多個實施例涉及用于向車輛中的熱力循環(huán)(諸如郎肯循環(huán))中的工作流體傳遞熱的熱交換器。

背景技術(shù)：

包括混合動力車輛的車輛具有內(nèi)燃發(fā)動機，內(nèi)燃發(fā)動機產(chǎn)生高溫廢氣。車輛還可包括具有廢熱且需要冷卻的多個系統(tǒng)(例如，具有冷卻劑流體的發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng))。在操作期間，熱力循環(huán)(諸如，郎肯循環(huán))可用于(例如，通過使用發(fā)動機廢氣)回收車輛中的廢熱并使用熱交換器將能量提供至車輛。通常，發(fā)動機廢氣可在熱交換器中直接加熱熱力循環(huán)中的工作流體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)實施例，提供一種車輛，所述車輛設置有發(fā)動機，發(fā)動機具有廢氣系統(tǒng)，廢氣系統(tǒng)包括消聲器主體，消聲器主體內(nèi)包含控制廢氣流經(jīng)調(diào)諧管的閥。車輛具有在包含工作流體的閉合回路中依次流體連通的膨脹器、冷凝器、泵和蒸發(fā)器。蒸發(fā)器布置在消聲器主體內(nèi)并支撐消聲器主體中的閥和調(diào)諧管，蒸發(fā)器與廢氣和工作流體熱接觸。

根據(jù)另一實施例，提供一種車輛消聲器，所述車輛消聲器設置有殼體，所述殼體具有廢氣入口和廢氣出口。調(diào)諧管布置在殼體內(nèi)并支撐用以控制廢氣流經(jīng)調(diào)諧管的閥。設置有導管，郎肯循環(huán)中的工作流體流動通過所述導管。導管布置在殼體內(nèi)并支撐調(diào)諧管，并且與廢氣和工作流體熱接觸。

根據(jù)又一實施例，提供一種控制車輛的方法。在熱力循環(huán)中的熱交換器中加熱工作流體，熱交換器布置在消聲器內(nèi)以支撐消聲器中的調(diào)諧管并與發(fā)動機廢氣熱接觸。響應于接收到指示工作流體的溫度的信號，控制與調(diào)諧管關(guān)聯(lián)的閥的位置以控制廢氣流經(jīng)調(diào)諧管。

根據(jù)本公開的各個實施例提供關(guān)聯(lián)、非限制的優(yōu)點。例如，諸如郎肯循環(huán)的熱力循環(huán)可用于將熱能轉(zhuǎn)換成機械能或電能。已致力于當發(fā)動機廢氣在車輛中釋放廢熱時更有效地從發(fā)動機廢氣中收集熱量。本公開提供具有熱交換器或蒸發(fā)器的郎肯循環(huán)，該熱交換器或蒸發(fā)器設置在消聲器內(nèi)或作為內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的消聲器。廢氣在蒸發(fā)器中加熱并蒸發(fā)工作流體。消聲器中的熱交換器或蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)用于減小由內(nèi)燃發(fā)動機的排氣發(fā)出的噪音的量，并且被構(gòu)造為降低聲音或隔音的結(jié)構(gòu)，以減小由發(fā)動機產(chǎn)生的壓力和關(guān)聯(lián)的聲音。蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)可包括用于廢氣的多個通道，對這些通道進行諧波調(diào)諧，以產(chǎn)生相消干涉而消除相反的聲波。與在廢氣流中設有兩個單獨的裝置(例如，消聲器和用于熱力循環(huán)的蒸發(fā)器)不同，通過將蒸發(fā)器并入消聲器結(jié)構(gòu)，可降低發(fā)動機上的總背壓，進而使發(fā)動機效率和車輛的燃料經(jīng)濟性增加。消聲器中的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)用于降低廢氣溫度，進而還減小發(fā)動機廢氣的壓力和聲壓或聲學壓力，并使車輛的噪音減小。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)實施例的車輛的系統(tǒng)的示意圖；

圖2示出了用于圖1的郎肯循環(huán)的簡化的壓力-焓圖；

圖3示出了在多種操作條件下用于圖1的郎肯循環(huán)的簡化的壓力-焓圖；

圖4示出了根據(jù)實施例的具有熱交換器的消聲器的示意圖；

圖5示出了根據(jù)實施例的控制車輛的熱交換器和消聲器的方法。

具體實施方式

根據(jù)需要，在此提供本公開的詳細實施例；然而，應理解公開的實施例僅為示例并且可以以各種和替代的形式來體現(xiàn)。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以顯示特定部件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應被解釋為限制，而僅作為用于教導本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種形式使用本公開的代表性基礎。以化學術(shù)語描述的組分是指添加到說明書中特定的任何組合物時的組分，并且不一定排除一旦混合時混合物的組分之間的化學相互作用。如本公開中描述的流體可指處于各種狀態(tài)或相(包括汽相、液相、汽/液混合相、過熱氣體、過冷液體等)的物質(zhì)。

熱力循環(huán)(諸如郎肯循環(huán))可用于將熱能轉(zhuǎn)化成機械能或電能。已致力于當發(fā)動機廢氣在車輛中釋放廢熱時更有效地從發(fā)動機廢氣中收集熱量。本公開提供具有熱交換器或蒸發(fā)器的郎肯循環(huán)，該熱交換器或蒸發(fā)器設置在消聲器內(nèi)或作為內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的消聲器。廢氣在蒸發(fā)器中加熱并蒸發(fā)工作流體。消聲器中的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)用于減小由內(nèi)燃發(fā)動機的排氣發(fā)出的噪音的量，并且被構(gòu)造為降低聲音或隔音的結(jié)構(gòu)以減小由發(fā)動機產(chǎn)生的壓力和關(guān)聯(lián)的聲音。熱交換器或蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)可包括用于廢氣的多個通道，對這些通道進行諧波調(diào)諧以產(chǎn)生相消干涉而消除相反的聲波。與在廢氣流中設有兩個單獨的裝置(例如，消聲器和蒸發(fā)器)不同，通過將蒸發(fā)器并入消聲器結(jié)構(gòu)，可降低發(fā)動機上的總背壓，進而使發(fā)動機效率和車輛的燃料經(jīng)濟性增加。消聲器中的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)用于降低廢氣溫度，進而還減小發(fā)動機廢氣的壓力和聲壓或聲學壓力，并使車輛的噪音減小。

圖1示出了根據(jù)示例的車輛10中的各個系統(tǒng)的簡化示意圖。各個車輛系統(tǒng)中的流體可通過與郎肯循環(huán)的熱交換器內(nèi)的工作流體進行熱傳遞而被冷卻，并且工作流體進而在郎肯循環(huán)的冷凝器中使用外界空氣而被冷卻。郎肯循環(huán)通過將車輛中的廢熱轉(zhuǎn)換成電能或機械能而允許能量回收，不然的話車輛中的廢熱將傳遞到外界空氣。

車輛可以是具有可用于車輪的多個扭矩源的混合動力車輛。在其它示例中，車輛是僅具有發(fā)動機的傳統(tǒng)車輛。在示出的示例中，車輛具有內(nèi)燃發(fā)動機50和電機(m/g)52。電機52可以是馬達或馬達/發(fā)電機。發(fā)動機50和電機52經(jīng)由變速器54連接到一個或更多個車輪55。變速器54可以是齒輪箱、行星齒輪系統(tǒng)或其它變速器。離合器56可設置在發(fā)動機50、電機52以及變速器54之間。動力傳動系統(tǒng)可以以各種方式(包括并聯(lián)、串聯(lián)或串-并聯(lián)混合動力車輛)進行配置。

電機52接收來自牽引電池58的電力以將扭矩提供至車輪55。例如，在制動操作期間，電機52還可作為發(fā)電機操作以提供電力為電池58充電。

發(fā)動機50可以是內(nèi)燃發(fā)動機(諸如壓燃式發(fā)動機或火花點火式發(fā)動機)。發(fā)動機50具有排氣系統(tǒng)60，廢氣通過排氣系統(tǒng)60從發(fā)動機50中的汽缸排出到大氣。排氣系統(tǒng)60具有連接到發(fā)動機汽缸的排氣口的排氣歧管。排氣系統(tǒng)60可包括用于噪聲控制的一個或更多個消聲器61。排氣系統(tǒng)60可包括一個或更多個排放控制系統(tǒng)(諸如，三元催化劑、催化轉(zhuǎn)化器、微粒過濾器等)。在一些示例中，排氣系統(tǒng)60還可包括廢氣再循環(huán)(egr)系統(tǒng)和/或壓縮裝置(諸如渦輪增壓器)。

發(fā)動機50還具有冷卻劑系統(tǒng)62。冷卻劑系統(tǒng)包含在操作期間從發(fā)動機50去除熱的發(fā)動機冷卻劑流體，該冷卻劑流體可包括水、乙二醇和/或其它流體。發(fā)動機50可設置有具有通道的內(nèi)部冷卻夾套或外部冷卻夾套，以使用再循環(huán)的發(fā)動機冷卻劑流體從發(fā)動機50的各個區(qū)域去除熱。冷卻劑系統(tǒng)62可包括泵、散熱器和儲液器(未示出)。

車輛具有熱力循環(huán)70。在一個示例中，循環(huán)70是郎肯循環(huán)。在另一個示例中，循環(huán)70是變型的郎肯循環(huán)或包括在循環(huán)操作期間經(jīng)歷不止一次相轉(zhuǎn)變的工作流體的另一熱力循環(huán)。郎肯循環(huán)70包含工作流體。在一個示例中，工作流體在系統(tǒng)中經(jīng)歷相變并且是混合相流體。工作流體可以是r-134a、r-245或基于所述循環(huán)的期望的操作參數(shù)的其它有機或無機化學制冷劑。循環(huán)70與用于發(fā)動機的冷卻劑系統(tǒng)62分開。

循環(huán)70具有被構(gòu)造為使工作流體的壓力增加的泵72、壓縮機或其它裝置。泵72可以是離心泵、容積泵等。工作流體從泵72流到一個或更多個熱交換器。熱交換器可以是被構(gòu)造為向工作流體傳遞熱的預熱器、蒸發(fā)器、過熱器等。

示出的示例具有第一熱交換器74，該熱交換器被構(gòu)造為預熱器。設置有第二熱交換器76，并且該熱交換器可被配置為蒸發(fā)器。在其它示例中，可在泵72的下游設置更多或更少的熱交換器。例如，循環(huán)70可僅設置有熱交換器76，或可設置有三個或更多個熱交換器以加熱工作流體。此外，泵72的下游的熱交換器可相對于彼此以各種方式布置或定位，例如，并聯(lián)、如圖所示的串聯(lián)或串聯(lián)和并聯(lián)流動的組合。

熱交換器74、76被構(gòu)造為從外部熱源傳熱以加熱循環(huán)70中的工作流體并引起液相到汽相的相變。在示出的示例中，熱交換器74被構(gòu)造為將熱從冷卻劑回路62中的發(fā)動機冷卻劑流體傳遞到循環(huán)70中的工作流體。因此，發(fā)動機冷卻劑在返回到發(fā)動機50之前溫度降低以從其中去除熱，并且熱交換器74在冷卻劑系統(tǒng)62中充當散熱器。同樣地，循環(huán)70的工作流體的溫度在熱交換器74中升高。

在其它示例中，如下文更詳細討論的，熱交換器74被構(gòu)造為將熱從車輛系統(tǒng)中的另一流體(包括但不限于發(fā)動機潤滑流體、變速器潤滑流體和電池冷卻流體)傳遞到循環(huán)70的工作流體。在進一步的示例中，設置多個預熱熱交換器74并且每個預熱熱交換器74與單獨的車輛系統(tǒng)流體連通以從其中接收熱?？稍O置閥或其它流動控制機構(gòu)以選擇性地引導或控制至多個熱交換器的流動。

在另一個示例中，熱交換器74位于熱交換器76的下游，使得熱交換器74被構(gòu)造為過熱器，并從來自各個車輛系統(tǒng)的流體(包括但不限于廢氣再循環(huán)(egr)流動)傳熱。熱交換器74提供用于egr流動的散熱器，從而將廢熱提供到循環(huán)70中的工作流體。熱交換器74相對于熱交換器76的定位可以是基于車輛系統(tǒng)的廢熱流體的平均溫度或可用熱量的。

在循環(huán)70中還設置第二熱交換器76。在一個示例中，熱交換器76被構(gòu)造為將熱從發(fā)動機排氣系統(tǒng)60中的廢氣傳遞到所述循環(huán)的工作流體。對于熱交換器76，排氣系統(tǒng)60中的發(fā)動機廢氣可流動通過熱交換器76以將熱直接傳遞到循環(huán)70中的工作流體。熱交換器76可與排氣系統(tǒng)60中的消聲器61集成在一起，或者熱交換器76可設置為消聲器61，并且可替代具有一個或更多個消聲器的排氣系統(tǒng)60中的傳統(tǒng)消聲器。

發(fā)動機排氣系統(tǒng)60可具有穿過熱交換器76或與熱交換器76接觸的第一流動路徑78。發(fā)動機排氣系統(tǒng)60還可具有第二流動路徑或旁通流動路徑80以轉(zhuǎn)移在熱交換器76周圍流動的至少一部分廢氣。如下所述，第二流動路徑或旁通流動路徑80可由消聲器的調(diào)諧管設置?？稍O置閥82以控制流經(jīng)熱交換器76的廢氣量，進而對傳遞到工作流體的熱的量以及膨脹器84上游的工作流體的溫度和狀態(tài)提供控制。熱交換器76可以以多種方式構(gòu)造，例如，熱交換器76可以是用于工作流體的單程或多程熱交換器，并可提供共流、交叉流或逆流。

如下文進一步討論的，熱交換器74、76中的至少一個被構(gòu)造為向循環(huán)70中的工作流體傳遞足夠的熱以使工作流體蒸發(fā)。蒸發(fā)器接收液相或液-汽混合相溶液的工作流體，并將該工作流體加熱到汽相或過熱汽相。本公開總體上描述了使用熱交換器76作為利用發(fā)動機廢氣60的蒸發(fā)器；然而，循環(huán)70中的熱交換器74可設置為蒸發(fā)器。

膨脹器84可以是汽輪機(諸如離心汽輪機或軸流汽輪機)或其它類似的裝置。隨著工作流體膨脹，通過工作流體旋轉(zhuǎn)或致動膨脹器84而產(chǎn)生功。膨脹器84可連接到馬達/發(fā)電機(m/g)86以旋轉(zhuǎn)馬達/發(fā)電機從而產(chǎn)生電力，或連接到其它機械聯(lián)動裝置以將額外的機械能提供到傳動軸和車輪55。膨脹器84可通過軸或其它機械聯(lián)動裝置連接到發(fā)電機86。發(fā)電機86連接到電池58以提供給電池58充電的電力?？稍诎l(fā)電機86和電池58之間設置逆變器或ac-dc轉(zhuǎn)換器(ac/dc)88。

工作流體離開膨脹器84并流到循環(huán)70中的熱交換器90(也稱為冷凝器90)。冷凝器90可位于車輛10的前部區(qū)域。冷凝器90被構(gòu)造為與外界氣流92接觸使得熱從工作流體傳遞到外界氣流92以從工作流體去除熱并冷卻和/或冷凝工作流體。冷凝器90可以是一級或多級冷凝器，并可根據(jù)循環(huán)70的需要使用閥或其它機構(gòu)來控制經(jīng)過各級的工作流體的流動。

在一些示例中，循環(huán)70包括流體儲存器94或干燥器。儲存器94可設置為用于循環(huán)70中工作流體的流體或液體儲存器。泵72從儲存器94汲取流體以完成循環(huán)70。如從圖1可以看出的，循環(huán)70是閉合回路循環(huán)，使得工作流體不與車輛中的其它流體或外界空氣混合。

如下文描述的，循環(huán)70可包括被配置為使循環(huán)在預定參數(shù)內(nèi)操作的控制器96。控制器96可以與泵72、膨脹器84以及循環(huán)70和車輛10中的各種閥和/或傳感器通信。

控制器96可以與發(fā)動機控制單元(ecu)、變速器控制單元(tcu)、車輛系統(tǒng)控制器(vsc)等集成或通信，也可與各種車輛傳感器通信。用于車輛10的控制系統(tǒng)可包括任何數(shù)量的控制器，且可集成到單個控制器中，或具有多個模塊。一些或所有控制器可通過控制器局域網(wǎng)(can)或其它系統(tǒng)連接?？刂破?6和車輛控制系統(tǒng)可包括與各種類型的計算機可讀存儲裝置或介質(zhì)通信的微處理器或中央處理器(cpu)。例如，計算機可讀存儲裝置或介質(zhì)可包括只讀存儲器(rom)、隨機存取存儲器(ram)和保活存儲器(kam)中的易失性存儲和非易失性存儲。kam是可以用于在cpu掉電時存儲各種操作變量的永久或非易失性存儲器。計算機可讀存儲裝置或介質(zhì)可以使用任意數(shù)量的已知存儲裝置(諸如prom(可編程只讀存儲器)、eprom(電可編程只讀存儲器)、eeprom(電可擦除可編程只讀存儲器)、閃存或能夠存儲數(shù)據(jù)的任意其它電、磁、光學或組合的存儲裝置)來實現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)中的一些數(shù)據(jù)代表在控制車輛或循環(huán)70時由控制器使用的可執(zhí)行指令。

圖2示出了用于如圖1中所示的郎肯循環(huán)或熱力循環(huán)70的工作流體的壓力-焓圖。該圖的縱軸上是壓力(p)而橫軸上是焓(h)。焓的單位可以是每單位質(zhì)量的能量，例如kj/kg。

參照圖1至圖2，在一個示例中，在循環(huán)中的點130處設置溫度傳感器和壓力傳感器以在泵72入口處測量循環(huán)中的工作流體的溫度和壓力。還可在點134處在膨脹器84的入口處和點136處在膨脹器84的出口處設置溫度傳感器和/或壓力傳感器。這些溫度傳感器和壓力傳感器與控制器96通信并被配置為向控制器96發(fā)送信號。控制器96還可與閥82通信并向閥82或閥82的關(guān)聯(lián)的控制機構(gòu)發(fā)送信號，以控制閥82的位置。

在一個或更多個實施例中，車輛還可設置有空調(diào)系統(tǒng)100。系統(tǒng)100與循環(huán)70分開或者與循環(huán)70相獨立?？照{(diào)系統(tǒng)100可形成用于車輛10的采暖、通風和空調(diào)(hvac)系統(tǒng)的一部分。通過車輛乘客，hvac系統(tǒng)100將溫度受控的空氣提供到車輛或乘客艙以進行車艙氣候控制。空調(diào)系統(tǒng)100具有與外界空氣92接觸的第一熱交換器101或冷凝器。冷凝器101可位于車輛10的前部區(qū)域。冷凝器101被構(gòu)造為用于在外界空氣和系統(tǒng)100中的制冷劑或其它流體之間進行熱傳遞。

空調(diào)系統(tǒng)100還可包括膨脹裝置、閥或節(jié)流閥102以及壓縮機或抽吸裝置104。系統(tǒng)100具有與將被引導到車艙108的氣流110以及系統(tǒng)100中的制冷劑接觸的另一個熱交換器106。用于車艙調(diào)節(jié)的氣流110流過熱交換器106并被熱交換器106中的制冷劑冷卻，隨后根據(jù)車輛乘客的需要流向車艙108。

弧圓(dome)120提供了工作流體的各個相之間的分隔線。在弧圓120左邊的區(qū)域122中，工作流體是液體或過冷液體。在弧圓120右邊的區(qū)域126中，工作流體是蒸汽或過熱蒸汽。在弧圓120下方的區(qū)域124中，工作流體是混合相(例如，液相和汽相的混合)。沿著圓頂120的左手側(cè)(在此處區(qū)域122和124相遇)，工作流體是飽和液體。沿著圓頂120的右手側(cè)(在此處區(qū)域124和126相遇)，工作流體是飽和蒸汽。

根據(jù)實施例，在圖2的圖上示出了圖1的郎肯循環(huán)70。出于本公開的目的而簡化了所繪制的循環(huán)70，并且盡管在實際應用中在循環(huán)70或系統(tǒng)中可能存在損失，但是并沒有示出任何損失。損失可包括抽吸損失、管道損失、壓力和摩擦損失、通過各個部件的熱損失以及系統(tǒng)中的其它不可逆性。如圖2中示出的循環(huán)70的操作被簡化，而假設壓力恒定、絕熱、可逆和/或等熵過程步驟，如適當?shù)暮驮谙挛拿枋龅哪菢?；然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應認識到在實際應用中循環(huán)70可相對于這些假設有所不同。所述循環(huán)被繪制為在高壓ph和低壓pl之間操作。圖中還示出了等溫線，例如th和tl。

循環(huán)70在工作流體進入泵72的點130處開始。在130處，工作流體是液體并且可以被過冷至比pl處的飽和溫度低2-3攝氏度或更多的溫度。在點132處，工作流體以較高壓力ph并以液相離開泵72。在示出的示例中，從130到132的抽吸過程被建模為等熵或絕熱可逆的。

在132處，工作流體進入一個或更多個熱交換器(例如，熱交換器74、76)。在熱交換器74、76中使用來自發(fā)動機廢氣和其它的車輛廢熱源的廢熱來加熱工作流體。在點134處，工作流體以蒸汽或過熱蒸汽離開熱交換器。從132到134的加熱過程被建模為恒壓過程。如從圖中可以看出的，從132到134的過程在ph處發(fā)生，并且在134處溫度增加到th。工作流體開始在132處為液相并在134處以過熱汽相離開熱交換器74、76。

在點134處，工作流體作為過熱蒸汽進入膨脹器84(諸如，汽輪機)。隨著工作流體膨脹而驅(qū)動膨脹器或使膨脹器旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生功。在點136處，工作流體以壓力pl離開膨脹器84。如所示出的，在136處，工作流體可以是過熱蒸汽。在其它示例中，工作流體在離開膨脹器84之后可以是飽和蒸汽或者可以是混合相并處在區(qū)域124中。在進一步的示例中，工作流體在弧圓120的右手側(cè)的飽和蒸汽線的幾攝氏度內(nèi)。在示出的示例中，從134到136的膨脹過程被建模為等熵或絕熱可逆的。隨著工作流體膨脹，膨脹器84引起裝置內(nèi)的壓降和相應的溫降。

在136處，工作流體進入一個或更多個熱交換器(例如，熱交換器90)。在熱交換器90中使用通過車輛的前部區(qū)域接收的外界空氣來冷卻工作流體。在點130處，工作流體離開熱交換器90隨后流到泵72。在循環(huán)70中還可包括儲存器。從136到130的冷卻過程被建模為恒壓過程。如從圖中可以看出的，從136到130的過程在pl處發(fā)生。在熱交換器90中工作流體的溫度可降低。工作流體開始在136處為過熱蒸汽或汽-液混合相并在130處以液體離開熱交換器90。

在一個示例中，循環(huán)70被配置為在ph與pl的壓力比約為3時進行操作，或者在進一步的示例中，壓力比約為2.7。在其它示例中，壓力比可以更高或更低。根據(jù)車輛10及其周圍環(huán)境的要求，循環(huán)70可適于在各種外界環(huán)境中操作。在一個示例中，循環(huán)70被配置為在可能的外界溫度范圍內(nèi)操作。外界溫度可對可用于熱交換器90中的工作流體的冷卻量提供限制。在一個示例中，循環(huán)70可以在-25攝氏度至40攝氏度的外界溫度或環(huán)境溫度內(nèi)操作。在其它示例中，循環(huán)70可以以更高和/或更低的外界溫度操作。

由循環(huán)70提供的功率可以是廢熱流體的質(zhì)量流量、廢熱流體的溫度、工作流體在點134處的溫度以及外界空氣的質(zhì)量流量的函數(shù)。例如，在廢氣提供唯一的廢熱源的情況下，由循環(huán)70提供的功率是通過熱交換器76的廢氣的質(zhì)量流量、進入熱交換器76的廢氣的溫度、工作流體在點134處的溫度以及外界空氣的質(zhì)量流量的函數(shù)。對于具有不止一個廢熱源的系統(tǒng)，由循環(huán)70提供的功率還會涵蓋每個源的質(zhì)量流量和溫度。在一個示例中，循環(huán)70輸出的功率在1.0kw-2.0kw的數(shù)量級上，在進一步的示例中，對于廢氣溫度的范圍為600-800攝氏度且廢氣質(zhì)量流量的范圍為50-125kg/hr的循環(huán)，輸出的功率大約為1.5kw。

對于車輛10，循環(huán)70的效率可以基于發(fā)電機86產(chǎn)生的電力以及來自廢熱源(例如發(fā)動機廢氣、發(fā)動機冷卻劑等)的可用的熱傳遞的速率來確定?？捎玫臒醾鬟f的速率是通過循環(huán)的關(guān)聯(lián)的熱交換器的廢熱流體的質(zhì)量流量和熱交換器兩端的廢熱流體的溫度差的函數(shù)。在一個示例中，測量的僅使用廢氣熱的循環(huán)效率平均在8％以上，而在進一步的示例中，對于僅使用廢氣廢熱的循環(huán)，測量的循環(huán)效率平均在10％以上。

對于系統(tǒng)操作和維持系統(tǒng)效率，在循環(huán)70中的特定操作點處維持工作流體的狀態(tài)或相可能是關(guān)鍵的。例如，可能需要將熱交換器74、76中的一個或兩者設計為使用液相、混合相流體和汽相流體。在循環(huán)中的點130處工作流體可能需要是液相以防止泵72內(nèi)的氣阻。此外，基于膨脹器84的結(jié)構(gòu)，在點134和136之間可能期望工作流體保持為蒸汽，這是因為混合相可能會降低系統(tǒng)70的效率或使裝置84磨損?；谕饨缈諝鉁囟群涂刂浦車諝饬髁康能囁?，還可限制可用于熱交換器90內(nèi)的工作流體的冷卻量和/或冷卻速率。此外，在車輛啟動時當發(fā)動機廢氣和/或發(fā)動機冷卻劑尚未達到它們的操作溫度時可以限制可用于工作流體的加熱量和/或加熱速率。

例如，基于最低的外界空氣操作溫度tl,min和最高的外界空氣操作溫度th,max，循環(huán)70可以在多種操作條件下操作?；谘h(huán)和循環(huán)中的各個點處的操作狀態(tài)以及由這些操作狀態(tài)施加的約束來選擇工作流體。此外，可通過改變通過熱交換器74、76的廢氣或其它廢熱源的流量從而控制傳遞到工作流體的熱的量和點134處的工作流體的溫度來控制循環(huán)70在期望的溫度和壓力范圍內(nèi)操作。還可通過基于外界空氣溫度、流量和濕度提供工作流體流經(jīng)的額外的級或限制的級來控制熱交換器90，從而控制點130處的冷卻量和工作流體溫度。此外，工作流體的流量可由泵72控制，使得工作流體在每個熱交換器74、76、90中具有較長或較短的滯留時間，從而控制傳遞到工作流體或從工作流體傳遞的熱的量。

如圖3所示，循環(huán)70可以在多種操作條件下操作。圖3示出了循環(huán)70的兩種操作條件。示出的循環(huán)150在最低的外界空氣操作溫度tl,min處或附近操作。示出的循環(huán)152在最大的外界空氣操作空氣th,max處或附近操作?；谘h(huán)和循環(huán)中各個點處的操作狀態(tài)以及由這些操作狀態(tài)施加的約束來選擇工作流體，例如，在每個循環(huán)150、152的點130處保持工作流體為如虛線154所示的壓縮流體。線154表示在點130處泵入口的目標狀態(tài)，在一個示例中，線154比飽和液體線或弧圓120的左手側(cè)冷2至4攝氏度。此外，可通過使用閥82來改變通過熱交換器76的廢氣的流量從而控制傳遞到工作流體的熱的量和點134處的工作流體的溫度來控制循環(huán)70在期望的溫度和壓力范圍內(nèi)操作。閥82可以是兩位閥或者可以是可控的以提供可變流動。還可通過基于外界空氣溫度、流量和濕度提供用于使工作流體流經(jīng)的額外的級或限制的級來控制熱交換器90，從而控制點130處的冷卻量和工作流體溫度。此外，工作流體的流量可由泵72控制，使得工作流體在每個熱交換器74、76、90中具有較長或較短的滯留時間，從而控制傳遞到工作流體或從工作流體傳遞的熱的量。

圖4示出了集成了用于循環(huán)70的熱交換器76和旁通閥82的用作消聲器61的設備或裝置200的示意圖。

裝置200具有限定內(nèi)部區(qū)域212或空間的消聲器主體202或殼體202。該主體限定廢氣入口204以接收來自發(fā)動機的廢氣。該主體還具有位于入口204下游的廢氣出口206。在一個示例中，主體202由連續(xù)側(cè)壁208和一對相對的端壁210限定。入口204和出口206可以位于相對的壁210上，如圖所示的，或者在另一實施例中可定位在同一個壁210上。入口204和出口206示出為彼此偏移，使得入口204和出口206沿著彼此平行的軸線延伸。在其它示例中，入口204和出口206可彼此同軸。

主體202的內(nèi)部區(qū)域212提供用于各個熱交換器和消聲器降噪部件的位置或空間。一個或更多個調(diào)諧管214、216被支撐在內(nèi)部區(qū)域212內(nèi)。在示出的示例中，消聲器200具有兩個調(diào)諧管214、216。在其它示例中，消聲器200可僅具有一個調(diào)諧管或多于兩個的調(diào)諧管。每個管214、216均是空心的且具有開口端，并且可設置為圓筒形管或管道。調(diào)諧管214、216可對廢氣的聲音進行控制，并影響由車輛產(chǎn)生的總噪聲。調(diào)諧管214、216中的一個或兩者可具有沿著管的長度間隔開或位于管的多個位置處的穿孔。

在其它示例中，調(diào)諧管214、216中的一個或兩者具有實心壁使其不具有穿孔。

示出的第一調(diào)諧管214為獨立式的管，例如，該管的兩端與殼體202間隔開或者從端壁210插入。調(diào)諧管214可被設置為圖1中的旁路80。示出的第二調(diào)諧管216連接到出口206，并連接到端壁210中的一個并至少部分地由端壁210中的所述一個支撐。

熱交換器220也設置在消聲器200的內(nèi)部區(qū)域212內(nèi)。導管218被成形為設置熱交換器220(諸如蒸發(fā)器76)以傳遞來自消聲器主體202中的廢氣和流經(jīng)導管218的工作流體的熱。

導管218和熱交換器220用作支撐消聲器主體202內(nèi)的調(diào)諧管214和閥。在一個示例中，導管218僅支撐調(diào)諧管214，在其它示例中，如圖所示，導管218支撐調(diào)諧管214、216兩者。在傳統(tǒng)的消聲器中，隔板(partition)或擋板(baffle)可設置在內(nèi)部區(qū)域212內(nèi)以作為橋并將調(diào)諧管214、216支撐在期望的位置，還用于支撐消聲器200內(nèi)的任何消聲材料。在本示例中，熱交換器220自身的結(jié)構(gòu)為消聲器內(nèi)的一個或更多個調(diào)諧管214、216提供必要支撐和定位功能。導管218和熱交換器220與廢氣和工作流體熱接觸。

熱交換器220或蒸發(fā)器具有主體，該主體限定有工作流體流動通過的第一通道和廢氣流動通過的第二通道。在一個示例中，熱交換器220可以由連續(xù)的導管218或管道形成，該連續(xù)的導管218或管道是彎曲、彎的或以其它方式成形以提供用于使消聲器200中的工作流體經(jīng)其通過的連續(xù)路徑。導管218可成形為(例如)線圈、螺旋狀或其它復雜的折疊、扭曲或盤繞的形狀，以為工作流體提供彎曲的或曲折的流動路徑。導管218可成形為填充消聲器的內(nèi)部區(qū)域212內(nèi)的空間并支撐調(diào)諧管214、216。導管218的中空內(nèi)部提供第一通道，導管218的外表面形成第二通道。

在其它示例中，可通過堆疊的或以其它方式形成的且被連接成為其中的工作流體形成通道的一個或更多個板來設置熱交換器220。隨后這些板可盤繞或以其它方式成形或形成為填充消聲器的內(nèi)部區(qū)域212內(nèi)的體積并支撐調(diào)諧管214、216。

總體來講，熱交換器220的外表面形成第二通道并與廢氣接觸。熱交換器220具有用于工作流體的入口222和出口224，入口222和出口224可設置為消聲器的殼體202上的端口。在其它示例中，熱交換器220可具有多個入口222和多個出口224。熱交換器220的外表面還可用作擋板或消聲器內(nèi)的其它導流器或分流器，以控制或引導廢氣的流動。

熱交換器220成形為使得熱交換器220環(huán)繞或圍繞消聲器中的調(diào)諧管214。熱交換器220從調(diào)諧管214向外延伸至殼體202的內(nèi)壁以防止調(diào)諧管在殼體內(nèi)運動。熱交換器220圍繞調(diào)諧管214使得調(diào)諧管被定位在殼體的中央?yún)^(qū)域內(nèi)。

熱交換器220還可圍繞殼體202內(nèi)的其它調(diào)諧管(諸如管216)，以至少部分地支撐并定位調(diào)諧管216。熱交換器220從調(diào)諧管216向外延伸至殼體的內(nèi)壁，以防止調(diào)諧管在殼體內(nèi)運動，并將調(diào)諧管定位在殼體的中央?yún)^(qū)域內(nèi)。

熱交換器220可以是單級熱交換器，或者可具有彼此平行布置或串聯(lián)布置的多個級。工作流體在進入熱交換器220時可以是液相、汽相和液汽混合相中的一種，并且工作流體可以以汽相離開熱交換器。

熱交換器220被設計為通過向工作流體傳遞熱而降低廢氣的溫度。在一個示例中，熱交換器220可將廢氣的溫度降低大約400攝氏度。在其它示例中，熱交換器將廢氣的溫度從700攝氏度降低到低至100攝氏度。這種廢氣溫度的主動降低提供關(guān)聯(lián)的噪聲減小，這允許整個廢氣系統(tǒng)具有較少的消聲器和/或減小的總消聲器體積。此外，由于熱交換器用作擋板或其它降噪特征以抵消廢氣的壓力波，因此消聲器中的熱交換器220的結(jié)構(gòu)使關(guān)聯(lián)的噪聲減小。

熱交換器220可由各種材料制成并被相應地制造。在示出的示例中，熱交換器220由金屬(諸如鋼)制成，并焊接或以其它方式連接在一起。在一個示例中，可基于其它材料的導熱性、熔融溫度或其它材料屬性(諸如耐蝕性或耐化學性等)，由這些材料制成熱交換器。出于對工作流體和廢氣的考慮，熱交換器220還可被設計為具有壓降(例如)以為熱交換器220內(nèi)的廢氣提供低的或受控的壓降，從而限制發(fā)動機上的背壓。

熱交換器220為工作流體提供加熱，使得工作流體的能量或焓增加。由于這是一個大體上恒壓的過程，因此當達到工作流體的蒸發(fā)潛熱時傳遞到工作流體的熱使工作流體發(fā)生相變。工作流體從液相轉(zhuǎn)變?yōu)橐浩柡突旌舷?，然后轉(zhuǎn)變?yōu)槠唷峤粨Q器可設置有連接到工作流體出口的周期性(periodic)蒸汽出口或通風口，或者熱交換器可以以其它方式成形或形成為防止或減少用于熱交換器中的工作流體的通道中的會導致蒸發(fā)器的熱疲勞和潛在的泄漏問題的汽塞(vaporpocket)或“熱點(hotspot)”。

閥230連接到調(diào)諧管214或由調(diào)諧管214支撐。閥230控制通過調(diào)諧管214的廢氣流動。閥230可被設置為圖1中的閥82。

閥230具有運動元件232。運動元件可以是翻板、盤或相對于調(diào)諧管214可運動的其它形狀的元件。鉸鏈、桿等將運動元件232連接到調(diào)諧管214。運動元件232可定位在調(diào)諧管214的端部。在本示例中，閥的運動元件232定位在調(diào)諧管214的下游端，這允許廢氣流動通過設置在管214中的任何穿孔。在其它示例中，閥元件232可定位在管214的上游端或管的中央或中間區(qū)域。閥元件232具有與調(diào)諧管214配合的尺寸，以控制通過管的廢氣流動。

閥230的運動元件232在第一位置(關(guān)閉位置)和第二位置(打開位置)之間運動。當閥230和運動元件232處于第一位置時，元件232壓抵密封調(diào)諧管214或與調(diào)諧管214配合，以防止廢氣流動通過閥230和調(diào)諧管214。當閥和運動元件232處于第二位置時，運動元件232運動使得在調(diào)諧管214和閥元件232之間形成用于廢氣流動通過的空間。在一個示例中，閥230是兩位閥，使得運動元件僅具有第一位置和第二位置。在其它示例中，閥230可以被控制為可變位置且可變流量的閥，使得運動元件232可處于第一位置、第二位置或處于第一位置和第二位置之間的任意數(shù)量的部分打開的位置。

閥230具有控制運動元件232相對于調(diào)諧管214的位置的閥機構(gòu)234。在一個示例中，機構(gòu)234是彈簧，使得閥元件232響應于施加到彈簧上的力(該力可以是循環(huán)中的工作流體壓力或廢氣壓力)而運動。彈簧可偏置處于第一位置的閥元件232，使得閥230響應于諸如高的廢氣壓力或高的工作流體壓力的力而打開。在另一個示例中，通過恒溫元件設置機構(gòu)234，使得閥230響應于溫度(例如，工作流體的溫度)而打開。在又一示例中，通過機電機構(gòu)(諸如螺線管、電動馬達或其它致動器)設置機構(gòu)234，或者，可以通過使用流體地連到循環(huán)70中的工作流體的先導線路(pilotline)而氣動地或液壓地控制機構(gòu)234。

控制器236連接到用于可控機構(gòu)(諸如機電致動器)的機構(gòu)234?？刂破?36可以是如圖1中示出的控制器96，或者可以是與控制器96通信的單獨的控制器?？刂破?36與閥機構(gòu)234通信，并且還可與用于感測循環(huán)中的工作流體的溫度的溫度傳感器238和/或用于感測循環(huán)70中的工作流體的壓力的壓力傳感器240通信?？刂破?36響應于接收到指示工作流體的溫度和/或壓力的信號而控制閥230的位置以控制流經(jīng)調(diào)諧管214的廢氣流。在一個示例中，傳感器238、240位于泵72的入口，例如，位于循環(huán)70中的點130處。通過將點130處的工作流體的溫度和壓力提供至控制器236，可以得知點130處的工作流體的狀態(tài)，并且控制器236可控制閥230的位置，以保持點130處的工作流體的狀態(tài)或者提供更多或更少的廢氣流經(jīng)熱交換器從而改變點130處的工作流體的狀態(tài)?？刂破?36控制閥230的位置以保持循環(huán)70中的點130大體上沿著如圖3中所示的線154。

還可基于消聲器220的入口處的廢氣溫度、外界溫度或環(huán)境溫度、車速、發(fā)動機負載、廢氣流量、工作流體流量和其它因素來控制或改變閥230的位置。至控制器236的這些額外的輸入允許更好地控制循環(huán)中的工作流體的狀態(tài)并且可用于減少滯后或閥循環(huán)。

通過控制通過調(diào)諧管214的廢氣流動，還控制了經(jīng)過或通過熱交換器220的廢氣流動。當閥230關(guān)閉時，通過調(diào)諧管214的廢氣流動被阻擋，使得廢氣被迫流經(jīng)熱交換器220以加熱工作流體。當閥230打開時，廢氣的至少一部分流經(jīng)調(diào)諧管214，這減少了流動經(jīng)過或通過熱交換器220的導管218的廢氣部分，并為熱交換器220提供旁通功能，以防止過度加熱工作流體。

由于冷凝器的熱容量，循環(huán)70中的蒸發(fā)器和膨脹器基于操作條件(例如，外界溫度、車速、發(fā)動機負載)而改變，蒸發(fā)器220的旁通閥230用于調(diào)節(jié)通過蒸發(fā)器從廢氣傳遞到工作流體的能量?？傮w來講，通過泵入口或點130(對應于線154上的點)處的工作流體狀態(tài)來控制閥230。當點130處的工作流體溫度過高時，進一步打開旁通閥230以減少傳遞到工作流體的能量并使工作流體的溫度下降。當點130處的工作流體溫度過低時，循環(huán)70過冷地操作，則進一步關(guān)閉旁通閥230以增加傳遞到工作流體的能量并使工作流體的溫度升高。

圖5示出了用于控制車輛中的消聲器200的方法300的示例。方法300的各個實施例可包括更多或更少的步驟，并且可以以與示出的順序不同的順序執(zhí)行這些步驟。

在302處，測量工作流體的溫度，并向控制器236發(fā)送指示溫度的信號。還可測量工作流體的壓力，并向控制器236發(fā)送指示壓力的信號。在一個示例中，在循環(huán)中的點130處測量溫度和壓力。在其它示例中，在其它位置測量溫度和壓力，并且可通過測量的值和其它循環(huán)操作參數(shù)來推出點130處的溫度和壓力。

在步驟304處，確定溫度閾值?？赏ㄟ^控制器236經(jīng)由圖3中的線154限定的函數(shù)或查找表來確定溫度閾值(tth)。

在步驟306和步驟310處，將點130處的工作流體的溫度與溫度閾值進行比較。如果溫度小于閾值，則方法進行到步驟308，并控制閥230的位置，使得閥關(guān)閉或從其當前狀態(tài)至少部分地關(guān)閉。如果溫度大于閾值，則方法進行到步驟312，并控制閥230的位置，使得閥打開或從其當前狀態(tài)至少部分地打開。如果溫度等于溫度閾值，則方法300進行到步驟314并將閥230的位置保持處于其當前狀態(tài)。

如果閥230是可變位置閥，則控制器236還可基于測量的溫度和閾值之間的溫度差，確定閥打開或關(guān)閉的程度為多少，或使閥的位置從其當前狀態(tài)改變多少。

方法在步驟316處結(jié)束。方法300可通過控制器236以特定的時間間隔運行，或者可以在循環(huán)控制策略下連續(xù)運行。

雖然上文描述了示例性實施例，但并非意味著這些實施例描述了本公開的所有可能的形式。相反，說明書中使用的詞語為描述性詞語而非限制，并且應理解在不脫離本公開的精神和范圍的情況下可以作出各種改變。此外，可以組合各種實現(xiàn)的實施例的特征以形成本公開進一步的實施例。