停止废热回收装置中的工作流体流动的装置和方法

摘要

一种用于运行基于朗肯循环的废热回收系统的装置和方法，该装置包括由内燃机排气废热加热的蒸发器/锅炉、膨胀机、冷凝器和使工作流体循环通过回路的泵，该装置包括截流阀，该截流阀放置在所述泵的入口侧，并在需要紧急切断的情况下被控制，以通过关闭并使所述泵空抽来停止工作流体循环。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于朗肯循环的废热回收系统，该废热回收系统包括工作流体回路，其具有由内燃机的废热加热的蒸发器/锅炉、膨胀机、冷凝器和用于使工作流体循环通过所述回路的泵。更具体地，本发明涉及截流阀，该截流阀被放置在所述泵的入口侧，并在需要切断工作流体循环的情况下被控制。

背景技术

在与内燃机相关联的废热回收(WHR)系统中，方便的是将工作流体泵以机械方式连接到旋转部件(例如膨胀机或内燃机)，以便被该部件驱动。在某些情形中，需要快速地停止工作流体的流动，例如由于WHR部件的故障。快速地停止机械驱动泵可能是困难的或不可能的，因为难以停止驱动该泵的部件(如前所述，该部件可以是废热装置的膨胀机或是内燃机)。故障可能表现为阀致动器失效或传输流体的管线不含有流体。其他情形可包括锅炉(或蒸发器)破裂，这可能将可燃流体引入发动机中，从而造成发动机失控。外部故障(例如车辆的碰撞)可能对操作者和环境造成危险。

可能的解决方案包括使用单独控制的电动泵或位于所述泵下游的截流阀；然而，这些解决方案都不能减轻在不可控的泵运行、致动器失效、或在泵和致动器之间存在管线故障的情况下的风险。

发明内容

根据本发明，一种用于控制废热回收装置中的工作流体流动的装置的方法，其包括位于工作流体泵上游的截流阀，用于停止到所述泵的流体流动，从而在不希望有流体时使所述泵空抽(cavitate)。

根据本发明的另一方面，所述截流阀以可操作方式连接到控制器，该控制器可以是车辆中已知的电子控制单元，其自身连接成接收与废热回收系统的部件的状况有关的信号，并响应于该信号来控制到所述泵的流体流动。

附图说明

通过结合附图参考以下详细描述，将更好地理解本发明，其中：

唯一的图是根据本发明的废热回收装置的示意图。

具体实施方式

该图示出了根据本发明的、用于具有内燃机的车辆的废热回收装置10的示意图。所示出的废热回收装置的实施例是基于朗肯循环的废热回收装置，并包括工作流体回路12，该工作流体回路12用于将工作流体循环到该装置的各个部件，包括锅炉20、膨胀机22、冷凝器24、贮存器或收集箱26、以及泵28。

锅炉20被布置成与发动机废热源14接触以进行热传递(该热传递由箭头Q表示)。热源14可以是与具有内燃机的车辆相关联的任何发热系统或热处理系统，包括发动机排气、发动机冷却剂系统、排气再循环(EGR)冷却器、增压空气冷却器、发动机机油冷却器、或这些的组合。锅炉20对工作流体进行加热，该工作流体然后流动到膨胀机22，在膨胀机22中，从该加热的流体中提取工作能(work energy)。该工作能例如可用于驱动发电机，可增加到发动机驱动轴，或用于驱动泵28。

该示例性的废热回收装置10包括旁通管线30，以引导工作流体避开膨胀机22。旁通管线30由旁通阀32控制，以引导工作流体流向膨胀机22、流向旁通管线30、或者按照系统需求所要求的来划分该工作流体，以便按比例地流过所述膨胀机和旁通管线二者。也可包括其他的旁通管线，例如，将所述锅炉旁通的管线。

废热回收装置10还可包括其他的阀和阀致动器，以管理工作流体的流速、压力以及到各个系统部件的分配。

冷凝器24接收膨胀后的工作流体，该工作流体被冷却、冷凝并收集在贮存器或箱26中。泵28将工作流体从贮存器26泵送到锅炉20，在锅炉20中，重复进行加热和膨胀的循环。如前所述，通过将该泵的输入轴29连接到膨胀机的输出轴23，泵28可以由膨胀机22驱动。替代地，泵28的输入轴29可以连接到发动机(未示出)的驱动轴。

在所述流体流动回路中在贮存器26和泵28之间(即，在泵的入口侧)布置有截流阀40。截流阀40被操作成控制工作流体到泵28的流动。在某些情形下，需要迅速地切断流体回路10中的流体流动。通过关闭所述泵入口处的截流阀40，不再有工作流体流到泵28，这使得所述泵空抽，并有效地停止了所述泵的出口侧的流体流动。

控制器44被连接成控制截流阀40的操作，该控制器44可以是用于操作废热回收系统的电子控制单元(ECU)，或者是车辆上的其它控制器，例如发动机ECU。控制器44还连接成接收来自废热回收系统10、车辆和内燃机的各个部件的信号。控制器44可连接在与其他部件连接的公共数据总线上，或者可以为了方便起见而直接连接到这些部件。另外或替代地，控制器44可连接成接收来自监测车辆部件功能的车载诊断系统的信号，如现有技术所知的。由所述部件和/或诊断系统提供的信号传递了表示废热回收装置的部件、发动机或其他车辆部件的状况的信息。表示特定状况的信号被控制器识别为切断该废热回收系统10的触发条件。控制器44可包括储存触发条件的存储器，并且可构造成将接收到的信号与所述触发条件进行比较，以识别出表示应将所述阀关闭的信号。因此，控制器44被编程为接收这些信号并响应于这些信号来产生用于阀40的控制信号。

当车辆停止而发动机运转以用于检查或维护时，可以给出一个触发条件，以避免操作者、检查员、维护技术人员或其他人员在发动机维护期间暴露于高压流体。该触发条件可以是发动机正在运行的信号以及驻车制动器被接合的信号。

另一可能的触发条件是在发动机制动期间、废气回收系统在功率吸收模式期间被禁用以避免降低发动机制动效率。该触发条件可以是发动机制动被启用的信号。

一个触发条件可以表示车辆系统、发动机或废热回收系统的故障。例如，锅炉20的泄漏或破裂可使工作流体(它可能是可燃流体)流动而与发动机排气接触。这里，一种触发条件可由锅炉中的压力损失来表示。

另一个触发条件可以由致动器的故障来表示，例如，旁通管线阀32的故障或者管理工作流体流动的另一阀致动器的故障。

其它可能触发上述切断的条件涉及工作流体的流动状况。异常或意外的压力或温度信号可被识别为触发条件。可在所有的流体回路支路中(即，所述泵、锅炉、膨胀机、冷凝器和贮存器各自之间的导管)通过提供适当的压力传感器和温度传感器来监测压力和温度。一个或多个回路支路中的突然压降(与期望的压力相比)表明存在可能的内部或外部流体泄漏。在压力信号触发的情况下，截流阀40和其他流体阀被关闭。异常的温度信号可表示系统部件(例如锅炉(异常低温信号)或冷凝器(异常高温信号))的故障。

另一触发条件是内燃机的故障，本文将其描述为紧急切断情形的一个示例。能够影响该废热回收系统的一种发动机故障是所谓的“失控的”发动机，由超过当前运行状况下的预期值的发动机转速表示。失控的发动机事件可发生在下坡运行期间或可能由燃料、冷却剂、机油或工作流体泄漏到进气歧管或动力气缸单元造成。为了减少由于持续的失控状况引起的部件故障的风险，信号被发送给该朗肯控制系统以停止所有的工作流体流动并进入“安全”模式。第一动作是关闭位于贮存器26的出口或泵28的入口处的截流阀40。这阻止了任何进一步的工作流体在该系统中循环，并且这是在所述失控事件是由于工作流体泄漏到发动机气缸中并燃烧的情况下执行的。工作流体可能因为与废热回收装置的热交换器或锅炉连接的EGR冷却器的故障而泄漏到发动机气缸中。例如，开裂、破裂、外部物体损伤或包含工作流体的EGR冷却器损坏可使得工作流体进入EGR气流中。在关闭截流阀40之后，所有其他的控制参数被发送到预先设定的安全状况。到锅炉20的流体流被停止，并被送到旁通环路。接收流体进入膨胀机的阀被关闭，而阀32被控制成使得工作流体将膨胀机旁通并被引导到所述冷凝器和贮箱。

对所有状况进行监测，直到确定发动机和变速器正常运行。可使用所述系统和部件(例如，在工作流体切断期间监测发动机响应的前述车载诊断系统)的诊断方法来监测该系统中的状况。如果确定工作流体能够再次循环，例如，信号表明流体回路处于正常压力下，则将恢复该废热回收系统的正常运行。另一方面，如果确定所述失控的发动机状况是由于工作流体进入燃烧室而引起的，则故障代码被广播给操作者以对系统进行维护及修复。例如，在所述阀被关断之后，如果发动机功能恢复到正常，则可以推断出失控的发动机状况和工作流体回路异常状况是相关的。而且，诊断系统能够在发动机起动时监测废热回收系统维持和保持压力的能力，这里，能够保持正压力则表明目前不存在泄漏。多种诊断方法能够得出同样的结论。

其他触发条件包括朗肯系统不稳定(该系统不能响应于控制系统的压力、温度和流量)以及该系统由于致动器失效或控制算法错误而不能控制工作流体流量/压力/温度(所感测到的温度或压力超过了工作流体的容许目标值，或传感器故障造成了故障等)。

已借助示例性实施例及其部件描述了本发明，但本发明的范围由所附权利要求限定。