专利名称：调节流体动力流动特性以减轻机动车热交换器的污染的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃发动机应用中的排气再循环回路。
背景技术：
排气再循环(EGR)用于内燃发动机控制中。EGR回路从排气系统移除排气流的一部分，将其作为气缸充气的一部分摄入。EGR回路已知用于许多不同发动机类型和配置，例如用于柴油和汽油发动机中。燃烧情况高度依赖于燃烧室内存在的状况。属性的变化(例如，燃烧室内的温度) 可导致对所获得的燃烧情况的不利影响。弓丨导到燃烧室中的EGR流的温度对于燃烧室内的总温度具有影响。结果是，需要对这些温度进行控制，已知一些方法通过使用包括热交换装置的EGR冷却器来调节EGR回路内的EGR流的温度。热交换装置可采用许多形式。一种已知的热交换装置是气-液类型的热交换器。 另一已知的热交换装置是气-气类型的热交换器。有效热传递通常需要通过大截面流量路径的大表面面积。当截面流量路径增加时，流速通常减小。EGR流包含燃烧副产物。颗粒物(PM)和其他燃烧副产物与排气流一起行进通过排气系统。EGR回路通过分接到排气系统中从而暴露于这些副产物。热交换器可包括窄且细分的通道，以便最大化从热气体至冷却液体的热传递。然而，具有大表面面积的窄通道可用作燃烧副产物的过滤器，从而将颗粒沉积物收集在通道内的表面上。此外，实验证实，较低的排气速度(例如，往往存在于热交换器内)增加了颗粒沉积物留置在表面上的速率。在热交换器内的这种沉积物可能具有对于热交换器的大量不利影响，包括但不局限于腐蚀，增加的流阻，流动阻塞，降低的热传递性能，以及噪音、振动和声振粗糙度(NVH)。
发明内容
一种车辆用热交换器，其对排气再循环流进行处理。一种对在热交换器内的燃烧副产物的污垢沉积物进行管理的方法，包括从初始位置至中间位置以及返回至所述初始位置来反复循环流控制装置，从而控制通过热交换器的排气再循环流。所述初始位置基于进入到进气歧管中的所需排气再循环流来确定。本发明还包括以下方案
方案1. 一种管理车辆的热交换器中的燃烧副产物污垢沉积物的方法，其中所述热交换器对排气再循环流进行处理，所述方法包括
从初始位置到中间位置以及返回所述初始位置来反复地循环流控制装置，从而对通过所述热交换器的所述排气再循环流进行控制；
其中，所述初始位置是基于进入到进气歧管中的所需排气再循环流来确定的。方案2.根据方案1所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从关闭位置至开启位置以及返回至所述关闭位置来反复地循环所述流控制装置。
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方案3.根据方案1所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从开启位置至关闭位置以及返回至所述开启位置来反复地循环所述流控制装置。方案4.根据方案1所述的方法，还包括
监测从循环所述流控制装置所得到的通过回路的压力波振荡的周期，所述回路包含所述热交换器；以及
其中，循环所述控制装置是基于所述压力波振荡的周期。方案5.根据方案4所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从关闭位置至开启位置以及返回至所述关闭位置来反复地循环所述流控制装置；以及
其中，基于所述压力波振荡的周期来循环所述控制装置包括对循环所述控制装置的周期进行控制，以便产生沿第一方向通过所述热交换器的流以及随后沿第二方向的流，所述第二方向与所述第一方向相反。方案6.根据方案4所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从开启位置至关闭位置以及返回至所述开启位置来反复地循环所述流控制装置；以及
其中，基于所述压力波振荡的周期来循环所述控制装置包括对循环所述控制装置的周期进行控制，以便在控制所述流控制装置返回至所述开启位置时产生通过所述热交换器且超过稳态流量的流，以及产生以稳态流量通过所述热交换器的随后的流。方案7.根据方案1所述的方法，还包括
反复循环多个流控制装置，从而控制通过所述热交换器的排气再循环流，其中从初始位置至中间位置以及返回至所述初始位置来循环所述流控制装置中的每一个。方案8.根据方案7所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来循环所述多个流控制装置中的每一个包括每次循环所述多个流控制装置中的一个。方案9.根据方案7所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来循环所述多个流控制装置中的每一个包括
利用所述多个流控制装置中的一部分以产生所需流量；以及
从关闭位置至开启位置以及返回至所述关闭位置来循环所述流控制装置中的另一部分。方案10. —种从车辆中的排气再循环冷却器去除颗粒物质沉积物的方法，所述方法包括
监测通过所述排气再循环冷却器的所需流量； 确定通过所述排气再循环冷却器的所需流量等于零；以及
通过反复开启和关闭地循环排气再循环阀来快速改变通过所述排气再循环冷却器的流速。方案11.根据方案10所述的方法，还包括基于为所述排气再循环阀的反复循环中的每一个产生通过所述排气再循环冷却器的前向流和随后的反向流，对包含所述排气再循环冷却器的排气再循环回路进行调节。
方案12.根据方案10所述的方法，其中，反复开启和关闭地循环排气再循环阀包括基于通过排气再循环回路的压力波振荡的经分析的周期来循环所述排气再循环阀，所述排气再循环回路包括所述排气再循环冷却器。方案13. —种管理在车辆的排气再循环冷却器内的燃烧副产物污垢沉积物的系统，所述系统包括
排气再循环回路，包括 所述排气再循环冷却器；和
流控制装置，所述流控制装置选择性地阻止或允许排气再循环流通过所述排气再循环冷却器；和控制模块
基于所监测的所需排气再循环流来控制所述流控制装置至初始位置；以及产生指令以便从初始位置至中间位置以及返回至所述初始位置来反复循环所述流控制装置，从而控制通过所述热交换器的排气再循环流。方案14.根据方案13所述的系统，还包括，所述控制模块 监测所述排气再循环回路的操作；以及
基于所监测的操作确定通过所述排气再循环回路的估计的累计流量；以及其中，所述控制模块基于所述估计的累计流量来产生使所述流控制装置反复循环的指令。方案15.根据方案13所述的系统，其中，产生指令以反复循环所述流控制装置来控制所述排气再循环流包括从关闭位置至开启位置以及返回至所述关闭位置来反复循环所述流控制装置。方案16.根据方案13所述的系统，其中，产生指令以反复循环所述流控制装置来控制所述排气再循环流包括从开启位置至关闭位置以及返回至所述开启位置来反复循环所述流控制装置。方案17.根据方案13所述的系统，其中，产生指令以反复循环所述流控制装置是基于通过所述排气再循环回路的压力波振荡的监测周期。
现将以示例的方式参考附图来描述一个或多个实施例，在附图中 图1是根据本发明的内燃发动机和控制系统的示意图2是根据本发明的发动机的示意图，所述发动机采用了包括EGR冷却器的EGR回路；
图3是根据本发明的已知EGR冷却器的剖视图4是根据本发明的用于EGR冷却器中的热交换器的透视图5-9描绘了根据本发明的可由本文所述的方法采用的示例性流动型式；
图10是根据本发明的使用了流量控制门的热交换器的透视图11描绘了根据本发明的示例性流动型式；以及
图12描绘了根据本发明的示例性实验结果。
具体实施方式
现参考附图，其中附图仅用于描述一些示例性实施例的目的，并且不对其进行限制，图1示出了根据本发明实施例构造的内燃发动机10和控制系统25的示意图。所示的实施例被应用为操作示例性多缸火花点火直喷式汽油四冲程内燃发动机的总体控制方案的一部分。然而，如本领域普通技术人员将理解的那样，本文所述的方法可用于许多以及各种发动机配置中，并且在图1中描述的示例性发动机设计仅旨在用于说明目的。示例性发动机10包括具有在其中形成的多个气缸(其中一个被示出)的铸造金属发动机缸体以及发动机盖27。每个气缸包括端部封闭的气缸，所述端部封闭的气缸具有被插入其中的可往复运动的活塞11。可变容积燃烧室20形成于每个气缸中，并且由气缸壁、 可运动活塞11以及盖27限定。发动机缸体优选地包括冷却剂通道四，发动机冷却剂流体传送通过所述冷却剂通道四。可操作以监测冷却剂流体温度的冷却剂温度传感器37位于合适位置并且提供信号输入至控制系统25，所述控制系统可用于控制发动机。发动机优选地包括已知系统，其包括外部排气再循环(EGR)阀和进气空气节气门阀。每个可运动活塞11包括根据已知的活塞成形方法设计的装置，并且包括顶部和本体，所述本体与活塞在其中操作的气缸大致符合一致。活塞具有暴露在燃烧室中的顶部或冠部区域。每个活塞经由销34和连接杆33连接到曲轴35。曲轴35在靠近发动机缸体的底部部分的主支承区域处可旋转地附连到发动机缸体，使得曲轴能够绕垂直于各气缸所限定的纵向轴线的轴线而旋转。曲柄传感器31被放置在合适位置，其可操作以产生可由控制器25使用的信号以测量曲柄角度，并且所述信号能够被转换以提供可用于各种控制方案的曲轴旋转、速度和加速度的测量值。在发动机的操作期间，每个活塞11由于连接到曲轴35以及曲轴35的旋转而在气缸中以往复方式地上下运动，从而使燃烧过程往复进行。曲轴的旋转作用实现了将在燃烧期间施加到每个活塞上的线性力转换为曲轴所输出的角度扭矩，所述角度扭矩可传递到另一装置(例如，车辆传动系)。发动机盖27包括铸造金属装置，其具有通向燃烧室20的一个或多个进气端口 17 以及一个或多个排气端口 19。进气端口 17将空气供应给燃烧室20。燃烧(燃尽)的气体则从燃烧室20经由排气端口 19流动。通过每个进气端口的空气流是通过致动一个或多个进气阀21来控制。通过每个排气端口的燃烧气体流是通过致动一个或多个排气阀23来控制。进气阀21和排气阀23每个都具有头部，其包括暴露于燃烧室的顶部。阀21、23 中的每个都具有连接到阀致动装置的杆。阀致动装置60可操作以控制每个进气阀21的开启和关闭，并且第二阀致动装置70可操作以控制每个排气阀23的开启和关闭。阀致动装置60、70中的每个都被信号地连接到控制系统25并且可操作，以便一致地或单独地控制每个阀的开启和关闭的正时、持续时间和大小。示例性发动机的第一实施例包括双顶置凸轮系统，其具有可变升程控制(VLC)装置和可变凸轮定相(VCP)装置。VCP装置可操作以控制每个进气阀和每个排气阀相对于曲轴的旋转位置的开启和关闭的正时，并且开启每个阀持续达到固定的曲柄角度持续时间。示例性VCP装置包括已知的凸轮相位器。示例性VLC 装置可操作以便将阀升程的大小控制到两个位置中的一个3-5 mm升程的一个位置，用于 120-150曲轴角度度数的开启持续时间；以及9-12 mm升程的另一位置，用于220460曲柄角度度数的开启持续时间。示例性VLC装置包括已知的两级升程凸轮。单独的阀致动装置可以起相同作用以达到相同效果。阀致动装置优选由控制系统25根据预定控制方案来控制。例如，包括完全柔性电气或电液装置的替代性可变阀致动装置也可被使用，并且具有更多的益处，比如独立的开启和关闭阶段(或相)控制，以及在系统限制内的基本无限的阀升程变化。在本文中描述了控制阀的开启和关闭的控制方案的具体方面。本领域普通技术人员将理解的是，发动机阀和阀致动系统可采用许多形式，并且所描述的示例性发动机配置仅用于说明目的。本文所述的方法并不旨在局限于本文所描述的特定示例性配置。空气通过进气歧管流道50进入到进气端口 17中，所述进气歧管流道接收经过已知空气计量装置和节气门装置的过滤空气。排气从排气端口 19传送至排气歧管42，所述排气歧管包括排气传感器40，其可操作以监测排气供料流的成分以及确定与其相关联的参数。排气传感器40可包括数种已知感测装置中的任何装置，所述感测装置可操作以提供关于排气供料流的参数值(包括空气/燃料比)或排气成分(例如，NOx、CO、HC及其他)的测量值。该系统可包括用于监测燃烧压力的缸内传感器、非侵入式压力传感器，或者推理确定的压力确定(例如，通过曲轴加速度)。前述传感器和计量装置每个均提供信号作为控制系统 25的参数输入。这些参数输入可由控制系统使用以确定燃烧性能测量结果。控制系统25优选地包括总体控制架构的子组，其可操作以提供对发动机10和其他系统的协调系统控制。在总体操作中，控制系统25可操作以综合操作员输入、环境状况、 发动机操作参数和燃烧性能测量值，并且执行算法来控制各种致动器，以实现关于控制参数的目标，包括诸如燃料经济性、排放、性能和驾驶性能之类的参数。控制系统25可操作地连接到多个装置，操作员通常通过所述装置来控制或指挥发动机的操作。示例性操作员输入包括当发动机用于车辆中时的加速器踏板、制动器踏板、变速器档位选择器和车辆速度巡航控制。控制系统可经由局域网(LAN)总线与其他控制器、传感器和致动器通信，所述 LAN总线优选允许在各个控制器之间的控制参数和指令的结构化通信。控制系统25可操作地连接到发动机10，并且用于从传感器获取参数数据，以及通过合适接口 45控制发动机10的各个致动器。控制系统25接收发动机扭矩指令，并且基于操作员输入来产生期望扭矩输出。使用前述传感器由控制系统25感测的示例性发动机操作参数包括发动机冷却剂温度、曲轴旋转速度(RPM)和位置、歧管绝对压力、环境空气流量和温度、以及环境空气压力。燃烧性能测量值通常包括测量和推定的燃烧参数，其中包括空气/燃料比和峰值燃烧压力位置。控制系统25所控制的致动器包括燃料喷射器12 ；VCP/VLC阀致动装置60、70 ；火花塞14，其可操作地连接到用于控制火花的保持闭合时间(dwell)和正时的点火模块；排气再循环(EGR)阀，电子节气门控制模块，以及水喷射器16。燃料喷射器12优选可操作，以将燃料直接喷射到每个燃烧室20中。示例性直喷式燃料喷射器的具体细节是已知的，并且在本文中不再详细描述。火花塞14由控制系统25使用，以便在发动机速度和负载操作范围的一部分上增强对示例性发动机的点火正时控制。当示例性发动机操作在自动点火模式时，发动机不采用对火花塞通电。被证实的是，期望在一些状况下采用火花点火来对自动点火模式进行补充并且防止污垢，所述状况包括例如在冷起动期间、在接近低负载极限值的低负载操作状况下。同样，被证实优选的是在以下状况中采用火花点火在自动点火模式中处于高负载操作极限值时；以及在节流或非节流的火花点火操作下处于高速度/负载操作状况时。控制系统、控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下各项中任意合适的一种，或者所述各项中一个或多个的各种组合，所述各项为专用集成电路 (ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)以及相关联的内存和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它合适部件。控制系统25具有一组控制算法，所述控制算法包括存储在内存中且被执行提供期望功能的常驻软件程序指令和校准值。所述算法优选在预设的循环期间被执行。算法例如由中央处理单元执行，并且可操作以监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，以及执行控制和诊断程序从而控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆操作期间，所述循环以规则间隔(例如每3. 125,6. 25、12. 5、25和100毫秒)被执行。替代性地，算法可响应于事件发生而被执行。EGR回路用于各种发动机类型和发动机设计。图1描述了能够采用EGR回路的示例性发动机。用于给发动机10提供动力的燃料空气混合物可包括汽油或汽油混合物，但是该混合物还可包括其他灵活燃料类型，例如乙醇或诸如通常已知为E85的乙醇混合物。不同的发动机配置已知采用其他燃料(例如，柴油燃料或柴油混合物)，以及采用EGR回路。所述的方法不依赖于所使用燃料的具体种类，并且不旨在局限于本文所公开的实施例。图2示意性地描述了根据本发明的采用了 EGR回路的示例性发动机配置。发动机 10被描绘为包括输出轴75、排气系统80、进气歧管85和EGR回路90。发动机10至少通过进气歧管85接收用于燃烧所需的燃料空气混合物的空气部分、在发动机10内的燃烧室中执行燃烧过程、将扭矩供应给输出轴75、以及通过排气系统80排出离开发动机10的排气流。EGR回路90可传输地附连到排气系统80，并且被描述为包括EGR阀94和EGR冷却器 97。EGR阀94由控制系统25致动。示例性EGR阀94是流控制装置，其能够阻塞或使能通过EGR回路的流动。然而，用于EGR回路的流控制装置可包括多个不同实施例，并且本发明不旨在局限于示例性EGR阀。用于在特定操作条件下致动EGR阀的各种控制方法是本领域已知的，并且将不在本文中详细描述。EGR阀94在被控制到关闭位置时阻塞来自于排气系统80的任何排气流以及阻止在燃烧过程中的压力梯度下的流进入EGR回路90。EGR阀94 在被控制在接通或打开位置时打开，并且EGR回路90于是能够利用排气流的压力和速度来将排气流的一部分引入到EGR回路90中作为EGR流。在一些实施例中，EGR阀94能够部分地打开，藉此调节被转向为EGR流的排气的量。EGR流通过EGR回路90行进至进气歧管 85，其中EGR流结合燃料空气混合物的至少空气部分，以便得到通过使用上述EGR而实现的燃烧控制属性。如上所述，发动机10内的燃烧过程对于诸如在燃烧期间燃烧室内的温度之类的状况是敏感的。从高温排气流采集的EGR流可能将燃烧室内的温度增加至不期望的水平。因此，已知的是采用EGR冷却器97来从EGR流移除热量，藉此控制最终进入到燃烧室中的EGR流所得到的温度。已知降低热交换器内的气体流的温度的各种方法。气-气热交换器被用于将热量从一种气体流传输到另一气体流。气-液热交换器被用于将热量从气体传输到液体。不同的气体或液体介质可被用于将热量传输至气体流，或者从气体流进行传输。在处理气体流的任何热交换器中，气体流通过气体流通道进入热交换器、经历与另一介质的热传递、以及以从热传递所得到的温度变化而离开热交换器。已知发动机采用发动机冷却剂液体来冷却发动机的各个部件。EGR冷却器97的示例性配置在图2中被描述为气-液热交换器，其中高温EGR流传输通过EGR冷却器97，将热量传输到以发动机冷却剂液体流形式的液态介质， 之后EGR流作为降低温度的EGR流离开EGR冷却器97。EGR冷却器97的一些已知示例性实施例包括与控制系统25通信的发动机冷却剂控制装置，所述控制装置25能够控制进入 EGR冷却器97的发动机冷却剂液体的流动和量，藉此控制从EGR流传递的热量的多少，以及控制EGR流中的温度降低。在一些操作状况和配置下，发动机冷却剂流体流可被关闭，或者热交换器可被绕过，使得EGR流以最大温度传输到燃烧室。图3是根据本发明的示例性气-液热交换器的示意图。热交换器及其部件可由许多材料制成。在排气流中具有的高温将影响到对热交换器内用于与高温气体接触的材料的选择。此外，在排气中存在的腐蚀性燃烧副产物也影响对所使用材料的选择。不锈钢是用于排气成分中的一种已知材料，这是由于其耐受高温和耐受腐蚀。一些其他设计可使用其他材料，例如铝，在这些设计中到达热交换器时的温度稍微更低一些且腐蚀强度被减轻。 热交换器的其他示例性设计采用了塑料或其他合成材料，例如构造集管或连接孔口的一部分，其中不允许直接暴露于较高温度流。热交换器已知包括各种涂层以保护热交换器的结构或具有其他有益属性。上述材料仅作为示例给出。尤其是热交换器中的材料和涂层的选择是本领域已知的，并且本发明中热交换器的材料和构造不旨在局限于本文所述的具体示例性实施例。返回图3，示例性气-液热交换器100被描述为包括气体入口区段110、气体出口区段120、冷却剂孔口 125、气体流管束130、端板145和热交换器外壳140。如上所述，处理气体流的任何热交换器都包括气体流通道。在该实施例中，气体流通道采用管130的形式。 热交换器外壳140围绕管束130并且利用端板145密封，以形成液体流容器150。端板145 包括开口，其设计成接收、固定以及密封每个管130。管130被设置成使得间隙160将管彼此分离以及与热交换器外壳140分离。冷却剂通过第一冷却剂孔口 125进入液体流容器 150中并且在间隙160周围以及通过间隙160流动、以及通过第二冷却剂孔口 125离开液体流容器。类似地，气体流通过气体入口区段110进入热交换器100、流动通过气体流管130、 以及通过气体出口区段120离开热交换器。由于气体流管130与在外部的更冷的液态冷却剂流和在内部的更热的气体流均直接接触，因此热量可通过管130的壁传送，从而冷却气体流以及暖热液体流。由此，热交换器100使得能够对热气体流进行冷却。图4是根据本发明的包括管构成的示例性配置的气-液热交换器的透视图。热交换器100包括热交换器外壳140以及附连到每端上的端板145。管130通过两个端板145 保持就位，并且与热交换器外壳140所产生的更大圆柱体平行地延伸。管被描述为具有圆形截面。然而，本领域普通技术人员将理解的是，可使用具有各种截面形状的管。此外，管可以是中空的，其中空腔以和管外侧相同的形状纵向延伸通过该管，或者管可采用增加流动通过管的气体与其接触的表面面积的更复杂形状。构想了许多管的设计，但本发明不旨在局限于本文所述的示例性实施例。液体冷却剂流进入第一孔口 125、在管130周围流动通过热交换器、以及通过第二孔口 125离开热交换器。气体流通过管130进入热交换器、传送通过管、以及离开热交换器。热交换器100被描述为圆柱体形状，然而本领域普通技术人员将理解的是，可以以大量的形状来使用热交换器100，且本发明不旨在局限于本文所述的示例性实施例。还将理解的是，热交换器可替代地设置成使得冷却介质能够流动通过管而被冷却的气体流可被引导通过围绕包含冷却介质的管的气体流通道。构想出各种热交换器设计，但本发明不旨在局限于本文所述的示例性实施例。EGR冷却器的示例性实施例利用热交换器来冷却EGR流，以准备用于供应到燃烧室中的EGR流。如上所述，作为排气流的转向部分的EGR流包含燃烧过程中的PM和其他污物副产物。这种副产物降低了 EGR冷却器的效率且降低了 EGR冷却器的有效寿命。留在暴露于气体流的热交换器表面上的PM沉积物起到了隔离覆盖层的作用，从而对于流量介质之间的给定温度差而言减少了通过表面传送的热量的量。沉积在气体流通道的壁上的沉积物还减小了气体流通道的有效截面，从而对于在热交换器上的给定压力差而言减小了流动通过气体流通道的气体流量。PM和其他污物包含未燃烧的烃、其他腐蚀性物质和水。尤其在发动机舱中和EGR流中存在高温的情况下，气体流通道内的沉积物促进EGR冷却器的腐蚀和其他退化。在持续操作时段之后可显现EGR冷却器污垢堵塞，其中在稳态下的EGR流产生了在EGR冷却器中的沉积物。实验表明，快速打开或关闭EGR阀产生了排气速度中的急剧变化并且可将沉积的PM污物从EGR冷却器的壁上有效地驱出。公开了一种在EGR冷却器中去除PM沉积物的方法，其通过定期在污物吹扫事件中快速循环EGR阀，以便产生变化剪切力的快速脉冲，从而使得EGR冷却器驱出PM沉积物。吹扫事件可采用许多形式。图5-9图形描述了根据本发明的在EGR冷却器内可能的示例性速度曲线，其与吹扫冷却器中的PM污物一致。图5描述了被关闭的EGR阀的示例性定期开启和关闭。在排气系统中的高压排气传送通过打开的EGR阀。通过EGR阀的流量与EGR阀的开度大致成比例，其经受本领域已知的关系。在具有图5中所描绘的EGR流的系统中，在EGR冷却器的壁上的剪切力中的变化可通过所述流速中的变化来描述。取决于 EGR阀打开的频率和持续时间，在图5中描述的流动时间段内通过EGR回路的总的所得到 EGR流量可相对较低。图6描述了打开的EGR阀的示例性定期关闭和再开启。EGR流被描述为包括稳态 EGR流量值，期间通过定期关闭EGR阀而产生了 EGR流量的定期间断。如图5中所描绘的状况一样，图6描述了流动通过打开EGR阀的高压排气流。再次，剪切力中的变化可通过所述流速中的变化来描述。在图6中所述的流动时间段内通过EGR回路的总的所得到EGR流量可相对较高，这取决于稳态EGR流以及EGR阀关闭的频率和持续时间。图7描述了关闭的EGR阀的示例性定期开启和关闭。包含流体或气体的回路可被选择或调节，使得行进通过回路或通过该回路反射回来的压力波可具有期望的效果。在该情形中，EGR回路以及EGR阀的开启和关闭被选择成使得通过开启EGR阀所产生的经过EGR 回路的压力波以及进入EGR回路的高压排气产生几乎或大致相等大小的通过EGR冷却器的大致对称的向前和向后的流量。将理解的是，基于EGR流增加的速度变化，与图5中描述的 EGR流相比，在EGR冷却器的壁上产生了剪切力中的增大变化。结果是，在其他类似状况下， 图7中所述的EGR流可在从EGR清洁器的壁上清洁沉积物方面比图5中所述的EGR流更有效。图8描述了类似于图7中所述的EGR流的EGR流，不同之处在于在图8中描述的 EGR流不是大致对称的。更确切地说，在向前方向通过EGR回路的流量大于向后的流量。结果是，在图8中的在EGR冷却器的壁上的剪切力中的变化大于图5中的情况并且小于图7 中的情况。
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图9描述了类似于图6中所述的EGR流的EGR流，不同之处在于EGR回路被调节， 使得在再开启EGR阀时，EGR流超过稳态流率并且接着稳定在稳态值。如关于图7和图8所描述的那样，图9中所述EGR流中的增大变化与图6中所述的EGR流相比增加了在EGR冷却器的壁上的剪切力。将理解的是，在图5、图7和图8中描述的实施例描述了在不需要EGR 流时最有用的流动型式，且在图6和图9中的实施例描述了在需要EGR流时最有用的流动型式。当通过EGR回路或通过EGR冷却器的所需流量为零时，图5、图7和图8中所述的实施例运行。操作这些实施例中的一个的方法可包括监测所需流量；确定所需流量是零； 以及基于确定所需流量等于零来指令EGR阀的循环。图11中的示例性流量实施例是根据本发明的可用于产生期望流动型式的控制参数的一个实施例。描绘了包括10秒周期的型式，其中每个周期的流动事件持续一共0.5秒， 其中0. 25秒是正向流动且0. 25秒是负向流动。将理解的是，包括正向和负向流动的这种流动型式可包括基于调节EGR回路的参数。在图11中描述的参数是示例性的，且本发明不旨在局限于所描述的具体参数。实验证实，通过在PM污物的冷却器内吹扫路径，吹扫事件(包括通过EGR冷却器的流的脉冲吹扫)的操作清洁并维护了 EGR冷却器。图12图形描述了根据本发明的示例性实验结果，其包括对于各种EGR流速和对于包括吹扫事件的操作而言在整个实验时间段期间的污垢热阻值。列出的三个EGR流量速度0.5 m/s、0. 75 m/s和1. 0 m/s描述了 EGR操作， 其中EGR以固定值操作。实验数据描述了在流速与EGR冷却器内积垢或形成PM污物之间的逆关系。第四数据组描述了这样的操作，其中吹扫事件根据本文所述的示例性方法定期进行操作。该第四数据组包括0.25 m/s的稳态型式，其具有与图11中的曲线相一致的定期变化(+/-0.25 m/s，10秒的周期)。在正常状况下，诸如0.25 m/s的缓慢速度流可展现出热交换器的增加的积垢。相反，该数据则示出了吹扫事件起作用以防止或清除在所述实验时段中建立的任何积垢。正如从实验数据以及图12所述的结果显而易见的，EGR回路示出了由于包括吹扫事件的操作而没有增加的污垢热阻。EGR回路可配置有单个流量控制阀或如图2所述的EGR阀。通过EGR阀的循环而在EGR流中产生的快速脉冲可用于驱出在EGR冷却器内沉积的PM污物，如上所述。如图11 所述的EGR冷却器内的速度曲线可通过与期望速度曲线相协调地选择性开启和关闭EGR阀来实现。如本领域技术人员将理解的那样，与进气歧管内的相对较低压力相比，在排气路径中的相对较高压力或者在EGR回路上的压差将产生通过EGR回路的流动，只要阀开启即如此。EGR回路中气体的速度可通常由下述方程来描述
流速=流率/截面面积(1) 其中
流率=压差/流阻(2)
EGR回路上的压差除了其他因素之外是发动机操作的函数。对于发动机操作的给定时段以及使其他因素保持恒定，压差可被作为固定值。在热交换器内的截面面积可以被作为如下固定值热交换器的设计值减去在热交换器内任何PM污物的收缩效果。通过EGR阀循环的EGR回路的流阻是EGR阀的位置的函数。当EGR阀关闭时，EGR回路的流阻是无限大， 其中对应流率为零。当EGR阀打开时，EGR回路的流阻变为由EGR回路中的几何尺寸所确定的值。当EGR阀部分打开时，流阻是在无限大与打开阀的回路的值之间的某一个值。因此，通过EGR回路的流速可通过调节回路中的流阻(例如，调节对通过EGR阀的流量的约束) 来控制。EGR阀的开启和关闭将在通过EGR回路的流速中产生大致等量升高和下降。EGR回路已知包括不止一个流量控制阀。图10描述了根据本发明的示例性EGR 冷却器的透视图。EGR冷却器200被描述为包括多个流量控制门210和控制模块220。流量控制门210可操作以通过控制模块220根据控制系统25的指令而独立地开启和关闭。 流量控制门210是一种流控制装置的示例，例如如上所述的示例性EGR阀。取决于在装置内所采用的热交换器的具体设计，流量控制门210可直接附连到热交换器的对应气体流通道，从而阻止或允许EGR流通过单独的气体流通道。替代性地，流量控制门210可直接对应于一组气体流通道；例如，单独的门可覆盖一组六个管，从而逐步地开启或关闭作为一组的管。替代性地，流量控制门210可以是分离壳体或EGR冷却器面部盖件的一部分，其中每个门开启，从而使得仅覆盖热交换器的面部的一部分。这种配置必须以阶跃或二元方式开启和关闭气体通道，以便避免具有较低EGR流速的部分开启的气体通道。在分离壳体或EGR冷却器面部盖件容纳有流量控制门210的情形中，尤其在门与气体流通道或管开口分离时， 可使用衬垫装置以防止EGR流以较低速度散播出来，并散播到热交换器不直接对应于门开口的区段。设想了结合EGR冷却器或多个流量控制阀使用以完成类似的EGR流的平行路径控制的控制门210的许多实施例，且本发明不旨在局限于本文所述的示例性实施例。控制门210采用本领域已知的密封方法以防止EGR流行进通过关闭的门，或从预想的气体流通道传送到未预想的气体流通道。此外，暴露于气体流的门、衬垫装置以及任何其他部件必需由能够耐受气体流内的温度和腐蚀性作用的材料(如上针对热交换器所述)制成。控制模块 220被描述为单个单元，具有针对每个单独流量控制门210的控制机构。控制模块220和该模块所采用以控制各种流量控制门的具体方法可采用许多形式。例如，控制模块220可采用单个电子马达，其中输出轴附连到齿轮组或凸轮装置。这种齿轮组和凸轮装置是本领域已知的，并且可将单个旋转输入转换为增量的门运动。替代性地，门控制模块220可包括附连到单独的电致动器的控制模块，单独的电致动器附连到每个门，所述控制模块发送控制电信号至每个致动器，以实现开启和关闭指令。替代性地，门控制模块220可包括附连到每个门的单独的电致动器，从而从控制系统25直接接收指令。构想出致动流量控制门210的控制方法的许多实施例，且本发明不旨在局限于本文所述的示例性实施例。通过关闭流量控制门210的一部分，EGR流可被约束到EGR冷却器内气体流通道的一部分，藉此减少EGR 流在热交换器内传送通过的截面，并且增加在EGR冷却器内的得到EGR流速。通过应用本文所述的方法(S卩，改变EGR流速以减少或清除沉积在EGR冷却器内的 PM污物)，具有多个门(其覆盖或阻碍至EGR冷却器各个区段的流动)的EGR冷却器可用于提供至EGR冷却器的变化的流速。例如，在其中不需要通过EGR回路的流量的实施例中，各个门可循环，例如一个门每次50个循环或者每个门的50个循环进行顺序循环。类似地，当所需的流被指令通过EGR回路时，门可轮流循环关闭。此外，将理解的是在一些状况下，仅需要通过EGR回路的全部流量的一部分。在这种状况下，具有控制通过EGR冷却器的流量的四个门的EGR冷却器能够提供所需EGR流，其中四个门中的两个开启。在这种情况下，门的控制器可选择门的一部分保持开启且门的另一部分定期循环以清除PM污物，然后控制器可在一定时段之后切换各个门的功能。设想了利用多个门或阀控制通过EGR冷却器的流量的多种类似方法、序列或控制策略来控制EGR回路，但本发明不旨在局限于本文所述的具体示例性实施例。测量或估计通过EGR回路的EGR流的方法是本领域已知的，并且可用于控制通过多个门或控制阀的所需流量，如上所述。通过EGR的所需流量是基于发动机操作的控制信号，并且往往源自于发动机控制模块以及通过本领域已知的方法来确定。上述采用单独的门、阀的开启或开启单独路径的方法可操作以便关于每个吹扫事件来吹扫整个EGR冷却器。在一种替代方式中，如果通过EGR冷却器的一些路径已知更快地积聚了 PM污物，例如在其中一些流量控制门比其他的门保持更频繁开启的操作中，那么吹扫事件可操作以从所述路径中吹扫PM污物，其中污物越多则吹扫得越频繁。例如，用于 EGR操作中的路径可在每个吹扫事件中被吹扫，且仅用于EGR的一些操作的路径可在每隔一个或每隔两个的吹扫事件中被吹扫。示例性控制方法可以积累操作中不同路径的时间样本，以便跟踪可能需要来吹扫各个路径。由此，吹扫事件可基于对EGR冷却器的预计污染而在范围和持续时间方面受限。吹扫事件可以在使用发动机期间以规则间隔来定期操作操作。在替代方式中，如通过发动机操作所监测并估计的、或基于足以估计通过EGR回路的积聚流的任何方法来预计的，EGR回路的用途可用于选择性地排定或启动吹扫事件。吹扫事件可被单独排定，包括单个开启和关闭循环。在替代方式中，吹扫事件可被共同排定，以包括开启和关闭循环的多个或重复模式。例如在图11中，描述了开启和关闭循环的示例性集组，其以10秒的间隔运行，每个循环持续0. 5秒。在替代方式中，多个开启和关闭循环可按照具有顺序循环组之间的持续关闭时段的序列来操作。定期开启和关闭事件的操作可选择性地运行和禁用，这基于对EGR回路的使用。这种集组的操作和正时可基于在发动机操作时EGR流的作用以及 EGR冷却器中的估计PM污染来修改。上述方法调节EGR回路，使得循环EGR阀会导致振荡通过EGR回路的可预计压力波。将理解的是，这种调节可以是对EGR回路长度的主动选择，从而导致压力波振荡的期望周期例如匹配EGR阀的循环的期望周期。此外或在替代方式中，可分析用于压力波振荡的周期的现有或期望EGR回路，并且用于EGR阀循环的周期可基于该分析进行选择。此外或在替代方式中，将EGR阀放置在EGR回路中可影响在EGR回路内得到压力波振荡的周期。影响在EGR回路内得到压力波振荡的周期的因素以及控制EGR阀以匹配压力波振荡的因素是本领域已知的，并且在本文将不详细描述。上述方法描述了定期循环EGR阀或控制门以吹扫或维护EGR冷却器。将理解的是， 当EGR阀的单次开启和关闭不可能从EGR冷却器吹扫污物时，EGR阀的循环需要重复进行。 然而，该循环不需要是规则或定期的。在循环之间具有变化或不规则间隔的重复循环与定期循环是等效的。通过在控制模块中产生到(一个或多个)流控制装置的指令来采用本文所述的方法。控制模块可以是独立装置或装置组，或者控制模块可以是发动机控制模块的一部分。这种控制模块是电子装置，其基于本文所述的方法监测输入并且产生信号输出。本发明已经描述了一些优选实施例以及对其的修改。但是在阅读并理解说明书之后，本领域技术人员能够想到其他变型和修改。因此，本发明并不旨在局限于用于实施本发明所构想的最佳模式而公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种管理车辆的热交换器中的燃烧副产物污垢沉积物的方法，其中所述热交换器对排气再循环流进行处理，所述方法包括从初始位置到中间位置以及返回所述初始位置来反复地循环流控制装置，从而对通过所述热交换器的所述排气再循环流进行控制；其中，所述初始位置是基于进入到进气歧管中的所需排气再循环流来确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从关闭位置至开启位置以及返回至所述关闭位置来反复地循环所述流控制装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从开启位置至关闭位置以及返回至所述开启位置来反复地循环所述流控制装置。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括监测从循环所述流控制装置所得到的通过回路的压力波振荡的周期，所述回路包含所述热交换器；以及其中，循环所述控制装置是基于所述压力波振荡的周期。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从关闭位置至开启位置以及返回至所述关闭位置来反复地循环所述流控制装置；以及其中，基于所述压力波振荡的周期来循环所述控制装置包括对循环所述控制装置的周期进行控制，以便产生沿第一方向通过所述热交换器的流以及随后沿第二方向的流，所述第二方向与所述第一方向相反。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来反复地循环所述流控制装置包括从开启位置至关闭位置以及返回至所述开启位置来反复地循环所述流控制装置；以及其中，基于所述压力波振荡的周期来循环所述控制装置包括对循环所述控制装置的周期进行控制，以便在控制所述流控制装置返回至所述开启位置时产生通过所述热交换器且超过稳态流量的流，以及产生以稳态流量通过所述热交换器的随后的流。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括反复循环多个流控制装置，从而控制通过所述热交换器的排气再循环流，其中从初始位置至中间位置以及返回至所述初始位置来循环所述流控制装置中的每一个。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述初始位置至所述中间位置以及返回至所述初始位置来循环所述多个流控制装置中的每一个包括每次循环所述多个流控制装置中的一个。
9.一种从车辆中的排气再循环冷却器去除颗粒物质沉积物的方法，所述方法包括监测通过所述排气再循环冷却器的所需流量；确定通过所述排气再循环冷却器的所需流量等于零；以及通过反复开启和关闭地循环排气再循环阀来快速改变通过所述排气再循环冷却器的流速。
10.一种管理在车辆的排气再循环冷却器内的燃烧副产物污垢沉积物的系统，所述系统包括排气再循环回路，包括 所述排气再循环冷却器；和流控制装置，所述流控制装置选择性地阻止或允许排气再循环流通过所述排气再循环冷却器；和控制模块基于所监测的所需排气再循环流来控制所述流控制装置至初始位置；以及产生指令以便从初始位置至中间位置以及返回至所述初始位置来反复循环所述流控制装置，从而控制通过所述热交换器的排气再循环流。
全文摘要
本发明涉及调节流体动力流动特性以减轻机动车热交换器的污染。具体地，提供了一种车辆用热交换器，其处理排气再循环流。一种管理热交换器内的燃烧副产物污垢沉积物的方法，包括从初始位置至中间位置以及返回至所述初始位置来反复循环流控制装置，从而控制通过热交换器的排气再循环流。所述初始位置是基于进入到进气歧管中的所需排气再循环流来确定的。
文档编号F02D21/08GK102383973SQ20111025639
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者克纳夫尔 A., G. 塞姆科维奇 P. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司