[发明专利]用于控制机动车辆中的热回收系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制具有内燃机的机动车辆中的、特别是商用车辆中的热回收系统(HR系统)的方法。

背景技术

广为人知的热回收系统具有热回收回路(HR回路)作为工作回路，工作回路包含存储罐，存储罐容纳工作介质，存储罐通过供给泵而连接到至少一个控制阀上，对各个控制阀分配热交换器作为蒸发器。工作回路此外包含膨胀机，膨胀机连接在至少一个热交换器的下游，并且膨胀机后面为冷凝器，冷凝器通过冷凝器抽吸泵而连接到存储罐上。在车辆的运行期间，热交换器接收工作介质质量流量且接收来自车辆中的热源的加热介质质量流量作为逆流。在暖机操作(工作介质的液态)和后面的蒸发过程(工作介质部分地是液态，以及部分地呈蒸汽的形式)之后，进行过热过程(工作介质呈高于饱和蒸汽温度的蒸汽的形式)，而且，在切换到膨胀器模式之后，工作介质蒸汽馈送到膨胀机，以便驱动膨胀机。

在已知的热回收系统中，内燃机上的各种热源可用来使工作介质蒸发。特别地，可使用的可行热源或加热介质是发动机冷却剂、增压空气，或者优选排气。包含在工作介质蒸汽中的能量在膨胀机中转换成机械能，并且馈送回内燃机，从而使得提高整体效率是可行的。

发明内容

本发明的目标是提出一种用于控制热回收系统的方法，借助于此类方法，这种系统可按最佳效率和可靠的方式运行。

此目标依靠以下现实来实现：对于由车辆的运行确定的加热介质质量流量和规定的加热介质温度，系统通过借助于对控制阀流率的调节来改变通过至少一个热交换器/蒸发器的工作介质质量流量而调节到工作介质的预定温度设定点和/或相状态。

为了能够开发来自内燃机处的热源的加热介质的质量流量中可用的热能，在这里通过控制工作介质的质量流量来控制温度，以及特别是在蒸发过程中，控制工作介质的相状态。

为了对至少一个热交换器/蒸发器供应限定的工作介质质量流量，优选使用控制阀作为比例控制阀，借助于脉宽调制信号(PWM信号)来驱动比例控制阀。由于跨过控制阀的压降的变化，在工作介质质量流量的实际值和控制阀位置或PWM信号之间不可能有精确直接的相互关联。因此建议在阀特征映射的帮助下，考虑当前阀位置或PWM信号、跨过控制阀的当前(测得)压降，以及控制阀处的当前工作介质温度，而计算通过至少一个控制阀的工作介质质量流量的确切实际值。

热回收回路按以下运行：供给泵从存储罐中获得工作介质，并且此工作介质通过比例控制阀而传送到热交换器，并且在热交换器中蒸发。在使用了两个热交换器的情况下，供给泵将工作介质分配在两个相关联的比例控制阀之间。热交换器从同样传送通过其中的加热介质质量流量中抽取热，特别是从内燃机的排气、再循环排气和在排气后处理之后馈送到环境中的排气抽取热，这些排气各自优选地被相关联的控制阀和相关联的反馈控制系统馈送到热交换器/蒸发器。

在至少一个热交换器的下游，借助于转换阀，可选择通往膨胀机的直接流径，或者通过节流阀的流径。如果在暖机操作期间，在膨胀机的上游还没有蒸汽，而且在后面的蒸发过程中仅可获得蒸汽与液体，则工作介质传送通过节流阀流径。仅在达到高于饱和蒸汽温度的特定的过热温度时，才通过切换到膨胀器模式来将工作介质直接传送到膨胀机。在冷凝器中，其余的工作介质蒸汽然后又转换成液态，并且通过冷凝器抽吸泵和过滤器被传送回存储罐。

特别是在膨胀器模式中，对工作介质的最佳蒸汽温度设定点进行纯温度反馈控制在原则上将是可行的。但是，因为在条件变化的情况下，例如，膨胀机的速度改变，通过膨胀器的工作介质蒸汽的质量流量会改变以及因此温度和压力条件也改变，所以用于工作介质温度的反馈控制系统具有用于工作介质的附属质量流量控制器是有利的，因为这使得比较缓慢的纯温度反馈控制系统更快地对变化作出响应可行。

如果工作介质质量流量的设定点另外被响应于加热介质侧上的变化的前馈控制器校正，则可实现关于响应特性和瞬时响应的控制品质的进一步改进，其中，特别地，估计热交换器处的加热介质质量流量和/或加热介质入口温度和/或在膨胀机上游的工作介质压力作为校正参数，供此类前馈控制器进行校正。在多个热交换器/蒸发器的情况下，对于各个热交换器，应单独地实施上述具有用于工作介质的附属质量流量控制器的温度反馈控制系统，以及(如果合适的话)前馈控制系统。

如果使用比例-积分控制器(PI控制器)或比例-积分-微分控制器(PID控制器)作为工作介质的质量流量控制器，则实现有效性的进一步提高，而且为了增加工作介质质量流量，对所述控制器中的积分器供应额外的操纵值，这取决于具体情况，从而使得最大程度地增加工作介质的质量流量可行。