一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法技术

本发明专利技术涉及一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法，检测车载发动机的工况，判断车载发动机所需的功率；同时测量车载发动机冷却液进出水温度；通过电子控制单元控制各个电磁阀的通断；当电子控制单元判断车载发动机冷机处于低速低负荷工况时，对排气能量实施低速低负荷控制方式；使低速涡轮机与进气压缩机组成涡轮增压；当电子控制单元判断车载发动机处于中速中负荷工况时，对排气能量实施中速中负荷控制方式；使中速涡轮机与进气压缩机组成涡轮增压；当电子控制单元判断车载发动机处于高速高负荷工况时，对排气能量实施高速高负荷控制方式，使高速涡轮机与进气压缩机组成涡轮增压。本发明专利技术对车载发动机排气中的能量进行多级联合梯级回收。

【技术实现步骤摘要】
一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法
本专利技术涉及一种车载发动机排气能量回收方法，尤其涉及一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法。
技术介绍
随着经济持续稳健的发展，城市交通用车，轿车急剧增长，各种机动车排气释放物对环境的污染日趋严重，国内许多大城市的空气污染已由燃煤型污染转向燃煤和机动车混合型污染，而机动车排气污染物和致癌物质对环境和人们身体健康的危害已相当严重。虽然机动车尾气污染已引起了社会广泛关注，国家制定了更加严格的法规，但各项措施有待进一步加强与贯彻执行，治理力度还远远不够。同时机动车消耗的主要能源是传统的石油燃料，随着化石燃料的资源枯竭，必须提高机动车的能量利用率，按照当前法规，到2020年，整车企业轿车百公里耗油量要低于5L，这对汽车制造商生成先进车载发动机提出了更高的技术要求，而传统车载发动机百公里耗油量要远远大于这个数字。因此除了继续研发更加先进的燃烧系统，减低摩擦损失之外，要进一步的提高对燃油的热工转换效率。从车载发动机的能量平衡来看，在标准工况下，燃料所含的能量在车载发动机缸内完全燃烧时，有效输出功占总能量的30％，冷却系统带走的能量占总能量的30％，排气带走的能量也占总能量的30％，其余10％的能量由附件消耗的功、发动机机体对外界空气传热与辐射消耗。机动车在实际的运行过程中，车载发动机排气能量是随着工况的变化而变化，在低负荷的时候，排气能量占比在30％左右，随着车载发动机运行负荷的增加，排气带走的能量迅速增加，甚至超过了50％，也就是说，燃油所包含的能量，有一半以上由排气带走，损失了50％的效率。因此，对排气能量回收利用是提高燃料能量和提高车载发动机有效效率的有效途径之一。目前汽车车载发动机排气能量回收利用的技术主要有三种：第一种是废气涡轮增压技术(主要回收排气能量中的余动能和余压能，将能量转换为提高进气新鲜空气的压力)，第二种是热电转换以及结合热管技术(主要回收排气能量的中高品位能，通过温差发电片将排气能量中的余热能转化为电能，但是该技术受到了转换效率低的限制，还没有广泛的应用)，第三种是有机朗肯循环回收排气中的能量(有机朗肯循环使用低沸点有机物作为工质来吸收排气余热能，蒸发气化后进入膨胀机做功，从而回收排气余热能)。现有技术中，如CN201080020552中国专利技术专利一种发动机排气能量回收装置，其提供一种相对于发动机的负载、发动机转速而使发动机性能(燃料消耗率)成为最佳的最佳换气压力的方式调整向动力涡轮侧抽出的废气量，始终能够确保发动机的最佳运转状态的排气能量回收装置，但其只回收了排气中的余动能；CN201180036912中国专利技术专利一种发动机排气能量回收装置，其提供一种极力避免起动比船舶用柴油机(主机)的燃料利用率差的柴油机(辅机)的情况出现，而能够满足船内电力的需要，从而能够抑制总的运行成本的发动机排气能量回收装置，但回收的能量也只是单一的，没有综合回收排气能量。CN201380069538中国专利技术专利一种排气能量回收系统，提供了一种容积式流体膨胀器，通过膨胀工作流体从而产生有用功，但也只回收了余热能，并没有考虑余动能和余压能。CN201510064451中国专利技术专利一种发动机能量回收系统，其通过设置辅助增压装置，充分利用发动机的热量这一发动机最大的能量，将之重新用在发动机的动力回收利用中，但这种方式也是单一回收了余动能。综上所述，这些现有技术只单一回收了车载发动机排气能量的部分能量，并没有对车载发动机的能量进行综合回收，也没有周全的考虑排气能量分布，未进行最大限度的回收排气能量。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法，目的在于对车载发动机排气能量进行多级联合回收，其对排气中的余动能、余压能和余热能进行梯级回收，通过实时在线高效转换和存储排气动能、压能和高温余热能，从而梯级回收排气能量，且对排气能量回收智能控制。为实现上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：(1)、检测车载发动机的工况，判断车载发动机所需的功率；同时测量车载发动机冷却液进出水温度；(2)、当电子控制单元判断车载发动机冷机处于低速低负荷工况时，对排气能量实施低速低负荷控制方式；电子控制单元打开低速排气电磁阀、冷却液出水电磁阀、冷却液回水电磁阀、第一冷却液出水分支电磁阀、第二冷却液出水分支电磁阀、第三冷却液出水分支电磁阀、第一冷却液回水分支电磁阀、第二冷却液回水分支电磁阀、第三冷却液回水分支电磁阀，关闭高速排气电磁旁通阀、中速排气电磁旁通阀、低速排气电磁旁通阀、高速排气电磁阀、中速排气电磁阀；车载发动机的排气经余动能余压能转换装置高速通道，由低速排气出口进入低速涡轮机，低速涡轮机与进气压缩机组成涡轮增压；温差发电片实时将余热能回收装置表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池中；(3)、当电子控制单元判断车载发动机处于中速中负荷工况时，对排气能量实施中速中负荷控制方式；电子控制单元打开中速排气电磁阀、冷却液出水电磁阀、冷却液回水电磁阀、第三冷却液出水分支电磁阀、第三冷却液回水分支电磁阀；关闭高速排气电磁旁通阀、中速排气电磁旁通阀、低速排气电磁旁通阀、高速排气电磁阀、低速排气电磁阀、第一冷却液出水分支电磁阀、第二冷却液出水分支电磁阀、第一冷却液回水分支电磁阀、第二冷却液回水分支电磁阀；车载发动机的排气经余动能余压能转换装置中速通道，由中速排气出口进入中速涡轮机，中速涡轮机与进气压缩机组成涡轮增压；温差发电片实时将余热能回收装置表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池中；(4)、当电子控制单元判断车载发动机处于高速高负荷工况时，对排气能量实施高速高负荷控制方式；电子控制单元打开高速排气电磁阀；关闭高速排气电磁旁通阀、中速排气电磁旁通阀、低速排气电磁旁通阀、中速排气电磁阀、低速排气电磁阀、冷却液出水电磁阀、冷却液回水电磁阀、第一冷却液出水分支电磁阀、第二冷却液出水分支电磁阀、第三冷却液出水分支电磁阀、第一冷却液回水分支电磁阀、第二冷却液回水分支电磁阀、第三冷却液回水分支电磁阀；车载发动机的排气经余动能余压能转换装置低速通道，由高速排气出口进入高速涡轮机，高速涡轮机与进气压缩机组成涡轮增压；温差发电片实时将余热能回收装置表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池中。进一步地，在所述控制方法的步骤(3)中，当车载发动机长时间处于中速中负荷，冷却液的温度超过设定值时，电子控制单元开启中速排气电磁旁通阀，通过排气旁通管旁通一部分排气余热能，控制冷却液温度在合适的温度。进一步地，在所述控制方法的步骤(4)中，当车载发动机长时间处于高速高负荷，温差发电蓄电池超过蓄电值时，电子控制单元开启高速排气电磁旁通阀，通过排气旁通管旁通一部分排气余热能，使温差发电蓄电池保持在设定值。进一步地，在所述控制方法的步骤(1)中，电子控制单元根据转速传感器与电子节气门分别实时测量的转速与发动机负荷检测车载发动机的工况，判断车载发动机所需的功率，同时通过冷却液出水温度传感器和冷却液回水温度传感器测量车载发动机冷却液进出水温度。本专利技术的有益效果：本专利技术对车载发动机排气能量进行多级联合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：(1)、检测车载发动机(3)的工况，判断车载发动机(3)所需的功率；同时测量车载发动机(3)冷却液进出水温度；(2)、当电子控制单元(1)判断车载发动机(3)冷机处于低速低负荷工况时，对排气能量实施低速低负荷控制方式；电子控制单元(1)打开低速排气电磁阀(31)、冷却液出水电磁阀(33)、冷却液回水电磁阀(34)、第一冷却液出水分支电磁阀(35)、第二冷却液出水分支电磁阀(36)、第三冷却液出水分支电磁阀(37)、第一冷却液回水分支电磁阀(38)、第二冷却液回水分支电磁阀(39)、第三冷却液回水分支电磁阀(40)，关闭高速排气电磁旁通阀(15)、中速排气电磁旁通阀(16)、低速排气电磁旁通阀(17)、高速排气电磁阀(29)、中速排气电磁阀(30)；车载发动机(3)的排气经余动能余压能转换装置高速通道(32‑2)，由低速排气出口(32‑7)进入低速涡轮机(24)，低速涡轮机(24)与进气压缩机(25)组成涡轮增压；温差发电片(11)实时将余热能回收装置(13)表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池(9)中；(3)、当电子控制单元(1)判断车载发动机(3)处于中速中负荷工况时，对排气能量实施中速中负荷控制方式；电子控制单元(1)打开中速排气电磁阀(30)、冷却液出水电磁阀(33)、冷却液回水电磁阀(34)、第三冷却液出水分支电磁阀(37)、第三冷却液回水分支电磁阀(40)；关闭高速排气电磁旁通阀(15)、中速排气电磁旁通阀(16)、低速排气电磁旁通阀(17)、高速排气电磁阀(29)、低速排气电磁阀(31)、第一冷却液出水分支电磁阀(35)、第二冷却液出水分支电磁阀(36)、第一冷却液回水分支电磁阀(38)、第二冷却液回水分支电磁阀(39)；车载发动机(3)的排气经余动能余压能转换装置中速通道(32‑3)，由中速排气出口(32‑6)进入中速涡轮机(23)，中速涡轮机(23)与进气压缩机(25)组成涡轮增压；温差发电片(11)实时将余热能回收装置(13)表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池(9)中；(4)、当电子控制单元(1)判断车载发动机(3)处于高速高负荷工况时，对排气能量实施高速高负荷控制方式；电子控制单元(1)打开高速排气电磁阀(29)；关闭高速排气电磁旁通阀(15)、中速排气电磁旁通阀(16)、低速排气电磁旁通阀(17)、中速排气电磁阀(30)、低速排气电磁阀(31)、冷却液出水电磁阀(33)、冷却液回水电磁阀(34)、第一冷却液出水分支电磁阀(35)、第二冷却液出水分支电磁阀(36)、第三冷却液出水分支电磁阀(37)、第一冷却液回水分支电磁阀(38)、第二冷却液回水分支电磁阀(39)、第三冷却液回水分支电磁阀(40)；车载发动机(3)的排气经余动能余压能转换装置低速通道(32‑4)，由高速排气出口(32‑5)进入高速涡轮机(22)，高速涡轮机(22)与进气压缩机(25)组成涡轮增压；温差发电片(11)实时将余热能回收装置(13)表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池(9)中。...

【技术特征摘要】
1.一种车载发动机排气能量多级联合回收控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：(1)、检测车载发动机(3)的工况，判断车载发动机(3)所需的功率；同时测量车载发动机(3)冷却液进出水温度；(2)、当电子控制单元(1)判断车载发动机(3)冷机处于低速低负荷工况时，对排气能量实施低速低负荷控制方式；电子控制单元(1)打开低速排气电磁阀(31)、冷却液出水电磁阀(33)、冷却液回水电磁阀(34)、第一冷却液出水分支电磁阀(35)、第二冷却液出水分支电磁阀(36)、第三冷却液出水分支电磁阀(37)、第一冷却液回水分支电磁阀(38)、第二冷却液回水分支电磁阀(39)、第三冷却液回水分支电磁阀(40)，关闭高速排气电磁旁通阀(15)、中速排气电磁旁通阀(16)、低速排气电磁旁通阀(17)、高速排气电磁阀(29)、中速排气电磁阀(30)；车载发动机(3)的排气经余动能余压能转换装置高速通道(32-2)，由低速排气出口(32-7)进入低速涡轮机(24)，低速涡轮机(24)与进气压缩机(25)组成涡轮增压；温差发电片(11)实时将余热能回收装置(13)表面的余热能转化为电能，存储在温差发电蓄电池(9)中；(3)、当电子控制单元(1)判断车载发动机(3)处于中速中负荷工况时，对排气能量实施中速中负荷控制方式；电子控制单元(1)打开中速排气电磁阀(30)、冷却液出水电磁阀(33)、冷却液回水电磁阀(34)、第三冷却液出水分支电磁阀(37)、第三冷却液回水分支电磁阀(40)；关闭高速排气电磁旁通阀(15)、中速排气电磁旁通阀(16)、低速排气电磁旁通阀(17)、高速排气电磁阀(29)、低速排气电磁阀(31)、第一冷却液出水分支电磁阀(35)、第二冷却液出水分支电磁阀(36)、第一冷却液回水分支电磁阀(38)、第二冷却液回水分支电磁阀(39)；车载发动机(3)的排气经余动能余压能转换装置中速通道(32-3)，由中速排气出口(32-6)进入中速涡轮机(23)，中速涡轮机(23)与进气压缩机(25)组成涡轮增压；温差发电片(11)实时将余热能回收装置(13)表面的余热能转化为电能，存储在温差...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭根苗，何志霞，陈舟，孙申鑫，钟汶君，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32