具有排气再循环装置的发动机系统的制作方法

文档序号:13683563
具有排气再循环装置的发动机系统的制作方法

本公开涉及具有排气再循环(EGR)装置的发动机系统。更特别地,本公开涉及具有能够准确地测量并控制再循环气流量的EGR装置的发动机系统。



背景技术:

车辆发动机将从外部流入的空气以适当的比率与燃料混合并燃烧,从而生成动力。

在通过驱动发动机生成动力的过程中,为了燃烧,仅当充分供应外部空气时,才能够获得期望的输出和燃烧效率。出于该原因,为了提高发动机的燃料效率,作为增压并供应空气以用于燃烧的装置,使用了涡轮增压器。

一般而言,涡轮增压器是使用从发动机排出的排气的压力使涡轮机旋转并通过使用其旋转力将高力空气供应到发动机的燃烧室来提高发动机的输出的设备。涡轮增压器可以应用到柴油发动机和汽油发动机二者。

此外,包括在排气中的氧化氮(NOx)作为主要的空气污染材料被规制,并且已经对减少这种NOx的排放进行了许多研究。

为了减少有害的排气,在车辆中安装有排气再循环(EGR)系统。通常,当由于混合气中空气比例高而使得燃烧很好地进行时,NOx增加。因此,EGR系统通过减少混合气的氧气量并通过再次将从发动机排出的排气的一部分(例如,5-20%)混合到混合气来干扰燃烧,从而抑制NOx发生。

为了提高燃料效率,在车辆中通常安装有汽油发动机的EGR系统。通过EGR系统在低速/低负荷区域中可以减少泵送损失,并且在中速/中负荷区域中通过燃烧室的温度减少可以使点火正时提前,因此车辆的燃料效率可以提高。

代表性的EGR系统包括低压排气再循环(LP-EGR)装置。LP-EGR装置使已经经过涡轮增压器的涡轮机的排气再循环到压缩机的前端的进气路径。

当涡轮增压器操作时,常规的EGR系统通过涡轮机和压缩机的旋转力将再循环气体供应到发动机的燃烧室。

然而,当涡轮增压器不操作时,压缩机的前端处几乎不出现负压,因此研究了应用单独的差压生成阀的方法。然而,当安装这种差压生成阀时,出现车辆的生产成本增加的问题。

此外,提供了检测调整再循环气体量的EGR阀的前端和后端之间的压差的差压传感器,并且因为在低速/低负荷区域中EGR阀的前端和后端之间的压差小,EGR控制的精确度下降。

因此,因为无法调整准确的再循环排气量,所以无法确保燃烧稳定性,且因此无法提前点火正时,并出现难以提高车辆的燃料效率的问题。

以上在背景部分中公开的信息仅为了提高对本发明的背景技术的理解,且因此这些信息可包含不形成已为本国普通技术人员所知的现有技术的信息。



技术实现要素:

本公开致力于提供具有以下优点的带EGR装置的发动机系统:能够准确地控制再循环气体量而不使用单独的差压传感器。

本公开致力于进一步提供具有以下优点的带EGR装置的发动机系统:能够通过控制准确的再循环气体量来提高燃烧稳定性和车辆的燃料效率。

根据本公开的示例性实施例,一种具有排气再循环(EGR)装置的发动机系统包括:发动机,包括通过燃烧燃料而生成驱动转矩的多个燃烧室;进气管路,供应到所述多个燃烧室的进气流经所述进气管路;排气管路,从所述多个燃烧室排出的排气流经所述排气管路;和涡轮增压器,包括:涡轮机,设置于所述排气管路,并通过从所述多个燃烧室排出的排气而旋转;和压缩机,设置于所述进气管路,通过与所述涡轮机连动而旋转并压缩外部空气。所述EGR装置包括:再循环管路,从所述排气管路分支出,以汇合到所述进气管路;EGR阀,设置于所述再循环管路,并调节再循环气体量;压力传感器,设置于所述再循环管路的EGR阀的前端,以测量再循环气体的压力;和流量调节装置,安装在所述再循环管路的EGR阀的后端,并调节再循环气体量。

所述流量调节装置可以包括:驱动电机,生成动力;挡板,设置于所述驱动电机的旋转轴,并通过流经所述再循环管路的再循环排气而旋转或者通过所述驱动电机的动力而旋转;和速度传感器,检测所述挡板的旋转速度。

所述挡板可以额被设置为垂直于流经所述再循环管路的再循环气体的流动方向。

所述驱动电机的旋转轴位于所述再循环管路的外周侧。

所述发动机系统还可以包括:运转信息检测器,检测车辆的运转信息;和控制器,根据所述运转信息来控制所述流量调节装置。

所述控制器可以从所述运转信息来确定所述EGR装置是否处于使用区域中,并且如果所述EGR装置不处于所述使用区域中,则关闭所述EGR阀。

如果所述EGR装置处于所述使用区域中时,则所述控制器可以打开所述EGR阀,并且如果由所述压力传感器检测到的所述再循环管路的内部压力等于或大于基准压力,则所述控制器切断供应到所述驱动电机的电源,并调节所述EGR阀的开度以控制EGR比率。

如果所述再循环管路的内部压力小于所述基准压力,则所述控制器将电源供应到所述驱动电机,并根据所述再循环气体的压力和目标EGR比率来控制所述挡板的旋转速度。

根据本公开的另一实施例,一种控制发动机系统的方法,所述发动机系统包括:发动机;和排气再循环(EGR)装置,将从所述发动机排出的排气的一部分供应到所述发动机的燃烧室,所述方法包括以下步骤:由运转信息检测器检测运转信息;由控制器基于所述运转信息来确定所述EGR装置是否处于使用区域中;以及如果所述EGR装置处于所述使用区域中,则由所述控制器控制所述EGR装置的流量调节装置和EGR阀的操作。

控制所述流量调节装置的操作的步骤可以包括:如果所述EGR装置处于所述使用区域中,则由所述控制器打开所述EGR阀;由设置于所述EGR装置的再循环管路的压力传感器测量流经所述再循环管路的排气的压力;以及由所述控制器控制所述流量调节装置的驱动电机的操作。

所述方法还可以包括以下步骤:如果所述再循环气体的压力小于基准压力,根据排气的压力和目标EGR比率,通过将电源施加到所述驱动电机,控制安装在所述驱动电机中的挡板的旋转速度。

所述方法还可以包括以下步骤:如果所述再循环气体的压力等于或大于基准压力,则切断供应到所述驱动电机的电源,并调节所述EGR阀的开度以控制EGR比率。

所述方法还可以包括以下步骤:如果所述EGR装置不处于所述使用区域中,则关闭所述EGR阀。

如上所述,根据通过本公开的示例性实施的具有EGR装置的发动机系统,通过设置于再循环管路的流量调节装置可以准确地测量并调整再循环气体量。

进一步,因为可以准确地控制再循环气体量,可以确保燃烧稳定性且可以提高燃料效率。

此外,由于可以去除单独的差压生成阀和差压传感器,车辆的生产成本可以降低。

附图说明

附图被示出用于描述本公开的示例性实施例,且因此本公开的范围不应被分析为受限于附图。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的具有排气再循环(EGR)装置的发动机系统的配置的示意图。

图2是示出根据本公开的示例性实施例的具有EGR装置的发动机系统的配置的方框图。

图3是示出根据本公开的示例性实施例的流量调节装置的配置的俯视图。

图4是示出根据本公开的示例性实施例的控制具有EGR装置的发动机系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图更全面地描述本公开,在附图中示出本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到,所述实施例可以各种不同的方式修改,所有这些不偏离本公开的精神或范围。

附图和描述应被认为在本质上是说明性的而并非限制性的。贯穿说明书,相似的标识号表示相似的元件。

进一步,在附图中,为了更好地理解并易于描述,随机地表示每个元件的大小和厚度,且本公开不限于此,且为了清晰起见,若干部分和区域的厚度被夸大。

以下将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的具有排气再循环(EGR)装置的发动机系统。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的具有EGR装置的发动机系统的配置的示意图。图2是示出根据本公开的示例性实施例的具有排气再循环(EGR)装置的发动机系统的配置的方框图。

如图1和图2所示,根据本公开的示例性实施例的具有EGR装置的发动机系统包括发动机20、涡轮增压器70、中间冷却器16、排气再循环(EGR)装置50、运转信息检测器80,和控制器90。

发动机20包括通过燃料燃烧生成驱动转矩的多个燃烧室21。发动机20具有进气管路10和排气管路30,供应到燃烧室21的进气在进气管路10中流动,从燃烧室21排出的排气在排气管路30中流动。

在排气管路30中,设置有排气净化装置60,其对从燃烧室21排出的排气中所包含的各种有害物质进行净化。排气净化装置60可以包括用于净化氧化氮的贫燃NOx捕集器(LNT)、柴油机氧化催化剂和柴油机颗粒过滤器。

涡轮增压器70压缩通过进气管路10流入的进气(外部空气+再循环气体)并将压缩后的进气供应到燃烧室21。涡轮增压器70包括:涡轮机71,其设置在排气管路30中并通过从燃烧室21排出的排气而旋转;以及压缩机72,其通过与涡轮机71连动(interlock)而旋转并压缩进气。

EGR装置50包括再循环管路52、EGR冷却器56、EGR阀54,和流量调节装置100。

再循环管路52从涡轮增压器70的后端的排气管路30分支出,以汇合到进气管路10。EGR冷却器56设置在再循环管路52处并冷却流经再循环管路52的排气。安装在再循环管路52中的流量调节装置100测量并调整流经再循环管路52的再循环气体量。EGR阀54设置在再循环管路52和进气管路10交汇点处,并调节流入到进气管路10中的再循环气体量。这里,通过再循环管路52供应到进气管路10的排气可以称为再循环气体。

参考图3,流量调节装置100包括:驱动电机110,其生成动力;和挡板130,其安装在驱动电机110的旋转轴120上,并通过流经再循环管路的再循环气体旋转或通过驱动电机110的动力旋转。这里,流量调节装置100还可以包括检测挡板130的旋转速度的速度传感器140。

在这种情况下,挡板130设置为垂直于流经再循环管路的循环气体的流动方向,并且驱动电机110的旋转轴120位于再循环管路外侧。因此,伴随再循环气体的移动的挡板130的摩擦阻力可以被最小化,并且可以准确地测量再循环气体量。

也就是说,可以从通过速度传感器140测得的挡板130的旋转速度和通过后述的压力传感器58测得的再循环管路的压力来测量流经再循环管路的再循环气体量。

参考图1和图2,中间冷却器16通过与冷却剂热交换来冷却通过进气管路10流入的进气。也就是说,因为由涡轮增压器70压缩的进气在高温下膨胀,因此供应到燃烧室21的进气的氧密度降低,由此难以输出发动机20中所需的转矩。因此,通过中间冷却器16冷却进气来增加进气的密度,从而提高发动机20的燃烧效率。

控制器90控制发动机20、涡轮增压器70、EGR阀54和流量调节装置100的操作。

控制器90可以具有通过预定程序操作的至少一个处理器,且预定程序可以执行根据本公开的示例性实施例的控制发动机的方法的每个步骤。

运转信息检测器80检测运转信息并将检测到的运转信息发送到控制器90。运转信息(driving information)可以包括发动机的进气温度、冷却剂温度、车辆速度以及发动机负荷。

控制器90根据由运转信息检测器80检测到的运转信息来控制流量调节装置100的操作。

具体地,控制器90从运转信息确定车辆的运转区域(driving area)是否为EGR装置的使用区域。

如果车辆的运转区域不是EGR装置的使用区域,则控制器90关闭EGR阀54,以阻挡流经排气管路30的排气通过再循环管路52供应到进气管路10。

如果车辆的运转区域是EGR装置的使用区域,则控制器90打开EGR阀54。如果再循环管路52内的由压力传感器58检测到的再循环气体压力等于或大于基准压力,则控制器90切断供应到驱动电机110的电源,并调节EGR阀54的开度以控制EGR比率。

一般而言,通过进气管路10流入的外部空气的压力维持大气压力水平。因此,EGR阀54的前端和后端之间的压差可以通过由安装在EGR阀54的前端处的压力传感器58测得的再循环气体的压力来检测。

因此,如果通过压力传感器58检测到的再循环气体压力等于或大于基准压力,则用于供应再循环气体的EGR阀54的前端和后端之间的压差是足够的。因此,通过切断供应到驱动电机110的电源,安装在驱动电机110的旋转轴120上的挡板130通过再循环气体自由旋转,再循环气体流入到进气管路10中。

然而,如果由压力传感器58检测到的再循环管路的内部压力小于基准压力,则用于供应再循环气体到进气管路10的EGR阀54的前端和后端之间的压差小。

在这种情况下,控制器90供应电源到驱动电机110,以根据再循环气体的压力和目标EGR比率来控制挡板130的旋转速度。这里,EGR比率表示通过EGR系统流入发动机中的再循环气体量在流入发动机中的整个空气量(新空气+再循环气体)当中的占据比率。

当EGR阀54的前端和后端之间的压差小时,仅利用EGR阀54的控制,难以准确地控制到进气管路10中的再循环气体。然而,在本公开中,通过流量调节装置100,即使在EGR阀54的前端和后端之间的压差小的情况下,也可以精确地控制再循环气体量。

根据本公开的示例性实施例的发动机系统还可以包括安装在进气管路10中的湿度传感器59。由湿度传感器59测得的新空气的湿度被传输到控制器90。

控制器90可以根据由湿度传感器59测得的新空气的湿度来补偿EGR比率。例如,如果由湿度传感器59测得的新空气的湿度等于或大于预定湿度,则可以根据新空气的湿度减少EGR比率。

根据本公开的示例性实施例的发动机系统还可以包括安装在再循环管路52中的排气温度传感器57。由排气温度传感器57测得的再循环气体的温度被发送到控制器90。

控制器90可以根据由排气温度传感器57测得的再循环气体的温度来补偿EGR比率。例如,控制器90可以根据排气的温度来补偿EGR比率。根据排气的温度的EGR比率可以储存在控制器90中作为映射图数据格式。

以下将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例的控制发动机系统的方法。

图4是示出根据本公开的示例性实施例的控制具有EGR装置的发动机系统的方法的流程图。

如图4所示,运转信息检测器80检测包括发动机的进气温度、冷却剂温度、车辆速度、发动机速度和发动机负荷的运转信息(S10)。由运转信息检测器80检测到的运转信息被发送到控制器90。根据本公开的示例性实施例,运转信息检测器80可以包括速度传感器、歧管绝对压力(MAP)传感器、歧管空气温度(MAT)传感器等。控制器90使运转信息检测器80执行诸如检测运转信息等的功能。

控制器90从运转信息确定车辆的运转区域是否是EGR装置的使用区域(S20)。例如,在一般的汽油发动机中,在1,000-4,000rpm的发动机速度范围内确定基于发动机速度(rpm)和发动机负荷的EGR比率,并且以映射图数据形式预先储存在控制器90处。也就是说,控制器90可以根据发动机速度和发动机负荷来确定EGR装置是否处于使用区域中。

控制器90根据EGR装置的使用区域来控制EGR阀54的开度和流量调节装置100的操作。

具体地,如果车辆的运转区域不是EGR装置的使用区域,控制器90关闭EGR阀54以阻挡流经排气管路30的排气通过再循环管路52流入进气管路10中(S30)。

如果在步骤20处从运转信息中,车辆的运转区域是EGR装置的使用区域,则控制器90打开EGR阀54(S40),使流经排气管路30的排气能够通过再循环管路52流入进气管路10中。

压力传感器58测量流经再循环管路52的再循环气体的压力(S50)。通过压力传感器58流经再循环管路52的再循环气体的压力被发送到控制器90。

控制器90确定再循环气体的压力是否等于或大于基准压力(S60),如果再循环气体的压力等于或大于基准压力,则控制器90切断供应到流量调节装置100的驱动电机110的电源(S62),以使安装在驱动电机110的旋转轴120中的挡板130能够自由旋转。控制器90调节EGR阀54的开度以控制EGR比率。在这种情况下,控制器90可以从通过流量调节装置100的速度传感器140检测到的挡板130的旋转速度和由安装在再循环管路52中的压力传感器58测得的再循环气体压力,计算当前流经再循环管路52的再循环气体量,并且可以使用计算出的再循环气体量来准确地控制EGR比率。

如果再循环气体的压力小于基准压力,控制器90将电源供应到驱动电机110,以根据排气的压力和目标EGR比率来控制安装在驱动电机110中的挡板130的旋转速度(S64)。

控制器90可以根据通过湿度传感器59测得的新空气的湿度来补偿EGR比率。

虽然已结合目前被认为是实际的示例性实施例描述本发明,应当理解,本发明不限于所公开的实施例,但正相反,本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。

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