CN108131185B - 用于排气热回收的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于排气热回收的方法和***。提供用于使用包括排气热交换器的底循环的排气热回收的方法和***。在一个示例中，一种方法包括在将来自排气的热能的一部分存储在热存储装置中之后通过适时地使排气流动通过热交换器，或者在使排气流动通过热交换器之前通过从热存储装置抽取热能加热排气，维持输入到热交换器的目标热能。

Description

用于排气热回收的方法和***
技术领域
本说明书大体涉及用于使用底(bottoming)循环的排气热回收的方法和***。
背景技术
发动机可以配置有一种用于回收来自在内燃发动机中产生的排气的热的排气热回收***。由排气热交换器回收的热可以转换为电能并存储在***电池中。来自电池的电能可以适时地用于各种功能，如操作压缩机的马达、操作泵、气缸盖加热、车辆舱加热和照明等，从而改进发动机和燃料效率。
用于排气热回收的各种方法被提供。在一个示例中，如在US 20130219872中所示，Gibble等人公开了一种热回收和热管理***，其包括用于回收来自排气的热并将热转换为电能的热电器件。底循环(如Rankine循环)在热回收***中被使用以用于发电。从排气热产生的电能存储在电池中，并且稍后用于诸如车辆舱加热等功能。
发明内容
然而，本发明人在本文已经认识到关于上述问题的潜在缺点。作为一个示例，对于底循环(诸如Rankine循环)的有效操作，要求在目标能量范围内的排气热能的稳定供给，以在底循环的膨胀器处维持高于阈值压力比。排气热能可以确定为排气温度和排气流率的函数。在Gibble等人中，在当存在低于排气热能的目标供给的状况期间，底循环效率可能减小。在当存在高于排气热的目标流量的状况期间，热回收可能受底循环组件的尺寸限制。具体地，为了回收(recover)更高水平的热，可能必须使用更大底循环组件，如更大膨胀器、更大压缩机和/或更大(或更强大的)泵。然而，此类更大组件可能具有更高的热惯性，引起能量损耗，并且还可能增加连同包装问题一起的组件成本。如果热电组件用于排气热回收，高于目标排气热能可能引起对热敏感组件的损坏。为了减少排气热能到达底循环组件的波动，热交换器的旁通通道可以被使用以在当排气热能在目标范围之外时的状况期间路由(route)排气。然而，当排气绕过底循环组件时，可用于回收的排气热减少。
本发明人在本文已经识别一种方法，上述问题可以通过所述方法至少部分地解决。一种示例方法包括：当排气热能高于第一阈值时，在热交换器的上游将热能的一部分存储在热能存储装置处之后，使排气流动通过热交换器；以及当排气热能低于第二阈值时，在从热能存储装置抽取热能之后，使排气流动通过热交换器。以这种方式，通过适时地将来自排气的能量存储在热存储装置中并随后地使用该能量维持排气热能在热交换器处的稳定供给，可以增加排气热回收效率。
在一个示例中，发动机排气***可以配置有后催化剂热存储装置和耦连到通向排气尾管的排气通道的热交换器。热交换器可以是底循环的一部分，该底循环还包括膨胀器(如涡轮)、冷凝器和泵。旁通通道可以跨越热存储装置两端耦连到排气通道，使后催化剂排气能够绕过热存储装置被路由至热交换器。再循环通道可以从热交换器的下游到热存储装置的上游耦连到排气通道。排气到热交换器的路由可以基于排气热能被调整，所述排气热能被估计为排气温度和排气流率的函数，使得到达热交换器的热能可以维持在目标能量范围内。在当排气热能在目标范围内时的状况期间，排气可以经由旁通通道直接地路由至热交换器。在热交换器处回收的排气热可以在底循环处转换为电能，并且电能可以存储在电池中用于稍后使用。另外在发动机冷启动状况期间，整个体积的排气可以直接地被路由通过热交换器，以加快冷启动排气热回收以用于发动机加热。在当排气热能高于目标范围时的状况期间，与过量热能对应的第一部分排气可以被路由通过热存储装置，并且过量热能可以存储在热存储装置处。与目标范围热能对应的剩余第二部分排气可以经由旁通通道路由至热交换器。可替代地，整个体积的排气可以经由热存储装置被路由，其中排气热可以被存储直到达到其存储容量。在当排气热能低于目标范围时(如当排气温度为低时或当排气流率为低时)的状况期间，冷却排气的一部分可以经由再循环通道从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游。通过从热存储装置撤回热能，可以然后加热排气的所述部分，加热的排气然后在流动通过热交换器之前与新鲜排气结合。在当由于低排气流率，排气热能低于目标范围时的状况期间，除了排气的再循环之外，可以使用鼓风机将环境空气抽取到再循环通道中，并且在流动通过热交换器之前，可以通过从热存储装置撤回热来加热空气-排气混合物。
以这种方式，通过选择性地调整通过排气热交换器的排气流，在目标能量范围内的排气热能的稳定供给可以提供至热交换器。维持排气热能的稳定供给的技术效果是，可以在底循环的膨胀器处维持目标压力比，从而维持底循环的效率。适时地将过量排气能存储在热存储装置中的技术效果是，在低排气热能状况期间，先前存储在热存储装置中的热能可以被使用以加热进入热交换器的排气的一部分，从而使排气热能升高到目标范围，并且使排气能量的稳定流能够维持在热交换器和底循环处。通过在低排气流率状况期间抽取环境空气，并且使用存储在热存储装置处的能量加热环境空气-排气混合物，通过热交换器的排气流率可以升高并且到达热交换器的排气的热能可以维持在期望的水平。通过适时地在热存储装置存储能量和从热存储装置撤回能量来维持到达热交换器的排气热能在目标范围内，耦连到热交换器的底循环可以有效地操作，用于在包括在混合动力电动车辆中的发动机关闭时间段期间的更广范围的车辆工况下的电能产生。另外，当依赖于更小和更轻组件时，可以实现更高效率。通过将排气热作为电能存储在电池中，以其他方式将已浪费的排气热可以有效地用于操作泵、提供热至车辆组件、操作马达等。总体地，通过增强排气热回收，改善发动机性能和燃料效率。
应该理解的是，上述发明内容被提供以以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。它不旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，所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所提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括排气热回收***的发动机***的示例实施例。
图2A示出在第一模式下操作的图1的排气热回收***。
图2B示出在第二模式下操作的图1的排气热回收***。
图2C示出在第三模式下操作的图1的排气热回收***。
图2D示出在第四模式下操作的图1的排气热回收***。
图2E示出在第五模式下操作的图1的排气热回收***。
图3示出说明当存在过量排气热能可用时可以实施用于调整通过图1的排气热回收***的排气流的示例方法的流程图。
图4示出说明当存在不充足排气热能可用时可以实施用于调整通过图1的排气热回收***的排气流的示例方法的流程图。
图5示出图1的排气热回收***的不同操作模式的表格。
图6根据本公开示出排气热回收***的示例操作。
具体实施方式
下列描述涉及用于排气热回收的***和方法。在图1处示出了包括热交换器的发动机排气热回收***的示例实施例，所述热交换器是底循环的一部分。热回收***的不同操作模式在图2A至图2E处示出并且在图5处制成表。发动机控制器可以经配置以执行控制例程，如图3和图4的示例例程，以改变一个或多个排气***阀的位置来调整通过图1的排气热回收***的组件的排气流以将在排气热交换器处接收的热能维持在目标范围内。图6中示出了排气热回收***的示例操作。
图1示意性地示出包括示例发动机***100的机动车辆102的各方面。在所示的实施例中，发动机***100的发动机10是一种耦连到包括由涡轮116驱动的压缩机114的涡轮增压器13的升压发动机。具体地，新鲜空气经由空气净化器112沿进气通道42引入发动机10中并流动到压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气压缩机，如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机***100中，压缩机是一种经由轴19机械地耦连到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过使发动机排气膨胀驱动。
如图1中所示，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)21耦连到节流阀20。节流阀20耦连到发动机进气歧管22。从压缩机压缩的空气充气通过增压空气冷却器21和节流阀流动到进气歧管。在图1中所示的实施例中，在进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。
一个或多个传感器可以耦连到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以耦连到入口用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以耦连到入口用于估计压缩机入口压力。作为另一个示例，湿度传感器57可以耦连到入口用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其他传感器可以包括例如空燃比传感器等。在其他示例中，压缩机入口状况(如湿度、温度、压力等)中的一个或多个可以基于发动机工况推断。另外，当启动排气再循环(EGR)时，传感器可以估计包括新鲜空气、再循环压缩空气和在压缩机入口处接收的排气残余的空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比。
废气门致动器92可以致动打开，以经由废气门91将至少一些排气压力从涡轮的上游倾倒(dump)至涡轮下游的位置。通过减小涡轮上游的排气压力，涡轮速度可以减小，这进而帮助减少压缩机喘振。
进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦连到一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(未示出)耦连到排气歧管36。在所示的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管节段。具有多个排气歧管节段的配置可以使流出物能够从不同燃烧室被引导至发动机***中的不同位置。
在一个示例中，排气门和进气门中的每个可以电子地致动或控制。在另一个示例中，排气门和进气门中的每个可以凸轮致动或控制。无论是电子地致动或凸轮致动，可以根据期望的燃烧和排放控制性能调整排气门和进气门的打开和关闭正时。
燃烧室30可以经由喷射器66被提供一种或多种燃料，如汽油、醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或它们的任何组合被提供至燃烧室。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火开始燃烧。
如图1中所示，来自一个或多个排气歧管节段的排气可以引导至涡轮116以驱动涡轮。来自涡轮和废气门91的组合流然后流过排放控制装置168。排气后处理装置168可以经配置以催化地处理排气流，并且由此减小排气流中的一个或多个物质的量。例如，排气后处理装置168可以经配置以当排气流为稀时从排气流捕集NOX，并且当排气流为富时减少所捕集的NOX。在其它示例中，排气后处理装置168可以经配置以歧化NOX或借助还原剂选择性还原NOX。在其他示例中，排气后处理装置168可以经配置以氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何此类功能的不同排气后处理催化剂可以单独或一起地可选地布置在排气后处理级中的涂层(wash coat)中。在一些实施例中，排气后处理级可以包括经配置以捕集并氧化排气流中的碳烟微粒的可再生碳烟过滤器。来自排气后处理装置168的处理的排气的全部或部分可以在穿过***之后经由主排气通道102释放到大气中。
排气再循环(EGR)输送通道190可以在排气后处理装置168的上游(在涡轮116的下游)耦连到排气通道102，以在压缩机114的上游将低压EGR(LP-EGR)提供至发动机进气歧管。EGR冷却器192可以耦连到EGR通道190，用于在排气被输送到进气歧管之前冷却排气。在进一步的实施例中，发动机***可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116的上游被抽取并再循环到压缩机114下游的发动机进气歧管。一个或多个传感器可以耦连到EGR通道，用于提供关于EGR的成分(composition)和状况的细节。EGR阀191可以耦连到EGR通道，以调节从排气通道102到进气通道42的排气的流动。
排气热回收***150可以在排气后处理装置168的下游耦连到主排气通道。排气热回收***150可以包括安置在排气通道102中的热存储装置170。热存储装置可以包括热存储介质，如相变材料(PCM)、金属、液体等。热存储装置170可以用于适时地存储热能并使热能从排气流撤回。在热存储装置170的充储相(charging phase)期间，来自流过该装置的排气的热可以暂时地存储在热存储介质中。热存储装置170还可以在释放相(dischargingphase)中操作，其中来自该装置的热可以转移到流过该装置170的排气(或空气)。在一个示例中，将热能存储在热存储装置170中包括将该装置中的相变材料从固相转变到液相，而排放热能可以包括将相变材料从液相转变到固相。热存储装置170旁通通道172可以从排气后处理装置168的上游到热存储装置170的下游耦连到排气通道。第一分流阀171可以耦连到主排气通道102，以通过热存储装置170和旁通通道172中的每个调节排气流。
热回收***150可以包括热交换器174，其在热存储装置170的下游和排气尾管35的上游耦连到排气通道102。离开热存储装置170和旁通通道172的排气可以经由热交换器174路由至排气尾管(以释放到大气)。在一个实施例中，热回收***150还可以包括热交换器旁通通道152，其从热交换器174的上游到热交换器174的下游耦连到排气通道。第二分流阀151可以耦连到主排气通道102，以通过热交换器174和热交换器旁通通道152中的每个调节排气流。
热交换器可以是底循环180的一部分。在一个示例中，底循环180可以是有机Rankine循环。对于底循环的最佳效率，提供通过热交换器174的具有在目标能量范围内的排气热能的稳定排气流可以是期望的。目标能量范围的上限(在本文还称为第一阈值)和能量范围的下限(在本文还称为第二阈值)可以均基于底循环中的一个或多个参数，如膨胀器两端的压降、循环通过底循环的工作流体的物理性质和底循环的工作流体的温度。由发动机排气产生的热能可以基于发动机工况，并且可以估计为排气温度和排气流率的函数。排气热能可以随排气温度和排气流率中的每个的增加而增加。排气流具有太多热能(如排气具有高于底循环的第一阈值或上限的热能)，以及排气具有太少热能(如排气具有低于底循环的第二阈值或下限的热能)可以导致底循环的效率下降。另外，具有比第一阈值更高的热能的排气可以引起底循环组件的热劣化。通过维持到底循环的稳定排气热输入，即使通过使用底循环的更小和更轻组件也可以维持更高效率，从而实现成本降低和组件减少的益处。通过维持来自底循环的电能的稳定输出，可以更有效地管理和使用来自电池的电能。
有机Rankine循环可以包括膨胀器182(如涡轮)、冷凝器186和泵188。具有充分低的沸点的诸如R45fa、R123、甲苯等有机工作流体可以循环通过Rankine循环的组件。来自流过热交换器的排气的热可以转移到循环通过热交换器的有机流体。加热的流体可以然后流过涡轮182，并且热能可以用于驱动涡轮。电能可以经由旋转涡轮182从热能产生，并且电能可以存储在耦连到涡轮182的电池184中。为了有效地产生电，可以通过维持通过热交换器174的排气的稳定流(在目标范围内)来维持在涡轮182处的目标压力比。来自电池的电能可以适时地用于各种功能，如操作压缩机的马达、操作泵、气缸盖加热、车辆舱加热和照明等。在流过涡轮之后，冷却的有机流体可以被路由至冷凝器186，其中流体由冷却流体进一步冷却。在一个示例中，冷却流体包括发动机冷却剂。冷却的工作流体可以然后经由泵188循环回到热交换器，其中流体可以吸收排气热并重复该循环。以这种方式，排气热可以有效地回收并转换成电能。将认识到，虽然以上示例公开了有机Rankine循环，在替代示例中，其他类型的底循环可以用于排气热回收。这些可以包括例如蒸汽Rankine循环、布雷顿(Brayton)循环、卡琳娜(Kalina)循环和斯特林(Stirling)循环。可替代地，热电材料可以用于来自所回收的排气热能的发电。
再循环通道173可以耦连到主排气通道，用于将排气从热交换器174的下游再循环到热存储装置170的上游(和分流阀171的下游)。再循环阀175可以在热交换器174的下游耦连到通道173和主排气通道102的接合处(junction)，以调节从主排气通道102进入再循环通道173中的排气流。通过调整再循环阀175的位置，排气的一部分可以在热交换器处的排气热回收之后再循环回到主排气通道，经由再循环通道173再循环回到热存储装置170上游的位置。鼓风机179可以耦连到再循环通道173，以促进排气流再循环。具有通气阀192的通气管路(line)190可以经由鼓风机179耦连到再循环通道。在当由于低排气流率引起的排气热能为低时的状况期间，鼓风机179可以***作以通过通气管路190将环境空气抽取到再循环通道中。具有升高流率的空气-排气混合物可以然后在热存储装置170的上游经由再循环通道173被路由至主排气通道。排气热回收***150可以以多个模式中的一个模式操作，模式选择基于相对于目标能量范围的发动机排气的热能水平。通过基于热能水平选择一种模式，排气热能水平可以在排气流通过热交换器的时刻处维持在目标能量范围内。因此，转移到底循环的热增加。
例如，排气热回收***150可以在第一模式下操作，其中分流阀171完全打开以经由旁道172将离开排气后处理装置168的整个体积的排气路由至热交换器174。在该模式下，排气到达热交换器同时绕过热存储装置170。由于排气不流过热存储装置170，排气热既不存储在热存储装置170中也不从热存储装置170中撤回。在第一模式下，再循环阀175是在关闭位置中，以禁止排气经由再循环通道173到热存储装置的再循环。当排气热能是在目标范围内时，排气热回收***150可以在发动机工况(诸如中等负荷状况)期间在第一模式下操作。另外，在发动机冷启动状况期间，热回收***可以在第一模式下操作，并且整个体积的排气可以直接地路由通过热交换器，用于加快的排气热回收，以用于满足发动机加热和车辆舱需求。在第一模式下的排气热回收***操作的示例描述参照图2A详细阐述。
排气热回收***150可以在第二模式下操作，其中分流阀171部分地打开以经由旁道172将第一部分排气路由至热交换器174，同时经由热存储装置170将第二(剩余)部分排气路由至热交换器174。在该模式下，再循环阀175可以维持在关闭的位置中。当排气热能超过目标能量范围的上限(即，当存在过多排气热能时)，并且所估计的排气热能和目标能量范围的上限之间的差低于阈值差时，排气热回收***150可以在发动机工况(诸如高负荷状况)期间在第二模式下操作。随着第二部分排气流过热存储装置170，来自第二部分排气(并且不来自第一部分)的过量热能(超过目标范围的上限)可以存储在热存储装置170处。在第二模式下的排气热回收***操作的示例描述参照图2B详细阐述。
排气热回收***150可以在第三模式下操作，其中分流阀171完全关闭以经由热存储装置170将整个体积的排气路由至热交换器174。另外，在该模式下，再循环阀175可以维持在关闭位置中。当排气热能超过目标能量范围的上限(即，当存在过多排气热能时)，并且在所估计的排气热能和目标能量范围的上限之间的差高于阈值差时，排气热回收***150可以在发动机工况(诸如峰值负荷状况)期间在第三模式下操作。在该模式下，随着整个体积的排气流过热存储装置170，来自排气的过量能量可以存储在热存储装置170处。在该模式下的操作期间，随着热存储装置170的充储状态增加到其上限，热能可以不再存储在装置170中。然而，随着排气热能超过目标能量范围的上限，如果整个体积的排气经由热交换器被路由，可能存在底循环组件的劣化。在此类状况期间，阀151可以部分地打开，以将离开热存储装置170的第一部分排气路由通过旁通通道(绕过热交换器174)，同时第二(剩余)部分排气流过热交换器174。在第三模式下的排气热回收***操作的示例描述参照图2C详细阐述。
排气热回收***150可以在第四模式下操作，其中分流阀171完全关闭以经由热存储装置170将整个体积的排气路由至热交换器174。在第四模式下，再循环阀175可以打开，以将离开热交换器174的冷却排气的至少一部分分流(divert)到热存储装置170上游的主排气通道102。再循环的排气可以然后与由发动机产生的排气混合并流过热存储装置170。当排气热能低于目标能量范围的下限时，排气热回收***150可以在发动机工况(诸如低负荷状况)期间在第四模式下操作。为了维持(具有在目标范围内的排气热能的)稳定排气流，当再循环的排气在(与新鲜排气一起)被路由通过热交换器之前流过热存储装置时，先前存储在热存储装置170中的热可以被撤回。在第四模式下的排气热回收***操作的示例描述参照图2D详细阐述。
排气热回收***150可以在第五模式下操作，其中分流阀171完全关闭以经由热存储装置170将整个体积的排气路由至热交换器174。在该模式下，再循环阀175可以打开，以将离开热交换器174的冷却排气的至少一部分分流到热存储装置170上游的主排气通道102。另外，可以通过操作鼓风机179经由通气管路(vent line)190将环境空气抽取到再循环通道中。空气-排气混合物然后在热存储装置170的上游再循环到主排气通道102。空气-排气混合物还可以与由发动机产生的排气混合并流过热存储装置170。当排气热能低于目标能量范围的下限且排气流率低于阈值流率时，排气热回收***150可以在发动机工况(诸如用于混合动力电动车辆的怠速或发动机关闭状况)期间在第五模式下操作。为了维持(具有在目标范围内的排气热能的)稳定排气流，先前存储在热存储装置170中的热可以用于加热环境和再循环的排气，所述再循环的排气然后(与新鲜排气一起)被路由通过热交换器。在第五模式下的排气热回收***操作的示例描述参照图2E详细阐述。
以这种方式，在第一状况期间，排气的一部分可以从热交换器174的下游再循环到热存储装置170的上游，再循环的排气可以与由发动机产生的排气混合以形成组合的排气流，组合的排气流可以通过从热存储装置抽取热能来加热，并且然后组合的排气流可以被路由通过热交换器。在第二状况期间，环境空气可以经由联接到通气管路190的鼓风机178被抽取，环境空气可以被路由至热存储装置170的上游，环境空气可以与由发动机产生的排气混合以形成组合的排气流，组合的排气流可以通过从热存储装置170抽取热能来加热，并且然后组合的排气流可以被路由通过热交换器174。第一状况包括由于低于阈值排气温度和高于阈值排气流率引起的低于下限热能，并且第二状况包括由于高于阈值排气温度和低于阈值排气流率引起的低于下限热能。第二状况还可以包括由于低于阈值排气温度和低于阈值排气流率引起的低于下限热能。排气热回收***150的操作模式的详细描述关于图2A至图2E被讨论。
发动机***100还可以包括控制***14。控制***14被示出从多个传感器16(其各种示例在本文被描述)接收信息并且将控制信号发送至多个致动器18(其各种示例在本文被描述)。作为一个示例，传感器16可以包括位于涡轮116上游的排气氧传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129和发动机冷却剂温度传感器。其他传感器(如附加压力传感器、温度传感器、空燃比传感器、流率传感器和成分传感器)可以耦连到发动机***100中的各种位置。致动器81可以包括例如节流阀20、分流阀171、再循环阀175、鼓风机179、泵188、废气门92、通气阀192和燃料喷射器66。控制***14可以包括控制器12。控制器12可以从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并且基于与一个或多个例程对应的在其中编程的指令或代码，响应于所处理的输入数据触发各种致动器。在一个示例中，基于感测的排气温度和排气流率，控制器12可以计算排气热能，并且在将所计算的热能与目标范围比较之后，控制器可以发送信号至分流阀171和再循环阀175，以调整分流阀和再循环阀中的每个的开度，以便选择通过热存储装置170、旁通通道172、热交换器174和再循环通道173的排气流动路径。在另一个示例中，至少基于感测的排气流率，控制器可以发送功率输出信号至耦连到鼓风机179的致动器并且打开通气阀192以允许期望量的环境空气进入排气热回收***150中。
在一些示例中，车辆102可以是具有可用于一个或多个车辆轮子55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆或仅具有(多个)电机的电动车辆。在所示的示例中，车辆102包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时，发动机10和电机52经由传动装置54连接到车辆轮子55。在所示的示例中，第一离合器56被提供在发动机10和电机52之间，并且第二离合器56被提供在电机52和传动装置54之间。控制器12可以发送信号至每个离合器56的致动器，以接合或脱离离合器，以便从电机52和与其连接的组件连接或断开发动机10，和/或者从传动装置54和与其连接的组件连接或断开电机52。传动装置54可以是齿轮箱、行星齿轮***或另一类型的传动装置。动力传动系可以以各种方式配置，包括作为并联、串联或串联-并联混合动力车辆。
电机52从牵引电池58接收电力，以将扭矩提供至车辆轮子55。电机52也可以作为发电机操作，以例如在制动操作期间提供电力至充电电池58。
图2A示出在第一操作模式下操作图1的排气热回收***150的示例实施例200。在一个示例中，排气热回收***150是图1的排气热回收***150，并且因此可以共享与已经在图1中所述的那些共同的特征和/或配置。先前在图1中所述的组件类似地被编号并且不重新介绍。
如图2A中所示，热存储装置170可以耦连到排气通道102。热存储装置的尺寸可以设置成足够小，以降低排气热回收***的成本。热存储装置可以包括热存储介质，如相变材料(PCM)、金属、液体等。作为示例，所使用的PCM可以利用固体至固体、固体至液体或液体至蒸汽的相变，以接受来自流过热存储装置170的排气的热。在热存储装置170的充储相期间，来自排气的热可以暂时地存储在热存储介质中，然而，热存储装置(PCM)可以具有有限容量用于能量存储，并且一旦容量已经满足，到PCM的进一步热转移可以不再发生。另外，由于热存储装置的较小尺寸，热能可以不被存储用于延长的持续时间。热存储装置170也可以在释放模式下操作，其中来自装置的热可以转移到流过装置170的排气(或空气)。旁通通道172可以源于在热存储装置170上游的接合处202处的排气通道102，并且可以在装置170下游的接合处204处的排气通道中结束。分流阀171可以在接合处202的下游耦连到排气通道102，以经由旁通通道172调节排气流。分流阀171的开度可以被调整以将至少一部分排气路由通过旁通通道，从而绕过热存储装置170，同时剩余部分排气通过热存储装置170路由至热交换器。在一个实施例中，热交换器旁通通道152可以从热交换器174的上游到热交换器174的下游耦连到排气通道。分流阀151(其可以耦连到主排气通道102)的开度可以被调整以经由旁通通道152路由排气的一部分，从而绕过热交换器174。
在第一模式下，分流阀171被致动到完全打开位置，而再循环阀175可以被致动到其完全关闭位置。另外，通气管路190中的通气阀192维持在关闭位置中，以禁止到通气管路190中的环境空气流。由于分流阀171的打开位置，离开排气后处理装置的排气可以不流过热存储装置170，但是相反可以(在接合处202处)进入旁通通道172。整个体积的排气(如由实线所示)可以(通过流过旁通通道172)绕过热存储装置170并进入热交换器174。因为排气在该模式下绕过热存储装置170，热能不存储在装置170处，并且整个热能可以被路由至热交换器174。来自排气的热能可以转移到循环通过热交换器的有机工作流体。所回收的热能可以然后经由底循环180转换成电能并存储在电池中用于未来使用。因为再循环阀175在关闭位置中，离开热交换器的排气可以不进入再循环通道并且可以经由排气尾管释放到大气。
当排气热回收期望用于发动机加热和车辆舱加热时，排气热回收***150可以在包括发动机冷启动的选择的发动机工况期间在第一模式下操作。另外，当流过热交换器174的排气的热能在目标能量范围内时，***150可以在发动机中等负荷状况期间在第一模式下操作。
作为示例，当使热存储装置170能量饱和(即，在满容量处)并且在不首先释放至少一些能量的情况下可以不接受任何进一步热能时，***150可以在第一模式下操作。在当热存储装置处于最大程度的状况期间，任何过量排气热能(在目标能量范围之外)可以被路由通过热交换器174。然而，如果排气热能高于目标范围，分流阀151可以至少部分地打开，以使第一部分排气流动经由热交换器旁通通道152，而剩余(第二)部分排气可以流过热交换器174。热能可以由底循环从流过热交换器的第二部分排气回收。第一部分与第二部分的比可以基于实际排气热能和目标范围的上限之间的差来调整。因此，随着实际排气热能和目标范围的上限之间的差的增大，可以增加分流阀151的开度以增加第一部分排气，而随着实际排气热能和目标范围的上限之间的差的减小，可以减小分流阀151的开度以减少第一部分排气。
图2B示出在第二模式下的排气热回收***150的操作。在第二模式下，分流阀171被致动到部分地打开位置，并且再循环阀175维持在关闭位置中。另外，通气管路190中的通气阀192可以维持在关闭位置中，以禁止到通气管路190中的环境空气流。由于分流阀171的部分打开位置，离开排气后处理装置的第一部分排气可以经由旁通通道172流动到热交换器174，而不流过热存储装置。第二(剩余)部分排气可以经由热存储装置170流动到热交换器174。第一部分与第二部分的比可以基于排气热能和目标能量范围的上限阈值之间的差来选择。在一个示例中，随着排气热能和上限阈值之间的差的减小，第一部分可以相对于第二部分增加。在另一个示例中，随着排气热能和上限阈值之间的差的增大，第一部分可以相对于第二部分减少。以这种方式，在目标能量范围(用于底循环180的最佳性能所期望的)以上的过量排气能量可以经由热存储装置170被路由。另外，第一部分与第二部分的比可以基于热存储装置170的当前充储状态(热能状态)来调整。在其中，随着热存储装置170的充储状态增加，第二部分可以相对于第一部分增加。分流阀171的打开程度可以被调整以提供第一部分相对于第二部分的选定比，分流阀的开度增加以减少第一部分并相应地增加第二部分。随着第二部分排气流过热存储装置170，装置170可以被充储并且来自第二部分的排气热能的至少一部分可以被存储用于未来使用。
排气的第一部分和第二部分可以在热交换器174的上游组合并且然后进入热交换器174。来自排气的两部分的热能可以转移到循环通过热交换器的有机工作流体。所回收的热能可以然后经由底循环180转换为电能并存储在电池中用于未来在操作车辆组件中使用。因为再循环阀175在此时是在关闭位置中，离开热交换器的排气可以不进入再循环通道，并且可以经由排气尾管释放到大气。
在高负荷发动机工况期间，当排气热能高于目标能量范围的上限时，排气热回收***150可以在第二模式下操作。假如热存储装置170的充储状态低于阈值充储状态(即，该装置未能量饱和)并且可以存储来自流过其的排气的能量，则***150可以在第二模式下操作。通过适时地存储来自排气流的一部分的过量热能，所存储的能量可以适时地在稍后时间处被使用，用于加热排气和/或环境空气，以便维持在热交换器174处的热能的稳定供给。
图2C示出在第三模式下的排气热回收***150的操作。在第三模式下，分流阀171可以被致动到完全关闭位置，并且再循环阀175可以维持在关闭位置中。另外，在通气管路190中的通气阀192可以维持在关闭位置中，以禁止到通气管路190中的环境空气流。由于分流阀171的完全关闭位置，离开排气后处理装置的整个体积的排气可以经由热存储装置170流动到热交换器174。随着排气流过热存储装置170，装置170可以被充储并且排气热能的至少一部分可以被存储。以这种方式，在目标能量范围(用于底循环180的最佳性能所期望的)以上的过量排气能量可以存储在热存储装置170中以用于未来使用。离开热存储装置170的排气可以然后进入热交换器174。(在流过热存储装置170之后)剩余的排气热能可以在目标能量范围中并且可以转移到循环通过热交换器的有机工作流体。所回收的热能可以然后经由底循环180转换为电能并存储在电池中用于未来在操作车辆组件中使用。因为再循环阀175在关闭位置中，离开热交换器的排气可以不进入再循环通道并且可以经由排气尾管释放到大气。
在峰值负荷发动机工况期间，当排气热能高于目标能量范围的上限时，排气热回收***150可以在第三模式下操作。为了在第三模式下操作该***，可能需要确认高于在目标能量范围的上限和排气热能之间的阈值差。由于较高排气热能，能量的较大部分可以存储在热存储装置中。***150可以在第三模式下操作，直到当热存储装置170为能量饱和并且不再能够存储来自排气流的任何进一步能量时，该装置的充储状态达到阈值充储状态。将理解的是，第二模式(如在图2B中所述)可以包括第三模式，其中分流阀171的开度减小，直到其达到关闭位置(如在第三模式下可见)，以使排气在到达热交换器174之前流动通过热存储装置170，并且无排气流被分流通过旁通通道173。
在第三模式下的操作期间，随着热存储装置170的充储状态增加到其阈值充储状态，当该装置为能量饱和时，来自排气的热能可以不再存储在装置170中(直到至少一部分能量已经被释放)。然而，随着排气热能超过目标能量范围的上限，如果整个体积的排气经由热交换器被路由，则可能存在底循环组件的劣化。在此类状况期间，阀151可以部分地打开，以将离开热存储装置170的第一部分排气路由通过旁通通道(绕过热交换器174)，而第二(剩余)部分排气流过热交换器174。第一部分与第二部分的比可以基于实际排气热能和目标范围的上限之间的差来调整。因此，随着实际排气热能和目标范围的上限之间的差的增大，分流阀151的开度可以增大以增加第一部分排气，而随着实际排气热能和目标范围的上限之间的差的减小，分流阀151的开度可以减小以减少第一部分排气。此外，一旦达到(热存储装置的)阈值充储状态，分流阀171可以完全打开使得排气可以在进入热交换器旁通通道152和热交换器174之前绕过热存储装置170。
图2D示出在第四模式下的排气热回收***150的操作。在第四模式下，分流阀171被致动到完全关闭位置，而再循环阀175被致动到打开位置。通气管路190中的通气阀192可以维持在关闭位置中，以禁止到通气管路190中的环境空气流。由于分流阀171的完全关闭位置，离开排气后处理装置的整个体积的排气可以经由热存储装置170流动到热交换器174。离开热存储装置170的排气可以然后流过热交换器174。由于再循环阀175的打开，离开热交换器174的冷却排气的至少一部分可以进入再循环通道173并且可以经由鼓风机路由至排气通道102(在接合处210处)。鼓风机可以促进将排气从热交换器174的下游路由至热存储装置170的上游。冷却的排气可以然后与由发动机产生的排气组合，并且组合的排气流可以进入热存储装置170。
在第四模式下，热存储装置170可以在释放模式下操作，并且先前在热回收***150在第二模式和第三模式下的操作期间(从排气)存储的热能可以转移到流过热存储装置170的排气。排气可以被加热到一定程度使得进入热交换器的排气的热能在目标范围内。加热的程度可以基于由发动机产生的排气的热能(确定为排气温度和流率的函数)。另外，再循环阀175的开度可以基于由发动机产生的排气的热能。如果由发动机产生的排气的热能是较低的，则较高体积的排气可以经由阀175再循环，以在热存储装置170处加热。在一个示例中，阀175的开度可以随着由发动机产生的排气的热能的减少而增大。
随着加热的排气流过热交换器174，来自排气的热能可以经由工作流体回收，并且所回收的热能可以然后经由底循环180转换为电能并存储在电池中用于未来在操作车辆组件中使用。以这种方式，即使在发动机工况期间，当排气的热能低于目标范围的下限阈值时，底循环180的效率可以通过确保到热交换器174的稳定排气供给来维持。
在低负荷发动机工况期间，当排气热能低于目标能量范围的下限时，排气热回收***150可以在第四模式下操作。为了在第四模式下操作排气热回收***150，可以确认排气流率高于阈值流率，使得排气的至少一部分可以被再循环并在热存储装置170处被加热。在操作鼓风机179用于再循环排气中消耗的能量可以低于(来自再循环排气流)在底循环180处产生的附加电能，从而使排气热回收过程整体能量有效。
图2E示出在第五模式下的排气热回收***150的操作。在第五模式下，分流阀171被致动到完全关闭位置，而再循环阀175被致动到打开位置。通气管路190中的通气阀192可以被致动到打开位置，以使得环境空气流能够进入到通气管路190中。由于分流阀171的完全关闭位置，离开排气后处理装置168的整个体积的排气可以经由热存储装置170流动到热交换器174。离开热存储装置170的排气可以然后流过热交换器174。由于通气阀192的打开，环境空气可以由鼓风机179抽取到通气管路190中。环境空气可以然后在热存储装置170的上游(在接合处210处)路由至排气通道102。空气可以然后与由发动机产生的排气组合，并且所组合的气体混合物可以进入热存储装置170。
在第五模式下，热存储装置170可以在释放模式下操作，并且先前(从在第二模式或第三模式下的热回收***150的操作期间的在先排气流)存储的热能可以转移到流过热存储装置170的组合的空气和排气流。空气和排气流可以被加热到一定程度使得进入热交换器的气体混合物的热能可以在目标范围内。加热的程度可以基于排气的热能(温度和流率)。通气阀192的开度可以基于所测量的排气流率。在一个示例中，响应于排气流率的减小，抽取的环境空气的体积可以增大，并且通气阀192的开度可以相应地增加以使排气流率升高(并且由此排气热能升高)。在另一个示例中，响应于排气流率的增大，抽取的环境空气的体积可以减小，并且通气阀192的开度可以相应地减小，以降低排气流率(并且由此降低排气热能)。
随着所加热的混合物(排气和空气)流过热交换器174，来自混合物的热能可以经由工作流体被回收并且所回收的热能可以然后经由底循环180转换为电能并存储在电池中用于未来在操作车辆组件中使用。以这种方式，即使在发动机工况期间，当每个排气流率低于阈值流率并且排气热能低于目标范围的下限阈值时，底循环180的效率可以通过确保具有最佳热能含量的混合物的稳定供给来维持。
在发动机怠速状况期间，当排气流率低于阈值流率并且排气热能低于目标能量范围的下限时，排气热回收***150可以在第五模式下操作。另外，对于混合动力车辆，在发动机关闭状况期间，当不存在排气流时，***150可以在第五模式下操作，使得环境空气可以被抽取以维持通过热交换器的稳定流。操作鼓风机179用于抽取环境空气所消耗的能量可以低于在底循环180处(从再循环的气体混合物流)产生的附加电能，从而使排气热回收过程能量有效。
以这种方式，图1和图2A至图2E的***提供一种耦连到车辆的发动机***，其包括：发动机进气歧管、发动机排气***、排气热回收***、通气管路、分流阀、再循环阀，所述发动机排气***包括耦连到主排气通道的排气温度传感器和排气压力传感器、跨越热存储装置耦连到主排气通道的旁通通道和包括用于将排气从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的鼓风机的再循环通道，所述排气热回收***包括耦连到排气通道的热存储装置、耦连在热存储装置下游的热交换器、底循环，所述底循环包括热交换器、耦连到电池的膨胀器、冷凝器和用于将工作流体循环通过底循环的泵，所述通气管路包括耦连到再循环通道的通气阀，所述分流阀耦连到排气通道用于经由旁通通道调节排气流，所述再循环阀耦连到再循环通道，用于调节从热交换器下游到热存储装置上游的排气的再循环。该***还可以包括具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令存储在非暂时性存储器上用于：在第一模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭、再循环阀关闭和通气阀关闭以使排气直接流动到热交换器，绕过热存储装置，和在第二模式下操作排气热回收***，其中分流阀打开、再循环阀关闭和通气阀关闭以使第一部分排气绕过热存储装置直接流动到热交换器并且使第二部分排气经由热存储装置流动到热交换器同时将来自第二部分排气的热能转移到热存储装置，并且响应于所估计的排气热能增加高于第一阈值热能，从第一模式转变到第二模式，排气的热能是基于来自排气温度和压力传感器的输入估计的。
如图2A至图2E中所示的排气热回收***的操作的五个示例模式在图5中制成表格。表格500的线502示出与如图2A中所述的在第一模式下的排气热回收***的操作对应的设置，线504示出与如图2B中所述的在第二模式下的排气热回收***的操作对应的设置，线506示出与如图2C中所述的在第三模式下的排气热回收***的操作对应的设置，线508示出与如图2D中所述的在第四模式下的排气热回收***的操作对应的设置，并且线510示出与如图2E中所述的在第五模式下的排气热回收***的操作对应的设置。排气热回收***可以基于发动机工况和底循环状况在多个附加操作模式下操作。
图3示出可以实施用于调整通过图1的排气热回收***的排气流的示例方法300。用于执行方法300和本文包括的剩余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机***的传感器(如参照图1在上面描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以采用发动机***的发动机致动器以根据下面描述的方法调整发动机操作。
在302处，该例程包括估计和/或测量发动机工况。所估计的状况可以包括例如驾驶员需求、发动机温度、发动机负荷、发动机转速、排气温度、包括环境温度、压力和湿度的环境状况、歧管压力和温度、升压压力、排气空燃比等。
在304处，该例程包括确认发动机冷启动状况。当发动机在延长的发动机不活动的时间段之后启动同时发动机温度低于阈值(如低于排气催化剂起燃温度)时，并且在环境温度低于阈值时，可以确认发动机冷启动状况。在冷启动状况期间，可以期望加快的发动机加热，以减少冷启动排放。此外，客舱加热可以由车辆操作员期望。
如果发动机冷启动状况被确认，为了加快排气热回收，在306处，排气热回收***(如图1的排气热回收***150)在第一模式下操作。为了在第一模式下操作排气热回收***，在307处，耦连到主排气通道用于调节通过热能存储装置(如在图1中的热能存储装置170)的排气流的在本文称为阀_1的分流阀(如图1中的分流阀171)可以被致动到完全打开位置，禁止从排气后处理装置到热能存储装置的直接排气流。在308处，耦连到热交换器(如图1中的热交换器174)下游的排气通道的接合处的在本文称为阀_2(如图1中的再循环阀175)的再循环阀可以被致动到完全关闭位置，禁止到再循环通道中的排气流。另外，通气管路(如图1中的通气管路190)中的通气阀(如图1中的通气阀192)可以维持关闭，以禁止到通气管路的环境空气流。
在310处，由于阀_1的关闭位置，离开排气后处理装置的排气可以不流过热存储装置，但是可以经由旁通通道路由至热交换器。因为排气绕过热存储装置，热能可以不存储在装置中，并且整个热能可以被路由至热交换器。因为阀_2在关闭位置中，流过热交换器的排气经由排气尾管释放到大气，并且排气可以不进入再循环通道。
在337处，来自排气的热能可以转移到循环通过热交换器的有机工作流体。热交换器可以被包括作为底循环的组件，该循环还包括膨胀器、冷凝器、泵和耦连到膨胀器的电池。使排气流动通过热交换器可以包括将在热交换器处回收的排气热能转移到底循环在热交换器处的工作流体。(离开热交换器的)工作流体可以然后流过底循环的膨胀器(如涡轮)，其中热能可以转换为电能。电能可以存储在电池中用于未来在操作车辆组件中使用。来自电池的电能可以适时地用于各功能，如操作压缩机的马达、操作泵、汽缸盖加热、车辆舱加热和照明等，从而提高发动机性能和车辆燃料效率。以这种方式，在发动机冷启动期间，独立于排气热能水平，排气可以直接地路由至热交换器，绕过热存储装置。
如果(在304处)确认发动机不在冷启动状况下操作，可以推断发动机已经获得在冷启动之后的阈值温度，或者推断发动机正在发动机温度在阈值温度以上并且排气后处理装置温度在其起燃温度以上时的热启动状况下操作。在313处，由发动机产生的排气的热能可以估计为排气温度(如经由排气温度传感器测量)和排气流率(如经由排气压力传感器或专用排气流率传感器测量)的函数。可替代地，控制器可以基于根据诸如发动机温度、发动机负荷、发动机转速等工况推断或建模的排气温度和排气流率确定排气热能。控制器可以通过直接地考虑到所确定的排气温度和排气流率的确定来确定排气热能，如随着排气温度和排气流率的增大而排气热能增加。可替代地，控制器可以使用查找表基于计算来确定排气热能，其中输入是排气温度和排气流率中的每个，并且输出是排气热能。另外，控制器可以基于逻辑规则作出逻辑确定(例如，关于排气热能)，所述逻辑规则是包括排气温度和排气流率的参数的函数。
为了最佳地操作底循环，可以期望维持到达热交换器的排气热能在目标能量范围的上限和下限内。通过维持在目标能量范围内的到底循环的排气热能的稳定供给，最佳阈值压力比可以维持在底循环的膨胀器处。在314处，该例程包括确定由发动机产生的排气的热能是否在目标能量范围内。由于存在过量热能(其中排气热能高于目标范围的上限)或由于存在不充分热能(其中排气热能低于目标范围的下限)，热能可以在目标能量范围之外。
如果确定排气热能是在目标能量范围的上限(第一阈值)和下限(第二阈值)内，该例程可以移动到306，以在第一模式下操作排气热回收***，以将排气直接地路由到热交换器绕过热存储装置。如果确定排气热能在目标能量范围之外，则在316处，该例程包括确定排气热能是否高于目标范围的上限(第一阈值)。如果排气热能高于上限，则可以推断存在过量热能并且因此由于对底循环组件的热损坏的可能性，可以不将全部量的热能路由通过热交换器。
响应于过量热能的存在，排气的至少一部分经由热存储装置引导至热交换器，其中过量热能被存储用于稍后使用。例如，分流阀的开度被调整使得排气的一部分通过热存储装置引导至热交换器，而排气的剩余部分经由旁通通道引导至热交换器。随着过量热能的量的增加，引导通过热存储装置的排气的一部分增加，而引导通过旁道的排气的一部分相应地减少，直到当存在显著量的过量热能时基本上所有排气被引导通过热存储装置。在一个示例中，分流阀的设置(其是否部分打开或完全打开/关闭)，并且由此排气热回收***的操作模式可以基于可用的过量热能的大小来选择。
作为示例，在318处，在排气热能和目标能量范围的上限之间的差可以被估计，以便估计可以不被路由通过热交换器的过量排气热能的量。该过量排气热能可以适时地存储在热存储装置中以用于稍后使用。在320处，该例程包括将该差与阈值差进行比较并确定排气热能和目标能量范围的上限之间的差是否低于阈值差。阈值差可以基于热存储装置的参数，如热存储装置的当前充储状态及其设计的热能存储容量。
如果确定差低于阈值差，则可以推断存在小量的过量热能。控制器可以因此确定总排气量的一小部分可以被路由通过热存储装置，使得来自该部分排气的过量热能可以存储在该装置中。一旦该过量能量从排气移除，剩余的排气能量可以在目标能量范围内并且可以被路由经由热交换器。
在322处，为了将排气的一部分路由通过热存储装置，排气热回收***可以在第二模式下操作。为了在第二模式下操作排气热回收***，在323处，阀_1可以被致动到部分打开位置，使排气能够从排气后处理装置流到热能存储装置。在324处，阀_2可以被致动到完全关闭位置，禁止到再循环通道中的排气流。另外，通气管路中的通气阀可以维持在关闭位置中，以禁止到通气管路中的环境空气流。
部分打开的阀_1的打开程度可以被调整使得离开排气后处理装置的第一部分排气经由旁通通道直接地流动到热交换器，而第二(剩余)部分排气经由热存储装置流动到热交换器。第一部分与第二部分的比可以基于排气热能和目标能量范围的上限之间的差(过量排气热能)来选择。具体地，阀_1的开度可以被调整使得第二部分提供与要存储在热存储装置处的过量热能对应的排气流，而第一部分提供与要被路由通过热交换器的目标范围内的热能对应的排气流。作为示例，随着差减小，第一部分可以相对于第二部分增加，而随着差增大，第一部分可以相对于第二部分减少。控制器可以调整阀_1的打开程度，以提供所确定的第一部分相对于第二部分的比。在一个示例中，控制器可以发送信号至耦连到阀_1的致动器，以随着第一部分的减少而增加该阀的开度。
在328处，来自流过热存储装置的第二部分排气的热能可以存储在该装置的热存储介质(如相变材料)中，从而增加热存储装置的充储状态。在一个示例中，热存储装置可以通过吸入热能并且使用它以将热存储介质的较大部分的相从固相改变为液相来存储热能。热存储装置可以继续被充储，直到热存储装置的充储状态达到阈值充储状态(即，该装置是能量饱和的)并且可以不进一步存储来自流过其的排气的能量。该热能可以稍后被释放，以升高流过该装置的排气的热能。在流过存储装置之后，冷却的排气可以在热交换器的上游与流过旁通通道的排气组合，并且然后该组合可以流过热交换器。该例程可以然后前进到337，其中来自(组合的)排气的第一部分和第二部分中的每个的热能可以经由底循环转换为电能。
如果(在320处)确定排气热能和目标能量范围的上限之间的差高于阈值差，则可以推断存在大量的过量热能。控制器可以因此确定过量排气热能可以不被路由通过热交换器。该过量排气热能可以存储在热存储装置中以稍后使用。
在330处，为了将整个体积的排气路由通过热存储装置，排气热回收***可以在第三模式下操作。为了在第三模式下操作排气热回收***，在331处，阀_1可以被致动到完全关闭位置，禁止排气从排气后处理装置流到旁通通道。在332处，阀_2可以致动到完全关闭位置，禁止到再循环通道中的排气流。另外，通气管路中的通气阀可以维持在关闭位置中，以禁止到通气管路中的环境空气流。因此，将认识到，第三模式可以对应于第二模式的延伸，其中分流阀的开度被减小直到达到这样的限制：使所有排气在到达热交换器之前流过热存储装置，并且无排气流被分流通过旁通通道。
由于阀_1的关闭位置，排气可以不通过旁通通道流动到热交换器。在332处，整个体积的排气可以经由热存储装置流动到热交换器。在334处，来自流过通过热存储装置的排气的热能的至少一部分可以存储在该装置的热存储介质中。在一个示例中，存储在热存储装置中的能量的量可以对应于排气中的过量热能(在排气热能和目标能量的上限之间的差)。另外，存储在该装置中的热能的量可以由该装置的充储状态限制。在一个示例中，热存储装置可以通过吸入排气热能并且使用它以将热存储介质的较大部分的相从固相改变为液相来存储热能。热存储装置可以继续充储，直到热存储装置的充储状态达到阈值充储状态(能量饱和)并且热能可以不再存储在该装置处直到该装置释放热能。该热能可以稍后被释放，以使流过该装置的排气的热能升高。该例程可以然后前进到337，其中来自(组合的)排气的第一部分和第二部分中的每个的热能可以经由底循环转换为电能。
在第三模式下的操作期间，当热存储装置的充储状态达到阈值充储状态时，耦连到热交换器旁通通道的接合处和主排气通道的分流阀(如图1中的分流器151)可以部分地打开，以将离开热存储装置的第一部分排气路由通过热交换器旁通通道，而第二(剩余)部分排气可以流过热交换器。控制器可以基于排气热能和目标能量范围的上限之间的差调整第一部分与第二部分的比。因此，随着实际排气热能和目标范围的上限之间的差的增大，第一部分排气可以增加，而随着实际排气热能和目标范围的上限之间的差的减小，第一部分排气可以减少。随着第一部分的增加，分流阀的开度可以增大，而随着第一部分的减少，分流阀的开度可以减小。
如果(在316处)确定排气热能不高于目标能量范围的上限，可以推断排气热能在热能范围以下，因此低于目标能量范围的下限(第二阈值)。如果排气热能低于下限，则可以推断补充的能量可以在排气路由通过热交换器之前必须添加到该排气中，以便维持到底循环的排气能量的稳定供给，用于循环的最佳操作。在当排气热能低于目标范围的下限时的状况期间，排气热交换***的操作模式可以基于排气流率来选择。排气热交换***的操作模式和对应操作的进一步选择关于图4描述。
在一些示例中，第二操作模式和第三操作模式可以被组合到单个(例如，第二)操作模式中。在第二(组合的第二和第三)模式下操作排气热回收***包括打开分流阀、关闭再循环阀和关闭通气阀，以使第一部分排气绕过热存储装置直接地流动到热交换器并且使第二部分排气经由热存储装置流动到热交换器同时将来自第二部分排气的热能转移到热存储装置。在一个示例中，(经由旁通通道路由的)第一部分排气可以减少，使得整个部分的排气可以经由热存储装置路由至热交换器。
图4示出可以被实施用于调整通过图1的排气热回收***的排气流的示例方法400。图4的方法可以作为图3的示例方法300的一部分(如在步骤336处)执行。
在402处，可以基于来自排气压力传感器或专用排气流率传感器的输入检索通过排气通道的排气流率。控制器还可以基于发动机工况(如发动机温度、发动机转速、发动机负荷等)计算排气流率。控制器可以使用查找表，其中发动机工况(诸如发动机温度、发动机转速和发动机负荷)作为输入，排气流率作为输出。
在428处，该例程包括确定存储在热存储装置中的热能是否高于阈值能量。如参照图3描述，当在第二和第三模式下操作排气热交换***时，热能可以已经在先前的通过装置的排气流期间存储在该装置处。阈值能量可以对应于在其处或高于其热存储装置可以被释放热能并且可以从该装置抽取存储的能量的能量水平。如果确定存储在热存储装置处的能量低于阈值能量，则可以推断能量可以不从热存储装置供给至流过该装置的排气。在430处，排气可以经由热交换器被路由并且来自排气的热能可以转移到流过热交换器的底循环的工作流体。由于排气热能低于第二阈值(如在图3中在步骤336中确定的)，在热交换器处的热回收可能是不显著的。可替代地，耦连到热交换器旁通通道和主排气通道的接合处的排气分流阀(如图1中的分流器151)可以完全地打开，以将离开热存储装置的排气的整个部分通过热交换器旁通通道路由至排气尾管。通过绕过热交换器，排气热回收可以在较低排气热能(低于第二阈值)状况期间暂停。
如果确认存储在热存储装置中的能量高于阈值能量，该例程包括确定由发动机产生的排气的流率是否高于阈值流率。阈值流率可以对应于如发电所期望的实现底循环的膨胀器两端的最佳压降而在热交换器处要求的最小排气流率。因此，由于排气流率为低而排气温度为高，或者由于排气流率和排气温度中的每个为低，排气的热能可以低于目标范围。
如果确定排气流率高于阈值流率，则可以推断可以不通过抽取(drawing in)环境空气进一步增大通过热交换器的排气流率。然而，可以通过将排气的一部分再循环到热存储装置的上游并且使用从热存储装置抽取的所存储的热能加热排气来增加排气热能，从而维持在热交换器处的排气热能的稳定流动。为了将排气的一部分再循环到热存储装置的上游，在406处，排气热回收***可以在第四模式下操作。为了在第四模式下操作排气热回收***，在407处，阀_1可以被致动到完全关闭位置，禁止从排气后处理装置到旁通通道的排气流。在408处，阀_2可以被致动到打开位置，其中该阀的打开程度被调整以使期望的排气能够流到再循环通道中。通气管路中的通气阀可以维持在关闭位置中，以禁止到通气管路中的环境空气流。以这种方式，响应于排气热能减少至低于第一阈值热能的第二阈值热能以下，排气热回收***可以从在第三模式下的操作转变到在第四模式下的操作。
由于阀_1的关闭位置，排气可以不通过旁通通道流动到热交换器。在410处，整个体积的排气可以经由热存储装置流动到热交换器。由于阀_2的打开位置，在412处，离开热交换器的冷却排气的一部分可以进入再循环通道并且可以被路由至热存储装置上游的排气通道。从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的排气的一部分可以基于排气热能和目标范围的下限之间的差。在一个示例中，随着排气热能和目标范围的下限之间的差的增大，再循环的排气的一部分可以增加，通过增大耦连到再循环通道的再循环阀的打开程度来增加所述排气的一部分。在另一个示例中，随着排气热能和目标范围的下限之间的差的减小，再循环的排气的一部分可以减少，通过减小再循环阀的打开程度来减少所述排气的一部分。再循环的排气可以在热存储装置的上游与后催化剂发动机排气组合，并且排气混合物可以然后流过热存储装置。在414处，通过从热存储装置抽取(先前在第二和第三模式下的操作期间存储在热存储装置中的)热能，再循环到排气通道的排气的一部分(连同混合物中的剩余排气一起)可以被加热。当在该模式下操作时，热存储装置可以释放热能并且热能可以转移到流过其的排气。在一个示例中，热存储装置可以通过使来自液相热存储介质的热能损失到流过该装置的较冷排气来释放热能，从而使热存储介质的较大部分从液相转变到固相。具有在目标范围内的升高的热能的加热排气混合物可以然后被路由至热交换器。
在426处，来自加热的排气混合物的热能可以转移到循环通过热交换器的有机工作流体。工作流体可以然后流过底循环的膨胀器(如涡轮)，其中热能可以转换为电能。电能可以存储在耦连到膨胀器的电池中，用于未来在操作车辆组件中使用。来自电池的电能可以适时地用于各功能，如操作压缩机的马达、操作泵、汽缸盖加热、车辆舱加热和照明等，从而提高发动机和燃料效率。
返回到404，如果确定排气流率低于阈值流率，则可以推断流过热交换器的排气的流率可以必须通过抽取环境空气来增大，以便达到有效排气热回收所期望的最佳排气流率。另外，对于混合动力车辆，在发动机关闭状况期间，当不存在排气流时，环境空气可以被抽取以维持通过热交换器的稳定流动。为了抽取环境空气并将空气路由至热存储装置的上游，在418处，排气热回收***可以在第五模式下操作。为了在第五模式下操作排气热回收***，在419处，阀_1可以被致动到完全关闭位置，禁止从排气后处理装置到旁通通道中的排气流。在420处，阀_2可以被致动到打开位置，使排气能够流到再循环通道，所述阀的打开程度被调整以使期望的排气流到再循环通道中。通气管路中的通气阀可以被致动到打开位置，以使环境空气流能够进入通气管路中。以这种方式，排气热回收***可以响应于排气流率的下降从第四操作模式转变到第五操作模式。
由于阀_1的关闭位置，排气可以不通过旁通通道流动到热交换器。整个体积的排气可以经由热存储装置流动到热交换器。由于通气阀的打开，在421处，环境空气可以经由通气阀被抽取到阀通道中。经由鼓风机抽取的空气的量可以基于排气热能和目标范围的下限之间的差。在一个示例中，随着排气热能和目标范围的下限之间的差的增大，抽取的环境空气的量可以增大，通过增加通气阀的开度和鼓风机的输出中的一个或多个来增大所抽取的空气的量。用于操作鼓风机以抽取排气的能量可以低于在底循环处(从高于阈值排气流率的稳定)产生的附加电能，从而使整个排气热回收过程能量有效。环境空气可以然后被路由到热存储装置上游的排气通道。在一个示例中，由于阀_2的打开位置，离开热交换器的冷却排气的一部分可以进入再循环通道并且可以被路由至热存储装置上游的排气通道，以进一步增大排气流率。从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的排气的一部分可以基于排气热能和目标范围的下限之间的差和排气流率中的每个。在一个示例中，再循环的排气的一部分可以随着排气热能和目标范围的下限之间的差的增大和流率的减小而增加，所述排气的一部分通过增大耦连到再循环通道的再循环阀的打开程度来增加。在另一个示例中，再循环的排气的一部分可以随着排气热能和目标范围的下限之间的差的减小和流率的增大来减少，所述排气的一部分通过减小再循环阀的打开程度来减少。通过增加再循环的排气的一部分，所抽取的环境空气的量可以减小。因此，在低于阈值排气流率期间，离开热交换器的整个体积的排气可以被再循环。环境空气和再循环的排气可以在热存储装置的上游与排气组合，并且空气-排气混合物可以然后流过热存储装置。在另一个示例中，在第五模式下，阀_2可以关闭，并且排气可以不从热交换器的下游再循环到热交换器的上游，并且仅经由通气管路抽取的环境空气可以用于促进排气流率。
在422处，环境空气连同再循环到排气通道的排气的一部分一起可以(连同混合物中的剩余排气一起)通过从热存储装置抽取(先前在第二和第三模式下的操作期间存储在热存储装置中的)热能被加热。当在该模式下操作时，热存储装置可以释放热能并且热能可以转移到流过它的空气和排气混合物。在一个示例中，热存储装置可以通过使来自液相热存储介质的热能损失到流过该装置的较冷排气来释放热能，从而使热存储介质的较大部分从液相转变到固相。具有目标范围内的升高的热能的加热排气混合物可以然后被路由至热交换器。
在424处，具有目标范围内的热能的加热空气和排气混合物可以然后经由热交换器被路由。以这种方式，在低于排气热能目标范围的下限(第二阈值)和低于阈值排气流率期间，通过热交换器的排气流率可以通过在热存储装置的上游将环境空气抽取到排气中来增大，环境空气可以与排气混合，并且然后空气-排气混合物可以被路由通过热交换器，其中输入到热交换器的热维持在目标范围的上限和下限内(在第一阈值和第二阈值之间)。
该例程可以然后前进到426，其中来自空气和排气混合物的热能可以转移到经由热交换器循环的工作流体，以转换为电能。作为示例，在第四模式和第五模式中的每个模式下的操作期间，如果热存储装置完全地被释放热能并且所存储的能量减小到阈值能量以下，可以通过停止经由热交换器的冷却(工作)流体循环来暂停排气热回收(如在步骤430中讨论)。
以这种方式，在高于第一阈值排气热能期间，热能可以从排气的至少一部分存储在热能存储装置处，并且然后排气可以被路由通过热交换器；并且在低于第二阈值排气热能和低于阈值排气温度期间，排气的一部分可以从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游，热能可以在使排气流动通过热交换器之前从热存储装置被抽取到排气中；其中在第一状况和第二状况中的每个期间，维持从排气到热交换器的热输入。
图6示出说明图1的排气热回收***的操作的示例操作顺序600。通过热存储装置、旁通通道和排气再循环通道的排气流可以被调整以维持从排气到热交换器的稳定热输入。水平的(x轴线)表示时间，并且垂直标记t1-t6识别在发动机排气***的操作中的显著时间。
第一曲线(线602)示出如经由踏板位置传感器的输入所估计的随时间的发动机负荷的变化。第二曲线(线604)示出如经由排气温度传感器的输入所估计的排气温度。第三曲线(线606)示出如经由排气压力传感器和专用排气流率传感器中的一个或多个的输入所估计的排气流率。虚线607示出在其以下包括热交换器的底循环可能不有效地***作的阈值排气流率。第四曲线(线608)示出热存储装置的充储状态。虚线613示出在其处热存储装置为热能饱和的阈值充储状态并且超过该阈值进一步给装置充储是不可能的。第五曲线(线610)示出输入到热交换器中的排气热能。排气热能可以基于排气温度和排气流率估计。为了维持底循环的操作效率，排气热能可以维持在目标能量范围内，目标能量范围由下限609和上限611限定。虚线612示出如果整个体积的排气直接地被路由至热交换器(绕过热存储装置)和如果排气未从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的输入到热交换器的排气热能。第六曲线(线614)示出耦连到排气通道的第一分流阀(阀_1)(如图1中的第一分流阀171)的位置。通过调整分流阀的位置，控制器调节经由热存储装置流动的排气的一部分。第七曲线(线616)示出耦连到排气再循环通道的再循环阀(阀_2，如图1中的再循环阀175)的位置。通过调整再循环阀的位置，控制器调节经由鼓风机从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的排气的一部分。第八曲线(线618)示出耦连到主排气通道的第二分流阀(阀_3)(如图1中的第二分流阀151)的位置。通过调整第二分流阀的位置，控制器调节绕过热交换器的排气的一部分。
在时间t1之前，发动机关闭并且未使用发动机扭矩推进车辆。在时间t1处，响应于操作员扭矩请求，发动机在不活动的时间段之后从静止重新启动。在发动机启动时，排气催化剂可能未获得其起燃温度，并且可以期望发动机加热和客舱加热。基于低于起燃催化剂温度，可以推断发动机冷启动状况。为了在冷启动期间加快排气热回收以用于发动机和/或客舱加热，在t1处，阀_1可以完全打开，以将整个体积的排气绕过热存储装置直接地路由至热交换器。在时间t1和t2之间，由于排气不流过热存储装置，热能未存储在该装置中，并且该装置的充储状态保持基本上恒定。在t1和t2之间，由于发动机负荷的增大，可以存在排气流率(曲线606)对应地增大到高于阈值流率607，并且因此输入到热交换器的排气热能(曲线610)可以在目标范围(在609和611之间)内。随着排气流过热交换器，热能转移到循环通过热交换器的有机流体，并且经由热交换器是其一部分的底循环从热能产生电能。电能可以然后存储在耦连到底循环的膨胀器的电池中。来自电池的电能可以在稍后时间用于发动机操作，如用于发动机加热和/或舱加热。阀_2可以在t1和t2之间维持在关闭位置中，使得排气未经由鼓风机从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游。通过不操作鼓风机，能量可以在冷启动状况期间保存。
在时间t2处，响应于排气温度和排气流率的增加，可以确定排气的热能已经增加。在此时，如果整个体积的排气经由热交换器被路由(如由虚线612所示)，输入到热交换器的热能可以已经超过目标范围的上限611。为了维持输入到热交换器的排气热能在目标范围内，在t2处，阀_1的打开程度减小使得第一部分排气绕过热存储装置被引导至热交换器，而剩余(第二)部分排气经由热存储装置流动到热交换器。在时间t2和t3之间，由于仅第二部分排气流过热存储装置，仅来自第二部分排气的热能被存储在热存储装置中，从而使该装置充储。随着热能转移到热存储装置，热存储装置被充储(充储状态保持在阈值613内)。另外，第二部分排气的热能未输入到热交换器。仅来自第一部分排气的热能被输入到热交换器。通过减少直接地输送到热交换器的排气的一部分和将总排气热能的一部分存储在热存储装置处，输入到热交换器中的热能维持在目标范围内。
在时间t3处，响应于发动机负荷的进一步增大(由于操作员扭矩需求的增加)，存在排气温度和排气流率的对应增加。如果整个体积的排气经由热交换器被路由(如由虚线612所示)，输入到热交换器的热能可能已经超过目标范围的上限611。由于排气温度和排气流率的增加，甚至更大量的热能可以转移到热存储装置，以便维持输入到热交换器的排气热能在目标限制内。因此，为了将整个量的排气路由通过热存储装置使得增加的能量的量转移到热能存储装置，阀_1被致动到完全关闭位置。
在时间t3和t4之间，由于热存储装置的充储状态在阈值613以下，来自流过热存储装置的整个体积的排气的热能被存储在热存储装置的存储介质中，从而继续给该装置充储。随着排气流过热交换器，排气热可以继续转移到底循环的工作流体并且电能可以从热能产生(并存储在电池中)。
在时间t4处，热存储装置的充储状态达到阈值613，并且进一步的热能可以不存储在该装置中。然而，如果整个体积的排气经由热交换器被路由，输入到热交换器的热能将超过目标范围的上限611并且可能引起对底循环组件的劣化。因此，在时间t4处，阀_3可以被致动到部分打开位置，以经由热交换器旁通通道路由第一部分排气，而第二(剩余)部分排气可以通过热交换器被路由。阀_3的开度可以基于排气的热能和目标范围的上限611之间的差来调整。在时间t4和t5之间，排气热能可以从流过热交换器的第二部分排气转移到底循环的工作流体，并且电能可以被产生。在时间t5处，由于操作员扭矩需求的减少，可以存在发动机负荷的减小。发动机负荷的下降引起排气温度和排气流率的对应减小。由于排气温度和排气流率的减小，存在排气热能的下降。由于热能的下降，可以推断如果整个体积的排气经由热交换器被路由(如由虚线612所示)，输入到热交换器的热能可能已经低于目标范围的下限。由于热存储装置具有存储在其中的充分热能，将热从热存储装置撤回以升高排气的热能可以是可能的。因此，为了增加输入到热交换器的排气热能(到目标范围内)，在t4处，阀_3可以关闭。阀_2可以打开以将离开热交换器的排气的至少一部分再循环到热存储装置的上游。通过调整阀_2的开度，再循环到热存储装置的冷排气的量增大，从而增大从热存储装置转移到排气流的热能的量。在一个示例中，阀_2的开度可以被调整使得从热存储装置转移出的热能的量至少对应于当前(较低)排气热能水平和目标范围的下限609之间的差，使得离开存储装置并前往热交换器的排气的热能水平在目标范围内。在一个示例中，阀_2的开度可以被增加使得排气的更大部分被再循环并且所转移的热能的量随着当前热能水平和下限609之间的差的增大而增大。另外，阀_1可以维持在完全关闭位置中，以将(在发动机处产生的和从热交换器的下游再循环的)整个体积的排气路由通过热存储装置。在时间t5和t6之间，热存储装置可以在释放模式下操作。从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的冷却排气的一部分可以与催化剂后排气组合，并且然后所组合的排气流可以流过热存储装置，其中排气流可以通过将先前存储的热能从热存储装置撤回来加热。所加热的排气流可以然后被路由通过热交换器，其中热能可以被转移到底循环的工作流体。
在时间t6处，由于操作员扭矩需求的进一步减少，可以存在发动机负荷的进一步减小。发动机负荷的下降引起排气温度和排气流率的对应减小。在此时，排气流率可以减小至阈值流率607以下。基于排气流率的减小和较低排气温度，可以推断如果整个体积的排气经由热交换器被引导(如由虚线612所示)，输入到热交换器的热能可能已经低于目标范围的下限。由于热存储装置具有存储在其中的充分热能，将热从热存储装置撤回以升高排气的热能可以是可能的。因此，为了增加输入到热交换器的排气热能(到目标范围内)，阀_2可以完全地打开，以再循环离开热交换器的整个量的排气。随着再循环排气的一部分增加，增加的量的热能可以从热存储装置转移到排气。然而，即使整个体积的排气被再循环，到达热交换器的排气的流率可能也未增大至阈值607以上。因此，耦连到再循环管路的通气管路中的通气阀可以打开，并且耦连到通气管路的鼓风机可以操作以抽取环境空气来补充到达热交换器的排气流率。环境空气可以然后经由再循环通道被路由至热存储装置。阀_1可以维持在完全关闭位置中，以将整个体积的排气路由通过热存储装置，其中使用先前存储在热存储装置中的热能加热环境空气。在时间t6和t7之间，热存储装置在释放模式下操作。与(在发动机处产生的和从热交换器的下游再循环的)排气混合的加热的环境空气然后被路由通过热交换器，其中热能可以转移到底循环的工作流体。以这种方式，即使在低于阈值流率和低于下限排气热能的状况期间，通过适时地抽取环境空气和再循环排气，到达热交换器的排气热能维持在目标范围内。
在时间t7处，由于驾驶员扭矩需求的增加，可以存在发动机负荷的增大，并且排气温度和排气流率可以对应地增大。基于排气温度和排气流率，可以推断如果整个体积的排气经由热交换器被路由(如由虚线612所示)，输入到热交换器的热能可能已经超过目标范围的上限。因此，为了减少输入到热交换器的排气热能，阀_1可以维持在关闭位置中，使得整个体积的排气经由热存储装置被路由至热交换器。由于热存储装置的充储状态在阈值613以下，来自流过热存储装置的整个体积的排气的热能被存储在热存储装置的存储介质中，从而继续给该装置充储。因为由于增加的排气热能，在此时不期望排气再循环，阀_2可以被致动到关闭位置。在t7之后，输入到热交换器的热能可以维持在目标范围内，并且排气热转移到底循环的工作流体并且电能从热能产生(并存储在电池中)。以这种方式，通过将来自排气的热能的一部分存储在热存储装置处，输入到热交换器的热能可以维持在目标范围内。
以这种方式，通过维持输送到热交换器的排气热能的稳定供给在目标范围内，可以在包括热交换器的底循环的膨胀器处维持目标压力比。因此，可以将底循环的电能产生效率维持在高水平处，提高燃料经济性。在当(由于高排气温度或流率)存在过量排气热能时的状况期间在热交换器的上游将过量热能存储在热存储装置处的技术效果是，热能水平可以减小至目标范围，而所存储的能量可以在当(由于低排气温度或流率)存在不充分排气热能时的状况期间适时地被撤回。另外，通过限制到达热交换器的过量热能的流动，降低底循环组件的热劣化。通过将冷却排气从热交换器的下游再循环到充储热存储装置的上游，可以升高排气温度水平。通过在混合物再循环到热存储装置之前操作鼓风机以将环境空气添加到再循环排气，排气温度和排气流率两者可以升高，允许热能水平的较大增加。在冷启动状况期间使排气流到热交换器而绕过热存储装置的技术效果是，所有排气热能可以被引导至热交换器，以加快发动机加热，减少发动机冷启动排放。整体地，排气热回收效率提高并且发动机性能增强。
一种示例发动机方法包括：当排气热能高于第一阈值时，在热交换器的上游将热能的一部分存储在热能存储装置处之后使排气流动通过热交换器，以及当排气热能低于第二阈值时，在从热能存储装置抽取热能之后使排气流动通过热交换器。附加地或可选地，在任何前述示例中，排气热能被确定为排气温度和排气流率的函数。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，热交换器被包括在底循环中，该循环还包括膨胀器、冷凝器、泵和耦连到膨胀器的电池，并且其中使排气流动通过热交换器包括在热交换器处将来自排气的热转移到底循环的工作流体。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，第一阈值高于第二阈值，并且其中第一阈值和第二阈值中的每个基于底循环的参数，所述参数包括膨胀器两端的压降、工作流体的性质和工作流体的温度。附加地或可选地，任何或全部前述示例还包括，当排气热能在第一阈值和第二阈值之间时，使排气经由旁通通道流动到热交换器，同时绕过热存储装置。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，当排气热能高于第一阈值时，使排气流动通过热交换器包括使第一部分排气绕过热存储装置直接地流动到热交换器并且同时地使第二部分排气经由热存储装置流动到热交换器，其中存储在热存储装置中的热能的一部分源自于排气的第二部分。附加地或可选地，任何或全部前述示例还包括，当排气热能低于第二阈值时：在第一状况期间，使排气的一部分从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游，将再循环的排气与由发动机产生的排气混合以形成组合的排气流，通过从热存储装置抽取热能加热组合的排气流，并且然后使组合的排气流流动通过热交换器；以及在第二状况期间，经由耦连到通气管路的鼓风机抽取环境空气，将环境空气路由至热存储装置的上游，将环境空气与由发动机产生的排气混合以形成组合的排气流，通过从热存储装置抽取热能加热组合的排气流，并且然后使组合的排气流流动通过热交换器。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，其中热存储装置包括相变材料，其中存储热能包括将相变材料从固相转变到液相，并且其中释放热能包括将相变材料从液相转变到固相。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，第一状况包括由于低于阈值排气温度和高于阈值排气流率而引起的低于第二阈值热能，并且第二状况包括由于高于阈值排气温度和低于阈值排气流率而引起的低于第二阈值热能。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的排气的一部分基于排气热能和第二阈值之间的差，所述部分随着排气热能和第二阈值之间的差的增大而增加，所述排气的一部分通过增加耦连到再循环通道的再循环阀的开度来增加。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，经由鼓风机抽取的空气量基于排气热能和第二阈值之间的差，所述量随着排气热能和第二阈值之间的差的增大而增大，所抽取的空气量通过增加通气阀的开度和鼓风机的输出中的一个或多个来增大。附加地或可选地，任何或全部前述示例还包括在发动机冷启动期间，独立于排气热能，使排气直接地流动到热交换器，绕过热存储装置。
另一个示例发动机方法包括：在第一状况期间，将来自排气的至少一部分的热能存储在热能存储装置处，并且然后使排气流动通过热交换器；以及在第二状况期间，将排气的一部分从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游，在使排气流动通过热交换器之前从热存储装置抽取热能到排气中；其中在第一状况和第二状况中的每个期间，维持从排气到热交换器的热输入。附加地或可选地，任何前述示例还包括在第三状况期间，通过在热存储装置的上游将环境空气抽取到排气中，将环境空气与排气混合，并且然后使空气-排气混合物流动通过热交换器，增大通过热交换器的排气流率，其中在第三状况下也维持热输入。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，第一状况包括高于第一阈值排气热能，第二状况包括低于第二阈值排气热能和低于阈值排气温度，并且第三状况包括低于第二阈值排气热能和低于阈值排气流率，其中排气热能基于排气温度和排气流率中的每个，排气热能随着排气温度和排气流率中的至少一个的增大而增加，并且其中维持热输入包括维持排气热能在第一阈值排气热能和第二阈值排气热能内，其中第一阈值高于第二阈值。可选地或任选地，任何或全部前述示例还包括在第四状况期间，当排气热能在第一阈值和第二阈值之间时，使排气流动到热交换器同时绕过热存储装置。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，在排气流动通过热交换器期间，热能转移到循环通过热交换器的有机流体，经由包括热交换器的底循环从热能产生电能，并且电能存储在耦连到底循环的膨胀器的电池中。
在另一个示例中，一种耦连到车辆的发动机***包括：发动机进气歧管；发动机排气***，其包括耦连到主排气通道的排气温度传感器和排气压力传感器、跨越热存储装置耦连到主排气通道的旁通通道，和包括用于将排气从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的鼓风机的再循环通道；排气热回收***，其包括耦连到排气通道的热存储装置、耦连在热存储装置的下游的热交换器、底循环，所述底循环包括热交换器、耦连到电池的膨胀器、冷凝器和用于将工作流体循环通过底循环的泵；通气管路，其包括耦连到再循环通道的通气阀；耦连到排气通道用于经由旁通通道调节排气流的分流阀；耦连到再循环通道用于调节排气从热交换器的下游到热存储装置的上游的再循环的再循环阀。发动机***还包括具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令存储在非暂时性存储器上用于：在第一模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀关闭，并且通气阀关闭以将排气直接地流动到热交换器从而绕过热存储装置；和在第二模式下操作排气热回收***，其中分流阀打开，再循环阀关闭，并且通气阀关闭以使第一部分排气绕过热存储装置直接地流动到热交换器并且使第二部分排气经由热存储装置流动到热交换器同时将来自第二部分排气的热能转移到热存储装置；以及响应于所估计的排气热能增加高于第一阈值热能，从第一模式转变到第二模式，排气的热能基于来自排气温度和压力传感器的输入来估计。附加地或可选地，在任何前述示例中，控制器进一步包括指令用于：在第三模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀打开，并且通气阀关闭以使排气的至少一部分从热交换器的下游流动到热存储装置的上游，将所述排气的一部分与从发动机产生的排气混合，通过从热存储装置抽取热能来加热排气混合物，并且然后使排气混合物流动通过热交换器；在第五模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀打开并且通气阀打开以经由通气管路抽取环境空气，将环境空气与从发动机产生的排气混合，通过从热存储装置抽取热能加热排气和空气混合物，并且然后使排气和空气混合物流动通过热交换器；响应于排气热能减少至低于比第一阈值热能低的第二阈值热能，从第二模式转变到第三模式；以及响应于排气流率的下降从第三模式转变到第四模式。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，在第一模式、第二模式、第三模式和第四模式中的每个期间，来自流过热交换器的排气或排气和空气混合物的热能转移到工作流体，流体然后经由底循环的膨胀器被路由，其中电能从热能产生并且电能存储在电池中。
在进一步的表示中，一种耦连到车辆的发动机***，其包括：发动机进气歧管；发动机排气***，其包括耦连到主排气通道的排气温度传感器和排气压力传感器、跨越热存储装置耦连到主排气通道的旁通通道和包括用于使排气从热交换器的下游再循环到热存储装置的上游的包括鼓风机的再循环通道；排气热回收***，其包括耦连到排气通道的热存储装置、耦连在热存储装置的下游的热交换器、底循环，所述底循环包括热交换器、耦连到电池的膨胀器、冷凝器和用于使工作流体循环通过底循环的泵；包括耦连到再循环通道的通气阀的通气管路；耦连到排气通道用于经由旁通通道调节排气流的分流阀；耦连到再循环通道用于调节排气从热交换器的下游到热存储装置的上游的再循环的再循环阀；以及具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令存储在非暂时性存储器上用于：在第一模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀关闭，并且通气阀关闭以使排气直接地流动到热交换器从而绕过热存储装置。附加地或可选地，在任何前述示例中，控制器进一步包括指令用于：在第二模式下操作排气热回收***，其中分流阀打开，再循环关闭，并且通气阀关闭以使第一部分排气绕过热存储装置直接地流动到热交换器并且使第二部分排气经由热存储装置流动到热交换器同时将来自第二部分排气的热能转移到热存储装置；以及响应于所估计的排气热能增加高于第一阈值热能，从第一模式转变到第二模式，排气的热能基于来自排气温度和压力传感器的输入来估计。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，控制器进一步包括指令用于：在第三模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀关闭，并且通气阀关闭以使排气绕过热存储装置直接地流动到热交换器，以及响应于所估计的排气热能和第一阈值热能之间的差的增大到阈值差以上，从第二模式转变到第三模式。附加地或可选地，在任何或全部前述示例中，控制器进一步包括指令用于：在第四模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀打开，并且通气阀关闭以使排气的至少一部分从热交换器的下游流动到热存储装置的上游，将所述排气的一部分与从发动机产生的排气混合，通过从热存储装置抽取热能加热排气混合物，并且然后使排气混合物流动通过热交换器；在第五模式下操作排气热回收***，其中分流阀关闭，再循环阀打开，并且通气阀打开以经由通气管路抽取环境空气，将环境空气与从发动机产生的排气混合，通过从热存储装置抽取热能加热排气和空气混合物，并且然后使排气和空气混合物流动通过热交换器；响应于排气热能减少至低于比第一阈值热能低的第二阈值热能，从第二模式或第三模式转变到第四模式；以及响应于排气流率的下降，从第四模式转变到第五模式。
注意本文包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆***配置使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制***与各种传感器、致动器和其他发动机硬件的组合执行。本文所述的具体例程可以表示任何数量的诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行地执行、或在一些情况下被省略。同样，实现本文所述的示例实施例的特征和优点不必要求处理顺序，但是为了便于说明和描述提供所述处理顺序。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据正在使用的特定策略重复地执行。此外，所述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示要编程到发动机控制***中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中所述的动作通过执行***中的指令来执行，所述***包括各种发动机硬件组件与电子控制器的组合。
将理解的是，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不以限制意义考虑，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种***和配置及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别地指出视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以参考“一个”元件或“第一”元件或它们的等同物。此类权利要求应该理解为包括一个或多个此类元件的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过新权利要求在本申请或相关申请中的呈现加以保护。此类权利要求无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同也视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
当排气热能高于第一阈值时，在热交换器的上游将所述热能的一部分存储在热能存储装置处之后，使排气流动通过热交换器；以及
当排气热能低于第二阈值时，在从所述热能存储装置抽取热能之后，使排气流动通过所述热交换器，所述第一阈值高于所述第二阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气热能被确定为排气温度和排气流率的函数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器被包括在底循环中，所述底循环还包括膨胀器、冷凝器、泵和耦连到所述膨胀器的电池，并且其中使排气流动通过所述热交换器包括在所述热交换器处将来自所述排气的热转移到所述底循环的工作流体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一阈值和所述第二阈值中的每个基于所述底循环的参数，所述参数包括所述膨胀器两端的压降、所述工作流体的性质和所述工作流体的温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括，当排气热能在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，使排气经由旁通通道流动到所述热交换器，同时绕过所述热能存储装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中当排气热能高于所述第一阈值时，使排气流动通过所述热交换器包括使第一部分排气绕过所述热能存储装置直接地流动到所述热交换器，并且同时地使第二部分排气经由所述热能存储装置流动到所述热交换器，其中存储在所述热能存储装置中的热能的所述部分源自于所述第二部分排气。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括，当排气热能低于所述第二阈值时：
在第一状况期间，将部分排气从所述热交换器的下游再循环到所述热能存储装置的上游，将再循环的排气与由所述发动机产生的排气混合，以形成组合的排气流，通过从所述热能存储装置抽取热能加热所述组合的排气流，并且然后使所述组合的排气流流动通过所述热交换器；以及
在第二状况期间，经由耦连到通气管路的鼓风机抽取环境空气，将所述环境空气输送到所述热能存储装置的上游，将所述环境空气与由所述发动机产生的排气混合以形成组合的排气流，通过从所述热能存储装置抽取热能加热所述组合的排气流，并且然后使所述组合的排气流流动通过所述热交换器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述热能存储装置包括相变材料，其中存储热能包括将所述相变材料从固相转变到液相，并且其中释放热能包括将所述相变材料从所述液相转变到所述固相。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一状况包括由于低于阈值排气温度和高于阈值排气流率而引起的低于第二阈值热能，并且所述第二状况包括由于高于阈值排气温度和低于阈值排气流率而引起的低于第二阈值热能。
10.根据权利要求7所述的方法，其中从所述热交换器的下游再循环到所述热能存储装置的上游的所述部分排气基于所述排气热能和所述第二阈值之间的差，所述部分排气随着所述排气热能和所述第二阈值之间的差的增大而增加，所述部分排气通过增加耦连到再循环通道的再循环阀的开度而增加。
11.根据权利要求10所述的方法，其中经由所述鼓风机抽取的环境空气的量基于所述排气热能和所述第二阈值之间的差，所述量随着所述排气热能和所述第二阈值之间的差的增大而增加，所抽取的环境空气的量通过增加通气阀的开度和所述鼓风机的输出中的一个或多个来增加。
12.根据权利要求1所述的方法，其还包括在发动机冷启动期间，独立于所述排气热能，使排气绕过所述热能存储装置直接地流动到所述热交换器。
13.一种发动机方法，其包括：
在第一状况期间，将来自至少一部分排气的热能存储在热能存储装置处，并且然后使排气流动通过热交换器；以及
在第二状况期间，将部分排气从所述热交换器的下游再循环到所述热能存储装置的上游，在使所述排气流动通过所述热交换器之前从所述热能存储装置抽取热能到所述排气中；
其中在所述第一状况和第二状况中的每个期间，维持从所述排气到所述热交换器中的热输入。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括在第三状况期间，通过在所述热能存储装置的上游将环境空气抽取到所述排气中，将所述环境空气与所述排气混合，并且然后使空气-排气混合物流动通过所述热交换器，从而增加通过所述热交换器的排气流率，其中所述热输入在所述第三状况下也被维持。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一状况包括高于第一阈值排气热能，所述第二状况包括低于第二阈值排气热能和低于阈值排气温度，并且所述第三状况包括低于第二阈值排气热能和低于阈值排气流率，其中所述排气热能基于排气温度和排气流率中的每个，所述排气热能随着所述排气温度和所述排气流率中的至少一个的增大而增加，并且其中维持所述热输入包括将所述排气热能维持在所述第一阈值排气热能和所述第二阈值排气热能内，其中所述第一阈值高于所述第二阈值。
16.根据权利要求15所述的方法，其还包括在第四状况期间，当所述排气热能在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，使排气流动到所述热交换器同时绕过所述热能存储装置。
17.根据权利要求13所述的方法，其中在排气流动通过所述热交换器期间，热能转移到循环通过所述热交换器的有机流体，经由包括所述热交换器的底循环从所述热能产生电能，并且所述电能被存储在耦连到所述底循环的膨胀器的电池中。
18.一种耦连到车辆的发动机***，其包括：
发动机进气歧管；
发动机排气***，其包括耦连到主排气通道的排气温度传感器和排气压力传感器、跨越热能存储装置耦连到所述主排气通道的旁通通道和用于将排气从热交换器的下游再循环到所述热能存储装置的上游的包括鼓风机的再循环通道；
排气热回收***，其包括耦连到所述主排气通道的所述热能存储装置、耦连在所述热能存储装置的下游的所述热交换器、底循环，所述底循环包括所述热交换器、耦连到电池的膨胀器、冷凝器和用于将工作流体循环通过所述底循环的泵；
通气管路，其包括耦连到所述再循环通道的通气阀；
分流阀，其耦连到所述主排气通道，用于经由所述旁通通道调节排气流；
再循环阀，其耦连到所述再循环通道，用于调节从所述热交换器的下游到所述热能存储装置的上游的排气的再循环；和
具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令存储在非暂时性存储器上，用于：
在第一模式下操作所述排气热回收***，其中所述分流阀关闭，所述再循环阀关闭，并且所述通气阀关闭以使排气绕过所述热能存储装置直接地流动到所述热交换器；和
在第二模式下操作所述排气热回收***，其中所述分流阀打开，所述再循环阀关闭，并且所述通气阀关闭以使第一部分排气绕过所述热能存储装置直接地流动到所述热交换器并且使第二部分排气经由所述热能存储装置流动到所述热交换器同时将来自所述第二部分排气的热能转移到所述热能存储装置；以及
响应于估计的排气热能增加高于第一阈值热能，从所述第一模式转变到所述第二模式，所述排气的所述热能基于来自所述排气温度传感器和所述排气压力传感器的输入估计。
19.根据权利要求18所述的***，其中所述控制器进一步包括指令，所述指令用于：
在第三模式下操作所述排气热回收***，其中所述分流阀关闭，所述再循环阀打开，并且所述通气阀关闭以使至少一部分排气从所述热交换器的下游流动到热能存储装置的上游，将所述部分排气与从所述发动机产生的排气混合，通过从所述热能存储装置抽取热能加热排气混合物，并且然后使所述排气混合物流动通过所述热交换器；
在第四模式下操作所述排气热回收***，其中所述分流阀关闭，所述再循环阀打开，并且所述通气阀打开以经由所述通气管路抽取环境空气，将所述环境空气与从所述发动机产生的排气混合，通过从所述热能存储装置抽取热能加热排气和空气混合物，并且然后使所述排气和空气混合物流动通过所述热交换器；
响应于所述排气热能减少至低于比所述第一阈值热能低的第二阈值热能，从所述第二模式转变到所述第三模式；以及
响应于排气流率的下降，从所述第三模式转变到第四模式。
20.根据权利要求19所述的***，其中在所述第一模式、所述第二模式、所述第三模式和所述第四模式中的每个期间，来自流过所述热交换器的排气或排气和空气混合物的热能转移到所述工作流体，所述工作流体然后经由所述底循环的所述膨胀器被输送，其中电能从所述热能产生并且所述电能存储在所述电池中。
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