增压发动机系统及其冷凝控制方法

摘要

本发明涉及汽车发动机技术领域，公开了一种增压发动机系统及其冷凝控制方法，在增压发动机系统中，水冷中冷器的进水口端和出水口端之间连接有水冷支路，所述水冷支路上连接有散热器、电子水泵及PTC加热器，增压发动机系统还包括用于检测所述水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力的检测装置，控制器根据检测装置所检测到的水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力来调节电子水泵的转速、PTC加热器及增压器的增压比；冷凝控制方法的调节动作包括对水冷中冷器的温度及对进气量的调节。本发明的有益效果为：能够有效防止气体在水冷中冷器中发生冷凝，并可减少由于调节过程对发动机性能造成影响。

权利要求

1.一种增压发动机系统，其特征在于，包括：空气滤清器、增压器、水冷中冷器、发动机、控制器及用于检测发动机运行过程的所述水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力的检测装置；

所述空气滤清器的进气口与系统进气口连通，所述空气滤清器的出气口与所述增压器的压气机进气口连通，所述增压器的压气机出气口与所述水冷中冷器的进气口连通，所述水冷中冷器的出气口与所述发动机的进气口连通，所述发动机的出气口与所述增压器的涡轮进气口连通，所述增压器的涡轮出气口与系统排气口连通；

所述增压器的涡轮出气口端和所述增压器的压气机的进气口端之间连接有排气再循环支路，所述排气再循环支路包括EGR冷却器及EGR控制阀，所述EGR冷却器的进气口与所述增压器的涡轮出气口连通，所述EGR冷却器的出气口通过所述EGR控制阀与所述增压器的压气机进气口连通；

在所述水冷中冷器的进水口端和出水口端之间连接有水冷支路，所述水冷支路上连接有散热器、电子水泵及PTC加热器，所述散热器的进水口端连接所述水冷中冷器的出水口端；

所述控制器电性连接于所述检测装置、所述电子水泵、所述增压器及所述EGR控制阀，所述控制器用于：

当所述发动机运行时，根据所述检测装置所检测到的水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力来确定当前工况下的露点温度，并当所述水冷中冷器出气口处的气体温度与所述露点温度之间的差值小于预设的阈值时执行调节动作；所述调节动作具体包括：优先调节电子水泵的开度，以降低电子水泵的转速；若通过调节电子水泵后仍未能将水冷中冷器的温度降至一定值，则开启PTC加热器且保持电子水泵开启，或者关闭电子水泵；若上述多步调节后，水冷中冷器出气口处的气体温度与露点温度之间的差值仍小于预设的阈值，则调节增压器的增压比或者通过调节EGR控制阀的开度降低发动机的EGR率；以及在启动所述发动机前，开启所述PTC加热器和所述电子水泵。

2.如权利要求1所述的增压发动机系统，其特征在于，所述排气再循环支路上还连接有催化器，所述EGR冷却器的进气口通过所述催化器与所述增压器的涡轮出气口连通。

3.如权利要求1所述的增压发动机系统，其特征在于，所述检测装置为连接于所述水冷中冷器和所述发动机之间的温度传感器、湿度传感器和压力传感器，所述温度传感器、湿度传感器和压力传感器均电性连接于所述控制器。

4.一种增压发动机系统的冷凝控制方法，其特征在于，其基于如权利要求1‑3中任一项所述的增压发动机系统，包括以下步骤：获取发动机运行过程的水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力；

根据所述水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度、压力及预设的关系表得到当前工况下的露点温度；

将所述水冷中冷器出气口处的气体温度和所述露点温度进行比较；

当水冷中冷器出气口处的气体温度与露点温度之间的差值小于预设的阈值时，执行调节动作，所述调节动作包括升高水冷中冷器内的温度、减小水冷中冷器的进气量及减小水冷中冷器中气体的废气含量；

在启动所述发动机前，开启所述PTC加热器和所述电子水泵，使所述PTC加热器和所述电子水泵运转a秒，其中，a为常数。

5.如权利要求4所述的增压发动机系统的冷凝控制方法，其特征在于，所述调节动作包括通过降低所述电子水泵的转速或者关闭所述电子水泵，以升高水冷中冷器内的温度。

6.如权利要求4所述的增压发动机系统的冷凝控制方法，其特征在于，所述调节动作包括通过启动PTC加热器，且保持电子水泵开启，以升高水冷中冷器内的温度。

7.如权利要求4所述的增压发动机系统的冷凝控制方法，其特征在于，所述调节动作包括通过减小所述增压器的增压比，以减小水冷中冷器的进气量。

8.如权利要求4所述的增压发动机系统的冷凝控制方法，其特征在于，所述调节动作还包括通过调节EGR控制阀的开度降低发动机的EGR率，以减小水冷中冷器中气体的废气含量。

说明书

增压发动机系统及其冷凝控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是涉及一种增压发动机系统及其冷凝控制方法。

背景技术

[0002] 随着涡轮增压技术的普及，涡轮增压发动机的应用越来越普及，涡轮增压技术已经成为目前发动机开发的主流技术。在增压发动机开发过程中，增压后的高温气体冷却，是
必须要解决的问题。

[0003] 增压后的高温气体需要通过中冷器进行冷却，目前主流的中冷器技术有空冷中冷器和水冷中冷器；而为了提高发动机的响应性以及提高中冷器的冷却效率，水冷中冷器的
应用越来越多。水冷中冷器在提高效率、降低进气温度的同时，需要同时解决水冷中冷器的
出气口处产生冷凝甚至结冰的问题，若发生冷凝或者结冰的现象，会对发动机运行造成影
响，使发动机燃烧异常，且伴随着低压EGR系统的应用，这个问题会更加严峻。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种增压发动机系统及冷凝控制方法，可有效防止水冷中冷器的出气口处冷凝和结冰的现象，且能够降低调节过程中对发动
机运行效率的影响。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种增压发动机系统，其包括：空气滤清器、增压器、水冷中冷器、发动机、控制器及用于检测发动机运行过程的所述水冷中冷器
出气口处的气体温度、湿度及压力的检测装置；所述空气滤清器的进气口与系统进气口连
通，所述空气滤清器的出气口与所述增压器的压气机进气口连通，所述增压器的压气机出
气口与所述水冷中冷器的进气口连通，所述水冷中冷器的出气口与所述发动机的进气口连
通，所述发动机的出气口与所述增压器的涡轮进气口连通，所述增压器的涡轮出气口与系
统排气口连通；在所述水冷中冷器的进水口端和出水口端之间连接有水冷支路，所述水冷
支路上连接有散热器、电子水泵及PTC加热器，所述散热器的进水口端连接所述水冷中冷器
的出水口端；所述控制器电性连接于所述检测装置、所述电子水泵及所述增压器，并用于根
据所述检测装置所检测到的水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力来调节所述电子
水泵的转速、所述PTC加热器的开启或关闭、及所述增压器的增压比。

[0006] 作为优选方案，所述增压器的涡轮出气口端和所述增压器的压气机的进气口端之间连接有排气再循环支路，所述排气再循环支路包括EGR冷却器及EGR控制阀，所述EGR冷却
器的进气口与所述增压器的涡轮出气口连通，所述EGR冷却器的出气口通过所述EGR控制阀
与所述增压器的压气机进气口连通，所述EGR控制阀电性连接于所述控制器。

[0007] 作为优选方案，所述排气再循环支路上还连接有催化器，所述EGR冷却器的进气口通过所述催化器与所述增压器的涡轮出气口连通。

[0008] 作为优选方案，所述检测装置为连接于所述水冷中冷器和所述发动机之间的温度传感器、湿度传感器和压力传感器，所述温度传感器、湿度传感器和压力传感器均电性连接
于所述控制器。

[0009] 同样的，本发明的第二方面还提出一种增压发动机系统的冷凝控制方法，其包括以下步骤：

[0010] 获取发动机运行过程的水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度及压力；

[0011] 根据所述水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度、压力及预设的关系表得到当前工况下的露点温度；

[0012] 将所述水冷中冷器出气口处的气体温度和所述露点温度进行比较；

[0013] 当水冷中冷器出气口处的气体温度与露点温度之间的差值小于预设的阈值时，执行调节动作，所述调节动作包括升高水冷中冷器内的温度和减小水冷中冷器的进气量。

[0014] 作为优选方案，所述调节动作包括通过降低所述电子水泵的转速或者关闭所述电子水泵，以升高水冷中冷器内的温度。

[0015] 作为优选方案，所述调节动作包括通过启动PTC加热器，且保持电子水泵开启，以升高水冷中冷器内的温度。

[0016] 作为优选方案，所述调节动作包括通过减小所述增压器的增压比，以减小水冷中冷器的进气量。

[0017] 作为优选方案，所述调节动作还包括通过调节EGR控制阀的开度降低发动机的EGR率，以减小水冷中冷器中的废气含量。

[0018] 作为优选方案，所述冷凝控制方法还包括以下步骤：在启动所述发动机前，开启所述PTC加热器和所述电子水泵，使所述PTC加热器和所述电子水泵运转a秒，其中，a为常数。

[0019] 本发明提供一种增压发动机系统及其冷凝控制方法，根据获取到的水冷中冷器出气口处的气体温度、湿度、压力及预设的关系表得到当前工况下的露点温度，并将水冷中冷
器出气口处的气体温度与露点温度进行比较，根据比较结果，通过调节水冷中冷器内部的
温度，或者通过调节水冷中冷器的进气量，以防止冷凝现象发生，由于可通过两种调节方
法，可增加调节的效率，且能够降低调节过程中对发动机工作性能的影响。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例中一种增压发动机系统的结构示意图；

[0021] 图2是本发明实施例中一种增压发动机系统的冷凝控制方法的示意图；

[0022] 图3是本发明实施例中另一种增压发动机系统的冷凝控制方法的示意图。

[0023] 图中，10、空气滤清器；20、增压器；21、涡轮；22、压气机；30、水冷中冷器；40、发动机；50、控制器；60、水冷支路；61、散热器；62、电子水泵；63、PTC加热器；70、排气再循环支
路；71、EGR冷却器；72、EGR控制阀；73、催化器；80、温度传感器；90、湿度传感器；100、压力传
感器。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0025] 如图1所示，本发明优选实施例第一方面提出一种增压发动机系统，其包括：空气滤清器10、增压器20、水冷中冷器30、发动机40、控制器50及用于检测发动机40运行过程的
所述水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度及压力的检测装置；所述空气滤清器10的进
气口与系统进气口连通，所述空气滤清器10的出气口与所述增压器20的压气机22进气口连
通，所述增压器20的压气机22出气口与所述水冷中冷器30的进气口连通，所述水冷中冷器
30的出气口与所述发动机40的进气口连通，所述发动机40的出气口与所述增压器20的涡轮
21进气口连通，所述增压器20的涡轮21出气口与系统排气口连通；

[0026] 在所述水冷中冷器30的进水口端和出水口端连接有水冷支路60，水冷支路60与水冷中冷器30中的水路构成冷却回路，主要用于冷却增压器20后的气体，所述水冷支路60上
连接有散热器61、电子水泵62及PTC加热器63。优选地，本实施例中，为了保证电子水泵62的
工作寿命，将散热器61设置在电子水泵62的前端，PTC加热器63设置在电子水泵62的后端，
即电子水泵62的进水口端连接水冷中冷器30的出水口端，电子水泵62的出水口连接PTC加
热器63的进水口端，PTC加热器63的出水口端连接水冷中冷器30的进水口端。当PTC加热器
63处于不工作的情况下，散热器61将冷却液冷却后流入PTC加热器63，再流入水冷中冷器
30，从而对水冷中冷器30中的气体进行冷却，同时冷却液变热后从水冷中冷器30的出水口
再次流入散热器61中进行冷却以形成循环回路。

[0027] 所述控制器50电性连接于所述检测装置、所述电子水泵62及所述增压器20，控制器50用于根据所述检测装置所检测到的水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度及压力来
调节所述电子水泵62的转速、所述PTC加热器63的开启或关闭、及所述增压器20的增压比；
检测装置检测到水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度及压力后，将信号反馈至控制器
50，控制器50可根据检测到的气体温度、湿度及压力值，并查找预设的关系表，即可得出当
前工况下的露点温度，从而进行实时调节，使水冷中冷器30出气口处的气体温度值高于露
点温度，从而可有效防止水冷中冷器30内部发生冷凝。

[0028] 基于上述技术方案，本实施例中提供一种增压发动机系统，其在所述冷却支路60上连接有PTC加热器63；当不启动PTC加热器63时，从散热器61流出的冷却液分别流经电子
水泵62和PTC加热器63后进入水冷中冷器30内，对水冷中冷器30中的气体进行冷却，水冷中
冷器30出来的高温水再次进入散热器61进行冷却形成循环，此时，冷却液只是经过PTC加热
器63，但是PTC加热器63并不对冷却液实施加热；当启动PTC加热器63后，通过PTC加热器63
加热从电子水泵62流出的液体，液体加热后进入水冷中冷器30对其中的气体进行加热，使
水冷中冷器30的出气口处的气体温度上升，进一步防止冷凝；另外，在冬天可能出现的极端
情况下，在启动车辆之前，可同时启动PTC加热器63和电子水泵62，保持运转一段时间后，可
对水冷中冷器30提前进行加热，如果水冷中冷器内部在启动前发生结冰现象，可通过加热
后的冷却液对水冷中冷器30进行融冰操作。

[0029] 本实施例中，通过实时检测水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度及压力值，可精确地检测水冷中冷器30内部的工况，从而精确地确认当前工况下的露点温度，进而可准
确判断水冷中冷器30内是否发生冷凝或者结冰现象；另外，可通过调节电子水泵62转速或
者关闭电子水泵62、及通过开启PTC加热器63以防止冷凝，而不仅仅是单一地从发动机本体
进行调节，优先调节电子水泵62的转速，可避免对发动机性能产生影响，且通过调节电子水
泵62的转速可避免电子水泵62的持续高速运转，提高电子水泵62的使用寿命。

[0030] 本发明的一种优选实施例中，所述增压器20的涡轮21出气口端和所述增压器20的压气机22的进气口端连接有排气再循环支路70，所述排气再循环支路70包括EGR冷却器71
及EGR控制阀72，所述EGR冷却器71的进气口与所述增压器20的涡轮21出气口连通，所述EGR
冷却器71的出气口通过所述EGR控制阀72与所述增压器20的压气机22进气口连通，外界大
气经过空气滤清器10后，和排气再循环支路70引进来的发动机40的燃烧废气回合流入增压
器，所述EGR控制阀72电性连接于所述控制器50。其中，排气再循环系统(Exhaust Gas 
Recirculation,EGR)是内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再
度燃烧，提高废气再循环率会使总的废气流量减少，可减少废气排放中总的污染物输出量。
EGR控制阀72电性连接于控制器50，控制器50可调节EGR率，当EGR率降低时，进入水冷中冷
器30的混合气体中的废气含量降低，由于废气的湿度较从系统进气口吸入的新鲜空气的湿
度大，从而能够降低水冷中冷器30内部气体的湿度，从而进一步防止水冷中冷器30中发生
冷凝现象。

[0031] 本实施例中，具体地，所述排气再循环支路70上还连接有催化器73，所述EGR冷却器71的进气口通过所述催化器73与所述增压器20的涡轮21出气口连通。发动机40的排气口
排出的废气通过催化器73催化反应后，能够将有害气体转化成无害气体排出，减少环境污
染。示例性地，可将所述EGR冷却器72的进气口直接连接所述增压器20的涡轮21出气口，而
催化器73的进气口也连通所述增压器20的涡轮21出气口，催化器73的出气口连通系统出气
口。

[0032] 优选地，本实施例中，所述检测装置为连接于所述水冷中冷器30和所述发动机40之间的温度传感器80、湿度传感器90和压力传感器100，所述温度传感器80、湿度传感器90
和压力传感器100均电性连接于所述控制器50，通过设置在水冷中冷器30排气口处的温度
传感器80、湿度传感器90和压力传感器100可以更直观、准确地检测出水冷中冷器30后的气
体温度、湿度及压力值。示例性地，本实施例中，可将温度传感器80和压力传感器90集成为
温度、压力传感器。

[0033] 示例性地，本实施例中，所述水冷中冷器30的出气口通过进气歧管与发动机40的进气口连通，发动机40的出气口通过排气歧管与增压器20的涡轮21进气口连通。

[0034] 同样的目的，本发明实施例第二方面还提出一种基于上述增压发动机系统的冷凝控制方法，具体参阅附图2和图3所示，在发动机运行过程中，其具体包括以下步骤：

[0035] S1：获取发动机40运行过程的水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度及压力；

[0036] S2：根据检测到的水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度、压力及预设的关系表得到当前工况下的露点温度；

[0037] S3：将所述水冷中冷器30出气口处的气体温度和所述露点温度进行比较；

[0038] S4：当水冷中冷器30出气口处的气体温度与露点温度之间的差值小于预设的阈值时，执行调节动作，所述调节动作包括升高水冷中冷器30内的温度和减小水冷中冷器30的
进气量；而当水冷中冷器30出气口处的气体温度与露点温度之间的差值大于或等于预设的
阈值时，则不进行调节动作，增压发动机系统保持当前状态运行；

[0039] 执行完S4步骤后，返回至步骤S1进行循环。

[0040] 具体地，本实施例中，所述预设的关系表通过实验获得，具体如下表所示：

[0041]温度 湿度 压力 露点温度
a1 b1 c1 f1
a2 b2 c2 f2
… … … …
an bn cn fn

[0042] 当检测到水冷中冷器出气口处的温度、湿度及压力后，通过查找上述预设的关系表即可得到相应的露点温度。

[0043] 由于当水冷中冷器30中的气体温度低于当前工况下的露点温度时，即会发生冷凝甚至结冰的现象；因此，为了防止发生冷凝，提前预设一个阈值，若检测到的水冷中冷器30
出气口处的气体温度与露点温度之间的差值小于所述阈值，则需要执行调节动作。调节方
法主要包括三种：一种为升高水冷中冷器30内的温度；另一种则为减小水冷中冷器30的进
气量，能够进一步防止冷凝；第三种为降低水冷中冷器中气体的废气含量。

[0044] 本实施例中，优先采用升高水冷中冷器30内的温度的调节方法，可尽量减小对发动机运行效率的影响；本实施例中，可采用多种调控方法，不仅可从发动机本体方面进行调
节，还能直接调节水冷中冷器30内的温度，在不影响发动机40的工作性能的前提下，还能有
效防止水冷中冷器30发生冷凝。

[0045] 本实施例中，具体的，在调节过程中，可通过以下几种方法来升高水冷中冷器30内的温度：

[0046] 其一、调节电子水泵62的转速，使电子水泵62维持低速转动，通过实时调节电子水泵62的转速，可最大限度地降低电子水泵62的能耗，避免电子水泵62长时间高速运转，延长
电子水泵62的使用寿命；

[0047] 其二、直接将电子水泵62关闭，切断水冷支路60，使水冷中冷器30中的冷却液停止流动，水冷中冷器30由于无冷却措施，进而能够实现水冷中冷器30出气口处温度上升，直至
水冷中冷器30出气口处的气体温度与露点温度之间的差值大于或者等于设定的阈值，防止
冷凝；

[0048] 其三、当检测到的水冷中冷器30出气口处的气体温度与露点温度之间的差值小于预设的阈值时，或者检测到水冷中冷器30出气口处的气体温度小于露点温度可能已经发生
冷凝或者结冰时，可启动所述PTC加热器63，与此同时只需使所述电子水泵62保持低速转
动，PTC加热器63对水冷支路60上的冷却液进行加热，加热后的高温冷却液进入水冷中冷器
30，对水冷中冷器30中的气体进行加热，从而使水冷中冷器30的出气口处的气体温度上升，
防止冷凝或者进行融冰。

[0049] 本实施例中，在调节过程中，减小水冷中冷器30的进气量则具体通过以下方法实现：减小所述增压器20的增压比，从而减少发动机40的进气量，进而最终减少水冷中冷器30
的进气量，即降低水冷中冷器30内部的压力，能够进一步防止冷凝。

[0050] 当所述增压发动机系统设置有排气再循环支路70时，此时为了防止水冷中冷器30发生冷凝，则还可采用另一种方法调节，即调节所述EGR控制阀72的开度，以降低所述发动
机40的EGR率，减少废气进入增压器20的流量，进而减少水冷中冷器30内部的气体中废气的
含量，由于废气中的蒸汽含量相对于从系统进气口吸入的空气较多，因此减少混合气体中
的废气含量，能够直接降低水冷中冷器30内部气体的湿度，从而有效防止冷凝。

[0051] 具体地，上述的多种调节方法中，为了防止冷凝发生，优先调节电子水泵62的开度，以降低电子水泵62的转速，减少输送至水冷中冷器30的冷却液流量，使水冷中冷器30的
出气口温度上升；若通过调节电子水泵62后仍未能将水冷中冷器30的温度降至一定值，进
一步地，则通过控制器50发出指令，使PTC加热器63切换工作模式，开启PTC加热器63对水冷
支路中的冷却液进行加热，使水冷中冷器30的出气口处温度上升；又进一步地，可通过控制
器50控制电子水泵62关闭，以使电子水泵62停转，实现水冷中冷器30中的冷却液停止流动，
进而提高水冷中冷器30出气口处的温度；若上述多步调节后，水冷中冷器30出气口处的气
体温度与露点温度之间仍小于预设的阈值，最终可调节所述增压器20的增压比，或者通过
调节EGR控制阀72的开度降低发动机40的EGR率，此时的调节仅需牺牲很小部分的发动机40
性能，便能降低冷凝现象的发生。

[0052] 在冬天或者其它等极端环境下，水冷中冷器30内部极可能会出现结冰现象；本实施例中，为了应付这种极端情况，所述冷凝控制方法还包括以下步骤：车辆启动后，在启动
发动机40前，开启所述PTC加热器63和所述电子水泵62，使所述PTC加热器63和所述电子水
泵62运转a秒，其中，a为常数；由于PTC加热器63启动，经过PTC加热器63的冷却液变成高温
冷却液，高温冷却液进入水冷中冷器30后对水冷中冷器30进行加热，实现水冷中冷器30内
部的融冰，从而能够避免在极端环境下水冷中冷器30由于结冰对发动机40运行造成的不利
影响。

[0053] 综上，本发明实施例提供一种增压发动机系统及其冷凝控制方法，在增压发动机系统的水冷中冷器30的出水口及进水口两端连接有水冷支路60，能够对水冷中冷器30中的
气体进行冷却，以保发动机的进气温度，在水冷支路60上连接有PTC加热器63，且通过检测
水冷中冷器30出气口处的气体温度、湿度及压力，并将信号反馈至控制器50后，控制器50可
根据这三个值及预设的关系表得出当前工况下的露点温度，并比较水冷中冷器30出气口处
的气体温度和计算的露点温度，根据比较结果执行调节动作，调节动作包括提高水冷中冷
器30内部的温度和减小水冷中冷器30的进气量，通过多种调节方法能够有效防止冷凝发
生，且能够减少对发动机40的工作效率的影响。

[0054] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换
也应视为本发明的保护范围。