用于增壓空氣冷卻器旁路的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于增壓空氣冷卻器旁路的方法和系統(tǒng)。本公開涉及在第一空氣路徑內具有空氣冷卻器且在被平行連接到所述第一空氣路徑的第二空氣路徑中具有旁路的增壓冷卻器，其中絕熱件被分配給旁路，從而將旁路與空氣冷卻器熱隔離，其中空氣冷卻器具有帶有外壁和內壁的雙壁基體，其中絕熱件被布置在內壁上。本公開也涉及用于此類增壓冷卻器的閥門和帶有此類增壓冷卻器的渦輪增壓內燃發(fā)動機以及帶有此類內燃發(fā)動機的機動車輛。
【專利說明】用于増壓空氣冷卻器旁路的方法和系統(tǒng)
[0001 ]相關申請的交叉參考
[0002 ] 本申請要求2015年I月30日提交的德國專利申請N0.102015201619.6的優(yōu)先權，該專利申請的全部內容通過引用并入本文用于所有目的。
技術領域
[0003]本說明書總體涉及用于帶有旁路的增壓空氣冷卻器的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]許多內燃發(fā)動機包括渦輪增壓器或機械增壓器，其經配置通過用由渦輪驅動的壓縮機壓縮進入空氣來迫使更多的空氣質量進入發(fā)動機的進氣歧管和燃燒室，所述渦輪經設置以捕獲來自發(fā)動機排氣的流動的能量。然而，壓縮可以加熱進氣空氣，從而導致增壓空氣的密度降低。已知的是，使用增壓空氣冷卻器(CAC)來補償通過增壓作用引起的加熱。
[0005]在潮濕和較冷的氣候中的低負荷操作期間，空氣中的水蒸氣可以冷凝并存儲在CAC中。當進氣空氣的流動達到足夠高的速度時，冷凝的水可以被從CAC中剝離且攝入發(fā)動機中。如果太多的水太快地攝入發(fā)動機中，發(fā)動機可能失火，從而可以導致發(fā)動機劣化。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明人已經認識到上述問題并且識別了各種方法來至少部分地解決那些問題。在一個示例中，上述問題可以由包括帶有相鄰旁路的CAC的系統(tǒng)解決，其中所述旁路與CAC的空氣冷卻器熱隔離。經配置調整通過增壓空氣冷卻器和旁路中的一個或多個的空氣流的閥門是繞空氣冷卻器和旁路之間的共用壁可樞轉的。以這種方法，所述閥門可以在高濕度和低環(huán)境溫度條件下將空氣引入所述旁路，以減少CAC中的冷凝物形成。
[0007]作為一個示例，空氣冷卻器沿第一路徑定位，并且所述旁路沿平行于第一路徑的第二路徑定位。共用壁可以位于第一路徑和第二路徑之間，其中所述共用壁是絕熱的以阻止在所述兩個路徑之間的熱傳遞。絕熱件可以是真空元件和/或泡沫元件。經配置調整到所述第一路徑和第二路徑中的一個或多個的空氣流的閥門可旋轉地耦接耦接到所述共用壁。在一個示例中，所述閥門可以移動到第一端位置和第二端位置，以便分別阻塞第一路徑或第二路徑。所述閥門可以基于但不限于發(fā)動機負荷、環(huán)境溫度和/或環(huán)境條件被致動。在一個示例中，本公開可以利用所述閥門，以在低發(fā)動機空氣流條件下關閉部分空氣冷卻器并且在高發(fā)動機空氣流條件下打開所述空氣冷卻器。以這種方式，可以維持發(fā)動機效率，同時減少空氣冷卻器中的冷凝物形成。
[0008]應該理解的是提供上述
【發(fā)明內容】
，以簡化的形式介紹在【具體實施方式】中進一步描述的概念的選擇。不旨在識別所要求保護的主題的關鍵或主要特征，所要求保護的主題的范圍通過隨附權利要求書唯一地限定。此外，所要求保護的主題不限于解決上述或本公開的任何部分中的任何缺點的【具體實施方式】。
【附圖說明】
[0009]圖1示出閥門處于第一端位置的增壓空氣冷卻器。
[0010]圖2示出閥門處于中間位置的增壓空氣冷卻器。
[0011]圖3示出閥門處于第二端位置的增壓空氣冷卻器。
[0012]圖4示出帶有增壓空氣冷卻器的發(fā)動機的示意圖。
[0013]圖5示出用于操作增壓空氣冷卻器的閥門的方法。
[0014]圖6示出說明基于閥門位置供給的電流的曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]下列描述涉及到用于在第一空氣路徑中具有進氣空氣冷卻器并且在平行地連接到所述第一空氣路徑的第二空氣路徑中具有旁路的增壓空氣冷卻器(CAC)的系統(tǒng)和方法。所述CAC還包括經配置以調整到所述第一路徑和第二路徑中的一個或多個的空氣流動的閥門。所述閥門的第一端位置(旁路位置)可以阻塞到所述空氣冷卻器的進氣空氣流動并基本上使所有進氣空氣流過所述旁通通道，如圖1中所示。所述閥的中間位置可以部分地阻塞到所述空氣冷卻器和所述旁通通道的進氣空氣流動，使得空氣可以同時流動到所述空氣冷卻器和所述旁通通道，如圖2中所示。閥門的第二端位置(空氣冷卻器位置)可以阻塞到所述旁路的進氣空氣流動并基本上使所有的進氣空氣流過所述空氣冷卻器，如圖3中所示。CAC被布置在內燃發(fā)動機的入口道(inlet tract)中，并且可以降低被供給至內燃發(fā)動機的進氣空氣的溫度，如圖4中所示?？諝饫鋮s器耗散部分熱量，所述熱量由空氣在渦輪增壓器或壓縮機中的壓縮引起。由于更多的空氣被提供給一個或多個發(fā)動機汽缸，所以冷卻增壓空氣可以允許燃燒更多的燃料，從而增加發(fā)動機功率輸出。然而，在伴隨高濕度和低溫度的低負荷期間，由于CAC的溫度低于增壓空氣中的水蒸氣的露點溫度，所以冷凝物可以在空氣冷卻器中形成。冷凝物可以在空氣冷卻器中累積并且在較高發(fā)動機負荷期間被吹掃進一個或多個發(fā)動機汽缸中。這可以引起發(fā)動機失火。所述閥門可以在所述第一位置和第二位置之間被調整以減少在一些條件下的冷凝物形成，如圖5中所示。提供給閥門的電動輔助可以基于閥門位置而改變，如圖6中所示。
[0016]圖1示出增壓的內燃發(fā)動機的增壓空氣冷卻器(CAC)2，其中所述發(fā)動機可以包括渦輪增壓器和機械增壓器中的一個或多個。所述CAC2具有空氣冷卻器4和旁路6。空氣冷卻器4可以是空氣對空氣冷卻器或水對空氣冷卻器。空氣冷卻器4被布置在第一空氣路徑30中，并且旁路6被布置在第二空氣路徑32中。在單個空氣路徑分叉成兩個空氣路徑之前，第一空氣路徑30和第二空氣路徑32始于單個空氣路徑(進氣通道)。第一空氣路徑30和第二空氣路徑32平行地連接，使得空氣可以被轉向沿第二空氣路徑32通過旁路6，從而繞過空氣冷卻器2。第一空氣路徑30和第二空氣路徑32中的氣體不混合。所述空氣路徑中的氣流的方向基本上是相同的。然而，第一空氣路徑30和第二空氣路徑32分別在空氣冷卻器4和旁路6的下游的匯合區(qū)域34處結合，從而允許來自兩個路徑的氣體混合。
[0017]所述CAC2具有帶有外壁12和內壁14的雙壁基體10。沿空氣流90的方向，基體10具有帶有圓形橫截面和矩形橫截面的部分。內壁14可以包括阻止第一空氣路徑30和第二空氣路徑32之間的熱連通的絕熱件。因此，內壁14經配置以阻止從旁路6到空氣冷卻器4(或者反之亦然)的傳熱或熱量提取。以這種方式，第一空氣路徑30中的空氣可以保持比第二空氣路徑32中的空氣更冷。所述絕熱件可以是真空元件或泡沫元件。如果所述絕熱件是真空元件，則內壁14沒有空氣或任何其他傳熱材料和/或氣體，并具有小于閾值壓力(例如，小于I kPa)的內部壓力。
[0018]閥門16被提供用于引導空氣沿第一空氣路徑30和/或穿過第二空氣路徑32。閥門16具有固定在樞轉軸線20上以在兩個端位置之間可移位的閉合部件18。樞轉軸線20可樞轉地耦接到內壁14，其中閥門16繞樞轉軸線20可樞轉。為了在兩個端位置之間移動閥門16，致動器(例如，控制器、電動機、螺線管、氣動氣缸等)可以電信號通知閥門16以在兩個端位置之間旋轉。這允許閥門16在兩個端位置之間的簡單和快速的移位?？梢孕盘柾ㄖy門16，以基于變化的發(fā)動機負荷、CAC冷凝水平、CAC溫度、環(huán)境濕度、排氣再循環(huán)(EGR)組分、EGR冷卻器冷凝水平等移動。因此，通過閥門16的控制，可以將空氣流引導到第一空氣路徑30、第二空氣路徑32，或者同時引導到這兩個路徑內。可替代地，也可以提供兩個閥門，所述兩個閥門交替地打開和關閉，以便將空氣流引導到第一空氣路徑30和/或第二空氣路徑32內。
[0019]閥門16被示出處于第一端位置，其中閥門16正阻塞進氣空氣到空氣冷卻器4的流動?；旧纤羞M氣空氣在流動到發(fā)動機之前都被導向至旁路6(第二空氣路徑32)。在第一端位置時，所述發(fā)動機接收比閥門16處于其他位置時更熱的空氣，如將在下面描述。
[0020]在一個示例中，閥門16可以是翼型件(airfoil)22。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，閥門16可以是其他合適的形狀，例如，波形曲線、Z字形等。翼型件22包括第一側面18和第二側面24。在第一端位置時，第一側面18面向下游方向，并且第二側面24面向相對于進氣空氣流90的上游方向。閥門16保持處于第一端位置，直到所述致動器信號通知閥門16移動，如將在下面描述。閥門16不透空氣流，并引導進氣空氣流90進入第二空氣路徑32，其中所述進氣空氣流入節(jié)氣門26上游的匯合區(qū)域34。
[0021]圖2示出翼型件22處于中間位置的CAC2。因此，先前介紹的組件可以在后續(xù)附圖中類似地編號。所述中間位置可以直接在第一端位置和第二位置之間，從而允許增壓空氣流動到空氣冷卻器4和旁路6。以這種方式，一部分進氣空氣被冷卻而剩余部分的進氣空氣沒有被冷卻。當處于中間位置時，到空氣冷卻器和旁路的進氣空氣質量流量可以基本上相等。以這種方式，進氣空氣流的一半被冷卻并且另一半沒有被冷卻。所述兩個半進氣流可以在流動到發(fā)動機的一個或多個汽缸之前在節(jié)氣門上游的匯合區(qū)域34處合并?？諝饫鋮s器4使進氣空氣沿第一空氣路徑30流動，而旁路6使進氣空氣沿第二空氣路徑32流動。來自第一空氣路徑30和第二空氣路徑32的增壓空氣可以在CAC 2的與節(jié)氣門26相鄰的端部附近的匯合區(qū)域34處合并。由于共用壁14的真空絕緣，第一空氣路徑30中的空氣與第二空氣路徑32中的空氣熱隔離。來自空氣路徑的空氣在匯合區(qū)域34內合并，其中來自第一空氣路徑30的空氣的溫度上升并且來自第二空氣路徑32的空氣的溫度下降。當翼型件22在中間位置時提供給發(fā)動機的空氣的溫度低于翼型件22在圖1中所示的第一端位置時提供給發(fā)動機的空氣的溫度。
[0022]如圖所示，與圖1的翼型閥門22相比，翼型閥門22更靠近第二端位置。當翼型閥門22按逆時針方向從(圖1中所示的)第一端位置移動到中間位置時，翼型閥門22經歷彼此相反的打開力和動量力(分別由箭頭92和94指示)。所述打開力可以通過致動器電動致動所述翼型閥門朝向中間位置而被生成，以便允許增壓空氣流入第一空氣路徑30穿過空氣冷卻器4。所述動量力可以通過增壓空氣按壓翼型閥門22的第二側面24生成。當翼型閥門22從第一端位置移動到中間位置時，動量力逐漸減小，從而允許翼型件22用更少的電輔助移動。換句話說，當翼型閥門22從一個端位置移動到不同的端位置時，由致動器提供的電輔助也可以逐漸減少。在中間位置處，打開力和動量力可以基本上相等(處于力平衡)?！盎旧舷嗟取笔侵赣捎谏a引起的公差而產生的打開力和關閉力彼此偏差為例如3%至10%。因此，所述致動器可以不施加必要的反作用力(打開力)以抵抗由空氣流引起的力(動量力)。因此，與用于閥門致動的整個持續(xù)時間的致動器相比，所述致動器可以被相應地配置有更小且更少的功率。
[0023]在翼型閥門從第一端位置移動到第二端位置或從第二端位置移動到第一端位置的示例中，所述致動器可以響應于翼型閥門經過中間位置而不再提供電輔助。這可以是由于增壓空氣的動量力足夠大以在無電輔助的情況下關閉翼型閥門。作為第一示例，對于處于中間位置的翼型件，如果該翼型件按逆時針方向朝向第二端位置稍微移動，則由于自然移動所述閥門到期望的位置的進氣空氣流產生的動量力，所述致動器可以不向翼型件移動提供動力。類似地，如果翼型件閥門從中間位置朝向第一端位置按順時針方向稍微移動，則由于動量力能夠在無輔助的情況下移動所述翼型閥門，所以所述致動器可以不提供電輔助。
[0024]圖3示出處于第二端位置的翼型閥門22，其中第二空氣路徑32被阻塞接收增壓空氣。第一側面18面向上游方向，并且第二側面24面向相對于進氣空氣流90的下游方向。因此，基本上所有的進氣空氣沿第一空氣路徑30流過空氣冷卻器4，而不流過第二空氣路徑32。以這種方式，冷卻流動到匯合區(qū)域34的增壓空氣被冷卻，從而導致輸送到發(fā)動機的空氣的溫度比所述閥門在第一端位置或中間位置時輸送到發(fā)動機的空氣更冷。由于進氣空氣流提供的力，翼型閥門22可以在沒有電動輔助的情況下保持處于第二端位置。在一個示例中，由于提供給發(fā)動機的汽缸的增壓空氣的較大密度，節(jié)流閥26可以被移動到更關閉的位置。在另一個示例中，節(jié)流閥26可以維持當前位置，或者移動到更敞開的位置。
[0025]圖4示出包括發(fā)動機102、進氣系統(tǒng)104、排氣系統(tǒng)106和排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)108的車輛100的示意圖。進氣系統(tǒng)104經配置提供進氣空氣至發(fā)動機102內的汽缸110。所述發(fā)動機被示出具有以直列式配置布置的四個汽缸。然而，將理解的是汽缸的數(shù)量和/或汽缸的配置可以在其他實施例中改變。例如，發(fā)動機102可以包括以V形配置布置的六個汽缸。進氣系統(tǒng)104經配置以使進氣空氣流動到所述汽缸，并且排氣系統(tǒng)106經配置以從所述汽缸接收排氣。另外地，所述汽缸110中的每個汽缸可以包括點火裝置112，所述點火裝置經配置以點燃汽缸110中的空氣燃料混合物。另外地或可替代地，可以利用壓縮點火來點燃汽缸110中的空氣燃料混合物。發(fā)動機102也包括每個汽缸至少一個進氣門和至少一個排氣門。在一個示例中，發(fā)動機102可以是渦輪增壓汽油發(fā)動機。
[0026]該進氣系統(tǒng)包括壓縮機114。壓縮機114可以被包括在具有排氣系統(tǒng)106內的渦輪116的渦輪增壓器內。壓縮機114和渦輪116被可旋轉地耦接。然而，在其他示例中，壓縮機114可以被可旋轉地耦接到車輛中的變壓器，從而提供所謂的機械增壓。
[0027]進氣系統(tǒng)104還包括具有被集成在內部的增壓空氣冷卻器(CAC)120的氣室118。增壓空氣冷卻器可以用于冷卻可以經由壓縮機114的操作而被加熱的進氣空氣和被輸送至氣室118上游的進氣系統(tǒng)104的EGR氣體。以這種方式，減小提供給發(fā)動機102的升壓體積。升壓體積的減小能夠增加發(fā)動機內的燃燒效率。此外，升壓體積的減小允許更好地控制低壓(LP)排氣再循環(huán)(EGR)。此外，當增壓空氣冷卻器120被集成到氣室118內時，節(jié)氣門體積在與具有與所述氣室間隔開(例如，分離)的增壓空氣冷卻器的進氣系統(tǒng)相比時減小。因此，節(jié)氣閥門響應得到提高。氣室118包括與壓縮機114流體連通的入口 119。氣室118還包括氣室殼體121。因此，氣室殼體121包括擴張體，并且氣室殼體的容積向下游方向上擴張。增壓空氣冷卻器120可以是水對空氣增壓冷卻器，并且可以使用冷卻劑冷卻進氣空氣。可替代地，增壓空氣冷卻器120可以是空氣對空氣增壓冷卻器，并且可以使用環(huán)境空氣來冷卻增壓空氣。旁路126被定位與增壓空氣冷卻器120相鄰，并且通過絕熱壁與增壓空氣冷卻器熱密封。所述絕緣壁可以包括真空元件，如上所述。翼型閥門122位于增壓空氣冷卻器120和旁路126之間的壁上的樞轉點上。閥門122可以被致動，以便調整通過所述旁路和所述增壓空氣冷卻器中的一個或多個的空氣的流動，如將在下面描述。在一些實施例中，可以省略氣室118。
[0028]進氣系統(tǒng)104還包括節(jié)氣門體130。節(jié)氣門體130與增壓空氣冷卻器120相鄰。然而，在其他示例中，節(jié)氣門體130可以與增壓空氣冷卻器120間隔開。當節(jié)氣門體130被定位在增壓空氣冷卻器120的下游時，可以改進節(jié)氣門響應。節(jié)氣門體130包括被定位在多個進氣流道134中的多個節(jié)氣門(例如，進氣節(jié)氣門)132。具體地，所述進氣流道134中的每個都具有位于其中的單個節(jié)氣門。此外，每個進氣流道134與所述汽缸110之一流體連通。以這種方式，每個汽缸具有單獨的節(jié)氣門。每個節(jié)氣門包括節(jié)流板136。因此，在所示的實施例中，節(jié)氣門體130在發(fā)動機汽缸的每個進氣裝置中包括節(jié)流板。然而，在其他實施例中，可以利用替換的節(jié)氣門體配置。節(jié)氣門132經配置以調整通過每個流道134中的空氣流。將理解的是，節(jié)氣門132可以被同時控制。也就是說，節(jié)氣門132可以經由延伸穿過每個節(jié)流閥板的單個軸控制。然而，在其他示例中，每個節(jié)氣門可以被單獨地控制。被包括在發(fā)動機102中的控制器150可以用于控制節(jié)氣門132的操作。
[0029]壓縮機114、氣室118和節(jié)氣門體130可以被包括在進氣組件140中。每個前述部件可以以連續(xù)的順序直接耦接在彼此的下游。例如，壓縮機114、氣室118和節(jié)氣門體130可以被直接耦接在彼此的下游，其中無附加部件被定位在連續(xù)的部件之間(例如，氣室被直接耦接到節(jié)氣門體，其中無任何附加部件被定位在氣室和節(jié)氣門體之間)。然而，在其他示例中，僅氣室118和節(jié)氣門體130可以被包括在進氣組件140內。
[0030]排氣系統(tǒng)106包括與汽缸110和排氣歧管144流體連通的多個排氣流道142。渦輪116被定位在排氣系統(tǒng)106中排氣歧管144的下游。另外，排放控制裝置146被定位在渦輪116的下游。渦輪116被可旋轉地耦接到壓縮機114。軸和其他合適的部件可以用于耦接渦輪116和壓縮機114。然而，在其他示例中，渦輪116可以被從發(fā)動機中省略并且來自車輛100中的變速器的旋轉能量可以用于向壓縮機114提供旋轉能量。壓力傳感器147可以被耦接到排氣歧管144。氧傳感器148可以被耦接到在排放控制裝置146上游的導管149。
[0031]EGR系統(tǒng)108可以包括高壓EGR回路170和低壓EGR回路172中的至少一個。增壓空氣冷卻器120允許更好地控制低壓EGR回路170，并改善高壓EGR回路172的冷卻。高壓EGR回路170包括通向排氣歧管144的入口 176和通向導管180的出口 178，所述導管180將壓縮機114流體地耦接到氣室118。在一些示例中，導管180可以是壓縮機114的出口。閥門182可以被包括在高壓EGR回路170中。處于打開位置時，閥門182經配置以使氣體能夠流過高壓EGR回路170。處于閉合位置時，閥門182經配置以基本上抑制氣體流過高壓EGR回路170。低壓EGR回路172包括通向導管149的入口 184和通向進氣系統(tǒng)104中壓縮機114上游的導管188的出口186。閥門190可以被包括在低壓EGR回路172中。將理解的是，由于低壓EGR回路172的出口和節(jié)氣門體130之間的距離減小，當增壓空氣冷卻器120被集成到氣室118中時，可以減少低壓EGR回路172的延遲。節(jié)氣門192也可以被定位在導管188中。處于打開位置時，閥門190經配置以使氣體能夠流過低壓EGR回路172。在閉合位置時，閥門190經配置以基本上抑制氣體流過低壓EGR回路172。以這種方式，氣體可以經由高壓EGR回路170和低壓EGR回路172從排氣系統(tǒng)106流動到進氣系統(tǒng)104。對于高壓EGR回路170和低壓EGR回路172兩者，都可以包括一個或多個冷卻器(EGR冷卻器196)，以在混合的空氣和EGR氣體經過增壓空氣冷卻器之前提供初始的EGR冷卻。
[0032]控制器150在圖1中被示出為常規(guī)的微計算機，所述常規(guī)的微計算機包括:微處理器單元152、輸入/輸出端口 154、只讀存儲器156、隨機存取存儲器158、不失效存儲器160以及常規(guī)數(shù)據(jù)總線?？刂破?50被示出從耦接到發(fā)動機102的傳感器162(如壓力傳感器127、壓力傳感器147和氧傳感器148)接收各種信號?？刂破?50可以經配置以發(fā)送信號至致動器164，如節(jié)氣門132、閥門182、閥門190和節(jié)氣門192。
[0033]圖5示出用于操作翼型閥(圖1、圖2和圖3的翼型閥22)的方法500。用于執(zhí)行方法500的指令可以由控制器(圖4的控制器150)基于存儲在所述控制器的存儲器上的指令以及連同從所述發(fā)動機系統(tǒng)的傳感器(如參照圖4在上面描述的傳感器)接收的信號來執(zhí)行。所述控制器可以采用所述發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)動機致動器，以根據(jù)以下描述的方法來調整發(fā)動機操作。
[0034]方法500在502開始，在502所述方法確定、評估和/或測量當前發(fā)動機操作參數(shù)。當前發(fā)動機操作參數(shù)可以包括但不限于發(fā)動機負荷、車輛速度、歧管真空、進氣空氣濕度、環(huán)境溫度、發(fā)動機溫度、EGR質量空氣流量和/或空燃比。
[0035]在504，方法500包括確定冷凝物風險(冷凝物形成的可能性)。所述冷凝物風險可以基于發(fā)動機溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、EGR組分、天氣條件等。所述冷凝物風險可以響應于發(fā)動機溫度低于閾值溫度而增加，其中所述閾值溫度基于水蒸氣的露點。冷凝物風險可以隨著所述環(huán)境濕度增加而增加。如果EGR中的水量和/或EGR冷卻器中的冷凝物量增加，則所述冷凝物風險也可以增加。
[0036]在506，方法500基于上述因素確定所述冷凝物風險是否大于閾值風險。所述閾值風險可以基于空氣冷卻器中能夠引起發(fā)動機失火的冷凝物的量。如果所述冷凝物風險大于所述閾值風險，則方法500前進到508，以將所述翼型閥移動到第一端位置并且使進氣空氣通過旁路，而不使進氣空氣流動到空氣冷卻器。如上所述，旁路和空氣冷卻器彼此相鄰并且由絕熱的壁分離。在一個示例中，所述閥門可以被從第二端位置致動到第一端位置，其中致動器可以提供電輔助直到閾值位置，其中所述閾值位置在基于所述閥門的起點的中間位置的直接下游。例如，如果所述閥門正從第一端位置移動到第二端位置，則閾值位置位于在更接近第二端位置的中間位置一側上的中間位置的直接下游。進氣空氣可以產生動量力，一旦閥門已經到達稍微超過中間位置的位置，則動量力就可以在沒有電輔助的情況下關閉閥門。此外，由于當閥門移動到中間位置時相反的動量力減小，所以由致動器提供的電輔助可以從第二端位置到稍微超過中間位置的位置逐漸地減小。
[0037]如果冷凝物風險不大于閾值危險，則方法500前進到510，以確定所述發(fā)動機負荷是否大于第一閾值負荷。第一閾值負荷可以基于低發(fā)動機負荷。如果發(fā)動機負荷不大于第一閾值負荷，則方法500前進到512，以將翼型閥移動到第一端位置并使增壓空氣通過旁路。在包括渦輪增壓器的發(fā)動機的低發(fā)動機負荷操作期間，由于低的壓縮機旋轉速度僅稍微地壓縮進氣空氣，從而導致稍微加熱的進氣空氣，所以增壓空氣冷卻可以不是期望的。稍微壓縮的進氣空氣不會足夠熱到期望冷卻。因此，翼型閥可以被移動到第一位置，以便繞過空氣冷卻器并保留進氣空氣溫度。如果進氣空氣被過度冷卻，則發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性可以被減少。
[0038]如果所述發(fā)動機負荷大于第一閾值負荷，則方法500前進到514，以確定發(fā)動機負荷是否大于第二閾值負荷。第二閾值負荷可以基于高發(fā)動機負荷。如果發(fā)動機負荷不大于第二閾值，則發(fā)動機可以處于中等負荷并且方法500前進到516，以將翼型閥移動到中間位置，并且使增壓空氣流動至空氣冷卻器和旁路。由于閉合壓力和動量壓力基本相等，所以當翼型閥在中間位置時，所述致動器可以被禁用(不提供電輔助)。當在中間位置時，到空氣冷卻器的進氣質量空氣流量和到旁路的進氣質量空氣流量可以基本上相等。以這種方式，進氣空氣流量的一半被冷卻且另一半沒有被冷卻。所述兩個半部分流量可以在流動到發(fā)動機的一個或多個汽缸之前在節(jié)氣門上游的匯合區(qū)域處合并。
[0039]另外地或可替代地，中間位置可以用于將冷凝物可控制地掃出空氣冷卻器和/或EGR冷卻器，以減少所述冷卻器中的冷凝物負荷。小量的冷凝物可以被從冷卻器掃至發(fā)動機，同時維持期望的發(fā)動機燃燒穩(wěn)定性。以這種方式，所述方法可以減輕冷凝物的形成并減小冷凝物的當前水平。
[0040]如上所述，用于處于中間位置的翼型閥的來自致動器的少量電輔助可以將翼型閥移動到第一端位置或第二端位置，因為動量力在沒有進一步的電輔助的情況下沿相同方向自然地移動所述閥門。因此，如果所述翼型閥正從第一端位置移動到第二端位置或反之亦然，則致動器不再對處于中間位置下游的位置處的翼型閥提供電輔助。
[0041]如果所述發(fā)動機負荷大于所述第二閾值負荷，則所述發(fā)動機可以處于高負荷并且方法500前進到518，以將所述翼型閥移動到第二端位置來阻塞旁路并且使進氣空氣流動到空氣冷卻器。以這種方式，所有的進氣空氣被空氣冷卻器冷卻。由于在高負荷下的高壓縮機轉速導致進氣空氣的增加的壓縮進而導致高進氣空氣溫度，所以這可以是期望的。
[0042]圖6示出說明了閥門在第一和第二端位置之間移動的示例結果的操作順序600。線602表示閥門位置，虛線604表示直接在第一端位置和第二端位置之間的閥門的中間位置，線606表示電輔助(電流)的量，并且線608表示閾值電流值，其中閾值電流值等于“O”值。對于線606，“100”的值表示最大量的電流并且“O”值表示無電流。
[0043]在tl之前，閥門處于第一位置并且阻塞進氣空氣到空氣冷卻器的流動。因此，基本上所有的進氣空氣流動到旁路?；趨⒄請D5在上面描述的發(fā)動機條件中的一個或多個經由控制器信號通知閥門以移動到第二端位置。作為示例，發(fā)動機負荷可以從低負荷增加到高負荷，因此信號通知閥門從第一端位置移動到第二端位置。閥門經由致動器(例如，控制器150)提供的電輔助(電流)沿逆時針方向樞轉。當閥門朝著分別由線602和604所示的(第一端位置和第二端位置之間的)中間位置移動時，提供給閥門的電流逐漸地減小，如線606所示，因為進氣空氣流產生的動量力也會減小。此外，當閥門從第一端位置移動到中間位置時，到旁路的質量空氣流量會減小并且到空氣冷卻器的質量空氣流量會增加。
[0044]在tl，閥門達到中間位置，其中到空氣冷卻器的質量空氣流量和到旁路的質量空氣流量基本上相等。如上所述，閥門可以在中間位置處于壓力平衡狀態(tài)，使得閥門可以被維持在中間位置而不用提供電流。然而，電流保持有效以便致動閥門經過中間位置到達第二端位置。在tl之后且在t2之前，電流減小到低于閾值電流值608的電流值(不再提供電流)，之后閥門被朝向著第二端位置稍微致動出中間位置之外。閥門經由來自由進氣空氣流產生的動量力的輔助樞轉。當閥門從中間位置旋轉到第二端位置時，到旁路通道的質量空氣流量減小并且到空氣冷卻器的質量空氣流量相應地增加。
[0045]在t2，閥門處于第二端位置，其中進氣空氣流過空氣冷卻器，而不流過旁路通道。由于參照圖5在上面描述的條件變化，閥門被用信號通知以從第二端位置移動到中間位置。在一個示例中，由于從高負荷到中等負荷的發(fā)動機負荷更換和與用于冷凝物形成的適度風險結合的期望的進氣空氣冷卻中的一個或多個，閥門可以從第二端位置移動到中間位置。以這種方式，可以致動閥門，以便冷凝物風險增加時允許較少的空氣到達空氣冷卻器。在t2之后且在t3之前，閥門被向中間位置致動。這包括沿順時針方向樞轉閥門，其中電流被提供給閥門。當閥門向中間位置接近時，電流量隨著由進氣空氣流產生的動量力的減小而減少。
[0046]在t3，閥門處于中間位置并且電流被切斷。由于到空氣冷卻器的質量空氣流量和到旁路通道的質量空氣流量基本相等，所以閥門處于壓力平衡狀態(tài)。在t3之后且t4之前，閥門保持處于中間位置。
[0047]在t4，如上所述，由于發(fā)動機負荷從中等負荷減小至低負荷、進氣空氣冷卻不再期望、冷凝風險大于閾值風險、EGR冷卻器冷凝物水平大于閾值冷凝物水平等中的一個或多個，信號通知閥門以從中間位置移動到第一端位置。在t4之后且在t5之前，小量的電流(稍微高于閾值電流)被供給至閥門，以便朝著第一端位置將其稍微移出中間位置，其中進氣空氣流的動量力可以在沒有電輔助的情況下將閥門移動到第一端位置。
[0048]當在中間位置時，供給至為定位閥門而被耦接到閥門的致動器的電流可以低于所述閾值電流(被關閉)。慣性(動量)力和提升流量(lift flow)(打開)力可以基本上平衡，使得小至沒有電流被要求用于維持閥門位置。此類閥門操作可以指具有雙穩(wěn)定位置(中間位置以及兩個端位置中的每個端位置)。為了隨后移動閥門遠離中間位置，高于閾值電流的致動器電流可以被僅僅暫時地供給，以啟動閥門的移動，其中現(xiàn)在未平衡的動量(空氣流)力繼續(xù)將閥門移動到其啟動初始移動朝向的端位置。以這種方式，響應于閥門在中間位置的下游并朝向期望的端位置移動，禁用對閥門的電輔助，即使在電輔助被禁用時閥門繼續(xù)朝向期望的端位置移動。此類操作可以保存電力并減小致動器的尺寸。
[0049]在t5，信號通知處于第一端位置的閥門，以使其移動到在第一端位置和中間位置之間的位置。這可以是由于發(fā)動機負荷增加到在低負荷和中等負荷之間的負荷、冷凝風險減小和/或發(fā)動機要求的進氣空氣待冷卻。在t5之后且在t6之前，閥門被逆時針轉動至第一端位置和中間位置之間的位置，其中旁路通道接收比空氣冷卻器更大量的進氣空氣。由于進氣空氣的動量力抵抗由電流提供的閥門力，所以電流是恒定的以便將閥門維持在所述位置處。以這種方式，閥門可以被保持在第一端位置和第二端位置之間的任何位置處，從而允許連續(xù)的空氣流通過空氣冷卻器和旁路通道。
[0050]在t6，信號通知閥門以使其移動中間位置。所提供的電流隨著閥門向中間位置移動而減小。一旦閥門達到中間位置，在t6之后禁用電流。
[0051]以這種方式，一種用于制造增壓空氣冷卻器的緊湊簡易方法可以用于減少冷凝物形成，同時當期望時經由單個閥門控制到空氣冷卻器和旁路的進氣空氣流來提供增壓空氣冷卻。旁路和空氣冷卻器經由具有位于其中的絕熱元件的共用壁被熱分離。翼型閥門的形狀可以促進用來自致動器的最小電輔助進行從第一端位置到第二端位置的致動或從第二端位置到第一端位置的致動。具有翼型閥和旁路的增壓空氣冷卻器的技術效果是減小了增壓空氣冷卻器的輪廓以減少包裝約束，同時也降低了增壓空氣冷卻器內冷凝物形成的可能性。
[0052]增壓冷卻器包括在第一空氣路徑中的空氣冷卻器和在被平行連接到第一空氣路徑的第二空氣路徑中的旁路，其中絕熱件被耦接到旁路從而將旁路與空氣冷卻器熱隔離，空氣冷卻器具有帶有外壁和內壁的雙壁基體，并且其中絕熱件被布置在內壁內。還包括絕熱件的增壓空氣冷卻器的第一示例包括真空元件。增壓冷卻器的第二示例可選地包括所述第一示例還包括包含泡沫填充物的絕熱件。包括第一示例和第二示例中的一個或多個的增壓冷卻器的第三示例還包括閥門，其經配置在兩個端位置之間移動以便控制空氣流通過第一空氣路徑和第二空氣路徑。包括第一示例到第三示例中的一個或多個的增壓空氣冷卻器的第四示例還包括所述閥門被主動地連接到致動器以便在兩個端位置之間移位。包括第一示例到第四示例中的一個或多個的增壓空氣冷卻器的第五示例還包括所述閥門繞軸線是可樞轉。增壓空氣冷卻器的第六示例包括第一示例至第五示例中的一個或多個并且還包括所述閥門經配置將所述空氣流轉換成用于打開第一空氣路徑的打開力或用于關閉第二空氣路徑的動量力。增壓空氣冷卻器的第七示例包括第一示例至第六示例中的一個或多個且還包括所述閥門具有翼型形狀。增壓空氣冷卻器的第八示例包括第一示例至第七示例中的一個或多個并且還包括所述閥門經配置將空氣流轉換成用于關閉第一空氣路徑的動量力或用于打開第二空氣路徑的打開力。增壓空氣冷卻器的第九示例包括第一示例至第八示例中的一個或多個并且還包括所述閥門包括用于轉換所述空氣流的回彈表面。增壓空氣冷卻器的第十示例包括第一示例至第九示例中的一個或多個并且還包括閥門處于中間位置時打開力基本上等于動量力，其中所述中間位置是直接在第一端位置和第二端位置之間的閥門位置。
[0053]一種方法，包括當閥門在第一端位置使空氣繞過空氣冷卻器而不使任何空氣流過空氣冷卻器，當所述閥門在第二端位置時使空氣流過空氣冷卻器，并且當所述閥門在中間位置中時使空氣流動至空氣冷卻器和旁路通道兩者。當閥門在中間位置時，被供給至為定位所述閥門而被耦接到閥門的致動器的電流可以低于閾值電流(被關閉)。慣性(動量)力和提升流量(打開)力可以基本上平衡，使得小到沒有電流被要求用來維持閥門位置。此類閥門操作可以指具有雙穩(wěn)定位置(中間位置以及兩個端位置中的每個端位置)。為了隨后移動閥門遠離中間位置，高于閾值電流的致動器電流可以被僅暫時地施加以啟動閥門的移動，其中現(xiàn)在未平衡的動量(空氣流)力繼續(xù)將閥門移動到其啟動初始移動朝向的端位置。此類操作可以保存電力并減小所述致動器的尺寸。方法的第一示例還包括其中致動所述閥門包括致動器電輔助所述閥門從第一端位置至第二端位置或從第二端位置至第一端位置?？蛇x地包括第一示例的方法的第二示例還包括響應于閥門在中間位置的下游并且從第一端位置朝向第二端位置移動，禁用對閥門的電輔助，即使在電輔助被禁用時閥門繼續(xù)朝向第二端位置移動。方法的第三示例可選地包括第一示例和第二示例中的一個或多個并且還包括在中間位置的閥門被基本上相等的到空氣冷卻器的空氣質量流量和到旁路通道的空氣質量流量限定。方法的第四示例可選地包括第一示例至第三示例中的一個或多個并且還包括在旁路通道中的空氣經由分離壁與空氣冷卻器中的空氣熱分離。
[0054]一種系統(tǒng)包括:渦輪增壓發(fā)動機;包括與旁路通道相鄰的空氣冷卻器的增壓空氣冷卻器，其中分離壁熱分離空氣冷卻器和旁路通道并且位于其間；和可樞轉地耦接到分離壁的翼型閥，所述翼型閥經配置以調整到空氣冷卻器和旁路通道的進氣空氣流。系統(tǒng)的第一示例可選地包括旁路通道中的空氣與空氣冷卻器中的空氣分離的情況?？蛇x地包括第一示例的系統(tǒng)的第二示例還包括空氣冷卻器是水對空氣冷卻器。可選地包括第一示例和/或第二示例的系統(tǒng)的第三示例還包括空氣冷卻器是空氣對空氣冷卻器。
[0055]注意，本文包括的示例控制和估計例程可以與各種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配置一起使用。本文公開的控制方法和例程可以作為可執(zhí)行指令存儲在非臨時性存儲器中并且可以由包括與各種傳感器、致動器和其他發(fā)動機硬件結合的控制器的控制系統(tǒng)執(zhí)行。本文所述的具體例程可以表示諸如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等任何數(shù)量的處理策略中的一個或多個。因此，所示的各種動作、操作和/或功能可以以所示的順序執(zhí)行、并行地執(zhí)行或在一些情況下省略。同樣地，所述處理順序不是為實現(xiàn)本文所述的示例實施例的特征和優(yōu)點必須要求的，而是為了便于說明和描述被提供。所示的動作、操作和/或功能中的一個或多個可以根據(jù)正使用的特定策略重復地執(zhí)行。此外，所述的動作、操作和/或功能可以以圖形方式表示成待編入發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲介質的非臨時性存儲器中的代碼，其中所述的動作通過執(zhí)行包括與電子控制器結合的各種發(fā)動機硬件部件的系統(tǒng)中的指令來完成。
[0056]將理解的是本文公開的配置和例程在本質上是示例性的，并且這些具體實施例不被認為具有限制意義，因為許多變型都是可能的。例如，上述技術可以應用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸和其他發(fā)動機類型。本公開的主題包括本文公開的各種系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能和/或屬性的所有新穎且非顯而易見的組合和子組合。
[0057]隨附權利要求特別地指出被視為新穎且非顯而易見的某些組合和子組合。這些權利要求可以指“一個”元件或“第一”元件或它們的等同物。此類權利要求應該被理解為包括一個或多個此類元件的并入，既不要求也不排除兩個或更多個此類元件。所公開的特征、功能、元件和/或屬性的其他組合和子組合可以通過本權利要求的修改或通過本申請或相關申請中新權利要求的提出進行保護。此類權利要求無論在范圍上比原始權利要求更寬、更窄、與其相等或不同也都被視為包括在本公開的主題內。
【主權項】
1.一種增壓冷卻器，其包括: 在第一空氣路徑中的空氣冷卻器和在被平行連接到所述第一空氣路徑的第二空氣路徑中的旁路，其中絕熱件被耦接到所述旁路，從而將所述旁路與所述空氣冷卻器熱隔離，其中所述空氣冷卻器具有帶有外壁和內壁的雙壁基體，其中所述絕熱件被布置在所述內壁上。2.根據(jù)權利要求1所述的增壓冷卻器，其中所述絕熱件包括真空元件。3.根據(jù)權利要求1所述的增壓冷卻器，其中所述絕熱件包括泡沫填充物。4.根據(jù)權利要求1所述的增壓冷卻器，其中閥門經配置以在兩個端位置之間可移位，以便控制空氣流通過所述第一空氣路徑和所述第二空氣路徑。5.根據(jù)權利要求4所述的增壓冷卻器，其中所述閥門被主動地連接到致動器以便在所述兩個端位置之間移位。6.根據(jù)權利要求4所述的增壓冷卻器，其中所述閥門繞軸線可樞轉。7.根據(jù)權利要求4所述的增壓冷卻器，其中所述閥門經配置將所述空氣流轉換成用于打開所述第一空氣路徑的打開力或用于關閉所述第二空氣路徑的動量力。8.根據(jù)權利要求7所述的增壓冷卻器，其中所述閥門具有翼型形狀。9.根據(jù)權利要求7所述的增壓冷卻器，其中所述閥門經配置將所述空氣流轉換成用于關閉所述第一空氣路徑的動量力或用于打開所述第二空氣路徑的打開力。10.根據(jù)權利要求9所述的增壓冷卻器，其中所述閥門包括用于轉換所述空氣流的回彈表面。11.根據(jù)權利要求9所述的增壓冷卻器，其中閥門處于中間位置時所述打開力基本上等于所述動量力，其中所述中間位置是直接在所述第一端位置和所述第二端位置之間的閥門位置。12.一種方法，其包括: 當閥門在第一端位置中時使空氣繞過空氣冷卻器而不使任何空氣流過所述空氣冷卻器； 當所述閥門在第二端位置中時使空氣流過所述空氣冷卻器；以及 當所述閥門在中間位置中時使空氣流動到所述空氣冷卻器和旁路通道兩者。13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中致動所述閥門包括致動器電輔助所述閥門從所述第一端位置到所述第二端位置或反之亦然。14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其還包括響應于所述閥門在所述中間位置的下游并且從所述第一端位置朝向所述第二端位置移動，禁用對所述閥門的電輔助，即使在所述電輔助被禁用時所述閥門繼續(xù)朝向所述第二端位置移動。15.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中在所述中間位置的所述閥門被基本相等的到所述空氣冷卻器的空氣質量流量和到所述旁路通道的空氣質量流量限定。16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述旁路通道中的空氣經由分離壁與所述空氣冷卻器中的空氣熱分離。17.—種系統(tǒng)，其包括: 渦輪增壓發(fā)動機； 包括與旁路通道相鄰的空氣冷卻器的增壓空氣冷卻器，其中分離壁熱分離所述空氣冷卻器和所述旁路通道，并且位于所述空氣冷卻器和所述旁路通道之間； 可樞轉地耦接到所述分離壁的翼型閥門，所述翼型閥門經配置以調整到所述空氣冷卻器和所述旁路通道的進氣空氣流。18.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述旁路通道中的空氣與所述空氣冷卻器中的空氣分離。19.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述空氣冷卻器是水對空氣冷卻器。20.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述空氣冷卻器是空氣對空氣冷卻器。
【文檔編號】F02B29/04GK105840294SQ201610059811
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】J·克默林, F·文德利希, H·M·金德爾, V·斯米利亞諾夫斯基, F·A·薩默候夫, A·庫斯克
【申請人】福特環(huán)球技術公司