Способ и система для рециркуляции и рекуперации тепла отработавших газов - RU2017134877A
Код документа: RU2017134877A
Формула
1. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
эксплуатируют выпускную систему в первом режиме с направлением потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник, и
эксплуатируют выпускную систему во втором режиме с рециркуляцией первой части отработавших газов во впускной коллектор и направлением второй части отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник.
2. Способ по п. 1, в котором эксплуатация в первом режиме и во втором режиме включает в себя направление потока охлаждающей жидкости двигателя через теплообменник, передачу тепла от отработавших газов охлаждающей жидкости двигателя с последующим направлением потока охлаждающей жидкости двигателя через двигатель, и/или сердцевину обогревателя, и/или радиатор, с последующей передачей тепла от охлаждающей жидкости двигателя двигателю, и/или сердцевине обогревателя, и/или радиатору, при этом способ дополнительно содержит шаги, на которых: осуществляют нагрев двигателя путем отбора тепла из охлаждающей жидкости двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя и осуществляют нагрев пассажирского салона путем отбора тепла из сердцевины обогревателя в зависимости от потребности в нагреве салона.
3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаги, на которых:
эксплуатируют выпускную систему двигателя в третьем режиме с рециркуляцией третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и одновременным направлением четвертой части отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу; и
эксплуатируют выпускную систему двигателя в четвертом режиме с направлением отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу в обход теплообменника.
4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий шаг, на котором выбирают между первым, вторым, третьим и четвертым режимами в зависимости от температуры двигателя, нагрузки двигателя и коэффициента экономии топлива, причем первый режим выбирают, если температура двигателя ниже пороговой, четвертый режим выбирают, если температура двигателя выше пороговой и нагрузка двигателя выше пороговой, причем второй или третий режим выбирают, если температура двигателя выше пороговой и нагрузка двигателя ниже пороговой.
5. Способ по п. 4, в котором указанный выбор дополнительно включает в себя выбор между вторым и третьим режимами путем оценки первого коэффициента экономии топлива по выигрышу в экономии топлива, достигаемому за счет эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, оценки второго коэффициента экономии топлива по выигрышу в экономии топлива, достигаемому за счет эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме, сравнения первого коэффициента экономии топлива со вторым коэффициентом экономии топлива, и выбора второго или третьего режима в зависимости от того, какой из коэффициентов экономии топлива выше - первый или второй.
6. Способ по п. 5, в котором выигрыши в экономии топлива во втором режиме и в третьем режиме вычисляют по третьей части отработавших газов, рециркулируемой во впускной коллектор, температуре рециркулируемых отработавших газов и изменению температуры охлаждающей жидкости, при этом выигрыш в экономии топлива тем больше, чем больше рециркулируемая третья часть отработавших газов, чем ниже температура рециркулируемых отработавших газов и чем больше изменение температуры охлаждающей жидкости.
7. Способ по п. 1, в котором теплообменник соединен с перепускным каналом ниже по потоку от одного или нескольких каталитических нейтрализаторов отработавших газов, при этом рециркуляцию третьей части во впускной коллектор осуществляют по магистрали рециркуляции отработавших газов (РОГ), соединенной с перепускным каналом отработавших газов ниже по потоку от теплообменника.
8. Способ по п. 7, в котором в первом режиме отводной клапан, соединенный с местом соединения перепускного канала и основного выпускного канала ниже по потоку от теплообменника, находится в первом, полностью открытом, положении, а клапан РОГ закрыт, причем во втором режиме, отводной клапан находится в первом положении, а клапан РОГ открыт, причем в третьем режиме отводной клапан находится во втором, полностью закрытом, положении, а клапан РОГ открыт, причем в четвертом режиме отводной клапан находится во втором положении, а клапан РОГ закрыт, причем во втором и в третьем режимах проход клапана РОГ регулируют в зависимости от требуемого количества РОГ, при этом проход увеличивают по мере роста требуемого количества РОГ.
9. Способ по п. 8, в котором первое, полностью открытое, положение отводного клапана обеспечивает возможность направления отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу, а второе, полностью закрытое, положение отводного клапана блокирует поток отработавших газов в выхлопную трубу по перепускному каналу.
10. Способ по п. 1, в котором во втором режиме соотношение первой и второй частей зависит от потребности в РОГ, при этом первая часть тем больше, чем больше потребность в РОГ.
11. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором оценивают уровень конденсата, скопившегося в теплообменнике, и, если уровень конденсата выше порогового, эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме.
12. Способ для двигателя, установленного в транспортном средстве, содержащий шаги, на которых:
во время холодного пуска двигателя,
эксплуатируют выпускную систему двигателя в первом режиме путем закрытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и установки отводного клапана в первое положение для пропуска потока отработавших газов в выхлопную трубу через теплообменник в перепускном канале;
осуществляют передачу тепла от отработавших газов к охлаждающей жидкости, циркулирующей через теплообменник; и
осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости через двигатель и сердцевину обогревателя для повышения температуры двигателя и/или температуры салона транспортного средства; и
после активации катализатора,
выбирают второй режим эксплуатации с открытым клапаном рециркуляции отработавших газов (РОГ) и отводным клапаном в первом положении, или третий режим эксплуатации с открытым клапаном рециркуляции отработавших газов (РОГ) и отводным клапаном во втором положении, при этом выбор зависит от соотношения потребности в рециркуляции отработавших газов (РОГ) и потребности в нагреве двигателя.
13. Способ по п. 12, в котором указанный выбор включает в себя выбор второго режима, когда потребность в РОГ возникает при более низкой температуре двигателя, и выбор третьего режима, когда потребность в РОГ возникает при более высокой температуре двигателя.
14. Способ по п. 12, в котором температура РОГ, рециркулируемых на впуск двигателя, во втором режиме выше, чем температура РОГ, рециркулируемых на впуск двигателя, в третьем режиме.
15. Способ по п. 14, в котором во втором и в третьем режимах проход клапана РОГ регулируют в зависимости от потребности в РОГ для рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя, причем во втором режиме вторая, остальная, часть отработавших газов течет в выхлопную трубу через теплообменник, причем в третьем режиме вторая часть отработавших газов течет непосредственно в выхлопную трубу в обход теплообменника.
16. Способ по п. 15, дополнительно содержащий шаги, на которых: во втором режиме осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости в теплообменнике с передачей тепла от первой части и от второй части отработавших газов охлаждающей жидкости, и осуществляют передачу тепла от охлаждающей жидкости блоку цилиндров двигателя в зависимости от потребности в нагреве двигателя; и
в третьем режиме осуществляют циркуляцию охлаждающей жидкости в теплообменнике и осуществляют передачу тепла только от первой части отработавших газов охлаждающей жидкости.
17. Способ по п. 16, в котором указанный выбор также осуществляют в зависимости от результата сравнения экономии топлива, при этом второй режим выбирают, если первая экономия топлива, достигаемая за счет рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя и направления второй части отработавших газов в выхлопную трубу с передачей тепла охлаждающей жидкости в теплообменнике от первой и от второй частей отработавших газов, выше, чем вторая экономия топлива, достигаемая за счет рециркуляции первой части отработавших газов на впуск двигателя и направления второй части отработавших газов непосредственно в выхлопную трубу с передачей тепла охлаждающей жидкости в теплообменнике от первой части; при этом третий режим выбирают, если вторая экономия топлива выше, чем первая экономия топлива.
18. Система двигателя, соединенная с транспортным средством, содержащая
впускной коллектор двигателя;
выпускную систему двигателя с выпускным каналом и перепускным каналом, при этом выпускной канал содержит датчик влажности отработавших газов, датчик температуры отработавших газов, датчик давления отработавших газов, каталитический нейтрализатор отработавших газов и глушитель, при этом перепускной канал соединен с выпускным каналом от области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора до области выше по потоку от глушителя, при этом перепускной канал содержит теплообменник;
систему охлаждения, соединенную по текучей среде с теплообменником, блоком цилиндров двигателя и сердцевиной обогревателя, при этом система охлаждения содержит датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя;
отводной клапан, соединенный с выпускным каналом, с возможностью регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу;
магистраль рециркуляции отработавших газов (РОГ) с клапаном рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции отработавших газов из перепускного канала, ниже по потоку от теплообменника, во впускной коллектор; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для:
оценки температуры двигателя посредством датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя;
и
если температура двигателя ниже пороговой, закрытия клапана рециркуляции отработавших газов (РОГ) и перемещения отводного клапана в первое положение для эксплуатации выпускной системы двигателя в первом режиме, обеспечивающем возможность потока отработавших газов из области ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в глушитель через перепускной канал и теплообменник, передачи тепла от отработавших газов, текущих через теплообменник, в систему охлаждения, и, в зависимости от потребности в нагреве двигателя и потребности в нагреве пассажирского салона, передачи тепла в двигатель и/или пассажирский салон через сердцевину обогревателя;
после того, как температура двигателя превысит пороговую, оценки первого коэффициента экономии топлива, соответствующего эксплуатации выпускной системы двигателя во втором режиме, оценки второго коэффициента экономии топлива, соответствующего эксплуатации выпускной системы двигателя в третьем режиме;
сравнения первого коэффициента экономии топлива со вторым коэффициентом экономии топлива;
если первый коэффициент экономии топлива превышает второй коэффициент экономии топлива, перевода клапана РОГ из закрытого положения в открытое положение с поддержанием отводного клапана в первом положении для направления первой части отработавших газов во впускной коллектор и направления второй части отработавших газов в глушитель через теплообменник, и
если второй коэффициент экономии топлива превышает первый коэффициент экономии топлива, перевода клапана РОГ из закрытого положения в открытое положение и отводного клапана из первого положения во второе положение для направления третьей части отработавших газов во впускной коллектор через теплообменник и направления четвертой части в глушитель.
19. Система по п. 18, в которой первый коэффициент экономии топлива зависит от выигрыша в экономии топлива, достигаемого за счет подачи частично охлажденной первой части отработавших газов в качестве РОГ и нагрева двигателя и/или нагрева салона с использованием тепла, рекуперированного из первой части и второй части отработавших газов, а второй коэффициент экономии топлива зависит от выигрыша в экономии топлива, достигаемого за счет подачи полностью охлажденной третьей части отработавших газов в качестве РОГ и нагрева двигателя и/или нагрева салона с использованием тепла, рекуперированного из третьей части.
20. Система по п. 18, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки уровня конденсата, скопившегося в теплообменнике, по входным сигналам от датчика влажности отработавших газов, и/или датчика температуры отработавших газов, и/или датчика давления отработавших газов, и, если уровень конденсата выше порогового, и/или в связи с запросом на остановку двигателя, закрытия клапана РОГ и перемещения отводного клапана в первое положение для направления горячих отработавших газов в глушитель через теплообменник.
