CN113653575A - 一种具有低压egr系统的发动机总成及冷凝水控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆工程技术领域，公开一种具有低压EGR系统的发动机总成及冷凝水控制策略，当不符合低压EGR系统的开启条件时，低压EGR系统处于关闭状态，以防止析出的冷凝水不可控，当环境温度高于第一温度阈值、冷却液的温度高于第二温度阈值、环境湿度不高于预设湿度阈值、以及发动机的气缸压力不低于预设压力阈值时，即达到低压EGR系统的开启条件时，低压EGR系统开启，此时虽然有冷凝水产生，但由于节气门的第一连接管体相对水平面倾斜设置于进气歧管的上方，气体降温而产生的冷凝水在重力作用下顺流而下，相比于将节气门设置于进气歧管下方而言，冷凝水不会在节气门内堆积，且节气门倾斜设置可降低发动机整机的高度，节省车内空间，使结构更紧凑。

Description

一种具有低压EGR系统的发动机总成及冷凝水控制策略

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种具有低压EGR系统的发动机总成及冷凝水控制策略。

背景技术

废气再循环系统(简称EGR系统)是将排气管中部分废气回送到发动机的进气歧管，并与新鲜混合气体一起重新引入到发动机燃烧室内，以降低缸内燃烧温度，提高压缩比，起到降低油耗的目的。

为进一步降低油耗，提高热效率，工程人员开发了低压EGR系统，而低压EGR系统对发动机的可靠性设计要求较高。低压EGR技术带来的冷凝水问题是影响该技术应用和发动机可靠性的重大因素。发动机排出的废气温度较高，该废气与经过过滤后的新鲜空气汇合，随后经过中冷器、节气门进入进气歧管内，而经过中冷器冷却的气体在低温环境下极易产生冷凝水，冷凝水进而在位置低点堆积，在整车加速时会导致冷凝水灌入发动机进气道，进而通过进气道进入燃烧室内导致发动机失火，即发动机气缸内打火不成功，导致燃料无法燃烧。同时，在低温环境下，冷凝水堆积会引起结冰，致使内部结构胀裂，影响发动机可靠性和使用寿命。

现有的基于低压EGR系统的发动机总成中，节气门通常竖直设置在进气歧管的上方或者下方，设置在下方时，极易造成冷凝水在节气门低点位置的堆积，节气门设置在进气歧管上方时，虽然能够保证冷凝水在中冷器和节气门内无堆积，但会增加整机高度，导致整车空间不足，也限制了低压EGR技术的应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有低压EGR系统的发动机总成，能够防止产生冷凝水堆积现象，从而避免冷凝水通过进气道进入发动机气缸内而导致发动机失火的情况。

本发明的另一个目的在于提供一种冷凝水控制策略，低压EGR系统处于预设条件时才启动，以避免出现冷凝水堆积以及结冰等现象。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种具有低压EGR系统的发动机总成，包括：

进气歧管，与发动机的气缸连通；

节气门，包括第一连接管体以及设置于所述第一连接管体内的节气阀体，所述第一连接管体相对水平面倾斜设置于所述进气歧管的上方，所述节气阀体用于控制进入所述进气歧管内的气体量；

冷却管路，其内部循环流动有冷却液，所述冷却液能够降低所述低压EGR系统内的废气的温度；

第一测温单元，用于测量环境温度；

第二测温单元，用于测量所述冷却液的温度；

测湿单元，用于测量环境湿度；

测压单元，用于测量所述发动机的气缸压力；

控制单元，所述环境温度高于第一温度阈值、所述冷却液的温度高于第二温度阈值、所述环境湿度不高于预设湿度阈值、以及所述气缸压力不低于预设压力阈值时，所述控制单元控制所述低压EGR系统开启。

可选地，所述第一温度阈值为0℃，所述第二温度阈值为90℃，所述预设湿度阈值为90％，所述预设压力阈值为6bar。

可选地，所述第一连接管体的轴线与水平面的夹角为7°。

可选地，还包括中冷器，所述中冷器包括第二连接管体，所述第二连接管体与所述第一连接管体同轴设置。

可选地，所述中冷器远离所述节气门的一端设置有冷凝水分离单元，所述冷凝水分离单元的进气口与所述低压EGR系统的出口连通，所述冷凝水分离单元的出气口与所述中冷器连通。

可选地，还包括废气管路，所述低压EGR系统包括EGR冷却器和EGR阀门，所述EGR冷却器和所述EGR阀门均设置于所述废气管路上，所述EGR阀门用于控制导入所述发动机的气缸内的废气量。

可选地，所述节气阀体为第一电控阀，所述EGR阀门为第二电控阀，所述控制单元能够分别控制所述第一电控阀和所述第二电控阀的启闭和开度。

可选地，所述发动机转速增加时，所述控制单元控制所述第一电控阀的开度增大、以及控制所述第二电控阀的开度增大。

可选地，还包括热管理阀，所述冷却液的温度低于所述第二温度阈值时，所述控制单元通过控制所述热管理阀的开度，以使所述冷却液的温度大于所述第二温度阈值。

另一方面，提供一种冷凝水控制策略，采用如上所述的具有低压EGR系统的发动机总成进行控制，包括以下步骤：

S1、获取环境温度；

S2、判断环境温度是否大于第一温度阈值，若是，则跳转至S3，若否，则低压EGR系统关闭；

S3、获取冷却液温度；

S4、判断冷却液温度是否大于第二温度阈值，若是，则跳转至S5，若否，则低压EGR系统关闭；

S5、获取环境湿度；

S6、判断环境湿度是否小于或等于预设湿度阈值，若是，则跳转至S7，若否，则低压EGR系统关闭；

S7、获取发动机的气缸压力；

S8、判断气缸压力是否大于或等于预设压力阈值，若是，则低压EGR系统启动，若否，则低压EGR系统关闭。

本发明的有益效果：

本发明提供的具有低压EGR系统的发动机总成中，当不符合低压EGR系统的开启条件时，低压EGR系统处于关闭状态，此时在发动机进气道之前的结构中不会产生冷凝水，当环境温度高于第一温度阈值、冷却液的温度高于第二温度阈值、环境湿度不高于预设湿度阈值、以及发动机的气缸压力不低于预设压力阈值四个条件同时满足，即达到低压EGR系统的开启条件时，控制单元控制低压EGR系统开启，此时虽然有冷凝水产生，但由于节气门的第一连接管体相对水平面倾斜设置于进气歧管的上方，气体降温而产生的冷凝水在重力作用下顺流而下，相比于将节气门设置于进气歧管下方而言，冷凝水不会在节气门内堆积，而且，节气门倾斜设置能够降低发动机整机的高度，节省车内空间，使结构更紧凑。

本发明提供的冷凝水控制策略中，依次判断所获取的环境温度、冷却液温度、环境湿度以及发动机的气缸压力等参数是否在规定范围内，若其中任意一个参数的值不在规定范围内时，低压EGR系统均处于关闭状态，以防止析出的冷凝水不可控，当上述四个参数均在规定范围内时，低压EGR系统才开启，此时，气体降温产生的冷凝水可得到有效控制，不会产生结冰等危害。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供节气门、中冷器以及进气歧管的布置图；

图2是本发明具体实施方式提供的冷凝水控制策略的流程图。

图中：

1-进气歧管；2-节气门；3-中冷器；

21-第一连接管体；22-节气阀体；

31-第二连接管体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供一种具有低压EGR系统的发动机总成，能够有效控制由于低压EGR系统而产生的冷凝水，并防止冷凝水在内部结构中堆积。该具有低压EGR系统的发动机总成包括进气歧管1、节气门2、中冷器3、冷却管路、控制单元以及与控制单元电连接的第一测温单元、第二测温单元、测湿单元和测压单元。

发动机的冷却管路内循环流动有冷却液。冷却液的一个功能是降低发动机机体内部结构的温度，防止内部运动的零件过热损坏，如降低活塞与气缸摩擦产生的热量、以及降低润滑油温，防止润滑油过热而稀释，保证润滑油能够提供良好的润滑功能。冷却液的另一个功能是：当低压EGR系统开启时，冷却液能够与发动机排出的废气进行热交换，从而降低废气的温度，降温后的废气可重新引入至发动机的燃烧室内，能够改善发动机油耗，降低氮氧化物的排放。

第一测温单元用于测量环境温度，即车体外部所处环境的温度。第二测温单元用于测量上述冷却管路内冷却液的温度。测湿单元用于测量环境湿度，即车体外部所处环境的湿度。测压单元用于测量发动机的气缸压力。上述的环境温度、冷却液温度、环境湿度以及气缸压力四个因素可影响低压EGR系统的开启和关闭。当四个因素对应的参数值均在规定范围内时，控制单元才会控制低压EGR系统开启。若其中任意一个参数值不符合规定值，低压EGR系统都不会开启。即不符合低压EGR系统的开启条件时，低压EGR系统处于关闭状态，此时在发动机进气道之前的结构中不会产生冷凝水。而当环境温度高于第一温度阈值、冷却液的温度高于第二温度阈值、环境湿度不高于预设湿度阈值、以及发动机的气缸压力不低于预设压力阈值四个条件同时满足，即达到低压EGR系统的开启条件时，控制单元控制低压EGR系统开启，此时，气体降温产生的冷凝水可得到有效控制，不会产生结冰等危害。

进气歧管1设置于节气门2与发动机的进气道之间，并通过进气道能够与发动机气缸的燃烧室连通。参见图1，节气门2包括第一连接管体21以及设置于第一连接管体21内的节气阀体22，节气阀体22用于控制进入进气歧管1内的气体量，能够增加车辆加速或者减速时的灵活性，且减轻油耗。第一连接管体21相对水平面倾斜设置于进气歧管1的上方。当低压EGR系统开启时，虽然有冷凝水产生，但由于节气门2的第一连接管体21相对水平面倾斜设置于进气歧管1的上方，气体降温而产生的冷凝水在重力作用下顺流而下，相比于将节气门2设置于进气歧管1下方而言，冷凝水不会在节气门2内堆积。而且，节气门2倾斜设置能够降低发动机整机的高度，节省车内空间，使结构更紧凑。

本实施例中，第一温度阈值为0℃。当环境温度低于0℃时，冷凝水受低温影响容易结冰，冷凝水结冰后体积胀大，容易胀裂设置于低压EGR系统出口与发动机进气道之间的结构。第二温度阈值为90℃。高于此温度的冷却液在保证能够降低废气温度的同时能够减少冷凝水的析出，且能够防止冷凝水结冰。若冷却液低于90℃，其在低压EGR系统内与废气进行热交换后，废气的降温幅度较大，更易析出冷凝水。预设湿度阈值为90％。当环境湿度大于该值时，进入发动机总成内的空气含水汽量较大，可析出的冷凝水更多，导致大量冷凝水在短时间内聚集，不易控制。当冷凝水的析出量超过一定值时，即使在内部结构中不产生堆积，也可能导致发动机失火现象，即发动机气缸的燃烧室内无法打火，或者燃料燃烧不充分导致排出的废气急剧增加。预设压力阈值为6bar。气缸压力大于等于6bar时，表明发动机工作状态正常，产生的废气量在正常范围内，不会产生由于废气量急剧增加而导致冷凝水析出增加的现象。

本实施例中，第一连接管体21的轴线与水平面的夹角为7°。参见图1，进气歧管1近似水平布置，节气门2的第一连接管体21与水平面呈7°夹角布置于进气歧管1的上方。进一步地，节气门2远离进气歧管1的进气口的一端设置有中冷器3。中冷器3包括第二连接管体31，第二连接管体31与节气门2的第一连接管体21同轴设置。经过中冷器3降温后的高压气体能够通过第二连接管体31进入第一连接管体21内，并通过节气阀体22可控制进入进气歧管1内的气体量。节气门2的第一连接管体21和中冷器3的第二连接管体31均与水平面呈7°夹角设置于进气歧管1的上方，不存在位置低点，冷凝水能够从中冷器3和节气门2中顺流而下，不产生堆积，防止出现大量冷凝水在车辆加速时被吸入发动机燃烧室内而导致失火的现象。

另外，节气门2的第一连接管体21和中冷器3的第二连接管体31相对于水平面的夹角设置为7°，能够保证不超过发动机机体的最高点，即，在不增加发动机整体高度的前提下，实现冷凝水的有效控制。

可选地，中冷器3远离节气门2的一端设置有冷凝水分离单元。冷凝水分离单元的进气口与低压EGR系统的出口连通，冷凝水分离单元的出气口与中冷器3连通。低压EGR系统的出口输出的废气已经过降温，其在温度骤降时容易产生水汽。通过设置冷凝水分离单元，可将通入其中的废气进行冷凝水的分离和收集，初步降低废气中的含水量，有利于减少后续废气与新鲜空气混合后的含水量，进而减少冷凝水析出量。

可选地，该具有低压EGR系统的发动机总成还包括废气管路，低压EGR系统包括EGR冷却器和EGR阀门。EGR冷却器和EGR阀门均设置于废气管路上。冷却液流经EGR冷却器时能够降低低压EGR系统内通过的废气的温度，EGR阀门能够控制低压EGR系统的开启和关闭，当EGR阀门关闭时，经过EGR冷却器降温后的废气无法被引入发动机燃烧室内。EGR阀门的开度可调，以控制导入发动机气缸燃烧室内的废气量。当油门加大时，节气阀体22的开度增大，以增加混合气体的吸入量，行车电脑进而计算所需的喷油量，并发送信号至控制单元，控制单元进而将喷油量加大至合适值。此时发动机废气的排出量增加，相应地，EGR阀门的开度也增大，以增加废气导入率。

可选地，节气阀体22为第一电控阀，EGR阀门为第二电控阀，控制单元能够分别控制第一电控阀和第二电控阀的启闭和开度，方便控制进气歧管1内混合气体的吸入量以及废气的导入量。具体地，油门加大时，发动机转速增加，控制单元进而控制第一电控阀的开度增大、以及控制第二电控阀的开度增大，以保证进气歧管1内混合气体中废气的占比率处于较佳值。另外，当气缸压力过低时，可通过增加发动机的转速来提高气缸压力。

可选地，该具有低压EGR系统的发动机总成还包括热管理阀，用于控制冷却液的温度，冷却液的温度低于第二温度阈值时，控制单元通过控制热管理阀的开度，以使冷却液的温度大于第二温度阈值。示例性地，热管理阀可包括设置于发动机冷却管路上的感温阀，感温阀与冷却管路上用于降低冷却液温度的散热器的内腔连通，若冷却液的温度过低时，控制单元可控制感温阀的开度减小，以降低单位时间内通过感温阀的冷却液量，降低散热效果，从而逐渐使冷却液温度升高。

如图2所示，本实施例还提供一种冷凝水控制策略，采用如上所述的具有低压EGR系统的发动机总成进行控制，具体包括如下步骤：

S1、获取环境温度；

S2、判断环境温度是否大于第一温度阈值，若是，则跳转至S3，若否，则低压EGR系统关闭；

S3、获取冷却液温度；

S4、判断冷却液温度是否大于第二温度阈值，若是，则跳转至S5，若否，则低压EGR系统关闭；

S5、获取环境湿度；

S6、判断环境湿度是否小于或等于预设湿度阈值，若是，则跳转至S7，若否，则低压EGR系统关闭；

S7、获取发动机的气缸压力；

S8、判断气缸压力是否大于或等于预设压力阈值，若是，则低压EGR系统启动，若否，则低压EGR系统关闭。

本实施例中，第一温度阈值为0℃，第二温度阈值为90℃，预设湿度阈值为90％，预设压力阈值为6bar。

可选地，在步骤S4中，若判断冷却液温度低于第二温度阈值时，控制单元可通过控制热管理阀的开度以使冷却液温度逐渐增加至第二温度阈值。

可选地，在步骤S8中，若判断气缸压力小于预设压力阈值时，可通过增加发动机转速以提高气缸压力。

本实施例提供的冷凝水控制策略中，依次判断所获取的环境温度、冷却液温度、环境湿度以及发动机的气缸压力等参数是否在规定范围内，若其中任意一个参数的值不在规定范围内时，低压EGR系统均处于关闭状态，以防止析出的冷凝水不可控，当上述四个参数均在规定范围内时，低压EGR系统才开启，此时，气体降温产生的冷凝水可得到有效控制，不会产生结冰等危害。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，包括：

进气歧管(1)，与发动机的气缸连通；

节气门(2)，包括第一连接管体(21)以及设置于所述第一连接管体(21)内的节气阀体(22)，所述第一连接管体(21)相对水平面倾斜设置于所述进气歧管(1)的上方，所述节气阀体(22)用于控制进入所述进气歧管(1)内的气体量；

冷却管路，其内部循环流动有冷却液，所述冷却液能够降低所述低压EGR系统内的废气的温度；

第一测温单元，用于测量环境温度；

第二测温单元，用于测量所述冷却液的温度；

测湿单元，用于测量环境湿度；

测压单元，用于测量所述发动机的气缸压力；

控制单元，所述环境温度高于第一温度阈值、所述冷却液的温度高于第二温度阈值、所述环境湿度不高于预设湿度阈值、以及所述气缸压力不低于预设压力阈值时，所述控制单元控制所述低压EGR系统开启。

2.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，所述第一温度阈值为0℃，所述第二温度阈值为90℃，所述预设湿度阈值为90％，所述预设压力阈值为6bar。

3.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，所述第一连接管体(21)的轴线与水平面的夹角为7°。

4.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，还包括中冷器(3)，所述中冷器(3)包括第二连接管体(31)，所述第二连接管体(31)与所述第一连接管体(21)同轴设置。

5.根据权利要求4所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，所述中冷器(3)远离所述节气门(2)的一端设置有冷凝水分离单元，所述冷凝水分离单元的进气口与所述低压EGR系统的出口连通，所述冷凝水分离单元的出气口与所述中冷器(3)连通。

6.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，还包括废气管路，所述低压EGR系统包括EGR冷却器和EGR阀门，所述EGR冷却器和所述EGR阀门均设置于所述废气管路上，所述EGR阀门用于控制导入所述发动机的气缸内的废气量。

7.根据权利要求6所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，所述节气阀体(22)为第一电控阀，所述EGR阀门为第二电控阀，所述控制单元能够分别控制所述第一电控阀和所述第二电控阀的启闭和开度。

8.根据权利要求7所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，所述发动机转速增加时，所述控制单元控制所述第一电控阀的开度增大、以及控制所述第二电控阀的开度增大。

9.根据权利要求1所述的具有低压EGR系统的发动机总成，其特征在于，还包括热管理阀，所述冷却液的温度低于所述第二温度阈值时，所述控制单元通过控制所述热管理阀的开度，以使所述冷却液的温度大于所述第二温度阈值。

10.一种冷凝水控制策略，采用如权利要求1-9任一项所述的具有低压EGR系统的发动机总成进行控制，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取环境温度；

S2、判断环境温度是否大于第一温度阈值，若是，则跳转至S3，若否，则低压EGR系统关闭；

S3、获取冷却液温度；

S4、判断冷却液温度是否大于第二温度阈值，若是，则跳转至S5，若否，则低压EGR系统关闭；

S5、获取环境湿度；

S6、判断环境湿度是否小于或等于预设湿度阈值，若是，则跳转至S7，若否，则低压EGR系统关闭；

S7、获取发动机的气缸压力；

S8、判断气缸压力是否大于或等于预设压力阈值，若是，则低压EGR系统启动，若否，则低压EGR系统关闭。

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