用于冷凝控制的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于冷凝控制的方法和系统。提供了用于在低温环境状况期间减少增压空气冷却器(CAC)处的冷凝液积聚的方法和系统。在除霜状况期间，可以使空气调节装置运转，以便给车厢空间除湿，同时将热排放到冷却回路。可以绕过散热器将暖的冷却液引导至CAC，以加快CAC加热。
【专利说明】用于冷凝控制的方法和系统
【技术领域】
[0001]本申请涉及利用来自空气调节系统的热来加快增压空气冷却器的加热的方法和系统。
【背景技术】
[0002]车辆可以被配置为具有除霜系统，以便从车辆的挡风玻璃、后窗和侧窗清除冷凝物和/或霜雪。除霜系统可以包括与车辆加热通风与空气调节(HVAC)系统以及发动机冷却回路共用的部件，诸如鼓风机与风扇。对于主要除霜，经由加热器芯的由车辆的发动机冷却液提供热。具体地，新鲜空气吹过加热器芯，然后被鼓风机吸到并被分散在挡风玻璃的内表面上。除了 HVAC系统的风扇和鼓风机外，空气调节装置也可以在除霜期间运转，以便对由风扇和鼓风机吹的空气除湿。除湿使得除霜更有效并且更快，因为干燥的空气具有从其面向的玻璃吸收水的更大能力。经常在后和/或侧视镜上使用的次要除霜通常由嵌入或嵌在玻璃上的多个电阻导体组成。当供应电力时，这些导体被加热，从而融化冰并汽化来自玻璃的冷凝物。
[0003]发明人在此已经认识到除霜模式的潜在机遇。作为示例，在低温环境状况期间，给车厢/座舱空气除湿的空气调节装置的接合导致冷凝器热被排放(rejected)到大气。该热被散失到环境，而没有被使用。发明人已经认识到，该热能够被利用，而不要被散失到环境。低温环境状况还能够过度冷却在冷却回路中的制冷剂(或冷却液)，并产生冰冻问题。由于除霜模式需要经由发动机冷却回路已被加热的热空气，因此可以延迟有效的除霜直至发动机已经被充分升温。讽刺地，由于发动机热被送至车厢以加热冷空气，因此在除霜期间的发动机升温会比不需要除霜时更慢。此外，在除霜模式期间，环境状况与增压空气冷却器冷凝液是升压发动机的大问题的状况相同。当冷凝液在进气系统中积聚时，发动机失火和NVH问题的可能性增加。
【发明内容】
[0004]发明人在此已经认识到，在除霜模式期间HVAC系统处的产生的热可以在发动机冷启动期间被有利地用来加快增压空气冷却器和发动机的升温。在一个示例中，这可以通过一种用于发动机的方法来实现，该方法包含:响应于车辆除霜状况，使空气调节装置运转，并将热从第一冷却回路排放到发动机进气空气，第一冷却回路被耦接至空气调节装置、增压空气冷却器和散热器，第一冷却回路没有被耦接至发动机。以此方式，当空气调节装置被接合以便在除霜期间给车厢除湿时，通过空气调节装置排放的热被有利地用来加快发动机和增压空气冷却器的升温。
[0005]例如，发动机系统可以包括第一冷却回路，其被耦接至空气调节装置(或HVAC系统)、增压空气冷却器、第一冷却液泵和散热器。散热器可以经由温控阀被耦接至第一冷却回路的其余部件，以便当流过第一冷却回路的冷却液的温度低于阈值时，温控阀维持关闭，并且冷却液流过回路同时绕过散热器。然后，当冷却液温度超过阈值时，温控阀打开，以允许冷却液流过散热器。因此，第一冷却回路可以构成低温环路。第二、不同冷却回路可以包括发动机和风扇，第二回路构成高温环路。在车辆除霜状况期间，可以使空气调节装置(AC)运转，以便给车厢空气除湿。在除湿期间自蒸发器、自冷凝的车厢湿气吸收的热被排放到低温冷却回路中的水冷的AC冷凝器，由此使冷却液升温。可以使第一冷却液泵运转，以使第一冷却回路中的已升温的冷却液流过AC(在其中拾取热)，然后流过增压空气冷却器(CAC)同时绕过散热器。通过绕过低温散热器，热没有被散失到大气，并且暖的冷却液能使CAC升温。暖的CAC进而使流过其中的空气充气升温。一旦第一冷却回路中的冷却液充分变热(例如，超过阈值)，温控阀可以打开，并且可以围绕第一冷却回路泵送冷却液通过散热器，从而允许热被散失到环境，并实现第一冷却回路的温度控制。
[0006]CAC的加快的加热提供多个益处。首先，它通过加热在发动机中接收的进气空气充气来加快发动机升温，这进而改善除霜的效率。其次，通过增加CAC处的温度，减少CAC处的冷凝问题。此外，能够在没有冷凝问题的情况下更早地引入低压EGR。因此，一旦EGR被引入，通过EGR冷却器排放到第二冷却回路的热进一步加快发动机升温。以此方式，除霜热可以被回收，并在低温环境状况期间被添加到CAC，以加快CAC和发动机的升温。通过利用更暖的空气使发动机运转，减少微粒物质(PM)、CO和碳氢化合物(HC)排放，并且通过扩大EGR运转的范围，还实现燃料经济性益处。
[0007]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1不出了升压发动机系统的不例实施例。
[0009]图2示出了耦接至图1的发动机系统的冷却回路的示例实施例。
[0010]图3示出了图示说明可以实施的用于利用除霜加热来加快CAC升温和冷却的EGR输送的程序的高级别流程图。
[0011]图4示出了根据本公开的用于CAC温度控制的示例调整。
【具体实施方式】
[0012]提供了用于自耦接至发动机(诸如图1的发动机系统)的空气调节系统回收热以使流过增压空气冷却器(CAC)的充气升温的方法和系统。这样做，能够使流过增压空气冷却器的冷却回路(诸如图2的回路)的进气空气充气和冷却液升温。发动机控制器可以被配置为执行控制程序(诸如图3的程序)，以便在低温状况期间通过使冷却液绕过散热器循环通过CAC来回收除霜热一旦CAC已经被充分升温，则开始EGR输送。参照图4示出了示例调整。
[0013]图1示意地示出了包括发动机10的示例发动机系统100的各个方面。在所描述的实施例中，发动机10是升压发动机，其被耦接至涡轮增压器13，涡轮增压器13包括由涡轮116驱动的压缩机114。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气净化器112被引入发动机10，并流向压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气空气压缩机，诸如马达驱动的或传动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统100中，压缩机是经由轴19机械地耦接至涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116由膨胀的发动机排气驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以被耦接在双涡管涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何形状的涡轮增压器(VGT)，其中涡轮的几何形状作为发动机转速的函数而自主改变。
[0014]如在图1中示出的，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC) 18 (在本文中也被称为中间冷却器)耦接至节流阀20。节流阀20被耦接至发动机进气歧管22。来自压缩机的、被压缩的空气充气流过增压空气冷却器18和节流阀到进气歧管。例如，增压空气冷却器可以是空气到空气的热交换器。在下文中参照图2提供了被耦接至CAC的冷却回路的详细描述。在图1所示的实施例中，进气歧管内空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。由于通过压缩机的气流能够加热压缩空气，因此提供下游CAC 18，以便能够在输送至发动机进气装置之前冷却升压的进气空气充气。
[0015]一个或更多个传感器可以被耦接至压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以被耦接至该入口，用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以被耦接至该入口，用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以被耦接至该入口，用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其他传感器可以包括，例如，空燃比传感器等。在其他示例中，可以基于发动机工况推测压缩机入口状况(诸如湿度，温度，压力等)中的一个或更多个。此外，当EGR被启用时，传感器可以估计空气充气混合气的温度、压力、湿度和空燃比，其中该空气充气混合气包括在压缩机入口处接收的新鲜空气、再循环的压缩空气和剩余排气。
[0016]在所选状况期间，诸如在松开加速器踏板期间，当从具有升压的发动机运转变为不具有升压的发动机运转时，压缩机喘振可能发生。这是由于当节气门在松开加速器踏板关闭时压缩机两端产生增加的压力差。增加的压力差减少了通过压缩机的前向气流，从而引起喘振和退化的涡轮增压器性能。此外，喘振可能导致NVH问题，诸如来自发动机进气系统的不期望的噪声。为了减轻升压压力并减少压缩机喘振，由压缩机114压缩的至少一部分空气充气可以被再循环至压缩机入口。这允许过多的升压压力基本上立即被减轻。压缩机再循环系统可以包括压缩机再循环通道70，用于在增压空气冷却器18的下游将来自压缩机出口的冷却的压缩空气再循环至压缩机入口。在一些实施例中，可以提供另外的压缩机再循环通道(未示出)，用于在增压空气冷却器18的上游将来自压缩机出口的未冷却的(或暖的)压缩空气再循环至压缩机入口。
[0017]压缩机再循环阀(CRV) 72可以被耦接至压缩机再循环通道70(也被称为压缩机旁路)，以控制被再循环至压缩机入口的冷却的压缩机气流量。在所示出的示例中，CRV 72可以被配置为连续可变阀，其中该阀的位置从完全关闭位置到完全打开位置以及在两者之间的任何位置连续可变。CRV 72可以被设置在CAC 18下游且压缩机114入口上游的通道70中。在升压发动机运转期间可以调整CRV 72的位置，以改善峰值性能并提供喘振裕度(margin)。在一个示例中，在升压发动机运转期间可以维持CRV关闭，以改善升压响应和峰值性能。在另一示例中，可以在升压发动机运转期间维持CRV部分打开，以便为软喘振提供一些喘振裕度(特别是改善的裕度)。在任一种情况下，响应于喘振(例如，硬喘振)的指示，可以增加阀的打开。CRV的打开程度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比、压缩机流率、压缩机两端的压力差等)。作为一个示例，响应于喘振的指示，可以增加CRV的打开(例如，阀可以从完全关闭位置或部分打开位置转变为完全打开位置)。
[0018]还可以通过降低涡轮116处的排气压力来减轻喘振。例如，废气门致动器92可以被致动为打开，以便经由废气门90将涡轮上游的至少一些排气压力卸至涡轮下游的位置。通过降低涡轮上游的排气压力，能够降低涡轮转速，这进而有助于减少压缩机喘振。然而，由于废气门的升压动力学，调整压缩机再循环阀对减少喘振的作用会比调整废气门对减少喘振的作用更快。
[0019]发动机系统100还可以包括空气调节(AC)系统，例如，作为车辆HVAC系统的一部分。响应于车辆车厢冷却、车厢空气的除湿和/或对除霜的操作者请求，可以接合或运转AC系统。如在本文中所详述的，在AC系统被接合时的低温状况期间，(在AC系统冷凝器处)通过AC系统运转产生的热可以排放到耦接至CAC、HVAC系统和散热器但没有耦接至发动机歧管或EGR冷却器的(第一)冷却回路。在低温状况期间关闭的温控阀的存在迫使冷却液流量远离散热器，从而减少到环境空气的损失，并增加从AC系统到冷却液的热排放。这加快流过CAC的进气空气充气的升温，同时还使CAC升温。通过同时打开CRV72，能够使加热的空气充气围绕压缩机和CAC再循环，由此使CAC进一步升温。增加的空气充气温度和增加的加热的空气充气围绕压缩机的再循环导致CAC处的热排放增加。因此，这加快CAC和发动机升温，并改善发动机性能。
[0020]一旦CAC充分变热，可以打开温控阀。因此，在热冷却液状况期间，冷却液被引导通过散热器，从而增加到环境空气的热损失。这使冷却回路和CAC温度控制加快，并减少过热。
[0021]进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦接至一系列燃烧室30。燃烧室还经由一系列排气门(未示出)耦接至排气歧管36。在所示出的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管段。具有多个排气歧管段的构造可以使来自不同燃烧室的废气能被引导至发动机系统中的不同位置。
[0022]在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个均可以是电致动或电控制的。在另一实施例中，排气门和进气门中的每一个均可以是凸轮致动或控制的。不论是电致动还是凸轮致动，都可以根据对期望的燃烧与排放控制性能的需要调整排气门和进气门的打开与关闭正时。
[0023]可以经由喷射器66向燃烧室30供应一种或更多种燃料，诸如汽油、醇混合燃料、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可以经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或其任意组合向燃烧室供应燃料。在燃烧室中，可以经由火花点火和/或压缩点火开始燃烧。
[0024]如图1所示，来自一个或更多个排气歧管段的排气被引导至涡轮116，以驱动涡轮。当降低的涡轮扭矩被期望时，一些排气反而可以被引导通过废气门90，从而绕过涡轮。然后，来自涡轮和废气门的混合流流过排放控制装置170。一般而言，一个或更多个排放控制装置170可以包括一个或更多个排气后处理催化剂，其被配置为催化地处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或更多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以被配置为，当排气流稀时从排气流捕集N0X，而当排气流浓时减少被捕集的N0X。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置为在还原剂的帮助下使N0X比例失调或选择性地减少N0X。在其他示例中，排气后处理催化剂可以被配置为氧化排气流中的残余的碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何这类功能的不同排气后处理催化剂可以被分开地或一起布置在排气后处理阶段中的耐洗的涂层或其他地方中。在一些实施例中，排气后处理阶段可以包括可再生碳烟过滤器，其被配置为捕集并氧化排气流中的碳烟颗粒。
[0025]来自排放控制装置170的被处理的排气的全部或一部分可以经由排气管道35释放到大气。然而，取决于工况，剩余排气的一部分反而可以被转向至EGR通道50，通过EGR冷却器51和EGR阀52，到达压缩机114的入口。因此，EGR通道50将涡轮116下游的发动机排气歧管与压缩机114上游的发动机进气歧管耦接。在所示出的示例中，EGR通道50被示为与压缩机入口上游的压缩机再循环通道70合并。应认识到，在替代示例中，通道可以不合并，并且EGR通道可以独立于压缩机再循环通道被耦接至压缩机入口。
[0026]EGR阀52可以打开，从而准许受控量的被冷却的排气到达压缩机入口，用于期望的燃烧以及排放控制性能。以此方式，发动机系统100适合于通过从涡轮116的下游引出排气来提供外部的、低压(LP)EGR。EGR阀52还可以被配置为连续可变阀。然而，在替代示例中，EGR阀52可以被配置为开启/关闭阀。除了发动机系统100中相对长的LP-EGR流动路径外，压缩机的旋转提供了排气到进气空气充气内的优秀的均质化。另外，EGR离开点和混合点的布置为增加的可用EGR质量和改善的性能提供了非常有效的排气冷却。在另外的实施例中，发动机系统还可以包括高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116的上游吸入，并被再循环至压缩机114下游的发动机进气歧管。
[0027]EGR冷却器51可以被耦接至EGR通道50，用于冷却输送至压缩机的EGR。此外，一个或更多个传感器可以被耦接至EGR通道50，用于提供关于EGR的成分与状况的详细信息。例如，可以提供温度传感器，用于确定EGR的温度，可以提供压力传感器，用于确定EGR的压力，可以提供湿度传感器，用于确定EGR的湿度或含水量，并且可以提供空燃比传感器54，用于估计EGR的空燃比。可替代地，可以通过耦接至压缩机入口的温度、压力、湿度和空燃比传感器55-57中的一个或更多个来推测EGR状况。可以基于发动机工况和EGR状况调整EGR阀的打开，以提供期望的发动机稀释量。
[0028]在低温CAC状况期间，诸如在发动机冷启动期间或当环境状况气温低时，由于EGR的相对高的含水量，在前压缩机位置处接收的EGR会发生冷凝。当被吸入发动机中时，冷凝可以导致失火事件和NVH问题。如参照图3所详述的，在此类状况期间，可以延迟低压EGR的输送，直至CAC已经被充分升温。此外，可以通过回收在空气调节系统的冷凝器处产生的除霜热来加快CAC的升温。这样做，即使在低温环境状况期间能够提供EGR，从而扩大能够获得EGR益处的工作范围。
[0029]发动机系统100还可以包括控制系统14。控制系统14被示为接收来自多个传感器16 (在本文中描述的传感器的各种示例)的信息，并将控制信号发送至多个致动器81 (在本文中描述的致动器的各种示例)。作为一个示例，传感器16可以包括位于排放控制装置上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57和EGR传感器54。其他传感器(诸如另外的压力、温度、空燃比和成分传感器等)可以被耦接至发动机系统100中的各种位置。例如，致动器81可以包括节气门20、EGR阀52、压缩机再循环阀72、废气门92和燃料嗔射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器可以接收来自各种传感器的输入数据，处理输入数据，以及基于对应于一个或更多个程序被编程在其中的指令或代码，响应于已处理的输入数据而触发各种致动器。在本文中关于图3描述示例控制程序。
[0030]现在转向图2，其示出了耦接至图1的发动机的示例冷却系统200。因此，发动机可以被耦接至客运车辆或其他道路车辆。冷却系统能使从除霜模式中的运转回收除霜热传递给CAC，以便加快发动机加热。具体地，通过已升温的CAC的气流被用来加热空气充气，同时进而加热发动机，从而改善低温状况期间的发动机性能。
[0031]冷却系统200包括第一冷却回路202和第二冷却回路204，每一个均被耦接至发动机系统部件的不同组。第一冷却回路202包括散热器206、冷却液泵208、水到空气的增压空气冷却器(CAC) 210和AC系统冷凝器260。因此，第一冷却回路构成低温回路。AC系统冷凝器260可以被耦接至为更大的车辆HVAC系统的一部分的空气调节系统。在AC系统被接合时的状况期间，诸如在车厢冷却、除霜的请求期间，冷却液泵208可以被运转为使冷却液流过冷凝器(其中热从冷凝器排放到冷却液)。因此，只要AC系统被接合，就可以使冷却液泵208运转。
[0032]第二冷却回路204包括散热器216、冷却液泵228、238、EGR冷却器251、机油冷却器234、涡轮增压器236、加热器芯218，并构成高温回路。
[0033]返回到第一冷却回路202，冷却液泵208被配置为，将自冷凝器260和CAC 210接收的热冷却液泵送到散热器206内，以便能够将热排放到环境中。具体地，环境空气(通过进入散热器206的小箭头所示出的)可以流过散热器206，从而获得在散热器处排放的热。CAC 210可以被配置为，在空气充气被输送至发动机进气装置之前冷却自压缩机接收的压缩进气空气充气。在升压发动机运转期间，流过通过CAC(诸如图1的CAC 18)的通道，在压缩机处压缩的进气空气被输送至发动机。来自空气的热被排放到流过CAC的冷却液。
[0034]第一冷却回路包括耦接在散热器206与AC系统冷凝器260和CAC210中的每一个之间的温控阀266，因此当它暴露于低温冷却液时(诸如在低温发动机、低温CAC或低温环境状况期间)，温控阀关闭。当关闭时，冷却液泵208运转迫使冷却液沿着旁路264，并使冷却液转向远离散热器206。与之相比，当该阀暴露于热冷却液，温控阀打开。当打开时，冷却液泵208运转使冷却液流过散热器206。因此，冷却液泵输出转到AC冷凝器和CAC，并且AC冷凝器和CAC两者的输出在泵入口处混合。因此，当发动机没有被升压时，更热的冷却液从冷凝器中出来，并且更冷的冷却液从CAC中出来，将会在泵入口处混成暖的冷却液。如果它变得足够暖，它将会引起温控阀打开。
[0035]如在本文中所详述的，在低温CAC状况期间，例如，响应于除霜请求(为了给车辆车厢除湿)或车厢冷却请求(为了冷却车厢)，AC系统可以被接合。当AC系统被接合时，可以使冷却液泵208运转。同样，当AC系统被接合时，来自车厢的热经由冷凝器260被排放到第一冷却回路。在低温状况期间，当AC系统被接合并且温控阀被关闭时，通过冷凝器排放到冷却回路的热被有利地循环通过CAC 210，以使进气空气充气和CAC升温。具体地，在这些状况期间，通过当温控阀266关闭时使流过旁路264的冷却液转向，减少到环境的热散失。相反，除霜加热被用来加快CAC加热。当冷却液温度上升超过阈值时，温控阀打开。如果AC系统仍被接合，热通过冷凝器被排放到冷却回路，并被循环通过散热器206，以便将热散失到环境，并将冷却回路的温度维持在期望的阈值或范围内。
[0036]第二冷却回路204是传统的冷却液环路，并使冷却液循环通过内燃发动机220，以吸收发动机废热，并将加热的冷却液分配给散热器216和/或加热器芯218。散热器216可以包括散热器风扇230，以改善冷却效率。第二冷却回路还使冷却液循环通过耦接至(图1的)EGR系统的EGR冷却器251。具体地，在EGR输送期间，在EGR冷却器251处排放排气热。第二冷却回路还使冷却液循环通过发动机机油冷却器234和涡轮增压器230，并接收自发动机机油冷却器234和涡轮增压器230排放的热。
[0037]发动机驱动的水泵228使冷却液循环通过发动机220中的通道，具体地，通过进气和排气歧管222，通过汽缸盖224，并且然后通过汽缸体226，以吸收发动机热。流过EGR冷却器251和散热器216，冷却液从发动机流回到发动机。经由散热器216和风扇230将热传递到环境空气。因此，在EGR被输送的状况期间，能够使在EGR冷却器251处排放的热循环通过发动机220，并且被有利地用来使发动机(诸如在低温环境状况期间)升温。发动机驱动的水泵228可以经由前端附件驱动系统(FEAD，未示出)耦连至发动机，并且经由带、链等与发动机转速成比例地旋转。在一个示例中，其中泵228是离心泵，产生的压力(以及导致的流动)可以与曲轴转速成比例，在图2的示例中，其与发动机转速成正比。辅助泵238也可以被包括在第二冷却回路204中，以辅助冷却液流过EGR系统和涡轮增压器。冷却液的温度可以由温控阀240调节，温控阀240可以保持关闭直至冷却液到达阈值温度。
[0038]风扇230可以被耦接至散热器216，以便当车辆缓慢移动或停止而发动机在运行时维持通过散热器216的气流。在一些示例中，风扇速度可以由控制器控制。可替代地，风扇230可以被耦接至发动机驱动的水泵228。
[0039]热冷却液也可以经由辅助泵238流向加热器芯218。辅助泵238可以被用来在发动机220关闭(例如，仅电动运转)时的情况期间使冷却液循环通过加热器芯218，和/或被用来在发动机正运行时辅助发动机驱动的泵228。类似发动机驱动的泵228，辅助泵可以是离心泵；然而，通过辅助泵产生的压力(以及导致的流动)与通过系统能量存储装置(未示出)向泵供应的功率量成比例。
[0040]在加热器芯处，热可以被传递到车辆乘客舱。冷却液然后流回到发动机。加热器芯218因此可以用作冷却液与乘客舱之间的热交换器。散热片可以被附接至加热器芯，以增加用于热传递的表面面积。例如通过使风扇运转，可以迫使空气经过散热片，以加快乘客舱的加热。除气瓶232被布置在冷却回路204中的高点处，并且被配置为从冷却液中净化空气。应认识到，在图2的实施例中，通过较细的线所示出的冷却回路的较小软管，而较大软管由较粗的线指示。现在转向图3，其示出了用于在低温状况期间利用除霜加热来加热发动机进气空气充气并且由此加热增压空气冷却器和发动机的示例方法300。通过回收除霜热并利用它来加快CAC的升温，即使在低温环境状况期间也能实现EGR益处。
[0041]在302处，程序包括估计和/或测量发动机工况，诸如发动机转速、发动机冷却液温度(ECT)、大气压力(BP)、环境温度与湿度、MAP、MAF、MAT、扭矩需求(Tq)等。
[0042]在306处，可以确定AC压缩机是否开启。例如，可以确定车辆除霜状况是否存在和/或是否已经作出车厢冷却请求。在一个示例中，诸如当低温环境状况(例如，其中环境温度低于阈值)、低温发动机状况(例如，其中发动机冷却液温度低于阈值)和低温CAC状况(例如，其中CAC温度低于阈值)中的一个或更多个存在时，车辆除霜状况可能与低温发动机状况重叠。在车辆除霜状况期间，冷凝液会积聚在车辆窗户和挡风玻璃上，从而降低车辆能见度。在此类状况期间，空气调节系统(例如，车辆HVAC系统的空气调节装置)可以被接合并被运转用于给空气除湿。通过给空气除湿，使用去除冷凝液的风扇和风机的效率得以改善。可替代地，诸如当车辆操作者请求车厢温度控制时，可以确定车厢冷却状况是否存在。因此，响应于车厢冷却请求，空气调节系统可以被接合并被运转用于车厢冷却。因此，可以确定低温状况是否存在以及空气调节系统是否已经被接合。
[0043]如果AC压缩机开启，程序移动到312，以使冷却液泵运转，从而使冷却液循环通过AC冷凝器。因此，在这个时间期间，温控阀可以关闭，以便使冷却液泵运转，从而使冷却液流过AC冷凝器和旁路，但不流过散热器。
[0044]如果AC压缩机没有开启，那么在308处，可以确定CAC温度(T_CAC)是否高于阈值。例如，可以确定CAC是否超过环境温度至少5°C。可替代地或额外地，可以确定CAC是否超过25°C。如果是，程序进入到312，以使冷却液泵运转，并使冷却液循环通过AC冷凝器同时绕过散热器。如果AC压缩机没有开启并且CAC温度不高于阈值温度，那么在310处，程序包括使冷却液泵不运转。
[0045]如上所提到的，在312处，程序包括使第一冷却回路的冷却液泵运转，以使冷却液流过空气调节系统，然后经由不包括散热器的旁路流向增压空气冷却器。因此，在除霜状况期间，当第一冷却回路中的冷却液的温度低于阈值时，耦接在空气调节系统与散热器之间的温控阀处于关闭位置。因此，当冷却液泵运转时，冷却液被循环通过空气调节系统和CAC，但不流过散热器。
[0046]在314处，程序包括将热排放到第一冷却回路(诸如图2中的冷却回路202)同时绕过散热器。具体地，在发动机运转期间，热经由冷却液从空气调节系统传递到增压空气冷却器，并从增压空气冷却器传递到发动机进气空气充气。其中，热通过AC系统的冷凝器被排放到冷却回路，以使冷却液升温。当暖的冷却液然后流过CAC时，它导致CAC以及流过CAC的进气空气充气的升温。这允许低温状况期间的CAC升温被加快。加热的进气空气充气到发动机的流动也会加快发动机升温。以此方式，可以利用除霜加热使CAC伺机升温。
[0047]可选地，当将热排放到第一冷却回路时，耦接在进气压缩机两端的压缩机再循环阀可以打开，以使加热的进气空气充气在压缩机两端再循环。通过打开CRV同时将除霜热排放到第一冷却回路，能够使加热的空气充气围绕压缩机和CAC再循环，由此使CAC升温。此外，通过增加加热的空气在CAC两端的再循环(经由CRV)，到CAC和CAC冷却回路的热传递增加，而不会引起节气门入口压力的实质增加。
[0048]可选地，在316处，如果EGR被请求(在302处)，程序包括关闭EGR阀(或保持EGR阀关闭)并延迟EGR输送直至充分的CAC升温已经发生。在一个示例中，其中EGR阀是连续可变阀，这可以包括减小EGR阀的打开。在替代示例中，其中EGR阀是开启/关闭阀，可以使EGR阀转变为闭合或关闭位置，以启用EGR输送。因此，关闭EGR阀包括不提供排气再循环。如下所详述的，发动机控制器可以保持EGR阀关闭直至冷却液温度(或CAC温度)超过阈值。通过延迟EGR的输送直至CAC温度充分变暖，减少了冷凝问题。
[0049]可以伺机执行进气空气充气的除霜加热，直至CAC已经被充分升温或除霜状况结束。即，只要AC系统被接合并且AC压缩机开启，除霜加热就可以继续。在318处，可以确定CAC温度是否高于阈值温度。阈值可以基于环境湿度、环境温度和CAC温度中的一个或更多个。例如，当环境湿度增加时，可以增加阈值温度。阈值温度可以进一步基于耦接至CAC的第一冷却回路的冷却液温度。在一个示例中，阈值温度是25°C。
[0050]由于可以根据在CAC上游估计的冷却液温度推测CAC温度，因此在替代示例中，在318处，可以确定冷却液温度是否超过阈值。此外，除霜加热可以继续某一持续时间，直至压缩机温度超过阈值温度。压缩机温度可以包括压缩机入口温度或压缩机出口温度。在一个示例中，温度传感器可以被耦接至CAC上游的冷却回路，以估计压缩机、冷却液或CAC温度。可替代地，温度传感器可以被耦接至CAC入口或出口，以估计压缩机温度。
[0051]因此，经由除霜加热的发动机冷却液的直接加热以及进气空气充气的直接加热还能够改善系统加热器以及冷启动排气排放的性能。具体地，可以减少碳氢化合物或碳烟排放。
[0052]在320处，在确认冷却液温度超过阈值之后，程序包括打开温控阀。具体地，热可以从空气调节系统排放到大气。因此，当冷却液(或CAC)温度超过阈值时，温控阀可以处于打开位置。在这种状况期间，冷却液能够流过散热器。因此，控制器可以使冷却液泵运转，以使冷却液流过空气调节系统、增压空气冷却器和散热器。当暖的冷却液流过散热器时，在AC系统冷凝器处产生的热能够被排放到环境，从而允许第一冷却回路部件的温度控制。例如，CAC可以保持在25-30°C处或以下。可替代地，当外部温度增加时，可以保持温度仅在周围环境之上。
[0053]可选地，在322处，如果EGR状况满足并且EGR被请求，程序还可以包括打开EGR阀，以启用LP-EGR的输送。通过打开EGR阀，可以经由EGR通道和设置在EGR阀上游的EGR冷却器使排气从排气涡轮的下游再循环至压缩机入口。可以基于期望的EGR量或流率调整EGR阀的打开。因此，在EGR被启用之后，热从EGR冷却器排放到第二不同的冷却回路。第二冷却回路可以被耦接至EGR冷却器，并且被进一步耦接至发动机，但没有被耦接至CAC (诸如图2中的冷却回路204)。这种热排放允许在发动机冷启动期间进一步增加发动机温度。因此，当冷却液温度到达阈值时，控制器可以打开EGR阀，以便经由EGR通道使排气从发动机排气装置再循环至发动机进气装置，并且将热从EGR冷却器排放到第二冷却回路，以使发动机升温。
[0054]以此方式，经由自AC系统冷凝器回收的能量将热添加到CAC冷却回路和压缩机入口。经由压缩机将自除霜回收的能量传递给入口空气。通过将热添加到在第一冷却回路中循环同时绕过散热器的冷却液，减少了低温状况期间到环境的热损失。相反，能够使热转向朝向迅速增加CAC处的温度。这允许更早地安排EGR (与AC系统没有被接合用于除霜或车厢冷却的发动机冷启动相比)。因此，这在更宽的发动机工况范围内扩大EGR益处。参照图4本文描述了用于升温CAC的除霜加热的示例使用。
[0055]尽管图3的示例示出了加快CAC升温的除霜加热的伺机使用，但应认识到，在其他低温状况期间，当除霜加热不可用时(诸如当AC系统由于操作者既没有请求车厢冷却也没有请求除霜而没有被接合时)，控制器可以利用压缩加热来加快CAC升温。控制器可以同时延迟EGR阀打开直至CAC充分变暖。同样，控制器可以打开CRV，以增加加热的空气充气在压缩机两端的再循环，从而进一步加快低温状况(例如，冷启动)期间的CAC和发动机升温。
[0056]作为示例，在空气调节系统被接合时的低温状况期间，控制器可以将热从空气调节系统排放到增压空气冷却器(即，利用除霜加热来使CAC升温)，而在空气调节系统没有被接合时的低温状况期间，控制器可以将热从排气系统排放到增压空气冷却器。因此，在两种低温状况期间，延迟排气再循环直至增压空气冷却器温度(或冷却液温度或压缩机温度)高于阈值。延迟排气再循环包括保持EGR阀关闭，排气再循环包括从涡轮下游到压缩机入口的低压排气再循环。如在本文中所使用的，低温状况可以包括环境温度低于阈值的低温环境状况、发动机冷却液温度低于阈值的低温发动机状况和冷却器温度低于阈值的低温增压空气冷却器状况中的一个或更多个。
[0057]将热从空气调节系统排放到增压空气冷却器可以包含，使冷却液泵运转，并在温控阀处于关闭位置的情况下使冷却液流过空气调节系统和增压空气冷却器，以使冷却液绕过散热器。与之相比，将热从排气系统排放到增压空气冷却器可以包含，关闭EGR阀和耦接在涡轮两端的废气门，同时打开耦接在压缩机两端的压缩机再循环阀，增压空气冷却器被耦接在压缩机的下游。然而，在两种低温状况期间，打开压缩机再循环阀，以增加已升温的进气空气充气在进气压缩机两端的再循环。
[0058]现在转向图4，映射图400描述了用于使CAC升温的除霜加热的示例使用。映射图400在曲线402处描述了 CAC温度，在曲线404处描述了 AC系统的状态，在曲线406处描述了冷却液泵运转，在曲线412处描述了发动机运转，并且在曲线414处描述了耦接至第一冷却回路(包括冷却液泵、CAC、AC系统和散热器)的温控阀的状态。
[0059]在tl之前，发动机可以关闭。在tl处，发动机冷启动可以被确认(曲线412)。在冷启动期间，CAC温度(曲线402)可以低于下限阈值(下限阈值，Thr_loWer)，并且冷凝以及相关问题的倾向可能较高。因此，如果任何EGR在tl处被需求，都将会延迟EGR的输送直至CAC被充分升温。
[0060]同样在tl处，由于低温状况，车辆除霜可以被车辆操作者请求。响应于车辆除霜状况，AC系统可以在tl处被接合(曲线404)。当AC系统运转以便给车厢空气除湿时，热在AC系统冷凝器处产生，其中通过使冷却液泵(曲线406)运转将热排放到耦接至AC系统的冷却回路的冷却液。在低温CAC状况期间，耦接至CAC的冷却回路的温控阀保持关闭(曲线414)。通过关闭该阀，停止冷却液通过散热器的流动。相反，冷却液被迫流过旁路，以便减少到大气的热损失。通过使用温控阀，该热被伺机用来加快CAC升温。具体地，能够实现进气空气充气的除霜加热。
[0061]在tl与t2之间，进气空气充气和CAC的除霜加热可以继续某一持续时间，直至CAC温度超过Thr_lower。在一个不例中，Thr_lower可以基于环境状况,诸如环境温度和湿度。在另一示例中，Thr_lower可以是预定值,诸如25_30°C。
[0062]在t2处，响应于CAC温度处在或超过Thr_lower，可以启用EGR输送。当开始EGR输送时，热可以从EGR冷却器排放到耦接至EGR冷却器和发动机但没有被耦接至CAC的第二冷却回路内。这允许在冷启动期间升高发动机温度，从而改善发动机性能和燃料经济性。
[0063]同样在t2处，更高的冷却液温度可以引起温控阀打开。这允许通过冷却液泵来泵送冷却液通过散热器。当冷却液流过散热器时，热被散失到环境，从而允许冷却液的温度控制。
[0064]在t3与t4之间，CAC温度可以朝向上限阈值温度(上限阈值，Thr_upper)移动，并且可以执行CAC的温度控制。上限阈值温度可以高于下限阈值温度。具体地，响应于升高的CAC温度，可以调整冷却液泵运转，例如，可以增加流率，以便增加热冷却液通过耦接至第一冷却回路的散热器的流动。流率可以保持经调整后的返回值，以便将CAC温度维持在Thr_upper之下(并且在Thr_lower之上)。因此,只要AC系统被接合,冷却液泵就可以继续运转并被调整用于温度控制。
[0065]在t4处，响应于发动机关闭状况，发动机可以关闭。
[0066]应认识到，尽管图4的示例建议延迟EGR输送直至CAC被升温，但相对于AC系统热经由散热器排放到环境的发动机循环，能在发动机循环中更早地启用总的EGR安排。具体地，除霜加热允许在发动机循环中通过加快CAC加热而更早地安排EGR。
[0067]还应认识到，由于空气调节系统冷凝器的具体耦接，在空气调节系统没有运转时(诸如当没有车厢冷却或除霜的操作者请求时)的冷启动状况期间，压缩加热可以被用来使CAC升温。其中，废气门可以关闭，并且由于排气背压导致的热排放可以将足够的热添加到冷却液(冷却液还通过CAC再循环)，以使CAC升温并降低CAC冷凝的倾向。因此，可以在这些状况期间经由增加的压缩机再循环和EGR来实现排气回收。
[0068]在一个示例中，一种车辆系统包含:发动机，其包括进气节气门；涡轮增压器，其包括进气压缩机和排气涡轮；增压空气冷却器，其被耦接在压缩机的下游与节气门的上游；以及EGR阀，其在将涡轮出口耦接至压缩机入口的EGR通道中，EGR通道包括在EGR阀上游的EGR冷却器。该车辆系统还包括空气调节系统和第一冷却回路，空气调节系统用于基于操作者需求冷却车厢空气，第一冷却回路被耦接至增压空气冷却器、空气调节系统和散热器。温控阀可以被布置在第一冷却回路中。第二、不同冷却回路可以被耦接至发动机和EGR冷却器。控制器可以被配置为具有计算机可读指令，其用于:当空气调节系统被接合并且第一冷却回路中的冷却液的冷却液温度低于阈值温度时，在温控阀处于关闭位置的情况下使冷却液流过第一冷却液回路，以使冷却液流绕过散热器。然后，在冷却液温度超过阈值温度之后，控制器可以在温控阀处于打开位置的情况下使冷却液流过第一冷却液回路，以使冷却液流过散热器。因此，当冷却液温度低于阈值温度时，控制器可以在EGR阀关闭的情况下使发动机运转，而在冷却液温度超过阈值温度之后，控制器可以打开EGR阀以启用排气再循环，同时增加到第二冷却回路的排气热排放。
[0069]以此方式，在低温状况期间，可以通过伺机利用通过接合的AC系统排放的热使CAC升温来加快CAC加热。通过使热转向远离散热器以减少到环境的热损失，更多的热能够被排放到CAC冷却回路中的冷却液。这允许除霜加热被用来升温流过CAC的进气空气充气。通过同时打开CRV，加热的空气充气在压缩机两端的增加的再循环能够被用来进一步加快CAC加热。通过加快CAC的升温并基于CAC升温协调EGR输送，能够在后CAC的冷凝倾向减少的情况下引入EGR。因此，这允许即使在低温环境状况期间也能获得EGR益处，并在更宽的发动机工况范围内扩大EGR益处。通过降低冷凝的风险，能够减少失火以及相关的NVH问题。同样，升温的发动机增加了车辆除霜和车厢加热的效率，从而改善了低温环境状况期间的乘客舒适度。总之，改善了低温状况期间的发动机性能。
[0070]注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作和/或功能中的一个或更多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码。
[0071]应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和配置和其它的特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0072]下面的权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。应当理解，这样的权利要求包括纳入一个或更多个这样的要素，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。所公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可以通过本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中新的权利要求的提交来要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种用于发动机的方法，其包含: 在车辆除霜状况期间，接合空气调节系统，并将热从所述空气调节系统排放到第一冷却回路同时绕过散热器，所述第一冷却回路被耦接至所述空气调节系统、增压空气冷却器和散热器，但没有被耦接至所述发动机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述车辆除霜状况包括所述第一冷却回路中的冷却液的温度低于阈值，并且其中在所述车辆除霜状况期间，所述空气调节系统与所述散热器之间的温控阀处于关闭位置中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将热排放到所述第一冷却回路同时绕过所述散热器包括，使所述第一冷却回路的冷却液泵运转以便经由不包括所述散热器的旁路使冷却液流过所述空气调节系统和所述增压空气冷却器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在发动机运转期间，热经由所述冷却液从所述空气调节系统传递到所述增压空气冷却器，并从所述增压空气冷却器传递到发动机进气空气充气。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包含，当将热排放到所述第一冷却回路时，打开耦接在进气压缩机两端的压缩机再循环阀，以使加热的进气空气充气在所述压缩机两端再循环。
6.根据权利要求5所述的方法，其还包含，当冷却液温度超过所述阈值时，将热从所述空气调节系统排放至大气。
7.根据权利要求6所述的方法，其中当冷却液温度超过所述阈值时，所述温控阀处于打开位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将热从所述空气调节系统排放至大气包含，使所述冷却液泵运转以使冷却液流过所述空气调节系统、所述增压空气冷却器和所述散热器。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包含，在所述车辆除霜状况期间，保持EGR阀关闭直至所述冷却液温度超过所述阈值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述EGR阀被耦接至低压EGR通道中的EGR冷却器的下游，所述EGR冷却器被耦接至包括所述发动机的第二、不同的冷却回路，所述第二冷却回路不包括所述空气调节系统。
11.根据权利要求10所述的方法，其还包含，当所述冷却液温度达到所述阈值时，打开所述EGR阀以便经由所述EGR通道使排气从发动机排气装置再循环至发动机进气装置，以及将热从所述EGR冷却器排放到所述第二冷却回路以使所述发动机升温。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述阈值基于环境湿度、环境温度和增压空气冷却器温度中的一个或多个。
13.—种车辆系统，其包含: 发动机，其包括进气节气门； 涡轮增压器，其包括进气压缩机和排气涡轮； 增压空气冷却器，其被耦接在所述压缩机的下游与所述节气门的上游； 空气调节系统，用于基于操作者需求冷却车厢空气； 第一冷却回路，其被耦接至所述增压空气冷却器、所述空气调节系统和散热器； 温控阀，其在所述第一冷却回路中；以及 控制器，其具有计算机可读指令，用于: 当所述空气调节系统被接合并且所述第一冷却回路中的冷却液的冷却液温度低于阈值温度时，在所述温控阀处于关闭位置的情况下使冷却液流过所述第一冷却液回路，以使冷却液流绕过所述散热器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器还包括指令，其用于: 在所述冷却液温度超过所述阈值温度之后，在所述温控阀处于打开位置的情况下使冷却液流过所述第一冷却液回路，以使冷却液流过所述散热器。
15.根据权利要求14所述的系统，其还包含: EGR阀，其在将所述涡轮的出口耦接至所述压缩机入口的EGR通道中，所述EGR通道包括在所述EGR阀上游的EGR冷却器；以及 第二不同的冷却回路，其被耦接至所述发动机和所述EGR冷却器； 其中所述控制器还包括指令，用于: 当所述冷却液温度低于所述阈值温度时，在所述EGR阀关闭的情况下使所述发动机运转；以及 在所述冷却液温度超过所述阈值温度之后，打开所述EGR阀以启用排气再循环，同时增加到所述第二冷却回路的排气热排放。
16.—种发动机方法,其包含: 在空气调节系统被接合时的低温状况期间，将热从所述空气调节系统排放到增压空气冷却器。
17.根据权利要求16所述的方法，其还包含: 在所述空气调节系统没有被接合时的低温状况期间，将热从排气系统排放到所述增压空气冷却器；以及 在两种低温状况期间，延迟排气再循环直至增压空气冷却器温度高于阈值，并且其中所述低温状况包括环境温度低于阈值的低温环境状况、发动机冷却液温度低于阈值的低温发动机状况和冷却器温度低于阈值的低温增压空气冷却器状况中的一个或多个。
18.根据权利要求17所述的方法，其中将热从所述空气调节系统排放到所述增压空气冷却器包含，使冷却液泵运转，并在温控阀处于关闭位置的情况下使冷却液流过所述空气调节系统和所述增压空气冷却器，以使冷却液绕过散热器；并且其中将热从所述排气系统排放到所述增压空气冷却器包含，关闭EGR阀和耦接在所述涡轮两端的废气门，同时打开耦接在压缩机两端的压缩机再循环阀，所述增压空气冷却器被耦接在所述压缩机的下游。
19.根据权利要求18所述的方法，其中延迟排气再循环包括保持EGR阀关闭，所述排气再循环包括从涡轮下游到压缩机入口的低压排气再循环。
20.根据权利要求19所述的方法，其还包含，在两种低温状况期间，打开压缩机再循环阀，以增加已升温的进气空气充气在进气压缩机两端的再循环。
【文档编号】B60H1/06GK104373261SQ201410397689
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】J·N·阿勒瑞, R·戈帕尔, S·卡特拉格达 申请人:福特环球技术公司