Система охлаждения двигателя
Представлена система охлаждения двигателя, которая включает в себя охладитель наддувочного воздуха с впускным отверстием, несколько теплообменных каналов, соединенных по текучей среде с впускным отверстием, выпускное отверстие, соединенное по текучей среде с теплообменными каналами, и трубопровод, соединенный с выпускным отверстием охладителя и впускным коллектором двигателя. При этом указанный трубопровод разделен и имеет первый и второй каналы, ведущие к впускному коллектору, и клапан, расположенный у впускного отверстия первого канала. Таким образом, за счет уменьшения проходного сечения каналов может быть увеличена скорость проходящего воздуха, что позволяет перемещать накопленный в охладителе наддувочного воздуха конденсат в двигатель вместе с всасываемым воздухом даже в условиях низкой скорости всасывания.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания с наддувом.
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 в камеры сгорания двигателя, что может привести, например, к увеличению пропусков зажигания, потере крутящего момента, снижению частоты вращения двигателя, а также к неполному сгоранию.
Один из способов уменьшения количества конденсата, поступающего в камеры сгорания, предложен в публикации US 2011/0094219 A1 (которая может быть выбрана в качестве ближайшего аналога). В вышеуказанном документе раскрыта конденсатная ловушка для охладителя наддувочного воздуха, которая уменьшает скорость, при которой конденсат поступает в камеры сгорания двигателя. Эта конденсатная ловушка имеет резервуар для сбора конденсата и трубку для выпуска конденсата обратно в выпускной канал.
Было обнаружено, что указанная система имеет ряд недостатков. В частности, конденсатная ловушка расположена ниже по потоку относительно охладителя наддувочного воздуха и, следовательно, может собирать конденсат только ниже по потоку относительно выпускного отверстия охладителя наддувочного воздуха. В такой конфигурации обработка конденсата, накопленного внутри охладителя наддувочного воздуха, не может быть проведена удовлетворительным образом. Кроме того, для использования конденсатных ловушек необходимо использовать дополнительные компоненты, что может увеличить затраты и пространство, необходимое для размещения охладителя наддувочного воздуха.
Раскрытие полезной модели
Для решения вышеуказанных проблем предложена система охлаждения двигателя, содержащая охладитель наддувочного воздуха, который имеет впускное отверстие, несколько теплообменных каналов, соединенных по текучей среде с впускным отверстием, и выпускное отверстие, соединенное по текучей среде с теплообменными каналами. Система также содержит трубопровод, соединенный с выпускным отверстием охладителя и впускным коллектором двигателя, причем трубопровод выполнен разделенным, в частности, разделенным по всей длине от охладителя наддувочного воздуха до впускного коллектора без промежуточных отверстий. За счет этого трубопровод имеет первый и второй каналы, ведущие к впускному коллектору, где в первом канале расположен клапан, который может представлять собой подпружиненный откидной клапан. Первый канал и второй канал трубопровода имеют общую внутреннюю разделяющую стенку, а диаметр поперечного сечения первого канала больше диаметра поперечного сечения второго канала.
Клапан может быть выполнен с возможностью закрываться в условиях от низкой до средней нагрузки и открываться в условиях высокой нагрузки. Когда клапан закрыт, первый канал перекрывается, а всасываемый воздух от охладителя наддувочного воздуха может проходить через второй канал. Когда клапан открыт, всасываемый воздух от охладителя наддувочного воздуха может проходить и через первый, и через второй каналы.
Система охлаждения также может содержать трубку для забора конденсата, соединенную со вторым каналом и имеющую впускное отверстие, расположенное рядом с нижней поверхностью охладителя наддувочного воздуха.
Также представлена система двигателя, содержащая впускной коллектор и описанную систему охлаждения. Такая система дополнительно может содержать контроллер, содержащий команды на открывание клапана в условиях работы двигателя при высокой нагрузке и команды на закрывание клапана в условиях работы двигателя при нагрузке от низкой до средней.
Техническим результатом полезной модели является эффективное уменьшение скопления конденсата в охладителе наддувочного воздуха даже при малой скорости входящего потока, а также увеличение падения давления на выпускном отверстии охладителя наддувочного воздуха.
Этот эффект достигается за счет использования трубопровода, имеющего два канала, в результате чего может быть отрегулирована скорость всасываемого воздуха на выходе из охладителя наддувочного воздуха. При закрывании клапана скорость всасываемого воздуха увеличивается и накопленный в охладителе наддувочного воздуха конденсат может быть захвачен всасываемым воздухом и перемещен во впускной коллектор. Это может уменьшить скопление большого количества конденсата. Так как двигатели могут быть способны справляться с малым количеством конденсата во всасываемом воздухе без пропусков зажигания, вышеописанный подход обеспечивает механизм для переноса небольшого количества конденсата в двигатель и уменьшения возможности пропусков зажигания, связанных с поступлением большого количества конденсата в двигатель.
Так как закрытый клапан перекрывает часть канала трубопровода, он также увеличивает падение давления в выпускном отверстии охладителя наддувочного воздуха. Для предотвращения большого падения давления, которое может произойти в условиях работы на высокой скорости (что может привести к неэффективности потока всасываемого в двигатель воздуха), в условиях высокой скорости всасывания воздуха данный клапан может быть открыт. В условиях высокой скорости всасываемого воздуха всасываемый воздух уже движется с увеличенной скоростью, и скорость всасываемого воздуха не нужно больше увеличивать для захватывания конденсата вместе с потоком всасываемого воздуха. Таким образом, накопленный конденсат может быть перемещен в двигатель как при открытом, так и при закрытом клапане.
Вышеуказанные преимущества и другие преимущества и характеристики настоящего описания будут видны из нижеприведенного подробного описания, при рассмотрении по отдельности или со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичное изображение примерной схемы двигателя, имеющего охладитель наддувочного воздуха.
Фиг.2 и 3 представляют собой схематичное изображение охладителя наддувочного воздуха, представленного на Фиг.1, включающего в себя трубопровод с двумя каналами.
Фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа пропускания впускного воздуха через трубопровод с двумя каналами.
Осуществление полезной модели
Для уменьшения вероятности того, что большое количество накопленного конденсата перейдет из охладителя наддувочного воздуха в двигатель, потенциально приводя к пропуску зажигания и другим проблемам, в системе охлаждения двигателя может быть использован трубопровод, соединяющий охладитель наддувочного воздуха с впускным коллектором, который имеет разделитель, формирующий два канала. Один из этих двух каналов может быть выборочно закрыт с помощью клапана, расположенного рядом с выпускным отверстием охладителя наддувочного воздуха. Когда данный клапан открыт, всасываемый воздух может проходить через канал без разделения, через оба канала. Когда клапан закрыт, через один из каналов впускной воздух проходить не может, и проходит только через другой канал. С помощью ограничения прохождения потока впускного воздуха с помощью его направления только по одному каналу, можно увеличить скорость впускного воздуха. Увеличенная скорость впускного воздуха может обеспечить захват небольшого количества накопленного конденсата, перемещая его в двигатель, где происходит его сжигание. Таким образом, можно избежать накопления большого количества конденсата, которое приводит к ряду проблем. На Фиг.1 приведен пример, включающий в себя охладитель наддувочного воздуха, подробно показанный на Фиг.2A и 2B. Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ регулирования накопления конденсата в охладителе наддувочного воздуха.
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 PP о положении педали. Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может иметь стенки камеры сгорания с установленным в них 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 двигатель.
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.
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 (TP) дроссельной заслонки 22 может регулироваться контроллером 12 таким образом, чтобы обеспечить электронное управление положением дроссельной заслонки (ETC). Таким образом, дроссель 21 может использоваться для распределения впускного 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.
Кроме того, 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 направляется от участка выше по потоку турбины турбонагнетателя к участку ниже по потоку компрессора турбонагнетателя. В других вариантах воплощения двигатель может (дополнительно или альтернативно) иметь систему EGR низкого давления, где EGR направляется от участка ниже по потоку турбины турбонагнетателя на участок выше по потоку компрессора турбонагнетателя. При 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 движение компрессора могут быть использованы различные устройства. Для компрессора наддува: компрессор 60 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие двигателем и/или электромашиной, и может не иметь турбины. Таким образом, степень сжатия, которая обеспечивается для одного или более цилиндров двигателя с помощью турбонагнетателя или компрессора наддува, может регулироваться контроллером 12.
Выпускной канал 48 может иметь перепускную заслонку 26 для перенаправления выхлопного газа от турбины 62. Впускной канал 42 может дополнительно содержать рециркуляционный клапан 27 компрессора (CRV), предназначенный для перенаправления впускного воздуха в обход компрессора 60. Перепускная заслонка 26 и/или CRV 27 могут управляться контроллером 12 на открывание, например, когда требуется меньшее давление наддува.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (CAC) (например, промежуточный охладитель) для снижения температуры турбонагнетаемых всасываемых газов. В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-воздух». В некоторых вариантах воплощения охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». Как будет более подробно описано далее, охладитель 80 наддувочного воздуха может содержать клапан для выборочного изменения скорости потока впускного воздуха, проходящего через трубопровод для контроля образования конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода/вывода (I/O), 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 (ECT) 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 (TP) 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. 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.
Обратимся теперь к Фиг.2 и 3, на которых представлен примерный вариант выполнения системы охлаждения наддувочного воздуха. На Фиг.2 и 3 представлен вид спереди в перспективе системы 200 охладителя наддувочного воздуха, включающей в себя охладитель 80 наддувочного воздуха. Система охладителя наддувочного воздуха может быть использована для выпуска капель воды из охладителя наддувочного воздуха, которые могут быть накапливаться в результате высокой влажности окружающего воздуха. Это может происходить, например, на поверхностях теплообменных каналов внутри охладителя наддувочного воздуха, когда температура этих поверхностей ниже температуры конденсации окружающего воздуха, поступающего в охладитель. При образовании конденсата на этих поверхностях он может накапливаться, например, в нижней точке охладителя наддувочного воздуха.
На схеме направление воздушного потока, входящего в охладитель 80 наддувочного воздуха, показано стрелкой 202, а направление потока воздуха, выходящего из охладителя 80 наддувочного воздуха, показано стрелкой 204. При этом следует понимать, что поток воздуха двигателя может входить и выходить из охладителя 80 наддувочного воздуха в других направлениях, и что потоки воздуха двигателя, указанные стрелками 202 и 204, не являются ограничивающими. Аналогичным образом, геометрия охладителя наддувочного воздуха может быть другой, отличной от представленной на Фиг.2 и 3, без отступления от объема настоящего раскрытия.
Как было сказано выше, воздух двигателя может входить через первый воздушный канал 206 двигателя выше по потоку относительно охладителя 80 наддувочного воздуха. Воздух двигателя может затем быть охлажден за счет теплообмена с окружающим воздухом, что показано стрелкой 208. После этого воздух может выходить через второй воздушный канал 210 двигателя ниже по потоку относительно охладителя 80 наддувочного воздуха. Другими словами, воздух двигателя поступает с горячей стороны 212 охладителя наддувочного воздуха и выходит с холодной стороны 214 охладителя наддувочного воздуха (направление движения потока наддувочного воздуха показано стрелками 209), где слова «горячая» и «холодная» указывают на относительную температуру воздуха двигателя, когда он проходит через охладитель наддувочного воздуха. Таким образом, окружающий воздух 208 охлаждает сжатый воздух двигателя за счет теплообмена по мере того, как воздух проходит через охладитель наддувочного воздуха. При этом сжатый воздух, поступающий в охладитель наддувочного воздуха, может образовывать конденсат, как описано выше. В данном смысле в первом воздушном канале 206 двигателя может происходить накопление конденсата внутри охладителя наддувочного воздуха.
Как показано, охладитель 80 наддувочного воздуха может включать в себя несколько теплообменных каналов 225 и несколько каналов 226 окружающего воздуха. Теплообменные каналы 225 могут обеспечивать трубопровод для охлаждения наддувочного воздуха окружающим воздухом за счет прохождения потоков через каналы 226 окружающего воздуха. Таким образом, охлаждение сжатого воздуха двигателя происходит выше по потоку относительно камер сгорания.
Система 200 охладителя наддувочного воздуха также включает в себя трубопровод 230, соединенный со вторым воздушным каналом 210 двигателя. Трубопровод 230 ведет к впускному коллектору 44 двигателя. Таким образом, трубопровод 230 соединен как с охладителем 80 наддувочного воздуха, так и с впускным коллектором 44. Так как трубопровод 230 выполнен с возможностью подачи всасываемого воздуха в двигатель, он может быть назван впускным каналом. Трубопровод 230 имеет разделитель 231, который делит трубопровод на два канала, первый канал 232 и второй канал 234. Разделитель 231 может проходить по всей длине трубопровода 230 и действовать как обычная внутренняя стенка, которая является общей для первого и второго каналов. Таким образом, трубопровод 230 может быть полностью разделен по всей длине от охладителя наддувочного воздуха до впускного коллектора, а в некоторых вариантах выполнения в нем могут отсутствовать какие-либо промежуточные отверстия. Оба канала соединены по текучей среде с охладителем 80 наддувочного воздуха и впускным коллектором 44, так что наддувочный воздух от охладителя 80 наддувочного воздуха может проходить как через первый канал 232, так и через второй канал 234, чтобы дойти до впускного коллектора 44. Как показано на Фиг.2 и 3, первый канал 232 расположен над вторым каналом 234 (по вертикали). Вертикальная ось 240 представлена на Фиг.2A, чтобы проиллюстрировать взаимное расположение первого канала 232 и второго канала 234. В данном описании считается, что вертикаль определяется относительно земли и колес автомобиля, в котором установлена система 200 охлаждения наддувочного воздуха. Кроме того, как показано на Фиг.2 и 3, первый канал 232 имеет больший диаметр поперечного сечения, чем второй канал 234. При этом в других вариантах выполнения второй канал 234 может иметь больший диаметр, или эти каналы могут иметь одинаковый диаметр.
Первый канал 232 может быть выборочно открыт с помощью клапана 236, расположенного в первом канале 232. Как показано на схеме, клапан 236 расположен у впускного отверстия первого канала 232, где трубопровод 230 соединяется с охладителем 80 наддувочного воздуха. При этом клапан 236 может быть также расположен и в других подходящих для этого местах. В одном примере клапан 236 может быть расположен во втором канале 234, а не в первом канале 232. В других примерах клапан 236 может быть расположен в другом месте внутри первого канала 232, например, в середине трубопровода 230, у выпускного отверстия трубопровода 230, у впускного отверстия впускного коллектора 44 и т.п.
Клапан 236 может представлять собой подпружиненный откидной клапан, выполненный с возможностью закрываться в условиях низкой и средней нагрузки и открываться в условиях высокой нагрузки. Например, натяжение пружины, действующее на клапан 236, может быть достаточно сильным для поддержания клапана 236 в закрытом положении, когда скорость движения наддувочного воздуха является относительно низкой (например, в условиях более низкой нагрузки). Когда скорость движения наддувочного воздуха является относительно высокой (например, в условиях высокой нагрузки), большая скорость движения наддувочного воздуха, действующая на пружину, может заставить клапан 236 открыться. На Фиг.2 клапан 236 показан в открытом положении, наддувочный воздух проходит к впускному коллектору 44 как через первый канал 232, так и через второй канал 234.
В закрытом положении клапан 236 может перекрывать первый канал 232 от поступающего наддувочного воздуха, тем самым направляя весь наддувочный воздух через второй канал 234, как показано на Фиг.3. В этом случае скорость наддувочного воздуха, проходящего через второй канал 234, увеличивается. При увеличенной скорости воздух захватывает конденсат, который скопился на нижней поверхности охладителя 80 наддувочного воздуха 80. Например, накопленный конденсат 216 может скапливаться в нижней точке охладителя 80 наддувочного воздуха, то есть на нижней его поверхности. Накопленный конденсат 216 может также скапливаться на поверхностях теплообменных каналов 225 и/или в точках сбора в трубопроводе 230 (например, на изгибах). Конденсат может быть убран из охладителя наддувочного воздуха при высокой скорости проходящего воздуха, например, при высокой нагрузке. При этом в условиях более низкой нагрузки скорость наддувочного воздуха может быть недостаточно высокой для перемещения накопленного конденсата. За счет выборочного закрывания части канала охладителя 80 наддувочного воздуха по направлению к впускному коллектору 44 с помощью закрывания клапана 236 (например, за счет выборочного закрывания первого канала 232), скорость наддувочного воздуха, проходящего через второй канал 234, увеличивается и может переместить конденсат даже в условиях низкой нагрузки. В условиях высокой нагрузки, когда скорость наддувочного воздуха является более высокой, закрытый клапан 236 может представлять собой причину большого падения давления, тем самым создавая помехи для эффективного прохождения потока. Таким образом, клапан 236 выполнен с возможностью быть открытым в условиях высокой нагрузки.
Также на Фиг.2 и 3 изображена трубка 238 для забора конденсата. Трубка 238 для забора конденсата может быть соединена со вторым каналом 234 и иметь впускное отверстие, расположенное рядом с нижней точной охладителя 80 наддувочного воздуха. Трубка 238 для забора конденсата может еще больше сузить канал для наддувочного воздуха, выходящего из охладителя 80 наддувочного воздуха. Таким образом, трубка 238 для забора конденсата может действовать как соломинка, чтобы наддувочный воздух с подхваченным им конденсатом проходил во впускной коллектор 44 через второй канал 234.
Следует понимать, что вышеприведенное описание не является ограничивающим, и компоненты системы 200 охладителя наддувочного воздуха могут иметь другое подходящее геометрическое строение, отличное от представленного на Фиг.2 и 3. Кроме того, следует понимать, что характеристики системы 200 охладителя наддувочного воздуха могут включать в себя другие конфигурации, отличные от тех, что представлены на чертежах, не отступая при этом от объема настоящего раскрытия. Например, трубка 238 для забора конденсата может отсутствовать, или она может быть соединена с первым каналом 232, а не со вторым каналом 234. Кроме того, несмотря на то, что клапан 236 описан как подпружиненный откидной клапан, выполненный с возможностью открываться или закрываться на основании скорости наддувочного воздуха, также является возможным использование других конфигураций клапана. В одном примере клапан 236 может регулироваться контроллером 12, чтобы выборочно открываться или закрываться на основании условий работы двигателя. Клапан 236 может представлять собой двухпозиционный клапан, предполагающий полностью открытое и полностью закрытое положения, или он может представлять собой клапан с непрерывно изменяющимся положением, предусматривающим множество возможных положений для ограничения канала.
В другом примере возможно использование более двух каналов. Трубопровод может включать в себя три или более канала, при этом один или более из этих каналов могут регулироваться с помощью клапана, как описано выше. В качестве альтернативы может быть использован только один канал, а клапан может быть выполнен в виде клапана с изменяющимся положением, который может регулировать степень ограничения величины открытия канала для изменения скорости воздуха, проходящего через трубопровод.
Как показано на Фиг.2 и 3, разделитель 231 проходит по всей длине трубопровода 230 от выпускного отверстия охладителя 80 наддувочного воздуха до впускного отверстия впускного коллектора 44. Таким образом, первый канал 232 и второй канал 234 имеют общую внутреннюю стенку. В некоторых вариантах выполнения никакие компоненты (кроме клапана 236), дополнительные каналы или отверстия не расположены внутри трубопровода 230, и, следовательно, первый и второй каналы 232, 234 проходят от охладителя 80 наддувочного воздуха до впускного коллектора 44 без преград. При этом в других вариантах выполнения между охладителем наддувочного воздуха и впускным коллектором могут быть расположены дополнительные компоненты, такие как дроссели, различные датчики, еще один турбокомпрессор, дополнительный охладитель наддувочного воздуха и так далее. В случае наличия дополнительных компонентов, трубопровод между охладителем наддувочного воздуха и расположенным ниже по потоку компонентом может включать в себя несколько каналов для прохождения потока, в то время как трубопровод от расположенного ниже по потоку компонента до впускного коллектора может иметь либо только один канал, либо также несколько каналов.
Таким образом, вышеописанные системы предусматривают систему двигателя, включающую в себя охладитель наддувочного воздуха, впускной коллектор, трубопровод, соединяющий охладитель наддувочного воздуха с впускным коллектором, причем трубопровод разделен на первый канал и второй канал; клапан для выборочного перекрывания потока всасываемого воздуха, проходящего через первый канал; и трубку для забора конденсата, соединенную со вторым каналом.
Охладитель наддувочного воздуха может иметь впускное отверстие, выполненное с возможностью впуска всасываемого воздуха, несколько теплообменных каналов для охлаждения впускного воздуха и выпускное отверстие для выпуска всасываемого воздуха, которое соединено по текучей среде с трубопроводом. Трубка для забора конденсата может иметь впускное отверстие, расположенное внутри охладителя наддувочного воздуха и выпускное отверстие, соединенное по текучей среде со вторым каналом. Впускное отверстие трубки для забора конденсата может быть расположено рядом с нижней точкой охладителя наддувочного воздуха. Клапан может представлять собой подпружиненный откидной клапан, выполненный с возможностью быть открытым в условиях высокой скорости всасываемого воздуха и быть закрытым в условиях низкой скорости всасываемого воздуха. Система может также включать в себя контроллер, содержащий команды на открывание клапана в условиях работы двигателя при высокой нагрузке и на закрывание клапана в условиях работы двигателя при нагрузке от низкой до средней.
На Фиг.4 представлен способ 300 регулирования количества конденсата в охладителе наддувочного воздуха. Способ 300 может быть выполнен контроллером, например, контроллером 12, чтобы управлять клапаном, расположенным в трубопроводе, который соединяет охладитель наддувочного воздуха с впускным коллектором двигателя. Как было объяснено выше, трубопровод может иметь два канала для направления всасываемого воздуха во впускной коллектор, а клапан может быть выполнен с возможностью изменения потока проходящего воздуха через эти два канала. Способ 300 предусматривает на этапе 302 прохождение всасываемого воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Всасываемый воздух может быть затянут во впускной канал и может быть сжат турбокомпрессором до прохождения через охладитель наддувочного воздуха на пути к двигателю. В охладителе наддувочного воздуха всасываемый воздух охлаждается, обеспечивая дальнейшее сжатие воздуха. При охлаждении всасываемого воздуха в охладителе наддувочного воздуха на его поверхностях может образовываться конденсат, например, когда всасываемый воздух является относительно прохладным и влажным. Образованный конденсат может накапливаться в одном или более местах в охладителе наддувочного воздуха, таких как в самой нижней по вертикали точке внутри охладителя наддувочного воздуха. Таким образом, как указано на этапе 304, внутри охладителя наддувочного воздуха накапливается конденсат.
На этапе 306 определяют, работает ли двигатель в условиях высокой нагрузки. Нагрузка двигателя может быть определена с помощью показаний датчика MAP, такого как датчик 122, как было описано выше со ссылкой на Фиг.1. Если определено, что двигатель работает в условиях высокой нагрузки, способ 300 переходит на этап 308, чтобы открыть клапан, расположенный в первом канале трубопровода. Как было объяснено выше со ссылкой на Фиг.2 и 3, внутри одного канала трубопровода с двумя каналами, соединяющими охладитель наддувочного воздуха с впускным коллектором, может быть расположен клапан. Когда этот клапан открыт, всасываемый воздух может проходить через первый канал трубопровода с двумя каналами. Так как второй канал трубопровода с двумя каналами имеет клапана или других ограничителей, то когда клапан открыт, всасываемый воздух направляется во впускной коллектор через первый и второй каналы, как указано на этапе 310. Также на этапе 310 подхваченный конденсат также направляют к впускному отверстию через первый и второй каналы. Конденсат, накопленный на поверхностях охладителя наддувочного воздуха, может быть перемещен во впускной коллектор благодаря скорости наддувочного воздуха, проходящего через конденсат. Затем способ 300 возвращается в начало.
Если на этапе 306 наличие высокой нагрузки не определено, способ 300 переходит на этап 312, чтобы закрыть клапан, расположенный в первом канале. После закрывания этого клапана всасываемый воздух не сможет пройти через первый канал и вместо этого проходит только через второй канал. Как указано, на этапе 314 всасываемый воздух направляют во впускной коллектор через второй канал, а не через первый канал. Захваченный конденсат также направляется во впускной коллектор через второй канал, так как благодаря увеличенной скорости при прохождении только через второй канал, всасываемый воздух также вместе с всасываемым воздухом захватывает конденсат. Затем способ 300 возвращается в начало.
Как было описано выше, способ 300 активно контролирует положение клапана в трубопроводе с двумя каналами с тем, чтобы либо увеличить скорость всасываемого воздуха при прохождении через трубопровод (когда эта скорость является относительно низкой, например, в условиях низкой нагрузки), либо уменьшить падение давления всасываемого воздуха при прохождении от охладителя наддувочного воздуха к трубопроводу (когда скорость всасываемого воздуха является относительно высокой, например, в условиях высокой нагрузки). При этом способ 300 в качестве альтернативы может быть выполнен с использованием пассивного клапана, который выполнен с возможностью быть закрытым в условиях низкой скорости, и который открывается потоком всасываемого воздуха в условиях высокой нагрузки.
Кроме того, в некоторых вариантах воплощения изобретения трубка для забора конденсата может быть соединена со вторым каналом. Таким образом, способ 300 может по выбору включать в себя направление всасываемого воздуха через трубку для забора конденсата до прохождения через второй канал. Всасываемый воздух может быть направлен через трубку для забора конденсата, когда клапан открыт и когда клапан закрыт.
Таким образом, в одном варианте выполнения способ предусматривает при первом условии направление всасываемого воздуха от охладителя наддувочного воздуха к впускному коллектору через первый канал и второй канал; а при втором условии направление всасываемого воздуха от охладителя наддувочного воздуха к впускному коллектору через второй канал и не через первый канал.
Впускное отверстие второго канала может расположено ниже по вертикали, чем впускное отверстие первого канала, у нижней части охладителя наддувочного воздуха, а диаметр поперечного сечения первого канала может быть больше диаметра поперечного сечения второго канала. Первое условие может включать в себя высокую нагрузку двигателя, а второе условие может включать в себя нагрузку двигателя от низкой до средней, а первый и второй каналы расположены внутри единого трубопровода. Прохождение всасываемого воздуха от охладителя наддувочного воздуха к впускному коллектору через второй канал может также включать в себя прохождение всасываемого воздуха через трубку для забора конденсата, соединенную со вторым каналом.
Способ может также предусматривать открывание клапана, расположенного в первом канале, при первом условии, и закрывание этого клапана для перекрывания потока всасываемого воздуха через первый канал при втором условии. Первый и второй каналы могут иметь общую внутреннюю стенку, которая проходит на всем протяжении от охладителя наддувочного воздуха до впускного коллектора, причем способ может также предусматривать захват накопленного конденсата всасываемым воздухом и направление этого конденсата во впускной коллектор.
Специалистам в данной области понятно, что конфигурации и процедуры, описанные в данном документе, являются по своей сути иллюстративными, и что допускаются различные изменения и модификации представленных конструкций 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. Система охлаждения двигателя, содержащая охладитель наддувочного воздуха, имеющий впускное отверстие, несколько теплообменных каналов, соединенных по текучей среде с впускным отверстием, и выпускное отверстие, соединенное по текучей среде с теплообменными каналами; а также трубопровод, соединенный с указанным выпускным отверстием и впускным коллектором двигателя, причем трубопровод выполнен разделенным и имеет первый и второй каналы, ведущие к впускному коллектору, где в первом канале расположен клапан.
2. Система по п.1, в которой клапан выполнен с возможностью закрываться в условиях от низкой до средней нагрузки и открываться в условиях высокой нагрузки.
3. Система по п.2, в которой, когда клапан закрыт, первый канал перекрыт, а всасываемый воздух от охладителя наддувочного воздуха может проходить через второй канал.
4. Система по п.2, в которой, когда клапан открыт, всасываемый воздух от охладителя наддувочного воздуха может проходить и через первый и через второй каналы.
5. Система по п.1, в которой клапан представляет собой подпружиненный откидной клапан.
6. Система по п.1, которая также содержит трубку для забора конденсата, соединенную со вторым каналом и имеющую впускное отверстие, расположенное рядом с нижней поверхностью охладителя наддувочного воздуха.
7. Система по п.1, в которой трубопровод разделен по всей длине от охладителя наддувочного воздуха до впускного коллектора без промежуточных отверстий.
8. Система по п.1, в которой первый канал и второй канал имеют общую внутреннюю разделяющую стенку, а диаметр поперечного сечения первого канала больше диаметра поперечного сечения второго канала.
9. Система двигателя, содержащая систему охлаждения по п.6.
10. Система двигателя по п.9, в которой впускное отверстие охладителя наддувочного воздуха выполнено с возможностью принимать всасываемый воздух, теплообменные каналы выполнены с возможностью охлаждения всасываемого воздуха, а выпускное отверстие соединено по текучей среде с трубопроводом.
11. Система двигателя по п.9, в которой впускное отверстие трубки для забора конденсата расположено внутри охладителя наддувочного воздуха, а выпускное отверстие трубки для забора конденсата сообщается по текучей среде со вторым каналом.
12. Система двигателя по п.9, в которой клапан представляет собой подпружиненный откидной клапан, выполненный с возможностью открываться в условиях высокой скорости всасываемого воздуха и закрываться в условиях низкой скорости всасываемого воздуха.
13. Система двигателя по п.9, дополнительно содержащая контроллер, содержащий команды на открывание клапана в условиях работы двигателя при высокой нагрузке и команды на закрывание клапана в условиях работы двигателя при нагрузке от низкой до средней.
