ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА И СПОСОБ РАБОТЫ ОХЛАДИТЕЛЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
BOOST AIR COOLING DEVICE AND OPERATION METHOD OF ENGINE BOOST AIR COOLER (VERSIONS)

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на выдачу патента США №61/621928, поданной 9 апреля 2012 года, полное содержание которой включено сюда путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам и системам охлаждения наддувочного воздуха двигателя, сжимаемого компрессором, и в том числе, способам и системам, в которых эффективная теплопередающая площадь охладителя наддувочного воздуха выполнена с возможностью изменения во время работы двигателя и транспортного средства с помощью компоновки клапанов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие двигатели внутреннего сгорания содержат турбонагнетатели или нагнетатели, выполненные с возможностью форсирования большей массы воздуха во впускной коллектор и камеру сгорания двигателя посредством сжатия всасываемого воздуха компрессором, приводимым в движение турбиной, расположенной для забора энергии из потока выхлопных газов двигателя. Однако, сжатие имеет тенденцию нагревать всасываемый воздух, приводя к понижению плотности наддувочного воздуха. Известно, что следует использовать охладитель наддувочного воздуха, чтобы компенсировать нагрев, вызванный наддувом.
Для того чтобы добиваться высокой эффективности охладителя наддувочного воздуха (CAC) в применениях с наддувом и при условиях эксплуатации в жаркой окружающей среде, охладители наддувочного воздуха должны быть большими и принимать «первый воздух» (например, находиться спереди от радиатора или других охлаждающих устройств). Во время работы во влажном и более прохладном климате, размер CAC может быть таким, что водяные пары в воздухе будут конденсироваться и накапливаться в CAC. Когда поток всасываемого воздуха достигает достаточно высокой скорости, конденсированная вода может отбираться из CAC и засасываться в двигатель. Однако если слишком много воды засасывается в двигатель слишком быстро, двигатель может давать пропуски зажигания. Такие пропуски зажигания могут быть чрезмерными. Наоборот, скорости потока воздуха при низком требовании расхода воздуха остаются высокими и могут не предоставлять возможности для накопления конденсата в CAC.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В вариантах осуществления может быть предложен клапан, который может приводиться в действие в применениях двигателей с наддувом. Клапан может быть механическим или электрическим и, в некоторых вариантах осуществления, может быть расположен в охладителе наддувочного воздуха (CAC), впускном баке или выпускном баке для использования требуемого объема CAC, как необходимо для заданных условий эксплуатации двигателя.
В вариантах осуществления могут использоваться один или более клапанов, выполненных с возможностью перекрывания участков CAC при низких потребностях расхода воздуха двигателя и открывания всего CAC при высоких потребностях расхода воздуха. Таким образом, требования к эффективности могут лучше удовлетворяться как при работе с низким расходом воздуха, так и работе с высоким расходом воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложено охлаждающее устройство наддувочного воздуха, содержащее:
охладитель наддувочного воздуха, содержащий рабочую теплопередающую площадь, выполненную с возможностью передачи тепла изнутри охладителя наддувочного воздуха наружу охладителя наддувочного воздуха; и
клапан, выполненный с возможностью изменения рабочей теплопередающей площади с относительно большой площади на относительно малую площадь.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, дополнительно содержащее:
множество охлаждающих трубок, расположенных в охладителе наддувочного воздуха, при этом по существу все из множества охлаждающих трубок образуют относительно большую площадь, и часть из множества охлаждающих трубок образует относительно малую площадь;
впускной бак, расположенный между впускным каналом и охладителем наддувочного воздуха, обеспечивающий доступ по текучей среде всасываемого воздуха во множество охлаждающих трубок; и
клапан, расположенный во впускном баке.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, в котором клапан является пластиной, соединенной с возможностью поворота с впускным баком охладителя наддувочного воздуха, для избирательного преграждения потока на участке охладителя наддувочного воздуха, чтобы менять рабочую теплопередающую площадь на относительно малую площадь.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, в котором относительно малая площадь является площадью в первом наборе трубок, доступных из первого набора проемов трубок; при этом относительно большая площадь является комбинацией площади в первом наборе трубок и площади во втором наборе трубок, доступных из соответствующего второго набора проемов трубок.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, в котором клапан включает в себя:
седло, содержащее по существу плоский неподвижный элемент, содержащий одно или более отверстий проходящих через него, и
закрывающий элемент, выполненный с возможностью перемещения:
из первого положения, расположенного на расстоянии от седла, тем самым, открывая одно или более отверстий, при этом всасываемый воздух способен втекать в относительно большую площадь,
во второе положение, смежное с седлом, тем самым, закрывая одно или более отверстий, при этом всасываемый воздух способен втекать в относительно малую площадь.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, дополнительно содержащее:
впускной бак, соединенный с впускной стороной охладителя наддувочного воздуха;
перегородку, разделяющую впускной бак на две части; и
клапан, расположенный в перегородке и выполненный с возможностью открывания для обеспечения протекания потока всасываемого воздуха в относительно большую площадь, и выполненный с возможностью закрывания для обеспечения протекания потока всасываемого воздуха только в относительно малую площадь.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, включающее в себя:
множество трубок, продолжающихся от впускной стороны к выпускной стороне, при этом по существу все из множества трубок находятся во взаимном сообщении по текучей среде на выпускной стороне,
перегородку, разделяющую впускную сторону множества трубок на первый набор трубок во взаимном сообщении по текучей среде на первой стороне перегородки и второй набор трубок во взаимном сообщении по текучей среде на второй стороне перегородки;
отверстие в перегородке для обеспечения прохождения поступающего воздуха через перегородку; и
заслонку, выполненную с возможностью перемещения от отверстия для обеспечения прохождения поступающего воздуха через отверстие, и перемещения в уплотняющее зацепление с отверстием для предотвращения прохождения поступающего воздуха через отверстие.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, дополнительно содержащее исполнительный механизм для открывания и закрывания заслонки, являющийся одним или более из электронного исполнительного механизма, исполнительного механизма с вакуумным управлением, механической диафрагмой давления, электронным регулятором с широтно-импульсной модуляцией.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, дополнительно содержащее бак охладителя наддувочного воздуха, уплотненный для сообщения по текучей среде со стороной охладителя наддувочного воздуха, и при этом клапан содержит пластину, шарнирно расположенную на стыке между баком охладителя наддувочного воздуха и стороной охладителя наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, в которой пластина соединена с возможностью поворота с баком охладителя наддувочного воздуха посредством вала, и дополнительно содержит одну или более торсионных пружин, соединенных с валом для смещения пластины по направлению к охладителю наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложено устройство, в котором пластина соединена с возможностью поворота с баком охладителя наддувочного воздуха на проксимальном конце, и дополнительно содержит устройство смещения на дистальном конце пластины, выполненное с возможностью смещающего перемещения пластины.
В одном из вариантов осуществления предложен бак охладителя наддувочного воздуха, содержащий:
первую сторону, соединенную по текучей среде с магистралью текучей среды;
вторую сторону, соединенную по текучей среде с охладителем наддувочного воздуха; и
клапанный элемент, имеющий:
первое положение для обеспечения прохождения текучей среды через первую часть охладителя наддувочного воздуха; и
второе положение для обеспечения прохождения текучей среды через вторую часть охладителя наддувочного воздуха, при этом первая часть больше, чем вторая часть.
В одном из вариантов осуществления предложен бак, в котором текучая среда является всасываемым воздухом, при этом клапанный элемент содержит:
перегородку, закрепленную внутри бака охладителя наддувочного воздуха, разделяющую бак охладителя наддувочного воздуха на первую часть и вторую часть;
магистраль текучей среды для прохождения всасываемого воздуха в первую часть;
отверстие в перегородке;
заслонку, шарнирно соединенную с перегородкой, и при этом:
клапанный элемент находится в первом положении, когда большая часть заслонки не находится в контакте с перегородкой так, чтобы отверстие было открыто, и
клапанный элемент находится во втором положении, когда большая часть заслонки находится в контакте с перегородкой, чтобы отверстие было закрыто;
причем отверстие выполнено такого размера, чтобы открывать первую площадь первой стороны заслонки, чтобы математическое произведение первой площади и первого давления текучей среды, оказываемого на первую площадь, когда отверстие закрыто заслонкой, давало силу открывания на заслонке, при этом вторая сторона заслонки имеет вторую площадь, чтобы математическое произведение второй площади и второго давления текучей среды, оказываемого на вторую площадь, давало силу закрывания на заслонке, причем сила закрывания является большей, чем сила открывания; и
исполнительный механизм, выполненный с возможностью перемещения заслонки из первого положения во второе положение.
В одном из вариантов осуществления предложен бак, в котором первая часть по существу является всем охладителем наддувочного воздуха, а вторая часть является меньшей, чем весь охладитель наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложен бак, являющийся впускным баком охладителя наддувочного воздуха, имеющим по существу трапециевидную форму с относительно малой впускной стороной и относительно большой выпускной стороной, при этом выпускная сторона имеет по существу прямолинейную кромку периметра, выполненную для уплотняющего зацепления с кромками по существу прямолинейной боковой поверхности охладителя наддувочного воздуха, при этом клапанный элемент содержит пластину, соединенную с впускным баком на выпускной стороне для шарнирного перемещения из первого положения, в котором пластина расположена под углом в объеме, образованном наружной стенкой впускного бака охладителя наддувочного воздуха, во второе положение, в котором пластина противоположна боковой поверхности охладителя наддувочного воздуха.
В одном из вариантов осуществления предложен бак, в котором клапанный элемент включает в себя пластину, шарнирно соединенную со второй стороной бака охладителя наддувочного воздуха, при этом
при нахождении в первом положении, пластина образует угол, больший 0 градусов, с боковой поверхностью охладителя наддувочного воздуха, тем самым, обеспечивая прохождение воздуха к концам теплопередающих трубок охладителя наддувочного воздуха, а
при нахождении во втором положении, пластина находится заподлицо с концами теплопередающих трубок охладителя наддувочного воздуха, тем самым, значительно препятствуя прохождению воздуха к концам теплопередающих трубок.
В одном из вариантов осуществления предложен бак, в котором пластина имеет рельеф поверхности, для плотного прилегания к концам теплопередающих трубок.
В одном из вариантов осуществления предложен бак, дополнительно содержащий устройство смещения, выполненное с возможностью шарнирного смещения пластины по направлению к любому из первого положения или второго положения.
В одном из вариантов осуществления предложен способ для охладителя наддувочного воздуха двигателя, содержащего регулируемую пластину и объем, имеющий ненулевой подобъем и ненулевой оставшийся объем, включающий в себя этапы, на которых:
обеспечивают прохождение потока воздуха в объем, перемещая пластину, чтобы обеспечить впуск потока воздуха во все трубки охладителя наддувочного воздуха; и
обеспечивают прохождение потока воздуха только в подобъем, перемещая пластину, чтобы перекрывать впуск текучей среды в оставшийся объем.
В одном из вариантов осуществления предложен способ работы охладителя наддувочного воздуха двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
обеспечивают прохождение текучей среды в первый объем охладителя наддувочного воздуха, когда двигатель является работающим в условиях жаркой окружающей среды; и
обеспечивают прохождение текучей среды во второй объем охладителя наддувочного воздуха, когда двигатель работает во влажных или более прохладных условиях, при этом второй объем является частью первого объема.
Таким образом, величина теплопередающей площади и объем CAC могут регулироваться согласно работе двигателя. Например, в условиях эксплуатации, в большей степени предрасположенных к формированию конденсата (например, в условиях эксплуатации двигателя с более низким расходом), клапан может регулироваться для уменьшения числа открытых каналов в охладителе наддувочного воздуха, тем самым, увеличивают скорость потока воздуха.
Однако, в условиях эксплуатации, в меньшей степени предрасположенных к формированию конденсата (например, в условиях эксплуатации двигателя с более высоким расходом, по сравнения с условиями более низкого расхода воздуха), клапан может регулироваться для увеличения числа открытых каналов в охладителе наддувочного воздуха, тем самым, уменьшают сопротивление потоку воздуха и увеличивают охлаждение потока воздуха.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает примерное устройство системы транспортного средства, содержащего систему впуска воздуха и охлаждающее устройство наддувочного воздуха в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2 - общий вид охлаждающего устройства наддувочного воздуха с разрезом, чтобы показать некоторые внутренние детали.
Фиг. 3A, 3B - виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие клапан в соответствии с различными вариантами осуществления, показывающие соответственно открытое положение и закрытое положение.
Фиг. 4 - общий вид бака охладителя наддувочного воздуха в соответствии с различными вариантами осуществления.
Фиг. 5 - вид сбоку примерной заслонки, которую может содержать бак охладителя наддувочного воздуха, такой как бак охладителя наддувочного воздуха, проиллюстрированный на фиг. 4.
Фиг. 6 - общий вид примерного бака охладителя наддувочного воздуха по фиг. 4, показанный в другом состоянии.
Фиг. 7 - еще один вид сбоку примерного бака охладителя наддувочного воздуха в соответствии с различными вариантами осуществления.
Фиг. 8 - общий вид сзади примерного бака охладителя наддувочного воздуха в соответствии с различными вариантами осуществления.
Фиг. 9 - вид спереди примерного бака охладителя наддувочного воздуха в соответствии с различными вариантами осуществления.
Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций способа работы охладителя наддувочного воздуха двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая примерную модификацию способа, проиллюстрированного на фиг. 10.
Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций еще одного примерного способа работы охладителя наддувочного воздуха двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2-9 начерчены приблизительно в масштабе, хотя другие относительные размеры и расположение могут использоваться, если требуется.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает пример системы двигателя, например, системы 10 двигателя в целом. Система 10 двигателя может быть дизельным двигателем или бензиновым двигателем, или другим типом двигателя, который может использовать различные компоненты в соответствии с настоящим изобретением. Более точно, двигатель 10 внутреннего сгорания содержит множество цилиндров 11. Двигатель 10 управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру сгорания и стенки цилиндра с поршнем, расположенным в них и соединенным с коленчатым валом 20. Камера сгорания сообщается с впускным коллектором 22 и выпускным коллектором 24 через соответствующие впускной и выпускной клапаны.
Впускной коллектор 22 сообщается с корпусом 30 дросселя через дроссельную заслонку 32. В одном из вариантов осуществления, может использоваться дроссель с электронным управлением. В некоторых вариантах осуществления, дроссель управляется электронным образом и выполнен с возможностью регулирования, чтобы периодически или непрерывно поддерживать указанный уровень разрежения во впускном коллекторе 22. Несмотря на то, что корпус 30 дросселя изображен расположенным ниже по потоку от компрессорного устройства 90b, следует принимать во внимание, что корпус дросселя может быть расположен выше по потоку или ниже по потоку от компрессора. Выбор может отчасти зависеть от специфичной системы и/или систем EGR, которые используются. В качестве альтернативы или дополнительно, корпус дросселя может быть расположен в выпускной магистрали для подъема давления выхлопных газов. Это может быть эффективно для помощи в приведении в движение EGR, но может не быть эффективно в снижении общего массового расхода через двигатель.
Камера сгорания также показана содержащей топливные форсунки 34, соединенные с ней, для подачи топлива пропорционально длительности импульса сигнала (fpw) из контроллера 12. Топливо подается в топливные форсунки 34 традиционной топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана). В случае двигателей с непосредственным впрыском, как показано на фиг. 1, используется топливная система высокого давления, такая как система с общей направляющей-распределителем для топлива. Однако есть несколько других топливных систем, которые также могли бы использоваться, в том числе, но не в качестве ограничения для EUI, HEUI, и т.д.
В изображенном примере, контроллер 12 выполнен в виде традиционного микрокомпьютера и содержит микропроцессорный блок 40, порты 42 ввода/вывода, электронную память 44, которая может быть электрически программируемой памятью в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 46, энергонезависимую память 48 и традиционную шину данных.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью приема различных сигналов от датчиков, соединенных с двигателем 10, которые могут содержать, но не в качестве ограничения: измерения вводимого массового расхода воздуха (MAF) от датчика 50 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) от датчика 52 температуры; давление в коллекторе (MAP) от датчика 56 давления в коллекторе, соединенного с впускным коллектором 22; измерение положения дросселя (TP) от датчика положения дросселя (не показан), соединенного с дроссельной заслонкой 32; и сигнал профильного считывания зажигания (PIP) от датчика 60 на эффекте Холла, соединенного с коленчатым валом 20, указывающего скорость вращения двигателя.
Двигатель 10 может содержать систему рециркуляции выхлопных газов (EGR), чтобы помогать снижать NOx и другие выбросы. Например, двигатель 10 может содержать систему EGR высокого давления, в которой выхлопные газы подаются во впускной коллектор 22 посредством канала 70 EGR высокого давления, сообщающегося с выпускным коллектором 24 в местоположении выше по потоку от выпускной турбины 90a компрессионного устройства 90, и сообщающегося с впускным коллектором 22 в местоположении ниже по потоку от впускного компрессора 90b компрессионного устройства 90. Клапанный узел EGR высокого давления (не показан) может быть расположен в канале 70 EGR высокого давления. Выхлопные газы, в таком случае, могут распространяться из выпускного коллектора 24 сначала через канал 70 EGR высокого давления, а затем, во впускной коллектор 22. Охладитель EGR (не показан) может быть включен в трубку 70 EGR высокого давления для охлаждения подвергнутых рециркуляции выхлопных газов до поступления во впускной коллектор. Охлаждение может выполняться с использованием воды двигателя, но также может использоваться теплообменник из воздуха в воздух. В качестве альтернативы или дополнительно, система EGR низкого давления может быть включена в двигатель 10.
Кроме того, приводная педаль 94 показана наряду со ступней 95 водителя. Датчик 96 положения педали (pps) измеряет угловое положение приводимой в действие водителем педали. Кроме того, двигатель 10 также может содержать датчики топливно-воздушного соотношения выхлопных газов (не показаны). Например, могут использоваться 2-режимный датчик EGO или линейный датчик UEGO. Любой из таковых может быть расположен в выпускном коллекторе 24 или ниже по потоку от компрессионного устройства 90.
Компрессионное устройство 90 может быть турбонагнетателем или любым другим таким устройством. Изображенное компрессионное устройство 90 может содержать турбину 90a, соединенную с выпускным коллектором 24, и компрессор 90b, соединенный с впускным коллектором 22 через промежуточный охладитель 200, который может быть выполнен в виде теплообменника из воздуха в воздух, но мог бы быть в виде водяного охлаждения. Турбина 90a обычно соединена с компрессором 90b через приводной вал 92. Последовательное устройство турбонагнетателя, одиночный VGT, двойные VGT, или любое другое устройство турбонагнетателей могло бы использоваться и могло бы содержать охладители в пределах системы компрессионного устройства, к примеру, между двумя каскадами сжатия.
Как упомянуто, впускной канал 190 может содержать охладитель 200 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для понижения температуры нагнетаемых турбонагнетателем или нагнетателем всасываемых газов. Поток хладагента, показанный входящим потоком 202 и выходящим потоком 204, показан стрелками; например, охладитель 200 наддувочного воздуха может включать в себя впуск 202 хладагента, выполненный с возможностью приема хладагента, и выпуск 204 хладагента, выполненный с возможностью выведения хладагента. Источник входящего потока 202 и пункт назначения выходящего потока 204 опущены на фигуре. Охлаждающая текучая среда, которая течет в качестве входящего потока 202 и выходящего потока 204, может быть воздухом или другой текучей средой, такой как вода, надлежащий химический хладагент или их смесь. В одном случае, охладитель 200 наддувочного воздуха может указываться ссылкой как охлаждаемый водой, а в другом, он может указываться ссылкой как охлаждаемый воздухом. Хладагент в охладителе 200 наддувочного воздуха может подвергаться циркуляции в канале 206 хладагента. Следует принимать во внимание, что канал 206 хладагента может иметь геометрические признаки, выполненные с возможностью способствования теплопередаче между впускным каналом 190 и каналом 206 хладагента. Таким образом, тепло может отводиться из впускного канала 190 посредством охладителя 200 наддувочного воздуха. Таким образом, температура всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может снижаться, повышая давление воздуха и увеличивая эффективность сгорания.
Варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением могут предусматривать две или более конфигураций теплопередачи, использующие одиночный охладитель 200 наддувочного воздуха, чтобы первое количество теплопередачи было осуществимо в первой конфигурации, а второе количество было осуществимо во второй конфигурации. Таким образом, требования по эффективности двигателя могут лучше удовлетворяться во время более чем одной операции с потреблением потока всасываемого воздуха. В дополнение или в качестве альтернативы, можно избегать избыточного накопления конденсата. Примерные особенности проиллюстрированы на фиг. 1, а также на последующих фигурах. Также проиллюстрированы некоторые варианты.
Фиг. 2 - общий вид охлаждающего устройства 220 наддувочного воздуха в соответствии с одним из примерных вариантов осуществления с разрезом, чтобы показывать его некоторые внутренние детали. Охлаждающее устройство 220 наддувочного воздуха может содержать охладитель 200 наддувочного воздуха, содержащий рабочую теплопередающую площадь 222, выполненную с возможностью теплопередачи изнутри охладителя 200 наддувочного воздуха наружу охладителя наддувочного воздуха. Охлаждающее устройство 220 наддувочного воздуха также может содержать клапан 224, выполненный с возможностью изменения рабочей теплопередающей площади с относительно большой площади 226 на относительно малую площадь 228.
Охлаждающее устройство 220 наддувочного воздуха также может содержать множество охлаждающих трубок 230, расположенных в охладителе 200 наддувочного воздуха. По существу все из множества охлаждающих трубок могут образовывать относительно большую площадь 226. Часть из множества охлаждающих трубок 230 могут образовывать относительно малую площадь 228. Впускной бак 232 может быть расположен между впускным каналом 190 (например, фиг. 1) и охладителем 200 наддувочного воздуха, обеспечивающий доступ по текучей среде всасываемого воздуха в множество охлаждающих трубок 230. Клапан 224 может быть расположен во впускном баке 232.
Различные варианты осуществления могут включать в себя охладитель 200 наддувочного воздуха с различным числом охлаждающих трубок, и число охлаждающих трубок для относительно малой площади 228 также может меняться. В одном из примеров, по существу все из множества охлаждающих трубок могут содержать двадцать одну трубку, а часть из множества охлаждающих трубок, которая может составлять относительно малую площадь 228, может быть в количестве девяти трубок.
Впускной бак 232 охладителя наддувочного воздуха может быть уплотнен для сообщения по текучей среде с впускной стороной охладителя 200 наддувочного воздуха. Пластина 234 может быть расположена во впускном баке 232 охладителя наддувочного воздуха для шарнирного перемещения посредством шарнира 236 в нем, чтобы избирательно изменять рабочую теплопередающую площадь с одной на другую из относительно большой площади 226 и относительно малой площади 228. Пластина 234 может быть соединена с возможностью поворота с баком 232 охладителя наддувочного воздуха для избирательного преграждения потока на участке охладителя наддувочного воздуха, чтобы изменять рабочую теплопередающую площадь 222 на относительно малую площадь 228. Относительно малая площадь 228 может быть площадью в первом наборе трубок 238, доступных из первого набора проемов 240 трубок; и при этом, относительно большая площадь 226 может быть комбинацией площади в первом наборе трубок 238 и площади во втором наборе трубок 242, доступных из соответствующего второго набора проемов 244 трубок.
Клапан 224 может быть, или может быть сходным со створчатым клапаном. Клапан 224 может включать в себя седло 246, содержащий по существу плоский неподвижный элемент, содержащий одно или более отверстий 248 сквозь него. Закрывающий элемент 234, например, заслонка или пластина, может быть выполнен с возможностью перемещения, как проиллюстрировано стрелкой 250, из первого положения, разделенного расстоянием от седла 246, тем самым открывая одно или более отверстий 248, при этом, всасываемый воздух способен втекать в относительно большую площадь 226, во второе положение, смежное с седлом 246, тем самым, закрывая одно или более отверстий 248, при этом, всасываемый воздух способен втекать только в относительно малую площадь 228.
Впускной бак 232 может быть соединен с впускной стороной 252 охладителя 200 наддувочного воздуха. Перегородка 254 может разделять впускной бак 232 на две части, первую часть 256 и вторую часть 258. Клапан 224 может быть расположен на перегородке 254 и может быть выполнен с возможностью открывания для обеспечения протекания потока всасываемого воздуха на относительно большую площадь 226, и может быть выполнен с возможностью закрывания для обеспечения протекания потока всасываемого воздуха только на относительно небольшую площадь 228. Перегородка 254 может быть частью клапана 224. Например, перегородка 254 может быть седлом клапана. Перегородка 254 также может быть линией или начальной отметкой раздела, или тому подобным, функционально делящим охладитель 200 наддувочного воздуха на две части. Некоторые варианты осуществления могут включать в себя две или более перегородок, делящих впуск на три или более участка. В некоторых примерах, одна или более конфигураций, описанных в материалах настоящего описания касательно впускного бака 232, взамен, или в дополнение, могут быть включены в выпускной бак 260, показанный на фиг. 2. Охладитель 200 наддувочного воздуха может включать в себя множество трубок 230, продолжающихся от впускной стороны 252 до выпускной стороны 264, по существу все из множества трубок могут быть во взаимном сообщении по текучей среде на выпускной стороне 264.
Перегородка 254 может делить впускную сторону 252 множества трубок 230 на первый набор трубок 266 во взаимном сообщении по текучей среде на первой стороне 268 перегородки и второй набор трубок 270 во взаимном сообщении по текучей среде на второй стороне 272 перегородки 254. Может быть выполнено отверстие 248 в перегородке 254 для предоставления всасываемому воздуху возможности проходить через перегородку 254. Заслонка 234 может быть выполнена с возможностью перемещения от отверстия 248 для предоставления всасываемому воздуху возможности проходить через отверстие 248 и, наоборот, перемещения в уплотняющее зацепление с отверстием для предотвращения прохождения всасываемого воздуха через отверстие 248.
Следует понимать, что, взамен, все трубки могут быть в сообщении по текучей среде на впускной стороне и разделяться на выпускной стороне на две или более частей трубок. Подобным образом сконфигурированная заслонка также может быть включена в выпускной бак и функционировать для управления тем, предоставлена ли текучей среде возможность проходить, или предотвращено ли прохождение через сконфигурированное подобным образом отверстие.
Фиг. 3A, 3B - виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие клапан 224 в открытом положении (фиг. 3A) и закрытом положении (фиг. 3B). Заслонка 234 может иметь первую сторону 275 и вторую сторону 277. Когда заслонка 234 находится в уплотняющем зацеплении с отверстием, первая площадь 279 на первой стороне 275 может подвергаться первому давлению, а вторая площадь 281 на второй стороне 277 может быть подвергнута второму давлению. Вторая результирующая сила 285 на второй стороне 277 (которая может определяться произведением второго давления на вторую площадь) по сравнению с первой результирующей силой 283 на первой стороне 275 (которая может определяться произведением первого давления и первой площади) стремится удерживать заслонку 234 в уплотняющем зацеплении. Более точно, после того, как поступающий воздух проходит через охладитель наддувочного воздуха, например, при прохождении через первый набор трубок 238 с закрытой заслонкой, поступающий воздух будет падать по давлению. Второе давление может быть статическим давлением, по существу являющимся результатом сообщения по текучей среде между выпускной стороной охладителя наддувочного воздуха с второй стороной заслонки через второй набор трубок. Первое давление по существу может быть результатом давления поступающего воздуха. Трубки, открытые на впускной стороне 252 выше закрытой заслонки и открытые на выпускной стороне 264 в выпускной бак 260, в таком случае, по существу могут функционировать в качестве непрерывного объема с возможностью сообщения более низкого статического давления.
Различные варианты осуществления могут включать в себя исполнительный механизм (не проиллюстрирован) для открывания и закрывания заслонки 234. Исполнительный механизм может быть одним или более из: электронного исполнительного механизма, исполнительного механизма с вакуумным управлением, механической диафрагмой давления и электронным регулятором с широтно-импульсной модуляцией. Когда поступающему воздуху предоставлена возможность проходить через все трубки охладителя наддувочного воздуха, например, когда заслонка открыта, поступающий воздух также будет испытывать падение давления, и заслонка будет подвергаться на обеих сторонах давлению входящего поступающего воздуха. Таким образом, исполнительному механизму всего лишь необходимо обеспечивать движущую силу для открывания и закрывания заслонки, для того чтобы переключать заслонку из открытого состояния в закрытое состояние, но может не требоваться обеспечивать силу для сохранения заслонки открытой или для сохранения заслонки закрытой. Такая работа особенно полезна в применении транспортного средства, где двигатель выдает электрическую энергию на транспортное средство, по той причине, что она может уменьшать потребляемую мощность и, таким образом, общую эффективность использования топлива транспортного средства.
Фиг. 4 и 6-9 иллюстрируют различные примеры бака охладителя наддувочного воздуха, например, впускного бака 232 или выпускного бака. Фиг. 4 показывает примерный бак охладителя наддувочного воздуха с клапанным элементом 424 в закрытом состоянии наряду с тем, что фиг. 6 показывает примерный бак охладителя наддувочного воздуха по фиг. 4 с клапанным элементом 424 в открытом состоянии. Фиг. 7-9 иллюстрируют дополнительные виды примерных баков охладителя наддувочного воздуха. Фиг. 5- вид сбоку примерной заслонки 234, которую может содержать впускной бак и/или выпускной бак. Впускной и выпускной баки (например, 232, 260 на фиг. 2) могут быть уплотнены для сообщения по текучей среде со стороной охладителя наддувочного воздуха, и клапан может включать в себя пластину, шарнирно расположенную на стыке между баком охладителя наддувочного воздуха и стороной охладителя наддувочного воздуха.
К тому же, со ссылкой на фиг. 5, пластина 434 может быть соединена с возможностью поворота с впускным баком с помощью вала 492, и дополнительно может содержать одну или более торсионных пружин 494, соединенных с валом 492 для смещения пластины 434 в направлении охладителя наддувочного воздуха. Фиг. 4 иллюстрирует другой пример, в котором пластина 434 может быть соединена с возможностью поворота с впускным баком 232 на проксимальном конце 496, и дополнительно содержащей устройство 497 смещения на дистальном конце 498 пластины, выполненное с возможностью смещающего перемещения пластины 434. В некоторых случаях, пластина, или заслонка, может смещаться на обоих концах, смещаться иным образом, или может вообще не смещаться. В некоторых случаях, исполнительный механизм с движущей силой может смещать пластину.
Возвращаясь к фиг. 2, различные варианты осуществления могут предусматривать баки 232, 260, которые могут включать в себя первую сторону, являющуюся соединенной по текучей среде с магистралью 190 текучей среды (например, фиг. 1); вторую сторону, являющуюся соединенной по текучей среде с охладителем наддувочного воздуха; и клапанный элемент 224. Клапанный элемент может иметь первое положение, выполненное с возможностью предоставления текучей среде возможности проходить через первую часть охладителя наддувочного воздуха; и второе положение, выполненное с возможностью предоставления текучей среде возможности проходить через вторую часть охладителя наддувочного воздуха, при этом, первая часть больше, чем вторая часть.
Текучая среда может быть всасываемым воздухом. Клапан 224 (или, например, 424 на фиг. 4) может включать в себя перегородку 254, расположенную внутри баков 232, 260 охладителя наддувочного воздуха, делящую баки 232, 260 охладителя наддувочного воздуха на первую часть 256 и вторую часть 258. Магистраль 190 текучей среды (например, по фиг. 1) может быть выполнена для прохождения всасываемого воздуха в первую часть 256. Может быть выполнено отверстие 248 в перегородке 254. Заслонка 234 может быть шарнирно соединена с перегородкой 254. Клапан 224 может иметь первое положение, в котором большая часть заслонки не находится в контакте с перегородкой, так что отверстие 248 открыто. Клапан 224 может иметь второе положение, в котором большая часть заслонки находится в контакте с перегородкой, так что отверстие закрыто.
Перейдя к фиг. 3A, 3B, отверстие 248 может быть выполнено такого размера, чтобы открывать первую площадь 279 первой стороны 275 заслонки, чтобы математическое произведение первой площади 279 и первого давления текучей среды, оказываемого на первую площадь, когда отверстие закрыто заслонкой, могло давать силу 283 открывания на заслонке 234. Вторая сторона заслонки 277 может иметь вторую площадь 281, чтобы математическое произведение второй площади 281 на второе давление текучей среды, оказываемое на вторую площадь, давало силу закрывания на заслонке, при этом, сила 285 закрывания может быть большей, чем сила 283 открывания. Исполнительный механизм может быть выполнен с возможностью перемещения заслонки из первого положения во второе положение.
Первая часть бака охладителя наддувочного воздуха может быть по существу всем охладителем наддувочного воздуха, а вторая часть может быть меньшей, чем весь охладитель наддувочного воздуха. Первая часть бака охладителя наддувочного воздуха может быть надмножеством второй части. Отсюда следует, что вторая часть может быть подмножеством первой части.
Бак охладителя наддувочного воздуха может быть впускным баком 232 охладителя наддувочного воздуха, содержащим по существу трапециевидную форму с относительно небольшой впускной стороной 252 и относительно большой выпускной стороной 253. Выпускная сторона 253 может иметь по существу прямолинейную кромку периметра, выполненную для уплотняющего зацепления с кромками по существу прямолинейной боковой поверхности охладителя 200 наддувочного воздуха. Клапанный элемент 224 может включать в себя пластину 234, соединенную с впускным баком на выпускной стороне 253, для шарнирного перемещения из первого положения, в котором пластина наклонена под углом в объем, образованный наружной стенкой 255 впускного бака 232 охладителя наддувочного воздуха, во второе положение, в котором пластина находится у боковой поверхности охладителя наддувочного воздуха.
Возвращаясь к фиг. 4, клапанный элемент 424 может содержать пластину, шарнирно соединенную со второй стороной бака охладителя наддувочного воздуха. Когда в первом положении, пластина 434 может формировать угол больший чем 0 градусов со стороной охладителя наддувочного воздуха, тем самым, предоставляя воздуху возможность проходить к концам теплопередающих трубок охладителя наддувочного воздуха. Когда во втором положении, пластина может находиться заподлицо с концами теплопередающих трубок охладителя наддувочного воздуха, тем самым, значительно предотвращая прохождение воздуха к концам теплопередающих трубок. В некоторых примерах, угол может иметь значение приблизительно 7 градусов.
Как видно на фиг. 5, в некоторых примерах, пластина 434 может иметь рельеф 502 поверхности, который может быть выполнен с возможностью плотного прилегания к концам теплопередающих трубок. Некоторые примеры могут включать в себя устройство 494 смещения, выполненное с возможностью смещения пластину шарнирным образом в направлении первого положения или второго положения.
Различные варианты осуществления могут предлагать охлаждающее устройство наддувочного воздуха для двигателя. Охлаждающее устройство наддувочного воздуха может включать в себя первый рабочий оставшийся объем, второй ненулевой рабочий подобъем и клапанный элемент, выполненный с возможностью предоставления охладителю наддувочного воздуха возможности избирательного использования первого рабочего объема или второго рабочего объема для охлаждения наддувочного воздуха.
Клапанный элемент может быть расположен в одном или более из впускного бака и выпускного бака. Клапанный элемент может включать в себя устройство смещения для смещения пластины в первое положение, в котором первый рабочий объем может быть используемым охладителем наддувочного воздуха. Заданное условие давления внутри охлаждающего устройства наддувочного воздуха может иметь склонность удерживать пластину во втором положении, в котором рабочий объем может быть используемым охладителем наддувочного воздуха.
Впускной бак может быть соединен с охладителем наддувочного воздуха, и заданное условие давления может быть перепадом давления между первым давлением на первой стороне пластины, вызванным поступающим воздухом, и вторым давлением, вызванным статическим давлением на второй стороне пластины, являющимся результатом сообщения по текучей среде с выпускной стороной охладителя наддувочного воздуха. Заданный перепад давлений, например, может иметь значение 4 кПа или может быть между приблизительно 2 кПа и 6 кПа.
Клапанный элемент может приводиться в действие, когда удовлетворены одно или более заданных условий, выбранных из набора условий, которые могут включать в себя температуру окружающего воздуха, температуру двигателя, давление наддувочного воздуха, плотность наддувочного воздуха, влажность окружающего воздуха и скорость вращения двигателя.
В некоторых вариантах осуществления, один из рабочих объемов может быть выполнен в виде байпаса, в котором поступающий воздух может проходить с впускной стороны на выпускную сторону, при этом происходят от небольшой до никакой теплопередачи из поступающего воздуха, например, так как байпас не взаимодействует с и термически отделен и разделен расстоянием от охлаждающей текучей среды, такой как охлаждающий воздух и/или хладагент. Некоторые варианты осуществления могут включать в себя охладитель наддувочного воздуха, содержащий множество трубок для прохождения поступающего воздуха с впускной стороны на выпускную сторону. По меньшей мере одна из множества трубок может быть перепускной трубкой, в которой по существу не происходит теплопередача. Клапанный элемент может быть выполнен с возможностью избирательного прохождения поступающего воздуха через перепускную трубку. Перепускная трубка или трубки могут быть одним из первого или второго рабочих объемов, или могут быть третьей частью охлаждающего устройства наддувочного воздуха.
В некоторых вариантах осуществления, первый рабочий объем может заключать в себе иную эффективность теплопередачи, нежели второй рабочий объем. Эффективности теплопередачи могут отличаться в одном или более способов, например, они могут отличаться по плотности ребер, наклону турбуляторов, числу турбуляторов, скорости потока, размеру ребер, длине ребер, количеству ребер, длине тракта текучей среды, и тому подобному.
Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций способа работы охладителя наддувочного воздуха двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Способ 600 может включать в себя этап 610, на котором обеспечивают компоновку клапанов, которая избирательно осуществляет один или другой из этапов, этап 620, на котором обеспечивают прохождение текучей среды в первый объем охладителя наддувочного воздуха; и этап 630, на котором обеспечивают прохождение текучей среды во второй объем охладителя наддувочного воздуха, второй объем является частью первого объема.
Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая модификацию способа 610, проиллюстрированного на фиг. 6. Этап обеспечения компоновки 610 клапанов может включать в себя этап 740, на котором располагают пластину во впускном баке. Модифицированный способ 700 может включать в себя этап 750, на котором перемещают пластину для обеспечения впуска текучей среды в по существу все трубки охладителя наддувочного воздуха, тем самым, обеспечивая прохождение текучей среды только в первый объем; и этап 760, на котором перемещают пластину для перекрывания впуска текучей среды в подмножество трубок, тем самым, обеспечивая прохождение текучей среды только во второй объем.
Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая еще один примерный способ работы охладителя наддувочного воздуха двигателя в соответствии с настоящим изобретением. Способ 800 может включать в себя этап 810, на котором обеспечивают прохождение текучей среды в первый объем охладителя наддувочного воздуха, когда двигатель является работающим в условиях жаркой окружающей среды; и 820, на котором обеспечивают прохождение текучей среды во второй объем охладителя наддувочного воздуха, когда двигатель является работающим во влажных или более прохладных условиях, второй объем может быть частью первого объема.
Следует понимать, что изображенный двигатель 10 на фиг. 1 показан только в целях примера, и что системы и способы, описанные в материалах настоящего описания, могут быть реализованы в или применены к любому другому пригодному двигателю, имеющему любые подходящие компоненты и/или компоновку компонентов.
Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, функций или операций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные операции, функции и/или действия могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в машинно-читаемый запоминающий носитель в системе управления.
Кроме того еще следует понимать, что системы и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти конкретные варианты осуществления или примеры не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как предполагаются многочисленные варианты. Соответственно, настоящее изобретение включает в себя новейшие и неочевидные комбинации различных систем и способов, раскрытых в материалах настоящего описания, а также любые и все их эквиваленты.