一种提高EGR发动机能源利用率的系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高EGR发动机能源利用率的系统及控制方法，动力传动系统包括发动机；发动机排出的废气一部分经过废气涡轮增压系统、二级换热器和排气后处理系统，另一部分经过废气再循环系统；发动机冷却系统对发动机的冷却水进行处理的同时还与驾驶室制热总成连接；信号采集系统接受温度传感器采集的温度，并送给数据分析执行系统；底循环系统以发动机冷却水、发动机排气和废气再循环系统中的热能作为热源，对循环工质进行多级加热，随后在膨胀器中膨胀做功，驱动与膨胀器同轴的发电机进行发电，并把发出的电能储存在蓄电池中，完成热能到化学能的转化。通过底循环最大限度的利用燃油燃烧所放出但未被发动机转换为机械能的那一部分化学能。

【技术实现步骤摘要】
一种提高EGR发动机能源利用率的系统及控制方法
本专利技术涉及内燃机
，尤其涉及一种提高EGR发动机能源利用率的系统及控制方法。
技术介绍
废气再循环(ExhaustGasRecirculation，EGR)是指发动机将排出气体的一部分分离出，并导入进气侧使其再度燃烧的技术。朗肯循环是指以水蒸气作为工质的一种理想循环过程，主要包括等熵压缩、等压加热、等熵膨胀、以及一个等压冷凝过程。众所周知，普通发动机燃料燃烧所产生的能量大约只有30％可以被转换为机械功，最先进柴油机的有效效率不超过45％，但仍有大部分的能量被高温废气和冷却水带走，排到大气中，造成能量流失。从能量品质上看，柴油机排气温度达到600℃，汽油机排温可达到700℃，发动机中的排气能量仍然具有比较高的品质。因此，通过朗肯循环回收这部分能量，成为实现汽车节能，提高车辆有效能源利用率和减少碳排放的一个途径。目前，提高能量利用率的方法大都是简单在排气管后加装一个换热器，这带来的问题是：如果换热器尺寸太小，朗肯循环的循环工质不能充分的吸收热量，达到过热状态；如果换热器尺寸太大，就会导致发动机排气背压的升高，增大发动机的负荷，降低发动机的热效率。而且在装有废气再循环系统(EGR)系统的发动机中，往往需要在排气管和压气机中间增加一个中冷装置，降低废气温度，这一部分的能量也白白浪费掉了。因此，需要通过对发动机的废气能量进行合理的充分利用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种提高EGR发动机能源利用率的系统及控制方法，该系统在发动机正常工作的情况下，通过底循环最大限度的利用燃油燃烧所放出但未被发动机转换为机械能的那一部分化学能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种提高EGR发动机能源利用率的系统，包括动力传动系统，所述动力传动系统包括发动机；所述发动机排出的废气一部分经废气涡轮增压系统、二级换热器和排气后处理系统排到大气，另一部分经废气再循环系统后随新鲜空气进入发动机进行新的循环；发动机冷却系统对发动机的冷却水进行处理的同时还与驾驶室制热总成连接；信号采集系统接受温度传感器采集的温度，并送给数据分析执行系统进行处理；底循环系统以发动机冷却水、发动机排气和废气再循环系统中的热能作为热源，对循环工质进行多级加热，使之充分吸收热量，随后在膨胀器中膨胀做功，驱动与膨胀器同轴的发电机进行发电，并把发出的电能储存在蓄电池中，完成热能到化学能的转化。所述动力传动系统还包括与发动机通过传动轴依次连接的变速箱、缓速器和驱动桥。所述底循环系统包括通过管路依次循环连接的驱动泵、一级换热器、二级换热器、三级换热器、膨胀器及冷凝器；所述膨胀器与发电机通过传动轴连接。所述驱动泵与一级换热器之间的连接管路上设有底循环初温传感器；所述三级换热器与膨胀器之间的连接管路上设有底循环终温传感器，所有的温度传感器均与所述数据采集系统连接，数据采集系统与所述数据分析执行系统连接；数据分析执行系统与驱动泵开关电连接。所述废气涡轮增压系统包括废气涡轮增压器，废气涡轮增压器的压气机进气端通过空气管路与进气管相连接，出气端通过空气管路与增压中冷器和发动机进气歧管依次连接；废气涡轮增压器的涡轮机进气端与发动机排气歧管通过空气管路相连接，出气端与发动机后处理系统和底循环系统的二级换热器通过空气管路相连接。所述废气再循环系统的废气来自发动机排气歧管，然后通过空气管路经底循环系统的三级换热器，进入废气涡轮增压器压气机的进气端。所述发动机冷却系统包括通过冷却水管路依次循环连接的冷却水箱、冷却水泵、发动机、驾驶室制热总成、底循环系统的一级换热器及发动机散热器。所述发动机与驾驶室制热总成之间的连接管路上设有冷却水温传感器；所述驾驶室制热总成上设有驾驶室温度传感器；所述驾驶室制热总成与底循环系统之间的连接管路上设有一级冷却水温传感器，所有的温度传感器均与数据采集系统连接，所述数据采集系统与数据分析执行系统连接；所述数据分析执行系统与驾驶室制热总成的三通电磁阀和一级换热器的三通电磁阀连接。一种提高EGR发动机能源利用率的控制方法，包括以下步骤：S201：在底循环进行时，检测驱动泵出口端和位于一级换热器前端的工作质的温度和冷却水的温度，传递给数据分析执行系统；S202：数据分析执行系统将这两个温度进行对比；如果相差超过设定值，数据分析执行系统对一级换热器的两个三通电磁阀发出指令，电磁阀位于换热器通畅状态；否则不在一级换热器中进行热交换，直接进行S204；S203：循环工质在一级换热器中与冷却水进行热交换；S204：循环工质在二级换热器和三级换热器进行热交换，循环工质吸热；S205：判断工作质温度是否大于饱和温度：若为是，则说明工作质已达到饱和或过饱和状态；若为否则说明工作质吸热不够，当前工况不适宜进行底循环，系统暂停设定时间后，重新进行S201；S206：循环工质对膨胀器做功，在冷凝器中放热；S207：判断是否有停机请求，若为是，则循环结束；若为否，则到S201进行下一个新的循环。还包括，车辆在较冷天气条件下行驶时，驾驶员根据自身需要选择打开车辆制热系统，检测发动机冷却水出口的冷却水温度和驾驶室内的温度，传递给数据分析执行系统；若冷却水温度高于驾驶室温度超过设定值，则数据分析执行系统向驾驶室制热总成的三通电磁阀和驾驶室散热风扇发出指令，三通电磁阀转换到散热器状态，散热风扇打开，此时冷却水流经散热器，在散热风扇的作用下进行强制换热，提高驾驶室内温度；否则，三通电磁阀位于流管状态，散热风扇关闭，使用发动机直接驱动空调进行制热。本专利技术的有益效果：本专利技术利用基于朗肯循环的底循环，使循环工质流经三个换热器进行吸热，最终到达过热蒸汽状态，在膨胀器中膨胀做功，驱动发电机发电，实现将热能转换为电能，并将其储存在蓄电池中。本专利技术还可以按照驾驶员意图对驾驶室进行制热，直接使冷却水与驾驶室空气进行强制换热，升高驾驶室温度，减少了空调的使用，也一定程度上避免了空调对环境的破坏。本专利技术结构简单，现有车辆通过简单改装即可实现，且不对原有车辆性能造成影响，可以提高能源利用率，促进节能减排。附图说明附图1为专利技术系统循环以及结构原理图。附图2位专利技术系统循环的控制策略流程图。其中，1发动机、2变速箱、3冷却水温传感器、4缓速器、5驱动桥、6三通电磁阀、7驾驶室制热总成、8驾驶室温度传感器、9二级换热器、10一级冷却水温传感器、11一级换热器、12发动机后处理系统、13底循环初温传感器、14驱动泵、15数据分析执行系统、16数据采集系统、17冷凝器、18三级换热器、19发电机、20膨胀器、21发动机散热器、22底循环终温传感器、23冷却水箱、24废气涡轮增压器、25中冷器、26冷却水泵。具体实施方式具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。一种提高EGR发动机能源利用率的系统，包括：动力传动系统、废气涡轮增压系统、废气再循环系统、排气系统、发动机冷却系统、底循环系统和信号采集处理执行系统。动力传动系统包括通过传动轴依次连接的发动机1、变速箱2、缓速器4和驱动桥5。废气涡轮增压系统包括，废气涡轮增压器24的压气机进气端与进气管通过空气管路相连接，出气端与增压中冷器25和发动机1进气歧管通过空气管路依次连接；废气涡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高EGR发动机能源利用率的系统，其特征是，包括动力传动系统，所述动力传动系统包括发动机；所述发动机排出的废气一部分经废气涡轮增压系统、二级换热器和排气后处理系统后排到大气，另一部分经废气再循环系统后随新鲜空气进入发动机进行新的循环；发动机冷却系统对发动机的冷却水进行处理的同时还与驾驶室制热总成连接；信号采集系统接受温度传感器采集的温度，并送给数据分析执行系统进行处理；底循环系统以发动机冷却水、发动机排气和废气再循环系统中的热能作为热源，对循环工质进行多级加热，使之充分吸收热量，随后在膨胀器中膨胀做功，驱动与膨胀器同轴的发电机进行发电，并把发出的电能储存在蓄电池中，完成热能到化学能的转化。

【技术特征摘要】
1.一种提高EGR发动机能源利用率的控制方法，其特征是，底循环系统包括通过管路依次循环连接的驱动泵、一级换热器、二级换热器、三级换热器、膨胀器及冷凝器；所述膨胀器与发电机通过传动轴连接；控制方法包括以下步骤：S201：在底循环进行时，检测驱动泵出口端和位于一级换热器前端的工作质的温度和冷却水的温度，传递给数据分析执行系统；S202：数据分析执行系统将这两个温度进行对比；如果相差超过设定值，数据分析执行系统对一级换热器的两个三通电磁阀发出指令，电磁阀位于换热器通畅状态；否则不在一级换热器中进行热交换，直接进行S204；S203：循环工作质在一级换热器中与冷却水进行热交换；S204：循环工作质在二级换热器和三级换热器进行热交换，循环工作质吸热；S205：判断工作质温度是否大于饱和温度：若为是，则说明工作质已达到饱和或过饱和状态；若为否则说明工作质吸热不够，当前工况不适宜进行底循环，系统暂停设定时间后，重新进行S201；S206：循环工作质对膨胀器做功，在冷凝器中放热；S207：判断是否有停机请求，若为是，则循环结束；若为否，则到S201进行下一个新的循环。2.如权利要求1所述的一种提高EGR发动机能源利用率的控制方法，其特征是，还包括，车辆在较冷天气条件下行驶时，驾驶员根据自身需要选择打开车辆制热系统，检测发动机冷却水出口的冷却水温度和驾驶室内的温度，传递给数据分析执行系统；若冷却水温度高于驾驶室温度超过设定值，则数据分析执行系统向驾驶室制热总成的三通电磁阀和驾驶室散热风扇发出指令，三通电磁阀转换到散热器状态，散热风扇打开，此时冷却水流经散热器，在散热风扇的作用下进行强制换热，提高驾驶室内温度；否则，三通电磁阀位于流管状态，散热风扇关闭，使用发动机直接驱动空调进行制热。3.采用权利要求1所述的一种提高EGR发动机能源利用率的控制方法的系统，其特征是，包括动力传动系统，所述动力传动系统包括发动机；所述发动机排出的废气一部分经废气涡轮增压系统、二级换热器和排气后处理系统后排到大气，另一部分经废气再循环系统后随新鲜空气进入发动机进行新的循环；发动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，李培新，韩奎超，刘琨然，李孟涵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37