用于发动机气道冷凝物管理的系统和方法.pdf

本发明公开了一种用于发动机气道冷凝物管理的系统和方法。该系统和方法基于冷凝物中的污染类型和发动机的运转参数或催化剂将热交换器储存器中收集的冷凝物引导至发动机燃烧室或发动机排气中的位置。在一个特定示例中，该方法包括在蓄压器中积聚一部分压缩空气；以及当发动机输出低于预定量时，连通一部分积聚的空气与冷凝物通过通道进入燃烧室。因此，所描述的方法可以被用于甚至在低发动机负荷时分配在热交换器中形成的冷凝物。

权利要求书
1.  一种用于发动机的方法，所述方法包含：
引导空气从压缩器通过热交换器至所述发动机的燃烧室；
连通所述热交换器中形成的冷凝物通过连接至所述燃烧室的通道；
在蓄压器中积聚一部分所述压缩空气；以及
当发动机输出低于预定量时，连通一部分所述积聚的空气通过所述通道进 入所述燃烧室。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中仅当所述冷凝物存在且所述发动机输 出低于所述预定量时，连通所述积聚的空气通过所述通道。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机输出的所述预定量对应于 高负荷发动机状况。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器包含空气对空气式热交 换器并且包括用于收集所述冷凝物的储存器。

5.  根据权利要求1所述的方法，其中每个所述通道连接至多个进气流道中 的一者，每个所述进气流道与对应的一个所述燃烧室连通。

6.  根据权利要求4所述的方法，其中所述储存器与每个所述通道连通。

7.  根据权利要求6所述的方法，其中所述蓄压器与所述储存器连通。

8.  一种用于具有连接至起燃催化剂的排气的发动机的方法，所述方法包 括：
引导空气从空气压缩器通过热交换器至所述发动机的燃烧室；
收集所述热交换器中形成的冷凝物；
在蓄压器中积聚一部分所述压缩空气；
当所述冷凝物包含污染物时，连通所述冷凝物通过通道至所述燃烧室；以 及
当发动机输出低于预定量时，连通一部分所述积聚的空气通过通道进入所 述燃烧室以将所述冷凝物推入所述燃烧室。

9.  根据权利要求8所述的方法，其中仅当冷凝物出现在所述通道中时，连 通所述积聚的空气通过所述通道。

10.  根据权利要求8所述的方法，还包括：当所述发动机输出高于预定量并 且所述冷凝物基本无所述污染物并且催化剂的起燃高于预定温度时，连通所述 冷凝物至所述起燃催化剂。

11.  根据权利要求8所述的方法，其中当在所述冷凝物中检测到发动机冷 却剂时，减小所述发动机的功率输出。

12.  根据权利要求8所述的方法，其中所述压缩器由设置在所述发动机排 气中的涡轮驱动。

13.  根据权利要求8所述的方法，其中由到所述发动机的曲轴或凸轮轴的 机械连接驱动所述压缩器。

14.  一种系统，所述系统包含：
发动机，所述发动机具有多个燃烧室、进气歧管和将所述歧管连接至进气 流道的进气流道，以及连接至起燃催化剂的排气装置；
涡轮增压器，所述涡轮增压器具有连接至所述排气装置的涡轮和通过所述 涡轮驱动的压缩器；
热交换器，所述热交换器具有连接至所述压缩器的输入以及通过所述进气 歧管和所述进气流道连接至所述燃烧室的输出；
存储器，所述存储器连接至所述热交换器和多个通道，每个所述通道连接 在所述储存器和每个所述进气流道之间以将冷凝物引导至所述燃烧室；
蓄压器，所述蓄压器具有连接至所述压缩器的输入以及连接至每个所述通 道的输出；以及
控制器，当所述发动机输出低于预定量时，所述控制器控制从所述蓄压器 通过所述通道的气流以强制所述冷凝物进入每个所述进气流道。

15.  根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器在所述发动机输出高于 所述预定量时停止从所述蓄压器通过所述通道的气流。

16.  根据权利要求14所述的系统，还包含连接至一个或更多个所述燃烧室 的排气的发动机排气装置以及在所述储存器和所述催化剂下游的所述排气中 的位置之间的连接。

17.  根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器在特定工况下在所述发 动机输出低于所述预定量时连通所述冷凝物至所述催化剂下游的所述位置，并 且停止从所述蓄压器通过所述通道的所述气流。

18.  根据权利要求17所述的系统，其中所述特定工况包括所述蓄压器中的 压力低于阈值。

19.  根据权利要求14所述的系统，还包含连接至一个或多个所述燃烧室的 排气的发动机排气装置和在所述储存器和所述催化剂上游的所述排气中的位 置之间的连接。

20.  根据权利要求19所述的系统，其中当所述发动机输出高于所述预定量 并且所述催化剂的温度高于预定量时，所述控制器连通所述冷凝物至所述催化 剂上游的所述位置并且停止从所述蓄压器通过所述通道的所述气流。

说明书用于发动机气道冷凝物管理的系统和方法
【技术领域】
本发明涉及在连接至发动机进气气道(air path)和/或排气气道的充气 空气冷却器中自然形成并且收集的冷凝物中污染的探测，从而响应于该探测采 取措施。
【背景技术】
增压发动机已经普遍使用，其中通过由设置在发动机排气中的涡轮或由发 动机曲轴驱动的空气压缩器压缩空气。压缩会增加空气温度。所以，通常在进 入发动机进气系统之前引导压缩空气通过通常称为充气冷却器(CAC)的热交 换器。在高环境空气湿度状况下热交换器中会形成冷凝物。在一些现有技术中 总是将冷凝物引导进发动机排气而在其它现有技术中总是将冷凝物引导进发 动机进气。
发明人在此已经认识到，不管发动机工况并且不管冷凝物中是否存在污 染，总是将冷凝物引导至排气或进气会导致不希望的发动机或催化剂运转。例 如，在一些工况下，总是将冷凝物引导至进气系统可能导致粗糙的发动机运转。 而且在低或中等发动机负荷时总是将冷凝物引导至催化剂上游的排气可能导 致不希望的催化剂冷却。此外，如果冷凝物中存在发动机机油而将冷凝物引导 至催化剂可能导致不希望的催化剂运转。此外，从排放或效率的观点来看，通 过将发动机机油抛弃进催化剂下游的发动机排气来去除发动机机油是不希望 的。
【发明内容】
发明人在此通过一种方法解决这些问题，在一个示例中，该方法包含：引 导空气从压缩器通过热交换器至发动机的燃烧室；连通热交换器中形成的冷凝 物通过连接至燃烧室的通道；在蓄压器中积聚一部分压缩空气；且当发动机输 出低于预定量时，连通一部分积聚的空气通过该通道进入燃烧室。如果积聚的 空气未被使用，冷凝物将趋于积累在表面上并可导致较差的发动机运转。在较 高负荷下应具有足够的气流速度以阻止这种积聚从而使积聚的空气可不必处 于高负荷。
在另一个示例中，当在冷凝物中未被检测到机油时，则该机油可以被引导 至催化剂上游的发动机排气以冷却催化剂。当在冷凝物中存在机油时，其被引 导至发动机用于燃烧。而且，在低的发动机负荷下，积聚的空气与冷凝物也被 一起引入。
单独或结合附图阅读下面的具体实施方式，本发明的上述优点和其它优点 以及特征将变得显而易见。应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系 列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保 护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确 定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提 到的缺点的实施方式。
【附图说明】
单独或结合附图阅读示例实施例(此处指具体实施例)，可以更完全理解 本说明书描述的优点。
图1是包括充气冷却器的示例发动机系统的示意图；
图2是显示图1中示例冷凝物路径的示意图；
图3是根据本发明的包括热交换器和储存器的示例双进气系统；
图4更详细地显示示例储存器和计量阀；
图5是响应于发动机工况而在运转模式之间切换以调节引导冷凝物的位置 的示例方法的流程图；
图6是说明用于将冷凝物引导至发动机进气的示例方法的第一运转模式的 流程图；
图7是说明用于将冷凝物引导至发动机排气的示例方法的第二和第三运转 模式的流程图；
图8是显示基于发动机工况的示例阀门调节的图；
图9-12显示了根据第二实施例的示例冷凝物管理系统，其中包括用于辅助 引导冷凝物的蓄压器；
图13说明使用蓄压器引导冷凝物的示例方法；
图14说明使用压缩气体填充蓄压器的示例方法；
图15和16显示了冷凝物管理系统的第三实施例，其中在进气歧管内收集冷 凝物。
尽管可以使用其它的相对尺寸和定位，近似成比例地绘制图3、4、9-12 以及15-16。
【具体实施方式】
下文的描述涉及用于处理充气冷却器(CAC)中的冷凝物的系统和方法， 包括调节在发动机系统(比如图1中的系统)内引导冷凝物的位置。其中，可 以调节一个或多个阀门以控制引导冷凝物的位置，比如图2中显示的示例路径。 在图3和4显示的一个特定实施例中，双涡轮增压发动机配置用于基于冷凝物中 存在的污染类型和发动机或催化剂的其它运转参数而将冷凝物输送至不同位 置。例如，发动机工况可以包括催化剂或发动机温度和CAC内的冷凝物形成， 可以使用图5中说明的方法确定该冷凝物形成。图6和7中显示了用于在发动机 运转模式之间切换以调节输送路径的示例方法。随后，图8显示了说明示例发 动机系统中阀门调节的示例图。图9-12显示了冷凝物管理系统的第二实施例， 该管理系统具有存储并使用压缩气体辅助冷凝物的引导和移动的蓄压器，而图 13和14显示了用于运转具有蓄压器的冷凝物管理系统的示例方法。此外，因为 发动机系统中的最低点可能位于充气空气冷却器之外的位置，图15和16显示了 第三实施例，其中在进气歧管中收集冷凝物，该进气歧管包含进气系统(AIS) 中的最低点。
现在参考图1，包含多个汽缸(图1中显示其一个汽缸)的内燃发动机10 通过电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室(汽缸)30和活塞36位于 其中并连接至曲轴40的汽缸壁32。燃烧室30显示为可经由各自的进气门52和排 气门54通过进气流道(未显示)与进气歧管47连通并与排气歧管48连通。可以 通过进气凸轮51和排气凸轮53运转每个进气和排气门。可以经由凸轮相位器58 调节相对于曲轴位置的排气门54的打开和关闭正时。可以经由凸轮相位器59 调节相对于曲轴位置的进气门52的打开和关闭正时。可以通过进气凸轮传感器 55确定进气凸轮51的位置。可以通过排气凸轮传感器57确定排气凸轮53的位 置。这样，控制器12可以通过相位器58和59控制凸轮正时。可以根据多个因素 (比如发动机负荷和发动机转速(RPM))提前或延迟可变凸轮正时(VCT)。
燃料喷射器66显示为设置以直接将燃料喷射到燃烧室30内，本领域内技术 人员称之为直接喷射。可替代地，可以将燃料喷射至进气道，本领域内的技术 人员称之为进气道喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的信号(FPW)的脉冲 宽度成比例地传输流体燃料。燃料通过燃料系统(未显示)输送至燃料喷射器 66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未显示)。响应于控制器， 从致动器68向燃料喷射器66提供工作电流。在一个示例中，使用高压、双级燃 料系统产生高燃料压力。此外，进气歧管47显示为与调节节流板64的位置以控 制来自节气门体入口管46的空气流的可选的电子节气门62连通。压缩器162从 进气42汲取空气以提供至发动机进气系统。进气42可以是从一个或多个管道 (图1中未显示)汲取空气的进气系统的一部分。该一个或多个管道可以分别 从车辆的外部或车辆发动机罩的下面汲取较冷或较暖的空气。进气阀(图1中 未显示)随后可以控制从其将进气吸入进气系统的位置。进气可以从进气阀的 下游传输至进气42、压缩器输出管44、CAC166、节气门体入口管46、进气歧管 47以及将空气传输至每个燃烧室的包含进气系统的进气流道30。
排气旋转涡轮164连接至相应压缩剩余的节气门前的(pre-throttle)空 气路径容量的压缩器162。可以提供多种设置来驱动压缩器。对于机械增压器， 可以通过发动机和/或电机至少部分地驱动压缩器162并且可以不包括涡轮。从 而，可以通过控制器12改变经由涡轮增压器或机械增压器提供至一个或多个发 动机汽缸的压缩量。当涡轮增压器废气门171处于打开状态时涡轮增压器废气 门171是允许排气经由旁通通道173旁通涡轮164的阀门。当废气门171处于完全 关闭位置时基本上所有排气通过涡轮164。
此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由EGR通道140 将希望部分的排气从排气歧管48引导至进气歧管47或沿进气系统的另一个位 置。可以通过控制器12经由EGR阀172改变提供至进气歧管47的EGR量。在一些 状况下，EGR系统可以用于调整燃烧室内空气和燃料混合物的温度。图1显示将 EGR从涡轮增压器的涡轮的上游引导至涡轮增压器的压缩器下游的高压EGR系 统。在其它实施例中，额外地或可替代地发动机包括将EGR从涡轮增压器的涡 轮的下游引导至涡轮增压器的压缩器的上游的低压EGR系统。如下文更加详细 描述的，当可运转时，特别是当通过充气空气冷却器冷却压缩空气时，EGR系 统可能从压缩空气汲取形成的冷凝物。特别地，由于EGR是燃烧副产物，EGR 包含较大量的水分。由于EGR的温度相对较高并且包含较大量的水分，露点温 度也可能相对较高。所以，从EGR形成的冷凝物可能远高于压缩空气降低至露 点温度形成的冷凝物。
吸气系统可以包括一个或多个充气空气冷却器(CAC)166(例如中冷器) 以减小涡轮增压或机械增压的进气的温度。在一些实施例中，CAC166可以是空 气对空气式热交换器，而在其它实施例中CAC166可以是空气对流体式热交换 器。CAC166可以包括响应于充电空气冷却器内的冷凝物形成而选择性地调整流 动通过充气空气冷却器166的进气或流体冷却剂的流动速度的阀门。来自压缩 器162的热充气空气进入CAC166的入口、随着它流动通过CAC而冷却并且随后流 出以通过节气门62并进入发动机进气歧管47。为了辅助冷却充气空气，来自车 辆外部的环境空气流可以通过车辆前端并通过CAC进入发动机10。响应于降低 的环境空气温度、高湿度或雨天状况在充气空气冷却至水的露点以下时，冷凝 物可能在CAC中进一步形成并积聚。可以在CAC166的底部收集冷凝物，随后在 加速事件期间基于感应的冷凝物的污染类型以及发动机或催化剂的运转参数 在多个位置将该冷凝物再引导至发动机系统。
如下文更详细描述的，开口罐总成202位于CAC166底部的收集冷凝物的最 低点。开口罐总成202连接至通过发动机控制模块(例如控制器12)控制的第 一引导阀210，并且可以基于来自位于开口罐的底壳(sump)部分监视开口罐 中的冷凝物和/或污染水平的传感器的反馈而启用第一引导阀。关于开口罐的 底壳部分的定位，在一个实施例中，开口罐的底壳部分可以略微地位于平行于 地面的与CAC开口罐管道的最低点相切的平面的下面。所以，冷凝物可以流动 通过连接至发动机系统的一个或多个管道，其中冷凝物进入设计成在喷射进发 动机系统之前雾化冷凝物的孔。特别地，描述的方法包括基于探测的冷凝物中 的污染以及发动机或催化剂的运转参数而引导冷凝物至进气系统或发动机排 气中的位置。例如，在车辆运转期间，该引导可以包括根据车辆运转期间感应 的和/或估算的发动机参数将冷凝物引导至进气系统和排气系统的位置中的每 者。此外，可以不同时发生描述的至多个位置的引导，或者在一些实例中可以 同时发生。此外，可以将排出管道路径设置成与现有的发动机罩下的热源平行、 邻近和/或否则在它附近布置以经由热交换加热流体媒介以预雾化流体媒介。 相反，可以在沿引导路径存在的冷却源附近布置排出管道引导以在进入任何喷 射点位置之前提供额外的冷却。例如，可以在第一运转模式中将冷凝物引导至 沿发动机进气的第一位置，在第二运转模式中引导至沿发动机排气的第二位 置，而在第三运转模式中引导至沿发动机排气的第三位置，第一、第二和第三 运转模式都在车辆运转期间并且都发生在非重叠期间。
通过控制CAC两边的温度(例如入口和出口充气空气温度)，可以减少冷 凝物的形成，这减少了发动机失火的机率。在一个示例中，通过在CAC入口处 增加充气空气温度，流动通过CAC的空气可以进一步远离冷凝点，从而减少冷 凝物的量。在CAC入口处增加空气温度的一个示例可以包括控制来自进气系统 的进气温度。例如，进气阀可以从发动机罩下面引导较暖的空气至进气系统并 通过压缩器出口管道44至CAC166。
无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火 火花。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器126显示为连接至涡轮164和起燃 (light-off)催化剂70上游的排气歧管48，该起燃催化剂可以是容量小于安 装在车身底部的较大容量催化剂转换器的起燃催化剂。(当应用至IEM(集成 排气歧管的)汽缸盖时)起燃催化剂70靠近地连接至排气歧管或涡轮增压器并 且设计成在发动机起动之后比车身底部的催化剂更迅速地升温。在该特定示例 中，车身底部的催化剂是氧化碳氢化合物和一氧化碳并且减少氮氧化物的三元 催化剂。在该示例中，车身底部的催化剂包括多个砖。还可以使用其它形式的 催化剂转换器。起燃催化剂可以是氧化催化剂、三元催化剂或其它适当的催化 剂。可替代地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。
在一些示例中，在混合动力车辆中发动机可以连接至电动马达/电池系统。 混合动力车辆可以具有并联配置、串联配置或其变型或组合。此外，在一些示 例中，可以利用其它发动机配置，例如柴油发动机。在抽取运转期间可以使用 电动马达以维持驾驶员扭矩需求。
在运转期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：循环包括进气 冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程中，通常排气门54关闭且 进气门52打开。空气通过进气歧管47流入燃烧室30，并且活塞36移动到汽缸的 底部以便增加燃烧室30内的容积。本领域技术人员通常将活塞36接近汽缸的底 部并且在其冲程的终点时(例如当燃烧室30处于最大容积时)所处的位置称为 下止点(BDC)。在压缩冲程中，进气门52和排气门54关闭。活塞36向汽缸的 顶部运动以压缩燃烧室30内的空气。本领域技术人员将活塞36处于其冲程的终 点并且接近汽缸的顶部时(例如当燃烧室30处于最小容积时)所处的位置称为 上止点(TDC)。在下文称为燃料喷射的过程中，将燃料引入燃烧室。在下文 称为点火的过程中，通过已知的点火方式例如火花塞92点燃喷射的燃料致使燃 烧。可以控制点火火花正时使得火花出现在制造商指定的正时之前(提前)或 之后(延迟)。例如，可以将火花正时从最大扭矩(MBT，maximum brake torque) 延迟以控制发动机爆震或者在高湿度状况下提前。特别地，可以提供MBT以解 决缓慢的燃烧速率。在膨胀冲程中，膨胀的气体将活塞36推回至下止点。曲轴 40将活塞的运动转换为旋转轴的旋转扭矩。曲轴40可以用于驱动交流发电机 168。最后，在排气过程期间，排气门54打开以将燃烧过的空气燃料混合物释 放至排气歧管48，并且活塞回到上止点。需要指出的是上文仅描述为示例，并 且可改变进气门、排气门的打开和/或关闭正时，例如以提供正气门重叠或负 气门重叠、推迟进气门关闭或各种其它的示例。
图1中控制器12显示为微型计算机，包括：微处理器单元(CPU)102、输 入/输出(I/O)端口104、显示为只读存储器(ROM)106的用于可以执行程序 和校准值的电子存储媒介、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM) 110和常规数据总线。控制器12显示为接收来自连接至发动机10的传感器的各 种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自连接至冷却套筒114的温度 传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；连接至加速踏板130用于感应车辆驾 驶员132施加力的踏板位置传感器134的信号；来自连接至进气歧管47的压力传 感器122的发动机歧管绝对压力(MAP)的测量值；来自压力传感器123的增压 压力(Boost)的测量值；来自空气质量流量传感器120的进汲取的空气质量流 量(MAF)的测量值；来自传感器5的节气门位置(TP)的测量值；以及来自温 度传感器124的充气空气冷却器166的出口温度。也可感应大气压力(传感器未 显示)用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，发动机位置传感器118产 生表面点火感测信号(PIP)。这在曲轴每个旋转时产生预定数目的等距脉冲， 根据其可确定发动机转速(RPM)。注意可以使用上述传感器的各种组合，比 如有MAF传感器没有MAP传感器(反之亦然)。在化学计量运转期间，MAP传感 器能给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器与探测到的发动机转速一起能提 供吸进汽缸的(包括空气的)充气的估算。还可以有没有描述的其它传感器， 比如用于确定例如充气空气冷却器的入口处进气速度的传感器。
此外，控制器12可以与多个致动器通信，这些致动器可以包括发动机致动 器，比如燃料或冷凝物喷射器、电动控制的进气节流板、火花塞、曲轴等。可 以控制多个发动机致动器以提供或保持车辆驾驶员132指定的扭矩需求。这些 致动器可以调节某些发动机控制参数，包括：可变凸轮正时(VCT)、空燃比 (AFR)、交流发电机负荷、火花塞正时、节气门位置等。例如，当从踏板位 置传感器134指示PP增加时(例如在踩加速器踏板期间)，扭矩需求增加。
现在转向图2，显示了包括根据本发明的示例冷凝路径的图1的简化示意 图。出于简化，冷凝管理系统200显示为连接至单个涡轮增压器系统和单个排 气系统。然而，在一些实施例中，发动机10可以包括与冷凝管理系统200连通 的两个或更多个涡轮增压器和/或排气系统。根据本发明，发动机10包括进气 系统和连接至发动机排气的催化剂。其中，该方法包含引导空气通过热交换器 并进入进气系统；在热交换器中形成冷凝物；以及基于冷凝物中的污染和发动 机或催化剂的运转参数将冷凝物引导至进气系统或发动机排气中的位置。
例如，如图2中的示意图示意性说明的，可以在CAC166的底部处将冷凝物 收集在开口罐总成202中。随后，基于冷凝物的成分和/或水平，冷凝物在喷射 进发动机10之前可以流动通过一个或多个管道。从而，可以调节控制系统12 控制下的第一引导阀210的位置以在第一运转模式下将冷凝物引导至沿发动机 进气系统的第一位置(例如进气歧管47)，而当不以第一模式运转时引导至发 动机排气。此外，还包括第二引导阀212用于在第二运转模式中将冷凝物引导 至沿起燃催化剂70上游的发动机排气的第二位置以及在第三运转模式中引导 至沿起燃催化剂下游的发动机排气的第三位置。
关于图2中示例实施例显示的发动机模式，第一位置位于发动机进气歧管 47中并且第一运转模式包含发动机以高负荷运转且污染包括发动机机油。所 以，当传感器(例如下文详细描述的冷凝物传感器410)探测到冷凝物中存在 发动机机油时(例如因为通过连接至冷凝物储存器的传感器探测到发动机机 油)，可以调节第一引导阀(显示为双通阀门)210以将发动机机油污染的冷 凝物引导通过第一通道220，在第一通道220中在冷凝物进入输送进汽缸30的进 气流之前通过第一计量阀930雾化冷凝物。从而，在发动机发生燃烧过程期间 发动机机油可以更加充分燃烧。可替代地，如果发动机10没有在高负荷下运转 (例如因为发动机上的负荷低于阈值)但是冷凝物传感器410仍然探测到污染 有发动机机油，发动机10可以仍然在燃料富化状况下以第一运转模式运转。通 过额外的燃料在燃料富化状况下运转可以容许吸入冷凝物且不影响燃烧稳定 性。
可替代地，如果冷凝物传感器410基本上没有探测到污染，可以将冷凝物 引导至发动机排气用于喷射在排气中。所以，可以调节第一引导阀210以输送 在CAC166的底部收集的冷凝物通过第二通道222至发动机排气。此外，因为当 不存在污染时收集的冷凝物包含基本上纯净的水，根据本发明的方法包括基于 一个或多个发动机或催化剂参数将冷凝物喷射在催化剂的上游。例如，当因为 温度高于阈值使得催化剂变得热时，可以将冷凝物喷射进起燃催化剂70上游的 排气系统用在其中传输。所以，当发动机上的负荷高时可以将冷凝物引导进催 化剂上游的发动机排气以冷却该装置。这样，根据本发明的方法有利地使用在 发动机系统内收集的水分来增加充气空气冷却系统的效率。相应地，关于图2， 可以相应地调节第二引导阀212以引导排气系统内的冷凝物。因为排气系统内 存在两个位置，本发明中第二位置是催化剂上游的位置而第三位置是催化剂下 游的位置。
第二运转模式包含当发动机10以高负荷运转且基本上没有发动机机油污 染时在沿催化剂上游的发动机排气的第二位置处喷射冷凝物。所以，当发动机 上的负荷高(例如高于负荷阈值)时，催化剂温度可能响应于高负荷而增加使 得催化剂温度变得高于温度阈值。当发生这种情况时，可以致动第二引导阀212 以引导冷凝物通过第三通道224并进入位于第二位置处的第二计量阀232。如上 文描述的，从而当发动机上的负荷高时冷凝物可以用于冷却催化剂。此外，第 二运转模式进一步包含催化剂以推断的高于预定温度的温度运转同时基本上 没有发动机机油污染。可以从下面的变量中的一者或多者推断催化剂温度：燃 烧空燃比、排气再循环、发动机转速、点火正时以及通过发动机的气流。例如， 美国专利5,303,168教导了一种在发动机运转期间预测排气温度的方法。其中， 当发动机转速、负荷、火花提前、排气再循环百分比和空燃比变化时以基于车 辆运转使用预测模型处理多个发动机信息来动态预测排气温度。
第三运转模式包含当发动机10以低负荷运转并且在冷凝物中没有探测到 显著的发动机机油时在沿催化剂下游的沿发动机排气的第三位置处喷射冷凝 物。所以，当发动机上的负荷低(例如低于阈值)时，催化剂温度还可能下降 到温度阈值以下。当发生这种情况时，可以致动第二引导阀212以引导冷凝物 通过第四通道226并进入位于起燃催化剂70下游的第三位置处的第三计量阀 234。一旦流动通过第二通道222并进一步通过第四通道226，第三计量阀234 可以在冷凝物进入起燃催化剂之后的排气流之前雾化冷凝物。可以这样做以保 持起燃催化剂在车辆运转期间暴露在过量的水分中。此外，当以轻发动机负荷 运转时，将冷凝物喷射在催化剂的上游会导致催化剂不希望的冷却以及更低效 率的催化剂运转。
尽管本说明书描述的系统和方法可以基于一个或多个发动机和/或催化剂 参数以任何位置自由运转，将冷凝物引导至第三位置的第三运转模式可能比将 冷凝物引导至第二位置的第二运转模式或者将冷凝物引导到第一位置的第一 运转模式发生得更频繁。这样，当发动机在适当的发动机负荷下运转时可以从 发动机系统安全地抽取包含基本上纯净的水的冷凝物。此外，发动机已经认识 到无论发动机工况以及无论冷凝物中是否存在污染总是引导冷凝物至排气或 进气会导致不希望的发动机或催化剂运转，这可以通过使用根据本发明的系统 和方法来避免。
在一些实例中，在冷凝物中探测到的污染可能是发动机冷却剂。然而，在 冷凝物中探测到发动机冷却剂意味着发动机系统内的潜在问题，因为可能存在 冷却剂泄漏。所以，当探测到污染是发动机冷却剂时，描述的方法进一步包含 减少发动机的功率以允许驾驶员驾驶到安全的地方且不损伤发动机。这样，描 述的系统和方法允许缓行回家(limp home)模式以允许车辆在约束的一组状 况下运转直到到达可以停车的目的地直到对车辆执行维护以修复潜在问题。
发动机系统10可以进一步包括控制系统14，该控制系统包含显示为从多个 传感器(此处描述了其多个示例)接收信息并且发送控制信号至多个致动器(此 处描述了其多个示例)的控制器12。在一个示例中，传感器可以包括连接至开 口罐总成202的冷凝物传感器410、进气中的传感器、排气传感器和位于排气和 /或催化剂中的温度传感器等。其它传感器(比如压力、温度、燃料水平、空 燃比和成份传感器)可以连接至发动机10的多个位置。在另一个示例中，致动 器可以包括冷凝物计量阀930、232和234、燃料喷射器66和节气门62。控制器 可以从多个传感器接收输入数据、处理输入数据并且响应于处理的输入数据基 于编程在其中的对应于一个或多个程序的指令或代码而触发致动器。图5-7显 示了示例程序。
现在转向图1-3，其显示了根据本发明的包含冷凝物管理系统的示例双涡 轮发动机(例如两个涡轮增压器和两个排气歧管)中部件的相对位置，该冷凝 物管理系统包括热交换器和储存器。如图所示，开口罐总成202位于CAC166下 面收集冷凝物的最低点处。所以，随着空气进入180处指示的每个涡轮增压器 压缩器入口，可以按照上文关于图1和2描述的方式将通过进气通道42的气流引 导至压缩器162并继续通过压缩器出口管44。在CAC166处，所有气流混合成强 制通过热交换器的单个气流。此后，引导压缩过且冷却的气流通过节气门体入 口管46、通过进气歧管47并进入进气流道、最终到达燃烧室30。为了辅助冷却 充气空气，来自车辆外部的环境空气流可以通过车辆前端并进一步通过CAC166 而进入发动机10。
如图3指示的以及上文描述的，开口罐总成202位于CAC166下面用于收集进 气系统内形成的冷凝物。然而，因为图3中显示的冷凝物管理系统连接至具有 两个排气歧管(未显示)的系统，在一些实例中，第一引导阀210可以是配置 用于经由第一通道220引导收集的冷凝物至发动机进气系统中或者经由两个第 二通道222同时将收集的冷凝物引导至每个发动机排气系统的三通阀。尽管通 过第二通道222至每个发动机排气的冷凝物流动可以同时发生，这是非限制性 的，并且在一些实施例可以基于其需求将冷凝物引导至一个或其它排气歧管。 例如，如果一个排气管设置成承受较重负荷(例如因为它具有额外的催化剂)， 与其它排气系统相比可以更频繁地将冷凝物引导至该排气系统。出于简化，此 处每个排气系统基本一样使得在两个排气歧管中每者承受的负荷均匀分配。这 样，至每个排气歧管的冷凝物流动基本上可以彼此成比例地发生。此外，如关 于图2描述的，引导至排气系统的冷凝物可以流过第二通道222到达第二引导阀 212。
图4更详细地显示示例开口罐总成202。在一个实施例中，开口罐总成202 包括用于确定冷凝物中是否存在污染的单个传感器。然而，这是非限制性的， 并且在其它实施例中也可以具有两个或更多个传感器以探测一种或多种污染 以及纯净的冷凝物。例如，可以包括三个传感器以确定冷凝物是否基本无污染、 是否存在发动机机油的污染和/或污染是否是发动机冷却剂。所以，如图4所示， 冷凝物传感器410可以区分这三种流体。例如，可以针对冷凝物媒介的比重或 碳氢化合物特性来分析冷凝物，因为与发动机机油相比发动机冷却剂包含的乙 烯乙二醇表现出不同的碳氢化合物特性。
因为开口罐总成202位于CAC166下面，来自充气空气冷却器的冷凝物可以 向下流到与收集冷凝物的内部底壳402一致的最低点。因此，连接端口404将左 边和右边流道两者连接在一起以有效地将CAC166内的冷凝物汇集进内部底壳 402用于排出。由于将冷凝物再次引导进发动机系统内，开口罐总成202进一步 包括过滤器406以限制任何微粒或碎屑进入冷凝物排出管道或冷凝物管理系 统。由于通过使用过滤器减少了微粒物质，所以进一步进入下游至第一引导阀 210的冷凝物流体(如图4所示)可以更纯净。在一些实施例中，内部底壳402 可以包括可拆卸的塞子412以提供进入内部底壳区域的端口。例如，在测试阶 段期间，当一个或多个传感器确定收集的冷凝物是否存在污染时摄像机可以安 装在该端口中以显现这些流体。如上文关于图3更详细描述的，还可以基于冷 凝物中的污染类型和发动机或催化剂的运转参数将收集的冷凝物引导至三个 位置。
转向公开的控制系统和方法，图5-7显示示例流程图以说明控制器12可以 配置用于作出发动机10内的调节以在发动机运转模式之间切换。例如，控制器 12可以通过致动冷凝物管理系统中的一个或多个引导阀以调节将冷凝物引导 至描述的多个位置而行经的通道来切换运转模式。
图5是基于冷凝物特性(例如是否存在污染)切换发动机运转模式时管理 发动机10的方法500的流程图。根据显示的示例流程图，从而方法500整体上包 括区分包含基本上全是水分的纯净冷凝物以及具有发动机机油或冷却剂等杂 物的冷凝物。随后，取决于感应的冷凝物特性，方法500进一步包含在发动机 运转模式之间切换以将冷凝物引导至图2中公开的位置。如此处描述的，方法 500包括在通过连接至催化剂上游的发动机排气的涡轮驱动的压缩器中压缩空 气；强制压缩空气通过热交换器进入发动机进气；在存储器池中收集热交换器 形成的冷凝物；以及将冷凝物引导至以下位置中的一者：发动机进气系统、催 化剂上游和涡轮下游的发动机排气以及催化剂下游的发动机排气。
这样，控制器12可以连接至开口罐总成202(特别是冷凝物传感器410)以 确定储存器内是否收集到任何冷凝物。在502处，从而方法500包括监视储存器 (例如内部底壳402)中的冷凝物水平。在504处，方法500进一步包括确定收 集的冷凝物的容积是否高于容积阈值。如果收集了大量冷凝物(例如因为收集 的冷凝物高于容量阈值)，方法可以进一步确定储存器内收集的冷凝物的纯净 度。可替代地，如果收集的冷凝物的量下降到容积阈值以下，在描述的该实施 例中发动机10可以继续运转同时控制器12监视储存器内的冷凝物状况。出于简 化，当冷凝物的容积落到容积阈值以下时，此时终止冷凝物的流动。然而，在 一些实施例中，可选地不管收集的容积只要储存器中存在一些冷凝物控制器12 可以基于发动机状况引导储存器内收集的冷凝物。
关于感应的冷凝物的纯净度，在506处方法500包括确定冷凝物中是否存在 污染。如上文关于图2简要描述的，在508处方法500进一步包含确定污染是否 是发动机机油。如果污染是发动机机油，在510处发动机10可以将冷凝物引导 至位于发动机进气歧管中的第一位置的第一运转模式运转。图6显示了说明当 污染是发动机机油时控制器12可以基于发动机工况以第一运转模式运转冷凝 物管理系统的示例流程图。
在一些实例中，污染可能是发动机冷却剂。所以，方法500进一步包括确 定冷凝物中是否存在冷却剂。例如，冷凝物传感器410可以配置用于通过解释 每种物质的比重来区分发动机机油和冷却剂，由于这些媒介的碳氢化合物特性 不同使得比重可能不同。例如，发动机冷却剂可以包括碳氢化合物特性不同于 发动机机油的乙烯乙二醇，发动机机油可以包含每个分子高达34个碳原子的碳 氢化合物。此外，尽管很多车用机油每个分子的碳氢化合物在18和34之间，这 是非限制性的并且在些情况下每个分子的碳原子可以高于34。因此，如果感应 的污染不是发动机机油，在520处方法500包括减少发动机功率，因为污染可能 是发动机冷却剂。此外，因为发动机冷却剂污染指示发动机系统内的泄漏并且 从而指示潜在问题，方法进一步包含例如通过分析从冷凝物传感器410收集的 碳氢化合物特性来确认污染是冷却剂。一旦确定，在522处方法500包括设置警 告指示(比如仪表盘灯)以通知发动机系统内存在泄漏。此外，方法包含当冷 凝物中存在发动机冷却剂时减少发动机功率以允许驾驶员驾驶到安全的地方 且不损坏发动机。缓行回家运转模式从而允许安全地运转劣化的发动机系统直 到车辆到达修理厂以处理或解决潜在问题。
返回至506，如果探测到冷凝物中没有污染则冷凝物是基本清洁的流体(例 如水)，那么方法可以前进至530，在530处发动机以分别将冷凝物引导进催化 剂上游或下游的发动机排气的第二或第三模式运转。图7显示了说明在没有污 染时控制器12可以基于发动机工况以第二或第三运转模式运转冷凝物管理系 统的示例流程图。
现在，转向多种发动机运转模式，图6是说明当污染是发动机机油时将冷 凝物引导至发动机进气的第一模式的方法600的流程图。在602处，程序通过估 算和/或测量发动机工况而开始。发动机工况可以包括发动机转速和负荷、发 动机温度、节气门位置、空气质量流量、发动机气流速率、CAC状况(入口和 出口温度、入口和出口压力等)、环境温度和湿度、MAP(进气歧管绝对压力) 和增压水平。可以基于602处的这些数据确定冷凝物形成(比如CAC中冷凝物的 量或容积)。在一个示例中，可以基于环境温度、CAC出口温度、CAC出口压力 与环境压力的比例、空气质量流量、EGR和湿度确定CAC内冷凝物形成的速率。 该速率随后可以用于计算CAC中冷凝物的量或水平。在另一个示例中，可以将 冷凝物形成值与CAC出口温度以及CAC压力和环境压力的比例映射。在替代示例 中，可以将冷凝物形成值与CAC出口温度和发动机负荷映射。发动机负荷可以 是空气质量流量、扭矩、加速器踏板位置和节气门位置的函数，并且从而可以 提供通过CAC的气流速度的指示。例如，中等的发动机负荷与相对较冷的CAC 出口温度组合可以指示较高的冷凝物形成值，因为CAC的表面较冷并且进气流 动速度相对较低。映射可以进一步包括针对环境温度的调节器(modifier)。 然而，如本说明书描述的，可以通过单个传感器测量开口罐总成202中存在的 冷凝物量。
在604处，程序确定发动机输出是否高于第一负荷阈值(例如因为发动机 转速(RPM)高于希望的输出)。如果发动机负荷高，在606处程序包括启用第 一计量阀930并且在那儿引导冷凝物/机油混合物沿发动机进气系统的第一位 置通过。在一个示例中，控制器12可以通过将第一引导阀210调节至允许冷凝 物从开口罐总成202流动通过第一通道220并进入第一计量阀930的第一位置来 调节冷凝物的流动。尽管可以假设图2显示了引导阀210的两个位置中的一个 (例如因为它是双通阀)，其它阀门配置还可以包含用于输送冷凝物管理系统 内冷凝流的多个通道。然而，出于简化，由于用于引导冷凝物的排出管道/线 路使用的材料较少，此处描述的催化剂位置允许更加节省成本。除控制冷凝流 的方向或路径之外，冷凝物管理系统可以进一步控制输送速率以防止或管理在 产生冷凝物状况的期间(比如在雨天或较高湿度的期间)冷凝物积聚。从而， 在608处方法600包括基于一个或多个发动机工况测量冷凝物输送速率。此外， 当发动机以高负荷运转并且冷凝物中存在发动机机油时，方法可以包括以增加 的输送速率将冷凝物引导进发动机进气系统，因为可能以较高的速率收集。
返回至604，方法600包括当冷凝物中存在发动机机油并且发动机在燃料富 化状况下运转即使发动机负荷低或中等时进一步调节将冷凝物引导进进气。所 以，即使发动机的输出落到第一负荷阈值以下，在610处程序进一步包含在燃 料富化状况期间将冷凝物/机油混合物引导至发动机进气上的第一计量阀930。 如上文描述的，这可以通过调节第一引导阀210的位置以引导冷凝流通过第一 通道220来完成。可替代地，如果发动机输出低或中等并且没有发生燃料富燃， 在620处方法600包括确定发动机输出是否落到第二负荷阈值以下。
当发动机输出落到第二负荷阈值以下并且在单个位置或端口处(例如在曲 轴箱强制通风(PCV)或PCV阀门位置处)引入冷凝物时，(例如由于较低的气 道速度导致的)进气系统内减少的气流使得更加难于将喷射的冷凝物平均分配 至所有汽缸，因为雾化的混合物倾向于留在气管的底面。相反，当发动机输出 高时，(例如具有高气道速度的)增加的气流允许冷凝物化合物随着雾化的混 合物通过气管而悬浮起来，这有利地减小了分配的挑战。所以，为了克服分配 的挑战，在一个示例中，可以利用包含直接设置在通往每个独立发动机汽缸的 每个进气道上面的独立排出管的多端口系统。例如，图9A显示了用于将引导的 冷凝物分配至每个独立汽缸的示例多端口系统900。出于简化，为了参考显示 了相对每个汽缸每个排出管的位置(例如直接设置在上面)(例如，见图9)。 可替代地，在另一个示例中，冷凝物管理系统内还可以包括蓄压器以在发动机 输出落到第二负荷阈值以下时辅助冷凝物排出至任意或所有排出位置(例如至 进气和/或排出系统)。在一个实例中，蓄压器可以根据需要获取并存储发动 机增压压力和/或使用发动机进气歧管真空参数。可替代地，在622处方法600 包括当发动机输出落到第二负荷阈值以下时将冷凝物/机油混合物引导至排气 催化剂下游的沿发动机排气的第三位置。此外，控制器12可以调节第一引导阀 210和第二引导阀212以调节通道用于输送至催化剂下游的发动机排气。可替代 地，如果发动机输出高于第二负荷阈值，如上文描述的控制器12可以将冷凝物 /机油混合物引导至沿发动机进气的第一位置。所以，方法600前进至606并且 进一步包含当发动机以低或中等负荷运转时测量冷凝物同时将测量的冷凝物 引导至进气歧管。例如，如上文描述的，当在冷凝物中探测到发动机机油时可 以将冷凝物引导至发动机排气系统处的第一位置。尽管此处描述了两个负荷阈 值，在一些实例中，第一和第二负荷阈值可以基本上相等使得简单地在发动机 高于第一负荷阈值运转时将冷凝物引导至发动机进气而在发动机低于第一负 荷阈值运转时引导至发动机排气。
关于清洁的冷凝物的引导，图7显示了说明用于将冷凝物引导至发动机排 气的第二和第三运转模式的方法700的流程图。如上文描述的，在702处程序通 过估算和/或测量发动机工况而开始。随后，在704处方法700包括确定发动机 输出是否高于第三负荷阈值。第三负荷阈值指示高于其则催化剂可能变热的发 动机状况。所以，如果催化剂温度增加(例如因为发动机输出高)，在706处 可以将清洁的冷凝物引导至催化剂上游的沿发动机排气的第二位置以通过将 细微雾化的薄雾喷洒进发动机排气来冷却催化剂。如上文简要描述的，将清洁 的冷凝物引导至第二位置可能需要控制器调节第一引导阀210和第二引导阀 212以调节通道用于将流体输送至第二位置。此外，取决于探测的发动机状况， 在708处方法700基于一个或多个发动机工况测量冷凝物输送的速率。例如，如 果发动机负荷以及催化剂温度增加，可以增加喷射的清洁的冷凝物的量以进一 步增加催化剂冷却的速率。可替代地，如果发动机负荷减小，在一些实例中其 可能导致催化剂温度减小，可以与发动机负荷或催化剂温度的减小成比例地减 小喷射的清洁的冷凝物的量。尽管未显示，在一些实施例中，方法700可以包 括当发动机在燃料富化状况下运转并且冷凝物中不存在发动机机油时将冷凝 物引导进催化剂上游和涡轮下游的发动机排气。
返回至704，如果发动机输出下降到第三负荷阈值以下，催化剂的温度基 于发动机工况可能仍然上升到温度阈值以上。例如，如果应用刚好下降到第三 负荷阈值以下的中等发动机负荷达到延长的时间段，催化剂温度可能仍然增加 到设置用于指示潜在劣化状况的温度阈值以上。所以，第二运转模式包含催化 剂以推断的高于预定温度的温度运转且污染基本上没有发动机机油。如本说明 书描述的，催化剂温度可以通过传感器(例如温度传感器)测量或者从下面的 变量中的一者或多者推断：燃烧空燃比、排气再循环、发动机转速、点火正时 和通过发动机的气流。这样，在710处如果催化剂温度高于温度阈值，可以按 照已经描述的方式将清洁的冷凝物引导至沿发动机排气的第二位置。可替代 地，在720处如果在发动机负荷中等偏低时催化剂温度下降到温度阈值以下， 如722处指示的通过调节冷凝物管理系统内的第一和第二引导阀将清洁的冷凝 物替代地引导至沿发动机排气的第三位置用于释放到大气中。替代地，如果发 动机输出没有下降到第四负荷阈值以下，在724处可以通过简单地调节第一引 导阀将清洁的冷凝物引导至沿发动机进气系统的第一位置。此后，可以基于发 动机工况调节冷凝物输送速率。
现在转向图8，图谱800显示基于发动机工况的示例阀门调节。特别地，图 谱800显示了响应于曲线802处踏板位置的改变、曲线804处的发动机输出以及 曲线606处的CAC冷凝物水平的改变而改变引导阀的位置。此外，曲线808处显 示了至冷凝物管理系统(CMS)的电力，而在810处显示了CMS运转模式。在812 处显示了第一引导阀的位置而在814处显示了第二引导阀的位置。时间沿每个 图表的横坐标显示并且时间从左侧向右侧增加。出于简化，图谱800显示当冷 凝物传感器410探测到收集的流体中没有污染时第一时间段期间的示例阀门调 节。随后，显示了晚些时候发生的当冷凝物传感器410在收集的流体中探测到 发动机机油污染时的第二时间段的示例调节。尽管图谱800中没有显示，如已 经描述的冷凝物管理系统还可以探测污染中的冷却剂并且响应于探测的冷却 剂而减少发动机功率。
时间t1之前，表示为踏板位置(PP，曲线820)和发动机负荷(曲线804) 的车速为低并且节气门开度从而较小。CAC冷凝物水平(曲线806)从而落在阈 值容积以下。响应于发动机暖机状况(例如发动机和催化剂温度低于温度阈 值)，冷凝物管理系统(CMS)可以不运转并且从而处于关闭位置。然而，在 其它示例中，在车辆运行的整个期间可以简单地开启CMS。因为冷凝物水平落 在容积阈值以下，由于没有输送冷凝物通过引导阀使得引导阀可以处于任何位 置。出于简化，引导阀都显示为处于它们的第一位置。即，第一阀210设置用 于输送冷凝物至第一位置，而第二引导阀212设置用于输送冷凝物至催化剂上 游的第二位置。
在时间t1和时间t2之间，冷凝物水平增加到容积阈值以上。所以，将电力 提供至CMS。这样，控制器12可以基于发动机工况而开始作出调节以将收集的 冷凝物输送至发动机系统。在显示的示例中，发动机负荷落在如附图中LT1指 示的第一负荷阈值以下。从而，因为冷凝物是清洁的并且因为发动机负荷落在 阈值输出以下，催化剂温度可能是中等偏冷。响应于这些状况，从而控制器12 可以第三运转模式运转CMS以通过调节通道以将清洁的冷凝物引导至催化剂下 游来输送冷凝物至第三位置。这样，第一引导阀210的位置相应地调节至第二 位置以引导冷凝物通过第二通道222，同时还将第二引导阀212的位置调节至它 的第二位置以引导冷凝物通过第四通道226。如上文所描述的，该运转模式有 利地将清洁的冷凝物释放至车辆外部的大气并且发动机失火或迟滞 (hesitation)的可能性非常低。
时间t2和时间t3之间增加的发动机输出可能导致CAC冷凝物水平进一步增 加。在时间t2处，发动机输出增加到LT1以上。从而，控制器12可以确定发动 机以第二运转模式(曲线810)运转以将冷凝物引导至催化剂的上游。然而， 因为第一引导阀已经处于第二位置，冷凝物已经输送至发动机排气。那么，控 制器12可以将第二引导阀简单地调节至第一位置以调节通道用于将冷凝物输 送至第二位置。随后，基于发动机工况(例如催化剂温度)，可以调节喷射的 冷凝物的量以通过经由发动机排气歧管将清洁冷凝物(例如水)的雾化的薄雾 喷洒在催化剂上来冷却催化剂。
在时间t3处，车辆可能减速并且从而减少发动机产生的负荷。响应于发动 机输出下降到LT1以下，控制器12可以再次以第三模式运转发动机以输送冷凝 物至催化剂的下游。然而，在即使发动机输出短暂地下降到LT1以下而催化剂 温度保持高的其它实例中，控制器12可以配置用于保持以第二模式运转以引导 冷凝物至催化剂的上游。出于简化，此处催化剂温度与发动机输出(曲线804) 一致。在t4处，车辆再次加速并且从而使发动机负荷增加。作为响应，控制器 12通过将第二引导阀调节至第一位置同时将冷凝物引导至催化剂的上游而作 出调节以第二模式运转。此外，时间t4和时间t5之间的一些时间，冷凝物传感 器410确定冷凝物中存在发动机机油。
响应于探测到发动机机油，控制器12可以将冷凝物/机油混合物再次引导 至进气以燃烧额外的可燃材料。从而，在t5处控制器12可以作出调节以第一模 式运转(曲线810)以将混合物输送至发动机进气。此外，控制器12可以简单 地通过将第一引导阀210调回第一位置(曲线812)而不调节第二引导阀212来 实现该调节。一旦第一引导阀210调节至第一位置，冷凝物混合物流动通过第 一通道220。从而，对第二引导阀212的进一步调节并非功能性目的。出于简化， 在该示例中，控制器12简单地保持第二引导阀212处于与刚好探测到发动机机 油之前所处的相同位置。
在t6处，发动机输出下降到第二负荷阈值(LT2)以下。从而，由于较低 的气道速度导致的进气系统内减少的气流使得更加难于将喷射的冷凝物/机油 混合物平均分配至所有汽缸，因为雾化的混合物倾向于留在气管的底面。这样， 即使将发动机机油释放至大气可能不利地影响发动机排放，控制器12可以调节 冷凝物通道以输送混合物至第三位置。另一方面，更清洁的进气歧管可以运转 用于改善发动机和/或车辆运转。在t7处，CAC冷凝物水平减小到容积阈值以下。 作为响应，控制器12可以通过关闭CMS模块(曲线808)而暂停冷凝物输送运转。 此后，车辆可能继续减速同时发动机负荷进一步减小。
转向第二实施例，图9-14显示了包括用于存储压缩空气以在低发动机工况 下辅助冷凝物引导的辅助罐的发动机10。此外，第二实施例进一步包括用于将 冷凝物引导至发动机的每个燃烧室的通道。这样，在一些实施例中，引导进燃 烧室的空气可以进一步引导进入进气系统，该进气系统包含连接至进气歧管的 进气，该进气歧管连接至其中每者连接至一个燃烧室的一个或多个进气流道。 该方法进一步包括其中仅在存在冷凝物并且发动机输出低于预定量时积聚的 空气连通通过该通道。简单地说，控制器12可以在发动机输出高于预定量时停 用来自蓄压器的气流通过通道。然而，出于简化针对低发动机输出来描述第二 实施例，并且在进一步的实施例中该方法包括其中预定的发动机输出量对应于 高负荷工况。从而，额外地或可替代地可以在其它发动机工况下启用蓄压器以 输送收集的冷凝物。例如，如果发动机输出高(例如高于第一负荷阈值)，可 以启用蓄压器以产生运转用于增加冷凝物输送速率的增加的压力。
图9显示了包括蓄压器902的示例冷凝物管理系统，该视图相对于车辆而言 是前视图。冷凝物管理系统包括与关于图4描述的系统相同的特征。这样，尽 管出于清楚在图9中标出了多个部件，此处不再描述图4中描述的发动机元件。 总之，进气42可以从一个或多个管道(未显示)汲入空气。该一个或多个管道 可以分别从车辆外部或车辆发动机罩下面吸入较冷的或较暖的空气。这些进气 可以向下游流动至进一步冷却空气的CAC166。为了辅助冷却充气空气，来自车 辆外部的环境气流可以通过车辆前端并通过CAC166进入发动机10。从而，热交 换器包含空气对空气式热交换器并且包括用于收集冷凝物的储存器。作为响 应，当充气空气冷却至水的露点以下时在CAC中可能形成冷凝物。
在CAC166的底部收集的冷凝物随后可以基于在冷凝物中感应的污染类型 而在三个位置中的一个位置处再次引导至发动机系统。如上文提到的，根据第 二实施例的冷凝物管理系统进一步包括用于存储增压空气的蓄压器902。从而， 该方法包含将空气从压缩器引导通过热交换器至发动机的燃烧室；连通热交换 器中形成的冷凝物通过连接至燃烧室的通道；在蓄压器中积聚一部分压缩空 气；以及当发动机输出低于预定量时连通一部分积聚的空气通过该通道进入燃 烧室，其中通过设置在发动机排气中的涡轮或者通过连接至发动机的曲轴或凸 轮轴的机械连接驱动压缩器。
如图9中的示例显示的，蓄压器902连接至冷凝物管理系统，其布局使得在 一些状况下可以将来自进气系统的一部分空气引导进入辅助存储罐以增加其 中的压力。为此，蓄压器902包括用于将进气系统连接至蓄压器的入口910。蓄 压器入口910进一步包括用于控制入口管路中开度的第一蓄压阀912。因为蓄压 器902配置用于使用存储在辅助罐内的压缩空气来引导并辅助冷凝物移动至发 动机，包括用于将存储罐连接至入口总成202的蓄压器出口920，该入口总成202 进一步包括第一引导阀210(未显示)。蓄压器出口920也包括用于控制出口管 路内开度的称为第二蓄压阀922的阀门。从而，可以基于希望的蓄压器运转(例 如引导冷凝物)来控制这两个阀门以充气或排空存储罐。
例如，为了增加蓄压器902内存储的用于增加存储罐内压力的空气量，可 以打开第一蓄压阀912同时第二蓄压阀922保持关闭。尽管蓄压器充气可以发生 在驱动循环(drive cycle)的宽广范围内，重踩加速器踏板、过增压 (over-boost)和/或迅速的减速事件可以代表捕获否则将会浪费掉的能量的 理想时间。这样，本说明书描述的系统和方法可以进一步改善总体系统效率。 此外，可以不被车辆乘客发现的方式有利地在这些示例时间处执行蓄压器充 气。随后，一旦存储罐已基本充气(例如因为存储的增压压力超过压力阈值)， 可以关闭第一蓄压阀912以允许存储增压空气直到晚些时候被系统使用。为了 基于发动机状况输送冷凝物，控制器12可以配置用于打开第二蓄压阀922以增 加其中的气流用于增加经由将冷凝物引导至发动机位置中的一个位置的冷凝 物输送速率。这样，蓄压器可以临时增加冷凝物管理系统的压力以强制经由喷 射器输送收集的冷凝物。一旦完成冷凝物输送，随后可以将第二蓄压阀922致 动至关闭位置以防止其它气流流动通过蓄压器出口920。在另一个实施例中， 控制器12可以配置用于调节第二蓄压阀922的打开量以调节冷凝物输送的速 率。例如，可以增加阀门打开的程度以增加通过蓄压器902的气流，并且从而 增加冷凝物输送的速率。可替代地，可以减小阀门打开的程度以减小来自蓄压 器902的气流。这样，蓄压器允许使用存储的压缩空气输送冷凝物。
关于流动通过CAC166的空气，随着空气流出充气空气冷却器，进气气流经 由进气歧管47进入发动机10。图9进一步说明引导至发动机进气的冷凝物可以 直接引导至发动机的一个或多个燃烧汽缸。这样，通道220显示为延伸至发动 机(未显示)的顶部并且具有通往示例多缸发动机的每个汽缸的分支管路932。 所以，代替将冷凝物引导至位于进气歧管上的第一位置，在一些实施例中，可 以将冷凝物直接喷射进发动机的燃烧室。尽管未显示，分支管路932还可以包 括用于控制至一个或多个汽缸的冷凝物的输送速率的阀门。所以，在一些实例 中可以平均地分配至发动机汽缸的冷凝物输送，而在其它实例中例如可以相对 于其余汽缸通过喷射增加量的冷凝物至一个或多个汽缸而不平均地分配至发 动机汽缸的冷凝物。
图10说明蓄压器出口920与第一引导阀210的示例连接。出于简化，图10 显示了图9中的示例冷凝物管理系统，该视图相对于车辆而言是后视图。如上 文描述的，蓄压器出口920将蓄压器902连接进第一引导阀210。当这样配置时， 蓄压器902内的压缩物质可以引导进冷凝物管理系统并且进一步用于输送能将 冷凝物引导至发动机10的三个位置的增压压力。此外，因为使用增压系统，增 加的增压压力可以用于将冷凝物输送至相对于收集冷凝物的CAC166的最低点 而言位于发动机10顶部的一个或多个发动机汽缸。存储的增压压力可以与发动 机系统内的其它压力组合使用用于引导冷凝物。尽管包括基于气流产生的压力 来输送冷凝物的蓄压器，在其它实施例中发动机10和冷凝物管理系统200可以 利用真空原理使用发动机系统内的较低压力拉动(或强制)冷凝物的流动。然 而，尽管用于执行基于真空的系统的结构特征不同，但是都使用此处描述的类 似原理。
图11更详细地显示了连接至蓄压器出口的示例阀门总成。如显示的，蓄压 器出口920可以连接至第一引导阀210。尽管在图10和11中第二蓄压阀922显示 为接近蓄压器902，在一些实施例中可替代地第二蓄压阀922可以位于第一引导 阀210附近。在又一些实施例中，第一引导阀210可以配置为包括集成在其中的 第二蓄压阀。这样，第一引导阀210可以替代地控制出口阀的打开程度以控制 来自CAC166的冷凝物的流动。
图12更详细地显示了用于将引导的冷凝物分配至发动机的独立汽缸的示 例多端口系统。出于简化，仅显示了进气歧管47的下半部以说明分支管路932 相对于发动机的燃烧汽缸的方位。
关于蓄压器控制，图13和14显示了当引导冷凝物时作出调节以增加输送压 力的示例流程图。所以，尽管没有明确显示，蓄压器902也可以与控制器12通 信，该控制器12可以配置用于基于发动机工况作出一个或多个调节以启用蓄压 器。
图13说明了使用蓄压器引导冷凝物的方法1300的示例流程图。在1302处， 方法1300包括监视一个或多个发动机状况以确定何时启用蓄压器用于引导冷 凝物。例如，当发动机输出低时，冷凝物的输送可能变得比较困难。所以，可 以使用存储在蓄压器902内的一部分压力以基于收集的冷凝物的成分而强制冷 凝物至发动机系统内的位置。这样，在1304处，方法1300包括确定发动机输出 是否低于阈值(例如低于第二或第四阈值)。随后，如果探测到低发动机负荷， 在1306处方法1300包括使用一部分存储的增压压力来引导冷凝物。方法进一步 包括致动第二蓄压阀922以强制冷凝物通过发动机系统的一个或多个通道。尽 管在此处出于简化描述了致动第二蓄压阀922，在一些实施例中可以替代地启 用另一个阀门，例如因为蓄压阀922集成在第一引导阀210中。从而，可以预想 用于引导冷凝物通过发动机系统的其它阀门配置。在1308处，方法1300进一步 包括基于发动机工况和存储的增压压力测量冷凝物输送速率。例如，如果存储 的增压压力较高(例如高于阈值压力)，可以通过增加蓄压器出口920中阀门 打开的程度来增加流动速率或增压。可替代地，如果蓄压器902中的压力低(例 如落在阈值压力以下)，控制器12可以通过减小阀门打开程度来减小流动速率 同时仍然提供增加的增压以输送冷凝物。
返回至1304，如果发动机输出没有降低到负荷阈值以下，在1306处方法 1300可以包括不启用蓄压器来引导冷凝物。然而，在替代方法中，控制器12 可以配置用于即使当发动机负荷高时也启用蓄压器以增加冷凝物流动速率。
总之，如上文描述的，当根据本发明的系统包括蓄压器时，方法包含：当 发动机输出高于预定量并且冷凝物基本无污染并且起燃催化剂高于预定温度 时将冷凝物连通至起燃催化剂。系统进一步包含连接至一个或多个燃烧室的排 气的发动机排气以及收集冷凝物的储存器和在催化剂下游的该排气上位置之 间的连接。从而，控制器可以在特定工况下在发动机输出低于预定量时将冷凝 物连通至催化剂下游的位置同时停用来自蓄压器的气流通过通道。此外，该特 定工况可以包括蓄压器中的压力低于阈值。此外，方法进一步包含连接至一个 或多个燃烧室的排气的发动机排气以及收集冷凝物的储存器和在催化剂上游 的该排气中位置之间的连接。所以，系统包括的控制器配置用于当发动机输出 高于预定量并且催化剂的温度高于预定量时将冷凝物连通至催化剂上游的位 置并且停用来自蓄压器的气流通过通道。
关于空的辅助罐的填充，图14说明了通过压缩气体填充蓄压器的示例方法 1400。这样，来自CAC出口罐45的气流可以在一些发动机工况下通过蓄压器入 口910引导至蓄压器902。所以，如1402处显示的，控制系统12可以配置用于基 于发动机工况致动一个或多个阀门。
在1404处，发动机10可以配置用于探测蓄压器902内相对于压力阈值的压 力，该压力阈值用于指示蓄压器内的压缩空气量。尽管未明确显示，在一些实 施例中蓄压器902可以进一步包括压力传感器以指示存储的增压压力。如果存 储的增压压力超过指示低容量水平的第一压力阈值，在1406处控制器12可以在 高发动机输出(例如高于第一或第三阈值的发动机输出)期间将空气引导进蓄 压器902同时蓄压器中的气流增加。作为响应，在1410处，方法1400可以将第 二蓄压阀922调节至关闭位置以允许存储引导至存储罐的气流同时防止离开辅 助罐的进一步流动。随后，在1412处，方法1400包括将第一蓄压阀912致动至 打开位置以允许气流通过入口管路至蓄压器902。可替代地，如果存储的增压 压力没有下降到第一压力阈值以下，在1430处，方法1400可以确定蓄压器902 内存储有充足的物质。这种情况下，控制器12可以配置用于例如通过将第一和 第二蓄压阀中的一者或多者致动至关闭位置来防止添加更多物体。
额外地，在1420处，包括用于指示存储罐基本充满的第二压力阈值。一旦 达到第二较高的压力阈值，在1422处方法1400可以将第一蓄压阀912致动至关 闭位置以在其中存储物质直到当增压物质用于引导冷凝物时。可替代地，当压 力下降到第二压力阈值以下时，在1424处方法可以基于发动机工况继续填充辅 助罐。即，只要进气系统中的压力超过该罐的压力，空气可以朝罐的方向流动。 所以，入口阀门可以保持打开以通过增加存储罐内包含的物质的量来增加存储 的增压压力。该反馈循环(feedback cycle)可以继续直到辅助罐已经充满。 出于清楚，尽管未显示，方法1400进一步包括当罐充满时同时使用辅助罐内存 储的压缩物质输送冷凝物。即，罐中可以存在足够的压力以允许当第一蓄压阀 912也打开时第二蓄压阀922打开。从而，控制器12可以配置用于基于确定的增 压压力从罐输出的速率相对于增压压力传输进罐的速率而作出一个或多个阀 门调节。
图15和16显示了将收集的冷凝物引导至发动机10的第三实施例。在第三实 施例中显示了直列发动机，其中进气系统的最低点位于进气歧管47中而不是上 文描述的CAC166下面。这是因为根据第三实施例的发动机10包括空气对水式热 交换器而不是上文描述的用于V形发动机配置的空气对空气式热交换器，该V 形发动机配置具有空气对空气式热交换器(例如CAC166)。如此处描述的，在 说明为直列发动机的发动机配置中，不在上文描述的热交换器内收集冷凝物。 此外，在热交换器两端基本上没有形成压力差异，因为与CAC166相比空气对水 式热交换器具有减小的尺寸。将收集的冷凝物引导至发动机系统内的多个位置 显现出额外的分配挑战，使用蓄压器在所有发动机工况下辅助冷凝物的分配来 解决该挑战。为此，第三实施例包括位置移至进气系统中收集冷凝物的最低点 的储存器(即进气歧管气室(plenum))。还包括蓄压器902以强制储存器收 集的冷凝物通过多个通道。
图15显示了冷凝物管理系统的第三实施例的侧视图。第三实施例涉及可以 安装在发动机舱内任何动力传动系位置的直列发动机配置。例如，在一些实施 例中由流道的直线方向定义的直列发动机的方位可以平行于车辆的纵向轴线， 而在其它实施例中发动机的方位可以垂直于车辆的纵向轴线。此外，根据第三 实施例的系统允许以任何配置来设置涡轮增压器。这样，可以实现发动机更高 的设计柔性。图15中，直列发动机设置成垂直于车辆的纵向轴线使得显示的视 图表现为发动机的侧视图。
在根据第三实施例的直列发动机中，收集区域位于进气歧管47内。所以， 在位置重新布置至进气歧管47的内最低点的冷凝物储存器中收集冷凝物。这样 进入CAC入口罐42的空气可以随着它流动通过CAC1566而冷却，该CAC显示为水- 空气式充气空气冷却器。随后，随着气流继续通过进气歧管47，可以在储存器 1502处收集冷凝物。如上文描述的，储存器1502可以配置用于包括用于以已经 描述的方式引导收集的冷凝物通过发动机10的开口罐总成202。此外，可以基 于发动机和进气系统的结构重新配置蓄压器902。例如，图15显示了蓄压器入 口910与CAC1566的出口罐45连通。所以，系统内的气流可以引导至辅助罐以上 文描述的相同方式增加蓄压器902内存储的增压压力。蓄压器902经由开口罐总 成202进一步连接至引导阀210。如下文关于图16描述的，直列发动机进一步包 括连接至用于将气流引导至发动机内燃烧室的发动机流道1510的进气歧管。从 而，进气歧管47连接至通往发动机10内燃烧室的多个进气流道1510。此外，第 一通道220显示为多个通道，其中每个通道连接至多个进气流道中的一者，每 个流道与对应的一个燃烧室连通，并且其中储存器与每个通道连通，并且其中 蓄压器与储存器连通。
为了更详细地说明这些连接，图16显示了第三实施例的冷凝物管理系统的 前视图。如上文简要描述的，冷凝物储存器1502位于进气歧管47的最低点。示 例直列发动机进一步包括多个燃烧室、进气歧管和将进气歧管连接至燃烧室的 进气流道以及连接至起燃催化剂(未显示)的排气；具有连接至排气的涡轮以 及通过涡轮驱动的压缩器的涡轮增压器(未显示)；具有连接至压缩器的输入 以及通过进气歧管和进气流道连接至燃烧室的输出的热交换器；以及连接至热 交换器和多个通道的储存器，每个通道连接在储存器和每个进气流道之间用于 将冷凝物引导至燃烧室；具有连接至压缩器的输入以及连接至每个通道的输出 的蓄压器；以及控制从蓄压器通过通道的气流的控制器。图16中，作为将开口 罐总成202连接至进气系统的通道的第一通道220包括用于将冷凝物储存器连 接至发动机的独立流道的多个分支管路932。从而，可以单独或共同控制冷凝 物至发动机每个燃烧室的引导以控制至进气系统的冷凝物的分配。
这样，根据本发明的系统和方法可以用于在车辆运转期间去除从空气冷却 器收集的冷凝物。此外，基于冷凝物中的污染类型和发动机或催化剂的运转参 数两者将冷凝物引导至进气系统或者发动机排气中的位置提供了在高发动机 负荷期间冷却催化剂的额外优点。例如，当发动机以高负荷运转且没有发动机 机油(例如因为不存在发动机机油的污染)时，可以将冷凝物引导进催化剂上 游的发动机排气以冷却催化剂。在另一个示例中，当发动机以高负荷运转且发 动机污染中存在机油时，可以将冷凝物引导进发动机进气以燃烧机油而不污染 催化剂。在又一个方面中，当冷凝物中有冷却剂时可以减小发动机功率以允许 驾驶员驾驶到安全的地方而不损坏发动机。
在一个实施例中，用于具有连接至起燃催化剂的排气的发动机的示例方 法，该方法可包括：引导空气从空气压缩器通过热交换器到发动机的燃烧室； 收集形成在所述热交换器中的冷凝物；在蓄压器中仅积聚一部分所述压缩空 气；仅当所述冷凝物中包含污染物时，将所述冷凝物仅通过通道连接至所述燃 烧室；以及仅当发动机输出低于预定量时，连通一部分所述积聚的空气仅通过 通道进入所述燃烧室以将所述冷凝物推入所述燃烧室。
注意本说明书中包括的示例控制和估算程序可以用于各种发动机和/或车 辆系统配置。本说明书公开的控制方法和程序可以是存储在非瞬态存储器中的 可执行指令。本说明书中描述的具体程序代表任意数量处理策略中的一者或多 者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的多个动作、 操作和/或功能可以描述的序列、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样， 由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本发明中示例实施例所描述的特征和 优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。取决于使用的特定策略可以反 复执行一个或多个描述的步骤动作、操作和/或功能。此外，所描述的动作、 操作和/或功能可以形象地代表编程进发动机控制系统中计算机可读存储器媒 介的非瞬态存储器中的代码。
应理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施 例不应当认为是限制，因为可以有多种变型。例如，上述技术可以应用到V6、 直4、直6、V12、对置4缸或其它类型的发动机。本公开的主题包括本说明书中 公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见 的所有组合和子组合。
权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些 权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应 该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这 样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修 改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要 求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、 同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。