АВТОМОБИЛЬНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ОХЛАДИТЕЛЕМ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА
VEHICLE WITH CHARGE AIR COOLER AND SUPERCHARGING AIR COOLING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается автомобильного транспортного средства, содержащего двигатель и систему обогрева и кондиционирования воздуха на основе хладагента, и, в частности, использования хладагента из системы обогрева и кондиционирования воздуха для охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в двигатель.
Уровень техники
Известна методика увеличения плотности воздушно-топливной смеси двигателя путем повышения давления потока впускного воздуха перед его вводом в цилиндр двигателя. Такое принудительное нагнетание может быть осуществлено путем «турбонаддува» или «надудва» двигателя, причем его в основном используют для увеличения удельной мощности двигателя (измеряемой в ваттах на кубический метр).
Следует учитывать, что, поскольку давление непосредственно связано с температурой, то по мере повышения компрессором давления потока впускного воздуха компрессор также увеличивает температуру потока впускного воздуха. Кроме того, в случае использования турбонагнетателя, температура воздуха также может быть увеличена вследствие теплопередачи между горячей и холодной сторонами турбонагнетателя.
Кроме того, в современных двигателях широко применяют рециркуляцию части отработавших газов, выходящих из двигателя, на впуск двигателя в рамках процесса, часто называемого рециркуляцией отработавших газов (РОГ). Такие рециркулируемые отработавшие газы имеют сравнительно высокую температуру и способствуют повышению температуры наддувочного воздуха, подаваемого в двигатель.
Существует несколько причин, по которым температуру наддувочного воздуха желательно сохранять как можно более низкой. Во-первых, холодный воздух обладает большей плотностью, в связи с чем охлаждение входящего потока наддувочного воздуха увеличивает массу воздуха, всасываемого в двигатель, что может привести к увеличению мощности двигателя.
Во-вторых, уровень выбросов оксидов азота (NOx) из двигателя в сильной степени зависит от температуры сгорания в цилиндрах двигателя. Таким образом, для максимального снижения пиковых значений температуры сгорания с целью предотвращения чрезмерных выбросов NOx из двигателя желательно обеспечить охлаждение наддувочного воздуха (будь то чистый атмосферный воздух или смесь атмосферного воздуха с рециркулируемыми отработавшими газами).
Для снижения температуры наддувочного воздуха в соответствии с известными технологиями предусматривают охлаждение наддувочного воздуха при помощи воздуховоздушного промежуточного охладителя (интеркулера). Интеркулер представляет собой теплообменник, расположенный в воздушном потоке между компрессором и впускным коллектором двигателя. Теплообменник использует для охлаждения наддувочного воздуха атмосферный воздух, подаваемый в интеркулер, причем для повышения степени поглощения теплоты из наддувочного воздуха и ее излучения в окружающую среду могут быть предусмотрены ребра.
Известные интеркулеры обладают рядом недостатков, в число которых входят сравнительно большие размеры, необходимые в связи со сравнительно низким к.п.д. охлаждения такого оборудования. Большие размеры интеркулера, соответствующего известным технологиям, часто затрудняют его размещение в двигательном отсеке современного автомобильного транспортного средства в положении, оптимальном для обеспечения подачи в него атмосферного воздуха. Данный недостаток особенно значителен в случае малоразмерных автомобилей при том, что в малоразмерных автомобилях все чаще используют двигатели с наддувом для обеспечения возможности уменьшения размеров двигателя.
Другой недостаток состоит в том, что даже при оптимальном расположении теплообменника в автомобильном транспортном средстве температура атмосферного воздуха, поступающего в интеркулер, представляет собой нерегулируемую величину. Следует понимать, что скорость теплообмена между наддувочным воздухом и атмосферным воздухом зависит от разности температур атмосферного воздуха, поступающего в интеркулер, и охлаждаемого наддувочного воздуха. Таким образом, при постоянной температуре наддувочного воздуха скорость теплообмена значительно ниже при высокой температуре атмосферного воздуха, чем при низкой температуре атмосферного воздуха.
Кроме того, минимальная температура наддувочного воздуха, которая может быть получена в воздуховоздушном интеркулере, всегда по необходимости выше, чем температура атмосферного воздуха. Таким образом, если температура атмосферного воздуха высока, существует физическое ограничение на температуру наддувочного воздуха, которая может быть получена в интеркулере, соответствующем известным технологиям. Известная попытка преодоления этого ограничения была предпринята в патентной публикации Германии №102011056616 путем предложения интеркулера для двигателя, использующего испаритель контура охлаждения для охлаждения воздуха, поступающего в интеркулер. Такая конструкция обеспечивает возможность уменьшения температуры воздуха, используемого для охлаждения наддувочного воздуха, ниже температуры окружающей среды.
Однако потребность в охладителе наддувочного воздуха, компактном, недорогом в производстве и способном к работе с высоким к.п.д. вне зависимости от места его установки в двигательном отсеке, по-прежнему существует.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении охладителя наддувочного воздуха для автомобильного транспортного средства, компактного, не использующего для охлаждения наддувочного воздуха потока атмосферного воздуха и экономичного в изготовлении.
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается автомобильное транспортное средство, содержащее двигатель и охладитель наддувочного воздуха, расположенный выше по потоку от двигателя, для охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в двигатель, причем охладитель наддувочного воздуха выполнен с возможностью подачи в него холодного хладагента из системы охлаждения, установленной в автомобильном транспортном средстве, а холодный хладагент выполнен с возможностью охлаждения наддувочного воздуха посредством теплообмена между ними, причем система охлаждения представляет собой систему отопления и кондиционирования воздуха автомобильного транспортного средства на основе хладагента, содержащую первичный испаритель для подачи в кабину автомобильного транспортного средства холодного воздуха, вторичный испаритель, образующий охладитель наддувочного воздуха, установленный параллельно первичному испарителю, электронный контроллер и клапан с электронным управлением, выполненный с возможностью регулирования потока хладагента через первичный и вторичный испарители, причем электронный контроллер выполнен с возможностью регулирования потока хладагента через первичный и вторичный испарители при помощи клапана с электронным управлением в соответствии с результатами сравнения потребности в охлаждении наддувочного воздуха с потребностью в охлаждении кабины.
Выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха может быть расположен интеркулер.
Двигатель может представлять собой двигатель с наддувом, а выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха расположен компрессор наддувочного воздуха.
Компрессор наддувочного воздуха может быть расположен выше по потоку от интеркулера.
Система охлаждения может представлять собой систему отопления и кондиционирования воздуха автомобильного транспортного средства на основе хладагента.
В случае нахождения температуры кабины автомобильного транспортного средства в приемлемых пределах и превышения уровнем выбросов NOx из двигателя автомобильного транспортного средства заданного предела клапан с электронным управлением может изменять поток хладагента для усиления охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в двигатель, преимущественно по сравнению с охлаждением кабины.
В случае нахождения температуры кабины автомобильного транспортного средства в приемлемых пределах и превышения температурой наддувочного воздуха, поступающего в двигатель, заданной температуры клапан с электронным управлением может изменять поток хладагента для усиления охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в двигатель, преимущественно по сравнению с охлаждением кабины.
В случае превышения температурой кабины автомобильного транспортного средства требуемой температуры клапан с электронным управлением может изменять поток хладагента для усиления охлаждения кабины.
Охладитель наддувочного воздуха может охлаждать наддувочный воздух до температуры, меньшей, чем температура атмосферного воздуха, в котором работает автомобильное транспортное средство.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ охлаждения наддувочного воздуха, подаваемого в двигатель автомобильного транспортного средства, включающий в себя установку охладителя наддувочного воздуха в тракте наддувочного воздуха в двигатель и отбор холодного хладагента из системы отопления и кондиционирования воздуха кабины автомобильного транспортного средства на основе хладагента для подачи холодного хладагента в охладитель наддувочного воздуха для охлаждения наддувочного воздуха перед его подачей в двигатель, причем способ дополнительно включает в себя сравнение потребности в охлаждении наддувочного воздуха с потребностью в охлаждении кабины и регулирование потока хладагента в соответствии с результатами такого сравнения.
Способ может дополнительно включать в себя установку интеркулера выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха для частичного охлаждения наддувочного воздуха перед его прохождением через охладитель наддувочного воздуха.
Способ может дополнительно включать в себя регулирование потока хладагента для преимущественного охлаждения наддувочного воздуха в случае превышения уровнем выбросов NOx из двигателя заданного предельного содержания NOx и нахождения температуры кабины в приемлемых пределах.
Способ может дополнительно включать в себя регулирование потока хладагента для преимущественного охлаждения наддувочного воздуха в случае превышения температурой наддувочного воздуха, поступающего в двигатель, заданной температуры и нахождения температуры кабины в приемлемых пределах.
Способ может дополнительно включать в себя регулирование потока хладагента для преимущественного охлаждения кабины в случае превышения температурой кабины автомобильного транспортного средства заданной предельной температуры.
Способ может дополнительно включать в себя регулирование потока хладагента для преимущественного охлаждения кабины в случае невыполнения требований пользователя к температуре кабины.
Краткое описание чертежей
Ниже следует описание примеров осуществления изобретения, приведенное со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:
На фиг. 1 представлена блок-схема автомобильного транспортного средства по первому варианту осуществления первого аспекта изобретения;
На фиг. 2 представлена блок-схема автомобильного транспортного средства по второму варианту осуществления первого аспекта изобретения; и
На фиг. 3 представлена блок-схема автомобильного транспортного средства по третьему варианту осуществления первого аспекта изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлен первый или предпочтительный вариант осуществления автомобильного транспортного средства MV, спроектированного в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
Автомобильное транспортное средство MV содержит двигатель 6 и систему 30 отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) на основе хладагента.
Поток атмосферного воздуха, обозначенный стрелкой А, подают через воздушный фильтр 1 в систему впуска двигателя 6 и пропускают через патрубок во вход компрессора 3. Поток рециркулированных отработавших газов (РОГ) смешивают с атмосферным воздухом выше по потоку от компрессора 3. Регулирование потока РОГ осуществляет клапан 8 РОГ с электронным управлением в соответствии с технологиями, хорошо известными специалистам в данной области.
in
out
Компрессор 3 сжимает смесь атмосферного воздуха с РОГ и подает полученный наддувочный воздух высокого давления в воздуховоздушный интеркулер 4 известной конструкции, в котором происходит его охлаждение в результате взаимодействия с потоком атмосферного воздуха, поступающим извне автомобильного транспортного средства MV в соответствии с технологиями, хорошо известными специалистам в данной области. Охлажденный наддувочный воздух проходит из интеркулера 4 в теплообменник, выполненный в виде охладителя 5 наддувочного воздуха и расположенный ниже по потоку от интеркулера 4, в котором происходит дополнительное охлаждение наддувочного воздуха, после чего наддувочный воздух поступает в двигатель 6 через впускной коллектор 9. Отработавшие газы двигателя 6 выходят из двигателя 6 через выпускной коллектор 9 и проходят через выпускную систему 7, которая может содержать один или несколько устройств дополнительной обработки, после чего выходят в атмосферу, как обозначено стрелкой Е.
Следует понимать, что если компрессор 3 входит в состав турбонагнетателя, то турбина турбонагнетателя, приводящая в действие компрессор 3, расположена на выпускной стороне двигателя 6.
Система 30 отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) представляет собой двухфазный охлаждающий контур, содержащий в данном случае испаритель 10, клапан 11 с электронным управлением, насос 12 хладагента, конденсатор 13, расширительный клапан 14 и электронный контроллер 20.
Испаритель 10 представляет собой теплообменник, используемый для извлечения тепла из проходящего через него воздуха и его передачи газообразному хладагенту, проходящему через испаритель 10. Воздух, проходящий через испаритель 10, может быть выборочно использован для охлаждения пассажирского салона или кабины автомобильного транспортного средства MV, причем для регулирования воздушного потока через испаритель 10 используют нагнетатель или вентилятор (не представлен).
Конденсатор 13 представляет собой теплообменник, используемый для извлечения тепла из жидкого хладагента, проходящего через конденсатор 13, и его передачи воздуху, проходящему через конденсатор 13. Воздух, проходящий через конденсатор 13, может быть выборочно использован для отопления кабины автомобильного транспортного средства MV. Следует понимать, что для регулирования воздушного потока через конденсатор 13, с целью изменения расхода нагретого воздуха, поступающего в пассажирскую кабину, обычно используют нагнетатель или вентилятор.
Также следует понимать, что в некоторых системах отопления и кондиционирования воздуха охлажденный воздух, поступающий из испарителя 10, и нагретый воздух, поступающий из конденсатора 13, перед подачей в кабину смешивают в смесителе с добавлением атмосферного воздуха.
Электронный контроллер 20 управляет насосом 12 хладагента, осуществляя регулирование потока хладагента в контуре охлаждения системы 30 ОВКВ в соответствии с технологиями, хорошо известными специалистам в данной области. Насос 12 хладагента может быть приведен в действие двигателем 6 через отсоединяемый привод или электродвигателем. Хладагент выходит из насоса 12 хладагента в виде горячего газа под высоким давлением и поступает в конденсатор 13. Теплообмен с воздухом, протекающим через конденсатор 13, обеспечивает значительное снижение температуры хладагента к выходу конденсатора 13, а также изменение его фазы с газообразной на жидкую.
Затем жидкий хладагент поступает в расширительный клапан 14, причем при прохождении расширительного клапана 14 происходит его расширение. Это связано с тем, что ниже по потоку от расширительного клапана 14 существует участок низкого давления, создаваемый насосом 12 хладагента, который подает хладагент через расширительный клапан 14 и в место ниже по потоку от расширительного клапана 14, а также с тем, что расширительный клапан значительно ограничивает поток хладагента, проходящий через него. Расширение хладагента приводит к его закипанию и возникновению в нем фазового перехода, который вызывает его испарение в холодный газ. Затем холодный газообразный хладагент проходит от нижней по потоку стороны расширительного клапана 14 через испаритель 10 и регулирующий клапан 11, возвращаясь в насос 12 хладагента для повторения всей процедуры.
Выше по потоку от испарителя 10 расположен входной патрубок вторичного контура охлаждения, соединенный с каналом, соединяющим расширительный клапан 14 с испарителем 10. Вторичный контур охлаждения содержит охладитель 5 наддувочного воздуха и выходной канал, соединенный с клапаном 11 с электронным управлением.
Одна из основных особенностей изобретения состоит в том, что для охлаждения наддувочного воздуха, проходящего через охладитель 5 наддувочного воздуха, используют холодный хладагент, отводимый из системы 30 ОВКВ, а не атмосферный воздух.
Охладитель 5 наддувочного воздуха представляет собой теплообменник, различные варианты конструкции которого могут быть использованы, но который в любом случае выполняет функцию вторичного испарителя, соединенного с системой 30 ОВКВ, и содержит один или несколько каналов, по которым протекает хладагент, отводимый из системы 30 ОВКВ. Передача тепла хладагенту, протекающему по таким каналам, приводит к охлаждению воздушного потока, протекающего через охладитель 5 наддувочного воздуха в двигатель 6.
Следует понимать, что лишь основные компоненты системы 30 ОВКВ представлены на чертежах и раскрыты в описании, и что настоящее изобретение не ограничено использованием системы ОВКВ, точно соответствующей чертежам и описанию.
Электронный контроллер 20 осуществляет управление клапаном 11 с электронным управлением для регулирования потока хладагента через охладитель 5 наддувочного воздуха и испаритель 10 в соответствии с заранее определенными правилами, сохраненными в виде исполнимой программы в электронном контроллере 20.
Электронный контроллер 20 принимает входные сигналы, в целом обозначенные на чертежах ссылочным номером 21. Входные сигналы 21 обычно представляют собой выходные сигналы датчиков, которые электронный контроллер 20 использует для управления работой системы 30 ОВКВ и, в частности, для управления насосом 12 хладагента и работой клапана 11 с электронным управлением.
В число входных сигналов 21 в примере, не накладывающем каких-либо ограничений, входят выходной сигнал датчика температуры атмосферного воздуха, выходной сигнал датчика температуры воздуха в кабине, выходные сигналы одного или нескольких датчиков наддувочного воздуха, выходной сигнал датчика температуры отработавших газов, выходной сигнал датчика температуры хладагента, выходной сигнал датчика NOx в отработавших газах и входной сигнал, отражающий требуемые пользователем автомобиля параметры управления микроклиматом.
Электронный контроллер 20 использует входные сигналы 21 для обеспечения оптимального баланса между охлаждением кабины и охлаждением наддувочного воздуха.
Например, если температура в кабине автомобильного транспортного средства MV превышает требуемую температуру, клапан 11 с электронным управлением обычно изменяет поток хладагента так, чтобы усилить охлаждение кабины автомобильного транспортного средства MV. В частности, это справедливо, если уровень выбросов NOx из двигателя 6 находится в допустимых пределах, и температура наддувочного воздуха, поступающего в двигатель 6, находится в допустимых пределах.
В то же время, если температура в кабине автомобильного транспортного средства MV находится в допустимых пределах, но уровень выбросов NOx из двигателя 6 превышает заданный предел или температура наддувочного воздуха, поступающего в двигатель 6, превышает предпочтительное значение, электронный контроллер 20 изменяет поток хладагента посредством клапана 11 с электронным управлением так, чтобы усилить охлаждение наддувочного воздуха, поступающего в двигатель 6, преимущественно по сравнению с охлаждением кабины автомобильного транспортного средства MV.
Таким образом, электронный контроллер 20 осуществляет в рабочем режиме управление системой 30 ОВКВ и, в частности, клапаном 11 с электронным управлением в соответствии с результатами сравнения потребности в охлаждении наддувочного воздуха и потребности в охлаждении кабины, определенных по одному или нескольким входным сигналам 21.
Клапан 11 с электронным управлением предпочтительно представляет собой регулирующий клапан, в котором может быть изменено соотношение потоков хладагента через охладитель 5 наддувочного воздуха и испаритель 10. Однако в некоторых вариантах осуществления клапан 11 с электронным управлением представляет собой запорный клапан, который либо допускает течение хладагента через охладитель 5 наддувочного воздуха, либо не допускает его.
in
В рабочем режиме атмосферный воздух поступает в систему впуска воздуха двигателя через воздушный фильтр 1, после чего его смешивают с рециркулированными отработавшими газами и сжимают в компрессоре 3. Температура наддувочного воздуха на выходе из компрессора 3 обычно составляет порядка 200°С, и такой горячий наддувочный воздух поступает в интеркулер 4, в котором его охлаждают путем передачи тепла атмосферному воздуху, проходящему через интеркулер 4. Затем более холодный наддувочный воздух проходит через охладитель 5 наддувочного воздуха, в котором происходит его дополнительное охлаждение благодаря теплообмену с хладагентом, протекающим через охладитель 5 наддувочного воздуха. Охлажденный наддувочный воздух поступает в двигатель 6 через впускной коллектор 9, после чего происходит добавление топлива к наддувочному воздуху и сгорание смеси в цилиндре или цилиндрах двигателя 6. Следует понимать, что хотя в случае большинства современных двигателей добавление топлива обычно производят путем прямого впрыска топлива в каждый из цилиндров двигателя 6, настоящее изобретение не ограничено способами или аппаратами, используемыми для добавления топлива.
На опытном двигателе, работающем как дизельный двигатель, было выяснено, что чрезвычайно малое понижение температуры наддувочного воздуха, поступающего в двигатель 6, например, на 5°С, приводит к значительному снижению выбросов NOx.
При использовании только интеркулера по известным технологиям температура наддувочного воздуха может быть снижена интеркулером, например, со 180°С до 40°С. Однако добавление охладителя наддувочного воздуха на основе хладагента, расположенного ниже по потку от интеркулера в соответствии с решением по настоящему изобретению, обеспечивает возможность дополнительного понижения температуры наддувочного воздуха.
Например, использование сочетания интеркулера 4 и установленного ниже по потоку охладителя 5 наддувочного воздуха позволяет понизить температуру наддувочного воздуха с вышеупомянутых 40°С до 30°С. Такое понижение температуры наддувочного воздуха оказывает значительное влияние на снижение выбросов NOx из двигателя 6.
Одно из преимуществ расположения охладителя 5 наддувочного воздуха ниже по потоку от интеркулера 4 состоит в том, что такая конфигурация позволяет понизить температуру наддувочного воздуха ниже температуры атмосферного воздуха, в котором работает автомобильное транспортное средство MV. В то же время, в случае расположения охладителя 5 наддувочного воздуха выше по потоку от интеркулера 4 получение наддувочного воздуха с температурой ниже температуры атмосферного воздуха было бы невозможно в связи с последующим взаимодействием наддувочного воздуха с атмосферным воздухом во время прохождения интеркулера.
На фиг. 2 представлен второй вариант осуществления автомобильного транспортного средства MV, разработанного в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
Второй вариант осуществления в большинстве отношений идентичен вышеописанному автомобильному транспортному средству MV по первому варианту осуществления изобретения и работает аналогичным образом, причем элементы, имеющие одинаковую конструкцию и выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
Единственное значительное различие между первым вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 1, и данным вторым вариантом осуществления состоит в том, что в случае данного второго варианта осуществления изобретения между охладителем 5 наддувочного воздуха и компрессором 3 не установлен интеркулер. Таким образом, все охлаждение наддувочного воздуха, поступающего в двигатель 6, обеспечено охладителем 5 наддувочного воздуха. Такое решение может быть полезно в случае автомобильного транспортного средства, в котором недостаточно места для установки интеркулера по известным технологиям, но существует потребность в сокращении уровня выбросов NOx из двигателя автомобильного транспортного средства. В число примеров таких автомобильных транспортных средств входят, в частности, автомобильные транспортные средства чрезвычайно малых размеров и/или автомобильные транспортные средства, двигатель которых расположен под полом автомобильного транспортного средства.
Как и в ранее описанном случае, охладитель 5 наддувочного воздуха обеспечивает прямое охлаждение наддувочного воздуха путем передачи тепла хладагенту, протекающему через охладитель наддувочного воздуха. Однако в данном варианте осуществления изобретения наддувочный воздух не охлаждают до температуры, равной или меньшей температуры окружающей среды, а лишь охлаждают до температуры, меньшей, чем его температура на выходе из компрессора 3. Это связано с тем, что значительное снижение температуры, необходимое для охлаждения горячего наддувочного воздуха, поступающего из компрессора, до температуры окружающей среды, потребовало бы использования чрезвычайно большого охладителя наддувочного воздуха, а требуемое количество хладагента, отбираемого из стандартной системы отопления и кондиционирования воздуха, потенциально могло бы снизить уровень охлаждения кабины автомобильного транспортного средства до неприемлемого уровня. Однако, как было указано выше, даже сравнительно небольшое понижение температуры наддувочного воздуха, поступающего на вход двигателя, может обеспечить значительное сокращение выбросов NOx из двигателя.
На фиг. 3 представлен третий вариант осуществления автомобильного транспортного средства MV, разработанного в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
Третий вариант осуществления в большинстве отношений идентичен вышеописанному автомобильному транспортному средству MV по третьему варианту осуществления изобретения и работает аналогичным образом, причем элементы, имеющие одинаковую конструкцию и выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
Единственное значительное различие между вторым вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 2, и данным третьим вариантом осуществления состоит в том, что в случае данного второго варианта осуществления изобретения двигатель не является двигателем с наддувом, а представляет собой двигатель с естественным всасыванием атмосферного воздуха, вследствие чего компрессор выше по потоку от охладителя 5 наддувочного воздуха не установлен.
Хотя охлаждение наддувочного воздуха особенно важно для двигателей с наддувом, автор настоящего изобретения пришел к выводу, что использование охлаждения наддувочного воздуха также актуально для двигателей с естественным всасыванием атмосферного воздуха в условиях высокой температуры окружающей среды. Предлагаемые будущие требования к выбросам отработавших газов означают, что достижение заданных уровней выбросов NOx будет все более затруднительным, особенно в странах с высокой температурой атмосферного воздуха.
Использование охладителя наддувочного воздуха типа, предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением, для охлаждения наддувочного воздуха обеспечивает возможность понижения температуры наддувочного воздуха до температуры, меньшей температуры окружающей среды, и приводит к сокращению выбросов NOx из двигателя.
Таким образом, применение охладителя наддувочного воздуха на основе хладагента в двигателях с естественным всасыванием атмосферного воздуха потенциально может облегчить обеспечение соответствия предлагаемым жестким требованиям к уровням выбросов NOx в условиях высокой температуры окружающей среды. Например, если температура атмосферного воздуха равна 40°С, понижение температуры наддувочного воздуха на 10°С до 30°С позволяет получить значительное сокращение выбросов NOx из двигателя.
Хотя в трех вышеописанных вариантах осуществления предусмотрена рециркуляция отработавших газов в точку, расположенную выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха, следует понимать, что настоящее изобретение также может быть выгодно применено к двигателям, в которых отсутствует рециркуляция отработавших газов.
Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в том, что большая часть оборудования, необходимого для обеспечения возможности применения изобретения, уже присутствует в любом автомобильном транспортном средстве, оборудованном системой отопления и кондиционирования воздуха на основе хладагента. Таким образом, дополнительные затраты, связанные с добавлением охладителя наддувочного воздуха, невелики по сравнению с потенциальным экономическим эффектом от сокращения выбросов NOx.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что охладитель наддувочного воздуха либо устанавливают внутри входного патрубка двигателя, либо выполняют в виде части такого входного патрубка. Таким образом, охладитель наддувочного воздуха требует чрезвычайно мало дополнительного пространства и легко может быть размещен в двигательном отсеке.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что охлаждение наддувочного воздуха не зависит от температуры атмосферного воздуха, что обеспечивает возможность значительного сокращения выбросов NOx даже в условиях высокой температуры атмосферного воздуха.
Хотя отбор хладагента из имеющейся системы отопления и кондиционирования воздуха чрезвычайно выгоден с точки зрения стоимости и компоновки, следует понимать, что также может быть предусмотрена отдельная система охлаждения, используемая исключительно для обеспечения подачи холодного хладагента в охладитель наддувочного воздуха.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ улучшения охлаждения наддувочного воздуха для двигателя автомобильного транспортного средства.
Способ включает в себя установку охладителя наддувочного воздуха в тракте наддувочного воздуха к двигателю и подачу холодного хладагента в охладитель наддувочного воздуха для непосредственного охлаждения наддувочного воздуха перед его подачей в двигатель.
Хладагент предпочтительно отбирают из системы отопления и кондиционирования воздуха на основе хладагента, используемой для обеспечения по меньшей мере охлаждения кабины автомобильного транспортного средства.
В оптимальном варианте способ дополнительно включает в себя установку выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха интеркулера для частичного или предварительного охлаждения наддувочного воздуха перед его прохождением через охладитель наддувочного воздуха.
Способ дополнительно включает балансировку потребности в охлаждении наддувочного воздуха и потребности в охлаждении кабины и регулирование потока хладагента через охладитель наддувочного воздуха в соответствии с такими потребностями.
Балансировка потребности в охлаждении наддувочного воздуха и потребности в охлаждении кабины может включать в себя сравнение потребности в охлаждении наддувочного воздуха с потребностью в охлаждении кабины и регулирование потока хладагента через охладитель наддувочного воздуха в соответствии с результатами такого сравнения.
Балансировка потребности в охлаждении наддувочного воздуха и потребности в охлаждении кабины и регулирование потока хладагента через охладитель наддувочного воздуха могут включать в себя преимущественное обеспечение охлаждения наддувочного воздуха в случае превышения уровнем выбросов NOx из двигателя заданного предельного уровня выбросов NOx.
Балансировка потребности в охлаждении наддувочного воздуха и потребности в охлаждении кабины и регулирование потока хладагента через охладитель наддувочного воздуха также могут включать в себя преимущественное обеспечение охлаждения кабины в случае превышения температурой кабины заданного предельного значения температуры или невыполнения требований пользователя к температуре кабины.
Специалистам в данной области должно быть очевидно, что хотя настоящее изобретение было раскрыто на примере одного или нескольких вариантов его осуществления, оно не ограничено описанными вариантами осуществления, и могут быть предусмотрены альтернативные варианты его осуществления, не выходящие за рамки изобретения, определенного прилагаемыми пунктами формулы изобретения.