高效的排氣熱回收的排氣系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在車輛操作期間高效地回收排氣熱量的排氣系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使用多種方法在操作期間加熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。例如，圖1A-1C圖示說(shuō)明先前實(shí)現(xiàn)的示例性的示意排氣系統(tǒng)。在圖1A示出的一個(gè)示例中，排氣系統(tǒng)包括用于將排氣熱量傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的冷卻的排氣再循環(huán)(EGR)配置。然而，冷卻的EGR具有這樣的缺點(diǎn)，即僅當(dāng)排氣在EGR中流動(dòng)時(shí)才能夠進(jìn)行排氣熱回收，這限制從該系統(tǒng)可用的排氣熱回收量。另一個(gè)缺點(diǎn)是排氣熱回收僅是排氣流的一部分，其在一些示例中相對(duì)于總排氣流可以低至25%或更低。圖1B和圖1C示出另一些示例，其包括使用分離的排氣熱回收熱交換器和閥組件，并且可能與EGR冷卻器結(jié)合。然而，雖然回收的排氣熱量相比于圖1A可以增加(例如，經(jīng)由更充分的排氣熱回收并相對(duì)于EGR流獨(dú)立)，但是在車輛中單獨(dú)的熱交換器可能很大并且難以包裝。此外，熱交換器可能很重和/或昂貴，這增加車輛的成本。而且，相對(duì)于EGR冷卻器獨(dú)立地包裝排氣熱回收熱交換器可以進(jìn)一步包括遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)放置額外設(shè)備，這減小在暖機(jī)期間進(jìn)入該設(shè)備的排氣的溫度，因?yàn)闊崃坑缮嫌尾考臒豳|(zhì)量吸收。這種布置還具有這樣的缺點(diǎn)，即在發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)期間的可用熱回收減小。又一個(gè)示例(未示出)包括使用冷卻的排氣歧管從排氣中提取熱量。然而，這種布置的一個(gè)缺點(diǎn)是排氣歧管的熱質(zhì)量大，這引起緩慢的冷卻劑升溫。另一個(gè)缺點(diǎn)是通過(guò)排氣歧管的排氣流和冷卻劑流兩者不能夠被關(guān)閉(例如，因?yàn)殛P(guān)閉冷卻劑流可能引起冷卻劑沸騰)。因此，可能使從排氣到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的熱傳遞發(fā)生在某些不利情況期間，但優(yōu)選地不這樣做，諸如在高溫下和在高負(fù)載操作期間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這類方法具有的問(wèn)題并且在此描述一種系統(tǒng)和方法，該方法和系統(tǒng)響應(yīng)于EGR閥位置，通過(guò)經(jīng)由定位在耦連至EGR冷卻器的排氣熱回收管路中的熱交換器，將熱量從排氣流傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑，來(lái)加熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。特別地，提出與排氣熱回收設(shè)備結(jié)合的示例性EGR冷卻器，其允許排氣經(jīng)由EGR冷卻器的支路將熱量傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。即，根據(jù)本公開(kāi)配置的排氣系統(tǒng)基于EGR閥致動(dòng)允許排氣被傳送至EGR和/或排氣熱交換器兩者。該系統(tǒng)進(jìn)一步允許排氣流的差動(dòng)致動(dòng)，從而將排氣分配至EGR和排氣熱交換器兩者，這確保實(shí)現(xiàn)其中排氣流的差動(dòng)控制并且從而在操作期間實(shí)現(xiàn)傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的熱量的控制。以此方式，實(shí)現(xiàn)這樣的技術(shù)效果，即，不管通過(guò)EGR管路的流量如何，熱量能夠從排氣中被回收，同時(shí)還允許增加來(lái)自排氣的熱回收。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基于通過(guò)排氣熱回收(EGHR)設(shè)備的EGHR分支的流量差的控制，多達(dá)100%的排氣流能夠被分配至熱回收。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熱回收能夠在熱回收可能是不利的工況下被關(guān)閉，不利的工況例如是期望最大冷卻的情況。在具有這種布置的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑可以有效地和快速地升溫，例如，在操作期間盡可能快。此外，根據(jù)本公開(kāi)的排氣系統(tǒng)在實(shí)施到車輛中時(shí)允許減小大小、重量和成本。
[0004]當(dāng)單獨(dú)或與附圖相結(jié)合時(shí)，根據(jù)下面的【具體實(shí)施方式】，本說(shuō)明書的上述優(yōu)點(diǎn)、其它優(yōu)點(diǎn)和特征將是顯而易見(jiàn)的。應(yīng)當(dāng)理解，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
被提供以簡(jiǎn)化的形式介紹一系列構(gòu)思，這些構(gòu)思將被進(jìn)一步描述在【具體實(shí)施方式】中。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍被隨附的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開(kāi)的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說(shuō)明】
[0005]當(dāng)單獨(dú)或與附圖相結(jié)合時(shí)，通過(guò)閱讀在本文中被稱為【具體實(shí)施方式】的實(shí)施例的示例，將更充分地理解本文描述的優(yōu)點(diǎn)，其中
[0006]圖1A-1C圖示說(shuō)明先前實(shí)現(xiàn)的示例性排氣系統(tǒng)。
[0007]圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)。
[0008]圖3圖示說(shuō)明根據(jù)具有EGHR出口耦連至催化劑上游的排氣通道的第一示例性配置耦連至排氣熱回收管路的示例性EGR冷卻器。
[0009]圖4圖示說(shuō)明具有減小的閥配置的第二示例性配置。
[0010]圖5圖示說(shuō)明具有EGHR出口管路連接至催化劑下游的排氣通道的第三示例性配置。
[0011]圖6圖示說(shuō)明第四示例性配置，其中EGR冷卻器的入口耦連至EGHR管路的下游位置處的EGHR。
[0012]圖7和圖8是通過(guò)調(diào)整排氣流路徑來(lái)切換可操作的排氣模式的示例性流程圖。
[0013]圖9是根據(jù)本公開(kāi)通過(guò)控制到EGHR管路的排氣流，快速地加熱車廂空氣溫度的示例性流程圖。
[0014]圖10示出用于圖示說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的方法的在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)下的示例性車輛操作順序。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在冷狀況下啟動(dòng)汽車時(shí)，為了舒適的駕駛體驗(yàn)，乘客可能期望快速的車廂升溫。在某些情況下，因?yàn)檐噹諝馔ㄟ^(guò)傳送至加熱器芯的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑加熱，所以由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量可能是乘客艙的主要熱源。因此，為了達(dá)到閾值車廂溫度，超過(guò)該閾值車廂溫度可以在車輛操作期間關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，例如，為了減小混合動(dòng)力車輛中的燃料消耗，發(fā)動(dòng)機(jī)可以操作直到足夠的熱量已經(jīng)被傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。為此，圖2示出示例性混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)。然后，圖3-6圖示說(shuō)明具有耦連至根據(jù)本公開(kāi)配置和操作的排氣熱回收管路的EGR冷卻器的示例性排氣系統(tǒng)。圖7和圖8進(jìn)一步示出通過(guò)基于閥狀態(tài)調(diào)整排氣流路徑來(lái)改變車輛的操作模式的示例方法，而圖9圖示說(shuō)明該方法使用示例性操作順序，該操作順序通過(guò)控制到EGHR管路的排氣流，快速地加熱車廂空氣溫度。圖10示出在冷啟動(dòng)下的示例性操作順序以更詳細(xì)地圖示說(shuō)明閥調(diào)整和排氣流。
[0016]現(xiàn)參考圖2，示出多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)汽缸的示意圖，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以被包括在機(jī)動(dòng)車的推進(jìn)系統(tǒng)中。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以至少部分通過(guò)包括控制器12的控制系統(tǒng)并且通過(guò)經(jīng)由輸入設(shè)備130來(lái)自車輛操作者132的輸入控制。在該示例中，輸入設(shè)備130包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號(hào)PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室(例如，汽缸)30可以包括具有活塞36定位在其中的燃燒室壁32。在一些實(shí)施例中，汽缸30內(nèi)活塞36的面可以具有碗狀件?；钊?6可以耦連至曲軸40，以便活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸40可以經(jīng)由中間變速器系統(tǒng)耦連至車輛的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。進(jìn)一步地，起動(dòng)機(jī)馬達(dá)可以經(jīng)由飛輪耦連至曲軸40以確保實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)操作。
[0017]燃燒室30可以經(jīng)由進(jìn)氣通道42接收來(lái)自進(jìn)氣通道44的進(jìn)氣空氣并且可以經(jīng)由排氣通道48排出燃燒氣體。進(jìn)氣通道44和排氣通道48能夠經(jīng)由相應(yīng)的進(jìn)氣門52和排氣門54與燃燒室30選擇性地連通。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可以包括兩個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或更多個(gè)排氣門。
[0018]在該示例中，進(jìn)氣門52和排氣門54可以經(jīng)由相應(yīng)的凸輪致動(dòng)系統(tǒng)51和53通過(guò)凸輪致動(dòng)被控制。凸輪致動(dòng)系統(tǒng)51和53可以各自包括一個(gè)或更多個(gè)凸輪，并且可以利用可以由控制器12操作以改變氣門操作的凸輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(shí)(VCT)、可變氣門正時(shí)(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)。進(jìn)氣門52和排氣門54的位置可以分別由位置傳感器55和57確定。在替代實(shí)施例中，進(jìn)氣門52和/或排氣門54可以通過(guò)電動(dòng)氣門致動(dòng)控制。例如，汽缸30可以替代地包括經(jīng)由電動(dòng)氣門致動(dòng)控制的進(jìn)氣門和經(jīng)由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動(dòng)控制的排氣門。
[0019]燃料噴射器66被示出直接耦連至燃燒室30，用于與經(jīng)由電子驅(qū)動(dòng)器68從控制器12接收的信號(hào)FPW的脈沖寬度成比例地直接向其中噴射燃料。以此方式，燃料噴射器66提供被稱為燃料到燃燒室30內(nèi)的直接噴射。例如，燃料噴射器可以安裝在燃燒室的側(cè)面或燃燒室的頂部。燃料可以通過(guò)包括燃料箱、燃料栗和燃料導(dǎo)軌的燃料系統(tǒng)(未示出)被輸送至燃料噴射器66。
[0020]在選定操作模式下，響應(yīng)于來(lái)自控制器12的火花提前信號(hào)SA，點(diǎn)火系統(tǒng)88能夠經(jīng)由火花塞92向燃燒室30提供點(diǎn)火火花。在一些實(shí)施例中，雖然示出火花點(diǎn)火部件，但是燃燒室30或發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)或更多個(gè)其它燃燒室可以在具有點(diǎn)火火花或不具有點(diǎn)火火花的情況下以壓縮點(diǎn)火模式操作。在一些實(shí)施例中，點(diǎn)火系統(tǒng)可以包括雙火花系統(tǒng)，其中每個(gè)汽缸包括兩個(gè)火花塞(未不出)。
[0021]進(jìn)氣通道42可以包括分別具有節(jié)流板64和65的節(jié)氣門62和63。在該特定示例中，節(jié)流板64和65的位置可以經(jīng)由提供到電機(jī)或電動(dòng)致動(dòng)器的信號(hào)通過(guò)控制器12來(lái)改變，其中電機(jī)或電動(dòng)致動(dòng)器包括有節(jié)氣門62和63，即通常被稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)的配置。以此方式，節(jié)氣門62和63可以被操作以改變提供至燃燒室30等其它發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的進(jìn)氣空氣。節(jié)流板64和65的位置可以通過(guò)節(jié)氣門位置信號(hào)TP被提供至控制器12。進(jìn)氣通道42可以包括用于向控制器12提供相應(yīng)的信號(hào)MAF和MAP的空氣質(zhì)量流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122。進(jìn)一步地，進(jìn)氣通道44可以包括充氣運(yùn)動(dòng)控制閥45，用于控制在燃燒室30中發(fā)生的充氣運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。
[0022]進(jìn)一步地，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)由高壓EGR(HP-EGR)通道140將期望部分的排氣從排氣通道48傳送至進(jìn)氣通道44。在一些示例中，雖然該系統(tǒng)被描述為使用HP-EGR，但是低壓EGR(LP-EGR)通道也可以被包括或可替代地被包括。在發(fā)動(dòng)機(jī)未被渦輪增壓的實(shí)施方式中，還可以采用自然吸氣式EGR。