CN105308286A - 增压器排气旁通 - Google Patents

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Abstract

一种增压器排气旁通系统包括：包括入口和出口的增压器；连接至增压器出口的旁通阀；连接成从增压器的出口接收压缩空气并且连接成冷却和排出空气的第一中间冷却器；第二中间冷却器，该第二中间冷却器包括封套入口、排气入口、排气出口、位于排气入口与排气出口之间的排气通路、和连接至封套入口并且包围排气通路的封套；发动机系统，该发动机系统连接成从第一中间冷却器接收排出的空气并且还连接成向第二中间冷却器的排气入口输出排气；和旁通管道，该旁通管道连接至旁通阀并且连接至封套入口。

Description

增压器排气旁通
本申请要求2013年8月27日提交的美国临时专利申请61/870,487和2013年6月21日提交的美国临时专利申请61/837,700的优先权，所述申请的全部内容并入本文作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及一种排气冷却系统。更具体地，本发明涉及一种用于车辆的燃烧系统，其中来自增压器的压缩空气被分流至用于在催化剂之前冷却燃烧排气的中间冷却器的冷却封套。
背景技术
车辆如汽车、卡车或作业机器使用增压器来提高发动机的效率并增加发动机功率。增压器是一种加压进气至大气压之上的装置。通过加压空气，增压器使得在发动机的每个循环能够有更大质量的氧气可用于燃烧。更具体地，需要更多燃料来产生更多功率。然而，如果不存在足够的氧气以燃烧燃料，则不能仅仅向发动机中添加更多燃料。通过向系统提供更多氧气，增压器使得向系统添加更多燃料成为可能。由于更多燃料可用于燃烧并且每个循环的做功更多，所以由发动机产生的功率增加。增压可对车辆的传动系增加更多马力和更多转矩。
然而，为了向车辆提供更多功率，增压器的效率需要处于其峰值。增压器出口空气可经增压器的入口再循环返回以降低发动机在不需要最大增压器功率的状态期间接收的压力和输入功率。然而，该环形旁通引起容量的浪费并且使加热后的空气返回增压器的入口，从而降低了增压器效率。这种情况下，为使增压器以峰值效率工作，离开增压器的加热后的压缩空气在它进入发动机的燃烧室之前必须冷却。
此外，从发动机排出的排气在从车辆排出之前从诸如催化转化器的催化剂通过。催化剂用于通过化学反应来将排气中的毒性燃烧副产品转化为毒性较低的物质。排气催化剂通常工作的温度在150-600℃左右，不过一些催化剂可在更高的温度下工作。尽管许多催化剂被设计成耐受长时间的高温运转并且反复暴露于超过800℃的温度，但高温会造成许多严重后果。高温可能影响催化剂的所有成分。例如，贵金属粒子可能烧结，从而引起可用于催化反应的金属的比例的减小。
一种降低进入催化剂的排气的温度的方式是喷射燃料到排气流中。然而，这将引起燃料用量的增加和燃料经济性的下降。
因此，需要一种改进的系统以最大限度地提高增压器的效率并冷却进入催化剂的排气。
发明内容
在一个实施例中，一种增压器排气旁通系统可包括：包括入口和出口的增压器；连接至增压器出口的旁通阀；连接成从增压器的出口接收压缩空气并且连接成冷却和排出空气的第一中间冷却器；第二中间冷却器，该第二中间冷却器包括封套入口、排气入口、排气出口、位于排气入口与排气出口之间的排气通路、和连接至封套入口并且包围排气通路的封套；发动机系统，该发动机系统连接成从第一中间冷却器接收排出的空气并且还连接成向第二中间冷却器的排气入口输出排气；和旁通管道，该旁通管道连接至旁通阀并且连接至封套入口。
在另一实施例中，一种增压器排气旁通系统可包括：用于压缩空气的增压器，该增压器包括入口和出口；连接至增压器出口的第一旁通阀；第一中间冷却器，该第一中间冷却器连接成从增压器的出口接收压缩空气并且连接成冷却和排出空气；第二中间冷却器，该第二中间冷却器包括封套入口、排气入口、排气出口、位于排气入口与排气出口之间的排气通路、和连接至封套入口并且包围排气通路的封套；发动机系统，该发动机系统连接成从第一中间冷却器接收排出的空气并且还连接成输出排气至第二中间冷却器的排气入口；旁通管道，该旁通管道连接至第一旁通阀并且连接至封套入口；排气再循环(EGR)阀，该EGR阀连接成从排气出口接收排气；和第三中间冷却器，该第三中间冷却器连接至EGR阀以冷却接收的排气，其中该第三中间冷却器还连接至增压器的入口。
应理解，前文的总体描述和下文的详细描述只是示例性和说明性的，且并非对要求保护的发明的限制。
附图说明
附图结合在本说明书中并且构成其一部分。
图1是增压器排气旁通系统的框图。
图2是增压器排气旁通系统的分流机构的一个示例。
图3是增压器排气旁通系统的另一实施例的框图。
图4是图3的增压器排气旁通系统的排气再循环控制机构的一个示例。
图5是图2的控制器决定作出过程的流程图。
图6是图4的控制器决定作出过程的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照附图。只要有可能，所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的零件。
图1示出增压器排气旁通系统10的一个示例。增压器100可通过加压进气至大气压以上来向车辆的发动机120供给变量空气。这使得发动机的每个循环可以有更大质量的氧气用于燃烧。增压器100的尺寸可基于空气流量需求来设计。在一些实施例中，增压器100的尺寸设计成具有比所有发动机运转状态下的发动机空气流量需求大的能力，使得始终存在来自增压器100的压缩空气的过量供给。在其它实施例中，增压器100的尺寸设计成具有与最大发动机空气流量需求相称的峰值能力。这种尺寸较小的增压器装置不会在所有运转状态下都过度供给用于冷却目的的空气。在两种实施例中，可包括具有用于改变增压器速度以满足发动机空气流量需求的控制装置的连续可变驱动机构。
增压器100可以是正排量气泵，例如罗茨型或双螺杆气泵。或者，对于另外的改型，增压器100可以是离心型增压器。车辆可具有带节气门101A的进气端口101。增压器100可具有连接至进气端口101和出口103的进气端口。增压器100可从进气端口101接收空气。该空气可以是环境空气，且因而来自进气管道。节气门101A可设置在进气端口101中以调节通向增压器100的进气。
一旦空气进入增压器100，则增压器100可压缩该空气至大气压之上而不形成真空，从而引起它被加热。例如，经入口101进入增压器100的环境空气的温度可在30℃左右。在空气被压缩之后，离开增压器100的空气的温度在100-150℃之间。具有高温的空气损失其密度，因而它在与燃料混合而形成充料(charge)时不会膨胀得与燃烧期间一样多。结果，具有高温的压缩空气可损害发动机性能。换言之，加热后的空气会使发动机更低效。因此，离开增压器100的压缩空气在进入发动机120之前可能需要冷却。
增压器100的出口103可连接至中间冷却器110。中间冷却器110可冷却经由出口103转移的压缩空气以维持发动机效率。中间冷却器110可以是空气-空气或空气-水型中间冷却器。
然后，冷却后的空气可经由通路111被引导到发动机120，通路111可包括进气歧管。发动机120使用压缩空气来产生动力。发动机120可包含本领域中普遍使用的构件。例如，发动机120可具有四个、六个或八个气缸。这些气缸可采用直列、V形或平坦中的任意一种形式排列。此外，发动机120可包含诸如火花塞、气门、活塞、活塞环、连杆、曲轴和油盘的关键零部件，文中未提供其细节。发动机120连接至合并排气歧管的排气出口通路121A、121B、121C、121D的发动机排气口121。在燃烧完成之后，发动机排气经排气出口通路121A、121B、121C、121D排出至发动机排气口121。发动机排气可经由该燃烧加热至1000℃。加热后的发动机排气需要再次冷却，因为它们如果在不冷却的情况下进入可能损伤催化剂140。这种冷却发生在第二中间冷却器130处。
第二中间冷却器130具有进气端口130A、130B和出口端口130C。第二中间冷却器130可经进气端口130A接收发动机排气。此外，第二中间冷却器130可经进气端口130B接收压缩空气，进气端口130B经旁通阀102和旁通通路105连接至增压器100。第二中间冷却器130可以是空气-空气中间冷却器。第二中间冷却器130还可由中央通路131和封套134组成。
第二中间冷却器130中的冷却可如下进行。根据需求，排气旁通阀102可由在致动器104处接收的控制指令打开或关闭。致动器104可以是用于旁通阀102的一体构件。如果排气旁通阀102打开，则一部分或全部来自增压器100的压缩空气可经旁通通路105行进并且可经由进气端口130B进入中间冷却器130。压缩空气不会与第二中间冷却器130的中央通路131中的发动机排气混合。确切而言，压缩空气可围绕中央通路131在封套134中循环。由于封套134中的压缩空气比中央通路131中的排气的温度冷得多，例如相比于1000℃的100-150℃，所以发生热传递。结果，离开第二中间冷却器130的排气的温度可比它们进入第二中间冷却器130时低。例如，进入第二中间冷却器130的排气的温度为1000℃。在它们得以冷却之后，离开第二中间冷却器130的排气的温度可介于800-900℃之间。此外，排气可被冷却至150-600℃。
如果排气旁通阀102关闭，则无压缩空气被给送至封套134并且燃料可喷射到排气流中以冷却发动机排气。这种情况下，燃料喷射器133可设置在第二排气通路132中且燃料喷射器133可被控制成将燃料喷射到排气流中。然而，利用过剩燃料冷却排气可能导致燃料低效，因为它需要向系统中增加更多燃料。因而，有益的是研发一种用于最大限度地减少冷却燃料的喷射控制策略和控制系统。这种系统监视增压器满足发动机空气流量需求的能力并且同时向冷却封套134供给压缩空气。
在排气被冷却之后，排气可移动到催化剂140。催化剂140在排气中的有害污染物离开车辆排气系统之前将它们转化成低危害的气体。排气可由氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(VOCs)和氮氧化物(NOx)组成。在这些气体之中，后三种气体最有害，且因而催化剂140可用于还原全部三种气体。催化剂140可以是二元或三元催化转化器。此外，催化剂140可包括多于一个过滤器单元或滤筒以执行污染物还原。
催化剂140由还原催化剂和氧化催化剂(未示出)组成。还原催化剂可使用铂(Pt)和铑(Rh)来还原NOx排放物。还原催化剂可从NOx分子带走氮气，且因而允许O2形式的氧。因此，有害的NOx可还原。氧化催化剂可使用铂(Pt)和钯(Pd)。氧化催化剂可通过燃烧来还原未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳。换言之，氧化催化剂可使用还原催化剂利用分离后的氧来还原碳氢化合物和一氧化碳。在排气从催化剂140通过之后，它可从车辆排出。以上是催化剂的一个示例，并且可使用其它催化结构。图2详细示出空气分流机构20。增压器可产生比发动机120可能需要的压缩空气多的压缩空气。例如，如果发动机120怠速运转，则发动机120可能不需要同样多的空气。如果过多空气增加至发动机中，则可能发生稀空燃比。稀空燃比指空气量比燃料量多。当存在稀空燃比时，后果之一可能是汽车无法起动。另一方面，如果过少的空气被泵送到发动机120中，则它将引起浓空燃比。浓空燃比将导致动力不足或导致发动机运行缓慢。
空气分流机构20可通过系统来控制空气分流，从而允许一部分空气分流进入或离开发动机120。分流机构20可以是车辆中采用的控制机构的一部分，例如机载计算机、计算芯片和控制车辆运转的许多方面的其它处理装置。该控制机构包括常见的计算元件，例如传送和接收端口、处理器、存储器和程序。多个处理装置是可能的，如图4中更详细地讨论的，使得专用处理器可处理特定计算，而另一处理器共享任务。
分流机构20可以是发动机控制单元(ECU)的一部分。分流机构20可包括控制器150、传感器151、152、153、154、致动器104、旁通阀102、节气门101A和可选的燃料喷射器133。传感器的数目和设置可基于所实施的反馈控制而变化，且因此系统可具有比图示的示例中多或少的传感器和致动器。传感器可属于能够感测状态和发送信号如温度、压力、速度或空气流量(速率)的各种类型。图示的传感器可包括多个类型，使得传感器可测量多种状态，例如温度和空气流量两者。
排气旁通阀102和节气门101A可由控制器150确定打开或关闭。控制器150可控制排气旁通阀102和节气门101A的开度。排气旁通阀102和节气门101A的开度可处于从全开至全闭的范围内。冷却燃料喷射量可由控制器150计算。控制器150是可接收来自传感器151、152和153的输入，并且可利用处理和存储的算法处理各输入。因而，控制器150可包括用于存储所接收的数据和算法的非临时存储装置。控制器150内的传输构件可向可致动的装置如图示的燃料喷射器133、节气门101A和致动器104发出控制信号。致动器104又可控制旁通阀102。
传感器151可在节气门A附近位于入口101内。传感器151可以是测量进入入口101的空气的质量流量的空气流量传感器(MAF)。例如，传感器151可以是热丝传感器。
传感器152可位于发动机120内。传感器152可以是测量进入发动机120的空气的质量流量的空气流量传感器(MAF)。例如，传感器152可以是热丝传感器。
传感器153可在出口端口132中位于中央通路131的出口附近。传感器153可感测通向催化剂140的排气的温度和量。这可向分流机构20提供反馈，使得可作出另外的调节以冷却排气。一种这样的调节包括可选的燃料喷射器133的控制，可包括燃料喷射器133以在排气进入催化剂140之前进一步冷却排气。其它调节可包括调节旁通阀102和节气门101A中的一者或两者的开度。
传感器151、152可如下工作。设置在空气流中的传感器151、152的线被加热。然后，可对线施加恒定电压或电流。当线的温度升高时，电阻增大。结果，电流或电压的量基于欧姆法则的原理而变化。此后，热丝随着空气经过而冷却，从而引起电流或电压成比例的下降。丝中的电流或电压的降低与流经丝的空气的质量成比例。该降低的测量结果被变换为发送至控制器150的信号。可使用其它类型的传感器，只要它们向控制系统提供适合的温度和流量数据。
当控制器150从传感器151、152、153、154接收信号时，控制器150可评估信号。控制器150可将从传感器接收的信号与预定数值进行比较。该预定数值可以是入口101中的进气应当具备以便使发动机以理想的化学计量空燃比运行的数值。如果从传感器151接收的信号等于预定值，则控制器150将不会发送控制信号。然而，如果来自传感器150的信号大于或小于预定值，则控制器将发送信号以调节节气门101A的开度。
此外，控制器150可将从传感器152接收的信号与另一预定数值进行比较。该预定数值是发动机中的空气流量应当具备以实现理想的化学计量空燃比的数值。正与来自传感器151的信号进行比较的预定数值可与正与来自传感器152的信号进行比较的预定数值不同。如果所接收的信号等于预定值，则控制器150不会传送信号以调节系统。然而，如果所接收的信号小于或大于预定值，则控制器将发送信号以调节节气门101A和旁通阀102中的一者或两者的开度，从而增加或减少系统中的空气量。致动器104可使旁通阀102移动到打开位置，从而允许空气分流到进气端口130B。可提供另外的程序和处理以基于所接收的信号来确定旁通阀102应当打开或关闭的程度。
例如，当传感器提供使得控制器判定为发动机120未接收足够的空气的信号时，则控制器150可计算达到通向发动机的理想空气流量所需的空气量。控制器150可发送打开节气门101A的信号，但在节气门已经打开至最大的情况下，则可能需要约束空气经过旁通阀102。这种对旁通阀102的调节可影响第二中间冷却器130中的冷却，且因此控制器然后可调节由燃料喷射器133喷射的燃料量以使得排气在进入催化剂140之前达到正确的温度。
如果传感器152测出发动机120接收过多的空气，则控制器150可确定将通过节气门101A的空气约束多少并且可确定旁通阀102打开多少。随着冷却效果在旁通阀102打开时的提高，控制器150然后可约束燃料喷射器133进行的燃料喷射。
利用上述控制策略，另外的替换方案包括设置在增压器100中的速度传感器154。控制器150可判定是否和何时有益地增减增压器中的输入轴和转子的速度以实现系统10中的空气流量。
虽然空气流量控制的一个目标是针对最佳燃料使用优化发动机空气流量，但系统10可针对在第二中间冷却器130处的冷却进行优化。亦即，可调节增压器100以增加或减少封套134可用的空气。节气门101A和旁通阀102也可被调节以增加或减少到达封套134的空气。希望增加到达封套134的空气以减少燃料喷射器133的燃料使用量。然而，排气过滤器在理想的温度范围内工作，且因此如果排气温度达到用于催化剂140进行的最佳处理的最低温度，则可约束用于冷却封套134的空气。
预定数值可由改变发动机的空气流量需求导出，且预定数值可随着发动机空气流量需求改变而改变。例如，在加速期间，发动机可能需要随着车辆的功率输出需求改变而迅猛改变空气供给量。旁通阀102的位置可随着空气流量需求改变而改变。除此之外或替换地，可调节增压器100的速度以满足发动机空气流量需求，同时还满足第二中间冷却器130处的冷却需求。
为了满足第二中间冷却器130处的冷却需求，例如封套134中可设置有另外的气流和气温传感器。可监视另外的传感器以确定保留在排气中的热量。可监视封套134以判定封套中是否可容纳另外的气流容量。如果适应，则可发生对控制器104的反馈，从而调节旁通阀102。另外的反馈可调节增压器100的运转速度以满足封套气流容量。
如在图5中归纳的，分流机构20通过在步骤501中接收和处理传感器信号而操作。控制器在步骤503中判定发动机流量是否优化。如果是，则分流机构20接下来在步骤505中检查排气温度是否处于理想范围内。如果排气温度理想，则不进行调节，并且处理返回步骤501。如果步骤503或505返回否定的结果，则系统10在步骤507中以通过返回步骤501提供的反馈而进行调节。
图3示出本申请的另一实施例。增压器排气旁通系统11包括增压器200、第一中间冷却器210、发动机220和第二中间冷却器230。增压器200连接至入口201、节气门201A和出口203。第一中间冷却器210可连接至将冷却后的空气引入发动机220的进气歧管中的通路211。发动机220可包括具有连接至排气口221的排气出口通路221A、221B、221C、221D的排气歧管。第二中间冷却器可包括进气端口230A、230B和出口端口230C。此外，可设置传感器251、252、253、254、致动器204、旁通阀202和燃料喷射器233。这些构件与上述系统10的构件相似，前面参照图1和2说明了系统10。因此，不重复进行说明。
增压器排气旁通系统11可采用催化剂240和/或排气再循环(EGR)来减少有害气体排放并提高发动机220的效率。首先，增压器排气旁通系统11可使用催化剂240和EGR两者。离开发动机220的排气可经入口230A进入第二中间冷却器230。排气经过中央通路231以进行冷却。由于利用旁通阀202对压缩空气进行分流，所以压缩空气将经入口端口230B进入并在中央通路231周围形成空气封套234。压缩空气不会与排气混合。然后，发生热传递并且可冷却中央通路231内部的排气。
随着冷却后的排气离开第二中间冷却器230进入第二排气通路232，一部分排气可为了EGR而进行分流。通过对致动器261A的控制来打开EGR阀261，致动器261A可以是EGR阀261的一体化构件。排气的其它部分可进入催化剂240而从系统11排出。进入EGR阀261的排气可进入中间冷却器262以进行另外的冷却。中间冷却器262可以是空气-空气中间冷却器或空气-水中间冷却器。冷却后的排气可经再循环通路263再循环到入口201。
然而，如果旁通阀202关闭，则增压器排气旁通系统11仅使用EGR。结果，排气可以不在第二中间冷却器230中冷却。确切而言，可利用燃料喷射器233冷却排气。燃料喷射器233可设置在第二排气通路232中的第二中间冷却器的出口附近并且可将燃料喷射到排气流上。一旦排气被冷却，则它可进入EGR阀261并经过中间冷却器262以进行进一步冷却。常规EGR使发动机排气的一部分再循环回到发动机以减少NOx的产生。然而，EGR可使排气的一部分再循环回到入口201，从而允许它重新进入增压器200并经过增压器排气旁通系统11。通过使排气根据此设计再循环到增压器200的入口201，系统11可具有某些益处。益处之一可以是再循环的排气被压缩以增加进给至发动机的空气量。当排气进入入口端口201并与空气混合时，则这种混合可增加空气的质量流量。因此，可增加进给至发动机的空气量。同时，EGR可降低燃烧室的温度。NOx主要在氮和氧经历高温时形成。因此，由于燃烧室的温度更低，燃烧室中的NOx产生量减少。因而，EGR系统可至少包括可编程的旁通阀261、中间冷却器262和再循环通路263。
图4示出控制EGR阀261的打开或关闭并控制循环通过EGR的排气的比例的控制机构30。EGR控制机构30可以是车辆中采用的非临时控制机构如机载计算机、计算芯片和控制车辆运转的许多方面的其它处理装置的一部分。如上所述，EGR控制机构30包括计算元件，例如中央处理器250A、第二处理器(控制信号计算机250C)、存储器、程序、发射器250B和接收器。EGR控制机构30可以是发动机控制单元(ECU)的一部分。EGR控制机构30可包括控制器250、传感器251、252、253、254和致动器204、261A。旁通阀202和EGR阀261可由控制器250打开或关闭。控制器250可控制排气旁通阀202和EGR阀261的开度。排气旁通阀202和EGR阀261的开度可处于从全开至全闭的范围内。控制器250可接收来自传感器251、252、253和254的输入并且将合适的信号中继至致动器204、261A。可将另外的信号发送至增压器200和节气门201A以控制空气流量，如上所述。图4的EGR控制系统30与上文针对图2和5所述的分流机构20非常相似，但对致动器204、261A和阀202、261实施另外的控制。
控制器250可转译从传感器251、252、253、254接收的输入并发送合适的信号以控制排气旁通阀202和EGR阀261打开或关闭。由于理想的是在排气离开系统之前对排气进行过滤，所以优选地，当EGR阀261打开时，则旁通阀202关闭。间歇的打开和关闭是可行的。
传感器251和传感器252都可以是分别测量进入增压器200的入口端口201和发动机220的空气的质量流量的空气质量流量传感器(MAF)。传感器251可设置在入口端口201上并且测量经节气门201A进入入口端口201的空气的空气流量。测量结果可发送至控制器250。类似地，传感器252可设置在发动机220内。传感器252还可测量发动机220内的流量并且将测量结果发送到控制器250进行分析。传感器253可设置在第二中间冷却器出口232上。传感器253可以是测量离开第二中间冷却器230的排气的温度的温度传感器。当传感器253测量排气的温度时，它可向控制器250发送测量结果。传感器254可以是用于确定增压器200中的输入轴或转子的速度的速度传感器。而且，如上所述，可使用另外的传感器来测量和利用封套234的容量。以而，系统可具有比示出的传感器多或少的传感器。
当控制器250从各传感器251、252、253和254接收输入时，控制器250可将各输入与预定值进行比较。可将如上文针对图2和5所述的控制与针对EGR的如图4和6所示的另外的控制进行比较。
节气门201A以及气门202和261可被致动至确保最佳空气流量到达发动机220和/或冷却封套234所需的程度。节气门201A以及气门202和261的开度可处于从全开至全闭的范围内。亦即，可使用带或不带压缩空气通向封套234的旁通的EGR。如上所述，控制器250中可包含另外的程序和计算以确定通向发动机220的最佳空气流量。
除旁通阀202的关闭和打开之外，EGR控制机构30还可控制EGR阀261的开度。系统可仅需要EGR阀261的部分打开，从而仅允许排气的特定部分进入EGR阀260。当控制器250接收来自传感器251和252的输入时，控制器250与计算值或预定值进行比较以如上所述确定入口或发动机中是否存在足够的空气。
例如，在进行比较时，如果输入信号小于预定值，则控制器250将发送信号以控制系统11。此时，控制器250还可处理更详细的信息，例如将空气缺少或超过量与预定值进行比较。控制器包括将通过计算使输入等于预定数值所需的数值来计算空气的缺少或超过程度的控制信号计算器250C。在从控制信号计算机250C接收信息后，发射器250B可发射信号以启动致动器261A，使得EGR阀261将以计算出的特定开度打开以仅允许足够的排气再循环通过EGR260。可针对节气门201A和旁通阀202进行同样的计算。
替换方案包括传感器和用于调节增压器100或200的操作速度以增加或减少其输出的控制机构。另一替换方案包括具有从怠速状态到峰值限制速度的运转范围的增压器和跨其运转操作范围控制增压器和旁通阀的控制机构。该系统可包括具有从怠速状态到峰值限制速度的运转范围的内燃机。该内燃机可沿该运转范围具有可变空气流量需求。系统采用的增压器的尺寸可设计成在所有发动机运转状态下相对于发动机空气流量需求过度供给空气。因而，过剩的压缩空气可在所有发动机运转状态下获得以用于冷却封套134和224。另一方面，系统采用的增压器的尺寸可设计成小的，使得在一些发动机运转状态下发生空气相对于发动机空气流量需求的过度供给。因而，过剩的压缩空气无法用于全部发动机运转状态，且控制器可迫使旁通阀随发动机的峰值限制速度完全关闭。因此，推论是增压器具有从怠速状态到峰值限制速度的运转范围，并且控制器跨其整个运转范围控制增压器。
如图6所示，控制策略可包括在步骤601接收和处理传感器信号。控制器250可在步骤603中判定发动机流量是否被优化。如果它被优化，则系统可在步骤605中判定排气温度是否处于理想范围内，或在步骤607中作出调节。同时，EGR控制机构30可在步骤609中判定EGR是否可行。如果可行，则在步骤607中作出调节。如果发动机空气流量需要调节，则也在步骤607中作出调节。通过重复步骤601来接收反馈。
由于步骤507和607中的系统调节会是处理器密集型的，所以可能有益的是在各控制器150和250中包括可选的整合构件以整合来自各种判定和计算的指令。
虽然已利用正排量增压器和至少两个中间冷却器说明本申请，但旁通冷却效果还通过去掉第一中间冷却器110或210来实现。还可利用离心式增压器来压缩空气，因此，该系统可利用合适的连接进行涡轮增压以使涡轮旋转。
在前面的说明书中，已参照附图说明各种实施例。可对其做出各种其它修改和变更而不脱离附后权利要求书的更宽泛的范围。说明书和附图因此被视为是在说明的意义上而不是在限制的意义上。根据说明书和对本发明的实践，其它实施例对本领域技术人员来说将显而易见。说明书和示例应当被认为只是示例性的，本发明的真实范围和精神由以下权利要求指出。

Claims (28)

1.一种增压器排气旁通系统，包括：
增压器，所述增压器包括入口和出口；
旁通阀，所述旁通阀连接至增压器的出口；
第一中间冷却器，所述第一中间冷却器连接成从所述增压器的出口接收压缩空气并且连接成冷却和排出空气；
第二中间冷却器，所述第二中间冷却器包括封套入口、排气入口、排气出口、位于所述排气入口与所述排气出口之间的排气通路、和连接至所述封套入口并且包围所述排气通路的封套；
发动机系统，所述发动机系统连接成从所述第一中间冷却器接收排出的空气并且还连接成将排气输出至所述第二中间冷却器的所述排气入口；和
旁通管道，所述旁通管道连接至所述旁通阀并且连接至所述封套入口。
2.根据权利要求1的系统，还包括：
催化剂，所述催化剂连接至所述第二中间冷却器的排气出口；和
位于所述第二中间冷却器的排气出口与所述催化剂之间的燃料喷射器。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括空气分流机构，所述空气分流机构包括传感器、控制器、致动器、处理器、存储器和存储在所述存储器中的处理器可执行程序，所述程序在由所述处理器执行时配置成：
调节所述旁通阀的开度，并且
调节所述增压器中的输入轴的速度。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括：
配置成感测状态并且发送信号的多个传感器，和
控制器，所述控制器配置成接收所述信号、处理所述信号、并且发送调节所述旁通阀的指令。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括配置成感测速度并且发送速度信号的增压器速度传感器，其中，所述控制器还配置成接收和处理所述速度信号并且发出调节所述增压器中的输入轴的速度的指令。
6.根据权利要求4所述的系统，还包括节气门，其中，所述控制器还配置成发出调节所述节气门的指令。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述多个传感器至少包括位于所述增压器的入口处的空气流量传感器、位于所述中间冷却器的出口处的空气流量传感器和发动机空气流量传感器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，从所述发动机系统排出的空气未与从所述增压器分流到所述封套的空气混合。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二中间冷却器是空气-空气型中间冷却器。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发动机系统包括内燃机，并且所述内燃机具有从怠速状态到峰值限制速度的运转范围，且所述内燃机还随所述运转范围具有可变空气流量需求，其中，所述增压器的尺寸设计成随整个所述运转范围相对于发动机空气流量需求过量供给空气，并且其中，过剩的压缩空气可在所有发动机运转状态下获得以用于所述第二中间冷却器的所述封套中。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括：
排气再循环(EGR)阀，所述EGR阀连接成从所述排气出口接收排气；和
第三中间冷却器，所述第三中间冷却器连接至所述EGR阀以冷却所接收的排气，其中，所述第三中间冷却器还连接至所述增压器的入口。
12.根据权利要求3所述的系统，其中，所述发动机系统包括内燃机，并且所述内燃机具有从怠速状态至峰值限制速度的运转范围，且所述内燃机还随所述运转范围具有可变空气流量需求，其中，所述增压器的尺寸设计成随整个所述运转范围相对于发动机空气流量需求不过量供给空气，并且其中，所述旁通阀被控制成随发动机的所述峰值限制速度完全关闭。
13.根据权利要求3所述的系统，其中，所述发动机系统包括内燃机，并且所述内燃机具有从怠速状态至峰值限制速度的运转范围，且所述内燃机还随所述运转范围具有可变空气流量需求，其中，所述增压器具有从怠速状态至峰值限制速度的运转范围，并且其中，所述控制器跨所述增压器的整个运转范围控制所述增压器。
14.根据权利要求11所述的系统，还包括EGR控制系统，所述EGR控制系统包括多个传感器、控制器、致动器、处理器、存储器和存储在存储器中的处理器可执行程序，所述程序在由所述处理器执行时配置成：
调节第一旁通阀的开度，和
调节所述增压器中的输入轴的速度。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：
所述多个传感器配置成感测状态并发送信号，并且
所述控制器配置成接收所述信号、处理所述信号、并且发出调节第一旁通阀的开度和所述EGR阀的开度的命令。
16.根据权利要求14所述的系统，还包括配置成感测所述增压器的输入轴的转速并发送速度信号的增压器速度传感器，其中，所述控制器还配置成接收并处理所述速度信号并发出调节所述增压器的输入轴的速度的命令。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二中间冷却器是空气-空气型中间冷却器。
18.一种在增压器旁通系统中分流空气的方法，包括：
利用增压器压缩进气并排出压缩空气至内燃机；
接收并处理来自传感器的传感器信号；
将所接收的传感器信号与预定值进行比较以判定发动机流量是否被优化并判定排气温度是否处于理想范围内；
调节旁通阀的开度以控制从所述增压器分流到第二中间冷却器的封套的压缩空气量，和
将来自所述内燃机的排气排出至所述第二中间冷却器的中央通路。
19.一种增压器排气旁通系统，包括：
用于压缩空气的增压器(100，200)，所述增压器包括入口和出口；
连接至增压器的出口的第一旁通阀(102，202)；
中间冷却器(130，230)，所述中间冷却器包括封套入口(130B，230B)、排气入口(130A，230A)、排气出口(130C，230C)、位于所述排气入口与所述排气出口之间的排气通路(131，231)、和连接至所述封套入口并包围所述排气通路的封套(134，234)；
内燃机系统(120，121A，121B，121C，121,D，121，220，231A，231B，231C，231D，221)，所述内燃机系统连接成从所述增压器接收压缩空气并且还连接成输出排气至所述第二中间冷却器(130，230)的排气入口(130A，230A)；和
旁通管道(105，205)，所述旁通管道连接至所述第一旁通阀(102，202)并且连接至所述封套入口(130B，230B)。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括另一中间冷却器(110，210)，该另一中间冷却器连接成从所述增压器(100，200)的出口(103，203)接收压缩空气并且连接成冷却和排出空气，其中，所述另一中间冷却器位于所述增压器与所述发动机(120，220)之间。
21.根据权利要求19所述的系统，还包括：
多个传感器(151，152，153，251，252，253)，所述多个传感器配置成感测状态并发送信号，和
控制器(150，250)，所述控制器配置成接收所述信号、处理所述信号、并且发出指令以调节所述第一旁通阀(202)。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述内燃机系统包括内燃机，并且所述内燃机具有从怠速状态至峰值限制速度的运转范围，且所述内燃机还随所述运转范围具有可变空气流量需求，其中，所述增压器的尺寸设计成随整个所述运转范围相对于发动机空气流量需求不过量供给空气，并且其中，所述控制器控制所述旁通阀随所述内燃机的所述峰值限制速度完全关闭。
23.根据权利要求21所述的系统，其中，所述内燃机系统包括内燃机，并且所述内燃机具有从怠速状态至峰值限制速度的运转范围，且所述内燃机还随所述运转范围具有可变空气流量需求，其中，所述增压器具有从怠速状态至峰值限制速度的运转范围，并且其中，所述控制器跨所述增压器的整个运转范围控制所述增压器。
24.根据权利要求21所述的系统，还包括配置成感测速度并且发送速度信号的增压器速度传感器(154，254)，其中，所述控制器(150，250)还配置成接收和处理所述速度信号并且发出命令以调节所述增压器中的输入轴的速度。
25.根据权利要求21所述的系统，还包括节气门(101A，201A)，其中，所述控制器(150，250)还配置成发出调节所述节气门的指令。
26.根据权利要求19-26中任一项所述的系统，还包括排气通路(132，232)、位于所述排气通路中的燃料喷射器(133，233)、和催化剂。
27.根据权利要求19-26中任一项所述的系统，还包括连接成从所述排气出口接收排气的排气再循环(EGR)阀(261)和连接至所述EGR阀以冷却所接收的排气的第三中间冷却器(262)，其中，所述第三中间冷却器还连接至所述增压器(200)的入口。
28.根据权利要求21所述的系统，其中，所述多个传感器至少包括位于所述增压器的入口处的空气流量传感器、位于所述中间冷却器的出口处的空气流量传感器和发动机空气流量传感器。
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