CN105526026A - 具有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机。提供了用于压缩机旁通通路的方法和***。在一个示例中，方法可以包括使绕行的充气空气通过环形通路流入进气道。

Description

具有排气涡轮增压和排气再循环的内燃发动机
相关申请的交叉引用
本申请要求在2014年10月15日提交的德国专利申请号102014220905.6的优先权，出于所有目的，将该专利的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书大体涉及用于使进气空气绕行到达压缩机上游的方法和***。
背景技术
装配有高压排气再循环(HP-EGR)和低压排气再循环(LP-EGR)两者的发动机越来越普遍。HP-EGR使来自涡轮机上游的排气道的排气转向并且将该排气输送至压缩机下游的进气道。替代地，LP-EGR使来自该涡轮机下游的排气道的排气转向并且将该排气输送至该压缩机上游的进气道。LP-EGR超过HP-EGR的优点可以是，LP-EGR在转向至该进气道之前驱动该涡轮机并且因此，保存能量。
然而，存在与EGR、尤其LP-EGR相关联的许多困难。例如，当LP-EGR与进气***内的进气空气和/或部件混合时，水可以在该进气空气中冷凝从而形成水滴、或撞击到这些部件的表面上。这是由于LP-EGR的温度较高而进气***和/或进气空气的温度较低。以此方式，空气和/或进气***表面的温度可以低于LP-EGR内水蒸气的露点温度。冷凝水滴可能导致噪音增大和/或可能损坏压缩机叶片。此外，当LP-EGR增加时，冷凝物也可以增加。
解决上述问题的尝试包括位于LP-EGR通路内的冷凝物收集器，如Joergi等人的US8056338中所示。这些冷凝物收集器可以收集来自LP-EGR的、流入进气道中之前的蒸气。此外，所收集的冷凝物可以朝向压缩机轮被引导以防止腐蚀。
然而，这里的发明人已经认识到了此类***的潜在问题。如一个示例，该冷凝物收集器也没有减轻来自进气空气的蒸气冷凝。通过将该收集器放在LP-EGR通路中，进气空气中的蒸气可以冷凝到进气表面上和/或形成冷凝水滴。该冷凝物收集器以及从该收集器通向该压缩机轮的一条通路可能导致包装限制并且因此该冷凝物收集器可能不是对所有车辆通用的。
发明内容
在一个示例中，以上所描述的问题可以通过以下方法解决：该方法使充气空气经由压缩机旁路绕行到达进气***从而从压缩机叶轮的上游和下游来抽吸充气空气，并且能够经由环形出口与进气道的内壁成锐角地引入该充气空气。以此方式，该绕行的充气空气可以在进气道的内壁与充气空气之间创造壁垒，以减轻冷凝物撞击到该内壁上。
作为一个示例，当LP-EGR流入该进气道时，该压缩机旁路可以被激活以便降低冷凝物形成的可能性。额外地或替代地，该压缩机旁路可以基于气候条件(例如，湿度、雨、雪等)被激活。通过这样做，该压缩机旁路可以降低冷凝物水滴在该进气道的内壁上形成的可能性、同时还人为地增大被提供至压缩机的充气空气量。
应了解的是，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在具体实施方式中进一步描述。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由随附于具体实施方式的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文中或本披露的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了发动机的示意图。
图2示出了压缩机旁路以及充气空气再引入的角度。
图3示出了用于操作压缩机旁路的方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于使充气空气绕行以减少在进气道的表面上的冷凝物形成的***和方法。该压缩机旁路可以联接至图1所示的发动机的涡轮增压器的压缩机。该发动机可以包括高压排气再循环(HP-EGR)和低压排气再循环(LP-EGR)两者。该压缩机旁路被定位在增压空气冷却器的上游并且将充气空气相对于如图2所示的进气表面以锐角转向。该旁路可以由控制阀控制，使得充气空气在所希望的条件期间被再引入并且以便增大扭矩并且降低冷凝物形成的可能性二者。图3示出了一种用于操作该控制阀以调节被再引入的充气空气的量的方法。
现在参见图1，示出了多缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机可以被包含在汽车的推进***中。发动机10可以至少部分地由包含控制器12的控制***以及由经由输入装置130来自车辆操作者132的输入控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可以包括燃烧室壁32，其中活塞36被定位在燃烧室壁中。在一些实施例中，汽缸30内的活塞36的面可以具有凹窝(bowl)。活塞36可以联接至曲轴40，使得该活塞的往复运动被转换为曲轴40的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动***联接到车辆的至少一个驱动轮上。另外，起动器马达可以经由飞轮联接至曲轴40以便使得发动机10能够起动操作。
燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的进气空气、并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气道48可以经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30相连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。
在这个示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动***51和53通过凸轮致动被控制。凸轮致动***51和53可以各自包括一个或多个凸轮并且可以利用以下可以由控制器12操作以改变气门操作的***中的一项或多项：凸轮廓线变换(CPS)***、可变凸轮正时(VCT)***、可变气门正时(VVT)***和/或可变气门升程(VVL)***。进气门52和排气门54的位置可以由位置传感器55和57确定。在替代性实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动来控制。例如，汽缸30可以替代地包括通过电动气门致动控制的进气门以及通过包含CPS***和/或VCT***的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器66被示为直接联接至燃烧室30以便经由电子驱动器68以与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接将燃料喷射到该汽缸中。以此方式，燃料喷射器66提供了到燃烧室30中的所谓的直接燃料喷射。该燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面或例如燃烧室的顶部。燃料可以由燃料***(未示出)输送至该燃料喷射器66，该燃料***包括燃料箱、燃料泵和燃料轨。
在选定的运行模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火***88能够经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出了火花点火部件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以以压缩点火模式在具有点火火花或没有点火火花的情况下运行。在一些实施例中，该点火***可以包括双火花***，该双火花***包括每个汽缸的两个火花塞(未示出)。
进气道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在这个特定的示例中，可以由控制器12通过被提供给被包括在节气门62和63中的电动马达或致动器的信号来改变节流板64和65的位置，这是通常被称为电子节流控制(ETC)的构造。以此方式，在其他发动机汽缸中，节气门62和63可以***作以改变被提供给燃烧室30的进气空气。通过节气门位置信号TP可以将节流板64和65的位置提供给控制器12。进气道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以用于将相应的信号MAF和MAP提供至控制器12。进一步地，进气歧管44可以包括充气运动控制阀45，以用于控制燃烧室30中发生的充气运动的强度。
另外，在所披露的实施例中，排气再循环(EGR)***可以将来自排气道48的排气的期望部分经由高压EGR(HP-EGR)通路140和/或低压EGR(LP-EGR)通路150传送至进气道44。被提供给进气道44的EGR的量可以由控制器12通过HP-EGR阀142或LP-EGR阀152来改变。在一些实施例中，节气门可以被包含在排气装置中以有助于驱动EGR。另外，EGR传感器144可以被布置在HP-EGR通路140内并且可以提供对排气的压力、温度和浓度的一个或多个的指示。替代地，可以通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)、以及曲轴速度传感器的信号的计算值来控制EGR(例如，HP-EGR和LP-EGR中的一个或多个)。另外，可以基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)控制EGR。在一些条件下，该EGR***可以被用来调节该燃烧室内的空气燃料混合物的温度。
图1示出了其中EGR从涡轮增压器的涡轮机的上游被传送至涡轮增压器的压缩机的下游的HP-EGR通路140、以及其中EGR从涡轮增压器的涡轮机的下游被传送至该涡轮增压器的压缩机的上游的LP-EGR通路150。另外，如图1所示，HP-EGR***可以包括HP-EGR冷却器146并且该LP-EGR***可以包括LP-EGR冷却器158以便例如排斥从EGR放出气体到发动机冷却液的热量。在替代实施例中，发动机10可以包括仅HP-EGR***或仅LP-EGR***。
LP-EGR通路150的出口可以与压缩机162间隔开。该出口与压缩机162之间的距离可以基于压缩机叶轮的直径。例如，该距离可以正好是该压缩机叶轮的直径的75％。作为另一个示例，该距离可以小于或大于该压缩机叶轮的直径的75％。
通过LP-EGR通路150再循环到进气道42的排气与压缩机162上游的空气混合。所产生的空气与再循环排气的混合物形成了被供应至压缩机162并且被压缩的充气空气。
这样，发动机10可以进一步包括压缩装置，例如至少包含沿着进气歧管44布置的压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对涡轮增压器而言，压缩机162可以至少部分地被沿着排气道48布置的涡轮机164(例如，经由轴)所驱动。排气流可以向涡轮机供应能量并且最终向驱动压缩机的该轴供应能量。对机械增压器而言，压缩机162可以至少部分地被发动机和/或电动机器所驱动、并且可以不包括涡轮机。因此，经由涡轮增压器或机械增压器被提供到该发动机的一个或多个汽缸的压缩的量可以由控制器12改变。
涡轮机164可以是径流式涡轮机，以便允许机械增压布置的紧密包装。与涡轮机相比，压缩机是在其出口流动方面被定义的。径流式压缩机因此是其离开转子叶片的流基本上径向行进的压缩机。在本发明的背景下，“基本上径向”是指径向方向上的速度分量大于轴向的速度分量。离开轴流式压缩机的叶轮叶片的流基本上轴向地行进。压缩机162可以是径流式或轴流式。压缩机162可以包括入口区域，该入口区域是与压缩机162的轴同轴并且使得接近压缩机162的充气空气流基本上轴向地行进。
在轴向流入压缩机的情况下，在该至少一个压缩机叶轮上游的进气***中的充气空气流的方向的转向或改变通常被取消，由此避免了由于流动转向导致的充气空气流中的不必要的压力损失，并且在进入压缩机的入口处该充气空气的压力增大。没有方向改变还减小了排气和/或充气空气与进气***的内壁和/或与压缩机壳体的内壁之间的接触、并且因此减小了热传递和冷凝物的形成。
压缩机162对供应至其的充气空气进行压缩并且将经压缩的充气空气至少输送到汽缸30。可以在压缩机的下游、在进气歧管44中提供一个增压空气冷却器以便在充气空气进入该至少一个汽缸30之前冷却充气空气。该冷却器降低充气空气的温度并且由此增大其密度，使得该增压空气冷却器还有助于提高汽缸30的充气。该充气空气进一步被该增压空气冷却器的冷却能力压缩。
如果再循环的热排气遇到冷空气并且与冷空气混合，则能够形成冷凝物。该排气降温，而空气的温度升高。新鲜空气与再循环的排气的混合物的温度(即，充气空气温度)低于再循环的排气的排气温度。在冷却排气的过程期间，如果进气道42的部件或内壁的温度低于露点温度，排气和/或充气空气中之前所含的、仍为气态形式的液体(具体为水)可以冷凝。充气空气中的污染物可以有助于在充气空气流中形成冷凝水滴。
冷凝物和冷凝水滴是不期望的并且可能导致进气***中噪音排放增加、并且可能损坏压缩机162的叶片。后一种影响与压缩机的效率降低相关联。
压缩机旁路170联接至压缩机162的一部分和进气道42。压缩机旁路170使充气空气的一部分从压缩机壳体内部转向到压缩机的上游。该充气空气的一部分(即，绕行的充气空气)相对于进气道42的表面(例如，内壁)以锐角流入进气道42。以此方式，该绕行的充气空气在该表面附近流动并且可以产生减轻冷凝物撞击到该表面上的可能性的壁垒。绕行的充气空气朝压缩机162流回。
压缩机旁路管线170可以用于使充气空气再循环进入压缩机162上游的进气道42，以便人为地增大被供送至压缩机的充气空气的量。以此方式，压缩机特性图表中的滞后线能够朝向较小的压缩机流量偏移，由此甚至在压缩机小流量的情况下能够实现更高的充入压缩比。由此显著改善了较低转速范围内的扭矩特性。
可以使用机械增压来增大内燃发动机的功率同时维持空气质量流量，或者使用机械增压来减小质量空气流量同时维持相同的功率。在任意情况下，机械增压导致体积功率输出增大并且功率与重量比改善。如果空气质量流量减小，因此能够使发动机负载朝更高负载偏移，此时比燃料消耗率较低。
旁通阀172可以调节绕行的充气空气穿过压缩机旁路管线170的流。旁通阀172可以移动到更多打开的位置以允许更多充气空气绕过压缩机162。下面将关于图2和图3来更详细地讨论压缩机旁路170和用于控制该旁通阀172的方法。
排气传感器126被示为在排放控制装置71的上游且在涡轮机164的下游被联接至排气道48。传感器126可以是用于提供对排气空燃比的指示的任何适当的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC、或CO传感器。
排放控制装置71被示出为沿着排气道48布置在排气传感器126的下游。排放控制装置71可以是选择性催化还原(SCR)***、三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置、或者其组合。例如，装置71可以是TWC。进一步地，在一些实施例中，在发动机10的运行期间，可以通过使该发动机的至少一个汽缸在特定空燃比之内运行来周期性地重置该排放控制装置71。
控制器12在图1中被示为微处理器，该微处理器包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在这个具体示例中被示为只读存储器芯片(ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、和/或保活存储器(KAM)110、及数据总线。控制器12可以接收来自联接至发动机10上的传感器的各种信号，除了之前讨论的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值、来自联接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)的测量值、来自联接至曲轴40上的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)的测量值、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)的测量值、以及来自传感器122的歧管绝对压力信号(MAP)的测量值。发动机转速信号RPM可以通过控制器12由信号PIP产生。可以使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP来提供该进气歧管中的真空、或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，例如MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在按化学计量比的操作中，该MAP传感器能够给出对发动机扭矩的指示。进一步地，这个传感器连同所检测到的发动机转速一起能够提供被引入汽缸中的充气(包括空气)的估算。在一个示例中，传感器118(也用作发动机转速传感器)可以对于该曲轴的每一转产生预定数量的等间距脉冲。
储存介质只读存储器106能够用计算机可读数据被编程，该计算机可读数据表示由处理器102可执行的指令用于执行以下所描述的方法以及预期的但未具体列出的其他变体。控制器12接收来自图1的各种传感器的信号并且采用图1的各种致动器以基于所接收的信号以及存储在该控制器的存储器上的指令来调节发动机运行。
如上所述，图1示出了多缸发动机的仅一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自身组的进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。该发动机进一步包括具有压缩机和涡轮机的涡轮增压器。如下文关于图2所描述的，使用压缩机旁路使充气空气的一部分绕行到达压缩机上游，以降低冷凝物形成的可能性。
现在转向图2，示出了包括通向压缩机204的进气道202的***200。可以类似于图1的实施例中的进气道42、压缩机162和LP-EGR通路150来使用进气道202、压缩机204和LP-EGR通路206。箭头226可以描绘通过***200的气流的方向。
进气空气可以朝向压缩机204被引导通过进气道202。LP-EGR可以经由LP-EGR通路206在压缩机204上游流入进气道202、并且在到达压缩机204之前与进气空气混合。进气空气与LP-EGR的混合物在此可以称为充气空气。该LP-EGR可以由排气、燃料蒸气、水蒸气、空气、CO2、NOx以及其他燃烧副产物构成。该充气空气的温度大于进气空气的温度并且低于LP-EGR的温度。
该充气空气可以流入压缩机204，该压缩机包括压缩机壳体208。压缩机壳体208可以是螺旋形壳体或蜗轮箱壳体，其中压缩机204中充气空气流的转向能够用来将经压缩的充气空气从出口侧沿最短路径传导到入口侧，排气涡轮增压器的涡轮机通常布置在该出口侧上。带有多个叶片212的叶轮210可以将一定体积的充气空气从第一较低压力压缩到第二较高压力。因此，充气空气的密度增大，这可能导致对应发动机的功率输出增大。
如以上所描述的，压缩机204可以进一步包括压缩机旁路214。虽然未描绘，但是压缩机旁路214可以被容纳在压缩机壳体208内。压缩机旁路214包括与进气道202和压缩机204流体连通的两个接头。第一接头216拦截叶轮210上游的充气空气的第一部分。第二接头218拦截叶轮210下游的气体的第二部分。流经第二接头218的充气空气的压力大于流经第一接头216的气体的压力。该第一部分充气空气可以小于、等于或大于该第二部分充气空气。本领域技术人员将了解的是，压缩机旁路214可以具有三个或更多个接头以使充气空气转向。然而作为替代方案，每个接头还能够具有分开的通路，使得第一接头中的充气空气不与来自第二接头的充气空气混合。此外，每个接头可以具有旁通阀，使得第一接头可以独立于第二接头运行。
当压缩机旁通阀219打开时，流经第一接头216和第二接头218的气体可以流入环形通路220。该压缩机旁通阀219位于联接至第一接头216和第二接头218二者的通路中。环形通路220环绕进气道202的管道的圆周。该环形通路220可以是从进气道202的自然几何形状得到的空腔、通道或通路。环形通路220经由位于压缩机204近处且在其上游的环形出口222而开向进气道202。该环形出口222位于LP-EGR通路206与压缩机204之间。从第一接头216和第二接头218流出的充气空气可以流经环形通路220并且经由出口222流入进气道202中。出口222是横跨进气道202的管道的整个圆周的单一开口，从而允许绕行的充气空气流到进气道202的管道的内壁近处。
虚线224示出了从出口222流入进气道202的绕行的充气空气流的方向。角度α示出了来自出口222的绕行的充气空气流动方向与进气道202的管之间的角度。如图所示，角度α是锐角，并且因此，流自出口222的绕行的充气空气在进气道202的管道的近处。开向进气道202的出口222沿着该进气***的管道(例如，内壁)走向、并且被引导至叶轮210。
如上所述，第二接头218从叶轮210下游接收充气空气。因此，流经出口222的绕行的充气空气的压力和温度大于流经压缩机旁路214上游的进气道202的充气空气的压力和温度。以此方式，充气空气可以不从进气道202流出并流入出口222。该绕行的气体在该管道与进气道202的充气空气之间流动从而形成环形壁垒，这可以降低冷凝物形成的可能性。该绕行的充气空气还可以提高该管道的温度，进一步降低了冷凝物形成的可能性。随着冷凝物形成的可能性的降低，由于冷凝水滴造成的噪音排放也被减少。损坏该至少一个压缩机叶轮210的叶片212的风险降低。压缩机204的效率可以提高、或保持不被LP-EGR影响。
图2描绘了带有阀的压缩机旁路，该阀用于启用和停用该压缩机旁路。图3描绘了用于操作该阀的方法。
现在转向图3，描绘了用于控制压缩机旁通阀的方法300。用于实施方法300的指令可以由控制器(例如，图1的控制器12)基于该控制器的存储器上所存储的指令以及从该发动机***的多个传感器(例如，以上参照图1所描述的这些传感器)接收到的信号来执行。根据下文描述的这些方法，该控制器可以采用该发动机***的发动机致动器来调节发动机运行。确切而言，方法300可以涉及发动机10、LP-EGR通路150、压缩机204、压缩机旁路214、第一接头216、第二接头218、压缩机旁通阀219、以及环形通路220。
方法300在302处开始，该方法300包括确定、估算和/或测量当前发动机运行参数。这些发动机运行参数可以包括以下各项中的一项或多项：发动机负载、发动机转速、歧管真空、EGR流率、发动机温度、进气空气温度、进气空气湿度、以及空燃比。方法300可以进一步确定当前气候条件(例如，雨、雪、湿度等等)。
在303处，方法300包括确定当前扭矩需求是否小于最大扭矩需求。扭矩需求可以基于踏板位置和/或节气门位置。压下更多的踏板位置(例如，更接近车辆地板)可以对应于较高的扭矩需求。开度较大的节气门位置可以对应于较高的扭矩需求。
如果方法300确定扭矩需求不小于最大扭矩需求，则该方法可以前进至304来维持当前发动机运行参数并且关闭压缩机旁通阀，以便允许所有充气空气流经压缩机并且进入发动机的一个或多个汽缸而不流经该压缩机旁路。在此，流经压缩机旁路的充气空气可以被称为绕行的充气空气。在一些实施例中，可以从方法300中省略确定扭矩需求的值。
如果方法300确定扭矩需求小于最大扭矩需求，则该方法可以前进至306。在306处，方法300包括确定冷凝风险是否大于阈值。该冷凝风险可以基于LP-EGR流率、发动机温度、冷起动、以及当前气候条件。例如，当LP-EGR流率增大时，冷凝风险也增大。当发动机温度降低时，冷凝风险增大。例如，如果发动机在冷起动条件下运行，则冷凝风险增大。增大的进气空气湿度可能增大冷凝风险。此外，气候条件(例如，雨、湿度和雪)可能增大冷凝风险，而其他气候条件(例如，高温、低湿度、以及风)可以降低冷凝风险。
如果冷凝风险不大于阈值，则方法300前进至304来维持当前发动机运行并且调节压缩机旁通阀至关闭位置，如以上描述的。
如果冷凝风险大于阈值，则方法300前进至308来打开该压缩机旁通阀以便使来自压缩机的充气空气经由第一和第二接头转向到该环形通路。该绕行的充气空气相对于进气道的内部表面以锐角流出该环形通路。该绕行的充气空气在管道的内部表面与进气道中的充气空气之间产生壁垒，以便减轻这些内部表面上的冷凝物形成。该绕行的充气空气还提高了这些内部表面的温度，进一步降低了冷凝物形成。
在310处，方法300包括确定冷凝风险是否仍大于阈值。如果冷凝风险不大于阈值，则方法300可以前进至311以关闭压缩机旁通阀并且停止使充气空气绕行。如果LP-EGR减小或停止，如果发动机温度升高，如果进气空气温度下降和/或气候条件变得更干和/或更热，则冷凝风险可以下降到低于阈值。当压缩机旁通阀处于关闭位置时，没有充气空气绕行。
如果冷凝风险仍大于阈值，则方法300前进至312以将压缩机旁通阀维持在打开位置并且继续监测冷凝风险。该压缩机旁通阀保持打开，直到冷凝风险不再大于阈值或者直到需要最大扭矩。
在一个实施例中，该压缩机旁通阀可以是可变阀，其中该阀可以基于冷凝风险的值被调节到打开更多或关闭更多的位置。例如，对于大于阈值的第一冷凝风险，该阀可以移动到打开更多的位置以允许更多绕行的气体流经该环形通路。替代地，对于轻微大于阈值且小于该第一冷凝风险的第二冷凝风险，该阀可以移动到更关闭的位置以允许与该第一冷凝风险中相比而言较少的绕行空气流经该环形通路。该更关闭的位置被与第一冷凝风险下该阀的阀位置相比。
以此方式，被扫入压缩机的冷凝物的量减小。更具体地，通过使充气空气通过压缩机旁路绕行并且使绕行的充气空气流回到进气道，降低了形成大的冷凝物水滴的可能性。该绕行的充气空气以环形流回到进气道中并且在该进气道的内部表面与流经该进气道的充气空气之间产生壁垒。因此，绕行的充气空气可以减小这些内部表面与进气道中的充气空气之间的接触、而同时还加热这些内部表面以进一步降低冷凝物形成的可能性。使充气空气绕行到压缩机上游的技术效果是减小进气道的内部表面上冷凝物的形成并且减小该进气道中冷凝水滴的形成。因此，可以维持或提高压缩机效率。
图1-2示出了各个部件的相对定位的示例性构造。如果被示出为彼此直接彼此接触或直接联接，则这些元件可以至少在一个示例中被相应地称为是直接接触或直接联接。类似地，被示出为彼此邻接或相邻的元件至少在一个示例中可以相应地是彼此邻接或相邻的。举例而言，彼此共面接触地布置的部件可以被称为是处于共面接触。作为另一个示例，被定位成彼此分开而在其间仅存在空间但不存在其他部件的元件在至少一个示例中可以被这样称为。
在一个示例实施例中，一种用于操作发动机的方法包括：使充气空气经由压缩机旁路绕行到达进气***从而经由第一和第二通路开口从压缩机叶轮的前面的上游和下游来抽吸充气空气，其中该压缩机旁路经由该通路的环形出口与进气通道的内壁成锐角地引入绕行的充气空气。在发动机的运行期间并且响应于工况，从这些开口中每一个吸入的空气可以经由单个阀来控制。充气空气可以包括新鲜空气和(例如来自LPEGR的)排气。离开环形出口的充气空气流可以形成更高流速区域，该区域可以形成使流经进气道的充气的剩余部分转向离开该进气道的内壁的层，以便减小在这些壁处的冷凝物的可能性。在一个示例中，在该环形开口的拐角处更快移动的充气层或片(blanket)因此可以相对于进气道的中央轴线成角度。该空气因此可以充当叶片。
注意，在此包含的示例性的控制和估计例程可以用于不同的发动机和/或车辆***构造。在此披露的控制方法和方案可以作为可执行指令被存储在非瞬态存储器中并且可以由包含控制器的控制***与各种传感器、致动器和其他发动机硬件的结合实施。在此描述的这些具体例程可以代表任何数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。这样，所展示的各种动作、操作和/或功能可以按所展示的顺序实施、并行地实施、或者在一些情况下被省略。同样，处理次序不是实现在此描述的示例性实施例的特征和优点所必须要求的，而是被提供来方便展示和说明。所展示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以取决于所使用的具体策略被反复执行。进一步，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到该发动机控制***中的计算机可读储存介质的非瞬态存储器之中的代码，其中所描述的动作通过执行包括各种发动机硬件部件的***中的指令与电子控制器的结合被实施。
应理解的是，在此披露的构造和例行程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不得被考虑为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸、以及其他发动机类型。本披露的主题包括这些不同的***和构造的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合、以及在此披露的其他特征、功能和/或属性。
以下权利要求书特别指出被认为是新颖的且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”元素或“第一”元素或其等效物。这样的权利要求应理解为包括有一个或多个这样的元素的结合，而不要求也不排除两个或更多个这样的要素。所披露的特征、功能、要素和/或属性的其他组合和子组合可以通过对本权利要求书进行修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这样的权利要求无论在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，也都被视为是包含在本披露的主题之内。

Claims (19)

1.一种方法，包括：
使充气空气经由压缩机旁路绕行到达进气***，从而从压缩机叶轮的上游和下游中的每个来抽吸充气空气，其中所述压缩机旁路经由环形出口与进气通道的内壁成锐角地引入绕行的充气空气。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括使所述绕行的充气空气在所述内壁附近流动并且在所述绕行的充气空气和所述内壁之间传递热量。
3.如权利要求1所述的方法，其中，使充气空气绕行包括：从压缩机叶轮的上游以及所述压缩机叶轮的下游抽吸充气。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述绕行的充气空气绕过未经压缩的充气空气和经压缩的充气空气的一部分。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括位于所述压缩机旁路中的压缩机旁通阀，其中在压缩机旁通阀处于关闭位置时，充气空气不被绕行通过所述压缩机旁路。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述压缩机旁通阀响应于冷凝风险大于阈值而被打开。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述冷凝风险是基于低压排气再循环流、发动机温度、进气温度、进气湿度、以及天气条件。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述绕行的充气空气在低压排气循环通路与所述压缩机之间流动。
9.一种***，包括：
位于压缩机与低压EGR通路之间的压缩机旁路；
位于压缩机叶轮上游的第一接头；
位于所述第一接头和所述压缩机叶轮下游的第二接头；
与所述第一接头和所述第二接头流体连通的旁通通路，其中所述旁通通路中的控制阀位于所述第一接头的上游；以及
与所述旁通通路和进气道流体连通的环形通路，其中所述环形通路将绕行的充气空气在所述进气道的内壁附近、朝向所述压缩机、沿着圆形方向引导入所述进气道中。
10.如权利要求9所述的***，其中所述环形通路包括通向所述进气道的单个圆形开口。
11.如权利要求10所述的***，其中所述圆形开口相对于所述进气道的内壁倾斜，其中所述内壁和绕行的充气空气流的方向之间的角度是锐角。
12.如权利要求9所述的***，其中所述第一接头引导未经压缩的充气空气至所述旁通通路，并且所述第二接头引导经压缩的充气空气至所述旁通通路。
13.如权利要求9所述的***，其中所述绕行的充气空气的压力和温度大于所述进气道中的充气空气的压力和温度。
14.如权利要求9所述的***，其中所述绕行的充气空气朝向所述压缩机叶轮流动。
15.如权利要求9所述的***，其中所述绕行的充气空气在所述内壁和所述充气空气之间流动。
16.一种***，包括：
将来自压缩机的绕行的充气空气引导至进气道的环形旁通通路，并且其中所述绕行的充气空气的角方向相对于所述进气道的内壁是锐角，并且所述绕行的充气空气在所述内壁附近流动以便在所述内壁与所述进气道的充气空气之间形成壁垒。
17.如权利要求16所述的***，其中绕行的充气空气是至少从位于压缩机壳体内的压缩机叶轮的上游以及所述压缩机叶轮的下游抽吸的。
18.如权利要求16所述的***，其中所述角方向在15度和65度之间。
19.如权利要求16所述的***，其中所述绕行的充气空气的压力大于所述进气道内的充气空气的压力。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6434749B2 (ja) * 2013-12-27 2018-12-05 三菱重工業株式会社 排ガス還流装置及び該排ガス還流装置を備えるエンジンシステム
JP6070587B2 (ja) * 2014-01-22 2017-02-01 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
DE102017210648A1 (de) * 2017-06-23 2018-12-27 Ford Global Technologies, Llc Kondensatfalle in einem Verdichter-Einlass
JP7220097B2 (ja) 2019-02-27 2023-02-09 三菱重工業株式会社 遠心圧縮機及びターボチャージャ
CN114352542A (zh) * 2021-12-28 2022-04-15 南洋泵业（青岛）有限公司 一种高压螺旋离心泵

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6648594B1 (en) * 1999-07-30 2003-11-18 Honeywell International, Inc. Turbocharger
EP2423447A2 (en) * 2009-02-10 2012-02-29 General Electric Company Extraction unit for turbine and related method
US20130266436A1 (en) * 2010-12-28 2013-10-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Housing structure of exhaust gas turbocharger
DE202014100213U1 (de) * 2014-01-17 2014-02-07 Ford Global Technologies, Llc Abgasturbolader für ein Niederdruck AGR System und entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug
CN103850778A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 福特环球技术公司 升压发动机增压空气冷却器冷凝减少设备
CN103939242A (zh) * 2013-01-21 2014-07-23 福特环球技术公司 在压缩机旁通阀操作期间的低压egr控制

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6701710B1 (en) 2002-09-11 2004-03-09 Detroit Diesel Corporation Turbocharged engine with turbocharger compressor recirculation valve
DE10321572A1 (de) 2003-05-14 2004-12-02 Daimlerchrysler Ag Ladeluftverdichter für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu
US8056338B2 (en) 2006-01-27 2011-11-15 Borgwarner Inc. Re-introduction unit for low-pressure exhaust gas recirculation condensate at or before compressor
JP5479021B2 (ja) * 2009-10-16 2014-04-23 三菱重工業株式会社 排気ターボ過給機のコンプレッサ
JP5708507B2 (ja) * 2012-01-18 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のコンプレッサデポジット洗浄装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6648594B1 (en) * 1999-07-30 2003-11-18 Honeywell International, Inc. Turbocharger
EP2423447A2 (en) * 2009-02-10 2012-02-29 General Electric Company Extraction unit for turbine and related method
US20130266436A1 (en) * 2010-12-28 2013-10-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Housing structure of exhaust gas turbocharger
CN103850778A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 福特环球技术公司 升压发动机增压空气冷却器冷凝减少设备
CN103939242A (zh) * 2013-01-21 2014-07-23 福特环球技术公司 在压缩机旁通阀操作期间的低压egr控制
DE202014100213U1 (de) * 2014-01-17 2014-02-07 Ford Global Technologies, Llc Abgasturbolader für ein Niederdruck AGR System und entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug

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