进行优化并且允许简化对处于朗肯循环中的回路的监控。此外，该冷却系统相较于没有朗肯循环回路的冷却系统需要的改型更少。
本发明涉及内燃机的冷却系统，包括冷却剂在其中循环的闭合的冷却回路，所述冷却回路包括至少一个冷却回路泵、用于与内燃机的元件或设备交换(热量)的至少一个换热器、第一温控器和冷却回路散热器，所述冷却系统还包括处于朗肯循环中的闭合回路，工作流体在其中循环，处于朗肯循环中的所述回路包括至少一个朗肯回路泵、用于所述冷却剂与所述工作流体之间的热量交换的蒸发器、至少一个涡轮机和至少一个朗肯回路冷凝器。所述冷却回路包括第二温控器并且在所述冷却回路内，所述蒸发器连接到所述第一温控器的出口和连接到所述第二温控器的入口。
根据本发明的一实施例，所述冷却回路还包括连接到所述第一温控器的一出口的单元加热器，该出口与所述第一温控器的连接到所述蒸发器的出口不同。
根据本发明的实施形式，所述朗肯回路冷凝器布置为紧邻冷却回路的所述散热器。
根据一方面，所述朗肯回路冷凝器与低温冷却回路交换热量。
有利地，所述内燃机的所述元件或所述设备选自所述内燃机的曲柄箱和/或润滑系统和/或废气系统和/或废气再循环系统。
有利地，所述冷却剂是水或为20体积％至50体积％的乙二醇和水的混合物。
优选地，所述工作流体选自分子式CF3CF2C(O)CF(CF3)2的流体、R1233ZD或R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)。
根据一实施例，所述第二温控器的温度阈值校准为处于低于或等于所述第一温控器的温度阈值的温度。
根据一实施形式，所述第一和第二温控器的温度阈值被控制成根据所述内燃机的载荷动态地改变它们的温度调节曲线。
此外，本发明涉及对根据上述特征之一的冷却系统进行控制的方法，其中执行以下阶段：
a)当在所述第一温控器的入口处的所述冷却剂的温度低于预先确定的阈值时，所述第一温控器阻止所述冷却剂在所述蒸发器中的循环，
b)当在所述第一温控器的入口处的所述冷却剂的温度高于或等于预先确定的阈值时，所述第一温控器使得所述冷却剂能在所述蒸发器中循环，以及
i)当在所述第二温控器的入口处的所述冷却剂的温度低于预先确定的阈值时，所述第二温控器阻止所述冷却剂在所述冷却散热器中的循环，
ii)当在所述第二温控器的入口处的所述冷却剂的温度高于或等于预先确定的阈值时，所述第二温控器使得所述冷却剂能在所述冷却散热器中循环。
此外，本发明涉及一种车辆，该车辆包括内燃机和根据上述特征之一的冷却系统。
附图说明
根据本发明的系统的其它特征和优点将从参照附图、阅读以下非限制性示例的方式给出的对实施例的以下描述中变得明了，附图中：
-图1已经描述，其示出了根据现有技术的冷却系统，
-图2示出了根据本发明的第一实施例的冷却系统，以及
-图3示出根据本发明的第二实施例的冷却系统。
具体实施方式
本发明涉及内燃机的冷却系统，其用途是对内燃机和/或其至少一个设备进行冷却。
根据本发明，该冷却系统包括：
-闭合冷却回路(称作“冷却回路”)，冷却剂在其中循环，该冷却回路具有：
ο至少一个冷却回路泵(称作“冷却泵”)，其提供冷却剂在冷却回路中的循环，
ο至少一个换热器，用于在冷却剂与内燃机的至少一个元件或设备之间的交换，因此冷却剂从内燃机或其一个设备中回收热量，
ο第一温控器，包括(一个)入口和两个出口，其中，入口和出口根据内部阀的打开而连接，内部阀的打开取决于流经第一温控器的流体的温度：当流体温度低于阈值时，仅一个出口连接到入口，而当流体温度高于或等于该阈值时，两个出口均连接到该入口，第一温控器的该入口连接到(一个或多个)换热器的出口，
ο冷却回路散热器(称作“冷却散热器”)，其通过与冷源(例如，在车辆上的冷却系统的情况下是车辆散热器)的热交换对冷却剂进行冷却，并且其出口连接到冷却回路泵，
-处于朗肯循环中的闭合回路(称作“朗肯回路”)，用于将由冷却剂回收的热量转化为机械能或电能，工作流体(或载热流体)在朗肯循环中用以下顺序循环：
ο朗肯回路泵(称作“朗肯泵”)，其压缩工作流体，
ο蒸发器，其实现工作流体与冷却剂之间的热交换，从而通过冷却剂的热量实现工作流体的蒸发，该蒸发器设置在冷却回路中、在第一温控器的出口处，当流体温度高于预先确定的阈值时，该出口打开，
ο涡轮机，其将热量转化为电能或机械能，
ο冷却回路冷凝器(称作“朗肯冷凝器”)，其通过与冷源(例如，在车辆上的冷却系统的情况下是车辆散热器)的热交换在工作流体通过朗肯循环泵之前，使工作流体冷凝。
根据本发明，闭合的冷却回路还包括第二温控器，并且在冷却回路内，蒸发器一方面连接到第一温控器的出口，而另一方面连接到第二温控器的入口。换言之，蒸发器设置在这两个温控器之间。该构造允许对蒸发器中的冷却剂温度进行调节，这促进了由朗肯循环回收的能量。此外，该布局允许对内燃机的冷却进行优化并且允许简化对朗肯循环回路的监控。
第二温控器包括(一个)入口和两个出口。在第二温控器中，入口和出口根据内部阀的打开而连接，内部阀的打开取决于流经第二温控器的流体的温度：当流体温度低于阈值时，仅一个出口连接到入口，而当流体温度高于或等于该阈值时，两个出口均连接到该入口。第二温控器的第一出口(始终连接到第二温控器的入口的一个出口)连接到冷却回路泵。第二温控器的第二出口(当冷却剂温度超过阈值时连接到第二温控器的入口的一个出口)连接到冷却回路散热器。
根据本发明的一实施例，冷却回路还可包括单元加热器。单元加热器是在内燃机的冷却剂与车辆乘客舱室中的脉动空气之间的换热器。单元加热器可连接到第一温控器的出口，该出口与第一温控器所连接到蒸发器的出口不同。它可以是第一温控器的始终连接到第一温控器的入口的那个出口。单元加热器的出口可连接到冷却回路泵的入口。
该布局使得在冷启动之后内燃机的温度在发动机热机的条件下能上升。在这样的情况下，第一温控器是关闭的，并且朗肯循环因此不运行。
在车辆中冷却装置车载应用的情况下，单元加热器可用于对乘客舱室进行加热。因此，所回收的热量的一部分用于加热车辆，这限制了能量损失。此外，这使得能够一旦车辆启动就开始对乘客舱室进行加热。
在一变型中，第一温控器的始终连接到其入口的出口直接连接到冷却泵。
根据本发明的实施形式，朗肯回路冷凝器可布置为紧邻冷却回路散热器。该构造实现了简化的冷凝装置设计，特别是在车辆中冷却装置车载应用的情况下，其中，冷凝器能集合在一起紧邻车辆散热器。在该情况下，其它车辆冷凝器、例如空气调节冷凝器也可设置为紧邻两个交换器。
替代地，朗肯回路冷凝器可以与低温冷却回路交换热量，低温流体在该低温冷却回路中在朗肯回路冷凝器与低温散热器之间循环。在该实施例中，低温冷却回路可包括布置为紧邻冷却回路散热器的低温散热器。低温冷却回路也可以是具有存在于混动车辆中的电池或电力电子装置的冷却回路。
内燃机元件和设备可由从以下装置中选择的冷却剂进行冷却：
-内燃机曲柄箱，和/或
-内燃机润滑系统，例如，该润滑系统的油泵，和/或
-废气系统，和/或
-废气再循环(EGR)系统，和/或
-任何产热元件。
根据本发明的一实施形式，至少内燃机曲柄箱可由冷却系统进行冷却。
根据一示例实施例，冷却回路可包括用于与内燃机曲柄箱交换热量的换热器、用于与润滑系统交换热量的换热器和用于与废气交换热量的换热器(具有或不具有废气再循环)。在该情况下，冷却剂与内燃机曲柄箱和润滑系统之间的热交换可同时(并联，并行)发生，并且与废气的热交换可在这些第一热交换之后随后发生(串联)。该构造使得这些元件的冷却能优化。
根据本发明的一方面，冷却剂是水或为20体积％至50体积％的乙二醇和水的混合物。
有利地，工作流体(或载热流体)是低沸点制冷剂，其可与回收90℃附近的热量的有机朗肯循环ORC兼容，诸如：
-分子式CF3CF2C(O)CF(CF3)2的流体，例如NOVEC 649TM型流体(由3M公司(3MCompany)销售)，
-氢氟烯烃族的氟化气体，例如R1233ZD，或
-1,1,1,3,3-五氟丙烷，也已知为R245fa。
根据本发明的一实施例，第二温控器的温度阈值可校准为处于低于或等于第一温控器的温度阈值的温度。该校准允许对蒸发器中的冷却剂温度的最佳调节，并且因此允许优化的能量回收。
各温控器的温度阈值尤其是根据对发动机所选择的热管理策略来确定。例如，第一温控器的温度阈值范围可在85℃至95℃之间，而第二温控器的温度阈值可范围在80℃至90℃之间。
有利地，各温控器的温度阈值可进行控制从而根据内燃机的载荷和根据朗肯循环回路的回收策略而动态地改变温控器的温度调节曲线。该动态调节提供了在内燃机的冷却与由朗肯循环回路回收的能量之间良好的折中。
作为非限制性示例，图2示意地示出根据本发明的第一实施例的冷却系统。
冷却系统1包括冷却剂在其中循环的冷却回路。黑色箭头示出冷却剂的循环。冷却回路包括冷却泵2。冷却泵2通过管线10与分别联结到换热器的内燃机3、润滑系统4和废气5的各换热器相连接。内燃机3的和润滑系统4的各换热器并联设置在冷却回路中，并且该组件设置为通过管线11与和废气5交换热量的交换器串联。在这些换热器的出口处，管线12连接到第一温控器6。
第一温控器6的出口17借助管线13连接到单元加热器8。在单元加热器8的出口处的流体朝向泵2循环。出口17是第一温控器6的始终连接到第一温控器6的入口的出口。
第一温控器6的出口18通过管线15连接到蒸发器19。只有当第一温控器6的入口处的冷却剂具有高于或等于第一温控器6的温度阈值的温度时，该出口18才连接到第一温控器6的入口。在蒸发器19的出口处，冷却剂通过管线31送到第二温控器20。
第二温控器20的出口28由管线24和管线16连接到泵2。出口28是第二温控器20的始终连接到第二温控器20的入口的出口。
第二温控器20的出口27通过管线21连接到冷却回路的散热器7。该冷却回路的散热器7的出口由管线16连接到冷却泵2。
因此，冷却回路包括在与发动机元件或设备交换热量的换热器的出口处的三个分支：在第一温控器6的出口处具有单元加热器8的分支、在第二温控器20的出口处的到冷却泵2的返回分支、和在第二温控器20的出口处的具有冷却回路的散热器7的分支。
冷却系统1还包括处于朗肯循环中的闭合回路，工作流体在其中循环。工作流体循环由灰色箭头示出。朗肯循环闭合回路包括朗肯回路泵25。朗肯回路泵25由管线32连接到蒸发器19。在蒸发器19中，冷却剂和工作流体交换热量，从而冷却冷却剂并且加热工作流体。蒸发器19的出口由管线33连接到涡轮机26。涡轮机26将热量转化为机械能或电能。涡轮机26的出口由管线34连接到朗肯回路冷凝器22。在朗肯回路冷凝器22的出口处，工作流体以液体的形式循环，通过管线35朝向朗肯回路泵25。
对于第一实施例，朗肯回路冷凝器22布置为紧邻冷却散热器7。对于所示的构造，附加的冷凝器23、例如是温度调节冷凝器插设在朗肯回路冷凝器22和冷却散热器7之间。
作为非限制性示例，图3示意地示出根据本发明的第二实施例的冷却系统。
冷却系统1包括冷却剂在其中循环的冷却回路。通过黑色箭头示出冷却剂的循环。冷却回路包括冷却泵2。冷却泵2由管线10与分别联结到内燃机3、润滑系统4和废气5的各换热器相连接。内燃机3的散热器和润滑系统4的散热器并联设置在冷却回路中，并且该组件通过管线11与和废气5交换热量的交换器串联设置。在这些换热器的出口处，管线12连接到第一温控器6。
第一温控器6的出口17由管线13连接到单元加热器8。在单元加热器8的出口处的流体朝向泵2循环。出口17是第一温控器6的始终连接到第一温控器6的入口的出口。
第一温控器6的出口18通过管线15连接到蒸发器19。只有当冷却剂在第一温控器6的入口处具有高于或等于第一温控器6的温度阈值的温度时，出口18才连接到第一温控器6的入口。在蒸发器19的出口处，冷却剂通过管线31送到第二温控器20。
第二温控器20的出口28通过管线24和管线16连接到泵2。出口28是第二温控器20始终连接到第二温控器20的入口的出口。
第二温控器20的出口27通过管线21连接到冷却回路的散热器7。散热器7的出口通过管线16连接到冷却泵2。
因此，冷却回路包括在与发动机元件或设备交换热量的换热器的出口处的三个分支：在第一温控器6的出口处具有单元加热器8的分支、在第二温控器20的出口处的到冷却泵2的返回分支、和在第二温控器20的出口处的具有冷却回路的散热器7的分支。
冷却系统1还包括处于朗肯循环中的闭合回路，工作流体在其中循环。工作流体由淡灰色箭头示出。朗肯循环闭合回路包括朗肯回路泵25。朗肯回路泵25通过管线32连接到蒸发器19。在蒸发器19中，冷却剂和工作流体交换热量，从而冷却冷却剂并且加热工作流体。蒸发器19的出口由管线33连接到涡轮机26。涡轮机26将热量转化为机械能或电能。涡轮机26的出口由管线34连接到朗肯回路冷凝器29。在朗肯回路冷凝器29的出口处，呈液体形式的工作流体通过管线35朝向朗肯回路泵25循环。
对于该第二实施例，朗肯回路冷凝器29与低温流体在其中循环的低温回路交换热量。低温流体循环由深灰色箭头示出。低温流体通过管线36和37在朗肯回路冷凝器29与低温散热器30之间循环，低温流体在朗肯回路冷凝器中回收热量，并且低温流体在低温散热器中冷却。
低温散热器30设置为紧邻冷却散热器7。对于所示的构造，附加的冷凝器23、例如是空气调节冷凝器插设在低温回路散热器30与冷却散热器7之间。
此外，本发明涉及对一种根据上文所述的变型或变型组合中的一个的冷却系统进行控制的方法。对于该方法，执行以下阶段
a)当在第一温控器的入口处的冷却剂的温度在第一预先确定的温度阈值之下时，第一温控器阻止冷却剂在蒸发器中的循环，因此冷却剂仅在包括单元加热器的分支中循环，
b)当正在第一温控器的入口处的冷却剂的温度高于或等于第一预先确定的温度阈值时，第一温控器使得冷却剂能在所述蒸发器中循环(冷却剂在包括单元加热器的分支中和在第二温控器的出口处的到泵的返回分支中进行循环)，并且
i)当在第二温控器的入口处的冷却剂的温度在第二预先确定的温度阈值之下时，第二温控器组织冷却剂在所述冷却散热器中循环(冷却剂在包括单元加热器的分支中和在第二温控器的出口处的到泵的返回分支中进行循环)，
ii)当在第二温控器的入口处的冷却剂的温度高于或等于第二预先确定的温度阈值时，第二温控器使冷却剂能在冷却散热器中循环(冷却剂在包括单元加热器的分支中、在第二温控器的出口处的到泵的返回分支中和在包括冷却散热器的分支中进行循环)。
因此，借助该控制方法，冷却装置如下地反应：
-在冷启动之后的内燃机热机条件下，冷却剂流经各换热器(例如，来自内燃机、润滑系统的水/油交换器，接着进入废气再循环EGR回路)和单元加热器，以允许快速的发动机温度上升，可能限制发动机内的摩擦(在与润滑系统热交换的情况下)，并且可能加热乘客舱室(在车载装置应用的情况下)。该热机可以通过回收废气或EGR能量的交换器来改进：内燃机的热机功能。另一方面，在以下情况下，连接到朗肯回收循环的第一温控器下游的回路部分是不工作的：
-当在发动机出口处的温度达到由温控器1的校准所设定的给定的值(第一温度阈值)(例如89℃)时，温控器1逐渐打开，并且允许一部分冷却剂朝向冷却回路的第二部分通过，该第二部分包含处于由第一温控器所设定的经调节的温度下的朗肯蒸发器。根据发动机速度和载荷水平，仅在系统的该回路中的发动机冷却机的流动速率(流量)改变，因此简化了对朗肯循环载热流体的调节。在这样的运行条件下，考虑到流经蒸发器的冷却剂温度方面的下降，在朗肯回路蒸发器下游的第二温控器关闭。因此由蒸发器冷却的载热流体被送回到冷却泵，而不流经发动机冷却散热器。在这样的条件下，冷却剂在内燃机入口处过度冷却，可能干扰朗肯循环回收和最佳发动机运行，因此在以下情况下被阻止，
-当将在发动机冷却系统中排出的热量超过在朗肯循环蒸发器的回收能力之上的给定的阈值(其可由涡轮机和蒸发器的定义来校准)时，蒸发器出口温度升高，并且该升高导致在蒸发器下游的第二温控器打开(因为冷却剂温度高于或等于第二温控器的第二温度阈值)，其将一部分的冷却剂流送到发动机冷却散热器，从而允许排出尚未被朗肯循环回收的过剩的卡路里(热量)。
此外，本发明涉及一种车辆，该车辆包括内燃机和根据上文所述的一个变型或一个变型组合的冷却装置。
该车辆可尤其是机动车辆或重型车辆。
根据本发明的内燃机可在车载(在车上、在船上)的应用场合的领域中使用，诸如道路、海洋或空气运输，或在静止安装的领域，诸如发电机组。

Claims (11)

1.一种内燃机的冷却系统，包括冷却剂在其中循环的闭合的冷却回路，所述冷却回路包括至少一个冷却回路泵(2)、用于与所述内燃机的元件或设备(3、4、5)交换的至少一个换热器、第一温控器(6)和冷却回路散热器(7)，所述冷却系统(1)还包括处于朗肯循环中的闭合回路，工作流体在其中循环，处于所述朗肯循环中的所述闭合回路包括至少一个朗肯回路泵(25)、用于所述冷却剂与所述工作流体之间的热量交换的蒸发器(19)、至少一个涡轮机(26)和至少一个朗肯回路冷凝器(22、29)，其特征在于，所述冷却回路包括第二温控器(20)，并且，在所述冷却回路内，所述蒸发器(19)连接到所述第一温控器(6)的出口(18)和连接到所述第二温控器(20)的入口。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却回路还包括连接到所述第一温控器(6)的出口(17)的单元加热器(8)，所述出口(17)与所述第一温控器(6)的连接到所述蒸发器(19)的出口(18)不同。
3.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述朗肯回路冷凝器(22)设置为紧邻所述冷却回路散热器(7)。
4.如权利要求1或2中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述朗肯回路冷凝器(29)与低温冷却回路交换热量。
5.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述内燃机的所述元件或所述设备选自所述内燃机的曲柄箱(3)和/或润滑系统(4)和/或废气系统(5)和/或废气再循环系统。
6.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却剂是水或20体积％至50体积％的乙二醇和水的混合物。
7.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述工作流体选自分子式CF3CF2C(O)CF(CF3)2的流体、R1233ZD或R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)。
8.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第二温控器(20)的温度阈值校准为处于低于或等于所述第一温控器(6)的温度阈值的温度。
9.如前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第一温控器(6)和所述第二温控器(20)的温度阈值被控制成根据所述内燃机的载荷动态地改变它们的温度调节曲线。
10.一种对如前述权利要求中任一项所述的冷却系统进行控制的方法，其中执行以下阶段：
a)当在所述第一温控器(6)的入口处的所述冷却剂的温度低于预先确定的阈值时，所述第一温控器(6)阻止所述冷却剂在所述蒸发器(19)中的循环，
b)当在所述第一温控器(6)的入口处的所述冷却剂的温度高于或等于预先确定的阈值时，所述第一温控器(6)使得所述冷却剂能在所述蒸发器(19)中循环，以及
i)当在所述第二温控器(20)的入口处的所述冷却剂的温度低于预先确定的阈值时，所述第二温控器(20)阻止所述冷却剂在所述冷却散热器(7)中的循环，
ii)当在所述第二温控器(20)的入口处的所述冷却剂的温度高于或等于预先确定的阈值时，所述第二温控器(20)使得所述冷却剂能在所述冷却散热器(7)中循环。
11.一种车辆，包括内燃机和如权利要求1至9中任一项所述的冷却系统(1)。
CN201910360014.7A 2018-05-04 2019-04-30 具有两个温控器、包括处于朗肯循环中的闭合回路的发动机冷却系统 Active CN110439666B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1853874A FR3080887B1 (fr) 2018-05-04 2018-05-04 Systeme de refroidissement d'un moteur avec deux thermostats et integrant un circuit selon un cycle de rankine
FR1853874 2018-05-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110439666A true CN110439666A (zh) 2019-11-12
CN110439666B CN110439666B (zh) 2022-07-08

Family

ID=62597778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910360014.7A Active CN110439666B (zh) 2018-05-04 2019-04-30 具有两个温控器、包括处于朗肯循环中的闭合回路的发动机冷却系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11008928B2 (zh)
EP (1) EP3564504B1 (zh)
JP (1) JP2019194476A (zh)
KR (1) KR20190127562A (zh)
CN (1) CN110439666B (zh)
FR (1) FR3080887B1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113534869A (zh) * 2020-04-15 2021-10-22 百度（美国）有限责任公司 多种操作条件下的热传递系统与控制

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11143093B2 (en) * 2020-01-06 2021-10-12 Power Solutions International, Inc. Fluid-cooled manifolds and engine systems
AT525276B1 (de) 2021-12-07 2023-02-15 Avl List Gmbh Verfahren zur temperierung zumindest zweier bauteilanordnungen
KR20230174788A (ko) * 2022-06-21 2023-12-29 한국자동차연구원 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템
KR20240000004A (ko) * 2022-06-21 2024-01-02 한국자동차연구원 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1925806A2 (de) * 2006-11-24 2008-05-28 Behr GmbH & Co. KG System mit einem Organic-Rankine-Kreislauf zum Antrieb zumindest einer Expansionsmaschine, Wärmetauscher zum Antrieb einer Expansionsmaschine, Verfahren zum Betreiben zumindest einer Expansionsmaschine
CN102305151A (zh) * 2011-08-03 2012-01-04 天津大学 一种高效的内燃机余热能回收系统
FR3002285A1 (fr) * 2013-02-20 2014-08-22 Renault Sa Systeme de recuperation de chaleur des gaz d'echappement dans un moteur a combustion interne, avec deux echangeurs de chaleur au niveau d'un circuit de recirculation de gaz
EP2944786A1 (de) * 2014-05-17 2015-11-18 MAN Truck & Bus AG Steuer- oder Regelverfahren für ein Kraftfahrzeug
CN205591989U (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 兰州理工大学 基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005214064A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Aisin Seiki Co Ltd 内燃機関の冷却装置
JP5476067B2 (ja) * 2008-08-26 2014-04-23 サンデン株式会社 内燃機関の廃熱利用装置
JP2014070632A (ja) * 2012-10-02 2014-04-21 Daimler Ag 車両用廃熱回収システム
JP2015232272A (ja) * 2012-12-27 2015-12-24 日産自動車株式会社 エンジンの廃熱利用装置
JP2015086779A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 いすゞ自動車株式会社 エンジン冷却システム
WO2016069455A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Cummins, Inc. System and method of low grade heat utilization for a waste heat recovery system
JP2017125430A (ja) * 2016-01-13 2017-07-20 日野自動車株式会社 車両の水冷構造
JP2018021485A (ja) * 2016-08-02 2018-02-08 いすゞ自動車株式会社 多段ランキンサイクルシステム、内燃機関、及び多段ランキンサイクルシステムの運転方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1925806A2 (de) * 2006-11-24 2008-05-28 Behr GmbH & Co. KG System mit einem Organic-Rankine-Kreislauf zum Antrieb zumindest einer Expansionsmaschine, Wärmetauscher zum Antrieb einer Expansionsmaschine, Verfahren zum Betreiben zumindest einer Expansionsmaschine
CN102305151A (zh) * 2011-08-03 2012-01-04 天津大学 一种高效的内燃机余热能回收系统
FR3002285A1 (fr) * 2013-02-20 2014-08-22 Renault Sa Systeme de recuperation de chaleur des gaz d'echappement dans un moteur a combustion interne, avec deux echangeurs de chaleur au niveau d'un circuit de recirculation de gaz
EP2944786A1 (de) * 2014-05-17 2015-11-18 MAN Truck & Bus AG Steuer- oder Regelverfahren für ein Kraftfahrzeug
CN205591989U (zh) * 2016-04-21 2016-09-21 兰州理工大学 基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113534869A (zh) * 2020-04-15 2021-10-22 百度（美国）有限责任公司 多种操作条件下的热传递系统与控制

Also Published As

Publication number Publication date
US11008928B2 (en) 2021-05-18
FR3080887B1 (fr) 2021-07-30
JP2019194476A (ja) 2019-11-07
EP3564504B1 (fr) 2023-09-06
CN110439666B (zh) 2022-07-08
EP3564504A1 (fr) 2019-11-06
FR3080887A1 (fr) 2019-11-08
KR20190127562A (ko) 2019-11-13
US20190338693A1 (en) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110439666A (zh) 具有两个温控器、包括处于朗肯循环中的闭合回路的发动机冷却系统
CN106470858B (zh) 用于对车辆进行空气调节的热泵系统和用于运行这样的热泵系统的方法
CN103154488B (zh) 内燃机的废热利用装置
CN204109739U (zh) 车辆加热系统
KR101508327B1 (ko) 차량에서 열 에너지를 기계 에너지로 변환하는 시스템
JP5678137B2 (ja) 自動車の熱分散のための装置及び方法
EP2959145B1 (en) System for recuperating heat from the exhaust gases in an internal combustion engine, with two heat exchangers on a gas recirculation circuit
US20090183697A1 (en) Exhaust heat recovery system
US20160129756A1 (en) Vehicular heat management system
CN107839433A (zh) 插电式混合动力汽车的整车热管理系统
CN109844424A (zh) 车辆废热回收冷却优化
US20030046945A1 (en) Coolant circuit of a motor vehicle having a coolant/refrigerant heat exchanger
KR20170083140A (ko) Whr-시스템용 냉각 장치
CN103249938A (zh) 用于将热能转换为机械能的装置和方法
CN108583211A (zh) 单冷却水箱新能源汽车热管理系统
CN113370741A (zh) 车载温度调节系统
CN103032990A (zh) 朗肯循环系统
US20200362746A1 (en) Control method for integrated thermal management system of vehicle
EP3635227B1 (en) A cooling system for a combustion engine and a whr system
CN207433190U (zh) 插电式混合动力汽车的整车热管理系统
KR20190045849A (ko) 자동차 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템 및 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법
CN106894878B (zh) 一种mtu柴油机冷却循环系统及方法
CN111422026A (zh) 一种增程式电动车冷却系统水路结构
US11371393B2 (en) Arrangement for converting thermal energy from lost heat of an internal combustion engine
RU127823U1 (ru) Система жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона транспортного средства

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant