一种紧凑型EGR系统及控制方法与流程

阅读：评论：0

一种紧凑型egr系统及控制方法
技术领域
1.本发明属于发动机带废气再循环系统技术领域，具体涉及一种紧凑型egr系统及控制方法。

背景技术：

2.废气再循环(egr)技术是将内燃机的部分废气引入到进气中再次参加燃烧过程，是目前实现更低的no
x
排放所采用的主要技术方案之一。主要分为高压egr技术和低压egr技术，高压egr技术主要是从发动机涡轮机前取排气，经过egr阀、单向阀、egr冷却器后引入到发动机进气总管的进气系统，低压egr技术主要是从后处理后取废气，经过egr阀、单向阀、egr冷却器后引入到发动机压气机前的进气系统。
3.如图1、图2所示，根据预测法规下一代egr率的分布、预测图对比，现有柴油机egr最大不超过22％，且中高负荷下的egr率普遍不高，根据下一代egr率分布预测显示，最大egr率要达到将近30％，且高速工况egr率普遍在26％以上。
4.由于目前柴油机能够实现的egr率受限于egr系统的驱动压差，面向国六法规要求，egr阀能够满足实现现有原排的egr率，但是面对未来更严格的排放法规，egr阀在本身柴油机驱动压差较低的区域，egr率无法满足未来柴油机的需求。
5.同时，为了实现更高的egr驱动压差，现有很多发动机的高压egr系统采用双通道egr管路，将引出的废气，经过egr阀、单向阀、egr冷却器后引入到发动机的进气系统中。单向阀的作用能有效的减少废气的反流，更好的保证egr气体的形成，但双通道系统比单通道系统多了一个egr阀、一个单向阀和一个egr冷却器，成本和故障率也会随之增加，整车布置难度也会增加。同理，在具有高低压egr系统的车辆中，除了高低压egr系统比上述高压egr系统又多出一个egr阀、单向阀和egr冷却器，成本、故障率及布置难度也会更高。

技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种紧凑型egr系统及控制方法。
7.本发明采用的技术方案是：一种紧凑型egr系统，包括发动机，所述发动机进气管依次连接中冷器和压气机，所述发动机排气岐管连接涡轮机，所述涡轮机出口连接后处理doc、dpf、scr，所述doc、dpf后端与低压egr管路一端连通，所述低压egr管路上设置低压egr泵，所述低压egr泵通过低压egr电机驱动，所述低压egr管路另一端连通egr冷却器进口；所述发动机排气歧管后端连通两路高压egr管路的一端，两路高压egr管路的另一端连通egr冷却器进口；所述egr冷却器出口连通压气机进口。
8.所述两路高压egr管路上分别设置第一高压egr泵和第二高压egr泵，所述第一高压egr泵和第二高压egr泵分别通过第一高压egr电机和第二高压egr电机驱动。
9.所述两路高压egr管路上分别设置第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀后端的两路高压egr管路汇集为一路，在汇集为一路的高压egr管路上设置第三
高压egr泵，所述第三高压egr泵通过第三高压egr电机驱动。
10.还包括ecu，所述ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机转速传感器、第一高压egr电机转速传感器、第二高压egr电机转速传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机转速信号、第一高压egr电机转速信号、第二高压egr电机转速信号。
11.ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机、第一高压egr电机和第二高压egr电机的转速。
12.当发动机工况对应发动机egr率为0％～23％时，ecu控制低压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上，第一高压egr电机和第二高压egr电机转速为0；
13.当发动机工况对应发动机egr率为23％～25％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一高压egr电机和第二高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上；
14.当发动机工况对应发动机egr率为26％～30％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一高压egr电机和第二高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上。
15.ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机转速传感器、第三高压egr电机转速传感器、第一电磁阀开关传感器、第二电磁阀开关传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机转速信号、第三高压egr电机转速信号、第一电磁阀开关信号、第二电磁阀开关信号。
16.ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机和第三高压egr电机的转速、第一电磁阀、第二电磁阀的开关。
17.当发动机工况对应发动机egr率为0％～23％时，ecu控制低压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上，第一电磁阀、第二电磁阀关闭、第三高压egr电机转速为0；
18.当发动机工况对应发动机egr率为23％～25％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一电磁阀、第二电磁阀关闭、第三高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上；
19.当发动机工况对应发动机egr率为26％～30％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一电磁阀开启、第二电磁阀开启、第三高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上。
20.一种紧凑型egr系统的控制方法，包括空气经由压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入涡轮机，一部分废气膨胀做功，涡轮机后的废气经过后处理doc、dpf、scr后排出，在doc、dpf之后取一路低压废气进行低压废气再循环进入低压egr管路，再经过egr冷却器重新进入压气机进行增压；在排气歧管后取两路废气进行高压废气循环进入两路高压egr管路，两路高压egr管路废气进入与低压egr管路共用的egr冷却器中汇集为一路冷却后与中冷器后的进气汇合进入发动机进气管参与缸内燃烧；或两路高压egr管路汇集为一路后再进入与低压egr管路共用的egr冷却器，冷却后与中冷器后的进气汇合进入发动机进气管参与缸内燃烧。
21.本发明具有高低压egr系统，其中高压egr系统为双通道高压egr系统，低压egr系统为单通道低压egr系统，通过电动egr泵取代所有的egr阀和单向阀的组合，不仅通过ecu
来控制egr泵本身集成的电机转速，从而控制egr泵的功率，实现不同负荷不同转速下的全局egr率控制，不仅能实现普通egr阀达不到的高egr率，且电机控制转速带来的egr率的瞬态响应性更高。
附图说明
22.图1为柴油机egr率分布现状示意图；
23.图2为下一代法规下egr率分布预测示意图；
24.图3为本发明实施例1结构示意图；
25.图4为本发明实施例2结构示意图；
26.图5为1200r/min工况下单双通道不同egr率目标对应的比油耗和egr率示意图；
27.图6为1000r/min工况下单双通道不同egr率目标对应的比油耗和egr率示意图；
28.图7为本发明原理示意图；
29.图8单双通道脉冲压力波对比示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
31.如图3、图4所示，本发明一种紧凑型egr系统，包括发动机，所述发动机进气管依次连接中冷器和压气机，所述发动机排气岐管连接涡轮机，所述涡轮机出口连接后处理doc、dpf、scr，所述doc、dpf后端与低压egr管路一端连通，所述低压egr管路上设置低压egr泵，所述低压egr泵通过低压egr电机m1驱动，所述低压egr管路另一端连通egr冷却器进口；所述发动机排气歧管后端连通两路高压egr管路的一端，两路高压egr管路的另一端连通egr冷却器进口；所述egr冷却器出口连通压气机进口。
32.所述两路高压egr管路上分别设置第一高压egr泵和第二高压egr泵，所述第一高压egr泵和第二高压egr泵分别通过第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3驱动。
33.所述两路高压egr管路上分别设置第一电磁阀p1和第二电磁阀p2，所述第一电磁阀p1和第二电磁阀p2后端的两路高压egr管路汇集为一路，在汇集为一路的高压egr管路上设置第三高压egr泵，所述第三高压egr泵通过第三高压egr电机m4驱动。
34.还包括ecu，所述ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机转速传感器、第一高压egr电机转速传感器、第二高压egr电机转速传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机转速信号、第一高压egr电机转速信号、第二高压egr电机转速信号。
35.ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机、第一高压egr电机和第二高压egr电机的转速。
36.ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机转速传感器、第三高压egr电机转速传感器、第一电磁阀开关传感器、第二电磁阀开关传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机转速信号、第三高压egr电机转速信号、第一电磁阀开关信号、第二电磁阀开关信号。
37.ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应
map1下的egr率，控制低压egr电机和第三高压egr电机的转速、第一电磁阀、第二电磁阀的开关。
38.实施例1：
39.如图3所示，空气经由压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入涡轮机，一部分废气膨胀做功，涡轮机后的废气经过后处理doc+dpf+scr后排出，同时在doc+dpf之后取一路低压废气进行低压废气再循环低压egr，低压egr管路上设置低压egr泵，低压egr泵通过其本身集成的低压egr电机m1驱动，低压egr电机m1由ecu控制转速，取气后经过egr冷却器重新进入压气机进行增压，涡轮机后其余的废气则排出，另一部分排气分别在排气歧管上取两路废气进行高压废气再循环高压egr，两路高压egr管路上分别设置第一高压egr泵和第二高压egr泵，第一高压egr泵和第二高压egr泵通过其本身集成的第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3驱动，第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3由ecu控制转速，两路高压egr取气后也进入同一个egr冷却器，在egr冷却器中由两路egr管路汇集为一路冷却后的高压egr气体，与经过中冷器后的气体汇合后进入发动机进气管参与缸内燃烧。
40.ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机m1转速传感器、第一高压egr电机m2转速传感器、第二高压egr电机m3转速传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机m1转速信号、第一高压egr电机m2转速信号、第二高压egr电机m3转速信号。
41.ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机m1、第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3的转速。
42.当发动机工况对应发动机egr率为0％～23％时，ecu控制低压egr电机m1开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上，第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3转速为0；
43.当发动机工况对应发动机egr率为23％～25％时，ecu控制低压egr电机m1转速为0，第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上；
44.当发动机工况对应发动机egr率为26％～30％时，ecu控制低压egr电机m1转速为0，第一高压egr电机m2和第二高压egr电机m3开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上。
45.实施例2：
46.如图4所示，空气经由压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入涡轮机，一部分废气膨胀做功，涡轮机后的废气经过后处理doc+dpf+scr后排出，同时在doc+dpf之后取一路低压废气进行低压废气再循环低压egr，低压egr管路上设置低压egr泵，低压egr泵通过其本身集成的低压egr电机m1驱动，低压egr电机m1由ecu控制转速，取气后经过egr冷却器重新进入压气机进行增压，涡轮机后其余的废气则排出，另一部分排气分别在排气歧管上取两路废气进行高压废气再循环高压egr，两路高压egr管路上分别布置第一电磁阀p1和第二电磁阀p2，经过第一电磁阀p1和第二电磁阀p2后的管路汇集为一路，再经第三高压egr泵，并由其本身集成的第三高压egr电机m4驱动，第三高压egr电机m4由ecu控制转速，然后进入与低压egr管路
共用的egr冷却器，冷却后与中冷器后的进气汇合进入发动机进气管参与缸内燃烧。
47.ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机m1转速传感器、第三高压egr电机m4转速传感器、第一电磁阀p1开关传感器、第二电磁阀p2开关传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机m1转速信号、第三高压egr电机m4转速信号、第一电磁阀p1开关信号、第二电磁阀p2开关信号；
48.ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机m1转速和第三高压egr电机m4的转速、第一电磁阀p1、第二电磁阀p2的开关。
49.当发动机工况对应发动机egr率为0％～23％时，ecu控制低压egr电机m1开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上，第一电磁阀p1、第二电磁阀p2关闭、第三高压egr电机m4转速为0；
50.当发动机工况对应发动机egr率为23％～25％时，ecu控制低压egr电机m1转速为0，第一电磁阀p1、第二电磁阀p2关闭、第三高压egr电机m4开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上；
51.当发动机工况对应发动机egr率为26％～30％时，ecu控制低压egr电机m1转速为0，第一电磁阀p1开启、第二电磁阀p2开启、第三高压egr电机m4开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上。
52.如图5和图6所示分别为在低压egr泵关闭的条件下，不同转速1200r/min和1000r/min工况下的单通道和双通道的效果对比，横坐标为egr泵输出功率相比最大功率的占比，纵坐标为比油耗和egr率。表明了双通道egr相比单通道egr能实现更高的egr率，比油耗在egr阀开度50％以下，bsfc(比油耗)整体更优，50％以上，bsfc(比油耗)更差是因为1000r/min和1200/min工况下的发动机进气量没有太多富余，随着egr率提高进气量不足会导致燃烧恶化和增压器运行效率变差，这时通过控制egr泵转速使egr控制在比油耗最优的工况即可。
53.如图7所示，本发明所示高压egr泵管路
①
从发动机1、2、3缸取egr气体和高压egr泵管路
②
从发动机4、5、6缸取egr气体，相比只取一路高压egr管路
①
或者
②
能更好的利用管道气体的脉冲能量果，如图8所示，单通egr管路
①
和
②
的取气压力波之间干涉，使得总egr压力波峰值小于双通道，导致单通egr率相对较小，因此本发明的双通道取气高压egr管路本身能得到比单通egr管路更高的egr率，也因为双通egr管路+低压egr管路对应三条egr管路需要冷却，本发明采用一个集成式egr冷却器，将两条高压egr管路和一条低压egr管路共三路管路的冷却集成在一个冷却器中进行，不仅更利于egr管路脉冲能量的利用，实现更高egr率，且相比多个egr冷却器的结构，更紧凑了egr系统布置空间，减少了egr系统和冷却系统的成本。
54.因此，本专利的实施，通过电驱动egr泵取代现有的egr阀或egr阀+单向阀即可实现全局的egr率的提升，同时采用一种集成式egr冷却器，冷却器内部设多个通道，多通道egr管路汇入同一egr冷却器冷却后再导入相应进气系统。根据实际柴机油运行工况，ecu控制egr泵的电机的转速，来调节不同的egr率，实现不同工况下全局egr率最优，最终实现排放目标和最佳的发动机经济性表现。
55.在发动机egr率需求较大的工况下，实施例1：ecu控制同时打开高压egr泵，实施例
2：ecu控制同时打开电磁阀p1和p2以及高压egr泵，不仅可以满足发动机的高egr率需求，并且通过优化标定，能够精准控制电动egr泵的转速，从而精准控制高压端的egr率和低压端的egr率，实现整车比油耗的改善；可以更好解决发动机全工况的瞬态响应慢的问题；不仅使整车实现更高更严格的未来排放法规，且使整车经济性更优；多通道的egr系统能更好的利用管道气体的脉冲压力波，通过一个多通道入的单个egr冷却器，不仅最大化利用脉冲能量，且相比多个egr冷却器的结构更紧凑，成本和故障率更低。
56.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：

1.一种紧凑型egr系统，包括发动机，其特征在于：所述发动机进气管依次连接中冷器和压气机，所述发动机排气岐管连接涡轮机，所述涡轮机出口连接后处理doc、dpf、scr，所述doc、dpf后端与低压egr管路一端连通，所述低压egr管路上设置低压egr泵，所述低压egr泵通过低压egr电机驱动，所述低压egr管路另一端连通egr冷却器进口；所述发动机排气歧管后端连通两路高压egr管路的一端，两路高压egr管路的另一端连通egr冷却器进口；所述egr冷却器出口连通压气机进口。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：所述两路高压egr管路上分别设置第一高压egr泵和第二高压egr泵，所述第一高压egr泵和第二高压egr泵分别通过第一高压egr电机和第二高压egr电机驱动。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：所述两路高压egr管路上分别设置第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀后端的两路高压egr管路汇集为一路，在汇集为一路的高压egr管路上设置第三高压egr泵，所述第三高压egr泵通过第三高压egr电机驱动。4.根据权利要求2所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：还包括ecu，所述ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机转速传感器、第一高压egr电机转速传感器、第二高压egr电机转速传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机转速信号、第一高压egr电机转速信号、第二高压egr电机转速信号。5.根据权利要求4所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机、第一高压egr电机和第二高压egr电机的转速。6.根据权利要求5所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：当发动机工况对应发动机egr率为0％～23％时，ecu控制低压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上，第一高压egr电机和第二高压egr电机转速为0；当发动机工况对应发动机egr率为23％～25％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一高压egr电机和第二高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上；当发动机工况对应发动机egr率为26％～30％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一高压egr电机和第二高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上。7.根据权利要求3所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：还包括ecu，ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr电机转速传感器、第三高压egr电机转速传感器、第一电磁阀开关传感器、第二电磁阀开关传感器分别输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、低压egr电机转速信号、第三高压egr电机转速信号、第一电磁阀开关信号、第二电磁阀开关信号。8.根据权利要求7所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map1下的egr率，控制低压egr电机和第三高压egr电机的转速、第一电磁阀、第二电磁阀的开关。9.根据权利要求8所述的一种紧凑型egr系统，其特征在于：当发动机工况对应发动机egr率为0％～23％时，ecu控制低压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上，第一电磁阀、第二电磁阀关闭、第三高压egr电机转速为0；
当发动机工况对应发动机egr率为23％～25％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一电磁阀、第二电磁阀关闭、第三高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上；当发动机工况对应发动机egr率为26％～30％时，ecu控制低压egr电机转速为0，第一电磁阀开启、第二电磁阀开启、第三高压egr电机开启，且运行在对应的标定map2数据对应的转速上。10.根据权利要求1—9任一项所述的一种紧凑型egr系统的控制方法，其特征在于：包括空气经由压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入涡轮机，一部分废气膨胀做功，涡轮机后的废气经过后处理doc、dpf、scr后排出，在doc、dpf之后取一路低压废气进行低压废气再循环进入低压egr管路，再经过egr冷却器重新进入压气机进行增压；在排气歧管后取两路废气进行高压废气循环进入两路高压egr管路，两路高压egr管路废气进入与低压egr管路共用的egr冷却器中汇集为一路冷却后与中冷器后的进气汇合进入发动机进气管参与缸内燃烧；或两路高压egr管路汇集为一路后再进入与低压egr管路共用的egr冷却器，冷却后与中冷器后的进气汇合进入发动机进气管参与缸内燃烧。

技术总结

本发明公开了一种紧凑型EGR系统及控制方法。它包括发动机，所述发动机进气管依次连接中冷器和压气机，所述发动机排气岐管连接涡轮机，所述涡轮机出口连接后处理DOC、DPF、SCR，所述DOC、DPF后端与低压EGR管路一端连通，所述低压EGR管路上设置低压EGR泵，所述低压EGR泵通过低压EGR电机驱动，所述低压EGR管路另一端连通EGR冷却器进口；所述发动机排气歧管后端连通两路高压EGR管路的一端，两路高压EGR管路的另一端连通EGR冷却器进口；所述EGR冷却器出口连通压气机进口。本发明实现不同负荷不同转速下的全局EGR率控制，达到高EGR率，且EGR率的瞬态响应性更高。态响应性更高。态响应性更高。