用于发动机气道冷凝物管理的系统和方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及在连接至发动机进气气道(air path)和/或排气气道的充气空气冷却器中自然形成并且收集的冷凝物中污染的探测，从而响应于该探测采取措施。
【【背景技术】】
[0002]增压发动机已经普遍使用，其中通过由设置在发动机排气中的涡轮或由发动机曲轴驱动的空气压缩器压缩空气。压缩会增加空气温度。所以，通常在进入发动机进气系统之前引导压缩空气通过通常称为充气冷却器(CAC)的热交换器。在高环境空气湿度状况下热交换器中会形成冷凝物。在一些现有技术中总是将冷凝物引导进发动机排气而在其它现有技术中总是将冷凝物弓I导进发动机进气。
[0003]发明人在此已经认识到，不管发动机工况并且不管冷凝物中是否存在污染，总是将冷凝物引导至排气或进气会导致不希望的发动机或催化剂运转。例如，在一些工况下，总是将冷凝物引导至进气系统可能导致粗糙的发动机运转。而且在低或中等发动机负荷时总是将冷凝物引导至催化剂上游的排气可能导致不希望的催化剂冷却。此外，如果冷凝物中存在发动机机油而将冷凝物引导至催化剂可能导致不希望的催化剂运转。此外，从排放或效率的观点来看，通过将发动机机油抛弃进催化剂下游的发动机排气来去除发动机机油是不希望的。
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【发明内容】
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[0004]发明人在此通过一种方法解决这些问题，在一个示例中，该方法包含:引导空气从压缩器通过热交换器至发动机的燃烧室；连通热交换器中形成的冷凝物通过连接至燃烧室的通道；在蓄压器中积聚一部分压缩空气；且当发动机输出低于预定量时，连通一部分积聚的空气通过该通道进入燃烧室。如果积聚的空气未被使用，冷凝物将趋于积累在表面上并可导致较差的发动机运转。在较高负荷下应具有足够的气流速度以阻止这种积聚从而使积聚的空气可不必处于高负荷。
[0005]在另一个示例中，当在冷凝物中未被检测到机油时，则该机油可以被引导至催化剂上游的发动机排气以冷却催化剂。当在冷凝物中存在机油时，其被引导至发动机用于燃烧。而且，在低的发动机负荷下，积聚的空气与冷凝物也被一起引入。
[0006]单独或结合附图阅读下面的【具体实施方式】，本发明的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理，其将在【具体实施方式】中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。
【【附图说明】】
[0007]单独或结合附图阅读示例实施例(此处指具体实施例)，可以更完全理解本说明书描述的优点。
[0008]图1是包括充气冷却器的示例发动机系统的示意图；
[0009]图2是显示图1中示例冷凝物路径的示意图；
[0010]图3是根据本发明的包括热交换器和储存器的示例双进气系统；
[0011]图4更详细地显示示例储存器和计量阀；
[0012]图5是响应于发动机工况而在运转模式之间切换以调节引导冷凝物的位置的示例方法的流程图；
[0013]图6是说明用于将冷凝物引导至发动机进气的示例方法的第一运转模式的流程图；
[0014]图7是说明用于将冷凝物引导至发动机排气的示例方法的第二和第三运转模式的流程图；
[0015]图8是显示基于发动机工况的示例阀门调节的图；
[0016]图9-12显示了根据第二实施例的示例冷凝物管理系统，其中包括用于辅助引导冷凝物的蓄压器；
[0017]图13说明使用蓄压器引导冷凝物的示例方法；
[0018]图14说明使用压缩气体填充蓄压器的示例方法；
[0019]图15和16显示了冷凝物管理系统的第三实施例，其中在进气歧管内收集冷凝物。
[0020]尽管可以使用其它的相对尺寸和定位，近似成比例地绘制图3、4、9_12以及15-16。
【【具体实施方式】】
[0021]下文的描述涉及用于处理充气冷却器(CAC)中的冷凝物的系统和方法，包括调节在发动机系统(比如图1中的系统)内引导冷凝物的位置。其中，可以调节一个或多个阀门以控制引导冷凝物的位置，比如图2中显示的示例路径。在图3和4显示的一个特定实施例中，双涡轮增压发动机配置用于基于冷凝物中存在的污染类型和发动机或催化剂的其它运转参数而将冷凝物输送至不同位置。例如，发动机工况可以包括催化剂或发动机温度和CAC内的冷凝物形成，可以使用图5中说明的方法确定该冷凝物形成。图6和7中显示了用于在发动机运转模式之间切换以调节输送路径的示例方法。随后，图8显示了说明示例发动机系统中阀门调节的示例图。图9-12显示了冷凝物管理系统的第二实施例，该管理系统具有存储并使用压缩气体辅助冷凝物的引导和移动的蓄压器，而图13和14显示了用于运转具有蓄压器的冷凝物管理系统的示例方法。此外，因为发动机系统中的最低点可能位于充气空气冷却器之外的位置，图15和16显示了第三实施例，其中在进气歧管中收集冷凝物，该进气歧管包含进气系统(AIS)中的最低点。
[0022]现在参考图1，包含多个汽缸(图1中显示其一个汽缸)的内燃发动机10通过电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室(汽缸)30和活塞36位于其中并连接至曲轴40的汽缸壁32。燃烧室30显示为可经由各自的进气门52和排气门54通过进气流道(未显示)与进气歧管47连通并与排气歧管48连通。可以通过进气凸轮51和排气凸轮53运转每个进气和排气门。可以经由凸轮相位器58调节相对于曲轴位置的排气门54的打开和关闭正时。可以经由凸轮相位器59调节相对于曲轴位置的进气门52的打开和关闭正时。可以通过进气凸轮传感器55确定进气凸轮51的位置。可以通过排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位置。这样，控制器12可以通过相位器58和59控制凸轮正时。可以根据多个因素(比如发动机负荷和发动机转速(RPM))提前或延迟可变凸轮正时(VCT)。
[0023]燃料喷射器66显示为设置以直接将燃料喷射到燃烧室30内，本领域内技术人员称之为直接喷射。可替代地，可以将燃料喷射至进气道，本领域内的技术人员称之为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号(FPW)的脉冲宽度成比例地传输流体燃料。燃料通过燃料系统(未显示)输送至燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未显示)。响应于控制器，从致动器68向燃料喷射器66提供工作电流。在一个示例中，使用高压、双级燃料系统产生高燃料压力。此外，进气歧管47显示为与调节节流板64的位置以控制来自节气门体入口管46的空气流的可选的电子节气门62连通。压缩器162从进气42汲取空气以提供至发动机进气系统。进气42可以是从一个或多个管道(图1中未显示)汲取空气的进气系统的一部分。该一个或多个管道可以分别从车辆的外部或车辆发动机罩的下面汲取较冷或较暖的空气。进气阀(图1中未显示)随后可以控制从其将进气吸入进气系统的位置。进气可以从进气阀的下游传输至进气42、压缩器输出管44、CAC166、节气门体入口管46、进气歧管47以及将空气传输至每个燃烧室的包含进气系统的进气流道30。
[0024]排气旋转祸轮164连接至相应压缩剩余的节气门前的(pre-throttle)空气路径容量的压缩器162。可以提供多种设置来驱动压缩器。对于机械增压器，可以通过发动机和/或电机至少部分地驱动压缩器162并且可以不包括涡轮。从而，可以通过控制器12改变经由涡轮增压器或机械增压器提供至一个或多个发动机汽缸的压缩量。当涡轮增压器废气门171处于打开状态时涡轮增压器废气门171是允许排气经由旁通通道173旁通涡轮164的阀门。当废气门171处于完全关闭位置时基本上所有排气通过涡轮164。
[0025]此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由EGR通道140将希望部分的排气从排气歧管48引导至进气歧管47或沿进气系统的另一个位置。可以通过控制器12经由EGR阀172改变提供至进气歧管47的EGR量。在一些状况下，EGR系统可以用于调整燃烧室内空气和燃料混合物的温度。图1显示将EGR从涡轮增压器的涡轮的上游引导至涡轮增压器的压缩器下游的高压EGR系统。在其它实施例中，额外地或可替代地发动机包括将EGR从涡轮增压器的涡轮的下游引导至涡轮增压器的压缩器的上游的低压EGR系统。如下文更加详细描述的，当可运转时，特别是当通过充气空气冷却器冷却压缩空气时，EGR系统可能从压缩空气汲取形成的冷凝物。特别地，由于EGR是燃烧副产物，EGR包含较大量的水分。由于EGR的温度相对较高并且包含较大量的水分，露点温度也可能相对较高。所以，从EGR形成的冷凝物可能远高于压缩空气降低至露点温度形成的冷凝物。
[0026]吸气系统可以包括一个或多个充气空气冷却器(CAC) 166 (例如中冷器)以减小涡轮增压或机械增压的进气的温度。在一些实施例中，CAC166可以是空气对空气式热交换器，而在其它实施例中CAC166可以是空气对流体式热交换器。CAC166可以包括响应于充电空气冷却器内的冷凝物形成而选择性地调整流动通过充气空气冷却器166的进气或流体冷却剂的流动速度的阀门。来自压缩器162的热充气空气进入CAC166的入口、随着它流动通过CAC而冷却并且随后流出以通过节气门62并进入发动机进气歧管47。为了辅助冷却充气空气，来自车辆外部的环境空气流可以通过车辆前端并通过CAC进入发动机10。响应于降低的环境空气温度、高湿度或雨天状况在充气空气冷却至水的露点以下时，冷凝物可能在CAC中进一步形成并积聚。可以在CAC166的底部收集冷凝物，随后在加速事件期间基于感应的冷凝物的污染类型以及发动机或催化剂的运转参数在多个位置将该冷凝物再引导至发动机系统。
[0027]如下文更详细描述的，开口罐总成202位于CAC166底部的收集冷凝物的最低点。开口罐总成202连接至通过发动机控制模块(例如控制器12)控制的第一引导阀210，并且可以基于来自位于开口罐的底壳(sump)部分监视开口罐中的冷凝物和/或污染水平的传感器的反馈而启用第一引导阀。关于开口罐的底壳部分的定位，在一个实施例中，开口罐的底壳部分可以略微地位于平行于地面的与CAC开口罐管道的最低点相切的平面的下面。所以，冷凝物可以流动通过连接至发动机系统的一个或多个管道，其中冷凝物进入设计成在喷射进发动机系统之前雾化冷凝物的孔。特别地，描述的方法包括基于探测的冷凝物中的污染以及发动机或催化剂的运转参数而引导冷凝物至进气系统或发动机排气中的位置。例如，在车辆运转期间，该引导可以包括根据车辆运转期间感应的和/或估算的发动机参数将冷凝物引导至进气系统和排气系统的位置中的每者。此外，可以不同时发生描述的至多个位置的引导，或者在一些实例中可以同时发生。此外，可以将排出管道路径设置成与现有的发动机罩下的热源平行、邻近和/或否则在它附近布置以经由热交换加热流体媒介以预雾化流体媒介。相反，可以在沿引导路径存在的冷却源附近布置排出管道引导以在进入任何喷射点位置之前提供额外的冷却。例如，可以在第一运转模式中将冷凝物引导至沿发动机进气的第一位置，在第二运转模式中引导至沿发动机排气的第