Охладитель воздуха наддува и система двигателя
Полезная модель относится к охладителю наддувочного воздуха, который имеет впускное отверстие для впуска воздуха наддува, несколько теплообменных каналов для отвода тепла наддувочного воздуха, выпускное отверстие для выпуска наддувочного воздуха из теплообменных каналов во впускной канал выше по потоку от впускного коллектора двигателя, а также распылительное устройство, по меньшей мере частично перекрывающее выпускное отверстие. Использование такой конструкции позволяет контролировать конденсат в охладителе наддувочного воздуха.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к охладителям наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники
Двигатели с нагнетателем или турбонагнетателем могут сжимать наружный воздух, поступающий в двигатель, для увеличения мощности двигателя. Поскольку сжатие воздуха может вызывать повышение его температуры, для охлаждения нагретого воздуха может быть использован охладитель наддувочного воздуха, за счет чего может быть увеличена плотность воздуха, а также потенциальная мощность двигателя. Однако при высокой влажности наружного воздуха на внутренней поверхности охладителя наддувочного воздуха может образовываться конденсат (например, капли воды), температура которого ниже температуры конденсации сжатого воздуха. При переходных условиях, например, при резком ускорении автомобиля, эти капли воды могут вылететь из охладителя наддувочного воздуха и попасть в камеры сгорания двигателя, что может привести, например, к увеличению пропусков зажигания, потере крутящего момента, снижению частоты вращения двигателя, а также к неполному сгоранию.
Одним из способов уменьшения количества конденсата, попадающего в камеры сгорания, является способ, представленный в публикации США 2011/0094219 А1 (которая может быть рассмотрена в качестве ближайшего аналога). В этом документе раскрыта конденсационная ловушка для охладителя наддувочного воздуха, которая уменьшает скорость попадания конденсата в камеры сгорания двигателя. Конденсационная ловушка включает в себя резервуар для сбора конденсата и трубку для выпуска конденсата обратно в выпускной тракт.
Было обнаружено, что известная система имеет ряд недостатков. В частности, конденсационная ловушка расположена ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха и, следовательно, может собирать конденсат только ниже по потоку от выпускного отверстия охладителя наддувочного воздуха. Такая конфигурация не позволяет улавливать конденсат внутри охладителя наддувочного воздуха. Кроме того, для использования конденсационных ловушек необходимы дополнительные компоненты, что может увеличить стоимость устройства, а также физические размеры охладителя наддувочного воздуха.
Раскрытие полезной модели
Для того чтобы преодолеть указанные недостатки, предложена конструкция охладителя наддувочного воздуха, содержащего впускное отверстие для впуска воздуха наддува, теплообменник для отвода тепла наддувочного воздуха, выпускное отверстие, выполненное с возможностью выпуска наддувочного воздуха из каналов теплообменника во впускной канал выше по потоку от впускного коллектора двигателя, а также распылительное устройство, по меньшей мере частично перекрывающее выпускное отверстие.
Также представлена система двигателя, содержащая впускной канал, соединенный с впускным коллектором двигателя, а также охладитель наддувочного воздуха, установленный во впускном канале между компрессором и впускным коллектором, причем охладитель наддувочного воздуха имеет впускное отверстие, теплообменник, выпускное отверстие и распылительное устройство, по крайней мере частично перекрывающее выпускное отверстие.
Система также может содержать датчик влажности, расположенный во впускном канале, датчик содержания жидкости, расположенный в охладителе наддувочного воздуха и/или датчик газа, расположенный во впускном канале.
Распылительное устройство может представлять собой сетчатый экран, выполненный таким образом, чтобы полностью перекрывать выпускное отверстие. Распылительное устройство также может представлять собой совокупность параллельных планок.
В дополнение к первому распылительному устройству ниже по потоку от него может быть установлено второе распылительное устройство, по крайней мере частично перекрывающее выпускное отверстие в направлении ниже по потоку от первого распылительного устройства.
Таким образом, конденсат, который накапливается в охладителе наддувочного воздуха, может быть перенесен из охладителя за счет движения наддувочного воздуха. Конденсат может контактировать с распылительным устройством, которое будет разделять конденсат на мелкие капли. Капли могут испаряться и сгорать в цилиндре вместе с топливом и наддувочным воздухом. Испаряемые капли могут уменьшить вероятность возникновения перебоев в работе двигателя. Таким образом, с помощью использования распылительного устройства, перекрывающего выходное отверстие, можно отказаться от использования сложных систем конденсационных ловушек и исключить перебои в зажигании из-за конденсата, что является техническим результатом полезной модели.
Эти и другие преимущества и особенности предложенного решения станут очевидны из последующего подробного описания, рассматриваемого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера двигателя, содержащего охладитель наддувочного воздуха.
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение примера охладителя наддувочного воздуха с Фиг.1, имеющего систему распыления конденсата.
Фиг.3 представляет собой блок-схему примера способа распыления конденсата.
Фиг.4 представляет собой блок-схему примера способа регулировки рабочих параметров при распылении конденсата.
На Фиг.5 приведены графики, иллюстрирующие изменение значений рабочих параметров двигателя при временном увеличении влажности.
Осуществление полезной модели
Для уменьшения вероятности возникновения пропусков зажигания или других проблем при сгорании, вызванных накоплением конденсата в охладителе наддувочного воздуха, предложено использование распыляющего устройства, например экрана, расположенного на выходе охладителя наддувочного воздуха. Накопленный конденсат может контактировать с экраном и разделяться на капли, которые затем будут испаряться в наддувочном воздухе, движущемся к впускному коллектору. Распыленный конденсат может временно увеличить влажность всасываемого воздуха. Для того чтобы компенсировать повышенную влажность, может быть изменен один или более рабочих параметров двигателя. На Фиг.1-2 показаны примерные варианты системы распыления конденсата. На Фиг.1 показана схема двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом и охладителем наддувочного воздуха. Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее пример устройства для распыления конденсата. Способ распыления конденсата показан на Фиг.3, а способ изменения рабочих параметров, реагирующих на распыление конденсата, показан на Фиг.4. На Фиг.5 показан пример значений рабочих параметров при выполнении способов с Фиг.3-4.
На Фиг.1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее пример двигателя 10, который может входить в движительную систему автомобиля. Двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами 30, однако также может быть использовано и другое количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, при помощи системы управления, содержащей контроллер 12, а также сигналов, вводимых водителем 132 автомобиля с помощью устройства 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для подачи пропорционального сигнала РР о положении педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может иметь стенки камеры сгорания с установленным в ней поршнем (не изображено). Поршни могут быть соединены с коленчатым валом 40 для того, чтобы возвратно-поступательное движение поршня переходило во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом автомобиля через трансмиссионную систему (не показана). Кроме того, для запуска двигателя 10 с коленчатым валом 40 через маховик может быть соединен стартерный мотор.
Камеры 30 сгорания могут получать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газы сгорания через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут селективно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах воплощения камера 30 сгорания может иметь два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана. Кроме того, впускные и выпускные клапаны могут быть частью системы регулирования фаз газораспределения, выполненной с возможностью открывания и закрывания клапанов в различные моменты времени в зависимости от условий эксплуатации.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания; однако следует принять во внимание, что также возможно использование впрыска во впускные каналы. Топливо может быть подано в топливную форсунку топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 21, имеющий дроссельную заслонку 22, для регулировки потока воздуха, поступающего во впускной коллектор. В данном конкретном примере расположение (ТР) дроссельной заслонки 22 может регулироваться контроллером 12, чтобы обеспечить электронное управление положением дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 21 может использоваться для распределения всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, между другими цилиндрами двигателя. В некоторых вариантах воплощения во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, дроссель выше по потоку компрессора 60.
В описываемых вариантах воплощения система рециркуляции выхлопных газов (EGR) может направлять необходимое количество выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 EGR. Количество EGR, передаваемое во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 с помощью клапана 142 EGR. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси внутри камеры сгорания. На Фиг.1 показана система EGR высокого давления, где EGR направляются от участка выше по потоку турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где EGR направляются от участка ниже по потоку турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку компрессора турбонагнетателя. При наличии, система EGR может приводить к образованию конденсата из сжатого воздуха, особенно когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что будет описано более подробно далее.
Двигатель 10 может также содержать компрессионное устройство, например, турбонагнетатель или компрессор наддува, содержащий, по меньшей мере, компрессор 60, размещенный вдоль впускного коллектора 44. Для турбонагнетателя: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие турбиной 62, например, через вал или другой соединительный механизм. Турбина 62 может быть размещена вдоль выпускного канала 48. Для приведения в действие компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12.
Выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора (CRV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CRV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (САС) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры нагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В других вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». Как будет более подробно описано далее, охладитель 80 наддувочного воздуха может содержать устройство распыления для разделения накопленного конденсата на капли, которые могут испаряться за счет движения наддувочного воздуха и могут быть направлены к впускному коллектору двигателя.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (IO), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (KAM) и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 120 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 112, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленвалом 40; положение дроссельной заслонки (ТР) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе 44. Необходимо отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, или наоборот. В стехиометрическом режиме датчик MAP может выдавать показания о крутящем моменте двигателя. Этот датчик вместе с детектированной частотой вращения двигателя может предоставить расчет заряда (включая воздушный заряд), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик частоты вращения двигателя, может производить заданное количество равномерно распределенных импульсов при каждом обороте коленчатого вала 40.
Другими датчиками, которые могут направлять сигналы контроллеру 12, являются температурный датчик 124, расположенный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, и датчик 126 давления наддува. Дополнительно, ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха 80, могут присутствовать один или более датчиков 128 для определения кратковременных изменений влажности. Датчики 128 могут включать в себя датчик влажности, датчик выхлопных газов, расположенный на впуске (такой как датчик UEGO), или другие датчики, которые могут определять влажность. В качестве альтернативы или дополнительно, для определения конденсата в охладителе наддувочного воздуха 80 может присутствовать датчик содержания влаги 129. Также могут иметься другие датчики, не показанные на схеме, например, датчик для определения скорости воздушного потока на входе охладителя наддувочного воздуха и другие датчики. В некоторых примерах микросхема постоянного запоминающего устройства 106 может быть запрограммирована с помощью машиночитаемых данных, представляющих инструкции, выполняемые микропроцессорным блоком 102 для осуществления различных процессов, описанных далее, а также возможных других отдельно не указанных вариантов.
Как было описано выше, на Фиг.1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, но каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, систему зажигания и т.д.
Теперь обратимся к Фиг.2, на которой изображен вариант воплощения системы распыления конденсата. На Фиг.2 показан вид спереди в перспективе системы распыления конденсата 200 в жидкостной связи с охладителем 80 наддувочного воздуха. Система распыления конденсата может быть использована для отвода из охладителя наддувочного воздуха конденсата, который может накапливаться в результате высокой влажности атмосферного воздуха. Это может произойти, например, на поверхностях теплообменных каналов в охладителе наддувочного воздуха, когда температура поверхности меньше температуры конденсации наружного воздуха, поступающего в охладитель. Когда конденсат образуется на этих более холодных поверхностях, он может скопиться, например, в нижней точке охладителя наддувочного воздуха.
Как показано на Фиг.2, направление воздушного потока двигателя, поступающего в охладитель 80 наддувочного воздуха, обозначено стрелкой 202, направление воздушного потока двигателя, выходящего из охладителя 80 наддувочного воздуха, обозначено стрелкой 204. Однако следует принять во внимание, что воздушный поток двигателя может входить и выходить из охладителя 80 наддувочного воздуха в других направлениях, а воздушный поток двигателя, обозначенный стрелками 202 и 204, представляет собой один из неограниченных примеров. Точно так же, без отступления от объема настоящего раскрытия возможны другие размеры охладителя наддувочного воздуха, отличные от тех, что изображены на Фиг.2.
Как описано выше, воздушный поток двигателя может поступать через первый канал 206 воздушного потока двигателя выше по потоку от охладителя 80 наддувочного воздуха. Воздушный поток двигателя затем может быть охлажден посредством теплообмена с наружным воздухом, как обозначено в целом позицией 208, и затем может выходить через второй канал 210 воздушного потока двигателя ниже по потоку от охладителя 80 наддувочного воздуха. Другими словами, воздушный поток двигателя поступает на горячую сторону 212 охладителя наддувочного воздуха и выходит на холодной стороне 214 охладителя наддувочного воздуха (направление потока воздуха турбонаддува обозначено в целом стрелками 209), где «горячий» и «холодный» обозначает относительную температуру воздушного потока двигателя, когда он проходит через охладитель наддувочного воздуха. Таким образом, наружный воздух 208 охлаждает сжатый воздушный поток двигателя за счет теплообмена, происходящего, когда он проходит через охладитель наддувочного воздуха. Однако, как описано выше, сжатый воздушный поток двигателя, поступая в охладитель наддувочного воздуха, может конденсироваться. В этом смысле, первый канал 206 воздушного потока двигателя может накапливать конденсат внутри охладителя наддувочного воздуха.
Как показано, охладитель 80 наддувочного воздуха может включать в себя множество теплообменных каналов 225 и множество каналов наружного воздуха 226. Теплообменные каналы 225 могут обеспечить охлаждение воздуха турбонаддува перекрестным потоком наружного воздуха, проходящим через множество каналов 226 наружного воздуха. Таким образом, сжатый воздушный поток двигателя охлаждается выше по потоку относительно камер сгорания.
Накопленный конденсат 216 может объединиться в нижней точке охладителя 80 наддувочного воздуха, например, вдоль нижней поверхности охладителя наддувочного воздуха. Накопленный конденсат 216 может также объединиться вдоль поверхности теплообменных каналов 225. При определенных условиях, таких как в случае увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах (tip-in), накопленный конденсат 216 может быть удален из охладителя 80 наддувочного воздуха через второй воздушный канал 210, как показано пунктирными линиями. Если конденсату позволить дойти до двигателя, то это может вызвать пропуски в зажигании и недостатки сгорания.
Чтобы не дать порции конденсата дойти до двигателя, распылительное устройство 218 для уменьшения размеров капель конденсата может быть расположено во втором воздушном канале 210. Распылительное устройство 218 может представлять собой экран, который, по крайней мере частично, перекрывает отверстие второго канала 210 воздушного потока двигателя, иными словами, рассматривается как выпускное отверстие охладителя 80 наддувочного воздуха. В некоторых вариантах, распылительное устройство 218 может полностью перекрывать выпускное отверстие, в то время как в других вариантах распылительное устройство 218 может частично перекрывать выпускное отверстие. В одном варианте воплощения распылительное устройство 218 может представлять собой сетчатый экран. Размер и расположение отверстий ячейки может быть выбрано такими, чтобы разбивать конденсат на капли, достаточно маленькие для того, чтобы испариться после того, как они будут вовлечены в поток воздуха турбонаддува, выходящий из охладителя наддувочного воздуха по направлению к впускному коллектору двигателя. В другом варианте, распылительное устройство может содержать совокупность параллельных планок, расположенных параллельно или перпендикулярно потоку воздуха турбонаддува. Размер и расстояние между планками можно выбрать таким образом, чтобы оптимизировать диспергирование конденсата. Дополнительно, в некоторых вариантах, на выпуске охладителя наддувочного воздуха могут быть установлены различные последовательно расположенные устройства распыления.
Следует понимать, что приведенное выше описание не является ограничивающим, и компоненты системы 200 распыления конденсата могут иметь другие подходящие геометрические конфигурации, отличные от тех, которые изображены на Фиг.2. Кроме того, следует иметь в виду, что особенности системы 200 распыления конденсата могут включать в себя конфигурации, отличные показанных на чертеже. Например, распылительное устройство 218 может быть расположено фактически в любом месте внутри второго канала 210 воздушного потока двигателя или внутри канала, соединяющего охладитель наддувочного воздуха с впускным каналом ниже по потоку относительно охладителя наддувочного воздуха. Более того, распылительное устройство 218 может иметь другие конфигурации, отличные от описанных выше.
На Фиг.1 и 2 показана система охладителя наддувочного воздуха, содержащая впускное отверстие для наддувочного воздуха, несколько теплообменных каналов для забора тепла из наддувочного воздуха, выпускное отверстие, конфигурация которого обеспечивает вывод наддувочного воздуха из теплообменных каналов в приемный канал, расположенный выше по потоку от впускного коллектора двигателя, и распылительное устройство, перекрывающее впускное отверстие, по меньшей мере частично. Распылительное устройство также может перекрывать выпускное отверстие полностью.
Распылительное устройство может представлять собой экран с сетчатой структурой или из нескольких параллельных планок. Ниже по потоку от него может быть установлено второе распылительное устройство, по крайней мере частично перекрывающее выпускное отверстие в направлении ниже по потоку от первого распылительного устройства.
Конденсат из наддувочного воздуха образовывается на одной или нескольких поверхностях охладителя наддувочного воздуха, и при определенных условиях, например, при наборе двигателем нагрузки, конденсат может выдуваться через выпускное отверстие охладителя наддувочного воздуха. Конструкция распылительного устройства обеспечивает распыление выдуваемого конденсата в виде капель в наддувочном воздухе.
В другом примере, система двигателя может содержать приемный канал, соединенный с впускным коллектором двигателя; охладитель наддувочного воздуха, установленный во впускном канале между компрессором и впускным коллектором и содержащий впускное отверстие, теплообменник, выпускное отверстие и распылительное устройство, перекрывающее, по крайней мере частично, выпускное отверстие. Во впускном канале может быть установлен датчик влажности (например, ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха). Датчик наличия жидкости может быть установлен в самом охладителе наддувочного воздуха. Датчик газа может быть установлен во впускном канале, например, после охладителя наддувочного воздуха может быть установлен UEGO. Распылительное устройство может частично или полностью перекрывать выпускное отверстие и представлять собой сетчатую структуру либо несколько параллельных планок. Ниже по потоку от распылительного устройства может быть установлено еще одно или несколько распылительных устройств.
На Фиг.3 проиллюстрирован способ 300 распыления конденсата в охладителе наддувочного воздуха (например, в охладителе 80 наддувочного воздуха). На этапе 302 способ 300 предусматривает сбор конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Например, охладитель 80 наддувочного воздуха может улавливать конденсат в нижней точке охладителя наддувочного воздуха. Конденсат будет стекать вниз под действием силы гравитации, таким образом, нижняя точка служит естественным резервуаром для накопления конденсата во время работы двигателя.
На этапе 304 способ 300 предусматривает диспергирование накопленного конденсата на капли с помощью распылительного устройства в выходном канале охладителя наддувочного воздуха. Например, при определенных условиях (большое увеличение нагрузки) наддувочный воздух может проходить через охладитель наддувочного воздуха на достаточно высокой скорости и «забирать» с собой накопленный конденсат. Накопленный конденсат может быть доставлен на выход охладителя наддувочного воздуха. Как уже объяснялось ранее (см. Фиг.2), распылительное устройство может быть установлено на выходе охладителя наддувочного воздуха. Когда наддувочный воздух захватывает с собой конденсат к выпускному отверстию, такой конденсат может быть диспергирован через распылительное устройство. Конденсат может быть разделен на небольшие капли, которые потом будут испаряться благодаря движению наддувочного воздуха. Таким образом, на этапе 306 способ 300 предусматривает возможность направления капель конденсата во впускной коллектор вместе с наддувочным воздухом. Капли конденсата могут испаряться сразу же при попадании на экран или же они могут испаряться в приемном канале, впускном коллекторе или в камере сгорания.
Таким образом, наличие распылительного устройства, например, экрана на выходе охладителя наддувочного воздуха, обеспечивает дробление накопленного конденсата на небольшие капли. Такие мелкие капли могут испаряться в наддувочном воздухе. Наддувочный воздух, имеющий теперь высокую влажность, сгорает в двигателе. Благодаря направлению накопленного конденсата в виде водяных паров, а не в виде жидкости, можно уменьшить или совсем исключить вероятность любых проблем в двигателе. Как уже отмечалось выше, распыленный конденсат может временно повысить влажность воздуха, поступающего в двигатель. Повышение влажности может негативно отразиться на определенных рабочих параметрах двигателя. Таким образом, ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха можно установить один или несколько датчиков, чтобы контролировать временные изменения влажности и регулировать рабочие параметры двигателя в ответ на временное повышение влажности.
На Фиг.4 схематично представлен способ 400 для регулировки рабочих параметров при изменении влажности. Способ 400 может быть реализован с помощью контроллера, например, контроллера 12 (Фиг.1), реагирующего на сигнал от одного или нескольких датчиков влажности (например, датчиков 128 и/или 129). На этапе 402 способ 400 предусматривает возможность определения рабочих параметров двигателя, в т.ч. определения уровня влажности после охладителя наддувочного воздуха. Уровень влажности можно определять при помощи датчика влажности, датчика газа на входе или другого датчика. На этапе 404 временное увеличение влажности сигнализирует о повышении уровня влажности. Временное увеличение влажности может происходить из-за условий в охладителе наддувочного воздуха, в данном случае уровень влажности будет выше влажности окружающей среды. Как уже отмечалось ранее (см. Фиг.2 и 3), если конденсат накапливается в охладителе наддувочного воздуха, при определенных условиях, например, при резком наборе нагрузки, конденсат может быть захвачен к выходному отверстию охладителя наддувочного воздуха, и там он может быть диспергирован на небольшие капли. После этого капли могут испаряться в наддувочном воздухе, и повышение влажности может фиксироваться датчиками. Дополнительно или в качестве альтернативы, количество накопленного конденсата можно определить по рабочим параметрам (например, по влажности окружающего воздуха, массовому расходу воздуха, температуре на входе охладителя наддувочного воздуха). При резком наборе нагрузки рост влажности можно определить по количеству накопленного конденсата, при условии, что для рассеивания конденсата будет использоваться устройство распыления, и рассеянный конденсат будет повышать уровень влажности. Если увеличения влажности не наблюдается, способ 400 переходит к этапу 406 для поддержания текущих рабочих параметров. Текущие рабочие параметры могут включать в себя поддержание соотношения воздух/топливо на основании скорости вращения двигателя и информации от датчиков выхлопных газов, установки момента зажигания для обеспечения максимальной эффективности (например, максимального тормозного момента) и регулировки положения клапана для наилучшего разбавления и экономии топлива, снижения выбросов и повышения мощности. После этого способ 400 возвращается в начало.
При обнаружении увеличения влажности на этапе 408 могут регулироваться рабочие параметры двигателя, чтобы избежать или уменьшить риск возникновения пропусков в зажигании двигателя. Например, можно установить такой такт клапана, при котором разжижение топлива будет наиболее оптимальным - почти на пределе пропуска в зажигании. Если влажность воздуха наддувочного воздуха становится выше влажности окружающего воздуха, в соответствии с которой были настроены рабочие параметры, разбавление в цилиндрах усиливается, и может произойти пропуск в зажигании. Для компенсации временного повышения влажности можно отрегулировать один или несколько рабочих параметров. Рабочие параметры двигателя можно отрегулировать на время, которое отличается от длительности периода временных условий, вызывающих повышение влажности. Например, временное увеличение нагрузки может длиться в течение первого отрезка времени (например, 5 секунд). Однако для того, чтобы попасть в цилиндры и полностью сгореть, влаге (которая в настоящий момент доставляется наддувочным воздухом во впускной коллектор) может потребоваться 1 секунда, а может и больше (например, 10 секунд). Таким образом, рабочие параметры могут регулироваться на время, которое будет больше периода набора временной нагрузки.
Среди регулируемых рабочих параметров может быть соотношение воздух/топливо (этап 410). Например, если растет влажность, соотношение «воздух/топливо» может уменьшаться, поскольку влага, присутствующая в воздухе, разбавляет наддувочный воздух. Таким образом, для подержания крутящего момента может потребоваться больше топлива. В других вариантах конструкции соотношение «воздух/топливо» может быть увеличено, чтобы поддерживать такое же количество кислорода в цилиндре. Среди прочих регулируемых параметров - момент зажигания (412) и такт клапана (414). Например, при росте влажности можно ускорить момент зажигания. Зажигание можно изначально настроить на определенный момент времени, например, соответствующий максимальному тормозному моменту (МВТ), чтобы обеспечить оптимальную мощность и эффективность и избежать перебоев двигателя. С увеличением влажности усиливается наддув в цилиндре, и возможно замедление сгорания. Для обеспечения максимальной мощности двигателя момент зажигания можно временно установить на опережение, в соответствии с увеличенным высвобождением воды во всасываемый воздух из-за наличия распылительного устройства, чтобы обеспечить дополнительное время для сгорания. После регулировки рабочих параметров способ 400 возвращается к началу.
Фиг.5 представляет собой набор диаграмм 500, иллюстрирующих рабочие параметры двигателя при временном увеличении влажности. На первой сверху диаграмме 510 показан конденсат, образовавшийся в охладителе наддувочного воздуха, на второй сверху диаграмме 520 дана нагрузка двигателя, на третьей сверху 530 - влажность наддувочного воздуха (после охладителя наддувочного воздуха), на четвертой сверху 540 - соотношение «воздух/топливо», а на нижней 550 - установка момента зажигания. Соотношение «воздух/топливо» и установка момента зажигания - это два примера рабочих параметров двигателя, которые были описаны выше, и которые могут регулироваться при увеличении влажности. На каждой из диаграмм по горизонтальной оси отложено время, а соответствующий рабочий параметр отложен по вертикальной оси.
На первой диаграмме 510 показано, что конденсат в охладителе наддувочного воздуха образовался, например, в результате всасывания относительно влажного и холодного воздуха. В момент времени T1 (первая пунктирная линия) накопленный конденсат быстро уменьшается, в итоге в охладителе наддувочного воздуха его не остается. Конденсат может быть удален из охладителя наддувочного воздуха из-за временного набора нагрузки, см. вторую диаграмму 520. В момент времени T1 нагрузка двигателя резко возрастает и сохраняется в течение первого периода до времени Т2. Набор нагрузки приводит к тому, что больший объем наддувочного воздуха проходит через охладитель наддувочного воздуха на скорости выше, чем в условиях низкой нагрузки, и такой воздух забирает с собой скопившейся конденсат и выносит его на выход охладителя наддувочного воздуха. Как уже отмечалось выше, установленное на выходе охладителя наддувочного воздуха распылительное устройство разбивает конденсат на мелки капли, которые затем испаряются в поступающем наддувочном воздухе, что приводит к увеличению влажности за охладителем наддувочного воздуха.
На третьей диаграмме 530 показано увеличение влажности после момента времени T1. Уровень влажности растет постепенно, в отличие от увеличения или снижения нагрузки. Увеличение влажности по времени длится дольше, чем набор нагрузки, т.к. увеличенная влажность не опускается до уровня влажности окружающей среды до момента времени Т3. В период увеличенной влажности она сначала резко увеличивается, потом постепенно снижается, распыленный конденсат смешивается с наддувочным воздухом и поступает во впускной коллектор двигателя.
Для компенсации высокой влажности можно регулировать один или несколько рабочих параметров двигателя, например, отношение «воздух-топливо» (см. диаграмму 4, 540), установку клапана (такт клапана) и/или установку момента зажигания (см. нижнюю диаграмму 550). Как показано на четвертой диаграмме 540, отношение воздуха к топливу сохраняется примерно на заданном уровне (например, стехиометрический состав) до момента обнаружения роста влажности. Затем, как показано здесь и далее, отношение воздуха к топливу увеличивается с учетом возросшего уровня влажности. Рост соотношения «воздух/топливо» продолжается до момента времени Т3 в целях компенсации в течение всего периода, пока сохраняется высокий уровень влажности. Аналогично зажигание (см. нижнюю диаграмму 550) может быть выставлено на определенный момент и для определенных условий (например, максимальный момент торможения). В ответ на рост влажности в момент времени T1 установка момента зажигания может быть изменена до тех пор, пока влажность не вернется на исходный уровень в момент Т3. Таким образом, при росте влажности можно по отдельности или совместно регулировать соотношение «воздух/топливо» и установку момента зажигания. Оба этих параметра могут быть отрегулированы для более длительного срока, чем период кратковременного набора нагрузки, вызванного ростом влажности, при этом учитывается длительность периода работы на повышенной влажности, когда такое повышение влажности происходит в результате использования устройство распыления. На одном примере длительность может вдвое превышать длительность временного набора нагрузки.
Итак, описываемые системы и способы являются приемлемыми способами для эксплуатации двигателя. Описываемый способ включает в себя прохождение потока всасываемого воздуха через охладитель наддувочного воздуха с установленным на выходе распылительным устройством, и регулировку одного или нескольких рабочих параметров двигателя при временном увеличении уровня влажности ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха, которое происходит из-за распыления скопившегося конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Во время временного набора нагрузки всасываемый воздух также может проходить через охладитель наддувочного воздуха с высокой скоростью, и при этом забирать накопленный конденсат на распылительное устройство для распыления конденсата, что, в свою очередь, ведет к временному повышению влажности. Временный набор нагрузки может состоять из первого отрезка, и регулировка одного или нескольких параметров может состоять из второго отрезка, который будет больше, чем первый. Регулировка одного или нескольких параметров может подразумевать регулировку соотношения воздуха к топливу (например, данное соотношение может быть уменьшено в ответ на рост влажности), регулировку установки зажигания и/или фазы газораспределения клапана.
Специалистам в данной области понятно, что конфигурации и процедуры, описанные выше, являются по своей сути иллюстративными, и что допускаются различные изменения и модификации предложенной конструкции без выхода за рамки сущности полезной модели. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12 оппозитным 4-хцилиндровым и другим типам двигателей.
1. Охладитель наддувочного воздуха, содержащий впускное отверстие для впуска воздуха наддува, теплообменник для отвода тепла наддувочного воздуха, выпускное отверстие, выполненное с возможностью выпуска наддувочного воздуха из каналов теплообменника во впускной канал выше по потоку от впускного коллектора двигателя, а также распылительное устройство, по меньшей мере частично перекрывающее выпускное отверстие.
2. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, в котором распылительное устройство представляет собой сетчатый экран.
3. Охладитель наддувочного воздуха по п.2, в котором экран выполнен таким образом, чтобы полностью перекрывать выпускное отверстие.
4. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, в котором распылительное устройство представляет собой совокупность параллельных планок.
5. Охладитель наддувочного воздуха по п.1, в котором в дополнение к первому распылительному устройству ниже по потоку от него установлено второе распылительное устройство, по крайней мере частично перекрывающее выпускное отверстие в направлении ниже по потоку от первого распылительного устройства.
6. Система двигателя, содержащая впускной канал, соединенный с впускным коллектором двигателя, а также охладитель наддувочного воздуха, установленный во впускном канале между компрессором и впускным коллектором, причем охладитель наддувочного воздуха имеет впускное отверстие, теплообменник, выпускное отверстие и распылительное устройство, по меньшей мере частично перекрывающее выпускное отверстие.
7. Система двигателя по п.6, которая дополнительно содержит датчик влажности, расположенный во впускном канале.
8. Система двигателя по п.6, которая дополнительно содержит датчик содержания жидкости, расположенный в охладителе наддувочного воздуха.
9. Система двигателя по п.6, которая дополнительно содержит датчик газа, расположенный во впускном канале.
10. Система двигателя по п.6, в которой распылительное устройство полностью перекрывает выпускное отверстие.
11. Система двигателя по п.6, в которой распылительное устройство представляет собой сетчатый экран.
12. Система двигателя по п.6, в которой распылительное устройство представляет собой совокупность параллельных планок.
13. Система двигателя по п.6, в которой в дополнение к первому распылительному устройству ниже по потоку от него установлено второе распылительное устройство, по крайней мере частично перекрывающее выпускное отверстие в направлении ниже по потоку от первого распылительного устройства.
