CN105240109B - 用于发动机的冷凝控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制发动机(102)的进气歧管(106)内的水的冷凝的系统。该系统包括构造成生成指示进气的湿度的信号的湿度传感器(202)。该系统还包括与湿度传感器(202)可通信地联接的控制器(118)。该控制器(118)构造成接收指示进气的湿度的信号。该控制器(118)还构造成控制发动机(102)和发动机构件(114)中的至少一者的工作参数以将进气歧管(106)内的进气的湿度维持在预定阈值之上。

Description

用于发动机的冷凝控制系统
技术领域
本发明涉及发动机系统中的冷凝控制，更具体地涉及控制发动机的进气歧管内的冷凝。
背景技术
采用涡轮增压器的内燃发动机还可采用后冷却器装置。在发动机的高功率状态和进气的高湿度期间，进气中存在的水分会在进气歧管内冷凝。此外，水分的冷凝会在后冷却器内或后冷却器相对于进气在系统中的流动方向的下游发生。
冷凝的水分会影响一个或多个发动机构件的健康。例如，冷凝的水分可能与发动机构件中存在的沉积物混合并且可能形成对发动机构件的健康有害的不希望有的化合物。这些不希望有的化合物可能毁坏发动机构件，例如后冷却器、混合器、管道和其它这样的装置。
因此，需要一种控制发动机内的水分的冷凝的系统。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种用于控制发动机的进气歧管内的水的冷凝的系统。该系统包括构造为生成指示(表征)进气的湿度的信号的湿度传感器。该系统还包括与该湿度传感器可通信地联接的控制器。该控制器构造成接收指示进气的湿度的信号。该控制器还构造成控制发动机和发动机构件中的至少一者的工作参数，以将进气歧管内的进气的湿度维持在预定阈值之下。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于控制发动机的进气歧管内的水的冷凝的方法。该方法包括接收指示进气的湿度的信号。该方法还包括控制发动机和发动机构件中的至少一者的工作参数以将进气歧管内的进气的湿度维持在预定阈值之下。
本发明的其它特征和方面将从下文的描述和附图而显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的示例性发动机系统的示意性表示；
图2是根据本发明的一个实施例的冷凝控制系统的框图；以及
图3是根据本发明的一个实施例的用于操作冷凝控制系统的方法的流程图。
具体实施方式
只要有可能，所有附图中将使用相同的标号来表示相同或相似的零件。参照图1，示出了示例性的发动机系统100。发动机系统100包括发动机102。发动机102被实施为由柴油燃料提供动力的内燃发动机。在其它实施例中，发动机102可由任何其它燃料—例如，汽油、天然气、它们的混合物等—提供动力。在又一些实施例中，发动机102可以是燃气涡轮发动机。
发动机系统100包括设置成与发动机102流体连通的涡轮增压器104。更具体地，涡轮增压器104设置在发动机102相对于进气的流动方向的上游。此外，涡轮增压器104设置成与和发动机102相关联的进气歧管106流体连通。涡轮增压器104包括与涡轮110可驱动地联接的压缩机108。涡轮110由从与发动机102相关联的排气歧管112离开的排气驱动，该涡轮则驱动压缩机108。压缩机108构造成压缩并增加供给到进气歧管106之前的进气的密度。
此外，发动机系统100包括设置在涡轮增压器104相对于进气的流动方向的下游的发动机构件114，例如后冷却器116。后冷却器116设置成与压缩机108和进气歧管106流体连通。后冷却器116构造成降低供给到进气歧管106之前的压缩机108下游的进气的温度。在其它实施例中，发动机构件114可以是中间冷却器(未示出)。中间冷却器可设置在涡轮增压器104内，更具体地进气的连续压缩阶段之间。出于说明本发明的目的，下文中考虑的发动机构件114为后冷却器116。应当指出的是，本发明可不加以任何限制地应用于中间冷却器或其组合。
发动机系统100包括控制器118。控制器118可位于发动机102的内部或外部。控制器118与发动机102和/或后冷却器116可通信地联接并且将参考图2详细说明。控制器118可实施为用于从冷凝控制系统200的构件接收信号的单个微处理器或多个微处理器。许多可商购的微处理器可构造成执行控制器118的功能。应当了解的是，控制器118可实施为能够控制许多机器功能的机器微处理器。本领域普通技术人员将了解的是，控制器118还可包括其它构件并且还可执行文中未描述的其它功能。
本发明涉及用于发动机102的冷凝控制系统200。参照图2，示出了冷凝控制系统200的框图。冷凝控制系统200构造成控制与发动机相关联的构件如进气歧管106内的水的冷凝。冷凝控制系统200包括与发动机102相关联的湿度传感器202。湿度传感器202位于发动机102内。更具体地，湿度传感器202位于进气歧管106内。湿度传感器202构造成生成指示进气歧管106内的进气的湿度的信号。进气的该湿度可以是对进气歧管106内存在的进气的相对湿度的推测。
冷凝控制系统200包括与湿度传感器202可通信地联接的控制器118。因此，控制器118构造成接收指示进气的湿度的信号。基于所接收的指示进气的湿度的信号，控制器118构造成控制发动机102和后冷却器116中的至少一者的工作参数以将进气歧管106内的进气的湿度维持在预定阈值之下。该预定阈值可以是阈值相对湿度的值。控制器118可构造成通过参照存储在与控制器118可通信地联接的数据库204中的脉谱图或查找表来取得预定阈值的值。在其它实施例中，该预定阈值的值可存储在控制器118的存储器(未示出)中。
例如，当该预定阈值可以是100％时，控制器118可构造成控制发动机102和后冷却器116中的至少一者的工作参数以将进气的湿度维持在100％以下。应当指出的是，文中描述的预定阈值的值仅仅是示例性的并且可根据设计和构型而变化。更具体地，可改变进气歧管106内的进气的温度以修改进气的湿度。
发动机102的工作参数可包括发动机102的转速和发动机102的功率输出—例如发动机102的转矩输出—中的至少一者。例如，当进气歧管106内的进气的湿度可能约等于或高于预定阈值时，发动机102可以调低(de-rate)以降低发动机102的功率输出和/或转速。发动机102的调低可降低进气歧管106内的压力。进气歧管106内的压力的降低又可将进气的湿度降低到预定阈值之下。此外，发动机102的调低可在进气歧管106内的进气的湿度可能下降到预定阈值之下时停止。应当指出的是，可以以许多本领域技术人员公知的方式来控制发动机102的工作参数。控制文中描述的发动机102的工作参数的技术是示例性的且不限制本发明的范围。
后冷却器116的工作参数可以是后冷却器116的状态和后冷却器116的温度中的至少一者。例如，当进气歧管106内的进气的湿度可约等于或高于预定阈值时，后冷却器116可临时关闭以提高进气的温度。提高进气的温度可降低进气的湿度。此外，当进气的湿度可能下降到预定阈值之下时，后冷却器116可打开。在其它实施例中，可修改后冷却器116的温度以便改变进气歧管106内的进气的温度和因此湿度。应当指出的是，可以以许多本领域技术人员已知的方式来控制后冷却器116。控制文中描述的后冷却器116的技术是示例性的且不限制本发明的范围。
在冷凝控制系统200的另一构型中，冷凝控制系统200可包括至少一个进气参数传感器206，下文称为IAP传感器206。IAP传感器206构造成生成指示进气的至少一个参数的信号。IAP传感器206包括压力传感器208。压力传感器208位于与发动机102相关联的进气歧管106内。压力传感器208构造成生成指示进气歧管106内的进气的压力的信号。
在其它实施例中，控制器118可由发动机102的工作参数—包括但不限于发动机102的转速、发动机102的功率输出和发动机102的负荷—来确定进气歧管106内的进气的压力。在这种情形中，控制器118可基于预先标定的数据集来确定进气歧管106内的进气的压力。预先标定的数据集可包括查找表。该查找表可存储在与控制器118可通信地联接的数据库204或控制器118的存储器(未示出)中。在其它实施例中，预先标定的数据集可包括存储在数据库204或控制器118的存储器中的基准脉谱图。
查找表和/或基准脉谱图可以包括进气歧管106内的进气的压力的与发动机102的工作参数的不同值对应的预定读数。在又一些实施例中，预先标定的数据集可以是预定的数学方程式、关系式、模型或已知的算法。例如，多元多项式回归模型、基于物理学的模型、神经网络模型、任何其它模型或算法、或本领域中已知的它们的组合。
此外，IAP传感器206包括温度传感器210。在一个实施例中，温度传感器210可位于后冷却器116的入口处。因此，温度传感器210可构造成生成指示进入后冷却器116之前的进气的温度的信号。在另一个实施例中，温度传感器210可位于涡轮增压器104的压缩机108的入口处。因此，温度传感器210可构造成生成指示进入涡轮增压器104之前的进气的温度的信号。
冷凝控制系统200还包括与发动机102相关联的湿度传感器202。湿度传感器202可基于温度传感器210的位置而位于发动机102内或外部的任何位置。例如，在一个实施例中，当温度传感器210可位于后冷却器116的入口处时，湿度传感器202也可位于后冷却器116的入口处。在另一个实施例中，当温度传感器210可位于涡轮增压器104的入口处时，湿度传感器202也可位于涡轮增压器104的入口处。应当指出的是，湿度传感器202的位置仅仅是示例性的并且可根据系统设计和构型变化。湿度传感器202构造成生成指示进气的湿度的信号。
冷凝控制系统200包括进气歧管温度传感器212，下文称为IMT传感器212。IMT传感器212位于进气歧管106内。IMT传感器212构造成生成指示进气歧管106内的进气的当前温度的信号。
冷凝控制系统200包括与湿度传感器202、压力传感器208和温度传感器210可通信地联接的控制器118。因此，控制器118构造成接收分别指示进气的湿度、压力和温度的信号。
控制器118还与IMT传感器212可通信地联接。因此，控制器118构造成接收指示进气歧管106内的进气的当前温度的信号。应当指出的是，在其它实施例中，控制器118可通过本领域已知的任何其它方法来确定进气歧管106内的进气的当前温度。例如，控制器118可由发动机102的工作参数—例如发动机102的转速、发动机102的功率输出等—来推导进气歧管106内的进气的当前温度。
在这种状况下，控制器118可基于预先标定的数据集来确定进气歧管106内的进气的当前温度。预先标定的数据集可包括查找表。该查找表可存储在与控制器118可通信地联接的数据库204或控制器118的存储器(未示出)中。在其它实施例中，预先标定的数据集可包括存储在数据库204或控制器118的存储器中的基准脉谱图。
查找表和/或基准脉谱图可以包括进气歧管106内的进气的当前温度的与发动机102的工作参数的不同值对应的预定读数。在又一些实施例中，预先标定的数据集可以是预定的数学方程式、关系式、模型或已知的算法。例如，多元多项式回归模型、基于物理学的模型、神经网络模型、任何其它模型或算法、或本领域中已知的它们的组合。
基于接收的信号，控制器118构造成将进气的湿度、压力和温度与预先标定的数据集进行比较。基于该比较，控制器118还构造成确定预定阈值以控制发动机102和后冷却器116中的至少一者的工作参数。在这种状况下，该预定阈值是进气歧管106内的进气的露点温度。
在一个实施例中，预先标定的数据集可包括查找表。该查找表可存储在与控制器118可通信地联接的数据库204或控制器118的存储器(未示出)中。在其它实施例中，预先标定的数据集可包括存储在数据库204或控制器118的存储器中的基准脉谱图。
查找表和/或基准脉谱图可包括露点温度的与进气的压力、进气的温度和进气的湿度的不同值对应的预定读数。在又一些实施例中，预先标定的数据集可以是预定的数学方程式、关系式、模型或已知的算法。例如，多元多项式回归模型、基于物理学的模型、神经网络模型、任何其它模型或算法、或本领域中已知的它们的组合。
基于所确定的露点温度，控制器118还构造成控制发动机102和后冷却器116中的至少一者的工作参数，以将进气歧管106内的进气的当前温度维持在露点温度之上。发动机102的工作参数可包括发动机102的转速和发动机102的功率输出—例如发动机102的扭矩输出—中的至少一者。后冷却器116的工作参数可以是后冷却器116的状态和后冷却器116的温度中的至少一者。
例如，当进气歧管106内的进气的当前温度可能约等于或低于露点温度时，后冷却器116可暂时关闭以将进气的当前温度提升到露点温度之上。此外，后冷却器116可在进气的当前温度可能上升到露点温度之上时打开。在其它实施例中，可修改后冷却器116的温度以便改变进气歧管106内的进气的当前温度。应当指出的是，可以以本领域技术人员已知的许多方式来控制后冷却器116。控制文中描述的后冷却器116的技术是示例性的且不限制本发明的范围。
在其它实施例中，控制器118构造成基于预先标定的数据集来控制发动机102的工作参数。在一个实施例中，预先标定的数据集可包括查找表。该查找表可存储在与控制器118可通信地联接的数据库204或控制器118的存储器中。相应地，预定标定的数据集可包括存储在数据库204或控制器118的存储器中的基准脉谱图。查找表和/或基准脉谱图可包括发动机102的工作参数的与进气歧管106内的进气的当前温度的不同值对应的预定读数。
在又一些实施例中，预先标定的数据集可以是预定的数学方程式、关系式、模型或已知的算法。例如，多元多项式回归模型、基于物理学的模型、神经网络模型、任何其它模型或算法、或本领域中已知的它们的组合。控制器118可从数据库204取得各读数并且将各读数与进气歧管106内的当前温度和露点温度进行比较，以便控制发动机102的转速或功率输出。应当指出的是，用于将进气歧管106内的当前温度维持在露点温度之上的文中描述的方法是示例性的且不限制本发明的范围。
工业适用性
本发明涉及对与发动机相关联的构件—例如进气歧管—内的水的冷凝的控制。该控制器可控制发动机和发动机构件中的至少一者的工作参数，以便将进气歧管内的进气的湿度和/或当前温度维持在预定阈值之下。通过将进气歧管内的进气的湿度和/或当前温度维持在预定阈值之下，进气中存在的可能冷凝的水的数量可被减少、最小化或阻止，视情形而定。
参照图3，示出了方法300的流程图。在步骤302，控制器118从湿度传感器202接收指示进气的湿度的信号。在步骤304，基于所接收的信号，控制器118控制发动机102和后冷却器116中的至少一者的工作参数，以将进气歧管106内的进气的湿度维持在预定阈值之下。在这种状况下，该预定阈值是阈值相对湿度的值。
控制器118基于预先标定的数据集来控制发动机102和后冷却器116中的至少一者的工作参数。发动机102的工作参数可包括发动机102的转速和发动机102的功率输出中的至少一者。后冷却器116的工作参数可包括后冷却器116的状态和后冷却器116的温度中的至少一者。
在其它实施例中，连同指示进气的湿度的信号一起，控制器118还从压力传感器208接收指示进气歧管206内的进气的压力的信号。在其它实施例中，控制器118可由发动机102的工作参数—包括但不限于发动机102的转速、发动机102的功率输出和发动机102的负荷—来确定进气歧管106内的进气的压力。此外，控制器118从温度传感器210接收指示进气的温度的信号。
此外，控制器118从IMT传感器212接收指示进气歧管106内的进气的当前温度的信号。在其它实施例中，控制器118可由发动机102的工作参数—例如发动机102的转速、发动机102的功率输出等—来确定进气歧管106内的进气的当前温度。
基于所接收的信号，控制器118将进气的湿度、温度和压力与预先标定的数据集进行比较。基于该比较，控制器118确定预定阈值以控制发动机102和发动机构件114中的至少一者的工作参数。发动机构件114可以是后冷却器116和中间冷却器中的至少一者。在这种状况下，该预定阈值是进气歧管106内的进气的露点温度。
基于所确定的露点温度，控制器118基于预先标定的数据集来控制发动机102和/或后冷却器116的工作参数，以将进气歧管106内的进气的当前温度维持在露点温度之上。发动机102的工作参数可包括发动机102的转速和发动机102的功率输出中的至少一者。后冷却器116的工作参数可以是后冷却器116的状态和后冷却器116的温度中的至少一者。
虽然已参考以上实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但本领域技术人员将理解的是，通过对所公开的机器、系统和方法的修改，可设想各种其它实施例而不脱离本发明的精神和范围。此类实施例应该理解为处在基于权利要求及其任何等效方案而确定的本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种用于控制发动机(102)的进气歧管(106)内的水的冷凝的系统，该系统包括：
湿度传感器(202)，该湿度传感器构造为生成指示进气的湿度的信号；以及
与该湿度传感器(202)可通信地联接的控制器(118)，所述控制器(118)构造成：
接收所述指示进气的湿度的信号；并且
控制所述发动机(102)和发动机构件(114)中的至少一者的工作参数，以将所述进气歧管(106)内的进气的湿度维持在预定阈值之下，其中，所述控制器(118)还构造成：
接收指示进气的温度的信号；
确定该进气歧管(106)内的进气的压力；
将所述进气的湿度、温度和压力与预先标定的数据集进行比较；并且
至少部分基于所述比较来确定所述预定阈值以控制所述工作参数。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
温度传感器(210)，该温度传感器构造为生成指示进气的温度的信号；以及
压力传感器(208)，该压力传感器构造为生成指示进气歧管(106)内的进气的压力的信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器(118)还构造成：
接收指示发动机(102)的负荷的信号，以用于确定进气歧管(106)内的进气的压力。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括：
进气歧管温度传感器(212)，该进气歧管温度传感器构造为生成指示进气歧管(106)内的进气的当前温度的信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发动机构件(114)是后冷却器(116)和中间冷却器中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发动机(102)的工作参数包括所述发动机(102)的转速和所述发动机(102)的功率输出中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发动机构件(114)的工作参数包括所述发动机构件(114)的状态和所述发动机构件(114)的温度中的至少一者。
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