[發(fā)明專利]一種提高EGR發(fā)動(dòng)機(jī)能源利用率的系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610195051.3
• 申請(qǐng)日: 2016-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105697189B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張強(qiáng);李培新;韓奎超;劉琨然;李孟涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): F02G5/04
• 分類號(hào): F02G5/04;B60H1/04
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高EGR發(fā)動(dòng)機(jī)能源利用率的系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation，EGR)是指發(fā)動(dòng)機(jī)將排出氣體的一部分分離出，并導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)使其再度燃燒的技術(shù)。朗肯循環(huán)是指以水蒸氣作為工質(zhì)的一種理想循環(huán)過(guò)程，主要包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹、以及一個(gè)等壓冷凝過(guò)程。

眾所周知，普通發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒所產(chǎn)生的能量大約只有30％可以被轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，最先進(jìn)柴油機(jī)的有效效率不超過(guò)45％，但仍有大部分的能量被高溫廢氣和冷卻水帶走，排到大氣中，造成能量流失。從能量品質(zhì)上看，柴油機(jī)排氣溫度達(dá)到600℃，汽油機(jī)排溫可達(dá)到700℃，發(fā)動(dòng)機(jī)中的排氣能量仍然具有比較高的品質(zhì)。因此，通過(guò)朗肯循環(huán)回收這部分能量，成為實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能，提高車輛有效能源利用率和減少碳排放的一個(gè)途徑。

目前，提高能量利用率的方法大都是簡(jiǎn)單在排氣管后加裝一個(gè)換熱器，這帶來(lái)的問(wèn)題是：如果換熱器尺寸太小，朗肯循環(huán)的循環(huán)工質(zhì)不能充分的吸收熱量，達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)；如果換熱器尺寸太大，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓的升高，增大發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。而且在裝有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，往往需要在排氣管和壓氣機(jī)中間增加一個(gè)中冷裝置，降低廢氣溫度，這一部分的能量也白白浪費(fèi)掉了。因此，需要通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣能量進(jìn)行合理的充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種提高EGR發(fā)動(dòng)機(jī)能源利用率的系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的情況下，通過(guò)底循環(huán)最大限度的利用燃油燃燒所放出但未被發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的那一部分化學(xué)能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種提高EGR發(fā)動(dòng)機(jī)能源利用率的系統(tǒng)，包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，所述動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)；所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣一部分經(jīng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)、二級(jí)換熱器和排氣后處理系統(tǒng)排到大氣，另一部分經(jīng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)后隨新鮮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行新的循環(huán)；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水進(jìn)行處理的同時(shí)還與駕駛室制熱總成連接；信號(hào)采集系統(tǒng)接受溫度傳感器采集的溫度，并送給數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行處理；

底循環(huán)系統(tǒng)以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的熱能作為熱源，對(duì)循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行多級(jí)加熱，使之充分吸收熱量，隨后在膨脹器中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)與膨脹器同軸的發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，并把發(fā)出的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，完成熱能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。

所述動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)還包括與發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸依次連接的變速箱、緩速器和驅(qū)動(dòng)橋。

所述底循環(huán)系統(tǒng)包括通過(guò)管路依次循環(huán)連接的驅(qū)動(dòng)泵、一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器、膨脹器及冷凝器；所述膨脹器與發(fā)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸連接。

所述驅(qū)動(dòng)泵與一級(jí)換熱器之間的連接管路上設(shè)有底循環(huán)初溫傳感器；所述三級(jí)換熱器與膨脹器之間的連接管路上設(shè)有底循環(huán)終溫傳感器，所有的溫度傳感器均與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)連接；數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)泵開(kāi)關(guān)電連接。

所述廢氣渦輪增壓系統(tǒng)包括廢氣渦輪增壓器，廢氣渦輪增壓器的壓氣機(jī)進(jìn)氣端通過(guò)空氣管路與進(jìn)氣管相連接，出氣端通過(guò)空氣管路與增壓中冷器和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管依次連接；

廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)進(jìn)氣端與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管通過(guò)空氣管路相連接，出氣端與發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)和底循環(huán)系統(tǒng)的二級(jí)換熱器通過(guò)空氣管路相連接。

所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的廢氣來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管，然后通過(guò)空氣管路經(jīng)底循環(huán)系統(tǒng)的三級(jí)換熱器，進(jìn)入廢氣渦輪增壓器壓氣機(jī)的進(jìn)氣端。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括通過(guò)冷卻水管路依次循環(huán)連接的冷卻水箱、冷卻水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室制熱總成、底循環(huán)系統(tǒng)的一級(jí)換熱器及發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)與駕駛室制熱總成之間的連接管路上設(shè)有冷卻水溫傳感器；所述駕駛室制熱總成上設(shè)有駕駛室溫度傳感器；所述駕駛室制熱總成與底循環(huán)系統(tǒng)之間的連接管路上設(shè)有一級(jí)冷卻水溫傳感器，所有的溫度傳感器均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)與駕駛室制熱總成的三通電磁閥和一級(jí)換熱器的三通電磁閥連接。

一種提高EGR發(fā)動(dòng)機(jī)能源利用率的控制方法，包括以下步驟：

S201：在底循環(huán)進(jìn)行時(shí)，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)泵出口端和位于一級(jí)換熱器前端的工作質(zhì)的溫度和冷卻水的溫度，傳遞給數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)；