CN117418971A - 一种egr冷却器及其控制方法及发动机 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种EGR冷却器及其控制方法及发动机，EGR冷却器包括：进气室，用于连接发动机的排气管路；出气室，用于连接发动机的进气管路；冷却结构，冷却结构包括一体封装的第一冷却支路和第二冷却支路；第一冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第一控制阀和第一冷却器；第二冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第二控制阀和第二冷却器；其中，第一冷却器的冷却效率大于第二冷却器的冷却效率；第二冷却器的压损小于第一冷却器的压损。本申请技术方案能够通过两控制阀分别控制两个冷却器所在支路的气体流量，在使得EGR系统具有高冷却效率的同时，能够通过两个压损不同的冷却器的协调工作，使得EGR冷却器具有较低的压损。
Description
技术领域
本申请涉及发动机技术领域，更具体的说，涉及一种EGR冷却器及其控制方法及发动机。
背景技术
废气再循环（Exhaust Gas Recirculation的，简称EGR）系统是一种发动机中功能系统，EGR系统能够将发动机的一部分废气再循环引回到发动机气缸当中，与发动机的新鲜进气混合，以提高发动机工作效率，改善燃烧环境、减少NOX化合物的排放、减少爆震以及延长发动机部件使用寿命。
EGR系统主要包括：EGR冷却器，用于气体冷却；EGR阀，用于控制EGR流量。现有的EGR系统中EGR冷却器的冷却效率较差。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种EGR冷却器及其控制方法及发动机，方案如下：
一种EGR冷却器，包括：
进气室，用于连接发动机的排气管路；
出气室，用于连接发动机的进气管路；
冷却结构，冷却结构包括一体封装的第一冷却支路和第二冷却支路；第一冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第一控制阀和第一冷却器；第二冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第二控制阀和第二冷却器；
其中，第一冷却器的冷却效率大于第二冷却器的冷却效率；第二冷却器的压损小于第一冷却器的压损。
优选的，在上述EGR冷却器中，第一冷却器包括：
位于第一控制阀和出气室之间的第一冷却管；
至少一个连接在第一控制阀与出气室之间的第一气管，第一气管浸没在第一冷却管中的冷却液内；
其中，第一气管的孔径从靠近第一控制阀的一端向靠近出气室的一端逐渐降低。
优选的，在上述EGR冷却器中，第一气管靠近第一控制阀的一端具有第一孔径，靠近出气室的一端具有第二孔径；
其中，第一孔径至少为第二孔径的倍。
优选的，在上述EGR冷却器中，第二冷却器包括：
位于第二控制阀和出气室之间的第二冷却管；
至少一个连接在第二控制阀与出气室之间的第二气管，第二气管浸没在第二冷却管中的冷却液内；
其中，第二气管的孔径从靠近第二控制阀的一端向靠近出气室的一端均匀不变。
优选的，在上述EGR冷却器中，还包括：
压差传感器，压差传感器用于检测进气室与出气室的压差。
本申请还提供了一种发动机，包括：
机体，具有排气口和进气口；
与机体的排气口连接的排气管路；排气管路包括在排气方向上依次设置的涡轮机和后处理装置；
与机体的进气口连接的进气管路；
上述任一项EGR冷却器，EGR冷却器连接在排气管路和进气管路之间；
控制器，至少用于控制EGR冷却器中第一控制阀和第二控制阀的开度；
其中，EGR冷却器与排气管路的连接位置位于涡轮机的排气上游。
本申请还提供了一种上述任一项EGR冷却器的控制方法，包括：
基于设定EGR流量以及EGR冷却器的当前进气室温度，确定第一控制阀的基础开度；
基于EGR开度修正系数，对基础开度进行修正，确定第一控制阀的前馈开度；
基于第一控制阀的前馈开度以及闭环开度，确定第一设定开度，使得第一控制阀处于第一设定开度；
其中，第二控制阀处于第二设定开度，第二设定开度与第一控制阀的前馈开度相关。
优选的，在上述控制方法中，确定设定EGR流量的方法包括：
基于发动机的当前转速以及当前喷油量，确定设定EGR率；
基于进气流量和设定EGR率，计算设定EGR流量；
其中，设定EGR流量等于进气流量乘以设定EGR率。
优选的，在上述控制方法中，确定设定EGR率的方法包括：
查询EGR率数据表格；EGR率数据表格包括多组EGR率标定数据，EGR率标定数据包括一标定转速以及一标定喷油量及对应的标定EGR率；
基于查表结果，确定与当前转速以及当前喷油量相关的EGR率标定数据；
基于相关的EGR率标定数据，确定设定EGR率。
优选的，在上述控制方法中，确定基础开度的方法包括：
查询开度数据表格；开度数据表格包括多组开度标定数据，开度标定数据包括一标定进气室温度以及一标定EGR流量及对应的标定EGR开度；
基于查表结果，确定与设定EGR流量和当前进气室温度相关的开度标定数据；
基于相关的开度标定数据，确定基础开度。
优选的，在上述控制方法中，EGR开度修正系数与驱动压差相关；驱动压差为EGR冷却器的进气室和出气室的压差；
确定EGR开度修正系数的方法包括：
查询系数表格；系数表格包括多组修正系数标定数据，修正系数标定数据包括一标定压差及对应的标定系数；
基于查表结果，确定与当前驱动压差相关的修正系数标定数据；
基于相关的修正系数标定数据，确定EGR开度修正系数。
通过上述描述可知，本申请技术方案提供的EGR冷却器及其控制方法及发动机中，EGR冷却器包括：进气室，用于连接发动机的排气管路；出气室，用于连接发动机的进气管路；冷却结构，冷却结构包括一体封装的第一冷却支路和第二冷却支路；第一冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第一控制阀和第一冷却器；第二冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第二控制阀和第二冷却器；其中，第一冷却器的冷却效率大于第二冷却器的冷却效率；第二冷却器的压损小于第一冷却器的压损。本申请技术方案能够通过两控制阀分别控制两个冷却器所在支路的气体流量，在使得EGR系统具有高冷却效率的同时，能够通过两个压损不同的冷却器的协调工作，使得EGR冷却器具有较低的压损。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。
图1为本申请实施例提供的一种EGR冷却器的结构示意图；
图2为第一冷却器在垂直于内部气体流向的切面图；
图3为第一冷却器中第一气管在平行于内部气体流向的切面图；
图4为缩口结构的第一气管的简化数学模型；
图5为第二冷却器在垂直于内部气体流向的切面图；
图6为第二冷却器中第二气管在平行于内部气体流向的切面图；
图7为本申请实施例提供的一种发动机的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种EGR冷却器控制方法的流程示意图；
图9为本申请实施例提供的一种确定设定EGR流量的方法流程图；
图10为本申请实施例提供的一种确定设定EGR率方法的流程示意图；
图11为本申请实施例提供的一种确定基础开度的方法流程图；
图12为本申请实施例提供的一种确定EGR开度修正系数的方法流程图；
图13为本申请实施例提供的一种控制器的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在本申请中能进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本申请意在覆盖落入所对应权利要求（要求保护的技术方案）及其等同物范围内的本申请的修改和变化。需要说明的是，本申请实施例所提供的实施方式，在不矛盾的情况下可以相互组合。
EGR系统中重要部件是EGR冷却器。EGR冷却器通过接入冷却液对EGR废气进行冷却，实现对流经EGR冷却器的废气进行降温的目的。EGR冷却器内置有多个气管，气管外部具有冷却液，进入EGR冷却器的气体会进入各个相对独立的气管，气管外部的冷却液吸收热量，实现对气管内废气降温的效果。
常规EGR冷却器一般为单冷却器结构。EGR冷却器可以采用管束式结构或板翅式结构。
管束式结构的EGR冷却器的冷却器外壳中具有多个并行气管。气管为圆管，即从冷却器的进气口到出气口，气管的管径不变。冷却器外壳设置有冷却液进口和冷却液出口，冷却液从冷却液进口流入，从冷却液出口流出。冷却液与浸没在冷却液中的气管表面进行换热，从而实现对流经冷却器的废气进行降温。由于气管为圆管，换热面积有限，故为了实现相同的冷却功率，冷却器需要更大的体积，故一般多用于EGR率不大的国四排放标准发动机和国五排放标准发动机。
板翅式结构的EGR冷却器的冷却器外壳中具有多个依次堆叠的板状气管，板状气管包括具有沟槽的管壳，能够增大与冷却液的接触面积。由于板状气管中沟槽结构较小，空间紧凑，能够增大与冷却液的接触面积，换热效率高，具有较高的冷却效率。但是，由于板状气管的沟槽容易积碳，在使用一定使用时间后，会导致发动机的动力以及排放性能衰减，而该积碳问题无法清理，其性能衰减是不可逆的，无法在衰减周期保证发动机性能，需要定期更换EGR冷却器。
由于常规EGR冷却器均为单冷却器结构，EGR系统如果采用管束式EGR冷却器，冷却效率较低，如果采用板翅式EGR冷却器，虽然能够提高冷却效率，但是容易发生积碳问题。
有鉴于此，本申请技术方案提供了一种EGR冷却器及其控制方法，EGR冷却器包括：进气室，用于连接发动机的排气管路；出气室，用于连接发动机的进气管路；冷却结构，冷却结构一体封装的第一冷却支路和第二冷却支路；第一冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第一控制阀和第一冷却器；第二冷却支路包括连接在进气室和出气室之间的第二控制阀和第二冷却器；其中，第一冷却器的冷却效率大于第二冷却器的冷却效率；第二冷却的压损小于第一冷却器的压损。本申请技术方案能够通过两控制阀分别控制两个冷却器所在支路的气体流量，在EGR系统具有高冷却效率的同时，能够通过两个压损不同的冷却器的协调工作，使得EGR冷却器具有较低的压损。
进一步的，可以设置第一冷却器和第二冷却器均为管束式结构，避免发生冷却器积碳问题。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
参考图1所示，图1为本申请实施例提供的一种EGR冷却器的结构示意图，EGR冷却器包括：
进气室1，进气室1用于连接发动机的排气管路；
出气室7，出气室7用于连接发动机的进气管路；
冷却结构，冷却结构包括一体封装的第一冷却支路和第二冷却支路；第一冷却支路包括连接在进气室1和出气室7之间的第一控制阀3和第一冷却器5；第二冷却支路包括连接在进气室1和出气室7之间的第二控制阀4和第二冷却器6；
其中，第一冷却器5的冷却效率大于第二冷却器6的冷却效率；第二冷却器6的压损小于第一冷却器5的压损。其中，压损为气体经过冷却器后的气体压降。本申请实施例中，以虚线箭头示意废气的流向。
本申请实施例提供的EGR冷却器为双冷却器结构，具有第一冷却器5和第二冷却器6。相对于第二冷却器6，第一冷却器5具有较高的冷却效率，压损较大。相对于第一冷却器5，第二冷却器6具有较小的压损，冷却效率较低。通过两控制阀协同控制第一冷却器5和第二冷却器6，能够在实现较高冷却效率的同时，实现较低的压损。
可选的，如图1所示，EGR冷却器还包括：压差传感器8，压差传感器8用于检测进气室1与出气室7的压差。压差传感器8用于连接EGR系统的控制器，便于EGR系统的控制器通过压差传感器8检测进气室1与出气室7的压差（即下文中的驱动压差），以便于基于该压差控制第一控制阀3和第二控制阀4的开度，以控制EGR流量。
在进气室1和冷却结构之间设置有温度传感器2，用于检测进气温度，该进气温度能够表征下式进气室温度。
参考图2和图3所示，图2为第一冷却器在垂直于内部气体流向的切面图，图3为第一冷却器中第一气管在平行于内部气体流向的切面图，结合图1-图3所示，第一冷却器5包括：
位于第一控制阀3和出气室7之间的第一冷却管51；
至少一个连接在第一控制阀3与出气室7之间的第一气管52，第一气管52浸没在第一冷却管51中的冷却液53内；
其中，第一气管52的孔径从靠近第一控制阀3的一端向靠近出气室7的一端逐渐降低。
可选的，第一气管52在垂直于其内部气体流向的切面为圆形。第一冷却器5中具有多个第一气管52。
在第一方向上，第一冷却管51在垂直于内部气体流向的截面可以为尺寸以及形状不变的圆形或是正多边形。第一方向为进气室1到出气室7的方向。
基于图2和图3所示，第一冷却器5为管束式冷却器。常规管束式冷却器采用孔径不变的圆柱气管，而本申请中第一冷却器5中第一气管52为缩口气管，即第一气管52的入气端孔径大，出气端孔径小，第一气管52的孔径从入气端到出气端逐渐降低，如是能够使得第一冷却器5在没有冷却液53进行热交换的情况，第一气管52的出气口的温度更低，因而能够提高第一冷却器5的冷却效率，同时相对于板翅式冷却器，第一冷却器5具有优良的积碳性能，不容易发生积碳问题。缩口气管能够提高冷却效率的原理如图4所示。
参考图4所示，图4为缩口结构的第一气管的简化数学模型，结合图2-图4所示，设定第一气管52中气体质量为m；第一气管52的入气口的截面积为A1，输入气体的密度为ρ1，输入气体的速度为V1；第一气管52的出气口截面积为A2，输入气体的密度为ρ2，输入气体的速度为V2。
根据质量守恒，第一气管52的入气口与出气口通过气体质量相等，所以对气体质量进行时间求导，有：
（1）
基于上式（1）有：
（2）
将流经第一气管52的气体等效为理想气体，则ρ1=ρ2，由于A1＞A2，基于上式（2）有：
V1＜V2 （3）
在不考虑和冷却液53换热的情况下，即第一气管52的管壁为绝热表面，此时第一气管52内部的气体熵增为0，有：
h1=h2 （4）
上式（4）中，h1为第一气管52的入气口流入气体的熵值，h2为第一气管52的出气口流入气体的熵值。基于热力学公式可知，上式（4）可以表示为：
（5）
上式（5）中，为气体比热比，气体确定后，/>为确定常数；R为气体常数。
基于上式（3）和上式（5）可知，T1＞T2。可见第一冷却器5中，第一气管52采用缩口气管，能够提高第一气管52中气体温度下降幅度，故能够提高管束式冷却器的冷却效率。
可见，基于上述热力学理论计算，采用图2和图3所示结构的第一冷却器5，可以提高管束式冷却器的冷却效率。
对缩口气管的管束式冷却器与常规非缩口气管的管束式冷却器，进行流体力学（CFD）仿真模拟。仿真模拟时，考虑排除理论分析中绝热情况的影响，设置气管管壁的温度分别为320℃（气体平均温度）、90℃（冷却液温度），分别模拟冷却器中无冷却液的情况和有冷却液的情况。仿真模拟的结果如表1所示。
表1
表1中，A1=A2，对应常规非缩口气管的管束式冷却器，气管孔径从入气口到出气口恒定为A2。在无冷却液时，气管出气口相对于入气口的温度下降7.7℃，在有冷却液时，气管出气口相对于入气口的温度下降54.8℃。
表1中，A1=2*A2，对应缩口气管的管束式冷却器，气管孔径从入气口到出气口由2*A2逐渐降低至A2。在无冷却液时，气管出气口相对于入气口的温度下降13.2℃，在有冷却液时，气管出气口相对于入气口的温度下降80.7℃。
表1中，A1=3*A2，对应缩口气管的管束式冷却器，气管孔径从入气口到出气口由3*A2逐渐降低至A2。在无冷却液时，气管出气口相对于入气口的温度下降20.7℃，在有冷却液时，气管出气口相对于入气口的温度下降89.22℃。
可见，CFD仿真模拟结果同样表明，采用图2和图3所示结构的第一冷却器5，可以提高管束式冷却器的冷却效率。
另外，基于表1中A1=A2、A1=2*A2以及A1=3*A2时，三种管束式冷却器的温度云图对比结果可知，采用图2和图3所示结构的第一冷却器5，可以提高管束式冷却器的冷却效率。
在本申请实施例提供的EGR冷却器中，设置第一气管52靠近第一控制阀3的一端具有第一孔径D1，靠近出气室7的一端具有第二孔径D2；
其中，第一孔径D1至少为第二孔径D2的倍，即D1=/>* D2，如是能够使得A1≥2A2。在常规EGR冷却器的长度尺寸范围内，D1与D2比值越大，第一气管52的进气口和入气口的面积比越大，缩口气管对冷却器两端温度降低效果的增益越大。
参考图5和图6所示，图5为第二冷却器在垂直于内部气体流向的切面图，图6为第二冷却器中第二气管在平行于内部气体流向的切面图，结合图1、图5和图6所示，第二冷却器6包括：
位于第二控制阀4和出气室7之间的第二冷却管61；
至少一个连接在第二控制阀4与出气室7之间的第二气管62，第二气管62浸没在第二冷却管61中的冷却液63内；
其中，第二气管62的孔径从靠近第二控制阀4的一端向靠近出气室7的一端均匀不变。
可选的，第二气管62在垂直于其内部气体流向的切面为圆形。第二冷却器6中具有多个第二气管62。
第二冷却器6同样为管束式冷却器，且由于其第二气管62在其内部气体流动方向上的孔径不变，故第二冷却器6具有较低的压损以及较好的气体流通能力。
通过上述描述，基于缩口气管结构的第一冷却器5具有高冷却效率，但是其缩口气管结构导致第一气管52的进气压力和出气压力具有较大的波动，即压损较大。而第二冷却器6中第二气管62的孔径在气体流向上均匀不变，虽然冷却效率相对于第一冷却器5较低，但是第二冷却器6具有较为较低的压损，能够提高EGR冷却器整体的低压损性能和气体流通能力。
可选的，可以设置第一冷却器5具有第一压损△P1，第二冷却器6具有第二压损△P2，△P2=k*△P1，k的取值范围是20%~50%。可以通过设置两冷却器中气管孔径等参数设定k的取值。k在上述取值范围内时，可以通过第二冷却器6配合第一冷却器5，有效提高EGR冷却器141整体的低压损性能和气体流通能力。
可以设置第二冷却管61与第一冷却管51为孔径相同的圆筒结构。第二冷却管61中第二气管62的数量和第一冷却管51中第一气管52相同，且第二气管62的进气口直径和第一气管52的进气口直径相同，以便于第一冷却器5和第二冷却器6进行标定参数的配置以及一体封装。
不同于常规单冷却器的EGR冷却器，本申请实施例所提供的EGR冷却器具有一体封装的第一冷却器5和第二冷却器6，即EGR冷却器为双冷却器结构，可以通过EGR冷却器中集成的两控制阀协同控制第一冷却器5和第二冷却器6的开度，能够在实现较高冷却效率的同时，实现较低的压损。
而且，第一冷却器5和第二冷却器6均为管束式冷却器，均不易发生积碳。
基于上述实施例所提供的EGR冷却器，本申请另一实施例还提供了一种发动机，该发动机可以如图7所示。
参考图7所示，图7为本申请实施例提供的一种发动机的结构示意图，所示发动机包括：
机体11，具有排气口和进气口；
与机体11的排气口连接的排气管路13；排气管路13包括在排气方向上依次设置的涡轮机和后处理装置；图7中未示出涡轮机和后处理装置；
与机体11的进气口连接的进气管路12；
上述实施例任一种方式提供的EGR冷却器141，EGR冷却器141连接在排气管路13和进气管路12之间；
控制器，至少用于控制所述EGR冷却器141中第一控制阀3和第二控制阀4的开度；
其中，EGR冷却器141与排气管路13的连接位置位于涡轮机的排气上游，即EGR系统的气体管路14在涡前取气。EGR冷却器141连接有冷却液进液管143和冷却液出液管142。本申请实施例附图中，空心箭头表示冷却液流向，实线箭头表示新鲜进气流向，虚线箭头表示废气流向。
可选的，控制器为整车ECU，如是能够复用整车ECU控制EGR冷却器141中两个控制阀的开度，无需单独增加控制器，提高车辆控制系统的集成度，降低成本。
图7所示发动机采用高压EGR系统，即EGR系统的气体管路14的取气位置位于涡轮机的排气上游，气体管路14包括EGR冷却器141。机体11排出的废气一部分可以通过EGR系统的气体管路14进入进气管路12，该部分废气和新鲜进气混合后，通过进气管路12回流至机体11内重新燃烧。另一部分废气依次经过涡轮机和后处理装置后，排出到外部环境中。
进气管路12包括压气机。发动机包括增压器。增压器包括上述涡轮机和上述压气机，涡轮机和压气机通过转轴连接，排气管路13中废气能够带动涡轮机，进而通过转轴带动压气机，以提高进气压力。图7中未示出压气机及其所连接转轴。
图7所示发动机采用高压EGR系统，气体管路14直接从涡轮机排气上游取气，管路较短，驱动压差较高，气体流速快，使得EGR反应速率较高。由于在后处理装置的排气上游取气，导致EGR冷却器141易被废气污染，EGR冷却器141容易出现积碳问题。随着发动机使用时间增加，EGR冷却器141会发生老化问题，冷却后的气体温度发生超差问题，即冷却后的温度减去所需冷却后温度的差值较大，会对发动机可靠性、进气密度、功率等造成负面影响，需要对EGR系统气体管路14的开度进行调整。
常规EGR冷却器为单冷却器结构，需要在EGR冷却器外部的气体管路设置单独的EGR阀。
相对于采用常规EGR冷却器的发动机，本申请实施例中，发动机采用双冷却器结构的EGR冷却器141，EGR冷却器141具有并行的第一冷却器5和第二冷却器6，并且在内部集成有用于控制第一冷却器5中气体流量的第一控制阀3和用于控制第二冷却器6中气体流量的第二控制阀4，提高了EGR系统的集成度。
而且第一冷却器5和第二冷却器6可以均采用防积碳效果好的管束式冷却器结构，能够有效避免高压EGR系统发生积碳问题。
同时，EGR冷却器141可以通过控制器对两个控制阀的开度进行控制，以协同控制第一冷却器5和第二冷却器6的开度，能够在实现较高冷却效率的同时，实现较低的压损。
采用常规单冷却器结构的EGR冷却器，发动机在EGR冷却器老化后，容易出现EGR冷后温度超差问题，此时虽然能够通过减小EGR阀开度，降低温度超差，但是会导致排放超差。采用本申请实施例提供的EGR冷却器141，基于双冷却器的集成结构，能够提高使用寿命，还可以通过对两个控制阀开度的精确控制，以精确控制第一冷却器5和第二冷却器6中的流量分配，兼顾冷却效率和EGR流量，解决温度超差和排放超差问题。
需要说明的时，本申请实施例中，发动机不局限于采用高压EGR系统，也可以采用低压EGR系统，如果采用低压EGR系统，EGR系统的气体管路14与排气管路13的连接位置位于后处理装置的排气下游位置。
在发动机排放法规升级的背景下，发动机采用EGR系统能够有效降低废气中NOx的含量，改善发动机原排水平。EGR系统性能的稳定性直接影响发动机动力及排放水平。本申请实施例中，发动机采用上述实施例提供的EGR冷却器141，结合下式实施例提供的控制方法，能够协同控制EGR冷却器141中两个冷却器的气体流量，实现EGR冷却器141的低压力损失，高冷却效率的性能需求，同时还可以根据发动机不同运行工况以及EGR系统驱动压差的变化，进行EGR冷却器141压损及冷却能力的适应性变动。本申请实施例具有发动机动力性能以及排放水平稳定，EGR冷却器141匹配难度减小等优点。
基于上述实施例，本申请另一实施例还提供了一种EGR冷却器的控制方法。如上述，EGR冷却器可以为上述实施例任一种方式所述的EGR冷却器，可以用于高压EGR系统，也可以用于低压EGR系统，本申请实施例对此不做限定。EGR冷却器的结构可以如图1所示，控制方法可以如图8所示。
参考图8所示，图8为本申请实施例提供的一种EGR冷却器控制方法的流程示意图，该控制方法包括：
步骤S11：基于设定EGR流量以及EGR冷却器的当前进气室温度，确定第一控制阀3的基础开度；
步骤S12：基于EGR开度修正系数，对基础开度进行修正，确定第一控制阀3的前馈开度；
步骤S13：基于第一控制阀3的前馈开度以及闭环开度，确定第一设定开度，使得第一控制阀3处于第一设定开度；
其中，第二控制阀4处于第二设定开度，第二设定开度与第一控制阀3的前馈开度相关。
本申请实施例提供的控制方法，能够协同控制上述实施例中EGR冷却器141中第一控制阀3和第二控制阀4的开度，进而协同控制EGR冷却器141中第一冷却支路和第二冷却支路的流量分配，可以兼顾EGR流量和EGR冷却效率，同时使得EGR冷却器141具有较低的压损。
参考图9所示，图9为本申请实施例提供的一种确定设定EGR流量的方法流程图，上述步骤S11中，确定设定EGR流量的方法如图9所示，包括：
步骤S21：基于发动机的当前转速以及当前喷油量，确定设定EGR率。
步骤S22：基于进气流量和设定EGR率，计算设定EGR流量。
其中，设定EGR流量等于进气流量乘以设定EGR率。进气流量为机体11的总进气流量，等于新鲜进气流量和回流至进气管路12中EGR流量之和。
发动机处于稳定工况时，在发动机的当前转速和当前喷油量确定后，对应一个设定EGR率。基于发动机的当前转速和当前喷油量，可以确定设定EGR率。
参考图10所示，图10为本申请实施例提供的一种确定设定EGR率方法的流程示意图，在上述步骤S21中确定设定EGR率的方法如图10所示，包括：
步骤S31：查询EGR率数据表格；EGR率数据表格包括多组EGR率标定数据，EGR率标定数据包括一标定转速以及一标定喷油量及对应的标定EGR率。
步骤S32：基于查表结果，确定与当前转速以及当前喷油量相关的EGR率标定数据。
步骤S33：基于相关的EGR率标定数据，确定设定EGR率。
如上述，发动机处于稳定工况时，在发动机的当前转速和当前喷油量确定后，对应一个设定EGR率。基于此，可以在标定整车配置参数时，预先设定多个不同的标定转速和多个不同的标定喷油量，一个标定转速和一个标定喷油量构成一组EGR率标定数据。不同EGR率标定数据中标定转速不同和/或标定喷油量不同，对应不同的标定EGR率。可以分别测试发动机在不同EGR率标定数据下的EGR率，作为其对应的标定EGR率。
在图10所示方法中，确定当前转速以及当前喷油量相关的EGR率标定数据的方法包括：确定与当前转速相关的标定转速，与当前喷油量相关的标定喷油量；基于相关的标定转速和相关的标定喷油量，确定相关的EGR率标定数据。其中，相关的EGR率标定数据包括相关的标定转速和相关的标定喷油量的所有组合。如果具有和当前转速相同的标定转速时，则该相同的标定转速为相关的标定转速；如果没有和当前转速相同的标定转速，则以相邻两个标定转速作为相关的标定转速，当前转速位于该相邻两个标定转速之间。如果具有和当前喷油量相同的标定喷油量，则该相同的标定喷油量为相关的标定喷油量。如果没有和当前喷油量相同的标定喷油量，则以相邻两个标定喷油量作为相关的标定喷油量，当前喷油量位于该相邻两个标定喷油量之间。
如果有一组相关的EGR率标定数据，则该组相关的EGR率标定数据所对应的标定EGR率为当前所需的设定EGR率，如果具有多组相关的EGR率标定数据，则该多组相关的EGR率标定数据所对应的标定EGR率的平均值作为当前所需的设定EGR率。
参考图11所示，图11为本申请实施例提供的一种确定基础开度的方法流程图，上述步骤S12中，确定基础开度的方法如图11所示，包括：
步骤S41：查询开度数据表格；开度数据表格包括多组开度标定数据，开度标定数据包括一标定进气室温度以及一标定EGR流量及对应的标定EGR开度；
步骤S42：基于查表结果，确定与设定EGR流量和当前进气室温度相关的开度标定数据；
步骤S43：基于相关的开度标定数据，确定基础开度。
发动机处于稳定工况时，在设定EGR流量和进气室1的温度确定后，可以为第一控制阀3设定一个基础开度，在执行EGR冷却器的控制方法时，能够基于设定EGR流量和进气室温度，确定第一控制阀3所需基础开度。基于此，可以在标定整车配置参数时，预先设定多个不同的标定进气室温度和多个不同的标定EGR流量，一个标定进气室温度和一个标定EGR流量构成一组开度标定数据。不同开度标定数据中标定进气室温度和/或标定EGR流量不同，对应不同的标定EGR开度。可以分别测试发动机在不同开度标定数据下的第一控制阀开度，作为对应的标定EGR开度，标定过程中，第二控制阀4的开度与第一控制阀3的前馈开度相关。
在图11所示方法中，确定与设定EGR流量和当前进气室温度相关的开度标定数据的方法包括：确定与设定EGR流量相关的标定EGR流量，与当前进气室温度相关的标定进气室温度；基于相关的标定EGR流量和相关的标定进气室温度确定相关的开度标定数据。其中，相关的开度标定数据包括相关的标定EGR流量和相关的标定进气室温度的所有组合。如果具有和当前的设定EGR流量相同的标定EGR流量，则该相同的标定EGR流量为相关的标定EGR流量；如果没有和当前的设定EGR流量相同的标定EGR流量，则以相邻两个标定EGR流量作为相关的标定EGR流量，当前的设定EGR流量为该相邻两个标定EGR流量之间。如果具有和当前进气室温度相同的标定进气室温度，则该相同的标定进气室温度为相关的标定进气室温度；如果没有和当前进气室温度相同的标定进气室温度，则以相邻两个标定进气室温度作为相关的标定进气室温度，当前进气室温度位于该相邻两个标定进气室温度之间。
如果具有一组相关的开度标定数据，该组相关的开度标定数据对应的标定EGR开度为当前所需的基础开度，如果具有多组相关的开度标定数据，该多组相关的开度标定数据对应的标定EGR开度的平均值为当前所需的基础开度。
在本申请实施例提供的控制方法中，修正系数与驱动压差相关；驱动压差为EGR冷却器141的进气室1和出气室7的压差。上述步骤S12中，EGR开度修正系数的确定方法可以如图12所示。
参考图12所示，图12为本申请实施例提供的一种确定EGR开度修正系数的方法流程图，该方法包括：
步骤S51：查询系数表格；系数表格包括多组修正系数标定数据，修正系数标定数据包括一标定压差及对应的标定系数；
步骤S52：基于查表结果，确定当前驱动压差相关的修正系数标定数据；
步骤S53：基于相关的修正系数标定数据，确定EGR开度修正系数。
本申请实施例中，第一控制阀3和第二控制阀4的最大开度均为100%。第二设定开度与第一控制阀3的前馈开度相关，包括：第二设定开度与前馈开度之和为100%。这样，能够使得第一设定开度越大，则第二设定开度越小，反之第二设定开度越大，第一设定开度越小。
当驱动压差为正时，进气室1的压力大于出气室7的压力，能够使得废气从进气室1流向出气室7。驱动压差越小，废气通过EGR系统气体管路14的驱动力越小，为了满足当前所需EGR流量，可以通过降低第一设定开度，从而增大第二设定开度，即降低第一冷却器5中气体流量，增大第二冷却器6中气体流量，以在驱动压差较小时，满足当前所需EGR流量。故EGR开度修正系数与驱动压差正相关，驱动压差越小，EGR开度修正系数越小，以便于使得EGR开度修正系数和基础开度的乘积越小。其中，EGR开度修正系数为小于1的正数，第一控制阀3的前馈开度等于EGR开度修正系数和基础开度的乘积。
发动机工况确定时，在给定一第一控制阀3的基础开度，对应一个EGR开度修正系数。基于此，可以在标定整车配置参数时，预先设定多个不同的标定压差及对应的标定系数，一个标定压差及对应的标定系数构成一修正系数标定数据。可以分别测试发动机在不同驱动压差下的修正系数，作为标定系数。在图12中，确定与当前驱动压差相关的修正系数标定数据的方法包括：
确定与当前驱动压差相关的标定压差，基于相关标定压差，确定相关的修正系数标定数据。如果具有和当前驱动压差相同的变动压差，则该相同的标定压差为相关的标定压差；如果没有和当前驱动压差相同的变动压差，则以相邻两个标定压差作为相关的标定压差，当前驱动压差位于该相邻两个标定压差之间。
如果具有一组相关的修正系数标定数据，则该组修正系数标定数据对应的标定系数作为当前所需的EGR开度修正系数，如果具有多组相关的修正系数标定数据，则多组修正系数标定数据对应的标定系数的平均值作为当前所需的EGR开度修正系数。
可以通过上述控制器执行上述EGR冷却器的控制方法。控制器执行该控制方法原理如图13所示。
参考图13所示，图13为本申请实施例提供的一种控制器的工作原理示意图，控制器包括：
第一查表模块21，第一查表模块21能够基于发动机的当前转速和当前喷油量，通过查询EGR率数据表格，输出当前所需的设定EGR率；
第一计算模块22，第一计算模块22能够计算设定EGR率和进气流量的乘积，作为设定EGR流量进行输出；
第二查表模块23，第二查表模块23能够基于设定EGR流量和进气室温度，通过查询开度数据表格，输出第一控制阀3的基础开度；
第三查表模块24，第三查表模块24能够基于压差传感器8检测的驱动压差，通过查询系数表格，输出EGR开度修正系数；
第二计算模块25，第二计算模块25能够计算第一控制阀3的基础开度与EGR开度修正系数的乘积，作为第一控制阀3的前馈开度进行输出；
第三计算模块26，第三计算模块26能够计算100%与第一控制阀3的前馈开度的差值，作为第二控制阀4的第二设定开度进行输出；
第四计算模块27，第四计算模块27能够计算设定EGR率与实际EGR率的差值，作为EGR率偏差进行输出；
PID（Proportional-Integral-Derivative，比例-积分-微分）模块28，PID模块28能够基于EGR率偏差进行PID闭环控制，以输出第一控制阀3的闭环开度；PID模块28能够基于设定的比例控制算法、积分控制算法和微分控制算法，确定第一控制阀3的闭环开度；
第五计算模块29，第五计算模块29能够计算第一控制阀3的前馈开度和闭环开度的和值；
限制模块30，能够基于最大开度限值（该限值为100%）和最小开度限值（该限值为0），对第五计算模块29输出的和值进行限位，限位后输出为第一控制阀3的第一设定开度。基于限制模块30能够避免故障导致第一设定开度超出0~100%的限定区间范围。
本申请实施例中，可以根据排放标准，标定不同工况下的EGR率数据表格，当发动机工况确定时，发动机转速和喷油量确定，基于EGR率数据表格，能够确定设定EGR率。
确定设定EGR流量以及进气室1的温度时，基于开度数据表格的查询结果，可以确定第一控制器3的基础开度，基于基础开度能够确定两控制阀的设定开度比例，从而确定第一冷却器5和第二冷却器6的流量配比，使得发动机工作在经济性和排放性最优的状态。
通过上述描述可知，本申请实施例同的EGR冷却器及其控制方法，能够精确控制第一控制阀3和第二控制阀4的开度，进而精确控制第一冷却器5和第二冷却器6的流量配比，以精确控制EGR流量和冷却效率，并使得EGR冷却器具有较低的压损。
由于第一冷却器5和第二冷却器6均为管束式冷却器，第一冷却器5的冷却效率高，而第二冷却器6的压损第，故可以协同控制第一冷却器5和第二冷却器6，可以使得EGR冷却器同时实现高冷却效率以及低压损，同时实现低积碳。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，附图和实施例的描述是说明性的而不是限制性的。贯穿说明书实施例的同样的附图标记标识同样的结构。另外，处于理解和易于描述，附图可能夸大了一些层、膜、面板、区域等厚度。同时可以理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在其他元件上或者可以存在中间元件。另外，“在…上”是指将元件定位在另一元件上或者另一元件下方，但是本质上不是指根据重力方向定位在另一元件的上侧上。
术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种EGR冷却器，其特征在于，包括：
进气室，用于连接发动机的排气管路；
出气室，用于连接所述发动机的进气管路；
冷却结构，所述冷却结构包括一体封装的第一冷却支路和第二冷却支路；所述第一冷却支路包括连接在所述进气室和所述出气室之间的第一控制阀和第一冷却器；所述第二冷却支路包括连接在所述进气室和所述出气室之间的第二控制阀和第二冷却器；
其中，所述第一冷却器的冷却效率大于所述第二冷却器的冷却效率；所述第二冷却器的压损小于所述第一冷却器的压损。
2.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，所述第一冷却器包括：
位于所述第一控制阀和所述出气室之间的第一冷却管；
至少一个连接在所述第一控制阀与所述出气室之间的第一气管，所述第一气管浸没在所述第一冷却管中的冷却液内；
其中，所述第一气管的孔径从靠近所述第一控制阀的一端向靠近所述出气室的一端逐渐降低。
3.根据权利要求2所述的EGR冷却器，其特征在于，所述第一气管靠近所述第一控制阀的一端具有第一孔径，靠近所述出气室的一端具有第二孔径；
其中，所述第一孔径至少为所述第二孔径的倍。
4.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，所述第二冷却器包括：
位于所述第二控制阀和所述出气室之间的第二冷却管；
至少一个连接在所述第二控制阀与所述出气室之间的第二气管，所述第二气管浸没在所述第二冷却管中的冷却液内；
其中，所述第二气管的孔径从靠近所述第二控制阀的一端向靠近所述出气室的一端均匀不变。
5.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，还包括：
压差传感器，所述压差传感器用于检测所述进气室与所述出气室的压差。
6.一种发动机，其特征在于，包括：
机体，具有排气口和进气口；
与所述机体的排气口连接的排气管路；所述排气管路包括在排气方向上依次设置的涡轮机和后处理装置；
与所述机体的进气口连接的进气管路；
如权利要求1-5任一项所述EGR冷却器，所述EGR冷却器连接在所述排气管路和所述进气管路之间；
控制器，至少用于控制所述EGR冷却器中第一控制阀和第二控制阀的开度；
其中，所述EGR冷却器与所述排气管路的连接位置位于所述涡轮机的排气上游。
7.一种如权利要求1-5任一项所述EGR冷却器的控制方法，其特征在于，包括：
基于设定EGR流量以及所述EGR冷却器的当前进气室温度，确定所述第一控制阀的基础开度；
基于EGR开度修正系数，对所述基础开度进行修正，确定所述第一控制阀的前馈开度；
基于所述第一控制阀的前馈开度以及闭环开度，确定第一设定开度，使得所述第一控制阀处于所述第一设定开度；
其中，所述第二控制阀处于第二设定开度，所述第二设定开度与所述第一控制阀的前馈开度相关。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，确定所述设定EGR流量的方法包括：
基于发动机的当前转速以及当前喷油量，确定设定EGR率；
基于进气流量和所述设定EGR率，计算所述设定EGR流量；
其中，所述设定EGR流量等于所述进气流量乘以所述设定EGR率。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，确定所述设定EGR率的方法包括：
查询EGR率数据表格；所述EGR率数据表格包括多组EGR率标定数据，所述EGR率标定数据包括一标定转速以及一标定喷油量及对应的标定EGR率；
基于查表结果，确定与所述当前转速以及所述当前喷油量相关的EGR率标定数据；
基于所述相关的EGR率标定数据，确定所述设定EGR率。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，确定所述基础开度的方法包括：
查询开度数据表格；所述开度数据表格包括多组开度标定数据，所述开度标定数据包括一标定进气室温度以及一标定EGR流量及对应的标定EGR开度；
基于查表结果，确定与所述设定EGR流量和所述当前进气室温度相关的开度标定数据；
基于所述相关的开度标定数据，确定所述基础开度。
11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述EGR开度修正系数与驱动压差相关；所述驱动压差为所述EGR冷却器的进气室和出气室的压差；
确定所述EGR开度修正系数的方法包括：
查询系数表格；所述系数表格包括多组修正系数标定数据，所述修正系数标定数据包括一标定压差及对应的标定系数；
基于查表结果，确定与当前驱动压差相关的所述修正系数标定数据；
基于所述相关的修正系数标定数据，确定所述EGR开度修正系数。
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