CN108071478A - 用于去除冷凝水的发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于去除冷凝水的发动机系统，其可包括：发动机，其包括通过燃料燃烧产生驱动扭矩的多个燃烧室；进气线路，新鲜空气在其中流入燃烧室中；排气线路，已从燃烧室排出的排气在其中流动；以及中间冷却器，其用于通过涡轮增压器的压缩机冷却压缩空气，中间冷却器具有冷却剂循环线路，冷却剂在其中流动以便冷却发动机。

Description

用于去除冷凝水的发动机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月11日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0150479的韩国专利的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种用于去除冷凝水的发动机系统。更特别地，本公开涉及一种用于去除中间冷却器中产生的冷凝水的发动机系统。
背景技术
发动机适当地混合空气和燃料，并通过燃烧燃料/空气混合物产生驱动力。
为了获得所需的输出动力和燃烧效率，应向发动机提供足够的空气。为此，使用涡轮增压器来提高燃烧效率并向发动机提供足够的空气。
通常，涡轮增压器的涡轮通过从发动机排出的排气的压力而旋转。涡轮增压器的压缩机压缩从外部流入的新鲜空气，并将压缩空气供应到发动机的燃烧室。涡轮增压器已经被应用于大多数柴油发动机，并且最近已经更多地应用于汽油发动机。
此外，包含在排气中的NOx(氮氧化合物)被规定为主要的空气污染物。已经开展了研究以确定减少排气中的NOx的量的方法。
安装在车辆中的排气再循环(EGR)系统减少车辆的有害排气。通常，在富氧空气混合物中排气中的NOx的量增加，并且空气混合物燃烧令人满意且良好。因此，由于将排气的一部分(例如5％至20％)再循环到空气混合物中以便降低空气混合物中的氧气比率并阻碍燃烧的结果，EGR系统减少排气中的NOx的量。
LP-EGR(低压EGR)系统是EGR系统中的一种。LP-EGR系统将通过涡轮增压器的涡轮的排气再循环到压缩机的上游侧的进气路径。
然而，由EGR系统再循环的排气具有较高的温度和湿度。因此，当再循环排气和具有低温的外部空气混合时产生冷凝水。
特别地，当如在冬季的情况下外部温度较低时，寒冷的外部空气(例如零下20至零下40℃；零下4至零下40℉)流入发动机中。此外，再循环排气具有较高的温度(例如，100至150℃；212至302℉)和较高的湿度(例如15％)。
当外部空气和排气混合时，在被设置在进气线路中的中间冷却器处产生冷凝水。
这样，在中间冷却器处产生的冷凝水流入发动机的燃烧室中。存在包括燃烧变得不稳定并且发动机的零件被腐蚀的问题。
在本背景技术部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本公开的背景的理解。因此，背景技术部分可包含不会形成本领域普通技术人员在本国已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开致力于提供一种用于去除在中间冷却器处产生的冷凝水的发动机系统。
根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统可包括发动机，其具有通过燃料燃烧产生驱动扭矩的多个燃烧室。发动机系统还可包括新鲜空气在其中流入燃烧室中的进气线路。发动机系统可进一步包括从燃烧室已经排出的排气在其中流动的排气线路。发动机系统还可包括用于通过涡轮增压器的压缩机冷却压缩空气的中间冷却器，该中间冷却器具有冷却发动机的冷却剂在其中流动的冷却剂循环线路。
发动机系统可进一步包括冷却发动机的冷却剂在其中流动的冷却线路，其中被设置在中间冷却器中的冷却剂循环线路从冷却线路的一侧分支并连接到冷却线路的另一侧。
冷却剂循环线路可被设置在中间冷却器的下部处。
发动机系统可进一步包括被设置在冷却剂循环线路中并调节在中间冷却器中循环的冷却剂量的流动量(flow amount)调节阀。
发动机系统可进一步包括检测车辆的外部温度的温度传感器和根据由温度传感器检测的外部温度控制流动量调节阀的开启的控制器。
当外部温度高于预定温度时，控制器可关闭流动量调节阀。
当外部温度低于预定温度时，控制器可打开流动量调节阀。
发动机系统可进一步包括排气再循环(EGR)设备，其包括从排气线路分支并连接到进气线路的EGR线路以及被设置在EGR线路中的EGR阀。发动机系统还可包括驱动信息检测器，其检测包括再循环气体中含有的水蒸汽量、通过进气线路流入的新鲜空气中含有的水蒸气量以及再循环气体和新鲜空气的温度的驱动信息。发动机系统可进一步包括基于由驱动信息检测器检测的驱动信息控制EGR阀的开启的控制器。
控制器可以计算最大EGR比率，在该EGR比率下，由再循环气体中含有的水蒸气量、新鲜空气中含有的水蒸汽量以及供应到中间冷却器的混合气体的温度确定的饱和蒸汽压力不产生冷凝水。控制器可基于计算的最大EGR比率来调节EGR阀的开启。
中间冷却器可以是水冷式中间冷却器。
中间冷却器可以是气冷式中间冷却器。
根据本公开的实施例，可以通过在中间冷却器中循环热的冷却剂来去除在中间冷却器中产生的冷凝水。
此外，根据本公开的实施例，冷凝水不供应到发动机的燃烧室。因此，可以获得发动机的燃烧稳定性并且抑制或防止发动机的部件被腐蚀。
附图说明
提供附图作为参考来描述本公开的实施例，并且本公开的精神不应仅由附图来解释。
图1是示出根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统的示意图。
图2是示出根据本公开的另一实施例的用于去除冷凝水的发动机系统的示意图。
图3是示出根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统的框图。
在整个附图中使用了以下附图标记和描述
10：进气线路
20：发动机
21：燃烧室
23：发动机缸体(block)
25：冷却线路
29：主散热器
30：排出线路
40：排气净化装置
50：排气再循环设备
51：EGR线路
53：EGR冷却器
55：EGR阀
60：涡轮增压器
61：涡轮
63：压缩机
70：中间冷却器
75：冷却剂循环线路
77：流动量调节阀
79：中间冷却器冷却线路
80：驱动信息检测器
90：控制器
具体实施方式
在下文中参照附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的实施例。如本领域普通技术人员将认识到的，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，所述实施例可以各种不同的方式进行修改。
为了清楚地描述本公开，将省略与描述不相关的部分。相同的附图标记在整个说明书和附图中表示相同的元件。
另外，为了更好地理解和便于描述，附图中所示的每个配置的大小和厚度被任意地显示，但是本公开不限于此。在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度可能被夸大。
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统。
图1是示出根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统的示意图。图1示出中间冷却器可以是气冷式中间冷却器。图2是示出根据本公开的另一实施例的用于去除冷凝水的发动机系统的示意图。图2示出中间冷却器可以是水冷式中间冷却器。图3是示出根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统的框图。
如图1至图3所示，根据本公开的实施例的用于去除冷凝水的发动机系统包括发动机20、排气再循环(EGR)设备、涡轮增压器60和中间冷却器70。
发动机20包括通过燃烧燃料产生驱动扭矩的多个燃烧室21。用于流动进气的进气线路10被设置在发动机20中，用于流动排气的排气线路30被设置在发动机20中。
排气净化装置40被设置在排气线路30中，用于净化从燃烧室21排出的排气中包含的各种有害物质。排气净化装置40可包括用于净化氮氧化物的稀燃NOx捕集器(lean NOxtrap，LNT)、柴油机氧化催化器和柴油机微粒过滤器。
涡轮增压器60将待供应到燃烧室21的通过进气线路10流入的新鲜空气和通过再循环线路流入的再循环气体压缩。涡轮增压器60包括涡轮61，其通过从燃烧室21排出的排气而旋转。涡轮增压器60还包括压缩机63，其与涡轮61的旋转一起旋转并压缩新鲜空气和再循环气体。
EGR设备50将从燃烧室21排出的一部分排气再循环回燃烧室21。EGR设备50可以是低压排气再循环(LP-EGR)设备。然而，本公开的范围不限于此。EGR设备50可以是高压排气再循环(HP-EGR)设备。
EGR设备50包括EGR线路51，其从排气线路30分支并连接到压缩机63的上游部分的进气线路10。EGR设备还包括被设置在EGR线路51中的EGR冷却器53和被设置在EGR线路51中的EGR阀55。通过控制EGR阀55的开启，即打开和关闭，来调节再循环气体量。EGR阀55的开启由将在后面说明的控制器90进行调节。
中间冷却器70通过由涡轮增压器60的压缩机63冷却压缩空气来增加进气的浓度。因此，发动机20的燃烧效率得到提高。中间冷却器70被设置在压缩机63的下游部分的进气线路10中。
中间冷却器70可以是气冷式中间冷却器或水冷式中间冷却器。
图1示出中间冷却器是气冷式中间冷却器。如图1所示，根据本公开的实施例的发动机系统进一步包括冷却线路25，用于冷却发动机的冷却剂在其处或其中流动。冷却剂循环线路75从冷却线路25分支。在冷却线路25中流动的冷却剂通过穿过发动机缸体23和主散热器29来冷却发动机。
冷却剂循环线路75从冷却线路25的一侧分支，并且连接到另一侧，即冷却线路25的另一侧。冷却剂循环线路75穿过中间冷却器70的内部。在实施例中，可能优选的是，穿过中间冷却器70的内部的冷却剂循环线路75被设置在中间冷却器70的下侧。
控制在中间冷却器70中流动的冷却剂的量的流动量调节阀77可被设置在冷却剂循环线路75中。流动量调节阀77的开启可通过控制器90来调节。控制器90可以是设置在车辆中的发动机控制单元(ECU)。
图2示出中间冷却器是水冷式中间冷却器。如图2所示，根据本公开的实施例的发动机系统进一步包括冷却线路25，用于冷却发动机的冷却剂在其处或其中流动。冷却剂循环线路75从冷却线路25分支。在冷却线路25中流动的冷却剂通过穿过发动机缸体23和主散热器29来冷却发动机。
此外，中间冷却器冷却线路79被设置在中间冷却器70中。用于冷却压缩空气的冷却剂在中间冷却器冷却线路79中流动。中间冷却器冷却线路79穿过主散热器29。在实施例中，水泵被设置在中间冷却器冷却线路79中。在中间冷却器冷却线路79中流动的冷却剂由水泵泵送。
调节中间冷却器70中循环的冷却剂的量的流动量调节阀77可被设置在冷却剂循环线路75中。流动量调节阀77的开启即打开和关闭可通过控制器90来控制。控制器90可以是设置在车辆中的ECU。
根据本公开的实施例的发动机系统可进一步包括驱动信息检测器80，其用于检测包括车辆外部或其周围的外部温度的驱动信息。驱动信息检测器80可包括温度传感器，其用于感测车辆的外部温度。由温度传感器检测的外部温度被传输到控制器90。
控制器90可基于由温度传感器检测的外部温度来调节流动量调节阀77的开启。
更特别地，当外部温度高于预定温度时，中间冷却器70中产生的冷凝水量相对较小。因此，控制器90关闭流动量调节阀77，使得冷却剂不通过冷却剂循环线路75在中间冷却器70中循环。因此，可以降低中间冷却器70中的温度，并提高中间冷却器70的冷却效率。
此外，当外部温度低于预定温度时，中间冷却器70中产生的冷凝水量相对较大。控制器90打开流动量调节阀77，使得冷却剂通过冷却剂循环线路75在中间冷却器70中循环。因此，热的冷却剂通过冷却剂循环线路75在中间冷却器70中循环。因此，中间冷却器70中产生的冷凝水可以被蒸发并去除。
根据本公开的实施例的发动机系统可进一步包括驱动信息检测器80，其检测包括再循环气体中含有的水蒸汽量、通过进气线路10流入的新鲜空气中含有的水蒸汽量以及再循环气体和新鲜空气(其混合物或组合，在下文中称为“混合气体”)的温度的驱动信息。再循环气体指通过EGR设备50再循环的排气。
控制器90可基于由驱动信息检测器80检测的驱动信息来控制EGR阀55的开启，即打开和关闭。
控制器90计算最大EGR比率，在该EGR比率下，由再循环气体中含有的水蒸气量、新鲜空气中含有的水蒸汽量以及供应到中间冷却器70的混合气体的温度确定的饱和蒸汽压力不产生冷凝水。控制器90基于最大EGR比率来调节EGR阀55的开启。最大EGR比率可被表示为再循环气体量/混合气体量。
换言之，控制器90基于被供应到中间冷却器70中的混合气体中含有的水蒸气量和混合气体的温度计算不产生冷凝水的最大EGR比率。然后，控制器基于最大EGR比率来调节EGR阀55的开启。
这样，由于EGR阀55的开启基于最大EGR比率进行调节，所以冷凝水不会在中间冷却器70中产生，并且当车辆在低温区域驱动时，大量的再循环气体可以被供应到燃烧室21。因此，能够改善发动机的燃料消耗。
在下文中，将详细描述根据本公开的实施例的发动机系统的操作。
参照图1至图3，从燃烧室21排出的排气通过排气线路30被排出到外部，即周围环境。排气的一部分不排出到外部，而是通过EGR设备的EGR线路51被供应到进气线路10。排气的这一部分以下称为“再循环气体”。再循环气体与外部空气混合并被重新供应到发动机20的燃烧室21。
当高温高湿的再循环气体与低温的外部空气在中间冷却器70中混合时会产生冷凝水。冷凝水通过重力在中间冷却器70的下部汇集。当因车辆的振动大量的冷凝水在中间冷却器70中汇集并通过进气线路10流入发动机20的燃烧室21时，发动机20的燃烧稳定性变坏。此外，由于冷凝水具有较高的酸度，所以可能的是冷凝水可能会腐蚀发动机的各个部件。
当外部温度较高时(例如，当外部温度高于预定温度时)，中间冷却器70中产生的冷凝水量较小。因此，为了提高中间冷却器70的冷却效率，控制器90通过关闭流动量调节阀77来抑制中间冷却器70的温度升高。
此外，由于当外部温度较低时(例如，外部温度低于预定温度时)，中间冷却器70中产生大量的冷凝水，因此去除冷凝水比中间冷却器70的冷却效率更重要。因此，控制器90开启流动量调节阀77。
然后，冷却发动机20的高温冷却剂将在冷却线路25中流动。当流动量调节阀77开启时，高温冷却剂在冷却剂循环线路75中流动。由于冷却剂循环线路75被设置在中间冷却器70中，优选在中间冷却器70的下部处，所以中间冷却器70中汇集的冷凝水被冷却剂循环线路75中流动的高温冷却剂加热并蒸发。因此，在中间冷却器70中产生的冷凝水可以被去除。
此外，控制器90基于供应到中间冷却器70中的混合气体中含有的水蒸气量和混合气体的温度计算不产生冷凝水的最大EGR比率。控制器90基于最大EGR比率即再循环气体量/混合气体量调节EGR阀55的开启。
如上所述，根据本公开的实施例，可以通过在中间冷却器中循环热的冷却剂来去除中间冷却器中产生的冷凝水。
此外，由于当外部温度较高时高温冷却剂向中间冷却器70中的流动可以通过关闭流动量调节阀77来控制或停止，所以能够提高中间冷却器70的冷却效率。
此外，由于EGR阀55的开启基于最大EGR比率进行调节，所以大量的再循环气体可以被供应到发动机20的燃烧室21，可以改善车辆的燃料消耗并且可以降低NOx。
虽然已经结合当前被认为是实际的实施例描述了实施例，但是应当理解的是，本公开不限于所公开的实施例，而是，相反地，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (11)

1.一种用于去除冷凝水的发动机系统，所述发动机系统包括：
发动机，其包括通过燃料燃烧产生驱动扭矩的多个燃烧室；
进气线路，新鲜空气在其中流入燃烧室；
排气线路，排气在其中流动，所述排气从所述燃烧室排出；以及
中间冷却器，其用于通过涡轮增压器的压缩机冷却压缩空气，并且具有冷却剂循环线路，冷却剂在其中流动以便冷却所述发动机。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括：
冷却线路，所述冷却剂在其中流动以便冷却所述发动机，
其中设置在所述中间冷却器中的冷却剂循环线路从所述冷却线路的一侧分支并连接到所述冷却线路的另一侧。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述冷却剂循环线路被设置在所述中间冷却器的下部。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括：
流动量调节阀，其被设置在所述冷却剂循环线路中并调节在所述中间冷却器中循环的冷却剂的量。
5.根据权利要求4所述的发动机系统，进一步包括：
温度传感器，其检测车辆的外部温度；以及
控制器，其根据由所述温度传感器检测的外部温度控制所述流动量调节阀的开启。
6.根据权利要求5所述的发动机系统，其中当所述外部温度高于预定温度时，所述控制器关闭所述流动量调节阀。
7.根据权利要求5所述的发动机系统，其中当所述外部温度低于预定温度时，所述控制器打开所述流动量调节阀。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，进一步包括：
排气再循环设备，其包括从所述排气线路分支并连接到所述进气线路的排气再循环线路即EGR线路，以及设置在所述EGR线路中的EGR阀；
驱动信息检测器，其检测包括在所述EGR线路中的再循环气体中含有的水蒸汽量、通过进气线路流入的新鲜空气中含有的水蒸气量以及所述再循环气体和所述新鲜空气的温度的驱动信息；以及
控制器，其基于由所述驱动信息检测器检测的驱动信息来控制所述EGR阀的开启。
9.根据权利要求8所述的发动机系统，其中所述控制器计算最大EGR比率，在所述最大EGR比率下，由所述再循环气体中含有的水蒸气量、所述新鲜空气中含有的水蒸汽量以及供应到所述中间冷却器的混合气体的温度确定的饱和蒸汽压力不产生冷凝水，并且基于所述最大EGR比率来调节所述EGR阀的开启。
10.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述中间冷却器是水冷式中间冷却器。
11.根据权利要求1所述的发动机系统，其中所述中间冷却器是气冷式中间冷却器。
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