CN112026482B - 一种发动机余热利用系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机余热利用系统及其控制方法，属于发动机节能减排技术领域，本发明在排气管路上增加一体式换热器，电动泵，电磁阀和连接管路，充分利用发动机排气的热量，实现在启动车辆后快速实用暖风空调和加快发动机暖机的目的；通过将整车散热器和暖风空调相连接，通过电磁阀简化管路，通过电动泵提供动力实现冷却液循环，并根据电瓶电量和冷却液温度综合判断，确定系统运行时间；本发明通过设计的电磁阀结构，能够简化管路连接，可实现不同冷却液管路的快速切换。可以实现车辆启动后能够快速实用暖风系统，以及车辆熄火后，能够持续提供一段时间的暖风。

Description

一种发动机余热利用系统及其控制方法
技术领域
本发明属于发动机节能减排技术领域，具体涉及一种发动机余热利用系统及其控制方法。
背景技术
现有车辆的暖风系统，在车辆启动后一段时间内，不建议使用暖风空调，一方面发动机冷却液温度较低，达不到暖风的效果，另一方面过早开启暖风会增加发动机负荷，增加发动机油耗，并且增大发动机磨损。当车辆熄火后，由于发动机停止运转，冷却液停止循环，暖风系统失去热源，不能持续提供热源，在一些使用场景中，为了持续使用暖风，需要车辆维持怠速较长时间，会消耗一些燃油并增大发动机磨损。
现有最相近的实现方案：通过进气余热换热装置回收增压器后进入中冷器中的气体余热，用于快速暖车和空调采暖。但发动机在低负荷时增压器后进入中冷器的气体温度较低，所以需要发动机在大负荷工况下才能有一定效果，且只是在车辆启动状态下能用于空调采暖，不能解决停车空调采暖问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的以下三个问题，1、外界温度较低时，发动机起动后，无法快速使用暖风空调，需要等待冷却液温度上升到一定温度后才有暖风效果；2、车辆熄火后，暖风系统没有动力源，无法持续提供暖风；3、使用电加热进行空调制热或更改排气流向的方式利用余热，存在对电瓶电量消耗过大或对排气系统造成干扰等问题；本发明提供了一种发动机余热利用系统及其控制方法，可以实现车辆启动后能够快速实用暖风系统，以及车辆熄火后，能够持续提供一段时间的暖风。
本发明通过如下技术方案实现：
一种发动机余热利用系统，包括发动机1、排气管2、三元催化器3、一体式换热器4、温度传感器5、暖风散热器7、电动水泵8、电磁阀9、冷却液管路10、车辆散热器11及控制单元13；所述发动机1的一端依次连接排气管2、三元催化器3、一体式换热器4、暖风散热器7、电磁阀9及车辆散热器11，发动机1的另一端与车辆散热器11连接，所述电动水泵8位于暖风散热器7及电磁阀9之间，用于在启动后需要暖风情况下提供动力，将经过一体式换热器4加热后的防冻液循环至暖风散热器7，所述控制单元13分别与发动机1、一体式换热器4、电动水泵8及电磁阀9连接。
优选地，所述电磁阀9包括滑块15、管路a16及管路b17，滑块15由控制单元11控制，管路a16和管路b17在滑块上，随着滑块移动和不同管路形成循环，在启动后需要暖风情况下，通过控制滑块15的移动，使管路a16和冷却液管路6连通，此时管路b17处于封闭状态，冷却液在一体式换热器4和暖风散热器7及连接管路中形成循环；在停车熄火后需要暖风的情况下，通过控制滑块15的移动，使管路b17和冷却液管路6连通，车辆散热器11和暖风散热器7及连接管路形成循环。
优选地，所述一体式换热器4上安装有温度传感器5。
优选地，所述体式换热器4与暖风散热器7之间、电磁阀9与车辆散热器11、之间、车辆散热器11与发动机1之间均通过冷却液管路连接。
优选地，所述控制单元13分别通过控制线路14与发动机1、一体式换热器4、电动水泵8及电磁阀9连接。
一种发动机余热利用系统的控制方法，具体步骤如下：
步骤一：车辆启动阶段，车辆控制单元判断车辆启动状态，若此时发动机本体内的冷却液温度较低低于50℃，并且开启暖风需求，则开启监控模式，待系统中一体式加热器处的温度传感器检测到冷却液温度达到一定限值t1后，控制单元进行综合判断，满足系统工作条件时，则发出指令，控制电动泵开启，电磁阀的滑块调整到一体式加热器和暖风散热器循环模式，即控制滑块位置，使管路a16和冷却液管路连通，开始提供暖风；暖风开启后，系统中冷却温度会有所下降，控制单元进行综合判断，只要系统冷却液温度不低于一定限值t2(t2<t1)，暖风系统可持续工作，若冷却液温度小于t2，停止工作，待系统温度大于t1后重新开始工作；
步骤二：停车熄火后，控制单元根据车辆状态、暖风需求指令、系统冷却液温度及电瓶电量，综合判断系统工作状态；
若满足系统工作条件则启动电动泵，将电磁阀调整到一体式加热器和车辆散热器循环模式，即控制滑块15位置，使管路b17和冷却液管路6连通，启动电动泵8，使发动机1和整车散热器11中的冷却液流经暖风散热器7，在停车熄火状态下仍能为驾驶室提供暖风；
步骤一中所述系统工作条件具体为车辆启动时间，发动机冷却液温度，暖风需求指令，系统冷却液温度；其中，车辆启动时间根据退出催化器加热时间确定，发动机冷却液温度小于50℃，系统冷却液温度大于t1(需要标定)。
步骤二中所述系统工作条件具体为车辆处于停车熄火状态，系统冷却液大于30℃，电瓶电量大于一定值C(根据不同电瓶容量进行标定)，并且有暖风需求；若满足系统冷却液温度下降到30℃以下、停止暖风需求指令或电瓶电量下降到C的其中一个条件时，则系统停止工作。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明提供了在车辆启动后快速使用暖风及加快发动机暖机的系统设计及实现方法。包括在排气管路上增加一体式换热器，电动泵，电磁阀和连接管路，充分利用发动机排气的热量，实现在启动车辆后快速实用暖风空调和加快发动机暖机的目的；
2、本发明通过将整车散热器和暖风空调相连接，通过电磁阀简化管路，通过电动泵提供动力实现冷却液循环，并根据电瓶电量和冷却液温度综合判断，确定系统运行时间；
3、本发明通过设计的电磁阀结构，能够简化管路连接，可实现不同冷却液管路的快速切换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种发动机余热利用系统的结构示意图；
图2为本发明的一种发动机余热利用系统的电磁阀的结构示意图；
其中，a为俯视图，b是侧视图；
图中：发动机1、排气管2、三元催化器3、一体式换热器4、温度传感器5、冷却液管路6、暖风散热器7、电动水泵8、电磁阀9、冷却液管路10、车辆散热器11、冷却液管路12、控制单元13、控制线路14、滑块15、管路a16、管路b17。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示，一种发动机余热利用系统，包括发动机1、排气管2、三元催化器3、一体式换热器4、温度传感器5、暖风散热器7、电动水泵8、电磁阀9、冷却液管路10、车辆散热器11及控制单元13；所述发动机1的一端依次连接排气管2、三元催化器3、一体式换热器4、暖风散热器7、电磁阀9及车辆散热器11，发动机1的另一端与车辆散热器11连接，所述电动水泵8位于暖风散热器7及电磁阀9之间，用于在启动后需要暖风情况下提供动力，将经过一体式换热器4加热后的防冻液循环至暖风散热器7，所述控制单元13分别与发动机1、一体式换热器4、电动水泵8及电磁阀9连接。
如图2所示，所述电磁阀9包括滑块15、管路a16及管路b17，所述管路a16及管路b17平行设置，高低不同，滑块15由控制单元11控制，管路a16和管路b17在滑块上，随着滑块移动和不同管路形成循环，在启动后需要暖风情况下，通过控制滑块15的移动，使管路a16和冷却液管路6连通，此时管路b17处于封闭状态，冷却液在一体式换热器4和暖风散热器7及连接管路中形成循环；在停车熄火后需要暖风的情况下，通过控制滑块15的移动，使管路b17和冷却液管路6连通，车辆散热器11和暖风散热器7及连接管路形成循环。
所述一体式换热器4上安装有温度传感器5。
所述体式换热器4与暖风散热器7之间、电磁阀9与车辆散热器11、之间、车辆散热器11与发动机1之间均通过冷却液管路连接。
所述控制单元13分别通过控制线路14与发动机1、一体式换热器4、电动水泵8及电磁阀9连接。
一种发动机余热利用系统的控制方法，具体步骤如下：
步骤一：车辆启动阶段，车辆控制单元判断车辆启动状态，若此时发动机本体内的冷却液温度较低低于50℃，并且开启暖风需求，则开启监控模式，待系统中一体式加热器处的温度传感器检测到冷却液温度达到一定限值t1后，控制单元进行综合判断，满足系统工作条件时，则发出指令，控制电动泵开启，电磁阀的滑块调整到一体式加热器和暖风散热器循环模式，即控制滑块位置，使管路a16和冷却液管路连通，开始提供暖风；暖风开启后，系统中冷却温度会有所下降，控制单元进行综合判断，只要系统冷却液温度不低于一定限值t2(t2<t1)，暖风系统可持续工作，若冷却液温度小于t2，停止工作，待系统温度大于t1后重新开始工作；
步骤二：停车熄火后，控制单元根据车辆状态、暖风需求指令、系统冷却液温度及电瓶电量，综合判断系统工作状态；
若满足系统工作条件则启动电动泵，将电磁阀调整到一体式加热器和车辆散热器循环模式，即控制滑块15位置，使管路b17和冷却液管路6连通，启动电动泵8，使发动机1和整车散热器11中的冷却液流经暖风散热器7，在停车熄火状态下仍能为驾驶室提供暖风；
若满足系统冷却液温度下降到温度t3、停止暖风需求指令或电瓶电量下降到C的其中一个条件时，则系统停止工作。
步骤一中所述系统工作条件具体为车辆启动时间，发动机冷却液温度，暖风需求指令，系统冷却液温度；其中，车辆启动时间根据退出催化器加热时间确定，发动机冷却液温度小于50℃，系统冷却液温度大于t1(需要标定)。
步骤二中所述系统工作条件具体为车辆处于停车熄火状态，系统冷却液大于30℃，电瓶电量大于一定值C(根据不同电瓶容量进行标定)，并且有暖风需求。
系统的工作方式如下：在车辆起动后，一体式换热器4，冷却液管路6，暖风散热器7，电磁阀9(控制滑块15位置，使管路a16和冷却液管路6连通)组成一个回路，发动机1排出的高温燃气流经排气管2和催化器3，通过一体式换热器4加热管路中的冷却液。如果需要开启暖风，则控制单元13控制电动泵8启动，通过暖风散热器7将热量送入车内，可实现车辆启动后快速提供暖风的需求。如不需要暖风，则电动泵8停止工作，通过电磁阀9(控制滑块15位置，使管路b17和冷却液管路6连通)，将冷却液管路6和冷却液管路7连通，将热量带入冷却液管路11中，可缩短发动机1冷却液的加热时间。
在车辆停车熄火后，如有暖风需求，通过电磁阀9(控制滑块15位置，使管路b17和冷却液管路6连通)，将冷却液管路6和冷却液管路7连通，启动电动泵8，使发动机1和整车散热器11中的冷却液流经暖风散热器7，在停车熄火状态下仍能为车内人员提供一段时间暖风。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (3)

1.一种发动机余热利用系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：车辆启动阶段，车辆的 控制单元判断车辆启动状态，若此时发动机本体内的冷却液温度较低低于50℃，并且开启暖风需求，则开启监控模式，待系统中一体式加热器处的温度传感器检测到冷却液温度达到一定限值t1后，控制单元进行综合判断，满足系统工作条件时，则发出指令，控制电动泵开启，电磁阀的滑块调整到一体式加热器和暖风散热器循环模式，即控制滑块位置，使管路a(16)和冷却液管路连通，开始提供暖风；暖风开启后，系统中冷却温度会有所下降，控制单元进行综合判断，只要系统冷却液温度不低于一定限值t2，其中，t2<t1，暖风系统可持续工作，若冷却液温度小于t2，停止工作，待系统温度大于t1后重新开始工作；
步骤二：停车熄火后，控制单元根据车辆状态、暖风需求指令、系统冷却液温度及电瓶电量，综合判断系统工作状态；
若满足系统工作条件则启动电动泵，将电磁阀调整到一体式加热器和车辆散热器循环模式，即控制滑块(15)位置，使管路b(17)和冷却液管路(6)连通，启动电动泵(8)，使发动机(1)和整车散热器(11)中的冷却液流经暖风散热器(7)，在停车熄火状态下仍能为驾驶室提供暖风；
其中，该控制方法依靠一种发动机余热利用系统实现，所述一种发动机余热利用系统，包括发动机(1)、排气管(2)、三元催化器(3)、一体式换热器(4)、温度传感器(5)、暖风散热器(7)、电动水泵(8)、电磁阀(9)、冷却液管路(10)、车辆散热器(11)及控制单元(13)；所述发动机(1)的一端依次连接排气管(2)、三元催化器(3)、一体式换热器(4)、暖风散热器(7)、电磁阀(9)及车辆散热器(11)，发动机(1)的另一端与车辆散热器(11)连接，所述电动水泵(8)位于暖风散热器(7)及电磁阀(9)之间，用于在启动后需要暖风情况下提供动力，将经过一体式换热器(4)加热后的防冻液循环至暖风散热器(7)，所述控制单元(13)分别与发动机(1)、一体式换热器(4)、电动水泵(8)及电磁阀(9)连接；
所述电磁阀(9)包括滑块(15)、管路a(16)及管路b(17)，滑块(15)由控制单元(13 )控制，管路a(16)和管路b(17)在滑块上，随着滑块移动和不同管路形成循环，在启动后需要暖风情况下，通过控制滑块(15)的移动，使管路a(16)和冷却液管路(6)连通，此时管路b(17)处于封闭状态，冷却液在一体式换热器(4)和暖风散热器(7)及连接管路中形成循环；在停车熄火后需要暖风的情况下，通过控制滑块(15)的移动，使管路b(17)和冷却液管路(6)连通，车辆散热器(11)和暖风散热器(7)及连接管路形成循环。
2.如权利要求1所述的一种发动机余热利用系统的控制方法，其特征在于，步骤一中系统工作条件具体为车辆启动时间，发动机冷却液温度，暖风需求指令，系统冷却液温度；其中，车辆启动时间根据退出催化器加热时间确定，发动机冷却液温度小于50℃，系统冷却液温度大于t1。
3.如权利要求1所述的一种发动机余热利用系统的控制方法，其特征在于，步骤二中系统工作条件具体为车辆处于停车熄火状态，系统冷却液大于30℃，电瓶电量大于一定值C，并且有暖风需求；若满足系统冷却液温度下降到30℃以下、停止暖风需求指令或电瓶电量下降到C的其中一个条件时，则系统停止工作。
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