CN107575322A - Egr系统及egr系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种EGR系统，包括EGR冷却器，分别连通于EGR冷却器的进气端的进气管路和连通于EGR冷却器的出气端的出气管路；与EGR冷却器并联，并连通于进气管路和出气管路的旁通管路，以及调节进气管路与EGR冷却器或旁通管路导通的旁通阀；还包括在EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换旁通阀循环导通EGR冷却器和旁通管路的第一控制器。通过切换旁通阀循环导通EGR冷却器和旁通管路，使得EGR冷却器内气流呈涌动的方式循环通入，将结垢层分解脱落，达到除垢的效果，从而恢复EGR冷却器的冷却效率，保证其正常工作。本发明还提供了一种EGR系统的控制方法。

Description

EGR系统及EGR系统的控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，更具体地说，涉及一种EGR系统及EGR系统的控制方法。

背景技术

随着排放法规要求越来越严格，柴油机排气热管理技术得到了越来越广泛的应用。在发动机加热和再生模式时，为满足SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原，降低NOx排放的一种后处理装置)高效率以及DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器，安装在柴油车排气系统中，通过过滤来降低排气中颗粒物的装置)再生时排气温度的需求，不同排气热管理技术已广泛应用。对于低速低负荷工况，排气温度比较低，目前常用的提温方式为采用进气节流阀，进气节流阀往往伴随着空燃比降低，当达到一定限值时会造成发动机的进气不足燃烧不稳定。

现有技术方案中包括采用冷却EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环，将发动机排出的废气重新引入进气管和新鲜气体混合后进入燃烧室进行燃烧，此举有效可降低发动机NOx排放)系统，也有采用非冷却EGR系统。单独采用冷却EGR系统，EGR冷却器的匹配需要满足最大EGR流量和冷后温度的条件下的冷却能力，而这些流量点都是在高速高负荷工况，在低速低负荷区域就会出现EGR过冷的状态，EGR冷却器内部极易造成结垢，在结垢后冷却效率会降低，压力损失增加，导致EGR冷却器的能力下降。严重时会影响EGR冷却器的效率。

因此，如何解决EGR系统的结垢问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种EGR系统，以解决EGR系统的结垢问题；本发明还提供了一种EGR系统的控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种EGR系统，包括EGR冷却器，分别连通于所述EGR冷却器的进气端的进气管路和连通于所述EGR冷却器的出气端的出气管路；

与所述EGR冷却器并联，并连通于所述进气管路和所述出气管路的旁通管路，以及调节所述进气管路与所述EGR冷却器或所述旁通管路导通的旁通阀；

还包括在所述EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换所述旁通阀循环导通所述EGR冷却器和所述旁通管路的第一控制器。

优选地，在上述EGR系统中，所述第一控制器包括调节所述旁通阀循环动作的控制开关，和调节所述控制开关开闭的控制单元。

优选地，在上述EGR系统中，所述控制单元以第一切换周期按照预定频率调节所述旁通阀切换动作，所述第一切换周期包括调节所述旁通阀导通所述进气管路和所述EGR冷却器的第一持续时间，和调节所述旁通阀导通所述进气管路和所述旁通管路的第二持续时间。

优选地，在上述EGR系统中，所述第一控制器还包括，当发动机冷启动时，调节所述EGR冷却器主回路上的主控制阀开度，导通所述进气管路与所述旁通管路。

优选地，在上述EGR系统中，所述第一控制器还包括，当发动机正常工作时，调节所述EGR冷却器主回路上的主控制阀开度，导通所述进气管路与所述EGR冷却器；当检测到所述EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换所述旁通阀循环导通所述EGR冷却器和所述旁通管路。

优选地，在上述EGR系统中，所述预定结垢量的检测条件包括所述EGR冷却器的冷却效率降至预定效率、所述EGR冷却器的阻力达到预定阻力、和/或所述EGR的流量降至预定流量。

优选地，在上述EGR系统中，所述EGR冷却器为一个EGR冷却器，或多个并列布置的EGR冷却器的组合。

优选地，在上述EGR系统中，所述控制开关为启动控制开关、电动控制开关或机械控制开关。

一种EGR系统的控制方法，包括步骤：

1)当发动机冷启动时，调节EGR冷却器的主控制阀的开度，并切换所述旁通阀开启导通进气管路和旁通管路；

2)当检测到发动机正常工作时，切换所述旁通阀开启导通所述进气管路和所述EGR冷却器；

3)当检测到所述EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换所述旁通阀按照预定频率，循环导通所述进气管路与所述旁通管路，或所述进气管路与所述EGR冷却器；

4)当检测到所述EGR冷却器内结垢量低于预定结垢量时，切换所述旁通阀导通所述进气管路和所述EGR冷却器；

5)重复步骤2)-步骤4)。

本发明提供的EGR系统，包括EGR冷却器，分别连通于EGR冷却器的进气端的进气管路和连通于EGR冷却器的出气端的出气管路；与EGR冷却器并联，并连通于进气管路和出气管路的旁通管路，以及调节进气管路与EGR冷却器或旁通管路导通的旁通阀；还包括在EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换旁通阀循环导通EGR冷却器和旁通管路的第一控制器。发动机排出的废气经进气管路通入，由EGR冷却器流出后，经出气管路重新送入发动机，EGR冷却器与旁通管路并列布置，通过旁通阀控制进气管路与出气管路之间的管路连接方式。在发动机机正常工作时，由EGR冷却器对发动机排出的废气进行冷却，EGR冷却器内部出现结垢现象，当结垢量达到EGR冷却器的预定结垢量时，会影响EGR冷却器的冷却效率，通过切换旁通阀循环导通EGR冷却器和旁通管路，EGR冷却器内部存在热的废气存留时间，该段时间内EGR冷却器的结垢层内水分析出，将结垢层一定程度上分解，通过管路的循环连通，使得EGR冷却器内气流呈涌动的方式循环通入，使得分解的结垢层脱落，达到除垢的效果，从而恢复EGR冷却器的冷却效率，保证其正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的EGR系统中旁通阀第一状态的管路连通结垢示意图；

图2为本发明提供的EGR系统中旁通阀第二状态的管路连通结构示意图；

图3为本发明提供的EGR系统中旁通阀的切换频率波形图；

图4为本发明提供的EGR系统中水分蒸发形式示意图；

图5为本发明提供的EGR系统中水分析出形式示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种EGR系统，解决了EGR系统的结垢问题；本发明还提供了一种EGR系统的控制方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，图1为本发明提供的EGR系统中旁通阀第一状态的管路连通结垢示意图；图2为本发明提供的EGR系统中旁通阀第二状态的管路连通结构示意图。

本发明提供了一种EGR系统，包括EGR冷却器1，分别连通于EGR冷却器1的进气端的进气管路2和连通于EGR冷却器的出气端的出气管路3；与EGR冷却器1并联，并连通于进气管路2和出气管路3的旁通管路4，以及调节进气管路2与EGR冷却器1或旁通管路4导通的旁通阀5；还包括在EGR冷却器1内结垢量达到预定结垢量时，切换旁通阀5循环导通EGR冷却器1和旁通管路4的第一控制器。发动机排出的废气经进气管路2通入，由EGR冷却器1流出后，经出气管路3重新送入发动机，EGR冷却器1与旁通管路4并列布置，通过旁通阀5控制进气管路2与出气管路3之间的管路连接方式。在发动机机正常工作时，由EGR冷却器1对发动机排出的废气进行冷却，EGR冷却器1内部出现结垢现象，当结垢量达到EGR冷却器1的预定结垢量时，会影响EGR冷却器的冷却效率，通过切换旁通阀5循环导通EGR冷却器1和旁通管路4，EGR冷却器1内部存在热的废气存留时间，该段时间内EGR冷却器1的结垢层内水分析出，将结垢层一定程度上分解，通过管路的循环连通，使得EGR冷却器1内气流呈涌动的方式循环通入，使得分解的结垢层脱落，达到除垢的效果，从而恢复EGR冷却器的冷却效率，保证其正常工作。

在本案一具体实施例中，第一控制器包括调节旁通阀循环动作的控制开关，和调节控制开关开闭的控制单元。当EGR冷却器1满足除垢条件时，旁通阀5循环将进气管路与旁通管路4或EGR冷却器1连通，第一控制器对旁通阀5的切换时间进行控制，由控制开关直接控制旁通阀5的导通方向，由控制单元对EGR冷却器的工作状态进行监控，并在EGR冷却器1内结垢量达到预定结垢量时，由控制单元发出控制指令，操控控制开关动作切换旁通阀，进入EGR冷却器的除垢工作。

如图3所示，图3为本发明提供的EGR系统中旁通阀的切换频率波形图。

在本案一具体实施例中，控制单元以第一切换周期按照预定频率调节旁通阀切换动作，第一切换周期包括调节旁通阀5导通进气管路2和EGR冷却器1的第一持续时间，和调节旁通阀5导通进气管路2和旁通管路4的第二持续时间。

如图4和图5所示，图4为本发明提供的EGR系统中水分蒸发形式示意图；图5为本发明提供的EGR系统中水分析出形式示意图。

第一控制器对旁通阀5的切换控制，根据EGR冷却器1的结垢量是否达到预定结垢量进行判定。EGR冷却器1在工作过程中，发动机排出的废气经EGR冷却器1冷却后，经出气管路5排出至发动机，废气冷却过程中，EGR冷却器1内部出现结垢现象，通过旁通阀5的循环动作，进气管路2排出的废气循环经过旁通管路4或EGR冷却器1流出，旁通阀5关闭EGR冷却器时，热的废气会在EGR冷却器内残留停滞，此时残留废气中的水分会被冷凝释放出来，被EGR冷却器1表层的碳烟沉积层41，即结垢层，吸收，这个过程持续一定时间后，结垢层会达到水分的饱和。

旁通阀5对管路的切换，使得在发动机运行到较高的负荷，或发动机正常工况后，进入EGR冷却器1中温度较高的废气，将冷却器翅片表面结垢层51中水分蒸发出来，这个过程会将结垢层中部分的碳烟沉积层分离，随废气带走。

通过控制第一持续时间和第二持续时间的时长，在第一持续时间内，废气进入EGR冷却器1，EGR冷却器1内重复废气的冷却和涌动流动，冷却过程水分析出，涌动过程热的废气补入，通过对第一持续时间的时长控制，使得结垢层持续分解过程，达到除垢目的；第二持续时间内废气由旁通管路4流出，该时间内废气冷却，水分析出，除垢层吸收水分。通过对第一切换周期按照预定频率进行切换，使得旁通管路4和EGR冷却器1重复除垢过程，利用废气的涌动通入，达到除垢目的。

旁通阀5打开状态废气由旁通管路流出，旁通阀5的在除垢期间的工作状态如图中方波结构所示，第一持续时间和第二持续时间的时长可设置等长，其开闭频率设置为较高频率，以实现对EGR冷却器内废气的涌动通入，达到对结垢层冲出的目的。

在本案一具体实施例中，第一控制器还包括，当发动机冷启动时，调节EGR冷却器1主回路上的主控制阀开度，导通进气管路2与旁通管路4。第一控制器在发动机冷启动时，通过控制主控制阀的开度，控制发动机排出的废气是否经过EGR冷却器1，由于发动机内温度较低，排出的废气通过进气管路2直接进入旁通管路4，使得废气与外部空气混合后，温度较高的气体进入发动机，从而提高发动机的冷却效率。通过旁通管路直接导通进气管路和发动机，使得EGR不介入对废气的冷却，实现快速热车。

在本案一具体实施例中，第一控制器还包括，当发动机正常工作时，调节EGR冷却器1主回路上的主控制阀开度，导通进气管路2与EGR冷却器1；当检测到EGR冷却器1内结垢量达到预定结垢量时，切换旁通阀5循环导通EGR冷却器和旁通管路。

发动机正常工作后，EGR冷却器1介入对发动机排出废气的冷却，从而控制送入发动机内气体温度，保证发动机正常的工作状态。发动机正常工作后，废弃的温度较高，通过第一控制器调节主控制阀合理的开度，根据发动机的运行状态，保证发动机运行的动力性和排放要求。

当EGR冷却器1工作一段时间后，废气经过EGR冷却器1，造成EGR冷却器1内逐步积累大量沉积物，导致冷却器的效率降低，压力损失增大，当监测到EGR冷却器1的预定结垢量达到预定值时，第一控制器控制旁通阀动作，导通EGR冷却器和旁通管路，通过第一控制器控制进气管路与旁通管路或EGR冷却器1连通，使得废气间歇式通过旁通管路或EGR冷却器1，结合控制单元的开关频率控制，实现对EGR冷却器的除垢目的。

在本案一具体实施例中，预定结垢量的检测条件包括所述EGR冷却器的冷却效率降至预定效率、EGR冷却器的阻力达到预定阻力、和/或EGR的流量降至预定流量。EGR冷却器在正常工作时，其内废气的输出效率发生变化，具体包括冷却效率逐步降低，其内阻力增大，气体流量的变化等，通过对EGR冷却器的冷却效率、阻力、流量等参数的一个或多个同时进行监测，当冷却效率降至预定效率，说明其冷却效率已经很低；当阻力增大至预定值阻力，说明其内结垢量影响气体的输送效率；对应地，其内气体的流量低至预定流量。此时，通过旁通管路的介入，使得废气按照预定切换周期间歇式通过旁通管路和EGR冷却器，对EGR冷却器内的结垢进行析出，并在通入废气的过程中吹出，达到自清除结垢的目的，有效提高冷却器的冷却效率，提高EGR冷却器的寿命。

在本案一具体实施例中，EGR冷却器1为一个EGR冷却器，或多个并列布置的EGR冷却器的组合。汽车发动机舱内，可根据发动机的进气要求，或者废气的排放要求，设置一个或多个EGR冷却器，从而满足对发动机废气的冷却要求，保证发动机处于较好的工作状态。

在本案一具体实施例中，控制开关为启动控制开关、电动控制开关或机械控制开关。

一种EGR系统的控制方法，包括步骤：

1)当发动机冷启动时，调节EGR冷却器的主控制阀的开度，并切换旁通阀开启导通进气管路和旁通管路。

发动机冷启动时，发动机由停机开始启动，根据环境温度，通过调整EGR冷却器主控制阀的开度，通过旁通阀连通进气管路与旁通管路，使得发动机排出的废气通过旁通管路直接进入到与通入发动机的新鲜空气混合，以提高发动机的进气温度。特别对于环境温度特别低的情况，可调整旁通阀的开度为是否需要通入发动机的废气经EGR冷却器冷却，以实现发动机的快速启动。

2)当检测到发动机正常工作时，切换旁通阀开启导通进气管路和EGR冷却器。

当发动机正常工作后，发动机排出的废气温度较高，直接由旁通管路通入发动机影响发动机的工作效率，通过旁通阀的开关切换，使得废气全部通入EGR冷却器进行冷却，保证发动机进入正常工作状态。

旁通管路的开度通过对发动机工作状态的监测，根据发动机的工作状态，由控制单元对旁通阀的开度进行控制。发动机的工作状态可通过对发动机转速、喷油量、发动机水温、进气歧管内的温度、排温等参数进行监测，具有监测时，可对某一参数进行监测，也可通过多个参数的组合，实现对发动机状态的准确判定。

3)当检测到EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换旁通阀按照预定频率，循环导通进气管路与旁通管路，或进气管路与EGR冷却器；

发动机正常工作后，通过对EGR冷却器的冷却效率、EGR冷却器的内部阻力、EGR流量等监控条件的一个或多个同时进行监控，当监控参数超出预定数值时，判定EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量，即其内结垢影响EGR冷却器的正常工作，导致EGR冷却器的冷却效率变低，压力损失变大。根据发动机的工作状态，在不影响发动机的动力性和排放要求的前提下，按照预定频率切换旁通阀，使得旁通阀间歇并循环导通进气管路与旁通管路或EGR冷却器，即，废气通入时间呈方波的规律间歇通入EGR冷却器。

4)当检测到EGR冷却器内结垢量低于预定结垢量时，切换旁通阀导通进气管路和EGR冷却器。

由于废气采用预定频率反复通入EGR冷却器，废气在EGR冷却器内呈涌动形式流过，废气再EGR冷却器内短暂停滞，通过对预定频率的控制，持续较高的频率，EGR冷却器内高的换热效率将废气中的水分(燃烧产生的水分)冷凝被冷却器的翅片的积碳层吸附，如果持续时间足够，会达到一个饱和状态；饱和后，继续通入废气，其高温又会将EGR冷却器的积碳吸附的水分蒸发出来，进而会将部分碳层分离，随废气带走。通过对EGR冷却器的各项参数进行实时监测，由于EGR冷却器的自清洗过程，当检测到EGR冷却器内结垢量低于预定结垢量时，切换旁通阀导通进气管路和EGR冷却器，EGR冷却器恢复正常工作。

5)重复步骤2)-步骤4)。

车辆正常运行过程中，持续步骤2)-步骤4)的监控工作，使得EGR冷却器处于正常工作状态和自清洗状体，保证车辆的正常运行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种EGR系统，其特征在于，包括EGR冷却器，分别连通于所述EGR冷却器的进气端的进气管路和连通于所述EGR冷却器的出气端的出气管路；

与所述EGR冷却器并联，并连通于所述进气管路和所述出气管路的旁通管路，以及调节所述进气管路与所述EGR冷却器或所述旁通管路导通的旁通阀；

还包括在所述EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换所述旁通阀循环导通所述EGR冷却器和所述旁通管路的第一控制器。

2.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述第一控制器包括调节所述旁通阀循环动作的控制开关，和调节所述控制开关开闭的控制单元。

3.根据权利要求2所述的EGR系统，其特征在于，所述控制单元以第一切换周期按照预定频率调节所述旁通阀切换动作，所述第一切换周期包括调节所述旁通阀导通所述进气管路和所述EGR冷却器的第一持续时间，和调节所述旁通阀导通所述进气管路和所述旁通管路的第二持续时间。

4.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述第一控制器还包括，当发动机冷启动时，调节所述EGR冷却器主回路上的主控制阀开度，导通所述进气管路与所述旁通管路。

5.根据权利要求4所述的EGR系统，其特征在于，所述第一控制器还包括，当发动机正常工作时，调节所述EGR冷却器主回路上的主控制阀开度，导通所述进气管路与所述EGR冷却器；当检测到所述EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换所述旁通阀循环导通所述EGR冷却器和所述旁通管路。

6.根据权利要求5所述的EGR系统，其特征在于，所述预定结垢量的检测条件包括所述EGR冷却器的冷却效率降至预定效率、所述EGR冷却器的阻力达到预定阻力、和/或所述EGR的流量降至预定流量。

7.根据权利要求1所述的EGR系统，其特征在于，所述EGR冷却器为一个EGR冷却器，或多个并列布置的EGR冷却器的组合。

8.根据权利要求2所述的EGR系统，其特征在于，所述控制开关为启动控制开关、电动控制开关或机械控制开关。

9.一种EGR系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

1)当发动机冷启动时，调节EGR冷却器的主控制阀的开度，并切换所述旁通阀开启导通进气管路和旁通管路；

2)当检测到发动机正常工作时，切换所述旁通阀开启导通所述进气管路和所述EGR冷却器；

3)当检测到所述EGR冷却器内结垢量达到预定结垢量时，切换所述旁通阀按照预定频率，循环导通所述进气管路与所述旁通管路，或所述进气管路与所述EGR冷却器；

4)当检测到所述EGR冷却器内结垢量低于预定结垢量时，切换所述旁通阀导通所述进气管路和所述EGR冷却器；

5)重复步骤2)-步骤4)。