一种可观察冷却液沸腾的EGR冷却器及其控制方法与流程

本发明涉及发动机冷却系统，具体涉及一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器及其控制方法。

背景技术：

废气再循环(egr)系统用于降低废气中的氧化氮(nox)的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。当发动机在负荷下运转时，egr阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时egr阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。egr阀通常在下列条件下开启：1.发动机暖机运转。2.转速超过怠速。ecm根据发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气流量传感器来控制egr系统。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器，本发明的发明目的是通过透明材质制备冷却器壳体以及设置观察窗解决试验过程中冷却液可观察的问题。

本发明设计开发了一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器的控制方法，本发明的发明目的是能够根据导气通道的进气口温度、导气通道的出气口温度、进液口温度、出液口温度以及沸腾液体占比情况对进液调节阀进行控制，有效避免液体沸腾。

本发明提供的技术方案为：

一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器，包括：

支撑架，其一侧设置观察窗，用于观察所述egr冷却器中的冷却液沸腾情况；

壳体，其可拆卸的固定安装在所述支撑架内，且所述壳体具有冷却液容纳通道；

其中，所述壳体为透明耐高温材质，使所述冷却液容纳通道处于可视状态；

进液口，其连通所述冷却液容纳通道的一侧；

进液调节阀，其设置在所述进液口处；

出液口，其连通所述冷却容纳通道的另一侧；

多个导气通道，其平行间隔穿过所述壳体；

多个冷却散热片，其分别对应设置在所述导气通道内。

优选的是，还包括：进气连接法兰，其与所述导气通道的进气口可拆卸的连接；

出气连接法兰，其与所述导气通道的出气口可拆卸的连接；

进液连接法兰，其与所述进液口可拆卸的连接；以及

出液连接法兰，其与所述出液口可拆卸的连接。

优选的是，还包括：进气阀，其设置在所述进气连接法兰处。

优选的是，还包括：多个温度传感器，其分别设置在所述进液口、所述出液口、所述导气通道的进气口和所述导气通道的出气口处。

优选的是，所述壳体为石英玻璃片，且通过耐高温密封脂进行密封。

一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器的控制方法，使用如权利要求1-5所述的可观察冷却液沸腾的egr冷却器，包括如下步骤：

步骤一、所述egr冷却器开始工作后，采集导气通道的进气口温度tgi、导气通道的出气口温度tgo、进液口温度tli、出液口温度tlo和导气通道的进气流量qg；

步骤二、通过观察窗对进液口处进行观察，且从冷却液容纳通道的进液口处开始，确定测试区域，确定液体沸腾情况在所述区域内的体积占比z1、z2、z3；

其中，z1为在所述区域内液体生成小气泡的体积占比，z2为在所述区域内液体生成大气泡的体积占比，z3为在所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比；

步骤三、当从观察窗观察到进液口处开始生成小气泡，且当进液口处温度达到出现小气泡的临界温度时，对进液调节阀开始进行控制，此时进液调节阀的控制开度δ为：

当从观察窗观察到进液口处开始生成大气泡时，对进液调节阀的控制开度为：

当从观察窗观察到进液口处开始生成连续大气泡时，采用模糊控制对进液调节阀进行控制；

式中，λ1为第一校正系数，取值范围为0.86～0.91，λ2为第二校正系数，取值范围为0.81～0.87；

步骤四、通过观察窗对进液口处进行观察，直到在所述区域内液体停止沸腾后停止对所述进液调节阀控制，并将所述进液调节阀调整到最小开度。

优选的是，在所述步骤三中，采用模糊控制对进液调节阀进行控制包括如下过程：

分别将所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比、所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率以及所述进液调节阀开度转换为模糊论域中的量化等级；

将所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比以及所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率输入模糊控制模型，均分为5个等级；

模糊控制模型输出为所述进液调节阀开度，分为5个等级；

根据所述进液调节阀开度对所述冷却液进行控制；

其中，所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比的论域为[0，1]，所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率的论域为[0，1]，进液调节阀开度的论域为[0.3，0.8]，设量化因子都为1。

优选的是，所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比的模糊集为{zo，ps，pm，pb，pvb}，所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率的模糊集为{n，nm，m，ml，l}，所述进液调节阀开度的模糊集为{s，sm，m，mb，b}；隶属函数均选用三角函数。

优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：

当区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3为极大，且区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3为较大时，则进液调节阀开度δ为大；以及

当区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3为小或零，且区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3为小，则进液调节阀开度δ为小。

优选的是，所述进液口处温度达到出现小气泡的临界温度为tli_0为120℃；以及

λ1取值为0.88，λ2取值为0.83。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明通过使用透明材质制备冷却器壳体以及设置观察窗使试验过程中冷却液沸腾情况可随时观察，根据冷却液沸腾情况能够控制进液调节阀开度进而避免冷却液的沸腾；

2、能够根据导气通道的进气口温度、导气通道的出气口温度、进液口温度、出液口温度以及沸腾液体占比情况对进液调节阀进行控制，有效避免液体沸腾。

附图说明

图1为本发明所述的egr冷却器结构示意图。

图2为本发明所述的egr冷却器结构示意图。

图3为本发明所述的egr冷却器结构俯视图。

图4为本发明所述的egr冷却器的壳体与进气连接法兰、出气连接法兰、进液连接法兰、出液连接法兰的连接结构示意图。

图5为本发明所述的egr冷却器的壳体与进气连接法兰、出气连接法兰、进液连接法兰、出液连接法兰的连接结构示意图。

图6为本发明所述的egr冷却器的壳体与进气连接法兰、出气连接法兰的连接结构示意图。

图7为本发明所述的egr冷却器的壳体与进气连接法兰、出气连接法兰的连接结构俯视图。

图8为本发明所述的egr冷却器的壳体结构示意图。

图9为本发明所述的egr冷却器的壳体结构示意图。

图10为本发明所述的egr冷却器的壳体结构示意图。

图11为本发明所述的选取在一定区域内液体生成小气泡的液侧整体温度对比图。

图12为本发明所述的选取在一定区域内液体生成大气泡的液侧整体温度对比图。

图13为本发明所述的选取在一定区域内液体生成连续大气泡的液侧整体温度对比图。

图14为本发明所述的选取在一定区域内液体生成小气泡的液侧整体区域对比图。

图15为本发明所述的选取在一定区域内液体生成大气泡的液侧整体区域对比图。

图16为本发明所述的选取在一定区域内液体生成连续大气泡的液侧整体区域对比图。

图17为本发明所述的区域内液体生成连续大气泡的体积占比的隶属函数。

图18为本发明所述的区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率的隶属函数。

图19为本发明所述的进液调节阀开度的隶属函数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1～10所示，本发明提供一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器，其主体结构包括支撑架100和冷却器主体200；冷却器主体200包括：壳体210、进液口221、出液口222、多个导气通道230和多个冷却散热片240；支撑架100的一侧设置观察窗110，用于观察所述egr冷却器中的冷却液沸腾情况，壳体210可拆卸的固定安装在支撑架100内，壳体210具有冷却液容纳通道；其中，壳体210为透明耐高温材质，使冷却液容纳通道处于可视状态；进液口221连通冷却液容纳通道的一侧，出液口222连通冷却容纳通道的另一侧；多个导气通道230平行间隔穿过壳体210，多个冷却散热片240分别对应设置在导气通道230内。

在另一种实施例中，还包括：进气连接法兰231，其与导气通道230的进气口可拆卸的连接；

出气连接法兰232，其与导气通道230的出气口可拆卸的连接；

进液连接法兰221a与进液口221可拆卸的连接；

出液连接法兰222a与出液口222可拆卸的连接。

在另一种实施例中，还包括：进液调节阀，其设置在进液口221处。

在另一种实施例中，还包括：进气阀，其设置在进气连接法兰231处。

在另一种实施例中，还包括：多个温度传感器，其分别设置在进液口221、出液口222、导气通道230的进气口和导气通道230的出气口处。

在另一种实施例中，壳体210为石英玻璃片，且通过耐高温密封脂进行密封，通过石英玻璃片的设置，使试验过程中冷却液沸腾情况可随时观察，根据冷却液沸腾情况能够控制进液调节阀开度进而避免冷却液的沸腾。

本发明还提供一种可观察冷却液沸腾的egr冷却器的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、确认egr冷却器的试验件的气密性良好，接试验工装，将气路工装与试验件固定；然后再接通水路工装，再次对整体试验管路进行气密性检测，按给定试验条件调整设备参数，立即进行试验；

步骤二、egr冷却器开始工作后，采集导气通道的进气口温度tgi、导气通道的出气口温度tgo、进液口温度tli、出液口温度tlo和导气通道的进气流量qg；

步骤三、通过观察窗对进液口处进行观察，且从冷却液容纳通道的进液口处开始，选取在一定区域内确定液体沸腾情况在所述区域内的体积占比z1、z2、z3；

其中，z1为在所述区域内液体生成小气泡的体积占比，z2为在所述区域内液体生成大气泡的体积占比，z3为在所述区域内液体生成连续大气泡的体积占比；

步骤四、当从观察窗观察到进液口处开始生成小气泡，且当进液口处温度达到出现小气泡的临界温度时，对进液调节阀开始进行控制，此时进液调节阀的控制开度δ为：

当从观察窗观察到进液口处开始生成大气泡时，对进液调节阀的控制开度为：

当从观察窗观察到进液口处开始生成连续大气泡时，采用模糊控制对进液调节阀进行控制；

式中，λ1为第一校正系数，取值范围为0.86～0.91，λ2为第二校正系数，取值范围为0.81～0.87；作为一种优选，在本实施例中，作为一种优选，进液口处温度达到出现小气泡的临界温度为tli_0为120℃，λ1取值为0.88，λ2取值为0.83。

步骤五、通过观察窗对进液口处进行观察，直到在一定区域内液体停止沸腾后停止对所述进液调节阀控制，并将所述进液调节阀调整到最小开度。

在另一种是实施例中，如图11～16所示，在步骤三中，通过cfd仿真分析确定在一定区域内确定液体沸腾情况在所述区域内的体积占比z1、z2、z3。

在另一种是实施例中，在步骤四中，采用模糊控制对对进液调节阀进行控制包括如下过程：

分别将区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3、区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3以及进液调节阀开度δ转换为模糊论域中的量化等级；将区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3以及区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为进液调节阀开度δ，根据所述进液调节阀开度δ对所述冷却液进行控制。

区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3的变化范围为[0，1]，区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3的变化范围为[0，1]，设定量化因子都为1，因此区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3以及区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3的论域分别为[0，1]和[0，1]，进液调节阀开度δ的论域为[0.3，0.8]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3的变化范围分为5个等级，模糊集为{zo，ps，pm，pb，pvb}，zo表示零，ps表示小，pm表示中等，pb表示大，pvb表示极大；将区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3的变化范围分为5个等级，模糊集为{n，nm，m，ml，l}，n表示小，nm表示较小，m表示中等，ml表示较大，l表示大；输出的进液调节阀开度δ分为5个等级，模糊集为{s，sm，m，mb，b}，s表示小，sm表示较小，m表示中等，mb表示较大，b表示大；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图17、18、19所示。

模糊控制模型的控制规则选取经验为：

如果区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3为极大，区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3为较大，则进液调节阀开度δ为大；

如果区域内液体生成连续大气泡的体积占比z3为小或零，区域内液体生成连续大气泡的体积占比相对变化率δz3为小，则进液调节阀开度δ为小。

具体的模糊控制规则如表1所示。

表1模糊控制规则

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。