[发明专利]一种具有能量回收装置的系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种具有能量回收装置的系统及控制方法。它包括电动压气机，所述电动压气机出口通过中冷器连接至发动机进气管道，所述发动机排气管道连接至能量回收装置进气端，所述能量回收装置排气端与电动机或发电机连接；所述能量回收装置的排气端通过低压EGR管路连接至电动压气机进口，所述低压EGR管路上设置电动低压EGR泵，所述能量回收装置的进气端通过高压EGR管路连接至中冷器后的发动机进气管道，所述高压EGR管路上设置电动高压EGR泵。本发明用电动压气机和能量回收装置替代传统增压器，不仅能够实现余热回收使发动机的排气能量得到更有效的回收，而且能够实现电动增压提高低速响应性并改善发动机的进气量，从而改善发动机的动力性和经济性。

技术领域

本发明属于发动机带废气再循环系统(EGR)和余热回收技术领域，具体涉及一种具有能量回收装置的系统及控制方法。

背景技术

发动机余热回收系统是实现发动机的节能、减排的重要技术手段之一，它通过动力涡轮吸收利用废气中热量转换为涡轮的旋转动能，然后通过传动系统将能量输入到发动机曲轴中，从而提高发动机功率输出，提升发动机能量利用率，结构如图1所示。或者将动力涡轮吸收的废热能转换为电机的能量储存起来，起到涡轮发电的作用，如图2所示。

如图1、图2所示的余热回收系统是在原本发动机基础上增加了动力涡轮部件，相比传统发动机来说，增加了动力涡轮部件的成本，且动力涡轮输出能量给发动机曲轴的方式需要对传动系统进行设计和匹配，因此实现传动系统对发动机的动力的柔性传递，且防止动力涡轮对发动机产生倒拖，且使传动系统达到系统的最佳传动比，使发动机动力性和经济性达到平衡，但是综合效率最优具有一定的开发难度。

电动增压系统是将电动压气机和涡轮增压系统发动机连接起来，根据电动压气机与涡轮增压器的压气机端的布置关系，电动压气机布置在涡轮增压的上游称为串联前置式，电动压气机布置在涡轮增压的下游称为串联后置式，电动压气机与涡轮增压器还可以进行并联布置，称为并联式，既可以实现串联式也可以实现并联式称为混联式，其中串联结构如图3所示。

如图3所示的电动增压系统是在原本发动机基础上增加了电动压气机部件，同样不仅增加了部件成本，且电动压气机和增压器的匹配也至关重要，需要根据增压器匹配的性能控制电动压气机的开关和工作状态，也具有一定的开发难度。另外电动增压系统无法实现废气能量的回收利用，会使燃烧后的排气能量通过冷却散热和废气排放散失到环境中，浪费了余热能量。

废气再循环(EGR)技术是将内燃机的部分废气引入到进气中再次参加燃烧过程，是目前实现更低的NO_X排放所采用的主要技术方案之一。柴油机主流的EGR方案为高压EGR，即在涡轮前引出废气，经过冷却后引入到发动机进气总管的进气系统中。如图4所示。

如图4所示的热端EGR系统，不仅需要匹配能够满足足够EGR驱动能力的增压器，会使增压器效率偏低，还需要EGR阀，EGR单向阀等部件，结构复杂，以及相关的控制策略标定。

如专利CN110410198A，提供了一种增压器辅助排气制动系统及排气制动方法，它的可变截面增压器的排气进气口连接发动机本体的发动机排气歧管，可变截面增压器的空气出气口通过中冷器连接发动机本体的发动机进气管，可变截面增压器内设置增压器可变截面执行机构，ECU用于接收分别由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、辅助制动继电器和进气压力传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、辅助制动状态信号、进气压力信号，并根据接收的油门踏板位置信号、发动机转速信号、辅助制动状态信号和进气压力信号来控制增压器可变截面执行机构从而控制可变截面增压器的进气通道截面大小。可显著提高内燃机制动功率和排气系统可靠性。但是该系统不具备余热回收的功能。