CN107461284B - 一种egr控制系统和汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种EGR控制系统和汽车。EGR控制系统包括：控制器，用于获取发动机的转速和平均有效压力，并根据转速和平均有效压力确定发动机的负荷范围；连接于发动机排气端和三元催化器的上游之间的第一管路；连接于所述第一管路和EGR中冷器之间的第二管路；连接于所述三元催化器的下游和所述EGR中冷器之间的第三管路；取气位置切换阀，与所述控制器连接。本发明的EGR控制系统能够充分发挥EGR技术的潜力，针对不同的发动机负荷，调整在不同的进气方式，可同时提高发动机部分负荷工况的燃油经济性能，以及大负荷工况的动力性能。使得发动机更加高效，改善发动机排放性能和动力性能。

Description

一种EGR控制系统和汽车
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种EGR控制系统和汽车。
背景技术
近年来，随着大气污染的日益严重，机动车的燃油经济性和排放性能受到越来越严苛的限制。新能源汽车受到生产成本、续驶里程以及驾驶安全性等诸多方面的限制，难以短时间内得到推广使用，针对现有传统燃油进行技术升级是最为现实，且行之有效的方式，特别是废气再循环技术(即exhaust gas recirculation，EGR技术)，能够有效改善汽油机的燃油消耗水平及排放性能，日益受到广泛关注。
现有技术中的汽油机EGR技术方案的主要特点在于，将废气由三元催化器下游引出，经过EGR中冷器降温后，通过EGR阀，引入到压气机入口前的混合腔内，与新鲜空气进行混合。混合后的气体经过压气机进入到中冷装置，通过节气门后最终进入到进气歧管。
该技术手段的主要优势在于，废气经过三元催化器后，成分相对较为清洁，同时二氧化碳比例得到提高，利用富含二氧化碳的废气可最大幅度地降低缸内燃烧温度，改善NOx(氮氧化物)排放水平，降低部分负荷工况时的泵气损失，提高发动机燃油经济性能。
EGR技术改善发动机性能的原理在于，利用再循环废气比热较高的特点，降低缸内混合气的燃烧温度，改善中、高负荷工况的NOx排放水平，缓解或消除因排气温度过高而常采用的加浓策略；同时，因EGR气体中氧气含量极低，在新鲜空气中引入EGR气体，可有效改善发动机部分负荷工况的泵气损失。然而，当前EGR技术方案的主要缺点在于，EGR由三元催化器下游取气，发动机燃烧稳定性会限制EGR率，无法充分发挥EGR技术的优势，具体情况如下：
a)中、小负荷工况，最大EGR率受到发动机燃烧稳定性限制，当EGR率较高时，混合气燃烧速度的下降，会抵消燃烧相位提前所带来的优势，同时发动机循环变动性能恶化，导致发动机燃油经济性能和燃烧稳定性恶化。
b)外特性工况，为提高发动机的动力性能，同时降低排气温度，高转速时使用的加浓策略会导致排气中产生较多的未燃碳氢化合物、一氧化碳和氢气等易燃及可燃组分，但经过三元催化器后，上述具有较强反应活性的组分大部分会被氧化，造成燃料燃烧效率的下降；同时，EGR气体中含有的大量二氧化碳成分还会显著削弱缸内混合气燃烧速度，造成缸内火焰传播速度显著降低，发动机动力性能受到限制。
发明内容
为了克服现有技术中在三元催化器下游取气，发动机燃烧稳定性会限制EGR率，从而影响发动机性能的技术问题，本发明提供了一种EGR控制系统和汽车。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种EGR控制系统，包括：
控制器，用于获取发动机的转速和平均有效压力，并根据转速和平均有效压力确定发动机的负荷范围；
连接于发动机排气端和三元催化器的上游之间的第一管路；
连接于所述第一管路和EGR中冷器之间的第二管路；
连接于所述三元催化器的下游和所述EGR中冷器之间的第三管路；
取气位置切换阀，与所述控制器连接；
所述控制器用于根据发动机的负荷范围，控制所述取气位置切换阀导通所述第二管路与所述EGR中冷器之间的连接，阻断所述第三管路与所述EGR中冷器之间的连接；或者控制所述取气位置切换阀导通所述第三管路与所述EGR中冷器之间的连接，阻断所述第二管路与所述EGR中冷器之间的连接。
进一步来说，所述的EGR控制系统中，发动机的负荷范围包括负荷依次增大的第一负荷范围、第二负荷范围和第三负荷范围；
若所述发动机处于第二负荷范围时，所述控制器控制所述取气位置切换阀将所述第二管路和所述EGR中冷器之间的连接截止，将所述第三管路和所述EGR中冷器之间的连接导通；发动机排气端的废气经过所述三元催化器的下游后，通过所述第三管路导回至所述EGR中冷器后，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。
进一步来说，所述的EGR控制系统中，若所述发动机处于第一负荷范围或第三负荷范围时，所述控制器控制所述取气位置切换阀将所述第三管路与EGR中冷器之间的连接截止，将所述第二管路导通与EGR中冷器之间的连接；发动机排气端的废气直接经过所述第二管路导回至所述EGR中冷器，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。
进一步来说，所述的EGR控制系统中，还包括：
混合腔；
所述新鲜空气经过空滤及进气混合阀后进入所述混合腔内；
EGR阀，连通所述混合腔及所述EGR中冷器。
进一步来说，所述的EGR控制系统中，还包括：
中冷装置，所述混合腔中的混合气体经过增压后进入所述中冷装置中；
节气门，连接于所述中冷装置和发动机进气端之间。
本发明还提供了一种汽车，包括如上的EGR控制系统。
本发明的有益效果是：本发明的EGR控制系统能够充分发挥EGR技术的潜力，针对不同的发动机负荷，调整在不同的进气方式，可同时提高发动机部分负荷工况的燃油经济性能，以及大负荷工况的动力性能。使得发动机更加高效，改善发动机排放性能和动力性能。
附图说明
图1表示本发明实施例中发动机负荷范围的划分示意图；
图2表示本发明实施例中EGR控制系统的第一种工况下的工作原理示意图；
图3表示本发明实施例中EGR控制系统的第二种工况下的工作原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图1、图2和图3所示，本发明提供了一种EGR控制系统，包括：控制器，用于获取发动机的转速和平均有效压力，并根据发动机的转速和平均有效压力确定发动机的负荷范围；连接于发动机排气端和三元催化器6的上游之间的第一管路11；连接于第一管路11和EGR中冷器8之间的第二管路12；连接于三元催化器6的下游和EGR中冷器8之间的第三管路13；取气位置切换阀7，与控制器连接；控制器用于根据发动机的负荷范围，控制取气位置切换阀7导通第二管路12与EGR中冷器8之间的连接，阻断第三管路13与EGR中冷器8之间的连接；或者控制取气位置切换阀7导通第三管路13与EGR中冷器8之间的连接，阻断第二管路12与EGR中冷器8之间的连接。
具体来说，本发明的EGR控制系统中，在第一管路11和EGR中冷器8之间增加第二管路12。即三元催化器6上游的废气可以经过第二管路12至EGR中冷器8，或者三元催化器6下游的废气经过第三管路13至EGR中冷器8。取气位置切换阀7控制第二管路与EGR中冷器8之间的通断、第三管路13与EGR中冷器8之间的通断。也就是说，控制器可根据负荷范围控制EGR取气位置切换阀7的状态，调整在三元催化器6的上游或者下游进行取气。该EGR控制系统能够充分发挥EGR技术的潜力，针对不同的发动机负荷，调整在不同的进气方式，使得发动机更加高效，改善发动机排放性能和动力性能。
进一步来说，该EGR控制系统还包括：混合腔3和EGR阀9；新鲜空气经过空滤1及进气混合阀2后进入混合腔3内；EGR阀9连通混合腔3及EGR中冷器8。中冷装置4，与混合腔3连通；节气门5连接于中冷装置4和发动机进气端之间。
为最大限度的发挥EGR技术潜力，提高增压汽油机部分负荷工况的燃油经济水平和外特性工况的动力性能，通过在三元催化器6的上游和下游前后分别引出废气管路，利用取气位置切换阀7进行切换选择EGR取气通道。
具体来说，针对发动机的实际使用工况，将发动机的负荷范围划分为负荷依次增大的第一负荷范围、第二负荷范围和第三负荷范围。
在第一负荷范围(即中等负荷以下区域①)，以及第三负荷范围(即大负荷加浓工况区域③)，使用三元催化器6的上游的排气作为EGR气体来源。在第二负荷范围(即中等负荷至高负荷未加浓区域②)，使用三元催化器6下游的排气作为EGR气体来源；两种方式的切换通过取气位置切换阀7进行控制，中间设置过渡区域，防止取气位置切换阀7频繁动作。
在发动机处于中等负荷至高负荷未加浓区域②时详细介绍该EGR控制系统。
参照图1和图3所示，中等负荷至高负荷未加浓区域②时，控制器控制取气位置切换阀7将第二管路12和EGR中冷器8之间的连接截止，将第三管路13和EGR中冷器8之间的连接导通；发动机排气端的废气经过三元催化器6的下游后，通过第三管路13导回至EGR中冷器8后，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。新鲜空气经空滤1和进气混合阀2后，进入到混合腔3中，与流经EGR中冷器8和EGR阀9的EGR气体混合，经过压气机被增压后，进入中冷装置4冷却，通过节气门5后最终进入发动机缸内。利用取气位置切换阀7切断三元催化器6上游的EGR取气通路，从而实现了三元催化器6下游的EGR取气控制策略。
中等负荷至高负荷未加浓区域②时，使用三元催化器6的下游排气作为EGR气体具有如下优势：由于节气门开度已接近全开，因此泵气损失相对较小。由于发动机运行工况已进入涡轮增压器工作范围，因此使用三元催化器下游排气的方式能够减少进入压气机的混合气体流量，涡轮增压器尺寸可进一步降低，具有进一步提高涡轮增压器响应性的潜力，发动机瞬态性能将得到提升。
在发动机处于中等负荷以下区域①时详细介绍该EGR控制系统。
参照图1和图2所示，在中等负荷以下区域①时，使用三元催化器6的上游排气作为EGR气体。由于三元催化器6的上游排气中二氧化碳比例相对其下游排气中二氧化碳比例较少，对燃烧速度的削弱作用相对较弱，因此EGR比例可显著提高，即可以将更多体积的排气引入到压气机之前，节气门5开度相对更大，因此发动机泵气损失会得到有效改善，发动机效率会得到提高。
控制器控制取气位置切换阀7将第三管路13与EGR中冷器8之间的连接截止，将第二管路12导通与EGR中冷器8之间的连接；发动机排气端的废气直接经过第二管路12导回至EGR中冷器8，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。新鲜空气经空滤1和进气混合阀2后，进入到混合腔3中，与流经EGR中冷器8和EGR阀9的EGR气体混合，经过压气机被增压后，进入中冷装置4冷却，通过节气门5后最终进入发动机缸内。
在发动机处于外特性加浓工况区域③时详细介绍该EGR控制系统。
参照图1和图2所示，在外特性加浓工况区域③时，使用三元催化器6的上游排气作为EGR气体的方式具有如下优势：排气中含有较高比例的易燃组分，包括一氧化碳、氢气、碳氢化合物等。将含有上述易燃组分的三元催化器上游排气引入到进气中，可显著改善缸内混合气的燃烧速度，同时发动机爆震倾向降低，燃烧相位进一步提前，因此最大EGR率可进一步提高，上述因素的共同作用可显著改善发动机的动力性能。
控制器控制取气位置切换阀7将第三管路13与EGR中冷器8之间的连接截止，将第二管路12导通与EGR中冷器8之间的连接；发动机排气端的废气直接经过第二管路12导回至EGR中冷器8，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。新鲜空气经空滤1和进气混合阀2后，进入到混合腔3中，与流经EGR中冷器8和EGR阀9的EGR气体混合，经过压气机被增压后，进入中冷装置4冷却，通过节气门5后最终进入发动机缸内。
通过在不同转速和平均有效压力决定的负荷范围中切换取气通路位置，能够充分发挥EGR技术降低燃油消耗率、改善发动机排放性能和动力性能的潜力，可同时提高发动机部分负荷工况的燃油经济性能，以及大负荷工况的动力性能。
本发明还提供了一种汽车，包括如上的EGR控制系统。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种EGR控制系统，其特征在于，包括：
控制器，用于获取发动机的转速和平均有效压力，并根据转速和平均有效压力确定发动机的负荷范围；
连接于发动机排气端和三元催化器(6)的上游之间的第一管路(11)；
连接于所述第一管路(11)和EGR中冷器(8)之间的第二管路(12)；
连接于所述三元催化器(6)的下游和所述EGR中冷器(8)之间的第三管路(13)；
取气位置切换阀(7)，与所述控制器连接；
所述控制器用于根据发动机的负荷范围，控制所述取气位置切换阀(7)导通所述第二管路(12)与所述EGR中冷器(8)之间的连接，阻断所述第三管路(13)与所述EGR中冷器(8)之间的连接；或者控制所述取气位置切换阀(7)导通所述第三管路(13)与所述EGR中冷器(8)之间的连接，阻断所述第二管路(12)与所述EGR中冷器(8)之间的连接；
其中，发动机的负荷范围包括负荷依次增大的第一负荷范围、第二负荷范围和第三负荷范围；
若所述发动机处于第一负荷范围或第三负荷范围时，所述控制器控制所述取气位置切换阀(7)将所述第三管路(13)与EGR中冷器(8)之间的连接截止，将所述第二管路(12)导通与EGR中冷器(8)之间的连接；发动机排气端的废气直接经过所述第二管路(12)导回至所述EGR中冷器(8)，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。
2.如权利要求1所述的EGR控制系统，其特征在于，
若所述发动机处于第二负荷范围时，所述控制器控制所述取气位置切换阀(7)将所述第二管路(12)和所述EGR中冷器(8)之间的连接截止，将所述第三管路(13)和所述EGR中冷器(8)之间的连接导通；发动机排气端的废气经过所述三元催化器(6)的下游后，通过所述第三管路(13)导回至所述EGR中冷器(8)后，并与新鲜空气混合后通入发动机进气端。
3.如权利要求2所述的EGR控制系统，其特征在于，还包括：
混合腔(3)；
所述新鲜空气经过空滤(1)及进气混合阀(2)后进入所述混合腔(3)内；
EGR阀(9)，连通所述混合腔(3)及所述EGR中冷器(8)。
4.如权利要求3所述的EGR控制系统，其特征在于，还包括：
中冷装置(4)，所述混合腔(3)中的混合气体经过增压后进入所述中冷装置(4)中；
节气门(5)，连接于所述中冷装置(4)和发动机进气端之间。
5.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1至4中任意一项所述的EGR控制系统。
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