CN114135392A - 一种发动机热管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机热管理系统及方法，所述系统包括热管理阀和电控旁通阀，所述热管理阀连接发动机的第一排气歧管，所述电控旁通阀连接发动机的第二排气歧管；所述热管理系统还包括排气背压阀，所述排气背压阀连接涡端。本发明将发动机燃烧废气通过涡轮增压器的涡轮做功提供压气机能量；结合反馈的涡前压力信号，通过设计的热管理阀，电控旁通阀以及排气背压阀联合调控，实现涡轮效率的闭环调节。发动机涡轮增压器效率的控制和闭环调节，对排气能量的利用效率的提升，燃油经济性提高有极大的效果。

Description

一种发动机热管理系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种发动机热管理系统及方法。

背景技术

柴油发动机的进排气系统主要是排气歧管、涡轮增压器以及相关管路组成，主要功能是利用发动机燃烧废气的能量驱动压气机对进气进行增压，提高进气密度。

为了提升发动机的经济性，降低油耗，废气的利用效率也即增压器的效率是重要的一环，除了增压器本身的效率的影响，发动机对增压器效率的控制也是影响增压器效率的重要一环。现阶段增压器的控制方式由被动式控制的旁通阀增压器，逐渐升级为主动控制的电动旁通阀增压器，甚至可变截面涡轮增压器，但是增压器的闭环控制仅仅是基于增压压力进行闭环控制，这就会导致为了实现目标的增压压力，发动机可能运行在低效率区，造成发动机油耗高。

发明内容

本发明提供了一种发动机热管理系统及方法，用于解决现有对增压器的增压压力控制造成发动机油耗高的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种发动机热管理系统，所述系统包括热管理阀和电控旁通阀，所述热管理阀连接发动机的第一排气歧管，所述电控旁通阀连接发动机的第二排气歧管；所述热管理系统还包括排气背压阀，所述排气背压阀连接涡端。

进一步地，所述热管理系统还包括涡前压力传感器，所述涡前压力传感器设置在所述电控旁通阀和所述第二排气歧管之间。

进一步地，所述热管理系统还包括进气负压传感器、进气流量传感器和进气温度压力传感器，所述进气负压传感器设置在压气机前端，所述进气流量传感器和进气温度传感器设置在增压器的后端，所述增压器包括所述电控旁通阀。

进一步地，所述进气温度传感器连接发动机的进气歧管。

进一步地，所述热管理系统还包括进气节流阀，所述进气节流阀连接电控旁通阀，用于发动机排温的控制。

本发明第二方面提供了一种发动机热管理方法，基于所述的管理系统，所述热管理方法包括以下步骤：

在发动机的两排气歧管上分别设计电控旁通阀和热管理阀；

分别通过电控旁通阀、热管理阀和排气背压阀，对应调节增压器废气旁通量、发动机气缸的排气压力和增压器涡后背压，进行涡端效率的调节。

进一步地，所述热管理方法还包括步骤：

在电控旁通阀前设置涡前压力传感器，基于涡前压力传感器反馈的压力信号，进行不同涡前压力的涡端效率调节。

进一步地，所述热管理方法还包括对压端效率的调节，具体过程为：

在压气机前设置进气负压传感器，增压器后管路设置进气流量传感器和进气温度压力传感器；

基于压气机MAP，通过进气负压、增压后的压力和温度信号，得到不同进气量对应的压比，使各工况点允许在最优压端效率区。

进一步地，所述热管理方法还包括发动机排温的调节，具体过程为：

发动机在冷驱动或车辆处于循环再生工况时，通过排气背压阀进行排温调节，并依次通过电控旁通阀、进气节流阀和热管理阀进行辅助调节；

发动机在长怠速或高怠速工况时，通过进气节流阀进行排温调节，并依次通过电控旁通阀、热管理阀和排气背压阀进行辅助调节。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本发明通过由排气歧管、增压器电控旁通阀、排气背压阀、热管理阀和涡前压力传感器等组成排气热管理；由增压器压气机、进气节流阀，以及进气负压传感器、进气流量传感器等组成进气热管理。发动机燃烧废气通过涡轮增压器的涡轮做功提供压气机能量；结合反馈的涡前压力信号，通过设计的热管理阀，电控旁通阀以及排气背压阀联合调控，实现涡轮效率的闭环调节。发动机涡轮增压器效率的控制和闭环调节，对排气能量的利用效率的提升，燃油经济性提高有极大的效果。

2、通过增压器前后传感器反馈的信号，结合排气热管理，实现增压器压气机效率的调节。通过热管理阀将废气引入到进气参与燃烧，以减少燃烧中NOx的生成量。通过进气节流阀、排气背压阀、电控旁通阀实现排气排温的调节，以满足后处理排温需求，同时实现对不同工况，不同的排温控制策略，以实现在实现排放的基础上，对经济性影响最小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述管理系统实施例的结构示意图；

图2是本发明所述管理方法实施例的流程示意图；

图中，1发动机、10进气歧管、11第一排气歧管、12第二排气歧管、21压气机、22涡端、23电控旁通阀、3排气背压阀、4热管理阀、5涡前压力传感器、6中冷器、7进气节流阀、8进气流量传感器、91进气负压传感器、92进气温度压力传感器、93进气温度传感器。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种发动机热管理系统，所述系统包括热管理阀4和电控旁通阀23，所述热管理阀4连接发动机1的第一排气歧管11，所述电控旁通阀23连接发动机1的第二排气歧管12；所述热管理系统还包括排气背压阀3，所述排气背压阀3连接涡端22。

通过电控旁通阀23开度的调节，实现增压器废气旁通量的调节；热管理阀4调节发动机1气缸的排气压力；排气背压阀3开度调节增压器涡后背压，通过EC控制这三个阀，实现涡端的膨胀比(涡前压力/排气背压阀)落在涡端MAP的高效区，进而实现涡端效率的调节，以得到实现增压器压端做功要求的涡端做功量对应的最佳涡端膨胀比，也即涡端效率最高。

本发明实施例的其一实现方式中，所述热管理系统还包括涡前压力传感器5，所述涡前压力传感器5设置在所述电控旁通阀23和所述第二排气歧管12之间，基于涡前压力传感器5反馈的压力信号，实现不同涡前压力时，涡端效率最高。

电控旁通阀23布置在增压器涡前的排气通道内，电控旁通阀23由电控比例阀+执行器或者直流无刷电机进行控制；热管理阀4为高频开关阀，由电控比例阀控制；在废气能量需要旁通以降低增压器转速的工装，通过控制电控旁通阀23实现废气能量的旁通，因为旁通造成两个通道的压力不平衡影响发动机性能以及增压器效率时，布置在另一个通道上的热管理阀4工作，通过控制热管理阀4的开度来实现两通道压力平衡的调节，而在涡前压力一定时，通过微调由直流无法电机控制的蝶性开关阀实现涡后背压的控制，实现涡轮MAP上膨胀比的调节，以使涡端工作在最佳的效率区。

本发明实施例的其一实现方式中，热管理系统包括压气机效率的调节，所述热管理系统还包括进气负压传感器91、进气流量传感器8和进气温度压力传感器92，所述进气负压传感器91设置在压气机21前端，所述进气流量传感器8和进气温度传感器93设置在增压器的后端。所述进气温度传感器93连接发动机1的进气歧管10。基于压气机MAP，通过实测的进气负压、增压后压力和温度信号，得到不同进气量对应的压比，使各工况点允许在最优的压端效率区。

本发明实施例的其一实现方式中，热管理系统还包括对发动机排温的调节，所述热管理系统还包括进气节流阀7，所述进气节流阀7连接电控旁通阀23，用于发动机排温的控制。

在发动机的特定工况下，发动机排温需要达到一定温度，以满足排放需求，通过调节进气节流阀7开度，实现进气量调节，发动机空燃比较小，排温升高，该措施对经济性影响最小，但是升温较慢。在需要快速排温的工况，进气节流阀7无法满足要求，排气背压阀3可以快速提升排温，用于冷启动或者其他通过进气节流阀7无法满足要求的工况；热管理阀4和电控旁通阀23属于微调排温，通过调节涡前排气的旁通量调节排温，主要作为进气节流阀7和排气背压阀3调节排温的补充，基于上述的协同调节，在排温满足要求时，对发动机经济性影响最小。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种发动机热管理方法，基于所述的管理系统，所述热管理方法包括以下步骤：

S1,在发动机的两排气歧管上分别设计电控旁通阀和热管理阀；

S2,分别通过电控旁通阀、热管理阀和排气背压阀，对应调节增压器废气旁通量、发动机气缸的排气压力和增压器涡后背压，进行涡端效率的调节。

本发明方法实施例的其一实现方式中，所述热管理方法还包括步骤：

在电控旁通阀前设置涡前压力传感器，基于涡前压力传感器反馈的压力信号，进行不同涡前压力的涡端效率调节。

本发明方法实施例的其一实现方式中，所述热管理方法还包括对压端效率的调节，具体过程为：

在压气机前设置进气负压传感器，增压器后管路设置进气流量传感器和进气温度压力传感器；

基于压气机MAP，通过进气负压、增压后的压力和温度信号，得到不同进气量对应的压比，使各工况点允许在最优压端效率区。

本发明方法实施例的其一实现方式中，所述热管理方法还包括发动机排温的调节，具体过程为：

发动机在冷驱动或车辆处于循环再生工况时，通过排气背压阀进行排温调节，并依次通过电控旁通阀、进气节流阀和热管理阀进行辅助调节；

发动机在长怠速或高怠速工况时，通过进气节流阀进行排温调节，并依次通过电控旁通阀、热管理阀和排气背压阀进行辅助调节。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种发动机热管理系统，其特征是，所述系统包括热管理阀和电控旁通阀，所述热管理阀连接发动机的第一排气歧管，所述电控旁通阀连接发动机的第二排气歧管；所述热管理系统还包括排气背压阀，所述排气背压阀连接涡端。

2.根据权利要求1所述发动机热管理系统，其特征是，所述热管理系统还包括涡前压力传感器，所述涡前压力传感器设置在所述电控旁通阀和所述第二排气歧管之间。

3.根据权利要求1所述发动机热管理系统，其特征是，所述热管理系统还包括进气负压传感器、进气流量传感器和进气温度压力传感器，所述进气负压传感器设置在压气机前端，所述进气流量传感器和进气温度传感器设置在增压器的后端，所述增压器包括所述电控旁通阀。

4.根据权利要求3所述发动机热管理系统，其特征是，所述进气温度传感器连接发动机的进气歧管。

5.根据权利要求1所述发动机热管理系统，其特征是，所述热管理系统还包括进气节流阀，所述进气节流阀连接电控旁通阀，用于发动机排温的控制。

6.一种发动机热管理方法，基于权利要求1-5任一项所述的管理系统，其特征是，所述热管理方法包括以下步骤：

在发动机的两排气歧管上分别设计电控旁通阀和热管理阀；

分别通过电控旁通阀、热管理阀和排气背压阀，对应调节增压器废气旁通量、发动机气缸的排气压力和增压器涡后背压，进行涡端效率的调节。

7.根据权利要求6所述发动机热管理方法，其特征是，所述热管理方法还包括步骤：

在电控旁通阀前设置涡前压力传感器，基于涡前压力传感器反馈的压力信号，进行不同涡前压力的涡端效率调节。

8.根据权利要求6所述发动机热管理方法，其特征是，所述热管理方法还包括对压端效率的调节，具体过程为：

在压气机前设置进气负压传感器，增压器后管路设置进气流量传感器和进气温度压力传感器；

基于压气机MAP，通过进气负压、增压后的压力和温度信号，得到不同进气量对应的压比，使各工况点允许在最优压端效率区。

9.根据权利要求6所述发动机热管理方法，其特征是，所述热管理方法还包括发动机排温的调节，具体过程为：

发动机在冷驱动或车辆处于循环再生工况时，通过排气背压阀进行排温调节，并依次通过电控旁通阀、进气节流阀和热管理阀进行辅助调节；

发动机在长怠速或高怠速工况时，通过进气节流阀进行排温调节，并依次通过电控旁通阀、热管理阀和排气背压阀进行辅助调节。

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