ОХЛАДИТЕЛЬ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к охладителю наддувочного воздуха, соединенному с впускным коллектором автомобильного двигателя с турбонаддувом.
Уровень техники
Двигатели с нагнетателем или турбонагнетателем могут сжимать наружный воздух, поступающий в двигатель, для увеличения мощности двигателя. Сжатие воздуха может вызывать повышение его температуры, для охлаждения нагретого воздуха может быть использован охладитель наддувочного воздуха, за счет чего может быть увеличена плотность воздуха, а также потенциальная мощность двигателя. При высокой влажности атмосферного воздуха на внутренних поверхностях охладителя наддувочного воздуха может образоваться конденсат, поскольку температура этих поверхностей ниже температуры конденсации сжатого воздуха. При некоторых режимах работы, например, во время большого ускорения, водяные капли могут быть продуты из охладителя и затянуты в двигатель, что может привести, например, к пропускам зажигания, потере крутящего момента и оборотов двигателя и неполному сгоранию топлива.
Известные решения данной проблемы предполагали установку ловушек для конденсата (водосборников), соединенных с каналами, расположенными ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха. В качестве ближайшего аналога полезной модели может быть выбрана конструкция, описанная в публикации патентной заявки США 2004079079 (A1) от 29.04.2004.
При этом такие ловушки могли только перенаправлять ограниченное количество конденсата, добавляя дополнительные элементы и повышая сложность системы турбонаддува.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является уменьшение количества пропусков зажигания за счет предотвращения задувания конденсата из охладителя наддувочного воздуха в двигатель, а также меньшая усложненность системы турбонаддува.
Для достижения указанного эффекта предложен охладитель наддувочного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, который содержит корпус с выпускным отверстием, выполненный с возможностью соединения с выпускным отверстием сердцевины промежуточного охладителя, а также водосборник, расположенный в корпусе охладителя и выполненный с возможностью задерживать воду, проходящую через выпускное отверстие в корпусе.
Водосборник может содержать жалюзийную заслонку или перфорированную пластину, расположенную по существу перпендикулярно направлению потока воздуха.
Водосборник может быть расположен ниже по потоку от выпускного отверстия в корпусе и совместно со стенкой корпуса образовывать емкость для сбора конденсата.
Охладитель наддувочного воздуха также может содержать дефлектор, расположенный выше по потоку от выпускного отверстия в корпусе и выполненный с возможностью отводить воду, прошедшую через выпускное отверстие в корпусе.
В корпусе охладителя также может быть предусмотрено сливное отверстие, выполненное с возможностью сообщаться с впускным коллектором двигателя. Сливное отверстие может иметь регулируемое сечение для обеспечения необходимой интенсивности потока конденсата, вводимого во впускной коллектор.
Для уменьшения пропусков зажигания в двигателе внутреннего сгорания улавливают конденсат в корпусе охладителя, собирают его и вводят в двигатель с регулируемой интенсивностью. Конденсат также может быть слит через канал в корпусе охладителя, сообщающийся с впускным коллектором двигателя.
Таким образом, предотвращают неконтролируемое выдувание накопленного конденсата из охладителя наддувочного воздуха во впускной коллектор за счет улавливания конденсата в корпусе охладителя.
Вышеуказанные и другие преимущества и конструктивные особенности полезной модели станут более понятны из представленного ниже подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, рассматриваемого совместно с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показана принципиальная схема двигателя с охладителем наддувочного воздуха и сборником конденсата в соответствии с полезной моделью.
На Фиг. 2 показан охладитель наддувочного воздуха с сердцевиной промежуточного охладителя и съемным корпусом в соответствии с различными вариантами осуществления полезной модели.
На Фиг. 3 показан вид спереди варианта выполнения корпуса охладителя наддувочного воздуха в соответствии с полезной моделью.
На Фиг. 4 показан вид сзади варианта выполнения корпуса охладителя наддувочного воздуха в соответствии с полезной моделью.
На Фиг. 5 схематично показана работа водосборника в корпусе охладителя наддувочного воздуха в соответствии с различными вариантами осуществления полезной модели.
На Фиг. 6 показана блок-схема способа снижения пропусков зажигания в соответствии с различными вариантами осуществления полезной модели.
Осуществление полезной модели
Далее представлено подробное описание вариантов осуществления полезной модели. Описанные варианты приведены исключительно в качестве примеров, которые могут быть воплощены в различных формах. Фигуры необязательно выполнены в масштабе. Некоторые элементы могут быть увеличены или уменьшены с целью изображения деталей конкретных компонентов. Конкретные конструкционные и функциональные особенности, изложенные в данном описании, не должны рассматриваться как ограничение, и приведены лишь в качестве иллюстрации для ознакомления специалистов в данной области техники с вариантами реализации полезной модели. Как будет понятно специалистам в данной области техники, различные признаки, изображенные и описанные со ссылкой на любую из фигур, могут быть объединены с признаками, проиллюстрированными на другой или других фигурах, что позволяет получить варианты осуществления полезной модели, которые в явной форме не изображены и не описаны. Проиллюстрированные сочетания признаков представляют собой варианты осуществления полезной модели для стандартных применений. Для различных специфических областей применения или осуществления могут понадобиться различные сочетания и модификации признаков, не выходящие за рамки основной идеи полезной модели.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение двигателя 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30, однако может быть использовано и другое количество цилиндров. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода данных. В данном примере устройство 130 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, который генерирует пропорциональный сигнал положения педали PP. Каждая камера сгорания 30 (цилиндр) двигателя 10 может иметь стенки 32 с расположенным в них поршнем (не показан). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы трансмиссии. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 40 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.
В камеру сгорания 30 воздух поступает из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а газообразные продукты сгорания выводятся через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 выборочно сообщаются с камерой сгорания 30 через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах камеры сгорания 30 могут иметь по два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой сгорания 30 для подачи топлива непосредственно внутрь камеры в соответствии с сигналом от контроллера 12. Топливная форсунка может быть установлена на стенке или в верхней части камеры сгорания. Топливо подается к топливной форсунке 50 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). В некоторых вариантах выполнения камера сгорания 30 может содержать, в качестве альтернативы и/или дополнительно, топливную форсунку, обеспечивающую впрыск во впускной канал выше по потоку от каждой камеры сгорания 30.
Впускной коллектор 42 может содержать дроссели 21 и 23, имеющие дроссельные заслонки 22 и 24. В этом отдельном примере положение дроссельных заслонок 22 и 24 может регулироваться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электродвигатель или исполнительный механизм, содержащийся в дросселях 21 и 23. Таким образом, дроссели 21 и 23 могут использоваться для варьирования потока впускного воздуха, подаваемого в камеру сгорания 30, между другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельных заслонок 22 и 24 может передаваться контроллеру 12 при помощи сигнала положения дросселя TP. Впускной коллектор 42 может содержать датчик 120 расхода воздуха (MAF) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (MAP) для передачи соответствующих сигналов MAF и MAP контроллеру 12.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (10), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (KAM) и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение массового расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ECT) от датчика температуры 112, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В стехиометрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.
2
Согласно предложенному решению, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, передаваемое во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. Кроме того, датчик EGR (не показан) может быть установлен в патрубке EGR и давать показания одного или более из следующих параметров: давление, температура и концентрация выхлопных газов. В качестве альтернативы, управление объемом выхлопных газов может осуществляться при помощи расчетного значения, полученного на основании сигналов с датчиков MAF (выше по потоку), MAP (во впускном коллекторе), MAT (температура газа в коллекторе) и датчика оборотов коленчатого вала. Кроме того, управление объемом выхлопных газов может осуществляться на основе сигналов датчиков кислорода (O) в выхлопных газах и/или датчика кислорода во всасываемом воздухе (во впускном коллекторе). При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг. 1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляется от участка выше по потоку от турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других вариантах двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где EGR направляется от участка ниже по потоку от турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
Двигатель 10 может также содержать компрессионное устройство, например, турбонагнетатель или компрессор наддува, содержащий, по меньшей мере, компрессор 60, размещенный вдоль впускного коллектора 44. Для турбонагнетателя: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другой соединительный механизм. Турбина 62 может быть размещена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в действие компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12. В некоторых случаях турбина 62 подключена к электрогенератору 64 и подает электропитание на аккумулятор 66 через турбопривод 68. Затем электропитание от аккумулятора 66 может быть использовано для привода компрессора 60 от мотора 70.
Также выпускной канал 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отвода выхлопных газов от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора, предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или клапан 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува.
Впускной канал 32 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры турбонагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В некоторых вариантах охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость».
При высокой влажности атмосферного воздуха на внутренних поверхностях охладителя наддувочного воздуха может образовываться конденсат, поскольку температура этих поверхностей ниже температуры конденсации сжатого воздуха. В некоторых режимах эксплуатации, например, при резком ускорении автомобиля, такие капли воды могут выдуваться из охладителя наддувочного воздуха и попадать в камеры сгорания двигателя. Это может привести, например, к пропускам зажигания, потере крутящего момента и оборотов двигателя и неполному сгоранию топлива.
Охладитель наддувочного воздуха в соответствии с сущностью полезной модели будет описан в пояснениях к Фиг. 2, 3 и 4. На Фиг. 2 показан охладитель наддувочного воздуха (CAC) 80′. CAC 80′ может быть установлен в системе турбонагнетателя или компрессора наддува, как показано на Фигуре 1. CAC 80′ имеет сердцевину 82 охладителя, впускной корпус 84 и выпускной корпус 86, имеющий выпускное отверстие 88. В данном варианте осуществления CAC 80′ предназначен для использования в системе "twin turbo" (двойного турбонаддува), имеющей две турбины, поэтому во впускном корпусе 84 имеется два впускных отверстия (не пронумерованы). Впускной корпус 84 направляет всасываемые газы в сердцевину 82 охладителя, где происходит теплообмен и охлаждение всасываемых газов. Затем охлажденные всасываемые газы направляются через выпускной корпус 86 и выпускное отверстие 88 в патрубок (не показан), сообщающийся с впускным коллектором двигателя.
Как описано выше, при высокой влажности атмосферного воздуха влага, содержащаяся во всасываемых газах, может конденсироваться на внутренних поверхностях элементов, в том числе сердцевине 82 охладителя. В некоторых режимах эксплуатации, например, при резком ускорении автомобиля, такие капли воды могут выдуваться из сердцевины 82 охладителя.
На Фиг. 3 выпускной корпус 86 показан с водосборником 90, предотвращающим или снижающим задувание конденсата во впускной коллектор. В данном варианте осуществления водосборник 90 содержит множество жалюзийных пластин 92, образующих заслонку. В некоторых вариантах осуществления водосборник может содержать перфорированную пластину вместо жалюзийных пластин 92. Водосборник 90 также содержит резервуар 94. Конденсат, скапливающийся в сердцевине 82 охладителя, при выдувании из сердцевины 82 охладителя пролетает через жалюзийные пластины 92 и скапливается в резервуаре 94. Жалюзийные пластины 92 формируют множество отверстий, направляющих основной поток вниз и назад в резервуар 94, как будет описано далее со ссылкой на Фиг. 5. На выпускном отверстии также установлен дефлектор (не показанный на данном разрезе), расположенный выше по потоку от выпускного отверстия 88. Поверхность дефлектора расположена перпендикулярно направлению потока всасываемого газа и его высота, по меньшей мере, равна диаметру выходного отверстия 88. Таким образом, весь конденсат, присутствующий во всасываемом газе, отводится над выпускным отверстием 88 в водосборник. Водосборник или сборник конденсата также содержит сливное отверстие (не показано), сообщающееся с резервуаром. Сливное отверстие может быть соединено со сливной линией, которая, в свою очередь, может быть соединена с впускным коллектором двигателя. Собранный конденсат стекает из резервуара через сливное отверстие в сливную линию и в двигатель. Таким образом, конденсат собирают и вводят в двигатель с регулируемой интенсивностью для предотвращения пропусков зажигания. Несмотря на то, что сливная линия может быть использована и в других компоновках для слива конденсата в другие места, желательно вводить конденсат в двигатель для предотвращения выброса в атмосферу потенциально опасных веществ и соблюдения экологических норм. Корпус и водосборник в сборе могут быть выполнены из литьевого пластика или других подходящих материалов.
На Фиг. 4 показан вид сзади выпускного корпуса 86. Водосборник 90 оборудован жалюзийной заслонкой, состоящей из множества жалюзийных пластин 92. В данном варианте осуществления жалюзийная заслонка выполнена не на всю высоту выпускного корпуса 86, ее нижняя граница расположена над выпускным отверстием 88. В водосборнике 90 имеется также резервуар 94.
На Фиг. 5 схематично показана работа одного из вариантов выполнения водосборника в соответствии с сущностью полезной модели. В выпускном корпусе 86′ имеется выпускное отверстие 88′. Дефлектор 96 расположен выше по потоку от выпускного отверстия 88′ и его высота, по меньшей мере, равна диаметру выпускного отверстия 88′. В выпускном корпусе 86′ также имеется водосборник 90′. В водосборнике 90′ имеется множество жалюзийных пластин 92′. Жалюзийные пластины 92′ формируют ряд каналов, ведущих в основном вниз в резервуар 94′. Резервуар 94′ сообщается со сливным отверстием 98. Сливное отверстие 98 соединено со сливной линией (не показана), которая, в свою очередь, соединена с впускным коллектором двигателя.
В рабочем режиме при выдувании конденсата из сердцевины охладителя, как показано пунктирными стрелками, конденсат попадает в выпускной корпус 86′. Дефлектор 96 отводит конденсат над выпускным отверстием 88′. Конденсат проходит через каналы, заданные жалюзийными пластинами 92′ и попадает в резервуар 94′, где и задерживается. Всасываемые газы свободно проходят обратно через эти каналы и выпускное отверстие 88′ и попадают во впускной коллектор. После этого задержанный и накопленный конденсат вводится во впускной коллектор с регулируемой интенсивностью через сливное отверстие 98. Этого можно добиться с помощью пассивных средств, таких как изменение размера просвета сливного отверстия 98 с целью регулирования потока, или активных средств, таких как приводной клапан в сливном отверстии 98 или сливной линии.
На Фиг. 6 и 7 показаны альтернативные варианты выполнения корпуса охладителя наддувочного воздуха с водосборником в соответствии с сущностью полезной модели. На Фиг. 6 водосборник 90″ имеет множество пластинок 100. Пластинки 100 формируют множество каналов, направляющих конденсат вниз в резервуар 94″. На Фигуре 7 водосборник 90′′′ содержит перфорированную пластину 102. Поверхность перфорированной пластины 102 ориентирована перпендикулярно потоку всасываемых газов, но допускается и другое расположение. В поверхности имеется множество перфорационных отверстий, через которые конденсат проходит и задерживается в резервуаре 94′′′. Безусловно, возможна и другая компоновка водосборника.
На Фиг. 8 в виде блок-схемы показан способ предотвращения пропусков зажигания в двигателе в соответствии с сущностью полезной модели. На этапе 200 конденсат улавливают в корпусе охладителя наддувочного воздуха. Этого можно добиться с помощью жалюзийной заслонки (блок 202), перфорированной пластины (блок 204), или другой компоновки водосборника. Затем на этапе 206 процедура предусматривает сбор конденсата. Этого можно добиться с помощью резервуара или другого подходящего приспособления для сбора и хранения. Процедура также предполагает на этапе 208 введение конденсата в двигатель с регулируемой интенсивностью. Этого можно добиться путем слива на этапе 210 конденсата через сливное отверстие или другим способом.
Как видно из различных вариантов осуществления, полезная модель обеспечивает снижение пропусков двигателя путем предотвращения задувания конденсата из охладителя наддувочного воздуха в двигатель. В соответствии с сущностью полезной модели, охладитель наддувочного воздуха не повышает в значительной степени сложность системы турбонагнетателя, в отличие от известных решений.
Хотя выше приведены иллюстративные примеры вариантов осуществления полезной модели, это не означает, что они описывают все возможные формы, ограниченные пунктами формулы. Хотя различные варианты могли быть описаны как предпочтительные или имеющие преимущества перед другими вариантами реализации или применения, известными из уровня техники, по одному или нескольким выборочным параметрам, специалисты в данной области техники поймут, что для достижения общих желаемых характеристик, которые зависят от конкретного варианта применения или реализации, одним или более признаками или характеристиками можно пренебречь. Данные характеристики включают в себя стоимость, прочность, долговечность, затраты за срок службы, пригодность к реализации, внешний вид, упаковку, размер, пригодность к применению, вес, технологичность, простота сборки и т.д. Таким образом, описанные варианты, как минимум, являются предпочтительными по сравнению с другими вариантами реализации или использования, известными из уровня техники, по одной или более характеристикам, не выходящим за пределы объема сущности полезной модели, и могут быть предпочтительными для конкретного варианта осуществления.