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CN104727986A - 用于车辆的egr冷却器的排放气体回收装置 - Google Patents

用于车辆的egr冷却器的排放气体回收装置 Download PDF

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CN104727986A CN201410476757.8A CN201410476757A CN104727986A CN 104727986 A CN104727986 A CN 104727986A CN 201410476757 A CN201410476757 A CN 201410476757A CN 104727986 A CN104727986 A CN 104727986A
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exhausting air
gas recirculation
control unit
valve
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丁逸
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Hyundai Motor Co
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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，其在低负载运转条件下或冬季条件下将由EGR冷却器冷却以待排出的排放气体中的一些不是循环到发动机而是循环到外部，从而将发动机冷却水的温度保持为高温。该装置可以包括分支管道、流量控制阀以及控制单元，分支管道用于将从EGR冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；流量控制阀安装在分支管道中，用于调节排放气体的流量；控制单元用于控制流量控制阀的打开角度。

Description

用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的排放气体再循环(EGR)冷却器的排放气体回收装置，通过该装置，在安装到车辆的EGR冷却器中排放气体中的一些得以回收以便排放到外部，更具体而言，涉及这样的一种用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，其在低负载运转条件或冬季条件下将由EGR冷却器冷却以待排出的排放气体中的一些不是循环到发动机而是循环到外部，从而保持发动机冷却水处于高温。
背景技术
车辆的排放气体包含有毒物质，比如一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和碳氢化合物(HC)，而在燃烧过程中所产生的物质之中，氮氧化合物具有与一氧化物以及碳氢化合物相反的关系。
这就是说，在实际输出范围内，最大量的氮氧化合物在一氧化物和碳氢化合物最大程度地减少的时间点产生，而且随着燃料完全燃烧，即由于发动机的温度很高，更多量的氮氧化合物增加。
因此，法规规定了比如氮氧化合物的排放气体的许可量，已经发展了用于减少排放气体的各种技术。其中一项技术就是排放气体再循环(EGR)。
排放气体再循环装置供应抽吸到燃烧室中的混合气体的燃烧气体(EGR气体)中的一些，同时将混合比保持在理论空气燃料比以便减少所产生的氮氧化合物的量而不会突然增加其他有害物质的量，使得可以通过减少新空气的量并且同时增加排放气体的热容量来降低火焰的温度。
更具体而言，EGR装置是用于将排放气体再次循环到进气系统中以便降低汽缸中的燃烧温度并且抑制氮氧化合物的产生的装置，并且其指的是这样的装置：在混合气体燃烧时，使一些排放气体返回到进气系统以便降低最高温度，从而减少所产生的氮氧化合物(NOx)的量，而作为减少在排放气体中的氮氧化合物的量的手段。
EGR装置包括EGR管道和EGR阀，EGR管道用于将从排放歧管排出的一些排放气体再次循环到进气歧管，EGR阀安装在EGR管道的位置处，用于调节循环的排放气体的量。尤其是，EGR装置包括EGR冷却器，EGR冷却器用于冷却通过EGR阀引入的排放气体并且将冷却的排放气体送至进气歧管。
在EGR装置的元件之中，EGR冷却器是用于冷却高温的排放气体并同时采用发动机冷却水作为冷却剂的类型的热交换器。
从而，因为排放气体再循环装置仅仅用作通过降低发动机的燃烧温度来减少氮氧化合物的目的，而忽视了排放热量可以被有效地回收，所以当在实际上需要回收排放热量的冬季或低负载条件下EGR过量产生时，最大压力(PM)增加而且喷射器的喷嘴孔被阻塞，导致其使用受到限制。
在该背景技术部分公开的信息仅用于提高对本发明的一般背景的理解，而不应作为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明努力解决上述问题和/或其他问题。本发明致力于提供一种用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，通过该装置，在安装到车辆的EGR冷却器中排放气体中的一些得以回收以便排放到外部，更具体而言，致力于提供这样的一种用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，其在低负载运转条件或冬季条件下将由EGR冷却器冷却以待排出的排放气体中的一些不是循环至发动机而是循环至外部，从而将发动机冷却水的温度保持为高温。
根据本发明的各个方面，提供了用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，该装置包括：分支管道、流量控制阀以及控制单元，所述分支管道用于将从所述EGR冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；所述流量控制阀安装在所述分支管道中，用于调节排放气体的流量；所述控制单元用于控制所述流量控制阀的打开角度。
该装置可以进一步包括：EGR阀、水温传感器、负载检测传感器以及大气温度传感器，所述EGR阀安装在连接到所述EGR冷却器的EGR排放气体管道中，用于调节循环到所述发动机的排放气体的量；所述水温传感器用于测量发动机冷却水的温度；所述负载检测传感器用于测量所述发动机的负载；所述大气温度传感器用于测量大气的温度。所述水温传感器、所述负载检测传感器以及所述大气温度传感器可以向所述控制单元提供所测量的温度和负载。
所述分支管道可以从EGR排放气体管道分支并且连接到所述涡轮增压器的前端或者后端。
仅当所述EGR阀的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度以及所述发动机的负载全部满足预定条件时，所述控制单元可以打开所述流量控制阀。
根据本发明的各个其他方面，提供了用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，该装置包括：分支管道、方向控制阀以及控制单元，所述分支管道用于将从所述EGR冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；所述方向控制阀安装在所述分支管道与EGR排放气体管道的连接点，用于调节排放气体的流动方向；所述控制单元用于控制所述方向控制阀的操作。
所述分支管道可以从EGR排放管道分支并且可以连接到所述涡轮增压器的前端或者后端，而且所述控制单元可以基于EGR打开率来控制所述方向控制阀的操作。
仍根据本发明的各个其他方面，提供了用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，该装置包括：分支管道、方向控制阀、打开/关闭阀以及控制单元，所述分支管道用于将从所述EGR冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；所述方向控制阀安装在所述分支管道与EGR排放气体管道的连接点，用于调节排放气体的流动方向；所述打开/关闭阀安装在所述分支管道中，用于控制排放气体的流动；所述控制单元用于控制所述方向控制阀的操作以及所述打开/关闭阀的操作。
该装置可以进一步包括水温传感器，所述水温传感器用于测量发动机冷却水的温度。水温传感器可以向所述控制单元提供所测量的温度。
如果发动机冷却水的温度等于或小于参考值，则所述控制单元可以基于EGR打开率来将所述打开/关闭阀打开并且控制所述方向控制阀的操作。
根据本发明，在用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置中，在安装到车辆的EGR冷却器中排放气体中的一些回收以便排放到外部，更具体而言，用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置在低负载运转条件或冬季条件下，将由EGR冷却器冷却以待排出的排放气体中的一些不是循环到发动机而是循环到外部，从而将发动机冷却水的温度保持为高温。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
接下来将参照由所附附图显示的本发明的某些示例性实施方案来详细地描述本发明的以上及其它特征，这些附图在下文中仅以图解的方式给出，因而对本发明是非限定性的，在这些附图中：
图1是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示意图；
图2是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示例性构成元件的框图；
图3是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示意图；
图4是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的操作条件的流程图；
图5是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示意图；
图6是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示意图；
图7是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示意图；
图8是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的示意图；以及
图9是显示根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的示例性排放气体回收装置的操作条件的流程图。
应当了解，所附附图不是必须按比例地显示了本发明的基本原理的说明性的各种优选特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方式，在附图中和以下的描述中示出这些实施方式的实例。虽然本发明与示例性实施方式相结合进行描述，但应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方式，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方式。
本发明适合于回收在包括多步涡轮增压器的发动机系统中的EGR冷却器的排放气体，并且目的在于在未使用EGR的空转条件下，在EGR的频率较低的低负载运转条件下或者在冬季条件下，通过减少再次循环至发动机的排放气体的量来改善燃料比和发动机可操作性。
因此，本发明将一些EGR冷却器的排放气体回收到涡轮增压器，并且将排放气体与从涡轮增压器排出的排放气体一起排出到外部，以便减少再次循环到发动机的排放气体的量。
参考图1和图2，根据本发明的实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置包括EGR冷却器10、分支管道20、流量控制阀30、EGR阀40、水温传感器50、负载检测传感器60、大气温度传感器70以及控制单元80。
如果从发动机1排出的一些排放气体被引入到EGR冷却器10中，则EGR冷却器10适合于冷却排放气体并且将冷却的排放气体通过进气歧管2循环到发动机1中，而且EGR冷却器10安装在发动机1的后端(例如，排放歧管3)与发动机1的前端(例如，进气歧管2)之间。
分支管道20从EGR排放气体管道90分支并且连接到涡轮增压器110和120，而且适合于将从EGR冷却器10排出的排放气体中的一些转移到涡轮增压器110和120。
如图1所示，分支管道20在EGR冷却器10与EGR阀40之间从EGR排放气体管道90分支并且连接到低压涡轮增压器110的前端或者高压涡轮增压器120的后端。
具体地说，分支管道20连接到涡轮增压器110和120的涡轮机，从而通过分支管道20转移的排放气体可以与从涡轮增压器110和120排出的排放气体一起排出到外部。
图3显示了包括根据本发明的第二实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置的发动机系统。如图所示，分支管道20可以在EGR冷却器10与EGR阀40之间从EGR排放气体管道90分支并且可以连接到低压涡轮增压器110的后端。分支管道20可以通过接头连接到EGR排放气体管道90以及涡轮增压器110和120。
流量控制阀30安装在分支管道20中，以便调节通过分支管道20转移到涡轮增压器110和120的排放气体的流量，而且流量控制阀30的打开角度受到控制单元80的控制。
EGR阀40安装在连接到EGR冷却器10的EGR排放气体管道90中，而且EGR阀40的打开角度(或者打开率)受到控制以调节循环到发动机1的排放气体的量。
EGR阀40的打开角度可以由单独的EGR控制单元或控制单元80控制，而且当单独的EGR控制单元控制EGR阀40的打开角度时，控制单元80从EGR控制单元接收关于EGR阀40的打开角度(或者打开率)的信息并且识别该信息。
水温传感器50适合于测量从EGR冷却器10或发动机供应的发动机冷却水的温度，而且安装为测量车辆中的发动机冷却水的温度。
负载检测传感器60适合于测量发动机负载，比如发动机的RPM和扭矩，而且负载检测传感器60安装为测量车辆中的发动机的负载。
大气温度传感器70适合于测量大气的温度，而且安装为测量车辆中的大气温度。
控制单元80适合于控制流量控制阀30的打开角度，并且基于EGR阀40的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度以及发动机的负载来控制流量控制阀30的打开角度。
如图4所示，只有在EGR阀40的打开角度满足其为参考值或低于参考值的条件，发动机冷却水的温度满足其为参考值或低于参考值的条件，大气的温度满足其为参考值或低于参考值的条件，并且发动机的负载满足其为参考值或低于参考值的条件时，控制单元80才打开流量控制阀30。
这就是说，只有在EGR阀40的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度以及发动机的负载全部满足预定条件(例如，参考值或低于参考值)时，控制单元80才将流量控制阀30打开预定的打开角度。
即使EGR阀40的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度以及发动机的负载之中有一个不满足条件，控制单元80也通过切断流量控制阀30来关闭流量控制阀30。
下文中，将描述根据本发明的各种其他实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置，而可以省略与上述实施方式相同的配置和功能。
图5是显示根据本发明的第三实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置的示意图。图6是显示根据本发明的第四实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置的示意图。
如图5所示，根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置可以包括EGR冷却器10、分支管道20、方向控制阀130以及控制单元80。
如果一些从发动机1排出的排放气体被引入到EGR冷却器10中，则EGR冷却器10冷却排放气体并且将排放气体循环到发动机1。
分支管道20从EGR排放气体管道90分支并且连接到涡轮增压器110和120，而且将在EGR冷却器10中的一些排放气体转移到涡轮增压器110和120。
如图5所示，分支管道20从连接到EGR冷却器10的后端的EGR排放气体管道90分支并且连接到低压涡轮增压器110的后端。
如图6所示，分支管道20可以连接到低压涡轮增压器110的前端或者高压涡轮增压器120的后端。
方向控制阀130适合于控制从EGR冷却器10排出的排放气体的流动方向，并且安装在分支管道20与EGR排放管道90的连接点以便调节流动到分支管道20和EGR排放气体管道90的排放气体的量。方向控制阀130可以包括电子三通阀。
控制单元80适合于控制方向控制阀130的操作，并且基于EGR打开角度(或打开率)控制方向控制阀130的操作。
这里，EGR打开率表示循环到发动机的排放气体的量，而且由控制单元80或者用于EGR控制的单独的EGR控制单元确定。
当单独的EGR控制单元确定EGR打开率时，控制单元80从EGR控制单元接收关于EGR打开率的信息。
控制单元80基于EGR打开率来控制方向控制阀130的操作，以便控制流动到分支管道20的排放气体的流量。
这就是说，如果EGR打开角度得以确定，则控制单元80通过等式1来控制分支管道20的入口打开率。
(等式1)
入口打开率(％)＝100％-EGR打开率(％)
图7是显示根据本发明的第五实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置的示意图。图8是显示根据本发明的第六实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置的示意图。图9是显示根据本发明的第五和第六实施方式的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置的操作条件的流程图。
如图7所示，根据本发明的用于车辆的EGR冷却器的排放气体回收装置可以包括EGR冷却器10、分支管道20、方向控制阀130、打开/关闭阀140、水温传感器50以及控制单元80。
如果一些从发动机1排出的排放气体被引入，则EGR冷却器10冷却排放气体并且将排放气体循环到发动机1。
分支管道20从连接到EGR冷却器10的后端的EGR排放气体管道90分支并且连接到涡轮增压器110和120，而且将在EGR冷却器10中的一些排放气体转移到涡轮增压器110和120。
如图7所示，分支管道20可以从EGR排放气体管道90分支并且可以连接到低压涡轮增压器110的后端，或者如图8所示，分支管道20可以连接到低压涡轮增压器110或者高压涡轮增压器120的前端。
方向控制阀130适合于控制从EGR冷却器10排出的排放气体的流动方向，并且安装在分支管道20与EGR排放气体管道90的连接点，以便调节分支管道20和EGR排放气体管道90的入口打开率并且调节流动到管道20和90的排放气体的量。方向控制阀130可以包括电子三通阀。
打开/关闭阀140安装在分支管道20中，以便控制通过分支管道20转移到涡轮增压器110和120的排放气体的流动，而且根据比较发动机冷却水的温度与参考值所获得的结果执行开/关操作。
水温传感器50适合于测量发动机冷却水的温度，而且连接到控制单元80，使得信号可以从水温传感器50传递到控制单元80，如图2所示，以便向控制单元80提供检测的信息。
控制单元80适合于控制方向控制阀130的操作以及打开/关闭阀140的操作，并且如果发动机冷却水的温度为参考值或低于参考值，则基于EGR打开率(或打开角度)来将打开/关闭阀140打开并同时控制方向控制阀130的操作，并且如果发动机冷却水的温度高于参考值，则将打开/关闭阀140关闭并强制方向控制阀130关闭分支管道20的入口。
这里，EGR打开率表示循环到发动机的排放气体的量，而且由控制单元80或者用于EGR控制的单独的EGR控制单元确定。
当单独的EGR控制单元确定EGR打开率时，控制单元80从EGR控制单元接收关于EGR打开率的信息。
控制单元80基于EGR打开率来控制方向控制阀130的操作，以便控制流动到分支管道20的排放气体的流量。
这就是说，如果EGR打开率得以确定，则控制单元80通过等式2来控制分支管道20的入口打开率。
(等式2)
入口打开率(％)＝100％-EGR打开率(％)
同时，控制单元80可以从用于测量发动机的负载的负载检测传感器60以及用于测量大气的温度的大气温度传感器70接收检测信息(发动机的负载和大气的温度)，以便确定打开/关闭阀140是否要被打开。
然后，只有在发动机冷却水的温度、大气的温度以及发动机的负载全部为预定值或低于预定值时控制单元80才将打开/关闭阀140打开。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“前”或“后”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前述对本发明的具体示例性实施方式的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施方式进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方式以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (15)

1.一种用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，所述装置包括：
分支管道，所述分支管道用于将从所述排放气体再循环冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；
流量控制阀，所述流量控制阀安装在所述分支管道中，用于调节排放气体的流量；以及
控制单元，所述控制单元用于控制所述流量控制阀的打开角度。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，进一步包括：
排放气体再循环阀，所述排放气体再循环阀安装在连接到所述排放气体再循环冷却器的排放气体再循环排放气体管道中，用于调节循环到所述发动机的排放气体的量；
水温传感器，所述水温传感器用于测量发动机冷却水的温度；
负载检测传感器，所述负载检测传感器用于测量所述发动机的负载；以及
大气温度传感器，所述大气温度传感器用于测量大气的温度，
其中所述水温传感器、所述负载检测传感器以及所述大气温度传感器向所述控制单元提供所测量的温度和负载。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述分支管道从排放气体再循环排放气体管道分支并且连接到所述涡轮增压器的前端或者后端。
4.根据权利要求2所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中仅当所述排放气体再循环阀的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度以及所述发动机的负载全部满足预定条件时，所述控制单元打开所述流量控制阀。
5.根据权利要求2所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述控制单元基于所述排放气体再循环阀的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度和/或所述发动机的负载来控制所述流量控制阀的打开角度。
6.一种用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，所述装置包括：
分支管道，所述分支管道用于将从所述排放气体再循环冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；
方向控制阀，所述方向控制阀安装在所述分支管道与排放气体再循环排放气体管道的连接点，用于调节排放气体的流动方向；以及
控制单元，所述控制单元用于控制所述方向控制阀的操作。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述分支管道从排放气体再循环排放管道分支并且连接到所述涡轮增压器的前端或者后端。
8.根据权利要求6所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述控制单元基于排放气体再循环打开率来控制所述方向控制阀的操作。
9.根据权利要求6所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述方向控制阀包括电子三通阀。
10.一种用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，所述装置包括：
分支管道，所述分支管道用于将从所述排放气体再循环冷却器排出的排放气体转移到涡轮增压器；
方向控制阀，所述方向控制阀安装在所述分支管道与排放气体再循环排放气体管道的连接点，用于调节排放气体的流动方向；
打开/关闭阀，所述打开/关闭阀安装在所述分支管道中，用于控制排放气体的流动；以及
控制单元，所述控制单元用于控制所述方向控制阀的操作以及所述打开/关闭阀的操作。
11.根据权利要求10所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述分支管道从排放气体再循环排放管道分支并且连接到所述涡轮增压器的前端或者后端。
12.根据权利要求10所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，进一步包括：
水温传感器，所述水温传感器用于测量发动机冷却水的温度，其中所述水温传感器向所述控制单元提供所测量的温度。
13.根据权利要求10所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中，如果发动机冷却水的温度等于或小于参考值，则所述控制单元基于排放气体再循环打开率来将所述打开/关闭阀打开并且控制所述方向控制阀的操作。
14.根据权利要求10所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述方向控制阀包括电子三通阀。
15.根据权利要求4所述的用于车辆的排放气体再循环冷却器的排放气体回收装置，其中所述控制单元基于所述排放气体再循环阀的打开角度、发动机冷却水的温度、大气的温度和/或所述发动机的负载来控制所述流量控制阀的打开角度。
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