CN111852603A - 一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体公开了一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法，该车用发动机有机朗肯循环余热回收装置包括发动机子系统、有机朗肯循环子系统和动力传动子系统，有机朗肯循环子系统包括依次连接的膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵、换热器和第二三通阀，工质在换热器中与发动机子系统的排放管路换热，第二三通阀能够将换热器选择性连通膨胀机和冷凝器，工质侧从废气侧吸收的热量不大于当前环境温度下冷凝器能够散发的最大热量，当膨胀机出现故障时，工质由换热器全部直接流至冷凝器，冷凝器也能够将工质吸收的发动机排气热量完全散失到环境中去，保证余热回收装置的安全可靠。

Description

一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法。
背景技术
发动机转变为有效功的热当量占燃料燃烧发热量的30％～45％(柴油机)或20％～30％(汽油机)。以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％～70％(柴油机)或70％～80％(汽油机)。汽车燃料燃烧所发出的能量只有三分之一左右被有效利用，大部分的能量损失则通过发动机的冷却水散热和高温尾气排热。
对此，现有技术中如申请号为CN201010579930.9的前期专利中所公开的两级单螺杆膨胀机有机朗肯循环柴油机尾气余热利用系统，采用有机朗肯循环技术回收发动机的尾气余热能量。其基本原理是有机工质在蒸发器内吸收发动机余热而被蒸发成气态工质，气态工质再进入膨胀机内推动膨胀机进行做功，膨胀机出口的气态有机工质被冷凝器所冷凝成液态有机工质后回流至储液罐中，储液罐中的液态有机工质流出至工质泵升压后送入蒸发器中再次吸收发动机余热，从而完成一个朗肯循环。
但是，由于整车布置空间有限，用于布置有机朗肯循环余热回收装置的冷凝器的空间受到限制，会出现在发动机排气能量较大的发动机工况时冷凝器的冷却散热能力不足导致有机朗肯余热回收装置不能正常工作的情况。同时，在有机朗肯循环余热回收装置正常工作中，膨胀机轴功输出和发动机动力输出装置之间的机械耦合控制也无法有效控制。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法，以解决现有技术中用于布置有机朗肯循环余热回收装置的冷凝器的空间受到限制，会出现在发动机排气能量较大的发动机工况时冷凝器的冷却散热能力不足导致余热回收装置不能正常工作的问题。
一方面，本发明提供一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，该车用发动机有机朗肯循环余热回收装置包括：
发动机子系统，包括尾气后处理装置、与所述尾气后处理装置连接的第一三通阀，以及与所述第一三通阀连接的排放管路，所述排放管路与大气连通，所述第一三通阀能够使所述尾气后处理装置选择性与大气和所述排放管路连通；
有机朗肯循环子系统，包括膨胀机，与所述膨胀机的输出端连接的冷凝器，与所述冷凝器相对的变频风扇，与所述冷凝器连接的储液罐，与所述储液罐连接的工质泵，以及与换热器和第二三通阀，所述第二三通阀包括输入端和第一输出端和第二输出端，所述换热器包括工质侧和废气侧，所述工质侧的两端分别连接所述工质泵和所述输入端，所述废气侧的两端串联于所述排放管路，所述第一输出端连接所述膨胀机，所述第二输出端连接所述冷凝器，所述输入端选择性连通所述第一输出端和所述第二输出端，所述工质侧从所述废气侧吸收的热量等于当前环境温度下所述冷凝器能够散发的最大热量；
动力传动子系统，包括与发动机连接的动力输出装置主轴，与所述膨胀机连接的膨胀机主轴，以及连接所述动力输出装置主轴和所述膨胀机主轴的电控变速离合装置。
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的优选技术方案，所述发动机子系统还包括：
发动机，包括排气歧管和进气歧管；
涡轮增压器，包括涡轮机和与所述涡轮机连接的压气机，所述涡轮机连接大气和所述进气歧管，所述压气机连接所述排气歧管和所述尾气后处理装置。
另一方面，本发明提供一种任一上述方案中所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，包括：
S1：获取尾气后处理装置输出的尾气的温度Texh_1；
S2：比较Texh_1和余热回收装置开启温度Tstart的大小；若Texh_1＞Tstart，则执行S3；
S3：获取当前环境温度T0；
S4：根据环境温度与冷凝器最大散热量的map确定与当前环境温度T0对应的当前冷凝器的最大散热量Q1max；
S5：根据公式
Figure BDA0002590452620000031
计算换热器的废气侧所允许的最大排气流量
Figure BDA0002590452620000032
其中，cp为发动机排气比热容，Texh_1为换热器的废气侧的入口的温度值，Texh_2为换热器的废气侧的出口的温度设计值；
S6：控制第一三通阀，使尾气后处理装置排入排放管路中的废气的排气流量等于
Figure BDA0002590452620000033
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S6包括：
S61：获取尾气后处理装置输出端的排气流量
Figure BDA0002590452620000034
若
Figure BDA0002590452620000035
则执行S62；若
Figure BDA0002590452620000036
则执行S63；
S62：控制第一三通阀仅连通排放管路和尾气后处理装置；
S63：控制第一三通阀连通排放管路和尾气后处理装置，且连通大气和尾气后处理装置，排放管路和尾气后处理装置之间的废气的排气流量等于
Figure BDA0002590452620000037
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S6之后还包括：
S7：根据公式
Figure BDA0002590452620000041
计算工质的质量流量
Figure BDA0002590452620000042
其中，h1和h2分别为换热器的工质侧的出口处和入口处的比焓设计值；
S8：启动工质泵并调节工质泵的转速至目标转速Npump，
Figure BDA0002590452620000043
其中，ρin_pump为工质泵入口处工质的密度设计值，Vdisp_pump为工质泵的排量，ηV_pump为工质泵的容积效率。
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，还包括位于S8之后的：
S9：根据公式
Figure BDA0002590452620000044
计算膨胀机的模型转速Nmodel，其中ηV_exp为膨胀机的容积效率，Vdisp_exp为膨胀机的排量，ρin_exp为膨胀机入口处工质的密度；
S10：根据公式Nact＝τ·Nengine计算膨胀机的实际转速Nact，其中，τ为电控变速离合装置的档位传动比；
S11：比较Nmodel和Nact的大小；若Nmodel＞Nact，则执行S12；
S12：比较τnow和电控变速离合装置的最大传动比τmax的大小，τnow为电控变速离合装置当前的档位传动比；
若τnow＜τmax，则执行S13；
S13：控制电控变速离合装置当前所在的档位传动比增加第一数值，此时Nmodel＝Nact。
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，其特征在于S12中，若τnow＝τmax，则执行S14；
S14：控制第二三通阀第二输出端的开度增加第二数值，此时Nmodel＝Nact。
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S11中，若Nmodel≤Nact，则执行S15；
S15：比较τnow和电控变速离合装置的最小传动比τmin的大小；若τnow＞τmin，则执行S16；
S16：控制电控变速离合装置当前所在的档位传动比减小第三设数值，此时Nmodel＝Nact。
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S15中，若τnow＝τmin，则执行S17；
S17：控制第二三通阀的第二输出端完全打开，第一输出端完全关闭，并控制电控变速离合装置使膨胀机主轴和动力输出装置主轴脱离，控制第一三通阀仅连通尾气后处理装置和大气，关闭工质泵。
作为车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的优选技术方案，S2中，若Texh_1≤Tstart，则执行S17。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置及其控制方法，该车用发动机有机朗肯循环余热回收装置包括：包括发动机子系统、有机朗肯循环子系统和动力传动子系统。发动机子系统包括尾气后处理装置、与尾气后处理装置连接的第一三通阀，以及与第一三通阀连接的排放管路，排放管路与大气连通，第一三通阀能够使尾气后处理装置选择性与大气和排放管路连通。有机朗肯循环子系统包括膨胀机，与膨胀机的输出端连接的冷凝器，与冷凝器相对的变频风扇，与冷凝器连接的储液罐，与储液罐连接的工质泵，以及与换热器和第二三通阀，第二三通阀包括输入端和第一输出端和第二输出端，换热器包括工质侧和废气侧，工质侧的两端分别连接工质泵和输入端，废气侧的两端串联于排放管路，第一输出端连接膨胀机，第二输出端连接冷凝器，输入端选择性连通第一输出端和第二输出端，工质侧从废气侧吸收的热量不大于当前环境温度下冷凝器能够散发的最大热量。动力传动子系统包括与发动机连接的动力输出装置主轴，与膨胀机连接的膨胀机主轴，以及连接动力输出装置主轴和膨胀机主轴的电控变速离合装置。通过控制当前发动机工况下工质在换热器的工质侧从废气侧中吸收的热量等于当前环境温度下冷凝器的最大散热量，如此设置，当膨胀机出现故障不能正常工作时，工质不能再流入膨胀机，需要将工质从第二三通阀的第一输出端完全关闭，第二输出端完全打开，此时工质从膨胀机的旁路直接流至冷凝器中，冷凝器也能够将工质从换热器的废气侧所吸收的发动机排气热量完全散失到环境中去，保证余热回收装置的安全可靠。
附图说明
图1为本发明实施例中车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的流程图一；
图3为本发明实施例中车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法的流程图二。
图中：
11、尾气后处理装置；12、第一三通阀；13、排放管路；14、发动机；141、排气歧管；142、进气歧管；15、涡轮增压器；151、涡轮机；152、压气机；
21、膨胀机；22、冷凝器；23、变频风扇；24、储液罐；25、工质泵；26、换热器；27、第二三通阀；271、输入端；272、第一输出端；273、第二输出端；28、电控泄压阀；
31、动力输出装置主轴；32、膨胀机主轴；33、电控变速离合装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例提供一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，该车用发动机有机朗肯循环余热回收装置包括发动机子系统、有机朗肯循环子系统和动力传动子系统。
其中，发动机子系统包括尾气后处理装置11、与尾气后处理装置11连接的第一三通阀12，以及与第一三通阀12连接的排放管路13，排放管路13与大气连通，第一三通阀12能够使尾气后处理装置11选择性与大气和排放管路13连通。优选地，发动机子系统还包括发动机14和涡轮增压器15。发动机14包括排气歧管141和进气歧管142；涡轮增压器15包括涡轮机151和与涡轮机151连接的压气机152，涡轮机151连接大气和进气歧管142，压气机152连接排气歧管141和尾气后处理装置11。当然，在其他的实施例中，当发动机总成中没有设置涡轮增压器15的时候，尾气后处理装置11直接与排气歧管141连接。
有机朗肯循环子系统包括膨胀机21，与膨胀机21的输出端连接的冷凝器22，与冷凝器22相对的变频风扇23，与冷凝器22连接的储液罐24，与储液罐24连接的工质泵25，以及与换热器26和第二三通阀27，第二三通阀27包括输入端271和第一输出端272和第二输出端273，换热器26包括工质侧和废气侧，工质侧的两端分别连接工质泵25和输入端271，废气侧的两端串联于排放管路13，第一输出端272连接膨胀机21的输入端，第二输出端273连接冷凝器22的输入端，输入端271选择性连通第一输出端272和第二输出端273，工质侧从废气侧吸收的热量不大于当前环境温度下冷凝器22能够散发的最大热量。本实施例中，第一三通阀12和第二三通阀27均为电控三通阀。储液罐24上还设有电控泄压阀8。
动力传动子系统包括与发动机14连接的动力输出装置主轴31，与膨胀机21连接的膨胀机主轴32，以及连接动力输出装置主轴31和膨胀机主轴32的电控变速离合装置33。
本发明提供的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，在工质泵25的驱动下，储液罐24内的工质，经工质泵25流入至换热器26的工质侧，工质从换热器26的废气侧吸收流经废气侧的尾气中的热量，并流经第二三通阀27，第二三通阀27可使输入端271和第一输出端272连通，且输入端271和第二输出端273连通，此时一部分工质流经膨胀机21后流入冷凝器22，另一部工质直接流入冷凝器22；或者第二三通阀27使输入端271仅和第一输出端272连通，此时工质全部流经膨胀机21并流入至冷凝器22；或者第二三通阀27使输入端271仅和第二输出端273连通，此时工质全部直接流入至冷凝器22。当工质流经膨胀机21时，工质驱动膨胀机主轴32转动，当电控变速离合装置33连接膨胀机主轴32和动力输出装置主轴31时，可将动力输出至动力输出装置主轴31。流入冷凝器22的工质在变频风扇23的吹动下散热热量至空气中，然后流入至储液罐24。
本发明提供的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，通过控制当前发动机14工况下工质在换热器26的工质侧从废气侧中吸收的热量等于当前环境温度下冷凝器22的最大散热量，如此设置，当膨胀机21出现故障不能正常工作时，工质不能再流入膨胀机21，需要将工质从第二三通阀27的第一输出端272完全关闭，第二输出端273完全打开，此时工质从膨胀机21的旁路直接流至冷凝器22中，冷凝器22也能够将工质从换热器26的废气侧所吸收的发动机14排气热量完全散失到环境中去，保证余热回收装置的安全可靠。
如图2和图3所示，本实施例还提供一种上述方案中的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其通过车载控制器实现，具体包括以下步骤：
S1：获取尾气后处理装置11输出的尾气的温度Texh_1。
车载控制器可通过设置于尾气后处理装置11输出端的第一温度传感器采集尾气后处理装置11内尾气的温度Texh_1。
S2：比较Texh_1和车用发动机有机朗肯余热回收装置开启温度Tstart的大小；若Texh_1＞Tstart，则执行S3。
车载控制器内预设有车用发动机有机朗肯余热回收装置开启温度Tstart。
S3：获取当前环境温度T0。
车载控制器可通过设置于车体上的第二温度传感器采集前环境温度T0。
S4：根据环境温度与冷凝器22最大散热量的map确定与当前环境温度T0对应的当前冷凝器22的最大散热量Q1max。
车载控制器内预先存储有环境温度与冷凝器22最大散热量的map，该map中因变量为冷凝器22的最大散热量Q1max，自变量为当前环境温度T0，其中该map可由冷凝器风洞试验台上经有限次试验获取。
S5：根据公式
Figure BDA0002590452620000101
计算换热器26的废气侧所允许的最大排气流量
Figure BDA0002590452620000102
其中，cp为发动机14排气比热容，Texh_1为换热器26的废气侧的入口的温度值，Texh_2为换热器26的废气侧的出口的温度设计值。
本实施例中，换热器26废气侧的出口的温度设计值Texh_2为150℃，发动机14排气比热容cp为1.03kJ/kg·K。
S6：控制第一三通阀12，使尾气后处理装置11排入排放管路13中的废气的排气流量等于
Figure BDA0002590452620000103
可选地，S6包括：
S61：获取尾气后处理装置11输出端的排气流量
Figure BDA0002590452620000104
若
Figure BDA0002590452620000105
则执行S62；若
Figure BDA0002590452620000111
则执行S63。
S62：控制第一三通阀12仅连通排放管路13和尾气后处理装置11。
S63：控制第一三通阀12连通排放管路13和尾气后处理装置11，且连通大气和尾气后处理装置11，排放管路13和尾气后处理装置11之间的废气的排气流量等于
Figure BDA0002590452620000112
具体地，本实施例中，第一三通阀12包括进气口，输出端口a和输出端口b，其中，进气口连接尾气后处理装置11，输出端口a连通大气，输出端口b连通排放管路13，输出端口b和排放管路13中间设有第一流量传感器，第一流量传感器连接车载控制器，车载控制器可通过第一流量传感器获取流入至排放管路13中的实际废气流量
Figure BDA0002590452620000113
S63可通过以下步骤S631-S633实现。
S631：获取流入至排放管路13中的实际废气流量
Figure BDA0002590452620000114
S632：比较实际废气流量
Figure BDA0002590452620000115
和
Figure BDA0002590452620000116
的大小；若
Figure BDA0002590452620000117
则执行S633，若
Figure BDA0002590452620000118
Figure BDA0002590452620000119
则执行后续步骤S7；
S633：车载控制器控制第一三通阀12的输出端口a的开度增加一个单位值，并重复S631。
需要注意的是，当车载控制器判断
Figure BDA00025904526200001110
时，车载控制器均可认为
Figure BDA00025904526200001111
Figure BDA00025904526200001112
其中
Figure BDA00025904526200001113
为一个较小的数值。
通过上述步骤S1至S6，可保证当前发动机14工况下工质在换热器26的工质侧从废气侧中吸收的热量等于当前环境温度下冷凝器22的最大散热量。当膨胀机21出现故障不能正常工作时，工质可全部从膨胀机21的旁路直接流至冷凝器22中，冷凝器22也能够将工质从换热器26的废气侧所吸收的发动机14排气热量完全散失到环境中去，保证余热回收装置的安全可靠。
可选地，车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法在S6之后还包括S7和S8。
S7：根据公式
Figure BDA0002590452620000121
计算工质的质量流量
Figure BDA0002590452620000122
其中，h1和h2分别为换热器26的工质侧的出口处和入口处的比焓设计值。h1和h2的值对于特定的有机朗肯循环子系统而言是确定的。
S8：启动工质泵25并调节工质泵25的转速至目标转速Npump，
Figure BDA0002590452620000123
其中，ρin_pump为工质泵25入口处工质的密度设计值，Vdisp_pump为工质泵25的排量，ηV_pump为工质泵25的容积效率。
ρin_pump的值对于特定的有机朗肯循环子系统而言是确定的。本实施例中，工质泵25的排量Vdisp_pump为0.008L/r；工质泵25的容积效率ηV_pump为0.6。
可选地，车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法还包括位于S8之后的S9至S14。
S9：根据公式
Figure BDA0002590452620000124
计算膨胀机21的模型转速Nmodel，其中ηV_exp为膨胀机21的容积效率，Vdisp_exp为膨胀机21的排量，ρin_exp为膨胀机21入口处工质的密度。
本实施例中膨胀机21的容积效率为0.6，膨胀机21的排量Vdisp_exp为0.13L/r，膨胀机21入口处工质的密度ρin_exp对于特定的有机朗肯循环子系统而言是确定的。
S10：根据公式Nact＝τ·Nengine计算膨胀机21的实际转速Nact，其中，τ为电控变速离合装置33的档位传动比。
S11：比较Nmodel和Nact的大小；若Nmodel＞Nact，则执行S12。
S12：比较τnow和电控变速离合装置33的最大传动比τmax的大小，τnow为电控变速离合装置33当前的档位传动比；
若τnow＜τmax，则执行S13。
S13：控制电控变速离合装置33当前所在的档位传动比增加第一数值，此时Nmodel＝Nact。
如果当前发动机14工况下膨胀机21的模型转速Nmodel高于膨胀机21的实际转速Nact时，若电控变速离合装置33的档位传动比τnow小于电控变速离合装置33的最大传动比τmax时，可通过控制电控变速离合装置33使膨胀机21的实际运行转速Nact升高，从而调节电控变速离合装置33的当前传动比τnow增加，以增大膨胀机21实际转速Nact，使膨胀机21实际运行转速Nact等于膨胀机21的模型转速Nmodel。具体地，可通过车载控制器计算Nact＝Nmodel时，τnow的解，并使电控变速离合装置33当前所在的档位传动比的基础上增加第一数值以变成和上述解相同的数值。
可选地，在S12中，若τnow＝τmax，则执行S14。
S14：控制第二三通阀27第二输出端273的开度增加第二数值，此时Nmodel＝Nact。
由于τnow＝τmax，通过控制电控变速离合装置33已无法使膨胀机21的实际转速继续升高，可控制第二三通阀27，增加第二三通阀27的第二输出端273的开度，使部分工质直接流入冷凝器22减少流进膨胀机21的工质的流量，从而降低膨胀机21的模型转速Nmodel，使膨胀机21的模型转速Nmodel等于膨胀机21实际运行转速Nact。
具体地，车载控制器可通过上述公式计算出Nmodel＝Nact时，对应的第一输出端272的工质流量
Figure BDA0002590452620000131
并据此计算出第二三通阀27的第二输出端273的工质的流量
Figure BDA0002590452620000132
并控制第二三通阀27的第二输出端273开启至与
Figure BDA0002590452620000133
对应的开度由零增加至第二数值。
优选地，第二三通阀27的第一输出端272设有第二流量传感器，第二流量传感器连接车载控制器，车载控制器可通过第二流量传感器获取流至膨胀机21中工质的流量，并与上述
Figure BDA0002590452620000141
对比，以判断两者是否相同，若相同则表明控制准确。
可选地，S11中，若Nmodel≤Nact，则执行S15。
S15：比较τnow和电控变速离合装置33的最小传动比τmin的大小；若τnow＞τmin，则执行S16。
S16：控制电控变速离合装置33当前所在的档位传动比减小第三数值，此时Nmodel＝Nact。
如果当前发动机14工况下膨胀机21的模型转速Nmodel不高于膨胀机21的实际转速Nact时，若电控变速离合装置33的档位传动比τnow大于电控变速离合装置33的最小传动比τmin时，可通过控制电控变速离合装置33使膨胀机21的实际运行转速Nact降低，从而调节电控变速离合装置33的当前传动比τnow降低，以降低膨胀机21的实际转速Nact，使膨胀机21的实际转速Nact等于膨胀机21的模型转速Nmodel。具体地，可通过车载控制器计算Nact＝Nmodel时，τnow的解，并使电控变速离合装置33当前所在的档位传动比的基础上减小第三数值以变成和上述解相同的数值。
可选地，S15中，若τnow＝τmin，则执行S17。
S17：控制第二三通阀27的第二输出端273完全打开，第一输出端272完全关闭，并控制电控变速离合装置33使膨胀机主轴32和动力输出装置主轴31脱离，控制第一三通阀12仅连通尾气后处理装置11和大气，关闭工质泵25。
在当前发动机14工况下膨胀机21的模型转速Nmodel不高于膨胀机21的实际转速Nact的前提下，若τnow＝τmin则表明通过控制电控变速离合装置33已无法使膨胀机21的实际转速降低，此时膨胀机21已无法正常对外输出功率。因此，控制第二三通阀27的第二输出端273完全打开，第一输出端272完全关闭，使工质不流进膨胀机21中，同时，控制第一三通阀12仅连通尾气后处理装置11和大气，发动机14排气不流进换热器26的废气侧中，并关闭工质泵25，并控制电控变速离合装置33使膨胀机主轴32和动力输出装置主轴31脱离，停止有机朗肯循环子系统的运行。可对有机朗肯循环子系统进行有效的保护。
可选地，S2中，若Texh_1≤Tstart，则执行S17。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于，包括：
发动机子系统，包括尾气后处理装置(11)、与所述尾气后处理装置(11)连接的第一三通阀(12)，以及与所述第一三通阀(12)连接的排放管路(13)，所述排放管路(13)与大气连通，所述第一三通阀(12)能够使所述尾气后处理装置(11)选择性与大气和所述排放管路(13)连通；
有机朗肯循环子系统，包括膨胀机(21)，与所述膨胀机(21)的输出端连接的冷凝器(22)，与所述冷凝器(22)相对的变频风扇(23)，与所述冷凝器(22)连接的储液罐(24)，与所述储液罐(24)连接的工质泵(25)，以及与换热器(26)和第二三通阀(27)，所述第二三通阀(27)包括输入端(271)和第一输出端(272)和第二输出端(273)，所述换热器(26)包括工质侧和废气侧，所述工质侧的两端分别连接所述工质泵(25)和所述输入端(271)，所述废气侧的两端串联于所述排放管路(13)，所述第一输出端(272)连接所述膨胀机(21)，所述第二输出端(273)连接所述冷凝器(22)，所述输入端(271)选择性连通所述第一输出端(272)和所述第二输出端(273)，所述工质侧从所述废气侧吸收的热量等于当前环境温度下所述冷凝器(22)能够散发的最大热量；
动力传动子系统，包括与发动机(14)连接的动力输出装置主轴(31)，与所述膨胀机(21)连接的膨胀机主轴(32)，以及连接所述动力输出装置主轴(31)和所述膨胀机主轴(32)的电控变速离合装置(33)。
2.根据权利要求1所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于，所述发动机子系统还包括：
发动机(14)，包括排气歧管(141)和进气歧管(142)；
涡轮增压器(15)，包括涡轮机(151)和与所述涡轮机(151)连接的压气机(152)，所述涡轮机(151)连接大气和所述进气歧管(142)，所述压气机(152)连接所述排气歧管(141)和所述尾气后处理装置(11)。
3.一种权利要求1或2所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，包括：
S1：获取尾气后处理装置(11)输出的尾气的温度Texh_1；
S2：比较Texh_1和余热回收装置开启温度Tstart的大小；若Texh_1＞Tstart，则执行S3；
S3：获取当前环境温度T0；
S4：根据环境温度与冷凝器(22)最大散热量的map确定与当前环境温度T0对应的当前冷凝器(22)的最大散热量Q1max；
S5：根据公式
Figure FDA0002590452610000021
计算换热器(26)的废气侧所允许的最大排气流量
Figure FDA0002590452610000022
其中，cp为发动机(14)排气比热容，Texh_1为换热器(26)的废气侧的入口的温度值，Texh_2为换热器(26)的废气侧的出口的温度设计值；
S6：控制第一三通阀(12)，使尾气后处理装置(11)排入排放管路(13)中的废气的排气流量等于
Figure FDA0002590452610000023
4.根据权利要求3所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S6包括：
S61：获取尾气后处理装置(11)输出端的排气流量
Figure FDA0002590452610000024
若
Figure FDA0002590452610000025
则执行S62；若
Figure FDA0002590452610000026
则执行S63；
S62：控制第一三通阀(12)仅连通排放管路(13)和尾气后处理装置(11)；
S63：控制第一三通阀(12)连通排放管路(13)和尾气后处理装置(11)，且连通大气和尾气后处理装置(11)，排放管路(13)和尾气后处理装置(11)之间的废气的排气流量等于
Figure FDA0002590452610000027
5.根据权利要求3所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S6之后还包括：
S7：根据公式
Figure FDA0002590452610000031
计算工质的质量流量
Figure FDA0002590452610000032
其中，h1和h2分别为换热器(26)的工质侧的出口处和入口处的比焓设计值；
S8：启动工质泵(25)并调节工质泵(25)的转速至目标转速Npump，
Figure FDA0002590452610000033
其中，ρin_pump为工质泵(25)入口处工质的密度设计值，Vdisp_pump为工质泵(25)的排量，ηV_pump为工质泵(25)的容积效率。
6.根据权利要求5所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，还包括位于S8之后的：
S9：根据公式
Figure FDA0002590452610000034
计算膨胀机(21)的模型转速Nmodel，其中ηV_exp为膨胀机(21)的容积效率，Vdisp_exp为膨胀机(21)的排量，ρin_exp为膨胀机(21)入口处工质的密度；
S10：根据公式Nact＝τ·Nengine计算膨胀机(21)的实际转速Nact，其中，τ为电控变速离合装置(33)的档位传动比；
S11：比较Nmodel和Nact的大小；若Nmodel＞Nact，则执行S12；
S12：比较τnow和电控变速离合装置(33)的最大传动比τmax的大小，τnow为电控变速离合装置(33)的当前档位传动比；
若τnow＜τmax，则执行S13；
S13：控制电控变速离合装置(33)当前所在的档位传动比增加第一数值，此时Nmodel＝Nact。
7.根据权利要求6所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S12中，若τnow＝τmax，则执行S14；
S14：控制第二三通阀(27)第二输出端(273)的开度增加第二数值，此时Nmodel＝Nact。
8.根据权利要求7所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S11中，若Nmodel≤Nact，则执行S15；
S15：比较τnow和电控变速离合装置(33)的最小传动比τmin的大小；若τnow＞τmin，则执行S16；
S16：控制电控变速离合装置(33)当前所在的档位传动比减小第三设数值，此时Nmodel＝Nact。
9.根据权利要求8中所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S15中，若τnow＝τmin，则执行S17；
S17：控制第二三通阀(27)的第二输出端(273)完全打开，第一输出端(272)完全关闭，并控制电控变速离合装置(33)使膨胀机主轴(32)和动力输出装置主轴(31)脱离，控制第一三通阀(12)仅连通尾气后处理装置(11)和大气，关闭工质泵(25)。
10.根据权利要求9所述的车用发动机有机朗肯循环余热回收装置的控制方法，其特征在于，S2中，若Texh_1≤Tstart，则执行S17。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113482735A (zh) * 2021-07-28 2021-10-08 中南大学 一种工程机械用复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统
CN113756897A (zh) * 2021-09-01 2021-12-07 一汽解放汽车有限公司 车用有机朗肯循环余热回收装置的启停控制方法
CN114962055A (zh) * 2022-05-26 2022-08-30 一汽解放汽车有限公司 Orc余热回收系统、控制方法、装置、设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108278160A (zh) * 2018-01-29 2018-07-13 中国第汽车股份有限公司 内燃机排气露点检测系统
JP2019173711A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 三菱重工業株式会社 ボイラープラント、及びその運転方法
CN111075601A (zh) * 2019-11-29 2020-04-28 一汽解放汽车有限公司 一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108278160A (zh) * 2018-01-29 2018-07-13 中国第汽车股份有限公司 内燃机排气露点检测系统
JP2019173711A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 三菱重工業株式会社 ボイラープラント、及びその運転方法
CN111075601A (zh) * 2019-11-29 2020-04-28 一汽解放汽车有限公司 一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113482735A (zh) * 2021-07-28 2021-10-08 中南大学 一种工程机械用复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统
CN113756897A (zh) * 2021-09-01 2021-12-07 一汽解放汽车有限公司 车用有机朗肯循环余热回收装置的启停控制方法
CN114962055A (zh) * 2022-05-26 2022-08-30 一汽解放汽车有限公司 Orc余热回收系统、控制方法、装置、设备及存储介质

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