Двигатель внутреннего сгорания с наддувом
Полезная модель относится к двигателю (1) внутреннего сгорания с наддувом, содержащему
по меньшей мере одну впускную магистраль (13a), выделенную под систему (13) впуска, для подачи наддувочного воздуха в двигатель (1) внутреннего сгорания,
по меньшей мере одну выпускную магистраль, выделенную под систему выпуска выхлопных газов, для выпуска выхлопных газов,
по меньшей мере один компрессор (11), расположенный в по меньшей мере одной впускной магистрали (13a) и содержащий по меньшей мере один ротор, установленный на вращающемся валу, и корпус (11a), в котором расположен по меньшей мере один ротор, при этом компрессор (11) снабжен системой охлаждения жидкостного типа, с этой целью корпус (11a) содержит по меньшей мере один встроенный канал хладагента, и
систему рециркуляции выхлопных газов, магистраль рециркуляции которой ответвлена от системы выпуска выхлопных газов и выходит в систему (13) впуска выше по потоку от компрессора (11).
Полезная модель также относится к способу управления двигателем (1) внутреннего сгорания указанного типа.
Сделана попытка предоставить двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом, у которого образование конденсата в компрессоре (11) может быть нейтрализовано и у которого высокие интенсивности рециркуляции выхлопных газов могут осуществляться посредством EGR низкого давления.
Это достигается посредством двигателя (1) внутреннего сгорания указанного типа, в котором
для образования системы охлаждения жидкостного типа предусмотрен охлаждающий контур (10), который ведет через по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус (11a), при этом теплообменник (14) расположен в охлаждающем контуре (10) выше по потоку от корпуса (11a) и служит для нагрева хладагента, и
по меньшей мере один компрессор (11) является неотъемлемой частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов.
(Фиг.1)
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с наддувом, содержащему
по меньшей мере одну впускную магистраль, выделенную под систему впуска, для подачи наддувочного воздуха в двигатель внутреннего сгорания,
по меньшей мере одну выпускную магистраль, выделенную под систему выпуска выхлопных газов, для выпуска выхлопных газов,
по меньшей мере один компрессор, расположенный в по меньшей мере одной впускной магистрали и содержащий по меньшей мере один ротор, установленный на вращающемся валу, и корпус, в котором расположен по меньшей мере один ротор, при этом компрессор снабжен системой охлаждения жидкостного типа, с этой целью корпус содержит по меньшей мере один встроенный канал хладагента, и
систему рециркуляции выхлопных газов, магистраль рециркуляции которой ответвлена от системы выпуска выхлопных газов и выходит в систему впуска выше по потоку от компрессора.
Полезная модель также относится к способу управления двигателем внутреннего сгорания указанного типа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатель внутреннего сгорания изложенного типа, например, используется в виде привода для моторного транспортного средства. В рамках контекста настоящей полезной модели, выражение «двигатель внутреннего сгорания» охватывает дизельные двигатели и двигатели с циклом Отто, а также гибридные двигатели внутреннего сгорания, которые используют гибридный процесс сгорания, и гибридные приводы, которые содержат не только двигатель внутреннего сгорания, но также и электрическую машину, которая присоединена в показателях привода к двигателю внутреннего сгорания и которая принимает мощность из двигателя, или которая, в виде переключаемого вспомогательного привода, выдает дополнительную мощность.
Двигатели внутреннего сгорания в большинстве случаев все больше снабжены наддувом, при этом наддув, главным образом, является способом повышения мощности, в котором наддувочный воздух, требуемый для процесса сгорания в двигателе, сжимается, в результате чего, большая масса наддувочного воздуха может подаваться в каждый цилиндр за рабочий цикл. Таким образом, масса топлива, а потому среднее эффективное давление может увеличиваться.
Для наддува часто осуществляется использование турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов, в котором компрессор и турбина расположены на одном и том же валу, причем поток горячих выхлопных газов подается в турбину, расширяясь в указанной турбине с выделением энергии и тем самым приводя вал во вращение. Энергия, подаваемая потоком выхлопных газов, используется для приведения в движение компрессора, который расположен на валу подобным образом. Компрессор подает и сжимает наддувочный воздух, подаваемый в него, в результате чего достигается наддув цилиндров.
Тем не менее, может осуществляться использование механического нагнетателя, который содержит механическое соединение с двигателем внутреннего сгорания с целью передачи мощности. Тогда как механический нагнетатель отбирает энергию, требуемую для его непосредственного приведения в движение, от двигателя внутреннего сгорания, турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов использует энергию выхлопных газов у раскаленных выхлопных газов.
Характеристика крутящего момента двигателя с внутренним сгоранием с наддувом может быть улучшена благодаря предоставлению многочисленных турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов, которые присоединены параллельно или последовательно, и/или комбинации наддува с приводом от выхлопных газов и механического нагнетателя. Двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели содержит по меньшей мере один компрессор. Согласно полезной модели, по меньшей мере один компрессор содержит по меньшей мере один установленный с возможностью вращения ротор и, следовательно, также может иметь два или более роторов, если он выполнен в виде многоступенчатого компрессора, и одно или более направляющих колес.
Наддув является подходящим средством для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания наряду с сохранением неизменного рабочего объема двигателя или для снижения рабочего объема двигателя наряду с сохранением прежней мощности. В любом случае, наддув приводит к увеличению объемной выходной мощности и улучшенной удельной мощности. Для одних и тех же граничных условий транспортного средства, таким образом, можно смещать общую нагрузку к более высоким нагрузкам, на которых ниже удельный расход топлива.
Наддув, следовательно, содействует постоянным усилиям по усовершенствованию двигателей внутреннего сгорания для уменьшения расхода топлива, то есть для улучшения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания. При целевой конфигурации наддува, в особенности, также можно получать преимущества в отношении выбросов с выхлопными газами. С подходящим наддувом, например, дизельного двигателя, выбросы оксида азота, поэтому, могут уменьшаться без каких бы то ни было потерь коэффициента полезного действия. Выбросы углеводородов могут находиться под благоприятным влиянием одновременно. Выбросы двуокиси углерода, которые непосредственно коррелируют с расходом топлива, снижаются подобным образом с падением расхода топлива.
Для соблюдения будущих предельных значений для загрязняющих выбросов, однако, необходимы дополнительные меры. Здесь, фокус опытно-конструкторской работы, среди прочего, сосредоточен на снижении выбросов оксидов азота, которые имеют высокую значимость, в частности, в дизельных двигателях. Поскольку образование оксидов азота требует не только избытка воздуха, но, скорее, также высоких температур, одна из концепций для уменьшения выбросов оксида азота состоит в разработке процессов сгорания с более низкими температурами сгорания.
Здесь, рециркуляция выхлопных газов (EGR), то есть рециркуляция выхлопных газов с выпускной стороны на впускную сторону, целесообразна при достижении этой цели, при этом возможно, чтобы выбросы оксидов азота значительно снижались с увеличением интенсивности рециркуляции выхлопных газов. Здесь, интенсивность рециркуляции выхлопных газов, x EGR, определяется в виде xEGR=mEGR /(mEGR+mfresh air), где mEGR обозначает массу подвергнутых рециркуляции выхлопных газов, а mfresh air обозначает подаваемый свежий воздух.
Для получения значительного снижения выбросов оксидов азота требуются высокие интенсивности рециркуляции выхлопных газов, которые могут иметь порядок величины xEGR
от 60% до 70%.
При работе двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом с приводом от выхлопных газов и одновременным использованием системы рециркуляции выхлопных газов может возникать противоречие, если подвергнутые рециркуляции выхлопные газы извлекаются из системы выпуска выхлопных газов выше по потоку от турбины посредством EGR высокого давления и больше не имеются в распоряжении для осуществления привода турбины.
В случае повышения интенсивности рециркуляции выхлопных газов поток выхлопных газов, введенный в турбину, уменьшается соответствующим образом. Уменьшенный массовый расход выхлопных газов через турбину ведет к более низкой степени повышения давления турбины, в результате чего степень повышения давления наддува также падает, что приравнивается к меньшему массовому расходу компрессора. Помимо понижения давления наддува, могут возникать дополнительные проблемы в работе компрессора, например, в отношении предела помпажа. Также могут возникать недостатки в отношении загрязняющих выбросов, например в отношении образования сажи в дизельных двигателях во время разгона.
По этой причине требуются концепции, которые - в частности, в диапазоне частичных нагрузок - гарантируют соразмерно высокие давления наддува с одновременно высокими интенсивностями рециркуляции выхлопных газов. Одним из предлагаемых решений является так называемая EGR низкого давления.
В противоположность вышеуказанной системе EGR высокого давления, в которой выхлопные газы извлекаются из системы выпуска выхлопных газов выше по потоку от турбины и вводятся в систему впуска ниже по потоку от компрессора, в случае системы EGR низкого давления, выхлопные газы, которые уже протекли через турбину, подвергают рециркуляции на впускную сторону (см. например EP 1724453, опубл. 22.11.2006, МПК F01N3/00, F02B29/04). Для этой цели система EGR низкого давления содержит магистраль рециркуляции, которая ответвляется от системы выпуска выхлопных газов ниже по потоку от турбины и выходит в систему впуска выше по потоку от компрессора.
Двигатель внутреннего сгорания, который подвергается наддуву посредством компрессора и в котором магистраль рециркуляции системы EGR выходит в систему впуска выше по потоку от компрессора, также является предметом настоящей полезной модели.
Выхлопные газы, которые подвергаются рециркуляции через систему EGR низкого давления на впускную сторону, смешиваются со свежим воздухом выше по потоку от компрессора. Смесь свежего воздуха и подвергнутых рециркуляции выхлопных газов, вырабатываемых таким образом, формирует наддувочный воздух, который подается в компрессор и сжимается, при этом сжатый наддувочный воздух зачастую также охлаждается ниже по потоку от компрессора в охладителе наддувочного воздуха.
При этом отсутствует недостаток в том, что выхлопные газы проводятся через компрессор в ходе EGR низкого давления, так как, вообще, используются выхлопные газы, которые были подвергнуты последующей очистке выхлопных газов, в частности, в сажевом фильтре. Поэтому нет риска отложений в компрессоре, которые изменяют геометрию компрессора, в частности, поперечные сечения потоков, и тем самым снижают эффективность компрессора.
В противоположность, среди прочего, благодаря охлаждению компрессора могут возникать проблемы во время сжатия, в частности, после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания. В ходе охлаждения и сжатия жидкости, содержащиеся ранее в наддувочном воздухе еще в газообразной форме, в частности, вода, могут конденсироваться, если недонабрана температура точки росы составляющей газового потока наддувочного воздуха. Если осажденный конденсат не сливается и подается в цилиндры непрерывно крайне небольшими количествами, потоком наддувочного воздуха на основе кинетики, конденсат может накапливаться в системе впуска, например, в компрессоре и/или охладителе наддувочного воздуха, а затем внезапно вводится непредсказуемо и в относительно больших количествах из системы впуска в цилиндры, например, в случае поперечного ускорения во время движения на повороте или при проезде по уклону или через колдобину. Последнее также указывается ссылкой как гидравлический удар, который может приводить не только к серьезному нарушению работы двигателя внутреннего сгорания, но, скорее, также может приводить к необратимому повреждению компонентов ниже по потоку от компрессора.
Проблема, описанная выше, усиливается с повышением интенсивности рециркуляции, так как с повышением расхода подвергнутых рециркуляции выхлопных газов фракции отдельных составляющих выхлопных газов в наддувочном воздухе, в частности, воды, содержащейся в выхлопных газах, неизбежно возрастают. В предшествующем уровне техник, поэтому, расход выхлопных газов, подвергнутых рециркуляции через систему EGR низкого давления, ограничивается, чтобы уменьшать количество конденсированной воды или предотвращать конденсацию. Требуемое ограничение EGR низкого давления препятствует цели значительного снижения выбросов оксида азота посредством EGR и препятствует цели снижения интенсивностей рециркуляции EGR высокого давления посредством EGR низкого давления, чтобы избегать проблем в отношении давления наддува и/или массы наддувочного воздуха.
В уровне техники требуемые высокие интенсивности рециркуляции могут получаться только посредством EGR высокого давления, при этом должны быть допущены недостатки. Преимущества EGR низкого давления, следовательно, могут использоваться всего лишь в ограниченной степени.
Вопреки уровню техники, изложенному выше, задача настоящей полезной модели состоит в том, чтобы предложить двигатель внутреннего сгорания с наддувом согласно ограничительной части пункта 1 формулы полезной модели, посредством которого преодолеваются недостатки, известные из уровня техники относительно образования конденсата, и посредством которого, в частности высокие интенсивности рециркуляции выхлопных газов, могут осуществляться посредством EGR низкого давления.
Дополнительная подзадача настоящей полезной модели состоит в том, чтобы детально изложить способ работы двигателя внутреннего сгорания указанного типа.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Первая задача решена посредством двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащего
по меньшей мере одну впускную магистраль, выделенную под систему впуска, для подачи наддувочного воздуха в двигатель внутреннего сгорания,
по меньшей мере одну выпускную магистраль, выделенную под систему выпуска выхлопных газов, для выпуска выхлопных газов,
по меньшей мере один компрессор, расположенный в по меньшей мере одной впускной магистрали и содержащий по меньшей мере один ротор, установленный на вращающемся валу, и корпус, в котором расположен по меньшей мере один ротор, при этом компрессор снабжен системой охлаждения жидкостного типа, с этой целью корпус содержит по меньшей мере один встроенный канал хладагента, и
систему рециркуляции выхлопных газов, магистраль рециркуляции которой ответвлена от системы выпуска выхлопных газов и выходит в систему впуска выше по потоку от компрессора,
при этом
для образования системы охлаждения жидкостного типа предусмотрен охлаждающий контур, который ведет через по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус, при этом теплообменник расположен в охлаждающем контуре выше по потоку от корпуса и служит для нагрева хладагента, и
по меньшей мере один компрессор является неотъемлемой частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов.
Двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели содержит компрессор с жидкостным охлаждением, в котором система охлаждения может использоваться - в противоположность своему обозначенному назначению - для повышения температуры наддувочного воздуха в компрессоре, то есть служит в виде нагревателя. Для этой цели теплообменник предусмотрен в охлаждающем контуре выше по потоку от корпуса компрессора, данный теплообменник служит для подогрева хладагента, при этом хладагент, который нагревается в теплообменнике по мере того, как он течет вниз по потоку через по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус, привносит тепло в корпус и, таким образом, опосредованно также нагревает наддувочный воздух, расположенный в компрессоре.
Подъем температуры наддувочного воздуха до температуры, выше специфичной температуры точки росы, противодействует конденсации составляющей, содержащейся в наддувочном воздухе в газообразной форме, в частности, конденсации воды, содержащейся в наддувочном воздухе, или полностью предотвращает указанную конденсацию. У двигателя внутреннего сгорания согласно полезной модели конденсация может надежно предотвращаться, даже в неблагоприятных условиях работы, после холодного запуска и/или при низких температурах окружающей среды.
Здесь, специфичная температура точки росы может быть температурой точки росы любой составляющей газового потока наддувочного воздуха, в частности, температурой точки росы воды, содержащейся в наддувочном воздухе в газообразной форме.
Устранение конденсации также устраняет проблемы, связанные с ней, более точно, накопление конденсата в системе впуска и гидравлический удар, который обычно возникает в результате.
Согласно полезной модели, для образования системы охлаждения жидкостного типа корпус содержит по меньшей мере один встроенный канал хладагента, чтобы температура могла в основном находиться под влиянием через большие части корпуса.
Когда требуется, система охлаждения жидкостного типа также может использоваться, соответственно своему изначально подразумеваемому назначению, для охлаждения наддувочного воздуха. Посредством охлаждения во время сжатия преимущественно возможно, чтобы эффективность компрессора находилась под влиянием. Если, для простоты, сжатие рассматривается в виде ступенчатого повышения давления, охлаждение воздуха во время сжатия обладает эффектом, что более низкая температура сжатия присутствует после каждого пошагового повышения давления, чем в случае сжатия без охлаждения. Более низкая температура сжатия дает большую плотность сжатого воздуха для сгорания и, таким образом, более низкий объемный расход, что, в свою очередь, означает, что более низкая мощность сжатия требуется для дискретного подъема давления, по какой причине повышается эффективность, так как для данного массового расхода одно и то же давление наддува достигается с меньшей работой компрессора. Поскольку более высокая эффективность, по сути, ведет к более низкой температуре сжатия, синергетические эффекты достигаются даже в ходе охлаждения.
Охлаждение жидкостного типа у компрессора делает необходимым, чтобы корпус был снабжен по меньшей мере одним каналом хладагента, то есть неизбежно влечет за собой предоставление каналов хладагента, которые проводят хладагент через корпус. Тепло не нуждается в том, чтобы сначала проводиться на поверхность корпуса, чтобы выпускаться, но, взамен, рассеивается в хладагент, обычно воду, снабженную присадками, уже находящуюся внутри корпуса. Здесь, хладагент подается посредством насоса, расположенного в охлаждающем контуре, чтобы указанный хладагент циркулировал в канале хладагента. Тепло, рассеиваемое в хладагент, выпускается изнутри корпуса таким образом и снова отводится из хладагента в теплообменнике.
Охлаждение компрессора также предлагает преимущества в отношении потока вентиляции, подводимого в систему впуска выше по потоку от компрессора, служащего для вентиляции картера двигателя и в виде составных частей также включает в себя масло и несгоревшие углеводороды, которые могут осаждаться в компрессоре, в частности, на стенках корпуса и на лопастях ротора. Более точно, испытания показали, что температура на выпуске из компрессора является важной, оказывающей влияние переменной в отношении возникновения и степени загрязнения компрессора. Более того, было идентифицировано, что загрязнение может по существу предотвращаться до тех пор, пока температура на выпуске не превышает критическую температуру.
Двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели добивается первой цели, на которой основана полезная модель, то есть предоставлен двигатель внутреннего сгорания с наддувом, посредством которого преодолеваются недостатки, известные из уровня техники в отношении образования конденсата, и посредством которого, в частности, высокие интенсивности рециркуляции выхлопных газов могут осуществляться посредством EGR низкого давления.
Согласно полезной модели, по меньшей мере один компрессор является неотъемлемой частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов. Преимущество турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов, например, относительно механического нагнетателя, включает в себя этап, на котором никакого механического соединения для передачи мощности не требуется между нагнетателем и двигателем внутреннего сгорания. Механический нагнетатель получает энергию, требуемую для осуществления его привода, полностью из двигателя внутреннего сгорания и тем самым снижает выходную мощность и коэффициент полезного действия.
Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели может иметь механический нагнетатель в виде дополнительного компрессора. Более точно, в случае наддува двигателя внутреннего сгорания посредством турбонаддува с приводом от выхлопных газов значительное падение крутящего момента наблюдается, если не набрана определенная скорость вращения.
Указанное падение крутящего момента является понятным, если учесть, что в случае турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов степень повышения давления заряда является зависящей от коэффициента давления турбины. Например, если скорость вращения двигателя понижается в случае дизельного двигателя, или если нагрузка понижается в случае двигателя с циклом Отто, это ведет к меньшему массовому расходу выхлопных газов, а потому - к более низкому коэффициенту повышения давления турбины. Это имеет следствие, что к более низким скоростям вращения двигателя или нагрузкам, соответственно, степень повышения давления наддува снижается подобным образом, что приравнивается падению крутящего момента.
Механический нагнетатель обладает преимуществом над турбонагнетателем с приводом от выхлопных газов, что соразмерно высокое давление наддува может обеспечиваться даже на низких скоростях вращения.
Описанные зависимости зачастую также обладают эффектом, что многочисленные турбонагнетатели или комбинации турбонаддува с приводом от выхлопных газов и механического наддува используются для улучшения характеристики крутящего момента. Двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели может иметь многочисленные компрессоры, которые расположены параллельно или последовательно и которые являются составной частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов или являются механическими нагнетателями.
Дополнительные полезные варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом будут обсуждены в связи с зависимыми пунктами формулы полезной модели.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых охладитель наддувочного воздуха предусмотрен ниже по потоку от по меньшей мере одного компрессора, посредством которого сжатый наддувочный воздух охлаждается перед тем, как он поступает в по меньшей мере один цилиндр. Охладитель понижает температуру и тем самым повышает плотность наддувочного воздуха, чтобы охладитель также вносил вклад в улучшенный наддув цилиндров, то есть в большую массу воздуха. В сущности, происходит сжатие посредством охлаждения.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых компрессор является радиальным компрессором. Радиальный тип конструкции компрессора содействует, то есть упрощает, в частности охлаждение наддувочного воздуха во время сжатия, в особенности, чтобы наддувочный воздух, который должен сжиматься, мог охлаждаться на большой площади через большие части радиально наружу продолжающегося ротора, что не без труда возможно при использовании осевого компрессора, который предусматривает всего лишь небольшое пространство для установки для охлаждения наддувочного воздуха в области ротора. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно полезной модели, в основном, также может быть снабжен компрессором осевого типа конструкции.
В случае компрессоров эти термины указывают ссылкой на направление выходного потока с лопастей ротора. В случае радиального компрессора, поэтому, выходной поток является по существу радиальным. В этом контексте «по существу» означает, что составляющая скорости в радиальном направлении больше, чем осевая составляющая скорости. Вектор скорости потока пересекает вал или ось компрессора определенно под прямыми углами, если выходной поток является в точности радиальным. Набегающий поток может быть и предпочтительно должен быть осевым.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус имеет модульную форму в виде многокомпонентного корпуса и содержит по меньшей мере два сегмента корпуса. Чтобы быть способным располагать ротор в корпусе, модульная и, таким образом, безкожуховая конструкция корпуса может быть обязательной.
Однако также могут быть полезными варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус имеет однокомпонентную форму. Соединительные элементы, например, такие как винты и тому подобное, и сборка по меньшей мере двух частей корпуса, в таком случае, могут быть исключены.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых предусмотрена перепускная магистраль для обхода теплообменника, при этом перепускная магистраль ответвлена от охлаждающего контура выше по потоку от теплообменника и снова выходит в охлаждающий контур между корпусом и теплообменником.
Здесь, полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых элемент перекрытия предусмотрен в перепускной магистрали.
Если система охлаждения жидкостного типа компрессора не должна использоваться, в противоположность своему подразумеваемому назначению, в виде нагревателя, чтобы повышать температуру наддувочного воздуха в компрессоре, то есть для нагревания наддувочного воздуха, хладагент может подаваться непосредственно в корпус компрессора через перепускную магистраль, с обходом теплообменника, посредством открывания элемента перекрытия. Система охлаждения жидкостного типа в таком случае используется, соответственно своему изначально подразумеваемому назначению, для охлаждения наддувочного воздуха.
Если система жидкостного охлаждения используется в соответствии со своим обычно подразумеваемым назначением для охлаждения компрессора, температура наддувочного воздуха может понижаться посредством низкотемпературного охлаждения даже в случае относительно низких нагрузок и относительно низких температур сжатия, например, 110°C. Посредством низкотемпературной системы охлаждения хладагент, подаваемый в охлаждающую рубашку, встроенную в корпус, может охлаждаться до температур, например, 30°C, 40°C или 50°C, чтобы могли осуществляться температуры наддувочного воздуха 60°C или 70°C. Температуры в этом диапазоне также целесообразны для улучшения эффективности компрессора.
Поэтому также полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых охлаждающий контур является низкотемпературным контуром.
Здесь, полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых охладитель наддувочного воздуха расположен ниже по потоку от корпуса в низкотемпературном контуре.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых для образования системы охлаждения двигателя предусмотрен высокотемпературный контур.
В своей основе возможно, чтобы система охлаждения двигателя внутреннего сгорания принимала форму системы охлаждения воздушного типа или системы охлаждения жидкостного типа. Поскольку головка блока цилиндров и блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания с наддувом термически высоко нагружены в большей степени, чем у безнаддувного двигателя, и поскольку жидкость имеет значительно большую теплоемкость, чем воздух, то есть значительно большие количества тепла могут рассеиваться посредством системы охлаждения жидкостного типа, чем посредством системы охлаждения воздушного типа, двигатели внутреннего сгорания с наддувом обычно снабжены системой охлаждения жидкостного типа.
Для образования системы охлаждения жидкостного типа, то есть системы охлаждения двигателя, необходимо, чтобы двигатель внутреннего сгорания, то есть головка блока цилиндров и/или блок цилиндров, был снабжен по меньшей мере одной охлаждающей рубашкой, то есть необходимо предусмотреть каналы хладагента, которые проводят хладагент через головку блока цилиндров и/или блок цилиндров. Тепло рассеивается в хладагент, обычно воду, снабженную добавками, внутри головки или блока. Здесь, хладагент подается посредством насоса, расположенного в охлаждающем контуре, чтобы указанный хладагент осуществлял циркуляцию. Тепло, рассеиваемое в хладагент, выпускается изнутри головки или блока, таким образом, и снова отводится из хладагента в теплообменнике.
В противоположность низкотемпературному контуру, описанному выше, в котором хладагент, например, находится на температурах 30°C, 40°C, 50°C, система охлаждения двигателя у двигателя внутреннего сгорания в данном случае находится в высокотемпературном контуре, так как хладагент, извлекаемый из охлаждающего контура двигателя внутреннего сгорания, главным образом, находится на температурах 80°C или выше, в особенности, даже если указанный хладагент извлекается из охлаждающего контура двигателя внутреннего сгорания, например, выше по потоку от впуска в головку блока цилиндров или блока цилиндров.
В случае двигателей внутреннего сгорания с наддувом с системой охлаждения двигателя, поэтому, также полезны варианты осуществления, в которых теплообменник присоединен к системе охлаждения двигателя, в которой теплообменник присоединен к системе охлаждения двигателя, чтобы хладагент из высокотемпературного контура мог служить источником тепла для нагрева хладагента.
Также могут быть полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых теплообменник присоединен к системе выпуска выхлопных газов, чтобы раскаленные выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания служили источником тепла для нагрева хладагента.
Два варианта осуществления, приведенные выше, в которых хладагент из высокотемпературного контура или раскаленные выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания служат источником тепла, отличаются тем, что не требуется никакой дополнительной энергии, используемой и потребляемой для нагрева хладагента, а взамен осуществляется использование уже существующих источников энергии, в особенности, раскаленные выхлопные газы, которые формируются в любом случае, и которые, в ином случае, выпускаются бесполезными в окружающую среду, или, иначе, горячий хладагент из системы охлаждения двигателя, из которой тепло должно непрерывно отводиться, чтобы быть способным охлаждать двигатель в первую очередь и отводить тепло из двигателя.
Тем не менее, также могут быть полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых теплообменник выполнен с возможностью электрического подогрева для электрического подогрева хладагента. Преимущество возврата тепла, как описано выше, в таком случае исключается в надлежащем порядке. С другой стороны, например, преимущество также может возникать в случае холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, если хладагент из системы охлаждения двигателя сам еще является холодным и должен нагреваться, и/или температуры выхлопных газов недостаточно высоки, и/или температура выхлопных газов значительно падает по мере того, как они следуют через систему выпуска выхлопных газов ниже по потоку от теплообменника.
Вторая подзадача, на которой основана полезная модель, в частности, подзадача детального изложения способа работы двигателя внутреннего сгорания с наддувом вышеописанного типа, достигается посредством способа, в котором система охлаждения жидкостного типа компрессора подвергается работе, чтобы температура сжатого наддувочного воздуха не падала ниже температуры точки росы воды, содержащейся в наддувочном воздухе.
То, что было изложено в связи с двигателем внутреннего сгорания согласно полезной модели, подобным образом, применяется к способу согласно полезной модели.
Полезны варианты способа, в которых хладагент нагревается теплообменником, чтобы температура сжатого наддувочного воздуха не падала ниже температуры точки росы воды, содержащейся в наддувочном воздухе.
Здесь, полезны варианты способа, в которых хладагент нагревается в теплообменнике после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет подробнее описана ниже на основе двух примерных вариантов осуществления согласно фигурам 1 и 2. На фигурах:
фиг.1 схематично показывает первый вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, и
фиг.2 схематично показывает второй вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Фиг.1 схематично показывает первый вариант осуществления двигателя 1 внутреннего сгорания. Для образования системы 2 охлаждения двигателя двигатель 1 внутреннего сгорания содержит головку 1a блока цилиндров с жидкостным охлаждением и блок 1b цилиндров с жидкостным охлаждением.
Хладагент подается в блок 1b цилиндров на впускной стороне через приемное отверстие 3. Головка 1a блока цилиндров с жидкостным охлаждением содержит охлаждающую рубашку, которая питается вторично через блок 1b цилиндров хладагентом (указано стрелками). Для высвобождения хладагента выпускное отверстие 4 предусмотрено в головке 1a блока цилиндров на выпускной стороне, из такого выпускного отверстия может сливаться хладагент охлаждающей рубашки, связанной с блоком цилиндров, и хладагент охлаждающей рубашки, встроенной в головку 1a блока цилиндров.
Для образования контура выпускное отверстие 4 выпускной стороны может быть присоединено к приемному отверстию 3 впускной стороны, более точно, через магистраль 5 рециркуляции, в которой расположен радиатор 6 и/или через перепускную магистраль 9, которая обходит радиатор 6, при этом перепускная магистраль 9, а также магистраль 5 рециркуляции, выходят в управляемый термостатом клапан 7, из которого подводящая магистраль 8 ведет в приемное отверстие 3 впускной стороны.
В дополнение к высокотемпературному контуру 2 (пунктирные линии) системы 2 охлаждения двигателя предусмотрен низкотемпературный контур 10 (сплошные линии), в который включены или могут быть включены компрессор 11 и охладитель 12 наддувочного воздуха. Компрессор 11 может быть составной частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов или может быть механическим нагнетателем.
Компрессор 11 расположен во впускной магистрали 13a, которая выделена под систему 13 впуска и которая подает наддувочный воздух в двигатель внутреннего сгорания. Охладитель 12 наддувочного воздуха с жидкостным охлаждением для охлаждения сжатого наддувочного воздуха предусмотрен ниже по потоку от компрессора 11.
Компрессор 11, расположенный во впускной магистрали 13a, снабженный системой охлаждения жидкостного типа, в представленном случае с низкотемпературной системой 10 охлаждения, с этой целью корпус 11a компрессора содержит по меньшей мере один встроенный канал хладагента.
Низкотемпературный контур 10 ведет через по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус 11a и, выше по потоку от корпуса 11a, через теплообменник 14, который может использоваться для нагрева хладагента, когда требуется. Чтобы обходить, то есть выводить из работы теплообменник 14, предусмотрена перепускная магистраль 15, которая ответвлена от охлаждающего контура 10 выше по потоку от теплообменника 14 и которая снова выходит в охлаждающий контур 10 между корпусом 11a и теплообменником 14. Элемент 15a перекрытия расположен в перепускной магистрали 15. Теплообменник 14 присоединен к системе выпуска выхлопных газов, чтобы поток 16 раскаленных выхлопных газов служил источником 16a тепла для нагрева хладагента.
В виде дополнительных составных частей низкотемпературный контур 10 содержит насос 18 для подачи хладагента и радиатор 17 для охлаждения хладагента.
Фиг.2 схематично показывает второй вариант осуществления двигателя 1 внутреннего сгорания. Предпринята попытка всего лишь пояснить отличия в отношении варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.1, по этой причине, во всем остальном, делается ссылка на фиг.1 и связанное описание. Одинаковые символы ссылок использовались для идентичных компонентов.
В противоположность варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.1, теплообменник 14 присоединен не к системе выпуска выхлопных газов, но к высокотемпературному контуру 2 системы 2 охлаждения двигателя, чтобы горячий хладагент, который нагрет в головке 1a блока цилиндров и блоке 1b цилиндров, служил источником 19 тепла для нагрева хладагента низкотемпературного контура 10. С этой целью питающая магистраль 20 ответвлена от перепускной магистрали 9 системы 2 охлаждения двигателя, какая питающая магистраль ведет через теплообменник 14 и выходит в управляемый термостатом клапан 7 на впускной стороне.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - Двигатель внутреннего сгорания
1a - Головка блока цилиндров с жидкостным охлаждением
1b - Блок цилиндров с жидкостным охлаждением
2 - Система охлаждения двигателя, высокотемпературный контур
3 - Приемное отверстие
4 - Выпускное отверстие
5 - Магистраль рециркуляции
6 - Радиатор
7 - Управляемый термостатом клапан
8 - Подводящая магистраль
9 - Перепускная магистраль
10 - Низкотемпературный контур, низкотемпературная система охлаждения, охлаждающий контур
11 - Компрессор
11a - Корпус компрессора
12 - Охладитель наддувочного воздуха
13 - Система впуска
13a - Впускная магистраль
14 - Теплообменник
15 - Перепускная магистраль
15a - Элемент перекрытия
16 - Поток выхлопных газов
16a - Источник тепла
17 - Радиатор
18 - Насос
19 - Хладагент как источник тепла
20 - Питающая магистраль
1. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом, содержащий
по меньшей мере одну впускную магистраль (13a), выделенную под систему (13) впуска, для подачи наддувочного воздуха в двигатель (1) внутреннего сгорания,
по меньшей мере одну выпускную магистраль, выделенную под систему выпуска выхлопных газов, для выпуска выхлопных газов,
по меньшей мере один компрессор (11), расположенный в по меньшей мере одной впускной магистрали (13a) и содержащий по меньшей мере один ротор, установленный на вращающемся валу, и корпус (11a), в котором расположен по меньшей мере один ротор, при этом компрессор (11) снабжен системой охлаждения жидкостного типа, с этой целью корпус (11a) содержит по меньшей мере один встроенный канал хладагента, и
систему рециркуляции выхлопных газов, магистраль рециркуляции которой ответвлена от системы выпуска выхлопных газов и выходит в систему (13) впуска выше по потоку от компрессора (11),
при этом
для образования системы охлаждения жидкостного типа предусмотрен охлаждающий контур (10), который ведет через по меньшей мере один канал хладагента, встроенный в корпус (11a), при этом теплообменник (14) расположен в охлаждающем контуре (10) выше по потоку от корпуса (11a) и служит для нагрева хладагента, и
по меньшей мере один компрессор (11) является неотъемлемой частью турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов.
2. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором охладитель (12) наддувочного воздуха предусмотрен ниже по потоку от по меньшей мере одного компрессора (11).
3. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один компрессор (11) является радиальным компрессором.
4. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором корпус (11a) имеет модульную форму в виде многокомпонентного корпуса и содержит по меньшей мере два элемента корпуса.
5. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором корпус (11a) имеет однокомпонентную форму.
6. Двигатель (1) внутреннего сгорания по п. 1, в котором предусмотрена перепускная магистраль (15) для обхода теплообменника (14), при этом перепускная магистраль (15) ответвлена от охлаждающего контура (10) выше по потоку от теплообменника (14) и снова выходит в охлаждающий контур (10) между корпусом (11a) и теплообменником (14).
7. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 6, в котором элемент (15a) перекрытия предусмотрен в перепускной магистрали (15).
8. Двигатель (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом по п. 1, в котором охлаждающий контур (10) является низкотемпературным контуром (10).
9. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 8, в котором охладитель (12) наддувочного воздуха расположен ниже по потоку от корпуса (11a) в низкотемпературном контуре (10).
10. Двигатель (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом по п. 1, в котором высокотемпературный контур (2) предусмотрен для образования системы (2) охлаждения двигателя.
11. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 10, в котором теплообменник (14) присоединен к системе (2) охлаждения двигателя, чтобы хладагент из высокотемпературного контура (2) служил источником (19) тепла для нагрева хладагента.
12. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором теплообменник (14) присоединен к системе выпуска выхлопных газов, чтобы раскаленные выхлопные газы (16) из двигателя (1) внутреннего сгорания служили источником (16a) тепла для нагрева хладагента.
13. Двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, в котором теплообменник (14) выполнен с возможностью электрического подогрева для электрического подогрева хладагента.
РИСУНКИ
