CN111255555B - 具有低压egr系统的发动机的热管理策略及车辆 - Google Patents

具有低压egr系统的发动机的热管理策略及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有低压EGR系统的发动机的热管理策略及车辆，根据本发明的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略包括至少如下步骤：检测发动机的转速和扭矩；根据发动机转速和扭矩确定发动机当前所处工况；根据发动机当前所处工况确定对应的发动机冷却液温度区域，所述发动机当前所处工况包括中低转速、中小负荷工况、中等转速、中负荷工况和中高转速、中高负荷工况，每个工况对应有各自的发动机冷却液温度区域。根据本发明的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略可以使发动机在不同的工况处在不同的冷却液温度下工作，从而提高发动机的燃油经济性。

Description

具有低压EGR系统的发动机的热管理策略及车辆
技术领域
本发明涉及车辆领域，尤其是涉及一种具有低压EGR系统的发动机的热管理策略及车辆。
背景技术
相关技术中，所述发动机EGR系统为外部EGR，其是将催化器后的废气引到进气增压器前，需要经过增压器，进气中冷器以及节气门进入到发动机缸内。经过冷却的EGR对中高负荷爆震具有一定抑制作用，但在小负荷对燃烧起到负面作用，在增加EGR的小负荷区域，会造成燃烧不稳定，并且有一定的失火的风险。在中等负荷，需要较低的水温，这样可以在一定程度上抑制爆震，在高负荷及功率点，需要尽可能低的水温，这样可以进一步降低外特性的爆震，极大的提升动力性，在功率点降低排气温度，提升功率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，该热管理策略可以使发动机在不同的工况处在不同的冷却液温度下工作，从而提高发动机的燃油经济性。
本发明还提出一种具有低压EGR系统的发动机的热管理策略的车辆。
根据本发明的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略包括至少如下步骤：检测发动机的转速和扭矩；根据发动机转速和扭矩确定发动机当前所处工况；根据发动机当前所处工况确定对应的发动机冷却液温度区域，所述发动机当前所处工况包括中低转速、中小负荷工况、中等转速、中负荷工况和中高转速、中高负荷工况，每个工况对应有各自的发动机冷却液温度区域。
根据本发明的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，通过将最优冷却液温度设定为多个区域，相邻的两个区域之间形成边界线，通过比较发动机实际转速与边界线上所对应的边界扭矩，以确定此时的最优冷却液温度，可以使发动机在不同的工况处在不同的冷却液温度下工作，从而提高发动机的燃油经济性。
根据本发明的一个实施例，所述中低转速、中小负荷工况、所述中等转速、中负荷工况和所述中高转速、中高负荷工况分别对应的发动机冷却液温度区域为：A区域，B区域，C区域，述A区域的冷却水温、所述B区域的冷却水温和所述C区域的冷却水温依次降低。
根据本发明的一个实施例，所述A区域的冷却液温度为100℃-110℃，所述B区域的冷却液温度为85℃-100℃，所述C区域的冷却液温度为70℃-90℃。
根据本发明的一个实施例，所述B区域为过渡区域，所述A区域与所述B区域之间具有AB边界扭矩，所述B区域与所述C区域之间具有BC边界扭矩；所述B区域的过渡策略包括：根据发动机转速确定BC边界扭矩；若发动机的扭矩大于等于BC边界扭矩，切换到C区域，否则切换到A区域或B区域；根据发动机转速确定AB边界扭矩；若发动机的扭矩大于等于AB边界扭矩，切换到B区域，否则切换到A区域。
根据本发明的一个实施例，在发动机加速过程中，根据加速的斜率，可选择地将冷却液提前进入到C区域。
根据本发明的一个实施例，加速模式下的区域选择策略包括：根据发动机转速计算AB边界扭矩；计算加速斜率：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/(a到b所用的时间)；根据加速的斜率确定加速扭矩过渡量；将AB边界扭矩加上加速扭矩过渡量；若发动机的扭矩大于等于AB边界扭矩和加速扭矩过渡量之和，则提前进入到C区域。
根据本发明的一个实施例，在发动机减速过程中，根据减速的斜率，可选择地将冷却液提前进入到A区域。
根据本发明的一个实施例，减速模式下的区域选择策略包括：根据发动机转速计算BC边界扭矩；计算减速斜率：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/a到b所用的时间；根据减速斜率确定减速扭矩过渡量；将BC边界扭矩减去减速扭矩过渡量；若发动机的扭矩小于等于BC边界扭矩和减速扭矩过渡量之间的差值，则提前进入到A区域。
根据本发明的一个实施例，所述冷却液的流量可调。
下面简单描述根据本发明实施例的车辆。
根据本发明实施例的车辆上设置有上述实施例的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，由于根据本发明的车辆上设置有具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，因此该车辆的发动机的低压EGR系统稳定更可靠，发动机的动力性能好，有效地缓解了受低压EGR系统影响所产生的爆震，降低了车辆的排放。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例中速度与扭矩的关系示意图；
图2是根据本发明实施例中低压EGR系统的结构示意图；
图3是根据本发明实施例中的热管理策略的流程图；
图4是根据本发明实施例中的管理策略中的一个示意图；
图5是根据本发明实施例中的管理策略中加速模式下的区域选择策略的示意图；
图6是根据本发明实施例中的管理策略中减速模式下的区域选择策略的示意图。
附图标记：
A区域100，
B区域200，
C区域300，
AB边界线101，BC边界线102，
EGR中冷器1，喷油器2，增压器3，EGR阀4，节气门5。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
EGR系统是车辆的排气再循环系统，燃料在发动机内燃烧后，所产生的废气其中一部分废气经过催化后排出到大气中，另一部分废气将重新经过增压后进入到发动机内，该部分废气可以在发动机的气缸内再度燃烧，以降低排出气体中的氮氧化物(NOx)，以减少污染物的排放，采用EGR系统的发动机，在发动机不同转速和转矩下，温度会对燃料的燃烧具有一定的影响。
下面参考图1-图6描述根据本发明实施例的具有低压EGR系统的发动机热管理策略。
通过针对不同的发动机负荷进行不同冷却液温度的验证，将最优冷却液设定为多个区域，相邻的两个区域之间形成有边界线；根据发动机的转速确定边界线上对应的边界扭矩，比较发动机的实际扭矩与边界扭矩，将冷却液温度控制在合适的区域。
检测发动机的转速和扭矩；根据发动机转速和扭矩确定发动机当前所处工况；根据发动机当前所处工况确定对应的发动机冷却液温度区域，所述发动机当前所处工况包括中低转速、中小负荷工况、中等转速、中负荷工况和中高转速、中高负荷工况，每个工况对应有各自的发动机冷却液温度区域。
这里需要说明的是，发动机的转速和扭矩相互对应，车辆在不同的工况下，同一转速可以具有不同的扭矩，同样地，随着发动机转速的提高，而扭矩可以发生变化，在发动机的扭矩与转速对应关系形成的区域内，通过人为设定出不同的区域对应不同的最优冷却液温度，以提高低压EGR系统的稳定性及可靠性，以进一步优化发动机的使用效果，降低排放，该最优冷却液温度是通过不断地实验，使发动机在同一转速和扭矩下通过调节冷却液的温度来测试发动机的排放及各项性能指标，并根据不同冷却液温度下发动机的排放及各项性能指标而得出的最优冷却液温度。
在相邻的两个最优冷却液温度区域之间形成有边界线，当发动机的转速或扭矩中的任意一个超出了该区域的范围时，此时发动机的最优冷却液的温度也发生变化，可以通过控制冷却液流量阀等对冷却液的温度进行调节，以使冷却液温度不断接近最优冷却液温度，以使车辆的低压EGR系统保持一个良好的状态。
车辆的控制中心可以接收到车辆的发动机转速以及发动机所输出的扭矩信息，根据实际转速落入到边界线上对应的位置，得到边界线上与实际转速对应的边界扭矩的数值，通过比较实际扭矩与边界扭矩的大小，以确定此时发动机所对应的最优冷却液温度，控制中心通过控制散热器、冷却液流量阀等其他可以调节冷却液温度的器件，来调节冷却液的温度，使冷却液的温度逐渐趋于最优冷却液温度。
根据本发明的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，通过将最优冷却液温度设定为多个区域，相邻的两个区域之间形成边界线，根据发动机当前所处工况确定对应的发动机冷却液温度区域，通过比较发动机实际转速与边界线上所对应的边界扭矩，以确定此时的最优冷却液温度，可以使发动机在不同的工况处在不同的冷却液温度下工作，从而提高发动机的燃油经济性。
根据本发明的一个实施例，多个区域包括：A区域100-中低转速、中低负荷区域，B区域200-中等转速、中负荷区域，C区域300-中高转速、中高负荷区域，A区域100与B区域200之间形成有AB边界线101，B区域200与C区域300之间形成有BC边界线102，A区域的冷却水温、B区域的冷却水温和C区域的冷却水温依次降低。
其中，A区域100的冷却液温度为100℃-110℃，其中A区域100的最优冷却液温度在100℃-110℃之间，B区域200的冷却液温度为85℃-100℃，其中B区域200的最优冷却液温度在85℃-100℃之间，C区域300的冷却液温度为70℃-90℃，其中C区域300的最优冷却液温度在70℃-90℃之间。
发动机的转速和转矩均处于A区域100时，此时发动机为中小负荷，且发动机的转速为中低转速，如图2所示，发动机的废气经过催化器后经过EGR阀4及EGR中冷器1后重新引入到发动机的进气通道中，废气经过发动机的增压器3后，经过节气门5进入到缸内并与空气重新混合，在喷油器2喷出燃料后与燃料充分燃烧。低压EGR对小负荷对燃烧具有一定的负面影响，可能会造成燃烧不稳定，当发动机处于中小负荷，中低转速时，低压EGR系统可以降低发动机的泵气损失，通过提高冷却液温度，以降低摩擦同时增加发动机内燃料燃烧的稳定性，从而降低失火风险，降低油耗。
发动机的转速和转矩均处于B区域200时，此时发动机为中等负荷、中等转速，此时发动机的冷却液需要较低的温度，这样可以在一定程度上抑制爆震，以提高发动机的稳定性，减少发动机的排放，提高发动机的热效率。
发动机的转速和转矩均处于C区域300时，此时发动机为中高负荷、中高转速，此时发动机需要尽可能低的水温，这样可以进一步降低爆震，极大的提升发动机是动力性，在功率点降低发动机的排气温度，提升发动机的最大功率。
根据本发明的一个实施例，B区域为过渡区域，A区域与B区域之间具有AB边界扭矩，B区域与C区域之间具有BC边界扭矩；B区域的过渡策略包括：根据发动机转速确定BC边界扭矩；若发动机的扭矩大于等于BC边界扭矩，切换到C区域，否则切换到A区域或B区域；根据发动机转速确定AB边界扭矩；若发动机的扭矩大于等于AB边界扭矩，切换到B区域，否则切换到A区域。
其中，可以将发动机的转速带入到BC边界扭矩曲线中，以得出该转速下的BC边界扭矩。可以将发动机的转速带入到AB边界扭矩曲线中，以得出AB边界扭矩，BC边界扭矩曲线和AB边界扭矩曲线由多次实验得出。
如图4所示，根据发动机的实际转速查询AB边界线101上对应的AB边界扭矩和BC边界线102上对应的BC边界扭矩；比较发动机实际扭矩与AB边界扭矩和BC边界扭矩，若发动机实际扭矩大于BC边界扭矩，则冷却液温度控制在C区域300，若发动机实际扭矩大于AB边界扭矩且小于BC边界扭矩，则冷却液温度控制在B区域200，若发动机实际扭矩小于AB边界扭矩，则冷却液温度控制在A区域100。
根据本发明的一个实施例，在发动机加速过程中，根据加速的斜率，可选择地将冷却液提前进入到C区域300，以提前调节冷却液温度，令冷却液的温度调节到A区域100的最优冷却液温度下，使车辆在加速过程中可以进一步缓解由于受到低压EGR系统影响所产生的爆震，提升发动机的动力性，使车辆具有更好的加速能力。
根据本发明的一个实施例，加速模式下的区域选择策略包括：根据发动机转速和AB边界扭矩曲线计算AB边界扭矩；计算加速斜率；根据加速的斜率和AB边界扭矩滞回曲线确定加速扭矩过渡量；将AB边界扭矩加上加速扭矩过渡量；若发动机的扭矩大于等于AB边界扭矩和加速扭矩过渡量之和，则提前进入到C区域。
需要说明的是，AB边界扭矩曲线是发明人根据多次试验、通过大量的试验数据得出的，可以根据发动机转速和AB边界扭矩曲线计算AB边界扭矩，当然也可以通过其他方法或途径获得发动机转速对应的AB边界扭矩，本发明不对AB边界扭矩的获取方式限定。
同样的，AB边界扭矩滞回曲线是发明人根据多次试验、通过大量的试验数据得出的，可以根据加速的斜率和AB边界扭矩滞回曲线计算加速扭矩过渡量，当然也可以通过其他方法或途径获得加速的斜率对应的加速扭矩过渡量，本发明不对加速扭矩过渡量的获取方式进行限定。
其中，加速的斜率为：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/(a到b所用的时间)，需要说明的是，加速度斜率是油门踏板位置b到油门踏板位置a的距离与油门踏板位置b到油门踏板位置a所用时间的比值；如图5所示，将发动机的转速带入到AB边界扭矩曲线中可以得到AB边界上的AB边界扭矩，将加速的斜率输入到AB边界扭矩滞回曲线以得到过渡扭矩，若发动机实际扭矩大于AB边界上对应的AB边界扭矩加上过渡扭矩，则冷却液的温度提前进入到C区域300所对应的最优冷却液温度，加速的斜率可以反映出驾驶员对扭矩需求的强烈程度斜率越大，代表车辆所需的扭矩越大。
根据本发明的一个实施例，发动机的实际转速和与转矩之间对应所形成的二维图像中，在发动机减速过程中，根据减速的斜率，可选择地将冷却液提前进入到A区域100，以提前调节冷却液温度，令冷却液的温度调节到A区域100的最优冷却液温度下，降低摩擦同时增加发动机内燃料燃烧的稳定性，从而降低失火风险，降低油耗。
根据本发明的一个实施例，减速模式下的区域选择策略包括：根据发动机转速和BC边界扭矩曲线计算BC边界扭矩；计算减速斜率：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/a到b所用的时间；根据减速斜率和BC边界扭矩滞回曲线确定减速扭矩过渡量；将BC边界扭矩减去减速扭矩过渡量；若发动机的扭矩小于等于BC边界扭矩和减速扭矩过渡量之间的差值，则提前进入到A区域。
需要说明的是，BC边界扭矩曲线是发明人根据多次试验、通过大量的试验数据得出的，可以根据发动机转速和BC边界扭矩曲线计算BC边界扭矩，当然也可以通过其他方法或途径获得发动机转速对应的BC边界扭矩，本发明不对BC边界扭矩的获取方式进行限定。
同样的，BC边界扭矩滞回曲线是发明人根据多次试验、通过大量的试验数据得出的，可以根据减速的斜率和BC边界扭矩滞回曲线计算减速扭矩过渡量，当然也可以通过其他方法或途径获得减速的斜率对应的减速扭矩过渡量，本发明不对减速扭矩过渡量的获取方式进行限定。
需要说明的是加速的斜率为：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/a到b所用的时间；如图6所示，将加速的斜率输入到BC边界扭矩滞回曲线以得到过渡扭矩，将发动机的转速带入到BC边界扭矩曲线中得到BC边界扭矩，若发动机实际扭矩小于BC边界上对应的BC边界扭矩减去过渡扭矩，则冷却液提前进入到A区域100，以提前调节冷却液温度，令冷却液的温度调节到A区域100的最优冷却液温度下，以提高发动机的动力性能，降低摩擦同时增加发动机内燃料燃烧的稳定性和油耗。
根据本发明的一个实施例，所述冷却液的流量可调，通过控制冷却液的流量来调节冷却液的温度，使冷却液的温度不断趋近于最优冷却液温度，使具有低压EGR系统的发动机可以保持一个良好的工作状态。
进一步地，由于冷却液是靠调节流量的大小来调节冷却液的温度，所以冷却液温度的调节有一定的滞后性，经过分析ABC三个区域的温度分布，确认其特性，将B区域作为过渡区域，提前对冷却液的流量进行预先调节，实现冷却液温度的跟随，有效降低油耗。经过试验验证，冷却液温度跟随性很好，满足发动机不同工况对应不同温度的需要。
下面简单描述根据本发明实施例的车辆。
根据本发明实施例的车辆上设置有上述实施例的具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，由于根据本发明的车辆上设置有具有低压EGR系统的发动机的热管理策略，因此该车辆的发动机的低压EGR系统稳定更可靠，发动机的动力性能好，有效地缓解了受低压EGR系统影响所产生的爆震，降低了车辆的排放。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种具有低压EGR系统的发动机的热管理方法，其特征在于，包括至少如下步骤：
检测发动机的转速和扭矩；
根据发动机转速和扭矩确定发动机当前所处工况；
根据发动机当前所处工况确定对应的发动机冷却液温度区域，所述发动机当前所处工况包括中低转速、中小负荷工况、中等转速、中负荷工况和中高转速、中高负荷工况，每个工况对应有各自的发动机冷却液温度区域；其中
所述中低转速、中小负荷工况、所述中等转速、中负荷工况和所述中高转速、中高负荷工况分别对应的发动机冷却液温度区域为：A区域(100)，B区域(200)，C区域(300)，所述A区域的冷却水温、所述B区域的冷却水温和所述C区域的冷却水温依次降低；
所述B区域为过渡区域，所述A区域与所述B区域之间具有AB边界扭矩，所述B区域与所述C区域之间具有BC边界扭矩；
所述B区域的过渡方法包括：
根据发动机转速确定BC边界扭矩；
若发动机的扭矩大于等于BC边界扭矩，切换到C区域，否则切换到A区域或B区域；
根据发动机转速确定AB边界扭矩；
若发动机的扭矩大于等于AB边界扭矩，切换到B区域，否则切换到A区域；
进一步地，在发动机加速过程中，根据加速的斜率，可选择地将冷却液提前进入到C区域(300)；
在发动机减速过程中，根据减速的斜率，可选择地将冷却液提前进入到A区域(100)。
2.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机的热管理方法，其特征在于，所述A区域(100)的冷却液温度为100℃-110℃，所述B区域(200)的冷却液温度为85℃-100℃，所述C区域(300)的冷却液温度为70℃-90℃。
3.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机的热管理方法，其特征在于，加速模式下的区域选择方法包括：
根据发动机转速计算AB边界扭矩；
计算加速斜率：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/(a到b所用的时间)；
根据加速的斜率确定加速扭矩过渡量；
将AB边界扭矩加上加速扭矩过渡量；
若发动机的扭矩大于等于AB边界扭矩和加速扭矩过渡量之和，则提前进入到C区域。
4.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机的热管理方法，其特征在于，减速模式下的区域选择方法包括：
根据发动机转速计算BC边界扭矩；
计算减速斜率：(油门踏板位置b-油门踏板位置a)/(a到b所用的时间)；
根据减速斜率确定减速扭矩过渡量；
将BC边界扭矩减去减速扭矩过渡量；
若发动机的扭矩小于等于BC边界扭矩和减速扭矩过渡量之间的差值，则提前进入到A区域。
5.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机的热管理方法，其特征在于，所述冷却液的流量可调。
6.一种车辆，其特征在于，实施权利要求1-5中任意一项所述的具有低压EGR系统的发动机的热管理方法。
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