用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣道冷凝物管理的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在連接至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣氣道(air path)和/或排氣氣道的充氣空氣冷卻器中自然形成并且收集的冷凝物中污染的探測(cè)，從而響應(yīng)于該探測(cè)采取措施。
【【背景技術(shù)】】
[0002]增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)普遍使用，其中通過(guò)由設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的渦輪或發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮器壓縮空氣。壓縮會(huì)增加空氣溫度。所以，通常在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣之前引導(dǎo)壓縮空氣通過(guò)通常稱(chēng)為充氣冷卻器(CAC)的熱交換器。在高環(huán)境空氣濕度狀況下熱交換器中會(huì)形成冷凝物。在一些現(xiàn)有技術(shù)中總是將冷凝物引導(dǎo)進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣而在其它現(xiàn)有技術(shù)中總是將冷凝物弓I導(dǎo)進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。
[0003]發(fā)明人在此已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，不管發(fā)動(dòng)機(jī)工況并且不管冷凝物中是否存在污染，總是將冷凝物引導(dǎo)至排氣或進(jìn)氣會(huì)導(dǎo)致不希望的發(fā)動(dòng)機(jī)或催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，總是將冷凝物引導(dǎo)至進(jìn)氣可能導(dǎo)致粗糙的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。而且在低或中等發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)總是將冷凝物引導(dǎo)至催化劑上游的排氣可能導(dǎo)致不希望的催化劑冷卻。此外，如果冷凝物中存在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油而將冷凝物引導(dǎo)至催化劑可能導(dǎo)致不希望的催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，從排放或效率的觀點(diǎn)來(lái)看，通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油拋棄進(jìn)催化劑下游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣來(lái)去除發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油是不希望的。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]發(fā)明人在此通過(guò)一種方法解決這些問(wèn)題，在一個(gè)示例該方法包含:引導(dǎo)空氣通過(guò)熱交換器并進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室；在熱交換器中形成冷凝物；以及基于探測(cè)的冷凝物中的污染類(lèi)型和發(fā)動(dòng)機(jī)或催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)兩者將冷凝物引導(dǎo)至燃燒室或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的位置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，CAC可以集成有設(shè)計(jì)成開(kāi)口罐(inlet tank)的特定幾何形狀以從氣道分離冷凝物，并且基于存在的污染類(lèi)型而進(jìn)一步將冷凝物引導(dǎo)至燃燒室或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的位置。在一個(gè)特定方面，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)且污染中不存在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油時(shí)，將冷凝物引導(dǎo)進(jìn)催化劑上游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣以冷卻催化劑。在另一個(gè)示例中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)且污染中存在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油時(shí)，將冷凝物引導(dǎo)進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室以燃燒機(jī)油而不污染催化劑。在又一個(gè)示例中，當(dāng)冷凝物中有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)功率以允許駕駛員駕駛到安全的地方而不損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]單獨(dú)或結(jié)合附圖閱讀下面的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)以及特征將變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)理解，提供上文的概述用于以簡(jiǎn)化形式引入一系列原理，其將在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步進(jìn)行描述。這并不意味著識(shí)別所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或?qū)嵸|(zhì)特征，所要求保護(hù)的主題的范圍唯一地由權(quán)利要求書(shū)確定。此外，所要求保護(hù)的主題并不局限于解決上文或本說(shuō)明書(shū)中任意部分所提到的缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【【附圖說(shuō)明】】
[0006]單獨(dú)或結(jié)合附圖閱讀示例實(shí)施例(此處指具體實(shí)施例)，可以更完全理解本說(shuō)明書(shū)描述的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]圖1是包括充氣冷卻器的示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0008]圖2是顯示圖1中示例冷凝物路徑的示意圖；
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明的包括熱交換器和儲(chǔ)存器的示例雙進(jìn)氣系統(tǒng)；
[0010]圖4更詳細(xì)地顯示示例儲(chǔ)存器和計(jì)量閥；
[0011]圖5是響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工況而在運(yùn)轉(zhuǎn)模式之間切換以調(diào)節(jié)引導(dǎo)冷凝物的位置的示例方法的流程圖；
[0012]圖6是說(shuō)明用于將冷凝物引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的示例方法的第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式的流程圖；
[0013]圖7是說(shuō)明用于將冷凝物引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的示例方法的第二和第三運(yùn)轉(zhuǎn)模式的流程圖；
[0014]圖8是顯示基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的示例閥門(mén)調(diào)節(jié)的圖；
[0015]圖9-12顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的示例冷凝物管理系統(tǒng)，其中包括用于輔助引導(dǎo)冷凝物的蓄壓器；
[0016]圖13說(shuō)明使用蓄壓器引導(dǎo)冷凝物的示例方法；
[0017]圖14說(shuō)明使用壓縮氣體填充蓄壓器的示例方法；
[0018]圖15和16顯示了冷凝物管理系統(tǒng)的第三實(shí)施例，其中在進(jìn)氣歧管內(nèi)收集冷凝物。
[0019]盡管可以使用其它的相對(duì)尺寸和定位，近似成比例地繪制圖3、4、9_12以及15-16。
【【具體實(shí)施方式】】
[0020]下文的描述涉及用于處理充氣冷卻器(CAC)中的冷凝物的系統(tǒng)和方法，包括調(diào)節(jié)在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(比如圖1中的系統(tǒng))內(nèi)引導(dǎo)冷凝物的位置。其中，可以調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)閥門(mén)以控制引導(dǎo)冷凝物的位置，比如圖2中顯示的示例路徑。在圖3和4顯示的一個(gè)特定實(shí)施例中，雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)配置用于基于冷凝物中存在的污染類(lèi)型和發(fā)動(dòng)機(jī)或催化劑的其它運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)而將冷凝物輸送至不同位置。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)工況可以包括催化劑或發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和CAC內(nèi)的冷凝物形成，可以使用圖5中說(shuō)明的方法確定該冷凝物形成。圖6和7中顯示了用于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式之間切換以調(diào)節(jié)輸送路徑的示例方法。隨后，圖8顯示了說(shuō)明示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中閥門(mén)調(diào)節(jié)的示例圖。圖9-12顯示了冷凝物管理系統(tǒng)的第二實(shí)施例，該管理系統(tǒng)具有存儲(chǔ)并使用壓縮氣體輔助冷凝物的引導(dǎo)和移動(dòng)的蓄壓器，而圖13和14顯示了用于運(yùn)轉(zhuǎn)具有蓄壓器的冷凝物管理系統(tǒng)的示例方法。此外，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的最低點(diǎn)可能位于充氣空氣冷卻器之外的位置，圖15和16顯示了第三實(shí)施例，其中在進(jìn)氣歧管中收集冷凝物，該進(jìn)氣歧管包含進(jìn)氣系統(tǒng)(AIS)中的最低點(diǎn)。
[0021]現(xiàn)在參考圖1，包含多個(gè)汽缸(圖1中顯示其一個(gè)汽缸)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10通過(guò)電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12控制。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括燃燒室(汽缸)30和活塞36位于其中并連接至曲軸40的汽缸壁32。燃燒室30顯示為可經(jīng)由各自的進(jìn)氣門(mén)52和排氣門(mén)54通過(guò)進(jìn)氣流道(未顯示)與進(jìn)氣歧管47連通并與排氣歧管48連通?？梢酝ㄟ^(guò)進(jìn)氣凸輪51和排氣凸輪53運(yùn)轉(zhuǎn)每個(gè)進(jìn)氣和排氣門(mén)?？梢越?jīng)由凸輪相位器58調(diào)節(jié)相對(duì)于曲軸位置的排氣門(mén)54的打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí)?？梢越?jīng)由凸輪相位器59調(diào)節(jié)相對(duì)于曲軸位置的進(jìn)氣門(mén)52的打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí)。可以通過(guò)進(jìn)氣凸輪傳感器55確定進(jìn)氣凸輪51的位置?？梢酝ㄟ^(guò)排氣凸輪傳感器57確定排氣凸輪53的位置。這樣，控制器12可以通過(guò)相位器58和59控制凸輪正時(shí)。可以根據(jù)多個(gè)因素(比如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM))提前或延遲可變凸輪正時(shí)(VCT)。
[0022]燃料噴射器66顯示為設(shè)置以直接將燃料噴射到燃燒室30內(nèi)，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員稱(chēng)之為直接噴射?？商娲?，可以將燃料噴射至進(jìn)氣道，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員稱(chēng)之為進(jìn)氣道噴射。燃料噴射器66與來(lái)自控制器12的信號(hào)(FPW)的脈沖寬度成比例地傳輸流體燃料。燃料通過(guò)燃料系統(tǒng)(未顯示)輸送至燃料噴射器66，該燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵和燃料導(dǎo)軌(未顯示)。響應(yīng)于控制器，從致動(dòng)器68向燃料噴射器66提供工作電流。在一個(gè)示例中，使用高壓、雙級(jí)燃料系統(tǒng)產(chǎn)生高燃料壓力。此外，進(jìn)氣歧管47顯示為與調(diào)節(jié)節(jié)流板64的位置以控制來(lái)自節(jié)氣門(mén)體入口管46的空氣流的可選的電子節(jié)氣門(mén)62連通。壓縮器162從進(jìn)氣42汲取空氣以提供至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)。進(jìn)氣42可以是從一個(gè)或多個(gè)管道(圖1中未顯示)汲取空氣的進(jìn)氣系統(tǒng)的一部分。該一個(gè)或多個(gè)管道可以分別從車(chē)輛的外部或車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)罩的下面汲取較冷或較暖的空氣。進(jìn)氣閥(圖1中未顯示)隨后可以控制從其將進(jìn)氣吸入進(jìn)氣系統(tǒng)的位置。進(jìn)氣可以從進(jìn)氣閥的下游傳輸至進(jìn)氣42、壓縮器輸出管44、CAC166、節(jié)氣門(mén)體入口管46、進(jìn)氣歧管47以及將空氣傳輸至每個(gè)燃燒室的包含進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣流道30。
[0023]排氣旋轉(zhuǎn)禍輪164連接至相應(yīng)壓縮剩余的節(jié)氣門(mén)前的(pre-throttle)空氣路徑容量的壓縮器162?？梢蕴峁┒喾N設(shè)置來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮器。對(duì)于機(jī)械增壓器，可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電機(jī)至少部分地驅(qū)動(dòng)壓縮器162并且可以不包括渦輪。從而，可以通過(guò)控制器12改變經(jīng)由渦輪增壓器或機(jī)械增壓器提供至一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的壓縮量。當(dāng)渦輪增壓器廢氣門(mén)171處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)渦輪增壓器廢氣門(mén)171是允許排氣經(jīng)由旁通通道173旁通渦輪164的閥門(mén)。當(dāng)廢氣門(mén)171處于完全關(guān)閉位置時(shí)基本上所有排氣通過(guò)渦輪164。
[0024]此外，在所公開(kāi)的實(shí)施例中，排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)可以經(jīng)由EGR通道140將希望部分的排氣從排氣歧管48引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管47或沿進(jìn)氣系統(tǒng)的另一個(gè)位置?？梢酝ㄟ^(guò)控制器12經(jīng)由EGR閥172改變提供至進(jìn)氣歧管47的EGR量。在一些狀況下，EGR系統(tǒng)可以用于調(diào)整燃燒室內(nèi)空氣和燃料混合物的溫度。圖1顯示將EGR從渦輪增壓器的渦輪的上游引導(dǎo)至渦輪增壓器的壓縮器下游的高壓EGR系統(tǒng)。在其它實(shí)施例中，額外地或可替代地發(fā)動(dòng)機(jī)包括將EGR從渦輪增壓器的渦輪的下游引導(dǎo)至渦輪增壓器的壓縮器的上游的低壓EGR系統(tǒng)。如下文更加詳細(xì)描述的，當(dāng)可運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，特別是當(dāng)通過(guò)充氣空氣冷卻器冷卻壓縮空氣時(shí)，EGR系統(tǒng)可能從壓縮空氣汲取形成的冷凝物。特別地，由于EGR是燃燒副產(chǎn)物，EGR包含較大量的水分。由于EGR的溫度相對(duì)較高并且包含較大量的水分，露點(diǎn)溫度也可能相對(duì)較高。所以，從EGR形成的冷凝物可能遠(yuǎn)高于壓縮空氣降低至露點(diǎn)溫度形成的冷凝物。
[0025]吸氣系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)充氣空氣冷卻器(CAC) 166 (例如中冷器)以減小禍輪增壓或機(jī)械增壓的進(jìn)氣的溫度。在一些實(shí)施例中，CAC166可以是空氣對(duì)空氣式熱交換器，而在其它實(shí)施例中CAC166可以是空氣對(duì)流體式熱交換器。CAC166可以包括響應(yīng)于充電空氣冷卻器內(nèi)的冷凝物形成而選擇性地調(diào)整流動(dòng)通過(guò)充氣空氣冷卻器166的進(jìn)氣或流體冷卻劑的流動(dòng)速度的閥門(mén)。來(lái)自壓縮器162的熱充氣空氣進(jìn)入CAC166的入口、隨著它流動(dòng)通過(guò)CAC而冷卻并且隨后流出以通過(guò)節(jié)氣門(mén)62并進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管47。為了輔助冷卻充氣空氣，來(lái)自車(chē)輛外部的環(huán)境空氣流可以通過(guò)車(chē)輛前端并通過(guò)CAC進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)10。響應(yīng)于降低的環(huán)境空氣溫度、高濕度或雨天狀況在充氣空氣冷卻至水的露點(diǎn)以下時(shí)，冷凝物可能在CAC中進(jìn)一步形成并積聚?？梢栽贑AC166的底部收集冷凝物，隨后在加速事件期間基于感應(yīng)的冷凝物的污染類(lèi)型以及發(fā)動(dòng)機(jī)或催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)在多個(gè)位置將該冷凝物再引導(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
[0026]如下文更詳細(xì)描述的，開(kāi)口罐總成202位于CAC166底部的收集冷凝物的最低點(diǎn)。開(kāi)口罐總成202連接至通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(例如控制器12)控制的第一引導(dǎo)閥210，并且可以基于來(lái)自位于開(kāi)口罐的底殼(sump)部分監(jiān)視開(kāi)口罐中的冷凝物和/或污染水平的傳感器的反饋而啟用第一引導(dǎo)閥。關(guān)于開(kāi)口罐的底殼部分的定位，在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口罐的底殼部分可以略微地位于平行于地面的與CAC開(kāi)口罐管道的最低點(diǎn)相切的平面的下面。所以，冷凝物可以流動(dòng)通過(guò)連接至發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)管道，其中冷凝物進(jìn)入設(shè)計(jì)成在噴射進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)之前霧化冷凝物的孔。特別地，描述的方法包括基于探測(cè)的冷凝物中的污染以及發(fā)動(dòng)機(jī)或催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)而引導(dǎo)冷凝物至進(jìn)氣系統(tǒng)或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的位置。例如，在車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間，該引導(dǎo)可以包括根據(jù)車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間感應(yīng)的和/或估算的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)將冷凝物引導(dǎo)至進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的位置中的每者。此外，可以不同時(shí)發(fā)生描述的至多個(gè)位置的引導(dǎo)，或者在一些實(shí)例中可以同時(shí)發(fā)生。此外，可以將排出管道路徑設(shè)置成與現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)罩下的熱源平行、鄰近和/或否則在它附近布置以經(jīng)由熱交換加熱流體媒介以預(yù)霧化流體媒介。相反，可以在沿引導(dǎo)路徑存在的冷卻源附近布置排出管道引導(dǎo)以在進(jìn)入任何噴射點(diǎn)位置之前提供額外的冷卻。例如，可以在第一運(yùn)轉(zhuǎn)模式中將冷凝物引導(dǎo)至沿發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的第一位置，在第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式中引導(dǎo)至沿發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的第二位置，而在第三運(yùn)轉(zhuǎn)模式中引導(dǎo)至沿發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的第三位置，第一、第二和第三運(yùn)轉(zhuǎn)模式都在車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間并且都發(fā)生在非重疊期間。
[0027]通過(guò)控制CAC兩邊的溫度(例如