[发明专利]发动机能量综合利用系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于能量综合利用技术领域，涉及发动机能量综合利用系统及控制方法。该系统利用有机工质(非共沸混合工质)作为发动机的冷却介质，并吸收发动机机体散发的热量，通过蒸发器将发动机排气能量传递给有机工质，使有机工工质变为高温高压气体，通过膨胀机将有机工质的能量转化为轴功输出，将膨胀机输出轴与发动机输出轴耦合，实现能量的综合利用，根据发动机、蒸发器、有机工质的运行状态调节发动机能量综合利用系统的运行状态。

背景技术

发动机缸内燃料燃烧后大部分能量通过发动机排气、冷却系统排放到大气中，只有小部分能量被利用输出轴功，这不仅造成了大量的能源浪费，还造成了环境温度的增加。如果可以将发动机排气和冷却系统的能量回收，并进行综合利用，将大大提高燃料燃烧能量的利用率，降低发动机能源消耗，减少污染物和热量的排放。

目前利用发动机余热的主要方法包括：余热取暖、温差发电、余热制冷、有机朗肯循环余热回收。利用余热取暖技术可以提高发动机燃料燃烧能量的利用率，但只适用于冬季，在其它季节仍然会造成能量的浪费。温差发电技术受到热电转化材料转换效率的限制，目前还无法满足实用化。余热制冷机组体积庞大、效率较低，也不适用于发动机能量综合利用。利用有机朗肯循环系统回收发动机余热能是目前较为理想的方式，但尚处于研究阶段，并且存在结构复杂、工质泵耗功、转换功率如何利用等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一套发动机能量综合利用系统及控制方法。将发动机机体散热能量、发动机排气能量、发动机输出能量综合利用，提高发动机燃料的利用效率、降低能量消耗。

本发明采用技术方案如下：

采用有机工质(非共沸混合工质)作为发动机机体的冷却介质，将发动机机体的散热量传递给有机工质，预热有机工质，利用蒸发器将发动机排气能量传递给预热后的有机工质，使有机工质蒸发，利用膨胀机将气态有机工质的能量转化为轴功输出，利用动力耦合装置将膨胀机的轴功与发动机曲轴轴功耦合，实现发动机能量的综合利用。

发动机能量综合利用系统及控制方法，包括：冷却回路、热功转换回路、控制回路。

所述冷却回路，包括发动机、电磁三通阀、膨胀阀、冷凝器、工质泵。冷却回路各部件的连接关系为：电磁三通阀与发动机冷却水套出口相连，电磁三通阀、膨胀阀、冷凝器、工质泵依次首尾相连，工质泵与发动机冷却水套进口相连，工质泵通过联轴器与发动机曲轴连接，由发动机曲轴驱动工质泵旋转。

所述热功转换回路，包括发动机、电磁三通阀、蒸发器、膨胀机、单向阀、冷凝器、工质泵。热功转换回路各部件的连接关系为：电磁三通阀、蒸发器、常开电磁阀、膨胀机、单向阀、冷凝器、工质泵依次首尾相连，发动机排气管、常开电磁阀、蒸发器依次首尾相连，电磁三通阀与发动机冷却水套出口相连，工质泵与发动机冷却水套进口相连，工质泵通过联轴器与发动机曲轴连接，由发动机曲轴驱动工质泵旋转，膨胀机输出轴通过动力耦合器与发动机曲轴连接，实现膨胀机轴功与发动机轴功的共同输出

所述控制回路，包括控制模块、发动机排气温度传感器、发动机排气压力传感器、发动机排气质量流量传感器、蒸发器出口排气温度传感器、蒸发器出口有机工质温度传感器、蒸发器出口有机工质压力传感器、发动机冷却水套出口处有机工质温度传感器、有机工质质量流量传感器、发动机转速传感器、发动机转矩传感器、常闭电磁阀、常开电磁阀、电磁三通阀、搅拌器电机、风扇驱动电机、动力耦合器。

控制回路各部件连接及安装位置为：发动机排气温度传感器、发动机排气压力传感器、发动机排气质量流量传感器、蒸发器出口排气温度传感器、蒸发器出口有机工质温度传感器、蒸发器出口有机工质压力传感器、发动机冷却水套出口处有机工质温度传感器、有机工质质量流量传感器、发动机转速传感器、发动机转矩传感器、常闭电磁阀、常开电磁阀、电磁三通阀、搅拌器电机、风扇驱动电机、动力耦合器分别通过线束与控制模块相连，发动机排气温度传感器、发动机排气压力传感器、发动机排气质量流量传感器分别安装在发动机排气管上，蒸发器出口排气温度传感器安装在蒸发器热流体侧出口处，蒸发器出口有机工质温度传感器、蒸发器出口有机工质压力传感器分别安装在蒸发器冷流体侧出口处，发动机冷却水套出口处有机工质温度传感器、有机工质质量流量传感器分别安装在发动机冷却水套出口处，发动机转速传感器、发动机转矩传感器安装在发动机飞轮盘上，常闭电磁阀、常开电磁阀并联安装在发动机排气管后，电磁三通阀安装在发动机冷却水套与蒸发器之间，搅拌器电机安装在冷凝器底部，风扇驱动电机安装在冷凝器前侧，动力耦合器安装在膨胀机输出轴和发动机曲轴之间。