專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及關(guān)聯(lián)于具有設(shè)計(jì)用于減少污染的排氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)使用 的排氣再循環(huán)冷卻器的技術(shù)，更具體地，涉及控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積 的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間產(chǎn)生各種污染物?？偟膩?lái)說(shuō)，多數(shù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò) 在有空氣的情況下燃燒碳?xì)浠衔锶剂袭a(chǎn)生動(dòng)力，空氣為混合物，其包括主要成分氮 和氧以及其他微量組分。在燃燒期間產(chǎn)生幾種排氣組分。 一些組分，如水，被認(rèn)為是 基本上無(wú)害的。而需要調(diào)節(jié)其他組分，如氮氧化物(N0X)且必須控制此類(lèi)污染物的 產(chǎn)生。為了減少氮氧化物的產(chǎn)生，通常提供排氣再循環(huán)系統(tǒng)，下文中稱(chēng)為EGR系統(tǒng)。 在EGR系統(tǒng)中，來(lái)自?xún)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的一部分沿路徑再循環(huán)回到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系 統(tǒng)。排氣的再循環(huán)通?？蓽p少可用于燃燒的氧的相對(duì)量從而降低燃燒期間發(fā)動(dòng)機(jī)中的 火焰溫度。較低的火焰溫度可極大地減少氮氧化物的產(chǎn)生。降低燃燒溫度的另一種方 法是降低再循環(huán)排氣的溫度。通常，冷卻器設(shè)置在再循環(huán)路徑中并使再循環(huán)排氣以降 低的溫度進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，從而進(jìn)一步降低燃燒的溫度。事實(shí)上，為了符合有關(guān)排放水平 的特定法律準(zhǔn)則，必須將排氣冷卻到一定程度。
EGR系統(tǒng)應(yīng)用在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中已達(dá)至少30年并且這樣的使用很普遍。在柴油發(fā) 動(dòng)機(jī)中使用EGR系統(tǒng)是較新的做法。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)容許比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)大的EGR流量，因 此柴油EGR系統(tǒng)中的EGR冷卻很重要。這樣的系統(tǒng)中的冷卻器通常具有較大的傳熱面 以有助于將熱量從再循環(huán)排氣傳遞到冷卻劑。通常，冷卻劑被引至傳熱面背后以允許 熱量容易地從再循環(huán)排氣傳遞到冷卻劑。遺憾的是，在EGR系統(tǒng)運(yùn)行期間，碳煙和其 他污染物的各種沉積物會(huì)積累在冷卻器中的傳熱面上以及EGR系統(tǒng)的其他管道部分
上。少至運(yùn)行ioo小時(shí)就累積起碳煙層并顯著降低冷卻器從再循環(huán)排氣傳熱的能力。
更具體地，碳煙和其他污染物的層極大地降低了冷卻器的效率，從而導(dǎo)致到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣系統(tǒng)的再循環(huán)排氣相對(duì)較熱并在滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)降低了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的能力。 這樣的問(wèn)題對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特別迫切。
針對(duì)該問(wèn)題的一種方法是使用大型冷卻器。然而，大型冷卻器的使用由于高成本 和大尺寸而被認(rèn)為是不期望的。也有其他方法針對(duì)于減少沉積物的量。例如，中村 (Nakamura)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2007/0131207號(hào)教導(dǎo)了基于感測(cè)到的入口溫度調(diào) 節(jié)通過(guò)冷卻器的冷卻劑流量來(lái)減少沉積物。遺憾的是，這樣的系統(tǒng)所基于的原則是升高再循環(huán)的氣體的溫度。因此該系統(tǒng)是不理想的，因?yàn)榕c降低再循環(huán)排氣的溫度以降 低燃燒溫度并減少氮氧化物產(chǎn)生的概念直接矛盾。
基于上述，在現(xiàn)有技術(shù)中需要一種設(shè)計(jì)為控制EGR冷卻器中的污染物的累積同時(shí) 避免上述缺點(diǎn)的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的包括提供用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)，以克 服現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)使用高成本大尺寸的大型冷卻器以及使再循環(huán)氣體的溫度升高 的缺點(diǎn)。
本發(fā)明涉及安裝在車(chē)輛中的用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)。 總體上，該車(chē)輛包括支承發(fā)動(dòng)機(jī)的框架，發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器和車(chē)輪可操作地連接以便驅(qū) 動(dòng)車(chē)輪并移動(dòng)車(chē)輛。該系統(tǒng)包括連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成的第一導(dǎo)管；連接到發(fā)動(dòng)機(jī) 的進(jìn)氣總成的第二導(dǎo)管。該系統(tǒng)還包括具有殼體的冷卻器，該殼體界定出與第一導(dǎo)管 連通的第一氣體入口以及與第二導(dǎo)管連通的第一氣體出口 ，第一氣體出口由第一氣體 冷卻通道連接到第一氣體入口以便允許排氣沿氣體再循環(huán)路徑從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成
再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成。該冷卻器還包括第一冷卻劑入口和第一冷卻劑出口，第 一冷卻劑出口由第一冷卻劑通道連接到第一冷卻劑入口以允許冷卻劑流過(guò)冷卻器。第 一冷卻劑通道的位置適合于允許熱量從排氣傳遞到冷卻劑從而冷卻排氣。該系統(tǒng)還包 括位于氣體再循環(huán)路徑中的閥和傳感器，所述閥用于控制冷卻器中的排氣的流率，安 裝的傳感器用于測(cè)量氣體循環(huán)路徑中的排氣的參數(shù)。該系統(tǒng)還包括控制器，所述控制 器從傳感器接收參數(shù)信號(hào)并連接到該閥。更具體地，控制器以確保冷卻器中的排氣以 湍流狀態(tài)流動(dòng)以便去除冷卻器中的沉積物的方式調(diào)節(jié)該閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。
可選地，提供具有殼體的附加冷卻器，該殼體界定出與第一導(dǎo)管連通的第二氣體 入口及與第二導(dǎo)管連通并由第二氣體冷卻通道連接到第二氣體入口的第二氣體出口。
另外，所述附加冷卻器還具有第二冷卻劑入口和第二冷卻劑出口，第二冷卻劑出口由 第二冷卻劑通道連接到第二冷卻劑入口以允許冷卻劑流過(guò)附加冷卻器。第二冷卻劑通 道的位置適合于允許熱量從排氣傳遞到冷卻劑從而冷卻排氣。提供主閥用于控制通過(guò) 再循環(huán)路徑的總體流率并提供附加閥用于控制通過(guò)附加冷卻器的氣體的流率。這些閥 位于進(jìn)氣總成和冷卻器之間或排氣總成和冷卻器之間。
本發(fā)明還涉及控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的方法。將再循環(huán)排氣流從 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成引導(dǎo)回到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成以便減少排氣中的污染物的量。控制模 塊確定冷卻器中的排氣的流率并接收排氣的各種參數(shù)的測(cè)量值。最后，控制模塊確保 冷卻器中的排氣流是湍流以便去除冷卻器中的沉積物。優(yōu)選地，使用多個(gè)冷卻器且控 制模塊引導(dǎo)排氣流通過(guò)多個(gè)冷卻器。可選地，控制模塊確定與通過(guò)冷卻器的氣體流關(guān) 聯(lián)的雷諾數(shù)(Reynolds number)并確保該雷諾數(shù)保持在與湍流關(guān)聯(lián)的范圍內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括有效控制EGR冷卻器中的污染物的累積而不必使用大型冷卻 器或升高再循環(huán)氣體的溫度。
結(jié)合附圖閱讀下文中對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn) 將變得顯而易見(jiàn)，在附圖中，多個(gè)視圖中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部分。


圖1是結(jié)合有實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng) 的車(chē)輛的示意圖2是以簡(jiǎn)單的形式示出包含位于較熱一側(cè)的控制閥的圖1所示系統(tǒng)的示意圖3是以簡(jiǎn)單的形式示出包含位于較冷一側(cè)的控制閥的圖1所示系統(tǒng)的示意圖4是圖1所示冷卻器中的一個(gè)的示意圖5是圖4所示冷卻器沿線V-V截取得到的截面圖6是示出操作圖1所示系統(tǒng)的方法的流程圖；及
圖7是示出由控制模塊用于控制冷卻器的示例控制邏輯的流程圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1,示出結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建的用于控制排氣再循環(huán) 冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)20的車(chē)輛10的示意圖。如圖1所示，包含多個(gè)汽缸 26的發(fā)動(dòng)機(jī)25安裝在車(chē)輛10中。優(yōu)選地，發(fā)動(dòng)機(jī)25是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)輛10是卡 車(chē)。然而，車(chē)輛10可以是任何類(lèi)型的車(chē)輛，該系統(tǒng)可以與使用污染控制裝置，包括 排氣再循環(huán)冷卻器的其他燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)一同工作。如圖l所示，提供散熱器30以冷卻 發(fā)動(dòng)機(jī)25。另外，車(chē)輛10包括框架32,該框架支承各種部件，如用于通過(guò)包含變速 器和傳動(dòng)軸(未單獨(dú)標(biāo)示)的動(dòng)力系統(tǒng)38驅(qū)動(dòng)車(chē)輪36的發(fā)動(dòng)機(jī)25。
如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)25具有進(jìn)氣總成39和排氣總成40。發(fā)動(dòng)機(jī)25連接到燃料 源41和用于增加如箭頭45所示進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)25的進(jìn)氣流量的增壓器42，如渦輪增壓 器44。更具體地，空氣通過(guò)空氣盒(airbox) 47進(jìn)入系統(tǒng)20并通過(guò)通道50流入渦 輪增壓器44?？諝赓|(zhì)量流量單元52安裝在通道50中并包括用于測(cè)量傳送到渦輪增 壓器44的空氣的量的傳感器55。傳感器55連接到電子控制模塊57。傳感器55能夠 向電子控制模塊57提供如箭頭60所示表示傳送到渦輪增壓器44的空氣的量的信號(hào)。 另外，空氣質(zhì)量流量單元52包括從電子控制單元57接收信號(hào)并用于控制流過(guò)其中的 空氣的量的閥62。
以現(xiàn)有技術(shù)中公知的方式，渦輪增壓器44壓縮從空氣盒47接收的空氣并提供流 過(guò)充氣冷卻器65的空氣充氣。充氣冷卻器65冷卻充氣并傳送進(jìn)氣到歧管67以分配 給汽缸26。發(fā)動(dòng)機(jī)25接收用于燃燒的充氣和燃料兩者，從而產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛10 的動(dòng)力并在排氣68中從車(chē)輛IO排出燃燒產(chǎn)物。繼續(xù)參考圖2,系統(tǒng)"如圖所示將發(fā)動(dòng)機(jī)25產(chǎn)生的排氣68中由箭頭70表示的 轉(zhuǎn)向排氣流(diverted exhaust flow),即再循環(huán)排氣(EGR )流，通過(guò)第一導(dǎo)管 n傳送到冷卻系統(tǒng)72，然后通過(guò)第二導(dǎo)管77向進(jìn)氣歧管67提供轉(zhuǎn)向排氣流70中冷 卻的部分"，從而完成從排氣總成40到進(jìn)氣總成39的氣體再循環(huán)路徑69。更具體 地，系統(tǒng)20包括連接到排氣總成40的第一導(dǎo)管71。首先，導(dǎo)管71優(yōu)選地配備有分 別用于測(cè)量排氣背壓和排氣溫度的排氣背壓傳感器82和排氣溫度傳感器85。傳感器 82和85通過(guò)導(dǎo)線87和88或其他已知類(lèi)型的通信通道連接到電子控制模塊57,從而 能夠向電子控制模塊57提供表示排氣背壓和排氣溫度的信號(hào)?？蛇x地，主控制閥90 位于第一導(dǎo)管71中并設(shè)置為限制流過(guò)其中的轉(zhuǎn)向排氣流70的量。主閥90還由導(dǎo)線 91或其他類(lèi)型的通信通道連接到電子控制模塊57,以使控制模塊57可以控制轉(zhuǎn)向排 氣流70中的排氣的量。第一導(dǎo)管71在接頭92處中止，該接頭使轉(zhuǎn)向排氣流70分流 到兩個(gè)或多個(gè)路徑，每個(gè)路徑通向相應(yīng)的排氣冷卻器22、 97或98。
如圖2所示，提供三個(gè)冷卻器22、 97和98,第一冷卻器22連接到第一路徑100, 第二冷卻器或附加冷卻器97連接到第二路徑101,第三冷卻器98連接到第三路徑 102。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明可以用不同數(shù)量的冷卻器工作。第一冷卻器或主冷卻器 22冷卻轉(zhuǎn)向排氣流70的第一部分。第一 EGR閥105位于第一路徑100和第一冷卻器 22之間。第一 EGR閥105還通過(guò)通信路徑110與電子控制模塊57通信，以使電子控 制模塊57可以控制流過(guò)其中的轉(zhuǎn)向排氣的量。第一冷卻劑輸送管112如箭頭113所 示從散熱器30向第一冷卻器22提供冷卻劑，回流管115引導(dǎo)冷卻劑113回到散熱器 30以使冷卻劑在再循環(huán)路徑中流動(dòng)。冷卻劑113由第一冷卻器22用于冷卻轉(zhuǎn)向排氣 70。
以類(lèi)似的方式，第二 EGR閥120定位在第二路徑101和第二冷卻器97之間，第 三EGR閥125定位在第三路徑102和第三冷卻器98之間。第二 EGR閥120和第三EGR 閥125中的每個(gè)也連接到電子控制模塊57。以此方式，控制模塊57可以單獨(dú)地控制 轉(zhuǎn)向排氣70通過(guò)每個(gè)冷卻器22、 97和98的流率和量。事實(shí)上，如果不存在主閥90, 則控制模塊57可以使用閥105、 120、 125來(lái)控制通過(guò)控制器22、 97、 98的轉(zhuǎn)向排氣 流70的總量。類(lèi)似地，第二冷卻器97和第三冷卻器98各自具有相應(yīng)的第二冷卻劑 輸送管130和第三冷卻劑輸送管131以及連接到散熱器30用于提供再循環(huán)冷卻劑路 徑的相應(yīng)的第二冷卻劑回流管133和第三冷卻劑回流管134,以使第二冷卻器97和 第三冷卻器98可以使用冷卻劑113來(lái)冷卻流過(guò)其中的第二轉(zhuǎn)向排氣和第三轉(zhuǎn)向排氣 的量。在此，應(yīng)理解電子控制模塊57不必專(zhuān)用于排氣系統(tǒng)，而是優(yōu)選地可以是車(chē)輛 10的主電子控制單元以便控制各種發(fā)動(dòng)機(jī)功能、變速器功能和其他功能。此外，雖 然公開(kāi)了傳感器的優(yōu)選設(shè)置，但可以結(jié)合電子控制模塊57使用不同的傳感器以間接 地得出期望的測(cè)量值。三個(gè)冷卻器作為示例示出且該實(shí)施例并非限制性的。在替代實(shí) 施例中，可以使用兩個(gè)冷卻器。在圖2所示的實(shí)施例中，EGR閩90、 105、 120和125如圖2所示位于EGR冷卻 器22、 97和98的上游?？傮w上，流過(guò)EGR閥90、 105、 120和125的轉(zhuǎn)向排氣相對(duì) 較熱。該設(shè)置具有EGR閥90、 105、 120和125周?chē)某恋砦锢鄯e相對(duì)較少的優(yōu)點(diǎn)。 然而，EGR閥90、 105、 l20和I"必須設(shè)計(jì)為可在相對(duì)熱的環(huán)境中工作。在圖3所 示的替代實(shí)施例中，相應(yīng)的EGR閥90' 、 105' 、 120，和125，位于EGR冷卻器22、 97和98的下游。在該情況下，第一EGR閥105'、第二EGR閥120'和第三EGR閥 I25'位于相應(yīng)的第一冷卻器22、第二冷卻器97和第三冷卻器98與通向第二導(dǎo)管77 的相應(yīng)的第一返回路徑"0、第二返回路徑141和第三返回路徑142之間。該替代實(shí) 施例具有允許主閥90，和第一EGR閥105'、第二EGR閩120'和第三EGR閥125， 在溫度相對(duì)低的條件下工作的優(yōu)點(diǎn)。然而，需要折衷的是沉淀物累積的量增加。在所 有其他方面，兩個(gè)實(shí)施例是相同的從而不需要對(duì)這些方面作進(jìn) 一 步的說(shuō)明。
現(xiàn)參考圖4，示出第一冷卻器22的更詳細(xì)的視圖。應(yīng)理解，冷卻器22、 97和98 優(yōu)選地構(gòu)建為基本上相同，然而每個(gè)冷卻器的尺寸優(yōu)選地可基于發(fā)動(dòng)機(jī)25的需要設(shè) 置，如下文詳述?；诖耍鋮s器22如圖4所示包括殼體143，該殼體界定出與第 一導(dǎo)管71連通的氣體入口 144及與第二導(dǎo)管72連通的氣體出口 145。殼體143還界 定出將氣體入口 144連接到氣體出口 145的氣體冷卻通道146。冷卻劑在冷卻劑入口 147處從第一冷卻劑輸送管112進(jìn)入第一冷卻器22并經(jīng)第一冷卻器22中的通道150 傳送到連接至冷卻劑回流管115的冷卻劑出口 148。通道150縱向延伸并形成傳熱面 153,該傳熱面由可抵御腐蝕性排氣的損害的材料制成并從轉(zhuǎn)向排氣70向如155所示 的冷卻劑流容易地傳遞熱量。如圖5最佳地示出，散熱片160優(yōu)選地從通道150延伸 以通過(guò)增大傳熱面153來(lái)進(jìn)一步增加熱傳遞。在另一個(gè)實(shí)施例中，形成散熱片160和 通道150的材料形成紋理(texture),以增加在散熱片160周?chē)鬟^(guò)的轉(zhuǎn)向排氣流 的湍流。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用于控制EGR冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng) 20的操作的流程圖。如步驟200所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)25運(yùn)行期間，排氣流的部分70從 排氣總成40轉(zhuǎn)向以流過(guò)第一冷卻器22然后沿再循環(huán)路徑69再循環(huán)回到進(jìn)氣總成39。 如上所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，碳煙和其他沉積物會(huì)累積在冷卻器22的內(nèi)表面上。 冷卻器散熱片160特別容易聚集碳煙。如果碳煙層了覆蓋散熱片160,則該散熱片不 能正常工作。為了解決該潛在問(wèn)題，在發(fā)動(dòng)機(jī)25起動(dòng)時(shí)，如步驟210中所示確定流 過(guò)第一冷卻器22的特定流率。然后在步驟220中測(cè)量各種參數(shù)，如下文中進(jìn)一步說(shuō) 明，以計(jì)算通過(guò)冷卻器22的流是層流還是湍流。然后電子控制模塊57調(diào)節(jié)閥90、 105以在步驟240中確保通過(guò)第一冷卻器22的排氣流保持在湍流范圍。電子控制模 塊57如何確保排氣流是湍流的更加詳細(xì)的示例可見(jiàn)下文中對(duì)圖7的說(shuō)明。將流保持 在湍流范圍的優(yōu)點(diǎn)是這樣的流以意料不到的方式可用于有效地抖落在冷卻器22的 內(nèi)表面或散熱片160上形成的沉積物。 一旦碳煙或其他沉積物從冷卻器22上抖落，碳煙就通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸26回流并最終排出。無(wú)碳煙層累積時(shí)，第一冷卻器25可以用 更高的效率工作，從而允許使用比現(xiàn)有技術(shù)中所用的冷卻器更小、更輕且成本更低的 裝置。
所控制的參數(shù)中的一個(gè)是雷諾數(shù)。雷諾數(shù)基于速度、溫度、氣體流量和通道水力 直徑以及其他因素。如圖2和圖3所示，排氣背壓和排氣溫度由傳感器82、 85測(cè)量。 電子控制模塊57基于測(cè)量的參數(shù)計(jì)算雷諾數(shù)并通過(guò)將雷諾數(shù)保持在適當(dāng)?shù)姆秶_保 流保持在湍流模式。然而，應(yīng)注意，可以使用其他傳感器獲得計(jì)算雷諾數(shù)所需的參數(shù)。 也可以基于空氣流量、燃料噴射參數(shù)及其他已知的或測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)推斷這樣的參 數(shù)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)26的性能特性是已知的。例如，可以基于測(cè)量的空氣流入量和發(fā)動(dòng) 機(jī)26的特性推斷出排氣背壓，而不是直接測(cè)量排氣背壓。優(yōu)選地進(jìn)行測(cè)試以確定造 成湍流的流率并產(chǎn)生用于控制模塊57的查找表來(lái)確定通過(guò)冷卻器22的流是湍流還是 層流。 一旦控制模塊57確定了發(fā)動(dòng)機(jī)25需要的EGR流量，就調(diào)節(jié)冷卻器22的閥105 以盡可能多地獲得湍流。
可能需要或希望使用多個(gè)冷卻器22、 97和98。在這樣的情況下，控制每個(gè)冷卻 器22、 97和98用最優(yōu)的雷諾數(shù)運(yùn)行，以使相應(yīng)的流為湍流。例如，第一冷卻器22 和第二冷卻器97優(yōu)選地具有不同尺寸，其中第一冷卻器22是較小的冷卻器，第二冷 卻器97是較大的冷卻器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)25在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，使用較小的冷卻器22。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)25在中等轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，使用較大的冷卻器97;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)25在高轉(zhuǎn)速下 運(yùn)行時(shí)，使用冷卻器22、 97兩者。對(duì)于不同尺寸的冷卻器22、 97,在流70通過(guò)冷 卻器22、 97時(shí)，較大范圍的流率可以保持在湍流狀態(tài)(turbulent regime)內(nèi)。取 決于特定的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性，可以使用三個(gè)或多個(gè)冷卻器22、 97和98。在任一情 況中，在使用多個(gè)冷卻器22、 97和98時(shí)，電子控制單元57根據(jù)需要通過(guò)開(kāi)啟和關(guān) 閉適當(dāng)?shù)腅GR閥105、 105' 、 120、 120' 、 125和125'調(diào)節(jié)通過(guò)冷卻器的流以便將 每個(gè)相關(guān)的雷諾數(shù)保持在適當(dāng)?shù)姆秶４送?，由于控制?7在使用多個(gè)冷卻器時(shí)對(duì) 于通過(guò)冷卻器22、 97、 98的流率具有更多選擇，通過(guò)冷卻器22、 97、 98的流可以在 較大范圍中保持為湍流?？刂颇K57確定對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)25要求的給定的EGR流率70
應(yīng)使用多少個(gè)冷卻器。
現(xiàn)參考圖7，示出描述由控制模塊57用于控制兩個(gè)冷卻器22、 97的示例控制邏 輯的流程圖。在步驟300,過(guò)程開(kāi)始并首先在步驟310確定是否需要排氣再循環(huán)流。 如果需要EGR流，控制模塊57進(jìn)入步驟320，確定控制NO,的排放所需的期望的EGR 流率。由于發(fā)動(dòng)機(jī)25取決于運(yùn)行狀態(tài)如車(chē)速需要不同的EGR流率，所需的流率可以 改變。 一旦確定了所需的流率，控制模塊57就在步驟330確定EGR質(zhì)量流率是處于 第一范圍、第二范圍還是第三范圍。如果質(zhì)量流率處于相對(duì)低的第一范圍，則在步驟 340控制模塊57發(fā)送信號(hào)以開(kāi)啟閥105以向發(fā)動(dòng)機(jī)25提供期望的EGR流，此外還確 保湍流出現(xiàn)在冷卻器22中。然而，如果質(zhì)量流率處在較高的第二范圍，則在步驟"0控制模塊57開(kāi)啟閥120并關(guān)閉閥105以使EGR流通過(guò)較大的冷卻器97從而提供期望 的EGR流并仍然確保湍流通過(guò)冷卻器97。如果EGR質(zhì)量流率處在更高的第三范圍， 則在步驟360開(kāi)啟閥105和閥120兩者以提供期望的EGR流冷卻，確保湍流出現(xiàn)在冷 卻器"和97兩者中。在步驟370的三個(gè)路徑的任一個(gè)中，如果所需的EGR流率發(fā)生 改變，則處理將返回步驟300。當(dāng)然，上述說(shuō)明假設(shè)僅使用兩個(gè)冷卻器，即冷卻器22 和97。如果使用第三冷卻器98,則搜索邏輯自然會(huì)變得更加復(fù)雜，因?yàn)橐褂萌齻€(gè) 值且可以提供可能的六個(gè)不同的流范圍。
基于上述，可以容易地理解，本發(fā)明提供控制EGR冷卻器中的污染物的累積同時(shí) 避免現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)的系統(tǒng)。雖然參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)容易 地理解，可以對(duì)本發(fā)明作出各種改變和/或修改而不脫離其精神。例如，可以根據(jù)需 要增加大量附加的EGR冷卻器到系統(tǒng)中，且本發(fā)明的系統(tǒng)可以適用于具有EGR系統(tǒng)的 任何發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論是有進(jìn)氣增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)還是無(wú)進(jìn)氣增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)。總體上，本 發(fā)明預(yù)期只由本申請(qǐng)權(quán)利要求的范圍所限制。
權(quán)利要求
1.一種用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在包括支承具有排氣再循環(huán)系統(tǒng)并與變速器和車(chē)輪可操作地連接以便驅(qū)動(dòng)車(chē)輪并移動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的框架的車(chē)輛中，包括連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成的第一導(dǎo)管；連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成的第二導(dǎo)管；冷卻器，其包括殼體、第一冷卻劑入口和第一冷卻劑出口，所述殼體界定出與第一導(dǎo)管連通的第一氣體入口及與第二導(dǎo)管連通的第一氣體出口，第一氣體出口由第一氣體冷卻通道連接到第一氣體入口以便允許發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣沿氣體再循環(huán)路徑從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成，第一冷卻劑出口由第一冷卻劑通道連接到第一冷卻劑入口以允許冷卻劑流過(guò)所述冷卻器，第一冷卻劑通道的位置適合于允許熱量從排氣傳遞到冷卻劑從而冷卻排氣；位于氣體再循環(huán)路徑中并用于控制冷卻器中的排氣的流率的閥；用于確定氣體再循環(huán)路徑中的排氣的參數(shù)的傳感器；及控制器，所述控制器連接到所述傳感器以接收所述參數(shù)并連接到所述閥以調(diào)節(jié)所述閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而確保冷卻器中的排氣以湍流方式流動(dòng)以便去除所述冷卻器中的沉積物。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括附加冷卻器，其包括殼體、第二冷卻劑入口和第二冷卻劑出口，所述殼體界定出與第一導(dǎo)管連通的第二氣體入口及與第二導(dǎo)管連通的第二氣體出口，第二氣體出口由 第二氣體冷卻通道連接到第二氣體入口，第二冷卻劑出口由第二冷卻劑通道連接到第二冷卻劑入口以允許冷卻劑流過(guò)所述附加冷卻器，第二冷卻劑通道的位置適合于允許 熱量從排氣傳遞到冷卻劑從而冷卻排氣。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 主閥，其用于控制通過(guò)氣體再循環(huán)路徑的總體流率；及 附加閥，其用于控制通過(guò)所述附加冷卻器的流量。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主閥位于所述進(jìn)氣總成與所述 冷卻器和所述附加冷卻器之間。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主閥位于所述排氣總成與所述 冷卻器和所述附加冷卻器之間。
6. —種用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)，包括 第一導(dǎo)管，其連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成；第二導(dǎo)管，其連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成；冷卻器，其包括殼體、第一冷卻劑入口和第一冷卻劑出口，所述殼體界定出與第 一導(dǎo)管連通的第一氣體入口及與第二導(dǎo)管連通的第一氣體出口，第一氣體入口由第一氣體冷卻通道連接到第一氣體入口以便允許發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣沿氣體再循環(huán)路徑從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成，第一冷卻劑出口由第一冷卻劑通道連接到第一冷卻劑入口以允許冷卻劑流過(guò)所述冷卻器，第一冷卻劑通道的位置適合于允許熱量從排氣傳遞到冷卻劑從而冷卻排氣；閥，其位于氣體再循環(huán)路徑中，用于控制冷卻器中的排氣的流率；傳感器，通過(guò)所述傳感器可以確定氣體再循環(huán)路徑中的排氣的參數(shù)；及控制器，其連接到所述傳感器以接收所述參數(shù)并連接到所述間以調(diào)節(jié)所述閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而確保冷卻器中的排氣以湍流方式流動(dòng)以便去除所述冷卻器中的沉積物。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括附加冷卻器，其包括殼體、第二冷卻劑入口和第二冷卻劑出口，所述殼體界定出 與第一導(dǎo)管連通的第二氣體入口及與第二導(dǎo)管連通的第二氣體出口，第二氣體入口由 第二氣體冷卻通道連接到第二氣體入口，第二冷卻劑出口由第二冷卻劑通道連接到第二冷卻劑入口以允許冷卻劑流過(guò)所述附加冷卻器，第二冷卻劑通道的位置適合于允許 熱量從排氣傳遞到冷卻劑從而冷卻排氣。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 主閥，其用于控制通過(guò)氣體再循環(huán)路徑的總體流率；及 附加閥，其用于控制通過(guò)所述附加冷卻器的流量。
9. 一種控制排氣再循環(huán)系統(tǒng)中的污染物沉積的方法，所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括 具有冷卻器的排氣再循環(huán)回路，所述方法包括通過(guò)所述排氣再循環(huán)回路引導(dǎo)排氣的總體流量以總體流率從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成確定冷卻器中的排氣流的流率； 測(cè)量冷卻器中的排氣流的至少一個(gè)氣流參數(shù)；及基于至少一個(gè)氣流參數(shù)，控制冷卻器中的排氣流是湍流以控制冷卻器中的沉積物。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，確定流率包括引導(dǎo)排氣的總體流量 通過(guò)多個(gè)冷卻器以及改變排氣的總體流量在多個(gè)冷卻器之間的百分比，其中多個(gè)冷卻 器具有不同的尺寸從而包括較小的冷卻器和較大的冷卻器，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)以低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)引導(dǎo)排氣的總體流量?jī)H通過(guò)較小的冷卻器，在發(fā)動(dòng)機(jī)以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)引導(dǎo)排氣的 總體流量通過(guò)較小的冷卻器和較大的冷卻器兩者。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制排氣再循環(huán)冷卻器中的污染物沉積的系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在車(chē)輛中并允許排氣沿氣體再循環(huán)路徑從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣總成再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總成。該冷卻器包括殼體，該殼體界定出通向內(nèi)部氣體冷卻通道排氣入口，內(nèi)部氣體冷卻通道排氣入口進(jìn)而通向排氣出口。控制器接收取決于流量的信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)通過(guò)冷卻器的排氣的流量以形成湍流以便控制冷卻器中沉積物的產(chǎn)生?？梢允褂枚鄠€(gè)尺寸不同的冷卻器，通過(guò)確定哪些冷卻器應(yīng)活躍來(lái)改變進(jìn)入冷卻器的單獨(dú)排氣流，同時(shí)仍保持湍流模式。本發(fā)明可以有效控制EGR冷卻器中的污染物的累積而不必使用大型冷卻器或升高再循環(huán)氣體的溫度。
文檔編號(hào)B60K13/04GK101612886SQ20091014995
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者加文·皮爾森 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司