КОНДЕНСАТНАЯ ЛОВУШКА ВОЗДУШНОГО ОХЛАДИТЕЛЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области автомобилестроения, в частности к воздушному охладителю для впускной системы двигателя, имеющему конденсатную ловушку.
Уровень техники
Для увеличения плотности впускного воздуха во впускной системе двигателя используют компрессоры. За счет сжатия воздуха может быть увеличена эффективность сгорания топлива, уменьшены выбросы и/или снижен расход топлива. Однако сжатие также приводит к увеличению температуры впускного воздуха. Это увеличение температуры воздуха уменьшает его плотность, тем самым, уменьшая эффект от сжатия воздуха. Следовательно, для уменьшения температуры сжатого впускного воздуха в двигателях с наддувом ниже по потоку от компрессоров может быть установлен воздушный охладитель. Воздушные охладители также можно использовать вместе с другими системами транспортного средства, например, с системой рециркуляции выхлопных газов (EGR) для уменьшения температуры выхлопных газов, поступающих во впускную систему.
Воздушные охладители, такие как охладители наддувочного воздуха, могут иметь специальную конструкцию для использования с различными системами двигателя. В частности для конкретного двигателя или транспортного средства могут быть подобраны соответствующие размеры и геометрия воздушных каналов в охладителях. Из-за специальной конфигурации воздушных охладителей для конкретного двигателя снижается возможность их применения с другими двигателями. Например, при использовании определенного воздушного охладителя в двигателе или транспортном средстве другой конфигурации возможны пропуски зажигания двигателя из-за образования конденсата по причине несоответствия размеров. В результате может быть уменьшена эффективность сгорания топливной смеси. Более того, может возрасти количество пропусков зажигания при высокой влажности впускного воздуха, при увеличении крутящего момента (например, при открытой дроссельной заслонке) и/или при понижении передачи трансмиссии.
Из уровня техники известны конденсатные ловушки, используемые с воздушными охладителями в двигателе. Один из вариантов такой ловушки предложен в патентной заявке США №2004/0079079, опубл. 29 апреля 2004 г., которая может быть выбрана в качестве ближайшего аналога полезной модели. В данном документе описана тороидальная ловушка, которая выполнена в трубопроводе, соединяющем охладитель с впускным коллектором двигателя.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала средств для сбора конденсата из охладителя наддувочного воздуха и предотвращения его попадания в цилиндры двигателя.
Предложена конструкция конденсатной ловушки, расположенной выше по потоку от цилиндра двигателя, которая включает в себя удерживающую конденсат перегородку, расположенную внутри выпускного коллектора воздушного охладителя над его нижней стенкой и проходящую от первой боковой стенки до второй боковой стенки выпускного коллектора. При этом удерживающая конденсат перегородка и корпус выходного отверстия выпускного коллектора формируют ограничитель конденсата, имеющий прямое сообщение по текучей среде с выходным отверстием выпускного коллектора.
Удерживающая конденсат перегородка может быть расположена под углом к вертикальной оси, отличным от 90°, например под углом 93-95°.
Нижняя стенка выпускного коллектора воздушного охладителя может представлять собой самую нижнюю внутреннюю точку выпускного коллектора.
Выходное отверстие выпускного коллектора воздушного охладителя может быть направлено вверх, в частности, центральная ось выходного отверстия и вертикальная ось могут образовывать угол от 30° до 60°.
Выпускной коллектор может сообщаться по текучей среде с множеством охлаждающих каналов, по меньшей мере, часть которых расположена выше удерживающей конденсат перегородки. При этом первая и вторая боковые стенки выпускного коллектора воздушного охладителя могут быть параллельны охлаждающим каналам, а между стороной удерживающей конденсат перегородки и выходным отверстием охлаждающего канала может быть сформировано отверстие.
Конденсатная ловушка может быть расположена ниже по потоку от компрессора.
Удерживающая конденсат перегородка может быть выполнена плоской.
В другом аспекте также предложен воздушный охладитель для двигателя, который включает в себя множество охлаждающих каналов, выпускной коллектор, напрямую соединенный с множеством охлаждающих каналов, и описанную выше конденсатную ловушку, сообщающуюся по текучей среде с множеством охлаждающих каналов.
Конденсатная ловушка может иметь отверстие, сформированное между стороной удерживающей конденсат перегородки и выходным отверстием охлаждающего контура.
Выходное отверстие выпускного коллектора воздушного охладителя может быть расположено выше по потоку от цилиндра двигателя.
Использование удерживающей конденсат перегородки позволяет накапливать конденсат при определенных условиях эксплуатации. Кроме того, ограничитель конденсата уменьшает скорость потока скопившегося конденсата в выходное отверстие. В результате уменьшается скорость потока конденсата в находящиеся ниже по потоку цилиндры, тем самым увеличивая эффективность сгорания топливной смеси и уменьшая выбросы. Более того, также уменьшается вероятность пропуска зажигания из-за чрезмерного количества влаги в цилиндрах при воспламенении топливной смеси.
Вышеперечисленные, а также другие преимущества и отличительные особенности настоящего изобретения будут понятны после ознакомления с подробным описанием предпочтительных вариантов реализации полезной модели как отдельно, так и со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение транспортного средства, включающего в себя двигатель и воздушный охладитель с конденсатной ловушкой.
На Фиг. 2 изображен пример впускной системы транспортного средства с Фиг. 1.
На Фиг. 3 изображен другой вид воздушного охладителя, впускного канала и дроссельной заслонки, входящих во впускную систему с Фиг. 2.
На Фиг. 4-6 представлен другой вид выпускного коллектора, входящего в воздушный охладитель с Фиг. 3.
На Фиг. 7 представлена логическая схема способа эксплуатации двигателя.
На Фиг. 2-6 соблюден приблизительный масштаб компонентов, однако при необходимости можно использовать и другие подходящие размеры.
Осуществление полезной модели
Ниже представлено описание воздушного охладителя, имеющего конденсатную ловушку. Конденсатная ловушка расположена в выпускном коллекторе воздушного охладителя и имеет удерживающую конденсат перегородку в виде полки, предназначенную для улавливания конденсата, образующегося в каналах охлаждения выше по потоку от выпускного коллектора воздушного охладителя. Удерживающая конденсат перегородка позволяет направлять конденсат, образующийся в каналах охлаждения, в желаемую область выпускного коллектора. В одном примере удерживающая конденсат перегородка может быть расположена не перпендикулярно вертикальной оси. В этом случае конденсат может быть пассивно направлен в нижнюю часть выпускного коллектора. Также конденсатная ловушка имеет ограничитель конденсата, уменьшающий поток конденсата в выходное отверстие выпускного коллектора. Ограничитель конденсата может быть сформирован корпусом выходного отверстия и удерживающей конденсат перегородкой. Ограничитель конденсата уменьшает скорость потока конденсата в выходное отверстие. В результате уменьшается скорость потока конденсата в находящиеся ниже по потоку цилиндры, тем самым увеличивая эффективность сгорания топливной смеси и уменьшая выбросы. Более того, также уменьшается вероятность пропуска зажигания из-за чрезмерного количества влаги в цилиндрах при воспламенении топливной смеси.
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение двигателя 10 транспортного средства 100. Двигатель 10 выполнен с возможностью передачи двигательной силы транспортному средству. Двигатель 10 имеет первый цилиндр 12 и второй цилиндр 14. В некоторых примерах первый цилиндр 12 может входить в состав первого ряда цилиндров, а второй цилиндр 14 может входить в состав второго ряда цилиндров. Также следует понимать, что в других примерах каждый ряд цилиндров может содержать несколько цилиндров. В одном примере первый цилиндр 12 может быть расположен под углом ко второму цилиндру, отличным от 180°. Однако возможны и другие конфигурации цилиндров, например, двигатели с рядным расположением цилиндров, двигатели с горизонтально-оппозитным расположением цилиндров и т.д. Цилиндр также можно назвать камерой сгорания. Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит четырехтактный цикл, включающий в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска.
Двигатель 10 может иметь систему подачи топлива в цилиндры. Для подачи в цилиндр дозированного количества топлива можно использовать впрыск во впускные каналы и/или прямой впрыск. Кроме того, к цилиндрам (12 и 14) могут быть подключены устройства зажигания для подачи искры зажигания в камеры сгорания. В качестве дополнения или альтернативы можно использовать принцип воспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндрах от сжатия. Кроме того, в цилиндрах могут быть расположены поршни, выполненные с возможностью передавать энергию, образующуюся в цилиндрах, коленчатому валу.
Впускная система 16 обеспечивает подачу впускного воздуха в цилиндры (12 и 14) в двигателе 10. Впускная система 16 включает в себя первый компрессор 18 и второй компрессор 20. Компрессоры расположены параллельно, как изображено на Фиг. 1. Однако в других примерах компрессоры могут быть расположены последовательно. Компрессоры могут быть соединены с турбинами, формируя, таким образом, систему турбонагнетателей, либо могут быть соединены с коленчатым валом, образуя, таким образом, систему нагнетателей. Стрелкой 22 обозначен поток впускного воздуха к первому компрессору 18, поступающий через один или несколько впускных каналов. Аналогичным образом, стрелкой 24 обозначен поток воздуха ко второму компрессору 20, поступающий через один или несколько впускных каналов. Воздушные фильтры 26 расположены во впускных каналах, обозначенных стрелками 22 и 24 соответственно. Воздушные фильтры 26 удаляют твердые частицы из впускного воздуха, проходящего через них.
Воздушный охладитель 28 сообщается по текучей среде с первым компрессором 18 и вторым компрессором 20. Стрелкой 27 обозначен один или несколько впускных каналов, обеспечивающих сообщение между компрессором и воздушным охладителем 28. В примере с Фиг.1 для двигателя, оснащенного компрессорами, воздушный охладитель 28 можно назвать охладителем наддувочного воздуха. Однако следует понимать, что воздушный охладитель 28 может быть использован и в двигателях без наддува. Воздушный охладитель 28 имеет первое входное отверстие 30 и второе входное отверстие 32. Первое входное отверстие 30 сообщается с первым компрессором 18, а второе входное отверстие 32 сообщается со вторым компрессором 20. Воздушный охладитель 28 также имеет впускной коллектор 34, который может содержать первое входное отверстие 30 и второе входное отверстие 32.
Во впускной коллектор 34 поступает впускной воздух из первого входного отверстия 30 и второго входного отверстия 32. Впускной коллектор 34 сообщается с множеством охлаждающих каналов 36, которые обеспечивают отвод тепла от проходящего по ним воздуха. С охлаждающими каналами 36 соединены ребра 38 теплоотвода или другие подходящие устройства теплоотвода. В изображенном примере ребра 38 теплоотвода расположены между охлаждающими каналами 36. Однако допустимо и другое расположение ребер теплоотвода. Воздушный поток может быть направлен через ребра 38 теплоотвода для охлаждения воздуха, проходящего через охлаждающие каналы 36. Таким образом, можно обеспечить охлаждение впускного воздуха, который может иметь повышенную температуру из-за сжатия впускного воздуха, проходящего через компрессоры. Кроме того, при некоторых условиях работы в процессе отвода тепла в охлаждающих каналах может образовываться конденсат. В выпускном коллекторе 42 воздушного охладителя 28 может быть расположена конденсатная ловушка 40, предназначенная для сбора конденсата в желаемой области выпускного коллектора 42 и понижения скорости потока конденсата от воздушного охладителя 28 к расположенным ниже по потоку компонентам. В результате уменьшается скорость потока конденсата в находящиеся ниже по потоку компоненты, например цилиндры, что позволяет увеличить эффективность сгорания топливной смеси и уменьшить выбросы. Более того, с помощью конденсатной ловушки также можно уменьшить вероятность пропуска зажигания из-за чрезмерного количества влаги в цилиндрах при воспламенении топливной смеси.
Выпускной коллектор 42 сообщается по текучей среде с множеством охлаждающих каналов 36. Таким образом, воздух может проходить от охлаждающих каналов 36 в выпускной коллектор 42. Выпускной коллектор 42 и впускной коллектор 34 могут быть напрямую соединены с множеством охлаждающих каналов. Выпускной коллектор имеет выходное отверстие 44.
Выходное отверстие 44 сообщается с дросселем 46 через один или несколько впускных каналов, обозначенных стрелкой 48. Дроссель 46 предназначен для изменения давления на выходе впускной системы 16. Дроссель 46 сообщается с первым цилиндром 12 и вторым цилиндром 14 через впускные каналы, впускные коллекторы и т.д., как показано с помощью стрелок 50.
Выпускная система 52 принимает выхлопные газы из цилиндров (12 и 14). Стрелками 54 обозначен один или несколько выпускных каналов, выпускных коллекторов и т.д. Выпускная система 52 также имеет устройство 56 снижения токсичности выхлопных газов, которое сообщается с первым цилиндром 12 и вторым цилиндром 14. Выпускная система 52 также может иметь первую и вторую турбины (не показаны), соединенные с первым и вторым компрессорами соответственно. Соответствующие турбины и компрессоры могут входить в состав турбонагнетателей. Однако как было сказано ранее, компрессор может быть соединен с коленчатым валом двигателя. Стрелкой 58 обозначен поток выхлопного газа из устройства 56 снижения токсичности выхлопных газов в окружающую среду.
Следует понимать, что в других примерах относительное расположение компонентов воздушного охладителя 28, изображенного схематически на Фиг. 1, может быть другим. На Фиг. 2-6 представлено подробное изображение примера воздушного охладителя 28.
На Фиг. 2 изображен пример двигателя 10 и впускной системы 16 с Фиг. 1, в частности, воздушный охладитель 28, входящий в состав впускной системы 16. Как было сказано ранее, воздушный охладитель 28 имеет первое входное отверстие 30, второе входное отверстие 32, впускной коллектор 34, выпускной коллектор 42, а также множество охлаждающих каналов 36. Как было сказано ранее, с охлаждающими каналами 36 могут быть соединены ребра теплоотвода или другие подходящие устройства охлаждения. В некоторых примерах воздух может быть пропущен через ребра теплоотвода для охлаждения воздуха, проходящего через охлаждающие каналы.
Впускной трубопровод 200 напрямую соединен с выходным отверстием 44. Аналогичным образом впускные трубопроводы 202 напрямую соединены с входными отверстиями (30 и 32). К впускному трубопроводу 200 подключен дроссель. Ниже по потоку от дросселя 46 расположен впускной коллектор 204, который обеспечивает подачу впускного воздуха в цилиндры двигателя 10. Как показано, впускной коллектор 204 может быть расположен в углублении между двумя рядами цилиндров. Однако допустимо и другое расположение впускного коллектора.
На Фиг. 3 изображен воздушный охладитель 28, впускной трубопровод 200, дроссель 46 и впускной коллектор 204 с Фиг. 2. Следует понимать, что впускной коллектор 204, изображенный на Фиг. 3, сообщается с цилиндрами (12 и 14), изображенными на Фиг. 1. Для фиксации воздушного охладителя в системе впуска можно использовать болты 300 или другие подходящие средства крепления. Также в соответствии с Фиг.3 воздушный охладитель 28 может быть расположен под углом 310 к вертикальной оси. В одном примере угол 310 равен 20°, однако допустима и другая ориентация воздушного охладителя. Например, воздушный охладитель 28 может быть расположен параллельно вертикальной оси.
На Фиг. 3 изображены охлаждающие каналы 36, впускной коллектор 34 и выпускной коллектор 42 воздушного охладителя 28. Выходное отверстие 44 в выпускном коллекторе 42 напрямую соединено с впускным каналом 200. Таким образом, в цилиндры двигателя может поступать охлажденный воздух, пропущенный через воздушный охладитель 28. Для повышения прочности конструкции во впускном и выпускном коллекторах (34 и 42) также имеются ребра жесткости 302.
На Фиг. 4 изображен выпускной коллектор 42 воздушного охладителя 28 с Фиг. 3. Как показано, выпускной коллектор 42 имеет выходное отверстие 44, первую боковую стенку 400, вторую боковую стенку 402, продольную стенку 404 и нижнюю стенку 406. Нижняя стенка 406 представляет собой самую нижнюю внутреннюю точку 409 выпускного коллектора 42.
Охлаждающие каналы 36 изображены на Фиг. 4 соединенными с выпускным коллектором 42. Стрелками 408 обозначен основной поток впускного воздуха из охлаждающих каналов в выпускной коллектор 42. Ребра 38 теплоотвода показаны на Фиг. 4 расположенными между охлаждающими каналами 36. Охлаждающие каналы 36 могут быть ориентированы под прямым углом к вертикальной оси, однако допускаются и другие ориентации охлаждающих каналов.
Также на Фиг. 4 изображено выходное отверстие 44, которое направлено вертикально. Следует понимать, что выходное отверстие 44 может сообщаться по текучей среде с расположенными ниже по потоку цилиндрами.
Также на Фиг. 4 изображена конденсатная ловушка 40. Конденсатная ловушка 40 включает в себя удерживающую конденсат перегородку 410, которая может быть ориентирована таким образом, чтобы принимать конденсат из охлаждающих каналов 36, изображенных на Фиг. 3. Также показан угол 412 между перегородкой 410 и вертикальной осью. В одном примере перегородка 410 может быть ориентирована не перпендикулярно вертикальной оси. Например, перегородка 410 может быть расположена под углом 93°-95° к вертикальной оси. В изображенном на Фиг. 4 примере удерживающая конденсат перегородка 410 практически плоская, однако допустимы и другие ее конфигурации. Например, удерживающая конденсат перегородка 410 может иметь вогнутую или выпуклую форму.
При некоторых условиях эксплуатации в охлаждающих каналах 36 может образоваться конденсат, который потечет в выпускной коллектор 42. Стрелками 429 изображено общее направление потока конденсата из охлаждающих каналов 36, изображенных на Фиг. 2. Таким образом, конденсат может протекать вниз к выходному отверстию 44 в сторону удерживающей конденсат перегородки 410. Следовательно, верхняя поверхность 420 перегородки 410 может принимать капли конденсата из охлаждающих каналов 36, расположенных вертикально над перегородкой.
Удерживающая конденсат перегородка 410 может быть ориентирована не под прямым углом к вертикальной оси. В этом случае конденсат может стекать к концу 422 перегородки 410. Конец 422 перегородки 410 расположен на некотором расстоянии от выходного отверстия 44. Таким образом, капли конденсата могут падать на удерживающую перегородку и стекать к концу 422 перегородки. Стрелкой 424 изображено общее направление потока конденсата на верхней поверхности 420 перегородки. В этом случае конденсат может скапливаться в нижней части 426 выпускного коллектора 42. Нижнюю часть можно назвать участком сбора конденсата. По крайней мере частично участок сбора конденсата может быть ограничен корпусом 428 выпускного коллектора 42.
На Фиг. 4 также изображен ограничитель 430 конденсата. Ограничитель 430 конденсата расположен между удерживающей конденсат перегородкой 410 и корпусом 432 выходного отверстия. По существу, часть удерживающей конденсат перегородки 410 расположена на некотором расстоянии от корпуса 432 выходного отверстия. Ограничитель 430 конденсата уменьшает скорость потока конденсата в выходное отверстие 44 из участка сбора конденсата, расположенного под перегородкой 410. Когда снижается скорость потока конденсата к компонентам, расположенным ниже по потоку от воздушного охладителя, увеличивается эффективность сгорания топлива, уменьшается выброс, а также вероятность пропуска зажигания. Кроме того, в конструкцию ограничителя конденсата можно добавить сетку или любое другое устройство для искажения потока. Таким образом, в некоторых примерах сетка может, по крайней мере частично, перекрывать ограничитель конденсата.
На Фиг. 5 изображен другой вид выпускного коллектора 42, изображенного на Фиг. 4. Удерживающая конденсат перегородка 410 проходит от первой боковой стенки 400 до второй боковой стенки 402. Поперечная ось представлена для наглядности. На Фиг. 5 также изображена продольная стенка 404 выпускного коллектора. Также на Фиг. 5 изображен угол 500 между центральной осью 502 выходного отверстия 44 и вертикальной осью. В одном примере угол 500 может быть равен 30°-60°, однако допустимы и другие значения угла. Удерживающая конденсат перегородка 410 и участок 426 сбора конденсата также изображены на Фиг. 4.
На Фиг. 6 изображен другой вид выпускного коллектора 42, изображенного на Фиг. 4. На Фиг. 6 изображена первая боковая стенка 400 и вторая боковая стенка 402 выпускного коллектора 42. Первая и вторая боковые стенки могут быть расположены параллельно охлаждающим каналам 36. На Фиг. 5 также изображена продольная стенка 404 выпускного коллектора. Продольная ось представлена для наглядности. На Фиг.6 также изображена конденсатная ловушка 40, входящая в состав выпускного коллектора 42. Отверстие 600 конденсатной ловушки 40 выполнено между стороной 602 удерживающей конденсат перегородки и выходным отверстием 604 охлаждающего контура Отверстие 600 позволяет конденсату протекать из охлаждающих каналов 36 к участку 426 сбора конденсата с верхней поверхности 420 перегородки 410. Отверстие 600 представляет собой входное отверстие для участка 426 сбора конденсата. Поперечное сечение отверстия 600 может быть больше, чем поперечное сечение ограничителя 430 конденсата, изображенного на Фиг. 4. В данном случае конденсат может скапливаться при определенных условиях работы. В частности, конденсат может скапливаться в участке 426 сбора конденсата, когда скорость воздушного потока, проходящего через воздушный охладитель, ниже порогового значения, а когда скорость воздушного потока, проходящего через воздушный охладитель, больше порогового значения, конденсат может вытекать из участка сбора конденсата.
На Фиг. 7 представлена процедура 700 работы воздушного охладителя. Процедура 700 может быть выполнена двигателем и воздушным охладителем, описанными выше со ссылкой на Фиг. 1-6, либо может быть осуществлена в другом подходящем двигателе и воздушном охладителе.
На этапе 702 происходит сбор конденсата в конденсатной ловушке выпускного коллектора воздушного охладителя. При этом конденсатная ловушка содержит удерживающую конденсат перегородку, расположенную внутри выпускного коллектора воздушного охладителя над нижней стенкой выпускного коллектора и проходящую от первой боковой стенки до второй боковой стенки выпускного коллектора. В одном примере удерживающая конденсат перегородка расположена не перпендикулярно к вертикальной оси. В другом примере воздушный охладитель расположен ниже по потоку от компрессора.
Далее на этапе 702 конденсат протекает через ограничитель конденсата, сформированный удерживающей конденсат перегородкой и корпусом выходного отверстия. В одном примере этап 702 может быть выполнен, когда объемный поток воздуха через выходное отверстие превысит пороговое значение.
Вышеописанная конструкция и технология может быть применена в двигателях V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитных двигателях с 4 цилиндрами и других типах двигателей.