CN116447048A - 废气再循环系统、废气再循环控制方法和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废气再循环系统、废气再循环控制方法和车辆，所述废气再循环系统包括发动机控制单元、增压机构、高压EGR总成、增压气体冷却器，所述增压机构的废气输入端与高压EGR总成的输入端并联连接到发动机的排气歧管上，所述增压空气冷却器的输出端连接到发动机的进气歧管上，其中，所述废气再循环系统还包括连接到增压空气冷却器的输入端的废气泵，所述增压机构的增压空气输出端与高压EGR总成的输出端并联地连接到所述废气泵的输入端上。

Description

废气再循环系统、废气再循环控制方法和车辆

技术领域

本发明涉及车辆废气再循环技术领域，具体地，涉及一种废气再循环系统、废气再循环控制方法和包括该废气再循环系统的车辆。

背景技术

目前，在汽油发动机中多采用带有外部冷却器的废气再循环系统，其中，冷却器可以引用发动机循环水通过热交换方式冷却废气，显著地降低废气温度，大大提高汽油机的EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)率，从而降低燃油消耗率。

对于增压汽油发动机来说，虽然废气再循环系统的布置架构有高压和低压之分，但是再循环废气的驱动都是完全靠阀前后的气路压力差进行。在某些应用工况区域中，阀前后的压差很小甚至为负压差，这样就限制了废气再循环的应用或EGR率的提高。

发明内容

本发明的一个方面要解决的技术问题是如何解决在发动机排气侧与进气侧压差较小或为负压差时，废气再循环难以实现或效率低的问题。

此外，本发明的其它方面还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本发明提供了一种废气再循环系统、废气再循环控制方法和车辆，具体而言，根据本发明的一方面，提供了：

一种废气再循环系统，包括发动机控制单元、增压机构、高压EGR总成、增压气体冷却器，所述增压机构的废气输入端与高压EGR总成的输入端并联连接到发动机的排气歧管上，所述增压空气冷却器的输出端连接到发动机的进气歧管上，其中，所述废气再循环系统还包括连接到增压空气冷却器的输入端的废气泵，所述增压机构的增压空气输出端与高压EGR总成的输出端并联地连接到所述废气泵的输入端上。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述废气泵构造成能够由所述发动机控制单元控制的电子增压器。

可选地，根据本发明的一种实施方式，在所述高压EGR总成的输出端与所述增压空气冷却器的输入端之间，与所述废气泵并联地连接有单向阀，所述单向阀的开闭取决于单向阀两侧的压力差。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述单向阀构造成由所述发动机控制单元根据其两侧的压力差控制进行开闭的电磁阀。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述单向阀在其两侧压差大于0kpa时打开，小于等于0kpa时关闭。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述增压气体冷却器为水冷式冷却器，其水泵的水流量能够由所述发动机控制单元根据经过其的气体流量和温度进行调节。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种废气再循环控制方法，用于控制以上所述的废气再循环系统，其中，包括如下步骤：

采集发动机转速和节气门开度；

判断所述发动机转速是否小于预设的转速阈值，如是，则执行下一步骤，如否，则打开单向阀并关闭废气泵；

判断所述节气门开度是否大于预设的节气门开度阈值，如是，则执行下一步骤，如否，则打开单向阀并关闭废气泵；

关闭单向阀并打开废气泵。

可选地，根据本发明的另一方面的一种实施方式，所述废气泵为电子增压器，在所述电子增压器被打开时，根据所述发动机转速和节气门开度控制所述电子增压器的转速。

可选地，根据本发明的另一方面的一种实施方式，所述增压气体冷却器为水冷式冷却器，根据所述增压机构输出的增压空气流量和温度以及所述高压EGR总成输出的废气流量和温度来控制所述水冷式冷却器的水泵的水流量。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种车辆，其中，所述车辆包括以上所述的废气再循环系统。

本发明的有益之处包括：

1.在废气再循环系统里集成使用电子增压器作为废气泵，使得再循环废气的应用不再受进排气侧压差的限制，扩大了再循环废气使用的工况范围，尤其可以在低转速高负荷运行区域中高效使用再循环废气，能够起到抑制爆震的作用，同时也有效提高了EGR率，从而进一步降低了燃油消耗率；

2.将单向阀与电子增压器进行并联，使得在无需使用电子增压器对废气进行增压时，也就是说进排气侧压差足以使得再循环废气进入进气歧管时，不用打开电子增压器进行增压，而是使废气直接通过单向阀进入进气歧管，并与空气在电子增压器之后汇合，避免了在一些无需通过电子增压器进行增压的工况中进行额外的增压，节省了能耗，也实现了针对不同发动机工况更精确地控制废气再循环。

附图说明

参考附图，本发明的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出根据本发明的一个实施方式提出的废气再循环系统的结构示意图；

图2示出根据本发明的一个实施方式提出的废气再循环控制方法的流程示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神的条件下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

本发明的一方面提出一种废气再循环系统，其例如为带有外部冷却器的废气再循环系统。本发明的废气再循环系统可以在发动机的所有工况区域中得到适当地应用，而无需考虑到发动机进排气侧的压差不足时废气难以进入发动机进气歧管的问题。参考图1，其示出根据本发明的一个实施方式提出的废气再循环系统的结构示意图。本发明的废气再循环系统100包括发动机控制单元(在图1中未具体示出)、增压机构1(例如在图1的实施例中为涡轮增压器，包括涡轮11和压气机12)、高压EGR总成2、增压气体冷却器3和废气泵4。其中，增压机构1的废气输入端(即涡轮11的输入端)与高压EGR总成2的输入端并联连接到发动机的排气歧管上，增压空气冷却器3的输出端连接到发动机的进气歧管200上，尤其通过节气门体300连接到进气歧管200上。废气泵4的输出端连接到增压空气冷却器3的输入端上，并且增压机构1的增压空气输出端(即压气机12的输出端)与高压EGR总成2的输出端并联地连接到废气泵4的输入端上。也就是说，在这种布置方式中，通过高压EGR总成2处理后的废气以及通过增压机构1增压后的空气可以通过废气泵4进行增压，从而防止废气或空气由于发动机排气侧与进气侧的压差过低而难以进入进气歧管200中。

在本发明的一个实施方式中，废气泵4构造成能够由发动机控制单元控制的电子增压器4。也就是说，该电子增压器4的转速能够由发动机控制单元进行控制，使得能够通过发动机控制单元来调节废气泵4的增压强度。应该理解的是，本文中提及的“打开废气泵”、“关闭废气泵”、“打开电子增压器”、“关闭电子增压器”都是指打开或关闭废气泵4或电子增压器4的增压功能，并不影响其所在气体通路的通断。也就是说，即使废气泵4或者说电子增压器4被关闭，增压气体依旧从废气泵4或者说电子增压器4所在的气体通路流过直到增压气体冷却器3。

在本发明的一个实施方式中，在高压EGR总成2的输出端与增压空气冷却器3的输入端之间，与所述废气泵4并联地连接有单向阀5，所述单向阀5的开闭取决于单向阀5两侧的压力差。再次参考图1，可以看出，在单向阀5关闭时，来自高压EGR总成2的废气和来自压气机12的空气需要经过废气泵4增压后才能够到达增压空气冷却器3；而在单向阀5开启时，来自高压EGR总成2的废气则直接而通过单向阀5，与经过废气泵4的增压空气汇合后到达增压气体冷却器3，也就是说，在这之间废气没有得到增压。与废气泵4并联设置单向阀5是为了使得在发动机的排气侧与进气侧已经有较大的压差时，让单向阀5打开，并关闭废气泵4，使得废气直接通过单向阀5到达增压气体冷却器3，增压空气也在没有二级增压的情况下与废气在废气泵4之后汇合。因为在发动机的排气侧与进气侧已经有较大的压差时，废气和空气可以通过压差顺利进入到发动机的进气歧管200中，无需额外进行增压。这种方式可以实现针对发动机的不同工况选择是否通过废气泵4对气体进行额外的增压，以节省能源以及提高发动机的效率。该单向阀5可以构造成机械式的单向阀，即其在两侧压差大于一定值时、例如在两侧压差大于0kpa时被打开，并且在小于等于0kpa时保持关闭，还可以构造成由发动机控制单元根据其两侧的压力差控制进行开闭的电磁阀，这样可以通过发动机控制单元更精确地根据单向阀5两侧的压力差决定单向阀5的开闭。在下文中将详细叙述单向阀5和电子增压器4在不同发动机工况下的工作方式。

在发动机低转速高负荷运行区域中，电子增压器4在此区域内需要通电工作，同时在此区域中也需要引入再循环废气以起到抑制爆震的作用；但由于在此区域内进气歧管200内压力较高，甚至超过排气侧压力，此时高压废气再循环系统难以通过自然压差将废气直接引入进气侧，所以在这种情况下需要将废气引入到电子增压器4前，也就是说单向阀5需要关闭，电子增压器4打开，那么电子增压器4可以起到废气泵4的作用，将高压EGR总成2处理后的废气与新鲜空气混合后一并压入进气歧管200，废气流量及比率可通过调整废气阀开度大小来实现。

在发动机高转速高负荷运行区域中，也需要引入再循环废气以降低发动机排温，减少加浓。而在此区域中，通常发动机排气侧压力高于进气侧，废气不需要电子增压器4额外增压，因此发动机不需要电子增压器4工作，所以此时与电子增压器4并联通路的单向阀5打开，电子增压器4关闭，废气经单向阀5在没有增压的情况下直接进入进气歧管200，空气也在没有进行二级增压的情况下与废气在电子增压器4之后进行汇合，并进入发动机进气歧管200中。

在发动机全转速中低负荷运行区域中，发动机需要引入再循环废气来实现降油耗的目的。在此区域中，高压废气再循环系统的排气侧压力都是高于进气侧的，因此废气通过自然压差就可以引入发动机进气系统，所以此时单向阀5打开，并且电子增压器4不工作，废气通过自然压差经单向阀5引入到发动机进气歧管200中，增压空气也在没有二级增压的情况下与废气在电子增压器4之后汇合，并进入发动机进气歧管200中。

由于再循环废气和空气在发动机的一些工况中需要电子增压器4进行增压，在一定程度上也使得再循环废气和空气在这一增压过程中温度升高。因此用于再循环废气和空气的增压气体冷却器3应具有较强的冷却性能。所以在本发明的一个实施方式中，增压气体冷却器3为水冷式冷却器，其水泵的水流量能够由发动机控制单元根据经过其的气体流量和温度进行调节。由此，可以针对性地调节增压气体冷却器3的冷却能力，精确地控制进入发动机进气歧管200的气体温度。

本发明的另一方面还提出一种废气再循环控制方法，其用于控制上述废气再循环系统。参考图2，其示出根据本发明的一个实施方式提出的废气再循环控制方法的流程示意图。该废气再循环控制方法包括如下步骤：

采集发动机转速和节气门开度；

判断所述发动机转速是否小于预设的转速阈值，如是，则执行下一步骤，如否，则打开单向阀5并关闭废气泵4；

判断所述节气门开度是否大于预设的节气门开度阈值，如是，则执行下一步骤，如否，则打开单向阀5并关闭废气泵4；

关闭单向阀5并打开废气泵4。

在该方法中，通过采集发动机转速和节气门开度来确定发动机当前的工况。当发动机转速较高，即大于等于预设的转速阈值时，此时发动机排气侧压力一般大于进气侧的压力，因此无需采用废气泵4进行额外增压，所以此时直接打开单向阀5并关闭废气泵。当发动机转速较低，即小于预设的转速阈值时，分为两种情况，一种为发动机负荷较小，即节气门开度小于等于预设的节气门开度阈值，则此时发动机排气侧压力大于进气侧的压力，无需采用废气泵4进行额外增压，所以此时也直接打开单向阀5并关闭废气泵4；第二种为发动机负荷较大，即节气门开度大于预设的节气门开度阈值，此时发动机排气侧压力小于或等于进气侧压力，需要通过废气泵4进行额外增压，所以此时需要关闭单向阀5并打开废气泵4对气体进行增压。

在本发明的另一方面的一个实施方式中，废气泵4为电子增压器4，在电子增压器4被打开时，根据发动机转速和节气门开度调节电子增压器4的转速。也就是说，电子增压器4的增压性能可以根据发动机的不同工况通过发动机控制单元进行调节，使得电子增压器4对气体的增压效果能够匹配于实际所需要的增压效果。

在本发明的另一方面的一个实施方式中，所述增压气体冷却器3为水冷式冷却器，根据增压机构1输出的增压空气流量和温度以及高压EGR总成2输出的废气流量和温度来控制水冷式冷却器的水泵的水流量。

本发明的再一方面还提出一种车辆，该车辆包括上述的废气再循环系统100。

应当理解的是，本发明的废气再循环系统可装设在各种车辆上，包括轿车、货车、客车等等。因此，本发明的主题还旨在保护装设有本发明的废气再循环系统的各种车辆。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本发明的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本发明的法律保护范围内。

Claims (10)

1.一种废气再循环系统，包括发动机控制单元、增压机构、高压EGR总成、增压气体冷却器，所述增压机构的废气输入端与高压EGR总成的输入端并联连接到发动机的排气歧管上，所述增压空气冷却器的输出端连接到发动机的进气歧管上，其特征在于，所述废气再循环系统还包括连接到增压空气冷却器的输入端的废气泵，所述增压机构的增压空气输出端与高压EGR总成的输出端并联地连接到所述废气泵的输入端上。

2.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，所述废气泵构造成能够由所述发动机控制单元控制的电子增压器。

3.根据权利要求1所述的废气再循环系统，其特征在于，在所述高压EGR总成的输出端与所述增压空气冷却器的输入端之间，与所述废气泵并联地连接有单向阀，所述单向阀的开闭取决于单向阀两侧的压力差。

4.根据权利要求3所述的废气再循环系统，其特征在于，所述单向阀构造成由所述发动机控制单元根据其两侧的压力差控制进行开闭的电磁阀。

5.根据权利要求3所述的废气再循环系统，其特征在于，所述单向阀在其两侧压差大于0kpa时打开，小于等于0kpa时关闭。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的废气再循环系统，其特征在于，所述增压气体冷却器为水冷式冷却器，其水泵的水流量能够由所述发动机控制单元根据经过其的气体流量和温度进行调节。

7.一种废气再循环控制方法，用于控制权利要求3至5中任一项所述的废气再循环系统，其特征在于，包括如下步骤：

采集发动机转速和节气门开度；

判断所述发动机转速是否小于预设的转速阈值，如是，则执行下一步骤，如否，则打开单向阀并关闭废气泵；

判断所述节气门开度是否大于预设的节气门开度阈值，如是，则执行下一步骤，如否，则打开单向阀并关闭废气泵；

关闭单向阀并打开废气泵。

8.根据权利要求7所述的废气再循环控制方法，其特征在于，所述废气泵为电子增压器，在所述电子增压器被打开时，根据所述发动机转速和节气门开度控制所述电子增压器的转速。

9.根据权利要求7所述的废气再循环控制方法，其特征在于，所述增压气体冷却器为水冷式冷却器，根据所述增压机构输出的增压空气流量和温度以及所述高压EGR总成输出的废气流量和温度来控制所述水冷式冷却器的水泵的水流量。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求1至6中任一项所述的废气再循环系统。