ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И СИСТЕМА УЛАВЛИВАНИЯ КОНДЕНСАТА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к охладителю наддувочного воздуха двигателя, а также к системе улавливания конденсата для охладителя наддувочного воздуха.
Уровень техники
Двигатели могут быть оснащены наддувом или турбонаддувом для сжатия поступающего в двигатель наружного воздуха с целью увеличения мощности. Из-за того, что сжатие воздуха приводит к увеличению его температуры, для охлаждения нагретого воздуха может быть использован охладитель наддувочного воздуха, который тем самым обеспечивает увеличение плотности воздуха и дополнительное увеличение потенциальной мощности двигателя. Однако, если влажность наружного воздуха чересчур высока, то на внутренней поверхности охладителя наддувочного воздуха, которая холоднее точки росы сжатого воздуха, может конденсироваться вода (например, в виде капель). При переходных режимах, например, при резком ускорении автомобиля, эти водяные капли могут быть сорваны воздушным потоком, могут выйти из охладителя наддувочного воздуха, и войти в камеры сгорания двигателя, что увеличивает вероятность пропусков зажигания, потери крутящего момента и оборотов двигателя, и неполного сгорания в цилиндрах
Один подход к уменьшению количества конденсата, поступающего в камеры сгорания, раскрыт в заявке на патент США 2011/0094219 А1. В указанной заявке описана ловушка для конденсата для охладителя наддувочного воздуха, которая снижает интенсивность поступления конденсата в камеры сгорания двигателя. Ловушка для конденсата содержит резервуар для сбора конденсата и трубку для сброса конденсата в тракт выпуска отработавших газов.
Известны различные проблемы, связанные с вышеупомянутой системой. В частности, ловушку для конденсата устанавливают после охладителя наддувочного воздуха, и, таким образом, ловушка может собирать конденсат только после выпускного отверстия охладителя. Такая схема не может адекватно решать проблему конденсата, накапливающегося внутри охладителя наддувочного воздуха.
Раскрытие полезной модели
Одним из подходов к решению вышеуказанной проблемы является размещение системы улавливания конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха. Тогда для решения проблемы удаления скопившегося конденсата можно использовать сам поток наддувочного воздуха, присутствующий в охладителе. Таким образом, оказывается возможным вытеснять конденсат из охладителя наддувочного воздуха, используя при этом точку естественного сбора конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха в качестве резервуара. Конкретно, патрубок конденсата связывает точку естественного сбора конденсата с каналом выпуска воздуха из охладителя наддувочного воздуха. Такая конструкция дает возможность системе улавливания конденсата возвращать капли конденсата в воздушный поток. Кроме того, за счет использования воздушного давления охладителя наддувочного воздуха можно надежнее управлять интенсивностью поступления капель конденсата в цилиндры двигателя даже в переходных режимах работы двигателя.
В соответствии с первым аспектом полезной модели, решающей вышеуказанную задачу, предложена двигательная система, содержащая первый воздушный канал двигателя; охладитель наддувочного воздуха, имеющий множество каналов теплообмена; сборник конденсата, расположенный внутри охладителя наддувочного воздуха и имеющий газо-жидкостную связь по меньшей мере с одним каналом теплообмена и с первым воздушным каналом двигателя, и систему улавливания конденсата, содержащую устройство захвата воздуха, выполненное с возможностью направления движущей силы на холодную сторону охладителя наддувочного воздуха, и патрубок конденсата, выполненный с возможностью приема капель конденсата, образованных указанной движущей силой, и имеющий газо-жидкостную связь со вторым воздушным каналом двигателя для возврата капель конденсата во второй воздушный канал.
В соответствии со вторым аспектом полезной модели предложена система улавливания конденсата для охладителя наддувочного воздуха двигательной системы, имеющего горячую сторону и холодную сторону, содержащая устройство захвата воздуха, выполненное с возможностью направления движущей силы на холодную сторону охладителя наддувочного воздуха, и патрубок конденсата, выполненный с возможностью приема капель конденсата, образованных указанной движущей силой, и имеющий газо-жидкостную связь с воздушным каналом двигателя для возврата капель конденсата в указанный воздушный канал.
Следует отметить, что для возврата конденсата в воздушный поток могут быть использованы дополнительные ловушки конденсата и системы возврата. Также, для управления интенсивностью возврата конденсата в воздушный поток могут быть применены различные способы. И также, если требуется, указанные различные способы могут быть оптимизированы в соответствии с режимами работы двигателя и условиями окружающей среды.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта полезной модели, объем которой единственным образом определен пунктами формулы, приведенной после подробного описания. Более того, объект полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает схему двигателя, содержащего охладитель наддувочного воздуха.
Фиг.2А схематически изображает охладитель наддувочного воздуха фиг.1, содержащий систему улавливания конденсата.
Фиг.2В в перспективной проекции сбоку изображает систему улавливания конденсата фиг.2А.
Фиг.3А схематически изображает другой пример системы улавливания конденсата для охладителя наддувочного воздуха фиг.1.
Фиг.3В в перспективной проекции сбоку изображает систему улавливания конденсата фиг.3А.
Фиг.4 изображает пример блок-схемы алгоритма осуществления способа улавливания конденсата.
Осуществление полезной модели
Последующее описание относится к вариантам осуществления охладителя наддувочного воздуха с системой улавливания конденсата в двигателе с турбонаддувом для возвращения капель конденсата в воздушный поток. Система улавливания конденсата может переносить конденсат, накапливающийся в охладителе наддувочного воздуха, в воздушный поток за счет использования части потока наддувочного воздуха. Например, производится отбор части потока сжатого наддувочного воздуха из одного из каналов теплообмена, и его отведение в точку сбора конденсата. Там указанный поток (который уже по меньшей мере частично охлажден пересекающим охладитель наружным воздухом) захватывает конденсат и перемещает его в подающую трубку, которая может ввести конденсат в точку, расположенную на выходе охладителя наддувочного воздуха. Отведение потока может быть осуществлено устройством захвата воздуха, которое забирает наддувочный воздух (или иной воздушный поток) из канала теплообмена и передает захваченный воздух в сборник конденсата. Устройство захвата воздуха может дополнительно содержать регулировочное вытяжное отверстие, так чтобы можно было регулировать величину потока, захватываемого указанным устройством.
Такая схема обеспечивает более устойчивую доставку конденсата в камеры сгорания двигателя даже в переходных режимах. Это происходит благодаря тому, что регулировочное вытяжное отверстие может регулировать захваченный воздушный поток и поддерживать его на более стабильном уровне, даже когда производится изменение сжатия воздуха на впуске в двигатель с целью управления крутящим моментом.
На фиг.1-3 представлены примеры вариантов осуществления системы улавливания конденсата. На фиг.1 изображен двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, оснащенный системой улавливания конденсата, которая имеет газо-жидкостную связь с охладителем наддувочного воздуха. На фиг.2А и 2В представлена схема, иллюстрирующая пример системы улавливания конденсата. На фиг.3А и 3В представлена схема, иллюстрирующая пример другой системы улавливания конденсата. Наконец, фиг.4 представляет способ улавливания конденсата.
На фиг.1 представлен пример схемы двигателя 10, который может входить в состав движительной системы автомобиля. Показано, что у двигателя 10 имеются четыре цилиндра 30. Однако, согласно настоящей полезной модели, может быть использовано иное число цилиндров. Двигатель 10, по меньшей мере частично, может управляться системой управления, включающей в себя контроллер 12, а также сигналом от оператора 132 через входное устройство 130. В данном примере, входное устройство 130 содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала РР (Pedal Position), пропорционального положению педали. Каждая камера 30 сгорания (например, цилиндр) двигателя 10 может состоять из стенок камеры и расположенного внутри поршня (не показан). Поршни могут быть связаны с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Дополнительно, через маховик, с коленчатым валом 40 может быть соединен мотор стартера для обеспечения запуска двигателя 10.
Камеры 30 сгорания могут принимать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и могут выпускать отработавшие газы через выпускной коллектор 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут избирательно сообщаться с камерами 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Как показано, топливные форсунки 50 соединены напрямую с камерами 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в камеры пропорционально длительности импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width), поступающего от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка осуществляет так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания, однако, следует понимать, что возможен также впрыск топлива и во впускной канал. Доставка топлива к топливным форсункам 50 может осуществляться топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку.
Впускной канал 42 может содержать дроссели 21 и 23, у которых имеются дроссельные заслонки 22 и 24. В данном конкретном примере, контроллер 12 может изменять положение дроссельных заслонок 22 и 24, осуществляя электронное управление дроссельными заслонками (ETC, Electronic Throttle Control). Таким образом, дроссели 21 и 23 могут быть приведены в действие с целью изменения потока воздуха, подаваемого в камеры 30 сгорания, т.е. в цилиндры двигателя.
Контроллер 12 на фиг, 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (CPU, Central Processor Unit), порты 104 ввода/вывода (I/O, Input/Output), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (KAM, Keep Alive Memory) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, для выполнения различных функций управления двигателем 10. Кроме того, в описываемых вариантах осуществления полезной модели система EGR (Exhaust Gas Recirculation) рециркуляции отработавших газов может передавать требуемую часть отработавших газов из выпускного коллектора 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Контроллер 12 посредством клапана 142 может изменять количество отработавших газов, подаваемое во впускной канал 42. При определенных условиях систему EGR можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камерах сгорания. На фиг.1 изображена система EGR высокого давления, в которой отработавшие газы передаются из точки перед турбиной турбонагнетателя в точку, расположенную после компрессора турбонагнетателя. В других вариантах осуществления двигатель может дополнительно к данной системе EGR или вместо нее содержать систему EGR низкого давления, в которой отработавшие газы передаются из точки, расположенной после турбины турбонагнетателя, в точку перед компрессором турбонагнетателя. Когда система EGR работает, она может стимулировать образование конденсата из сжатого воздуха, в частности, когда сжатый воздух подвергается охлаждению в охладителе наддувочного воздуха, что более подробно будет рассмотрено ниже.
Также двигатель 10 может содержать устройство сжатия (такое как компрессор или турбокомпрессор наддува), которое состоит по меньшей мере из компрессора 60, установленного в тракте впускного коллектора 44. В случае турбонагнетателя, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в движение от турбины 62 через вал или иное соединительное устройство. Турбина 62 может быть установлена в тракте выпускного коллектора 48. Для привода компрессора могут быть использованы различные устройства. В случае нагнетателя наддува, привод компрессора 60 может по меньшей мере частично осуществляться двигателем автомобиля и/или электрической машиной, и может не включать в себя турбину. Таким образом, контроллер 12 посредством турбонагнетателя или нагнетателя наддува может варьировать степень сжатия, создаваемую в одном или более цилиндрах двигателя. В некоторых случаях, турбина 62 через турбинный привод 68 может приводить в движение, например, электрический генератор 64 для выработки питания для батареи 66. Затем энергия батареи 66 может быть использована для привода компрессора 60 посредством двигателя 70.
Далее, тракт выпускного коллектора 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отведения отработавших газов от турбины 62. Дополнительно, впускной канал 42 может содержать перепускную заслонку 27 для передачи воздуха на впуске в обход компрессора 60. Контроллер 12 может управлять перепускными заслонками 26 и/или 27, открывая их, когда, например, требуется пониженное давление наддува.
Впускной канал 42 может также включать в себя охладитель 80 наддувочного воздуха (САС, Charge Air Cooler) - промежуточный охладитель - для снижения температуры газов на впуске в двигатель, сжатых нагнетанием или турбонагнетанием. В некоторых вариантах осуществления, охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой воздухо-воздушный теплообменник. В иных вариантах осуществления охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой воздухо-жидкостной теплообменник. Как будет более подробно описано ниже, охладитель 80 наддувочного воздуха может включать в себя систему 200 улавливания конденсата.
Как говорилось выше, на фиг.1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр может содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, систему зажигания, и т.п.
На фиг.2А и 2В изображена конструкция системы улавливания конденсата. На фиг.2А в перспективной проекции спереди показана система 200 улавливания конденсата, имеющая газо-жидкостную связь с охладителем 80 наддувочного воздуха. На фиг.2В система 200 улавливания конденсата, имеющая газожидкостную связь с охладителем 80 наддувочного воздуха, показана в перспективной проекции сбоку. Система улавливания конденсата может быть использована для удаления из охладителя наддувочного воздуха водяных капель, которые могут накапливаться по причине высокой влажности наружного воздуха. Это может происходить, например, на поверхностях каналов теплообмена внутри охладителя наддувочного воздуха, когда поверхности имеют температуру ниже точки росы наружного воздуха, поступающего в охладитель. Когда на этих поверхностях охладителя образуется конденсат, он может образовывать слой воды, например, в нижней точке охладителя наддувочного воздуха.
Как показано на фиг.2А и 2В, направление воздушного потока двигателя, поступающего в охладитель 80 наддувочного воздуха, в общем показано стрелкой 202, а направление воздушного потока двигателя, выходящего из охладителя 80 наддувочного воздуха, в общем показано стрелкой 204. Однако, следует понимать, что воздух может поступать в охладитель 80 наддувочного воздуха и выходить из охладителя в иных направлениях, и что направления, указанные стрелками 202 и 204, приведены в качестве примера, который не имеет ограничительного характера. Аналогично, в границах идеи настоящей полезной модели возможна и другая геометрия охладителя наддувочного воздуха, отличающаяся от той, которая изображена на фиг.2А и 2В.
Как было сказано выше, воздух двигателя может входить в охладитель через первый воздушный канал 206, расположенный перед охладителем 80 наддувочного воздуха. Затем воздух двигателя может охлаждаться за счет теплообмена с наружным воздухом, который в общем показан стрелкой 208, и может выходить из охладителя через второй воздушный канал 210, расположенный после охладителя 80 наддувочного воздуха. Другими словами, воздух двигателя поступает на горячую сторону 212 охладителя наддувочного воздуха, а выходит с холодной стороны 214 охладителя (направление потока наддувочного воздуха в общем показано стрелками 209), при этом термины «горячая» и «холодная» указывают на относительную температуру воздуха двигателя по мере прохождения воздуха через охладитель. Таким образом, наружный воздух 208 охлаждает сжатый воздух двигателя за счет теплообмена, когда воздух двигателя проходит через охладитель наддувочного воздуха. Однако, в сжатом воздухе двигателя, поступающем в охладитель, может происходить конденсация влаги, о чем было сказано выше. То есть внутри охладителя наддувочного воздуха, в первом воздушном канале 206 может выпадать конденсат.
К примеру, скапливающийся конденсат 216 может образовать слой воды в нижней точке 218 охладителя 80 наддувочного воздуха. Другими словами, нижняя точка может являться сборником 220 конденсата, находящимся внутри охладителя 80 наддувочного воздуха. Как таковой, сборник 220 конденсата может иметь газожидкостную связь с первым воздушным каналом 206, который может служить первым источником конденсата.
Система 200 улавливания конденсата может быть построена так, чтобы захватывать и направлять поток наддувочного воздуха с целью формирования воздушного давления для вытеснения скопившегося конденсата 216 из охладителя 80 наддувочного воздуха. Другими словами, система 200 улавливания конденсата может быть построена так, чтобы использовать поток воздуха двигателя для вытеснения скопившегося конденсата 216 из охладителя 80 наддувочного воздуха. Система 200 улавливания конденсата может содержать устройство 222 захвата воздуха и патрубок 224 конденсата. Как показано, по меньшей мере некоторые части устройства 222 захвата воздуха и патрубка 224 конденсата могут располагаться внутри охладителя 80 наддувочного воздуха и/или канала передачи воздуха двигателя. Таким образом, система 200 улавливания конденсата может быть встроена в охладитель 80 наддувочного воздуха и/или в воздушный канал 210.
Как показано, охладитель 80 наддувочного воздуха может содержать множество каналов 225 теплообмена и множество каналов 226 для наружного воздуха. Каналы 225 теплообмена могут образовывать ход для наддувочного воздуха, и его охлаждения посредством поперечного потока наружного воздуха, проходящего через множество каналов 226. Таким образом, осуществляется охлаждение сжатого воздуха двигателя перед камерами сгорания. Устройство 222 захвата воздуха, расположенное внутри охладителя 80 наддувочного воздуха, может быть соединено по меньшей мере с одним из каналов 225 теплообмена, по которому происходит перенос наддувочного воздуха, для захвата части потока указанного воздуха, протекающего через охладитель. Согласно одному примеру, захватываемый воздух содержит сжатый воздух из впускной воздушной системы двигателя. Как показано, устройство 222 захвата воздуха может содержать воронкообразную часть 228, присоединенную к каналу теплообмена. Таким образом, захватываемый воздух испытывает сжатие за счет прохождения через устройство захвата с уменьшающейся площадью поперечного сечения. К примеру, часть устройства захвата воздуха ближайшая к каналу теплообмена может иметь большую площадь поперечного сечения, чем часть устройства захвата воздуха, удаленная от канала теплообмена. Хотя устройство 222 захвата воздуха изображено в виде воронки, следует понимать, что в границах идеи настоящей полезной модели возможны и другие конструкции, сжимающие воздушный поток. Таким образом, устройство 222 захвата воздуха может иметь газо-жидкостную связь с каналом теплообмена. Согласно одному примеру, устройство 222 захвата воздуха может быть соединено с каналом теплообмена на холодной стороне 214 охладителя.
Как показано, устройство 222 захвата воздуха может быть соединено с одним каналом теплообмена, однако, возможны и иные конструкции. Например, устройство 222 захвата воздуха может быть соединено с одним каналом теплообмена, так чтобы происходил захват части потока наддувочного воздуха, проходящего через данный конкретный канал теплообмена. Согласно другому примеру, устройство 222 захвата воздуха может быть соединено более, чем с одним каналом теплообмена, при этом из каждого канала теплообмена может осуществляться захват по меньшей мере части потока проходящего наддувочного воздуха.
Далее, устройство 222 захвата воздуха может быть построено так, чтобы направить захваченный воздух на скопившийся конденсат 216. Как показано, устройство 222 захвата воздуха может быть построено так, чтобы движущую силу наддувочного воздуха направить на холодную сторону 214 охладителя. К примеру, устройство 222 захвата воздуха может включать в себя эжекторную форсунку 230, которая направляет воздух из канала теплообмена в сборник конденсата на холодной стороне. Эжекторная форсунка 230 может иметь площадь поперечного сечения существенно меньшую площади поперечного сечения части устройства захвата воздуха, соединенной с каналом теплообмена. Таким образом, форсунка сжимает воздушный поток, в силу чего при прохождении воздушного потока через устройство захвата скорость потока увеличивается.
Как показано на фиг.2В, эжекторная форсунка может быть наклонно направлена в угол 232 охладителя наддувочного воздуха. Следовательно, устройство 222 захвата воздуха может быть соединено с каналом теплообмена, который предоставляет устройству захвата достаточно места, чтобы направить воздух вниз в направлении скопившегося конденсата 216. В показанном примере, устройство 222 захвата воздуха соединено с пятым каналом теплообмена, если считать от верха охладителя 80 наддувочного воздуха, однако устройство 222 захвата воздуха может быть соединено с одним или более из других каналов теплообмена. Таким образом, устройство 222 захвата воздуха может направлять сжатый поток захваченного воздуха вниз на слой жидкости в сборнике конденсата и превращать жидкость в аэрозоль. Кроме того, на фиг.2В показано, что форсунка направлена к задней стенке охладителя наддувочного воздуха, так что поток захваченного воздуха меняет свое направление. Направление потока захваченного воздуха может быть изменено задней стенкой до того, как поток войдет в контакт с поверхностью скопившегося конденсата 216. Однако, следует понимать, что форсунку устройства захвата воздуха можно направлять и в другие места, и, как таковая, форсунка может иметь конструкцию, отличающуюся от показанной на фиг.2В. К примеру, форсунка может направлять поток захваченного воздуха непосредственно на конденсат 216, без изменения направления потока.
Кроме того, устройство 222 захвата воздуха может содержать регулировочное вытяжное отверстие 234. Как показано, регулировочное вытяжное отверстие 234 может быть связано с воронкообразной частью 228, хотя оно может быть расположено где угодно. Регулировочное вытяжное отверстие 234 позволяет регулировать величину воздушного потока из канала теплообмена. К примеру, может потребоваться уменьшить поток захваченного воздуха. Согласно другому примеру, может потребоваться увеличить поток захваченного воздуха. Следует понимать, что величину потока захваченного наружного воздуха можно оптимизировать для различных режимов работы двигателя, что более подробно будет рассмотрено ниже.
Сила давления воздуха может быть направлена в сборник конденсата, в результате чего может происходить образование капель 236 конденсата. Патрубок 224 конденсата может быть выполнен с возможностью приема капель 236. Второй воздушный канал 210 может иметь газо-жидкостную связь со сборником 220 конденсата через патрубок 224.
Таким образом, патрубок 224 увлекает в себя капли конденсата, и работает в качестве магистрали для возврата капель конденсата в воздушный поток второго воздушного канала 210. Скорость потока воздуха на впуске в двигатель может быть ниже скорости воздушно-капельного потока, исходящего из патрубка 224, в силу эффектов сжатия воздушного потока в устройстве захвата воздуха, обеспечивающем транспортирование капель конденсата. Как наглядно показано на фиг.2В, возврат капель конденсата в низкоскоростной поток воздуха двигателя может, например, происходить в верхней точке 238 второго воздушного канала 210. Верхняя точка 238 может по вертикали располагаться выше нижней точки 218 охладителя 80 наддувочного воздуха, которая совпадает со сборником конденсата.
Как таковой, второй воздушный канал 210 может содержать один или более изгибов между верхней точкой 238 и нижней точкой 218. Другими словами, направление канала для воздуха двигателя может меняться на каждом изгибе. Верхняя точка 238 может располагаться непосредственно за изгибом, который служит переходом от входной части канала (которая ориентирована сравнительно вертикально) к выходной части канала, которая ориентирована сравнительно горизонтально относительно входной части. Как показано, патрубок 224 конденсата может располагаться внутри второго воздушного канала 210, и, следовательно, патрубок 224 также может содержать один или более изгибов между верхней точкой 238 и нижней точкой 218.
К примеру, охладитель наддувочного воздуха может быть расположен спереди автомобиля, а воздушный канал/патрубок конденсата могут образовывать тракт, который в общем проходит в направлении задней части автомобиля, а также в вертикальном направлении (например, в направлении капота, закрывающего двигатель). В данном примере, впускное отверстие цилиндра относительно охладителя наддувочного воздуха может быть расположено в вертикальном направлении над охладителем и позади его, при этом второй воздушный канал будет иметь газо-жидкостную связь с впускным отверстием и с охладителем наддувочного воздуха. Таким образом, верхняя точка 238 может быть расположена по вертикали над нижней точкой 218, и может служить в качестве одного места возврата капель конденсата. Однако, следует понимать, что возврат капель конденсата можно осуществлять и в другие зоны воздушного канала двигателя.
Как показано на фиг.2В, патрубок 224 конденсата, может включать в себя первый участок 240, второй участок 242 и переходный участок 244, связывающий первый участок со вторым. Каждый участок может быть выполнен с возможностью переноса высокоскоростного воздушно-капельного потока (например, потока захваченных воздухом капель конденсата), который на фиг.2В обозначен индексом 246.
Первый участок 240 может быть расположен внутри охладителя 80 наддувочного воздуха. Как показано, первый участок 240 может включать в себя горизонтальный элемент, ориентированный по поверхности днища охладителя. Согласно одному примеру, горизонтальный элемент может располагаться параллельно поверхности днища охладителя. Далее, первый участок 240 может включать в себя вертикальный элемент, который проходит через охладитель 80 наддувочного воздуха по вертикали в направлении второго воздушного канала 210. Следовательно, первый участок 240 может также включать в себя изгиб, позволяющий патрубку 224 перейти от горизонтального элемента к вертикальному.
Второй участок 242 и переходный участок 244 могут быть расположены внутри второго воздушного канала 210. Следовательно, второй участок 242 и переходный участок 244 могут иметь центральную ось, которая по существу параллельна соответствующей центральной оси второго воздушного канала 210. Как показано, второй участок 242 и переходный участок 244 могут быть расположены по существу вблизи внутренней стенки второго воздушного канала 210. В некоторых вариантах осуществления, второй участок 242 и/или переходный участок 244 могут быть расположены вровень с внутренней поверхностью второго воздушного канала 210. Например, расположенные вровень участки могут быть приварены к внутренней поверхности или прикреплены к ней иным образом.
Таким образом, патрубок 224 конденсата образует канал для воздушно-капельной струи, который выводит указанную струю из охладителя 80 наддувочного воздуха. Капли 236 конденсата взвешены в захваченном воздухе, который действует в качестве транспортирующей среды для переноса конденсата и удаления его из охладителя 80 наддувочного воздуха. Следовательно, патрубок 224 конденсата может быть выполнен с возможностью приема наддувочного воздуха из устройства захвата, а также для приема капель конденсата из сборника конденсата. Как таковой, патрубок 224 конденсата может иметь общее впускное отверстие 250, выполненное с возможностью приема как захваченного наддувочного воздуха, так и капель конденсата. К примеру, указанное общее впускное отверстие может иметь диаметр, который по существу является достаточно большим, чтобы принимать и захваченный наддувочный воздух, и капли конденсата (воздушно-капельную струю). Согласно одному примеру, диаметр общего впускного отверстия может быть больше диаметра форсунки устройства захвата воздуха. Согласно другому примеру, общее впускное отверстие может иметь форму воронки для приема воздушно-капельной струи. Кроме того, общее впускное отверстие может быть наклонено таким образом, чтобы принимать ламинарный воздушно-капельный поток. Центральная ось общего впускного отверстия может быть параллельной направлению захваченного воздушного потока. Другими словами, общее впускное отверстие может иметь такой размер и форму, и может быть расположено так, чтобы препятствовать возникновению турбулентности в воздушно-капельной струе далее по ходу ее движения.
Патрубок 224 конденсата также содержит выпускное отверстие 252, которое может располагаться, например, вблизи верхней точки 238. Выпускное отверстие 252 может быть выполнено с возможностью выпуска воздушно-капельного потока в направлении (обозначенном стрелкой 248) параллельном воздушному потоку на впуске в двигатель. Как говорилось выше, скорость воздушно-капельного потока (в целом обозначенного стрелкой 246) может быть больше скорости воздушного потока двигателя (в целом обозначенного стрелкой 249).
Таким образом, патрубок 224, предназначенный для захвата конденсата, может быть проложен внутри охладителя наддувочного воздуха и в воздушном канале на впуске в двигатель. Специалистам в данной области должно быть понятно, что патрубок 224 конденсата может иметь диаметр достаточно малый, чтобы препятствовать отеканию капель вниз по внутренней поверхности патрубка, но достаточно большой, чтобы пропускать смешанный поток капель и воздуха двигателя при перепаде давления, не превышающем перепад давления от потока воздуха двигателя.
Таким образом, поток воздуха двигателя после верхней точки 238 может содержать капли 236 конденсата, которые возращены в поток двигателя, что показано на фиг.2В. Следует понимать, что интенсивность возврата конденсата может быть оптимизирована для различных режимов работы двигателя. Как говорилось выше, чтобы приспособиться к различным режимам работы двигателя, так чтобы возврат конденсата в воздушный поток двигателя не вызывал нарушения устойчивости его работы, можно регулировать вытяжное отверстие 234.
Регулировку настраиваемого вытяжного отверстия можно по меньшей мере частично осуществлять контроллером (например, контроллером 12 фиг.1)
Например, в установившемся режиме работы двигателя с малой нагрузкой сила давления захваченного воздуха может быть меньше, так что конденсат (например, сравнительно малое его количество) сможет испаряться за счет двигателя, не вызывая нарушения устойчивости его работы.
Согласно другому примеру, при переходных режимах с высокой нагрузкой, когда величина воздушного потока в двигателе может резко увеличиваться, сила давления захваченного воздуха может быть большей, что позволит более интенсивно захватывать конденсат. В этом случае капли воды (например, сравнительно большое количество конденсата) могут поступать в камеры сгорания с приемлемым уровнем интенсивности, не вызывая пропусков зажигания двигателя, дергания, потери крутящего момента и т.п.
Следует понимать, что рассмотренная система 200 улавливания конденсата приведена в качестве примера, и не носит ограничительного характера. Система 200 улавливания конденсата скорее приведена для иллюстрации общей идеи использования силы давления, создаваемой захваченным наддувочным воздухом, для вытеснения скопившегося конденсата из охладителя наддувочного воздуха и возврата вытесненного конденсата в воздушный поток двигателя. Однако, следует понимать, что конструктивная схема устройства захвата воздуха и патрубка конденсата содержит определенное решение, способствующее надлежащей газожидкостной связи между указанным двумя компонентами. Например, воронкообразная часть устройства захвата воздуха может собирать воздух и направлять поток собранного воздуха к форсунке для его подачи к скопившемуся конденсату. Форсунка может быть нацелена вниз, чтобы направлять собранный воздух к скопившемуся конденсату. Кроме того, форсунка может быть направлена в сторону задней стенки, расположенной напротив впускного отверстия патрубка конденсата, так чтобы перенаправить поток захваченного воздуха, прежде чем он войдет во впускное отверстие патрубка конденсата. Согласно другому примеру, форсунка может быть направлена непосредственно во впускное отверстие.
Как показано на фиг.2В, участок впускного отверстия 250 расположен горизонтально для приема воздушно-капельного потока, при этом патрубок конденсата может содержать вертикальный участок вблизи указанного горизонтального участка для вертикального переноса конденсата из охладителя наддувочного воздуха, как это было описано выше. Кроме того, устройство захвата воздуха и патрубок конденсата могут быть выполнены определенной конструкции, так чтобы площадь поверхности скопившегося конденсата, на которую воздействует захваченный воздух, была максимальной. Другими словами, промежуток между форсункой и впускным отверстием может быть выбран таким, чтобы эффективность захвата конденсата была максимальной. Согласно другому примеру, внутренней донной поверхности охладителя наддувочного воздуха может быть придан уклон, чтобы скопившийся конденсат мог под действием силы тяжести поступать к впускному отверстию патрубка конденсата. Таким образом, скопившийся конденсат может быть сконцентрирован в определенной зоне, а форсунка может быть направлена в зону скопления конденсата.
Следует понимать, что вышеприведенное описание не носит ограничительного характера, а компоненты системы 200 (например, устройство захвата воздуха, патрубок конденсата и т.п.) могут иметь иную подходящую геометрическую конфигурацию, нежели изображенная на фиг.2А и 2В. Кроме того, следует понимать, что отличительные признаки системы 200 улавливания конденсата могут в рамках идеи настоящей полезной модели распространяться на конфигурации, иные, нежели те, что были рассмотрены. Например, устройство 222 захвата воздуха может иметь газо-жидкостную связь с другим каналом теплообмена дополнительно к тому, что был рассмотрен в примере, показанном на фиг.2А и 2В, или вместо того канала.
Далее, следует понимать, что устройство 222 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью захвата воздуха из другого места для формирования силы давления воздуха. Например, устройство захвата воздуха может быть построено так, чтобы для вытеснения конденсата из охладителя наддувочного воздуха использовать воздух двигателя из его воздушного канала. Например, на фиг.3А и 3В представлен вариант осуществления системы 300 улавливания конденсата, в состав которой входит такое устройство захвата воздуха, которое забирает воздух двигателя на горячей стороне охладителя 80 наддувочного воздуха.
Фиг.3А в перспективной проекции спереди изображает систему 300 улавливания конденсата, содержащую устройство 322 захвата воздуха, имеющее газо-жидкостную связь с охладителем 80 наддувочного воздуха. Фиг.3В в перспективной проекции сбоку изображает систему 300 улавливания конденсата, имеющую газо-жидкостную связь с охладителем 80 наддувочного воздуха. Следует понимать, что система 300 улавливания конденсата может заключать в себе элементы, аналогичные элементам системы, изображенной на фиг.2А и 2В. Такие элементы обозначены одинаковыми позиционными номерами, и в дальнейшем, соответственно, не рассматриваются.
Аналогично системе 200 улавливания конденсата, система 300 может включать в себя устройство 322 захвата воздуха и патрубок 324 конденсата. Как показано, по меньшей мере некоторые части устройства 322 и патрубка 324 конденсата могут быть расположены в полости охладителя 80 наддувочного воздуха и/или воздушного канала двигателя. Таким образом, система 300 улавливания конденсата может быть встроена в охладитель 80 наддувочного воздуха и/или в воздушный канал 210.
Устройство 322 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью приема воздушного потока двигателя и формирования силы давления воздуха для вытеснения скопившегося конденсата из охладителя 80 наддувочного воздуха. Как наглядно показано на фиг.3А, устройство 322 захвата воздуха может быть расположено внутри охладителя 80 наддувочного воздуха и может иметь газожидкостную связь с первым воздушным каналом 206 для захвата потока воздуха двигателя. Захваченный воздушный поток двигателя может служить в качестве движущей силы для удаления конденсата. Согласно одному примеру, устройство 322 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью приема воздушного потока двигателя на горячей стороне 212 охладителя 80 наддувочного воздуха. Далее, устройство 322 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью передачи захваченного воздуха в направлении холодной стороны 214 охладителя наддувочного воздуха. Как показано, выпускное отверстие 302 устройства 322 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью направления захваченного воздуха двигателя в сторону сборника 220 конденсата. Таким образом, захваченный воздух двигателя может пересечь охладитель 80 наддувочного воздуха с горячей стороны на холодную, чтобы далее превратить скопившийся конденсат 216 в аэрозоль - в капли 236 конденсата, как это было описано выше.
Далее, патрубок 324 конденсата может быть выполнен с возможностью приема капель 236 конденсата. Как наглядно показано на фиг.3А, патрубок 324 конденсата может содержать общее впускное отверстие 350, выполненное с возможностью приема захваченного воздуха двигателя и капель 236 конденсата. Также, следует понимать, что патрубок 324 конденсата может быть аналогичным вышеописанному патрубку 224.
Следует понимать, что система 300 улавливания конденсата приведена для примера, и как таковая не носит ограничительного характера. Система 300 улавливания конденсата скорее приведена для иллюстрации общей идеи использования силы давления, создаваемой захваченным воздухом двигателя, для вытеснения скопившегося конденсата из охладителя наддувочного воздуха и возврата вытесненного конденсата в воздушный поток двигателя аналогично системе 200 улавливания конденсата. Компоненты системы 300 (например, устройство захвата воздуха, патрубок конденсата и т.п.) могут иметь иную подходящую геометрическую конфигурацию, нежели изображенная на фиг.3А и 3В. Кроме того, следует понимать, что отличительные признаки системы 300 улавливания конденсата могут в рамках идеи настоящей полезной модели распространяться на конфигурации, иные, нежели те, что были рассмотрены. Например, устройство 322 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью приема воздуха двигателя из первого воздушного канала 206 в другом месте, нежели то, которое показано на фиг.3А и 3В. Согласно другому примеру, устройство 322 захвата воздуха может быть выполнено с возможностью приема воздуха двигателя из линии перепуска первого воздушного канала 206. Как таковые, части устройства 322 захвата воздуха могут быть расположены снаружи охладителя 80 наддувочного воздуха.
Кроме того, следует понимать, что система 300 улавливания конденсата может быть включена в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха или воздухо-жидкостной охладитель наддувочного воздуха, поскольку движущая сила формируется за счет захваченного воздуха двигателя. Также, следует понимать, что устройство захвата воздуха может быть выполнено с возможностью приема наружного, поперечного потока воздуха из канала наружного воздуха для формирования движущей силы давления воздуха для транспортирования скопившегося конденсата из охладителя наддувочного воздуха. В случае таких примеров, конструкция устройства захвата воздуха может соответствовать воздухо-воздушному охладителю наддувочного воздуха.
На фиг.4 изображен алгоритм 400 осуществления способа улавливания конденсата. На шаге 402 происходит накопление конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Например, охладитель 80 наддувочного воздуха может накапливать конденсат в своей нижней точке. Сила тяжести приведет к тому, что конденсат будет скапливаться в нижней точке охладителя наддувочного воздуха в виде слоя жидкости. Таким образом, нижняя точка служит естественным резервуаром, в котором конденсат накапливается при работе двигателя.
На шаге 404 алгоритма 400 происходит вытеснение скопившегося конденсата через патрубок за счет силы давления воздуха, созданной захваченным воздушным потоком (например, потоком наддувочного воздуха, воздушным потоком впускного тракта двигателя, и т.п.). Например, сила давления воздуха может быть создана путем захвата только части потока наддувочного воздуха из теплообменника охладителя наддувочного воздуха. Другими словами, охладитель наддувочного воздуха может заключать в себе множество каналов теплообмена, при этом силу давления воздуха можно формировать, например, от одного канала теплообмена. Согласно другому примеру, силу давления воздуха можно формировать от более, чем одного каналов теплообмена. Как говорилось выше, устройство захвата воздуха (например, устройство 222 захвата, изображенное на фиг.2) может быть выполнено с возможностью приема наддувочного воздуха для формирования силы давления воздуха. Другими словами, устройство захвата воздуха может быть выполнено с возможностью использования кинетической энергии наддувочного воздуха.
Также, следует понимать, что вытеснение скопившегося конденсата из охладителя наддувочного воздуха через патрубок конденсата может включать в себя направление потока наддувочного воздуха в нижнюю точку охладителя наддувочного воздуха. Как было отмечено выше, устройство захвата воздуха может быть выполнено с возможностью направления потока наддувочного воздуха в нижнюю точку охладителя наддувочного воздуха.
Согласно фиг.4, на шаге 406 алгоритма 400 происходит возврат вытесненного конденсата во впускной канал, в точку после охладителя наддувочного воздуха. Например, вытесненный конденсат (т.е. капли 236 конденсата) может быть возвращен в верхнюю точку впускного канала на выходе из охладителя. Указанная верхняя точка может по вертикали располагаться выше нижней точки охладителя наддувочного воздуха, и может иметь с нижней точкой газо-жидкостную связь. Итак, вытесненный конденсат может быть возвращен таким образом, что капли конденсата вольются в воздушный поток впускного канала на выходе охладителя, и будут направлены в камеры сгорания. Благодаря возврату конденсата в верхнюю точку или в область после верхней точки, вытесненный конденсат преодолевает критическую область, и исключается выпадение капель конденсата во впускном канале между охладителем наддувочного воздуха и верхней точкой. Для конденсата, который уже возвращен во впускной канал в область после охладителя, создаются условия, препятствующие его выпадению обратно в нижнию точку охладителя наддувочного воздуха или в область нижней точки впускного канала, что могло бы в противном случае происходить при нагрузках двигателя в диапазоне от низких до умеренных.
Следует понимать, что раскрытые в описании схемы и алгоритмы по сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящей полезной модели включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы, также считаются включенными в предмет настоящей полезной модели.