用于控制涡轮增压器压缩机空气冷却系统的方法与流程

在内燃机(ice)的燃烧循环期间，空气/燃料混合物提供给ice的气缸。空气/燃料混合物经压缩和/或点燃和燃烧以提供输出转矩。许多柴油和汽油ice采用诸如废气涡轮驱动的涡轮增压器之类的增压装置，以在空气流进入发动机的进气歧管之前压缩该空气流，以增大动力和效率。确切地说，涡轮增压器利用废气来对涡轮提供动力，该涡轮进而驱动压缩机。压缩机将相比利用环境大气压力所能实现的密度较高密度的空气输送至ice的气缸，受迫进入ice的附加质量的含氧空气改进发动机的容积效率，以允许发动机在给定循环中燃烧更多燃料，并且由此产生更多动力。从涡轮增压器连通的空气在压缩期间增大热量，并且通常在其引入至ice中的一个或多个气缸之前冷却。

技术实现要素：

提供用于控制涡轮增压器压缩机空气冷却系统的方法。这些系统包括涡轮增压器和冷却器、散热器、冷却剂回路以及内燃机(ice)，该涡轮增压器具有压缩机，该压缩机构造成压缩，且该冷却器构造成接收来自压缩机的压缩空气，该冷却剂回路构造成使得冷却剂在冷却器和散热器之间循环，以使得冷却剂能与冷却器中的压缩空气和散热器中的环境空气进行热交互，其中，冷却剂回路包括旁路，该旁路包括旁路入口和旁路出口，该旁路入口与冷却回路在散热器的冷却剂出口和冷却器的冷却剂入口之间的一部分流体连通，且该旁路出口与冷却回路在冷却器的冷却剂出口和散热器的冷却剂入口之间的一部分流体连通，其中，冷却剂通过冷却器的流率能通过打开和/或关闭旁路来操纵，且该内燃机构造成接收来自冷却器的压缩空气。这些方法可包括：当进入冷却器的冷却剂的温度高于进入冷却器的压缩空气的温度时，通过打开旁路来减小通过冷却器的冷却剂流。该方法可包括：当进入冷却器的冷却剂的温度高于进入冷却器的压缩空气的温度减去缓冲值时，通过打开旁路来使得冷却器与冷却剂回路至少部分地隔离。缓冲值可以是固定数值。当ice负载和ice速度中的一个或多个减小时，缓冲值可增大。当ice负载和ice速度中的一个或多个增大时，缓冲值可减小。旁路入口可设置成比靠近散热器的冷却剂出口更靠近冷却器的冷却剂入口。冷却剂通过冷却器的流率可通过打开旁路而减小，这会降低冷却剂在冷却剂回路内的压降。

提供用于控制涡轮增压器压缩机空气冷却系统的方法。这些系统包括涡轮增压器、冷却器、散热器、冷却剂回路以及内燃机(ice)，该涡轮增压器包括压缩机，该压缩机构造成压缩空气，且该冷却器构造成接收来自压缩机的压缩空气，该冷却剂回路构造成使得冷却剂在冷却器和散热器之间循环，以使得冷却剂能与冷却器中的压缩空气和散热器中的环境空气进行热交互，其中，冷却剂回路包括旁路，该旁路包括旁路入口和旁路出口，该旁路入口与冷却回路在散热器的冷却剂出口和冷却器的冷却剂入口之间的一部分流体连通，且该旁路出口与冷却回路在冷却器的冷却剂出口和散热器的冷却剂入口之间的一部分流体连通，其中，冷却剂通过冷却器的流率能通过打开和/或关闭旁路来操纵，且该内燃机构造成接收来自冷却器的压缩空气。这些方法可包括通过基于由ice接收的压缩空气的温度打开或关闭旁路来操纵冷却剂通过冷却器的流率。当由ice接收的压缩空气的温度降至低于最小空气温度阈值时，可通过减小冷却剂通过冷却器的流率来操纵冷却剂通过冷却器的流率。当由ice接收的压缩空气的温度超过最大空气温度阈值时，可通过增大冷却剂通过冷却器的流率来操纵冷却剂通过冷却器的流率。可操纵冷却剂通过冷却器的流率以实现由ice接收的压缩空气的期望温度，且期望温度可基于ice负载和ice速度中的一个或多个来确定。旁路可以是阀控制的。旁路入口可设置成比靠近散热器的冷却剂出口更靠近冷却器的冷却剂入口。冷却剂通过冷却器的流率可通过打开旁路而减小，这会降低冷却剂在冷却剂回路内的压降。

提供用于控制涡轮增压器压缩机空气冷却系统的方法。这些系统可包括涡轮增压器、冷却器、散热器、冷却剂回路以及内燃机(ice)，该涡轮增压器包括压缩机，该压缩机构造成压缩空气，且该冷却器构造成接收来自压缩机的压缩空气，该冷却剂回路构造成使得冷却剂在冷却器和散热器之间循环，以使得冷却剂能与冷却器中的压缩空气和散热器中的环境空气进行热交互，其中，冷却剂回路包括旁路，该旁路包括旁路入口和旁路出口，该旁路入口与冷却回路在散热器的冷却剂出口和冷却器的冷却剂入口之间的一部分流体连通，且该旁路出口与冷却回路在冷却器的冷却剂出口和散热器的冷却剂入口之间的一部分流体连通，其中，冷却剂通过冷却器的流率能通过打开和/或关闭旁路来操纵，且该内燃机构造成接收来自冷却器的压缩空气。这些方法可包括：当ice速度超过ice速度阈值和/或当ice转矩超过ice转矩阈值时，通过基本上关闭旁路而在闭环控制中操作，且如果ice速度低于速度阈值且ice转矩低于转矩阈值，则通过如下一个或多个来在开环控制中操作：当进入冷却器的冷却剂的温度高于进入冷却器的压缩空气的温度时，通过打开旁路来减小通过冷却器的冷却剂流，通过基于由ice接收的压缩空气的温度打开或关闭旁路来操纵冷却剂通过冷却器的流率，以及当进入散热器的冷却剂的温度低于环境空气的温度时，通过打开旁路来减小通过冷却器的冷却剂流。通过打开旁路来减小冷却剂通过冷却器的流率可降低冷却剂在冷却剂回路内的压降。旁路入口可设置成比靠近散热器的冷却剂出口更靠近冷却器的冷却剂入口。可操纵冷却剂通过冷却器的流率以实现由ice接收的压缩空气的期望温度，且期望温度可基于ice负载和ice速度中的一个或多个来确定。ice速度阈值可以是ice速度或ice速度的变化率中的一个或多个，和/或ice转矩阈值可以是ice转矩或ice转矩的变化率中的一个或多个。当进入冷却器的冷却剂的温度高于进入冷却器的压缩空气的温度减去缓冲值时，可通过打开旁路来减小通过冷却器的冷却剂流。缓冲值可与ice负载和ice速度中的一个或多个增大的变化成反比地改变。

从示例性实施例的以下详细描述和附图中，示例性实施例的其它目的、优点以及新颖特征会变得更为显而易见。

附图说明

图1是根据一个或多个实施例的内燃机系统的示意图。

图2是根据一个或多个实施例的用于涡轮增压器压缩机空气冷却系统的方法的框图。

具体实施方式

这里描述本发明的各实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是示例且其它实施例可采取各种和替代的形式。这些附图并未必须是按比例的；一些特征可放大或缩小以示出特定部件的细节。因此，这里公开的特定结构和功能细节并不解释为限制，而是仅仅作为用于教示本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。本领域普通技术人员会理解的是，参照任何一个附图说明和描述的各个特征能与在一个或多个其它附图中说明的特征相组合，以产生并未明确说明或描述的实施例。所说明特征的组合提供针对典型应用的代表性实施例。然而，根据本发明教示的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施方式会是期望的。

这里提供一种内燃机(ice)系统，尤其是涡轮增压和/或增压的ice系统，其包含冷却器，这些冷却器构造成在压缩空气与ice连通之前冷却压缩空气。这里的系统和方法利用冷却剂旁通环路，以实现对冷却器的有效和动态控制，以使得增强ice性能和总体系统效率。

图1说明涡轮增压的内燃机(ice)系统1的示意图。系统1包括ice7、空气进气管线2、排气管线3以及涡轮增压器4，该ice具有进气歧管10和排气歧管11、该空气进气管线用于将来自环境的新鲜空气传动到进气歧管10中，该排气管线用于将来自排气歧管11的废气传送至环境，且该涡轮增压器包括压缩机40和涡轮41，该压缩机位于进气管线2中用以压缩在其中流动的空气流，且该涡轮位于排气管线3中，用以例如经由共同的轴来驱动所述压缩机40。系统1可进一步包括电子控制模块(ecm)5，该电子控制模块构造成根据这里描述的控制方法和策略来实现系统1内的控制。如这里使用的是，术语模块指代专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享、专用或集群)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能性的其他合适部件。例如，ecm5可操作地连接于ice7的各个部件、各个温度传感器(未示出)和一个或多个阀以及其它部件。

ice7可以是火花点火或压缩点火的设计。ice7通常包括发动机组8，该发动机组限定多个气缸9。ice7出于简化起见说明为直列式四缸结构。然而，应理解的是，本教示适用于任何数量的活塞-气缸结构以及各种往复式发动机构造，包括但不限于v型发动机、直列式发动机和水平对置发动机以及顶置凸轮和体凸轮构造两者。在一些特定的实施例中，ice7可包括直列式三缸或六缸发动机。在其它特定的实施例中，ice7可包括v-6、v-8、v-10和v-12构造的发动机等等。气缸9的每个可包括活塞(未示出)，该活塞构造成在其中往复运动，其中，气缸及其相应的活塞可限定燃烧腔室，燃料和空气喷射到该燃烧腔室中。气缸内的燃料燃烧使得相关联的活塞往复运动，且曲柄轴(未示出)将活塞的往复运动转换成旋转运动。曲柄轴可例如将牵引转矩连通至车辆的传动系。每个气缸均经由进气歧管10接收空气。气缸可经由低压和/或高压废气再循环系统(未示出)接收废气。在燃烧之后从气缸排出的废气可经由排气管线3引导至一个或多个废气处理装置50。

涡轮增压的柴油发动机系统进一步包括冷却器20，该冷却器在涡轮增压器4的压缩机40下游位于进气管线2中，用以在空气流到达进气歧管10之前冷却该空气流。冷却器20利用冷却剂回路34来经由冷却剂从冷却器20中的压缩中提取热量，并且经由散热器30将来自冷却剂的热量释放至环境。冷却剂在冷却器入口21处进入冷却器20，并且在冷却器出口22处离开冷却器20。类似地，冷却剂在散热器入口31处进入散热器30，并且在散热器出口32处离开散热器30。冷却器20通常构造成便于压缩空气和来自冷却剂回路34的冷却剂之间的热量交换。在一些实施例中，冷却器20可附加地接收和冷却废气，例如由高压和/或低压废气再循环系统(未示出)再循环的废气。散热器30可以是低温散热器(ltr)。冷却剂在冷却器入口21、冷却器出口22、散热器入口31以及散热器出口32处的温度可分别指代为tcci、tcco、tcri以及tcro。压缩空气在空气入口23处进入冷却器20，并且在空气出口24处离开冷却器20。压缩空气在空气入口23和空气出口24处的温度可分别指代为taci和taco。环境空气的温度可指代为tamb。

从压缩机40连通的压缩空气在压缩期间升高温度，这会减小空气按体积计的氧密度。冷却器20冷却压缩空气，以增大氧密度且由此增大ice7的容积效率。连通至ice7的压缩空气的期望温度可基于诸如ice7的负载、ice7的速度、车辆速度、环境温度以及ice7校准(例如，期望的燃料：空气比值)等等的许多因素来确定。ice7的负载可指代由ice7产生的转矩，或者例如通过车辆油门踏板和/或ecm5确定的转矩指令。ice7的负载可例如被直接地测量或建模。ice7的速度可指代曲柄轴的每分钟转数(rpm)。ice7的速度可例如被直接地测量或建模。在一些情形(例如，高的ice7的转矩和/或高的ice7的速度)中，需要压缩空气的最大程度冷却。在其它情形中，压缩空气仅仅须冷却至高于期望阈值。在一些情形中，当tcci＞taci或者当tamb＞tcri时，无法使用冷却器20来冷却压缩空气。

为了实现对压缩空气冷却的更有效控制，冷却剂回路34进一步包括旁路35。当冷却压缩空气不可能或不需要或者不期望时，旁路35可通常用于使得通过冷却器20的冷却剂流最小。此外，打开或部分地打开旁路35减小循环冷却剂的压降，因为冷却器20通常是冷却剂回路34内大部分冷却剂压降的原因。因此，可减小冷却剂循环动力需求，和/或冷却剂在散热器30中的冷却速率会由于通过其中的冷却剂循环的增大速率而增大。旁路35包括旁路入口36和旁路出口37，该旁路入口与冷却回路34在散热器出口32和冷却器入口21之间的一部分流体连通，且旁路出口与冷却回路34在冷却器出口22和散热器入口31之间的一部分流体连通。可通过旁路来操纵冷却剂通过冷却器20的流率。确切地说，增大冷却剂流(即，打开)旁路35减小通过冷却器20的冷却剂流，而减小冷却剂流(即，关闭)旁路35增大通过冷却器20的冷却剂流。在旁路35至少部分地打开时，冷却剂的第一部分在旁路35和散热器30之间主动地循环，且主动冷却剂可在经受tamb的散热器30内冷却。冷却剂的第二部分在冷却器20内且可选地在冷却器20和旁路35之间保持静态或部分地静态，且冷却剂的第二部分可变得相比冷却剂的第一部分更热。当旁路35打开且冷却剂的第一静态部分开始循环时，第一和第二冷却剂部分的不同温度会导致不期望的冷却剂冷却瞬态。因此，在一些实施例中，旁路入口36设置成比靠近散热器30的散热器出口32更靠近冷却器20的冷却器入口21，以使得第一静态或部分静态的冷却剂部分的大小最小。

可将旁路操纵至完全打开和完全关闭位置以及两者之间。当旁路处于完全关闭位置中时，通过冷却器20的冷却剂流最大化。在一些实施例中，使得通过冷却器20的冷却剂流最大化包括通过旁路的零冷却剂流。类似地，当旁路处于完全打开位置中时，通过冷却器的冷却剂流最小化。在一些实施例中，当旁路处于完全打开位置中时，存在通过冷却器20的零冷却剂流。在其它实施例中，当旁路处于完全打开位置中时，存在通过冷却器20的一些或最小的冷却剂流。在一些实施例中，旁路35可由阀(例如阀38)操纵。阀38示作设置在旁路入口36和冷却器入口21之间的二通阀。例如，阀38可设置成靠近于冷却器入口21或者与该冷却器入口集成，或者能在旁路入口36和旁路出口37之间设置在旁路35中。在另一示例中，阀38可包括设置在旁路入口36处的三通阀。在另一示例中，阀38可设置在冷却器出口22和旁路出口37处或之间。通常，阀38可在由旁路35和冷却器20限定的冷却剂子回路中设置在任何位置处。阀38可例如由ecm5控制。

图2说明用于涡轮增压器压缩机空气冷却系统的方法100。方法100会出于说明的目的而参照系统1进行描述，但并不旨在受此限制。具体地说，系统1描述典型的ice系统的基本方面，但方法100可适当地适用于电动和混合电动车辆系统以及包含诸如高压egr和/或低压egr部件之类附加特征件的系统。方法100可包括以开环模式的操作120以控制旁路35。开环模式可包括如下一个或多个：当tcci＞taci时，打开旁路35以减小通过冷却器20的冷却剂流(121)，基于taco(即，由ice7接收的压缩空气的温度)来操纵旁路35(122)，以及当tcri大于tamb时，打开旁路35以减小通过冷却器20的冷却剂流(123)。

打开旁路35(121)可包括基于改变的tcci和/或taci至少部分地打开旁路35，基本上打开旁路35，完全地打开旁路35或者动态地打开旁路35。当tcci＞taci时，冷却剂无法从冷却器20中的压缩空气中提取热量，且因此期望减小或停止通过冷却器20的冷却剂流。在一些实施例中，开环模式可包括如下一个或多个：当tcci＞(taci-缓冲值)时，打开旁路(121)以减小通过冷却器20的冷却剂流，其中，缓冲值是用于稳定旁路35的温度校正数值，尤其是在动态ice7的操作状况期间。缓冲值可以是固定数值，或者可以被动态地确定。例如，缓冲值可经由数据图确定，该数据图基于一个或多个参数(例如，ice7的负载和/或ice7的速度)改变缓冲值。在一个实施例中，缓冲值可与ice7的负载和ice7的速度中的一个或多个增大中的变化成反比地改变。确切地说，在一个实施例中，当ice7的负载和ice7的速度中的一个或多个减小时，缓冲值可增大。在另一实施例中，当ice7的负载和ice7的速度中的一个或多个增大时，缓冲值可减小。缓冲值可基于数据图来确定，该数据图根据ice7的负载确定该缓冲值。缓冲值可基于数据图来确定，该数据图根据ice7的速度确定该缓冲值。缓冲值可基于数据图来确定，该数据图根据ice7的负载和ice7的速度确定该缓冲值。

基于taco操纵旁路35(122)可包括打开或关闭旁路35以操纵冷却剂通过冷却器20的流率，以实现期望的taco。期望的taco可基于期望的ice7的操作校准和/或系统1的总效率来确定。在一个实施例中，操纵冷却剂通过冷却器20的流率(122)包括当taco降至低于最小taco阈值时，通过打开旁路35来减小冷却剂通过冷却器20的流率。例如可确定最小taco阈值，以防止压缩空气的过度冷却，和/或确保连通至ice7的压缩空气的合适温度。在另一个实施例中，操纵冷却剂通过冷却器20的流率(122)包括当taco超过最大taco阈值时，通过关闭旁路35来增大冷却剂通过冷却器20的流率。例如可确定最大taco阈值，以确保连通至ice7的压缩空气的合适温度。可操纵冷却剂通过冷却器20的流率以实现期望的taco，且期望的taco可基于ice7的负载和ice7的速度中的一个或多个来确定。类似地，可基于ice7的负载和ice7的速度中的一个或多个来确定最小taco阈值和最大taco阈值。期望taco、最小taco阈值以及最大taco阈值的每个可基于数据图确定，该数据图根据ice7的负载确定缓冲值。期望taco、最小taco阈值以及最大taco阈值的每个可基于数据图确定，该数据图根据ice7的速度确定缓冲值。期望taco、最小taco阈值以及最大taco阈值的每个可基于数据图确定，该数据图根据ice7的负载和ice7的速度确定缓冲值。

打开旁路35(123)可包括当tcri＞tamb时，至少部分地打开旁路35，基本上打开旁路35，完全地打开旁路35或者动态地打开旁路35。当tcri＞tamb时，冷却剂无法经由散热器30将热量释放至环境，且因此，期望减小或停止通过冷却器20的冷却剂流，以防止压缩空气加热。

方法100能可选地包括，在以开环控制进行操作(120)之前，如果ice7的负载或ice7的速度中的一个或多个超过阈值，则以闭环控制进行操作(110)。以闭环控制进行操作(120)可包括关闭(111)或基本上关闭(111)旁路35。当ice7以高速度和/或负载操作时，可存在增大或提高压缩空气向ice7的输送的需求。因此，关闭(111)或基本上关闭(111)旁路35经由冷却器20向压缩空气提供最大或接近最大的冷却。如果ice7的负载或ice7的速度中的一个或多个下降至低于阈值并且以开环模式操作(120)，则系统1可随后以开环模式操作(120)。ice7的负载阈值和/或ice7的速度阈值可经由数据图预先校准或确定。负载和/或速度阈值的校准可例如基于散热器30和冷却器20的冷却能力、由ice7产生的热量以及ice7的理想操作温度来确定。

虽然上文描述了示例性实施例，但并不旨在这些实施例描述由权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性而非限制性的词语，且应理解的是，能做出各种改变，而不会偏离本发明的精神和范围。如前所述，各种实施例的特征能组合和重新设置，以形成本发明可能并未明显描述或说明的又一些实施例。虽然可相对于一个或多个期望特性将各个实施例描述为关于其他实施例或现有技术实施方式提供优点或者是优选的，但本领域普通技术人员会认识到的是，一个或多个特征或特性能组合以实现期望的总体系统属性，这取决于特定应用和实施方式。这些属性能包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可市售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于组装性等等。这样，相对于一个或多个特性描述为比其它实施例或现有技术实施方式较为不理想的实施例并不落在本发明范围以外并且对于特定应用会是期望的。