用于在內(nèi)燃機(jī)中調(diào)節(jié)熱能利用裝置的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在尤其是機(jī)動車輛的內(nèi)燃機(jī)(10)中調(diào)節(jié)熱能利用裝置(1)的方法，其中所述熱能利用裝置(1)具有用于工作介質(zhì)的循環(huán)，其具有布置在內(nèi)燃機(jī)(10)的尾氣流動路徑中的汽化器(2,3)、膨脹機(jī)(4)、冷凝器(5)、補(bǔ)償容器(6)、以及供給泵(7)，其中所述工作介質(zhì)的工作溫度通過根據(jù)至少一個運(yùn)行參數(shù)改變工作液的質(zhì)量流來調(diào)節(jié)，其中基于所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m′MbAsoll,m′MbAGRsoll)來計算尾氣系統(tǒng)和/或尾氣回流管的尾氣流動路徑的工作介質(zhì)質(zhì)量流的額定值(m′MAsoll,m′MAGRsoll)，其中工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m′MbAsoll,m′MbAGRsoll)至少是優(yōu)選汽化器(2,3)之前的尾氣溫度（TA1,TAGR1）、以及所述尾氣流動路徑中的尾氣質(zhì)量流(m′A,m′AGR)的函數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)調(diào)節(jié)的尾氣利用而規(guī)定：將至少一個校正值加到所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m′MbAsoll,m′MbAGRsoll)。
【專利說明】用于在內(nèi)燃機(jī)中調(diào)節(jié)熱能利用裝置的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在尤其是機(jī)動車輛的內(nèi)燃機(jī)中調(diào)節(jié)熱能利用裝置的方法，其中所述熱能利用裝置具有用于工作介質(zhì)的循環(huán)，其具有膨脹機(jī)的布置在內(nèi)燃機(jī)的尾氣流動路徑中的汽化器、冷凝器、補(bǔ)償容器、以及供給泵，其中工作介質(zhì)的工作溫度通過根據(jù)至少一個運(yùn)行參數(shù)改變工作液的質(zhì)量流來調(diào)節(jié)，其中基于工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值來計算尾氣系統(tǒng)和/或尾氣回流管的尾氣流動路徑的工作流質(zhì)量流的額定值，其中工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值至少是優(yōu)選汽化器之前的尾氣溫度、以及尾氣流動路徑中的尾氣質(zhì)量流的函數(shù)。
[0002]公知的是，把在內(nèi)燃機(jī)的尾氣系統(tǒng)和/或尾氣回流系統(tǒng)(AGR系統(tǒng))中所包含的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率。
[0003]DE102009020615A1描述了機(jī)動車輛的具有尾氣熱能利用循環(huán)的尾氣熱能利用裝置，其中調(diào)節(jié)尾氣熱能利用循環(huán)的工作液的工作溫度。在此，通過匹配流經(jīng)尾氣熱能利用循環(huán)的熱交換器的工作液的質(zhì)量流來將工作溫度調(diào)節(jié)為使得不超過工作液的最大允許的工作溫度。
[0004]從EP2249017A中公知了類似的廢熱利用設(shè)備，其具有用于吸收內(nèi)燃機(jī)的廢熱的汽化器，其中工作液的流量被調(diào)節(jié)為使得當(dāng)工作流在處于或超過預(yù)定流速的情況下進(jìn)入汽化器時，在汽化器中被汽化的工作液在過熱狀態(tài)下到達(dá)布置在尾氣流中的加熱器，其中在所述預(yù)定流速下，工作液可以吸收預(yù)定的最大熱量。工作液的流速被調(diào)節(jié)為使得工作液以預(yù)定流速以上充滿汽化器并且在加熱器中被汽化并且然后達(dá)到過熱狀態(tài)。
[0005]EP1431523A1描述了用于汽化器的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，其中蒸氣在利用內(nèi)燃機(jī)的尾氣熱能的情況下被生成。工作介質(zhì)的工作溫度通過根據(jù)至少一個運(yùn)行參數(shù)改變工作液的質(zhì)量流來調(diào)節(jié)。該公開物因此描述了由預(yù)調(diào)(F/F Feed Forward correction (前饋校正))加上調(diào)節(jié)器(F/B Feed Back Correction (反饋校正))構(gòu)成的經(jīng)典調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。F/F校正作為尾氣質(zhì)量流和尾氣溫度的函數(shù)被計算出，但未被校正。F/F校正基于額定蒸氣溫度和實(shí)際蒸氣溫度之差。
[0006]從公開物JP2008231980A和JP58023210A中公知了另外的廢熱利用設(shè)備。
[0007]本發(fā)明的任務(wù)是，實(shí)現(xiàn)經(jīng)調(diào)節(jié)的廢熱利用。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，這通過如下方式來實(shí)現(xiàn):基于工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值來計算尾氣系統(tǒng)和/或尾氣回流管的尾氣流動路徑的工作介質(zhì)質(zhì)量流的額定值，其中工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值至少是優(yōu)選處于汽化器之前的尾氣溫度和尾氣流動路徑中的尾氣質(zhì)量流的函數(shù)。
[0009]為了考慮到由于工作介質(zhì)過熱造成的效應(yīng)，可以規(guī)定:將過熱校正值加到工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值。在此，過熱校正值可以從尾氣側(cè)溫度差中導(dǎo)出。由此可以避免汽化器由于過熱造成的熱損壞。
[0010]為了考慮到飽和影響，有利的是，將飽和校正值加到工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值。飽和校正值從依賴于工作介質(zhì)壓力的飽和溫度中導(dǎo)出。飽和校正防止在膨脹機(jī)的輸入端處出現(xiàn)工作介質(zhì)的飽和蒸氣狀態(tài)。由此抑制了膨脹機(jī)的機(jī)械損壞。[0011]尾氣系統(tǒng)中的尾氣質(zhì)量流可以通過模型從尾氣λ和燃料質(zhì)量中計算出。尾氣回流管中的AGR質(zhì)量流通過模型優(yōu)選地從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩、燃料質(zhì)量、尾氣的空氣系數(shù)、絕對增壓壓力、增壓空氣溫度和填充效率這些參數(shù)中計算出。
[0012]因此可以取消高成本的尾氣質(zhì)量流傳感器。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方式中可以規(guī)定:由汽化器通過模型從實(shí)際的閥位置、汽化器的調(diào)節(jié)閥之前或之后的壓力以及調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)這些參數(shù)中計算實(shí)際的工作介質(zhì)質(zhì)量流。因此可以取消用于工作介質(zhì)的高成本質(zhì)量流傳感器。
[0014]最后，可以從工作介質(zhì)流的額定值和實(shí)際值中形成尾氣流動路徑中的質(zhì)量流的調(diào)節(jié)偏差，并將其輸送給調(diào)節(jié)器、例如PID調(diào)節(jié)器。
[0015]下面根據(jù)附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。附圖:
[0016]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的熱能利用裝置的圖示；
[0017]圖2示意性地示出了通過尾氣汽化器的用于工作介質(zhì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
[0018]圖3示意性地示出了通過尾氣汽化器計算工作介質(zhì)流的基本額定值；
[0019]圖4示意性地示出了通過尾氣汽化器計算工作介質(zhì)質(zhì)量流的過熱校正；
[0020]圖5示意性地示出了通過尾氣汽化器計算工作介質(zhì)質(zhì)量流的飽和校正；
[0021]圖6示意性地示出了通過尾氣汽化器計算工作介質(zhì)質(zhì)量流的額定值；
[0022]圖7示意性地示出了通過尾氣汽化器對工作介質(zhì)質(zhì)量流的調(diào)節(jié)；
[0023]圖8示意性地示出了通過AGR汽化器的用于工作介質(zhì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
[0024]圖9示意性地示出了通過AGR汽化器計算工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值；
[0025]圖10示意性地示出了通過AGR汽化器計算工作介質(zhì)質(zhì)量流的過熱校正；
[0026]圖11示意性地示出了通過AGR汽化器計算工作介質(zhì)流的飽和校正；
[0027]圖12示意性地示出了通過AGR汽化器的計算工作介質(zhì)質(zhì)量流的額定值；
[0028]圖13示意性地示出了通過AGR汽化器對工作介質(zhì)質(zhì)量流的調(diào)節(jié)；
[0029]圖14示意性地示出了作為氣體側(cè)溫度差的函數(shù)的工作介質(zhì)溫度；
[0030]圖15示例性地示出了在乙醇作為工作介質(zhì)時的壓力的函數(shù)的飽和溫度；
[0031]圖16示意性地示出了調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)的特征曲線；以及
[0032]圖17以尾氣汽化器為例示出了工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值的特征圖。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)10的熱能利用裝置I具有主部件尾氣汽化器2和/或AGR汽化器3、膨脹機(jī)4、冷凝器5、補(bǔ)償容器6、供給泵7、具有位置反饋的調(diào)節(jié)閥8、9、以及未進(jìn)一步示出的溫度傳感器和壓力傳感器。
[0034]在至少一個汽化器(尾氣汽化器和/或AGR汽化器2、3)中，借助于尾氣質(zhì)量流m’ A和/或AGR質(zhì)量流m’ AGR中包含的熱能使工作介質(zhì)(例如水和/或乙醇)汽化。在此，尾氣汽化器或AGR汽化器2、3分別由至少兩個塊2a、2b、2c...或3a、3b、3c...構(gòu)成。
[0035]所生成的蒸氣被輸送給膨脹機(jī)4 (例如活塞式發(fā)動機(jī))并且被轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率。接著，工作介質(zhì)在冷凝器5中冷卻并被輸送給補(bǔ)償容器6。通過至少一個供給泵7,工作介質(zhì)被從補(bǔ)償容器6中取出，并且通過調(diào)節(jié)閥8、9被輸送給尾氣汽化器2和/或AGR汽化器3(蒸氣循環(huán)過程)。
[0036]為了調(diào)節(jié)熱能利用裝置1，在每個汽化器2、3之前都使用可連續(xù)移動的調(diào)節(jié)閥8、9(例如電操控的針閥)。通過閥打開截面和調(diào)節(jié)閥8、9之前和之后的工作介質(zhì)的壓力，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥8、9的質(zhì)量流被改變。此外，一定的系統(tǒng)狀態(tài)(如圖1所說明的壓力、溫度和閥門打開)通過測量技術(shù)被檢測并且作為實(shí)際值被提供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0037]在圖2中示出了用于尾氣汽化器2的整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并且在圖8中示出了用于AGR汽化器3的整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0038]在所應(yīng)用的方法中，在步驟20或30，通過尾氣汽化器2和AGR汽化器3分別計算工作介質(zhì)的基本額定值m’

MbAsoll、m MbAGEsoll ° 針對尾氣汽化器2，該基本額定值m’
MbAsoll 是作
為尾氣汽化器輸入端處的尾氣質(zhì)量流m’ A和尾氣溫度Tai的函數(shù)被計算出的。在所示的實(shí)施方式中，為此示例性地使用特征圖20a (圖3和圖17)。在步驟21，從參數(shù)尾氣λ λ A和燃料質(zhì)量mK中導(dǎo)出所使用的尾氣質(zhì)量流m’ A。
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種用于在尤其是機(jī)動車輛的內(nèi)燃機(jī)(10)中調(diào)節(jié)熱能利用裝置(I)的方法，其中所述熱能利用裝置(I)具有用于工作介質(zhì)的循環(huán)，所述循環(huán)具有布置在內(nèi)燃機(jī)(10)的尾氣流動路徑中的汽化器(2，3)、膨脹機(jī)(4)、冷凝器(5)、補(bǔ)償容器(6)、以及供給泵(7)，其中所述工作介質(zhì)的工作溫度通過根據(jù)至少一個運(yùn)行參數(shù)改變工作液的質(zhì)量流來調(diào)節(jié)，其中基于所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m' MbAsoll, m/來計算尾氣系統(tǒng)和/或尾氣回流管的尾氣流動路徑的工作介質(zhì)質(zhì)量流的額定值(m' Msoll, Hli _S()11)，其中所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m' MbAsoll,m/ mKGRsoll)至少是優(yōu)選所述汽化器(2，3)之前的尾氣溫度(TA1，TAeK1)、以及所述尾氣流動路徑中的尾氣質(zhì)量流(m' A，m' AeK)的函數(shù)，其特征在于，將至少一個校正值加到所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m' MbAson, m/。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將過熱校正值(m'KuA，m' KuAeK)加到所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值 (m MbAsollJ m MbAGEsoll^ ?
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述過熱校正值(m'KuA，m' KuAeK)是從優(yōu)選汽化器(2，3)之前的尾氣溫度(TA1，Tacki)與汽化器(2，3)中的尾氣溫度(TA2，Tack2)之間的尾氣側(cè)溫度差(ΑΤα, Λ Tage)中導(dǎo)出的。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，將飽和校正值(m'KSA, Hii KSAGE)加到所述工作介質(zhì)質(zhì)量流的基本額定值(m' MbAsoll, m/ Mt—i)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述飽和校正值(m'KSA,m/ KSAeK)是從依賴于汽化器(2，3)之后的工作介質(zhì)壓力(pM2，pMCK2)的飽和溫度(TMSA，Tmsack)中導(dǎo)出的。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，尾氣系統(tǒng)中的尾氣質(zhì)量流(m'A)是通過模型(21)從參數(shù)尾氣的`空氣系數(shù)(λΑ)和燃料質(zhì)量(mK)中計算出的。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，尾氣回流管中的AGR質(zhì)量流(m' AGE)是通過模型(31)從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(η)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩(M)、燃料質(zhì)量(mK)、尾氣的空氣系數(shù)(λΑ)、絕對增壓壓力(Pl、增壓空氣壓力(!Y)、以及填充效率Uf)中計算出的。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，實(shí)際工作介質(zhì)質(zhì)量流(m，mist，m，mGEist)是由汽化器(2，3)通過模型(25b，35b)從參數(shù)實(shí)際閥位置(VPAist, VPAGEist)以及汽化器(2，3)的調(diào)節(jié)閥(8,9)之前和之后的壓力(pM1Pm?)、以及所述調(diào)節(jié)閥(8，9)的流量系數(shù)(KVA，Kvack)中計算出的。
9.如權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，從所述工作介質(zhì)流的額定值
MAsollJ m MAGEsoll )和實(shí)際值(m'

MAistJ m MAGEist )中形成尾氣流動路徑中的質(zhì)量流的調(diào)節(jié)器偏差，并將所述調(diào)節(jié)器偏差輸送給調(diào)節(jié)器(25a，35a)。
【文檔編號】F01K23/06GK103781997SQ201280034715
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月14日
【發(fā)明者】K·紐恩特費(fèi), H·西斯?fàn)? P·M·史蒂文森 申請人:Avl里斯脫有限公司