CN107339173B - 回收发动机的排气热的装置及使用其的发动机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种回收发动机的排气热的装置及使用其的发动机的控制方法，其中用于回收发动机的排气热的装置可以包括：发动机，其包括多个燃烧室；进气管线；排气管线；涡轮增压器，其包括设置于排气管线的涡轮和设置于进气管线并且压缩外部空气的压缩机；排放气体再循环(EGR)装置，其包括：EGR管线，其从涡轮增压器的后端的排气管线分支出来并且与进气管线合并；EGR冷却器，其设置于EGR管线；EGR阀，其调节再循环排放气体的量；中冷器，其冷却经过进气管线导入的进气；中冷器冷却管线，其穿过散热器和中冷器；EGR冷却管线，其穿过散热器和EGR冷却器；EGR排气管线；以及排气调节阀，其设置于EGR排气管线。

Description

回收发动机的排气热的装置及使用其的发动机的控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年4月29日提交的韩国专利申请第10-2016-0053114号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于回收发动机的排气热的装置以及使用该装置的发动机的控制方法。更具体的，本发明涉及这样一种用于回收发动机的排气热的装置以及使用该装置的发动机的控制方法：在发动机冷启动时，其能够快速地提高发动机冷却剂的温度。
背景技术
通常，在发动机的燃烧室中产生的一些热量被传递至汽缸盖、汽缸体、活塞等部件。
这些部件的温度过度地增加时，由金属材料形成的各个部件中会产生热变形或者汽缸内壁的油膜会受损，从而产生热故障，所述热故障会使得活塞和汽缸体之间的润滑作用变差。
这种发动机的热故障现象会产生发动机的异常燃烧(例如，燃烧缺陷、爆震、提前点火等等)而降低热效率并且降低发动机的输出。
相反，当发动机冷却剂的温度过度地降低时，发动机的输出和燃料消耗会变得不理想。因此，需要适当地控制冷却剂的温度。
具体而言，在发动机冷启动时(例如冬季)，机油的粘度增加，使得发动机的输出和效率降低，从而使燃料消耗变得不理想。此外，由于燃烧室的温度较低，所以由于不完全燃烧会导致排出过量的排放气体。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种用于回收发动机的排气热的装置以及使用该装置的发动机的控制方法，其具有的优点在于：在发动机冷启动时，能够快速增加发动机冷却剂的温度。
此外，本发明的各个方面致力于提供一种用于回收发动机的排气热的装置以及使用该装置的发动机的控制方法，其具有的优点在于：在发动机冷启动时，通过快速增加发动机冷却剂的温度而改善车辆的燃料消耗。
根据本发明的各个方面，一种用于回收发动机的排气热的装置可以包括：发动机，其包括通过燃料燃烧而产生驱动力的多个燃烧室；进气管线，将供应至燃烧室的进气引入到所述进气管线；排气管线，从燃烧室排出的排放气体流过所述排气管线；涡轮增压器，其包括：涡轮，其设置于所述排气管线并且通过从燃烧室排出的排放气体而旋转；以及压缩机，其设置于所述进气管线并且与涡轮一起旋转，并且所述压缩机压缩外部空气；排放气体再循环(EGR)装置，其包括：EGR管线，其从所述涡轮增压器的后端的排气管线分支出来，并且与所述进气管线合并；EGR冷却器，其设置于EGR管线，以冷却流过EGR管线的排放气体；EGR阀，其调节再循环排放气体的量；中冷器，其冷却经由所述进气管线引入的进气；中冷器冷却管线，其穿过散热器和所述中冷器；EGR冷却管线，其穿过散热器和所述EGR冷却器；EGR排气管线，其从所述排气管线分支出来并且穿过所述EGR冷却器；以及排气调节阀，其设置于所述EGR排气管线并且调节穿过所述EGR冷却器的排放气体的量。
该种用于回收发动机的排气热的装置可以进一步包括：控制器，其根据冷却剂的温度调节排气调节阀的打开量以及EGR阀的打开量。
当冷却剂的温度低于预定温度时，所述控制器可以打开排气调节阀并且关闭EGR阀，使得在EGR冷却器中发生排放气体和发动机的冷却剂之间的热交换。
当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，所述控制器可以关闭排气调节阀并且调节EGR阀的打开量。
根据本发明的各个方面，一种用于控制发动机的方法，该发动机包括冷却管线、EGR排气管线和排气调节阀，该冷却管线包括穿过散热器和中冷器的中冷器冷却管线以及穿过散热器和EGR装置的EGR冷却器的EGR冷却管线，该EGR排气管线从发动机的排气管线分支出来并且穿过EGR冷却器，该排气调节阀设置于EGR排气管线，所述方法可以包括：利用温度传感器来检测流过冷却管线的冷却剂的温度；利用控制器来比较冷却剂温度和预定温度；利用控制器而根据冷却剂的温度来调节排气调节阀和EGR阀的打开量，以调节利用EGR装置进行再循环的排放气体的量。
当冷却剂的温度低于预定温度时，利用控制器可以打开排气调节阀并且关闭EGR阀。
当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，利用控制器可以关闭排气调节阀并且调节EGR阀的打开量。
如上所述，在根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机10的排气热的装置以及使用该装置的发动机的控制方法中，在发动机冷启动时，通过与EGR冷却器中的高温排放气体进行热交换来加热低温冷却剂，从而可以将发动机的加热时间最小化。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方案中进行详细陈述，这些附图和实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的示意图；
图2为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的示意图；
图3为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的示意图；
图4A和图4B为示出了根据本发明的各个实施方案的三通阀的示意图；
图5为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的方框图；
图6为示出了根据本发明的各个实施方案的用于控制发动机的方法的流程图。
应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性的实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为这些示例性的实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性的实施方案，而且覆盖可以被包括在本发明的精神和由所附权利要求所限定的范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的示意图。图5为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的方框图。
如图1所示，根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置包括发动机10、涡轮增压器30、排放气体再循环(EGR)装置50、中冷器20以及冷却管线。
发动机10包括通过燃料燃烧而产生驱动力的多个燃烧室12。发动机10设置有进气管线14和排气管线16，供应至燃烧室12的进气流经进气管线14，从燃烧室12排出的排放气体流经排气管线16。
排气管线16设置有排放气体净化装置90，排放气体净化装置90对包含在从燃烧室12排出的排放气体中的各种有害物质进行净化。排放气体净化装置90可以包括：用于净化氮氧化物的稀燃氮氧化物捕集系统(lean NOx trap，LNT)、柴油机氧化催化剂和柴油机颗粒过滤器。
涡轮增压器30对经由进气管线引入的进气(外部气体+再循环气体)进行压缩，并且将经压缩的进气供应至燃烧室12。涡轮增压器30包括涡轮32和压缩机34，涡轮32设置于排气管线16并且通过从燃烧室12排放的排放气体而旋转，压缩机34与涡轮12一起旋转并且压缩进气。
EGR装置(低压排放气体再循环(LP-EGR)装置)50包括：EGR管线52、EGR冷却器54和EGR阀56。
EGR管线52从涡轮增压器30的后端的排气管线16分支出来，并且与进气管线14合并。EGR冷却器54设置于EGR管线52，并且冷却流过EGR管线52的排放气体。EGR阀56设置在EGR管线52和进气管线14彼此合并的位置，并且调节引入到进气管线14中的排放气体的量。
中冷器20对经由进气管线14引入的进气进行冷却。中冷器20可以是利用与冷却剂的热交换来对进气进行冷却的水冷类型的中冷器。
水冷类型的中冷器20可以实现为多种形式，但是在本发明的各个实施方案中，作为水冷类型的中冷器20的示例，将对结合有水冷类型的中冷器20(水冷类型的中冷器20与进气歧管一体形成)的进气歧管进行描述。
散热器70经过与从外部引入的空气进行热交换而对变热的冷却剂进行冷却，从而冷却发动机10。散热器70设置于冷却管线。
该冷却管线包括中冷器冷却管线62和EGR冷却管线60，中冷器冷却管线62穿过散热器70和水冷类型的中冷器20，EGR冷却管线60穿过散热器70和EGR冷却器54。
EGR冷却管线60和中冷器冷却管线62彼此部分地重叠，散热器70和电水泵设置于EGR冷却管线60与中冷器冷却管线62彼此重叠的部分处。该电水泵(EWP)由电机操作以泵送流过冷却管线的冷却剂。
流过中冷器冷却管线62的冷却剂与流过进气管线14的进气在中冷器20中进行热交换，从而对进气进行冷却。此外，流过中冷器冷却管线62的冷却剂对由于燃料燃烧而变热的发动机进行冷却。
同时，根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机10的排气热的装置包括：EGR排气管线80和排气调节阀82，EGR排气管线80从排气管线16分支出并且穿过EGR冷却器54，排气调节阀82安装于EGR排气管线80并且调节穿过EGR冷却器54的排放气体的量。EGR排气管线80从排气管线16的一侧分支出来并且并入到排气管线16的另一侧。
如图2所示，根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机10的排气热的装置可以包括：EGR排气管线80’和排气调节阀82’，EGR排气管线80’从排气管线16分支出来并且并入到穿过EGR冷却器54的EGR管线52，排气调节阀82’安装于EGR排气管线80’并且调节穿过EGR冷却器54的排放气体的量。也就是说，EGR排气管线80’从排气管线16分支出来并且并入到EGR管线52。
在EGR冷却器54中，在流过EGR排气管线80和80’的排放气体和流过EGR冷却管线60的冷却剂之间进行热交换。因此，流过EGR冷却管线60的冷却剂由流过EGR排气管线80和80’的高温排放气体加热。
控制器100根据冷却剂的温度来调节EGR阀56和排气调节阀82和82’的打开量。
控制器100可以是由预定程序操作的至少一个处理器，该预定程序配置为执行根据本发明的各个实施方式的用于控制发动机的方法的每一步。
当冷却剂的温度低于预定温度时(例如，在发动机的冷启动时)，控制器100打开排气调节阀82和82’并且关闭EGR阀56，使得在EGR冷却器54中进行排放气体和发动机冷却剂之间的热交换。
也就是说，在发动机10冷启动时，控制器100打开排气调节阀82和82’，以允许排放气体流入到EGR冷却器54，并且关闭EGR阀56，以阻挡排放气体流再循环到EGR管线52。
因此，在EGR冷却器54中，流过EGR排气管线80和80’的高温排放气体对流过EGR冷却管线60的冷的冷却剂进行加热。因此，冷却剂的温度快速增加，并且经加热的冷却剂供应至发动机10，从而可以改善车辆的燃料消耗。
同时，当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，控制器100确定发动机10的加热完成。此外，控制器100关闭排气调节阀82和82’，并且根据发动机10的驱动状态来调节EGR阀56的打开量，从而调节再循环经过EGR装置50的排放气体的量。
同时，EGR阀56和排气调节阀82可以实现为一个阀。
图3为示出了根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机的排气热的装置的配置的示意图。图4A和图4B为示出了根据本发明的各个实施方案的三通阀的示意图。
参见图3、图4A和图4B，除了EGR阀和排气调节阀82实现为三通阀，该种用于回收发动机的排气热的装置与图2中的用于回收发动机的排气热的装置相同。
参见图3、图4A和图4B，该种用于回收发动机的排气热的装置包括：设置于EGR冷却器54的三通阀59。该三通阀通过控制器100的控制信号来操作。
具体的，参见图4A，当冷却剂的温度低于预定温度时，控制器100通过控制三通阀来控制EGR排气管线80与排气管线16连通。因此，流过EGR排气管线80并且具有高温的排放气体快速地加热流过EGR排气管线80的冷却剂。
同时，参见图4B，当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，控制器100通过控制三通阀59而控制为使得排放气体不从EGR排气管线80流入到排气管线16，并且使得排放气体从排气管线16经由EGR管线52而流入到压缩机34。因此，流过排气管线16的排放气体经由EGR管线52和压缩机34而被供应至燃烧室12。
下文中，将参考所附附图而具体地描述根据本发明的示例性实施方案的控制发动机的方法。
图6为示出了根据本发明的各个实施方案的用于控制发动机的方法的流程图。
如图6所示，利用温度传感器40来检测冷却剂的温度(S10)。通过温度传感器40来检测的冷却剂的温度被传输至控制器100。
根据冷却剂的温度，控制器100调节排气调节阀82和82’以及EGR阀56的打开量。
具体的，控制器100将冷却剂温度与预定温度进行相互比较(S20)。
当冷却剂的温度低于预定温度时，控制器100打开排气调节阀82和82’，并且关闭EGR阀56(S30)。
如上所述，控制器100打开排气调节阀82和82’，以允许高温排放气体流入到EGR排气管线80和80’，并且关闭EGR阀56以阻挡再循环到EGR管线52中的排放气体流。
因此，在EGR冷却器54中，流过EGR排气管线80和80’的高温排放气体对流过EGR冷却管线60的冷的冷却剂进行加热。因此，冷却剂的温度快速增加，并且经加热的冷却剂被供应至发动机10，从而改善车辆的燃料消耗。
这时,根据图1中的用于回收排气热的装置，流过EGR排气管线80的排放气体在穿过EGR冷却器54后经由排气管线16而被排出到外部。
根据图2中的用于回收排气热的装置，流过EGR排气管线80’的排放气体在穿过EGR冷却器54后经由EGR管线52和排气管线16而被排出到外部。
在步骤S30之后，控制器100持续地监测冷却剂的温度，以确定冷却剂的温度是否等于或者高于预定温度(S20)。
当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，控制器100关闭排气调节阀82和82’，并且调节EGR阀56的打开量(S40)。
如上所述，在根据本发明的各个实施方案的用于回收发动机10的排气热的装置以及使用该装置的发动机的控制方法中，在发动机的冷启动时，通过在EGR冷却器54中与高温排放气体进行热交换来加热低温冷却剂，并且将经加热的冷却剂供应至发动机。因此，将发动机的加热时间最小化，从而可以改善车辆的燃料消耗。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”或“下”、“内”或“外”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性的实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。对这些示例性实施方案的选择并对其进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (7)

1.一种用于回收发动机的排气热的装置，包括：
发动机，其包括通过燃料燃烧而产生驱动力的多个燃烧室；
进气管线，将供应至燃烧室的进气引入到所述进气管线；
排气管线，从燃烧室排出的排放气体流过所述排气管线；
涡轮增压器，其包括：
涡轮，其设置于所述排气管线并且由燃烧室排出的排放气体带动旋转；以及
压缩机，其设置于所述进气管线并且与涡轮一起旋转，并且所述压缩机压缩外部空气；
排放气体再循环装置，其包括：
排放气体再循环管线，其从所述涡轮增压器的后端的排气管线分支出来，并且与所述进气管线合并；
排放气体再循环冷却器，其设置于排放气体再循环管线，以冷却流过排放气体再循环管线的排放气体；
排放气体再循环阀，其调节经再循环的排放气体的量；
中冷器，其冷却经由所述进气管线引入的进气；
其特征在于，
中冷器冷却管线，其穿过散热器和所述中冷器；
排放气体再循环冷却管线，其穿过散热器和所述排放气体再循环冷却器；
排放气体再循环排气管线，其从所述排气管线分支出来并且穿过所述排放气体再循环冷却器；以及
排气调节阀，其设置于所述排放气体再循环排气管线并且调节穿过所述排放气体再循环冷却器的排放气体的量。
2.根据权利要求1所述的用于回收发动机的排气热的装置，其特征在于，进一步包括：控制器，其根据冷却剂的温度调节排气调节阀的打开量以及排放气体再循环阀的打开量。
3.根据权利要求2所述的用于回收发动机的排气热的装置，其特征在于：
当冷却剂的温度低于预定温度时，
所述控制器打开排气调节阀并且关闭排放气体再循环阀，使得在排放气体再循环冷却器中发生排放气体和发动机的冷却剂之间的热交换。
4.根据权利要求2所述的用于回收发动机的排气热的装置，其特征在于：
当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，
所述控制器关闭排气调节阀并且调节排放气体再循环阀的打开量。
5.一种用于控制发动机的方法，其特征在于，该发动机包括冷却管线、排放气体再循环排气管线和排气调节阀，该冷却管线包括穿过散热器和中冷器的中冷器冷却管线以及穿过散热器和排放气体再循环装置的排放气体再循环冷却器的排放气体再循环冷却管线，该排放气体再循环排气管线从发动机的排气管线分支出来并且穿过排放气体再循环冷却器，该排气调节阀设置于排放气体再循环排气管线，所述方法包括：
利用温度传感器来检测流过冷却管线的冷却剂的温度；
利用控制器来比较冷却剂温度和预定温度；
利用控制器根据冷却剂的温度来调节排气调节阀和排放气体再循环阀的打开量，以调节由排放气体再循环装置进行再循环的排放气体的量。
6.根据权利要求5所述的用于控制发动机的方法，其特征在于：当冷却剂的温度低于预定温度时，通过控制器打开排气调节阀并且关闭排放气体再循环阀。
7.根据权利要求5所述的用于控制发动机的方法，其特征在于：当冷却剂的温度等于或者高于预定温度时，通过控制器关闭排气调节阀并且调节排放气体再循环阀的打开量。
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