用于客厢加热的排气节流的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于加热机动车辆的客厢的系统。
【背景技术】
[0002]希望机动车辆的快速客厢加热，特别是在冷的周围环境条件期间，从而提供乘客舒适性。传统上，客厢热来自发动机冷却液，经由排气热的大量增加客厢可以被间接加热。但是，当只有一小部分排气热出现在发动机冷却液中时，这种方法能量效率不高并且浪费燃料。
【发明内容】
[0003]发明人已经认识到通过节流排气改变其路线的排气热可以被回收并且经由发动机冷却液系统被直接传送(route)到客厢加热系统而不是被间接传送到客厢加热系统。而且，发明人也已经认识到随着系统的特性(例如，冷却液温度、吹风机风扇速度等)变化，通过改变到客厢加热系统的冷却液的流率，最佳的热量可以从排气装置输送到客厢加热系统。因此，提供一种用于发动机的方法，包括将冷却液从冷却液贮存器泵送到排气部件并且然后到加热器芯子(heater core)，该冷却液被排气部件加热，并且在发动机预热/暖机状态期间，调节到加热器芯子的冷却液的流率，以使对车辆客厢的热传输最大化。
[0004]在一个例子中，冷却液来源于发动机的总冷却系统，通过热采集(pick up)元件(例如，EGR冷却器)，并且然后通过散热片(加热器芯子)，并且被释放到发动机的总冷却系统中。在非稳定状态条件期间，例如当发动机正在变热时，具有实现到加热器芯子的最大热传输的冷却液流率(这不一定是最大流率)。这种冷却液流率是加热器芯子温度降(AT)的函数。当△ T与流率之积最大时，最大的热被传输。但是，在稳定状态条件期间，例如当发动机已经达到运行温度时，冷却液可以以恒定的流率(例如最大的流率)流动。以这种方式，在发动机预热期间，随着系统特性变化，可以继续调节流率以保持对客厢的最大的热传输，并因此促进高效的客厢加热。
[0005]本说明的上面的优点和其他优点，以及特征从下面单独的或结合附图的【具体实施方式】将容易明白。
[0006]应当理解，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在【具体实施方式】中进一步描述。这并不意味着所要求保护主题的关键的或基本的特征，所要求保护主题的范围由【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决如上或本公开的任何部分中所提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0007]图1示出发动机系统的示意图。
[0008]图2示出图示说明用于根据本公开的实施例的加热车辆客厢的方法的流程图。
[0009]图3示出根据本公开的实施例的用于促进加热器芯子升温的示范性排气节气门和加热器芯子循环泵调节。
[0010]图4示出图示说明用于根据本公开的实施例的使对车辆客厢的热传输最大化的方法的流程图。
[0011]图5-6示出图示说明用于根据本公开的实施例的选择使对车辆客厢的热传输最大化的流率的途径的示意图。
【具体实施方式】
[0012]提供用于促进在车辆发动机(例如图1的发动机系统)中的加热器芯子升温的方法和系统。在发动机冷启动和预热期间，增加的排气背压和随后在EGR冷却器处的热排放的协同好处可以有利地用于快速升高提供给加热器芯子的冷却液温度。得到从排气装置出来并且进入发动机冷却液的热的传统的方法包括使冷却液流率最大化并且使冷却液体积最小化(通过隔离冷却液分支，例如到散热器中的分支)。
[0013]但是，在所要求保护的结构中，冷却液来源于发动机的总冷却系统，通过热采集元件(EGR冷却器)，并且然后通过散热片(加热器芯子)，并且被释放到发动机的总冷却系统中。在这种情况下，具有实现到加热器芯子中的最大热传输的给定的冷却液流率。这种冷却液流率是加热器芯子温度降的函数。当加热器芯子两端的温度降与流率之积最大时，最大的热被传输。
[0014]控制器可以构造成执行方法(例如图2和图4的示范性方法)以压制设置在EGR通道下游的排气阀泄露(take off)以提升排气背压，并且还关闭EGR阀以使至少一部分被节流的排气通过EGR冷却器。通过节流排气而不是使排气转向，该排气在热交换器中得到增加的驻留时间。在较高的压力下可以具有某一更好的第三(tertiary)效果的热传输的。增加的背压通过将热排气捕集在发动机汽缸中能够实现发动机温度的快速升高，并且通过EGR冷却器的被节流的排气流经由在EGR冷却器处的排气热排放能够实现冷却液温度的增力口。示范性加热器芯子循环泵和排气节气门调节在图3-4处被描述。示范性系统特性和流率选择参数在图5-6处被描述。
[0015]图1不出车辆系统106的不意图。车辆系统106包括发动机系统108,该发动机系统包括联接于排放控制系统122的发动机100。发动机100包括多个汽缸130。发动机100还包括进气装置123和排气装置125。进气装置123可以通过进气通道142接收来自大气的新鲜空气。进入进气通道142的空气可以被空气滤清器190过滤。进气通道142可以包括设置在进气压缩机152的下游的空气进气节气门182和进气增压空气冷却器184。进气节气门182可以构造成调节进入发动机进气歧管144的进气气体(例如，升压的进气空气)的流量。排气装置125包括通向排气通道145的排气歧管148，排气通道145经由尾管135将排气传送到大气中。
[0016]发动机100可以是包括诸如涡轮增压器150的升压装置的升压发动机。涡轮增压器150可以包括沿着进气通道142设置的进气压缩机152和沿着排气通道145设置的排气涡轮154。压缩机152可以经由轴156至少部分地由涡轮154驱动。由该涡轮增压器提供的升压量可以由发动机控制器改变。在一些实施例中，经由废气门(未示出)控制的旁通通道可以跨过排气涡轮被联接，以便使流过排气通道145的一些或全部排气能够绕过涡轮154。通过调节废气门的位置，可以改变通过涡轮输送的排气的量，因而改变输送给发动机进气装置的升压量。
[0017]在进一步的实施例中，经由旁通阀(未示出)控制的类似的旁通通道可以跨过进气压缩机被联接，以便使由压缩机152压缩的一些或全部进气空气能够被再循环到压缩机152上游的进气通道142中。在选择的条件期间，通过调节压缩机旁通阀的位置可以释放进气系统中的压力，以减小压缩机踹振加载的影响。
[0018]任选的增压空气冷却器184可以在压缩机152的下游包括在进气通道中，以降低由涡轮增压器压缩的进气空气的温度。具体说，后冷却器184可以包括在进气节气门182的上游或集成在进气歧管144中。
[0019]联接于排气通道145的排放控制系统122包括催化剂170。在一个例子中，催化剂170可以包括多个催化剂砖。在另一个例子中，可以用每个具有多个催化剂砖的多个排放控制装置。在一个例子中，催化剂170可以是三元型催化剂。在其他例子中，催化剂170可以是氧化催化剂、稀NOx捕集器、选择性催化还原(SCR)装置、微粒过滤器或其他排气处理装置。虽然在本文描述的实施例中催化剂170设置在涡轮154的下游，但是在其他实施例中，催化剂170可以设置在涡轮增压器涡轮的上游或发动机排气通道中的其他位置而不脱离本公开的范围。
[0020]排气节气门或背压阀164可以在排气催化剂170的下游设置在排气通道中。在本文所述的实施例中，控制器120可以基于各种发动机工况和参数值(例如，发动机冷启动、储存的真空水平、停工等)控制排气节气门164的位置。在其他实施例中，排气节气门、排气通道和其他部件可以设计成使得在没有控制系统介入的情况下在各种发动机工况期间根据需要机械地控制排气节气门。排气节气门164可以不仅仅绕过通过EGR冷却器162的流，而且可以传送排气通过包括EGR冷却器162、旁通通道165、排气通道168和尾管135的流动限制路径。因此减小排气节气门164的流动面积导致排气节流以及增加通过EGR冷却器162的流。如关于图2详细说明的，在发动机冷启动条件期间排气节气门164可以由控制器120选择地关闭，以快速升高排气压力和温度。通过压制排气阀，在发动机汽缸中较大量的热排气能够被捕集，从而进一步升高排气温度并加快下游排气催化剂达到其激活温度。被节流的排气相对于未节流的排气还可以具有增加的压力，从而导致在各种排气部件中增加的排气温度和/或增加的滞留时间。而且，热排气可以被传送通过EGR冷却器，该EGR冷却器设置在将发动机排气装置联接到发动机进气装置的EGR通道中。该EGR冷却器可以用作排气对冷却液热交换器，以加热传送至客厢加热系统加热器芯子的冷却液，因此加快客厢加热。应当指出，从EGR冷却器提取的任何热首先对客厢的加热器芯子是可用的，并且只有如果存在过量的热，才进行对于发动机冷却系统的热传输。
[0021]因此，通过排气的节流改对发动机、排气催化剂和客厢加热系统加热器芯子的热传输的改善可以导致至少两种效果。首先，因为由于其密度增加而增加EGR冷却器162中的排气质量，任何给定的排气的质量在EGR冷却器162中具有较多的滞留时间。所述的另一种方式，当被节流时，高温的排气用较多的时间与催化剂和EGR冷却器(它们是热的希望的接受体)接触。而且，在行进通过催化剂和EGR冷却器之后到大气的扩散潜在地使温度下降低于环境温度(其是在压力仍然高时取出热的效率的证据)。具体说，通过利用后催化剂(post-catalyst)排气节气门，给定的排气质量与发动机部件接触的时间和温度明显地增加。这加快催化剂激活。应当明白，虽然所述实施例经由排气节气门实现后催化剂的排气扩张，但是在可替代实施例中，经由在发动机排气通道168中的后催化剂小孔可以实现后催化剂的排气扩张。
[0022]在大多数发动机工况期间排气节气门164可以保持完全打开的位置(或宽打开节气门)，但是，如下面详细说明的，排气节气门可以构造成关闭以在某些条件下增加排气背压。在一个实施例中，排气节气门164可以具有两个限制水平，完全打开或完全关闭。但是，在可替代实施例中，排气节气门164的位置可以由控制器120可变地调节到多个限制水平。
[0023]如在本文中详细说明的，排气节气门位置的调节可以影响通过发动机的空气流。例如，完全闭合的排气节气门可以概念化为限制排气流的“尾管中的马铃薯”，因而引起闭合的排气节气门上游的排气背压的增加。排气背压的这种增加导致排气热传输的直接增力口，其在选定的条件期间(例如，在发动机冷启动和预热期间)可以被有利地利用，以加快排气催化剂170和/或客厢加热系统的升温。在一些实施例中，在关闭排气节气门时，可以延迟火花正时以进一步升高排气温度，因而进一步加快催化剂激活。
[0024]为了补偿排气节气门调节对发动机空气流的影响，可以调节一个或更多个其他的发动机部件。作为一个例子，随着排气节气门关闭，质量空气流量可以初始地减少，并且因此进气节气门(例如进气节气门182)可以打开以允许更多的空气到发动机中，以保持发动机转速并减小转矩波动。以这种方式，虽然排气节气门被用来管理/控制背压，但是可以控制空气流以限制发动机输出转矩。作为另一个例子，在关闭排气节气门时可以调节火花正时(例如提前)以改善燃烧稳定性。在一些实施例中，气门正时调节(例如，调节气门重叠的量)连同节气门位置调节一起被利用以改善燃烧稳定性。例如，可以调节进气门和/或排气门正时，以调节内部排气再循环并增加燃烧稳定性。
[0025]