发动机空气路径冷却系统的制作方法

本发明大体涉及用于冷却进入发动机汽缸的进气的方法和系统。

背景技术：

涡轮增压发动机和机械增压发动机可以经配置以压缩进入发动机的环境空气以便增加功率。因为空气的压缩可造成空气温度的增加，所以可将增压空气冷却器用于发动机空气入口的上游以在经加热空气进入发动机之前冷却经加热空气，由此增加空气密度并且改进发动机汽缸的燃料燃烧，从而产生更多的功率和改进的燃料经济性。然而，离开发动机上游的增压空气冷却器的经冷却空气可通过发动机重新加热，尤其是在高发动机负载和/或高发动机温度条件期间，因此使增压空气冷却器的许多益处无用。

用于解决冷却进气的其它尝试包含包围进气线路的冷却管道。一种示例方法由约翰逊(Johnson)在U.S.7658183中示出。其中，来自进气的潜热经由位于发动机上游的冷却的进气组合管道去除。

然而，本文的发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，通过将冷却进气组合管道放置成相对较远离发动机，进气可仍在进入汽缸之前被重新加热。

技术实现要素：

在一个示例中，上文描述的问题可通过一种系统来解决，所述系统包括：汽缸盖，其限定多个汽缸，所述汽缸盖包含各自流体地耦合到相应汽缸的多个入口端口；制冷剂供应装置；以及制冷剂通道，其包围每个入口端口并且流体地耦合到制冷剂供应装置，所述制冷剂通道经成形以对应于每个入口端口的外轮廓。以此方式，进气可在进入汽缸以供燃烧之前在入口端口处被重新冷却，因此增加可获得的发动机功率并减少排放。

应理解，提供以上发明内容是为了以简化形式引入一系列概念，在具体实施方式中进一步描述这些概念。以上发明内容并不意图确立所主张的主题的关键或必要特征，所述主题的范围通过所附权利要求唯一地限定。此外，所主张的主题并不限于解决本公开上文提到的任何缺点或在本公开的任何部分中的实施方式。

附图说明

图1示出具有发动机的示例车辆。

图2示出包含图1的发动机的示例发动机系统。

图3-5示出用于在进气进入图1-2的发动机之前冷却进气的制冷剂冷却系统的第一实施例。

图6-10示出用于在进气进入图1-2的发动机之前冷却进气的制冷剂冷却系统的第二实施例。

图11-12示出用于在进气进入图1-2的发动机之前冷却进气的制冷剂冷却系统的第三实施例。

图13是说明用于使用图3-12的制冷剂冷却系统中的一个来重新冷却进气的示例方法的流程图。

具体实施方式

以下描述涉及用于重新冷却(re-cooling)增压空气冷却器下游的进气的系统和方法。增压空气冷却器可冷却压缩机下游的经压缩进气，因此增加发动机功率并减少排放。然而，进气可经由增压空气冷却器来冷却的程度通常受到限制，因为增压空气冷却器往往经由环境空气或经由发动机冷却剂来冷却，所述环境空气和发动机冷却剂都不是充分冷于经压缩的进气，尤其是在高环境温度或高负载条件期间。另外，进气可在进入发动机之前通过来自发动机的热排放而被重新加热。因此，为了重新冷却进气，制冷剂通道可存在于汽缸盖的入口端口周围和/或进气歧管的进气流道周围。通道可供应有制冷剂，因此允许高度的冷却。图1是包含发动机和制冷剂供应装置(在本文中为空调系统)的车辆。图2是包含图1的发动机且可以安装在图1的车辆中的发动机系统。图3-12说明可以用于重新冷却紧挨在汽缸的上游的进气的制冷剂冷却系统的各种示例。图13说明可通过图1-2的控制器来执行以便重新冷却进气的方法。

图1-12示出具有各种组件的相对定位的示例配置。如果示出为彼此直接接触或直接耦合，那么至少在一个示例中，此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦合。类似地，示出为彼此邻近或相邻的元件至少在一个示例中可分别为彼此邻近或相邻的。作为一个示例，放置成彼此共面接触的组件可以被称为共面接触。作为另一示例，定位成仅以其间的某间距彼此分开且其间没有其它组件的元件在至少一个示例中可以按此称呼。图3-12按比例绘制，但也可使用其它相对尺寸。

再次参考图1，车辆1包含车轮102。扭矩经由发动机10和传动装置104而供应到车轮102。在一些示例中，电动马达或液压马达还可将扭矩提供到车轮102。前端附件驱动器(FEAD)包含交流发电机111和空调(A/C)系统108。交流发电机111和A/C系统108可各自经由轴或皮带轮45、47而机械地耦合到发动机10，或可经由公共轴或皮带轮而机械地耦合到发动机10。另外，交流发电机111可向电池106提供电力和/或从所述电池接收电力。AC系统可响应于针对车舱冷却、舱室空气的除湿和/或针对除霜的操作人员请求来接合或操作。关于AC系统的另外细节将在下文参考图3提供。电池106和交流发电机111可向图1中未示出的各种发动机附件组件提供电功率。控制器12包含用于控制并接收来自交流发电机111、A/C系统108、发动机10以及传动装置104的输入的指令。

图2示意性地示出包含发动机10的示例发动机系统100的方面。在所描绘的实施例中，发动机10是耦合到涡轮增压器13的增压发动机，所述涡轮增压器包含由涡轮116驱动的压缩机114。具体地说，新鲜空气经由空气滤清器112沿着进气通道42引入到发动机10中，并且流动到压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气压缩机，例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机械地耦合到涡轮116的涡轮增压器压缩机，所述涡轮116由膨胀的发动机排气驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可耦合在双涡流涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何结构依据发动机转速而主动改变。

如图2中所示，压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(在本文中还称为中间冷却器)耦合到节气门阀20。节气门阀20耦合到发动机进气歧管22。经压缩的空气充气从压缩机流经增压空气冷却器18和节气门阀到达进气歧管。增压空气冷却器可以是例如空气到液体热交换器，或可以是空气到空气热交换器。因为通过压缩机的流可加热经压缩的空气，所以提供下游CAC18，使得经增压的进气空气充气可在输送到发动机进气道之前被冷却。

一个或多个传感器可耦合到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可耦合到入口以用于估计压缩机入口温度，且压力传感器56可耦合到入口以用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可耦合到入口以用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其它传感器可以包含例如用于检测排气氧浓度的排气传感器、NOx传感器等。在其它示例中，可以基于发动机工况来推断压缩机入口条件中的一个或多个(例如湿度、温度、压力等)。另外，当启用EGR时，所述传感器可估计空气充气混合物的温度、压力、湿度以及空燃比，所述空气充气混合物包含在压缩机入口处接收到的新鲜空气、再循环的经压缩的空气以及排气残余物。

在选择的工况期间，例如在松加速器踏板期间，当从具有增压的发动机操作转至没有增压的发动机操作时，压缩机喘振可以出现。这是由于在节气门在松加速器踏板的情况下闭合时产生跨压缩机的增大的压差导致的。增大的压差减少了通过压缩机的前向流动，从而造成喘振和劣化的涡轮增压器性能。另外，喘振可产生NVH问题，例如来自发动机进气系统的不希望的噪声。为了缓解增压压力并减少压缩机喘振，通过压缩机114压缩的空气充气的至少一部分可以被再循环至压缩机入口。这允许基本立即缓解过量的增压压力。压缩机再循环系统可以包含压缩机再循环通道70，其用于将经冷却的压缩空气从在增压空气冷却器18下游的压缩机出口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)，其用于将未冷却的(或暖的)经压缩的空气从增压空气冷却器18上游的压缩机出口再循环至压缩机入口。

压缩机再循环阀(CRV)72可耦合到压缩机再循环通道70(还称为压缩机旁路)，以控制再循环至压缩机入口的经冷却的压缩机流量。在所描绘的示例中，CRV 72可以被配置为可连续变化的阀，其中阀的位置可从完全闭合位置连续变化至完全打开位置以及其间的任何位置。CRV 72可定位在通道70中的CAC 18的下游和压缩机114的入口的上游。CRV 72的位置可在增压发动机操作期间被调整以改进峰值性能并提供喘振的裕度。在一个示例中，在增压发动机操作期间，CRV可以保持闭合，以改进增压响应和峰值性能。在另一示例中，在增压发动机操作期间，CRV可以保持部分打开，以便提供一定的喘振裕度，尤其是为软喘振提供改进的裕度。在任一情况下，响应于喘振的指示(例如，硬喘振)，可以增加阀的开度。CRV的开度可以基于喘振的指示(例如，压缩机比、压缩机流动速率、跨压缩机的压差等)。作为一个示例，响应于喘振的指示，CRV的开度可以增大(例如，阀可以从完全闭合位置或部分打开位置转变成完全打开位置)。

喘振还可以通过减小涡轮116处的排气压力来缓解。例如，废气门致动器92可以经致动打开以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮的上游倾泻至在涡轮的下游的位置。通过减小涡轮上游的排气压力，可以减小涡轮速度，这进而有助于减少压缩机喘振。然而，由于废气门的增压动力，压缩机再循环阀调整对减少喘振的作用可快于废气门调整的作用。

进气歧管22通过一系列进气门(未示出)耦合到一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)进一步耦合到排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出单个排气歧管36。然而，在其它实施例中，排气歧管可以包含多个排气歧管区段。具有多个排气歧管区段的配置可使得来自不同燃烧室的排出物能够被引导至发动机系统中的不同位置。

在一个实施例中，排气门和进气门中的每一个可以是电子致动或控制的。在另一实施例中，排气门和进气门中的每一个可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动的，都可以按期望的燃烧和排放控制性能所需要的来调整排气门和进气门打开和闭合的正时。

燃烧室30可经由喷射器66而提供一种或多种燃料，例如汽油、酒精燃料掺混物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可经由直接喷射、进气道喷射、节气门阀体喷射或其任何组合而提供到燃烧室。在燃烧室中，燃烧可经由火花点火和/或压缩点火而启动。

如图2所示，来自一个或多个排气歧管区段的排气被引导至涡轮116以驱动涡轮。当期望减小的涡轮扭矩时，可以将一些排气引导至绕过涡轮，改为通过废气门通道90。来自涡轮和废气门的组合流随后流经排放控制装置170。一般来说，一个或多个排放控制装置170可以包含一种或多种排气后处理催化剂，其经配置以催化处理排气流，并且由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以经配置以在排气流为稀时从排气流捕集NOx，并且在排气流为富时减少所捕集的NOx。在其它示例中，排气后处理催化剂可以经配置以使NOx不均衡(disproportionate)，或在还原剂的帮助下选择性地还原NOx。在其它示例中，排气后处理催化剂可以经配置以氧化排气流中的剩余烃类和/或一氧化碳。具有任何此类功能的不同的排气后处理催化剂可以单独地或一起布置在中间层(wash coat)中或布置在排气后处理级中的任何位置。在一些实施例中，排气后处理级可以包含可再生碳烟过滤器，其经配置以捕集并氧化排气流中的碳烟微粒。

来自排放控制装置170的经处理的排气的全部或部分可以经由排气导管35释放到大气中。然而，取决于工况，排气剩余物的一部分可改为转向至EGR通道50，通过EGR冷却器51和EGR阀52，到达压缩机114的入口。由此，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合。在所描绘的示例中，EGR通道50示出为与压缩机入口上游的压缩机再循环通道70合并。应了解，在替代示例中，通道可不合并，并且EGR通道可独立于压缩机再循环通道而耦合到压缩机入口。

EGR阀52可被打开以准许受控量的经冷却排气到达压缩机入口以用于期望的燃烧和排放控制性能。以此方式，发动机系统100经调适以通过利用来自涡轮116的下游的排气来提供外部的低压(LP)EGR。EGR阀52还可配置为可连续变化的阀。然而，在替代示例中，EGR阀52可配置为开关阀。除发动机系统10中的相对较长的LP-EGR流动路径外，压缩机的旋转也提供进入到进气空气充气中的排气的优异的均质化。另外，EGR起始和混合点的安置提供了非常有效的排气冷却，以实现增加的可用EGR质量和改进的性能。在另外的实施例中，发动机系统可另外包含高压EGR流动路径，其中排气从涡轮116的上游抽出并再循环至压缩机114下游的发动机进气歧管。

EGR冷却器51可耦合到EGR通道50以用于冷却输送到压缩机的EGR。另外，一个或多个传感器可耦合到EGR通道50以用于提供关于EGR的组成和条件的细节。例如，温度传感器可被提供以用于确定EGR的温度，压力传感器可被提供以用于确定EGR的温度、湿度传感器可被提供以用于确定EGR的湿度或含水量，并且空燃比传感器54可被提供以用于估计EGR的空燃比。可替代地，EGR条件可通过耦合到压缩机入口的一个或多个温度、压力、湿度以及空燃比传感器55-57来推断。EGR阀的开度可基于发动机工况和EGR条件而被调整，以提供期望量的发动机稀释。

发动机系统100可以进一步包含控制系统14。控制系统14示出为从多个传感器16(其各种示例在本文中描述)接收信息，并将控制信号发送到多个致动器81(其各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可以包含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以及EGR传感器54。例如另外的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器以及成分传感器等其它传感器可以耦合到发动机系统100中的各个位置。致动器81可以包含例如，节气门20、EGR阀52、压缩机再循环阀72、废气门92以及燃料喷射器66。控制系统14可以包含控制器12。控制器可从各种传感器接收输入数据、处理输入数据，并响应于经处理的输入数据基于在其中编程的对应于一个或多个例程的指令或代码来触发各种致动器。在本文中参考图2描述了示例性控制例程。

控制器12从图2的各种传感器接收信号，并采用图2的各种致动器以基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。例如，调整通过增压空气冷却器18的空气流可包含调整节气门20的致动器以调整空气流。

如上所述，增压空气冷却器(CAC)18可在热压缩空气被准入到发动机之前冷却所述热压缩空气。来自压缩机114的热增压空气进入CAC 18的入口，在其行进通过CAC 18时冷却，并且随后离开以经过节气门20并且进入发动机进气歧管22中。来自车辆外侧的环境空气流可通过车辆前端进入发动机10并穿过CAC 18，以辅助冷却增压空气。当环境空气温度降低时，或在潮湿或多雨的天气条件(其中增压空气被冷却至水露点之下)期间，冷凝物可形成并积聚在CAC 18中。当增压空气包含再循环排气(例如，来自图2中示出的排气再循环系统)时，冷凝物可变成酸性的并腐蚀CAC外壳。腐蚀可引起空气充气、大气以及可能在水到空气冷却器的情况下的冷却剂之间的泄漏。为了减少冷凝物的积聚和腐蚀的风险，可将冷凝物收集在CAC 18的底部，并且随后在选择的发动机工况期间，例如在加速事件期间，将冷凝物抽取到发动机中。在其它示例中，冷凝物可另外或可替代地被抽取到催化剂上游或下游的排气系统中。然而，如果在加速事件期间立刻将冷凝物引入到发动机入口空气路径中，那么由于水的吸收，发动机失火或燃烧不稳定性(具有延迟/缓慢燃烧的形式)的机率可增加。因此，如本文中参考图9详述，在受控条件下，可将冷凝物从CAC 18或进气歧管22抽取至发动机。这种受控抽取可有助于减小发动机失火事件的可能性。

另外，虽然CAC 18在大部分工况下可充分冷却进气，但在高环境温度条件期间和/或在高发动机负载条件期间，来自发动机和/或其它组件的热排放可在进气被准入到汽缸之前引起进气重新加热。因此，至少在一些条件期间，可能失去经冷却进气的益处(增加的功率和/或减少的排放)。根据本文中公开的实施例，进气可经由围绕汽缸入口端口和/或进气歧管流道铸造的一个或多个制冷剂通道而在CAC 18下游被重新冷却。制冷剂可来源于AC系统或来源于车载容器，并且由此可维持与发动机冷却剂系统分离。这样做，进气可冷却至低于例如在以发动机冷却剂或环境空气冷却时可能达到的温度。关于制冷剂通道和制冷剂来源的另外细节将在下文参考图3至图8提供。另外，类似于上文说明的CAC 18，在进气歧管/入口端口处的进气的重新冷却可例如导致另外的冷凝物在进气歧管中积聚。因此，响应于冷凝物在进气歧管中积聚的指示，可采取各种动作，如下文将参考图9说明的。

现在转到图3至图5，其说明了经配置以冷却发动机系统100的组件的制冷剂冷却系统300。制冷剂冷却系统300可用于冷却进入发动机的进气，例如图1和图2中的发动机10。因此，图1和图2中的说明的组件在图3至图5中被给予相同的标号且其详细描述将被省略。图3示出制冷剂冷却系统300的侧透视图，而图5示出相同视图，其中为了清晰将进气歧管移除。图4示出图5的入口端口和制冷剂通道的放大视图。

制冷剂冷却系统300包含制冷剂通道302，其耦合在汽缸盖309的多个入口端口(图4和图5中说明)周围。制冷剂通道302从制冷剂供应线路304接收制冷剂，并将制冷剂返回到制冷剂回流线路306。制冷剂供应线路304耦合到AC系统108的压缩机308。制冷剂回流线路306耦合到AC系统108的冷凝器(未示出)。虽然未在图3至图5中示出，但应理解，AC系统108包含另外的各种组件，包含但不限于蒸发器、风扇、气候控制器、温度传感器等。在一个示例中，制冷剂在被泵送到冷凝器中之后经由蒸发器阀供应到蒸发器。压缩机308从蒸发器接收制冷剂气体并对制冷剂加压。从加压制冷剂提取热量，使得制冷剂在冷凝器处被液化。液化的制冷剂在经过蒸发器阀后膨胀，使得蒸发器的温度降低。

压缩机308可以包含离合器、可变排量控制阀、活塞以及旋转斜盘。活塞可对AC系统中的制冷剂加压，所述制冷剂从空气压缩机308流动到冷凝器。可选择性地接合和松开离合器以将来自发动机10的旋转能量供应给压缩机308。可包含一个或多个辅助制冷剂线路以将制冷剂转移到其它系统组件，所述其它系统组件经引导以接收循环制冷剂(例如，制冷剂供应线路304)。阀可经配置以经由来自控制器12的命令来控制经过制冷剂供应线路304的制冷剂流。所述阀可配置为三通阀，使得制冷剂可在阀处于第一位置时绕过制冷剂供应线路304，并且在阀处于第二位置时可循环经过制冷剂供应线路304。在其它示例中，阀可耦合在位于AC压缩机与汽缸盖制冷剂通道之间的区域中的制冷剂供应线路304内，并且经配置以基于来自控制器12的命令而打开或闭合。制冷剂可以是用于AC系统中的合适的制冷剂，例如氟利昂。在一些示例中，可使用液氮来替代氟利昂；在此类示例中，压力释放阀可存在于制冷剂回流线路中。

如上所述，制冷剂通道302经配置以使制冷剂围绕汽缸盖的多个入口端口流动。如图3-5中所说明的，发动机10是四缸发动机且因此具有四个入口端口，即第一入口端口312、第二入口端口313、第三入口端口315以及第四入口端口317。每个入口端口耦合到相应的进气歧管流道310。在经过CAC 18和上游压缩机后，来自进气歧管的进气分开并流经进气歧管流道310。来自相应流道310的进气经过对应的入口端口到达相应汽缸以参与燃烧。

每个入口端口具有外部加工的密封表面314，其经配置以耦合到相应的进气歧管流道310。如图4中示出，每个入口端口的外密封表面是连续的，因此产生所有入口端口的单一连续外密封表面。然而，在一些示例中，每个入口端口可具有分立的外密封表面。入口端口布置在沿着入口端口/外侧表面的中心纵向轴线401的线路中。同样在图4中示出的是坐标系402，其包含竖直轴404，水平轴406以及横轴408。中心纵向轴401平行于水平轴406。

每个入口端口具有外轮廓，其界定为入口端口的位于汽缸盖外侧的部分。例如，参考第一入口端口312，外轮廓可通过外密封表面、入口端口的顶侧316以及与入口端口的顶侧相对的底侧318来界定。顶侧316竖直地处于底侧318上方，使得当发动机10安装在车辆中时，顶侧316比底侧318距车辆所安放的地面更高。每个入口端口的顶侧可与相应的底侧连续，因此产生圆形的、矩形的或椭圆形的通路。每个入口端口的中心可以是中空的，以使得进气流能够进入到相应汽缸中。

制冷剂通道302围绕每个入口端口的顶部和底部延伸。如所说明的，制冷剂通道302是单一连续通道，其平行于水平轴406在入口端口中的每一个的顶部之上延伸，围绕最外侧的第四入口端口弯曲(例如，平行于竖直轴404延伸)，并且沿着入口端口中的每一个的底部平行于水平轴406而延伸。因此，制冷剂通道302沿着第一入口端口312的顶侧延伸至第二入口端口313的顶侧，并沿着第二入口端口的顶侧延伸到第三入口端口315的顶侧，并沿着第三入口端口的顶侧延伸至第四入口端口317的顶侧，并沿着第四入口端口的顶侧延伸。制冷剂通道302随后围绕第四入口端口的侧面延伸(例如，围绕第四入口端口的顶侧与底侧合并的位置)并沿着第四入口端口317的底侧延伸至第三入口端口315的底侧，并沿着第三入口端口的底侧延伸至第二入口端口313的底侧，并沿着第二入口端口的底侧延伸至第一入口端口312的底侧，并沿着第一入口端口的底侧延伸。

制冷剂通道302沿着入口端口的顶侧和底侧延伸，并且成形为对应于每个入口端口的外轮廓。制冷剂通道302具有从汽缸盖朝外延伸的宽度(例如，平行于横轴408)。制冷剂通道的宽度可以是合适的宽度，例如，所述宽度可从外密封表面314延伸至入口端口到达汽缸盖309的侧表面的点。例如，汽缸盖309可以包含经配置以耦合到例如凸轮轴盖的顶部机械加工表面，且制冷剂通道可延伸至汽缸盖309的与顶部机械加工表面相邻的侧表面320。在一个示例中，制冷剂通道302可与外密封表面314齐平。在其它示例中，制冷剂通道302可不与外密封表面314齐平，例如，制冷剂通道302可在外密封表面314前终止。制冷剂通道302可具有基于例如发动机的制冷剂流动需求而选择的合适的高度或厚度。在一个示例中，制冷剂通道302的高度可小于入口端口的壁的厚度的一半。制冷剂通道302可具有沿着整个制冷剂通道302的恒定厚度。

如上所述，制冷剂通道302沿着每个入口端口的顶侧延伸。虽然每个入口端口包括圆形或矩形中空通道，但外密封表面314沿着所有入口端口都是连续的。制冷剂通道302遵循沿着入口端口的顶侧的外侧表面的形状。也就是说，制冷剂通道302向上弯曲并沿着第一入口端口312的顶侧，并且和第一入口端口312的顶侧一起向下弯曲，但仅针对顶侧的弯曲部分的一部分。制冷剂通道302随后变平坦且遵循外密封表面314的形状，直到制冷剂通道到达第二入口端口，在此处，制冷剂通道向上弯曲，沿着第二入口端口313的顶侧的平坦部分延伸，并且针对第二入口端口313的顶侧的弯曲部分的一部分向下弯曲。如图4中所说明的，制冷剂通道302可针对比其它入口端口更长的部分遵循给定入口端口的顶侧的弯曲部分。例如，制冷剂通道302仅针对弯曲部分的相对较小部分(例如，20％)遵循第一入口端口312的顶侧的向下弯曲部分，而制冷剂通道302针对弯曲部分的较大部分(例如，50％)遵循第二入口端口313的顶侧的向下弯曲部分。

类似地，制冷剂通道302沿着每个入口端口的底侧延伸。制冷剂通道302遵循沿着入口端口的底侧的外密封表面314的形状。也就是说，制冷剂通道302向下弯曲并沿着第四入口端口317的顶侧，并连同第四入口端口317的底侧一起向上弯曲，但仅针对底侧的弯曲部分的一部分。制冷剂通道302随后变平坦且遵循外密封表面314的形状，直到制冷剂通道到达第三入口端口315，在此处，制冷剂通道向下弯曲，沿着第三入口端口315的底侧的平坦部分延伸，并且针对第三入口端口315的底侧的弯曲部分的一部分向上弯曲。如图5中所说明的，制冷剂通道302可针对比其它入口端口更长的部分遵循给定入口端口的底侧的弯曲部分。例如，制冷剂通道302仅针对弯曲部分的相对较小部分(例如，20％)遵循第三入口端口315的底侧的向上弯曲部分，而制冷剂通道302针对弯曲部分的较大部分(例如，50％)遵循第四入口端口317的底侧的向上弯曲部分。在一些示例中，制冷剂通道可在最大程度上缠绕入口端口，例如，制冷剂通道可完全包围每个入口端口的全部，而不仅是包围紧固件凸台和/或相邻特征件所位于之处。

制冷剂通道302在制冷剂入口端口322处从供应线路304接收制冷剂，并在制冷剂出口324处将制冷剂返回到回流线路306。如图5中示出的，入口322和出口324位于制冷剂通道的基本相似的位置处。具体地说，入口322和出口324两者位于第一入口端口312的同一侧上，但相对于彼此竖直移动。

图6和图7说明了制冷剂冷却系统600的替代实施例。制冷剂冷却系统600经配置以冷却发动机系统100的组件。制冷剂冷却系统600可用于冷却进入发动机的进气，例如图1和图2中的发动机10。因此，图1和图2中说明的组件在图6至图7中被给予相同的标号且其详细描述被省略。图6示出制冷剂冷却系统600的侧透视图，而图7示出制冷剂冷却系统600的放大的顶部透视图。

制冷剂冷却系统600包含与制冷剂冷却系统300相同的所有组件，且包含围绕进气歧管流道310的另外的制冷剂通道。由此，制冷剂冷却系统600包含制冷剂通道602，其耦合在汽缸盖309的多个入口端口周围。制冷剂通道602从制冷剂供应线路604接收制冷剂，并将制冷剂返回到制冷剂供应线路(未示出)。制冷剂供应线路604耦合到AC系统108的压缩机308。制冷剂回流线路可耦合到AC系统108的冷凝器(未示出)。

另外的第二制冷剂通道608耦合在进气歧管22的进气流道310周围，且包含在第二制冷剂通道的包围每个流道的每个节段之间的相应的连接通道612。进气歧管22包含界定每个流道310的外边缘的耦合凸缘610。耦合凸缘610经配置以在进气歧管耦合到发动机时，与每个入口端口的外侧表面共面接触。第二制冷剂通道608类似于制冷剂通道602和302，类似之处在于，所述第二制冷剂通道具有对应于进气流道的轮廓的形状(例如，沿着每个流道的顶侧延伸，围绕每个流道的底侧弯曲并沿着每个流道的底侧延伸)。第二制冷剂通道608具有在超过每个流道的一半长度上延伸的顶部宽度。例如，第二制冷剂通道可具有宽度，该宽度沿着每个流道的顶表面从耦合凸缘的内边缘延伸至超出每个流道的中点。另外，每个流道具有与顶表面相对的底表面，并且第二制冷剂通道608具有沿着每个流道的底表面从耦合凸缘的内边缘延伸至每个底表面并入进气歧管的主体的点的底部宽度。第二制冷剂通道可具有与制冷剂通道302或602相等的厚度。

第二制冷剂通道608可流体地耦合到制冷剂通道602，或其可以是并不向制冷剂通道602供应制冷剂或从制冷剂通道602接收制冷剂的单独的通道。在图8-10中说明的一个示例中，制冷剂可通过制冷剂通道602接收，在每个入口端口周围并且沿着每个入口端口传送，经由连接通道614传送至第二制冷剂通道608，在每个流道310周围并沿着每个流道310传送，并且经由回流线路606从第二制冷剂通道608回流。

图11和图12说明了制冷剂冷却系统800的另一替代实施例。制冷剂冷却系统800经配置以冷却发动机系统100的组件。制冷剂冷却系统800可用于冷却进入发动机的进气，例如图1和图2中的发动机10。因此，图1和图2中说明的组件在图11-12中被给予相同的标号且其详细描述被省略。

制冷剂冷却系统800包含许多与制冷剂冷却系统600相同的组件，包含围绕汽缸盖309的入口端口的制冷剂通道802、围绕进气流道310的第二制冷剂通道808、制冷剂供应线路804以及制冷剂回流线路806。图12示出类似于制冷剂冷却系统800的制冷剂冷却系统1200。在系统1200中，回流线路806耦合到第二制冷剂通道808。

替代从AC系统接收制冷剂的是，制冷剂冷却系统800和1200各自包含用于储存制冷剂的制冷剂容器810。制冷剂容器可以是真空瓶或经配置以防止制冷剂的泄漏的其它合适的罐。定位在制冷剂供应线路804中的是泵812和控制阀814。压力释放阀816可定位在回流线路806中。控制阀814可包含合适的致动器(例如，电动的、液压的、电磁的、等等)，其经配置以响应于来自控制器的命令而被启用以控制所述控制阀的位置。压力释放阀816可以是压敏阀、手动阀，或可以包含通过控制器控制的致动器。制冷剂容器810可储存合适的制冷剂，例如液氮。在一些示例中，储存在容器810中的制冷剂可不同于AC系统中使用的制冷剂。通过依赖于与AC系统分离的制冷剂来源，燃料消耗可通过减少AC压缩机被发动机驱动的时间量而被减少。

当液氮或其它制冷剂与周围被加热的组件(例如，入口端口和/或流道)接触时，随着热量被吸收，制冷剂沸腾。因为发生从液态到气态的相变，所以所得物是压力蒸汽，其可以受控方式经由压力释放阀被释放以控制内部压力并避免密闭空间内的大量气态蒸汽的排出。操作人员可周期性地手动重新填充储存容器。

现在转到图13，其说明了用于在准许进气进入到发动机的多个汽缸之前重新冷却进气的方法900。方法900经由包围发动机的入口端口和/或进气流道的一个或多个制冷剂通道来重新冷却进气，所述制冷剂通道例如图3-5、6-10以及11-12中的相应的制冷剂通道302、602或802，和/或图6-10和图11-12的相应的第二制冷剂通道608或808。为了重新冷却进气，制冷剂可被引导通过制冷剂通道，或可来源于合适的位置，例如AC系统108(如图3-10中示出)或单独的容器810(如图11-12中示出)。用于执行方法900的指令可以通过控制器(例如图1-2的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机和/或制冷剂冷却系统的传感器(例如上文参考图1和图2描述的传感器)接收的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机和/或制冷剂冷却系统操作。

在902处，方法900包含确定操作参数。所确定的操作参数可包含但不限于发动机负载、发动机和/或环境温度、增压压力以及其它合适的参数。在904处，方法900包含经由发动机冷却剂系统来冷却发动机(例如发动机10)。发动机冷却剂系统可以包含泵，其用于将冷却剂泵送通过多个冷却剂通道、通过发动机(例如，通过汽缸盖和/或汽缸体中的一个或多个冷却剂套)、通过散热器(如果发动机温度高于阈值)和/或通过其它合适的组件。

在906处，方法900包含经由增压空气冷却器(例如CAC 18)来冷却进气。如上所述，增压空气冷却器可冷却压缩机下游的进气，因此增加进气的密度。增压空气冷却器可以是空气到空气冷却器，且因此流经增压空气冷却器的进气可经空气冷却，如在908处指示。在其它示例中，增压空气冷却器可以是液体到液体冷却器。流经CAC的进气可经由来自发动机冷却剂系统的冷却剂冷却，如在910处指示的。在另外的示例中，流经CAC的进气可通过来自制冷剂冷却系统的制冷剂被冷却，如在912处指示的。CAC可被包含作为与制冷剂通道形成一个连续的环，或CAC可被包含作为单独的制冷剂环的一部分。通过CAC的制冷剂的流动可被控制以在冷起动期间为不活动的、在最大功率输出期间为活动的、等等。在914处，方法900确定是否满足重新冷却进气的条件。如在906处描述的，在进气在涡轮增压器的压缩机处被压缩后，增压空气冷却器冷却进气。然而，在一些发动机配置中，由于来自发动机的热排放、高环境温度或其它热源，进气可在从增压空气冷却器流动到发动机的同时被重新加热。进气的重新加热可减小经由增压空气冷却器来冷却进气的益处，例如，进气的密度可减小，从而减小发动机的功率输出。另外，较高温度进气可引起增加的排放。

因此，进气可经由围绕发动机的入口端口和/或进气流道的制冷剂通道被重新冷却。因为并不期望在所有条件下都重新冷却进气(例如，过度冷却进气可降低燃烧稳定性、增加燃料消耗和/或增加排放)，所以可仅在高负载和/或高环境温度条件期间执行重新冷却。用于重新冷却进气的条件可以包含环境温度超过阈值(例如，78°F)。用于重新冷却进气的条件可替代地或另外包含发动机负载高于阈值，例如以大于最大额定负载的60％操作。在一些示例中，重新冷却可仅在环境温度高于阈值时执行，而不管发动机负载。在一些示例中，一旦环境温度高于阈值，就可在发动机负载超过阈值负载时执行重新冷却。

如果在914处确定不满足用于重新冷却发动机的条件(例如，环境温度不高于阈值)，那么方法900前进到916以估计在增压空气冷却器处的冷凝物水平，这将在下文更详细说明。如果已经满足用于重新冷却进气的条件，那么方法900前进到918以用制冷剂重新冷却在进气歧管和/或入口端口处的进气。为了开始重新冷却，可通过以下动作将制冷剂引导至包围入口端口和/或进气流道的制冷剂通道：即通过打开制冷剂控制阀(例如图11的控制阀814)、激活制冷剂泵(例如泵812)、接合AC系统(例如AC系统108)的压缩机或其它合适的动作。制冷剂可流经制冷剂通道，从进气歧管和/或入口端口吸收热量，因此在进气被准入到汽缸以用于燃烧之前重新冷却进气。

在920处，方法900包含估计在增压空气冷却器、入口端口以及进气歧管处的冷凝物。如上文参考图1所说明的，在特定条件期间(例如，当环境湿度较高时和当CAC温度较低时)，冷凝物可积聚在CAC中。另外，由于循环通过围绕入口端口和/或流道的制冷剂通道的制冷剂的低温，冷凝物还可积聚在进气歧管中。所积聚的冷凝物可使CAC和/或进气歧管劣化，因为冷凝物可结冰和/或可包含酸性化合物(例如，来自EGR的硫磺)。为了减少冷凝物的积聚和腐蚀的风险，可将冷凝物收集在CAC的底部处，并且随后在选择的发动机工况期间，例如在加速事件期间，将冷凝物抽取到发动机中。然而，如果在加速事件期间立刻将冷凝物引入到发动机中，那么由于水的吸收，发动机熄火或燃烧不稳定性(具有延迟/缓慢燃烧的形式)的机率可增加。发动机点火正时还可提前以补偿由于稀释的燃料空气充气导致的较缓慢燃烧速率。

因此，在一些示例中，在受控条件下，可将冷凝物从CAC和/或进气歧管抽取至发动机。这种受控抽取可有助于减小发动机熄火事件的可能性。为了确定是否需要受控抽取，可估计CAC、进气歧管和/或入口端口中的冷凝物的量。可以使用各种机制来估计冷凝物的量。在一个示例中，可以将冷凝模型用于CAC和进气歧管中的每一个。对于CAC模型，所述模型可估计冷凝物积聚的速率，并且可包含环境温度、增压空气冷却器出口温度、质量空气流量、排气再循环(EGR)流量(如果发动机包含EGR系统)、增压空气冷却器压力以及湿度的输入。如果湿度是未知的(例如，如果发动机不包含湿度传感器)，那么可将湿度设定成100％。环境温度和湿度可提供进气的露点的指示，所述指示可另外受进气中的EGR的量影响(例如，EGR可具有与来自大气的空气不同的湿度和温度)。露点与增压空气冷却器出口温度之间的差异指示冷凝物是否将形成于冷却器中，并且质量空气流量可影响实际在冷却器中积聚的冷凝物的量。

进气歧管模型还可估计进气歧管中的冷凝物积聚的速率，并且可包含增压空气冷却器出口温度、通过歧管的质量空气流量、EGR流量、歧管压力、湿度、CAC的冷凝物积聚速率以及入口端口下游的进气/增压空气温度的输入。因为不可能测量入口端口下游(且在进入汽缸之前)的进气的温度，所以此温度可基于增压空气冷却器出口温度、制冷剂温度和/或流动速率、发动机温度和/或其它参数来估计。增压空气冷却器出口温度、湿度以及CAC冷凝速率可提供在歧管处的进气的露点的指示，所述指示可另外受进气中的EGR的量影响(例如，EGR可具有与来自大气的空气不同的湿度和温度)。露点与入口端口下游的温度之间的差异指示冷凝物是否将形成于所述端口和/或歧管中，并且质量空气流量可影响实际在歧管中积聚的冷凝物的量。

另外，方法900的916还包含估计CAC处的冷凝物。冷凝物可如上文所描述进行估计。916和920两者都前进到922，其中确定在CAC、进气歧管以及入口端口中的任一个处的冷凝物水平是否大于阈值。在一些示例中，阈值可以是这样的阈值，在高于该阈值时形成冷凝物而在低于该阈值时不形成冷凝物。以此方式，冷凝的任何指示都可高于阈值。然而，在其它示例中，阈值可被设置成使得允许积聚较小量的冷凝物。如果冷凝物水平不大于阈值，那么方法900返回以继续冷却发动机、CAC和/或进气歧管和入口端口，如上所述。

如果冷凝物水平高于阈值，那么方法900前进到924以抽取冷凝物。冷凝物可根据合适的机制被抽取，例如通过增加发动机空气流，如在926处指示。这可包含闭合废气门以增加增压压力，闭合压缩机再循环阀，调整进气门和/或排气门正时，增加EGR流量，或用于增加发动机空气流的其它合适的机制。另外，为了在发动机空气流增加期间维持扭矩，在928处可调整发动机致动器。所调整的致动器可取决于冷凝物已经积聚的位置。例如，如果冷凝物已在CAC处而非进气歧管处积聚，那么可调整节气门以增加通过CAC而非通过发动机本身的空气流。另外，如果发动机系统包含在CAC下游的再循环阀，那么可打开所述再循环阀。如果冷凝物存在于进气歧管中，那么可调整火花正时以维持扭矩。另外，在一些示例中，如果冷凝物积聚在进气歧管中，那么去往制冷剂通道的制冷剂的流动可被切断以防止冷凝物在进气歧管中的积聚，这比CAC中的冷凝物更难以控制。方法900随后返回。

因此，上文描述的方法在准许进气进入到汽缸中之前重新冷却进气，以进一步增加空气密度且因此增加发动机功率。进气可经由制冷剂而非发动机冷却剂被重新冷却。由此，进气的重新冷却可提供进气的充分冷却，从而以比增压空气冷却器中可能的程度更高的程度冷却进气。由此，进气流道和/或入口端口可具有相对低的温度，这可增加形成于流道和入口端口上的冷凝物的量。虽然冷凝物可大部分被清理至发动机(例如，入口端口上的任何冷凝物都可立刻被传递到汽缸)，但在一些条件下，一些冷凝物可行进到进气歧管，这些冷凝物可在进气歧管处积聚。因此，可以执行主动抽取以在积聚的冷凝物到达足够高到造成燃烧稳定性问题的水平之前去除积聚的冷凝物。由此，在一些示例中，相比于增压空气冷却器，冷凝物可更频繁地被抽取出进气歧管。另外，抽取冷凝物的机制可在增压空气冷却器与进气歧管之间有所不同。

进气被重新冷却的程度可受若干变量的影响，所述变量包含发动机循环策略(例如，奥托循环或米勒循环)、CAC尺寸和/或放置、发动机负载、环境空气温度等。在一个示例中，在处于中等强度的发动机负载下的米勒循环发动机(延迟闭合进气口)中，在通过紧密耦合的CAC(例如，位于距汽缸盖进气道入口110mm处)推回的逆转事件的情况下，预CAC温度可以为75℃并且入口端口处的进气可被冷却至小于36℃。在另外的示例中，可提供三通阀以使得可变量的制冷剂能够流动到制冷剂通道，从而允许可变量的进气的重新冷却(例如，在环境温度较低时较少冷却，而在环境温度较高时较多冷却)。

将制冷剂流动到包围入口端口和/或进气流道的制冷剂通道的技术效果可以是在准许进气进入到汽缸中之前选择性地重新冷却进气，因此改进了发动机的功率输出，减少了燃料消耗和排放。

一种系统包含；汽缸盖，其界定多个汽缸，所述汽缸盖包含各自流体地耦合到相应汽缸的多个入口端口；制冷剂供应装置；以及制冷剂通道，其包围每个入口端口且流体地耦合到制冷剂供应装置，所述制冷剂通道经成形以对应于每个入口端口的外轮廓。在所述系统的第一示例中，制冷剂供应装置包括真空瓶和制冷剂泵，所述真空瓶容纳制冷剂。所述系统的第二示例可选地包含第一示例，且进一步包含其中制冷剂通道具有在制冷剂通道的第一侧上的制冷剂入口和制冷剂出口，并且其中制冷剂通道从所述入口延伸，在每个入口端口的顶侧上方并围绕每个入口端口的顶侧，并且在每个入口端口的底侧上方并围绕每个入口端口的底侧并到达制冷剂出口。所述系统的第三示例可选地包含第一和第二示例中的一个或多个或两者，并且进一步包含其中，沿着每个入口端口的顶侧，制冷剂通道具有从每个入口端口的外密封表面延伸至汽缸盖的顶部机械加工表面的侧边缘的宽度。所述系统的第四示例可选地包含第一到第三示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中每个入口端口的外密封表面经配置以耦合到进气歧管的相应流道。所述系统的第五示例可选地包含第一到第四示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中进气歧管包括包围每个流道的第二制冷剂通道。所述系统的第六示例可选地包含第一到第五示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中汽缸盖的制冷剂通道和进气歧管的第二制冷剂通道经配置以处于流体连通。所述系统的第七示例可选地包含第一到第六示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中进气歧管包含界定每个流道的外边缘的耦合凸缘，所述耦合凸缘经配置以与每个入口端口的外密封表面共面接触，并且其中第二制冷剂通道具有沿着每个流道的顶表面从耦合凸缘的内边缘延伸至超过每个流道的中点的宽度。所述系统的第八示例可选地包含第一到第七示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中每个流道具有底表面，并且其中第二制冷剂通道具有沿着每个流道的底表面从耦合凸缘的内边缘延伸至每个底表面并入进气歧管的主体的点的宽度。所述系统的第九示例可选地包含第一到第八示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中制冷剂供应装置包括空调系统的压缩机。所述系统的第十示例可选地包含第一到第九示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含其中制冷剂通道的入口经由制冷剂供应线路流体地耦合到压缩机，并且其中制冷剂通道的出口经由制冷剂回流线路流体地耦合到空调系统的冷凝器。所述系统的第十一示例可选地包含第一到第十示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含控制器，所述控制器包含用于响应于环境温度、发动机温度以及发动机负载中的一个或多个而将制冷剂从压缩机引导至制冷剂通道的入口的指令。

一种方法包括：通过将来自冷却系统的冷却剂引导经过发动机来冷却发动机；经由增压空气冷却器来冷却发动机上游的进气；以及经由来自与冷却系统分离的制冷剂供应装置的制冷剂来选择性地重新冷却在进气歧管和发动机的多个入口端口中的一个或多个处的进气。在所述方法的第一示例中，经由增压空气冷却器来冷却发动机上游的进气包括：通过将来自冷却系统的冷却剂引导经过增压空气冷却器来冷却发动机上游的进气。所述方法的第二示例可选地包含第一示例，并且进一步包含其中经由增压空气冷却器来冷却发动机上游的进气包括：通过将来自制冷剂供应装置的制冷剂引导经过增压空气冷却器来冷却发动机上游的进气。所述方法的第三示例可选地包含第一和第二示例中的一个或多个或两者，并且进一步包含其中选择性地重新冷却进气包括：响应于环境温度大于阈值温度以及发动机负载大于阈值负载中的一个或多个来重新冷却进气。所述方法的第四示例可选地包含第一到第三示例中的一个或多个或每一个，并且进一步包含估计在进气歧管和多个入口端口中的一个或多个处的冷凝物的量，并且响应于冷凝物的量超出阈值，将流向发动机的空气流增加至大于其中安装有发动机的车辆的驾驶员所要求的水平，而不必通过调整发动机的致动器来增加发动机扭矩以维持扭矩。

一种系统包括：汽缸盖，其界定多个汽缸，所述汽缸盖包含各自流体地耦合到相应汽缸的多个入口端口；进气歧管，其包括多个流道，每个流道经配置以耦合到多个入口端口中的相应的一个入口端口；制冷剂供应装置；第一制冷剂通道，其包围每个入口端口且流体地耦合到制冷剂供应装置；以及第二制冷剂通道，其包围每个流道且流体地耦合到制冷剂供应装置。在所述系统的第一示例中，所述系统进一步包括控制器，所述控制器经配置以响应于环境温度高于阈值温度，而将制冷剂从制冷剂供应装置引导至第一制冷剂通道和第二制冷剂通道。所述系统的第二示例可选地包含第一示例，并且进一步包含其中制冷剂供应装置包括空调系统的压缩机。

注意，本文中包含的示例控制和估计例程可以在各种发动机和/或车辆系统配置下使用。本文中公开的控制方法和例程可以在非暂时性存储器中存储为可执行指令，且可以由包含控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其它发动机硬件来实施。本文中描述的具体例程可以表示例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等任何数目的处理策略中的一个或多个。由此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以所说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下省略。同样地，处理的次序并非是实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是被提供以便于说明和描述。取决于所使用的特定策略，可以重复地执行所说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以直观地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包含结合电子控制器的各种发动机硬件组件的系统中执行指令来实施。

应了解，本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为是限制性意义，因为众多的变体是可能的。例如，以上技术可以被应用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本发明的主题包含本文中公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合以及子组合。

以下权利要求书特别指出被认为新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以指代“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包含一个或多个此类元件的合并，既不需要也不排除两个或多于两个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合以及子组合可以通过当前权利要求书的修正或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。此类权利要求书，无论其范围是比原始权利要求书的范围更宽、更窄还是与之不同，都也被认为包含在本发明的主题内。