CN112211756A - 一种低压egr***和气体流量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种低压EGR***和气体流量控制方法，包括设于后处理***下游的EGR进气管，EGR进气管通过EGR模块总成与EGR出气管连通，EGR冷却器进水管与EGR冷却器进水口相连接；EGR冷却器回水管与EGR冷却器出水口相连接；EGR阀设于EGR冷却器一端，温度传感器设于EGR冷却器上，靠近EGR阀进气口，两个压差管接口的取气位置分别位于EGR阀的前后端，第一压差传感器接管和第二压差传感器接管的一端分别与两个压差管接口相连接，另一端与压差传感器的两个接口相连接，发动机ECU采集压差传感器和温度传感器信息，计算出工作过程中的实时EGR质量流量；本发明可以精确的控制EGR气体的流量。

Description

一种低压EGR***和气体流量控制方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其是一种低压EGR***和气体流量控制方法。
背景技术
随着地球能源与环境的压力日趋加大，发动机排放和油耗的要求日趋严格；为满足日趋严格的油耗法规要求，发动机目前向低油耗、低排放、高热效率方向发展；因此低压EGR***(能提升发动机热效率，同时优化油耗及排放)在发动机上的配套使用也在逐渐增长。
低压EGR***使用时，EGR气体经过冷却器冷凝后产生较多冷凝水，同时EGR气体中本身就包含有汽油燃烧后产生的硫化物、细小碳颗粒等污染物质；当EGR气体携带污染物质和细小冷凝水通过增压器压入发动机气缸内时，污染物和细小的冷凝水珠经过高速旋转的涡轮增压器压气机叶轮，会对叶轮造成较大伤害；同时，气温零度以下时，低压EGR***产生的冷凝水非常容积堆积结冰，堵住管路气口，影响发动机工作；在目前阶段，EGR气体无法通过相关的传感器直接检测流量，同时低压EGR在发动机中低负荷工况下，EGR气体进口端和EGR气体出口端气体压差太小，常规发动机在使用低压EGR***时，无法精准的控制EGR废气流量配合发动机各种运转工况。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供一种低压EGR***和气体流量控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低压EGR***，包括设于后处理***下游的EGR进气管，EGR进气管通过EGR模块总成与EGR出气管连通，EGR冷却器进水管与EGR冷却器进水口相连接；EGR冷却器回水管与EGR冷却器出水口相连接；EGR模块总成包括EGR冷却器，EGR阀设于EGR冷却器一端，温度传感器设于EGR冷却器上，靠近EGR阀进气口，测量EGR阀气体入口温度，两个压差管接口的取气位置分别位于EGR阀的前后端，第一压差传感器接管和第二压差传感器接管的一端分别与两个压差管接口相连接，另一端与压差传感器的两个接口相连接，发动机ECU采集压差传感器和温度传感器信息，计算出发动机工作过程中的实时EGR质量流量，并可以根据发动机的工作需求，发动机ECU通过控制EGR阀阀门开度，实时控制EGR气体质量流量。
进一步地，计算过程具体按下式进行：
Figure BDA0002702430050000021
其中，Se：EGR阀阀门有效截面积；
Qm：EGR质量流量；
ρ：气体密度；
ΔP：压力差，通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差；
上述公式中的气体密度ρ通过试验结合理想气体状态的方程得出：
Figure BDA0002702430050000022
R为常量，数值为283，ρ为密度，P为EGR阀进气口端气体的压强(通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差)，T为气体温度(通过温度传感器测量得到)。
进一步地，该***还包括空气温度流量传感器、混合阀和混合阀接管，空气温度流量传感器布置靠近于空气滤清器出口端，空气滤清器一端与混合阀连接，混合阀通过混合阀接管与涡轮增压器连接，涡轮增压器与后处理***连接。
进一步地，后处理***包括三元催化净化器和设于三元催化净化器下方的颗粒捕捉器，EGR进气管进气口带向上的倾斜角，进气口布置于整个后处理***，EGR模块总成在整机布置时带向上倾斜角度布置，涡轮增压器与三元催化净化器连接，EGR出气管还与混合阀接管连接；第一压差传感器接管和第二压差传感器接管整个管路段都带向上倾斜角度。
进一步地，涡轮增压器的压气机端叶轮设有Ni-P特殊镀层。
进一步地，所述混合阀接管包括接管本体、与接管本体连接的EGR接管、碳罐接管、呼吸器接管，EGR出气管与EGR接管连接。
进一步地，EGR冷却器上的进水口靠近冷却器的进气口，出水口靠近EGR冷却器出气口，使得气体流向与水流流向相同。
本发明涉及的一种低压EGR***气体流量控制方法，按以下进行：发动机ECU采集废气温度传感器测量得到的EGR气体温度，采集EGR压差传感器测量得到的EGR阀门两端压力值计算得到两端的压力差，再计算出发动机工作过程中的实时EGR质量流量，按下式进行：
Figure BDA0002702430050000031
式中，Se：EGR阀阀门有效截面积；
Qm：EGR质量流量；
ρ：气体密度；
ΔP：压力差；
上述公式中的气体密度ρ通过试验结合理想气体状态的方程得出：
Figure BDA0002702430050000041
R为常量，数值为283，ρ为密度，P为EGR阀进气口端气体的压强(通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差)，T为气体温度(通过温度传感器测量得到)；发动机ECU根据EGR阀阀门有效截面积的值得出EGR质量流量；发动机ECU采集空气滤清器出口端空气温度流量传感器的空气流量值，得到发动机实时工作下的EGR质量流量和新鲜空气流量的比例，发动机ECU根据发动机的工作需求，调整EGR阀阀门开度，调整合适的EGR质量流量和新鲜空气流量的比例来满足发动机的工作需求。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的所有气道管路布置时都带向上倾斜角，可以有效防止冷凝水在发动机工作时的堆积，及在寒冷气温环境下时结冰堵塞气道现象；
本发明***中涡轮增压器的压气机叶轮表面采用了Ni-P特殊化学镀层，可以提升强度(耐颗粒物冲击)的同时防止污染物的腐蚀；
本发明***中采用了EGR压差传感器、废气温度传感器，此二个传感器在协同工作下，可以通过模型计算出发动机工作过程中的实施EGR气体流量，结合MAF传感器(空气温度流量传感器)(功能：测量发动机新鲜空气流量)，就可以计算得到发动机实时工作下的EGR流量和新鲜空气量的比例；在通过电控EGR阀和进气混合阀的联动控制，就可以精确的控制EGR气体的流量，尤其是中低负荷下EGR气体的流量。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的***结构示意图；
图2为本发明的***的第一侧视图；
图3为本发明的***的第二侧视图；
图4为EGR模块的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为混合阀接管的结构示意图；
图7为混合阀接管的侧视图；
图1-7中标注为：1、EGR进气管，2、EGR模块总成，2.1、EGR冷却器，2.2、EGR阀，2.3、温度传感器，2.4、压差管接口，3、EGR出气管，4、EGR冷却器进水管，5、EGR冷却器回水管，6、压差传感器接管A，7、压差传感器接管B，8、压差传感器，9、MAF传感器(空气温度流量传感器)，10、进气混合阀，11、混合阀接管，11.1、混合阀接管本体，11.2、EGR接管，11.3、碳罐接管，11.4、呼吸器接管，12、涡轮增压器，13、空气滤清器连接管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，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，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
如图1-3所示，本实施例的低压EGR***，包括EGR进气管1、EGR模块总成2、EGR出气管3、EGR冷却器进水管4、EGR冷却器回水管5、第一压差传感器接管6、第二压差传感器接管7、压差传感器8、MAF传感器(空气温度流量传感器)9、进气混合阀10、混合阀接管11、涡轮增压器12、空气滤清器13；混合阀接管11与进气混合阀10、涡轮增压器12和EGR出气管3连接。
本实施例中，EGR进气管1设于后处理***下游的，EGR进气管1和EGR出气管3与EGR模块总成2连通，EGR冷却器进水管4与EGR冷却器进水口相连接；EGR冷却器回水管5与EGR冷却器出水口相连接；EGR模块总成2包括EGR冷却器2.1，EGR阀2.2设于EGR冷却器2.1一端，温度传感器2.3设于EGR冷却器2.1上，靠近EGR阀进气口，测量EGR阀气体入口温度，两个压差管接口2.4的取气位置分别位于EGR阀2.2的前后端，第一压差传感器接管6和第二压差传感器接管7的一端分别与两个压差管接口2.4相连接，另一端与压差传感器8的两个接口相连接，发动机ECU采集压差传感器8和温度传感器2.3信息，计算出发动机工作过程中的实时EGR质量流量，并可以根据发动机的工作需求，发动机ECU通过控制EGR阀阀门开度，实时控制EGR气体质量流量。
混合阀接管11包括接管本体11.1、EGR接管11.2、碳罐接管11.3、呼吸器接管11.4，如图4-5所示。
空气温度流量传感器9布置靠近于空气滤清器13出口端，空气滤清器13一端与混合阀10连接，混合阀10通过混合阀接管11与涡轮增压器12连接，涡轮增压器12与后处理***连接。
后处理***包括三元催化净化器和设于三元催化净化器下方的颗粒捕捉器，EGR进气管进气口带向上的倾斜角，进气口布置于整个后处理***，EGR模块总成2在整机布置时带向上倾斜角度布置，涡轮增压器12与三元催化净化器连接，EGR出气管3还与混合阀接管11连接；第一压差传感器接管6和第二压差传感器接管7整个管路段都带向上倾斜角度。
混合阀接管11包括接管本体11.1、与接管本体11.1连接的EGR接管11.2、碳罐接管11.3、呼吸器接管11.4，EGR出气管3与EGR接管11.2连接。
EGR冷却器进水管4与EGR冷却器进水口相连接；EGR冷却器回水管5与EGR冷却器出水口相连接；第一压差传感器接管6和第二压差传感器接管7的一端与EGR模块总成上的压差管接口2.4相连接，另一端与压差传感器8的两个接口相连接。
如图6-7所示，EGR接管11.2、碳罐接管11.3、呼吸器接管11.4都安装于接管本体上11.1，且管路间互相连通。
本实施例中，EGR进气管1，管子进气口布置于整个后处理***下游，后处理***包括三元催化净化器(TWC)和设于三元催化净化器下方的颗粒捕捉器(GPF)。
按照上述技术方案获取的EGR气体经过了后处理***的过滤处理，经过净化，可以减小对涡轮增压器12中压气机叶轮的积碳、腐蚀等不良影响；管子本体材质为耐高温不锈钢波纹管，耐高温耐腐蚀性强，可靠性高；EGR进气管进气口设计布置时，带向上的倾斜角，可防止工作过程中冷凝水的堆积堵塞气道的不良影响。
本实施例中，EGR模块总成2、第一压差传感器接管6、第二压差传感器接管7在整机布置时带向上倾斜角度布置，可防止工作过程中冷凝水的堆积堵塞气道的不良影响。
本实施例采用了EGR压差传感器8、废气温度传感器16，此二个传感器在协同工作下，测量得到EGR气体温度和EGR阀两端的压力差，随后可以通过孔板流量模型计算出发动机工作过程中的实时EGR质量流量，结合测量发动机新鲜空气流量的MAF传感器(即空气温度流量传感器)9，就可以计算得到发动机实时工作下的EGR流量和新鲜空气量的比例；在通过控制EGR气体流道开度电控EGR阀2.2和进气混合阀10的联动控制，就可以精确的控制EGR气体的流量，尤其是发动机中低负荷下EGR气体的流量。
进气混合阀10控制从空气滤清器到混合阀接管处新鲜空气流道开度，调整混合阀接管内部负压，利于EGR气体和新鲜空气的混合。
具体按下式进行：
Figure BDA0002702430050000081
式中：Se：EGR阀阀门有效截面积；
Qm：EGR质量流量；
ρ：气体密度；
ΔP：压力差(通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差)；
上述公式中的ρ(气体密度)通过试验结合理想气体状态的方程得出：
Figure BDA0002702430050000082
R为常量，数值为283，ρ为密度，P为EGR阀进气口端气体的压强(通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差)，T为气体温度(通过温度传感器测量得到)。
EGR压差传感器8、废气温度传感器16分别采集压力差、气体温度，发动机ECU根据EGR阀阀门有效截面积的值得出EGR质量流量。
本实施例中，EGR模块总成2中的EGR冷却器14上的进水口靠近冷却器的进气口，出水口靠近EGR冷却器出气口，即气体流向与水流流向相同；此布置设计使得流动的低温冷却水及时对高温的EGR气体进行冷却，有利于抑制冷却液遇到高温EGR气体的时产生的局部沸腾。
涡轮增压器12的压气机端叶轮必须采用Ni-P特殊镀层，可以提升强度(耐颗粒物冲击)的同时防止污染物的腐蚀；EGR气体中带有水蒸气，遇到气温较低的新鲜空气后会冷凝析出水滴，撞击到高速旋转的增压器压端叶轮上，造成冲击腐蚀；压端叶轮经过镀层强化后，可以提升耐撞击强度。
混合阀接管11本体材质为铝合金，安装端面布置O型圈；混合阀接管的一端通过螺栓和涡轮增压器入口相连接，另一端通过螺栓与混合阀出口相连接，此布置设计管路端、结构紧凑。
MAF传感器(空气温度流量传感器)9布置时紧靠近于空气滤清器13出口端，便于MAF传感器(空气温度流量传感器)精准的测量新鲜空气的流量及温度，减弱其他气体的干扰影响。结合MAF传感器9就可以计算得到发动机实时工作下的EGR流量和新鲜空气量的比例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压EGR***，其特征在于：包括设于后处理***下游的EGR进气管（1），所述EGR进气管（1）通过EGR模块总成（2）与EGR出气管（3）连通， EGR冷却器进水管（4）与EGR冷却器进水口相连接；EGR冷却器回水管（5）与EGR冷却器出水口相连接； EGR模块总成（2）包括EGR冷却器（2.1），EGR阀（2.2）设于EGR冷却器（2.1）一端，温度传感器（2.3）设于EGR冷却器（2.1）上，靠近EGR阀进气口，测量EGR阀气体入口温度，两个压差管接口（2.4）的取气位置分别位于EGR阀（2.2）的前后端，第一压差传感器接管（6）和第二压差传感器接管（7）的一端分别与两个压差管接口（2.4）相连接，另一端与压差传感器（8）的两个接口相连接，发动机ECU采集压差传感器（8）和温度传感器（2.3）信息，计算发动机工作过程中的实时EGR质量流量，并根据发动机的工作需求，发动机ECU通过控制EGR阀阀门开度，实时控制EGR气体质量流量。
2.根据权利要求1所述的低压EGR***，其特征在于：计算发动机工作过程的实时EGR质量流量按下式进行：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中，Se：EGR阀阀门有效截面积；
Qm：EGR质量流量；
ρ：气体密度；
ΔP：压力差，通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差；
上述公式中的气体密度ρ通过试验结合理想气体状态的如下方程得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
R为常量，数值为283，ρ为密度，P为EGR阀进气口端气体的压强，通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差；T为气体温度，通过温度传感器测量得到。
3.根据权利要求1所述的低压EGR***，其特征在于：该***还包括空气温度流量传感器（9）、混合阀（10）和混合阀接管（11），空气温度流量传感器（9）布置靠近于空气滤清器（13）出口端，空气滤清器（13）一端与混合阀（10）连接，混合阀（10）通过混合阀接管（11）与涡轮增压器（12）连接，涡轮增压器（12）与后处理***连接。
4.根据权利要求3所述的低压EGR***，其特征在于：后处理***包括三元催化净化器和设于三元催化净化器下方的颗粒捕捉器，EGR进气管进气口带向上的倾斜角，进气口布置于整个后处理***，EGR模块总成（2）在整机布置时带向上倾斜角度布置，涡轮增压器（12）与三元催化净化器连接，EGR出气管（3）还与混合阀接管（11）连接；第一压差传感器接管（6）和第二压差传感器接管（7）整个管路段都带向上倾斜角度。
5.根据权利要求4所述的低压EGR***，其特征在于：涡轮增压器（12）的压气机端叶轮设有Ni-P特殊镀层。
6.根据权利要求3所述的低压EGR***，其特征在于：所述混合阀接管（11）包括接管本体（11.1）、与接管本体（11.1）连接的EGR接管（11.2）、碳罐接管（11.3）、呼吸器接管（11.4），EGR出气管（3）与EGR接管（11.2）连接。
7.根据权利要求1所述的低压EGR***，其特征在于：EGR冷却器（2.1）上的进水口靠近冷却器的进气口，出水口靠近EGR冷却器出气口，使得气体流向与水流流向相同。
8.一种低压EGR***气体流量控制方法，其特征在于：按以下进行：发动机ECU采集废气温度传感器（16）测量得到的EGR气体温度，采集EGR压差传感器（8）测量得到的EGR阀门两端压力值计算得到两端的压力差，再计算出发动机工作过程中的实时EGR质量流量，按下式进行：
Figure 961514DEST_PATH_IMAGE004
式中，Se：EGR阀阀门有效截面积；
Qm：EGR质量流量；
ρ：气体密度；
ΔP：压力差；
上述公式中的气体密度ρ通过试验结合理想气体状态的方程得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
R为常量，数值为283，ρ为密度，P为EGR阀进气口端气体的压强，通过压差传感器得出，压差传感器可以分别测量出EGR阀阀门两端的压力，再计算得到压力差；T为气体温度，通过温度传感器测量得到；发动机ECU根据EGR阀阀门有效截面积的值得出EGR质量流量；发动机ECU采集空气滤清器（13）出口端空气温度流量传感器（9）的空气流量值，得到发动机实时工作下的EGR质量流量和新鲜空气流量的比例，发动机ECU根据发动机的工作需求，调整EGR阀阀门开度，调整合适的EGR质量流量和新鲜空气流量的比例来满足发动机的工作需求。
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