CN107650622B - 一种发动机余热循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种发动机余热循环利用系统，包括发动机、中冷器、废气后处理装置、采暖散热器和水箱换热器，发动机上设置有增压器；还包括：设置于增压器后侧和中冷器之间的连通气路上的进气余热换热装置，进气余热换热装置的进水口与发动机的出水口连通，进气余热换热装置的出水口与采暖散热器的进水口和/或发动机的进水口连通；用于循环进气余热换热装置、所述采暖散热器和所述发动机中的冷却液的水泵。本发动机余热循环利用系统除了利用发动机冷却水的余热之外，还通过进气余热换热装置回收增压器后进入中冷器中的气体余热，用于快速暖车和空调采暖。提高了发动机余热利用率，满足了车辆在寒冷季节和高寒地区快速暖车和空调采暖的需求。

Description

一种发动机余热循环利用系统

技术领域

本发明涉及发动机余热利用技术领域，特别涉及一种发动机余热循环利用系统。

背景技术

据研究发现，增压中冷柴油机燃料燃烧热量仅有35-45％变为有效功由曲轴输出，其余热量由发动机废气排放带走30％左右、发动机循环冷却液带走20-30％、中冷器带走5％左右以及通过辐射和对流等不同形式损失掉。

为了有效利用发动机的余热，目前通常采用发动机循环冷却液余热为发动机进行暖机和车辆空调供暖。一般而言，发动机循环冷却液的理想温度在75℃～95℃的范围内。

但是，对于某些车辆，在寒冷季节和高寒地区，采用现有的发动机余热利用方式无法同时满足发动机暖机和车辆空调供暖的需求。因此，这些车辆加装了独立燃烧式采暖装置，通过额外燃料的燃烧加热循环介质，以满足高寒地区采暖及快速暖车的需求，但是，这种方式增加了燃料成本。

综上所述，如何解决车辆在寒冷季节和高寒地区无法满足快速暖车和空调采暖的需求，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发动机余热循环利用系统，以满足车辆在寒冷季节和高寒地区快速暖车和空调采暖的需求。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种发动机余热循环利用系统，包括发动机、中冷器、废气后处理装置、采暖散热器和水箱换热器，所述发动机上设置有增压器，水箱换热器的两端分别与所述发动机的进水口和出水口连通，所述中冷器的两端分别与所述增压器后侧和所述发动机的进气管连通，所述采暖散热器的两端分别与所述发动机的进水口和出水口连通，所述废气后处理装置与所述发动机的排气口连通；还包括：

设置于所述增压器后侧和所述中冷器之间的连通气路上的进气余热换热装置，所述进气余热换热装置的进水口与所述发动机的出水口连通，所述进气余热换热装置的出水口与所述采暖散热器的进水口和/或所述发动机的进水口连通；

用于循环所述进气余热换热装置、所述采暖散热器和所述发动机中的冷却液的水泵。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括：

连通于所述进气余热换热装置的进水口和出水口的第一水支路；

设置于所述第一水支路上的第一阀门；

设置于所述进气余热换热装置所在的并与所述第一水支路并联的连通水路上用于控制所述进气余热换热装置的冷却液通断的第二阀门。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括：

控制器；

设置于所述发动机的出水口处的第一温度传感器；

设置于所述进气余热换热装置的进气口处的第二温度传感器；

设置于所述进气余热换热装置所在的连通水路和所述第一水支路交汇处的第三温度传感器，所述控制器根据所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和第三温度传感器检测的温度控制所述水泵的转速，并控制所述第一阀门和所述第二阀门的通断。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括：

连通于所述采暖散热器的进水口和出水口上的第二水支路；

设置于所述第二水支路上的第三阀门；

设置于所述采暖散热器所在的并与所述第二水支路并联的连通水路上的用于控制所述采暖散热器的冷却液通断的第四阀门。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括：

设置于所述废气后处理装置的排出侧连通气路上的废气余热换热装置，所述废气余热换热装置的进水口与所述进气余热换热装置的出水口连通，所述废气余热换热装置的出水口与所述采暖散热器的进水口和所述第二水支路连通。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括：

连通于所述废气余热换热装置的进水口和出水口上的第三水支路；

设置于所述第三水支路上的第五阀门；

设置于所述废气余热换热装置所在的并与所述第三水支路并联的连通水路上用于控制所述废气余热换热装置中的冷却液通断的第六阀门。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括：

设置于所述废气余热换热装置的进气口处的第四温度传感器；

设置于所述废气余热换热装置的出水口所在的连通水路和所述第三水支路交汇处的第五温度传感器，所述控制器根据所述第四温度传感器和所述第五温度传感器检测的温度控制所述水泵的转速，并控制所述第五阀门和所述六阀门的通断。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括环境温度传感器，用于检测发动机环境温度。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，还包括设置于所述采暖散热器所在的连通水路和所述第二水支路交汇处的第六温度传感器。

优选地，在上述的发动机余热循环利用系统中，所述进气余热换热装置和所述废气余热换热装置均为设置于所在的连通气路外部的循环水换热管路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的发动机余热循环利用系统中，在增压器后侧和中冷器之间的连通气路上增设了进气余热换热装置，进气余热换热装置的进水口与发动机的出水口连通，进气余热换热装置的出水口与采暖散热器的进水口和/或发动机的进水口连通，水泵用于循环进气余热换热装置、采暖散热器和发动机中的冷却液。本申请中的发动机余热循环利用系统除了利用发动机冷却水的余热之外，还通过进气余热换热装置将增压器后进入中冷器中的气体热量利用，回收的余热用于快速暖车和空调采暖。提高了发动机余热利用率，满足了车辆在寒冷季节和高寒地区快速暖车和空调采暖的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种发动机余热循环利用系统的连接原理示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种发动机余热循环利用系统的连接原理示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种发动机余热循环利用系统的连接原理示意图。

其中，1为发动机、2为水箱换热器、3为中冷器、4为废气后处理装置、5为采暖散热器、6为进气余热换热装置、7为废气余热换热装置、8为水泵、9为第二阀门、10为第一阀门、11为第六阀门、12为第五阀门、13为第四阀门、14为第三阀门、15为第一温度传感器、16为第二温度传感器、17为第三温度传感器、18为第四温度传感器、19为第五温度传感器、20为第六温度传感器、21为环境温度传感器、22为第一水支路、23为第三水支路、24为第二水支路。

虚线表示连通气路，实线表示连通水路，箭头表示流向。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种发动机余热循环利用系统，满足了车辆在寒冷季节和高寒地区快速暖车和空调采暖的需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供了一种发动机余热循环利用系统，包括发动机1、中冷器3、废气后处理装置4、采暖散热器5和水箱换热器2。其中，发动机1上设置有增压器；水箱换热器2的两端分别与发动机1的进水口和出水口连通；中冷器3的两端分别与增压器后侧和发动机1的进气管连通；采暖散热器5的两端分别与发动机1的进水口和出水口连通，通过冷却液为空调采暖；废气后处理装置4与发动机1的排气口连通；在此基础上，发动机余热循环利用系统还包括进气余热换热装置6和水泵8，其中，进气余热换热装置6设置于增压器后侧和中冷器3之间的连通气路上，进气余热换热装置6的进水口与发动机1的出水口连通，进气余热换热装置6的出水口与采暖散热器5的进水口和/或发动机1的进水口连通；水泵8设置在冷却液循环回路中，用于循环进气余热换热装置6、采暖散热器5和发动机1中的冷却液。

该发动机余热循环利用系统的工作过程和工作原理为：通过水泵8将发动机1冷却液循环起来，发动机1废气从发动机1的增压器后侧导出后进入中冷器3之前，先进入进气余热换热装置6进行热交换，进气余热换热装置6的进水口与发动机1的出水口连通，因此，通过增压器后侧进气对冷却液进行加热，加热后的冷却液从进气余热换热装置6中出来，进入采暖散热器5中，为空调采暖提供热量，或者直接回到发动机1的进水口，参与发动机1暖机，实现车辆快速暖车，或者冷却液同时进入采暖散热器5和发动机1，同时为暖车和空调采暖提供热量。

可见，该发动机余热循环利用系统除了利用发动机1冷却水的余热之外，还通过进气余热换热装置6回收增压器后进入中冷器3中的气体热量，回收的余热用于快速暖车和空调采暖。提高了发动机1余热利用率，满足了车辆在寒冷季节和高寒地区快速暖车和空调采暖的需求。

如图3所示，进一步地，在本实施例中，发动机余热循环利用系统还包括第一水支路22、第一阀门10和第二阀门9。其中，第一水支路22的两端分别与进气余热换热装置6的进水口和出水口连通；第一阀门10设置于第一水支路22上；第二阀门9设置于进气余热换热装置6所在的并与第一水支路22并联的连通水路上，用于控制进气余热换热装置6的冷却液通断。这样设置的目的是为了实现发动机余热利用模式的切换，当通过冷却液回收的热量能够使发动机冷却液的温度达到最优使用条件时，不需要进气余热转热装置6回收发动机进入中冷器3中的气体余热时，将第二阀门9断开，只打开第一阀门10即可。当通过冷却液回收的热量不能满足使用需要时，打开第二阀门9和第一阀门10，通过回收冷却液余热和回收发动机增压器后进气的气体余热，同时供热。

当然，也可以不设置第一水支路22，而是始终利用发动机冷却液和发动机增压器后进气的余热对空调采暖和暖车提供热量。

如图3所示，更进一步地，在本实施例中，发动机余热循环利用系统还包括控制器、第一温度传感器15、第二温度传感器16和第三温度传感器17。其中，第一温度传感器15、第二温度传感器16、第三温度传感器17和水泵8均与控制器连接，水泵8为可调速电子水泵，第一阀门10和第二阀门9均为电磁阀。第一温度传感器15设置于发动机1的出水口处，用于检测发动机1出水口处的冷却液温度；第二温度传感器16设置于进气余热换热装置6的进气口处，用于检测进气余热换热装置6进气口处的进气温度；第三温度传感器17设置于进气余热换热装置6所在的连通水路和第一水支路22交汇处，用于检测从进气余热换热装置6的出水口出来和/或从第一水支路22出来的冷却液的温度。

该发动机余热循环利用系统的工作原理是：控制器根据第二温度传感器16和水泵8的转速，计算经过进气余热换热装置6后冷却液能够回收的热量，并根据第一温度传感器15和第三温度传感器17检测的温度闭环控制水泵8的转速和第一电磁阀10和第二电磁阀9通断，使冷却液维持在需要的温度。例如，当第三温度传感器19检测到的冷却液的温度较低时，则控制器控制水泵8的转速增大，控制第一阀门10关闭，第二阀门9打开，增加发动机1余热的回收。当第三温度传感器17检测到的冷却液的温度较高时，则控制器控制水泵8的转速降低，控制第二阀门9关闭，第一阀门10打开，或者第一阀门10和第二阀门9均关闭，减小发动机1余热的回收。

如图1-图3所示，在本实施例中，发动机余热循环利用系统在以上任一实施例的基础上，还包括第二水支路24、第三阀门14和第四阀门13。其中，第二水支路24的两端分别与采暖散热器5的进水口和出水口连通；第三阀门14设置于第二水支路24上；第四阀门13设置于采暖散热器5所在的并与第二水支路24并联的连通水路上，用于控制采暖散热器5的冷却液通断。这样设置可以选择发动机1回收的余热的用途，当只需要车辆快速暖车时，打开第三阀门14，关闭第四阀门13，冷却液直接从第二水支路24回到发动机1，对发动机1进行暖机。当需要空调采暖时，打开第四阀门13，关闭第三阀门14，冷却液先进入采暖散热器5进行热交换，为空调采暖提供热量，之后冷却液在回到发动机1。当然，也可以不设置第二水支路24和第三阀门14，冷却液总是先进入采暖散热器5再回到发动机1。

如图2和图3所示，在以上任一实施例的基础上，本实施例中的发动机余热循环利用系统还包括废气余热换热装置7，废气余热换热装置7设置于废气后处理装置4的排气侧连通气路上，废气余热换热装置7的进水口与进气余热换热装置6的出水口连通，废气余热换热装置7的出水口与采暖散热器5的进水口和第二水支路24连通。由于发动机废气的余热占发动机1余热的30％左右，因此，可以进行余热回收。

该发动机余热循环利用系统工作时，发动机废气经过废气后处理装置4转化处理后，进入废气余热换热装置7进行热交换，将废气余热换热装置7中的冷却液加热，加热后的冷却液用于空调采暖或车辆暖车。因此，通过回收发动机冷却液的余热、增压器后进气的余热和发动机废气的余热，进一步提高了发动机余热的利用率，能够更好地满足车辆在高寒地区和寒冷季节的空调采暖和车辆快速暖车需求。

如图3所示，进一步地，在设置废气余热换热装置7的基础上，本实施例中的发动机余热循环利用系统还包括第三水支路23、第五阀门12和第六阀门11。其中，第三水支路23的两端分别与废气余热换热装置7的进水口和出水口连通；第五阀门12设置于第三水支路23上；第六阀门11设置于废气余热换热装置7所在的并与第三水支路23并联的连通水路上，用于控制废气余热换热装置7中的冷却液通断。这样设置的目的是为了实现发动机余热利用模式的切换，当通过冷却液回收的热量满足使用需要时，不需要废气余热转热装置7回收发动机1的废气余热时，将第六阀门11断开，只打开第五阀门12即可，冷却液直接通过第三支路23进入采暖散热器5或发动机1。当通过冷却液回收的热量不能满足使用需要时，打开第六阀门11，第一阀门12打开或关闭，通过冷却液回收的热量、发动机增压器后进气回收的热量和废气回收的热量同时供热。

更进一步地，在本实施例中，发动机余热循环利用系统还包括第四温度传感器18和第五温度传感器19，其中，第四温度传感器18和第五温度传感器19均与控制器连接，第五阀门12和第六阀门11均为电磁阀。其中，第四温度传感器18设置于废气余热换热装置7的进气口处，用于检测进入废气余热换热装置7之前的废气温度；第五温度传感器19设置于废气余热换热装置7的出水口所在的连通水路和第三水支路23交汇处，用于检测冷却液经过废气余热换热装置7后的温度，或者冷却液经过进气余热换热装置6后的温度，或者冷却液经过废气余热换热装置7和进气余热换热装置6后的温度。

该发动机余热循环利用系统的工作原理是：控制器根据第四温度传感器18和水泵8的转速，计算经过废气余热换热装置7后冷却液能够回收的热量，并根据第五温度传感器19检测的温度闭环控制水泵8的转速和第五电磁阀12和第六电磁阀11通断，使冷却液维持在需要的温度。例如，当第五温度传感器19检测到的冷却液的温度较低时，则控制器控制水泵8的转速增大，控制第六阀门11打开，第五阀门12关闭，回收废气的余热，增大发动机余热的回收。当第五温度传感器19检测到的冷却液的温度较高时，则控制器控制水泵8的转速降低，控制第六阀门11关闭，第五阀门12打开，不回收废气的余热，减小发动机余热的回收。

在以上任一实施例的基础上，本实施例中的发动机余热循环利用系统还包括环境温度传感器21，用于检测发动机1的环境温度。根据环境温度传感器21检测发动机1的环境温度，如果环境温度较低，说明发动机1的冷却液温度较低，则需要进行发动机1的余热回收，以提升采暖水温或者发动机暖机水温，按照以上所描述的工作过程进行工作。如果环境温度较高，说明发动机1的冷却液的温度满足使用需要，没有采暖水温提升或者发动机暖机水温提升的需求，则关闭水泵8，并关闭第一阀门10、第二阀门9、第三阀门14、第四阀门13、第五阀门12和第六阀门11。从而更加精确控制发动机冷却液的温度维持在最优工作温度。

进一步地，在本实施例中，发动机余热循环利用系统还包括设置于采暖散热器5所在的连通水路和第二水支路24交汇处的第六温度传感器20，用于检测回到发动机1中的冷却液的温度，从而为控制冷却液的温度提供更多的温度数据，以提高冷却液温度控制精度。

在本实施例中，进气余热换热装置6为设置于所在的连通气路外部的循环水换热管路，废气余热换热装置7也为设置于所在的连通气路外部的循环水换热管路。通过循环水换热管路对连通气路的热量进行回收。当然，进气余热换热装置6和废气余热换热装置7还可以为其它形式，如直接通过循环水与连通气路接触传热，提高传热效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种发动机余热循环利用系统，包括发动机（1）、中冷器（3）、废气后处理装置（4）、采暖散热器（5）和水箱换热器（2），所述发动机（1）上设置有增压器，所述水箱换热器（2）的两端分别与所述发动机（1）的进水口和出水口连通，所述中冷器（3）的两端分别与所述增压器后侧和所述发动机（1）的进气管连通，所述采暖散热器（5）的两端分别与所述发动机（1）的进水口和出水口连通，所述废气后处理装置（4）与所述发动机（1）的排气口连通；其特征在于，还包括：

设置于所述增压器后侧和所述中冷器（3）之间的连通气路上的进气余热换热装置（6），所述进气余热换热装置（6）的进水口与所述发动机（1）的出水口连通，所述进气余热换热装置（6）的出水口与所述采暖散热器（5）的进水口和/或所述发动机（1）的进水口连通；

用于循环所述进气余热换热装置（6）、所述采暖散热器（5）和所述发动机（1）中的冷却液的水泵（8）；

连通于所述进气余热换热装置（6）的进水口和出水口的第一水支路（22）；

设置于所述第一水支路（22）上的第一阀门（10）；

设置于所述进气余热换热装置（6）所在的并与所述第一水支路（22）并联的连通水路上用于控制所述进气余热换热装置（6）的冷却液通断的第二阀门（9）。

2.根据权利要求1所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括：

控制器；

设置于所述发动机（1）的出水口处的第一温度传感器（15）；

设置于所述进气余热换热装置（6）的进气口处的第二温度传感器（16）；

设置于所述进气余热换热装置（6）所在的连通水路和所述第一水支路（22）交汇处的第三温度传感器（17），所述控制器根据所述第一温度传感器（15）、所述第二温度传感器（16）和第三温度传感器（17）检测的温度控制所述水泵（8）的转速，并控制所述第一阀门（10）和所述第二阀门（9）的通断。

3.根据权利要求2所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括：

连通于所述采暖散热器（5）的进水口和出水口上的第二水支路（24）；

设置于所述第二水支路（24）上的第三阀门（14）；

设置于所述采暖散热器（5）所在的并与所述第二水支路（24）并联的连通水路上的用于控制所述采暖散热器（5）的冷却液通断的第四阀门（13）。

4.根据权利要求3所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括：

设置于所述废气后处理装置（4）的排出侧连通气路上的废气余热换热装置（7），所述废气余热换热装置（7）的进水口与所述进气余热换热装置（6）的出水口连通，所述废气余热换热装置（7）的出水口与所述采暖散热器（5）的进水口和所述第二水支路（24）连通。

5.根据权利要求4所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括：

连通于所述废气余热换热装置（7）的进水口和出水口上的第三水支路（23）；

设置于所述第三水支路（23）上的第五阀门（12）；

设置于所述废气余热换热装置（7）所在的并与所述第三水支路（23）并联的连通水路上用于控制所述废气余热换热装置（7）中的冷却液通断的第六阀门（11）。

6.根据权利要求5所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括：

设置于所述废气余热换热装置（7）的进气口处的第四温度传感器（18）；

设置于所述废气余热换热装置（7）的出水口所在的连通水路和所述第三水支路（23）交汇处的第五温度传感器（19），所述控制器根据所述第四温度传感器（18）和所述第五温度传感器（19）检测的温度控制所述水泵（8）的转速，并控制所述第五阀门（12）和所述六阀门（11）的通断。

7.根据权利要求6所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括环境温度传感器（21），用于检测所述发动机（1）的环境温度。

8.根据权利要求7所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，还包括设置于所述采暖散热器（5）所在的连通水路和所述第二水支路（24）交汇处的第六温度传感器（20）。

9.根据权利要求8所述的发动机余热循环利用系统，其特征在于，所述进气余热换热装置（6）和所述废气余热换热装置（7）均为设置于所在的连通气路外部的循环水换热管路。