[发明专利]用于控制排气再循环冷却器中的污染物沉积的系统

说明书

技术领域

本发明涉及关联于具有设计用于减少污染的排气再循环系统的内燃发动机使用 的排气再循环冷却器的技术，更具体地，涉及控制排气再循环冷却器中的污染物沉积 的系统。

背景技术

常规的内燃发动机在运行期间产生各种污染物。总的来说，多数内燃发动机通过 在有空气的情况下燃烧碳氢化合物燃料产生动力，空气为混合物，其包括主要成分氮 和氧以及其他微量组分。在燃烧期间产生几种排气组分。一些组分，如水，被认为是 基本上无害的。而需要调节其他组分，如氮氧化物(NO_x)且必须控制此类污染物的 产生。为了减少氮氧化物的产生，通常提供排气再循环系统，下文中称为EGR系统。 在EGR系统中，来自内燃发动机的排气中的一部分沿路径再循环回到发动机的进气系 统。排气的再循环通常可减少可用于燃烧的氧的相对量从而降低燃烧期间发动机中的 火焰温度。较低的火焰温度可极大地减少氮氧化物的产生。降低燃烧温度的另一种方 法是降低再循环排气的温度。通常，冷却器设置在再循环路径中并使再循环排气以降 低的温度进入发动机，从而进一步降低燃烧的温度。事实上，为了符合有关排放水平 的特定法律准则，必须将排气冷却到一定程度。

EGR系统应用在汽油发动机中已达至少30年并且这样的使用很普遍。在柴油发 动机中使用EGR系统是较新的做法。柴油发动机容许比汽油发动机大的EGR流量，因 此柴油EGR系统中的EGR冷却很重要。这样的系统中的冷却器通常具有较大的传热面 以有助于将热量从再循环排气传递到冷却剂。通常，冷却剂被引至传热面背后以允许 热量容易地从再循环排气传递到冷却剂。遗憾的是，在EGR系统运行期间，碳烟和其 他污染物的各种沉积物会积累在冷却器中的传热面上以及EGR系统的其他管道部分 上。少至运行100小时就累积起碳烟层并显著降低冷却器从再循环排气传热的能力。 更具体地，碳烟和其他污染物的层极大地降低了冷却器的效率，从而导致到达发动机 进气系统的再循环排气相对较热并在满足排放标准时降低了发动机产生动力的能力。 这样的问题对于柴油发动机特别迫切。

针对该问题的一种方法是使用大型冷却器。然而，大型冷却器的使用由于高成本 和大尺寸而被认为是不期望的。也有其他方法针对于减少沉积物的量。例如，中村 (Nakamura)的美国专利申请公开2007/0131207号教导了基于感测到的入口温度调 节通过冷却器的冷却剂流量来减少沉积物。遗憾的是，这样的系统所基于的原则是升 高再循环的气体的温度。因此该系统是不理想的，因为与降低再循环排气的温度以降 低燃烧温度并减少氮氧化物产生的概念直接矛盾。

基于上述，在现有技术中需要一种设计为控制EGR冷却器中的污染物的累积同时 避免上述缺点的系统。

发明内容

本发明的目的包括提供用于控制排气再循环冷却器中的污染物沉积的系统，以克 服现有技术中的系统使用高成本大尺寸的大型冷却器以及使再循环气体的温度升高 的缺点。

本发明涉及安装在车辆中的用于控制排气再循环冷却器中的污染物沉积的系统。 总体上，该车辆包括支承发动机的框架，发动机与变速器和车轮可操作地连接以便驱 动车轮并移动车辆。该系统包括连接到发动机的排气总成的第一导管；连接到发动机 的进气总成的第二导管。该系统还包括具有壳体的冷却器，该壳体界定出与第一导管 连通的第一气体入口以及与第二导管连通的第一气体出口，第一气体出口由第一气体 冷却通道连接到第一气体入口以便允许排气沿气体再循环路径从发动机的排气总成 再循环到发动机的进气总成。该冷却器还包括第一冷却剂入口和第一冷却剂出口，第 一冷却剂出口由第一冷却剂通道连接到第一冷却剂入口以允许冷却剂流过冷却器。第 一冷却剂通道的位置适合于允许热量从排气传递到冷却剂从而冷却排气。该系统还包 括位于气体再循环路径中的阀和传感器，所述阀用于控制冷却器中的排气的流率，安 装的传感器用于测量气体循环路径中的排气的参数。该系统还包括控制器，所述控制 器从传感器接收参数信号并连接到该阀。更具体地，控制器以确保冷却器中的排气以 湍流状态流动以便去除冷却器中的沉积物的方式调节该阀的开启和关闭。