CN106958498A - 用于排气冷却器和热回收装置的冷凝物管理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于排气冷却器和热回收装置的冷凝物管理系统。提供了用于在发动机系统的EGR冷却器中的冷凝物管理的方法和系统。在一个示例中，具有EGR冷却器的排气再循环(EGR)系统联接到发动机的排气系统和进气系统。所述EGR冷却器包括联接到所述排气系统的入口、联接到所述排气系统的第一出口和联接到所述进气系统的第二出口，所述第二出口被定位成竖直地高于所述第一出口。

Description

用于排气冷却器和热回收装置的冷凝物管理系统
技术领域
本说明书总体涉及用于在排气再循环和排气热回收系统中的冷凝物管理的系统。
背景技术
排气再循环(EGR)系统在内燃发动机中使用，以减少排放并增加燃烧效率。流过EGR系统的排气可以流过热交换器，如EGR冷却器。EGR冷却器可以起到在排气进入进气歧管之前降低排气温度的作用，从而增加进入发动机的空气的密度并因此增加发动机功率且提高燃料效率。此外，冷却的空气可以降低燃烧温度并协助控制某些发动机排放。然而，在某些条件下，如在发动机冷启动期间，冷凝物可以在EGR冷却器内形成。冷凝物可以积累在EGR冷却器中并且可以然后被扫到发动机。小体积的冷凝物可能不影响发动机发挥功能，然而大体积的冷凝物可以引起发动机失火并且可以随着时间推移降低EGR冷却器的有效性。此外，在冷却排气被再循环回到进气装置的EGR冷却器中，酸性化合物可以存在于冷凝物中，导致对冷却器和/或下游组件的劣化。
为了阻止冷凝物在热交换器内的积累，旁路管线可以设置在热交换器周围，在其中冷凝物经预测在热交换器中形成的条件下，正常地提供给热交换器的空气可以沿旁路管线流动通过，以避免冷凝物在热交换器内的可能沉积。然而，此类旁路管线可以是昂贵的并且增加发动机控制系统策略的复杂性。此外，精确地预测何时冷凝可以形成可以是困难的，从而导致空气的不必要旁通和空气的增加的温度和减小的密度。
发明内容
本发明者已经认识到关于上述方法的问题并提供一种系统，以至少部分地减轻EGR冷却器中的过量冷凝物产生的问题。用于系统的一个实施例包括联接到进气系统和排气系统的发动机、将所述排气系统联接到所述进气系统的排气再循环(EGR)系统和定位在所述EGR系统中的EGR冷却器，所述EGR冷却器具有联接到所述排气系统的入口、联接到所述排气系统的第一出口和联接到所述进气系统的第二出口，所述第二出口被定位成竖直地高于所述第一出口。
以这种方式，积累在EGR冷却器中的所述冷凝物可以穿过所述第一出口朝向所述排气系统引导，从而阻止所述冷凝物通过所述EGR冷却器第二出口离开，所述EGR冷却器第二出口连接到所述发动机的进气歧管并竖直地高于所述第一出口。使所述冷凝物从所述EGR冷却器朝向所述排气系统流动并阻止所述冷凝物进入所述发动机可以减少包括发动机失火的发动机燃烧问题。
应该理解，提供以上概述是为以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围仅由随附的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示意性地示出包括增压空气冷却器和具有EGR冷却器的排气再循环(EGR)系统的示例发动机。
图2示出具有一个入口和两个出口的倾斜EGR冷却器的示意图。
图3示出具有一个入口和一个出口的倾斜增压空气冷却器。
图4示出用于调控穿过具有两个出口的倾斜EGR冷却器的冷凝物流的方法。
具体实施方式
如EGR冷却器和增压空气冷却器(CAC)的发动机热交换器在一些条件下会积累冷凝物。所积累的冷凝物可以被扫到发动机，其中如果以大的量存在，则会引起发动机失火和其他燃烧问题或组件损坏。为了阻止冷凝物在发动机热交换器内的积累，热交换器可以布置有斜坡，使得冷凝物流可以沿斜坡被引导离开热交换器，而不损坏发动机和其他相关联组件。图1示出具有倾斜EGR冷却器和倾斜CAC的发动机系统。图2和图3分别示出倾斜EGR冷却器和倾斜CAC的示意图。图4示出用于调控穿过连接到发动机的倾斜EGR冷却器的冷凝物流的方法。
图1示意性地示出包括发动机10的示例发动机系统100的各方面。在所描绘的实施例中，发动机10是联接到包括由涡轮116驱动的压缩机114的涡轮增压器13的升压发动机。具体地，新鲜空气经由空气净化器112沿进气通道42引入到发动机10，并流动到压缩机114。压缩机可以是任何合适的进气压缩机，如电动机驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机是一种经由轴19机械地联接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116通过膨胀的发动机排气被驱动。在一个实施例中，压缩机和涡轮可以联接在双涡流涡轮增压器内。在另一实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状是主动地随着发动机转速的函数而改变。
由于穿过压缩机的流能够加热所压缩的空气，所以提供下游增压空气冷却器(CAC)18，使得升压的进气增压空气能够在输送到发动机进气装置之前被冷却。如图1中所示，压缩机114通过CAC 18(在本文也称为中间冷却器)联接到节气门20。节气门20联接到发动机进气歧管22。从压缩机，所压缩的增压空气流过增压空气冷却器18和节气门到进气歧管。增压空气冷却器可以是空气-空气热交换器。在图1中所示的实施例中，进气歧管内的空气充气的压力由歧管空气压力(MAP)传感器124感测。
一个或多个传感器可以联接到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以联接到入口用于估计压缩机入口温度，并且压力传感器56可以联接到入口用于估计压缩机入口压力。作为另一示例，湿度传感器57可以联接到入口用于估计进入压缩机的空气充气的湿度。其他传感器也可以包括例如空燃比传感器等。在其他示例中，压缩机入口条件(如湿度、温度、压力等)中的一个或多个可以基于发动机工况被推断。另外，当启用EGR时，传感器可以估计包括新鲜空气、再循环压缩空气和在压缩机入口处接收的排气残余的空气充气混合物的温度、压力、湿度和空燃比。
在所选择的条件期间，如在松开加速器踏板期间，当从具有升压的发动机操作行进到不具有升压的发动机操作时，会发生压缩机喘振。这是由于当节气门在松开加速器踏板时关闭时在压缩机两端所产生的增加的压力差。所增加的压力差降低穿过压缩机的向前流，从而引起喘振和劣化的涡轮增压器性能。另外，喘振会能够导致NV问题，如来自于发动机进气系统的不期望的噪音。为了缓解升压压力并减少压缩机喘振，由压缩机114压缩的空气充气的至少一部分可以再循环到压缩机入口。这允许过多的升压压力基本上立即缓解。压缩机再循环系统可以包括用于将冷却的压缩空气从在增压空气冷却器18下游的压缩机出口再循环至压缩机入口的具有再循环阀72的压缩机再循环通道70。在一些实施例中，附加的压缩机再循环通道(未示出)可以被提供用于将未冷却的(或温暖的)压缩空气从在增压空气冷却器18上游的压缩机出口再循环至压缩机入口。
喘振也可以通过降低涡轮116处的排气压力被减轻。例如，废气门致动器92可以经致动打开，以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮的上游重新引导至涡轮下游的位置。通过降低涡轮上游的排气压力，涡轮速度能够降低，这进而帮助减少压缩机喘振。然而，由于废气门的升压动力学，压缩机再循环阀调整对减少喘振的影响会快于废气门调整的影响。
进气歧管22通过一系列进气门(未示出)联接到一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)进一步联接到排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管部段。具有多个排气歧管部段的配置可以使来自不同燃烧室的流出物能够被引导至发动机系统中的不同位置。
在一个实施例中，排气门和进气门中的每个可以是电子致动或控制的。在另一实施例中，排气门和进气门中的每个可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动，排气门打开和关闭以及进气门打开和关闭的正时可以针对期望的燃烧和排放控制性能根据需要被调整。
燃烧室30可以经由喷射器66供给一种或多种燃料，如汽油、乙醇燃料混合物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。燃料可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门主体喷射或它们的任何组合供给至燃烧室。在燃烧室中，燃烧可以经由火花点火和/或压缩点火启动。
如图1中所示，排气从一个或多个排气歧管部段被引导至涡轮116，以驱动涡轮。当期望减少的涡轮转矩时，一些排气可以替代地穿过废气门90引导，从而绕过涡轮。来自于涡轮和废气门的组合流然后流过排放控制装置170。通常地，一个或多个排放控制装置170可以包括一种或多种排气后处理催化剂，其经配置催化地处理排气流并由此减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一种排气后处理催化剂可以经配置当排气流为稀时捕集来自于排气流的NOx，并当排气流为富时还原所捕集的NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可以经配置使NOx不成比例或者借助还原剂选择性地还原NOx。在其他示例中，排气后处理催化剂可以经配置氧化排气流中的残余碳氢化合物和/或一氧化碳。具有任何此类功能性的不同排气后处理催化剂可以分别地或一起地被布置在冲洗涂层中或者排气后处理阶段中的任何其他地方。在一些实施例中，排气后处理阶段可以包括经配置捕集并氧化排气流中的碳烟微粒的可再生碳烟过滤器。
来自于排放控制装置170的全部或部分所处理的排气可以经由排气导管35释放到大气中。然而，根据工况，排气残余物的一部分可以替代地转入至EGR通道50、通过EGR冷却器51和EGR阀52至进气歧管22。因此，EGR通道50将涡轮116上游的发动机排气歧管与压缩机114下游的发动机进气歧管联接。
EGR阀52可以经打开允许受控的冷却排气量通过EGR通道50，从而连接压缩机下游以用于期望的燃烧和排放控制性能。以这种方式，发动机系统10适于通过捕集来自于涡轮116上游的排气来提供外部高压(HP)EGR。EGR阀52也可以配置作为连续可变阀。然而，在可替代的示例中，EGR阀52可以配置作为打开/关闭阀。除了发动机系统10中的相对长的HP-EGR流动路径以外，压缩机的旋转还提供排气到进气空气充气的均匀化。此外，EGR功率输出和混合点的处置为排气的有效冷却提供增加的可用EGR质量和更好的性能。
在一个示例中，发动机系统可以另外地或可替代地包括低压(LP)EGR流动路径，其中排气从涡轮116的下游被抽取并再循环到压缩机114上游的发动机进气歧管。EGR阀可以调控穿过LP-EGR的排气的流。在一个示例中，LP-EGR可以包括EGR冷却器，用于冷却再循环回到发动机的排气。在另一示例中，HP-EGR和LP-EGR可以均存在于系统100中，以将排气再循环到发动机。
EGR冷却器51可以联接到EGR通道50用于冷却输送至发动机进气装置的EGR。另外，一个或多个传感器54可以联接到EGR通道50用于提供关于EGR的成分和条件的细节。例如，可以设置温度传感器用于确定EGR的温度，可以设置压力传感器用于确定EGR的压力，可以设置湿度传感器用于确定EGR的湿度或含水量，和/或可以设置空燃比传感器用于估计EGR的空燃比。可以基于发动机工况和EGR条件调整EGR阀的开度，以提供期望的发动机稀释量。
EGR冷却器51可以是使发动机冷却液以与流过EGR冷却器的排气处于热交换关系来流动的液体-空气热交换器。EGR冷却器可以包括流动导管/管，其引导来自于EGR通道50的排气和发动机冷却液处于热交换关系中，而无需两种流体的混合。冷却液可以从热排气提取热并流动到发动机冷却系统(例如，发动机、散热器或其他冷却系统组件)，以冷却发动机，并且所冷却的排气可以被再循环到发动机的进气歧管。降低发动机燃烧温度帮助阻止氮氧化物(NOx)污染物的形成。另外，EGR冷却器减少气缸盖衬垫和进气门/排气门上的热应力，这能够有助于组件寿命。当发动机冷却液的温度低于排气时，例如在冷启动条件下，低的冷却液温度可以导致流过EGR冷却器的排气温度的大的降低(低于露点)，从而产生冷凝物，冷凝物会积累在EGR冷却器中。
EGR冷却器51可以起用于到发动机的排气热回收和排气再循环的组合装置的作用。流过EGR冷却器的排气可以将热转移到发动机冷却液，并且例如，当发动机低于阈值温度时，在冷启动期间，排气的至少一部分可以流回到排气系统，从而能够启用快速发动机升温，而到发动机进气装置的排气再循环例如在冷启动条件下由于燃烧稳定性问题不可以启用。在冷启动条件期间，发动机冷却液和流过EGR冷却器的排气之间的温差可以导致在EGR冷却器中产生冷凝物。
当需要时，EGR冷却器也可以将所冷却的排气再循环到发动机。排气从EGR冷却器到排气系统或朝向发动机进气装置的流动可以取决于包括发动机温度、发动机转速、发动机负荷等的发动机操作参数。EGR冷却器51可以包括两个出口，一个出口用于在热回收之后使排气流动回到排气系统的排气回收模式，并且另一个出口用于到发动机进气装置的排气再循环。从EGR冷却器到发动机进气装置的EGR流可以由EGR阀52调控，并且排气从EGR冷却器到排气系统的流动可以由EGR冷却器第一出口阀49调控。
在一个示例中，为了管理EGR冷却器51中产生的冷凝物，EGR冷却器可以处于一定斜度，使得EGR冷却器第一出口竖直地低于EGR冷却器第二出口并竖直地低于EGR冷却器的入口。在一个示例中，EGR冷却器51可以包括连接到EGR通道50从而将热的排气带入到EGR冷却器的排气入口以及两个EGR出口，第一出口连接到使所冷却的排气流动回到排气歧管36的EGR管线53并且第二EGR出口连接到与进气歧管22连接的EGR管线53。EGR冷却器第一出口阀49可以调控穿过第一出口至排气系统的EGR流。在一些示例中，沿穿过连接回到排气歧管的第一出口的重力，通过使冷凝物沿EGR冷却器的斜坡流动，可以阻止例如在冷启动条件期间在EGR冷却器中产生的冷凝物穿过第二出口离开。EGR冷却器将参照图2在下面详细描述。
在冷CAC条件期间，如在发动机冷启动期间或在高环境湿度的条件下，冷凝物可以积累在CAC中，其会被引导至发动机，从而导致发动机失火事件和NVH问题。在一个示例中，为了使小体积的冷凝物从CAC流出，CAC出口可以低于CAC入口，从而使CAC朝向发动机倾斜并使冷凝物能够从CAC流动到发动机。阻止在CAC中的冷凝物积累可以阻止大体积的冷凝物被扫到发动机中，这可以导致包括发动机失火的燃烧问题。倾斜的CAC将参照图3进一步详细讨论。
发动机系统100还可以包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16(其各种示例在本文描述)接收信息并发送控制信号到多个致动器81(其各种示例在本文描述)。作为一个示例，传感器16可以包括位于排放控制装置上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56、压缩机入口湿度传感器57和EGR传感器54。诸如附加的压力、温度、空燃比和成分传感器等其他传感器可以联接到发动机系统100中的各种位置。致动器81可以包括例如节气门20、EGR阀52、EGR冷却器第一出口阀49、废气门92和燃料喷射器66。控制系统14可以包括控制器12。控制器可以从各种传感器接收输入数据，处理输入数据，并基于对应于一个或多个例程在其中编程的指令或代码响应于所处理的输入数据来触发各种致动器。
图2示出EGR冷却器202的示意图200。EGR冷却器202是图1的EGR冷却器51的一个非限制性示例。EGR冷却器202包括在使排气流动到EGR冷却器202中的入口204和两个EGR冷却器出口，即EGR冷却器第一出口206和EGR冷却器第二出口208。入口204可以连接到使排气从排气系统流动到EGR冷却器中的排气管线。EGR冷却器第一出口206可以连接到发动机的排气系统(例如，在排气歧管处)，从而使排气和冷凝物从EGR冷却器流回到排气系统，并且EGR冷却器第二出口208可以流体地连接到发动机的进气系统(例如，第二出口可以联接到进气歧管)，从而引导排气流从EGR冷却器202到发动机进气装置。EGR冷却器第一出口阀210可以调控穿过EGR冷却器第一出口206的流。在一个示例中，EGR冷却器202可以是图1的EGR冷却器51，入口204连接到EGR通道50，EGR冷却器第一出口206穿过EGR管线53连接到排气歧管36，并且EGR冷却器第二出口连接到发动机进气装置22。
EGR冷却器202可以是液体-空气热交换器，其中排气流动与发动机冷却液处于热交换关系。在某些条件下，如当EGR冷却器中的空气由冷的发动机冷却液冷却到低于其露点(或者当EGR冷却器的表面低于排气的露点)从而导致可以积累在EGR冷却器中的冷凝时，冷凝物可以在EGR冷却器中产生。如果允许积累，EGR冷却器中的冷凝物可以被扫到发动机，这可以导致发动机失火。
为了阻止冷凝物在EGR冷却器202中积累，EGR冷却器可以以一斜度定位，使得EGR冷却器202相对于水平轴线201呈角度α，如图2中所示。角度α可以从5°到90°变动。所倾斜的EGR冷却器可以具有在排气流动方向上的向下斜坡，例如从EGR冷却器入口向下倾斜到EGR冷却器出口的向下斜坡。EGR冷却器202的斜度导致EGR冷却器入口204被定位成在地理上高于EGR冷却器第一出口206。另外，EGR冷却器第二出口208可以在地理上高于EGR冷却器第一出口206。在一个示例中，EGR冷却器入口204相对于其中安装EGR冷却器的车辆所位于的地面竖直地高于EGR冷却器第一出口206。虽然EGR冷却器在图2中示出具有连续的、直的竖直向下斜坡，但是可以使用从入口到第一出口维持连续的下坡(无坑的)斜坡的EGR冷却器的任何曲率。
在图2中所示的示例中，EGR冷却器第二出口208在地理上低于(例如，相对于地面竖直地低于)入口204并高于EGR冷却器第一出口206。在其他示例中，EGR冷却器第二出口208可以在与入口204相同的竖直平面处，或者可以地理上高于入口204，这取决于入口204和EGR冷却器第二出口208在EGR冷却器202上的位置。EGR冷却器第一出口206可以竖直地低于入口204和EGR冷却器第二出口。
EGR冷却器202可以横向地定位在车辆系统中，使得EGR冷却器202的斜坡可以沿车辆的横向轴线(例如，车辆可以具有纵向轴线并且横向轴线可以垂直于纵向轴线)向下倾斜，其中第一出口206在地理上低于入口204并且在地理上低于第二出口208。EGR冷却器在车辆系统中的横向定位可以是使得当车辆正在导航下坡或上坡时，EGR冷却器斜坡可以不被显著地改变。在其他示例中，EGR冷却器可以沿车辆的纵向轴线向下倾斜。
穿过倾斜EGR冷却器202的流体流可以沿第一流动路径212沿向下斜坡从EGR冷却器入口204朝向连接到发动机排气系统的EGR冷却器第一出口206，以及沿第二流动路径214从EGR入口204到连接到发动机进气装置的EGR冷却器第二出口，如由带有箭头的虚线所指示的。第一流动路径212可以相对于第二流动路径214更加倾斜。在一些示例中，第二流动路径可以不在竖直向下斜坡中或者可以沿竖直向上斜坡，这取决于入口204和EGR冷却器第二出口208在EGR冷却器上的相对定位。
在倾斜EGR冷却器中产生的冷凝物可以朝向远离连接到发动机进气装置的EGR冷却器第二出口208的重力沿第一流动路径212朝向EGR冷却器第一出口206流动。EGR冷却器第一出口阀210可以调控穿过EGR冷却器第一出口206的流。在一个示例中，阀可以经打开允许受控的流体量到排气歧管。在一示例中，EGR冷却器第一出口阀可以经配置作为打开/关闭阀，或者其可以是连续可调节阀。响应于从控制器接收的信号，EGR冷却器第一出口阀210可以由致动器(例如，气压致动器、液压致动器或电致动器)调整。从EGR冷却器第二出口到进气歧管的排气流可以基于例如目标EGR流率调节，并且到排气歧管的排气流可以基于发动机温度。在EGR冷却器第二出口208下游的EGR阀，例如图1中所示的阀52可以调控至发动机的EGR流。在另一示例中，调控EGR流率的EGR阀可以是在EGR冷却器的上游。在又一示例中，EGR冷却器第一出口阀210可以省掉，并且穿过EGR冷却器的所有流控制可以由EGR阀提供。在其中EGR阀在EGR流动方向上定位在EGR冷却器下游(例如，冷侧EGR阀)的示例中，排气可以在几乎所有发动机工况期间流过EGR冷却器，并且EGR阀可以控制EGR冷却器中的多少排气流动到进气装置。因此，当EGR阀完全关闭时，行进穿过EGR冷却器的几乎所有排气被引导回到排气，而当EGR阀打开时，行进穿过EGR冷却器的至少部分排气被引导至进气装置。
因此，EGR冷却器中产生的冷凝物可以沿第一流动路径穿过EGR第一出口排出，EGR第一出口在地理上低于入口204和EGR冷却器第二出口208。通过这样做，原本朝向发动机流动的冷凝物可以被引导远离发动机，从而防止发动机燃烧问题。
现在参照图3，示出了具有入口304和出口306的CAC 302的示意图300。增压空气冷却器可以是图1中所示的CAC 18，CAC入口304连接在压缩机的下游并引导压缩空气穿过CAC。入口304可以允许增压空气从压缩机到CAC中。CAC可以使增压空气流动穿过多个热交换通道，以移除来自于增压空气的热，并且所冷却的增压空气可以穿过出口306朝向发动机的进气歧管离开CAC。
在冷却流过CAC的压缩空气的过程期间，冷凝可以在比压缩空气的露点更冷的增压空气冷却器的任何内表面上形成。冷凝物可以随着时间推移积累在CAC中并且可以未预测地并以大的数量的突然的方式，例如在加速器踏板踩下事件中，从CAC引入到进气歧管中并被引入至发动机。被引入到发动机中的大体积的冷凝物可以导致正常发动机功能的扰乱，并且可以损坏冷却器下游的组件。
为了减轻CAC中的冷凝物积累的问题，CAC的入口304可以在地理上高于出口306，使得CAC 302可以相对于水平轴线301以角度β倾斜，如图3中所示。在一个示例中，相对于水平轴线301的角度β可以从0°到25°变动，但是其他角度也在本公开的范围内。CAC 302从入口304到出口306的下坡可以引导流沿重力朝向进气歧管和发动机离开出口306，如由带有箭头的虚线所指示的。CAC的这种倾斜也可以引导在CAC 302中产生的冷凝物以小质量连续地朝向发动机流动，从而阻止在CAC 302中的冷凝物积累并阻止大体积的冷凝物进入发动机，否则这可以扰乱发动机功能并损坏在CAC下游的组件。
大体积的冷凝物在与发动机相关联的热交换器中的积累可以导致所积累的冷凝物到发动机的流动，这可以导致包括发动机失火的发动机燃烧问题。图4为示出用于控制穿过连接到发动机的进气系统和排气系统的倾斜EGR冷却器的冷凝物流动的方法400的流程图。方法400可以控制穿过倾斜EGR冷却器的流，例如穿过图1和图2的EGR冷却器的流，其中连接到排气系统的EGR冷却器的第一出口竖直地低于EGR冷却器入口和连接到发动机进气装置的EGR冷却器第二出口。倾斜EGR冷却器可以将在EGR冷却器中产生的冷凝物沿重力朝向排气系统穿过第一出口排出，从而阻止冷凝物穿过EGR冷却器第二出口进入发动机进气装置。穿过EGR冷却器第一出口的EGR流可以由EGR冷却器第一出口阀，例如图2中所示的阀210调控。到发动机进气装置的EGR流率可以由将EGR冷却器第二出口连接到发动机进气装置的EGR阀(例如图1中所示的阀52)来调控。
方法400也包括使压缩空气流动穿过倾斜的CAC，例如参照图1和图3在上面描述的CAC，其中CAC出口低于CAC入口，从而将小体积的冷凝物从CAC朝向发动机排出，因此阻止大量的冷凝物在CAC中的积累，如果大量的冷凝物被扫到发动机则可以导致燃烧问题。
用于实施方法400的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(如参照图1在上面描述的所述传感器)接收的信号来执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来根据下面描述的方法调节发动机操作。
方法400在402处以确定发动机操作参数开始。发动机操作参数可以包括发动机转速、发动机负荷、温度等。方法前进到403，其中在发动机操作期间，压缩空气穿过CAC入口从压缩机(例如压缩机114连接CAC 18)流动到倾斜CAC，如图1中所示。随着压缩空气流过CAC并穿过CAC出口离开，压缩空气被冷却，其中CAC出口竖直地低于CAC入口。离开倾斜CAC的所冷却的压缩空气可以穿过进气歧管朝向发动机流动，如参照图1在上面所讨论的。在CAC中产生的冷凝物也可以被引导沿重力朝向发动机穿过倾斜CAC流动，从而阻止大量的冷凝物在CAC中积累。
在404处，方法400评估是否存在发动机冷启动条件。可以通过感测诸如环境空气温度、发动机油温度、发动机温度、两个发动机启动事件之间消逝的时间等参数来评估冷启动条件。在一个示例中，可以通过比较发动机温度和阈值温度来确定冷启动条件(例如，当发动机冷却液温度等于环境温度时，可以指示冷启动)。如果检测到冷启动条件，方法400前进到406，其中EGR冷却器第一出口阀打开，从而启用在从EGR冷却器入口流动到连接到排气系统的EGR冷却器第一出口的向下斜坡中的第一流动路径，其中EGR冷却器入口竖直地高于EGR冷却器第一出口。当发动机冷却液的温度远低于排气时，冷凝物可以在冷启动条件期间在EGR冷却器中产生。低的冷却液温度可以导致流过EGR冷却器的排气温度的大大降低(低于露点)，从而产生冷凝物。在EGR冷却器中产生的任何冷凝物可以穿过打开EGR冷却器第一出口阀沿EGR冷却器的向下斜坡沿第一流动路径流动，并流动到在发动机下游的排气系统。另外，在冷启动条件或其中发动机温度低于期望的温度的其他条件期间，EGR冷却器第一出口阀可以被打开以将热从排气转移到流过EGR冷却器的发动机冷却液，从而加快发动机的升温
在408处，穿过第二出口到发动机的进气系统的EGR流率可以通过EGR阀控制。EGR流率可以基于操作参数，并且期望的EGR流率可以以合适的方式(如基于位于控制器的存储器中的表)设置，并且可以基于发动机转速和发动机负荷确定。在一个示例中，EGR流率可以基于来自于位于EGR阀下游的传感器的反馈来调整。
方法在410处可以评估积累在EGR冷却器中的冷凝物是否大于阈值。在EGR冷却器中的冷凝物积累的估计可以基于EGR冷却器中的各种参数，如穿过EGR冷却器的空气质量流量、在EGR冷却器的出口处的温度、排气湿度和/或EGR冷却器的压力。如果积累在EGR冷却器中的冷凝物高于阈值，则方法400前进到412，其中可以选择性地调整发动机操作参数。调整可以包括使排气流动穿过绕过涡轮的废气门(例如，绕过涡轮116的废气门90，如图1中所示)，以阻止冷凝物进入并损坏涡轮。在另一个示例中，EGR流可以被截断，以阻止冷凝物进入涡轮。在一个示例中，选择性调整可以基于涡轮转速，例如，可以仅当涡轮转度高于阈值和/或当打开排气门不会不利地降低升压压力时调整废气门。此外，在一些示例中，当在EGR冷却器中形成的冷凝物量是相对高的并且绕过涡轮不可能时，穿过EGR冷却器的排气流可以截断。然后方法400返回。如果在410处确定EGR冷却器中的冷凝物低于阈值，方法返回。
返回到404，如果不存在发动机冷启动条件，则方法前进到414，其中EGR冷却器第一出口阀关闭，从而导致排气穿过第二流动路径流动穿过连接到发动机进气装置的EGR冷却器第二出口。第二流动路径可以沿相对于第一流动路径更小的竖直向下的斜坡。在其他示例中，第二流动路径可以不具有竖直向下的斜坡，或者可以沿竖直向上的斜坡。
在416处，穿过第二出口到发动机的进气系统的EGR流率可以通过EGR阀控制。EGR流率可以基于操作参数并且所期望的EGR流率可以以合适的方式(如基于位于控制器的存储器中的表)设置，并且可以基于发动机转速和发动机负荷确定。
即使当发动机不在冷启动条件下操作时，冷凝物也可以在EGR冷却器中形成。因此，当EGR第一出口阀关闭时，冷凝物可以开始在EGR冷却器中积累。在一些示例中，即使具有本文所述的倾斜EGR冷却器，足够的冷凝物可以形成且其能够被扫到发动机。因此，在一些示例中，积累在EGR冷却器中的冷凝物量可以如上所述估计，并且如果冷凝物量高于阈值，可以执行主动清除循环，其中EGR第一出口阀被打开以引导冷凝物到排气装置。因此，积累在EGR冷却器中的冷凝物可以在418处被评估，并且如果冷凝物高于阈值，则EGR阀可以在420处打开，以引导所积累的冷凝物穿过第一流动路径朝向排气系统流动。
方法400可以前进到412，其中发动机工况的选择性调整发生，例如，如上所述的，通过接合废气门或者通过截断EGR流来阻止冷凝物进入涡轮。在一些示例中，仅当EGR冷却器中的冷凝物相对高，如高于触发上述清除循环的冷凝物量时，才可以执行在412处的发动机操作参数的选择性调整。
以这种方式，通过发动机的热交换器的倾斜布置(倾斜的EGR冷却器和倾斜的CAC)调控冷凝物的流动，在热交换器中产生的冷凝物可以沿向下斜坡朝向重力排出，从而阻止大体积的冷凝物在热交换器中积累。增压空气冷却器可以沿进气流动方向倾斜，使得冷凝物被引导至发动机。相比之下，EGR冷却器可以沿排气流动方向倾斜，使得冷凝物被引导至排气系统并远离发动机。
倾斜的热交换器的技术效果是减少在热交换器中的冷凝物积累，从而阻止大体积的冷凝物从热交换器被扫到发动机，因此减少包括发动机失火的发动机燃烧问题。
一种用于冷凝物管理的示例系统，系统包括：联接到进气系统和排气系统的发动机、将排气系统联接到进气系统的排气再循环(EGR)系统和定位在EGR系统中的EGR冷却器，EGR冷却器具有联接到排气系统的入口、联接到排气系统的第一出口和联接到进气系统的第二出口，第二出口被定位成竖直地高于第一出口。在系统的第一示例中，EGR冷却器以一角度定位在EGR系统中，使得入口竖直地高于第一出口。系统的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括：其中入口和第一出口限定穿过EGR冷却器的第一流动路径，其中沿第一流动路径行进穿过EGR冷却器的排气利用竖直向下斜坡从入口行进到第一出口。系统的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括：其中系统安装在具有纵向轴线和垂直于纵向轴线的横向轴线的车辆中，且其中第一流动路径的竖直向下斜坡为沿横向轴线的竖直向下斜坡。系统的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括：其中入口和第二出口限定穿过EGR冷却器的第二流动路径，其中沿第二流动路径行进穿过EGR冷却器的排气利用比第一流动路径的竖直向下斜坡更小的竖直向下斜坡行进。系统的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括：其中沿第二流动路径行进穿过EGR冷却器的排气不利用斜坡或利用竖直向上斜坡行进。系统的第六示例任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且还包括：定位在进气系统中的增压空气冷却器，增压空气冷却器具有用于从压缩机下游接收压缩进气空气的入口和将压缩进气空气排出到发动机的出口，增压空气冷却器以一角度定位，其中入口竖直地高于出口。系统的第七示例任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且还包括：控制器，其经配置基于目标EGR流率将排气从入口引导至第二出口并基于发动机温度将排气从入口引导至第一出口。系统的第八示例任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，并且还包括：经定位用于控制穿过第一出口的流的第一阀和经定位用于控制穿过第二出口的流的第二阀，其中控制器经配置基于发动机温度调整第一阀的位置以将排气从入口引导至第一出口，并基于目标EGR流率调整第二阀的位置以将排气从入口引导至第二出口。
一种示例方法，方法包括：在第一条件期间，使排气流动穿过排气再循环(EGR)冷却器的第一流动路径，第一流动路径由EGR冷却器的入口和EGR冷却器的第一出口限定并具有竖直向下的斜坡，并且在第二条件期间，使排气流动穿过EGR冷却器的第二流动路径，第二流动路径由EGR冷却器的入口和EGR冷却器的第二出口限定。在方法的第一示例中，使排气流动穿过第一流动路径包括使排气从EGR冷却器流动至流体地联接到发动机的排气系统，并且其中使排气流动穿过第二流动路径包括使排气从EGR冷却器流动至流体地联接到发动机的进气系统。方法的第二示例任选地包括第一示例并且还包括：其中第一条件包括发动机温度低于第一阈值的情况下的发动机操作，并且其中第二条件包括启用EGR的情况下的发动机操作。方法的第三示例任选地包括第一示例和第二示例并且还包括：在第二条件期间并响应于估计的在EGR冷却器中的冷凝物量超过阈值，使排气流动穿过第一流动路径。方法的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括：在第一条件期间，基于所估计的在EGR冷却器中的冷凝物量来调整一个或多个发动机操作参数。方法的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括：使进气空气流动穿过增压空气冷却器并流动到发动机，其中进气空气沿竖直向下斜坡流过增压空气冷却器。
用于冷凝物管理的另一示例系统包括：联接到进气系统和排气系统的发动机，进气系统包括经定位用于引导冷凝物朝向发动机的增压空气冷却器和将排气系统联接到进气系统的排气再循环(EGR)系统并包括经定位用来引导冷凝物远离发动机的EGR冷却器。在系统的第一示例中，EGR冷却器包括联接到排气系统的入口、联接到排气系统的第一出口和联接到进气系统的第二出口，第二出口被定位成竖直地高于第一出口。系统的第二示例任选地包括第一示例并且还包括：其中增压空气冷却器包括用于从压缩机下游接收压缩进气空气的入口和将压缩进气空气排出到发动机的出口，增压空气冷却器以一角度定位，其中入口竖直地高于出口。系统的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，并且还包括：其中EGR冷却器以一斜度定位在EGR系统中，以在从入口到第一出口的EGR流动方向上产生向下斜坡。
应当注意的是，本文包括的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序、并行地执行，或在一些情况下省略。同样，所述处理顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而提供所述处理顺序是为了便于说明和描述。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据所使用的特定策略重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图示地表示编程在发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时存储器中的代码，其中可以通过执行包括与电子控制器结合的各种发动机硬件部件的系统中的指令来实施所描述的动作。
应当理解的是，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为具有限制意义，因为许多变型都是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的全部新颖的和不明显的组合以及子组合。
以下的权利要求特别地指出被认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解成包括一个或多个这类元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。这类权利要求，无论比原权利要求在范围上更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种系统，所述系统包括：
联接到进气系统和排气系统的发动机；
将所述排气系统联接到所述进气系统的排气再循环系统，即EGR系统；和
定位在所述EGR系统中的EGR冷却器，所述EGR冷却器具有联接到所述排气系统的入口、联接到所述排气系统的第一出口和联接到所述进气系统的第二出口，所述第二出口被定位成竖直地高于所述第一出口。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述EGR冷却器以一角度定位在所述EGR系统中，使得所述入口竖直地高于所述第一出口。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述入口和所述第一出口限定穿过所述EGR冷却器的第一流动路径，其中沿所述第一流动路径行进穿过所述EGR冷却器的排气顺着竖直向下斜坡从所述入口行进到所述第一出口。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述系统被安装在具有纵向轴线和垂直于所述纵向轴线的横向轴线的车辆，并且其中所述第一流动路径的所述竖直向下斜坡是沿所述横向轴线的竖直向下斜坡。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述入口和所述第二出口限定穿过所述EGR冷却器的第二流动路径，其中沿所述第二流动路径行进穿过所述EGR冷却器的排气顺着比所述第一流动路径的所述竖直向下斜坡小的竖直向下斜坡行进。
6.根据权利要求5所述的系统，其中沿所述第二流动路径行进穿过所述EGR冷却器的排气没有斜坡或顺着竖直向上斜坡行进。
7.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括定位在所述进气系统中的增压空气冷却器，所述增压空气冷却器具有用以从压缩机下游接收压缩的进气空气的入口和将所述压缩的进气空气排出到所述发动机的出口，所述增压空气冷却器以一角度定位，其中所述入口竖直地高于所述出口。
8.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括控制器，所述控制器经配置基于目标EGR流率将排气从所述入口引导至所述第二出口并基于发动机温度将排气从所述入口引导至所述第一出口。
9.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括被定位用以控制穿过所述第一出口的流的第一阀和被定位用以控制穿过所述第二出口的流的第二阀，其中所述控制器经配置调整所述第一阀的位置，以基于发动机温度将排气从所述入口引导至所述第一出口，以及调整所述第二阀的位置，以基于目标EGR流率将排气从所述入口引导至所述第二出口。
10.一种方法，所述方法包括：
在第一条件期间，使排气流动穿过排气再循环冷却器，即EGR冷却器，的第一流动路径，所述第一流动路径由所述EGR冷却器的入口和所述EGR冷却器的第一出口限定并具有竖直向下斜坡；以及
在第二条件期间，使排气流动穿过所述EGR冷却器的第二流动路径，所述第二流动路径由所述EGR冷却器的所述入口和所述EGR冷却器的第二出口限定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使排气流动穿过所述第一流动路径包括使排气从所述EGR冷却器流动到流体地联接到发动机的排气系统，并且其中使排气流动穿过所述第二流动路径包括使排气从所述EGR冷却器流动到流体地联接到所述发动机的进气系统。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一条件包括在发动机温度低于阈值的情况下的发动机操作，并且其中所述第二条件包括在EGR启用的情况下的发动机操作。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在所述第二条件期间且响应于估计的在所述EGR冷却器中的冷凝物量超过阈值，使排气流动穿过所述第一流动路径。
14.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括在所述第一条件期间，基于估计的所述EGR冷却器中的冷凝物量来调整一个或多个发动机操作参数。
15.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括使进气空气流动穿过增压空气冷却器并流动到发动机，其中所述进气空气沿竖直向下斜坡流过所述增压空气冷却器。
16.一种系统，所述系统包括：
联接到进气系统和排气系统的发动机，所述进气系统包括经定位用于引导冷凝物朝向所述发动机的增压空气冷却器；和
排气再循环系统，即EGR系统，其将所述排气系统联接到所述进气系统并包括经定位用于引导冷凝物远离所述发动机的EGR冷却器。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述EGR冷却器包括联接到所述排气系统的入口、联接到所述排气系统的第一出口和联接到所述进气系统的第二出口，所述第二出口被定位成竖直地高于所述第一出口。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述EGR冷却器以一斜度定位在所述EGR系统中，以在从所述入口到所述第一出口的EGR流动方向上产生向下斜坡。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述增压空气冷却器包括用以从压缩机下游接收压缩的进气空气的入口和将所述压缩的进气空气排出到所述发动机的出口，所述增压空气冷却器以一角度定位，其中所述入口竖直地高于所述出口。
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