CN204572261U - 排气再循环冷却器和排气再循环系统 - Google Patents
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Abstract
一种排气再循环冷却器，包括：冷却剂通道，具有冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂入口位于冷却器的第一纵向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，冷却剂出口位于冷却器的第二横向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，第二横向表面与第一纵向表面相对且平行；第一排气通道，具有位于相对的横向表面上的入口和出口，相对的横向表面垂直于第一纵向表面和第二纵向表面；以及长度与第一排气通道相等的第二排气通道，第二排气通道包括位于相对的横向表面上的入口和出口，第二排气通道的入口与第一排气通道的出口位于相同的表面上，第二排气通道的出口与第一排气通道的入口位于相同的表面上。还提供了排气再循环系统。本实用新型能够减小封装空间。
Description
技术领域
本申请总的来说涉及用于涡轮增压的内燃发动机的排气再循环系统的冷却器的设计和运行方法。
背景技术
发动机可以使用来自发动机排气系统的排气到发动机进气系统的再循环以减小规定的排放，这一过程称为排气再循环(EGR)。例如，涡轮增压的发动机系统可以包括高压(HP)EGR系统，该高压EGR系统使来自涡轮增压器的涡轮机的上游的排气歧管的排气再循环至位于涡轮增压器的压缩机的下游且位于进气歧管的上游的进气通道。因此，排气可以再循环并与来自涡轮增压器的压缩机的新鲜进气组合，从而在压缩机下游产生新鲜进气与再循环排气的压缩混合物。EGR阀可以被控制为调节再循环排气流的量并且实现期望的进气稀释，该期望的进气稀释基于发动机运行状态。基于发动机运行期间的发动机转速和负荷来测量和调节被引导通过EGR系统的HP排气，从而在提供排放和燃料经济性优点的同时维持发动机的理想的燃烧稳定性。
很多发动机系统使用以V型构造布置的两列汽缸，这种发动机也称为V型发动机。另外，在涡轮增压式V型发动机中，可以使用两个涡轮增压器对进气进行压缩。一种常见的构型是并联式双涡轮增压器发动机，其中一个汽缸列分配有一个涡轮增压器。另外，这两个涡轮增压器独立地运行，使得一个涡轮增压器的压缩进气不会被供给至第二涡轮增压器的入口。在这种类型的系统中，每个涡轮增压器由来自相应的汽缸列的排气歧管的排气驱动。如果高压EGR系统还与并联式双涡轮增压发动机使用，那么来自两个汽缸列的排气的一部分均会被输送通过EGR系统。高压EGR系统与并联式双涡轮增压器一起实施出现的问题在于，系统可能遭受由于不等长的排气管道导致的涡轮增压器增压不平衡。涡轮增压器增压不平衡可以导致不利的发动机运行。
在Gladden和Mineart在US 8297054中示出的一种EGR系统布置中，EGR回路连接于以V型构造布置的两个汽缸列。在一个实施例中，发动机系统包括两个主涡轮增压器，这两个主涡轮增压器将排气并行地排出至后处理装置。EGR回路包含两个入口端口，这两个入口端口流体连接于对应于第一汽缸列和第二汽缸列的两个排气歧管。另外，这两个入口端口通过流体通道流体连接于EGR冷却器。来自两个排气歧管的温度升高的高压排气被引导通过入口而进入流体通道中，流体通道输送排气通过EGR冷却器。EGR冷却器示出为具有使排气流动通过的单个入口通道和单个出口通道。
然而，发明人这里已经认识到了US 8297054的方法的潜在问题。随着力图在维持发动机动力和性能的同时使总重量最小化的更紧凑的车辆的发展，发动机的高效封装已经变得越来越重要。在很多EGR系统中，为了保持相等长度的管以避免涡轮不平衡所需要的额外的管道系统和部件添加起来是很昂贵的，并且难以在有限的发动机空间内封装。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于，提供一种能够减小封装空间又不影响发动机性能的排气再循环冷却器。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种排气再循环冷却器，包括：冷却剂通道，冷却剂通道具有冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂入口位于冷却器的第一纵向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，冷却剂出口位于冷却器的第二横向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，第二横向表面与第一纵向表面相对且平行；第一排气通道，第一排气通道具有位于相对的横向表面上的入口和出口，所述相对的横向表面垂直于第一纵向表面和第二纵向表面；以及长度与第一排气通道相等的第二排气通道，第二排气通道包括位于相对的横向表面上的入口和出口，第二排气通道的入口与第一排气通道的出口位于相同的表面上，并且第二排气通道的出口与第一排气通道的入口位于相同的表面上。
根据本实用新型的一个实施例，排气再循环冷却器安装于发动机，并且排气再循环冷却器的排气通道入口和排气通道出口垂直于发动机的曲轴。
根据本实用新型的一个实施例，第一排气通道和第二排气通道会合以形成排气再循环冷却器下游的组合排气管道。
根据本实用新型的一个实施例，第一排气通道和第二排气通道从入口到会合结合部的长度相等，其中，第一排气通道和第二排气通道在会合结合部处形成组合排气管道。
根据本实用新型的一个实施例，第一排气通道和第二排气通道在整个排气再循环冷却器中保持单独的排气流并且仅仅在会合结合部处才使排气流组合。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂将流动经过第一排气通道和第二排气通道的气体的温度降低至适合重新进入发动机的进气歧管的温度。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂通道向流动经过第一排气通道和第二排气通道的气体提供相等的冷却。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂通道、第一排气通道和第二排气通道包含在单个冷却器壳体中。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种发动机方法，包括：
引导第一排气和第二排气通过分开的两个排气通道以分别进入EGR冷却器的相对的第一侧和第二侧；
分别通过第二侧和第一侧引导仍然分开的第一排气和第二排气离开EGR冷却器；以及
使排气会合以在EGR冷却器外形成单个排气管道。
根据本实用新型的一个实施例，两个排气通道从入口到出口在EGR冷却器内保持完全分开。
根据本实用新型的一个实施例，两个排气通道沿相对的方向进入和离开EGR冷却器。
根据本实用新型的一个实施例，两个排气通道从气源到两个排气通道形成组合排气管道的会合结合部的长度相等。
根据本实用新型的一个实施例，EGR冷却器还包括与两个排气通道相邻的冷却剂通道。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂通道包含冷却剂，冷却剂将流动经过第一排气通道和第二排气通道的排气的温度降低至适合重新进入发动机的进气歧管的温度。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂通道向流动经过第一排气通道和第二排气通道的排气提供相等的冷却，排气在EGR冷却器下游会合，EGR冷却器为单个整体式EGR冷却器。
根据本实用新型的又一方面，提供了一种排气再循环系统，包括：两个并联的涡轮增压器；排气再循环冷却器，排气再循环冷却器连接在两个排气歧管的下游且连接在排气再循环控制阀的上游；第一排气管道，第一排气管道将第一排气歧管连接于排气再循环冷却器的第一入口；第二排气管道，第二排气管道将第二排气歧管连接于排气再循环冷却器的第二入口，第二入口位于与第一入口相对的表面上；位于排气再循环冷却器内的冷却剂通道，冷却剂通道具有入口和出口，入口和出口位于相对的表面上，入口和出口与外部冷却系统流体连接；在排气再循环冷却器上位于相对的表面上的两个排气出口；以及连接源自两个排气出口的两个管道的会合结合部，会合结合部形成连接于排气再循环控制阀的单个组合排气管道。
根据本实用新型的一个实施例，第一排气通道中的排气流和第二排气通道中的排气流沿相对的方向进入排气再循环冷却器。
根据本实用新型的一个实施例，第一排气通道中的排气流和第二排气通道中的排气流沿相对的方向离开排气再循环冷却器。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂通道的入口和出口位于与第一排气通道和第二排气通道的入口和出口不同的排气再循环冷却器表面上。
根据本实用新型的一个实施例，冷却剂通道、第一排气通道以及第二排气通道包含在单个冷却器壳体中。
因此，在一个示例中，可以通过一种排气再循环(EGR)冷却器解决上述问题，该排气再循环冷却器包括：冷却剂通道，其具有冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂入口位于冷却器的第一纵向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，冷却剂出口位于冷却器的第二横向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，其中第二横向表面与第一纵向表面相对且平行；第一排气通道，其具有位于相对的横向表面上的入口和出口，所述横向表面垂直于第一纵向表面和第二纵向表面；以及长度与第一排气通道相等的第二排气通道，第二排气通道包括位于相对的横向表面上的入口和出口，第二排气通道的入口与第一排气通道的出口位于相同的表面上，并且第二排气通道的出口与第一排气通道的入口位于相同的表面上。这样，双管道EGR冷却器设计实现了较短的、长度相等的EGR气体供应管，并且缩短了所需的总封装空间而不会导致涡轮增压器增压不平衡或不利地影响发动机性能。
例如，每个排气歧管可以构造成具有将排气朝向其相应的涡轮机引导的排气管道。在涡轮机入口的上游且在排气歧管的下游，两个供气管(每个汽缸列具有一个供气管)可以从涡轮机分支出来并且连接于EGR冷却器的相对侧。这两个供气管可以进入EGR冷却器并且可以以相等的长度被输送通过EGR冷却器，从而在相对的两侧作为排出管道出现。排出管道然后可以会合以形成组合排气管道，该组合排气管道离开EGR冷却器通向控制阀，该控制阀调节进入发动机的进气通道和进气歧管中的EGR气流。通过使用双入口/出口EGR冷却器，来自两个汽缸列的EGR气体可以被等同地冷却并且与进气会合而无需增加额外的管道。
另外，EGR冷却器可以安装在发动机的一部分上，使得用于两个汽缸列的供气管被对称地布置到EGR冷却器中。EGR冷却器可以垂直于曲轴的轴线附接，从而减小了将排气通道连接至EGR冷却器的供给管线距离。另外，从EGR冷却器通向进气通道的组合排气管道的长度也可以减小。
在另一个示例中，为了减小封装空间，提供了一种发动机方法，包括：引导第一和第二排气通过两个分开的排气通道以分别进入EGR冷却器的相对的第一侧和第二侧；分别通过第二侧和第一侧引导仍然分开的第一排气和第二排气离开EGR冷却器；以及使排气会合以形成EGR冷却器外的单个排气管道。这样，安装在常见的发动机系统中的EGR冷却器外的排气通道的一部分在结合之前可以集成在所提出的具有两个单独的排气通道的EGR冷却器中。例如，通过使排气会合以形成位于EGR冷却器外且位于EGR冷却器下游的单个排气管道，能够产生可以安装至发动机的更紧凑的EGR系统。
本实用新型的有益效果在于，这样，双管道排气再循环冷却器设计实现了较短的、长度相等的排气再循环气体供应管，并且缩短了所需的总封装空间而不会导致涡轮增压器增压不平衡或不利地影响发动机性能。
应当理解的是，提供前面的概述是为了以简化的形式提供将在详细的说明书中进一步描述的一系列概念。其并不意在确定要求保护的主题的关键或必要特征，其中要求保护的主题的范围由详细说明书后所附的权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题并不局限于解决在前文中或者在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施例。
附图说明
图1示出了包括常见的高压EGR系统的双涡轮增压发动机系统的示意图。
图2示出了具有改型的高压EGR系统的图1的双涡轮增压发动机系统的示意图，该改型的高压EGR系统包括双入口/出口EGR冷却器。
图3是双入口/出口EGR冷却器的立体图。
图4是包括常见的高压EGR系统的图1的双涡轮增压发动机系统的简化示意图。
图5是具有改型的高压EGR系统的图2的双涡轮增压发动机系统的简化示意图，该改型的高压EGR系统包括双入口/出口EGR冷却器。
图6示出了具有双入口/出口EGR冷却器的高压EGR系统的一般运行的流程图。
图7示出了将图5的EGR冷却器安装于发动机的示例。
图8示出了图7的EGR冷却器和发动机的替代性视图。
图9示出了图7的EGR冷却器和发动机的俯视图。
具体实施方式
下文的描述提供了用于并联式双涡轮增压内燃发动机的高压排气再循环(HP EGR)系统的系统和方法，特别是用于降低再循环排气的温度的冷却器。在图1中示出了常见的发动机系统，其具有与以V-6的方式布置成两列的汽缸并行地工作的两个涡轮增压器。该发动机系统包括使用EGR冷却器的HP EGR系统，其中EGR冷却器具有单个入口和出口以使排气通过一个管道。在图2中提供了与图1相同的发动机系统，不同之处在于改型的EGR冷却器，该改型的EGR冷却器具有两个入口和两个出口以形成冷却器内的两个排气通道。这两个排气通道在冷却器的上游和内部分开，与两个汽缸列的排气歧管流体连接，并且在冷却器的下游会合。关于图3描述了改型的EGR冷却器(或者说是双管道EGR冷却器)。图4示出了简化的发动机系统以更好地示出常见的单管道EGR冷却器的布置。类似地，图5示出了简化的发动机系统以示出双管道EGR冷却器及其管道系统的布置。在图6的流程图中示出了具有双管道EGR冷却器的EGR系统的一般运行。最后，图7示出了图5的双管道EGR冷却器是如何安装于发动机的，而图8和图9则示出了图7的发动机和EGR冷却器的替代性视图。
关于在下文的描述中的术语，所提出的EGR冷却器可以互换地称作双管道EGR冷却器、双入口/出口EGR冷却器或改型的EGR冷却器。另外，每个汽缸列分配有一个涡轮增压器的并联式双涡轮增压器发动机也可以称作双涡轮增压器系统，因为本文将仅仅述及并联系统。如前所述，高压排气再循环系统吸纳涡轮机上游的一部分排气，对气体进行冷却，并且输送气体以使其与在压缩机的下游且在进气歧管的上游的进气(充气)会合。进入EGR冷却器的排气可以称作EGR气体或简称为排气或废气。
图1示出了示例性的涡轮增压发动机系统100的示意图，该发动机系统100包括多缸内燃发动机10和处于并联构型的双涡轮增压器120和130，双涡轮增压器120和130可以相同。作为一个非限制性示例，发动机系统100可以作为乘用车的推进系统的一部分。尽管这里没有描绘，也可以使用其他发动机构型而不偏离本公开的范围。
发动机系统100可以至少部分地通过控制器12以及通过经由输入装置192的来自车辆操作人员190的输入来控制。在本示例中，输入装置192包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器194。控制器12可以是微型计算机，其包括：微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校正值的电存储介质(例如，只读存储器芯片)、随机存取存储器、保活存储器以及数据总线。存储介质只读存储器可以被编程为具有计算机可读数据，这些数据表示能够由微处理器执行以用于执行下文描述的程序以及能够预见到但没有具体列出的其他变型的非瞬态指令。控制器12可以构造成从多个传感器165接收信息以及向多个致动器175(本文描述了致动器175的各种示例)发送控制信号。其他致动器如各种附加的阀和节气门可以连接于发动机系统100中的各种位置。控制器12可以从各种传感器接收输入数据，对输入数据进行处理，并且基于对应于一个或多个程序在控制器12中编程的指令或代码而响应于处理过的输入数据触发致动器。这里关于图6描述使用控制器12的示例性控制程序。
发动机系统100可以经由进气通道140接收进气。如图1所示，进气通道140可以包括空气过滤器156和空气导入系统(AIS)节气门115。AIS节气门115可以构造成调节和控制HP EGR流的大小。AIS节气门115的位置可以由控制系统经由与控制器112通信连接的节气门致动器117来调节。
至少一部分进气能够经由用142表示的进气通道140的第一分支被引导至涡轮增压器120的压缩机122，并且至少一部分进气能够经由用144表示的进气通道140的第二分支被引导至涡轮增压器130的压缩机132。因此，发动机系统100包括位于压缩机122和132上游的低压AIS系统191以及位于压缩机122和132下游的高压AIS系统193。
总进气的第一部分能够经由压缩机122被压缩，可以在压缩机122处经由进气通道146被供给至进气歧管160。因此，进气通道142和146形成了发动机的进气系统的第一分支。类似地，总进气的第二部分能够经由压缩机132被压缩，可以在压缩机132处经由进气通道148被供给至进气歧管160。因此，进气通道144和148形成了发动机的进气系统的第二分支。如图1所示，来自进气通道146和148的进气能够在到达进气歧管160之前经由公共的进气通道149重新组合，进气可以在进气歧管160中提供至发动机。在一些示例中，进气歧管160可以包括用于估测歧管压力(MAP)的进气歧管压力传感器182和/或用于估测歧管空气温度(MCT)的进气歧管温度传感器183，这两个传感器都与控制器112通信。在所描绘的示例中，进气通道149还包括空气冷却器154和节气门158。节气门158的位置可以由控制系统经由与控制器12通信连接的节气门致动器157调节。如图所示，节气门158可以布置在空气冷却器154下游的进气通道149中，并且可以构造成调节进入发动机10的进气流的流量。
如图1所示，压缩机旁通阀(CBV)152可以布置在CBV通道150中，并且CBV 155可以布置在CBV通道151中。在一个示例中，CBV 152和155可以是电子式气动CBV(EPCBV)。CBV 152和155可以被控制为使得当发动机增压时，能够释放进气系统中的压力。CBV通道150的上游端可以与压缩机132上游的进气通道144连接，并且CBV通道150的下游端可以与压缩机132下游的进气通道148连接。类似地，CBV通道151的上游端可以与压缩机122上游的进气通道142连接，并且CBV通道151的下游端可以与压缩机122下游的进气通道146连接。取决于每个CBV的位置，被相应的压缩机压缩的空气可以再循环到压缩机上游的进气通道中(例如，对于压缩机132，为进气通道144；对于压缩机122，为进气通道142)。例如，CBV 152可以打开以使压缩机132上游的压缩空气再循环，和/或CBV 155可以打开以使压缩机122上游的压缩空气再循环，从而释放选定条件期间进气系统中的压力，以减小压缩机喘振加载的影响。CBV 155和152可以被控制系统主动地或被动地控制。
如图所示，低压(LP)AIS压力传感器196布置在进气通道140、142和144的结合处，并且HP AIS压力传感器169布置在进气通道149中。然而，在其他可预见的实施例中，传感器196和169可以分别布置在LP AIS和HP AIS内的其他位置。除了其他功能之外，来自LP AIS压力传感器196和HP AIS压力传感器169的测量值可以用来确定压缩机压力比，压缩机压力比可以影响压缩机喘振风险的估测。
发动机10可以包括多个汽缸14。在所描绘的示例中，发动机10包括以V型构造布置的6个汽缸。具体地，6个汽缸布置成两列13和15，其中每列包括三个汽缸。在替代性示例中，发动机10可以包括两个或更多个汽缸，例如4个、5个、8个、10个或更多个汽缸。这些多个汽缸可以被均等地划分并且以替代的构型布置，例如V型、直线型、盒型，等等。每个汽缸14可以构造成具有燃料喷射器166。在所描绘的示例中，燃料喷射器166是缸内直喷喷射器。然而，在其他示例中，燃料喷射器166可以构造为基于进气道的燃料喷射器。
经由公共的进气通道149供给至每个汽缸14(这里也称为燃烧室14)的进气可以用于燃料燃烧，并且燃烧的产物然后可以经由与汽缸列相关的排气通道排出。在所描绘的示例中，发动机10的汽缸的第一列13可以经由公共的排气通道17排出燃烧产物，并且汽缸的第二列15可以经由公共的排气通道19排出燃烧产物。
每个汽缸14的进气门和排气门的位置可以经由连接于气门推杆的液压致动的举升装置调节，或者经由使用凸轮块的凸轮轮廓切换机构调节。在本示例中，至少每个汽缸14的进气门可以通过使用凸轮致动系统的凸轮致动来控制。具体地，进气门凸轮致动系统25可以包括一个或多个凸轮并且可以对进气门和/或排气门使用可变凸轮正时或可变凸轮升程。在替代性实施例中，进气门可以由电气门致动来控制。类似地，排气门可以通过凸轮致动系统或电气门致动来控制。
由发动机10经由排气通道17排出的燃烧产物能够被引导通过涡轮增压器120的排气涡轮机124，排气涡轮机124继而能够经由轴126向压缩机122提供机械功，以对进气提供压缩。可替代地，流动经过排气通道17的排气中的一部分或全部可以由废气门128控制而经由涡轮机旁通通道123绕过涡轮机124。废气门128的位置可以由控制器12指令的致动器(未示出)控制。作为一个非限制性示例，控制器12能够经由电磁阀调节废气门128的位置。在该特定的示例中，电磁阀可以接收压力差以通过布置在压缩机122上游的进气通道142与布置在压缩机122下游的进气通道149之间在空气压力方面的差异来通过致动器促进废气门128的致动。在其他示例中，也可以使用除电磁阀以外的其他合适的方法来致动废气门128。
类似地，由发动机10经由排气通道19排出的燃烧产物能够被引导通过涡轮增压器130的排气涡轮机134，排气涡轮机134继而能够经由轴136向压缩机132提供机械功，以对流动经过发动机的进气系统的第二分支的进气提供压缩。可替代地，流动经过排气通道19的排气中的一部分或全部可以由废气门138控制而经由涡轮机旁通通道133绕过涡轮机134。废气门138的位置可以由控制器12指令的致动器(未示出)控制。作为一个非限制性示例，控制器12能够经由电磁阀调节废气门138的位置。在该特定的示例中，电磁阀可以接收压力差以通过布置在压缩机132上游的进气通道144与布置在压缩机132下游的进气通道149之间在空气压力方面的差异来通过致动器促进废气门138的致动。在其他示例中，也可以使用除电磁阀以外的其他合适的方法来致动废气门138。
在一些示例中，排气涡轮机124和134可以构造为几何形状可变的涡轮机，其中控制器12可以调节涡轮机叶轮的叶片(或轮叶)的位置，从而改变从排气流获得并且分配至相应的压缩机的能量水平。可替代地，排气涡轮机124和134可以构造为可变喷嘴涡轮机，其中控制器12可以调节涡轮机喷嘴的位置以改变从排气流获得并且分配至相应的压缩机的能量水平。例如，控制系统可以构造成通过相应的致动器独立地改变排气涡轮机124和134的叶片位置或喷嘴位置。
由汽缸经由排气通道19排出的燃烧产物可以经由涡轮机134下游的排气通道180被引导至大气，同时经由排气通道19排出的燃烧产物可以经由涡轮机124下游的排气通道170被引导至大气。排气通道170和180可以包括一个或多个排气后处理装置(例如催化剂)以及一个或多个排气传感器。例如，如图1所示，排气通道170可以包括布置在涡轮机124下游的排放控制装置129，并且排气通道180可以包括布置在涡轮机134下游的排放控制装置127。排放控制装置127和129可以是选择性催化还原(SCR)装置、三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者以上所述的组合。另外，在一些实施例中，在发动机10运行期间，排放控制装置127和129可以例如通过在特定的空燃比内运行发动机的至少一个汽缸而被周期性重置。
发动机系统100还包括公共的高压(HP)EGR系统106。HP EGR系统106将来自排气通道19的排气的期望的一部分输送至进气通道149，并且将来自排气通道17的排气的期望的一部分输送至进气通道149。在所描绘的实施例中，EGR从涡轮机134上游的EGR通道195输送到结合部121。类似地，EGR气体从涡轮机124上游的EGR通道197输送到结合部121。如图1所示，来自EGR通道195和197的EGR能够在到达EGR冷却器111之前经由公共的EGR通道113被重新组合。EGR通道195和197从它们由通道19和17分离的位置到它们在结合部121会合的位置具有相等的长度。提供至进气通道149的EGR的量可以由控制器12经由连接在HP EGR系统106中的EGR阀119改变。在图1所示的示例性实施例中，HP EGR系统106包括位于EGR阀119上游的EGR冷却器111。EGR冷却器111可以例如将来自再循环排气的热量排放至发动机冷却剂。
EGR阀119可以构造成调节通过相应的EGR通道转移的排气的量和/或流率，以实现进入发动机的进气的期望的EGR稀释百分比，其中具有较高的EGR稀释百分比的进气包括比具有较低的EGR稀释百分比的进气更高的再循环排气与空气之比。一旦再循环排气从EGR冷却器111排出并且经过EGR阀119，气体便被引导通过EGR通道114而到达结合部116。在结合部116处，再循环排气和进气会合而被输送回到进气歧管160。
除了EGR阀的位置之外，还将理解的是，CBV位置、AIS节气门位置和废气门位置也可以影响进气的EGR稀释百分比。例如，当CBV改变状态时(例如，从关闭状态切换至打开状态，或者从部分关闭状态切换至更大程度的打开状态)，可能存在进气过度稀释的风险。当CBV打开时，EGR与新鲜空气的混合物可以再循环回到压缩机上游的进气通道，如果EGR阀保持打开以向压缩机上游的进气进一步添加EGR，这可以增加EGR稀释百分比。相比之下，当CBV保持在固定位置(即打开、关闭或部分打开)时，EGR控制可以不受影响。作为另一个示例，AIS节气门位置可以影响进入进气系统的新鲜空气的流量；较多的新鲜空气进入进气系统可以减小EGR稀释百分比，而较少的新鲜空气进入进气系统可以增大EGR稀释百分比。作为又一个示例，废气门位置可以影响排气背压；如果EGR阀不完全关闭，排气背压可以影响进入进气系统的EGR流量。因此，如下文中详细论述的，进气的EGR稀释可以经由对EGR阀位置、CBV位置、AIS节气门位置和废气门位置等中的一个或多个以及其他参数的控制来控制。
给定时刻的进气的EGR稀释百分比(例如，发动机的进气通道中的燃烧气体与空气之比)可以从进气氧传感器168的输出来推断。在所描绘的实施例中，进气氧传感器位于进气通道146、148和149的结合处并且位于空气冷却器154的上游。然而，在其他实施例中，传感器168可以布置在空气冷却器154的下游，或者布置在进气通道149的另一个位置。进气氧传感器168可以是用于提供进气的氧浓度的任何合适的传感器，例如线性氧传感器、进气UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器等。控制器12可以基于来自进气氧传感器168的反馈估测EGR流的稀释百分比。在一些示例中，控制器然后可以调节EGR阀119、AIS节气门115、CBV 152、CBV 155、废气门138和废气门128中的一个或多个以实现进气的期望EGR稀释百分比。
除了前面提到的传感器之外，发动机系统100还可以包括各种传感器165。如图1所示，公共的进气通道149可以包括用于估测节气门入口压力(TIP)的节气门入口压力(TIP)传感器172和/或用于估测节气门空气温度(TCT)的节气门入口温度传感器173，这两个传感器都与控制器12通信。另外，尽管这里没有描绘，但进气通道142和144中的每个可以包括质量空气流量传感器。
图1示出了利用处于并联布置的双涡轮增压器以及常见的HP EGR系统106运行的一般的发动机系统100，其中EGR冷却器111具有分别连接于EGR通道113和114的单个入口和单个出口。发明人这里已经认识到，常见的HP EGR系统106可能难以高效地封装在紧凑型当代车辆内发动机可用的有限空间内。由于EGR通道195和197为了防止涡轮增压器不平衡而具有相等的长度，所以在图1中能够看到，通道195、197、113和114的额外管道布置可能在将EGR系统106安装在发动机10上时增加了额外的成本和困难。
在图2中能够看到改型的EGR冷却器211。注意，除了EGR冷却器211之外，发动机系统100与图1相同。因此，对于图1和图2的标号保持相同，因为其运行是相同的。为了简便起见，参照关于图1的发动机系统100的运行的描述。在图2中能够看到，改型的EGR冷却器211包含两个入口和两个出口，EGR气体能够流动通过这两个入口和两个出口。不同于在图1中看到的那样使EGR通道195和197在EGR冷却器上游会合，图2的EGR系统206使通道在EGR冷却器211下游的结合部221处会合。冷却剂可以进入EGR冷却器211以使经过改型的EGR冷却器的各个通道的排气的温度统一地降低。这样，如下文中进一步论述的，减小了EGR系统206的封装空间。改型的EGR冷却器211将在下文中称为双管道EGR冷却器。
在对具有双涡轮增压器的EGR系统的当前解决方案的另一个示例中，可以使用两个EGR冷却器，每个EGR冷却器分别与来自这两个汽缸列的其中一个的EGR气体连接。在没有示出的该系统构型中，显然，由于使用两个EGR冷却器来代替一个EGR冷却器而增加的体积，存在相同的封装空间问题。另外，由于在EGR冷却器的出口侧上需要通向公共的进气通道的额外的一组管道，双EGR冷却器系统可能需要比单EGR冷却器系统更多的附加管道。
图3示出了与图2的EGR冷却器211类似的双管道EGR冷却器300的实施例。该冷却器包括保持用于EGR气体和冷却剂的管道的壳体301。在图3中能够看到，冷却器壳体301在纵向方向上比在横向方向上长。因此，表面351和352具有相等的、较长的长度，该长度大于相等的、较短的表面353和354。在表面351上，冷却剂入口350靠近壳体的边缘定位。在相对的表面352上，冷却剂出口360靠近壳体的相对的边缘定位。冷却剂入口350和出口360连接于EGR冷却器300外的冷却剂系统。注意，EGR冷却器300是包含在壳体301和所连接的通道内的单个整体式EGR冷却器，如下文中进一步论述的。
来自左侧(或第一)汽缸列的EGR气体通过左列EGR入口310进入EGR冷却器壳体301。如图3所示，入口310位于表面353上。来自左汽缸列的EGR气体通过左列EGR出口320在相对的表面354上离开壳体301。能够看到，入口和出口不共线，但是彼此偏移，使得出口在横向方向上位于入口上方。
类似地，来自右侧(或第二)汽缸列的EGR气体通过右列EGR入口330进入EGR冷却器壳体301。右列EGR入口330位于表面354上，其中出口320在横向方向上位于入口330上方。来自右汽缸列的EGR气体通过右列EGR出口340在相对的表面353上离开壳体301。与左列入口和出口类似，右列入口330和出口340不共线，但是彼此偏移，使得出口在横向方向上位于入口上方。
左列EGR出口320连接于左列管道380，左列管道380朝向冷却器壳体301的中心弯曲和延伸。类似地，右列EGR出口340连接于右列管道390，右列管道390在左列管道380附近朝向冷却器壳体301的中心弯曲和延伸。左列管道380和右列管道390然后在结合部315处会合以形成组合的排气管道370，排气管道370延伸离开EGR冷却器300并且在下游连接于EGR控制阀(未示出)。在图3中通过没有标号的箭头示出了排气和冷却剂的流动方向。
冷却器壳体301包含与分别对应于左汽缸列和右汽缸列的EGR入口和出口310、320、330、340流体连接的两个排气通道(未示出)。这两个(第一和第二)排气通道的长度相等并且在冷却器壳体301内保持完全分离，仅仅在壳体外的结合部315处会合。
冷却器壳体301还包含将冷却剂入口350和出口360流体连接的第三通道(未示出)。第三通道在壳体302内和壳体301外都保持与两个排气通道分离。用来降低流动经过EGR冷却器300的EGR气体的温度的冷却剂可以是处于下述温度的液体：即为了实现预定的发动机性能而从EGR气体移除期望大小的热量所需的温度。冷却剂将流动经过第一排气通道和第二排气通道的排气的温度降低到适当的温度以便重新进入发动机的进气歧管。另外，EGR冷却器壳体301内的冷却剂通道的管道系统可以布置成向来自左汽缸列和右汽缸列的EGR气体提供几乎相等的冷却。
将汽缸列的排气歧管连接于入口310和330的左汽缸列管道和右汽缸列管道是相等的。另外，左汽缸列排气管道和右汽缸列排气管道在整个EGR冷却器300中是相等的。具体他，从左列EGR入口310到结合部315的管道在长度上与从右列EGR入口330到结合部315的管道相等。相等长度的管道是为了减小涡轮增压器增压不平衡的可能性。更广义地，位于左列排气歧管中的点与位于EGR气体与进气会合处的点之间的距离等于位于右列排气歧管中的对应点与同一会合点之间的距离，其中所述距离是在EGR系统的管道中测量的。
图4描绘了与图1的发动机系统100类似的简化的发动机系统。图4的发动机系统400包括具有EGR冷却器460的EGR系统，EGR冷却器460具有带一个入口和一个出口的排气通道。进气401被抽吸到第一(左汽缸列)压缩机425中并且被输送经过进气管道403。类似地，进气402被抽吸到第二(右汽缸列)压缩机435中并且被输送经过进气管道404。进气401和402可以源自压缩机425和435上游的同一个公共的气源。两个进气管道403和404在增压空气冷却器450上游会合，其中进气被冷却以被输送经过节气门490。冷却过的进气然后被输送经过组合的进气管道405并且进入进气歧管415，在进气歧管415处被吸入到汽缸中。发动机410包含两列汽缸，左列414和右列417。来自每个汽缸列的排气被输送到相应的排气歧管，即左排气歧管413和右排气歧管412中。来自左排气歧管413的排气被输送经过左排气管道407并且经过涡轮机420而进入后处理装置470，在471处排出。类似地，来自右排气歧管412的排气被输送经过右排气管道408并且经过涡轮机430而进入后处理装置475，在476处排出。
来自排气管道407和408的排气的一部分被输送离开涡轮机420和430并且进入结合部468，两个排气流在结合部468处会合进入单个入口管461中。会合的排气然后进入EGR冷却器460，在EGR冷却器460中被冷却并且排出至出口管462中且经过EGR控制阀480。再循环排气与经过冷却的进气在组合进气管道405中组合，混合物从组合进气管道405被输送至进气歧管415。
除了EGR系统、特别是EGR冷却器560和结合部568之外，图5的发动机系统400与图4的发动机系统400基本相同。为了简便起见，将不给出图1的发动机系统400的描述，并且应当注意，图4和图5中的相同部件的编号大致相同。图5的EGR系统具有图3所示的双入口/出口EGR冷却器。作为示例性实施例，双管道EGR冷却器560安装于发动机410的一侧。如图4的系统中那样，来自管道407和408的排气的一部分被输送离开涡轮机420和430。不同于在EGR冷却器外会合，分开的排气通道各自进入和离开EGR冷却器560并且在EGR冷却器的下游的结合部568处会合。换言之，第一(左侧)排气管道407将第一(左侧)排气歧管413连接于EGR冷却器的第一(左侧)入口，而第二(右侧)排气管道408将第二(右侧)排气歧管412连接于EGR冷却器的第二(右侧)入口。冷却过的EGR气体然后排入到出口管462中并且经过EGR控制阀480，从而在组合进气管道405中与进气混合。在图5中能够看到，EGR冷却器560的入口和出口的并排布置使其能够安装在发动机410的端部上。这种布置还缩短了EGR系统的总包装空间而不影响性能。
图6示出了具有双管道EGR冷却器设计的EGR系统的一般运行过程600的流程图。运行过程600通过确定发动机运行状态而从601开始。发动机运行状态可以包括但不限于：空燃比、气门位置和温度。然后，在602中使发动机根据一组期望的发动机参数和发动机性能运行，所述一组期望的发动机参数和发动机性能可以至少部分地由图1的控制器12和车辆操作人员190确定。接下来，在603中，控制器12调节EGR控制阀的位置以增大或减小EGR气体的流率，从而实现由期望的发动机运行状态确定的进气的期望EGR稀释百分比。在604中，一旦EGR阀被调节，来自左列涡轮机上游的左汽缸列的排气的一部分便被输送离开排气通道进入EGR冷却器的左列入口中。同时，在604中，在排气从左汽缸列被输送的同时，来自右列涡轮机上游的右汽缸列的排气的一部分被输送离开排气通道进入EGR冷却器的右列入口中。在604中示出的左汽缸列排气输送和右汽缸列排气输送同时地发生，因为排气从汽缸的左右两列连续地排出。
在605中，EGR气体经由两个排气通道穿过EGR冷却器，从而将EGR气体的温度降低至适合于期望的发动机性能的温度值。在离开EGR冷却器后，两个单独的排气通道在606中会合以形成离开EGR冷却器的单个组合排气管道。最后，在607中，在穿过EGR冷却器下游的EGR控制阀后，EGR气体被输送回到进气通道中，在进气通道中，EGR气体与进气组合以被引导至进气歧管中。
现在参照图7，在一种可能的安装构型中，图5的双管道EGR冷却器560安装在发动机410的端部上。纵向轴线限定为沿着发动机410及其曲轴(未示出)的长轴设置。还限定了垂直的横向方向，如果发动机以水平构型安装，那么该横向方向是竖直的。所示的发动机410具有6个汽缸，每个汽缸包括包含在壳体710中的火花塞。注意，通向EGR冷却器560以及离开EGR冷却器560的管道的长度缩短了。在图7中示出了右列入口通道731，右列入口通道731从右排气歧管412通向EGR冷却器560。通道731根据发动机外部和右汽缸列417的曲率而弯折和弯曲。在排气通道在结合部568处会合之后，提供将EGR冷却器连接于出口管462的凸缘723，出口管462则通向EGR控制阀480。在图7中还示出了进气歧管415，进气歧管415将混合有EGR气体的进气引导至发动机汽缸列414和417中。在图7还能够看到涡轮增压器770的一部分。通过安装在发动机410的端部上，从两个汽缸列通向入口的管道比用于单管道EGR冷却器的类似的管道短。因此，双管道EGR冷却器可以优化封装空间。
图8从不同的角度示出了安装于发动机410的图7的相同的EGR冷却器560。从该视图能够清楚地看到左汽缸列414与左排气歧管413。左列入口通道831将来自左排气歧管413的一部分排气引导至与右列入口通道731相对的一侧上的EGR冷却器560。与通道731类似的入口通道831也可以随着其引导排气至EGR冷却器560而绕汽缸列414的外周弯折和弯曲。与图7中所示相同的部件在图8中被标以相同的标号。
图9从垂直于横向方向的俯视角度示出了安装于发动机410的图7的EGR冷却器560。从该视图能够看到左汽缸列414和右汽缸列417，以及相应的入口通道731和831。注意，EGR冷却器560安装成使得如图3所示的冷却器的纵向轴线垂直于图9所示的发动机410的纵向轴线。与图7中所示相同的部件在图9中被标以相同的标号。
根据上文的描述和相关的附图，提供了一种发动机方法，其包括：将排气从第一组汽缸引导至EGR冷却器的第一横向表面上的第一排气通道的入口；将排气从第二组汽缸引导至EGR冷却器的第二横向表面上的第二排气通道的入口，其中第二横向表面与第一横向表面相对；使排气穿过与冷却剂通道相邻的EGR冷却器内的第一排气通道和第二排气通道，该冷却剂通道包括位于EGR冷却器的相对的纵向表面上的冷却剂入口和冷却剂出口，其中纵向表面垂直于横向表面；使排气通过第二横向表面上的第一排气通道的出口离开；使排气通过第一横向表面上的第二排气通道的出口离开；以及使来自第一排气通道出口和第二排气通道出口的排气会合以形成EGR冷却器外的单个组合排气管道。
通过使用如在图2、图5和图7至9中那样布置的图3的双管道EGR冷却器，可以使用较短的相等长度的EGR供气管，这缩短了所需要的总封装空间。另外，由于对应于左汽缸列和右汽缸列的排气管道保持相等，所以发动机性能将保持基本上不受影响。双管道EGR冷却器和管道系统的紧凑性可以减小将HP EGR系统安装到发动机上的总成本。此外，减小了涡轮不平衡。总而言之，双管道EGR冷却器相比于当前的单管道EGR冷却器是有利的。
注意，本文包括的示例性控制和估测程序能够与多种发动机和/或车辆系统构型使用。本文公开的控制方法和程序可以存储为非暂时性存储器中的可执行指令。本文描述的特定程序可以代表诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等之类的任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序执行、并行地执行、或者在一些情况下可以省去。类似地，所示的处理顺序不一定是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点所需要的，而是为了示例和描述的目的而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复地执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。
将注意的是，本文公开的构型和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应在限制性的意义上来考虑，因为可以存在众多的变型。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描述的各种系统和构型以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别地指出了被认为是新颖且非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能述及“元件”或“第一元件”或其等同称谓。这种权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不必须是两个或更多个这种元件，也不排除是两个或更多个这种元件。通过对当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求，可以对所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合或子组合要求保护。这种权利要求——无论与原始权利要求相比在范围上是更宽、更窄、相同还是不同——也被认为包括在本公开的主题内。
Claims (9)
1.一种排气再循环冷却器，其特征在于，包括：
冷却剂通道，所述冷却剂通道具有冷却剂入口和冷却剂出口，所述冷却剂入口位于所述冷却器的第一纵向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，所述冷却剂出口位于所述冷却器的第二横向表面上，与外部冷却剂回路流体连接，所述第二横向表面与所述第一纵向表面相对且平行；
第一排气通道，所述第一排气通道具有位于相对的横向表面上的入口和出口，所述相对的横向表面垂直于所述第一纵向表面和所述第二纵向表面；以及
长度与所述第一排气通道相等的第二排气通道，所述第二排气通道包括位于相对的横向表面上的入口和出口，所述第二排气通道的入口与所述第一排气通道的出口位于相同的表面上，并且所述第二排气通道的出口与所述第一排气通道的入口位于相同的表面上。
2.根据权利要求1所述的排气再循环冷却器，其特征在于，所述排气再循环冷却器安装于发动机，并且所述排气再循环冷却器的排气通道入口和排气通道出口垂直于所述发动机的曲轴。
3.根据权利要求1所述的排气再循环冷却器，其特征在于，所述第一排气通道和所述第二排气通道会合以形成所述排气再循环冷却器下游的组合排气管道。
4.根据权利要求3所述的排气再循环冷却器，其特征在于，所述第一排气通道和所述第二排气通道从所述入口到会合结合部的长度相等，其中，所述第一排气通道和所述第二排气通道在所述会合结合部处形成所述组合排气管道。
5.根据权利要求4所述的排气再循环冷却器，其特征在于，所述第一排气通道和所述第二排气通道在整个所述排气再循环冷却器中保持单独的排气流并且仅仅在所述会合结合部处才使排气流组合。
6.根据权利要求1所述的排气再循环冷却器，其特征在于，所述冷却剂通道、所述第一排气通道和所述第二排气通道包含在单个冷却器壳体中。
7.一种排气再循环系统，其特征在于，包括：
两个并联的涡轮增压器；
排气再循环冷却器，所述排气再循环冷却器连接在两个排气歧管的下游且连接在排气再循环控制阀的上游；
第一排气管道，所述第一排气管道将第一排气歧管连接于所述排气再循环冷却器的第一入口；
第二排气管道，所述第二排气管道将第二排气歧管连接于所述排气再循环冷却器的第二入口，所述第二入口位于与所述第一入口相对的表面上；
位于所述排气再循环冷却器内的冷却剂通道，所述冷却剂通道具有入口和出口，所述入口和所述出口位于相对的表面上，所述入口和所述出口与外部冷却系统流体连接；
在所述排气再循环冷却器上位于相对的表面上的两个排气出口；以及
连接源自所述两个排气出口的两个管道的会合结合部，所述会合结合部形成连接于所述排气再循环控制阀的单个组合排气管道。
8.根据权利要求7所述的排气再循环系统，其特征在于，所述冷却剂通道的入口和出口位于与所述第一排气通道和所述第二排气通道的入口和出口不同的排气再循环冷却器表面上。
9.根据权利要求7所述的排气再循环系统，其特征在于，所述冷却剂通道、所述第一排气通道以及所述第二排气通道包含在单个冷却器壳体中。
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