ОХЛАДИТЕЛЬ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА, СИСТЕМА И СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ВНУТРИ ОХЛАЖДАЮЩИХ ТРУБОК
INTERCOOLER, SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR CONDENSATION INSIDE COOLING TUBES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к способам и системам контроля уровня конденсации в двигателях с турбонаддувом для предотвращения внезапного избыточного всасывания воды во время сгорания. В частности изобретение относится к способам и системам, в которых для обеспечения скоростей конденсации и испарения, подавляющих скачки всасывания, можно регулировать скорость потока наддувочного воздуха через отдельные охлаждающие трубки охладителя воздуха.
Уровень техники
Многие двигатели внутреннего сгорания имеют турбонагнетатели или компрессоры наддува, способные нагнетать больше воздуха во впускной коллектор двигателя и в камеру сгорания путем сжатия всасываемого воздуха компрессором, который приводится в действие турбиной, использующей энергию потока выхлопных газов двигателя. Однако сжатие всасываемого воздуха приводит к его нагреванию, что, в свою очередь, приводит к уменьшению плотности наддувочного воздуха. Для компенсации нагревания, вызванного турбонаддувом, часто используют охладитель наддувочного воздуха. Охладители наддувочного воздуха ("charge air cooler", далее - САС) могут быть использованы с бензиновыми и дизельными двигателями.
При работе условиях повышенной влажности и низкой температуры размер САС может быть таким, что водяные пары из воздуха конденсируются и накапливаются в САС. Когда потребление двигателем воздуха достигает достаточно высокой скорости, конденсированная вода может забираться из САС и засасываться в двигатель. Однако, если в двигатель очень быстро засасывается слишком много воды, могут возникнуть пропуски зажигания, что может иногда оказаться критичным.
Известно, что существовали различные попытки уменьшить конденсацию в охладителе наддувочного воздуха. Например, в патенте США №7,886,724 на имя Tai и др., раскрыта конструкция охладителя наддувочного воздуха с перепускным каналом охладителя. Устройство обеспечивает прохождение всасываемого воздуха через первый охладитель наддувочного воздуха ниже по потоку второго охладителя и перепускного канала, предназначенного для обхода второго охладителя. Температура входящего воздуха регулируется ниже по потоку первого охладителя наддувочного воздуха путем изменения объема потока всасываемого воздуха через второй охладитель и перепускную линию.
Было обнаружено, что при использовании данного способа возникает ряд проблем. Одна из проблем состоит в том, что, когда входящий воздух проходит через перепускной канал, первый охладитель наддувочного воздуха не охлаждает воздух до достаточно низких температур. Другая проблема состоит в том, что данный способ требует использования двух охладителей наддувочного воздуха, таким образом увеличивая материальные и производственные затраты, затраты на упаковку и другие расходы.
При этом было обнаружено, что при различных значениях давления конденсат наддувочного воздуха может быть удален из охлаждающих трубок охладителя до того, как образуется избыточное количество конденсата, если скорость потока наддувочного воздуха не будет падать ниже определенного минимального уровня. Например, при атмосферном давлении 1 бар минимальная скорость воздушного потока 13 м/с при различных количествах оборотов двигателя может вызвать непрерывное удаление воды и предотвратить избыточную конденсацию. При более высоких скоростях потока наддувочного воздуха скорость удаления воды увеличивается. Однако при низких оборотах двигателя скорость потока наддувочного воздуха через охлаждающий трубопровод может быть слишком низкой для предотвращения накопления избыточного количества конденсата.
С помощью способов и систем, представленных в настоящем изобретении, можно обеспечить поддержание скорости потока в каждой отдельной охлаждающей трубке, где может накапливаться конденсат, выше заданного минимального значения.
Раскрытие изобретения
Согласно изобретению, представлена система контроля конденсации внутри охлаждающих трубок охладителя наддувочного воздуха, предназначенного для использования с двигателем. Система может содержать устройство регулирования потока воздуха, предназначенное для селективного обеспечения скорости потока наддувочного воздуха через каждую отдельную охлаждающую трубку либо на по существу нулевом уровне, либо выше заданной минимальной скорости потока, в соответствии с заданными условиями работы двигателя. Это позволяет предотвратить накопление избыточного конденсата и обеспечить непрерывное удаление из отдельных охлаждающих трубок того конденсата, который может там присутствовать, чтобы избыточный конденсат не мог попасть в камеру сгорания двигателя. Таким образом, можно избежать пропусков зажигания двигателя из-за попадания избыточной воды.
Изобретения также может предусматривать использование охладителя наддувочного воздуха. Охладитель наддувочного воздуха может содержать совокупность регулируемых охлаждающих трубок, которые получают наддувочный воздух на соответствующем первом конце каждой охлаждающей трубки и выводят наддувочный воздух на соответствующем втором конце каждой охлаждающей трубки. Охладитель наддувочного воздуха может также содержать устройство регулирования потока, предназначенное для селективного пропускания наддувочного воздуха через регулируемые охлаждающие трубки, что позволит либо перекрыть поток в определенной трубке, либо обеспечить скорость потока выше заданного минимального значения. Охладитель наддувочного воздуха может также содержать одну или более дополнительных охлаждающих трубок для получения охлаждающего воздуха при рабочем двигателе. Регулируемые охлаждающие трубки и дополнительные охлаждающие трубки все могут входить в общую конструкцию охладителя наддувочного воздуха.
Изобретение также относится к способу регулирования накопления конденсата внутри охлаждающих трубок единственного охладителя наддувочного воздуха. Охладитель наддувочного воздуха может быть выполнен с возможностью подачи охлажденного наддувочного воздуха в двигатель. Таким образом можно контролировать прохождение наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку для поддержания скорости потока в каждой отдельной охлаждающей трубке либо на уровне выше заданной минимальной скорости потока, либо на практически нулевом уровне, в соответствии с условиями работы двигателя.
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание изобретения представлено в упрощенной форме для изложения сущности нескольких концепций, которые будут подробно описаны далее. При этом объект изобретения не ограничен вариантами выполнения, которые исправляют вышеуказанные недостатки или недостатки, упомянутые в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 изображен пример схемы автомобильной системы, содержащей систему впуска воздуха и охладитель наддувочного воздуха по изобретению.
Фиг.2 представляет собой поперечный разрез охладителя наддувочного воздуха, иллюстрирующий пример устройства регулирования потока воздуха по изобретению.
Фиг.3 представляет собой поперечный разрез устройства охладителя наддувочного воздуха, иллюстрирующий другой пример устройства регулирования потока воздуха по изобретению.
Фиг.4А и 4В представляют собой поперечные разрезы, иллюстрирующие другой пример устройства регулирования потока воздуха в первом и втором положениях соответственно.
Фиг.5 представляет собой детальный частичный поперечный разрез охладителя наддувочного воздуха, иллюстрирующий дополнительный пример устройства регулирования потока воздуха по изобретению.
Фиг.6 представляет собой детальный частичный поперечный разрез устройства охладителя наддувочного воздуха, иллюстрирующий еще один дополнительный пример устройства регулирования потока воздуха по изобретению.
Фиг.7 является блок-схемой, иллюстрирующей пример способа регулирования накопления конденсата внутри охлаждающих трубок охладителя наддувочного воздуха.
Фиг.8 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный вариант модификации способа, изображенного на Фиг.7.
Фиг.9 является блок-схемой, иллюстрирующей другой примерный вариант модификации способа, изображенного на Фиг.7.
Фиг.10 является блок-схемой, иллюстрирующей другой примерный вариант модификации способа, изображенного на Фиг.7.
Фиг.11 является блок-схемой, иллюстрирующей другой примерный вариант модификации способа, изображенного на Фиг.7.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример двигателя 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30. Однако в соответствии с изобретением также может быть использовано и другое количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, а также сигналов, вводимых водителем 132 автомобиля с помощью устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для подачи пропорционального сигнала РР о положении педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с установленным в ней поршнем (не изображено). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня переходило во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом автомобиля через трансмиссионную систему 150. Кроме того, для запуска двигателя 10 с коленчатым валом 40 через маховик может быть соединен стартерный двигатель.
Крутящий момент на выходном валу двигателя может быть передан трансформатору крутящего момента (не показан) для приведения в действие системы 150 автоматической трансмиссии. Кроме того, для приведения автомобиля в движение могут быть включены одна или более муфт, включая муфту 154 переднего хода. В одном примере трансформатор крутящего момента может рассматриваться в качестве компонента системы 150 трансмиссии. Кроме того, система 150 трансмиссии может содержать совокупность зубчатых муфт 152, которые могут быть включены, когда необходимо активировать некоторые из фиксированного передаточного числа коробки передач. Более конкретно, с помощью регулирования включения зубчатых муфт 152, трансмиссия может быть переключена между высшей передачей (передача с меньшим передаточным числом) и низшей передачей (передача с большим передаточным числом). Таким образом, разность между передаточными числами позволяет обеспечить меньшую мультипликацию в трансмиссии на высшей передаче, а также обеспечить большую мультипликацию в трансмиссии на низшей передаче. Автомобиль может иметь 4 доступные передачи, где зубчатая передача номер четыре (четвертая передача в коробке передач) является самой высшей доступной передачей, а зубчатая передача номер один (первая передача в коробке передач) является самой низшей доступной передачей. В других вариантах автомобиль может иметь меньше или больше четырех доступных передач. Контроллер может изменять зубчатую передачу (например, повышать или понижать передачу) для регулировки величины крутящего момента, передаваемого в трансмиссии и трансформаторе к колесам 156 автомобиля (т.е. крутящий момент на выходном валу двигателя).
Камеры 30 сгорания могут получать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно соединяться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах воплощения камера 30 сгорания может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
Топливные инжекторы 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует принять во внимание, что также возможно использование впрыска во впускные каналы. Топливо может быть подано в топливный инжектор топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22, для регулировки потока воздуха, поступающего во впускной коллектор. В данном конкретном примере расположение (ТР) дроссельной заслонки 22 может регулироваться контроллером 12, чтобы обеспечить электронное управление положением дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 21 может использоваться для распределения всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. В некоторых вариантах воплощения во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, дроссель выше по потоку компрессора 60 (не показан).
Согласно изобретению, система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направить необходимое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, передаваемое во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг.1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляется от участка выше по потоку турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где EGR направляется от участка ниже по потоку турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку компрессора турбонагнетателя. При эксплуатации система EGR может приводить к образованию конденсата из сжатого воздуха, особенно когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что будет описано более подробно далее.
Двигатель 10 может также содержать компрессионное устройство, например, турбонагнетатель или компрессор наддува, содержащий, по меньшей мере, компрессор 60, размещенный вдоль впускного коллектора 44. Для турбонагнетателя: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другой соединительный механизм. Турбина 62 может быть размещена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в движение компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12.
Выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора (CRV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CRV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры турбонагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». САС 80 может представлять собой САС с переменным объемом. Горячий наддувочный воздух из компрессора 60 поступает во впускное отверстие САС 80, охлаждается по мере прохождения через САС, а затем выходит, попадая во впускной коллектор 44 двигателя. Поток наружного воздуха может попасть в двигатель 10 через переднюю часть автомобиля и пройти через САС, способствуя охлаждению наддувочного воздуха. Дополнительно или альтернативно, во внутренних охлаждающих трубках САС может протекать хладагент, для охлаждения наддувочного воздуха. При уменьшении температуры наружного воздуха или во время влажной или дождливой погоды, когда наддувочный воздух охлаждается ниже температуры конденсации воды, в САС может формироваться и скапливаться конденсат. Когда наддувочный воздух содержит рециркулированные выхлопные газы, конденсат может стать кислотным и вызывать коррозию корпуса САС. Коррозия может привести к нарушению герметичности между системой наддува, атмосферой и, возможно, хладагентом в случае воздушно-водяных охладителей. При определенных условиях конденсат может собираться в нижней части САС, азатем выдавливаться в двигатель при увеличенном потоке воздуха. Если конденсат попал сразу в двигатель во время запуска, то из-за попадания воды может увеличиться вероятность пропусков в зажигании.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (10), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (КАМ) и обычную шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленвалом 140; положение дроссельной заслонки (ТР) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RMP, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В стехимеотрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.
Другими датчиками, которые могут направлять сигналы контроллеру 12, являются температурный датчик 124, расположенный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Также могут иметься другие датчики, не показанные на схеме, например, датчик для определения скорости воздушного потока на входе охладителя наддувочного воздуха и другие датчики. В некоторых примерах микросхема постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирована с помьщью машиночитаемых данных, представляющих инструкции, выполняемые микропроцессорным блоком 102 для выполнения различных процессов двигателя. Также контроллер 12 может управлять системой контроля конденсата в САС, что будет более подробно рассмотрено далее.
Как упоминалось выше, впускной канал 42 может содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для уменьшения температуры турбонагнетаемых входящих газов. Поток хладагента, показанный в качестве входного потока 82 и выходного потока 84, прошедший через совокупность охлаждающих трубок (не показаны), изображен в виде стрелок; т.е. охладитель 80 наддувочного воздуха может содержать вход для получения хладагента и выход для вывода хладагента. Источник входного потока 82 и место назначения выходного потока 84 на схеме не показаны. Хладагент, составляющий входной поток 82 и выходной поток 84, может представлять собой воздух или другую текучую среду, например, воду или подходящий химический хладагент, либо их смесь. В одном случае охладитель 80 наддувочного воздуха может охлаждаться водой, в другом случае - воздухом. Хладагент в охладителе 80 наддувочного воздуха может циркулировать в канале хладагента (не показаны). Следует понимать, что канал хладагента может иметь геометрические параметры, подходящие для обеспечения теплопередачимежду впускным каналом 42 и каналом хладагента. В этом случае нагревание наддувочного воздуха в канале 42 может быть исключено за счет использования совокупности охлаждающих трубок воздушного охладителя 80 наддувочного воздуха. Таким образом, температура всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры 30, может быть уменьшена за счет увеличения плотности воздуха и увеличения эффективности сгорания.
Настоящее изобретение относится к системе и устройству, которые могут обеспечивать прохождение наддувочного воздуха через охлаждающие трубки, по меньшей мере, при минимальной скорости воздушного потока вне зависимости от нагрузки двигателя, для предотвращения накопления водяного конденсата, даже при низких скоростях вращения. В этом случае лучше выполняются требования эффективности двигателя, а также можно избежать внезапного чрезмерного всасывания конденсата из охладителя наддувочного воздуха. Детали примера изображены на Фиг.1, а также на следующих чертежах. Также проиллюстрированы некоторые другие варианты выполнения. Варианты осуществления изобретения, показанные на Фиг.2-6, относятся к системе 210, предназначенной для контроля наличия конденсата внутри охлаждающих трубок 208 охладителя 80 наддувочного воздуха, для использования с двигателем, например, с двигателем 10.
На Фиг.2 и 3 показаны поперечные сечения, иллюстрирующие пример системы охладителя наддувочного воздуха по изобретению. Система 210 может содержать устройство 212 контроля потока воздуха для селективного обеспечения скорости потока наддувочного воздуха через каждую отдельную охлаждающую трубку Т1-Т12, либо на по существу нулевом уровне, либо выше заданного минимального значения, в соответствии с заданными режимами работы двигателя 10. Практически нулевой поток может представлять собой поток, составляющий меньше 1% от максимального потока. При этом минимальная скорость потока может представлять собой минимальную скорость потока выше нуля, основанную на экспериментальных данных, полученных в результате испытаний.
Устройство 212 контроля потока воздуха может регулировать поток, например, путем ограничения потока в некоторых охлаждающих трубках, например, в трубках Т6-Т12. Поток может проходить без ограничений через другие «нерегулируемые» трубки Т1-Т5. Соотношение количества «регулируемых» трубок Т6-Т12 к общему количеству трубок Т1-Т12 может быть определено сначала через определение размера ограниченного потока, т.е. следует убедиться, что поток со скоростью выше заданного минимального значения проходит только через нерегулируемые трубки Т1-Т5, даже при малом потоке воздуха, т.е. при низкооборотных режимах работы двигателя. Могут использоваться другие допущения. В одном примере заданная минимальная скорость потока может составлять около 13 м/с.
Заданные условия работы двигателя 10 могут включать в себя один или более из следующих характеристик: температуру окружающей среды за пределами охладителя 80 наддувочного воздуха; давление за пределами охладителя 80 наддувочного воздуха; относительная влажность за пределами воздушного охладителя 80 наддувочного воздуха; температура двигателя; температура воздушного охладителя 80 наддувочного воздуха; температура и/или давление, и/или относительная влажность, и/или содержание влаги в потоке воздуха ниже по потоку турбонагнетателя; температура и/или давление, и/или относительная влажность, и/или содержание влаги в воздухе выше по потоку турбонагнетателя; температура и/или давление, и/или относительная влажность, и/или содержание влаги во впускном резервуаре 214 охладителя наддувочного воздуха; температура, и/или давление, и/или относительная влажность, и/или содержание влаги в выпускном резервуаре 215 охладителя наддувочного воздуха. Другие условия могут также влиять или определять работу устройства 212 контроля потока воздуха.
Внешние условия по отношению к охладителю наддувочного воздуха могут относиться к условиям окружающей среды за пределами двигателя и/или за пределами автомобиля. Параметры окружающей среды могут измеряться датчиками, обычно предусматриваемыми в конструкции автомобилей, или дополнительными датчиками, которые не используются в обычных автомобилях в настоящее время. Параметры могут быть измерены во всасываемом воздухе выше по потоку турбонагнетателя. В некоторых случаях окружающие условия двигателя и/или автомобиля могут быть доступны через компьютерную сеть, такую как Интернет. Параметры, измеряемые датчиками, могут быть обработаны или интерпретированы с помощью контроллера 12.
Устройство 212 контроля потока воздуха может содержать совокупность клапанов V6-V12, схематично показанных на Фиг.3. Каждый клапан V6-V12 может служить для выборочного допуска или ограничения допуска к одной или более из охлаждающих трубок Т6-Т12. Как изображено на Фиг.2, клапаны V6-V12 могут представлять собой откидные заслонки F6-F12.
Изобретения также предусматривает использование охладителя 80 наддувочного воздуха с двигателем 10. Охладитель 80 наддувочного воздуха может включать в себя совокупность регулируемых охлаждающих трубок Т6-Т12, которые получают наддувочный воздух на соответствующей первой стороне 216 (например, сторона впуска) каждой охлаждающей трубки и выводят наддувочный воздух на соответствующей второй стороне 218 каждой охлаждающей трубки Т6-Т12. Устройство 212 контроля потока воздуха (например, устройство регулирования потока воздуха) может выборочно пропускать наддувочный воздух через регулируемые охлаждающие трубки Т6-Т12 либо для перекрытия потока в определенной трубке, либо для установления скорости потока на уровне выше заданного минимального значения. Охладитель 80 наддувочного воздуха также может содержать одну или более дополнительных охлаждающих трубок Т1-Т5, которые могут быть выполнены с возможностью получения охлаждающего воздуха при рабочем двигателе. В этом случае всегда, когда двигатель работает, и, особенно, когда имеется турбонагнетатель, наддувочный воздух сможет проходить, по меньшей мере, через одну или более дополнительных охлаждающих трубок.
Система 210 может содержать совокупность приводов клапанов для открывания или закрывания соответствующих выбранных отдельных клапанов. Один или более клапан или заслонка могут быть переведены в открытое или частично открытое положение, когда давление на заслонке или другом элементе по изобретению выше заданного значения. Аналогичным образом, одна или более заслонка могут быть переведены в закрытое или частично закрытое положение, когда давление на заслонке или другом элементе по изобретению ниже заданного значения. Регулятор давления может использоваться для изменения соответствующих углов открытия множества заслонок.
Устройство 212 контроля потока воздуха может содержать совокупность заслонок (Фиг.2). Каждая заслонка F6-F12 может иметь первое положение, в котором она перекрывает вторую сторону 218 каждой охлаждающей трубки и ограничивает поток через соответствующую трубку. Каждая заслонка из совокупности заслонок F6-F12 может характеризоваться следующими параметрами: низкий уровень жесткости, позволяющий заслонке прогибаться из первого положения, когда давление внутри соответствующей охлаждающей трубки выше первого уровня; промежуточный уровень жесткости, позволяющий заслонке прогибаться из первого положения, когда давление внутри соответствующей охлаждающей трубки выше второго уровня; и высокий уровень жесткости, позволяющий заслонке прогибаться из первого положения, когда давление внутри соответствующей охлаждающей трубки выше третьего уровня.
Например, совокупность заслонок F6-F12 может включать в себя первую группу заслонок, например, F6 и F7, перекрывающих первую группу охлаждающих трубок Т6 и Т7. Первая группа заслонок F6 и F7 может прогибаться под воздействием первого давления с одной их стороны, открывая, таким образом, первую группу охлаждающих трубок Т6 и Т7, пропуская через них поток. Вторая группа заслонок, например, F8 и F9, может быть расположена таким образом, что перекрывает вторую группу охлаждающих трубок Т8 и Т9. Вторая группа заслонок F8 и F9 прогибается под воздействием второго давления с одной их стороны, открывая, таким образом, вторую группу охлаждающих трубок Т8 и Т9, пропуская через них поток. Третья группа заслонок, например, F10-F12, может быть расположена таким образом, что перекрывает третью группу охлаждающих трубок Т10-Т12. Третья группа заслонок F10-F12 прогибается под воздействием третьего давления с одной их стороны, открывая, таким образом, третью группу охлаждающих трубок, пропуская через них поток. Значение первого давления может быть больше второго и третьего давлений, а второе давление может быть меньше, чем первое и больше, чем третье.
На Фиг.4А и 4В показаны частичные поперечные сечения, иллюстрирующие другой пример устройства регулирования потока воздуха в первом и втором положении соответственно. В этом примере показаны охладитель 80 наддувочного воздуха и система 210, в которых устройство 212 контроля потока воздуха может содержать скользящий элемент 220, который может скользить вдоль концов 222, например, вдоль концов на первой стороне 216 (например, сторона впуска) охлаждающих трубок 208. В этом случае концы 222 трубок 208 селективно или перекрываются, или остаются открытыми, регулируя скорость потока наддувочного воздуха через выбранные охлаждающие трубки 208. В этом случае концы 222 трубок могут плавно и постепенно открываться для поступления наддувочного воздуха. Концы 222 трубок 208 могут быть выборочно перекрыты или открыты для селективного регулирования скорости потока наддувочного воздуха через выборочные охлаждающие трубки 208. Контроллер 12 (Фиг.1) может получать входной сигнал от одного или более датчиков, указывая на один или более условий работы двигателя 10, и направлять выходной сигнал приводному механизму для селективного движения скользящего элемента 220.
На Фиг.5 показан фрагмент поперечного сечения устройства охладителя наддувочного воздуха, иллюстрирующий другой пример устройства регулирования потока воздуха по изобретению. Данный пример иллюстрирует случай, в котором клапаны VX или заслонок FX могут быть смещены в сторону закрытого положения. Каждый из совокупности клапанов VX или заслонок FX может содержать сдвигающий элемент 224 для смещения соответствующего клапана VX или заслонки FX к закрытому положению, прилагая соответствующие заранее выбранные силы смещения. Силы смещения могут быть заданы таким образом, чтобы выборочно открывать клапаны при определенном значении давления. Могут быть использованы различные виды сдвигающих элементов, например, цилиндрическая пружина, торсионная пружина и т.д.
На Фиг.6 показан фрагмент поперечное сечение другого варианта устройства по изобретению. Клапаны V6-V12 могут содержать подвижный элемент 230, который выборочно движется по направлению ко второй стороне 218 каждой соответствующей охлаждающей трубки 208 (например, выходной конец) и от нее. Каждый подвижный элемент может иметь первую часть 232, предназначенную для изолирующего сцепления с соответствующей второй стороной 218, и удлиненную вторую часть 234 (стержень), отходящую от первой части 232. Вторая часть 234 может входить в каждую соответствующую охлаждающую трубку 208, таким образом сокращая площадь поперечного сечения по меньшей мере части потока 236 через соответствующую охлаждающую трубку 208, увеличивая, таким образом, скорость потока наддувочного воздуха, обходящего удлиненную вторую часть 234. Благодаря объему, занимаемому стержнем, путь потока воздуха или канал 236 вокруг удлиненной второй части 234 может быть меньше, а поток воздуха соответственно может двигаться быстрее вблизи конца стержня. В этом случае каждый из подвижных элементов может выборочно увеличивать скорость потока, по меньшей мере со стороны выхода выбранных охлаждающих трубок, так, как это показано на чертеже. В некоторых случаях подвижный элемент 230 может приводиться в движение, например, тросами 238. Также могут быть использованы и другие средства приведения в движение подвижных элементов, в дополнение или вместо перечисленных средств.
В различных вариантах выполнения изобретения охладитель наддувочного воздуха с устройством регулирования потока воздуха может содержать совокупность подвижных элементов. Каждый подвижный элемент может иметь уплотняющую часть для перекрывания доступа к соответствующей охлаждающей трубке при контакте уплотнения с первой или второй стороной соответствующей охлаждающей трубки, перекрывая, таким образом, поток через соответствующую трубку. Устройство регулирования потока может также содержать удлиненную часть, входящую внутрь соответствующей охлаждающей трубки, обеспечивая эффективное уменьшение площади поперечного сечения потока внутри охлаждающей трубки в зоне, окружающей удлиненную деталь. Удлиненная часть может приводиться в движение уплотняющей частью для селективной регулировки длины области с уменьшенным поперечным сечением потока и, таким образом, для регулировки скорости потока в зоне, окружающей удлиненную деталь. Контроллер может получать входной сигнал от одного или более датчиков, предоставляющий информацию об одном или более условий работы двигателя, и направлять выходной сигнал одному и более исполнительным механизмам для селективного передвижения одного или более подвижных элементов.
Фиг.7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа регулирования накопления конденсата внутри охлаждающих трубок охладителя наддувочного воздуха, который обеспечивает подачу охлажденного наддувочного воздуха в двигатель. Способ 700 может предусматривать на этапе 710 регулировку потока наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку для поддержания скорости потока в каждой отдельной охлаждающей трубке либо выше заданного минимального значения, либо на практически нулевом уровне, в соответствии с условиями работы двигателя. Управление прохождением наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку может быть выполнено пассивно или активно. Пассивный контроль может быть осуществлен с помощью устройств и элементов по изобретению. Активный контроль может быть осуществлен с помощью одного или более исполнительного механизма в соответствии с сущностью настоящего изобретения.
Перед и/или во время выполнения методики 710 управления прохождением наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку, способ 700 может предусматривать также осуществление контроля за общей скоростью потока наддувочного воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха в одном или более из следующих элементов: впускном резервуаре, расположенном на стороне входа охлаждающих трубок; выпускном резервуаре, расположенном в стороне выхода охлаждающих трубок; впускной линии, расположенной выше по потоку охладителя наддувочного воздуха; и во впускном коллекторе, расположенном ниже по потоку охладителя наддувочного воздуха.
Фиг.8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант способа 700, показанного на Фиг.7. Методика 710 управления прохождением наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку может предусматривать на этапе 810 размещение запирающих элементов на конце двух или более отдельных охлаждающих трубок для ограничения потока через каждую соответствующую охлаждающую трубку. Модифицированный способ 800 также может подразумевать на этапе 820 смещение каждого запирающего элемента в закрытое положение при помощи устройства смещения. Способ 800 может также предусматривать на этапе 830 выполнение каждого устройства смещения таким образом, чтобы они характеризовались существенно отличающимися значениями сил, необходимых для их смещения. В этом случае запирающие элементы будут открываться при различных значениях давления в охладителе наддувочного воздуха.
Фиг.9 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант способа 700, показанного на Фиг.7. Методика 710 управления прохождением наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку может предусматривать на этапе 910 размещение заслонок в уплотняющем контакте с выпускными концами двух или более отдельных охлаждающих трубок. Модифицированный способ 900 может также предусматривать на этапе 920 использование, по меньшей мере, первой группы заслонок с первым значением жесткости, причем каждая заслонка первой группы отгибается наружу из уплотняющего контакта с выпускным концом, когда давление внутри охладителя наддувочного воздуха соответствует первому значению давления. Модифицированный способ 900 может также подразумевать на этапе 930, по меньшей мере, вторую группу заслонок со вторым значением жесткости, причем каждая заслонка второй группы отгибается наружу из уплотняющего контакта с выпускным концом, когда давление внутри охладителя наддувочного воздуха соответствует второму значению давления, отличному от первого значения давления.
Фиг.10 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант способа 700, показанного на Фиг.7. Методика 710 управления прохождением наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку может предусматривать на этапе 1010 выборочное перемещение подвижных элементов относительно соответствующих концов отдельных охлаждающих трубок. При этом каждый подвижный элемент содержит уплотняющую часть для создания плотного контакта с каждым соответствующим концом и удлиненную часть, выполненную с возможностью вхождения, по меньшей мере частично, в соответствующую охлаждающую трубку и с возможностью перемещения вместе с каждым соответствующим подвижным элементом. Модифицированный способ 1000 может также подразумевать на этапе 1020 селективное регулирование площади поперечного сечения потока в выбранных соответствующих охлаждающих трубках в зоне вокруг удлиненной части, с помощью селективного управления движением каждого соответствующего подвижного элемента.
Фиг.11 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую вариант способа 700, показанного на Фиг.7. Методика 710 управления прохождением наддувочного воздуха через каждую охлаждающую трубку может предусматривать на этапе 1110 скользящее перемещение подвижного элемента для перекрывания и/или открывания выбранных концов охлаждающих трубок.
Следует принимать во внимание, что описанный двигатель 10 представляет собой только примерный вариант, а описанные выше системы и способы могут быть использованы с любым другим подходящим двигателем, имеющим любые другие подходящие компоненты и/или состав компонентов.
Описанные выше специальные методики могут представлять собой одну или более из любого числа стратегий обработки, таких как событийные стратегии, стратегии управления по прерываниям, многозадачные стратегии, многопоточные стратегии и т.д. По этой причине 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 изображения и описания. Одно или более из описанных действий, функций или операций может быть повторено в зависимости от определенной используемой стратегии. Кроме того, описанные операции, функции и/или действия могут графически воспроизводить программный код для машиночитаемого носителя данных в управляющей системе.
Более того, следует принимать во внимание, что описанные выше системы и способы являются иллюстративными, а также то, что эти конкретные варианты воплощения или примеры не являются ограничивающими, т.к. предполагается большое количество их вариаций. Соответственно, сущность представленного изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации различных описанных систем и способов, а так же любые другие и все их эквиваленты. Например, в некоторых вариантах выполнения методика работы охладителя наддувочного воздуха может предусматривать неравномерные открывания потока воздуха в трех или более трубках охладителя наддувочного воздуха при меньшем потоке, и равномерное открывание - при увеличенном потоке. В некоторых вариантах воплощения способ может предусматривать предотвращение образования конденсата в охладителе наддувочного воздуха, включающее в себя следующие действия: поддержание минимальной скорости потока воздуха через группу из трех или более трубок охладителя наддувочного воздуха. При этом при первом условии частично или полностью открывают отдельно одну или более трубку для потока воздуха, а при втором условии частично или полностью закрывают отдельно одну или более трубок для потока воздуха. В другом варианте выполнения система двигателя может содержать следующие элементы: впускной коллектор, выпускной коллектор, совокупность трубок, контрольный блок, совокупность исполнительных механизмов и регулирующий механизм, расположенный рядом со стороной впуска трубок и содержащий скользящий щиток, соединенный с исполнительными механизмами. При этом щиток проходит непрерывно от первого места где все трубки получают поток воздуха, до второго места, где ни одна из трубок не получает потока воздуха, за счет чего щиток облегчает или блокирует прохождение потока воздуха равномерно или неравномерно для любого количества трубок из их общей совокупности.