用於控制可變增壓空氣冷卻器的方法

2023-06-13 02:39:16 2

用於控制可變增壓空氣冷卻器的方法
【專利摘要】本發明涉及用於控制可變增壓空氣冷卻器的方法。提供增壓空氣冷卻器的實施例。在一個示例中，發動機方法包括響應於增壓空氣冷卻器中的估計的冷凝形成值，增加通過增壓空氣冷卻器的進氣流速。以此方式，增壓空氣冷卻器內的冷凝積聚可以被防止。
【專利說明】用於控制可變增壓空氣冷卻器的方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及包含增壓空氣冷卻器的發動機。
【背景技術】
[0002]渦輪增壓發動機和機械增壓發動機可以被配置為壓縮進入發動機的環境空氣以增加功率。因為壓縮空氣可能引起空氣溫度增加，因此增壓空氣冷卻器可以被用於冷卻被加熱的空氣，由此增加其密度並進一步增加發動機的潛在功率。然而，如果環境空氣的溼度高，則在溫度比壓縮空氣的露點低的增壓空氣冷卻器的內表面上可以形成冷凝(例如水滴)。在例如猛烈的車輛加速的瞬態條件期間，這些水滴可能被吹出增壓空氣冷卻器並進入發動機的燃燒室，導致例如增加發動機熄火的可能性、損失扭矩和發動機轉速以及不完全燃燒。

【發明內容】

[0003]發明人已經認識到以上問題，並提出至少部分地解決這些問題的方法。在一個實施例中，發動機方法包括響應於增壓空氣冷卻器內估計的冷凝形成值，增加通過增壓空氣冷卻器的進氣流速。
[0004]以此方式，在可能形成冷凝的條件期間，通過增壓空氣冷卻器的進氣流速可以增加以破壞表面張力並防止在增壓空氣冷卻器內形成冷凝。在一個示例中，增壓空氣冷卻器可以包含閥，該閥被配置為在低冷凝條件(例如，高進氣流速)期間打開，允許進氣流過增壓空氣冷卻器的整個體積。該閥可以被配置為在高冷凝條件(例如，低進氣流速)期間關閉，阻擋進氣流過整個增壓空氣冷卻器並代之以弓I導進氣通過部分增壓空氣冷卻器。通過使進氣僅路經增壓空氣冷卻器的一部分體積而不是通過整個體積，進氣流速增加並且增壓空氣冷卻器中冷凝的形成減少。
[0005]在另一個實施例中，發動機方法包括基於進氣露點和增壓空氣冷卻器溫度之間的差值，選擇性地使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積或第二體積，第二體積是第一體積的一部分。
[0006]在另一個實施例中，發動機方法進一步包括當差值小於閾值時使進氣路經增壓空氣冷卻器的第二體積。
[0007]在另一個實施例中，發動機方法進一步包括打開設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積。
[0008]在另一個實施例中，發動機方法進一步包括關閉設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第二體積。
[0009]在另一個實施例中，發動機方法包括:當冷凝形成值低於閾值時，經由增壓空氣冷卻器的第一體積冷卻進氣；並且當冷凝形成值高於閾值時，經由增壓空氣冷卻器的第二體積冷卻進氣，第二體積是第一體積的子區域。
[0010]在另一個實施例中，經由第一體積冷卻進氣進一步包括打開設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以使進氣路經第一體積。
[0011]在另一個實施例中，經由第二體積冷卻進氣進一步包括關閉設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以使進氣路經第二體積。
[0012]在另一個實施例中，發動機方法進一步包括位於增壓空氣冷卻器內的多個冷卻管，並且其中第一體積基本包括所有冷卻管。
[0013]在另一個實施例中，第二體積包括少於一半的冷卻管。
[0014]在另一個實施例中，冷凝形成值基於質量空氣流量、環境溫度、增壓空氣冷卻器出口溫度、溼度及EGR總量被估計。
[0015]在另一個實施例中，冷凝形成值基於發動機負載和增壓空氣冷卻器出口溫度被估計。
[0016]本發明的以上優點及其它優點以及特徵將通過單獨或結合附圖在以下【具體實施方式】中顯而易見。
[0017]應當理解的是，提供以上概述以便以簡化的形式介紹在【具體實施方式】中進一步描述的一系列概念。這並不意味著識別所要求保護的主題的關鍵或必要特徵，要求保護的主題的範圍由所附權利要求唯一地限定。進一步地，所要求保護的主題不限於解決以上或在本公開的任何部分提及的缺點的實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是包含增壓空氣冷卻器的示例發動機的原理圖。
[0019]圖2A示出包括處於打開位置的閥的示例增壓空氣冷卻器進氣裝置的入口部分的原理圖。
[0020]圖2B是圖2A中閥處於閉合位置的增壓空氣冷卻器進氣裝置的原理圖。
[0021]圖3是圖示說明根據本公開的實施例的用於控制空氣流通過增壓空氣冷卻器的方法的流程圖。
[0022]圖4是圖示說明根據本發明的實施例的用於執行增壓空氣冷卻器的清除循環的方法的流程圖。
[0023]圖5是圖示說明根據本發明的實施例的用於在調節增壓空氣冷卻器閥期間調節其它運行參數的方法的流程圖。
[0024]圖6是圖示說明根據本發明的實施例的用於控制渦輪增壓器喘振的方法的流程圖。
[0025]圖7是圖示說明根據本發明的實施例的喘振區域的示例圖。
【具體實施方式】
[0026]增壓空氣冷卻器中的冷凝形成可能對發動機不利，因為在燃燒期間冷凝物吸入到汽缸可能引起燃燒不穩定和/或熄火。進一步地，冷凝形成可以降低增壓空氣冷卻器的性能，尤其是如果在延長的發動機關閉期間積聚的冷凝物結冰。為了減少冷凝積聚，設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥可以關閉，以選擇性地使進氣路經增壓空氣冷卻器的一部分，相對於當進氣行進穿過整個增壓空氣冷卻器時的速率，提高進氣流速。閥可以響應於冷凝形成值打開或關閉，冷凝形成值提供對冷凝在增壓空氣冷卻器中形成的可能性的估計。圖1是包含增壓空氣冷卻器的發動機系統的圖示。增壓空氣冷卻器入口閥在圖2A中示為處於其打開位置，並且在圖2B中示為處於其關閉位置。圖1的發動機系統還包含控制器，該控制器被配置為實施圖3-6中所描述的方法。圖1的控制器也可以包含存儲在其中的一個或更多個圖，例如圖7中描述的圖。
[0027]首先，圖1是示出可以包含在機動車的推進系統中的示例發動機10的原理圖。發動機10被示出具有四個汽缸30。然而，根據本發明，可以使用其它數量的汽缸。發動機10可以至少部分地通過包含控制器12的控制系統和通過來自車輛操作者132經由輸入裝置130的輸入而被控制。在這個示例中，輸入裝置130包含加速器踏板和用於產生比例踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的每個燃燒室(例如，汽缸)30可以包含燃燒室壁，活塞(未示出)設置在其中。活塞可以連接至曲軸40，使得活塞的往復運動被轉換為曲軸的旋轉運動。曲軸40可以經由中間傳動系統(未示出)連接至車輛的至少一個驅動輪。進一步地，起動機馬達可以經由飛輪連接至曲軸40，以使發動機10能夠啟動運行。
[0028]燃燒室30可以經由進氣道42從進氣歧管44接收進氣，並且可以經由排氣歧管46將燃燒氣體排放至排氣道48。進氣歧管44和排氣歧管46可以經由各自的進氣門和排氣門(未示出)選擇性地與燃燒室30連通。在某些實施例中，燃燒室30可以包含兩個或更多進氣門和/或兩個或更多排氣門。
[0029]燃料噴射器50被示出直接連接至燃燒室30，用於與接收自控制器12的信號FPW的脈衝寬度成比例地將燃料直接噴射在燃燒室中。以此方式，燃料噴射器50提供至燃燒室30的所謂的燃料直接噴射；然而將認識到的是進氣道噴射也是可能的。燃料可以通過包含燃料箱、燃料泵和燃料導軌的燃料系統(未示出)輸送到燃料噴射器50。
[0030]進氣道42可以包含具有節流板22的節氣門21以調節到進氣歧管的空氣流。在這個具體示例中，節流板22的位置可以通過控制器12改變，以實現電子節氣門控制(ETC)。以此方式中，節氣門21可以被操控，以改變提供至除其它發動機汽缸之外的燃燒室30的進氣。在某些實施例中，額外的節氣門可以存在於進氣道42中。例如，如圖1所描述的，具有節流板24的額外節氣門23位於壓縮機60的上遊。
[0031]進一步地，在所公開的實施例中，排氣再循環(EGR)系統可以經由EGR通道140使期望部分的排氣從排氣通道48路經至進氣道42。提供至進氣道42的EGR量可以經由EGR閥142由控制器12改變。在某些條件下，EGR系統可以用於調節燃燒室內空氣和燃料混合物的溫度。圖1示出高壓EGR系統，其中EGR從渦輪增壓器的渦輪的上遊途經至渦輪增壓器的壓縮機的下遊。在其他實施例中，發動機可以額外或可替代地包含低壓EGR系統，其中EGR從渦輪增壓器的渦輪的下遊途經至渦輪增壓器的壓縮機的上遊。當可操作時，EGR系統可以減少由壓縮空氣形成冷凝物，尤其是當壓縮空氣通過增壓空氣冷卻器冷卻時，如下文更詳細說明的。
[0032]發動機10可以進一步包含壓縮裝置，例如渦輪增壓器或機械增壓器，其包含沿進氣歧管44設置的至少一個壓縮機60。對於渦輪增壓器，壓縮機60可以經由例如軸或其它連接裝置至少部分地由渦輪62驅動。渦輪62可以沿排氣道48設置。可以提供多種布置以驅動壓縮機。對於機械增壓器，壓縮機60可以至少部分地由發動機和/或電機驅動，並且可以不包含渦輪。因此，經由渦輪增壓器或機械增壓器提供至發動機的一個或更多個汽缸的壓縮量可以由控制器12改變。[0033]進一步地，排氣道48可以包含廢氣門26，用於從渦輪62分流排氣。另外，進氣道42可以包含壓縮機再循環閥(CRV) 27，其被配置為分流壓縮機60周圍的進氣。廢氣門26和/或CRV 27可以由控制器12控制以便例如當期望較低的增壓壓力時被打開。
[0034]進氣道42可以進一步包含增壓空氣冷卻器(CAC) 80 (例如，中間冷卻器)以降低渦輪增壓或機械增壓的進氣的溫度。在某些實施例中，增壓空氣冷卻器80可以是空氣-空氣熱交換器。在其它實施例中，增壓空氣冷卻器80可以是空氣-液體熱交換器。如下文將更詳細地討論的，增壓空氣冷卻器80可以包含閥，以響應於增壓空氣冷卻器內的冷凝形成選擇性地調節行進通過增壓空氣冷卻器80的進氣的流速。
[0035]控制器12在圖1中被示為微型計算機，其包含微處理器單元(CPU)102、輸入/輸出埠(I/O) 104、在這個具體示例中被示為只讀存儲器晶片(ROM) 106的用於可執行程序和校準值的電子存儲介質、隨機存取存儲器(RAM) 108、保活存儲器(KAM) 110和數據總線。控制器12可以接收來自連接至發動機10的傳感器的各種信號，用於執行各種功能以運行發動機10，除了之前討論的那些信號之外，還包括來自質量空氣流量傳感器120的吸入的質量空氣流量(MAF)的測量值；來自在發動機10內的某一位置中示意性示出的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接至曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或其他類型)的表面點火感測信號(PIP);來自如所討論的節氣門位置傳感器的節氣門位置(TP);來自如所討論的傳感器122的歧管絕對壓力信號(MAP)。發動機轉速信號(RPM)可以通過控制器12根據信號PIP產生。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可以被用於提供進氣歧管44中的真空或壓力的指示。注意，可以使用以上傳感器的各種組合，例如使用MAF傳感器而不使用MAP傳感器，或者反之亦然。在化學計量運行期間，MAP傳感器可以給出發動機扭矩的指示。而且，該傳感器連同檢測的發動機轉速可以提供被引入汽缸中的充氣(包含空氣)的估計。在一個示例中，也被用作發動機轉速傳感器的傳感器118在曲軸40的每次迴轉生成預定數量的等間隔脈衝。
[0036]可以向控制器12發送信號的其它傳感器包括在增壓空氣冷卻器80的出口處的溫度傳感器124和增壓壓力傳感器126。未描述的其他傳感器也可以存在，例如用於確定增壓空氣冷卻器的入口處的進氣速度的傳感器，以及其它傳感器。在某些示例中，存儲介質只讀存儲器106可以用計算機可讀數據編程，該計算機可讀數據表示可由處理器102執行用於執行以下所描述的方法和其它可預見但未具體列舉的變體的指令。
[0037]如上所述，圖1僅示出多汽缸發動機的一個汽缸，並且每個汽缸可以類似地包含其自己的一組進氣/排氣門、燃料噴射器、點火系統等等。
[0038]現在轉向圖2A和圖2B，其描述了增壓空氣冷卻器80的入口側。如圖2A和圖2B所描述的，增壓空氣冷卻器80包含可操控的熱傳遞區域202，其被配置為從增壓空氣冷卻器80的內部傳遞熱量到增壓空氣冷卻器80的外部。增壓空氣冷卻器80包含位於增壓空氣冷卻器80的熱傳遞區域202中的多個冷卻管204。多個冷卻管204與入口槽(inlet tank)206流體連通。入口槽206被配置為經由連接至進氣道(在圖2A和圖2B中未示出)的上遊區域的一個或更多個入口管道208接收進氣。進氣從入口槽206流向多個冷卻管204。通過冷卻管204後，使進氣路經連接至進氣道的下遊區域的出口槽(未示出)。增壓空氣冷卻器80也可以包含增壓空氣冷卻器閥210，該增壓空氣冷卻器閥210被配置為將可操控的熱傳遞區域從包含相對大區域的第一體積214 (在圖2A中示出)改變為包含相對小區域的第二體積216 (在圖2B中示出)。
[0039]入口槽206可以包含隔板212，其將入口槽206分為第一部分和第二部分。隔板212可以包含一個或更多個孔。圖2A描述閥210處於打開位置。當閥210打開時，進氣可以通過隔板212的一個或更多個孔，使得進氣流過入口槽206的第一部分和第二部分兩者，並且流過增壓空氣冷卻器80的第一體積214。基本全部的多個冷卻管204可以限定第一體積214。在一個示例中，增壓空氣冷卻器80可以包含21根冷卻管，並且第一體積214可以包含全部21根冷卻管。
[0040]圖2B描述了閥210處於關閉位置。當關閉時，閥210阻擋隔板212的一個或更多個孔。因此，進氣僅流過入口槽206的第一部分，並流過增壓空氣冷卻器80的第二體積216。多個冷卻管204的一部分可以限定第二體積216。第二體積216被完全包含在第一體積214內。也就是，組成第二體積216的冷卻管也組成第一體積214的一部分。因此，當閥210關閉時，進氣僅流過第二體積216，並且當閥210打開時，進氣流過包含第二體積216的第一體積214。在一個示例中，增壓空氣冷卻器80可以包含21根冷卻管，並且第二體積216可以包含少於21根冷卻管。第二體積216可以包含少於組成第一體積214的冷卻管的一半的冷卻管，比如9根冷卻管。
[0041]閥210可以是或可以類似於瓣閥。閥210可以包含底座構件(例如，隔板212)，其包含具有一個或更多個孔穿過其中的基本平坦的固定構件。例如擋板或平板的閉合構件可以被配置為從第一位置移動到第二位置，該第一位置與底座構件間隔開，由此打開一個或更多個孔，在該第一位置，進氣能夠流入第一體積214，該第二位置鄰近底座構件，由此關閉一個或更多個孔，在該第二位置，進氣僅能流入第二體積216。
[0042]隔板212可以是閥210的一部分。例如，隔板212可以是閥座。隔板212也可以是分割線或基準面等，在功能上將增壓空氣冷卻器80分為兩部分。某些實施例可以包含兩個或更多個隔板，將入口分為三個或更多部分。在某些示例中，此處關於入口槽206描述的一個或更多個配置可以被替代，或另外被包含在出口槽(未示出)中。基本全部的多個冷卻管204可以與出口槽相互流體連通。將理解的是，作為替換，全部管可以在入口側流體連通並在出口側被分為管的兩個或更多個部分。類似地配置的閥也可以被包含在出口槽中，並用於控制允許或防止流體通過類似配置的孔。
[0043]各種實施例可以包含致動器(未示出)以打開或關閉閥210。致動器可以是以下中的一個或多個:電動致動器、真空控制的致動器、機械壓力膜片、脈寬調製電子控制器。當進氣被允許通過增壓空氣冷卻器的所有管時，即當閥打開時，進氣也將經歷壓力下降，並且閥在兩側將暴露於到來的進氣壓力。以此方式，致動器可以僅需提供動力以打開和關閉閥，以便將閥從打開狀態改變為關閉狀態，但可以不需要提供動力以保持擋板打開或保持擋板閉
口 ο
[0044]因此，圖2A和圖2B描述了增壓空氣冷卻器，其被配置為通過設置在增壓空氣冷卻器中的閥的調整，選擇性地引導進氣通過第一較大體積或第二較小體積。在某些實施例中，閥可以基於進氣流被機械地調整，例如閥擋板或平板可以通過被校準以匹配氣流的彈簧張力被保持關閉，使得閥擋板在高氣流條件下打開。因此，在低氣流條件下，進氣可以被引導通過增壓空氣冷卻器的第二體積，增加通過冷卻器的進氣流速以防止冷凝積聚。在其他實施例中，閥可以基於多種工況通過例如圖1所示的控制器12的控制器控制。例如，閥在低冷凝形成條件期間可以打開，並且在高冷凝形成條件期間被命令關閉。圖3是圖示說明方法300的流程圖，方法300可以通過控制器根據儲存在其中的指令實施，以基於冷凝形成調節增壓空氣冷卻器中閥的位置。
[0045]在步驟302，方法300包括確定發動機工況。確定的發動機工況可以包括發動機轉速和負載、環境溫度、MAF、MAP、EGR量、溼度以及其他參數。在步驟304，根據工況確定冷凝形成值。冷凝形成值可以是冷凝將在增壓空氣冷卻器內形成的可能性的指示。在某些實施例中，冷凝形成值可以是例如基於MAF信號確定的進氣流速。在另一個實施例中，冷凝形成值可以是基於進氣溼度和環境溫度而確定的進氣的露點與增壓空氣冷卻器的溫度之間的差值。
[0046]確定冷凝值的以上兩個實施例都基於一個或兩個簡單因素估計冷凝形成的可能性。然而，多種因素可以影響增壓空氣冷卻器內的冷凝形成，例如氣流速率和進氣的露點。為了提供更準確的冷凝形成的指示，確定冷凝值可以包含基於步驟306中的模型確定冷凝形成率。該模型可以包含環境溫度、增壓空氣冷卻器出口溫度、質量空氣流量、EGR流量及溼度的輸入值。如果溼度未知(例如，如果發動機不包括溼度傳感器)，溼度可以設定為100%。如以上所說明的，環境溫度和溼度可以提供進氣的露點的指示，其可能進一步受進氣中的EGR量的影響(例如EGR可以具有與大氣空氣不同的溼度和溫度)。露點和增壓空氣冷卻器出口溫度之間的差值指示冷凝是否將在冷卻器內形成，並且質量空氣流量可以影響多少冷凝實際積聚在冷卻器內。冷凝形成率自身可以是冷凝形成值。在其他實施例中，冷凝形成率可以被用於確定在給定的時間段內已經積聚的冷凝量，並且冷凝量可以是冷凝形成值。
[0047]用於確定冷凝值的更簡單的機制可以包括冷凝形成值，在步驟308中冷凝形成值被映射為增壓空氣冷卻器出口溫度和發動機負載。發動機負載可以是空氣品質、扭矩、加速器踏板位置和節氣門位置的函數，並且因此可以提供通過增壓空氣冷卻器的空氣流速的指示。例如，由於增壓空氣冷卻器的冷卻表面和相對低的進氣流速，適度的發動機負載結合相對低的增壓空氣冷卻器出口溫度可以指示高冷凝形成值。該圖可以包含環境溫度調節量。
[0048]在步驟310，方法300包含確定冷凝形成值是否超過第一閾值。該閾值可以取決於在步驟304中如何確定冷凝形成值。例如，如果冷凝形成值是進氣流速，則閾值可以是合適的進氣流速，在該合適的進氣流速以上，積聚的冷凝的表面張力可以破壞，使冷凝能夠被夾帶在氣流中。如果冷凝形成值是進氣露點與增壓空氣冷卻器溫度之間的差值，則閾值可以是零。如果冷凝形成率被確定為形成值，則其可以與閾值冷凝形成率比較。如果冷凝形成值基於溫度/負載圖而被確定，則該圖可以提供指示冷凝的可能性的數值(例如，0-1之間)，並且該數值可以與閾值比較。
[0049]在某些實施例中，第一閾值可以是這樣的閾值，即高於該閾值冷凝形成，並且低於該閾值冷凝不形成。以此方式，冷凝的任何指示可以高於該閾值。然而，在其他實施例中，第一閾值可以被設置為使得允許少量冷凝積聚。
[0050]如果冷凝形成值不超過第一閾值，則方法300進行到步驟324，之後會詳細說明步驟324。如果形成值超過第一閾值，則方法300進行到步驟312，以確定發動機氣流要求是否低於閾值。當冷凝形成值超過第一閾值時，增壓冷卻器中的閥可以被關閉以增加進氣流速並移除和/或防止增壓空氣冷卻器中的冷凝積聚。然而，當閥關閉時，經過增壓空氣冷卻器的壓降增加，限制空氣經增壓空氣冷卻器流至發動機進氣裝置。因此，增壓空氣冷卻器中的閥可以根據發動機的氣流要求被關閉，使得如果氣流要求高則閥保持打開，以避免扭矩擾動。發動機的氣流要求可以基於發動機轉速和負載、歧管壓力等被確定。閾值氣流要求可以基於當閥關閉時通過增壓空氣冷卻器的空氣量。
[0051]如果發動機氣流要求不低於閾值時，則方法300進行到步驟324，步驟324之後將詳細說明。如果氣流要求低於閾值，則方法300進行到步驟314，以增加通過增壓空氣冷卻器的進氣流速。如以上所說明的，增加進氣流速可以通過使冷凝物夾帶在氣流中而防止冷凝積聚。在步驟314中，增加進氣流速包括關閉增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第二較小體積。
[0052]在關閉閥之後，新的冷凝形成值可以被確定，並且在步驟318中，確定之後的冷凝形成值是否低於第二閾值。在某些實施例中，第二閾值可以等於第一閾值。然而，在其他實施例中，尤其是如果進氣流速是冷凝形成值，則第二閾值可以低於第一閾值。如果之後的冷凝形成值低於第二閾值，則在步驟320，閥可以被打開；如果冷凝形成值不低於第二閾值，則在步驟322，閥保持關閉。以此方式，冷凝形成值可以被持續監測，並且相應地調整閥。通過將第一閾值和第二閾值設為不同，可以被避免圍繞第一閾值的頻繁轉換，尤其是當冷凝形成值是進氣速率時，因為閥的打開將引起進氣流速下降。
[0053]回到步驟310，如果冷凝形成值不超過第一閾值，則方法300進行到步驟324以保持進氣流速，其包括在步驟326中打開增壓空氣冷卻器的入口中的閥(或保持閥處於打開位置)，以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一較大體積。在閥處於打開位置並且進氣流過增壓空氣冷卻器的第一體積的持續運行期間，主動的清除循環可以被執行。因此，在步驟328中，方法300包含如果被指示，則執行清除循環，這將在下文中參考圖4詳細描述。
[0054]圖4圖示說明用於執行增壓空氣冷卻器的清除循環的方法400。在執行圖3所示的方法300期間，方法400可以被執行，例如當增壓空氣冷卻器的入口中的閥處於打開位置時，方法400可以被定期執行。方法400包括，在步驟402，確定是否指示增壓空氣冷卻器清除循環。如以上關於圖3所描述的，當冷凝形成值不超過閾值時，可以不必增加進氣流速以防止冷凝形成，但是在某些條件下，閥可以被主動地關閉以清除增壓空氣冷卻器。啟動清除循環的條件可以包括在增壓空氣冷卻器中的閥處於打開位置的情況下的持續運行，這可以導致增壓空氣冷卻器內冷凝的逐漸積聚，其需要定期去除。
[0055]如果清除循環沒有被指示，則方法400退出。如果清除循環被指示，則方法400進行到步驟404以確定發動機氣流要求是否低於閾值，與以上關於圖3所描述的氣流要求確定類似。如果氣流要求不低於閾值，則增壓空氣冷卻器的體積的減小將使到進氣口的氣流減少到氣流要求以下，減小扭矩。因此，清除循環不被執行，並且方法400退出。
[0056]如果氣流要求低於閾值，則方法400進行到步驟406，以確定發動機是否運行在高燃燒穩定性條件。在清除循環期間，少量冷凝物可以行進至發動機，這可能引起熄火或其他不穩定燃燒事件。為了緩解不穩定燃燒事件，清除循環可以僅當燃燒穩定性高的時候被執行，使得冷凝物(如果存在足夠大量)可以被發動機接受。穩定的燃燒條件可以包括低負載、沒有EGR或低EGR的穩態條件。如果不存在高燃燒穩定性條件，則方法400可以包括，在步驟416，調節運行參數以增加燃燒穩定性。例如，EGR量可以被減少。然而，在某些實施例中，方法400可以包括在執行清除循環之前等待，直到車輛以高燃燒穩定性運行，而不是命令調節運行參數以增加燃燒穩定性。[0057]一旦車輛以高燃燒穩定性運行，方法400進行到步驟408以關閉增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第二體積。相比於當閥響應於冷凝形成值而關閉時，在清除循環期間，閥可以以此方式被控制以避免將冷凝物突然去除到發動機。這可以包括，在步驟410中緩慢傾斜關閉的閥。閥可以被緩慢閉合以逐漸增加進氣速率，而不是快速移動閥並引起經過增壓空氣冷卻器的進氣速率快速增加。這樣，冷凝物可以被逐漸地引導至發動機。可替換地或額外地，在步驟412中閥可以在打開和關閉位置之間切換，以便清除小段的(in short bursts)冷凝物,而不是一個大量的冷凝物。關閉閥以避免突然去除冷凝物的其它機制也是可能的。
[0058]在步驟414，清除循環完成後(例如，閥已經關閉閾值時間量之後)，閥返回到打開位置，並且如以上所述，閥位置的控制繼續基於冷凝形成值。
[0059]因此，以上關於圖3和圖4所描述的方法提供基於進氣露點和增壓空氣冷卻器溫度之間的差值，選擇性地使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積或第二體積，第二體積是第一體積的一部分。使進氣路經第一體積包括打開增壓空氣冷卻器的入口中的閥，並且使進氣路經第二體積包括關閉增壓空氣冷卻器的入口中的閥。當露點和增壓空氣冷卻器溫度之間的差值低於閾值時，可以使進氣路經第一體積。當差值超過閾值時，可以使進氣路經第二體積。第二體積被包含在第一體積內，使得第一體積包含第二體積及額外的體積。
[0060]該方法也提供當冷凝形成值低於閾值時，經由增壓空氣冷卻器的第一體積冷卻進氣，並且當冷凝形成值高於閾值時，經由增壓空氣冷卻器的第二體積冷卻進氣，第二體積是第一體積的子區域。通過第一體積冷卻進氣包括打開增壓空氣冷卻器的入口中的閥，並且通過第二體積冷卻進氣包括關閉增壓空氣冷卻器的入口中的閥。多個冷卻管可以位於增壓空氣冷卻器內，並且第一體積可以包含基本全部冷卻管。第二體積可以包含少於一半的冷卻管。在某些實施例中，冷凝形成值可以基於質量空氣流量、環境溫度、增壓空氣冷卻器出口溫度、溼度及EGR量被估計。在其他實施例中，冷凝形成值可以基於發動機負載和增壓空氣冷卻器出口溫度被估計。增壓空氣冷卻器的入口中的閥可以在低發動機負載下被打開，以便對進氣提供最大冷卻。在較高負載下，例如中等負載，閥可以被關閉以防止冷凝積聚。在最大負載下，閥可以被打開以對進氣提供最大冷卻。
[0061]以上所描述的系統和方法提供基於增壓空氣冷卻器內的冷凝狀況打開或閉合增壓空氣冷卻器閥。當閥關閉時，通過增壓空氣冷卻器的氣流被限制為較小體積。該減少的通過增壓空氣冷卻器的氣流可能導致扭矩擾動，因為比期望的空氣量更少的空氣量被傳送至發動機進氣口。為了補償通過增壓空氣冷卻器的氣流的變化，另外的運行參數可以被調節以保持所要求的扭矩。
[0062]圖5是圖示說明方法500的流程圖，方法500用於響應於增壓空氣冷卻器閥的調節，調節另外的運行參數。方法500可以通過控制器12根據存儲在其中的指令而被執行。方法500包括，在步驟502確定發動機運行參數。發動機運行參數可以包括發動機轉速和負載、發動機溫度、增壓空氣冷卻器閥的位置、增壓空氣冷卻器內的冷凝狀況以及其它參數。
[0063]在步驟504，進氣歧管節氣門位置和渦輪增壓器廢氣門位置可以基於期望的扭矩和增壓水平被調節。如以上關於圖1所說明的，節氣門(例如，節氣門21)可以根據操作者的要求被調節以便傳遞期望的扭矩，並且廢氣門(例如，廢氣門26)位置可以基於通過渦輪增壓器渦輪的質量空氣流量被調節，以便保持期望的增壓水平和/或防止渦輪增壓器喘振或超速事件。
[0064]在步驟506，方法500包括確定增壓空氣冷卻器閥(例如閥210)當前是否關閉。確定增壓空氣冷卻器閥是否關閉可以包括確定增壓空氣冷卻器是否即將被關閉，例如通過確定工況是否指示閥將被關閉，或是否已經發送命令關閉閥。如之前所說明的，當增壓空氣冷卻器中的狀況指示冷凝可以在增壓空氣冷卻器中積聚時，增壓空氣冷卻器閥可以被關閉。另外，增壓空氣冷卻器閥可以響應於其它參數被關閉，例如壓縮機喘振，在下文中結合圖6和圖7說明。
[0065]如果增壓空氣冷卻器閥正在被關閉，則方法500進行到步驟508以協調地調節另外的參數以保持扭矩。調節另外的參數可以包括在步驟510調節節氣門位置。如以上所說明的，初始節氣門位置可以基於駕駛員要求的扭矩被設定。在一個示例中，當增壓空氣冷卻器閥關閉時，節氣門可以被調節為處於較少受限的位置(例如，打開更多)，以便防止對進氣裝置的氣流的進一步限制。調節另外的參數也可以包括在步驟512調節廢氣門位置。在某些情況下，通過增壓空氣冷卻器的所減少的氣流可以通過增加增壓壓力被補償。例如，增壓壓力可以通過關閉廢氣門以便弓I導全部排氣通過渦輪、增加進氣壓縮而被增加。在步驟514，調節另外的參數可以包括延遲點火正時。如果由關閉增壓空氣冷卻器閥而引起的扭矩擾動沒有通過調節節氣門和廢氣門被補償，則點火正時可以被調節以進一步控制扭矩量。在某些實施例中，點火正時可以在增壓空氣冷卻器關閉前被延遲，並且在閥已經關閉後提前返回至預定的正時。
[0066]返回至步驟506，如果確定增壓空氣冷卻器沒有關閉或沒有即將關閉，則方法500進行到步驟516，確定增壓空氣冷卻器閥是否打開(或者閥是否即將打開)。如果閥打開，則方法500進行到步驟518以協調地調節運行參數以保持扭矩。當閥打開時，比期望空氣量更大的空氣量可以流至進氣口，引起扭矩增加。為了將扭矩保持在駕駛員要求的水平，可以調節額外的運行參數以及增壓空氣冷卻器閥的打開。調節的參數可以包括在步驟520調節節氣門，在步驟522調節廢氣門，並且在步驟524提前點火正時。在一個示例中，節氣門可以被關閉並且廢氣門可以被打開，以抵消由增壓空氣冷卻器閥打開而引起的扭矩增加。關閉節氣門、打開廢氣門和提前點火正時可以在增壓空氣冷卻器閥打開之前執行，或者可以在閥打開時執行。
[0067]返回到步驟516，如果確定增壓空氣冷卻器閥沒有打開或沒有即將打開，則方法500進行到步驟526，以基於期望的扭矩和增壓水平繼續調節節氣門和廢氣門位置。如果閥沒有打開或閉合而是處於在穩定位置，則不存在來自增壓空氣冷卻器的扭矩擾動，並且因此節氣門和廢氣門可以分別基於扭矩和增壓水平被調節，而不是被調節以引起來自增壓空氣冷卻器的氣流擾動。然後方法500返回。
[0068]雖然以上所列舉的示例包括響應於增壓空氣冷卻器閥關閉而打開節氣門和關閉廢氣門，但在某些情況下，當增壓空氣冷卻器閥關閉時節氣門可以關閉和/或廢氣門可以打開。例如，在瞬態操作事件(例如減小發動機負載)期間，節氣門可以被短暫關閉以在瞬態事件期間傳遞所要求的空氣流量。類似地，在某些情況下，當增壓空氣冷卻器閥打開時節氣門可以打開和/或廢氣門可以關閉。
[0069]因此，方法500提供一種發動機方法，該方法包括增加通過增壓空氣冷卻器的進氣流速，並且響應於增加的進氣流速協調地調節一個或更多個進氣歧管節氣門和渦輪增壓器廢氣門的位置以保持扭矩。增加進氣流速可以包括關閉設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以引導空氣流通過增壓空氣冷卻器的子區域，並且協調地調節一個或更多個進氣歧管節氣門和渦輪增壓器廢氣門的位置可以包括當閥關閉時打開進氣歧管節氣門和關閉渦輪增壓器廢氣門中的一個或更多個。進氣流速可以響應於增壓空氣冷卻器內的估計冷凝形成值而增加，並且冷凝形成值可以基於質量空氣流量、環境溫度、增壓空氣冷卻器出口溫度以及EGR量而被估計。
[0070]進一步地，當估計冷凝形成值低於閾值時，閥可以打開以引導空氣流通過增壓空氣冷卻器的整個區域，並且當閥打開時，進氣歧管節氣門可以關閉並且渦輪增壓器廢氣門可以打開。點火正時可以在閥關閉之前或關閉時被調節。
[0071]在另一個實施例中，發動機方法包括基於進氣露點和增壓空氣冷卻器溫度之間的差值，選擇性地使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積或第二體積，第二體積是第一體積的一部分，並且進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積和第二體積之間時，調節進氣歧管節氣門和渦輪增壓器廢氣門位置中的一個或更多個以保持扭矩。
[0072]當差值大於閾值時，可以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積，並且當差值小於閾值時，可以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第二體積。為了使空氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積，設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥可以被打開，並且設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥可以被關閉以使進氣路經增壓空氣冷卻器的第二體積。當關閉閥時，進氣歧管節氣門可以打開並且渦輪增壓器廢氣門可以關閉，並且當打開閥時，節氣門可以關閉並且廢氣門打開。
[0073]在進一步的實施例中，發動機方法包括當冷凝形成值低於閾值時，通過打開設置在增壓空氣冷卻器的入口中的閥經由增壓空氣冷卻器的第一體積冷卻進氣，並且當冷凝形成值高於閾值時，通過關閉閥經由增壓空氣冷卻器的第二體積冷卻進氣，第二體積是第一體積的子區域。當閥打開或關閉時，進氣歧管節氣門和渦輪增壓器廢氣門中的一個或更多個可以被協調地調節以保持扭矩。與以上實施例類似，當閥關閉時，節氣門可以打開並且廢氣門可以關閉，當閥打開時，節氣門可以關閉並且廢氣門可以打開。
[0074]如以上所說明的，增壓空氣冷卻器閥可以響應於壓縮機運行在喘振區域而被調節。壓縮機喘振可以產生於通過壓縮機的低氣流，在某些條件下，例如駕駛員松油門事件，經過壓縮機的流速和壓力比可以波動至可能導致噪聲擾動的水平，並且在更嚴重的情況下，可能導致性能問題和壓縮機損壞。為了緩解此類喘振事件，當壓縮機運行在接近喘振水平時，壓縮機下遊的體積可以通過關閉增壓空氣冷卻器閥而被減少。
[0075]圖6是圖示說明方法600的流程圖，方法600用於響應於壓縮機運行在喘振區域而調節增壓壓縮機閥(例如閥210)。如此處所使用的和下面將詳細說明的，術語「喘振區域」包括導致喘振(例如，超過喘振水平)的壓縮機運行點，以及接近喘振水平但沒有導致喘振(但是當小氣流波動發生時可以將壓縮機推向喘振)的運行點。此外，如果預計壓縮機將進入喘振或當轉入下一個所要求的運行點時，壓縮機可以被認為運行在喘振區域。方法600可以通過控制器12執行。
[0076]在步驟602，方法600包括確定發動機運行參數，例如發動機轉速和負載、增壓壓力、通過壓縮機的質量空氣流量、壓縮機壓力比等。在步驟604，確定增壓空氣冷卻器的出口溫度是否低於閾值。如果溫度不低於閾值，則方法600進行到步驟606以打開增壓空氣冷卻器閥。當增壓空氣冷卻器出口處的溫度超過高溫度閾值時，閥可以打開以提供最大氣流，並且因此通過增壓空氣冷卻器提供最大冷卻。
[0077]如果增壓空氣冷卻器出口溫度低於閾值，則方法600進行到步驟608以確定壓縮機當前是否運行在或預計運行在喘振區域。壓縮機的喘振區域是壓縮機壓力比(例如，增壓壓力)和通過壓縮機的氣流的函數。壓力比和通過壓縮機的氣流可以映射至壓縮機運行圖，壓縮機運行圖指示壓縮機是否運行在喘振。可替換地，壓縮機運行在喘振區域可以基於發動機轉速和負載而被確定。進一步地，即使壓縮機目前沒有運行在喘振，可以基於下一個要求的運行點預示隨後運行在喘振。例如，如果松油門事件或發動機轉速或負載的其他降低已經發生，可以預測通過壓縮機的氣流將減少，並且因此可以估計壓縮機將運行在喘振區域。
[0078]示例壓縮機運行圖700被描述在圖7中。通過壓縮機的流速被描繪在X-軸上，而壓縮機的壓力比被描繪在y-軸上。示例喘振線通過直線702指示。喘振線702左側的壓力-流量坐標為喘振區域704，其條件是足夠低的流量和足夠高的壓力以引起壓縮機喘振。另外，剛剛到喘振線702右側的壓力-流量坐標可能也處於喘振區域704，因為它們可能太接近喘振線，使得壓縮機流量的小幅波動可能導致壓縮機喘振，並且因此當壓力-流量坐標處於此區域內時，可以採取主動措施以防止喘振。不在喘振區域704內的所有壓縮機運行點可以是非喘振區域。圖700的喘振線和喘振區域作為示例示出，因為各種渦輪增壓器的喘振區域可以不同，這取決於渦輪增壓器的參數，例如尺寸。
[0079]在一個示例中，在點706所指示的壓力比為2.5並且流速為5磅質量/分鐘處,喘振可能發生。為了避免喘振，通過壓縮機的流速可以被增加至達到喘振線，例如流速可以被增加大約4磅質量/分鐘到9磅質量/分鐘以避免喘振。可替換地或額外地，為了防止喘振，一個或更多個壓縮機再循環閥(CRV)可以打開和/或增壓空氣冷卻器閥可以關閉，如下面所說明的。
[0080]返回到圖6所示的方法600，如果在步驟608確定壓縮機運行在喘振區域或者如果預計壓縮機將要運行在喘振區域，則方法600進行到步驟610以打開CRV (例如，CRV 27)以便增加通過壓縮機的氣流。在步驟612，確定壓縮機是否仍然運行在或預計將運行在喘振區域。如果是，則方法600進行到步驟614以閉合增壓空氣冷卻器閥。通過關閉增壓空氣冷卻器閥，壓縮機下遊的體積被減小，這可以降低壓縮機在給定的工況下喘振的傾向。如果壓縮機不再運行在或不再預計運行在喘振區域內，則方法600進行到步驟616，這將在下面討論。
[0081]返回到步驟608，如果確定壓縮機沒有運行在喘振區域，則方法600進行到步驟616以估計冷凝形成值，如以上所討論的。在步驟618，增壓空氣冷卻器閥可以基於估計的冷凝形成值被調節。例如，如果冷凝值超過閾值，則閥可以關閉，並且如果冷凝值低於閾值，則閥可以打開。如果增壓空氣冷卻器閥打開，例如，壓縮機下遊的體積的變化可以增加壓縮機喘振的傾向。因此，在步驟620，如果增壓空氣冷卻器閥的調節將壓縮機推向喘振，則CRV可以打開。CRV可以包括多個限制水平，使得它可以以連續變化的方式打開。CRV的位置可以與增壓空氣冷卻器的體積變化相配合，以降低壓縮機壓力比並增加氣流以防止喘振。可替換地，CRV可以是僅能打開或關閉的開/關閥，並且模型可以被用於預測壓縮機何時將達到喘振區域，並且CRV可以基於模型預測的喘振運行而打開。在某些實施例中，只有當壓縮機能夠在CRV打開的情況下滿足發動機增壓要求時，CRV才可以被打開。另外，在某些實施例中，喘振控制可以進一步通過調節節氣門提供，並且通過調節點火正時、曲軸位置等保持所要求的扭矩。然後方法600返回。
[0082]雖然方法600在CRV已經打開後調節增壓空氣冷卻器以控制喘振，但其他的安排是可能的。例如，增壓空氣冷卻器閥可以在壓縮機運行在喘振區域的任何時間被調節，並且CRV閥可以只有當壓縮機仍運行在喘振區域時被調節。在另一個示例中，當運行在喘振區域被檢測到時，CRV和增壓空氣冷卻器閥兩者可以以協調的方式被調節。進一步地，在某些情況下，增壓空氣冷卻器閥可以被調節以提供避免喘振和冷凝控制兩者。例如，如果冷凝狀況指示增壓空氣冷卻器閥將要被關閉並且如果壓縮機運行在喘振，則作為CRV的替代或除CRV以外，還可以優先調節增壓空氣冷卻器閥。相反地，如果壓縮機運行在喘振而冷凝狀況指示增壓空氣冷卻器閥將打開，則CRV可以首先被用於控制喘振，並且如果壓縮機仍然運行在喘振，則增壓空氣冷卻器閥可以關閉。控制器可以被配置為對冷凝管理、喘振控制和發動機氣流以及冷卻要求進行優先排序以便確定增壓空氣冷卻器閥是打開還是關閉。
[0083]因此，方法600提供一種發動機方法，該方法包括在第一條件下，基於壓縮機喘振條件調節增壓空氣冷卻器的體積，並且在第二條件下，基於增壓空氣冷卻器內的估計冷凝形成值調節增壓空氣冷卻器的體積。在某些實施例中，第一和第二條件可以相互排斥，使得增壓空氣冷卻器體積僅基於壓縮機喘振條件或僅基於冷凝形成值被調節。這些條件可以包括當前的或預測的壓縮機運行在喘振區域作為第一條件，和壓縮機運行在非喘振區域作為第二條件。然而，在其它實施例中，第一和第二條件可以不相互排斥。
[0084]增壓空氣冷卻器的體積可以通過調節設置在增壓空氣冷卻器的入口中的增壓空氣冷卻器閥而被調節。例如，當估計的冷凝形成值低於閾值時，增壓空氣冷卻器閥可以打開以引導氣流通過增壓空氣冷卻器的整個區域，並且當估計的冷凝形成值高於閾值時，增壓空氣冷卻器閥可以關閉以引導氣流通過增壓空氣冷卻器的子區域。在另一個示例中，在當前或預測的壓縮機運行處於喘振區域內時，增壓空氣冷卻器的體積可以通過關閉增壓空氣冷卻器閥而減小。
[0085]當增壓空氣冷卻器閥被調節時，壓縮機再循環閥可以被調節。如果增壓空氣冷卻器閥的位置基於估計的冷凝形成值被調節，則壓縮機再循環閥的位置可以被調節以避免壓縮機喘振。在某些條件下，調節增壓空氣冷卻器閥以防止喘振和/或控制冷凝可以被取代。例如，如果增壓空氣冷卻器出口溫度高於閾值，則增壓空氣冷卻器閥可以打開，以便對增壓氣體提供最大冷卻。
[0086]將意識到的是，本文公開的構造和方法本質上是示例性的，並且這些具體實施例並不被認為是限制性的，因為多種變化是可能的。例如，以上技術可以被應用於V-6、L-4、L-6、V-12、對置4缸以及其它發動機類型。本公開的主題包括本文公開的各種系統和構造以及其他特徵、功能和/或屬性的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。
[0087]隨附的權利要求具體指出被認為新穎和非顯而易見的某些組合及子組合。這些權利要求可以涉及「一個」元件或「第一」元件或其等價物。這種權利要求應當被理解為包含一個或更多個這種元件的組合，既不要求也不排除兩個或更多個這種元件。所公開的特徵、功能、元件和/或屬性的其它組合和子組合可以通過修改本權利要求或通過在本申請或相關申請中提出新的權利要求而被要求保護。這種權利要求，不管在範圍上比原權利要求更寬、更窄、相同或不同，都認為被包含在本公開的主題內。
【權利要求】
1.一種發動機方法，其包括: 響應於增壓空氣冷卻器中的估計的冷凝形成值，增加通過所述增壓空氣冷卻器的進氣流速。
2.根據權利要求1所述的發動機方法，其中增加進氣流速進一步包括關閉設置在所述增壓空氣冷卻器的入口中的閥，以引導氣流通過所述增壓空氣冷卻器的子區域。
3.根據權利要求2所述的發動機方法，其中響應於所述增壓空氣冷卻器中的所述估計的冷凝形成值增加通過所述增壓空氣冷卻器的進氣流速進一步包括響應於所述估計的冷凝形成值高於閾值而增加進氣流速。
4.根據權利要求3所述的發動機方法，其進一步包括，當所述估計的冷凝形成值低於所述閾值時，打開設置在所述增壓空氣冷卻器的所述入口中的所述閥以引導氣流通過所述增壓空氣冷卻器的整個區域。
5.根據權利要求4所述的發動機方法，其中通過所述增壓空氣冷卻器的所述子區域的所述進氣流速相對於通過所述增壓空氣冷卻器的所述整個區域的進氣流速被增加。
6.根據權利要求1所述的發動機方法，其中所述冷凝形成值基於質量空氣流量、環境溫度、增壓空氣冷卻器出口溫度和EGR量被估計。
7.根據權利要求6所述的發動機方法，其中所述冷凝形成值基於來自溼度傳感器的輸入被調節。
8.根據權利要求1所述的發動機方法，其中所述冷凝形成值基於發動機負載和增壓空氣冷卻器出口溫度被估計。
9.一種發動機方法，其包括: 基於進氣露點和增壓空氣冷卻器溫度之間的差值，選擇性地使進氣路經增壓空氣冷卻器的第一體積或第二體積，所述第二體積是所述第一體積的一部分。
10.根據權利要求9所述的發動機方法，其進一步包括當所述差值大於閾值時使進氣路經所述增壓空氣冷卻器的所述第一體積。
【文檔編號】F02B29/04GK103628971SQ201310363192
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2012年8月20日
【發明者】C·P·格盧格拉, C·A·科克裡爾, S·S·山田, P·A·法比安 申請人:福特環球技術公司