車輛排放熱量回收系統和方法
【專利說明】車輛排放熱量回收系統和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年12月15日提交的韓國專利申請第10-2014-0180630號的優先權，該申請的全部內容結合于此用于通過該引用的所有目的。
技術領域
[0003]本發明的示例性實施方案涉及車輛排放熱量回收系統；并且更具體而言，涉及這樣的車輛排放熱量回收系統和方法，其能夠根據冷卻劑的溫度條件對循環通過排放熱量交換器、發動機、散熱器和水冷中冷器的冷卻劑的量進行主動控制，從而提高冷機狀態(coldstate)下的燃料效率。
【背景技術】
[0004]世界范圍內，全球變暖使得對于CO2排放和燃料效率的規定日益加強。目前為止，已經通過改進燃燒和動力傳遞過程來提高車輛的燃料效率。而近年來，對使用排放熱量的熱損失來提高燃料效率的研究正活躍地進行著。
[0005]在車輛使用的燃料的100%的熱能中，車輛的內燃機只使用了低于40%的熱效率，而30%的熱能以排放氣體的形式排出到大氣并廢棄。
[0006]排放熱量回收系統是這樣的系統，其能夠通過在車輛的初始起動期間使用上述的廢棄的高溫排放熱量來加熱冷卻劑而縮短發動機的預熱時間，從而實現燃料效率的提高和排放氣體的減少。
[0007]然而，常規的排放熱量回收系統需要例如復雜的旁通裝置，從而如在專利文獻I中所述，通過在排放氣體管道的端口安裝調節閥等，并且根據調節閥的打開和關閉來旁通排放氣體，從而控制流向排放熱量回收系統的排放氣體的供應量，以便控制排放熱量回收的程度。因此，存在這樣的問題，即這種系統體積增大而使其可安裝性變差。
【發明內容】
[0008]本發明的各方面致力于提供車輛排放熱量回收系統和方法，即使沒有通過使用用于旁通排放氣體或冷卻劑的復雜裝置而控制排放熱量的回收度，所述系統和方法也能夠通過簡單的結構和控制方法而快速將發動機預熱以提高燃料效率。
[0009]在不使用旁通排放氣體或冷卻劑的方法的情況下，本發明通過對經由排放熱量交換器、發動機、水冷中冷器、散熱器和子散熱器循環的冷卻劑的通路進行控制來調節冷卻劑的流率和進氣的溫度。
[0010]通過以下描述，本發明的其它特性和優點能夠得到理解，并且參考本發明的實施方案而變得明顯。而且，對于本發明的領域的技術人員來說顯而易見的是，本發明的目標和優點可以通過所要求的手段及其組合實現。
[0011]根據本發明的實施方案，車輛排放熱量回收系統包括:排放熱量交換器，其將從發動機排出的排放氣體的熱能傳遞至冷卻劑，從而提高冷卻劑的溫度；散熱器，其對通過與發動機交換熱量而被加熱的冷卻劑進行散熱；水冷中冷器，其使用冷卻劑來冷卻進氣；子散熱器，其對通過水冷中冷器而被加熱的冷卻劑進行散熱；冷卻劑循環環路，其設置為連接發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器；水栗，其使冷卻劑經由發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器沿著冷卻劑循環環路循環；第一閥，其用于打開和關閉排放熱量交換器與冷卻劑循環環路之間的連接；第二閥，其用于打開和關閉發動機與冷卻劑循環環路之間的連接；第三閥，其安裝在分配線路上，所述分配線路用于將沿著冷卻劑循環環路供應的冷卻劑分配到水冷中冷器和子散熱器；第四閥，其用于打開和關閉散熱器與冷卻劑循環環路之間的連接；溫度傳感器，其用于測量沿著冷卻劑循環環路循環的冷卻劑的溫度；以及控制單元，其根據由溫度傳感器測量的冷卻劑的溫度來調節第一至第四閥的開度。
[0012]發動機可以具有在汽缸蓋與汽缸體之間連通的通路，使得冷卻劑在該通路中流動，而第二閥可以包括汽缸蓋側閥和汽缸體側閥，所述汽缸蓋側閥用于阻擋冷卻劑從發動機的汽缸蓋到冷卻劑循環環路的循環，而所述汽缸體側閥用于阻擋冷卻劑從發動機的汽缸體到冷卻劑循環環路的循環。
[0013]水栗可以安裝至發動機的汽缸蓋，從而通過經由傳動帶從凸輪軸或曲柄軸接收旋轉力而運行。
[0014]通過調節第一至第四閥的開度，控制單元可以在溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度小于第一溫度時對冷卻劑和進氣進行預熱，在溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度等于或大于第一溫度且小于第二溫度時對冷卻劑進行預熱并對進氣進行冷卻，在溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度等于或大于第二溫度且小于第三溫度時對冷卻劑和進氣進行冷卻，并且在溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度等于或大于第三溫度時對發動機進行冷卻。
[0015]當溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度小于第一溫度時，控制單元可以打開第一閥以打開排放熱量交換器的冷卻劑通路，打開第二閥的汽缸蓋側閥并關閉第二閥的汽缸體側閥，以通過僅打開發動機的汽缸蓋側冷卻劑通路來減小穿過發動機的冷卻劑的流率，控制第三閥以打開流向水冷中冷器的冷卻劑的通路，同時關閉流向子散熱器的冷卻劑的通路，并且關閉第四閥以關閉流向散熱器的冷卻劑的通路。
[0016]當溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度等于或大于第一溫度且小于第二溫度時，控制單元可以打開第一閥以打開排放熱量交換器的冷卻劑通路，打開汽缸蓋側閥和汽缸體側閥以將發動機的汽缸蓋側冷卻劑通路和汽缸體側冷卻劑通路都打開，控制第三閥以關閉流向水冷中冷器的冷卻劑的通路，同時打開流向子散熱器的冷卻劑的通路，并且關閉第四閥以關閉流向散熱器的冷卻劑的通路。
[0017]當溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度等于或大于第二溫度且小于第三溫度時，控制單元可以關閉第一閥以關閉排放熱量交換器的冷卻劑通路，打開汽缸蓋側閥和汽缸體側閥以將發動機的汽缸蓋側冷卻劑通路和汽缸體側冷卻劑通路都打開，控制第三閥以關閉流向水冷中冷器的冷卻劑的通路，同時打開流向子散熱器的冷卻劑的通路，并且關閉第四閥以關閉流向散熱器的冷卻劑的通路。
[0018]當溫度傳感器檢測到的冷卻劑的溫度等于或大于第三溫度時，控制單元可以關閉第一閥以關閉排放熱量交換器的冷卻劑通路，打開汽缸蓋側閥和汽缸體側閥從而將發動機的汽缸蓋側冷卻劑通路和汽缸體側冷卻劑通路都打開，控制第三閥以關閉流向水冷中冷器的冷卻劑的通路，同時打開流向子散熱器的冷卻劑的通路，并且打開第四閥以打開流向散熱器的冷卻劑的通路。
[0019]根據本發明的另一實施方案，車輛排放熱量回收方法使用車輛排放熱量回收系統，所述車輛排放熱量回收系統具有用于冷卻發動機的沿著發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器而循環的冷卻劑的循環環路，所述車輛排放熱量回收方法包括:檢測冷卻劑的溫度；當冷卻劑的溫度小于預定的第一溫度時，通過控制在發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器的每個中循環的冷卻劑的量來對冷卻劑和進氣進行預熱；當冷卻劑的溫度等于或大于預定的第一溫度且小于預定的第二溫度時，通過控制在發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器的每個中循環的冷卻劑的量來對冷卻劑進行預熱并對進氣進行冷卻；當冷卻劑的溫度等于或大于預定的第二溫度且小于預定的第三溫度時，通過控制在發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器的每個中循環的冷卻劑的量來對冷卻劑和進氣進行冷卻；以及當冷卻劑的溫度等于或大于預定的第三溫度時，通過控制在發動機、排放熱量交換器、散熱器、水冷中冷器和子散熱器的每個中循環的冷卻劑的量來對發動機進行冷卻。
[0020]對冷卻劑和進氣進行預熱可以包括:通過打開在排放熱量交換器中循環的冷卻劑的通路并且關閉在發動機中循環的冷卻劑的通路的一部分，并同時關閉在散熱器中循環的冷卻劑的通路來對冷卻劑進行預熱；以及通過打開沿著水冷中冷器循環的冷卻劑的通路并且關閉沿著子散熱器循環的冷卻劑的通路來對進氣進行預熱。
[0021]對冷卻劑進行預熱和對進氣進行冷卻可以包括:通過打開在排放熱量交換器中循環的冷卻劑的通路，完全打開在發動機中循環的冷卻劑的通路，并且關閉在散熱器中循環的冷卻劑的通路，來對冷卻劑進行預熱；以及通過關閉沿著水冷中冷器循環的冷卻劑的通路并且打開沿著子散熱器循環的冷卻劑的通路來對進氣進行冷卻。
[0022]對冷卻劑和進氣進行冷卻可以包括:通過關閉在排放熱量交換器中循環的冷卻劑的通路，完全打開在發動機中循環的冷卻劑的通路，并且關閉在散熱器中循環的冷卻劑的通路，來對冷卻劑進行冷卻；以及通過關閉沿著水冷中冷器循環的冷卻劑的通路并且打開沿著子散熱器循環的冷卻劑的通路來對進氣進行冷卻。
[0023]對發動機進行冷卻可以包括:關閉在排放熱量交換器中循環的冷卻劑的通路，完全打開在發動機中循環的冷卻劑的通路，并且打開在散熱器中循環的冷卻劑的通路；以及關閉沿著水冷中冷器循環的冷卻劑的通路并且打開沿著子散熱器循環的冷卻劑的通路。
[0024]對冷卻劑進行預熱可以包括通過關閉在發動機的汽缸體側循