用于排气再循环系统的节流阀加热控制的设备及方法与流程

发动机及配件附件的制造及其应用技术1.本公开涉及用于燃烧式发动机的排气再循环(egr)系统的节流阀加热控制的设备和方法，并且更具体地涉及这样的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制的设备和方法，该设备和方法被配置成在外部空气低温状态期间防止节流阀的内部冻结。背景技术：2.近来，根据环境法规减少汽车排放的污染物是全球汽车工业研发的最大目标之一。3.特别是，氮氧化物(以下简称nox)是主要的空气污染物，其不仅会引起酸雨，还会刺激眼睛和呼吸道并杀死植物。4.因此，在车辆中安装排气再循环(egr)系统以减少车辆的排气中包含的nox，并且通过再循环一些(例如，5％至40％)排气并将再循环气体与新鲜的进气混合来降低燃烧期间的最高温度并且防止形成nox。5.即，由于排气(即，egr气体)被一些新鲜的进气代替并与之混合，空气-燃料混合物的热容量增加以防止发动机气缸中燃烧气体的温度升高，并且发动机气缸中的过量空气比(系数)降低，因此通过防止产生热nox来减少总nox的产生。6.应用于egr系统的egr阀安装在涡轮增压器的前端，用于冷却再循环排气的egr冷却器安装在egr阀的出口处并且连接到进气管线。7.因此，在高压下穿过涡轮增压器前端的排气通过egr阀和egr冷却器在发动机中再循环并且降低发动机的燃烧温度，从而减少nox的产生。8.egr气体含有大量水分，相比之下，通过涡轮增压器和中间冷却器的外部空气通常温度较低，特别是在冬季，初始温度可能低于0℃。9.因此，当低温的外部空气与具有大量水分的egr气体在进气管线中混合时，egr气体中的水分可能由于外部空气的低温而冻结，并且通过冻结形成的冰可能使节流阀的连接到进气管线一侧的轴固定，从而阻碍节流阀的打开和关闭，因此存在无法正常驱动车辆的问题。10.当通过冻结形成的冰积聚在进气管线内时，进气管线的内径减小，因此存在发生诸如功率下降或加速失败的欠增压现象的问题。11.为了克服上述冻结方面的问题，使发动机空转直到充分暖机，这存在燃料效率降低并且给驾驶员带来不便的问题。技术实现要素：12.在一个方面，本公开提供了一种用于燃烧式发动机的排气再循环(egr)系统的节流阀加热控制的设备和方法，以通过在阀壳体中安装加热器并且通过当外部空气的温度等于或小于设定温度并且在发动机发动的状态下车辆所施加的用于使加热器运行的电池的电压等于或小于设定电压时，向加热器施加电压并选择性地使加热器运行来防止加热器由于过量电流而损坏的问题，还防止阀壳体内部冻结的问题。13.本公开的实施例提供了一种用于燃烧式发动机的排气再循环(egr)系统的节流阀加热控制设备，该设备包括：热源，安装在阀壳体中并且在接收来自车辆电池的电压时运行；外部空气温度测量单元，配置为测量车辆的外部空气的温度；电池电压测量单元，配置为测量电池的电压；以及控制器，配置为在车辆发动的状态下，当外部空气的温度以及电压满足预定条件时，选择性地控制热源的运行，并且在热源运行的状态下，通过再次比较外部空气的温度来确定是否维持热源的运行。14.热源可以包括正温度系数(ptc)加热器，该正温度系数加热器形成为膜状并且安装在阀壳体的内周上。15.热源可以在接收电池的电压时将热量传递到旋转轴的热导体，该旋转轴可旋转地安装在阀壳体的阀流动通道上。16.本公开的另一实施例提供了一种用于燃烧式发动机的排气再循环系统的节流阀加热控制方法，该方法包括：当车辆发动时，测量外部空气温度并将外部空气温度与第一设定温度进行比较；当外部空气温度等于或小于第一设定温度时，测量车辆的电池的电压并将电压与设定电压进行比较；以及当外部空气温度等于或小于第一设定温度并且电池的电压等于或小于设定电压时，控制热源运行以选择性地将电池的电压施加到安装在阀壳体内的热源。17.热源运行控制操作可以包括外部空气温度再次比较操作，该外部空气温度再次比较操作是在接收电池的电压时，将外部空气温度与第二设定温度进行比较，并且当外部空气温度等于或小于第二设定温度时，进行控制以维持电池的电压的施加并重复进行电池电压比较操作。18.外部空气温度再次比较操作可以包括当外部空气温度等于或大于第二设定温度时，进行控制以终止电池的电压的施加。19.第二设定温度被设定为高于第一设定温度。20.热源运行控制操作可以包括当电池的电压等于或大于设定电压时，确定是否施加电池的电压。21.确定是否施加电池的电压可以包括电压施加时间比较操作，该电压施加时间比较操作是将电池的电压施加时间与设定时间进行比较，电池的电压施加时间包含重复进行的电池电压比较操作的时间，并且当确定施加电池的电压时，进行控制以选择性地向电池施加电压。22.电压施加时间比较操作可以包括当电池的电压施加时间等于或大于设定时间时，进行控制以施加电池的电压。23.电压施加时间比较操作可以包括当电池的电压施加时间等于或小于设定时间时，进行控制以终止电池的电压的施加。附图说明24.现在将参考附图中示出的本公开的某些示例性实施例详细描述本公开的上述和其他特征，这些附图在下文中仅作为示例给出，因此不限制本公开，并且在附图中：25.图1是示出了根据本公开的典型的发动机系统的配置的示意图；26.图2是示出了根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的排气再循环(egr)系统的节流阀加热控制设备的配置的示意图；27.图3是示出了根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制设备的热源的立体截面图；28.图4是示出了根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制设备的热源的运行的立体截面图；以及29.图5是示出了根据本公开的另一实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制设备的顺序控制的示意图。具体实施方式30.应理解，在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途汽车(suv)、公共汽车、卡车、各种商业车辆在内的乘用车，包括各种船只和船舶的水上交通工具，飞行器等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力车辆、氢动力车辆以及其他替代燃料(例如，除石油以外的能源所产生的燃料)的车辆。在本文中提到时，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力和电动力的车辆。31.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。在本文中使用时，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。应进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特征、整体、步骤、运行、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、运行、元件、部件和/或其组。在本文中使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列举的项中的任何和所有的组合。贯穿说明书，除非明确地描述为相反，否则词语“包括”及其变型(诸如“包含”或“涵盖”)将被理解为暗示包括所陈述的元件，但不排除任何其他元件。此外，说明书中描述的术语“单元”、“‑件”、“‑部”和“模块”意味着用于进行至少一个功能和运行的单元，并且可以通过硬件部件或软件部件及其组合来实现。32.此外，本公开的控制逻辑可以实施为包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘、(cd)-rom、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质也可以分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布的方式存储和执行，例如通过远程信息服务器或控制器局域网(can)。33.在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。34.参考下面结合附图详细描述的实施例，本公开的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法将变得显而易见。35.然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例以使本公开彻底和完整，并将本公开的构思完全传达给本领域技术人员，并且本公开仅由权利要求的范围限定。36.在本公开的描述中，当认为相关技术的某些详细解释可能不必要地模糊本公开的要素时，将省略这些详细解释。37.图1是示出了根据本公开的典型的发动机系统的配置的示意图。图2是示出了根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的排气再循环(egr)系统的节流阀加热控制设备的配置的示意图。38.图3是示出了根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制设备的热源的立体截面图。图4是示出了根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制设备的热源的运行的立体截面图。39.如图1所示，车辆发动机系统(以下称为“发动机系统”)可以包括发动机20、涡轮增压器50和egr系统。40.发动机20可以包括多个燃烧室21，以用于通过燃烧燃料来产生驱动力。41.发动机20可以包括进气管线10和排气管线30，供应到燃烧室21的进气在进气管线中流动，从燃烧室21排出的排气在排气管线中流动。42.排气管线30可以包括排气的后处理装置40，以用于净化从燃烧室21排出的排气中包含的各种有害物质，并且特别地，该排气后处理装置40可以被配置为通过预热的催化转化器(wcc)来净化从排气中引入的氮氧化物、碳沉积物和颗粒物(pm)。43.涡轮增压器50可以压缩通过进气管线10引入的进气(外部空气+再循环气体)并且可以将压缩气体供应到燃烧室21。44.涡轮增压器50可以被包括在排气管线30中，并且该涡轮增压器可以包括涡轮51和压缩器52，其中涡轮通过从燃烧室21排出的排气来旋转，压缩器与涡轮51一起旋转并且配置成压缩进气。45.egr系统可以包括再循环管线70、egr冷却器60、egr阀80、em过滤器90和节流阀120。46.再循环管线70可以在涡轮增压器50的后端处从排气管线30分支，并且可以并入进气管线10中。47.egr冷却器60可以设置在再循环管线70处，并且可以冷却沿着再循环管线70流动的再循环气体(排气)。48.egr系统可以包括egr阀80和em过滤器90，其中egr阀安装在egr冷却器60的一端处并且能够打开和关闭以控制在egr系统中流动的再循环气体(排气)的流速，em过滤器安装在egr阀80的一端处并且被配置为净化再循环气体(排气)中包含的残留的碳氧化物、氮氧化物和pm。49.em过滤器90可以是用于过滤异物的部件，以便为诸如含有催化剂的部件损坏的情况做准备。50.egr阀80可以连接到排放管并且可以通过打开或关闭操作来使得egr气体选择性地移动，并且节流阀120可以安装在阀壳体100a处，在阀壳体中形成阀流动通道110，并且通过打开或关闭阀壳体100a来引入外部空气。51.在阀壳体100a中可以安装有用于使节流阀120运行的电机、用于从ecu接收信号并向电机供电的电路以及用于测量节流阀120的运行状态的传感器。52.如图3和图4所示，节流阀120可以通过包括旋转轴122和阀瓣124来打开和关闭，其中，旋转轴可旋转地安装在阀流动通道110上，阀瓣安装在旋转轴122上并且成形为盘形，并且阀壳体100a可以包括安装在其中的热源100。53.热源100可以在接收来自车辆电池的电压时运行。54.即，egr阀80的前端总是暴露于80℃至180℃的egr气体，并且由于这种egr气体的流动，低温的外部空气不容易流向egr阀80，因此egr阀80不会冻结。然而，节流阀120可能由于egr气体与外部空气之间的温度差而容易冻结，为此，根据实施例，可以安装热源100以加热节流阀120。55.具体地，热源100可以包括形成为具有预定厚度的膜状的正温度系数(ptc)加热器，并且该热源可以安装在阀壳体100a的内周上。56.当接收来自电池的电压时，热源100产生热量，因此可以将热量传递到铝制的阀壳体100a的内部。57.具体地，形成为杆状的热导体102安装在旋转轴122处以接触热源100(参考图3和图4)，因此当电池的电压施加到热源100时，热源100的热量可以传递到热导体102。58.即，由于当车辆的外部空气的温度低时，车辆的电池的电压对应于预设条件，所以热源100可以通过控制器400选择性地运行，并且热导体102也可以由于热源100运行时传递的热量而产生热量，因此可以防止旋转轴122和安装在旋转轴122上的阀瓣124冻住。59.换句话说，在外部空气处于-20℃至-10℃的低温状态中，当将外部空气引入到阀壳体100a中时，由于高温的排气与低温的外部空气之间的大温度差，阀瓣124可能冻住。60.因此，当阀瓣124冻住时，在运行egr阀80时可能在阀壳体100a中出现摩擦并在控制方面发生问题，并且冰可能被引入到与阀瓣124连接的涡轮增压器50中并可能损坏涡轮增压器50。61.为此，根据本实施例，在满足预定条件时，选择性地将电池的电压施加到热源100时，此时，由于通过热源100产生热量，热量可以被传递到热导体102，并且可以有效地克服上述冻结方面的问题。62.这里，热导体102可以由于从热源100传递的热量而产生热量，而不是通过电池直接产生热量，因此可以防止热导体102在长时间暴露于热量时劣化，并且防止热导体由于反复施加的热应力而改变其材料性质。63.当外部空气的温度以及电压满足预定条件时，可以选择性地使热源100运行，并且为此，如图2所示，控制器400可以分别从外部空气温度测量单元200和电池电压测量单元300接收关于外部空气的温度以及电压的信息，并且可以控制热源100的运行。64.外部空气温度测量单元200可以被配置为测量车辆的外部空气的温度，并且电池电压测量单元300可以被配置为测量车辆的电池的电压。65.在车辆发动的状态下，当外部空气的温度以及电压满足预定条件时，控制器400可以控制热源100的运行以将车辆的电池的电压选择性地施加到热源100，并且可以通过在热源100运行的状态下将预定条件与外部空气的温度重新进行比较来确定是否维持热源100的运行。66.即，在车辆发动的状态下，当由外部空气温度测量单元200测量的外部空气的温度等于或小于设定温度并且由电池电压测量单元300测量的车辆的电池的电压也等于或小于设定电压时，由于当前状态是外部空气的温度低的状态，控制器400需要使热源100运行，并且在这种状态下，当电池的电压等于或大于设定电压时会发生热源100被损坏的问题，这是因为在过量电压的状态下施加电压时的低初始电阻值和过量电流，因此，控制器400可以控制热源100使其仅在电池的电压对应于正常电压时选择性地运行。67.这里，当外部空气温度测量单元200出现异常时，由外部空气温度测量单元200测量的外部空气温度的信息可以用通过进气温度传感器测量的进气温度的信息来代替。68.控制器400可以通过在热源100运行的状态下将设定温度与外部空气的温度重新进行比较来确定是否维持热源100的运行。69.这里，在将设定温度与外部空气的温度再次比较的情况下，预定条件可以被设定为高于先前比较的设定温度。70.这是因为当外部空气的温度改变为相对较高的温度时，不需要运行热源100，因此，需要通过将上述温度与另一设定温度再次比较来选择性地终止电池的电压的施加。71.因此，根据本实施例，可以通过将用于使热源100的运行的外部空气的温度和用于使热源100的运行终止的外部空气的温度分别与不同的设定温度进行比较来确定是维持还是终止电池的电压的施加，并且因此可以防止由于在一个边界温度下频繁开/关而导致的常见的迟滞现象。72.图5是示出了根据本公开的另一实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的节流阀加热控制设备的顺序控制的示意图。73.参考图5来依次描述根据本公开的实施例的用于燃烧式发动机的egr系统的阀加热控制方法。74.首先，在车辆发动的状态下，可以通过外部空气温度测量单元200测量外部空气的温度，并且可以在步骤s100中将该温度与第一设定温度进行比较。75.当外部空气的温度等于或大于第一设定温度时，由于排气与外部空气之间的温度差小，发生冻结的可能性低，因此可以不使热源100运行。76.在这种情况下，当在步骤s100中，外部空气的温度等于或小于第一设定温度时，可以通过电池电压测量单元300测量车辆的电池的电压，并且可以在步骤s200中将该电压与设定电压进行比较。77.在这种情况下，当在步骤s100中外部空气的温度等于或小于第一设定温度，并且在步骤s200中电池的电压也等于或小于设定电压时，由于当前状态是这样的状态：外部空气的温度低因此可能发生冻结，并且由于电池的电压等于或小于设定电压因此可以防止热源100由于过量电流而损坏，所以在步骤s300中，控制器400可以进行控制以将电压施加到热源100。78.这样，在步骤s300中，当将电池的电压施加到热源100时，热源100和热导体102可以产生热量以防止由于排气与外部空气之间的温度差而发生的冻结。79.然后，当将电池的电压施加到热源100时，在步骤s400中，控制器400可以将外部空气的温度与第二设定温度进行比较，当外部空气的温度等于或小于第二设定温度时，控制器400可以在步骤s410中进行控制以维持电池的电压的施加，并且同样地，在维持电池的电压的施加的状态下，控制器400可以进行控制以重复进行步骤s200中的电池电压比较操作。80.这是因为在施加电池的电压的状态下，可以将电池的电压与设定电压重复进行比较，并且随着电池的电压增加需要防止热源100由于过量电流而损坏，因此，可以选择性地终止电池的电压的施加。81.作为外部空气的温度的测量结果，当外部空气的温度等于或大于被设定为高于第一设定温度的第二设定温度时，控制器400可以确定由于排气与外部空气之间的温度差而发生冻结的可能性低，并且可以在步骤s500中进行控制以终止电池的电压的施加并维持不向热源100施加电压的状态。82.当在步骤s100中外部空气的温度等于或小于第一设定温度，并且在步骤s200中电池的电压却等于或大于设定电压时，可以在步骤s310中对控制器400进行控制以确定是否施加电池的电压。83.当在维持施加电池的电压的状态下重复进行步骤s200中的电池的电压比较操作时，当在步骤s200中，电池的电压等于或大于设定电压时，热源100可能由于过量电流而损坏，因此在步骤s310中，可以通过确定在该状态下是否施加电池的电压来防止热源100损坏。84.在这种情况下，作为步骤s310中的是否施加电池的电压的确定结果，在当前状态被确定为施加电压的状态时，在步骤s320中，控制器400可以将电池的电压施加时间(包含重复进行电池电压比较操作步骤s200的时间)与设定时间进行比较，并且当电压施加时间等于或大于设定时间时，控制器400可以进行控制以将电池的电压施加到热源100。85.这是因为，在热源100运行期间，当电池的电压施加时间等于或大于的设定时间时，随着运行时间的流逝，电池的温度升高，并且在这种情况下，当前状态可以被确定为电阻高而电流低的状态，因此，当在这种状态下将电压施加到热源100时，不会出现由于施加过量电流而损坏热源100的问题。86.具体地，设定时间可以被预设为直到达到稳定状态所消耗的时间，该稳定状态根据热源100的容量而被不同地设定。87.相反，在步骤s320中，控制器400可以将电池的电压施加时间(包含重复进行电池电压比较操作步骤s200的时间)与设定时间进行比较，并且当电池的电压施加时间等于或小于设定时间时，因为当前状态是电池的温度相对较低的状态，并且当前状态是电阻低而电流高(即，过量电流可能被施加到热源100)的状态，，因此，控制器400可以进行控制以终止电池的电压的施加，并维持不向热源100施加电压的状态，从而防止出现热源100由于施加过量电流而损坏的问题。88.根据本公开，通过在阀壳体中安装加热器，并且通过当外部空气的温度等于或小于设定温度并且在发动机发动的状态下车辆所施加的用于使加热器运行的电池的电压等于或小于设定电压时，向加热器施加电压并选择性地使加热器运行，可以防止加热器由于过量电流而损坏的问题，并且还可以防止阀壳体内部冻结的问题。89.根据本公开，在将车辆的电池的电压施加到加热器的状态下，通过比较外部空气的温度与另一设定温度来确定是否维持车辆的电池的电压的施加，在不需要施加车辆的电池的电压的外部空气条件下可以终止加热器的运行。90.因此，根据本公开，可以分别设定外部空气的用于使加热器运行的设定温度和外部空气的用于使加热器的运行终止的设定温度，并且可以确定是否进行或终止车辆的电池的电压的施加，因此可以防止由于在一个边界温度下频繁开/关而导致的迟滞现象。91.已经参照本发明的优选实施例详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。









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