CN109374309A - 废气再循环中冷器换热效率试验台及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于内燃机燃气供给系统领域，具体涉及废气再循环中冷器换热效率试验台及其控制方法。该试验台包括前EGR管、EGR冷却器、后EGR管、EGR放气阀、EGR回流管、冷却液出液管、冷却液进液管、冷却液泵、冷却液三通阀、辅助冷却器、单向阀、低温燃气管、高温燃气管、燃气气化器、冷EGR温度传感器、冷却液高温温度传感器、低温燃气温度传感器、高温燃气温度传感器；该试验台通过冷EGR温度传感器、冷却液高温温度传感器、低温燃气温度传感器和高温燃气温度传感器的信号传给ECU，ECU的控制信号输送至EGR放气阀、冷却液三通阀、单向阀，实现主动控制EGR气体温度和燃气温度。整套系统可以避免气化器结冰和EGR冷却器污垢造成性能下降，换热效率高，节约能源。

Description

废气再循环中冷器换热效率试验台及其控制方法
技术领域
本发明专利属于内燃机燃气供给系统领域，具体涉及废气再循环中冷器换热效率试验台及其控制方法。
背景技术
废气再循环(EGR)技术是解决柴油机NOx排放的有效措施之一，尤其是经中冷后的EGR在氮氧化物(NOx)、颗粒(PM)和经济性方面能够实现更好的折衷水平而得到了广泛的应用。由传统内燃机产生的颗粒(PM)和氮氧化物(NOx)等有害物排放成为危害环境的突出问题，而气体燃料发动机是解决上述问题的有效举措之一。在气体燃料的使用过程中，一般需要先将压缩储存的气体燃料气化再供入发动机燃烧，气体气化的过程中需要吸热，而一般的利用加热装置加热和空气换热的方式会增加外的能源消耗或结冰影响气化等问题。
车载电脑(ECU)为汽车专用微机控制器，它具有运算与控制的功能，发动机在运行时，它采集各传感器的信号，进行运算，并将运算的结果转变为控制信号，控制被控对象的工作。它还实行对存储器、输入/输出接口和其它外部电路的控制；存储器中存放的程序是经过精确计算和大量实验取得的数据为基础编写出来的，这个固有程序在发动机工作时，不断地与采集来的各传感器的信号进行比较和计算，把比较和计算的结果用来对发动机的点火、空燃比、怠速、废气再循环等多项参数的控制，可以实现自动调节。为了提高气化器的换热效率和节约能源，本发明设计了一种废气再循环中冷器换热效率试验台及其控制方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种废气再循环中冷器换热效率试验台及其控制方法，换热效率高，节约能源，结构简单。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：废气再循环中冷器换热效率试验台，包括前EGR管、EGR冷却器、后EGR管、EGR放气阀、EGR回流管、冷却液出液管、冷却液进液管、冷却液泵、冷却液三通阀、辅助冷却器、单向阀、低温燃气管、高温燃气管、燃气气化器、冷EGR温度传感器、冷却液高温温度传感器、低温燃气温度传感器、高温燃气温度传感器、发动机；
所述的前EGR管一端与发动机排气总管相连，另一端与EGR冷却器进气口相连，所述EGR冷却器出气口与后EGR管相连；所述后EGR管与发动机进气总管相连，所述后EGR管上设置有冷EGR温度传感器和EGR放气阀；所述EGR放气阀上端口、下端口与后EGR管相连，所述EGR放气阀右端口与EGR回流管一端相连；所述EGR回流管另一端与发动机排气管低压端相连；所述EGR冷却器的冷却出口与冷却液出液管一端相连；所述冷却液出液管另一端与燃气气化器加热进液口相连；所述冷却液出液管上设置有冷却液高温温度传感器；所述燃气气化器加热出气口与冷却液进液管一端相连；所述冷却液进液管另一端与EGR冷却器的冷却进口相连，所述冷却液出液管上设置有冷却液泵和冷却液三通阀；所述冷却液三通阀的第一端口、第二端口与EGR冷却器冷却出管相连，第三端口与辅助冷却器进液端口相连；所述辅助冷却器的出气端口与单向阀入口相连；所述单向阀出口与冷却液进液管相连；所述燃气气化器的燃气入口与低温燃气管相连，所述燃气气化器的燃气出口与高温燃气管一端相连；所述低温燃气管上设置有低温燃气温度传感器；所述高温燃气管另一端与发动机喷油嘴或油轨相连，所述高温燃气管上设置有高温燃气温度传感器；所述的冷EGR温度传感器、冷却液高温温度传感器、低温燃气温度传感器和高温燃气温度传感器的信号传给ECU，ECU的控制信号输送至EGR放气阀、冷却液三通阀、单向阀。
废气再循环中冷器换热效率试验台的控制方法包括以下步骤：
步骤一，根据发动机的当前运行工况确定时候需要EGR气体的输入，当发动处于需要EGR气体的工况时，打开连通EGR放气阀的上端口、下端口，使EGR气体从发动机排气总管经EGR冷却器冷却后进入发动机进气总管；当发动处于不需要EGR气体的工况时，打开连通EGR放气阀的上端口、右端口，使EGR气体从发动机排气总管经EGR冷却器冷却后回到发动机排气总管；
步骤二，所述冷EGR温度传感器的温度信号直接传给ECU，ECU通过冷EGR温度传感器的温度信号与预设值对比；如果冷却后的EGR气体温度与目标值不相符，则通过控制冷却液泵的转速，使冷却后的EGR气体温度的温度与目标值相符；
步骤三，所述高温燃气温度传感器的温度信号直接传给ECU，ECU通过高温燃气温度传感器的温度信号与预设值对比；如果高温燃气温度与目标值不相符，则需要控制冷却液三通阀的开度，使高温燃气的温度与目标值相符。
优选的，所述的步骤三中控制冷却液三通阀开度的具体过程包括所述高温燃气温度传感器的温度信号直接传给ECU，采集燃气气化器的高温燃气温度和低温燃气温度、EGR冷却器的冷却液高温温度的温度信号；ECU通过高温燃气温度传感器的温度信号与预设值对比；如果高温燃气温度与目标值不相符，则ECU进行以下过程：基于采集的温度信号确定当前的换热效率；基于当前的换热效率确定所需的加热液体量；基于计算得出的当前所需的加热液体量和标定的冷却液三通阀的开度MAP信息控制冷却液三通阀的开度，使高温燃气的温度与目标值相符；当所述燃气气化器所需的加热气体流量小于冷却液泵当前转速供应的加热气体流量时，多余的加热气体经过冷却液三通阀的第一端口、第三端口经辅助冷却器和单向阀进入冷却液进液管。
优选的，所述基于采集的温度信号确定当前的换热效率，具体包括将高温燃气温度与低温燃气温度进行比较，确定高温燃气温度与低温燃气温度之前的偏差；将冷却液高温温度与高温燃气温度进行比较，确定冷却液高温温度与高温燃气温度之前的偏差；将高温燃气温度与低温燃气温度之前的偏差与冷却液高温温度与高温燃气温度之前的偏差相比，确定当前的换热效率。
优选的，所述基于当前的换热效率确定所需的加热液体量，具体包括基于目标高温燃气温度与低温燃气温度，确定燃气需要吸收的热量；基于确定的燃气需要吸收的热量和确定的当前的换热效率，确定需求冷却液放出的热量；基于确定的需求冷却液放出的热量，确定所需的加热液体量。
本发明提供了一种废气再循环中冷器换热效率试验台的及其控制方法，具备以下有益效果：
1、所述的前EGR管一端与发动机排气总管相连，另一端与EGR冷却器进气口相连，用于将尾气通入EGR冷却器中，所述冷却液出液管另一端与燃气气化器加热进液口相连，利用冷却EGR气体后的高温冷却液加热低温燃气，充分利用热能，节约能源。
2、该装置中所述冷EGR温度传感器、冷却液高温温度传感器、低温燃气温度传感器和高温燃气温度传感器的信号传给ECU，ECU的控制信号输送至EGR放气阀、冷却液三通阀、单向阀，用于实现对EGR放气阀、冷却液三通阀、单向阀的开度的控制，整套装置结构简单，便于安装，可以闭环控制EGR气体温度和燃气温度。
3、整套系统根据发动机的当前运行工况确定时候需要EGR气体的输入，冷EGR温度传感器的温度信号直接传给ECU，ECU通过冷EGR温度传感器的温度信号与预设值对比；如果冷却后的EGR气体温度与目标值不相符，则通过控制冷却液泵的转速，使冷却后的EGR气体温度的温度与目标值相符，所述高温燃气温度传感器的温度信号直接传给ECU，ECU通过高温燃气温度传感器的温度信号与预设值对比；如果高温燃气温度与目标值不相符，则需要控制冷却液三通阀的开度，使高温燃气的温度与目标值相符，该系统主动控制EGR气体温度和燃气温度，可以避免气化器结冰和EGR冷却器污垢造成的性能下降。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明专利前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为本发明废气再循环中冷器换热效率试验台的安装示意图；
图2为本发明EGR冷却器安装结构示意图；
图3为本发明燃气气化器安装结构示意图；
图4为本发明辅助冷却器安装结构示意图；
图5为本发明发动机安装结构示意图；
图6为本发明EGR放气阀安装结构示意图；
图7为本发明废气再循环中冷器换热效率试验台的控制逻辑图；
其中：1为前EGR管，2为EGR冷却器，201为进气口，202为出气口，203为冷却出口，204为冷却进口，3为冷却液三通阀，4为辅助冷却器，401为进液端口，402为出气端口，5为单向阀，6为冷EGR温度传感器，7为冷却液进液管，8为燃气气化器，801为加热进液口，802为加热出气口，803为燃气入口，804为燃气出口，9为高温燃气温度传感器，10为高温燃气管，11为后EGR管，12为EGR放气阀，121为上端口，122为下端口，123为右端口，13为EGR回流管，14为低温燃气管，15为低温燃气温度传感器，16为冷却液高温温度传感器，17为冷却液出液管，18为冷却液泵，19为发动机，191为排气总管，192为进气总管，193为排气管低压端，194为喷油嘴或油轨。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1～图6所示，废气再循环中冷器换热效率试验台包括前EGR管1、EGR冷却器2、后EGR管11、EGR放气阀12、EGR回流管13、冷却液出液管17、冷却液进液管7、冷却液泵18、冷却液三通阀3、辅助冷却器4、单向阀5、低温燃气管14、高温燃气管10、燃气气化器8、冷EGR温度传感器6、冷却液高温温度传感器16、低温燃气温度传感器15、高温燃气温度传感器9、发动机19；
所述的前EGR管1一端与发动机排气总管191相连，另一端与所述EGR冷却器2进气口201相连，所述EGR冷却器2出气口202与后EGR管11相连；所述后EGR管11与发动机19进气总管192相连，所述后EGR管11上设置有冷EGR温度传感器6和EGR放气阀12；所述EGR放气阀12上端口121、下端口122与所述后EGR管11相连，所述EGR放气阀12右端口123与所述EGR回流管13一端相连；所述EGR回流管13另一端与发动机19排气管低压端193相连；所述EGR冷却器2的冷却出口203与所述冷却液出液管17一端相连；所述冷却液出液管17另一端与所述燃气气化器8加热进液口801相连；所述冷却液出液管17上设置有冷却液高温温度传感器16；所述燃气气化器8加热出气口802与冷却液进液管7一端相连；所述冷却液进液管7另一端与所述EGR冷却器2的冷却进口204相连，所述冷却液出液管17上设置有冷却液泵18和冷却液三通阀3；所述冷却液三通阀3的第一端口、第二端口与所述EGR冷却器2冷却出管203相连，第三端口与辅助冷却器4的进液端口401相连；所述辅助冷却器4的出气端口402与单向阀5入口相连；所述单向阀5出口与冷却液进液管7相连；所述燃气气化器8的燃气入口803与低温燃气管14相连，所述燃气气化器8的燃气出口804与高温燃气管10一端相连；所述低温燃气管14上设置有低温燃气温度传感器15；所述高温燃气管10另一端与发动机19喷油嘴或油轨194相连，所述高温燃气管上10设置有高温燃气温度传感器9；所述的冷EGR温度传感器6、冷却液高温温度传感器16、低温燃气温度传感器14和高温燃气温度传感器9的信号传给ECU，ECU的控制信号输送至EGR放气阀12、冷却液三通阀3、单向阀5。
参照图7所示，废气再循环中冷器换热效率试验台的控制方法包括以下步骤：
步骤一，根据发动机19的当前运行工况确定时候需要EGR气体的输入，当发动处于需要EGR气体的工况时，打开连通EGR放气阀12的上端口121、下端口122，使EGR气体从发动机19排气总管191经EGR冷却器2冷却后进入发动机19进气总管192；当发动处于不需要EGR气体的工况时，打开连通EGR放气阀12的上端口121、右端口123，使EGR气体从发动机19排气总管191经EGR冷却器2冷却后回到发动机19排气总管191；
步骤二，所述冷EGR温度传感器6的温度信号直接传给ECU，ECU通过所述冷EGR温度传感器6的温度信号与预设值对比；如果冷却后的EGR气体温度与目标值不相符，则通过控制所述冷却液泵18的转速，使冷却后的EGR气体温度的温度与目标值相符；
步骤三，所述高温燃气温度传感器9的温度信号直接传给ECU，ECU通过高温燃气温度传感器9的温度信号与预设值对比；如果高温燃气温度与目标值不相符，则根据低温燃气温度传感器14、高温燃气温度传感器9和冷却液高温温度传感器16的温度信号利用公式：
计算出燃气气化器8的当前换热效率，然后根据高温燃气温度传感器9和冷却液高温温度传感器16的温度信号和计算出的燃气气化器8的当前换热效率利用公式：
计算出将当前低温燃气加热到目标高温燃气温度当前所需的加热液体量，根据计算得出的当前所需的加热液体量和标定的冷却液三通阀3的开度MAP信息控制冷却液三通阀3的开度改变冷却液进入燃气气化器的流量，使高温燃气的温度与目标值相符。当所述燃气气化器8所需的加热气体流量小于所述冷却液泵18当前转速供应的加热气体流量时，多余的加热气体经过所述冷却液三通阀13的第一端口、第三端口经辅助冷却器4和单向阀5进入冷却液进液管7。
以上述依据本发明专利的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明专利技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明专利的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.废气再循环中冷器换热效率试验台，其特征在于：包括前EGR管(1)、EGR冷却器(2)、后EGR管(11)、EGR放气阀(12)、EGR回流管(13)、冷却液出液管(17)、冷却液进液管(7)、冷却液泵(18)、冷却液三通阀(3)、辅助冷却器(4)、单向阀(5)、低温燃气管(14)、高温燃气管(10)、燃气气化器(8)、冷EGR温度传感器(6)、冷却液高温温度传感器(16)、低温燃气温度传感器(15)、高温燃气温度传感器(9)、发动机(19)；
所述的前EGR管(1)一端与发动机(19)排气总管(191)相连，另一端与EGR冷却器(2)进气口(201)相连，所述EGR冷却器(2)出气口(202)与后EGR管(11)相连；所述后EGR管(11)与发动机(19)进气总管(192)相连，所述后EGR管(11)上设置有冷EGR温度传感器(6)和EGR放气阀(12)；所述EGR放气阀(12)上端口(121)、下端口(122)与后EGR管(11)相连，所述EGR放气阀(12)右端口(123)与EGR回流管(13)一端相连；所述EGR回流管(13)另一端与发动机(19)排气管低压端(193)相连；所述EGR冷却器(2)的冷却出口(203)与冷却液出液管(17)一端相连；所述冷却液出液管(17)另一端与燃气气化器(8)加热进液口(801)相连；所述冷却液出液管(17)上设置有冷却液高温温度传感器(16)；所述燃气气化器(8)加热出气口(802)与冷却液进液管(7)一端相连；所述冷却液进液管(7)另一端与EGR冷却器(2)的冷却进口(204)相连，所述冷却液出液管(17)上设置有冷却液泵(18)和冷却液三通阀(3)；所述冷却液三通阀(3)的第一端口、第二端口与EGR冷却器(2)冷却出口(203)相连，第三端口与辅助冷却器(4)进液端口(401)相连；所述辅助冷却器(4)的出气端口(402)与单向阀(5)入口相连；所述单向阀(5)出口与冷却液进液管(7)相连；所述燃气气化器(8)的燃气入口(803)与低温燃气管(14)相连，所述燃气气化器(8)的燃气出口(804)与高温燃气管(10)一端相连；所述低温燃气管(14)上设置有低温燃气温度传感器(15)；所述高温燃气管(10)另一端与发动机(19)喷油嘴或油轨(194)相连，所述高温燃气管上(10)设置有高温燃气温度传感器(9)；所述的冷EGR温度传感器(6)、冷却液高温温度传感器(16)、低温燃气温度传感器(14)和高温燃气温度传感器(9)的信号传给ECU，ECU的控制信号输送至EGR放气阀(12)、冷却液三通阀(3)、单向阀(5)。
2.废气再循环中冷器换热效率试验台的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据发动机(19)的当前运行工况确定时候需要EGR气体的输入，当发动处于需要EGR气体的工况时，打开连通EGR放气阀(12)的上端口(121)、下端口(122)，使EGR气体从发动机(19)排气总管(191)经EGR冷却器(2)冷却后进入发动机(19)进气总管(192)；当发动处于不需要EGR气体的工况时，打开连通EGR放气阀(12)的上端口(121)、右端口(123)，使EGR气体从发动机(19)排气总管(191)经EGR冷却器(2)冷却后回到发动机(19)排气总管(191)；
步骤二，所述冷EGR温度传感器(6)的温度信号直接传给ECU，ECU通过EGR温度传感器(6)的温度信号与预设值对比；如果冷却后的EGR气体温度与目标值不相符，则通过控制冷却液泵(18)的转速，使冷却后的EGR气体温度的温度与目标值相符；
步骤三，所述高温燃气温度传感器(9)的温度信号直接传给ECU，ECU通过高温燃气温度传感器(9)的温度信号与预设值对比；如果高温燃气温度与目标值不相符，则需要控制冷却液三通阀(3)的开度，使高温燃气的温度与目标值相符。
3.如权利要求2所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的控制方法，其特征在于：所述的步骤三中控制冷却液三通阀(3)开度的具体过程为：
所述高温燃气温度传感器(9)的温度信号直接传给ECU，采集燃气气化器(8)的高温燃气温度和低温燃气温度、EGR冷却器(2)的冷却液高温温度的温度信号；ECU通过高温燃气温度传感器(16)的温度信号与预设值对比；如果高温燃气温度与目标值不相符，则ECU进行以下过程：基于采集的温度信号确定当前的换热效率；基于当前的换热效率确定所需的加热液体量；基于计算得出的当前所需的加热液体量和标定的冷却液三通阀(13)的开度MAP信息控制冷却液三通阀(13)的开度，使高温燃气的温度与目标值相符；
当所述燃气气化器(8)所需的加热气体流量小于冷却液泵(18)当前转速供应的加热气体流量时，多余的加热气体经过所述冷却液三通阀(13)的第一端口、第三端口经辅助冷却器(4)和单向阀(5)进入冷却液进液管(7)。
4.如权利要求3所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的控制方法，其特征在于，所述基于采集的温度信号确定当前的换热效率，具体包括：
将高温燃气温度与低温燃气温度进行比较，确定高温燃气温度与低温燃气温度之前的偏差；
将冷却液高温温度与高温燃气温度进行比较，确定冷却液高温温度与高温燃气温度之前的偏差；
将高温燃气温度与低温燃气温度之前的偏差与冷却液高温温度与高温燃气温度之前的偏差相比，确定当前的换热效率。
5.如权利要求3所述的废气再循环中冷器换热效率试验台的控制方法，其特征在于，所述基于当前的换热效率确定所需的加热液体量，具体包括：
基于目标高温燃气温度与低温燃气温度，确定燃气需要吸收的热量；
基于确定的燃气需要吸收的热量和确定的当前的换热效率，确定需求冷却液放出的热量；
基于确定的需求冷却液放出的热量，确定所需的加热液体量。
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