ВПУСКНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к впускной системе двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Уровень техники
Для обеспечения сгорания топлива двигателям внутреннего сгорания необходима подача воздуха. Всасываемый воздух может подвергаться фильтрации, чтобы уменьшить содержание твердых частиц. При этом воздушные фильтры могут забиваться или блокироваться иным образом из-за некоторых условий окружающей среды за пределами двигателя или транспортного средства. Подобная ситуация может представлять собой особую проблему в экстремальных погодных условиях (например, во время снежных бурь, песчаных бурь и т.д.). Например, падающий снег может попасть в воздушный фильтр двигателя, препятствуя прохождению потока всасываемого воздуха. В результате проходящий через впускную систему воздушный поток может в значительной степени уменьшиться, оказывая тем самым отрицательное воздействие на процесс сгорания и эффективность работы двигателя.
В попытке обеспечить подачу желаемого объема отфильтрованного воздуха в двигатель при экстремальных погодных условиях, были разработаны вторичные или вспомогательные воздушные фильтры, которые располагают рядом с первичным воздушным фильтром. Например, в патенте США №8,211,197 опубл. 03.07.2012 (который может быть выбран в качестве ближайшего аналога) раскрыт узел фильтра, имеющий первичный воздушный фильтр и вспомогательный воздушный фильтр, расположенные в едином фильтрующем узле.
Было обнаружено, что данная конструкция имеет ряд недостатков. При установке как первичного, так и вспомогательного воздушного фильтра в одну крепежную систему увеличиваются как размер, так и сечение узла воздушного фильтра. Следовательно, в силу компоновочных ограничений размещение большого узла воздушного фильтра в желаемом месте внутри транспортного средства, например, в моторном отсеке, может вызвать ряд трудностей. Кроме того, когда первичный и вторичный фильтры расположены в транспортном средстве в одном общем месте, то оба фильтра в силу их близкого расположения могут быть забиты одними и теми же загрязнителями, несмотря на попытки разделить их потоки.
Раскрытие полезной модели
Для преодоления указанных недостатков предложена впускная система для двигателя, которая имеет первый узел воздушного фильтра, соединенный по текучей среде с впускным коллектором, и второй узел воздушного фильтра, также соединенный по текучей среде с впускным коллектором, но расположенный на расстоянии от первого узла воздушного фильтра параллельно первому узлу воздушного фильтра. При этом второй узел воздушного фильтра является по существу основным воздушным фильтром двигателя, а первый узел воздушного фильтра представляет собой вспомогательный воздушный фильтр двигателя.
Первый узел воздушного фильтра может содержать поропласт, расположенный выше по потоку относительно фильтрующего элемента и вертикально ниже фильтрующего элемента, перекрывая всю впускную сторону фильтрующего элемента.
Первый узел воздушного фильтра может находиться в непосредственном сообщении по текучей среде с соединительным каналом, напрямую сообщающимся с отсеком для отфильтрованного воздуха второго узла воздушного фильтра. При этом первый узел воздушного фильтра может быть соединен с соединительным каналом разъемным образом, в частности, с помощью устройства быстроразъемного соединения, содержащего выступ, который может быть совмещен с углублением в корпусе соединительного канала в сцепленной конфигурации.
Первый узел воздушного фильтра может иметь меньшую площадь поперечного сечения, чем второй узел воздушного фильтра.
Первый узел воздушного фильтра может быть расположен снаружи моторного отсека, а второй узел воздушного фильтра расположен внутри моторного отсека. В другом варианте первый узел воздушного фильтра может быть расположен рядом со вторым узлом воздушного фильтра в моторном отсеке.
Нормаль вектора к впускной поверхности первого узла воздушного фильтра может быть не параллельна нормали вектора впускной поверхности второго узла воздушного фильтра. Впускная поверхность первого узла воздушного фильтра может быть направлена вниз и параллельна фильтрующему элементу первого узла воздушного фильтра, а впускная поверхность второго узла воздушного фильтра направлена горизонтально и перпендикулярна впускной поверхности первого узла воздушного фильтра.
Соединительный канал может напрямую сообщаться по текучей среде с первым узлом воздушного фильтра и с отсеком для отфильтрованного воздуха, расположенном во втором узле воздушного фильтра ниже по потоку относительно фильтрующего элемента второго узла воздушного фильтра. При этом второй узел воздушного фильтра может быть расположен в моторном отсеке, а первый узел воздушного фильтра расположен снаружи моторного отсека.
Первый узел воздушного фильтра может содержать материал, отличный от материала второго узла воздушного фильтра, в частности, первый узел воздушного фильтра может содержать поропласт, расположенный выше по потоку относительно фильтрующего элемента.
В другом аспекте полезная модель также относится к конструкции дополнительного узла воздушного фильтра для впускной системы двигателя транспортного средства, который содержит поропласт цилиндрической формы и фильтрующий элемент, расположенный в конце слоя поропласта, причем поропласт перекрывает всю впускную сторону фильтрующего элемента.
При работе системы потоки всасываемого воздуха направляются во впускной коллектор параллельно через первый (дополнительный) узел воздушного фильтра с поропластом, расположенным выше по потоку относительно фильтрующего элемента, и через второй (основной) узел воздушного фильтра. При этом поток отфильтрованного всасываемого воздуха из первого узла воздушного фильтра проходит во впускной коллектор через отсек для отфильтрованного воздуха второго узла воздушного фильтра.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение общего размера впускной системы, а также обеспечение улучшенной защиты впускной системы от загрязнителей и других посторонних объектов, например, дорожного мусора. Кроме того, расположение узлов фильтров на расстоянии уменьшает вероятность того, что оба фильтра будут забиты одним видом твердых частиц (например, снегом, пылью и т.д.), поступающих из окружающей среды.
Указанные выше и другие преимущества и характеристики предложенной конструкции будут понятны из приведенного ниже подробного описания, при рассмотрении самостоятельно или со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено транспортное средство, включающее в себя двигатель, впускную систему и выпускную систему;
На Фиг. 2 в увеличенном виде показан первый узел фильтра впускной системы с Фиг. 1;
На Фиг. 3 приведена блок-схема способа работы впускной системы двигателя.
Осуществление полезной модели В настоящем документе описана впускная система, имеющая два узла воздушных фильтров. Данные узлы воздушных фильтров могут быть расположены отдельно друг от друга на определенном расстоянии. Кроме того, данные узлы воздушных фильтров находятся в параллельном соединении по текучей среде. Размещение узлов воздушных фильтров на расстоянии друг от друга увеличивает надежность впускной системы и уменьшает вероятность повреждения обоих воздушных фильтров внешними посторонними объектами, например, дорожным мусором. Кроме того, размещение узлов воздушных фильтров на расстоянии друг от друга уменьшает вероятность того, что оба фильтра будут забиты одними и теми же загрязнителями (например, снегом, пылью и т.д.), попадающими из окружающей среды.
На Фиг. 1 представлен двигатель 10, впускная система 12 и выхлопная система 14. Двигатель 10 может обеспечивать движущую силу для транспортного средства 100. Двигатель 10 имеет по меньшей мере один цилиндр 16. Двигатель 10 может быть выполнен с возможностью обеспечивать сгорание топлива в цилиндре, например, в четырехтактном цикле сгорания, включающем в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Цилиндр 16 может иметь по меньшей мере один впускной клапан (не показан) и выпускной клапан (не показан), установленные в цилиндре для облегчения проведения вышеуказанного четырехтактного цикла. В любом из желаемых вариантов для выполнения сгорания могут быть также использованы зажигание от сжатия и/или искровое зажигание.
Стрелка 17 указывает общее направление потока отработавших газов из цилиндра 16 к выхлопной системе 14. Выхлопная система 14 может включать в себя выпускной коллектор 18, гидравлически соединенный с цилиндром 16. Выхлопная система 14 может также включать в себя устройство 20 снижения токсичности отработавших газов, например, нейтрализатор, сажевый фильтр и т.д. Отработавшие газы могут быть выпущены в окружающую среду ниже по потоку относительно устройства 20 снижения токсичности отработавших газов. Стрелки 22 указывают общее направление потока отработавших газов, проходящего через выхлопную систему 14. При этом следует понимать, что данный поток может иметь дополнительные элементы, не показанные на схеме.
Впускная система 12 включает в себя первый узел 24 воздушного фильтра и второй узел 26 воздушного фильтра. Стрелка 25 указывает направление воздушного потока в первый узел 24 воздушного фильтра, а стрелка 27 указывает направление воздушного потока во второй узел 26 воздушного фильтра. Как показано на схеме, первый узел 24 воздушного фильтра находится на расстоянии от второго узла 26 воздушного фильтра. Таким образом, в изображенном примере первый узел 24 воздушного фильтра и второй узел 26 воздушного фильтра не имеют общего корпуса, гнезда, установочной базы и т.д. Когда узлы воздушных фильтров расположены таким образом, воздушные фильтры могут быть размещены так, чтобы уменьшить общий размер впускной системы, одновременно обеспечивая наличие запасного воздушного фильтра, что может позволить выполнить подачу желаемого количества всасываемого воздуха в двигатель тогда, когда основной воздушный фильтр не работает должным образом (например, забит или заблокирован иным способом). Следовательно, желаемые цели могут быть достигнуты за счет размещения компонентов. Кроме того, расположение воздушных фильтров на расстоянии друг от друга уменьшает вероятность того, что забиты будут оба узла воздушных фильтров.
Первый узел 24 воздушного фильтра содержит поропласт 28 или другой подходящий пористый материал и фильтрующий элемент 30. Как показано на схеме, поропласт перекрывает ведущую сторону фильтрующего элемента, однако возможны и другие положения, формы, контуры и т.д. поропласта и фильтрующего элемента. Поропласт 28 и фильтрующий элемент 30 могут быть выполнены из различных материалов. Кроме того, поропласт и фильтрующий элемент могут иметь разные размеры и/или форму. Например, поропласт может быть больше фильтрующего элемента по размеру. Стрелка 25 указывает общее направление потока всасываемого воздуха, проходящего в первый узел 24 воздушного фильтра, и в частности, проходящего через поропласт 28. В некоторых примерах поропласт 28 может перекрывать весь фильтрующий элемент 30 в направлении, перпендикулярном общему направлению потока отработавших газов, проходящих через фильтрующий элемент. Также поропласт 28 может быть расположен вертикально под фильтрующим элементом 30. В результате вероятность того, что первый узел воздушного фильтра будет забит снегом, пылью и/или другими твердыми частицами и/или будет заблокирован иным образом, уменьшена. При этом возможны и другие варианты взаимного расположения поропласта и фильтрующего элемента.
В некоторых примерах первый узел 24 воздушного фильтра может иметь съемную крышку, расположенную над поропластом 28. Данная крышка может в значительной степени препятствовать прохождению потока воздуха в первый узел 24 воздушного фильтра. Крышка может быть снята, когда второй узел 26 воздушного фильтра забит или заблокирован иным образом. Также в некоторых примерах съемная крышка может быть снята или открыта с помощью устройства управления крышкой, управляемого контроллером 11. В других примерах съемная крышка может быть снята вручную. При этом в других примерах первый узел 24 воздушного фильтра может не иметь съемной крышки.
Первый узел 24 воздушного фильтра съемным образом соединен с соединительным каналом 32. Устройство 33 быстроразъемного соединения, обеспечивающее съемное соединение вышеуказанных компонентов, подробно рассмотрено со ссылкой на Фиг.2. Таким образом, первый узел воздушного фильтра может быть легко установлен или снят для проведения ремонта или замены. При необходимости компоненты соединительного канала 32 также могут быть соединены друг с другом с возможностью съема. Таким образом, может быть упрощено проведение их установки, ремонта и/или замены. Соединительный канал 32 имеет впуск 34, находящийся в последовательном соединении с первым узлом 24 воздушного фильтра. Стрелки 35 указывают общее направление потока отфильтрованного воздуха, проходящего через соединительный канал 32. Кроме того, соединительный канал 32 имеет выпуск 36, находящийся в последовательном соединении с отсеком 38 для отфильтрованного воздуха, входящим в состав второго узла 26 воздушного фильтра. Таким образом, в отсеке 38 для отфильтрованного воздуха отфильтрованный воздух из первого узла 24 воздушного фильтра может быть смешан с отфильтрованным воздухом второго узла 26 воздушного фильтра. При этом в других примерах соединительный канал 32 может быть соединен с впускным трубопроводом 46 или впускным коллектором 48.
Второй узел 26 воздушного фильтра включает в себя впускной канал 40, который может получать воздух из окружающей среды. Впускной канал 40 находится в последовательном соединении с отсеком 42 для неотфильтрованного воздуха. Стрелка 43 указывает общее направление воздушного потока, проходящего через отсек 42 для неотфильтрованного воздуха. Фильтрующий элемент 44, входящий в состав второго узла 26 воздушного фильтра, расположен ниже по потоку относительно отсека 42 для неотфильтрованного воздуха. Второй узел 26 воздушного фильтра также включает в себя отсек 38 для отфильтрованного воздуха, расположенный ниже по потоку (например, сразу после) фильтрующего элемента 44. Непосредственное расположение ниже по потоку подразумевает отсутствие каких-либо промежуточных компонентов, частей и т.д. между данными элементами. Фильтрующий элемент 44 может перекрывать всю ширину корпуса 45 второго узла 26 воздушного фильтра. Таким образом, весь воздух, проходящий через данный узел воздушного фильтра, может быть отфильтрован фильтрующим элементом 44. Корпус 45 может задавать границы отсеков второго узла 26 воздушного фильтра, например, впускного канала 40, отсека 42 для неотфильтрованного воздуха и отсека 38 для отфильтрованного воздуха.
В некоторых примерах фильтрующий элемент 44 и фильтрующий элемент 30 могут быть выполнены из различных материалов. Таким образом, при желании каждый из узлов воздушных фильтров может иметь различные параметры фильтрования. Также в некоторых примерах фильтрующий элемент 30 может иметь меньшее поперечное сечение, чем фильтрующий элемент 44. Площадь поперечного сечения может быть измерена вдоль плоскости, перпендикулярной прямому направлению потока отработавших газов, проходящих через каждый соответствующий фильтрующий элемент.
Фильтрующий элемент 44 расположен выше по потоку относительно отсека 38 для отфильтрованного воздуха и, следовательно, обеспечивает подачу отфильтрованного воздуха в отсек 38 для отфильтрованного воздуха. Стрелки 47 указывают общее направление прохождения воздушного потока в отсек для отфильтрованного воздуха. Отсек 38 для отфильтрованного воздуха напрямую соединен с впускным каналом 46. Следовательно, отсек 38 для отфильтрованного воздуха и, если говорить обобщенно, второй узел 26 воздушного фильтра, соединены по текучей среде с впускным каналом 46 и с впускным коллектором 48. Стрелка 50 указывает общее направление потока отработавших газов, проходящего через впускной канал 46. Впускной коллектор 48 выполнен с возможностью обеспечивать подачу всасываемого воздуха в цилиндр 16. Стрелка 52 указывает на поток всасываемого воздуха, проходящий от впускного коллектора 48 к цилиндру 16. В некоторых примерах нормаль вектора к впускной поверхности 80 первого узла 24 воздушного фильтра не параллельна нормали вектора впускной поверхности 82 второго узла 26 воздушного фильтра. Кроме того, в некоторых примерах впускная поверхность 80 первого узла воздушного фильтра может быть направлена лицевой стороной вниз и может быть расположена примерно параллельно фильтру первого узла воздушного фильтра, а впускная поверхность 82 второго узла воздушного фильтра направлена лицевой стороной примерно в горизонтальном направлении и перпендикулярна впускной поверхности 80 первого узла воздушного фильтра.
В одном примере транспортное средство 100 может также включать в себя моторный отсек 54, внутри которого расположен двигатель 10. В таком примере первый узел 24 воздушного фильтра может быть расположен снаружи (например, с внешней стороны от) моторного отсека 54, а второй узел 26 воздушного фильтра может быть расположен внутри моторного отсека 54. При этом в других примерах как первый узел 24 воздушного фильтра, так и второй узел 26 воздушного фильтра могут быть расположены внутри моторного отсека 54 рядом друг с другом. При этом в других примерах как первый узел 24 воздушного фильтра, так и второй узел 26 воздушного фильтра могут быть расположены внутри моторного отсека 54 на расстоянии друг от друга. В других примерах как первый узел 24 воздушного фильтра, так и второй узел 26 воздушного фильтра могут быть расположены снаружи моторного отсека 54. Кроме того, узлы воздушных фильтров могут быть названы блоками фильтра и, в общем случае, могут быть включены в состав системы воздухоочистителя.
Двигатель 10, впускная система 12 и выхлопная система 14 могут, по меньшей мере частично, регулироваться системой управления, включающей в себя контроллер 11, и с помощью входного сигнала от водителя 132 транспортного средства, поступающего через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль газа и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Представленный на Фиг. 1 контроллер 11 представляет собой обычный микрокомпьютер, включающий микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (I/O), электронный носитель информации для исполняемых программ и значений, используемых для проверки и калибровки, представленный в данном конкретном примере постоянным запоминающим устройством (ROM) 106 (например, микросхемой памяти), оперативное запоминающее устройство (RAM) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (KAM) 110 и обычную шину данных. Контроллер 11 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10. Например, контроллер 11 может получать сигнал об абсолютном давлении в коллекторе (MAP), измерения давления во впускном коллекторе двигателя от датчика 122, или, в качестве альтернативы, измерение массового расхода воздуха от датчика MAF. Сигнал давления в коллекторе (MAP) или сигнал массового расхода воздуха (MAF) может быть использован для обеспечения показаний уровня разрежения или давления во впускном коллекторе.
На Фиг. 2 представлено увеличенное изображение первого узла 24 воздушного фильтра. Как показано на чертеже, первый узел 24 воздушного фильтра включает в себя устройство 33 быстроразъемного соединения, сконфигурированное для прикрепления к корпусу соединительного канала 32. Устройство 33 быстроразъемного соединения имеет выступ 200. Как показано на схеме, данный выступ 200 является скругленным. При этом возможно использование и других форм выступов. Данный выступ может быть выполнен на корпусе 203 первого узла 24 воздушного фильтра, который может, по меньшей мере частично, вмещать в себя фильтрующий элемент 30 и/или поропласт 28. Как показано на схеме, часть 204 поропласта 28 не находится внутри корпуса 203. При этом в других примерах корпус может охватывать поропласт до самой ведущей стороны 206.
Форма и размер выступа 200 выбраны таким образом, чтобы совпадать с углублением 202 в корпусе 205 соединительного канала 32. В зацепленном состоянии, представленном на Фиг. 2, выступ 200 совмещен с углублением 202. Более конкретно, в зацепленном состоянии выступ 200 соприкасается своей внешней поверхностью с углублением 202. Для отсоединения этих элементов углубление 202 может быть наклонено или иным образом перемещено в сторону от выступа, чтобы позволить вынуть первый узел 24 воздушного фильтра из соединительного канала 32. Часть корпуса 205, содержащая углубление 202, может быть выполнена из гибкого материала, например, поддающегося сгибанию пластика, металла и т.д., позволяющего вынуть первый узел 24 воздушного фильтра из соединительного канала 32. Следует понимать, что возможны и другие типы быстроразъемного соединения, например, резьбовое соединение или другие подходящие варианты соединения, позволяющие быстро производить соединение и разъединение. В некоторых примерах для соединения первого узла 24 воздушного фильтра с соединительным каналом 32 при желании могут быть использованы дополнительные или альтернативные устройства соединения, например, болты, клей, винты.
На Фиг. 3 представлена блок-схема способа 300 эксплуатации впускной системы двигателя. Способ 300 может быть реализован двигателем и впускной системой, рассмотренными выше со ссылкой на Фиг. 1 и 2. Также данный способ может быть реализован с помощью другого подходящего двигателя и впускной системы.
На этапе 302 способ предусматривает направление потока всасываемого воздуха через первый узел воздушного фильтра, который содержит поропласт, расположенный выше по потоку относительно фильтрующего элемента, при этом указанный первый узел воздушного фильтра расположен на расстоянии от второго узла воздушного фильтра и соединен по текучей среде с впускным коллектором.
Также на этапе 304 данный способ предусматривает направление потока отфильтрованного воздуха из первого узла воздушного фильтра во впускной коллектор. Направление потока отфильтрованного всасываемого воздуха из первого узла воздушного фильтра во впускной коллектор может включать в себя на этапе 306 направление потока отфильтрованного всасываемого воздуха из первого узла воздушного фильтра в отсек для отфильтрованного воздуха второго узла воздушного фильтра. На этапе 308 способ предусматривает направление потока всасываемого воздуха через второй узел воздушного фильтра, а на этапе 310 способ предусматривает направление потока всасываемого воздуха из второго узла воздушного фильтра во впускной коллектор. В некоторых примерах фильтрующий элемент может иметь меньшую площадь поперечного сечения, перпендикулярного направлению воздушного потока, проходящего через данный фильтр, чем второй фильтрующий элемент, входящий в состав второго узла воздушного фильтра.
Способ 300 позволяет направлять поток всасываемого воздуха как через первый, так и через второй узел воздушного фильтра. Следовательно, когда скорость потока всасываемого воздуха в одном из этих фильтров уменьшается в силу загрязнения фильтра, другой фильтр может обеспечивать большую скорость прохождения потока всасываемого воздуха, тем самым повышая эффективность впускной системы, а также эффективность сгорания.
В некоторых примерах конфигурация системы может зависеть от типа впускных датчиков, таких как датчики массового расхода воздуха (MAF) или давления в коллекторе (MAP). В системах, включающих в себя датчик MAF, быстроразъемное соединение, рассмотренное на Фиг. 2, может быть установлено на поверхности корпуса. В качестве альтернативы при отсутствии датчика MAF, быстроразъемное соединение, рассмотренное на Фиг. 2, может быть предусмотрено на канале.
Можно отметить, что примеры описанных процедур могут быть использованы для различных двигателей и конфигураций систем транспортного средства. По существу, различные проиллюстрированные выше действия, операции или функции могут выполняться в описанной последовательности, параллельно или, в некоторых случаях, могут быть пропущены. Подобным образом, для обеспечения характеристик и преимуществ описанных устройств и способов, необязательно соблюдать приведенный порядок выполнения операций, который приведен для упрощения иллюстрации и описания. Одно или более из описанных действий, функций или операций может быть повторено в зависимости от определенной используемой стратегии.
Следует понимать, что специалисты в данной области техники на основании вышеприведенного описания могут предположить множество изменений и модификаций предложенных систем и методик, не выходя за рамки сущности описанного решения. Например, предложенные системы могут быть использованы в двигателях V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитных четырехцилиндровых и других типах двигателей.