[发明专利]用于排气热回收的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于排气热交换器处的排气热回收的方法和系统。

背景技术

发动机可以被配置有用于回收在内燃发动机处产生的排气的热的排气热回收系统。热通过排气热交换器系统从热排气被转移到冷却液。来自被循环通过排气热交换器的冷却液的热可以被用于诸如加热汽缸盖和使乘客车厢变暖的功能，由此改善发动机效率。在混合动力电动车辆中，排气热的回收通过使得发动机温度能够被维持更长而改善燃料经济性，由此在电动模式下允许更快的发动机关闭和车辆的延长的使用。

排气热也可以在排气再循环(EGR)冷却器处被取回。EGR冷却器可以被耦接至EGR输送系统，以使再循环的排气的温度在被输送至进气歧管之前降下来。EGR可被用来减少排气NOx排放。另外，EGR可以被用来帮助减少低负荷下的节流损失，并改善爆震容限。

各种方法被提供用于排气热回收和EGR冷却。在一个示例中，如在US20120260897中示出的，Hayman等人公开了一种发动机系统，其中来自第一组汽缸的排气被引导至排气尾管。来自第二组汽缸的排气经由EGR通道被引导至进气歧管。此外，基于发动机的EGR要求，来自第二组汽缸的排气的一部分可以经由旁通通道被转向到排气尾管。被耦接至EGR通道的EGR冷却器被用来在EGR与燃烧空气混合并且混合气进入进气歧管之前对排气进行冷却。

然而，发明人在此已经认识到上述方法的潜在缺点。作为一个示例，协调EGR冷却与排气热回收会是困难的。具体地，在EGR冷却器处回收的热不能被用于加热车厢空间。因此，需要截然不同的热交换器用于车厢加热。同样地，即使热在热交换器处从排气被提取，经冷却的排气也不被再循环，导致对截然不同的EGR冷却器的需要。额外的部件增添了成本和复杂性。

发明内容

发明人在此已经识别了一种可以至少部分地解决上述问题的方法。一种示例方法包含：通过使第一量的排气沿第一方向流过热交换器的第一区段并且使第二量的排气沿第二相反方向流过所述热交换器的第二区段，使排气再循环至发动机进气装置。

在一个示例中，一种发动机系统可以被配置有热交换器，所述热交换器在催化转化器的下游被设置在平行于主排气通道设置的排气旁路中。热交换器可以被不对称地设计有两个分开的冷却区段，其具有被耦接至两个冷却区段的中间区段的EGR通道。单个蝶阀可以被用来使得排气能够被转向到旁通通道内，并且沿两个方向中的一个通过热交换器，所述阀的位置基于发动机运转参数而被调整。取决于发动机要求，EGR可以被冷却至不同的水平。在一个示例中，在第一运转模式期间，当所需的EGR温度在阈值之上时，阀位置可以被调整使得排气可以在被输送到发动机歧管之前流过EGR冷却器的两个区段中的第一区段。在另一示例中，在第二运转模式期间，当所需的EGR温度在阈值之下时，阀可以被调整以使排气在进入发动机进气歧管之前沿相反方向流过EGR冷却器的两个区段。在第一运转模式和第二运转模式两者下的流动期间，排气热被转移到循环通过热交换器的冷却液。变暖的冷却液可以被循环回到发动机(诸如当发动机加热被需要时)和/或被用于加热车辆的乘客车厢(诸如当车厢加热被请求时)。替代地，提取的热被转移到散热器以便消散到大气内。

以此方式，发动机系统的加热要求可以利用单个热交换器来满足。通过经由单个热交换器提供EGR冷却器和排气热交换器的功能，成本和部件减少益处被实现而不限制任一系统的功能性或能力。此外，旁通排气通道中的单个热交换器的特定构造允许更短的EGR通道长度，这减少了EGR输送延迟。使用蝶阀来调节排气通过旁通通道的技术效果是，排气能够沿两个方向流动穿过热交换器。因此，这改善了热转移效率，并且减少了对长EGR通道的需要。通过使用单个蝶阀来控制EGR流量，系统中的部件数量被减少，由于更少的热质量，这促进了冷却液的更快变暖。通过使用分离式(split)EGR冷却器，依据发动机要求来调节EGR的冷却程度是可能的。被组合成一个的单独的冷却器和热回收系统降低了制造成本。由于EGR冷却器位于催化转化器的下游，因此催化剂功能性不被损害。总的来说，通过改善能够利用更少部件从排气回收的废热量，发动机燃料经济性和性能被改善。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明