[发明专利]基于布雷顿循环的余热利用系统及余热利用发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机余热利用技术领域，尤其涉及一种基于布雷顿循环的余热利用系统及具有该系统的发动机。

背景技术

余热利用是最有潜力的发动机节能减排技术之一。

目前发动机余热利用技术主要分为两类。一类涉及回收发动机的排气余压能量，例如直接在排气系统中加入动力涡轮并利用排气余压推动其做功的涡轮复合系统。但是，在回收排气余压能量的涡轮复合系统中，动力涡轮的引入会导致发动机气缸的排气背压升高，泵气损失增加，从而对发动机性能影响较大，且回收能量受限。

另外一类是回收排气余热能量，例如在排气系统中加入换热器以回收排气热量、从而对工质进行加热的动力循环系统，例如布雷顿循环系统、朗肯循环系统、斯特林循环系统等。回收排气余热能量的动力循环系统，对发动机性能的影响较小，回收能量大，但结构复杂，系统体积大，控制难度高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明需要提供一种用于发动机的余热利用系统，所述余热利用系统可提高发动机全工况下的动力输出性能和燃油经济性。

此外，本发明需要提供一种具有上述余热利用系统的发动机。根据本发明第一方面实施例的用于发动机的余热利用系统，所述余热利用系统基于布雷顿循环，所述余热利用系统包括：涡轮增压器，所述涡轮增压器利用来自所述发动机的排气通路的废气的能量对进入所述涡轮增压器的空气进行增压，所述空气通过进气通路供给至所述发动机；控制单元，所述控制单元设置在所述进气通路上，且控制成可将所述进气通路中的一部分所述空气分流至布雷顿循环通路；换热器，所述换热器设置在所述布雷顿循环通路上，用于使所述布雷顿循环通路中的所述空气与所述废气进行换热；以及动力涡轮，所述动力涡轮被经过所述换热器换热的所述空气驱动。

根据本发明实施例的用于发动机的余热利用系统可将发动机排气的部分余热能量转换为机械功，提高发动机总功率输出，由于布雷顿循环通路对发动机气缸进气的分流作用，可以在发动机高速大负荷工况下增压涡轮不发生超速的前提下，进一步提高发动机低速工况下的气缸进气量，从而提高发动机全工况下的动力性能和燃油经济性，提高车辆的操作性能，降低使用成本。

此外，根据本发明实施例的用于发动机的余热利用系统结构紧凑，只需对现有发动机的增压系统进行简单的改进即可实现本发明的技术方案，具有较好的实用性。

另外，根据本发明实施例的用于发动机的余热利用系统，还可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述换热器设置成使从所述涡轮增压器排出的所述废气与流经所述布雷顿循环通路的所述空气进行换热。

在本发明的另一个实施例中，所述换热器设置成使来自所述排气通路的废气与流经所述布雷顿循环通路的所述空气进行换热，且将经过换热之后的废气供给至所述涡轮增压器。

可选地，所述涡轮增压器包括：涡轮机，所述涡轮机被来自所述发动机的所述排气通路的废气推动做功；以及压气机，所述压气机由所述涡轮机驱动且对进入所述压气机的所述空气进行增压。

在本发明的一个实施例中，所述换热器使从所述涡轮机排放的废气与所述空气进行换热。

在本发明的一个实施例中，所述控制单元为控制阀，且当所述发动机的转速超过第一阈值时，所述控制阀的开度随着所述发动机的转速的增加而增加；当发动机的转速达到第二阈值时，所述控制阀的开度达到最大(90°)，并保持不变。

在本发明的一个实施例中，所述余热利用系统进一步包括：发电机，所述动力涡轮的输出轴与所述发电机相连。

在本发明的一个实施例中，所述动力涡轮的输出轴通过减速机构与所述发动机的曲轴相连。

根据本发明第二方面实施例的发动机，包括根据本发明第一方面实施例中描述的余热利用系统。

根据本发明第三方面实施例的车辆，包括根据本发明第二方面实施例中描述的发动机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的第一实施例的、用于发动机的余热利用系统的示意图；

图2为根据本发明的第二实施例的、用于发动机的余热利用系统的示意图；以及

图3显示了根据本发明的余热利用系统中控制阀的开度控制的示意图。