專利名稱：多冷卻器egr冷卻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)輸送排氣再循環(huán)(EGR)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用EGR以減少排放和增加效率。例如，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用EGR解 決在燃燒中N0x的產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)如經(jīng)渦輪增壓器增壓操作時(shí)，基于進(jìn)氣的溫度可以 限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。因此，較熱的EGR會(huì)減少有效的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，因?yàn)樗訜嵋氲男?鮮進(jìn)氣。
因此，在一些系統(tǒng)中，可以使用EGR冷卻器，或多個(gè)EGR冷卻器。例如，可以使 用多個(gè)串聯(lián)的EGR冷卻器，其中冷卻器不同地配置以提供不同的冷卻量。如在 W02005095780中描述的這種系統(tǒng)。
然而，本發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到上述方法和其他方法的幾個(gè)問(wèn)題。具體地，雖然這種 配置可以使用多級(jí)冷卻，但在一些工況下這種配置還可以導(dǎo)致冷卻器結(jié)垢(fouling) (過(guò)冷和冷凝)。雖然通過(guò)減少EGR流可以避免這種結(jié)紫，但可以導(dǎo)致排放增加。

發(fā)明內(nèi)容
取決于不同的工況經(jīng)協(xié)調(diào)通過(guò)或圍繞多個(gè)冷卻器的EGR流的系統(tǒng)可以至少部分地 解決上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到取決于工況可以調(diào)制EGR流通過(guò)分離/不 同的路徑以達(dá)到進(jìn)氣溫度(和/或EGR流、EGR流溫度等)，同時(shí)還可以避免單個(gè)冷 卻器結(jié)垢情況。
此外，本發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到解決在EGR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常常經(jīng)歷的限制的方法。具體 地，EGR冷卻器可以設(shè)計(jì)為高冷卻負(fù)載點(diǎn)。然后，在輕負(fù)載下，因?yàn)闀?huì)發(fā)生過(guò)冷，可 以使用EGR旁通。然而，在一些負(fù)載工況下，避免EGR結(jié)垢所期望的旁通量會(huì)導(dǎo)致過(guò) 多的旁通，因此導(dǎo)致對(duì)于期望的燃燒特征或系統(tǒng)耐久性來(lái)說(shuō)進(jìn)氣歧管溫度過(guò)高。
以多種模式合適地調(diào)制通過(guò)多個(gè)冷卻器和至少一個(gè)旁通的EGR流，可能保持冷卻 器出口溫度在結(jié)垢極限以上，同時(shí)還保持進(jìn)氣歧管溫度在適合于燃燒的合適的水平。 基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載工況，基于包括進(jìn)氣和EGR溫度，和/或及其組合估計(jì)的反饋 可以選擇模式。此外，基于如進(jìn)氣歧管溫度等工況還可以調(diào)節(jié)各種冷卻模式中的流量。
因此EGR冷卻系統(tǒng)可以調(diào)制冷卻能力和局部的旁通流量以僅使用部分冷卻能力以
達(dá)到較高的進(jìn)氣溫度，而不用設(shè)計(jì)最高冷卻負(fù)載點(diǎn)(在其他工況下產(chǎn)生過(guò)大尺寸的冷 卻器)。較高的進(jìn)氣溫度則可以導(dǎo)致CO和HC排放減少。注意雖然系統(tǒng)使用不同量的部分EGR冷卻器旁通操作，但系統(tǒng)還可以在使用全部
或不使用冷卻器旁通操作之間操作，其中在各種模式中不同的冷卻器使用不同的設(shè) 置。


圖1示出示例的排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)； 圖2示出具有冷卻器的EGR系統(tǒng)的串聯(lián)配置的附加細(xì)節(jié); 圖3A-圖3D示出如圖2所示的配置的各種操作模式； 圖4示出具有冷卻器的并聯(lián)配置EGR系統(tǒng)的附加的細(xì)節(jié); 圖5A-圖5D示出如圖4所示的配置的各種操作模式；-圖6-圖7示出示例操作的高級(jí)流程具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參考圖l,示出包括多個(gè)燃燒室并電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12控制的直噴式內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)10。發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室30包括燃燒室壁32,活塞36位于其中并連接到曲軸40。 燃燒室30如圖所示經(jīng)相應(yīng)的進(jìn)氣門52a及52b(未示出)和排氣門54a及54b(來(lái)示 出)與進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48連通。燃料噴射器66如圖所示直接連接到燃燒室 30用于直接輸送液態(tài)燃料到其中。噴射器66連接到高壓柴油燃料噴射系統(tǒng)(未示出)， 如共軌燃料系統(tǒng)。包括噴射器66的燃料系統(tǒng)可以通過(guò)控制器12控制。
在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括每個(gè)具有多個(gè)進(jìn)氣門和/或排氣門的多個(gè)燃 燒室。圖l僅是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例。
此外，排氣再循環(huán)(EGR)路徑130如圖所示與排氣歧管48和進(jìn)氣歧管"連通， 該路徑包括EGR系統(tǒng)136。如參考圖2-圖6進(jìn)一步描述，EGR系統(tǒng)可以包括由控制器 12調(diào)節(jié)的多個(gè)閥、冷卻器、及支路。在一個(gè)示例中，還可以使用串聯(lián)、并聯(lián)、和/或 混聯(lián)連接的多個(gè)冷卻器(例如兩個(gè)、三個(gè)等)。EGR系統(tǒng)可以包括高壓EGR(其中EGR 從渦輪增壓器的渦輪的上游的排氣系統(tǒng)通向渦輪增壓器的壓縮機(jī)的下游的進(jìn)氣系 統(tǒng))，附加地或替代地，EGR系統(tǒng)包括低壓EGR (其中EGR從渦輪的下游的排氣系統(tǒng) 通向壓縮機(jī)上游的進(jìn)氣系統(tǒng))。
如上所述，當(dāng)增壓時(shí)使用冷卻器冷卻EGR以改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)效率和操作，會(huì)發(fā)生冷卻 器結(jié)垢。例如，若EGR冷卻至小于結(jié)垢溫度(結(jié)垢溫度可以隨工況改變，如濕度、EGR 空燃比等)，會(huì)發(fā)生性能劣化。另外，當(dāng)調(diào)節(jié)EGR冷卻器旁通避免結(jié)垢時(shí)，進(jìn)氣歧管 溫度可以上升到大于期望的燃燒所期望的水平。雖然結(jié)垢溫度可以用來(lái)識(shí)別結(jié)垢情 況，但還需考慮各種其他的因素。例如，冷卻器流率、速度、雷洛數(shù)、或這些參數(shù)與 溫度的組合的其他的參數(shù)可以影響結(jié)垢。因此，如本文所述響應(yīng)于結(jié)垢和操作這些參 數(shù)及其組合還可以用作識(shí)別結(jié)祐和觸發(fā)操作的閾值。至少在一些工況下， 一種解決結(jié)垢，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況提供足夠的EGR,及提供 合適的進(jìn)氣溫度以控制多個(gè)冷卻器的每個(gè)的冷卻器出口溫度(T-OUTLET-j)大于結(jié)垢 溫度，同時(shí)還基于進(jìn)氣歧管溫度調(diào)節(jié)EGR冷卻器和/或EGR冷卻器旁通操作的方法。 例如，系統(tǒng)還可以在各種操作模式下操作，包括提供最大(無(wú)限制)流量通過(guò)第一冷 卻器和第二冷卻器的每個(gè)以在需要時(shí)提供最大冷卻。在這種操作中，系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)進(jìn)
氣歧管溫度，若進(jìn)氣溫度降到過(guò)低，系統(tǒng)會(huì)增加繞過(guò)冷卻器的EGR。然而，這種操作 會(huì)增加結(jié)垢的可能性，若冷卻器出口溫度接近結(jié)紫溫度，若需要控制出口溫度，可以 調(diào)節(jié)及增加/減少該旁通達(dá)到全部冷卻器旁通量以減少冷卻能力并減少結(jié)垢問(wèn)題，同 時(shí)得到較高的進(jìn)氣溫度。因此，旁通可以用來(lái)增加進(jìn)氣溫度直到達(dá)到結(jié)垢標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí) 減少結(jié)垢問(wèn)題。在那時(shí)，可以完全地繞過(guò)一個(gè)冷卻器以減少冷卻能力，并增加進(jìn)氣溫 度。此外，若另一個(gè)冷卻器出口溫度接近結(jié)垢工況，系統(tǒng)可以增加繞過(guò)其他冷卻器的 EGR，直到完全地繞過(guò)其他冷卻器。此外，類似的過(guò)程可以用于第二冷卻器，增加旁 通以增加溫度直到達(dá)到結(jié)垢標(biāo)準(zhǔn)。在那時(shí)，減少結(jié)港風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以完全地繞過(guò)其他冷 卻器以進(jìn)一步減少冷卻能力，并增加進(jìn)氣溫度。同時(shí)，在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工況下可以調(diào)節(jié) 冷卻器流量和/或旁通操作以保持歧管溫度小于閾值。因此，在這種操作中，系統(tǒng)可 以調(diào)節(jié)旁通的EGR流和通過(guò)冷卻器的流以避免兩者結(jié)紫，同時(shí)提供適合于燃燒的進(jìn)氣 溫度和期望的EGR。在另一個(gè)示例中，響應(yīng)于進(jìn)氣歧管溫度系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)EGR冷卻器 流量和旁通流量，同時(shí)也監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償發(fā)生的結(jié)紫情形。參考圖2-圖7進(jìn)一步描述操 作的各種示例。
雖然未在圖l中示出，但發(fā)動(dòng)機(jī)可以與各種進(jìn)氣系統(tǒng)裝置連通，如節(jié)流板、禍輪 增壓器等。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)還可以與各種排氣系統(tǒng)裝置連通，如SCR催化劑、氧化催化 劑、渦輪增壓器、空燃比傳感器、微粒過(guò)濾器、和/或其他裝置。
控制器12如圖l所示為微計(jì)算機(jī)，包括微處理器單元(CPU) 102、輸入/輸出端 口 (1/0)104、用于存儲(chǔ)可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲(chǔ)媒體，在該具體示例中如圖 所示為只讀存儲(chǔ)器芯片(ROM) 106、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 108、?；畲鎯?chǔ)器(KAM) 110,及常規(guī)數(shù)據(jù)總線。
除上述信號(hào)之外，控制器12還接收來(lái)自連接到發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的各種信號(hào)， 包括來(lái)自連接在進(jìn)氣中的空氣質(zhì)量流量傳感器的吸入空氣質(zhì)量流量(MAF)測(cè)量值； 來(lái)自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT);來(lái)自連接 到曲軸40指示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)的霍爾效應(yīng)傳感器118的齒面點(diǎn)火傳感器信號(hào)(PIP); 來(lái)自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置；及進(jìn)氣歧管中的絕對(duì)歧管壓力。
如下文詳細(xì)描述，取決于工況，發(fā)動(dòng)機(jī)10中的燃燒可以是各種類型。在一些實(shí) 施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以在柴油模式中操作，其中在燃料噴射進(jìn)入燃燒室時(shí)燃燒。在 一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10還可以在均質(zhì)進(jìn)氣壓縮點(diǎn)火(HCCI)模式中或部分地均質(zhì) 進(jìn)氣壓縮(pHCCI)模式下搡作?，F(xiàn)參考圖2,示例EGR系統(tǒng)如圖所示具有設(shè)置為冷卻器210位于冷卻器212的上 游的第一 EGR冷卻器和第二 EGR冷卻器，且具有上游支路214和下游支路216。此外， 閥222、閥224、及閥220可以提供各種操作，包括控制進(jìn)入到進(jìn)氣歧管的EGR流(niBj, 在上游支路及下游支路和/或冷卻器之間的相對(duì)EGR流。例如，在閥之間協(xié)調(diào)的控制 可以控制EGR流、EGR溫度、進(jìn)氣歧管溫度、或期望的閩的其他參數(shù)，其中可以基于 發(fā)動(dòng)機(jī)工況，如燃料噴射量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載等調(diào)節(jié)期望的閥。冷卻器可以 具有相等尺寸和/或冷卻能力，或一個(gè)冷卻器可以比另一個(gè)具有更大的尺寸和/或冷卻 作用。此外，兩個(gè)冷卻器可以使用基本上相同的冷卻劑溫差，或冷卻器可以使用具有 不同溫度的分離的冷卻劑。例如，上游冷卻器可以比下游冷卻器以更高的溫度和/或 壓力操作。此外，冷卻劑回路可以是分離的，具有不同散熱器部分，還可以保持分離 通過(guò)冷卻系統(tǒng)。
閩如圖所示在示例的配置中。閥可以是經(jīng)電機(jī)、真空、液壓、或其組合驅(qū)動(dòng)的比 例閥。此外，閥224可以連接在冷卻器212之前或之后，但在冷卻器212之后的冷卻 流與旁通流混合之前。另外，閥220可以在從接近T進(jìn)的進(jìn)口到接近Ts的出口的旁通 管路中的各種位置。
圖2示出在不同位置的不同的溫度(例如T進(jìn)、T,.出、L,出、T2bp、 Ta),通過(guò)冷卻 器和支路的不同流量(例如i%,、 mc.2、 niBM、 mBP.2)，及不同的冷卻器效力/效率(例如 C,、 C2)。
如本文所述，若EGR冷卻到特定的溫度或特定的溫度以下，會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢(T,.出〉T ^)。在圖2的實(shí)施例中，上游和下游冷卻器的相應(yīng)的出口溫度經(jīng)閥220、閥222、 及閥224的協(xié)作可以保持在結(jié)垢溫度以上，同時(shí)還提供期望的EGR流和/或保持選定 的進(jìn)氣歧管溫度。這可以經(jīng)EGR冷卻和旁通的進(jìn)一步調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛蚨嗷蛏俚睦鋮s 可以用來(lái)保持相應(yīng)的冷卻器出口溫度在結(jié)垢溫度以上。
例如，如圖3A所述，基于冷卻器出口溫度可以各種模式配置和操作閥。具體地， 模式310示出閥220關(guān)閉,閥222也關(guān)閉。因此，iiIbp., = mBP.2 = 0;且mc.,2=111, 冷卻器210和冷卻器212具有通過(guò)的最大流量(其中閥224完全地開(kāi)啟)，因此每個(gè) 出口溫度(T,.,和Tu)最大化。此外，T,對(duì)于特定EGR流處于最大值。通過(guò)調(diào)節(jié)閥 224可以調(diào)節(jié)EGR流。
當(dāng)在如圖3A所示的模式下搡作時(shí)，溫度Ta接近結(jié)垢溫度，和/或進(jìn)氣歧管溫度 降到目標(biāo)溫度以下，EGR系統(tǒng)可以切換到如圖3B所示的模式。具體地，圖3B示出如 何通過(guò)部分地繞過(guò)下游冷卻器，同時(shí)保持EGR流量，相比較于圖3A的模式增加T出。 如圖所示閥222保持關(guān)閉，閥220和閥224兩者開(kāi)啟，其中基于工況調(diào)節(jié)閥220和閥 224的開(kāi)啟量以保持期望的EGR流和出口溫度在結(jié)垢溫度以上。因此，mBP.產(chǎn)nw.2增加； md2減少。此外，流過(guò)冷卻器210和冷卻器212的流量減少，因此冷卻器效率增 加且T^降低；然而，當(dāng)與未冷卻的EGR混合時(shí)可以增加T出。在一個(gè)示例中，可以協(xié)調(diào)閥224和閥220的控制以達(dá)到流量和溫度，其中響應(yīng)于 期望的EGR流調(diào)節(jié)閥224，響應(yīng)于溫度調(diào)節(jié)(不同地)閥220,或相反。
系統(tǒng)可以繼續(xù)在圖3B的模式下搡作，同時(shí)T^保持在T^以上。此外，在替代 的方法中，若T^上升明顯大于TSg，系統(tǒng)可以返回到圖3A的模式。然而，若溫度 Tu降到T結(jié)p如下文所述系統(tǒng)可以切換到圖3C的操作模式。在一個(gè)示例中，系統(tǒng)可 以建模假設(shè)主動(dòng)進(jìn)行這種評(píng)估的旁通的冷卻器的出口溫度。
具體地，圖3C示出如何通過(guò)完全地繞過(guò)下游冷卻器同時(shí)保持EGR流和保持T,，出 在T結(jié)g或T^以上(注意若完全地繞過(guò)冷卻器，在該情形下可以不考慮冷卻器出口溫 度)，相比較于圖3B的模式增加T^和/或Tu (或至少不允許降到結(jié)垢溫度以下)。 閥224完全地關(guān)閉，基于工況控制閥222和閥220以提供期望的EGR流和冷卻器210 出口溫度。結(jié)果，相比較于圖3B的模式，mc.,增加，rtiBM減少，且甚至可以為零(閥 可以關(guān)閉)，通過(guò)冷卻器210的流量增加以增加Tu。以此方式，至少在一些工況下， T2.出在結(jié)垢溫度或接近結(jié)垢溫度時(shí)，通過(guò)避免下游冷卻器，EGR可以冷卻到圖3B的模 式的溫度以下的溫度。另一個(gè)可能的結(jié)果是比在圖3B中達(dá)到更高的進(jìn)氣溫度，而不 超過(guò)結(jié)垢標(biāo)準(zhǔn)(Tu〉T^)。
此外，協(xié)調(diào)閥222和閥220以達(dá)到流量和溫度。其中響應(yīng)于期望的EGR流調(diào)節(jié)閥 222,響應(yīng)于溫度調(diào)節(jié)(不同地)閥220，或相反。
系統(tǒng)可以繼續(xù)在圖3C的模式下搡作，同時(shí)Ta保持在T^以上。此外，在替代的 方法中，若T,上升明顯大于T結(jié)裙，系統(tǒng)可以返回到圖3B和/或圖3A的模式。然而， 若溫度Ta降到T結(jié)場(chǎng)，系統(tǒng)可以切換到如下文所述的圖3D的模式。在一個(gè)示例中，系 統(tǒng)可以建模假設(shè)主動(dòng)進(jìn)行這種評(píng)估的旁通的冷卻器的出口溫度。
還在另一個(gè)替代的實(shí)施例中，如圖3C中的虛線所示，附加的閩(225 )可以放置 在冷卻器210之前或之后。在該配置中，系統(tǒng)可以完全地繞過(guò)冷卻器210或冷卻器 212中的任意一個(gè)，其中可以基于各種工況并結(jié)合冷卻器210和冷卻器212的不同的 冷卻能力選擇繞過(guò)哪個(gè)冷卻器。例如，冷卻器210和冷卻器212之間的不同的冷卻溫 度和/或尺寸可以導(dǎo)致不同的冷卻能力。
具體地，圖3D示出如何通過(guò)完全地繞過(guò)上游冷卻器和下游冷卻器兩者同時(shí)保持 EGR流量相比較于圖3C的模式增加Ta (或至少不允許降到小于結(jié)垢溫度)。閥2" 和閥224可以完全地關(guān)閉，基于工況控制閥220以提供期望的EGR流。因此，相比較 于圖3C的模式，mc.產(chǎn)me.2-0; 1111=11^.2=11^, T出對(duì)于特定工況處于最大值。以此方式， 通過(guò)避免兩個(gè)冷卻器，EGR冷卻進(jìn)一步減少以解決結(jié)垢。
注意上述各種閥模式使用EGR閥的不同閩搡作以實(shí)現(xiàn)EGR流和溫度控制，產(chǎn)生不 同的EGR冷卻位置和冷卻量。例如，第一操作可以使用兩個(gè)EGR冷卻器的冷卻，然后 經(jīng)不同的閥調(diào)節(jié)，可以僅使用一個(gè)EGR冷卻器的冷卻。以此方式，通過(guò)改變提供冷卻 的冷卻器，提供的冷卻量，及結(jié)合保持期望的EGR流和/或進(jìn)氣溫度可以減少各種工況下的兩個(gè)EGR冷卻器的結(jié)港。
此外，在替代的實(shí)施例中，可以在系統(tǒng)中安裝附加的閥，以便使用第一旁通閥和 第二旁通閥，支路214和支路216中的每個(gè)使用一個(gè)。這種配置可以實(shí)現(xiàn)附加的可能 以分別繞過(guò)冷卻器210和冷卻器212中的任意一個(gè)，進(jìn)而提供附加的靈活性，如在冷 卻器具有不同的冷卻能力的配置中。例如，可以使用附加的模式，其中可以完全地繞 過(guò)冷卻器210, EGR流流過(guò)冷卻器212和第二支路216。
注意基于映射表，如基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)載可以通過(guò)控制器12以前饋的方式控制 各種模式的選擇和模式中的操作。附加地或替代地，控制器可以使用溫度模型評(píng)估 EGR冷卻器和旁通溫度以及若執(zhí)行模式中的切換時(shí)預(yù)測(cè)這種溫度。以此方式，控制系
統(tǒng)可以適應(yīng)地調(diào)節(jié)模式中的選擇和模式中的搡作以提供期望的EGR冷卻、旁通操作、 及進(jìn)氣歧管溫度控制。
現(xiàn)參考圖4，還描述另一個(gè)替代的實(shí)施例的EGR系統(tǒng)，第一冷卻器410和第二冷 卻器412并聯(lián)設(shè)置，具有相應(yīng)的支路414和支路416、相應(yīng)的閩422和閥426、及閥 420和閥424。閬420、閥422、閥424、閥426可以提供各種操作，包括控制進(jìn)入進(jìn) 氣歧管的EGR流(m^)、在上游及下游支路和/或冷卻器之間的相對(duì)EGR流。例如，在 閥之間的協(xié)調(diào)的控制可以控制EGR流、EGR溫度、進(jìn)氣溫度、或期望的閥的其他參數(shù)， 其中基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況，如燃料噴射量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載等可以調(diào)節(jié)期望的閥。 冷卻器可以具有相等的尺寸和/或冷卻能力，或一個(gè)冷卻器可以比另一個(gè)具有更大的 尺寸和/或冷卻作用。此外，兩個(gè)冷卻器基本上可以使用相同的冷卻劑溫差，或冷卻 器可以使用具有不同溫度的分離的冷卻劑。此外，雖然如圖示出兩個(gè)冷卻器和支路， 但系統(tǒng)可以包括三個(gè)、四個(gè)、或更多。
閥如圖所示在示例的配置中。閩可以是經(jīng)電機(jī)、真空、液壓、或其組合驅(qū)動(dòng)的比 例閥。此外，閥可以安裝在所示的通道中的各種位置，或各種閥可以結(jié)合。例如，閥 420和閥424可以位于相應(yīng)的冷卻器的下游。
圖4還示出在不同位置的不同溫度(例如T進(jìn)、Tu、 Tu、 T3、 T4)、和通過(guò)冷卻 器和支路的不同流量(例如m"、 mc.2、 hibm、 mBP.2)。
如本文所述，若EGR冷卻到特定溫度或小于特定溫度，會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢(例如Tu<T 結(jié)*)。在圖4的實(shí)施例中，經(jīng)閥422、 426、 420、及424的協(xié)作，冷卻器的相應(yīng)的出 口溫度可以保持在結(jié)垢溫度以上，同時(shí)還提供期望的EGR流和/或保持選定的進(jìn)氣歧 管溫度。這可以通過(guò)EGR冷卻和旁通的進(jìn)一步調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，或多或少的冷卻可以用來(lái)保 持相應(yīng)的冷卻器出口溫度在結(jié)垢溫度以上。
注意在示例替代實(shí)施例中，可以使用單個(gè)支路(例如414),可以省略第二支路 (例如416)。
例如，如圖5A所述，基于冷卻器出口溫度閥可以各種模式操作和配置。具體地， 模式510示出通過(guò)EGR冷卻器410及412的全部流量，其中閥422和閥426完全地關(guān)閉，閥420和閥424開(kāi)啟，且用來(lái)控制EGR流，因此，nw.產(chǎn)mBP.2=0,且mc.,+mc.嚴(yán)m(xù)柳 (其中通過(guò)每個(gè)冷卻器的流量可以相等或不相等，且可以變化得更大或更小)。冷卻 器410和冷卻器412可以經(jīng)歷通過(guò)的最大流量，因此，冷卻器410和冷卻器412的出
口溫度(T,, iB和TV 可以增加(其中出口溫度可相等或不相等)。此外，對(duì)于特定 的EGR流Ta可以是減少的值。在一些工況下，在可以調(diào)節(jié)兩個(gè)冷卻路徑之間的流量 以改變進(jìn)氣溫度。在該情況下，由于不同的冷卻器搡作，兩個(gè)冷卻器的冷卻器出口溫 度可以不在最大值。例如，通過(guò)一個(gè)冷卻器的全部流量可以產(chǎn)生特定冷卻器的最大出 口溫度，同時(shí)其他的冷卻器以出口溫度小于其最大可能值操作。
當(dāng)在圖5A所示的模式下操作時(shí)，溫度T ,接近結(jié)垢溫度和/或進(jìn)氣歧管溫度降到 小于閾值溫度，EGR系統(tǒng)可以切換到圖5B所示的模式。具體地，圖5B示出如何通 過(guò)部分地繞過(guò)冷卻器410和冷卻器412同時(shí)保持EGR流和保持Tu在T結(jié)港或大于T結(jié) 港，相比較于圖5A的模式增加T出。如圖所示，閥422和閩426開(kāi)啟，且閥420和閥 424開(kāi)啟，其中基于工況單獨(dú)地調(diào)節(jié)相應(yīng)的開(kāi)啟量以保持期望的EGR流、溫度等。 因此，nw」和1^.2增加；mc.,和nk.2減少。此外，通過(guò)冷卻器410和冷卻器412的流 量減少，冷卻器效率增加，因此減少T'.,和Tu。
在一個(gè)示例中，可以協(xié)調(diào)閩的控制以達(dá)到流量和溫度，其中響應(yīng)于期望的EGR流 調(diào)節(jié)閥420和閥424,響應(yīng)于溫度調(diào)節(jié)(不同地)閥422和閥426,或相反。
系統(tǒng)可以繼續(xù)在圖5B的模式中搡作，同時(shí)T^保持在T^以上。此外，在替代 的方法中，若Tu明顯地上升大于T絲，系統(tǒng)可以返回到圖5A的模式。然而，若溫 度T^降到T結(jié)裙，系統(tǒng)可以切換到本文描述的圖5C的操作模式。
具體地，圖5C示出如何通過(guò)關(guān)閉通過(guò)一個(gè)冷卻器的流量(及保持期望的EGR流) 增加T,, t (或至少不允許降到小于結(jié)紫溫度)同時(shí)保持T^〈T姊。例如，可以完全地 關(guān)閉通過(guò)冷卻器412的流量，或者可以完全地關(guān)閉冷卻器410。在第一示例中，關(guān)閉 閥424,開(kāi)啟和控制闊420,調(diào)節(jié)閥422和閥426 (開(kāi)啟或關(guān)閉)。因此，mc.2=0; mc., 增加(相比較于從圖5B的模式切換到圖5C的模式之前)；mBM+mBP.2減少(甚至可以 關(guān)閉)。從而增加通過(guò)冷卻器410的流量以增加T,, a,當(dāng)Tu-T^時(shí)，可以設(shè)定通過(guò) 冷卻器410的流量以便T"-圖4B的模式.的T出。
系統(tǒng)可以繼續(xù)在圖5C的模式中操作，同時(shí)T,, a保持在T^以上。此外，在替代 的方法中，若Tu明顯地上升大于系統(tǒng)可以返回到圖5B和/或圖5A的模式。 若期望較高的T出溫度，通過(guò)繞過(guò)冷卻器"0 (保持EGR流)直到T,.出-T結(jié)港控制系統(tǒng) 可以增加Ta,其中還關(guān)閉閥424,進(jìn)一步控制和開(kāi)啟閥422和閩^6,開(kāi)啟和控制閥 420。在此，mc.2=0; nw.,+mBP.2增加；且nie.,降低。因此，通過(guò)冷卻器410的流量降低-冷卻器效率增加-及T,. a降低。系統(tǒng)可以繼續(xù)在該模式中操作直到L. ^降到T結(jié)港，從
而系統(tǒng)可以切換到下文描述的圖5D的搡作模式。
具體地，圖5D示出如何通過(guò)關(guān)閉通過(guò)冷卻器410和冷卻器412的流量增加TJ或至少不允許降到小于結(jié)裙溫度)。在該示例中，還關(guān)閉閥424,關(guān)閉閥420,開(kāi)啟和 控制閥422和閥426以控制EGR流率。因此，對(duì)于特定的EGR流量，m"-O; nw.)+iiw.產(chǎn)m柳，T出處于最大值。
現(xiàn)參考圖6，通過(guò)流程圖600示出圖2的系統(tǒng)的示例操作。流程圖示出經(jīng)不同的 冷卻器模式具有逐漸減少的冷卻的搡作。注意所使用的具體的冷卻模式可以隨著工況 改變，不必按如圖6所示的順序。
在610,例程確定是否期望較高的進(jìn)氣溫度，若為是，則通過(guò)繞過(guò)多個(gè)冷卻器(例 如第一冷卻器和第二冷卻器)，并降低通過(guò)多個(gè)冷卻器的流量，同時(shí)保持整體期望的 EGR流量以減少冷卻。接下來(lái)，在612,例程監(jiān)測(cè)最下游的冷卻器(或在并聯(lián)時(shí)的每 個(gè)冷卻器)的工況(例如溫度、流率、雷洛數(shù)等)。然后，在614,若期望較高的進(jìn) 氣溫度(例如由于發(fā)動(dòng)機(jī)工況)，但達(dá)到結(jié)港標(biāo)準(zhǔn)，則例程關(guān)閉通過(guò)冷卻器中的一個(gè) 的流量。
繼續(xù)參考圖6,在616，若完全地繞過(guò)冷卻器，例程忽視該冷卻器的工況，并監(jiān) 測(cè)未完全地繞過(guò)的最下游的冷卻器的工況。在61S,例程確定是否期望較高的進(jìn)氣溫 度，若為是，通過(guò)增加主動(dòng)冷卻器的旁通和降低通過(guò)主動(dòng)冷卻器的流量同時(shí)保持整體 EGR流量減少冷卻。
在620,例程監(jiān)測(cè)未繞過(guò)的冷卻器的工況(例如溫度、流率、雷洛數(shù)等)。在622, 例程確定是否期望較高的進(jìn)氣溫度，但達(dá)到結(jié)紫標(biāo)準(zhǔn)，及若為是，則關(guān)閉通過(guò)剩余的 主動(dòng)冷卻器的流量。
以此方式，可以提供進(jìn)一步產(chǎn)生更多或更少的冷卻的操作，從而保持EGR流，同 時(shí)保持冷卻器排出的流大于結(jié)港溫度。還注意可以改變順序，具體地可以基于上游冷 卻器和下游冷卻器的不同的能力調(diào)節(jié)順序。例如，若冷卻器具有不同的能力，系統(tǒng)首 先可以繞過(guò)上游冷卻器，然后繞過(guò)下游冷卻器以進(jìn)一步提供較少的冷卻。此外，經(jīng)圖 4的并聯(lián)系統(tǒng)配置可以提供類似的操作。因此，在第一模式下系統(tǒng)在繞過(guò)第二冷卻器 之前繞過(guò)第一冷卻器，在第二模式下，在繞過(guò)第一冷卻器之前繞過(guò)第二冷卻器。
現(xiàn)參考圖7，提供選擇冷卻器搡作模式的高級(jí)流程圖。首先，在710,例程基于 工況，如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、燃料噴射量、冷卻劑溫度等確定期望的EGR流。注意例程可以 替代地設(shè)定空氣質(zhì)量流量、EGR率、燃燒氣體部分、進(jìn)入氧氣濃度或溫度設(shè)定點(diǎn)目標(biāo) 值而不是EGR質(zhì)量流量。
然后，在712,例程監(jiān)測(cè)冷卻器出口溫度和/或進(jìn)氣歧管溫度以指示是否存在結(jié)垢
的可能或是否進(jìn)氣歧管溫度降到小于較低閎值或上升大于較髙閾值。然后，在7^, 基于來(lái)自710和712的信息以及基于其他的工況，例程選擇EGR冷卻器模式。例如，
基于不同冷卻器的冷卻能力差異，系統(tǒng)可以選擇操作模式。
這種控制可以通過(guò)包括閉環(huán)、開(kāi)環(huán)、及兩者組合的多種方式實(shí)施。例如，例程可 以經(jīng)比例EGR控制控制閉環(huán)中的進(jìn)氣歧管溫度或EGR氣體出口溫度，同時(shí)避免濃縮產(chǎn)生的結(jié)垢以允許進(jìn)氣歧管溫度或冷卻器氣體出口溫度控制。此外，可以調(diào)節(jié)控制以實(shí) 現(xiàn)基于車輛駕駛工況、環(huán)境條件、及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)能力等實(shí)現(xiàn)模式選擇。
應(yīng)理解，在本文中公開(kāi)的配置和例程本質(zhì)上是示例性的，且這些具體實(shí)施例不應(yīng) 被視為具有限制意義，因?yàn)榇罅康淖凅w是可能的。本公開(kāi)的主題包括在本文中公開(kāi)的 各種系統(tǒng)和配置，及其他特征、功能，和/或?qū)傩缘乃行路f和非顯而易見(jiàn)的組合及 子組合。
本申請(qǐng)的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非顯而易見(jiàn)的特定組合及子組合。這些權(quán) 利要求可能引用"一個(gè)"元素或"第一"元素或其等價(jià)。這樣的權(quán)利要求應(yīng)被理解為 包括對(duì)一個(gè)或一個(gè)以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或排除兩個(gè)或兩個(gè)以上這樣的 元素。所公開(kāi)的特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過(guò)本申請(qǐng)權(quán) 利要求的修改或通過(guò)在本申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)中提出新的權(quán)利要求來(lái)請(qǐng)求保護(hù)。這樣的權(quán) 利要求，無(wú)論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價(jià)或不同，都應(yīng)被視為包括 在本申請(qǐng)的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)輸送排氣再循環(huán)(EGR)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的系統(tǒng)，包括連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第一EGR冷卻器；至少繞過(guò)第一EGR冷卻器的第一EGR冷卻器支路；連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第二EGR冷卻器；多個(gè)閥元件；及控制器，所述控制器調(diào)節(jié)所述多個(gè)閥元件以調(diào)節(jié)輸送到進(jìn)氣歧管的EGR量和溫度，響應(yīng)于第一EGR冷卻器的第一出口溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述閥元件以基于所述第一出口溫度和第二出口溫度是否接近結(jié)垢溫度不同地調(diào)節(jié)第一EGR冷卻器和第二EGR冷卻器的旁通。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一EGR冷卻器連接在所述第 二 EGR冷卻器的上游。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一EGR冷卻器與所述第二EGR 冷卻器并聯(lián)連接。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括繞過(guò)第二EGR冷卻器的第二 EGR冷卻器支路，所述控制器還調(diào)節(jié)所述多個(gè)閥元件以在繞過(guò)第二EGR冷卻器之前繞 過(guò)第一 EGR冷卻器，響應(yīng)于第一 EGR冷卻器的第一出口溫度和第二 EGR冷卻器的第二 出口溫度調(diào)節(jié)所述閥元件以調(diào)節(jié)第一EGR冷卻器和第二冷卻器的旁通。
5. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還調(diào)節(jié)所述多個(gè)閥元件 以調(diào)節(jié)旁通的EGR流量同時(shí)還保持總體EGR流在期望值，其中至少基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況移 動(dòng)一個(gè)閥到預(yù)定位置，響應(yīng)于EGR流和溫度調(diào)節(jié)另一閥。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器在第一模式和第二模式 操作系統(tǒng)，其中在第一模式下改變第一EGR冷卻器的旁通的EGR的量，而不改變第二 EGR冷卻器的旁通的EGR的量，在第二模式下，改變第二EGR冷卻器的旁通的EGR的 量，而不改變第一EGR冷卻器的旁通的EGR的量；及控制器還響應(yīng)于EGR流率和/或 EGR流的雷洛數(shù)調(diào)節(jié)多個(gè)閥元件，第一 EGR冷卻器和第二 EGR冷卻器具有不同的冷卻 能力，控制器基于冷卻能力選擇模式。
7. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于,所述控制器在多種模式操作系統(tǒng)，其中在第一模式中，繞過(guò)第一冷卻器，而不繞過(guò)第二控制器；在第二模式中不繞過(guò)第 一冷卻器，而繞過(guò)第二冷卻器；在第三模式中繞過(guò)第一冷卻器和第二冷卻器兩者；在 第四模式中不繞過(guò)第一冷卻器和第二冷卻器兩者。
8. —種通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)輸送排氣再循環(huán)(EGR)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的系統(tǒng)，包括 連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第一EGR冷卻器；繞過(guò)第一 EGR冷卻器的第一 EGR冷卻器支路； 連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第二EGR冷卻器;'繞過(guò)第二 EGR冷卻器的第二 EGR冷卻器支路，第一 EGR冷卻器連接在第二 EGR冷 卻器的上游，第一EGR冷卻器支路連接在第二 EGR冷卻器支路的上游； 多個(gè)閥元件；及控制器，所述控制器調(diào)節(jié)多個(gè)閥元件以多種模式操作系統(tǒng)，其中在第一模式中僅 使用第一冷卻器冷卻EGR，在第二模式中僅使用第二冷卻器冷卻EGR,在第三模式中使用兩個(gè)冷卻器冷卻EGR。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還調(diào)節(jié)多個(gè)閥元件以調(diào) 節(jié)輸送到進(jìn)氣歧管中的EGR量和溫度，響應(yīng)于第一EGR冷卻器的第一出口溫度和第二 EGR冷卻器的第二出口溫度調(diào)節(jié)閥元件以基于所述第一出口溫度和第二出口溫度中的 任何一個(gè)是否接近結(jié)垢溫度不同地調(diào)節(jié)所述第一EGR冷卻器和第二EGR冷卻器的旁 通。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器基于出口溫度選擇模式。
11. 一種通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)輸送排氣再循環(huán)(EGR)到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管中的系統(tǒng)， 包括連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第一EGR冷卻器； 繞過(guò)第一 EGR冷卻器的第一 EGR冷卻器支路； 連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第二EGR冷卻器； 多個(gè)閥元件；及控制器，所述控制器調(diào)節(jié)多個(gè)閥元件在多種模式中操作系統(tǒng)，在第一模式中僅使 用第一冷卻器冷卻EGR,在第二模式中僅使用第二冷卻器冷卻EGR,在第三模式中使用兩個(gè)冷卻器冷卻EGR。
全文摘要
本發(fā)明涉及多冷卻器EGR冷卻。描述了取決于工況不同地協(xié)調(diào)通過(guò)多個(gè)EGR冷卻器和繞過(guò)多個(gè)EGR冷卻器的排氣再循環(huán)(EGR)流的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第一EGR冷卻器；至少繞過(guò)第一EGR冷卻器的第一EGR冷卻器支路；連接在再循環(huán)系統(tǒng)中的第二EGR冷卻器；多個(gè)閥元件；及控制器，所述控制器調(diào)節(jié)所述多個(gè)閥元件以調(diào)節(jié)輸送到進(jìn)氣歧管的EGR量和溫度，響應(yīng)于第一EGR冷卻器的第一出口溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述閥元件以基于所述第一出口溫度和第二出口溫度是否接近結(jié)垢溫度不同地調(diào)節(jié)第一EGR冷卻器和第二EGR冷卻器的旁通。該系統(tǒng)可以避免單個(gè)冷卻器結(jié)垢情況。
文檔編號(hào)F02M25/07GK101413465SQ200810169759
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者丹尼爾·約瑟夫·斯泰爾斯, 埃里克·馬修·庫(kù)爾茲 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司