CN107664071A - 一种废气再循环控制系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废气再循环控制系统及汽车，控制器，其中，该废气再循环控制系统包括：用于获取发动机的转速和负荷，并根据转速和负荷确定发动机的负荷范围；与发动机进气端连通的进气管路；第一管路；第二管路；第三管路；第四管路，且低压EGR中冷器的上游与第三管路连通；高压EGR阀，与控制器连接；低压EGR阀，与控制器连接；高压放气阀，与控制器连接。本发明的废气再循环控制系统充分利用EGR技术，针对发动机所处的不同负荷工况，调整不同的进气方式，可以同时提高发动机的部分负荷的燃油经济水平和外特性工况的动力性能，降低发动机燃油消耗，提高发动机运行的稳定性。

Description

一种废气再循环控制系统及汽车

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，尤其是涉及一种废气再循环控制系统及汽车。

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。针对现有传统燃油汽车进行技术升级是最为现实且行之有效的方式，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。

增压汽油机广泛采用的低压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增压中冷装置，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(氮氧化物)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，传统低压EGR技术方案的主要缺点在于，EGR由三元催化器下游取气，二氧化碳含量较高，发动机燃烧稳定性会限制EGR率的使用量，无法充分发挥EGR技术改善油耗的优势，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。

c)、此外，由于低压EGR系统管路较长，导致瞬态工况下EGR响应速度较慢，特别是急加速工况，EGR气体难以及时进入进气歧管，从而影响发动机性能。

2009年美国西南研究院提出一种专门的废气再循环(Dedicated EGR)技术，即采用某一个气缸的排气作为EGR气体来源，将该缸废气直接与经过压气机的新鲜空气在混合腔内混合，并经过中冷装置和节气门后进入进气总管，最终平均进入各缸。

该技术方案的优势在于，EGR响应快，特别是中小负荷工况；此外，在中高负荷工况，作为EGR气体来源的气缸单独采用加浓策略，废气中含有氢气、一氧化碳和碳氢化合物等易燃物质，可改善发动机各缸混合气燃烧速度和效率，提高发动机性能；同时，其余三个气缸采用理论当量比燃烧策略，排气经过涡轮增压器和三元催化器后排出，不会对排放产生不利影响，因此采用D-EGR技术，发动机在燃油经济性得到改善的同时，排放性能也能得到改善。

D-EGR技术存在的缺点是，最大允许使用的EGR率受结构限制，仅能达到25％；随负荷提高，进气压力上升速度逐渐超过排气压力，特别是中、高负荷工况，进排气压差逐渐缩小，从而导致EGR系统的压差下降，造成提供EGR的气缸排气不畅，从而影响发动机整体的稳定性能。此外，D-EGR技术在大负荷工况采取的单独气缸加浓策略，由于缸内过高的温度和压力环境，会造成氢气和一氧化碳等易燃组分含量相对较少，削弱了D-EGR技术的效果。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种废气再循环控制系统及汽车，用以实现提高增压汽油机部分负荷的燃油经济水平和外特性工况的动力性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的废气再循环控制系统，包括：

控制器，用于获取发动机的转速和负荷，并根据所述转速和所述负荷确定发动机的负荷范围；

与发动机进气端连通的进气管路；

设置于发动机的第一气缸排气端和在线燃油重整装置的上游之间的第一管路；

设置于所述在线燃油重整装置的下游和所述进气管路的下游之间的第二管路；

设置于发动机的多个第二气缸排气端和三元催化器的上游之间的第三管路；

设置于所述进气管路的上游和低压EGR中冷器的下游之间的第四管路，且所述低压EGR中冷器的上游与所述第三管路连通；

高压EGR阀，与所述控制器连接；

低压EGR阀，与所述控制器连接；

高压放气阀，与所述控制器连接；

所述控制器根据发动机的负荷范围，控制所述高压EGR阀导通所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀切断所述第一管路与所述第三管路之间的连接，以及控制所述低压EGR阀切断所述进气管路的上游与所述低压EGR中冷器的下游之间的连接；或者

控制所述高压EGR阀导通所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀切断所述第一管路与所述第三管路之间的连接，以及控制所述低压EGR阀导通所述进气管路的上游与所述低压EGR中冷器的下游之间的连接；或者

控制所述高压EGR阀切断所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀导通所述第一管路与所述第三管路之间的连接，以及控制所述低压EGR阀导通所述进气管路的上游与所述低压EGR中冷器的下游之间的连接。

优选地，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；

当所述发动机处于第一负荷范围时，所述控制器控制所述高压EGR阀将所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接接通，且控制所述高压放气阀将所述第一管路与所述第三管路之间的连接切断，以及控制所述低压EGR阀将所述低压EGR中冷器的下游与所述进气管路的上游之间的连接切断；

发动机的第一气缸排气端的废气通过所述第一管路导向至所述在线燃油重整装置后，再通过所述第二管路导向至所述进气管路中，并与新鲜空气混合后进入发动机进气端；

发动机的多个第二气缸排气端的废气通过所述第三管路导向至所述三元催化器后向外排出。

优选地，若所述发动机处于第二负荷范围时，所述控制器控制所述高压EGR阀将所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接接通，且控制所述高压放气阀将所述第一管路与所述第三管路之间的连接切断，以及控制所述低压EGR阀将所述低压EGR中冷器的下游与所述进气管路的上游之间的连接接通；

发动机的多个第二气缸排气端的其中一部分废气通过所述第三管路导向至所述低压EGR中冷器后，再通过所述第四管路导向至进气管路中，并与新鲜空气混合形成第一混合气体；其余废气通过所述第三管路导向至所述三元催化器后向外排出。

发动机的第一气缸排气端的废气通过所述第一管路导向至在线燃油重整装置后，再通过所述第二管路导向至所述进气管路中，并与所述第一混合气体再次混合后进入发动机进气端。

优选地，若所述发动机处于第三负荷范围时，所述控制器控制所述高压EGR阀将所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接切断，且控制所述高压放气阀将所述第一管路与所述第三管路之间的连接接通，以及控制所述低压EGR阀将所述低压EGR中冷器的下游与所述进气管路的上游之间的连接接通；

发动机的第一气缸排气端的废气通过所述第一管路导向至所述第三管路后，再通过所述三元催化器向外排出；

发动机的多个第二气缸排气端的其中一部分废气通过所述第三管路导向至所述低压EGR中冷器后，经过所述第四管路导向至所述进气管路中，并与新鲜空气混合后进入发动机进气端；其余废气通过所述第三管路导向至所述三元催化器后向外排出。

优选地，还包括：

第一混合腔；

所述新鲜空气经过空滤及进气混合阀后进入所述第一混合腔内；

且所述第四管路连通所述第一混合腔。

优选地，还包括：

第二混合腔；

经过所述第一混合腔后的新鲜空气或第一混合气体以及经过所述第二管路的气体进入所述第二混合腔内。

优选地，还包括：

增压中冷装置，所述第二混合腔中的混合气体进入所述增压中冷装置中；

节气门，设置于所述增压中冷装置和发动机进气端之间。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，包括上述的废气再循环控制系统。

与现有技术相比，本发明实施例提供的废气再循环控制系统，至少具有以下有益效果：

本发明的废气再循环控制系统充分利用EGR技术，针对发动机所处的不同负荷工况，调整不同的进气方式，可以同时提高发动机的部分负荷的燃油经济水平和外特性工况的动力性能，降低发动机燃油消耗，提高发动机运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例所述的发动机负荷范围的划分示意图；

图2为本发明实施例所述的废气再循环控制系统的第一工况下的工作原理示意图；

图3为本发明实施例所述的废气再循环控制系统的第二工况下的工作原理示意图；

图4为本发明实施例所述的废气再循环控制系统的第三工况下的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图2至图4，一种废气再循环控制系统，包括：控制器，用于获取发动机的转速和负荷，并根据所述转速和所述负荷确定发动机的负荷范围；与发动机进气端连通的进气管路3；设置于发动机的第一气缸1排气端和在线燃油重整装置13的上游之间的第一管路4；设置于所述在线燃油重整装置13的下游和所述进气管路3的下游之间的第二管路5；设置于发动机的多个第二气缸2排气端和三元催化器8的上游之间的第三管路6；设置于所述进气管路3的上游和低压EGR中冷器9的下游之间的第四管路7，且所述低压EGR中冷器9的上游与所述第三管路6连通；高压EGR阀10，与所述控制器连接；低压EGR阀11，与所述控制器连接；高压放气阀12，与所述控制器连接；所述控制器根据发动机的负荷范围，控制所述高压EGR阀10导通所述第二管路5的下游与所述进气管路3的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀12切断所述第一管路4与所述第三管路6之间的连接，以及控制所述低压EGR阀11切断所述进气管路3的上游与所述低压EGR中冷器9的下游之间的连接；或者控制所述高压EGR阀10导通所述第二管路5的下游与所述进气管路3的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀12切断所述第一管路4与所述第三管路6之间的连接，以及控制所述低压EGR阀11导通所述进气管路3的上游与所述低压EGR中冷器9的下游之间的连接；或者控制所述高压EGR阀10切断所述第二管路5的下游与所述进气管路3的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀12导通所述第一管路4与所述第三管路6之间的连接，以及控制所述低压EGR阀11导通所述进气管路3的上游与所述低压EGR中冷器9的下游之间的连接。

具体来说，本发明的废气再循环控制系统，根据发动机所处的不同负荷范围，利用高压EGR阀10控制进气管路3与第二管路5之间的通断、低压EGR阀11控制低压EGR中冷器9和进气管路3之间的通断以及通过高压放气阀12控制第一管路4和第三管路6之间的通断，调整对EGR气体进入气缸的三种进气方式，可以同时提高发动机的部分负荷的燃油经济水平和外特性工况的动力性能，降低发动机燃油消耗，提高发动机运行的稳定性。

且进一步的，该废气再循环控制系统还包括：第一混合腔14；所述新鲜空气经过空滤15及进气混合阀16后进入所述第一混合腔14内；且所述第四管路7连通所述第一混合腔14；第二混合腔17；经过所述第一混合腔14后的新鲜空气或第一混合气体以及经过所述第二管路5的气体进入所述第二混合腔17内；增压中冷装置18，所述第二混合腔17中的混合气体进入所述增压中冷装置18中；节气门19，设置于所述增压中冷装置18和发动机进气端之间。

参照图1，具体地，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一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(即中小负荷工况区域①)，使用经过在线燃油重整装置13的发动机第一气缸1的排气单独作为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)，使用经过在线燃油重整装置13的发动机的第一气缸1的排气和位于三元催化器8上游的多个第二气缸2的排气共同作为EGR气体来源；在第三负荷范围(即大负荷加浓工况区域③)，使用位于三元催化器8上游的发动机的多个第二气缸2的排气作为EGR气体来源。三种方式的切换通过低压EGR阀11、高压放气阀12、高压EGR阀10的协同操作进行控制，中间设置过渡区域，以防止电动阀门频繁操作。

参照图1与图2，发动机工况在第一负荷范围时，使用发动机的第一气缸1排气端的排气作为EGR气体来源。由于发动机在中小负荷工况时，排气压力与进气压力之间的压差值较大，容易实现较高的EGR率，在线燃油重整装置13的设置产生的易燃或可燃气体，可有效提高发动机气缸内混合气燃烧速度，可以保证在使用较高的EGR率时不会削弱发动机的燃烧稳定性，进而可以有效减小发动机的泵气损失，同时提高发动机的燃烧稳定性能和燃油经济性能。

新鲜空气在经过空滤15、进气混合阀16、第一混合腔14和压气机增压后进入到第二混合腔17中，发动机第一气缸1排出的废气通过第一管路4导入至在线燃油重整装置13中，在线燃油重整装置13利用第一气缸1排出的高温废气的余热对燃油进行裂解，进而产生富含氢气、一氧化碳和碳氢化合物等易燃及可燃物质的EGR气体，新产生的EGR气体再经过第二管路5导通至第二混合腔17中与新鲜空气混合，通过增压中冷装置18进行冷却后，最终通过节气门19进入发动机的气缸内部；而发动机的多个第二气缸2排气端排出的废气则通过第三管路6导入至三元催化器8中后向外排出。

参照图1与图3，发动机工况在第二负荷范围时，使用经过在线燃油重整装置13裂解后的发动机第一气缸1的排气和位于三元催化器8上游的发动机第二气缸2的排气共同作为EGR气体来源的具有以下优点：充分利用三元催化器8上游排气中含有的未燃碳氢化合物和一氧化碳等易燃及可燃物质改善进入发动机气缸内的混合气的燃烧过程，进而提高燃油经济性；使用发动机第一气缸1的排气匹配在线燃油重整装置13的方式，同样可以获得富含氢气、一氧化碳和碳氢化合物等易燃及可燃成分的EGR气体，采用上述两种方式的结合可以最大限度发挥EGR技术的优势，促进发动机气缸内火焰传播速度的提高，同时拓宽EGR率的使用范围，显著改善发动机的燃油消耗水平。

在控制器感应到发动机处于第二负荷范围时，控制器控制高压EGR阀10导通第二管路5的下游与第一管路4的下游之间的连接，同时控制低压EGR阀11导通低压EGR中冷器9的下游与进气管路3的上游之间的连接，并且控制高压放气阀12切断第一管路4与第三管路6之间的连接。发动机的多个第二气缸2中的其中一部分排气在三元催化器8的上游通过第三管路6导入至低压EGR中冷器9进行冷却后，再通过第四管路7导入至第一混合腔14中，与经过空滤15、进气混合阀16的新鲜空气在第一混合腔14中混合后形成第一混合气体，第一混合气体通过压气机的增压从进气管路3导入至第二混合腔17中，与经过在线燃油重整装置13后的第一气缸1的排气混合后，通过增压中冷装置18的增压后，再通过节气门19进入发动机气缸内部。同时，发动机的多个第二气缸2的排气未导入至低压EGR中冷器9中的其余所有排气则导入至三元催化器8中，通过三元催化器8净化后向外排出。

参照图1与图4，在发动机处于第三负荷范围时，使用位于三元催化器8上游的发动机第二气缸2的排气作为EGR气体来源的具有以下优点：采用三元催化器8上游的排气的方式可以充分利用排气中的氢气、一氧化碳和碳氢化合物等易燃及可燃组分，进而可以改善发动机气缸内混合气燃烧速度，同时，由于排气中的二氧化碳的比例较高，使得发动机气缸内部的爆震现象可以得到有效抑制，达到了同时保证发动机的燃油经济性能和动力性能，改善发动机稳定性的效果。

位于三元催化器8的上游的发动机的多个第二气缸2的其中一部分排气导入至低压EGR中冷器9制冷后，通过第四管路7导入至第一混合腔14中，与经过空滤15、进气混合阀16的新鲜空气混合后，通过压气机增压后依次通过第二混合腔17、增压中冷装置18、节气门19后进入发动机内燃烧；同时发动机的多个第二气缸2的排气未导入至低压EGR中冷器9中的其余所有排气则导入至三元催化器8中，通过三元催化器8净化后向外排出。并且之前在发动机处于第一负荷范围或第二负荷范围时已经经过废气再循环的发动机第一气缸1的废气则通过第三管路6导入至三元催化器8中，再向外排出。

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。

本发明的废气再循环控制系统充分利用EGR技术，针对发动机在不同转速和不同负荷决定的负荷范围中控制高压EGR阀10、低压EGR阀11和高压放气阀12三个电动阀门的开闭，调整EGR气体进入发动机内的进气方式，可以同时提高发动机的部分负荷的燃油经济水平和外特性工况的动力性能，降低发动机燃油消耗，提高发动机运行的稳定性。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，包括上述的废气再循环控制系统。

以上所述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技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废气再循环控制系统，其特征在于，包括：

控制器，用于获取发动机的转速和负荷，并根据所述转速和所述负荷确定发动机的负荷范围；

与发动机进气端连通的进气管路；

设置于发动机的第一气缸排气端和在线燃油重整装置的上游之间的第一管路；

设置于所述在线燃油重整装置的下游和所述进气管路的下游之间的第二管路；

设置于发动机的多个第二气缸排气端和三元催化器的上游之间的第三管路；

设置于所述进气管路的上游和低压EGR中冷器的下游之间的第四管路，且所述低压EGR中冷器的上游与所述第三管路连通；

高压EGR阀，与所述控制器连接；

低压EGR阀，与所述控制器连接；

高压放气阀，与所述控制器连接；

所述控制器根据发动机的负荷范围，控制所述高压EGR阀导通所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀切断所述第一管路与所述第三管路之间的连接，以及控制所述低压EGR阀切断所述进气管路的上游与所述低压EGR中冷器的下游之间的连接；或者

控制所述高压EGR阀导通所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀切断所述第一管路与所述第三管路之间的连接，以及控制所述低压EGR阀导通所述进气管路的上游与所述低压EGR中冷器的下游之间的连接；或者

控制所述高压EGR阀切断所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接，且控制所述高压放气阀导通所述第一管路与所述第三管路之间的连接，以及控制所述低压EGR阀导通所述进气管路的上游与所述低压EGR中冷器的下游之间的连接。

2.根据权利要求1所述的废气再循环控制系统，其特征在于，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；

当所述发动机处于第一负荷范围时，所述控制器控制所述高压EGR阀将所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接接通，且控制所述高压放气阀将所述第一管路与所述第三管路之间的连接切断，以及控制所述低压EGR阀将所述低压EGR中冷器的下游与所述进气管路的上游之间的连接切断；

发动机的第一气缸排气端的废气通过所述第一管路导向至所述在线燃油重整装置后，再通过所述第二管路导向至所述进气管路中，并与新鲜空气混合后进入发动机进气端；

发动机的多个第二气缸排气端的废气通过所述第三管路导向至所述三元催化器后向外排出。

3.根据权利要求2所述的废气再循环控制系统，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高压EGR阀将所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接接通，且控制所述高压放气阀将所述第一管路与所述第三管路之间的连接切断，以及控制所述低压EGR阀将所述低压EGR中冷器的下游与所述进气管路的上游之间的连接接通；

发动机的多个第二气缸排气端的其中一部分废气通过所述第三管路导向至所述低压EGR中冷器后，再通过所述第四管路导向至进气管路中，并与新鲜空气混合形成第一混合气体；其余废气通过所述第三管路导向至所述三元催化器后向外排出。

发动机的第一气缸排气端的废气通过所述第一管路导向至在线燃油重整装置后，再通过所述第二管路导向至所述进气管路中，并与所述第一混合气体再次混合后进入发动机进气端。

4.根据权利要求3所述的废气再循环控制系统，其特征在于，

若所述发动机处于第三负荷范围时，所述控制器控制所述高压EGR阀将所述第二管路的下游与所述进气管路的下游之间的连接切断，且控制所述高压放气阀将所述第一管路与所述第三管路之间的连接接通，以及控制所述低压EGR阀将所述低压EGR中冷器的下游与所述进气管路的上游之间的连接接通；

发动机的第一气缸排气端的废气通过所述第一管路导向至所述第三管路后，再通过所述三元催化器向外排出；

发动机的多个第二气缸排气端的其中一部分废气通过所述第三管路导向至所述低压EGR中冷器后，经过所述第四管路导向至所述进气管路中，并与新鲜空气混合后进入发动机进气端；其余废气通过所述第三管路导向至所述三元催化器后向外排出。

5.根据权利要求4所述的废气再循环控制系统，其特征在于，还包括：

第一混合腔；

所述新鲜空气经过空滤及进气混合阀后进入所述第一混合腔内；

且所述第四管路连通所述第一混合腔。

6.根据权利要求5所述的废气再循环控制系统，其特征在于，还包括：

第二混合腔；

经过所述第一混合腔后的新鲜空气或第一混合气体以及经过所述第二管路的气体进入所述第二混合腔内。

7.根据权利要求6所述的废气再循环控制系统，其特征在于，还包括：

增压中冷装置，所述第二混合腔中的混合气体进入所述增压中冷装置中；

节气门，设置于所述增压中冷装置和发动机进气端之间。

8.一种汽车，其特征在于，包括上述权利要求1至7任一项所述的废气再循环控制系统。