СИСТЕМА ОХЛАДИТЕЛЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к охладителю наддувочного воздуха.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели с нагнетателем и турбонагнетателем могут быть выполнены с возможностью сжатия окружающего воздуха, поступающего в двигатель, чтобы повышать мощность. Сжатие воздуха может вызывать повышение температуры воздуха, таким образом, охладитель наддувочного воздуха может использоваться для охлаждения нагретого воздуха, тем самым, повышая его плотность и дополнительно увеличивая потенциальную мощность двигателя. Окружающий воздух извне транспортного средства проходит через охладитель наддувочного воздуха, чтобы охлаждать всасываемый воздух, проходящий через внутреннюю часть охладителя наддувочного воздуха. Конденсат может формироваться в охладителе наддувочного воздуха, когда понижается температура окружающего воздуха, или при влажных или дождливых погодных условиях, при которых всасываемый воздух охлаждается ниже температуры конденсации воды. Конденсат может накапливаться на дне охладителя наддувочного воздуха или во внутренних каналах и охлаждающих турбулизаторах. Когда повышается крутящий момент, к примеру, во время разгона, увеличенный массовый расход воздуха может отбирать конденсат из охладителя наддувочного воздуха, втягивая его в двигатель и повышая вероятность пропусков зажигания двигателя.
Другие попытки принимать меры в ответ на пропуски зажигания двигателя, обусловленные засасыванием конденсата, включают в себя избегание накопления конденсата (см. например, US 8136513 B2, F02B 33/02, F02D 41/00, F02M 21/02, F02M 7/087, опубл. 20.03.2012). Однако, авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у таких подходов. Более точно, несмотря на то, что некоторые способы могут уменьшать или замедлять формирование конденсата в охладителе наддувочного воздуха, конденсат все же может накапливаться со временем. Если это накопление не может быть прекращено, засасывание конденсата во время разгона может вызывать пропуски зажигания двигателя. Еще один способ предотвращения пропусков зажигания двигателя вследствие засасывания конденсата включает в себя улавливание и/или дренирование конденсата из охладителя наддувочного воздуха. Несмотря на то, что это может снижать уровни конденсата в охладителе наддувочного воздуха, конденсат перемещается в альтернативное местоположение или резервуар, которые могут быть подвержены другим проблемам с конденсатом, таким как замерзание и коррозия.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В одном из примеров, проблемы, описанные выше, могут быть преодолены посредством системы охладителя наддувочного воздуха, содержащей:
охладитель наддувочного воздуха, содержащий впускную область, присоединенную по текучей среде к множеству каналов теплообмена, и выпускную область, присоединенную по текучей среде к каналам теплообмена;
трубопровод, присоединяющий по текучей среде выпускную область к впускному каналу выше по потоку от компрессора;
воздушный канал, присоединенный к выпускной области охладителя наддувочного воздуха и ведущий во впускной коллектор двигателя; и
контроллер с командами для открывания клапана, расположенного в трубопроводе, при выбранных условиях.
В одном из вариантов предложена система, в которой контроллер включает в себя команды для закрывания сбросового затвора турбины при выбранных условиях.
В одном из вариантов предложена система, в которой выбранные условия включают в себя массовый расход воздуха, находящийся ниже порогового значения в течение порогового количества времени.
В одном из вариантов предложена система, в которой выбранные условия включают в себя количество накопленного конденсата в охладителе наддувочного воздуха, находящееся выше порогового значения.
В одном из вариантов предложена система, в которой количество накопленного конденсата оценено на основании массового расхода воздуха, температуры окружающей среды, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха и давления в охладителе наддувочного воздуха.
В одном из вариантов предложена система, дополнительно содержащая элемент рассеивания, расположенный в трубопроводе.
В одном из вариантов предложена система, в которой трубопровод присоединен к выпускной области охладителя наддувочного воздуха в местоположении, более высоком, чем воздушный канал относительно основания транспортного средства.
Также проблемы, описанные выше, могут быть преодолены способом для охладителя наддувочного воздуха. Способ содержит, в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха, увеличение давления наддува и поддержание запрошенного уровня крутящего момента посредством направления части потока воздуха, выходящего из охладителя наддувочного воздуха, во впускной канал выше по потоку от компрессора.
Таким образом, цикл очистки охладителя наддувочного воздуха может периодически продувать конденсат из охладителя наддувочного воздуха. Цикл очистки охладителя наддувочного воздуха может инициироваться в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха, который может оцениваться на основании массового расхода воздуха в одном из примеров. Посредством увеличения потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха, регулируемые количества конденсата могут выдуваться в двигатель, не вызывая пропусков зажигания. Увеличение потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха и получающееся в результате возмущение крутящего момента, которые могут происходить, если поток воздуха был бы вынужден достигать двигателя, могут быть нейтрализованы посредством направления части воздуха из охладителя наддувочного воздуха обратно во впускной канал выше по потоку от компрессора. Таким образом, цикл очистки может не тревожить водителя транспортного средства. Посредством выполнения этой процедуры очистки, уровни конденсата в охладителе наддувочного воздуха могут поддерживаться на низком уровне, чтобы предотвращать пропуски зажигания двигателя при нормальной работе двигателя.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение двигателя, включающего в себя охладитель наддувочного воздуха.
Фиг. 2 - схематичное изображение охладителя наддувочного воздуха по фиг. 1.
Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ осуществления цикла очистки охладителя наддувочного воздуха согласно варианту осуществления настоящей полезной модели.
Фиг. 4 - графики, иллюстрирующие примерные рабочие параметры двигателя во время цикла очистки охладителя наддувочного воздуха.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В стандартном ездовом цикле двигателя, поток воздуха двигателя может периодически повышаться на короткие продолжительности времени, выраженные сверхмалыми нажатиями педали акселератора, вследствие прохождения транспортным средством небольших возвышений, изменений потока окружающего воздуха, ускорения транспортного средства, и т.д. Эти сверхмалые нажатия педали акселератора могут действовать, чтобы постепенно удалять конденсат, который накопился в охладителе наддувочного воздуха двигателя. Однако, в определенных условиях, таких как когда транспортное средство движется по плоской поверхности, сверхмалые нажатия педали акселератора могут не происходить достаточно часто, чтобы в достаточной мере удалять накопленный конденсат. Таким образом, если поток воздуха двигателя остается ниже порогового значения в течение заданного времени, цикл очистки охладителя наддувочного воздуха может инициироваться, чтобы активно удалять накопленный конденсат.
Цикл очистки может выполняться посредством закрывания сбросового затвора турбонагнетателя, таким образом, повышая давление наддува и поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Этот повышенный поток воздуха может постепенно удалять конденсат из охладителя наддувочного воздуха и направлять конденсат в двигатель регулируемым образом. Чтобы гарантировать, что запрошенный водителем крутящий момент поддерживается, когда увеличивается поток воздуха, клапан, управляющий трубопроводом, присоединенный к выпускной стороне охладителя наддувочного воздуха, может открываться. Трубопровод также может быть присоединен к впускному каналу двигателя выше по потоку от компрессора. Таким образом, посредством открывания клапана, часть потока воздуха, выходящего из охладителя наддувочного воздуха, может направляться обратно во впускной канал выше по потоку от компрессора. Таким образом, поток воздуха в двигатель может поддерживаться, даже в то время как увеличивается поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Фиг. 1 - схема двигателя, включающего в себя охладитель наддувочного воздуха, проиллюстрированный подробнее на фиг. 2, содержащий выпуск, присоединенный по текучей среде к впускному каналу двигателя выше по потоку от компрессора через трубопровод. Фиг. 1 также включает в себя контроллер, выполненный с возможностью исполнять способ по фиг. 3.
Далее, со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 (цилиндр) сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 46 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Время открывания и закрывания выпускного клапана 54 может регулироваться относительно положения коленчатого вала посредством фазировщика 58 кулачков. Время открывания и закрывания впускного клапана 52 может регулироваться относительно положения коленчатого вала посредством фазировщика 59 кулачков. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана. Таким образом, контроллер 12 может управлять установкой фаз кулачкового распределения посредством фазировщиков 58 и 59. Регулируемая установка фаз кулачкового распределения (VCT) может подвергаться опережению или запаздыванию в зависимости от различных факторов, таких как нагрузка двигателя и скорость вращения двигателя (RPM).
Топливная форсунка 66 показана выполненной с возможностью впрыска топлива непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. В качестве альтернативы, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники как впрыск во впускной канал. Топливная форсунка 66 выдает жидкое топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показана). Топливная форсунка 66 питается рабочим током из формирователя 68, который реагирует на действие контроллера 12. В одном из примеров, двухкаскадная топливная система высокого давления используется для формирования более высоких давлений топлива. В дополнение, впускной коллектор 46 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из впускной камеры 44 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания впускной камеры 44 наддува. Выхлопные газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162, который сжимает воздух в камере 44 наддува. Различные компоновки могут быть предусмотрены для приведения в движение компрессора. Что касается нагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в действие двигателем и/или электродвигателем и может не включать в себя турбину. Таким образом, величина компрессии, подаваемой в один или более цилиндров двигателя через турбонагнетатель или нагнетатель, может регулироваться контроллером 12. Сбросовый затвор 171 турбонагнетателя является клапаном, который предоставляет выхлопным газам возможность обходить турбину 164 через перепускной канал 173, когда сбросовый затвор 171 находится в открытом состоянии. По существу все выхлопные газы проходят через турбину 164, когда сбросовый затвор 171 находится в полностью закрытом положении.
Впускная камера 44 наддува может дополнительно включать в себя охладитель 166 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для понижения температуры нагнетаемых турбонагнетателем или нагнетателем всасываемых газов. В некоторых вариантах осуществления, CAC 166 может быть воздушно-воздушным теплообменником. В других вариантах осуществления CAC 166 может быть воздушно-жидкостным теплообменником.
Горячий наддувочный воздух из компрессора 162 поступает на впуск CAC 166, остывает, по мере того, как он проходит через CAC 166, а затем, выходит, чтобы проходить через дроссель 62 и во впускной коллектор 46 двигателя. Поток окружающего воздуха извне транспортного средства может поступать в двигатель 10 через переднюю часть транспортного средства и проходить через CAC 166, чтобы помогать охлаждению наддувочного воздуха. Конденсат может формироваться и накапливаться в CAC 166, когда понижается температура окружающего воздуха, или во влажных или дождливых погодных условиях, при которых наддувочный воздух охлаждается ниже температуры конденсации воды. Когда наддувочный воздух включает в себя подвергнутые рециркуляции выхлопные газы (из системы рециркуляции выхлопных газов, не показанной на фиг. 1), конденсат может становиться кислотным и подвергать коррозии корпус CAC. Коррозия может приводить к утечкам между зарядом воздуха, атмосферой и возможно охлаждающей жидкостью в случае водно-воздушных охладителей. Для уменьшения накопления конденсата и опасности коррозии, конденсат может собираться на дне CAC 166, а затем, продуваться в двигатель при выбранных условиях работы двигателя, таких как во время событий разгона. Однако если конденсат вводится за один раз в двигатель при событии разгона, может быть повышение вероятности пропуска зажигания или нестабильности сгорания в двигателе (в виде поздних/медленных сгораний) вследствие засасывания воды. Таким образом, как конкретизировано в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 2-4, конденсат может продуваться из CAC 166 в двигатель в управляемых условиях. Управление продувкой может помогать уменьшать вероятность событий пропусков зажигания двигателя.
В одном из примеров, конденсат может проактивно продуваться из CAC 166 посредством увеличения потока воздуха через CAC 166 наряду с поддержанием потока воздуха на впуск двигателя, чтобы поддерживать требование крутящего момента. Для увеличения потока воздуха через CAC 166, сбросовый затвор 171 может закрываться, увеличивая давление наддува, а отсюда, количество и/или скорость воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха. Для поддержания потока воздуха в двигатель даже с повышенным давлением наддува, по меньшей мере часть воздуха из CAC 166 может направляться обратно на впуск выше по потоку от компрессора. Например, трубопровод 140 может присоединять по текучей среде выпуск CAC 166 к впуску компрессора 162. Клапан 142, расположенный в трубопроводе, может открываться, чтобы направлять воздух из CAC 166 в компрессор 162. Клапан 142 может быть пригодным клапаном с пневматическим, гидравлическим, электронным приводом, и т.д. В одном из примеров, клапан 142 может быть электронным клапаном рециркуляции компрессора (eCRV), расположенным скорее на выпуске охладителя наддувочного воздуха, нежели в компрессоре.
CAC и связанные трубопроводы и компоненты, показанные на фиг. 1, являются неограничивающими, так как возможны другие конфигурации. Например, клапан 142 может быть расположен скорее в выпускном резервуаре CAC, чем в трубопроводе 140. Кроме того, несмотря на то, что трубопровод 140 показан на фиг. 1 в качестве являющегося отдельным от выпуска воздуха CAC, который присоединен к двигателю, в некоторых вариантах осуществления, одиночный выпуск CAC может вести как в двигатель, так и во впускной канал выше по потоку от компрессора (например, выпускной трубопровод из CAC может разветвляться, причем, одна ветвь ведет в двигатель, а другая ведет во впускной канал).
Система 88 зажигания без распределителя выдает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на действие контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода выхлопных газов (UEGO) показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от турбины 164. В качестве альтернативы, двухрежимный датчик кислорода выхлопных газов может использоваться вместо датчика 126 UEGO.
В некоторых примерах, двигатель может быть присоединен к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в транспортном средстве с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию, либо их варианты или комбинации. Кроме того, в некоторых примерах, могут применяться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
При работе, каждый цилиндр в двигателе 10 типично подвергается четырехтактному циклу: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 46, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). В такте сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как воспламенение, впрыснутое топливо воспламеняется свечой 92 зажигания, приводя к сгоранию. Установка момента искрового зажигания может управляться, чтобы искра возникала до (с опережением) или после (с запаздыванием) предписанного производителем момента времени. Например, установка момента зажигания может подвергаться запаздыванию от установки момента максимального тормозного момента (MBT) для борьбы с детонацией в двигателе или подвергаться опережению в условиях высокой влажности. В частности, MBT может подвергаться опережению, чтобы учитывать низкую скорость горения. В такте расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Коленчатый вал 40 может использоваться для приведения в движение генератора 168 переменного тока. В заключение, в такте выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливно-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное показано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительные или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана, или различные другие примеры.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения педали, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания силы, приложенной водителем 132 транспортного средства; измерение абсолютного давления в коллекторе двигателя (MAP) с датчика 122 давления, присоединенного к впускному коллектору 46; измерение давления наддува (Наддув, Boost) с датчика 123 давления; измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; измерение положения дросселя (TP) с датчика 5; и температуру на выпуске охладителя 166 наддувочного воздуха с датчика 124 температуры. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном варианте настоящей полезной модели, датчик 118 положения двигателя вырабатывает сигнал профильного считывания зажигания (PIP). Это вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться скорость вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту). Отметим, что могут использоваться различные комбинации вышеприведенных датчиков, такие как датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. При стехиометрической работе, датчик MAP может давать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с выявленной скоростью вращения двигателя, может давать оценку заряда (включающего в себя воздух), введенного в цилиндр. Другие не изображенные датчики также могут присутствовать, такие как датчик для определения скорости всасываемого воздуха на впуске охладителя наддувочного воздуха, и другие датчики.
Более того, контроллер 12 может поддерживать связь с различными исполнительными механизмами, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя, такие как топливные форсунки, впускная воздушная дроссельная заслонка с электронным управлением, свечи зажигания, распределительные валы, и т.д. Различные исполнительные механизмы двигателя могут управляться, чтобы обеспечивать или поддерживать требование крутящего момента, как предписано водителем 132 транспортного средства. Эти исполнительные механизмы могут регулировать определенные параметры управления двигателем, в том числе: регулируемую установку фаз кулачкового распределения (VCT), топливно-воздушное соотношение (AFR), нагрузку генератора переменного тока, установку момента зажигания, положение дросселя, и т.д. Например, когда указано увеличение PP (например, при нажатии педали акселератора) с датчика 134 положения педали, требование крутящего момента увеличивается.
В ответ на уровень конденсата в CAC 166, контроллер 12 может закрывать сбросовый затвор 171, увеличивая поток всасываемого воздуха. Как конкретизировано в материалах настоящего описания на фиг. 2-4, увеличенный поток воздуха, имеющийся в распоряжении вследствие повышенного давления наддува, преимущественно может использоваться для продувки конденсата из CAC 166 на впуск двигателя. Клапан 142 в трубопроводе 140 может открываться, чтобы направлять добавочный поток воздуха обратно на впуск выше по потоку от компрессора 162, чтобы поддерживать уровень запрошенного крутящего момента. Кроме того, регулирование дросселя 62 и/или регулирование установки момента зажигания может использоваться для поддержания крутящего момента при продувке. Кроме того еще, повышение нагрузки генератора переменного тока может обеспечивать компенсацию крутящего момента. Транспортные средства с электрическими машинами (например, транспортные средства с гибридным приводом) могут быть способны усиливать генератор переменного тока в большей степени, так как они могут иметь больший рабочий диапазон.
Возвращаясь к фиг. 1, в некоторых примерах, постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими команды, исполняемые микропроцессорным блоком 102 для осуществления способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Пример способа описан в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 3.
Далее, со ссылкой на фиг. 2, проиллюстрирован вариант осуществления CAC 166. Фиг. 2 показывает общий вид спереди CAC 166. CAC 166 включает в себя многочисленные выпуски воздуха, в том числе, трубопровод 140, ведущий во впускной канал выше по потоку от компрессора. Повышенное давление наддува может использоваться для выпускания конденсата из охладителя наддувочного воздуха, который может накапливаться в результате высокой влажности окружающего воздуха. Это, например, может происходить на поверхностях каналов теплообмена внутри охладителя наддувочного воздуха, когда поверхности находятся при температуре, меньшей, чем точка росы окружающего воздуха, поступающего в охладитель. Когда конденсат образуется на этих поверхностях охладителя, он может сливаться воедино, например, в нижней точке охладителя наддувочного воздуха.
Как показано на фиг. 2, направление потока воздуха двигателя, поступающего в CAC 166, в целом указано стрелкой 202, а поток воздуха двигателя, выходящий из охладителя 166 наддувочного воздуха, в целом указан стрелкой 204. Однако, следует принимать во внимание, что воздух двигателя может входить и выходить из охладителя 166 наддувочного воздуха в других направлениях потока воздуха, и поток воздуха двигателя, как указанный стрелками 202 и 204, предусмотрен в качестве одного из неограничивающих примеров. Подобным образом, иные геометрии охладителя наддувочного воздуха, чем изображенные на фиг. 2, возможны, не выходя из объема настоящего описания.
Как представлено выше, воздух двигателя может поступать через первый воздушный канал 206 двигателя выше по потоку от CAC 166. Первый воздушный канал 206 двигателя может быть присоединен к впускной области (например, впускному резервуару) CAC 166. Впускная область может быть присоединена по текучей среде к множеству каналов 225 теплообмена. Воздух двигателя затем может охлаждаться посредством теплообмена с окружающим воздухом, в целом показанным под 208, затем может выходить через второй воздушный канала 210 двигателя ниже по потоку от CAC 166. Второй воздушный канал 210 двигателя может быть присоединен к выпускной области (например, выпускному резервуару) CAC 166. Выпускная область также может быть присоединена по текучей среде к множеству каналов теплообмена. Другими словами, воздух двигателя входит на горячей стороне 212 охладителя наддувочного воздуха и выходит на холодной стороне 214 охладителя наддувочного воздуха (направленность потока наддувочного воздуха, в целом показанная стрелками 209), при этом «горячий» и «холодный» указывают относительную температуру воздуха двигателя по мере того, как он проходит через охладитель наддувочного воздуха. Таким образом, окружающий воздух 208 охлаждает сжатый воздух двигателя посредством теплообмена по мере того, как воздух двигателя проходит через охладитель наддувочного воздуха. Однако, сжатый воздух двигателя, поступающий в охладитель наддувочного воздуха, может конденсироваться, как описано выше. В этом смысле, первый воздушный канал 206 может осаждать конденсат внутри охладителя наддувочного воздуха.
Как показано, CAC 166 может включать в себя множество каналов 225 теплообмена и множество каналов 226 окружающего воздуха. Каналы 225 теплообмена могут предусматривать трубопровод для наддувочного воздуха, который должен охлаждаться перетоком охлаждающего воздуха, проходящим через множество каналов 226 окружающего воздуха. Таким образом, сжатый воздух двигателя охлаждается выше по потоку от камер сгорания.
Накопленный конденсат 216 может сливаться воедино в нижней точке охладителя 166 наддувочного воздуха, такой как вдоль поверхности дна охладителя наддувочного воздуха. Накопленный конденсат 216 также может сливаться воедино по поверхностям каналов 225 теплообмена. В определенных условиях, таких как при событии нажатия педали акселератора, накопленный конденсат 216 может выметаться из охладителя 166 наддувочного воздуха через второй воздушный канал 210, как показано пунктирными линиями. Если относительно длительное время протекает между событиями нажатия педали акселератора, количество накопленного конденсата может быть достаточно большим, чтобы вызывать проблемы сгорания, если накопленный конденсат достигает двигателя.
Для предохранения сплошной порции конденсата от достижения двигателя, проактивный цикл очистки может активироваться в определенных условиях. Например, если двигатель работал в течение заданной продолжительности времени, не достигая порогового потока воздуха, может инициироваться цикл очистки. В одном из примеров, если двигатель работал в течение 20 минут, не достигая 12 фунтов/мин потока воздуха, инициируется цикл очистки. Цикл очистки включает в себя увеличение потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха, не направляя избыточный воздух через корпус дросселя в двигатель. Для увеличения потока воздуха двигателя, клапан сбросового затвора (такого как сбросовый затвор 171 по фиг. 1) может закрываться, повышая давление наддува и поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха.
Чтобы поддерживать запрошенный крутящий момент во время цикла очистки, CAC 166 включает в себя трубопровод 140, присоединенный к впускному каналу выше по потоку от компрессора. Клапан 142 в трубопроводе 140 может открываться, чтобы избирательно направлять часть всасываемого воздуха обратно во впускной канал. Таким образом, во время цикла очистки, всасываемый воздух может направляться из CAC 166 как во впускной коллектор двигателя через второй воздушный канал 210, так и впускной канал выше по потоку от компрессора через трубопровод 140.
Чтобы предохранять конденсат от достижения впускного канала и компрессора, трубопровод 140 может быть присоединен к 166 в положение, которое находится выше, чем второй воздушный канал 210 относительно основания транспортного средства. Таки образом, накопленный конденсат, который вероятно сливается воедино в низких местах в CAC 166, предпочтительно продувается в двигатель через второй воздушный канал 210. Однако трубопровод 140 может быть присоединен к CAC 166 в других местоположениях. Кроме того, элемент 218 рассеивания может быть расположен в трубопроводе 140, чтобы разбивать все большие капли конденсата. Элемент 218 рассеивания может быть экраном, множеством планок, дефлектором или другой конфигурацией.
Следует принимать во внимание, что вышеприведенное описание является неограничивающим, и компоненты CAC 166 могут иметь иные пригодные геометрические конфигурации, нежели изображенные на фиг. 2. Дополнительно, следует принимать во внимание, что признаки CAC 166 могут воплощать конфигурации, иные чем изображенные, не выходя из объема настоящей полезной модели. Например, клапан 142 может быть расположен практически в любом местоположении в пределах трубопровода 140 или внутри выпускного резервуара охладителя наддувочного воздуха.
Таким образом, системы, представленные в отношении фиг. 1 и 2, предусматривают охладитель наддувочного воздуха, содержащий впускную область, присоединенную по текучей среде к множеству каналов теплообмена, и выпускную область, присоединенную по текучей среде к каналам теплообмена, трубопровод, присоединяющий по текучей среде выпускную область к впускному каналу выше по потоку от компрессора, и контроллер с командами для открывания клапана, расположенного в трубопроводе, при выбранных условиях. Контроллер может включать в себя команды для закрывания сбросового затвора турбины при выбранных условиях.
Выбранные условия могут включать в себя массовый расход воздуха, находящийся ниже порогового значения в течение порогового количества времени. В других вариантах осуществления, выбранные условия включают в себя количество накопленного конденсата в охладителе наддувочного воздуха, находящееся выше порогового значения. Количество накопленного конденсата может оцениваться на основании массового расхода воздуха, температуры окружающей среды, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха и давления в охладителе наддувочного воздуха.
Система, кроме того, может содержать элемент рассеивания, расположенный в трубопроводе, и/или воздушный канал, присоединенный к выпускной области охладителя наддувочного воздуха и ведущий во впускной коллектор двигателя. Трубопровод может быть присоединен к выпускной области охладителя наддувочного воздуха в местоположении, более высоком, чем воздушный канал относительно основания транспортного средства.
Далее, с обращением к фиг. 3, представлен способ 300 исполнения цикла очистки охладителя наддувочного воздуха. Способ 300 может исполняться контроллером двигателя, таким как контроллер 12, согласно командам, хранимым в нем. Цикл очистки может инициироваться в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха (например, CAC 166). Выполнение цикла очистки может включать в себя этапы, на которых регулируют сбросовый затвор турбонагнетателя, такой как сбросовый затвор 171, и открывают клапан в трубопроводе, присоединяющем охладитель наддувочного воздуха к впускному каналу двигателя выше по потоку от компрессора турбонагнетателя (например, открывание клапана 142 в трубопроводе 140).
На этапе 302, способ 300 включает в себя этап, на котором направляют всасываемый воздух через охладитель наддувочного воздуха в двигатель. Перед выполнением цикла очистки, весь всасываемый воздух из охладителя наддувочного воздуха может направляться в двигатель. Это включает в себя закрывание клапана 142 в трубопроводе 140, присоединяющем охладитель наддувочного воздуха к впускному каналу выше по потоку компрессора. На этапе 304, сбросовый затвор регулируют на основании требуемого давления наддува. Например, положение сбросового затвора может регулироваться для подачи требуемой величины наддува на основании условий в двигателе, таких как скорость вращения и нагрузка, и/или регулироваться для предотвращения импульсной перегрузки турбонагнетателя.
На этапе 306 определяют уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха. Уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха может определяться подходящим образом. Например, как указано на этапе 308, уровень конденсата может логически выводиться на основании уровня потока воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха. Если поток воздуха относительно невелик или является медленным, конденсату может предоставляться возможность накапливаться в охладителе наддувочного воздуха. В еще одном примере, уровень конденсата может определяться на основании модели конденсации, как указано на этапе 310.
Модель может оценивать скорость накопления конденсата и может учитывать входные данные температуры окружающей среды, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха, массового расхода воздуха, потока рециркуляции выхлопных газов (EGR) (если двигатель включает в себя систему EGR), давления в охладителе наддувочного воздуха и влажности. Если влажность не известна (например, если двигатель не включает в себя датчика влажности), влажность может устанавливаться в 100%. Температура и влажность окружающей среды может давать показание точки росы всасываемого воздуха, которая дополнительно может находиться под влиянием количества EGR во всасываемом воздухе (например, EGR может иметь иные влажность и температуру, чем воздух из атмосферы). Разница между точкой росы и температурой на выпуске охладителя наддувочного воздуха указывает, будет ли конденсат формироваться внутри охладителя, и массовый расход воздуха может оказывать влияние на то, сколько конденсата фактически накапливается внутри охладителя.
Более простой механизм для определения уровня конденсата может включать в себя уровень конденсата, который отображается в температуру на выпуске охладителя наддувочного воздуха и нагрузку двигателя или давление в охладителе наддувочного воздуха. Нагрузка двигателя может быть функцией массы воздуха, крутящего момента, положения педали акселератора и положения дросселя, и таким образом, может давать показание скорости потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Например, умеренная нагрузка двигателя, комбинированная с относительно холодной температурой на выпуске охладителя наддувочного воздуха, может указывать высокий уровень конденсата вследствие холодных поверхностей охладителя наддувочного воздуха и относительно низкой скорости потока всасываемого воздуха. Отображение может включать в себя модификатор температуры окружающей среды.
На этапе 312 определяют, является ли уровень конденсата большим, чем пороговое значение. Если уровень конденсата логически выводится на основании потока воздуха, как указано на этапе 308, уровень конденсата может превышать пороговое значение конденсата, когда поток воздуха оставался ниже порогового потока воздуха в течение заданной продолжительности времени. Например, при работе двигателя транспортного средства, когда транспортное средство движется по плоской поверхности, поток воздуха может оставаться ниже порогового потока воздуха, такого как 12 фунтов/мин. Выше этого порогового потока воздуха, конденсат может выдуваться в двигатель, но ниже порогового значения, конденсат может накапливаться в охладителе наддувочного воздуха. Спустя заданную продолжительность времени, такую как 40 минут, если конденсат быстро выдувается в двигатель, к примеру, при событии нажатия педали акселератора, могут возникать пропуски зажигания или другие проблемы сгорания. Таким образом, уровень конденсата может находиться выше порогового значения, а отсюда, цикл очистки может выполняться проактивно, если двигатель работает в течение 40 минут с потоком воздуха ниже 12 фунтов/мин. Кроме того, нагрузка двигателя может оказывать влияние на продолжительность времени, так как большее количество конденсата может накапливаться, когда двигатель работает на более высокой нагрузке. Например, если двигатель является работающим с более высокой нагрузкой (например, вследствие транспортного средства, тянущего прицеп), продолжительность времени может укорачиваться до 20 минут.
Если уровень конденсата определяют на основании модели конденсации, как указано на этапе 310, количество и/или доля накопленного конденсата может сравниваться с пороговым количеством конденсата. В некоторых вариантах осуществления, пороговое значение может быть пороговым значением, выше которого образуется конденсат, и ниже которого конденсат не образуется. Таким образом, какое-нибудь показание конденсата может быть выше порогового значения. Однако, в других вариантах осуществления, пороговое значение может быть установлено, чтобы была предоставлена возможность накапливаться небольшому количеству конденсата.
Если уровень конденсата не находится выше порогового значения, способ 300 переходит на этап 314, чтобы продолжать направлять поток воздуха из охладителя наддувочного воздуха в двигатель и регулировать положение сбросового затвора на основании требуемого давления наддува. Если уровень конденсата находится выше порогового значения, способ 300 переходит на этап 316, чтобы закрывать сбросовый затвор для повышения давления наддува и величины потока воздуха, проходящего через охладитель наддувочного воздуха. Поток воздуха может повышаться больше, чем на величину, запрошенную водителем транспортного средства. Посредством увеличения потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха, накопленный конденсат может выметаться в двигатель. Сбросовый затвор может полностью закрываться, или он может регулироваться на частично закрытое положение. Положение сбросового затвора может определяться на основании уровня конденсата в охладителе наддувочного воздуха, например, если уровень конденсата находится выше, сбросовый затвор может закрываться в большей степени, чем, если уровень находится ниже. Наоборот, если уровень конденсата находится выше, сбросовый затвор может закрываться на меньшую величину, чем если уровень конденсата находится ниже, чтобы предоставлять возможность для постепенного удаления конденсата.
На этапе 318, клапан в трубопроводе, присоединенный к охладителю наддувочного воздуха, открывают, чтобы направлять часть всасываемого воздуха из охладителя наддувочного воздуха обратно во впускной канал выше по потоку от компрессора. Таким образом, добавочный поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха направляется обратно в компрессор вместо направления в двигатель. Таким образом, количество воздуха, подаваемого в двигатель, может поддерживаться, чтобы выдавать запрошенный крутящий момент, снижая возмущения крутящего момента, являющиеся результатом увеличенного потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха. В некоторых вариантах осуществления, положение дросселя и/или установка момента зажигания могут регулироваться для управления крутящим моментом. Например, зажигание может подвергаться опережению, чтобы поддерживать крутящий момент.
На этапе 320, после того, как истекла пороговая продолжительность времени (например, 3 секунды), способ 300 включает в себя этап, на котором закрывают клапан в трубопроводе, чтобы предохранять воздух из охладителя наддувочного воздуха от направления обратно во впускной канал. Таким образом, весь воздух из охладителя наддувочного воздуха направляется в двигатель. Положение сбросового затвора в таком случае может управляться на основании требуемого давления наддува. Способ 300 затем осуществляет возврат.
Таким образом, способ 300 по фиг. 3 предусматривает выполнение цикла очистки охладителя наддувочного воздуха, когда массовый расход воздуха через охладитель наддувочного воздуха и в двигатель остается ниже порогового значения в течение заданной продолжительности времени. Для выполнения цикла очистки, давление наддува может повышаться посредством закрывания сбросового затвора турбонагнетателя, таким образом, увеличивая поток воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Для поддержания запрошенного водителем крутящего момента, часть потока воздуха из охладителя наддувочного воздуха может направляться обратно на впуск выше по потоку от компрессора через трубопровод, присоединяющий по текучей среде выпуск охладителя наддувочного воздуха к впускному каналу выше по потоку от компрессора. Клапан, расположенный в трубопроводе или в месте соединения трубопровода и выпуска охладителя наддувочного воздуха, может открываться, чтобы направлять воздух обратно в компрессор.
Фиг. 4 - схема 400, иллюстрирующая примерные рабочие параметры двигателя во время цикла очистки охладителя наддувочного воздуха. Более точно, изображены массовый расход воздуха (MAF), положение сбросового затвора, положение клапана охладителя наддувочного воздуха (например, положение клапана 142, управляющего трубопроводом 140) и крутящий момент. Для каждого рабочего параметра, время изображено по горизонтальной оси, а значения соответствующих рабочих параметров изображены по вертикальной оси.
До момента t1 времени, двигатель является работающим на относительно установившемся крутящем моменте и MAF, как проиллюстрировано кривыми 408 и 402, соответственно. Транспортное средство, в котором двигатель приведен в действие, например, может быть передвигающимся по относительно плоской поверхности. MAF может быть ниже порогового MAF, такого как 12 фунтов/мин. Если MAF остается ниже порогового MAF в течение порогового времени, такого как 30 минут, цикл очистки может инициироваться для удаления какого-либо количества накопленного конденсата из охладителя наддувочного воздуха.
Как показано на фиг. 4, двигатель работал с MAF ниже порогового значения в течение порогового времени в момент t1 времени. Таким образом, в момент t1 времени, цикл очистки инициируется посредством закрывания сбросового затвора, проиллюстрированного на кривой 404. Закрытый сбросовый затвор повышает давление наддува и увеличивает MAF через охладитель наддувочного воздуха. До момента t1 времени, сбросовый затвор может регулироваться на основании требуемого давления наддува и может быть частично открытым, как проиллюстрировано, или полностью открытым. Однако если сбросовый затвор полностью закрыт перед моментом t1 времени, цикл очистки может инициироваться, например, посредством регулирования положения дросселя, или цикл очистки может не выполняться.
Чтобы поддерживать запрошенный водителем крутящий момент, клапан охладителя наддувочного воздуха может открываться в момент t1 времени, как проиллюстрировано кривой 406. Посредством открывания клапана охладителя наддувочного воздуха, часть потока воздуха из охладителя наддувочного воздуха направляется обратно в компрессор. Таким образом, как показано на кривой 408, крутящий момент поддерживается даже при повышенном MAF во время цикла очистки. Если показано, крутящий момент может дополнительно поддерживаться посредством регулирования установки момента зажигания и/или положения дросселя.
В момент t2 времени, цикл очистки заканчивается, и сбросовый затвор возвращается в положение, определенное на основании требуемого давления наддува (такое как частично открытое, как проиллюстрировано), а клапан охладителя наддувочного воздуха закрывается. MAF затем уменьшается. Цикл очистки может выполняться в течение постоянной продолжительности времени, такой как 3 секунды, или он может выполняться в течение продолжительности времени, которая зависит от оцененного количества конденсата в охладителе наддувочного воздуха, MAF увеличивается во время цикла очистки, и т.д. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, датчик влажности может быть расположен на впуске ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, и цикл очистки может выполняться до тех пор, пока датчик влажности не указывает, что весь конденсат был удален из охладителя наддувочного воздуха.
Таким образом, системы и способы, описанные в материалах настоящего описания, предусматривают способ охладителя наддувочного воздуха, включающий в себя этапы, на которых в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха, увеличивают давление наддува и поддерживают запрошенный уровень крутящего момента посредством направления части потока воздуха, выходящего из охладителя наддувочного воздуха, во впускной канал выше по потоку от компрессора. Увеличение давления наддува может происходить в ответ на уровень конденсата в охладителе наддувочного воздуха, являющийся большим, чем пороговый уровень конденсата. Уровень конденсата, являющийся большим, чем пороговый уровень конденсата, может оцениваться на основании массового расхода воздуха, находящегося ниже порогового значения в течение заданной продолжительности времени. В еще одном примере, уровень конденсата может определяться на основании массового расхода воздуха, температуры окружающей среды, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха и давления в охладителе наддувочного воздуха.
Увеличение давления наддува дополнительно может содержать закрывание клапана сбросового затвора турбины, присоединенной к компрессору, и направление части потока воздуха, выходящего из охладителя наддувочного воздуха, во впускной канал выше по потоку от компрессора дополнительно может содержать открывание клапана, расположенного в трубопроводе, присоединяющем по текучей среде выпуск охладителя наддувочного воздуха к впускному каналу выше по потоку от компрессора. Способ дополнительно может включать в себя этап, на котором осуществляют опережение установки момента зажигания в ответ на повышенное давление наддува, чтобы поддерживать запрошенный уровень крутящего момента.
В еще одном примере, способ для двигателя включает в себя этапы, на которых если уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха находится ниже порогового значения, направляют воздух через охладитель наддувочного воздуха в двигатель, чтобы выдавать запрошенную величину крутящего момента; и если уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха находится выше порогового значения, увеличивают поток воздуха в большей степени, чем требуется водителем транспортного средства, через охладитель наддувочного воздуха наряду с поддержанием крутящего момента посредством направления по меньшей мере части воздуха из охладителя наддувочного воздуха в выше по потоку от компрессора.
Уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха может оцениваться на основании массового расхода воздуха, температуры окружающей среды, температуры на выпуске охладителя наддувочного воздуха и давления в охладителе наддувочного воздуха в одном из примеров. В еще одном примере, уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха может оцениваться на основании массового расхода воздуха в течение заданной продолжительности времени. Увеличение потока воздуха через охладитель наддувочного воздуха дополнительно может включать в себя этап, на котором закрывают сбросовый затвор турбины, присоединенной к компрессору, а направление по меньшей мере части воздуха из охладителя наддувочного воздуха в выше по потоку от компрессора дополнительно может включать в себя этап, на котором открывают клапан, расположенный в трубопроводе, присоединяющем охладитель наддувочного воздуха к впускному каналу выше по потоку от компрессора. Способ дополнительно может включать в себя этап, на котором регулируют положение дросселя, когда уровень конденсата охладителя наддувочного воздуха находится выше порогового значения, для поддержания крутящего момента.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящей полезной модели включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.