Claims (16)
1. Способ регулирования системы утилизации тепла (WRG-системы) в транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания,1. The method of regulation of the heat recovery system (WRG-system) in a vehicle with an internal combustion engine,
с контуром (1) утилизации тепла в качестве рабочего контура, который содержит накопительный резервуар (VR) с рабочей средой, который через питающий насос (SP) соединен с по меньшей мере одним регулирующим клапаном (V1, V2), с которым согласован соответствующий теплообменник (AGR-WT, AG-WT) в качестве испарителя, и рабочий контур далее содержит подключенную после упомянутого по меньшей мере одного теплообменника (AGR-WT, AG-WT) расширительную машину (Е), за которой следует конденсатор (К) с соединением через откачивающий насос (КР) конденсатора к накопительному резервуару (VR), причем по меньшей мере один теплообменник (AGR-WT, AG-WT) обтекается как массовым потоком рабочей среды, так и массовым потоком теплоносителя источника тепла таким образом, что после процесса нагрева (жидкое состояние рабочей среды) и последующего процесса испарения (рабочая среда частично жидкая и частично в форме пара) в процессе перегрева (рабочая среда в форме пара выше температуры насыщенного пара) после переключения на режим расширителя пар рабочей среды подается в расширительную машину (Е) для приведения ее в действие, отличающийся тем, что при массовом потоке теплоносителя, заданном режимом работы транспортного средства и заданной температуре теплоносителя выполняют регулирование до предварительно определенногономинального значения температуры пара и/или фазового состояния для рабочей среды посредством варьирования массового потока рабочей среды через по меньшей мере один теплообменник/испаритель (AGR-WT, AG-WT) посредством регулировки пропускания регулирующего клапана (V1, V2).with a heat recovery circuit (1) as a working circuit that contains a storage tank (VR) with a working medium, which is connected via a feed pump (SP) to at least one control valve (V1, V2), to which a corresponding heat exchanger ( AGR-WT, AG-WT) as an evaporator, and the working circuit further comprises an expansion machine (E) connected after the at least one heat exchanger (AGR-WT, AG-WT), followed by a condenser (K) with connection through pumping pump (CR) of the condenser to the storage at the tank (VR), and at least one heat exchanger (AGR-WT, AG-WT) flows around both the mass flow of the working medium and the mass flow of the heat carrier heat source so that after the heating process (liquid state of the working medium) and subsequent the evaporation process (the working medium is partially liquid and partially in the form of steam) during the overheating process (the working medium in the form of steam is higher than the temperature of saturated steam) after switching to the steam expander mode, the working medium is supplied to the expansion machine (E) to bring it into operation, from characterized in that when the mass flow of the coolant specified by the vehicle’s operating mode and the given coolant temperature is controlled to a predetermined nominal value of the vapor temperature and / or phase state for the working medium by varying the mass flow of the working medium through at least one heat exchanger / evaporator (AGR -WT, AG-WT) by adjusting the transmission of the control valve (V1, V2).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фактическое значение массового потока рабочей среды через по меньшей мере один регулирующий клапан (V1, V2) вычисляют с помощью характеристики клапана с учетом текущего положения клапана, текущего перепада давления на регулирующем клапане (V1, V2) и текущей температуры рабочей среды на регулирующем клапане (V1, V2).2. The method according to p. 1, characterized in that the actual value of the mass flow of the working medium through at least one control valve (V1, V2) is calculated using the characteristics of the valve, taking into account the current position of the valve, the current pressure drop across the control valve (V1, V2) and the current temperature of the medium on the control valve (V1, V2).
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один регулирующий клапан (V1, V2) представляет собой пропорциональный регулирующий клапан, который управляется сигналом с широтно-импульсной модуляцией (PWM-сигналом).3. The method according to p. 2, characterized in that at least one control valve (V1, V2) is a proportional control valve that is controlled by a pulse-width modulated signal (PWM signal).
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после по меньшей мере одного теплообменника (AGR-WT, AG-WT) с помощью переключающего клапана (V3) может подключаться прямой путь потока к расширительной машине (Е) или путь потока через дроссельный клапан (V4), причем рабочая среда в процессе нагрева и в последующем процессе испарения с частично жидкой и газообразной рабочей средой направляется через путь потока с дроссельным клапаном и только при достижении определенной температуры перегрева выше температуры насыщенного пара путем переключения в режим расширителя непосредственно к расширительной машине (Е).4. The method according to claim 1, characterized in that after at least one heat exchanger (AGR-WT, AG-WT), a direct flow path to the expansion machine (E) or a flow path through the throttle can be connected using a switching valve (V3) valve (V4), and the working medium during heating and in the subsequent evaporation process with partially liquid and gaseous working medium is directed through the flow path with a throttle valve and only when a certain superheat temperature is reached above the saturated steam temperature by switching to the expansion mode the adapter directly to the expansion machine (E).
5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после по меньшей5. The method according to p. 2, characterized in that after at least
мере одного теплообменника (AGR-WT, AG-WT) с помощью переключающего клапана (V3) может подключаться прямой путь потока к расширительной машине (Е) или путь потока через дроссельный клапан (V4), причем рабочая среда в процессе нагрева и в последующем процессе испарения с частично жидкой и газообразной рабочей средой направляется через путь потока с дроссельным клапаном и только при достижении определенной температуры перегрева выше температуры насыщенного пара путем переключения в режим расширителя непосредственно к расширительной машине (Е).at least one heat exchanger (AGR-WT, AG-WT) using the switching valve (V3), a direct flow path to the expansion machine (E) or a flow path through the throttle valve (V4) can be connected, and the working medium during heating and in the subsequent process evaporation with a partially liquid and gaseous working medium is directed through the flow path with a throttle valve and only when a certain superheat temperature is reached above the saturated steam temperature by switching to the expander mode directly to the expansion machine (E).
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после по меньшей мере одного теплообменника (AGR-WT, AG-WT) с помощью переключающего клапана (V3) может подключаться прямой путь потока к расширительной машине (Е) или путь потока через дроссельный клапан (V4), причем рабочая среда в процессе нагрева и в последующем процессе испарения с частично жидкой и газообразной рабочей средой направляется через путь потока с дроссельным клапаном и только при достижении определенной температуры перегрева выше температуры насыщенного пара путем переключения в режим расширителя непосредственно к расширительной машине (Е).6. The method according to p. 3, characterized in that after at least one heat exchanger (AGR-WT, AG-WT), a direct flow path to the expansion machine (E) or a flow path through the throttle can be connected using a switching valve (V3) valve (V4), and the working medium during heating and in the subsequent evaporation process with partially liquid and gaseous working medium is directed through the flow path with a throttle valve and only when a certain superheat temperature is reached above the saturated steam temperature by switching to the expansion mode the adapter directly to the expansion machine (E).
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в режиме расширителя с температурным регулятором (4) рабочей среды, регулирующим рабочую среду на оптимальное номинальное значение температуры пара, в качестве вспомогательного используется регулятор массового потока рабочей среды (dm-регулятор 5), причем выходное значение температурного регуляторарабочей среды прикладывается в качестве номинального значения (dmsoll) массового потока рабочей среды к входу вспомогательного регулятора массового потока рабочей среды (dm-регулятора 5).7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that in the mode of the expander with a temperature regulator (4) of the working medium, which regulates the working medium to the optimal nominal value of the steam temperature, the mass flow regulator (dm-regulator 5) is used as an auxiliary, and the output temperature the medium regulator is applied as a nominal value (dm soll ) of the mass flow of the working medium to the input of the auxiliary regulator of the mass flow of the working medium (dm-regulator 5).
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что номинальное значение (dmsoll) массового потока рабочей среды дополнительно корректируют посредством средства (6) предварительного управления, которое реагирует на изменения на стороне теплоносителя, причем в качестве корректирующих параметров в упомянутом средстве (6) предварительного управления для коррекции оценивают, в частности, массовый поток (dmAGR) теплоносителя и/или входную температуру (TAGR) теплоносителя у теплообменника (AGR-WT) и/или давление (PDampf) рабочей среды перед расширительной машиной (Е).8. The method according to p. 7, characterized in that the nominal value (dm soll ) of the mass flow of the working medium is additionally corrected by means of preliminary control (6), which responds to changes on the coolant side, moreover, as correction parameters in said medium (6 ) the preliminary control for correction is evaluated, in particular, the mass flow (dm AGR ) of the coolant and / or the inlet temperature (T AGR ) of the coolant at the heat exchanger (AGR-WT) and / or the pressure (P Dampf ) of the working medium in front of the expansion machine (E) .
9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве регулятора (5) массового потока рабочей среды применяют пропорционально-интегральный регулятор (PI-регулятор) или пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (PID-регулятор), и9. The method according to p. 7, characterized in that the proportional-integral controller (PI-regulator) or the proportional-integral-differential regulator (PID-regulator) is used as the regulator (5) of the mass flow of the working medium, and
что для максимизации массового потока рабочей среды вход интегратора (8) PI-регулятора или PID-регулятора дополнительно нагружают значением манипуляции, которое регулируется в зависимости от температуры (TAG) теплоносителя на входе теплообменника, текущей температуры (TAG-Medium,ist) пара рабочей среды после теплообменника (AG-WT) и от текущего массового потока (dmist) парообразной рабочей среды таким образом,that in order to maximize the mass flow of the working medium, the input of the integrator (8) of the PI controller or PID controller is additionally loaded with a manipulation value that is regulated depending on the temperature (T AG ) of the coolant at the inlet of the heat exchanger, the current temperature (T AG-Medium, ist ) of the steam working medium after the heat exchanger (AG-WT) and from the current mass flow (dm ist ) of the vaporous working medium in such a way
что при достижении оптимальной температуры пара рабочей среды, близкой к температуре теплоносителя на входе теплообменника и при относительно малом массовом потоке рабочейсреды формируется положительное значение манипуляции.that when the optimum temperature of the steam of the working medium is reached, close to the temperature of the coolant at the inlet of the heat exchanger and with a relatively small mass flow of the working medium, a positive value of manipulation is formed.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве регулятора (5) массового потока рабочей среды применяют пропорционально-интегральный регулятор (PI-регулятор) или пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (PID-регулятор), и10. The method according to p. 8, characterized in that the proportional-integral regulator (PI-regulator) or the proportional-integral-differential regulator (PID-regulator) is used as the regulator (5) of the mass flow of the working medium, and
что для максимизации массового потока рабочей среды вход интегратора (8) PI-регулятора или PID-регулятора дополнительно нагружают значением манипуляции, которое регулируется в зависимости от температуры (TAG) теплоносителя на входе теплообменника, текущей температуры (TAG-Medium,ist) пара рабочей среды после теплообменника (AG-WT) и от текущего массового потока (dmist) парообразной рабочей среды таким образом,that in order to maximize the mass flow of the working medium, the input of the integrator (8) of the PI controller or PID controller is additionally loaded with a manipulation value that is regulated depending on the temperature (T AG ) of the coolant at the inlet of the heat exchanger, the current temperature (T AG-Medium, ist ) of the steam working medium after the heat exchanger (AG-WT) and from the current mass flow (dm ist ) of the vaporous working medium in such a way
что при достижении оптимальной температуры пара рабочей среды, близкой к температуре теплоносителя на входе теплообменника и при относительно малом массовом потоке рабочей среды, формируется положительное значение манипуляции.that when the optimum temperature of the steam of the working medium is reached, close to the temperature of the coolant at the inlet of the heat exchanger and with a relatively small mass flow of the working medium, a positive value of manipulation is formed.
11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что измеряют температуру стенки в по меньшей мере одном теплообменнике/испарителе (AGR-WT, AG-WT), чтобы при необходимости можно было быстро определять границу жидкости/пара и быстро противодействовать падению выходной температуры рабочей среды ниже температуры насыщенного пара.11. The method according to p. 7, characterized in that the wall temperature is measured in at least one heat exchanger / evaporator (AGR-WT, AG-WT) so that, if necessary, it is possible to quickly determine the liquid / vapor boundary and quickly counteract the drop in output temperature working environment below saturated steam temperature.
12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что измеряют температуру стенки в по меньшей мере одном теплообменнике/испарителе (AGR-WT, AG-WT), чтобы при необходимости можно было быстро определять границу12. The method according to p. 8, characterized in that the wall temperature is measured in at least one heat exchanger / evaporator (AGR-WT, AG-WT), so that, if necessary, it is possible to quickly determine the boundary
жидкости/пара и быстро противодействовать падению выходной температуры рабочей среды ниже температуры насыщенного пара.liquid / steam and quickly counteract the drop in the outlet temperature of the working medium below the temperature of saturated steam.
13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что измеряют температуру стенки в по меньшей мере одном теплообменнике/испарителе (AGR-WT, AG-WT), чтобы при необходимости можно было быстро определять границу жидкости/пара и быстро противодействовать падению выходной температуры рабочей среды ниже температуры насыщенного пара.13. The method according to p. 9, characterized in that the wall temperature is measured in at least one heat exchanger / evaporator (AGR-WT, AG-WT) so that, if necessary, it is possible to quickly determine the liquid / vapor boundary and quickly counteract the drop in the outlet temperature working environment below saturated steam temperature.
14. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что14. The method according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that
для достижения отрегулированного режима расширения выполняют следующие этапы способа:To achieve a regulated expansion mode, the following steps of the method are performed:
a) процесс нагрева,a) the heating process,
причем процесс нагрева осуществляют на основе температуры и при регулировании температуры, при этом номинальную температуру рабочей среды повышают ступенчато или непрерывно в зависимости от входной температуры теплоносителя у теплообменника (AGR-WT, AG-WT) и массового потока теплоносителя до температуры насыщенного пара;moreover, the heating process is carried out on the basis of temperature and temperature control, while the nominal temperature of the working medium is increased stepwise or continuously depending on the input temperature of the coolant at the heat exchanger (AGR-WT, AG-WT) and the mass flow of the coolant to the temperature of saturated steam;
b) процесс испарения,b) the evaporation process,
в процессе испарения рабочая среда после теплообменника (AGR-WT, AG-WT) является газообразной и жидкой с температурой насыщенного пара, и при достижении температуры насыщенного пара выполняют переключение на регулирование массового потока рабочей среды, причем за счет снижения массового потока рабочей среды посредством регулирующего клапана (V1, V2) осуществляют температурное регулирование, выполняют выход из 2-фазного состояния и достигают процесса перегрева;during the evaporation process, the working medium after the heat exchanger (AGR-WT, AG-WT) is gaseous and liquid with a saturated steam temperature, and when the saturated steam temperature is reached, they switch to control the mass flow of the working medium, and by reducing the mass flow of the working medium through the control valves (V1, V2) carry out temperature regulation, exit the 2-phase state and achieve the overheating process;
c) процесс перегрева,c) overheating process,
температуру пара рабочей среды повышают выше температуры насыщенного пара путем регулирования температуры до температуры пара рабочей среды, заданной для режима расширения;the temperature of the steam of the working medium is raised above the temperature of saturated steam by adjusting the temperature to the temperature of the steam of the working medium set for the expansion mode;
d) режим расширения,d) expansion mode
осуществляют переключение на режим расширения в сочетании с регулированием согласно пп. 1-6.carry out switching to the expansion mode in combination with regulation according to paragraphs. 1-6.
15. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что теплоноситель представляет собой отработавший газ (AG), подаваемый после дополнительной обработки отработавшего газа в окружающую среду, и возвращенный отработавший газ (AGR) из двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, причем с обоими типами отработавшего газа (AG и AGR) согласован собственный теплообменник (AGR-WT и AG-WT) с соответствующим предвключенным регулирующим клапаном (V1 и V2) и соответственно воздействующим на него средством регулирования.15. The method according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the coolant is an exhaust gas (AG) supplied after further processing of the exhaust gas into the environment, and returned exhaust gas (AGR) from the vehicle’s internal combustion engine, with both types of exhaust gas (AG and AGR) its own heat exchanger (AGR-WT and AG-WT) has been matched with the corresponding upstream control valve (V1 and V2) and the corresponding control means.
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что массовый поток для возвращенного отработавшего газа (массовый поток AGR) выводят из массового потока всасываемого воздуха, вычисленного электронным контроллером двигателя (EDC).
16. The method according to p. 15, characterized in that the mass flow for the returned exhaust gas (mass flow AGR) is removed from the mass flow of intake air calculated by the electronic engine controller (EDC).