CN103575159A - 从涡轮增压器装置排放凝结水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从涡轮增压器装置排放凝结水的方法。提供从内燃发动机的涡轮增压器装置排放凝结水的方法和系统。具体地，在一个实例中，可通过开启连接于凝结水储存器的排水阀从所述凝结水储存器排放凝结水。进一步，可响应指示凝结水储存器已经完全排空的发动机工况，关闭排水阀。

Description

从涡轮增压器装置排放凝结水的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月7日提交的德国专利申请号102012213998.2和2012年8月7日提交的德国专利申请号102012213996.6的优先权，在此其全部内容被引入作为参考，用于全部目的。

发明领域

本发明涉及从涡轮增压器装置（arrangement）排放凝结水（冷凝物，condensate）的方法，该涡轮增压器装置包括可通过至少一个涡轮增压器增压的内燃发动机，并具有布置在涡轮增压器和内燃发动机之间进气道中的增压空气冷却器。

背景/概述

增压空气冷却器以其本身已知的方式用于冷却涡轮增压器压缩的空气和/或冷却新鲜空气和再循环排气的空气混合物。在空气和/或空气混合物冷却下来时，空气和/或空气混合物中的水分，例如水，可以凝结在内燃发动机的进气道中，具体地，增压空气冷却器中。凝结水必须被从进气道移除，以防止液体凝结水从进气道进入内燃发动机和损坏内燃发动机和/或损坏系统部件，例如由于腐蚀。

例如，从US 2010/0229549 A1已知用于收集和排放凝结水的系统，凝结水在可增压内燃发动机的增压空气冷却器中形成。凝结水通过连接于底面上增压空气冷却器的出水管被供应至储存器。通过阀可关闭的储存器出口位于储存器底面上。储存器中的凝结水水平通过填充水平传感器确定。为防止在排放凝结水时增压空气通过出水管从增压空气冷却器逸出进入储存器和通过储存器出口从所述储存器逸出，阀仅在储存器中的凝结水填充水平超过预定最低填充水平时开启。如果储存器中具有至少最低水平的凝结水，当特定工况存在于内燃发动机中时，控制阀的控制单元使阀开启。为防止储存器溢流，可以提供进一步的填充水平传感器，其检测储存器中的最高凝结水填充水平，并且只要达到最高凝结水填充水平，控制单元就使凝结水从储存器排放。所述系统能够从储存器排放凝结水，而在此过程中不允许增压空气从增压空气冷却器逸出，但是，所述系统需要至少一个和/或两个另外的凝结水填充水平传感器，用于检测储存器中的凝结水填充水平。

此外，从WO 2007/069972 A1已知凝结水排放装置，其中凝结水可通过所述凝结水排放装置从增压空气冷却器排放。为此，在增压空气冷却器底部提供孔，该孔可通过闭合元件开启和关闭，其中闭合元件，例如双金属元件，根据温度进行控制。所述凝结水排放装置没有防止增压空气通过在预定温度范围内开启的孔从增压空气冷却器逸出。

在此背景基础上，本发明的目的是提供从涡轮增压器装置排放凝结水的方法。在一个实例中，方法可包括开启布置在凝结水储存器中的排水阀，凝结水储存器流体连通地连接于增压空气冷却器（CAC）的下游进气道，然后响应进气道和大气之间的压力差减少到初始压力差以下阈值量，关闭排水阀，该初始压力差在开启排水阀前确定。在另一实例中，响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，可关闭排水阀，该初始空燃比在开启排水阀前确定。在又一实例中，响应储存器上游进气道中的空气质量流量（MAF）增加至初始空气质量流量以上阈值量，可关闭排水阀，该初始空气质量流量在开启排水阀前确定。在一些实例中，可在发动机运转期间以预定时间间隔开启排水阀。在其他实例中，排水阀可仅在稳态发动机工况期间开启，其中可预期压力差、空燃比和或MAF不改变。以这种方式，方法允许涡轮增压器装置中形成的凝结水以可靠方式排放，同时还减少排放凝结水时从涡轮增压器装置逸出的增压空气量。

此外，该方法尤其执行简单，并且具体地所述方法不需要任何另外的组件或需要尽可能少的仅为执行此方法特别需要的另外组件。该目标通过具有权利要求1所述特征的方法实现。另外，从属权利要求公开了本发明的有利实施方式。要注意，下文描述中分别说明的特征可以任何技术上有利的方式相互组合，并且揭示了本发明另外的实施方式。说明书还具体地结合附图描绘和详细描述本发明。

应当理解，上文概述被提供以简化形式描述思路选择，其将在详述中得到进一步描述。这不意为确定保护主题的关键或必需特征，其范围仅由所附权利要求限定。此外，保护主题不限于解决上文或本公开任何部分描述的任何缺陷的实施方式。

附图简述

图1-2示例用于实施根据本发明所述方法.的示例性实施方式的涡轮增压器装置的示意图。

图3显示响应发动机工况从储存器排放凝结水的方法的流程图。

图4示例用于响应发动机工况从储存器排放凝结水的阀运转的图形实例。

发明详述

下文描述涉及从增压空气冷却器（CAC）下游的凝结水储存器排放凝结水的系统和方法。如图1-2所示，CAC被布置在涡轮增压器装置下游和发动机上游。图1显示凝结水储存器的第一实施方式，其收集从CAC排出并沿通向发动机的进气道经过的凝结水。图2显示收集凝结水的凝结水储存器的第二实施方式，该凝结水储存器被整合到进气道中。在两实施方式中，排水阀可开启以将凝结水从储存器排出并排入排气道中。阀可在发动机运转期间周期性开启。然后阀可在凝结水从储存器完全排出时关闭。图3显示控制阀以从储存器排放凝结水的方法。在一个实例中，发动机系统中一个或多个λ传感器测量的λ值（例如，空燃比）变化大于第一阈值可指示凝结水从储存器完全排出，从而使阀关闭。在另一实例中，进气道和大气之间压力差的变化大于第二阈值可指示凝结水从储存器完全排出，从而使阀关闭。在又一实例中，空气质量流量（MAF）变化大于第三阈值可指示凝结水从储存器完全排出，从而使阀关闭。在全部三个实例中，各个值的变化可基于在凝结水储存器的阀开启前测量的初始值确定。以这种方式，凝结水可从储存器完全排出，同时减少通过开启的阀逸出进气道的增压空气量。由此，发动机熄火事件可减少，同时还保持通向发动机的增压空气体积。图4显示用于响应发动机工况排放凝结水的实例阀运转。

图1示例未详细示例的机动车的涡轮增压器装置的示意图第一实施方式。涡轮增压器装置包括内燃发动机2，其可通过涡轮增压器1增压；和增压空气冷却器3（例如，增压空气冷却器（CAC）），其被布置在涡轮增压器1和内燃发动机2之间内燃发动机2的进气道13中。在图1所示的示例性涡轮增压器装置的情况下，内燃发动机2是柴油发动机。同样可提供奥托发动机以替代柴油发动机。

凝结水——其由水分形成，该水分在涡轮增压器装置和/或内燃发动机运转期间存在于进气道13和具体地CAC3中的进气中——被收集在储存器4（例如，凝结水储存器）中，该储存器4在图1所示涡轮增压器装置的情况下，独立于CAC3布置，并且通过CAC3下游的连接线路5以流体传导方式（导流方式，fluid-conducting manner）连接于内燃发动机2的进气道。所述另一方式，储存器4通过连接线路5流体连通地连接于进气道13，以使凝结水从进气道13排出并排入储存器4中。储存器4包括储存器出口6，其可通过阀7（例如，排水阀）关闭。在最简单的实施方式中，阀7是仅包括开启和关闭工作位置的阀。在其他实例中，阀7可以是可调节到完全开启和完全关闭之间多个位置的阀。此外，阀7在本文中可被称为排水阀，并且储存器4在本文中可被称为凝结水储存器。如图1显见，储存器出口6通过进一步的连接线路8以流体传导方式连接于内燃发动机2的排气道14，其中阀7在此实施方式变型的情况下被布置在连接线路8中，并且分别关闭和开启储存器出口6。

如图1进一步显见，NOx存储催化转化器9（LNT：稀NOx捕集器）或柴油催化转化器10（DCC：柴油催化转化器）和柴油颗粒物过滤器11（DPF）被布置在所示实例的内燃发动机2的排气道14中，以处理排气。在图1中，内燃发动机2的排气道中可以存在另外两个位点，其中可以布置至少一个λ传感器12。λ传感器12可布置在内燃发动机2和催化转化器9和/或10和柴油颗粒物过滤器11之间的排气道中，所述λ传感器同样可布置在催化转化器9和/或10和柴油颗粒物过滤器11下游的排气道中。在每种情况下，同样可在排气道中的两个位点均布置λ传感器12。如下文进一步描述，λ值指示相对于化学计量混合物的空气与燃料的比（例如，空燃比）。λ值借助于λ传感器12确定。λ传感器12可例如电力连接于发动机控制单元（ECU）的控制单元15——图1未示例，以评价λ值。

该控制单元15或连接于该控制单元15的进一步控制单元（例如，控制器）适当地电力连接于阀7，使所述阀开启，以从储存器4排放凝结水，但是，其中根据本发明所述的阀7仅仅只有阀7处于开启状态时通过λ传感器12确定的λ值相对于阀7开启前确定的初始λ值λ0保持不变才开启。根据本发明所述的方法以这种方式确保增压空气在凝结水从储存器4排放时基本上不能从内燃发动机2的进气道逸出。例如，控制单元15可包括计算机可读指令，用于开启和关闭阀7。

在图1所示的本发明示例性实施方式的情况下，开启后的阀7另外仅仅一旦在阀7处于开启状态时通过λ传感器12确定的λ值相对于阀7开启前确定的初始λ值λ0较低时就关闭。换句话说，当阀7处于开启状态时，储存器中已经收集的全部凝结水一直排放，但同时有效防止增压空气通过储存器4逸出。

此外，在涡轮增压器装置和/或内燃发动机2运转期间，阀7，在关闭后，以预定时间间隔再次开启，并且重复地即周期性地开启——例如通过控制单元15，并且在λ值处于前述条件下时关闭。凝结水以这种方式周期性地从储存器4排放。

如图1显见，从储存器4排放的凝结水通过连接线路8被输送到催化转化器9和/或10和颗粒物过滤器11下游的内燃发动机2的排气道中。

如上所述，在从该涡轮增压器装置——该涡轮增压器装置包括可通过至少一个涡轮增压器增压的内燃发动机，具体地机动车的奥托或柴油发动机；和布置在涡轮增压器1和内燃发动机2之间的进气道13中的增压空气冷却器3——排放凝结水的方法的情况下，在进气道13中，具体地在增压空气冷却器3中，形成的凝结水根据本发明被收集在储存器4中。储存器4包括储存器出口6，该储存器出口6可通过阀7关闭。此外，λ值（例如，空燃比）通过至少一个λ传感器12确定，该至少一个λ传感器12布置在内燃发动机2的排气道14中，并且阀7仅仅只有λ值相对于在阀7开启前确定的初始λ值保持基本上不变才开启。

在本发明的含义内，储存器4可以是增压空气冷却器3的整体组件，但是，其也可以是独立于增压空气冷却器3布置的储存器（如图1所示），并且在内燃发动机2的进气道13中形成的凝结水被收集在所述储存器4中。在后者情况下，储存器4通过相应的连接线路（例如，连接线路5）以流体传导方式连接于内燃发动机2的进气道13，从而将凝结水从进气道13运送到储存器4中。

进气道13在本发明的含义内仅包括运送燃烧空气的内燃发动机组件，该组件位于内燃发动机的燃烧室和/或燃烧空间前，即上游。类似地，排气道仅包括运送排气的内燃发动机组件，该组件位于内燃发动机的燃烧室和/或燃烧空间后，即下游。

根据本发明所述的方法确保储存器4中已经收集的凝结水可靠地排放，其中同时有效防止增压空气在阀7处于开启状态时通过储存器出口6从内燃发动机的排气道14逸出。由于λ传感器已经被提供于现代机动车的内燃发动机排气道中以进行λ控制，根据本发明所述的方法无需任何超过和多于例如实施根据本发明所述的方法仅需的另外的凝结水填充水平传感器的另外的组件。储存器4中的凝结水填充水平和/或储存器4中不存在凝结水的状态通常由通过λ传感器确定的λ值确定，该λ值以公知的方式指示相对于化学计量混合物的空气与燃料比。在化学计量燃料比的情况下，其即是理论上完全燃烧所存在燃料所需的空气量。其被描述为λ=1。如果较多燃料存在，则其被描述为浓混合物（λ<1），而在空气过量的情况下，稀混合物被描述为（λ>1）。

在阀7开启以从储存器4排放凝结水后，根据本发明将在阀7处于开启状态时确定的λ值与在阀开启前确定的λ值（例如，初始λ值）进行比较。只要凝结水位于储存器4中，增压空气就不能通过开启的储存器出口从内燃发动机的排气道14逸出，因此λ值基本上不变。但是，一旦凝结水从储存器完全排放，增压空气就可从以流体传导方式连接于排气道14的储存器4逸出，然后内燃发动机排气道中测定的λ值的值减少，因为此时供应至内燃发动机的燃料混合物较浓（λ<1）——由于增压空气从排气道逸出。阀最迟在这种状态建立时关闭，从而有效防止增压空气从排气道逸出。

阀7也可在达到上述状态前自然关闭。但是，为能够在阀7的单个开启程序期间将收集在储存器中的全部凝结水排放，本发明的有利实施方式提出，开启后的阀7仅在λ值相对于在阀开启前确定的λ值较低时关闭，从而所述λ值指示凝结水已经从储存器完全排放。

根据本发明进一步有利的实施方式，阀7在涡轮增压器装置和/或内燃发动机运转期间以预定时间间隔周期性开启。因此，确保在内燃发动机运转期间，在排气道中形成的凝结水以固定时间间隔从储存器可靠地排放。涡轮增压器装置和/或内燃发动机的所有运转模式的时间间隔可以以特别简单的方式被固定地预定，但是其也可动态地定制以适合于各个运转模式。在每种情况下选择重复和周期性开启阀的时间间隔的方式使得在储存器的凝结水容纳能力给定的情况下，防止储存器溢流。

本发明进一步有利的实施方式提出，从储存器排放的凝结水被输送到催化转化器下游和/或柴油颗粒物过滤器下游的排气道中，该催化转化器布置在排气道中，该柴油颗粒物过滤器布置在排气道中。因此，储存器出口通过流体传导连接线路（例如，连接线路8）连接于排气道。在这种情况下，关闭储存器出口的阀还可例如布置在连接储存器出口与排气道的连接线路中。

根据本发明更进一步的实施方式，可测量在内燃发动机下游和催化转化器上游和/或柴油颗粒物过滤器上游排气道中的λ值，该催化转化器布置在排气道中，该柴油颗粒物过滤器布置在排气道中。作为可选方案或除此之外，同样可测量催化转化器下游和/或柴油颗粒物过滤器下游排气道中的λ值，该催化转化器布置在排气道中，该柴油颗粒物过滤器布置在排气道中。

图2显示连接在进气道13和排气道14之间的储存器（例如，凝结水储存器）的第二实施方式。图2可包括与上文关于图1所述相似的组件。如上文关于图1所述，在涡轮增压器组装体或内燃发动机2运转期间，于进气道13中和具体地在CAC3中由进气中存在的水分形成的凝结水，被收集在储存器16中，该储存器16在图2所示的涡轮增压器组装体中独立于CAC3相对于图中通过相应的箭头指示的进气流动方向布置在其出口侧。储存器16具有储存器出口6，其可用阀7关闭。如上所述，在一个实例中，阀7是仅具有一个开启和一个关闭位置的阀。如图2所示，储存器出口6通过连接线路8流体传导地连接于内燃发动机2的排气道14，其中阀7在此实施方式中布置在连接线路8中，并且关闭或开启储存器出口6。

在涡轮增压器组装体或内燃发动机2运转期间并且阀7关闭时，进气道13的空气压力（增压空气压力）和大气的空气压力之间通常存在压力差ΔP，该进气道13的空气压力例如可通过在任意情况下在图2所示的涡轮增压器组装体中提供的进气道中的增压空气压力传感器（未显示）检测，该大气的空气压力在图2所示的实施方式实例中于排气道14中通过布置在排气道14中的催化转化器9、10和布置在排气道14中的柴油颗粒物过滤器11下游的压力传感器（未显示）检测。为确定增压空气压力和大气压力之间的压力差值ΔP，压力传感器分别电力连接于控制单元15，例如发动机控制单元（ECU）。控制单元15也适于确定压力差值ΔP，确定压力差值ΔP的瞬时变化。

如上文关于图1所述，电力连接于该控制单元的控制单元15或进一步的控制单元适当地电力连接于阀7，从而能够开启和关闭阀7，以使凝结水从储存器16排放。根据本发明，在此阀7至多只要压力差值ΔP的瞬时变化不超过预定压力阈值就开启。以这种方式，根据本发明所述的方法确保在凝结水从储存器16排放时基本上无增压空气可从内燃发动机2的进气道逸出。

在图2所示的本发明实施方式实例中，在开启后，阀7另外只有压力差值ΔP的瞬时变化超过预定压力阈值才再次关闭。这意为，在阀7的开启过程中，储存器中收集的所有凝结水均被排放，但有效防止增压空气能够通过储存器16逸出。

此外，在涡轮增压器组装体或内燃发动机2运转期间，在关闭后，阀7例如通过控制单元以预定时间间隔重复地，即周期性地再次开启，并且在上述压力差值ΔP条件下再次关闭。因此，凝结水从储存器16的排放周期性地进行。

如图2所示，从储存器16排放的凝结水通过连接线路8导入催化转化器9和10和颗粒物过滤器11两者下游的内燃发动机2的排气道14。

如上所述，在从涡轮增压器组装体——该涡轮增压器组装体包括可通过至少一个涡轮增压器增压的内燃发动机，具体地机动车的汽油或柴油发动机；和布置在涡轮增压器和内燃发动机之间的进气道中的CAC（水冷却式或空气冷却式）——排放凝结水的方法中，在进气道中——具体地在CAC中——形成的凝结水，收集在储存器中。储存器具有储存器出口，其可用阀关闭。此外，进气道和大气——即涡轮增压器组装体外的空气——的空气压力之间的压力差值通过相应的压力传感器确定，其瞬时变化也是。阀至多只要压力差值的瞬时变化不超过预定压力阈值就开启。

从储存器排放凝结水的方法，如下文在图3进一步描述，确保储存器（例如，图2所示的储存器16）中已经收集的凝结水可靠排放，其中同时有效防止增压空气在阀开启状态期间通过储存器出口从内燃发动机进气道逸出。储存器中的凝结水填充水平或储存器中不再存在凝结水的状态，完全通过阀开启状态期间的压力差值或其瞬时变化确定。只要阀关闭储存器出口，进气道的空气压力（增压空气压力）和大气的空气压力之间就存在压力差。当凝结水存在于储存器中并且阀开启时，该压力差在凝结水从储存器排放时基本上保持，或仅由于从储存器排出的凝结水体积而略微改变，因为增压空气不可通过开启的储存器出口从内燃发动机进气道逸出。但是，一旦全部凝结水均已从储存器排放，压缩的增压空气通过开启的阀从储存器流出进气道。这导致进气道中增压空气压力骤然下降。因此，选择压力差值瞬时变化的预定压力阈值，使得在由于增压空气通过开启的阀从储存器逸出而导致进气道中增压空气压力骤然下降时，压力差值的瞬时变化超过压力阈值，因此可靠地检测到储存器中不再存在凝结水的状态。最迟在此时，阀再次关闭，防止压缩的增压空气从进气道进一步逸出。

有利地，内燃发动机进气道的增压空气压力值可通过增压空气压力传感器检测，该增压空气压力传感器在任何情况下被提供在涡轮增压器组装体中，从而无需提供另外的压力传感器以实施根据本发明所述的方法，因此可使用现有的涡轮增压器组装体组件。

显然，阀可在达到上述状态前再次关闭。但是，为能够在阀的单个开启过程中排放储存器中收集的全部凝结水，本发明的有利实施方式提出，在开启后，只有压力差值的瞬时变化超过预定压力阈值，从而指示凝结水已经从储存器完全排放，阀才再次关闭。

由于进气道和大气的空气压力之间的压力差值与储存器上游进气道的空气质量流量直接相关，上述从涡轮增压器组装体排放凝结水的方法也可可选地在检测到进气道空气质量流量（MAF）及其瞬时变化——代替压力差值及其瞬时变化——时进行，如下文进一步说明。

根据本发明，在从涡轮增压器组装体——其包括可通过至少一个涡轮增压器增压的内燃发动机，具体地机动车的汽油或柴油发动机：和布置在进气道中的CAC（水冷却式或空气冷却式）——排放凝结水的可选方法中，在进气道中——具体地在CAC中——形成的凝结水，收集在储存器中。储存器具有储存器出口，其可通过阀关闭。此外，储存器上游进气道的空气质量流量（MAF）例如通过相应的空气质量流量传感器确定，其瞬时变化也是。根据本发明所述的阀至多只要空气质量流量的瞬时变化不超过预定空气质量流量阈值就开启。

根据本发明所述的可选的方法确保储存器中收集的凝结水可靠地排放，其中同时有效防止在阀开启状态期间增压空气通过储存器出口从内燃发动机进气道逸出。储存器中的凝结水填充水平或储存器中不再存在凝结水的状态，完全通过阀开启状态期间的空气质量流量或其瞬时变化确定。只要阀关闭储存器出口，就确定储存器上游进气道的具体空气质量流量。当储存器中存在凝结水并且阀开启时，该空气质量流量在凝结水从储存器排放时基本上保持，因为增压空气不可通过开启的储存器出口从内燃发动机进气道逸出。但是，一旦全部凝结水均已经从储存器排放，压缩的增压空气通过开启的阀从储存器流出进气道。这导致储存器上游进气道的空气质量流量骤然增加。因此，选择空气质量流量瞬时变化的预定空气质量流量阈值，使得在增压空气通过开启的阀从储存器逸出的情况下，空气质量流量瞬时变化超过已建立的空气质量流量阈值，因此可靠地检测储存器中不再存在凝结水时的状态。最迟在此时，阀再次关闭，防止压缩的增压空气从进气道进一步逸出。

有利地，内燃发动机进气道的空气质量流量可通过空气质量流量传感器检测，该空气质量流量传感器已经在任何情况下被提供于涡轮增压器组装体中，从而无需提供另外的空气质量流量传感器以实施根据本发明所述的方法，因此可使用现有的涡轮增压器组装体组件。

显然，阀也可在达到上述状态前再次关闭。但是，为能够在阀的单个开启过程中排放储存器中收集的全部凝结水，本发明的有利实施方式提出，在开启后，只有空气质量流量的瞬时变化超过预定空气质量流量阈值，从而指示凝结水已经从储存器完全排放，阀才再次关闭。

根据本发明进一步有利的实施方式，阀在涡轮增压器组装体或内燃发动机运转期间以预定时间间隔周期性开启。这确保内燃发动机运转期间进气道中形成的凝结水以固定间隔从储存器可靠地排放。在尤其简单的实施方式中，涡轮增压器组装体或内燃发动机的所有运转状态的时间间隔可固定地预定，但是其也可动态地适合于各个运转状态。在任何情况下，选择阀重复周期性开启的时间间隔，从而对于储存器的给定凝结水容量，避免储存器溢流。

本发明进一步有利的实施方式提出，从储存器排放的凝结水被导入布置在排气道中的催化转化器和/或布置在排气道中的柴油颗粒物过滤器下游的内燃发动机的排气道。为此，储存器出口与排气道通过流体传导连接线路连接。在这种情况下，关闭储存器出口的阀可例如也被布置在连接储存器出口与排气道的连接线路中。本发明意义的排气道包括内燃发动机中运载排气并且位于内燃发动机燃烧室下游的所有组件。

根据本发明进一步有利的实施方式，测量CAC下游和内燃发动机上游的内燃发动机进气道的空气压力，或测量涡轮增压器上游进气道的空气质量流量。

下文说明上述方法的理论基础。流过储存器出口横截面积的介质的质量流量通常根据如下确定：

$W=A\&CenterDot;\sqrt{2\&CenterDot;\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;p}}\&CenterDot;c_D$

其中：

W：质量流量

A：每时间单位介质质量经过的储存器出口的横截面积

ρ：介质密度

Δp：储存器上游进气道空气压力和大气之间的压力差

c_D：流量系数

因此，关于每时间单位流出储存器出口的凝结水（水）体积流量：

$\frac{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{Kond}}}{\mathrm{dt}}=\frac{A\&CenterDot;\sqrt{2\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Kond}}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;p}}\&CenterDot;c_{D,\mathrm{Kond}}}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Kond}}}$

其中：

ρ_Kond：凝结水密度

c_D,Kond：凝结水流量系数

以及，关于每时间单位流出储存器出口的空气体积流量：

$\frac{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{Luft}}}{\mathrm{dt}}=\frac{A\&CenterDot;\sqrt{2\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Luft}}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;p}}\&CenterDot;c_{D,\mathrm{Luft}}}{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Luft}}}$

其中：

ρ_Luft：空气密度

c_D,Luft：空气流量系数

假设流出储存器的凝结水体积流量等于流出储存器的空气体积流量，这意为

$\frac{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{Kond}}}{\mathrm{dt}}=\frac{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{Luft}}}{\mathrm{dt}}$ 和C_D,Kond=C_D,Luft

因此，其符合：

$\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Kond}}}}=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Luft}}}}.$

但是，事实上，对于

ρ_Kond=ρ_Wasser=1000kg/m³和

ρ_Luft=1.4kg/m³

凝结水与空气的密度平方根之间的比为：

$\frac{\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Kond}}}}{\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{Luft}}}}=26.7$

因此，这表明流出储存器的凝结水体积流量等于流出储存器的空气体积流量的假设是不正确的。

在上文所示的凝结水和空气密度平方根之间的比中，压力降或空气质量流量基于进气道中的空气或凝结水流出而相应地表现，因此根据本发明充当控制阀的基础，如上文已经详细描述。

图1和图2的发动机系统均可包括λ传感器（一个或多个）12。进一步，图1和2的控制单元15可，响应来自λ传感器12的一个或多个空燃比（例如，λ）测量、来自空气质量流量传感器（图1和2中未显示）的空气质量流量（MAF）测量，和/或通过进气道13和排气道14中的压力传感器确定的ΔP测量，控制阀7。响应一个或多个上述发动机工况调节阀7（例如，凝结水阀）以控制来自凝结水储存器（如储存器4或储存器16）的凝结水流量的方法在下文关于图3进一步描述。图3所述的方法可在包括储存器如图1所示储存器4或图2所示储存器16的发动机系统中实施。在其他实施方式中，储存器可以是布置在CAC下游进气道和排气道之间的不同形状或类型的储存器。

图1-2的系统提供这样的发动机系统，其包括发动机进气歧管、涡轮增压器、布置在进气歧管上游进气道中的增压空气冷却器、连接于增压空气冷却器下游进气道的凝结水储存器——该凝结水储存器包括排水阀，控制从储存器流出并且流至柴油颗粒物过滤器和催化转化器下游的排气道的凝结水流量——和控制单元，具有计算机可读指令，用于开启排水阀以从储存器排放凝结水和然后响应凝结水储存器上游进气道的空气质量流量增加到初始空气质量流量以上阈值量而关闭排水阀，该初始空气质量流量在开启排水阀前确定。

指令进一步包括，响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，关闭排水阀，该初始空燃比在开启排水阀前确定。空燃比通过布置在排气道中的λ传感器确定。此外，指令包括，响应进气道和大气之间的压力差减少到初始压力差以下阈值量，关闭排水阀，该初始压力差在开启排水阀前确定。进一步，指令进一步包括，在发动机未处于稳态时保持排水阀关闭。

现转至图3，显示响应发动机工况从凝结水储存器排放凝结水的方法300。具体地，排水阀（如图1-2所示阀7）可开启以从凝结水储存器（如图1和图2分别所示的凝结水储存器4或16）排放凝结水。执行方法400的指令可存储在控制器中，如图1-2所示控制单元15。进一步，控制器可响应不同发动机工况调节排水阀位置（例如，开启和关闭阀）。

方法300开始于302，估测和/或测量发动机工况。发动机工况可包括发动机转速和负荷、大气压力、进气压力（例如，进气道的增压空气压力）、排气压力、排水阀位置、MAF、空燃比（例如，通过一个或多个λ传感器测量的λ值）、大气温度、CAC进口和出口的增压空气温度等。

在304，方法包括确定是否该开启排水阀。如上所述，在一个实例中，控制器可在发动机运转期间以预定时间间隔周期性开启排水阀。可固定地预定涡轮增压器装置和/或内燃发动机的所有运转模式的时间间隔。但是，在其他实例中，时间间隔可动态定制以适合于各个运转模式。例如，在每种情况下可选择重复和周期性开启排水阀的时间间隔，其方式使得对于给定的储存器凝结水容纳能力，防止储存器溢流或填充至阈值水平。在又一实例中，控制器可响应发动机工况开启排水阀。例如，如果大气温度或CAC温度指示凝结水形成增加，则控制器可开启排水阀。

如果在304不该开启排水阀，方法前进至306，保持排水阀关闭。但是，如果该开启排水阀，方法前进至308，确定发动机是否处于稳态。稳态条件可包括其中扭矩要求相对恒定的条件。例如，空气质量流量（MAF）、增压空气压力和空燃比（λ）可在稳态发动机运转期间不变。如果发动机未处于稳态条件，方法前进至306，保持排水阀关闭。可选地，如果发动机处于稳态条件，方法前进至310，确定初始λ（例如，空燃比）、初始ΔP（进气道增压空气压力和大气压力之间的差）和初始MAF。然后在312，控制器开启排水阀。由此，凝结水可从凝结水储存器排放。

在314，方法包括确定自初始λ的λ变化，Δλ，是否大于第一阈值T1，自初始ΔP的ΔP变化，ΔΔP，是否大于第二阈值T2，和/或自初始MAF的MAF变化，ΔMAF，是否大于第三阈值T3。如果在314无条件被满足，在316控制器保持排水阀开启。但是，如果在314一个或多个条件被满足，在318控制器关闭排水阀。例如，在314一个或多个条件可指示凝结水储存器是空的和增压空气正通过开启的排水阀从进气道逸出。因此，可确定第一阈值、第二阈值和第三阈值，以使这些值代表增压空气通过储存器经由开启的排水阀从进气道逸出。

在一些实施方式中，仅λ变化、MAF变化或ΔP变化其中一个可通过控制器监测和导致排水阀在318关闭。因此，方法在314可仅包括相对于在排水阀开启前确定的相应的初始值确定这些值中的一个。在其他实施方式中，λ变化、MAF变化或ΔP变化的任意组合可通过控制器监测和导致排水阀在318关闭。

以这种方式，发动机方法包括开启布置在凝结水储存器中的排水阀，该凝结水储存器流体连通地连接于增压空气冷却器下游进气道；和响应发动机压力减少到初始发动机压力以下阈值量，关闭排水阀，该初始发动机压力在开启排水阀前确定。在一个实例中，发动机压力是在凝结水储存器下游和发动机上游进气道中测量的发动机进气压力。更具体地，在一些实例中，进气压力与环境压力相关，使得发动机压力是进气道和大气之间的压力差。阈值量是基于压力降，指示增压空气通过凝结水储存器和开启的排水阀从进气道逸出。

在一个实例中，开启排水阀包括在发动机运转期间以预定时间间隔开启排水阀。在另一实例中，开启排水阀包括响应发动机工况开启排水阀，并且其中发动机工况包括大气温度和增压空气冷却器温度中的一个或多个。此外，开启排水阀可包括仅在稳态发动机工况期间开启排水阀，稳态发动机工况包括相对恒定的扭矩要求。

方法可进一步包括，响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，关闭排水阀，该初始空燃比在开启排水阀前确定。此外，方法可包括，响应储存器上游进气道的空气质量流量增加到初始空气质量流量以上阈值量，关闭排水阀，该初始空气质量流量在开启排水阀前确定。

图4显示响应发动机工况调节凝结水储存器排水阀如图1-2所示储存器4或储存器16其中之一的阀7的图形实例。具体地，图400在图线402显示排水阀位置变化，在图线404显示凝结水储存器水（例如，凝结水）的水平变化，在图线406显示λ（例如，空燃比）变化，在图线408显示MAF变化，在图线410显示CAC下游进气道和大气的压力差ΔP的变化，和在图线412显示扭矩要求变化。发动机控制器，如图1-2所示控制单元15，可响应从凝结水储存器排放凝结水期间MAF、ΔP、和或λ的变化关闭排水阀。如上所述，控制器可在发动机运转期间周期性开启排水阀。进一步，储存器水水平可相应于凝结水储存器中的凝结水量或水平。如上所述，MAF可在凝结水储存器上游进气道中确定。

在时间t1前，储存器水水平大于零（图线404），从而指示储存器中存在凝结水。还在时间t1前，排水阀关闭（图线402），并且扭矩要求相对恒定（图线412）。在时间t1，控制器可响应该开启排水阀的指示开启排水阀。例如，时间t1可符合排水阀开启的固定间隔。而且，由于发动机处于稳态——如相对恒定的扭矩要求指示，排水阀在时间t1开启。

在时间t1开启排水阀后，随着凝结水从储存器排出并排入排气道，储存器水水平开始减少（图线404）。在时间t2，储存器水水平可以相对为零，指示相对地所有凝结水已经从储存器排放（图线404）。一旦所有凝结水已经从储存器排放，压缩的增压空气可开始通过开启的排水阀从储存器流出进气道。如在时间t2和时间t3之间可见，增压空气从进气道逸出导致ΔP骤然下降、λ骤然下降或MAF骤然增加。

如图4所示，在时间t3，λ可减少到初始λ值（例如，时间t2前的λ值）以下。具体地，控制器可响应λ值减少到初始λ值以下第一阈值量（图线406），在时间t3关闭排水阀。第一阈值量可由第一阈值线T1指示。还在时间t3，MAF可增加到初始MAF（例如，时间t2前的MAF）以上。具体地，控制器可响应MAF增加到初始MAF以上第二阈值量（图线408），在时间t3关闭排水阀。第二阈值量在图400中可由第二阈值线T2指示。进一步在时间t3，ΔP可减少到初始ΔP值以下。具体地，控制器可响应ΔP值减少到初始ΔP值以下第三阈值量（图线410），在时间t3关闭排水阀。第三阈值量可由第三阈值线T3指示。如上所述，时间t3和时间t4之间的λ值减少、MAF增加和/或ΔP减少可指示增压空气通过凝结水储存器出口和排水阀从进气道逸出。因此，控制器关闭排水阀以减少任何进一步的增压空气通过排水阀从储存器出口逸出。

在时间t3后，储存器水水平可增加（图线404）。经过一段时间后，在时间t4，控制器可指示该开启排水阀和从凝结水储存器排放凝结水。但是，在时间t4，扭矩要求可正在增加（图线412），从而指示发动机未处于稳态。由此，排水阀可保持关闭，即使已经到达开启排水阀的预定时间间隔。控制器可等待直至发动机再次处于稳态，然后开启排水阀。

注意，本文包括的实例控制和评价程序可用于不同发动机和/或车辆系统配置。本文描述的具体程序可代表任何数量的处理策略如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程及类似处理策略中的一种或多种。由此，示例的不同动作、操作和/或功能可以示例顺序进行、平行进行或在一些情况下被省略。同样，该处理顺序不一定被要求以实现本文描述的实例实施方式的特征和优势，而是被提供以便于示例和描述。示例动作、操作和/或功能中的一种或多种可取决于所用具体策略而重复进行。进一步，所述动作、操作和/或功能可图形表示将被编码到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码。

以这种方式，发动机方法包括开启布置在凝结水储存器的储存器出口中的排水阀，该凝结水储存器流体连通地连接于增压空气冷却器下游进气道；和响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，关闭排水阀，该初始空燃比在开启排水阀前确定。阈值量是基于空燃比减少，指示增压空气通过凝结水储存器和开启的排水阀从进气道逸出。此外，空燃比用布置在发动机下游和催化转化器和柴油颗粒物过滤器其中一个或多个的上游的排气道中的空燃比传感器测量。在一个实例中，开启排水阀包括在发动机运转期间以预定时间间隔周期性开启排水阀。

方法进一步包括仅在稳态发动机工况期间开启排水阀，稳态发动机工况包括相对恒定的扭矩要求。在一个实例中，关闭排水阀进一步响应发动机压力减少到初始发动机压力以下阈值量，该初始发动机压力在开启排水阀前确定。在一个实例中，发动机压力是进气道压力和大气压力之间的压力差。在另一实例中，关闭排水阀进一步响应储存器上游进气道的空气质量流量增加到初始空气质量流量以上阈值量，该初始空气质量流量在开启排水阀前确定。

应该理解，本文公开的构造和程序实质上是示例性的，并且这些具体实施方式不以限制性的意义被看待，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可适用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造与其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合以及亚组合。

所附权利要求具体指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和亚组合。这些权利要求可能涉及“一个(an)”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应该被理解为包括结合一个或多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和亚组合可通过修改本申请权利要求书或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而得到保护。这些权利要求——无论其范围对于原始权利要求更宽、更窄、相同或不同——也被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.发动机方法，包括：

开启布置在凝结水储存器中的排水阀，所述凝结水储存器流体连通地连接于增压空气冷却器下游的进气道；和

响应发动机压力减少到初始发动机压力以下阈值量，关闭所述排水阀，所述初始发动机压力在开启所述排水阀前确定。

2.权利要求1所述的发动机方法，其中所述开启排水阀包括在发动机运转期间以预定时间间隔开启所述排水阀。

3.权利要求1所述的发动机方法，其中所述开启排水阀包括，响应发动机工况，开启所述排水阀，并且其中所述发动机工况包括大气温度和所述增压空气冷却器温度中的一个或多个。

4.权利要求1所述的发动机方法，进一步包括仅在稳态发动机工况期间开启所述排水阀，所述稳态发动机工况包括相对恒定的扭矩要求。

5.权利要求1所述的发动机方法，进一步包括，响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，关闭所述排水阀，所述初始空燃比在开启所述排水阀前确定。

6.权利要求1所述的发动机方法，进一步包括，响应所述凝结水储存器上游的所述进气道的空气质量流量增加到初始空气质量流量以上阈值量，关闭所述排水阀，所述初始空气质量流量在开启所述排水阀前确定。

7.权利要求1所述的发动机方法，其中所述发动机压力是发动机进气压力，并且其中所述阈值量是基于压力降，指示增压空气通过所述凝结水储存器和所述排水阀从所述进气道逸出。

8.发动机系统，包括：

发动机的进气歧管；

涡轮增压器；

增压空气冷却器，布置在所述进气歧管上游的进气道中；

凝结水储存器，连接于所述增压空气冷却器下游的所述进气道，所述凝结水储存器包括排水阀，所述排水阀控制从所述凝结水储存器流出和流至柴油颗粒物过滤器和催化转化器下游排气道的凝结水流量；和

控制单元，具有计算机可读指令，用于开启所述排水阀以从所述凝结水储存器排放凝结水，然后响应所述凝结水储存器上游的所述进气道中的空气质量流量增加到初始空气质量流量以上阈值量，关闭所述排水阀，所述初始空气质量流量在开启所述排水阀前确定。

9.权利要求8所述的发动机系统，其中所述指令进一步包括，响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，关闭所述排水阀，所述初始空燃比在开启所述排水阀前确定。

10.权利要求9所述的发动机系统，其中所述空燃比通过布置在所述排气道中的λ传感器确定。

11.权利要求8所述的发动机系统，其中所述指令进一步包括，响应所述进气道和大气之间的压力差减少到初始压力差以下阈值量，关闭所述排水阀，所述初始压力差在开启所述排水阀前确定。

12.权利要求8所述的发动机系统，其中所述指令进一步包括在所述发动机未处于稳态时保持所述排水阀关闭。

13.发动机方法，包括：

开启布置在凝结水储存器的储存器出口中的排水阀，所述凝结水储存器流体连通地连接于增压空气冷却器下游的进气道；和

响应空燃比减少到初始空燃比以下阈值量，关闭所述排水阀，所述初始空燃比在开启所述排水阀前确定。

14.权利要求13所述的发动机方法，其中开启所述排水阀包括在发动机运转期间以预定时间间隔周期性开启所述排水阀。

15.权利要求13所述的发动机方法，其中所述空燃比用空燃比传感器测量，所述空燃比传感器布置在发动机下游和催化转化器和柴油颗粒物过滤器其中一个或多个的上游的排气道中。

16.权利要求13所述的发动机方法，进一步包括仅在稳态发动机工况期间开启所述排水阀，所述稳态发动机工况包括相对恒定的扭矩要求。

17.权利要求13所述的发动机方法，进一步包括，响应发动机压力减少到初始发动机压力以下阈值量，关闭所述排水阀，所述初始发动机压力在开启所述排水阀前确定。

18.权利要求17所述的发动机方法，其中所述发动机压力是进气道压力和大气压力之间的压力差。

19.权利要求13所述的发动机方法，进一步包括，响应所述凝结水储存器上游的所述进气道中的空气质量流量增加到初始空气质量流量以上阈值量，关闭所述排水阀，所述初始空气质量流量在开启所述排水阀前确定。

20.权利要求13所述的发动机方法，其中所述阈值量是基于空燃比减少，指示增压空气通过所述凝结水储存器和所述开启的排水阀从所述进气道逸出。

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