专利名称：操作内燃机中的排气再循环冷却器的方法
技术领域：
本公开涉及一种操作内燃机中的EGR冷却器的方法。
背景技术：
内燃机可包括排气再循环(EGR)系统，其 联接在排气歧管和进气歧管之间。通过该系统，将发动机的一部分排气再循环至发动机。由EGR系统造成的更低的燃烧室温度降低了燃烧产生的NOx的量。EGR系统可包括EGR冷却器，以降低EGR系统中的排气的温度。EGR阀调节EGR系统中的排气的流动。可设置有包括EGR旁路阀的EGR旁路管道，用于绕开EGR冷却器。EGR冷却器是适于将热量从发动机的排气传输至诸如在发动机的冷却管路中循环的具有防冻组分的水的冷却流体中，以降低再循环进入发动机的排气的温度。可在EGR冷却器中产生的问题(特别是在低温时)是发动机的排气流中包含的碳氢化合物(HC)可能在冷却器壁上冷凝。由于排气流还包括颗粒状物质，该颗粒状物质可积聚至EGR冷却器的湿的壁，并渐进地阻塞EGR冷却器。本发明的实施例的目的是在提供一种保护内燃机中的EGR冷却器不阻塞的方法。本发明的实施例的另一目的是提供一种操作EGR冷却器的方法，其允许包括在低温时再循环的排气的发动机架构的实施，这降低了 NOx和CO2排放，避免了由于积聚在内的大量的碳氢化合物(HC)以及排烟阻塞冷却器的危险。另一目的是不使用复杂装置且通过利用车辆的电子控制单元(ECT)的计算能力来提供对EGR冷却器的阻塞的保护。本公开的另一目的是通过简单、合理和廉价的解决方式达到这些目标。这些目的通过具有独立权利要求中陈述的特征的方法、发动机、汽车系统、计算机程序和计算机程序产品、和电磁信号来实现。从属权利要求限定了本发明的各个实施例的优选和/或特别有优势的方面。
发明内容
本公开的实施例提供了一种用于操作内燃机中的EGR系统的方法，该EGR系统包括用于控制进入EGR冷却器的排气流的EGR阀、以及用于绕开EGR冷却器的旁路管路，该方法规定了 -监测标示EGR冷却器的阻塞条件的指数的值的阶段，-如果指数值超过预定阈值，则关闭EGR冷却器中的排气流的阶段，和-如果指数值降低，则打开EGR冷却器中的排气流的阶段，本实施例的优势是其可应用至不同的发动机架构中，包括那些包括低温排气再循环的架构，用于降低发动机NOx和CO2排放，避免通过积聚的排烟阻塞EGR冷却器的风险。此外，指数值可方便地在车辆的电子控制单元(ECT)中实现，例如使用计数器值。另一优势是指数值代表了 EGR冷却器的状态的大致测量值。
根据本发明的又一实施例，关闭EGR冷却器中的排气流的阶段通过关闭EGR阀促动。根据本发明的又一实施例，关闭EGR冷却器中的排气流的阶段通过绕过EGR阀促动。这些实施例的优势是它们使用在当前的产品车辆上已经存在的装置。根据本发明的又一实施例，指数值在下列全部条件都满足时递增指数增加值-发动机载荷低于载荷阈值，该阈值取决于发动机速度和发动机冷却剂温度；-发动机冷却剂温度低于阈值，或发动机温度调节阀被关闭，或EGR冷却器中的冷却剂温度被估计低于阈值，-EGR阀打开，和-EGR阀未被绕过。本实施例的优势是这些条件被选定以代表发动机和EGR冷却器的操作状态，在这些操作状态中发动机以高排烟产生率且在导致湿的碳氢化合物冷凝在EGR冷却器壁上的EGR冷却器的低温上工作；在该情形中，指数值因此被递增以追踪EGR系统在这些条件中花费的时间的量。本发明的另一实施例提供了一种方法，其中当下列至少一个条件被满足时，指数值被保持在恒定的值上-发动机停止；-EGR冷却器被绕开；-EGR 阀关闭。本实施例的优势是其允许考虑其中EGR冷却器的阻塞状态没有显著变化的条件。根据本发明的又一实施例，指数值在下列全部条件都满足时降低指数降低值-EGR阀被请求打开，-EGR冷却器旁路被请求不被绕过，且至少一个下列条件未被满足-发动机载荷高于载荷阈值，该阈值取决于发动机速度和发动机冷却剂温度；-发动机冷却剂温度高于阈值，或发动机温度调节阀打开。本实施例的优势是这些条件被选定以代表发动机和EGR冷却器的操作条件，在这些条件中发动机以低排烟产生率并在促进碳氢化合物(HC)从EGR冷却器壁蒸发的EGR冷却剂的高温上工作。根据本发明的进一步实施例，如果降低指数值的条件不再被满足而指数值仍然高于临界值时，EGR冷却器中的排气流被关闭。本实施例的优势是其限定了避免在EGR冷却器中的阻塞条件仍然位于临界阈值之上时操作EGR回路的子条件。本公开提供了一种用于在内燃机中操作EGR系统的设备，该EGR系统包括用于控制进入EGR冷却器的排气流的EGR阀、以及用于绕开EGR冷却器的旁路管路，该设备包括-监测标示EGR冷却器的阻塞条件的指数的值的装置，-如果指数值超过预定阈值，则关闭EGR冷却器中的排气流的装置，和-如果指数值降低，则打开EGR冷却器中的排气流的装置。
本发明还提供了一种汽车系统，其包括装备有EGR系统的内燃机，该EGR系统包括用于控制进入EGR冷却器的排气流的EGR阀，以及用于绕开EGR冷却器的旁路管路，该汽车系统包括电子控制单元，该电子控制单元配置为用于-监测标示EGR冷却器的阻塞状况的指数，-如果指数值超过预定阈值，则关闭EGR冷却器中的排气流，和-如果指数值降低，则打开EGR冷却器中的排气流。根据其中一个方面的方法可在计算机程序的帮助下被实施，所述计算机程序包括用于实施所述方法的全部步骤的程序编码，且表现为包括所述计算机程序的计算机程序产·品O所述计算机程序产品可被实现为用于内燃机的控制装置，其包括发动机控制单元(ECU)、和ECU相关联的数据载体、以及存储在所述数据载体中的计算机程序，从而控制装置以和方法相同的方式限定描述的实施例。在该情形中，当控制装置执行计算机程序时，上述的方法的全部步骤被执行。根据又一方面的方法也可被实现为电磁信号，所述信号被调制以承载代表用于实施所述方法的全部步骤的计算机程序的数据位序列。本公开的又一方面提供了专门用于执行所要求的方法的内燃机。
将通过示例的方式参照附图对本发明各个实施例进行描述，其中图I示出了汽车系统；图2是属于图I中的汽车系统的内燃发动机的横截面；图3是汽车系统的第一 EGR冷却回路的示意图，且其中实施了本发明的实施例；图4是第二 EGR冷却回路的示意图，且其中实施了本发明的实施例；图5是出了根据本发明的实施例的EGR操作策略的流程图；和图6是根据本发明的实施例确定的EGR事件的示意图。附图标记10 块12 块14 块16 块18 块20 块22 块24 块26 块40 点50 点60 点70 点
100汽车系统110 内燃机(ICE)120发动机缸体125 汽缸130汽缸盖135凸轮轴140 活塞145 曲轴150燃烧室155凸轮移相器160燃料喷射器170燃料轨道180燃料泵190燃料源200进气歧管205进气管道210 进气口215汽缸的阀220 排气口225排气歧管230涡轮增压器240压缩机250 涡轮260中冷器270排气系统275排气管280排气后处理装置290 VGT 促动器300 EGR 系统305 EGR 旁路阀310 EGR 冷却器315排气旁路管路320 EGR 阀330节流阀本体340质量空气流动和温度传感器350歧管压力和温度传感器360燃烧压力传感器380冷却剂和机油温度和水平传感器400燃料轨道压力传感器
410凸轮位置传感器420曲轴位置传感器430排气压力和温度传感器445加速器踏板位置传感器450电子控制单元(ECT)460数据载体500加热器芯部510缓冲罐520机油冷却器530可开关水泵540散热器550温控器570辅助冷却剂泵700第一 EGR 回路800第二 EGR 回路。
具体实施例方式现在将参照附图对优选实施例进行描述。一些实施例可包括汽车系统100，如图I和2所示，其包括内燃发动机(ICE) 110，该发动机包括限定了至少一个具有联接以旋转曲轴145的活塞140的汽缸125的发动机缸体120。汽缸盖130和活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)被布置在燃烧时150中且点燃，导致热的膨胀的排气，其导致活塞140的往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，而空气通过至少一个进气口 210提供。燃料以高压从燃料轨道170提供至燃料喷射器160，燃料轨道170和高压燃料泵180流体连通，该高压燃料泵180增加从燃料源190处接收的燃料的压力。每一个汽缸125都包括至少两个阀门215，其由正时地与曲轴145 —起旋转的凸轮轴135促动。阀门215选择地允许空气从口 210进入燃烧室150，并替换地允许排气通过口 220离开。在一些示例中，凸轮移相器155可选择地变动凸轮轴135和曲轴145之间的正时。空气可通过进气歧管200配送至空气进气口(一个或多个)210。空气进气管道205可从周围环境提供空气至进气歧管200。在其他实施例中，可提供节流阀本体330以调节进入歧管200中的空气流动。在此外的其他实施例中，可提供诸如涡轮增压器230的强制进气系统，其包括旋转地联接至涡轮250的压缩机240。压缩机240的旋转增加了管道205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在管道205中的中冷器260可降低空气的温度。涡轮250通过从排气歧管225接收排气而旋转，其将排气从排气口 220引导通过一系列叶片，继而通过涡轮250膨胀。排气离开涡轮250并被引导进入排气系统270中。该示例示出了可变几何涡轮(VGT)，其具有布置为移动叶片以改变通过涡轮250的排气的流动的VGT促动器290。在其他实施例中，涡轮增压器230可为固定几何的和/或包括废气门。排放系统270可包括排气管275，其具有一个或多个排气后处理装置280。后处理装置可为配置为改变排气成分的任意装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于，催化转换器(二元或三元)、氧化催化器、稀NOx采集器、碳氢化合物吸收器、选择催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器。根据本发明的各个实施例，汽车系统100可包括排气再循环(EGR)系统300，该排气再循环(EGR)系统300联接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可包括用于降低EGR系统300中的排气的温度的EGR冷却器310，和用于绕过EGR冷却器310的旁路管路315，该旁路管路315由EGR旁路阀305选择。EGR阀门320调节EGR系统300中的排气的流动。汽车系统100还可包括电子控制单元(E⑶)450，其和一个或多个与ICEllO相关联的装置和/或传感器连通。ECU450可从多个传感器处接收信号，传感器被配置为产生信号，该信号和与ICEllO相关的各个物理参数成比例。传感器包括但不限于质量空气流动和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和机油温度和水平传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、和加速器踏板位置传感器445。此外，E⑶可产生至各个控制装置的输出信号，该控制装置被配置为控制ICEllO的运行，其包括但不限于，
燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、VGT促动器290、和凸轮移相器155。注意，虚线用于指示ECU450和各个传感器和装置之间的通信，但一些出于清楚的目的被忽略。现在转向E⑶450，该装置可包括数字中央处理器(CPU)，其与存储器系统、或数据载体460，以及接口总线连通。CPU被配置为执行作为程序存储在存储器系统中的指令，并发送信号至接口总线以及从接口总线接收信号。存储器系统可包括多种存储器类型，包括光存储器、磁存储器、固态存储器、以及其他非易失性存储器。接口总线可被配置为发送、接收、和调制模拟和/或数字信号至/从各个传感器和控制装置。程序可实现此处公开的方法，允许CPU执行该方法步骤并控制ICEl 10。更具体地，图3示出了第一 EGR冷却回路700的示意图，其中可实施本发明的实施例。在回路700中，可开关水泵530在发动机110内产生冷却剂流，且特别地在发动机缸体120内的管路中产生冷却剂流。在其中循环的冷却剂流从汽缸盖130排出，这是因为发动机缸体120和汽缸盖130装备有多个通道，这些通道在其中铸造或机加工形成，以允许冷却剂流动。冷却剂流可为具有防冻组分的水。冷却回路700装备有散热器540和具有限制发动机110的冷却的功能的温控阀550 ;例如在起动时，直至发动机到达足以允许正常操作的温度时，温控阀550暂时关闭允许冷却剂流动经过散热器540的冷却回路的那部分。温控阀550可被选择性地控制。冷却剂流体还流入机油冷却器520和加热器芯部500，并随后退回发动机110和散热器540。冷却剂的一部分被引导至用于释放残存在流体中的气体的缓冲罐510。脱气后的流体继而被朝向发动机110向回再循环。一部分冷却剂流经散热器540，以和外部环境空气热交换，而一部分流动经过EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气的温度，这是由于在排气到达进气歧管200之前排气的热量被部分地传输至冷却流体。图4示出了第二 EGR冷却回路800的示意图，其中可实施本发明的不同实施例。
在该情形中，EGR冷却器310被布置在单独的管路中，且冷却剂由辅助冷却剂泵570馈送进入其中。与回路700的不同处在于，在该情形中，排气以低温再循环；例如图4中沿逆时针方向的实心黑箭头标示在35° C至90° C的温度之间冷却流体的再循环。低排气再循环降低了发动机NOx和COx排放，且根据本发明的不同实施例的方法在避免阻塞EGR冷却器310、避免在EGR冷却器310内积聚大量碳氢化合物(HC)和排烟的风险时特别具有优势。总体而言，根据本发明的实施例，当发动机被检测出在下列条件中长时间工作时，EGR阀320被关闭，以避免EGR系统300中的排气流循环-高排烟产量，-高碳氢化合物(HC)产量，或-EGR冷却剂的低温，即允许湿的碳氢化合物(HC)在EGR冷却器310壁上冷凝的温度。用于替换关闭EGR阀320，EGR冷却器310可被绕过(by-passed)。当发动机达到允许碳氢化合物(HC)从EGR冷却器310壁蒸发的条件时，EGR阀320应被重新打开。这些条件可如下所示-在EGR冷却器310入口处的温和的冷却剂温度保持足够长的时间，或-当条件足以避免且移除在EGR冷却器310的壁上的排烟积累时，或-在EGR冷却器310入口处的高的排气温度和流量保持足够长的时间。改变EGR系统300中的排气流的判定可通过在根据下列要求的电子控制单元(EOT) 450中实施的算法实现当增量指数值C超过可校准阈值CMax时请求EGR阀320关闭或EGR冷却器310绕过，该可校准阈值代表EGR冷却器310阻塞条件。当下列全部条件被满足时，该指数值C应被递增指数增加值X -发动机110载荷低于载荷阈值Eltjad_，该阈值取决于发动机速度和冷却剂温度；-发动机110冷却剂温度ECTemp低于温度阈值ECTemp_，或在温控阀550是电控制的情形中该温控阀550关闭；-EGR阀320被请求打开，-EGR冷却器310未被绕过，且如果有的话，馈送EGR冷却剂310的辅助冷却剂泵570正在运行。当至少一个下列条件被满足时，指数值C不应被递增(且因此保持在相同的值上，除非满足降低条件)-发动机110停止；-EGR冷却器310被绕开；-EGR 阀 320 关闭当下列全部条件被满足时，该指数值C应被减少指数减少值Y -EGR 阀 320 打开。-EGR冷却器旁路(315)不被绕过，和至少一个下列条件被满足-发动机110载荷Eltjad高于载荷阈值Eltjad_，该阈值取决于发动机速度和冷却剂温度;-发动机110冷却剂温度EGRCoolTemp高于温度阈值EGRCoolTempmax，或-温控阀(thermostaticvalve) 570 打开。指数降低值Y可不同于指数增加值X，且他们可都为可校准值。在初始阶段，指数值C初始化为零。指数值C的下限为零。如果指数值C饱和至其最大值CMax，且随后EGR阀320被关闭或EGR冷却器310被绕过，且持续长于可校准阈值Timethres的时间，则客户被合适的视觉和/或听觉装置请求，以尽快移动至可允许EGR冷却器310再生的驾驶条件，而前往用于执行类似的过程的维·护。图5是根据本发明的一个实施例的EGR操作策略的流程图，其中出于简明的目的，EGR ON表示其中EGR阀320打开的条件，而EGR OFF表示其中EGR阀320关闭或EGR冷却器310被绕过的条件。在过程开始时，EGR处在ON的位置，且如果上述递增条件被确定时，指数C递增一量X (块10)，直至指数值C达到代表EGR阻塞条件被满足的CMax阈值(块12)。当到达阻塞阈值CMax时，EGR为OFF(块14)，即EGR阀320是关闭的，或EGR冷却器310被绕过。在该阶段中，指数值C被保持为同一个值，直至满足指数降低条件。如果指数降低条件被满足(块16)，EGR再次为0N，且指数值C递减一值Y氓18)。重复对指数降低条件的存在的核查(块20)，且如果该核查为负面的，进行另一核查(块22)，以确定指数C是否还在临界阈值C&iti。之上。如果是这样的话，EGR为OFF (块14)，且指数值C被保持为同一个值，直至指数降低条件被满足,且块16、18、20和22的步骤被重复。 如果指数C降低条件不再被满足，且指数C低于临界阈值CMti。，则EGR为0N，且指数C保持为同一个值(块24)，直至增加指数条件被满足(块26)。图6是根据本发明的实施例确定的示例性EGR事件的示意图。在该示例中，在过程的开始处，EGR为0N，且指数值C被增加。这可示例性地由于EGR冷却剂已经在一段驾驶时间中处在低温而发生。当指数值C到达阻塞阈值CMax (点40)时，EGR阀320被关闭，或EGR冷却器310被绕过。如果降低指数值C的条件全被满足，EGR阀320打开或EGR冷却器310不再被绕过(点50)。如果降低指数值C的条件不再被满足，但指数值C仍处在临界范围中，S卩，仍具有高于临界指数阈值c&iti。的值，则EGR阀320关闭或EGR冷却器310被绕过(点60)。如果降低指数的条件不再被满足，但指数值C低于临界指数阈值C&iti。，则EGR阀320可保持打开或EGR冷却器310可保持为不被绕过(点70)。尽管在前述的概述以及详细描述中示出了至少一个示例性实施例，应理解存在大量的变动之处。应理解所述一个或多个示例性实施例仅为示例，而不意图以任何方式限定范围、用途或配置。而是，上述概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的方便的说明，被理解的是可对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进
行各种变动，而不背离如在所附的权利要求书以及其法律意义上的等价物中阐明的范围。
权利要求
1.一种用于操作内燃机(I 10)中的EGR系统(300)的方法，该EGR系统(300)包括用于控制进入EGR冷却器(310)的排气流的EGR阀(320)、以及用于绕开EGR冷却器(310)的旁路管路(315)，该方法包括 -监测标示EGR冷却器(310)的阻塞条件的指数的值(C)的阶段， -如果指数值(C)超过预定阈值(CMax)则关闭EGR冷却器(310)中的排气流的阶段，和 -如果指数值(C)降低，则打开EGR冷却器(310)中的排气流的阶段。
2.如权利要求I所述的方法，其中关闭EGR冷却器(310)中的排气流的阶段通过关闭EGR阀(320)促动。
3.如权利要求I所述的方法，其中关闭EGR冷却器(310)中的排气流的阶段通过绕过EGR冷却器(310)促动。
4.如权利要求3所述的方法，其中指数值(C)在下列全部条件都满足时被递增指数增加值(X) -发动机(110)载荷(Eltjad)低于载荷阈值(Eltjad _)，该阈值取决于发动机(110)速度和发动机(I 10)冷却剂温度； -发动机(110)冷却剂温度(EClemp)低于阈值(EClempjax)，或发动机温度调节阀(570 )被关闭，或EGR冷却器(110)中的冷却剂温度(EGRCoolTemp)被估计低于阈值(EGRCoolTemp Max)，-EGR阀(320)打开，和-EGR冷却器(310)未被绕开。
5.如权利要求3所述的方法，其中当下列至少一个条件被满足时，指数值(C)被保持为恒定值 -发动机(I 10)停止; -EGR冷却器(310)被绕开； -EGR 阀(320)关闭。
6.如权利要求3所述的方法，其中当下列全部条件满足时，指数值(C)被降低指数降低值(Y) -EGR阀(320)被请求打开， -EGR冷却器旁路(315)被请求不被绕过，且至少一个下列条件未被满足 -发动机(110)载荷(Eltjad)高于载荷阈值(ElMd Max)，该阈值取决于发动机(110)速度和发动机(I 10)冷却剂温度；和 -发动机(110)冷却剂温度(EClemp)高于阈值(EClempjax)，或发动机温度调节阀(570 )打开。
7.如权利要求6所述的方法，其中如果降低指数值(C)的条件不再被满足而指数值(C)仍然高于临界指数阈值(Craiti。)，则EGR冷却器(310)中的排气流被关闭。
8.如前述任一权利要求所述的方法，其中如果指数值(C)被饱和至预定的阈值(CMax)且EGR阀(320)被关闭或EGR冷却器(310)被绕过一长于可校准的阈值(Timettoes)的时间，则视觉和/或听觉装置被启动以用信号通知允许EGR冷却器(310)再生的必要性。
9.一种用于在内燃机(110)中操作EGR系统(300)的设备，该EGR系统(300)包括用于控制进入EGR冷却器(310)的排气流的EGR阀(320)、以及用于绕开EGR冷却器(310)的旁路管路(315)，该设备包括 -监测标示EGR冷却器(310)的阻塞条件的指数(C)的装置， -如果指数值(C)超过预定阈值(CMax)则关闭EGR冷却器(310)中的排气流的装置，和 -如果指数值(C)降低则打开EGR冷却器(310)中的排气流的装置。
10.一种汽车系统(100)，其包括装备有EGR系统(300)的内燃机(110)，该EGR系统(300)包括用于控制进入EGR冷却器(310)的排气流的EGR阀(320)，以及用于绕开EGR冷却器(310)的旁路管路(315)，该汽车系统(100)包括电子控制单元(450)，该电子控制单元配置为用于 -监测标示EGR冷却器(310)的阻塞条件的指数(C)， -如果指数值(C )超过预定阈值(CMax )，则关闭EGR冷却器(310 )中的排气流，和 -如果指数值(C)降低，则打开EGR冷却器(310)中的排气流。
11.一种内燃机(110)，特别是柴油发动机，该内燃机(110)包括相关联的传感器用于测量燃烧参数，该发动机(110)包括配置用于执行如权利要求1-7所述的方法的电子控制单元(450)。
12.—种计算机程序，包括适于实施根据权利要求1-7中的任意一项的方法的计算机编码。
13.一种计算机程序，其上存储有根据权利要求11的计算机程序。
14.一种内燃机(110)的控制装置，包括电子控制单元(450)、和电子控制单元(450)相关联的数据载体(460)、以及存储在数据载体(460)中如权利要求11所述的计算机程序。
15.一种电磁信号，调制成为代表根据权利要求11的计算机程序的数据位序列的载体。
全文摘要
本公开的实施例提供了一种用于在内燃机(110)中操作EGR系统(300)的方法，该EGR系统(300)包括用于控制进入EGR冷却器(310)的排气流的EGR阀(320)、以及用于绕开EGR冷却器(310)的旁路管路(315)，该方法包括监测标示EGR冷却器(310)的阻塞条件的指数(C)的值的阶段；如果指数值(C)超过预定阈值(CMax)，则关闭EGR冷却器(310)中的排气流的阶段；和如果指数值(C)降低，则关闭EGR冷却器(310)中的排气流的阶段。
文档编号F02B29/04GK102877962SQ20121024039
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者S.巴伯洛, D.特朗布利, F.希安福隆, G.蒙蒂娜罗 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司