ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с турбонаддувом и рециркуляцией выхлопных газов.
Уровень техники
Двигатели внутреннего сгорания подобного типа используются, например, в качестве привода для транспортных средств. В рамках настоящего описания понятие "двигатель внутреннего сгорания" объединяет в себе дизельные двигатели, бензиновые двигатели с циклом Отто, а также гибридные двигатели внутреннего сгорания, другими словами, двигатели внутреннего сгорания, работающие с гибридным способом зажигания, и/или двигатели, имеющие подключаемую электромашину, потребляющую мощность от двигателя или предоставляющую дополнительную мощность.
Двигатели внутреннего сгорания все чаще оснащают наддувом, что является основным методом увеличения мощности, в котором сжимается наддувочный воздух, необходимый для процесса сгорания в двигателе. В результате в каждый цилиндр может быть подано большее количество наддувочного воздуха за один рабочий цикл. Таким образом, можно увеличить массу топлива и, следовательно, среднее полезное давление.
Как правило, для осуществления наддува используют турбокомпрессор, работающий на выхлопных газах, в котором компрессор и турбина расположены на одном валу. При этом горячий поток отработавшего воздуха подается на турбину, расширяется в этой турбине с высвобождением энергии, таким образом, вращая вал. Энергия, отдаваемая валу потоком выхлопных газов, также используется для привода расположенного на том же валу компрессора. Компрессор сжимает и нагнетает подаваемый в него наддувочный воздух, в результате чего обеспечивается наддув цилиндра.
При этом в качестве альтернативы или дополнения для газотурбинного наддува могут быть использованы также механические компрессоры.
Наддув является подходящим средством для увеличения мощности двигателя при неизменном рабочем объеме, или для уменьшения рабочего объема при сохранении мощности. В любом случае, наддув приводит к увеличению выхода объемной мощности и лучшему соотношению мощности к весу. При одинаковых граничных условиях транспортных средств диапазон нагрузок может быть смещен в сторону более высоких нагрузок, при которых удельное потребление топлива снижается.
Таким образом, наддув способствует развитию двигателей внутреннего сгорания, что касается уменьшения расхода топлива, т.е. увеличения коэффициента полезного действия двигателя. При целенаправленном проектировании наддува также можно достичь преимуществ, связанных с вредными выбросами.
Однако для удовлетворения растущих требований по предельным значениям выбросов вредных веществ, необходимы дополнительные меры. При этом одной из главных задач опытно-конструкторских работ является восстановление оксидов азота, что имеет большое значение в частности для дизельных двигателей. Поскольку образование оксидов азота требует не только избытка воздуха, но и высоких температур, известна концепция снижения выбросов оксидов азота за счет проведения процессов горения при более низких температурах.
EGR
EGR
EGR
EGR
fresh air
EGR
fresh air
В данном случае целесообразной является рециркуляция выхлопных газов (EGR), т.е. возврат выхлопных газов со стороны выпуска на сторону впуска, при этом за счет увеличения количества рециркулируемых выхлопных газов возможно существенное снижение выбросов оксидов азота. Доля рециркулированных выхлопных газов x определяется как x=m/(m+m), где m - масса возвращаемых выхлопных газов, a m - масса подаваемого свежего воздуха.
EGR
Для достижения заметного снижения выбросов оксидов азота необходимо большое количество рециркулируемых выхлопных газов, порядка x≈60%-70%.
Как и в рассматриваемом двигателе внутреннего сгорания, зачастую в системе впуска также используют охладитель наддувочного воздуха, с помощью которого происходит охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением в по меньшей мере один цилиндр. Охладитель понижает температуру и увеличивает, тем самым, плотность наддувочного воздуха, благодаря чему также увеличивается заполнение цилиндров, т.е. увеличивается масса воздуха. Таким образом, сжатие до некоторой степени осуществляется за счет охлаждения.
Подобная система двигателя известна, например, из патента США №6367256 (опубл. 09.04.2002), который может быть выбран в качестве ближайшего аналога полезной модели.
Однако из-за охлаждения наддувочного воздуха могут возникать некоторые проблемы. При охлаждении может образовываться конденсат из жидкостей, в частности, воды, которые ранее содержались в наддувочном воздухе в газообразном состоянии, или при опускании температуры потока наддувочного воздуха ниже точки росы. Как правило, выделяющийся при этом конденсат непрерывно не отводится и попадает в небольших количествах в по меньшей мере один цилиндр вместе с потоком наддувочного воздуха за счет кинетического захвата. Иногда конденсат собирается в системе впуска или в охладителе наддувочного воздуха, и, например, при поперечных ускорениях при движении по кривой, подъеме или резких толчках в больших количествах попадает из охладителя наддувочного воздуха или из системы впуска в по меньшей мере один цилиндр. Последнее явление также называется гидравлическим ударом, который причиняет серьезный ущерб не только работе двигателя внутреннего сгорания, но и может привести к необратимым повреждениям конструктивных элементов, расположенных ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха.
В сочетании с рециркуляцией выхлопных газов вышеописанная проблема обостряется, в частности, с увеличением доли рециркулируемых выхлопных газов, поскольку с увеличением их количества происходит принудительное увеличение фракций отдельных компонентов выхлопных газов в наддувочном воздухе, в частности, воды, содержащейся в выхлопных газах.
По этой причине в двигателях с наддувом, известных из уровня техники, предусмотрено ограничение количества выхлопных газов, рециркулируемых с помощью EGR низкого давления, чтобы уменьшить количество конденсированной воды или полностью предотвратить образование конденсата. Такое ограничение находится в противоречии с необходимостью подачи большого количества рециркулируемых выхлопных газов, необходимых для существенного снижения выбросов оксидов азота.
Требуемое большое количество рециркулируемых выхлопных газов может быть обеспечено, как известно из уровня техники, в случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом только с помощью EGR высокого давления, в которых выхлопные газы для рециркуляции забирают из системы отвода выхлопных газов выше по потоку от турбины и подают в систему впуска ниже по потоку от компрессора или охладителя наддувочного воздуха.
При эксплуатации двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и одновременном использовании EGR высокого давления, рециркулируемые выхлопные газы, забираемые выше по потоку от турбины, больше не могут быть использованы для привода турбины. При увеличении количества рециркулируемых выхлопных газов подаваемый в турбину поток выхлопных газов еще больше уменьшается. Уменьшение массового потока выхлопных газов через турбину приводит к снижению перепада давления в турбине, в результате чего также уменьшается коэффициент давления наддува, что приводит к снижению давления наддува или потока воздуха турбонаддува.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является уменьшение образования конденсата в системе впуска или улучшение и упрощение отвода конденсата в двигателе внутреннего сгорания с турбонаддувом и рециркуляцией выхлопных газов.
Данный эффект достигается с помощью двигателя внутреннего сгорания, имеющего головку цилиндров с по меньшей мере одним цилиндром, где каждый цилиндр имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие, к которому присоединен выпускной трубопровод для отвода выхлопных газов через систему отвода выхлопных газов, и по меньшей мере одно впускное отверстие, к которому присоединен впускной трубопровод для подачи наддувочного воздуха через впускную систему, причем во впускной системе предусмотрен охладитель наддувочного воздуха, а двигатель оснащен устройством рециркуляции выхлопных газов. При этом в по меньшей мере одном впускном трубопроводе предусмотрен по меньшей мере один канал для конденсата, конец которого расположен ниже по потоку от начала.
Таким образом, по меньшей мере один впускной трубопровод оснащен по меньшей мере одним каналом, с помощью которого возможная конденсированная жидкость может отводиться в направлении по меньшей мере одного цилиндра без необходимости в преодолении жидкостью разности высот на пути к цилиндру. Высота над уровнем земли в системе впуска непрерывно уменьшается, и в направлении потока возникает непрерывный градиент. Тем самым конденсированная при охлаждении жидкость не скапливается в системе впуска между охладителем и цилиндром.
По меньшей мере один канал может быть выполнен в виде открытого желоба и образовывать часть внутренней стенки соответствующего впускного трубопровода.
Канал также может быть выполнен в виде закрытой со всех сторон линии, где под каналом понимается отдельная линия, ответвляющаяся от впускного трубопровода и снова соединяющаяся с впускным трубопроводом ниже по потоку.
Канал может иметь прямолинейную форму. В этом случае этот канал пересекает по секущей впускной трубопровод, который, как правило, имеет изогнутую форму. Прямолинейное выполнение по меньшей мере одного канала облегчает его производство, например, с помощью металлорежущей технологии, такой как сверление.
Канал может быть расположен на головке цилиндров под углом α к впускному отверстию для облегчения, то есть упрощения, отвода конденсата из системы впуска и подачи конденсата в цилиндры. Угол α или наклонное расположение канала относится при этом к установочному положению цилиндра, то есть двигателя внутреннего сгорания, в моторном отделении. Расположение канала на головке цилиндров позволяет выполнить канал, например, путем литья или машинной обработки головки цилиндров.
Впускная система может содержать впускной коллектор со сборной камерой, из которой по меньшей мере один впускной трубопровод ведет к по меньшей мере к одному впускному отверстию по меньшей мере одного цилиндра.
В одном варианте каждый цилиндр имеет только один впускной трубопровод с указанным каналом для конденсата.
Впускной коллектор, по меньшей мере частично, может быть образован охладителем наддувочного воздуха. Это позволяет сделать конструкцию очень компактной и укоротить пути во впускной системе. Для поддержания данной концепции впускная система может быть выполнена с помощью интегрированных компонентов.
Выполнение охладителя наддувочного воздуха и впускного коллектора в виде единой детали обеспечивает множество преимуществ. Например, можно устранить соединение элементов в ходе сборки и следовательно, устранить соединительные элементы, а также проблему возможных течей в местах соединения. Также уменьшаются вес, расходы на сборку и производство.
Тем не менее, в альтернативном варианте охладитель наддувочного воздуха и впускной коллектор могут представлять собой конструктивный узел из по меньшей мере двух элементов. Модульная конструкция, в которой по меньшей мере два компонента соединены друг с другом, имеет принципиальное преимущество в том, что отдельные компоненты, в частности охладитель наддувочного воздуха, могут использоваться в различных вариантах реализации в соответствии с принципом набора. Разнообразие применения элементов, как правило, увеличивает объем партии, что позволяет снизить расходы на производство.
Охладитель наддувочного воздуха может быть расположен в самой верхней точке впускной системы относительно уровня земли. Такое выполнение охладителя наддувочного воздуха препятствует сбору конденсата в охладителе.
В связи с этим охладитель воздуха турбонаддува может быть расположен над по меньшей мере одним цилиндром между стороной выпуска и стороной впуска двигателя внутреннего сгорания. В двигателях внутреннего сгорания с по меньшей мере одной головкой цилиндров с клапанным механизмом предпочтительно расположить охладитель наддувочного воздуха над клапанным механизмом между стороной выпуска и стороной впуска. Это делает конструкцию двигателя внутреннего сгорания более компактной и позволяет сделать расположение всего узла привода более компактным. Участок пути между компрессором и впускным отверстием цилиндра сильно укорачивается. Более короткая линия системы впуска ниже по потоку от компрессора обеспечивает более быстрый отклик турбокомпрессора и уменьшает потерю давления в потоке наддувочного воздуха до впуска в цилиндр. Отсутствие необходимости в длинных линиях приводит к дополнительному снижению веса и размеров системы впуска. Более короткая линия также оказывает положительное воздействие на уровень шума.
Высота системы впуска над уровнем земли непрерывно уменьшается в направлении потока от охладителя наддувочного воздуха через по меньшей мере один канал к по меньшей мере одному впускному отверстию по меньшей мере одного цилиндра.
Данный вариант реализации гарантирует, что потоку наддувочного воздуха не нужно преодолевать градиент по всему пути от охладителя наддувочного воздуха до по меньшей мере одного цилиндра, то есть на всем пути потока присутствует непрерывный уклон.
В двигателе может быть предусмотрен по меньшей мере один турбокомпрессор, содержащий турбину, расположенную в системе отвода выхлопных газов и компрессор, расположенный во впускной системе. При этом охладитель наддувочного воздуха расположен ниже по потоку от компрессора во впускной системе.
Преимущество турбокомпрессора по сравнению, например, с механическим наддувом заключается в том, что не требуется механическое соединение для передачи мощности между компрессором и двигателем внутреннего сгорания. Если механический наддув берет требуемую для привода энергию непосредственно от двигателя, уменьшая при этом его доступную мощность и коэффициент полезного действия, то турбокомпрессор использует энергию горячих выхлопных газов.
В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления двигатель внутреннего сгорания для выполнения наддува оснащен по меньшей мере одним турбокомпрессором. Однако предпочтительными являются варианты, в которых предусмотрено по меньшей мере два турбокомпрессора; при необходимости также возможно сочетание данной системы с механическим наддувом.
Причиной является то, что при использовании отдельного турбокопрессора наблюдается существенный спад крутящего момента при отсутствии определенного количества оборотов. Это объясняется тем, что степень наддува зависит от соотношения давлений в турбине. Например, в дизельном двигателе при уменьшении количества оборотов уменьшается поток выхлопных газов, что приводит к уменьшению перепада давления на турбине. В результате при уменьшении оборотов соответственно уменьшается степень наддува, что равносильно падению крутящего момента.
В этом случае можно принципиально противодействовать падению давления наддува с помощью уменьшения поперечного сечения турбины, что, однако, требует выдувания выхлопных газов при более высоких оборотах и отрицательно влияет на наддув в данном диапазоне скоростей вращения.
Поэтому часто пытаются улучшить характеристики крутящего момента двигателя с турбонаддувом с помощью использования нескольких, например, последовательно подключенных, турбокомпрессоров. С помощью двух последовательно включающихся турбокомпрессоров, из которых один турбокомпрессор выполняет функцию ступени высокого давления, а другой турбокомпрессор выполняет функцию ступени низкого давления, возможно расширение характеристик компрессора как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения потока, проходящего через компрессор, что является преимуществом.
Характеристики крутящего момента двигателя с турбонаддувом могут быть также улучшены с помощью нескольких параллельно подключенных турбокомпрессоров, имеющих турбины с малыми поперечными сечениями, причем эти турбокомпрессоры активируются последовательно.
Предпочтительными являются варианты двигателя внутреннего сгорания, в которых охладитель наддувочного воздуха расположен ниже по потоку от компрессора во впускной системе. В этом случае в охладитель наддувочного воздуха подается сжатый в компрессоре и нагретый из-за данной компрессии наддувочный воздух.
Подаваемые в по меньшей мере один цилиндр малые объемы жидкости являются безопасными для бесперебойной работы двигателя. Конденсат влияет на процесс горения и понижает температуру сгорания за счет теплоты испарения, благодаря чему предпочтительно уменьшается образование оксидов азота.
Еще одно существенное преимущество по сравнению с уровнем техники заключается в том, что предложенная конструкция двигателя внутреннего сгорания не требует ограничения количества выхлопных газов, подаваемых с помощью EGR низкого давления, поскольку нет необходимости в принципиальном предотвращении образования конденсата, или не требуется строе ограничение объемов конденсированной воды. Это позволяет рециркулировать значительно большие объемы выхлопных газов с помощью системы EGR низкого давления. В этом отношении с помощью EGR низкого давления в предложенном двигателе внутреннего сгорания возможна рециркуляция гораздо большего количества выхлопных газов, необходимых для уменьшения выбросов оксидов азота, чем это возможно с помощью систем, известных из уровня техники.
Кроме того, возможно расширение номинальных диапазонов, в которых рециркуляция выхлопных газов осуществляется только с использованием EGR низкого давления. Данный вариант является предпочтительным, поскольку в этом случае при широких рабочих диапазонах двигателя внутреннего сгорания можно отказаться от EGR высокого давления и избавиться от связанных с ней недостатков.
В отличие от EGR высокого давления, в которой выхлопные газы забираются из системы отвода выхлопных газов выше по потоку от турбины, при EGR низкого давления к стороне впуска подводятся выхлопные газы, прошедшие через турбину. При этом EGR низкого давления содержит линию рециркуляции, ответвляющуюся от системы вывода выхлопных газов ниже по потоку от турбины и входящую в систему впуска выше по потоку от компрессора. Выхлопные газы, рециркулируемые с помощью системы EGR низкого давления на сторону впуска, смешиваются со свежим воздухом выше по потоку от компрессора. Создаваемая таким образом смесь свежего воздуха и рециркулированного отработавшего газа образует наддувочный воздух, подаваемый в компрессор и сжимаемый в нем. При этом сжатый наддувочный воздух охлаждается ниже по потоку от компрессора в охладителе наддувочного воздуха. Тот факт, что выхлопные газы проходят через компрессор в ходе EGR низкого давления, не представляет опасности, если выхлопные газы перед этим были подвергнуты обработке, в частности, прошли через сажевый фильтр ниже по потоку от турбины. В этом случае отсутствует риск возникновения отложений в компрессоре, которые могут изменить его геометрию, в частности поперечное сечение протока, и таким образом отрицательно воздействовать на КПД компрессора.
Проблемы, возникающие из-за охлаждения сжатого наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха не могут возникать, поскольку впускной трубопровод в данном случае оснащен каналом, который служит для отвода конденсата и предотвращения нежелательного скопления конденсата в системе впуска. Таким образом, ограничения EGR низкого давления, присутствующие в современном уровне техники, устранены. За счет этого можно воспользоваться преимуществами EGR низкого давления в полном объеме.
В рециркуляционной линии может быть размещен запорный элемент, функционирующий как клапан EGR низкого давления и предназначенный для регулировки объема рециркулируемых выхлопных газов, то есть количества выхлопных газов, рециркулируемых через EGR низкого давления.
Предпочтительными при этом являются варианты осуществления, в которых клапан EGR низкого давления расположен в месте соединения рециркуляционной линии с системой впуска. Предпочтительно, чтобы клапан представлял собой комбинированный клапан, с помощью которого одновременно и согласованно может измеряться количество рециркулируемых выхлопных газов и всасываемого свежего воздуха.
Предпочтительными являются варианты осуществления, в которых в рециркуляционной линии EGR низкого давления предусмотрен второй охладитель. Этот второй охладитель понижает температуру в горячем потоке выхлопных газов, и, таким образом, увеличивает плотность выхлопных газов до того, как выхлопные газы смешаются со свежим воздухом выше по потоку от компрессора. Таким образом, температура свежего заряда еще больше понизится, в результате чего второй охладитель будет способствовать лучшему наддуву.
В системе может быть предусмотрен также перепускной трубопровод для обвода второго охладителя, за счет чего выхлопные газы, рециркулируемые через устройство EGR низкого давления, могут быть введены во впускную систему в обход второго охладителя.
Предпочтительно использование устройства рециркуляции выхлопных газов, которое содержит трубопровод, ответвляющийся от системы вывода выхлопных газов выше по потоку от турбины и входящий во впускную систему ниже по потоку от компрессора. Наличие устройства EGR высокого давления может быть необходимым или целесообразным для достижения большого количества рециркулируемых выхлопных газов, даже если проблема выделения конденсата, благодаря каналу, используемому во впускной линии, больше не приводит к ограничению EGR низкого давления. Необходимо учитывать, что рециркуляция выхлопных газов из выпускного трубопровода во впускной трубопровод требует перепада давлений, т.е. напора, между стороной выпуска и стороной впуска. Для достижения требуемых больших количеств рециркулируемых выхлопных газов также требуется большой перепад давления.
При этом предпочтительными являются варианты двигателя внутреннего сгорания, в которых указанная линия входит в систему впуска ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха. Выхлопные газы рециркулируемые с помощью устройства EGR высокого давления, как правило, не подвергаются последующей обработке. Такие выхлопные газы, по сути, представляют собой неочищенные выбросы двигателя внутреннего сгорания, и по этой причине эти выхлопные газы предпочтительно не должны проходить через охладитель наддувочного во избежание его загрязнения.
Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых охладитель наддувочного воздуха оснащен системой жидкостного охлаждения.
Принципиально существует возможность реализации охлаждения в соответствии с принципом теплообменника в форме воздушного или жидкостного охлаждения. При воздушном охлаждении наддувочный воздух, проходящий через охладитель наддувочного воздуха, охлаждается с помощью воздушного потока, возникающего из встречного потока воздуха и/или создаваемого с помощью вентилятора. Жидкостное охлаждение требует наличия контура охлаждения, возможно, с применением уже имеющегося контура, например, контура охлаждения двигателя. При этом хладагент подается с помощью расположенного в охладительном контуре насоса, что приводит к его циркуляции и протеканию через охладитель наддувочного воздуха. Тепло наддувочного воздуха, отдаваемое хладагенту в охладителе, отводится и снова забирается у хладагента в другом теплообменнике.
По причине значительно большей теплоемкости жидкости по сравнению с воздухом с помощью жидкостного охлаждения может отводиться существенно большее количество тепла, чем с помощью воздушного охлаждения. В связи с этим будет особенно предпочтительным в двигателе с наддувом и рециркуляцией выхлопных газов, если охладитель наддувочного воздуха будет оснащен жидкостным охлаждением, что позволит отводить сравнительно большее количества тепла.
При оснащении двигателя турбонаддувом предпочтительны варианты осуществления, в которых турбина по меньшей мере одного турбокомпрессора имеет изменяемую геометрию, позволяющую выполнить дополнительную адаптацию к соответствующей рабочей точке двигателя за счет регулировки геометрии турбины или эффективного поперечного сечения. При этом в области впуска турбины расположены регулируемые направляющие лопатки для воздействия на направление потока. В противоположность рабочим лопаткам вращающегося рабочего колеса направляющие лопатки не вращаются вместе с валом турбины.
При фиксированной, неизменяемой геометрии турбины направляющие лопатки расположены в области впуска таким образом, чтобы быть не только стационарными, но и полностью неподвижными, т.е. в жестко зафиксированном положении. При изменяемой геометрии, напротив, направляющие лопатки также обязательно расположены так, чтобы быть стационарными, но не полностью неподвижными, чтобы иметь возможность вращения вокруг своей оси, оказывая тем самым воздействие на поток, проходящий через рабочие лопатки.
Несмотря на это, предпочтительными могут быть варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых турбина имеет по меньшей мере один турбокомпрессор с жесткой геометрией. В отличие от варианта с изменяемой геометрией это существенно упрощает работу двигателя и/или нагнетателя с помощью системы управления двигателем. Кроме того, более простая конструкция турбины позволяет снизить расходы на производство турбокомпрессора.
При изготовлении предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания, в головку цилиндра встраивают по меньшей мере один канал для отвода конденсата. При этом основную форму такому каналу можно придать вместе с заготовкой головки цилиндра в процессе литья или с помощью последующей обработки головки цилиндра.
Краткое описание чертежей
Далее полезная модель будет описана на примере и со ссылкой на фигуру, где приведено схематическое изображение общего вида головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Осуществление полезной модели
На фигуре показано схематическое изображение головки 1 цилиндров двигателя внутреннего сгорания, имеющего расположенные в один ряд три цилиндра 2. Таким образом, головка 1 цилиндров представляет собой головку цилиндров трехцилиндрового рядного двигателя.
Каждый цилиндр 2 имеет два впускных отверстия и снабжается наддувочным воздухом через впускную систему, расположенную с впускной стороны 3 головки 1. Впускная система включает в себя впускной коллектор, прикрепленный к соединительному фланцу 6, расположенному на впускной стороне 3 головки 1 цилиндров, и от которого выпускные трубопроводы 4 ведут к впускным отверстиям цилиндров 2.
Каждый из впускных трубопроводов 4 может быть оснащен каналом 5. В частности, каналы 5, входят в стенки впускных трубопроводов. В одном примере стенки могут ограничивать каналы для потока впускных трубопроводов. У каждой стенки есть часть, проходящая в вертикальном направлении. Каждый канал имеет впуск и выпуск, причем впуск расположен вертикально выше выпуска. Вертикальное направление упомянуто для того, чтобы показать направление относительно земли, на которой расположено транспортное средство с рассматриваемым двигателем. Канал 5 проходит через вертикальную часть соответствующей стенки. Таким образом, каналы могут пассивным образом направлять конденсат в цилиндры с помощью гравитационных сил. В результате при работе двигателя в цилиндры будут попадать небольшие количества конденсата, что снизит вероятность его накопления во впускной системе.
В показанном на фигуре примере каналы 5 выполнены в виде открытых желобов 5а и встроены в головку 1 цилиндра. Каналы 5 предназначены для выведения конденсата и его подачи в цилиндры 2. При этом прямолинейные каналы 5 пересекают изогнутые впускные трубопроводы 4 по секущей линии. Однако возможны и другие геометрии каналов, например, каналы могут быть изогнутыми или сужаться в направлении вдоль течения конденсата.
Каждый цилиндр 2 имеет два выпускных отверстия и два впускных отверстия. В каждом из этих отверстий может быть расположен впускной или выпускной клапан.
Двигатель внутреннего сгорания имеет несколько выпускных трубопроводов, сообщающихся с соответствующими выпускными отверстиями цилиндров. Выпускные трубопроводы сливаются в общий соединительный участок, сообщающийся с выпускным коллектором. Выпускной коллектор направляет выхлопные газы в компоненты ниже по потоку, такие как устройства снижения токсичности выбросов, турбины и т.д. Выхлопная система может помимо выпускного коллектора содержать другие трубопроводы. Следует понимать, что выхлопная система может также содержать выпускные клапаны, выпускные каналы и тому подобные элементы. Выхлопная система также может содержать турбину, сообщающуюся с выпускным коллектором. В одном примере турбина может быть соединена с компрессором с образованием турбонагнетателя, однако в других примерах компрессор может приводиться коленчатым валом двигателя.
Двигатель также содержит совокупность впускных трубопроводов, сообщающихся с впускными отверстиями цилиндров. Выше по потоку от впускного коллектора расположена впускная камера, а сам впускной коллектор может быть соединен с головкой 1 цилиндров. Во впускной системе может быть предусмотрен охладитель наддувочного воздуха, например, прикреплен к впускному коллектору. В одном примере охладитель наддувочного воздуха может быть интегрирован во впускной коллектор. Кроме того, выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха может быть расположен компрессор, выполненный с возможностью увеличивать плотность впускного воздуха, протекающего через него. Охладитель наддувочного воздуха забирает тепло от протекающего через него впускного воздуха. Следует понимать, что компрессор, охладитель наддувочного воздуха, впускной коллектор и впускная сборная камера сообщаются друг с другом. При охлаждении наддувочного воздухе может образовываться водяной конденсат.
Двигатель также оснащен устройством рециркуляции выхлопных газов (EGR), которая содержит трубопровод EGR, сообщающийся с впускной системой и с выпускной системой. В частности, трубопровод EGR соединен с впускным коллектором и с выпускным коллектором. Таким образом, трубопровод EGR может быть соединен с впускной системой ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и/или компрессора, но могут быть предусмотрены и другие конфигурации. Например, трубопровод EGR может быть присоединен к впускной системе выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха и/или компрессора, и может быть присоединен к выпускной системе ниже по потоку от выпускного коллектора и/или турбины. Кроме того, охладитель наддувочного воздуха может быть расположен вертикально над впускными каналами. Система EGR также может включать в себя клапан EGR, установленный в трубопроводе EGR и предназначенный для регулировки количества рециркулируемых газов.
Наддувочный воздух может поступать во впускной коллектор по центру, со смещением от центра или сбоку. При боковой подаче наддувочного воздуха во впускной коллектор последний может сужаться в направлении потока, т.е. уменьшать поперечное сечение, по крайней мере, в рядных двигателях. При этом при определенных условиях будет предпочтительным использовать предложенный канал для конденсата только в одном впускном трубопроводе первого цилиндра, чтобы весь конденсат, даже тот, который осел ниже по потоку от первого цилиндра, подавался в первый цилиндр, для чего также может быть предусмотрен дополнительный сборный канал в коллекторе.
При этом возможны варианты конструкции, в которых не все впускные трубопроводы оснащены указанным каналом для отвода конденсата, и/или не все цилиндры имеют по меньшей мере один впускной трубопровод с таким каналом.
Как было упомянуто, каналы 5 предназначены для того, чтобы пассивно направлять конденсат в цилиндры 2 за счет сил гравитации. Таким образом, каналы 5 представляют собой дренажные каналы для конденсата. Тем самым конденсированная при охлаждении жидкость не скапливается в системе впуска между охладителем и цилиндром.
Перечень ссылочных обозначений
1
Головка цилиндров
2
Цилиндр
3
Впускная сторона
4
Впускной трубопровод
5
Канал
5а
Открытый желоб
6
Соединительный фланец
α
Угол наклона канала