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
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculat1n，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)等壓冷凝過程。
[0003]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°C，汽油機(jī)排溫可達(dá)至|J700°C，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。
[0004]目前，提高能量利用率的方法大都是簡單在排氣管后加裝一個(gè)換熱器，這帶來的問題是: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】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，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。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]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；
[0008]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。
[0009]所述動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)還包括與發(fā)動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸依次連接的變速箱、緩速器和驅(qū)動(dòng)橋。
[0010]所述底循環(huán)系統(tǒng)包括通過管路依次循環(huán)連接的驅(qū)動(dòng)栗、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)通過傳動(dòng)軸連接。
[0011]所述驅(qū)動(dòng)栗與一級(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)栗開關(guān)電連接。
[0012]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)氣端通過空氣管路與進(jìn)氣管相連接，出氣端通過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；
[0013]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)換熱器通過空氣管路相連接。
[0014]所述廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的廢氣來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管，然后通過空氣管路經(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。
[0015]所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括通過冷卻水管路依次循環(huán)連接的冷卻水箱、冷卻水栗、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。
[0016]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。
[0017]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:
[0018]S201:在底循環(huán)進(jìn)行時(shí)，檢測驅(qū)動(dòng)栗出口端和位于一級(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)；
[0019]S202:數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)將這兩個(gè)溫度進(jìn)行對(duì)比；如果相差超過設(shè)定值，數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)一級(jí)換熱器的兩個(gè)三通電磁閥發(fā)出指令，電磁閥位于換熱器通暢狀態(tài)；否則不在一級(jí)換熱器中進(jìn)行熱交換，直接進(jìn)行S204;
[0020]S203:循環(huán)工質(zhì)在一級(jí)換熱器中與冷卻水進(jìn)行熱交換；
[0021 ] S204:循環(huán)工質(zhì)在二級(jí)換熱器和三級(jí)換熱器進(jìn)行熱交換，循環(huán)工質(zhì)吸熱；
[0022]S205:判斷工作質(zhì)溫度是否大于飽和溫度:若為是，則說明工作質(zhì)已達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài);若為否則說明工作質(zhì)吸熱不夠，當(dāng)前工況不適宜進(jìn)行底循環(huán)，系統(tǒng)暫停設(shè)定時(shí)間后，重新進(jìn)行S201 ；
[0023]S206:循環(huán)工質(zhì)對(duì)膨脹器做功，在冷凝器中放熱；
[0024]S207:判斷是否有停機(jī)請求，若為是，則循環(huán)結(jié)束;若為否，則到S201進(jìn)行下一個(gè)新的循環(huán)。
[0025]還包括，車輛在較冷天氣條件下行駛時(shí)，駕駛員根據(jù)自身需要選擇打開車輛制熱系統(tǒng)，檢測發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水出口的冷卻水溫度和駕駛室內(nèi)的溫度，傳遞給數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)；
[0026]若冷卻水溫度高于駕駛室溫度超過設(shè)定值，則數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)向駕駛室制熱總成的三通電磁閥和駕駛室散熱風(fēng)扇發(fā)出指令，三通電磁閥轉(zhuǎn)換到散熱器狀態(tài)，散熱風(fēng)扇打開，此時(shí)冷卻水流經(jīng)散熱器，在散熱風(fēng)扇的作用下進(jìn)行強(qiáng)制換熱，提高駕駛室內(nèi)溫度;否則，三通電磁閥位于流管狀態(tài)，散熱風(fēng)扇關(guān)閉，使用發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)空調(diào)進(jìn)行制熱。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]本發(fā)明利用基于朗肯循環(huán)的底循環(huán)，使循環(huán)工質(zhì)流經(jīng)三個(gè)換熱器進(jìn)行吸熱，最終到達(dá)過熱蒸汽狀態(tài)，在膨脹器中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為電能，并將其儲(chǔ)存在蓄電池中。
[0029]本發(fā)明還可以按照駕駛員意圖對(duì)駕駛室進(jìn)行制熱，直接使冷卻水與駕駛室空氣進(jìn)行強(qiáng)制換熱，升高駕駛室溫度，減少了空調(diào)的使用，也一定程度上避免了空調(diào)對(duì)環(huán)境的破壞。
[0030]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)有車輛通過簡單改裝即可實(shí)現(xiàn)，且不對(duì)原有車輛性能造成影響，可以提高能源利用率，促進(jìn)節(jié)能減排。
【附圖說明】
[0031]附圖1為發(fā)明系統(tǒng)循環(huán)以及結(jié)構(gòu)原理圖。
[0032]附圖2位發(fā)明系統(tǒng)循環(huán)的控制策略流程圖。
[0033]其中，I發(fā)動(dòng)機(jī)、2變速箱、3冷卻水溫傳感器、4緩速器、5驅(qū)動(dòng)橋、6三通電磁閥、7駕駛室制熱總成、8駕駛室溫度傳感器、9 二級(jí)換熱器、10—級(jí)冷卻水溫傳感器、11 一級(jí)換熱器、12發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)、13底循環(huán)初溫傳感器、14驅(qū)動(dòng)栗、15數(shù)據(jù)分析執(zhí)行系統(tǒng)、16數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、17冷凝器、18三級(jí)換熱器、19發(fā)電機(jī)、20膨脹器、21發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器、22底循環(huán)終溫傳感器、23冷卻水箱、24廢氣渦輪增壓器、25中冷器、26冷卻水栗。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】
[0034]
[0035]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0036]—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)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、底循環(huán)系統(tǒng)和信號(hào)采集處理執(zhí)行系統(tǒng)。
[0037]動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括通過傳動(dòng)軸依次連接的發(fā)動(dòng)機(jī)1、變速箱2、緩速器4和驅(qū)動(dòng)橋5。
[0038]廢氣渦輪增壓系統(tǒng)包括，廢氣渦輪增壓器24的壓氣機(jī)進(jìn)氣端與進(jìn)氣管通過空氣管路相連接，出氣端與增壓中冷器25和發(fā)動(dòng)機(jī)I進(jìn)氣歧管通過空氣管路依次連接;廢氣渦輪增壓器24的渦輪機(jī)進(jìn)氣端與發(fā)動(dòng)機(jī)I排氣歧管通過空氣管路相連接，出氣端與發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)12和底循環(huán)二級(jí)換熱器9通過空氣管路相連接；
[0039]廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的廢氣來自發(fā)動(dòng)機(jī)I排氣歧管，通過空氣管路經(jīng)底循環(huán)三級(jí)換熱器18，進(jìn)入廢氣渦輪增壓器24壓氣機(jī)的進(jìn)氣端；
[0040]發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括通過冷卻水管路依次循環(huán)連接的冷卻水箱23、冷卻水栗26、發(fā)動(dòng)機(jī)1、駕駛室制熱總成7、底循環(huán)一級(jí)換熱器11、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器21等;發(fā)動(dòng)機(jī)I與駕駛室制熱總成7之間的連接管路上設(shè)有冷卻水溫傳感器3;所述駕駛室制熱總成7上設(shè)有駕駛室溫度傳感器8;所述駕駛室制熱總成7與底循環(huán)之間的連接管路上設(shè)有一級(jí)冷卻水溫傳感器10；
[0041]底循環(huán)系統(tǒng)包括通過管路依次循環(huán)連接的驅(qū)動(dòng)栗14、底循環(huán)一級(jí)換熱器11、底循環(huán)二級(jí)換熱器9、底循環(huán)三級(jí)換熱器18、膨脹器20、冷凝器17等;所述驅(qū)動(dòng)栗14與一級(jí)換熱器11之間的連接管路上設(shè)有底循環(huán)初溫傳感器13;所述三級(jí)換熱器18與膨脹器20之間的連接管路上設(shè)有底循環(huán)終溫傳感器22;所述膨脹器20與高速發(fā)電機(jī)19通過傳動(dòng)軸連接；
[0042]冷卻水溫傳感器3采集從發(fā)動(dòng)機(jī)流出的冷卻水的實(shí)時(shí)溫度;駕駛室溫度傳感器8采集駕駛室的溫度;一級(jí)冷卻水溫傳感器10采集駕駛室制熱總成7之后，一級(jí)換熱器11之前的水溫;底循環(huán)初溫傳感器13采集驅(qū)動(dòng)栗1