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nox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。
又如专利cn105201683b，提供了一种发动机低品质余热回收装置，包括发动机、废气涡轮增压器、冷却液、换热器、无叶涡轮、发电机、冷凝器、水泵、流量调节阀、冷却液循环管路、控制器、可控风扇、压气机增压器涡轮、控制线路等；无叶涡轮包括涡轮盘、涡轮轴、涡壳、垫片、压紧螺母和支承轴承等。所要解决的技术问题是提供一种发动机低品质余热回收装置，不仅能够实现冷却液余热和废气余热的联合回收和利用，同时以无叶涡轮回收冷却液余热，可以解决现有余热回收装置中涡轮膨胀比小而使废气无法充分膨胀，提高发动机余热回收效率。但是增加了动力涡轮部件的成本，综合效率最优具有一定的开发难度。
又如专利cn108457744a，提供了一种装备机电耦合增压器的发动机余热回收系统，机电耦合增压器、增压器控制器、高压电池、isg和isg控制器串联在同根高压总线上，通过ecu的控制，使得电能通过高压总线，在各部件之间流转，机电耦合增压器包括涡轮增压器和集成在涡轮增压器上的电机，发电机，涡轮增压器包括涡轮机和压气机，涡轮机连接在发动机的排气管上，压气机工作时将新鲜空气压缩后经中冷器送至发动机的进气总管；isg与发动机连接。同样增加了动力涡轮部件的成本，综合效率最优具有一定的开发难度。
又如专利cn212313229u，提供了一种军用车辆能源回收再利用系统，包括车内空间以及与所述车内空间连通的新风能量回收部、发电机能量回收部；所述新风能量回收部包括与所述车内空间连通的排风管、新风管、热回收芯，所述热回收芯内设置有热交换芯道，所述热交换芯道内的两个通风道分别与所述排风管、所述新风管连通；所述发电机能量回收部包括依次连接的加热换热器、水箱、套管换热器，该系统针对发电机能量回收，不涉及发动机的排气能量得到有效的回收。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种具有能量回收装置的系统及控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种具有能量回收装置的系统，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；还包括ecu，所述ecu输出控制端分别连接电动压气机的电机、能量回收装置用电机、电动低压egr泵和电动高压egr泵。
进一步地，所述ecu用于接收油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号，来控制电动压气机的电机转速、电动低压egr泵的电机转速和电动高压egr泵的电机转速。
进一步地，所述ecu用于接收油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号，来控制电动低压egr泵的电机和电动高压egr泵的电机的开启或关闭。
进一步地，所述能量回收装置为动力涡轮或朗肯循环余热回收系统。
进一步地，所述电动压气机通过电机进行驱动。
一种具有能量回收装置的系统的控制方法，包括以下步骤：
空气经由电动压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机本体参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入能量回收装置，一部分废气被能量回收装置转化为电能，另一部分排出。
还包括以下步骤：
ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号。
上述步骤中，当ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map下的egr率时，控制电动压气机的电机转速和电动低压egr泵的电机转速和电动高压egr泵的电机转速。
上述步骤中，当发动机工况对应发动机egr率较低时，控制电动低压egr泵的电机开启，且运行在对应的标定map数据上，电动高压egr泵的电机关闭。
上述步骤中，当发动机工况对应发动机egr率较高时，控制电动低压egr泵的电机关闭，电动高压egr泵的电机开启，且运行在对应的标定map数据上。
主要解决现有常用单独涡轮增压器通常无法兼顾高速工况和低速工况，且大多废气能量无法合理利用的问题，同时解决egr率不足的问题，本发明既可应用于混动系统也可应用于传统发动机系统，利用电动压气机和能量回收装置取代传统发动机的增压器部件，集成了能量回收系统和电动增压系统的优势，不仅能够实现余热回收使发动机的排气能量得到有效的回收，而且能够实现电动增压提高低速响应性和改善整个发动机的进气量，从而改善发动机的动力性和经济性。
本发明的工作原理：大气通过电动压气机压缩进入中冷器，通过中冷器进入发动机进气管道，燃烧后的气体由发动机排气管道排出被能量回收装置回收，能量回收装置可以是动力涡轮或朗肯循环等系统，通过回收废气能量转化为电能传递给电机储存为电能。为了保证发动机具有足够的egr率，增加低压egr管路，从能量回收装置的排气端取气输入到电动压气机前，和高压egr管路，从能量回收装置前端取气输入到中冷器后的发动机进气管，同时在高低压egr管路上装有电动egr泵，以上电能均有混合动力发动机的电池进行充电和放电。
本发明以电动压气机为进气，动力涡轮/朗肯循环等能量回收装置回收排气，同时添加高低压egr管路及egr泵，通过能量回收装置进行发电，不仅供给混合动力发动机/传统发动机，还可以给电动压气机和egr泵供电。
根据混动发动机/传统发动机匹配需求，控制电机的充放电策略，使高压egr泵和低压egr泵既可以各自单独工作也可以联合工作，取决于egr率的需求，同时，电机在不同工况下，为电动压气机和egr泵供电，保证发动机进气量足够，扭矩足够的动力性需求的同时，发动机整机经济性最优。
本发明的有益效果是：本发明既可应用于混动系统也可应用于传统发动机系统，利用传统电动压气机和能量回收装置取代传统发动机的增压器部件，集成了余热回收系统和电动增压系统的优势，不仅能够实现余热回收使发动机的排气能量得到有效的回收，而且能够实现电动增压提高低速响应性和改善整个发动机的进气量，从而改善发动机的动力性和经济性。
本发明可以解决发动机全工况的动态响应慢的问题，尤其低速工况下让客户在起步加速时感受到更快的动态响应性。
本发明摒弃了传统增压器，加入电动压气机和动力涡轮装置不增加部件成本。
本发明匹配全工况的电动压气机，有利于全工况的进气量的提升，可以更大的提高发动机的最大扭矩输出，让客户体验到更好的动力性，也在保证发动机扭矩的同时能有效改善发动机空燃比，从而改善油耗。
本发明全工况使用复合涡轮进行废气能量的回收，回收的电能供给给整车各个电气附件工作，能够很好的改善整车的经济性。
本发明中高低压egr泵不仅减少了egr阀和单向阀的成本，还能够保证足够的egr率，在此情况下优化匹配电动压气机的控制策略，也能进一步改善整车经济性。
本发明egr泵的介入提供足量的egr，有效控制nox排放。
本发明利用能量回收装置给电机充电，同时将电能供应给电动压气机和电动egr泵使用，不仅可以应用于混合动力系统，而且可以适用于传统发动机系统。本发明利用电动压气机和能量回收装置取代了传统的涡轮增压器，将电动压气机的优势和egr泵的优势结合起来，同时利用余热发电的特性，存储电能为压气机和egr泵以及车辆其他附件供电。
附图说明
图1为现有技术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的示意图；
图2为现有技术将动力涡轮吸收的废热能转换为电机的能量储存起来，起到涡轮发电的示意图；
图3为现有技术电动压气机与涡轮增压器的压气机端的布置关系示意图；
图4为现有技术热端egr系统示意图；
图5为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图5所示，本发明一种具有能量回收装置的系统，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；还包括ecu，所述ecu输出控制端分别连接电动压气机的电机、能量回收装置用电机、电动低压egr泵和电动高压egr泵。
所述ecu用于接收油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号，来控制电动压气机的电机转速、电动低压egr泵的电机转速和电动高压egr泵的电机转速。
所述ecu用于接收油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号，来控制电动低压egr泵的电机和电动高压egr泵的电机的开启或关闭。
所述能量回收装置为动力涡轮或朗肯循环余热回收系统。
所述电动压气机通过电机进行驱动。
一种具有能量回收装置的系统的控制方法，包括以下步骤：
空气经由电动压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机本体参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入能量回收装置，一部分废气被能量回收装置转化为电能，另一部分排出。
具体地，大气通过电动压气机压缩进入中冷器，通过中冷器进入发动机进气管道，燃烧后的气体由发动机排气管道排出被能量回收装置回收，能量回收装置可以是动力涡轮或朗肯循环等系统，通过回收废气能量转化为电能传递给电机储存为电能。为了保证发动机具有足够的egr率，增加低压egr管路，从能量回收装置的排气端取气输入到电动压气机前，和高压egr管路，从能量回收装置前端取气输入到中冷器后的发动机进气管，同时在高低压egr管路上装有电动egr泵，以上电能均有混合动力发动机的电池进行充电和放电。
还包括以下步骤：
ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号。
上述步骤中，当ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map下的egr率时，控制电动压气机的电机转速和电动低压egr泵的电机转速和电动高压egr泵的电机转速。
上述步骤中，当发动机工况对应发动机egr率较低时，控制电动低压egr泵的电机开启，且运行在对应的标定map数据上，电动高压egr泵的电机关闭。
上述步骤中，当发动机工况对应发动机egr率较高时，控制电动低压egr泵的电机关闭，电动高压egr泵的电机开启，且运行在对应的标定map数据上。
所述电动压气机通过电动机进行驱动，可以满足低速到高速全工况的增压器驱动，且可以精准电控压气机的功率，实现进气量的精准控制。可以解决发动机低速扭矩不足的问题，让客户在低速爬坡路况时感受到发动机动力充足。
本发明可以解决发动机全工况的动态响应慢的问题，尤其低速工况下让客户在起步加速时感受到更快的动态响应性。
本发明摒弃了传统增压器，加入电动压气机和动力涡轮装置不增加部件成本。
本发明匹配全工况的电动压气机，有利于全工况的进气量的提升，可以更大的提高发动机的最大扭矩输出，让客户体验到更好的动力性，也在保证发动机扭矩的同时能有效改善发动机空燃比，从而改善油耗。
本发明全工况使用复合涡轮进行废气能量的回收，回收的电能供给给整车各个电气附件工作，能够很好的改善整车的经济性。
本发明中高低压egr泵不仅减少了egr阀和单向阀的成本，还能够保证足够的egr率，在此情况下优化匹配电动压气机的控制策略，也能进一步改善整车经济性。
本发明egr泵的介入提供足量的egr，有效控制nox排放。
本发明利用能量回收装置给电机充电，同时将电能供应给电动压气机和电动egr泵使用，不仅可以应用于混合动力系统，而且可以适用于传统发动机系统。本发明利用电动压气机和能量回收装置取代了传统的涡轮增压器，将电动压气机的优势和egr泵的优势结合起来，同时利用余热发电的特性，存储电能为压气机和egr泵以及车辆其他附件供电。
应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
1.一种具有能量回收装置的系统，其特征在于：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；还包括ecu，所述ecu输出控制端分别连接电动压气机的电机、能量回收装置用电机、电动低压egr泵和电动高压egr泵。
2.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的系统，其特征在于：所述ecu用于接收油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号，来控制电动压气机的电机转速、电动低压egr泵的电机转速和电动高压egr泵的电机转速。
3.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的系统，其特征在于：所述ecu用于接收油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号，来控制电动低压egr泵的电机和电动高压egr泵的电机的开启或关闭。
4.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的系统，其特征在于：所述能量回收装置为动力涡轮或朗肯循环余热回收系统。
5.根据权利要求1所述的一种具有能量回收装置的系统，其特征在于：所述电动压气机通过电机进行驱动。
6.基于权利要求1-5中任一项所述的一种具有能量回收装置的系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
空气经由电动压气机和中冷器增压冷却后通过发动机进气管进入发动机本体参与燃烧压缩、做功，然后废气经发动机排气岐管，再进入能量回收装置，一部分废气被能量回收装置转化为电能，另一部分排出。
7.根据权利要求6所述的一种具有能量回收装置的系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
ecu实时获取由油门踏板位置传感器、发动机转速传感器、进气流量传感器、低压egr流量传感器、高压egr流量传感器和能量回收装置用电机转速传感器输出的油门踏板位置信号、发动机转速信号、电动压气机的电机转速信号、电动低压egr泵的电机转速信号、电动高压egr泵的电机转速信号和能量回收装置用电机转速信号。
8.根据权利要求7所述的一种具有能量回收装置的系统的控制方法，其特征在于：上述步骤中，当ecu根据油门踏板位置信号和发动机转速信号确定发动机的工况和发动机对应map下的egr率时，控制电动压气机的电机转速和电动低压egr泵的电机转速和电动高压egr泵的电机转速。
9.根据权利要求7所述的一种具有能量回收装置的系统的控制方法，其特征在于：上述步骤中，当发动机工况对应发动机egr率较低时，控制电动低压egr泵的电机开启，且运行在对应的标定map数据上，电动高压egr泵的电机关闭。
10.根据权利要求7所述的一种具有能量回收装置的系统的控制方法，其特征在于：上述步骤中，当发动机工况对应发动机egr率较高时，控制电动低压egr泵的电机关闭，电动高压egr泵的电机开启，且运行在对应的标定map数据上。
技术总结