内燃机中压缩机和增压空气冷却器保护的设备和方法.pdf

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1、10申请公布号CN102062002A43申请公布日20110518CN102062002ACN102062002A21申请号201010542661922申请日201011120919782320091112GBF02D21/08200601F02D43/00200601F02B37/1220060171申请人通用汽车环球科技运作公司地址美国密歇根州72发明人艾伯托瓦萨洛费德里科费列罗费德里科L古格里尔蒙克里斯琴泰比74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人侯宇54发明名称内燃机中压缩机和增压空气冷却器保护的设备和方法57摘要一种用于在内燃机中特别是柴油机中的压缩机和增压空气冷却器。

2、的保护的设备，所述内燃机具有进气歧管和排气歧管，第一和第二EGR路线，增压空气冷却器，具有压缩机和涡轮的涡轮增压器，所述系统具有用于调节废气的流量和所述第一EGR路线和所述第二EGR路线之间的废气划分的调节设备，其特征在于，还包括用于测量所述压缩机出口处的气体的输出温度的温度传感器设备。本发明还包括一种方法，该方法具有监视代表所述压缩机的出口处的气体温度的参数的第一阶段以及执行与内燃机部件运行有关的活动的一第二阶段，所述活动是使用在所述监视阶段确定的温度信息进行的。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图1页CN102062010。

3、A1/2页21一种用于内燃机中的压缩机和增压空气冷却器的保护的设备，该内燃机特别是柴油机，所述内燃机具有进气歧管10和排气歧管11以及对应的进气管路2和排气管路3，第一EGR路线和第二EGR路线，位于进气歧管10上游和第二EGR路线60下游的进气管路2中的增压空气冷却器21，具有位于进气管路2中的压缩机40以及在排气管路3中的涡轮41的涡轮增压器4，该系统具有用于调节废气的流量以及调节所述第一EGR路线和所述第二EGR路线之间的废气划分的调节设备52，62，63，其特征在于，还包括用于测量所述压缩机出口处的气体的温度的温度传感器设备90。2一种用于内燃机中的压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，。

4、该内燃机特别是柴油机，所述内燃机具有进气歧管10和排气歧管11以及对应的进气管路2和排气管路3，第一EGR路线和第二EGR路线，位于进气歧管10上游和第二EGR路线60下游的进气管路2中的增压空气冷却器21，具有位于进气管路2中的压缩机40以及在排气管路3中的涡轮41的涡轮增压器4，该系统具有用于调节废气的流量和调节所述第一EGR路线和所述第二EGR管线之间的废气划分的调节设备52，62，63，其特征在于，所述方法还包括监视代表所述压缩机的出口处的气体温度的参数的至少第一阶段，以及涉及内燃机部件操作的活动在其中执行的至少一第二阶段，所述活动还利用在所述监视阶段确定的温度值而被执行。3如权利要求。

5、2所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，所述活动涉及降低所述压缩机出口处的气体温度并且是在所述温度监视阶段确定的温度超过预定阈值的情况下而被执行。4如权利要求3所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，当所述压缩机出口处的气体温度低于所述预定阈值时，涉及降低所述温度的所述活动停止。5如权利要求3或4所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，所述温度降低活动的执行和停止是在从达到相对的阈值条件下后已经经过了预定的时间量之后发生的。6如权利要求3所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，涉及降低所述温度的所述活动包括一阶段，该阶段为如果在所述压缩机出口处。

6、的实际的气体温度高于所述阈值温度，那么在预定的时间量内调节通过所述第二EGR路线的废气的流量相对于通过所述第一EGR路线的废气的流量的划分。7如权利要求3所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，涉及降低所述温度的所述活动包括一阶段，该阶段为如果所述压缩机出口处的实际的气体温度高于所述阈值温度，那么在预定的时间量内调节所述涡轮壳体的几何形状。8如权利要求2所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，所述活动涉及允许在加速期间过增压以便在瞬变期间使内燃机性能最优化。9如权利要求2所述的用于压缩机和增压空气冷却器的保护的方法，其中，在所述第一EGR路线关闭的情况下，所述活动还涉及。

7、周围环境温度和歧管温度的测量以便基于以下关系监视增压空气冷却器的效率10一种内燃机，特别是柴油机，该内燃机具有用于测量燃烧参数的相关传感器，其特权利要求书CN102062002ACN102062010A2/2页3征在于，所述内燃机包括配置为用于实现根据前述权利要求中的任一项的方法的电子控制单元ECU。11一种包括适合于执行权利要求1的方法的步骤的计算机代码的计算机程序。12一种包括根据权利要求11的计算机程序的计算机程序产品。13如权利要求12所述的计算机程序产品，包括存储所述计算机程序的控制设备。14一种调制为代表根据权利要求11的计算机程序的一定顺序的数据位的载体的电磁信号。权利要求书CN。

8、102062002ACN102062010A1/6页4内燃机中压缩机和增压空气冷却器保护的设备和方法技术领域0001本发明涉及内燃机中，特别是具有较低压力的EGR系统的柴油机中，压缩机和增压空气冷却器CAC保护的设备和方法。背景技术0002涡轮增压式柴油机系统一般包括具有进气歧管和排气歧管的柴油机、用于将新鲜空气从环境中输送到进气歧管中的进气管路、用于将废气从排气歧管输送到环境中的排气管路，以及涡轮增压器，该涡轮增压器包括位于位于进气管路中用于压缩在其中流动的气流的压缩机，以及位于排气管路中用于驱动所述压缩机的涡轮。0003涡轮增压式柴油机系统还包括中间冷却器，其还被称为增压空气冷却器CHAR。

9、GEAIRCOOLER，即CAC，其位于压缩机下游的进气管路中，用于在气流到达进气歧管之前将其冷却。0004涡轮增压式柴油机系统还可装备有一种柴油机氧化催化器DOC，用于降解废气中包含的残余的碳氢化合物和碳氧化物；在DOC的下游，一种柴油机微粒过滤器DPF，用于从废气中捕获和移除柴油机颗粒物质烟炱。0005为了减少污染物排放，大多数涡轮增压式柴油机系统实际上包括第一废气再循环EGR系统，用于选择性地使废气从排气歧管排回到进气歧管中。0006以这样的方式，与引入的新鲜空气混合的废气吸入到内燃机汽缸中，以便在燃烧过程中减少未燃烧的碳氢化合物HC、一氧化碳CO、烟炱以及氮氧化物NOX的产生。0007。

10、为了进一步减少NOX的排放，改进的EGR系统包括附加的EGR管道，其将DPF下游的排气管路与涡轮增压器的压缩机上游的进气管路流体连接；位于附加的EGR管道中的附加的EGR冷却器；以及用于调节穿过附加的EGR管道的废气的流量的附加的阀设备。0008在这些改进的系统中，尽管传统的EGR管道为废气再循环限定了较短的路线，但是附加的EGR管道为废气再循环限定了长的路线，其还包括排气管路的相关部分和进气管路的相关部分。0009沿着长的路线流动，然后废气被迫穿过涡轮增压器的涡轮、DOC、DPF、附加的EGR冷却器、涡轮增压器的压缩机和增压空气冷却器，以使其比流过较短路线的废气冷的更多，由此实现进气歧管处于。

11、更低的温度下。0010这些改进的EGR系统一般配置为使废气部分通过较短的路线且部分通过较长的路线返回，以便在任何内燃机运行情况下将进气歧管中的吸入空气的温度保持在优化的中间值。0011在已知的技术中，废气总量和较长路线的废气率是使用根据经验确定的数组或数据图由电子控制单元ECU确定的，其中所述所述数组或数据图分别使废气的总量和较长路线的废气率与多个内燃机运行参数，例如内燃机速度、内燃机载荷和内燃机制冷剂的温度有关。0012这些改进的EGR系统的一个缺点在于这些数组或数据图是在进行校准期间利用说明书CN102062002ACN102062010A2/6页5在标准环境条件下，即标准的环境温度、压力。

12、和湿度下工作非常有效的内燃机系统进行确定的。0013因此，数组或数据图中包含的数值只是对在和校准阶段采用的环境条件相同的环境情况下工作的内燃机系统是有效的，并完全忽略了由于可在使用车辆期间发生的几种情况引起的内燃机系统效率的降低。0014例如，已经观察到，在车辆的一些真实使用情况下，例如高海拔和/或高温运行以及反复加速下，会发生一系列的问题。0015例如，各个部件会从它们预期的运行参数漂移导致通过ECU不能理想的控制内燃机或者甚至部件损坏。0016而且，较长路线的EGR冷却器阻塞会发生并且在压缩机下游和内燃机的进气歧管中会达到不合规格的温度。0017显然，这些问题将导致由于热应力和/或过多的油。

13、裂化和沉积导致部件损坏，或者至少导致与成本增加有关的内燃机部件的寿命减小。0018由于这种情况，已知的技术已经通过在不希望有的显著工程余度的帮助下确保防止在开环中压缩机下游的温度过高以及过速来试图解决上述问题。在出现较长路线的EGR系统的情况下，该缺点增加，因为在中间载荷下，在EUDC区域中，压缩机保护在开环情况下也起作用，严重限制系统的性能。因此，看起来这些解决方案不能令人满意并且甚至被认为是解决不了根本问题。发明内容0019本发明的第一目的是要制造一种设备和一种方法，其以及允许使压缩机和下游管道不受到热应力、油裂化的影响并且允许以相对目前的情况减小工程余度的方式使压缩机工作。0020本发明。

14、的另一目的是要提供利用车辆的电子控制单元ECU的计算能力的保护策略。0021本发明的另一目的是要通过简单的、合理且廉价的解决方案满足这些目标。0022这些目标是通过一种设备、通过一种方法、通过一种内燃机、一种计算机程序以及计算机程序产品，以及通过具有在本发明中描述的特征的电磁信号得以实现的。0023本发明为在内燃机中特别是柴油机中的压缩机和增压空气冷却器的保护提供了一种设备，所述内燃机具有进气歧管和排气歧管以及对应的进气管路和排气管路，第一和第二EGR路线，位于在进气歧管上游以及第二EGR路线下游的进气管路中的增压空气冷却器，具有位于进气管路中的压缩机的涡轮增压器，所述系统具有用于调节废气的流。

15、量和所述第一和第二EGR管线之间的废气划分的调节设备，其特征在于，还包括用于测量所述压缩机出口处的气体的温度的温度传感器设备。0024本发明还为在内燃机中特别是柴油机中的压缩机和增压空气冷却器的保护提供了一种方法，所述内燃机具有进气歧管和排气歧管以及对应的进气管路和排气管路，第一和第二EGR路线，位于进气歧管上游以及第二EGR路线下游的进气管路中的增压空气冷却器，具有位于进气管路中的压缩机和位于排气管路中的涡轮的涡轮增压器，所述系统具有用于调节废气的流量和所述第一和第二EGR管线之间的废气划分的调节设备，其特征在说明书CN102062002ACN102062010A3/6页6于，所述方法包括在。

16、所述压缩机的出口处监视代表气体温度的参数的至少一阶段以及涉及内燃机部件运行的活动在其中执行的至少一第二阶段，所述活动也利用在所述监视阶段确定的温度来进行的。0025在本发明的第一实施例中，该活动目的是降低所述压缩机输出处的气体温度并且是在温度监视阶段确定的温度高于预定的阈值的情况下进行的。0026该活动可包括一阶段，该阶段为如果压缩机出口处的气体的实际温度高于所述阈值温度则在预定的时间量内相对于穿过所述第一EGR路线的废气的流量调节穿过所述第二EGR路线的废气的流量的划分。0027根据本发明的另一实施例，如果压缩机出口的实际的气体温度高于所述阈值温度，可执行一活动，该活动包括在预定时间量内调节。

17、涡轮壳体的几何形状的阶段。0028本发明的设备和方法允许的活动还可包括允许在加速期间过增压以便在瞬变期间使内燃机性能优化或者在使用车辆期间监视增压空气冷却器的效率。0029从属权利要求描述了本发明的另一些优选和/或特别有利的方面。0030能以包括程序代码的计算机程序以实现本发明的方法的所有步骤的形式以及以包括执行计算机程序的设备的计算机程序产品的形式，实现根据本发明的方法。0031计算机程序产品包括，根据本发明的优选实施例，用于IC内燃机的控制设备，例如内燃机的ECU，其中存储了所述程序以使控制设备以和该方法相同的方式限定本发明。在此情况下，当控制设备执行该计算机程序时，实现了根据本发明的方法。

18、的所有步骤。0032根据本发明的方法还可以电磁信号的形式进行实现，所述信号被调制为传送代表实现本发明的方法的所有步骤的计算机程序的一定顺序的数据位。0033本发明还提供了一种专门布置为实现本发明的方法的内燃机。附图说明0034现在将参照附图通过例子描述本发明，其中0035图1是涡轮增压式柴油机的示意图，其具有允许本发明的方法的本发明设备。具体实施方式0036现还在上述附图的帮助下描述了本发明的优选实施例。0037在下文中参照一种涡轮增压式柴油机系统公开了本发明。然而，本发明在理论上可应用到不同的柴油机系统甚至是火花点火内燃机系统。0038该涡轮增压式柴油机系统包括具有进气歧管10和排气歧管11。

19、的柴油机1，用于将新鲜空气从环境中输送到进气歧管10的进气管路2，用于将废气从排气歧管输送到环境中的排气管路3，以及涡轮增压器4，该涡轮增压器包括位于进气管路2中用于压缩在其中流动的气体的压缩机40，位于排气管路3中用于驱动所述压缩机40的涡轮41，优选为可变喷嘴涡轮VNT。温度传感器80设置成确定进气歧管10内的温度。0039涡轮增压式柴油机系统还包括位于涡轮增压器4的压缩机40下游的进气管路2用于在气流达到进气歧管10之前将其冷却的中间冷却器或增压空气冷却器20，以及位于增压空气冷却器20和进气歧管10之间的进气管路中的阀21。0040涡轮增压式柴油机系统还包括位于涡轮增压器4的涡轮41下。

20、游的排气管路3中说明书CN102062002ACN102062010A4/6页7用于使废气中包括的剩余碳氢化合物和碳氧化物分解的柴油机氧化催化器DOC30，以及位于DOC30下游的排气管路3中用于从废气中捕获和移除柴油机颗粒物质烟炱的柴油机微粒过滤器DPF31。0041为了减少污染物排放，涡轮增压式柴油机系统包括废气再循环EGR系统，用于选择性地使废气从排气歧管返回到进气歧管中。0042EGR系统包括用于将排气歧管11流体连接于进气歧管12的第一EGR管道50，用于冷却废气的第一EGR冷却器51，以及用于确定通过第一EGR管道51的废气流量的第一电控阀52。0043第一EGR管道51为废气在循。

21、环冷却器限定了较短的路线，以使通过该EGR管道51返回的废气非常热。0044EGR系统还包括将DPF32下游的排气管路3的分支点32流体连接于涡轮增压器4的压缩机40上游的进气管路2的引导点22的第二EGR管道60，以及位于附加的EGR管道60中的第二EGR冷却器61。0045通过第二EGR管道60的废气的流量由电控阀62确定，其中阀62位于第二EGR冷却器61上游的第二EGR管道60中。0046阀63位于空气过滤器23下游和引导点22上游的进气管路2中。0047第二EGR管道60为废气再循环限定了较长的路线，其还包括包含在排气歧管11和分支点32之间的那部分排气管路3，以及包含在引导点22和。

22、进气歧管10之间的那部分进气管路2。0048沿着较长的路线流动，废气被迫流过涡轮增压器4的涡轮41，DOP30，DPF31，第二EGR冷却器61，涡轮增压器4的压缩机40和增压空气冷却器20，以使其变得比流过第一EGR管道50的废气显著更冷，由此在较低温度下抵达进气歧管。0049涡轮增压器柴油机系统通过基于微处理器ECU的控制电路运行，该控制电路被设置成给阀52，62和63产生和施加控制信号，由此调节通过第一EGR管道50和第二EGR管道60的废气的流量。0050压力传感器82和温度传感器83分别设置在DOP30和DPF31组的上游和下游。0051此外，温度传感器84设置在第二EGR冷却器61。

23、的下游以便测量较长的路线EGR下游的温度；增压空气冷却器下游的温度可通过专门的传感器76进行测量。0052还存在温度传感器99以便测量周围环境的温度，温度传感器80被设置成以便测量歧管温度。0053根据本发明，另一温度传感器98直接布置在压缩机40的下游以便测量压缩机出口的气体温度，该传感器98相对于增压空气冷却器20位于上游。0054根据本发明，因此能够间歇地或连续地监视代表压缩机40出口的气体温度的参数，且，取决于测量的温度值，能够通过内燃机系统的各个参数的电子控制来执行更大量的活动。0055总体上，这些活动涉及采用在温度监视阶段确定的温度值在内燃机部件上进行的操作。0056特别地，执行的。

24、一些活动可涉及在第一阶段确定的温度超过预定阈值的情况下降低压缩机出口的气体温度。说明书CN102062002ACN102062010A5/6页80057该过程相当于第一有效部件的保护策略。0058而且，当所述压缩机出口的气体温度低于所述预定阈值时，目的在于降低所述温度的所述活动停止。0059为了避免急停和不希望有的控制波动，优选设定时间阈值，以便从达到温度阈值条件后已经经过预定时间量之后起动或停止控制系统。0060涉及降低所述温度的活动包括一阶段，该阶段为如果压缩机的实际温度超过所述温度阈值，在预定时间量内相对于通过所述第一EGR路线的废气流量调节通过所述第二EGR路线的废气流量的划分。006。

25、1特别地，位于第二EGR管道60中的电控阀62可被起动和调节以便调节通过第二EGR管道60的废气流量，实现第一和第二EGR管道之间的流量的划分，减小了在第二EGR管道60中的流动并且最终相应增加了在第一EGR管道中的流动；这允许压缩机出口的气体温度连续降低。0062降低压缩机出口的气体温度的另一方法包括直接干预压缩机出口压力。0063换句话说，涉及降低所述温度的活动可包括一阶段，该阶段为如果压缩机出口的实际气体温度超过阈值温度，则在预定时间量内调节涡轮41壳体的几何形状以便降低压缩机出口压力。特别地，这可通过利用可变喷嘴涡轮VNT的性能，调节动叶片角度以使与希望的效果有关的涡轮性能最优化得以获。

26、得。0064为了结果更好，还可并行执行与通过阀62调节划分EGR流动有关以及与涡轮壳体的几何形状的调节有关的活动。0065温度传感器98的存在导致可能的活动，还可包括增压空气冷却器CAC效率监控。0066这些活动能够及早地监测故障情况，还有助于部件保护。0067事实上，传感器98直接布置在压缩机40下游允许，与传感器99TAMBIENT和传感器80TMANIFOLD协作，以基于以下关系监视CAC效率00680069该监视在没有使用较短路线EGR时是可能的并且TAMBIENT和TMANIFOLD二者如上述方式进行测量。0070CAC效率评估可用于监测内部和外部CAC的分别由于烟炱泄露或污物产生的。

27、阻塞，或者用于监测易于湿气凝结的情况。0071而且，该监视能使根据运行极限优化并扩展CAC旁路操作。0072本发明的压缩机温度控制允许的另一活动是过增压OVERBOOST，该过增压在加速期间由于系统热容量是可能的。0073而且，通过本发明的压缩机温度控制，相对于现有技术可在更短的时间内达到极限温度。0074本发明具有几个重要的优点。0075本发明的第一显著的优点是其允许最优化较长路线/较短路线EGR的划分和根据欧洲市外的驾驶循环EUROPEANEXTRAURBANDRIVECYCLE，即EUDC的增压水平。0076而且本发明允许保护压缩机使其不受到热应力和油裂化的影响。说明书CN1020620。

28、02ACN102062010A6/6页90077另一个重要优点是本发明允许降低工程余度，其在剧烈加速和高海拔以及部件老化期间具有一些优点。0078而且，本发明允许在瞬变期间由于在进行闭合温度控制使性能最优化。0079最后，本发明允许在使用车辆期间监视CAC的效率并且防止在临界环境条件下工作。0080尽管已经相对于某一些优选的实施例和特定的应用描述了本发明，但是要理解到本文中以上所述的描述是通过例子而不是限制得到的。本领域内的那些技术人员将认识到对特定实施例的各种修改在附属的权利要求的范围内。因此，目的在于本发明不限于公开的实施例，而是在于其具有由以下的权利要求的语言允许的整个范围。说明书CN102062002ACN102062010A1/1页10图1说明书附图CN102062002A。