Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к охлаждающему контуру охладителя наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники и сущность изобретения
Двигатели внутреннего сгорания с наддувом и турбонаддувом могут проектироваться с возможностью сжатия окружающего воздуха, поступающего в двигатель, для повышения мощности. Так как сжатие воздуха может повысить его температуру, для охлаждения нагреваемого воздуха может применяться охладитель наддувочного воздуха (ОНВ; также называемый интеркулером), увеличивающий тем самым плотность воздуха и дополнительно повышающий потенциальную мощность двигателя. В одном из примеров ОНВ может представлять собой ОНВ с жидкостным охлаждением с хладагентом, проходящим по внутренним охлаждающим трубкам ОНВ. Следовательно, может потребоваться охладительный насос, соединяемый с ОНВ, для контроля потока хладагента через ОНВ и, следовательно, локального охлаждения ОНВ. ОНВ может использоваться для поддержания температуры наддувочного воздуха на достаточно низком уровне для повышения стабильности сгорания, но на достаточно высоком уровне для уменьшения образования конденсата внутри ОНВ.
В то же время при переохлаждении ОНВ на внутренних поверхностях ОНВ может формироваться конденсат (т.е. капельки воды), который будет холоднее точки росы сжатого воздуха. В переходном режиме, таком как резкое ускорение транспортного средства, эти капли воды могут выдуваться из ОНВ и попадать в камеры сгорания двигателя, приводя, например, к пропускам воспламенения двигателя, потере крутящего момента и частоты вращения двигателя и неполному сгоранию.
Один из подходов к контролю температуры ОНВ для сокращения объема конденсата, попадающего в камеры сгорания, раскрыт в американской патентной заявке 2003/0056772 Боррманна и др. У Боррманна для охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, применяется охлаждающий контур наддувочного воздуха с водным ОНВ, теплообменником и охладительным насосом. Для модулирования температуры наддувочного воздуха используется электрический водяной насос, реагирующий на регулятор, связанный с датчиком температуры, расположенным рядом с ОНВ. Когда датчик температуры измеряет температуру хладагента, он передает сигналы регулятору для включения или выключения электрического охладительного насоса.
Создатели настоящего изобретения выявили различные недостатки, связанные с указанной системой. В частности, упомянутый охлаждающий контур наддувочного воздуха с водным ОНВ требует, чтобы охлаждающий контур наддувочного воздуха управлялся электрическим насосом или насосом с приводом от двигателя. Однако такая конфигурация требует дополнительных контуров и энергии для запуска охладительного насоса. Таким образом, повышаются сложность, потребление энергии и конструктивная нагрузка указанной системы. В результате может вырасти стоимость производства и снизиться общая экономия топлива.
В качестве одного из примеров указанные проблемы могут быть решены путем применения способа регулирования потока хладагента через охладитель наддувочного воздуха с единственным охладительным насосом, зависящим от частоты вращения турбонагнетателя и приводимым в действие механически силой вращения турбонагнетателя. Таким образом, единственный охладительный насос приводится в движение силой вращения турбонагнетателя, и работа единственного охладительного насоса зависит от частоты вращения турбонагнетателя, таким образом, сокращается потребление энергии двигателем, и контролируется сложность двигателя.
Например, охладительный насос может быть механически соединен и приводиться в движение поворотным валом турбонагнетателя, соединяющим компрессор турбонагнетателя с турбиной турбонагнетателя. Таким образом, охладительный насос приводится в действие вращением турбонагнетателя, и частота вращения охладительного насоса увеличивается с повышением частоты вращения поворотного вала. Охладительный насос может располагаться в охлаждающем контуре наддувочного воздуха, включающем охладитель наддувочного воздуха (ОНВ), низкотемпературный радиатор и термостатический клапан. При повышении частоты вращения турбонагнетателя увеличивается поток хладагента через ОНВ. Далее по мере повышения частоты вращения турбонагнетателя также увеличивается расход наддувочного воздуха, поступающего из компрессора в ОНВ. Таким образом, ОНВ может обеспечить требуемое охлаждение для увеличивающегося расхода наддувочного воздуха по мере повышения частоты вращения турбонагнетателя. То есть существует положительная линейная связь между частотой вращения поворотного вала турбонагнетателя, с которым механически соединен охладительный насос, и объемом нагретого воздуха, выделяемого компрессором. Кроме того, система прямого соединения охладительного насоса с поворотным валом турбонагнетателя устраняет потребность в дополнительной электрической системе (например, электрическом компоненте или компоненте с приводом от батареи или от двигателя) для приведения в действие охлаждающего контура наддувочного воздуха. В результате можно снизить сложность управления двигателем и потребление энергии.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую пример двигателя, включающего в себя охладитель наддувочного воздуха, охладительный насос и турбонагнетатель.
ФИГ. 2 представляет собой расширенную схему примера охлаждающего контура наддувочного воздуха, соединенного с турбонагнетателем.
ФИГ. 3 представляет собой схему, иллюстрирующую примерный способ запуска охладительного насоса.
ФИГ. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую примерный способ регулировки перепускной заслонки в зависимости от нагрузки хладагента охладительного насоса.
Подробное описание
Следующее описание относится к способу и системе запуска охладительного насоса для подачи хладагента посредством вращения турбонагнетателя, работающего на отработавших газах. В одном примере охладительный насос с импеллером функционально соединен с поворотным валом, выходящим в осевом направлении за пределы компрессора турбонагнетателя. По мере вращения поворотного вала в ответ на поток отработавших газов импеллер может одновременно вращаться, обеспечивая тем самым подачу охладительным насосом хладагента в контур, например, охлаждающий контур наддувочного воздуха, без использования дополнительного охладительного насоса с приводом от двигателя или электрического охладительного насоса или источника питания. Таким образом, можно производить охлаждение наддувочного воздуха ОНВ в системе двигателя, такой как система двигателя, изображенная на ФИГ. 1. ОНВ может представлять собой водо-воздушный ОНВ, охлаждающий наддувочный воздух с помощью внутреннего циркулирующего хладагента, движимого единственным охлаждающим насосом. ФИГ. 2 демонстрирует другой пример варианта осуществления данной системы, содержащий охлаждающий контур наддувочного воздуха с охладительным насосом, соединенным с поворотным валом турбонагнетателя, так чтобы охладительный насос с импеллером вращался по существу с такой же частотой, что и турбина. ФИГ. 3 демонстрирует примерный способ подачи потока хладагента с использованием систем, показанных на ФИГ. 1 и 2. ФИГ. 4 иллюстрирует примерный способ контроля объема энергии для подачи хладагента на основании регулировки перепускной заслонки, размещенной в перепускном канале вокруг турбины турбонагнетателя.
ФИГ. 1 демонстрирует примерный вариант осуществления системы 100 двигателя в автомобильном транспортном средстве, изображенной схематично. Система 100 двигателя может быть включена в транспортное средство, такое как автомобиль, помимо других типов транспортных средств. Так как примерные варианты применения системы 100 двигателя описываются со ссылкой на транспортное средство, следует учесть, что могут использоваться разные типы двигателей и движительных систем автомобилей, включая пассажирские автомобили, грузовые автомобили и т.д.
В изображенном варианте осуществления изобретения двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 14, приводимый в движение турбиной 16. В частности, свежий воздух подается по впускному каналу 42 в двигатель 10 через воздухоочиститель 11 и поступает в компрессор 14. Компрессор может представлять собой соответствующий компрессор входящего воздуха, например, компрессор с наддувом с приводом от мотора или приводного вала. В системе 100 двигателя компрессор 14 изображен как компрессор с турбонагнетателем, механически соединенный с турбиной 16 поворотным валом 19, где турбина 16 приводится в движение расширяющимися отработавшими газами. Таким образом, частота вращения компрессора 14 может определяться частотой вращения турбины 16. По мере увеличения частоты вращения турбины 16 увеличивается частота вращения компрессора для усиления наддува во впускной коллектор 22. В варианте осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 1, давление наддувочного воздуха во впускном коллекторе определяется датчиком 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК). Так как поток, проходящий через компрессор, может нагревать сжатый воздух, используется нисходящий ОНВ 18 для охлаждения входящего наддувочного воздуха перед его подачей во впускное отверстие двигателя.
В одном из вариантов осуществления изобретения представлен охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха, включающий в себя охладительный насос 140 с импеллером и корпусом, как показано на ФИГ. 2 (раскрыт ниже). Охладительный насос 140 механически соединен с поворотным валом 19 турбонагнетателя 13, как показано на ФИГ. 2. В одном из примеров импеллер охладительного насоса 140 установлен на участке поворотного вала 19 между одним или несколькими подшипниками турбины 16 и одним или несколькими подшипниками компрессора (не показаны). В другом варианте осуществления изобретения задний по ходу конец поворотного вала, ближний к компрессору 14, на стороне компрессора 14, противоположной от турбины 16, удлиняется в осевом направлении одним или несколькими соответствующими способами, например, с помощью литья или сварки (показано на ФИГ. 2, подробно раскрыто ниже). Длина и ширина удлиненного участка зависят от соответствия с размером и формой импеллера и другими компонентами охладительного насоса. Импеллер устанавливается на удлиненном участке поворотного вала и может быть расположен между одним или несколькими подшипниками компрессора 14 и одним или несколькими подшипниками, установленными на заднем по ходу конце удлиненного участка (не показаны). Таким образом, поворотный вал 19 турбонагнетателя 13 служит приводным колесом и может надежно и эффективно передавать силу вращения для запуска импеллера охладительного насоса 140. Благодаря этому охладительный насос с приводом от турбины может обеспечивать гидравлический поток хладагента под высоким давлением через охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха при высоких скоростях двигателя. Кроме того, в одном из вариантов осуществления изобретения охладительный насос с приводом от турбины может приводиться в движение только силой вращения турбонагнетателя без использования дополнительных механизированных или электрических источников питания. А также охладительный насос 140 приводится в движение частотой вращения турбонагнетателя, а не дополнительными условиями работы двигателя.
В другом варианте осуществления изобретения охладительный насос могут интегрировать в корпус подшипников турбонагнетателя 13 и/или на тот же поворотный вал 19, на котором установлены турбина 16 и компрессор 14. Таким образом, поворотный вал может включать в себя один или несколько импеллеров и/или лопастей, которые могут продвигать хладагент через полость для обеспечения работы охладительного насоса в корпусе турбины турбонагнетателя.
В одном из примеров более интенсивный поток отработавших газов в турбонагнетатель может потребовать большего охлаждения наддувочного воздуха из компрессора. Так как более интенсивный поток воздуха приводит к одновременному повышению частоты вращения турбины и охладительного насоса, потребность в большем охлаждении наддувочного воздуха можно удовлетворить с использованием охладительного насоса с приводом от турбины. Другими словами, по мере повышения частоты вращения двигателя и увеличения массового расхода воздуха в двигателе может потребоваться большее охлаждение наддувочного воздуха через ОНВ. Кроме того, при повышении частоты вращения двигателя повышается скорость работы охладительного насоса с приводом от турбины, обеспечивая тем самым более интенсивный поток хладагента в ОНВ и, таким образом, большее охлаждение потока наддувочного воздуха через ОНВ. В этом случае при повышении частоты вращения двигателя также усиливается охлаждение ОНВ. В другом примере менее интенсивный поток воздуха, подаваемый в турбонагнетатель, приводит к меньшей потребности в охлаждении наддувочного воздуха из компрессора. Таким образом, более медленное вращение турбины приведет к снижению мощности, подаваемой к охладительному насосу с приводом от турбины. В этом случае посредством соединения охладительного насоса с поворотным валом турбонагнетателя достигается эффективное и контролируемое охлаждение наддувочного воздуха.
Охладительный насос 140 может дополнительно включать в себя корпус насоса с отверстием, через которое может проходить поворотный вал 19 турбонагнетателя 13 и функционально соединяться с импеллером. Кроме того, охладительный насос 140 может содержать осевое торцевое уплотнение (не показано). Кроме того, для регулировки работы охладительного насоса в ответ на изменение массового расхода воздуха, частоты вращения двигателя и охлаждающей потребности ОНВ не требуется дополнительного контроля двигателя.
В одном из вариантов осуществления изобретения компрессор и турбину могут объединять в турбонагнетателе с двойной улиткой. В другом варианте осуществления изобретения турбонаддувом может быть турбонаддув с изменяемой геометрией (ТИГ), где геометрию турбины активно меняют как функцию частоты вращения двигателя и других условий работы.
Кроме того, перепускная заслонка 142 может быть представлена как часть турбонагнетателя 13 для проведения потока отработавших газов вокруг турбины 16 для контроля объема наддува, подаваемого на впускной коллектор 22 двигателя. В частности, перепускная заслонка 142 размещена в перепускном канале вокруг турбины 16 (например, впускное отверстие перепускного канала соединяют с выхлопным патрубком до турбины 16, а выпускное отверстие перепускного канала соединяют с выхлопным патрубком после турбины 16). Например, открытие перепускной заслонки может снизить давление наддува. Для достижения требуемого наддува клапан перепускной заслонки могут контролировать в зависимости от условий работы. В некоторых вариантах осуществления изобретения перепускную заслонку 142 регулируют в соответствии с одним или несколькими показателями температуры, измеренными одним или несколькими датчиками температуры, например, датчиками 134, 136 и 214 в охлаждающем контуре 130 наддувочного воздуха, как показано на ФИГ. 2-4. В некоторых вариантах осуществления изобретения энергия, необходимая для запуска присоединенного охладительного насоса, может привести к тому, что клапан перепускной заслонки будет находиться в более закрытом положении, чем традиционный турбонагнетатель. Это позволит использовать меньший механизм перепускной заслонки, снижая стоимость и сложности системы.
В некоторых вариантах осуществления изобретения перепускная заслонка 142 может быть многоступенчатой, например, двухступенчатой перепускной заслонкой, где первая ступень разработана для контроля давления наддува, а вторая ступень разработана для повышения теплового потока на устройство 70 контроля выбросов. Управление перепускной заслонкой 142 могут осуществлять через привод 144, которым может быть, например, электрический или пневматический привод. Перепускной заслонкой 142 могут управлять посредством контроллера 12 через приводы (например, привод 144) для его открытия, когда желательно более низкое давление наддува, или когда предпочтительны, например, меньшие обороты поворотного вала с приводом от двигателя. В одном из примеров могут регулировать перепускную заслонку для повышения или снижения скорости работы охладительного насоса 140 в ответ на нагрузку хладагента охладительного насоса (как подробно описано ниже со ссылкой на ФИГ.) 4).
В одном из примеров привод 144 представлен электромагнитным клапаном, хотя для приведения перепускной заслонки в движение могут использовать различные соответствующие устройства. Привод 144 передает движущую силу через соединение (например, цилиндрическую штангу) на клапан перепускной заслонки 142, который может переходить от полностью закрытого в полностью открытое положение и может останавливаться в любом промежуточном положении. Положение клапана может, таким образом, непрерывно меняться, и его могут контролировать с помощью датчика положения (не показан), выполненного с возможностью направления сигналов контроллеру двигателя, например, контроллеру 12. Таким образом, объем наддува, подаваемого к двигателю, могут контролировать путем приведения в движение клапана перепускной заслонки через привод 144, изменяя, таким образом, положение клапана перепускной заслонки и объем газа, достигающего впускного коллектора и турбины 16. В частности, в одном из примеров, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью открытия и закрытия перепускной заслонки 142 в зависимости от условий работы двигателя (например, частоты вращения двигателя и/или нагрузки двигателя) и/или одного или нескольких показателей температуры хладагента в охлаждающем контуре наддувочного воздуха.
Как показано на ФИГ. 1, компрессор 14 соединен с ОНВ 18 через дроссельный клапан 20. В альтернативном варианте осуществления изобретения дроссельный клапан 20 могут соединять с впускным коллектором двигателя 22 ниже по потоку от ОНВ 18. В другом примере ОНВ 18 может также представлять собой ОНВ переменного объема. Горячий наддувочный воздух (воздух турбонаддува) из компрессора поступает во впускное отверстие ОНВ 18, охлаждается при прохождении по внутренним охлаждающим трубкам ОНВ, а затем выходит во впускной коллектор 22 двигателя. Из внешней среды транспортного средства в двигатель 10 через переднюю часть транспортного средства может попадать внешний воздух и проходить через ОНВ 18 для участия в охлаждении наддувочного воздуха.
В варианте осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 1, ОНВ 18 представляет собой водо-воздушный обменник. Такой ОНВ 18 содержит систему внутренних охлаждающих трубок, по которым может проходить вода или иной соответствующий хладагент для охлаждения наддувочного воздуха, проходящего вокруг охлаждающих трубок. Охлаждающие трубки ОНВ 18 могут соединять с охлаждающим контуром 130 наддувочного воздуха. ОНВ 18 содержит впускное отверстие для хладагента для впуска хладагента и выходное отверстие для хладагента для выталкивания хладагента (не показаны).
Охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха также содержит низкотемпературный радиатор 118 и охлаждающие трубки 120. В варианте осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 2, охладительный насос 140, входящий в охлаждающий контур 130, функционально и механически соединен с поворотным валом 19. В данном примере охладительный насос 140 расположен выше по потоку от низкотемпературного радиатора 118. В то же время были рассмотрены другие варианты расположения. Например, низкотемпературный радиатор 118 могут располагать ниже по потоку от охладительного насоса 140.
Низкотемпературный радиатор 118 выполнен с возможностью поглощения тепла из нагретого хладагента, поступающего из ОНВ 18. Таким образом, тепло выводится из наддувочного воздуха в хладагент в ОНВ 18, а из хладагента передается во внешний воздух в низкотемпературном радиаторе 118. Это позволяет снизить температуру наддувочного воздуха, поступающего в цилиндры 31, повышая, таким образом, как плотность наддувочного воздуха, так и, следовательно, мощность двигателя. Таким образом, охладительный насос 140 может подавать охлажденный хладагент от низкотемпературного радиатора 118 через охлаждающие трубки 120 в ОНВ 18.
Система 100 двигателя может также включать в себя датчик 134 температуры на входе ОНВ и датчик 136 температуры на выходе из ОНВ. Датчик 134 температуры на входе ОНВ может определять температуру наддувочного воздуха, поступающего в ОНВ, а датчик 136 температуры на выходе из ОНВ может определять температуру наддувочного воздуха, выходящего из ОНВ. Таким образом, датчик 136 температуры на выходе из ОНВ может давать показания температуры на выходе из ОНВ или температуры наддувочного воздуха в коллекторе. Контроллер 12 может использовать данные этих датчиков для контроля разных охлаждающих элементов системы двигателя, включая охлаждающий вентилятор 92 двигателя, охладительный насос 140, перепускную заслонку 142 и проемы затворов 114 решетки. В некоторых вариантах осуществления изобретения в систему 100 двигателя могут включать второй вентилятор, непосредственно соединенный с низкотемпературным радиатором 118. Охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха может также включать в себя датчик 132 температуры для измерения температуры хладагента на входе ОНВ. В других вариантах осуществления изобретения, как показано на ФИГ. 2, в охлаждающем контуре 130 могут устанавливать один или несколько датчиков 214 температуры, например, ниже по потоку от низкотемпературного радиатора 118 и выше по потоку от охладительного насоса 140.
Охлаждение ОНВ может быть затем приведено в соответствие с внешними охлаждающими элементами. В частности, внешний воздушный поток 116 снаружи транспортного средства может поступать в двигатель 10 через решетку 112 в передней части транспортного средства и проходить через низкотемпературный радиатор 118 для участия в охлаждении хладагента, проходящего через ОНВ 18. Таким образом, увеличение внешнего воздушного потока 116 через низкотемпературный радиатор 118 может затем влиять на температуру хладагента, меняя, таким образом, производительность и охлаждающую мощность ОНВ 18. Например, увеличение внешнего воздушного потока 116 через низкотемпературный радиатор 118 может повышать охлаждающую производительность низкотемпературного радиатора 118, снижая тем самым температуру хладагента. Контроллер может регулировать положение затворов 114 решетки для открытия или закрытия решетки 112, таким образом, увеличивая или уменьшая поток 116 внешнего воздуха, поступающий в двигатель, соответственно. Такой внешний воздушный поток 116 может быть затем утилизирован радиатором 80, охлаждающим вентилятором 92 двигателя и низкотемпературным радиатором 118 для поддержания температуры хладагента, двигателя и/или трансмиссии. Охлаждающим вентилятором 92 двигателя могут управлять для увеличения или уменьшения потока воздуха, поступающего к компонентам двигателя.
В альтернативных примерах перепускной клапан компрессора (не показан) может быть последовательно установлен между впускным и выходным отверстиями компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может быть клапаном, закрытым в нормальном состоянии, выполненным с возможностью открытия в определенных условиях для снижения избыточного давления наддува и обеспечения прохождения увеличенного потока через компрессор путем рециркуляции воздуха в индукционной системе. Например, перепускной клапан компрессора может открываться в условиях снижения частоты вращения двигателя для устранения помпажа компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен с системой камер 31 сгорания рядом впускных клапанов (не показаны). Камеры сгорания в свою очередь соединены с выпускным коллектором 36 рядом выпускных клапанов (не показаны). В изображенном варианте осуществления изобретения показан единственный выпускной коллектор 36. В то же время в других вариантах осуществления изобретения выпускной коллектор может включать в себя множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора могут обеспечивать направление стока из разных камер сгорания в разные участки системы двигателя. Универсальный Датчик 126 Содержания Кислорода в Выхлопных Газах (УДСКВГ) показан в соединении с выпускным коллектором 36 выше по потоку от турбины 16. В качестве альтернативы, датчик содержания кислорода в выхлопных газах с двумя состояниями может заменять датчик 126 УДСКВГ.
Как показано на ФИГ. 1, отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляются в турбину 16 для запуска ее вращения. При необходимости меньшего вращения турбины часть отработавших газов могут направлять вместо этого через упомянутую перепускную заслонку 142 в обход турбины 16. Затем объединенный поток с турбины и перепускной заслонки проходит через устройство 70 контроля выбросов. Обычно одно или несколько устройств 70 контроля выбросов может включать в себя один или несколько катализаторов очистки отработавших газов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов и соответствующего снижения концентрации одного или более веществ в потоке отработавших газов.
Все или часть обработанных отработавших газов могут выделяться из устройства 70 контроля выбросов в атмосферу через выхлопной тракт 35. В зависимости от условий работы, в то же время, часть отработавших газов может вместо этого направляться в канал 51 рециркуляции отработавших газов (РОГ) через охладитель 50 РОГ и клапан 52 РОГ во впускное отверстие компрессора 14. Таким образом, компрессор выполнен с возможностью приема отработавших газов, выводимых ниже или выше по потоку от турбины 16. Клапан РОГ может быть открыт для впуска контролируемого объема охлажденных отработавших газов во впускное отверстие компрессора для осуществления необходимого сгорания и контроля выбросов. Таким образом, система 100 двигателя адаптирована для обеспечения РОГ под низким давлением (НД) или высоким давлением (ВД), выводимых выше по потоку от турбины. Вращение компрессора, в дополнение к относительно длинному пути потока РОГ в системе 100 двигателя, обеспечивает гомогенизацию отработавших газов в наддув входящего воздуха. Кроме того, расположение участков вывода и точек смешения РОГ обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для повышенной возможной массы РОГ и лучшей производительности.
Автомобиль 102 также содержит охлаждающую систему 104, обеспечивающую циркуляцию хладагента через двигатель 10 внутреннего сгорания для поглощения отработавшего тепла и распределяет нагретый хладагент в радиатор 80 и/или сердцевину 90 обогревателя через трубопроводы 82 и 84 охлаждающей жидкости, соответственно. В частности, ФИГ. 1 изображает охлаждающую систему 104, соединенную с двигателем 10 и проводящую хладагент от двигателя 10 к радиатору 80 через насос 86 с приводом от двигателя и обратно к двигателю 10 через трубопровод 82 охлаждающей жидкости. Насос 86 с приводом от двигателя могут соединять с двигателем через передний дополнительный привод 88 (ПДП), и он может вращаться пропорционально частоте вращения двигателя через ремень, цепь и т.д. В частности, насос 86 с приводом от двигателя пропускает хладагент через каналы в корпус, головку двигателя и т.д. для поглощения тепла двигателя, которое затем выводится во внешнюю среду через радиатор 80. В примере, где насос 86 с приводом от двигателя представляет собой центробежный насос, производимое давление (и соответствующий поток) может быть пропорционально частоте вращения коленчатого вала, которая, в примере ФИГ. 1, прямо пропорциональна частоте вращения двигателя. В другом примере могут использовать насос, регулируемый двигателем, который могут настраивать независимо от частоты вращения двигателя. Температуру хладагента могут регулировать с помощью термостатического клапана 38, расположенного в трубопроводе 82 охлаждающей жидкости, который может находиться в закрытом состоянии до достижения хладагентом пороговой температуры.
Система 100 двигателя может включать в себя охлаждающий вентилятор 92 двигателя для направления потока холодного воздуха в ОНВ 18, охлаждающую систему 104 двигателя или другие компоненты системы двигателя. Охлаждающий вентилятор двигателя могут соединять с радиатором 80 для поддержания прохождения потока воздуха через радиатор 80, когда транспортное средство 102 двигается медленно или останавливается при работающем двигателе. Скорость вращения вентилятора могут контролировать посредством контроллера 12. В одном из примеров охлаждающий вентилятор двигателя может также направлять поток холодного воздуха в ОНВ 18. В качестве альтернативы, охлаждающий вентилятор 92 двигателя могут соединять с системой дополнительного привода двигателя, приводимой в движение коленчатым валом двигателя. В других вариантах осуществления изобретения "охлаждающий вентилятор 92 двигателя может действовать как специальный вентилятор ОНВ. В данном варианте осуществления изобретения электрический вентилятор может быть соединен с ОНВ или расположен так, чтобы направлять поток воздуха прямо в ОНВ. В другом варианте осуществления изобретения могут быть два или более электрических вентиляторов. Например, один может быть соединен с радиатором (как изображено) для охлаждения двигателя, а другой может быть установлен в любом другом месте для направления охлаждающего воздуха непосредственно в ОНВ. В данном примере два или более электрических вентиляторов могут управляться раздельно (например, с разными скоростями вращения) для охлаждения их соответствующих компонентов.
Хладагент двигателя может проходить по трубопроводу 82 охлаждающей жидкости, как раскрыто выше, и/или через трубопровод 84 охлаждающей жидкости к сердцевине 90 обогревателя, откуда тепло может направляться в пассажирский салон 106, а хладагент направляется обратно к двигателю 10. В некоторых примерах водяной насос 86 с приводом от двигателя может действовать для направления хладагента через оба трубопровода 82 и 84 охлаждающей жидкости.
ФИГ. 1 далее иллюстрирует управляющую систему 28. Управляющая система 28 может быть соединена с возможностью связи с разными компонентами системы 100 двигателя для осуществления операций и действий по управлению, раскрытых в настоящем документе. Например, как показано на ФИГ. 1, управляющая система 28 может включать в себя электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может быть представлен микрокомпьютером, включающим в себя микропроцессорный блок, порты ввода-вывода, электронный носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как показано, контроллер 12 может получать информацию от множества датчиков 30, которые могут включать в себя устройства ввода информации пользователем и датчики (например, данные о температуре хладагента, положении зубчатого колеса коробки передач, информацию педали газа, информацию о тормозе, положении переключателя коробки передач, скорости транспортного средства, частоте вращения двигателя, массовом расходе воздуха в двигателе, давлении наддува, внешней температуре, влажности внешней среды, температуре воздуха на входе, скорости вращения вентилятора и т.д.), датчики охлаждающей системы (например, данные о температуре хладагента, скорости вращения вентилятора, температуры пассажирского салона, влажности внешней среды и т.д.), датчики ОНВ 18 (например, данные о температуре и давлении воздуха на входе в ОНВ, температуре и давлении воздуха на выходе из ОНВ и т.д.), датчик скорости работы охладительного насоса и др. Контроллер может также направлять множество управляющих сигналов различных приводам 32 двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии с сигналами, полученными от датчиков 30. Например, приводы 32 могут включать в себя привод 144 для регулировки положения перепускной заслонки 142 и различные другие приводы для регулировки положения дроссельного клапана 20, регулировки работы охлаждающего вентилятора 92 двигателя и т.п.
ФИГ. 2 иллюстрирует другой примерный вариант осуществления системы двигателя, изображенной на ФИГ. 1, включая турбонагнетатель 13 и охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха, включая охладительный насос 140, ОНВ 18, низкотемпературный радиатор 118, термостатический клапан 212 и по крайней мере один датчик 214 температуры, расположенный на термостатическом клапане 214 или рядом с ним, для однократного или многократного измерения температуры хладагента, проходящего по системе. Например, датчик 214 температуры могут включать как часть термостатического клапана 214.
В одном из вариантов осуществления изобретения охладительный насос 140 содержит импеллер 204, функционально соединенный с удлиненным участком 202 поворотного вала 19, выходящим в осевом направлении из компрессора 14 в противоположном направлении от турбины 16. Другими словами, удлиненный участок 202 поворотного вала 19 выходит за пределы компрессора 14 от турбины 16 в осевом направлении. В данном примере на дистальном конце удлиненного участка 202 поворотного вала могут устанавливать один или несколько дополнительных подшипников на расстоянии от компрессора 206, а импеллер 204 располагать между ними. Дополнительные подшипники сокращают фрикционное напряжение между насосом и валом, а также обеспечивают поддержку и защиту охладительного насоса 140.
В другом примере импеллер 204 может быть функционально соединен с поворотным валом 19 между первой группой подшипников турбины 16 и второй группой подшипников компрессора 14, так что охладительный насос обычно размещают у центра поворотного вала 19 между компрессором 14 и турбиной 16. Корпус подшипников турбины может содержать канал, достаточный для того, чтобы поворотные лопасти могли направлять хладагент. В другом примере импеллер не устанавливают. Вместо этого могут устанавливать множество шестерен (не показаны) для передачи энергии поворотного вала внешнему охладительному насосу. В одном из вариантов осуществления изобретения зацепляющиеся и дополняющие зубья одной или нескольких пар шестерен поворотного вала 19 и охладительного насоса 140 выполнены с возможностью совместного вращения в противоположных направлениях в процессе вращения турбины 16, движимой потоком отработавших газов. Таким образом, одна или несколько пар шестерен могут обеспечивать мощность для направления хладагента через охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха. В альтернативном варианте осуществления изобретения могут предусматривать множество приводов, включая цепи, ремни и валы с приводом от шестерен для направления хладагента через охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха.
В другом варианте осуществления изобретения импеллер 204 охладительного насоса 140 в значительной степени закрыт корпусом 208 насоса. Корпус 208 насоса образует насосную камеру 206 на расстоянии вокруг внешнего окружения импеллера 204. Охладительный насос 140 может также включать в себя камеру хранения (не показана) для хладагента, не остающегося в насосной камере 206, и тракт (не показан), соединяющий насосную камеру 206 и камеру хранения. Множество лопастей во внешнем окружении импеллера 204 выталкивают хладагент из корпуса 208 насоса в охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха при вращении поворотного вала 19, производя центробежную силу и множество вихревых потоков в насосной камере.
Как было описано выше, при вращении турбины 16 охладительный насос 140, соединенный с поворотным валом 19 турбины, через импеллер 204 приводится в движение для направления потока хладагента в охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха. Охлаждающий контур 130 содержит множество охлаждающих трубок 120, по которым хладагент перемещается от охладительного насоса 140 в первую охлаждающую петлю 250 и/или вторую охлаждающую петлю 260.
Первая охлаждающая петлю 250 обеспечивает последовательное движение хладагента от охладительного насоса 140 в ОНВ 18, а затем в низкотемпературный радиатор 118. Затем хладагент могут подавать или не подавать через термостатический клапан 212 обратно в охладительный насос 140. В частности, в ОНВ 18 тепло передается от наддувочного воздуха 210 хладагенту, например, воде или иному соответствующему раствору. Затем хладагент двигается вниз по потоку к низкотемпературному радиатору 118, где тепло передается от хладагента во внешнюю среду. В одном из примеров на низкотемпературный радиатор 118 могут вентилятором (не показан) дополнительно направлять воздух из внешней среды для ускорения теплопередачи.
Хладагент может далее направляться на термостатический клапан 212, при наличии, при этом термостатический клапан 212 может открываться для пропускания хладагента при достижении хладагентом пороговой температуры. В настоящем документе открытое положение термостатического клапана 212 для пропуска хладагента через первую охлаждающую петлю 250 именуется первым положением клапана. Если температура хладагента достигает или превышает пороговое значение, хладагент может вернуться в охладительный насос 140. Следует отметить, что если термостатический клапан 212 находится в первом положении клапана, то термостатический клапан 212 может быть выполнен с возможностью закрытия для других трубопроводов охлаждающей жидкости, ведущих к термостатическому клапану 212, например, обводной линии 230, описанной ниже.
Кроме того, поскольку первая охлаждающая петля 250 содержит множество элементов, а именно, ОНВ 18, включающий множество охлаждающих трубок и низкотемпературный радиатор 118, проходящий по нему хладагент испытывает более высокие уровни сопротивления. Поэтому, когда хладагент возвращается в охладительный насос 140 в первой охлаждающей петле 250, в охладительном насосе 140 возникает более высокое обратное давление в силу повышенного сопротивления потока хладагента. В результате возникает более высокая нагрузка хладагента на охладительный насос при прохождении хладагента через первую охлаждающую петлю 250, чем при прохождении хладагента через вторую охлаждающую петлю 260 с меньшим количеством элементов сопротивления. В этом случае более высокая нагрузка хладагента может потребовать большей силы вращения для приведения в действие охладительного насоса, и, следовательно, может потребоваться больший крутящий момент турбины.
Охлаждение наддувочного воздуха 210 в первой охлаждающей петле 250 позволяет направлять охлажденный и более плотный наддувочный воздух во впускной коллектор 22 двигателя 10, что существенно повышает КПД полноты сгорания. Такой более интенсивный поток хладагента в охлаждающем контуре 130 в силу повышенной частоты вращения турбины позволяет быстрее и эффективнее охлаждать больший приток наддувочного воздуха 210.
Как и первая охлаждающая петля 250, вторая охлаждающая петля 260 может подразумевать последовательное движение хладагента от охладительного насоса 140. При этом вместо поступления во впускное отверстие ОНВ 18 хладагент поступает в обводную линию 230, обходящую ОНВ 18 и низкотемпературный радиатор 118. Обводная линия 230 направляет хладагент к термостатическому клапану 212, при этом термостатический клапан 212 может быть выполнен с возможностью направления хладагента через обводную линию 230 к охладительному насосу 140, если температура хладагента ниже пороговой температуры. В настоящем документе открытое положение термостатического клапана 212, обеспечивающее движение хладагента по второй охлаждающей петле 260, именуется вторым положением клапана. Если термостатический клапан 212 находится во втором положении клапана, термостатический клапан 212 будет закрыт для других трубопроводов охлаждающей жидкости, ведущих к термостатическому клапану 212, например, охлаждающих трубок 120, соединяющих низкотемпературный радиатор 118 с термостатическим клапаном 212 в первой охлаждающей петле 250. Таким образом, если температура хладагента ниже порогового значения, хладагент возвращается из обводной линии 230 в охладительный насос 140.
Кроме того, так как вторая охлаждающая петля 260 содержит меньше элементов, чем первая охлаждающая петля 250 (т.е. хладагент не проходит через ОНВ или низкотемпературный радиатор), проходящий по нему хладагент испытывает меньшее сопротивление потока. Когда хладагент возвращается в охладительный насос 140 во второй охлаждающей петле 260, возникает меньшее обратное давление и сопротивление в насосе 140, что приводит к возникновению меньшей нагрузки хладагента на охладительный насос, чем когда термостатический клапан 212 находится в первом положении, и хладагент проходит по первой охлаждающей петле 250. Низкая нагрузка хладагента может потребовать меньшей силы вращения для запуска охладительного насоса, и, следовательно, может потребоваться меньший крутящий момент турбины.
Другими словами, прохождение хладагента по первой охлаждающей петле 250 может привести к повышению нагрузки хладагента на охладительный насос 140, по сравнению с прохождением хладагента по второй охлаждающей петле 260. Поэтому, когда температура хладагента выше пороговой температуры, термостатический клапан 212 может находиться в первом положении клапана. В данном конкретном примере для охладительного насоса 140 может потребоваться дополнительная мощность турбины для приведения в движение охладительного насоса 140 и подачи требуемого потока хладагента в ОНВ 18. С другой стороны, когда температура хладагента ниже пороговой температуры, термостатический клапан 212 находится во втором положении клапана, и для охладительного насоса 140 может потребоваться меньшая мощность турбины для подачи требуемого потока хладагента в ОНВ 18. В частности, переход между первым и вторым положениями термостатического клапана 212 (и, следовательно, изменение направления хладагента между первой охлаждающей петлей 250 и второй охлаждающей петлей 260) может привести к изменению нагрузки хладагента на охладительный насос. В процессе такого перехода может возникать отставание в выдаче мощности накачки охладительным насосом 140 в силу изменения нагрузки хладагента, приводящей к изменению потока хладагента. Поэтому в одном из примеров контроллер может настраивать перепускную заслонку для регулировки частоты вращения турбонагнетателя для сообщения большей или меньшей силы вращения охладительному насосу 140 и компенсации изменения нагрузки хладагента, как раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 4.
В одном из вариантов осуществления изобретения также предусмотрен по крайней мере один датчик 214 температуры, расположенный выше или ниже по потоку от термостатического клапана 212 рядом с ним. В других примерах датчик 214 температуры могут располагать выше по потоку от охладительного насоса 140 рядом с ним. В качестве датчика 214 температуры могут использовать термопару, термистор или любое другое термочувствительное устройство. В другом варианте осуществления изобретения датчик 214 температуры могут интегрировать с термостатическим клапаном 212. Таким образом, термостатический клапан может регулироваться автоматически без получения сигналов контроллера в соответствии с соотношением измеряемой температуры хладагента и заданной температурой (например, пороговой температурой хладагента) термостатического клапана 212. В одном из вариантов осуществления изобретения датчик 214 температуры измеряет температуру хладагента из низкотемпературного радиатора 118. В качестве альтернативы, датчик 214 может измерять температуру хладагента в обводной линии 230. Датчик 214 температуры выполнен с возможностью направления показаний температуры для хранения и воспроизведения контроллером 12 (изображен на ФИГ. 1). Таким образом, контроллер 12 может использовать данные датчика 214 температуры для контроля различных элементов системы двигателя, например, закрытия и открытия перепускной заслонки 142 (изображена на ФИГ. 1). Регулировка перепускной заслонки 142 в соответствии с одним или несколькими показателями температуры, полученными датчиком 214 температуры, может компенсировать сдвиги в производительности охладительного насоса при переходе термостатического клапана 214 из второго положения в первое или наоборот.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения датчик температуры не представлен. Вместо него могут использовать один или несколько датчиков давления и/или потока ниже по потоку от термостатического клапана 212 рядом с ним для контроля потока хладагента. Как и датчик 214 температуры, эти дополнительные и/или альтернативные датчики могут передавать информацию контроллеру 12, таким образом, что показания датчиков давления и/или потока могут предоставлять прогнозную информацию для регулировки одного или нескольких параметров двигателя, например, открытия или закрытия перепускной заслонки 142 (изображен на ФИГ. 1).
Таким образом, система, изображенная на ФИГ. 2, обеспечивает приведение в движение потока хладагента, проходящего по охлаждающему контуру 130 ОНВ, охладительным насосом 140 с приводом от турбины. Например, охладительный насос 140 с приводом от турбины может приводиться в движение силой вращения поворотного вала 19 турбонагнетателя. В одном из примеров охладительный насос 140 может приводиться в движение непосредственно поворотным валом 19, расположенным между компрессором 14 и турбиной 16. В другом примере охладительный насос 140 может приводиться в движение удлиненным участком 202 поворотного вала 19, выходящим в осевом направлении из компрессора в противоположном направлении от турбины. Таким образом, непосредственно с поворотным валом 19 или удлиненным участком 202 поворотного вала 19 могут соединять импеллер 204 или дополнительный механический компонент охладительного насоса 140 (например, одну или более пар сопряженных шестерен) для передачи силы вращения от поворотного вала 19 охладительному насосу 140. Таким образом, скорость работы охладительного насоса непосредственно зависит от частоты вращения поворотного вала 19 турбонагнетателя 13, и, следовательно, от частоты вращения двигателя (например, ЧВД). Соответственно, как подробно раскрыто ниже, при увеличении частоты вращения двигателя увеличивается скорость работы охладительного насоса (без приведения в действие контроллером), обеспечивая тем самым усиленное охлаждение наддувочного воздуха, проходящего по ОНВ 18.
Что касается ФИГ. 3, на нем изображен примерный способ подачи хладагента в охлаждающий контур наддувочного воздуха, такой как охлаждающий контур наддувочного воздуха, изображенный на ФИГ. 1-2. В одном из примеров способ, изображенный на ФИГ. 3, может реализовываться автоматически без участия контроллера двигателя (например, контроллера 12, изображенного на ФИГ. 1) компонентами системы, представленной на ФИГ. 1-2. Таким образом, способ в соответствии с ФИГ. 3 может быть раскрыт далее с постоянной ссылкой на ФИГ. 2. В начале последовательности 300 термостатический клапан 212 может находиться в первом положении, и, таким образом, хладагент может двигаться по первой охлаждающей петле 250, как было раскрыто выше.
Последовательность 300 начинается на шаге 302 приведением во вращение турбины (например, турбины 16 в соответствии с ФИГ. 1-2), когда отработавшие газы поступают из коллектора отработавших газов (например, коллектора 36 отработавших газов, изображенного на ФИГ. 1-2) через турбину. В примере при первом условии, когда частота вращения двигателя и/или нагрузка высоки, в турбонагнетатель турбины поступает больший объем отработавших газов, чем когда частота вращения двигателя и/или нагрузка низки, обеспечивая тем самым больший крутящий момент турбины и выработку энергии для запуска компрессора 14 и охладительного насоса 140. В результате на шаге 304 охладительный насос 140 запускается вращением поворотного вала 19 турбонагнетателя. Как было указано выше в соответствии с ФИГ. 2, механический компонент охладительного насоса (например, импеллер 204) механически соединен с поворотным валом 19 турбонагнетателя. Таким образом, вращение поворотного вала 19 передается механическому компоненту охладительного насоса, запуская тем самым вращение охладительного насоса. Например, импеллер 204, функционально соединенный с поворотным валом 19, может производить достаточную силу для циркуляции хладагента в охлаждающем контуре 130 наддувочного воздуха.
На шаге 306 последовательность подразумевает перекачивание хладагента через охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха охладительным насосом 140. Как было указано выше, скорость работы охладительного насоса определяется вращением поворотного вала 19 и, следовательно, увеличивается при увеличении частоты вращения двигателя. Хладагент, перекачиваемый через охлаждающий контур 130 наддувочного воздуха охладительным насосом 140, поступает ниже по потоку от охладительного насоса 140 в ОНВ 18. Хладагент, проходящий по внутренним охлаждающим трубкам ОНВ 18, может поглощать тепло из наддувочного воздуха, проходящего над ОНВ. Таким образом, на шаге 308 последовательность содержит передачу тепла от наддувочного воздуха хладагенту ОНВ в ОНВ 18. Соответственно, хладагент может поглощать тепло из наддувочного воздуха, подаваемого компрессором 14. После того, как наддувочный воздух (например, наддувочный воздух 210, изображенный на ФИГ. 2) достаточно охлаждается хладагентом, наддувочный воздух направляется во впускной коллектор 22. Таким образом, температура наддувочного воздуха, подаваемого на цилиндры 31, снижается в ОНВ, тем самым увеличивая мощность двигателя.
В другом примере, при втором условии, например, снижении частоты вращения двигателя и/или нагрузки, в турбонагнетатель может поступать меньше отработавших газов. По этой причине образуется меньший крутящий момент турбины, приводящий к уменьшению как объема наддувочного воздуха, так и энергии для запуска охладительного насоса. Следовательно, в ОНВ 18 поступает меньше хладагента.
Таким образом, существует прямая пропорциональная зависимость между объемом наддувочного воздуха, выделяемого компрессором, и степенью охлаждения данного наддувочного воздуха ОНВ. Следовательно, требуемую степень охлаждения данного объема наддувочного воздуха можно достичь с помощью охладительного насоса 140 с турбонаддувом, а не электрического охладительного насоса или дополнительного охладительного насоса с приводом от двигателя.
Переходя от шага 308, на шаге 310 последовательность содержит передачу тепла от хладагента в низкотемпературном радиаторе (например, низкотемпературном радиаторе 118, изображенном на ФИГ. 1-2) в охлаждающем контуре 130 наддувочного воздуха. Например, нагревшийся хладагент из ОНВ 18 может поступать ниже по потоку в охлаждающем контуре 130 наддувочного воздуха в низкотемпературный радиатор 118. В одном из примеров тепло от хладагента передается во внешнюю среду при прохождении через низкотемпературный радиатор 118 как теплообменную среду. Низкотемпературный радиатор 118 могут обратно жидкостно соединять с охладительным насосом 140 охлаждающего контура термостатическим клапаном 212.
Как было указано выше, в соответствии с ФИГ. 2, термостатический клапан 212 служит для управления движением потока хладагента обратно к охладительному насосу 140 в первой охлаждающей петле 250 или второй охлаждающей петле 260. В одном из вариантов осуществления изобретения термостатический клапан 212 может быть выполнен с возможностью направления хладагента в первую охлаждающую петлю 250 при достижении пороговой температуры хладагента (например, заданной температуры термостатического клапана 212). На шаге 312, если подтверждается, что температура хладагента выше пороговой температуры у термостатического клапана 212, клапан может оставаться в первом положении на шаге 314 для направления хладагента в первую охлаждающую петлю 250 (называемом первым положением клапана). Таким образом, если температура хладагента достигает или выше пороговой температуры, хладагент в первой охлаждающей петле 250 может вернуться к охладительному насосу 140 и снова направиться вниз к ОНВ 18 и низкотемпературному радиатору 118.
В другом варианте осуществления изобретения, если подтверждается, что температура хладагента ниже пороговой температуры у термостатического клапана 212 на шаге 312, термостатический клапан 212 переводится во второе положение на шаге 316 для направления хладагента во вторую охлаждающую петлю 260 (называемое вторым положением клапана). Таким образом, если температура хладагента ниже порогового значения, хладагент может вернуться из обводной линии 230 в охладительный насос 140 через вторую охлаждающую петлю 260.
Следует понимать, что при нахождении термостатического клапана 212 в первом положении клапана хладагент может направляться через первую охлаждающую петлю 250, а не через обводную линию 230 второй охлаждающей петли 260. Когда термостатический клапан 212 находится во втором положении клапана, хладагент может проходить через вторую охлаждающую петлю 260, а не через ОНВ 18 и низкотемпературный радиатор 118 первой охлаждающей петли 250. Таким образом, движение хладагента может контролироваться в разных условиях, что требует разной степени охлаждения хладагента.
В некоторых вариантах осуществления изобретения устанавливают один или несколько датчиков температуры, например, датчик 214 температуры, на термостатическом клапане 212 или рядом с ним для измерения температуры проходящего через клапан хладагента. Один или несколько датчиков температуры могут передавать показания контроллеру 12, который, в свою очередь, может использовать данные температуры для прогнозирования нагрузки хладагента на охладительный насос и управлять регулировкой перепускной заслонки, как показано ниже на ФИГ. 4. В других вариантах осуществления изобретения вместо датчика 214 температуры или дополнительно к нему в последовательности 300 и/или для регулирования перепускной заслонки могут использовать датчик 134 температуры на входе в ОНВ и датчик 136 температуры на выходе из ОНВ.
В итоге последовательность 300 обеспечивает более последовательное и пропорциональное регулирование движения хладагента в соответствии с частотой вращения турбины турбонагнетателя и соответствующего производимого объема наддувочного воздуха. Практически линейная зависимость между частотой вращения двигателя (и, соответственно, частотой вращения турбонагнетателя) и расходом наддувочного воздуха, поступающего к двигателю, позволяет контролировать температуру наддувочного воздуха. Например, при увеличении частоты вращения турбонагнетателя увеличивается поступление наддувочного воздуха к двигателю, что требует большего охлаждения. В то же время при увеличении частоты вращения двигателя также увеличивается скорость работы охладительного насоса, обеспечивая, таким образом, соответствующее охлаждение наддувочного воздуха. Кроме того, движение хладагента может обеспечиваться охладительным насосом с приводом только от турбонагнетателя без использования дополнительных электрических насосов или насосов с приводом от двигателя, сокращая, таким образом, потребление энергии двигателем. Также при автоматическом регулировании движения хладагента через охлаждающий контур наддувочного воздуха посредством крутящего момента, обеспечиваемого турбонагетателем, снижается сложность системы управления двигателем. Другими словами, запуск охладительного насоса вращением турбонагнетателя вместо использования привода, регулируемого контроллером, снижает сложность системы управления двигателем, при этом обеспечивается адекватное охлаждение наддувочного воздуха в соответствии с частотой вращения двигателя.
Что касается ФИГ. 4, примерный способ регулировки работы перепускной заслонки (например, перепускной заслонки 142, изображенной на ФИГ. 1), расположенной в перепускном канале вокруг турбины турбонагнетателя в ответ на переход или переходы температуры хладагента выше или ниже пороговой температуры и изменение положения термостатического клапана между первым и вторым положениями, как описано выше. Регулировка открытия и закрытия перепускной заслонки позволяет контролировать энергию (например, силу вращения), сообщаемую охладительному насосу, так как перепускная заслонка контролирует движение отработавших газов через турбину. Другими словами, положение (или степень открытия) перепускной заслонки может регулировать объем отработавших газов, поступающих от двигателя в турбину, меняя тем самым частоту вращения и мощность на валу, производимую турбиной и передаваемую через вал турбонагнетателя (например, поворотный вал 19, изображенный на ФИГ. 1-2). Таким образом, регулировка перепускной заслонки может увеличить или уменьшить крутящий момент турбины, вращение поворотного вала 19 и, следовательно, движущую силу, сообщаемую охладительному насосу 140.
В одном из примеров положение перепускной заслонки может по крайней мере частично зависеть от нагрузки хладагента на охладительный насос 140. Нагрузка хладагента на охладительный насос 140 может меняться в зависимости от того, находится ли термостатический клапан 212 в первом положении (т.е. открыт для направления хладагента по первой охлаждающей петле 250) или во втором положении (т.е. открыт для направления хладагента по второй охлаждающей петле 260). Например, когда термостатический клапан 212 находится в первом положении, клапан 212 открыт к низкотемпературному радиатору 118 и закрыт к обводной линии 230. В результате нагрузка хладагента на охладительный насос может быть выше, чем когда термостатический клапан 212 открыт к обводной линии 230 и закрыт к низкотемпературному радиатору 118.
Когда нагрузка на охладительный насос возрастает в результате перехода термостатического клапана 212 из второго положения клапана в первое положение клапана, может потребоваться увеличение силы вращения для запуска охладительного насоса и обеспечения требуемой скорости работы охладительного насоса. Когда термостатический клапан 212 переходит между двумя указанными положениями, может возникнуть временная задержка в выработке требуемой силы вращения турбонагнетателем для запуска охладительного насоса до тех пор, пока турбонагнетатель и/или охладительный насос смогут компенсировать это изменение. Таким образом, изменения (или ожидаемые изменения) положения термостатического клапана 212 могут использоваться для прогноза изменений нагрузки охладительного насоса и, соответственно, определения необходимой регулировки частоты вращения турбонагнетателя. В качестве одного из примеров, контроллер (например, контроллер 12, изображенный на ФИГ. 1) может регулировать положение перепускной заслонки для регулировки частоты вращения вала турбонагнетателя и, соответственно, силы вращения, сообщаемой охладительному насосу.
Один из способов определения того, меняет ли положение термостатический клапан 212, расположенный выше по потоку от охладительного насоса (или собирается изменить положение), заключается по крайней мере в однократном измерении температуры хладагента у термостатического клапана 212 одним или несколькими датчиками температуры, например, датчиком 214 температуры. Как показано на ФИГ. 2-3, термостатический клапан 212 может переходить в первое положение, при котором хладагент направляется в первую охлаждающую петлю 250, если температура хладагента достигает или выше пороговой температуры. В противном случае термостатический клапан 212 может переходить во второе положение, при котором хладагент направляется во вторую охлаждающую петлю 260, если температура хладагента ниже пороговой температуры. Таким образом, измерение температуры хладагента у клапана 212 или рядом с ним по крайней мере одним датчиком 214 температуры может спрогнозировать возможность изменения положения термостатического клапана 212. Следовательно, по крайней мере один показатель температуры, определенный у термостатического клапана 214, может предоставить оценку нагрузки хладагента на охладительный насос и, соответственно, крутящего момента турбины, регулируемого контроллером 12 путем изменений положения клапана на перепускной заслонке 142, необходимого для соответствующей циркуляции ожидаемой возрастающей или уменьшающейся нагрузки хладагента на охладительный насос 140.
Другими словами, если термостатический клапан 212 открыт к первой охлаждающей петле 250, нагрузка хладагента на охладительный насос возрастает, так как хладагент может испытывать возрастающее сопротивление в результате прохождения по внутренним охлаждающим трубками ОНВ 18 и низкотемпературному радиатору 118. По этой причине требуется увеличение потока отработавших газов для приведения в движение поворотного вала 19 турбонагнетателя 13, механически соединенного с охладительным насосом 140.
В противном случае, если термостатический клапан 214 открыт ко второй охлаждающей петле 260, нагрузка хладагента на охладительный насос 140 может быть ниже, и, следовательно, потребуется меньшая сила вращения, сообщаемая охладительному насосу 140. Для подачи большего или меньшего объема энергии на охладительный насос, один из возможных способов заключается в регулировке клапана перепускной заслонки. Частичное или полное открытие или закрытие клапана перепускной заслонки 142 может повлиять на силу вращения, запускающую охладительный насос, так как положение перепускной заслонки регулирует объем отработавших газов, поступающих к турбине. В данном случае для управления перепускной заслонкой в соответствии с одним или несколькими показателями температуры хладагента у термостатического клапана 212 может использоваться последовательность 400. Вместо этого или дополнительно положение перепускной заслонки может регулироваться в ответ на изменение положения термостатического клапана 212, определяемого датчиком положения клапана и/или командами контроллера. Кроме того, последовательность 400 может выполняться контроллером транспортного средства, например, контроллером 12, который может воспроизводить данные, полученные от одного или нескольких датчиков (например, датчиков температуры и положения) и направлять команды на перепускную заслонку 142.
Последовательность 400 начинается с шага 402 оценкой и/или измерением условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя скорость двигателя и нагрузку двигателя, температуру и влажность внешней среды, массовый расход воздуха, скорость работы охладительного насоса, положение затворов решетки, частоту вращения охлаждающего вентилятора двигателя, частоту вращения вентилятора ОНВ, температуру двигателя (например, температуру хладагента двигателя и температуру в подкапотном пространстве) и т.д. В других вариантах осуществления изобретения эти условия могут непосредственно определять с помощью датчиков, например, датчиков 24, 124, 126, 132, 134, 136 и 214, как показано на ФИГ. 1-2. Определяемые условия могут включать в себя температуру хладагента, температуру масла двигателя, массовый расход воздуха (МРВ), давление воздуха в коллекторе (ДВК), наддув (например, давление НАДДУВА, определяемое датчиком 123), давление перед дросселем (ДПД), частоту вращения двигателя, холостые обороты, барометрическое давление, крутящий момент, запрашиваемый водителем (например, определяемый датчиком положения педали), температуру воздуха, скорость транспортного средства и т.д.
На шаге 404 получают один или несколько показателей температуры, определенных датчиком 214 температуры, расположенным выше и/или ниже по потоку от термостатического клапана 212. В других вариантах осуществления изобретения могут быть представлены дополнительные и/или альтернативные датчики, как показано на ФИГ. 3. Например, могут устанавливать датчик потока ниже по потоку от термостатического клапана для измерения потока хладагента выше по потоку от охладительного насоса. В другом примере могут устанавливать датчик вращения на импеллере 204 и/или поворотном валу 19 для измерения крутящего момента, производимого турбиной в результате поступления отработавших газов из коллектора отработавших газов. Кроме того, способ на шаге 404 может включать в себя определение положения термостатического клапана 212 на основании данных датчика положения термостатического клапана 212.
После получения показаний одного или нескольких датчиков на шаге 406 контроллер 12 может определить, переходит ли термостатический клапан 212 из второго положения клапана в первое положение клапана. Другими словами, определяют, переходит ли термостатический клапан 212 из положения, при котором хладагент поступает во вторую охлаждающую петлю 260, в положение, при котором хладагент поступает в первую охлаждающую петлю 250. Такое определение может существенно зависеть от одного или нескольких показателей температуры хладагента, определенных одним или несколькими датчиками температуры (определяются на шаге 404). Как было раскрыто выше, термостатический клапан 212 находится в первом положении клапана, когда температура хладагента достигает или выше установленной пороговой температуры, и термостатический клапан 212 находится во втором положении клапана, когда температура хладагента ниже той же установленной пороговой температуры. В альтернативном варианте осуществления изобретения термостатический клапан может быть электронным пропорциональным клапаном контроля потока. Таким образом, контроллер 12 может определять положение клапана (например, первое, второе и/или одно или несколько промежуточных положений) в ответ на один или несколько сигналов, сообщающих данные о температуре и/или положении, направляемых электронным пропорциональным термостатическим клапаном контроля потока.
В частности, в одном из примеров могут определять, находится ли температура хладагента на пороговом уровне, на котором термостатический клапан с восковым приводом, например, термостатический клапан 212, переходит из второго положения клапана в первое положение клапана. В данном примере пороговая температура хладагента может быть 80°C. Таким образом, если один или несколько показателей температуры хладагента, полученных датчиком 214 температуры, составляет или приближается к 80°C, термостатический клапан 214 может переходить из второго положения клапана в первое положение клапана. В другом примере пороговая температура хладагента может отличаться от 80°C.
В другом примере, если один или несколько показателей температуры хладагента, полученных датчиком 214 температуры, находится в узком интервале, близком к пороговой температуре, например, на 5°C выше или ниже пороговой температуры, и непрерывно возрастает, данная последовательность может спрогнозировать, что термостатический клапан 212 может перейти из второго положения клапана в первое положение клапана или наоборот. Другими словами, контроллер 12 может определять, приближается ли температура хладагента к пороговой температуре и превышает ли ее, на основании измерения температуры хладагента, производимого датчиком 214 температуры у термостатического клапана 212.
Если контроллер 12 подтверждает, что температура хладагента повышается, на шаге 406, термостатический клапан 214 может перейти из второго положения клапана в первое положение клапана. Так как первое положение термостатического клапана 212 направляет хладагент в первую охлаждающую петлю 250, последующая нагрузка хладагента на охладительный насос 140 может возрастать в результате изменения положения клапана, как было показано выше на ФИГ. 2-3.
В другом примере данный способ на шаге 406 может включать в себя определение того, переходит ли термостатический клапан 212 из второго положения в первое положение на основании показаний датчика положения термостатического клапана 212. Таким образом, если датчик положения определяет происходящее или произошедшее изменение положения клапана, могут продолжать выполнение данного способа с переходом к шагу 408.
Следовательно, на шаге 408 определяют, что нагрузка хладагента на охладительный насос может возрастать. Возросшая нагрузка хладагента на охладительный насос 140 может потребовать большего крутящего момента турбины для приведения в движения потока хладагента с большим сопротивлением охладительным насосом и направления его в ОНВ. Таким образом, последовательность 400 посредством контроллера 12 может направлять один или несколько сигналов приводу 144 перепускной заслонки 142 для уменьшения степени открытия перепускной заслонки на шаге 410. В одном из примеров перепускная заслонка может полностью закрыться. В другом примере перепускная заслонка может быть закрыта частично. Следовательно, из турбонагнетателя практически не поступают отработавшие газы, выделяемые коллектором отработавших газов, которые могут затем использоваться для увеличения потока отработавших газов и запуска вращения турбины 16, поворотного вала 19 и охладительного насоса 140.
С другой стороны, если контроллер 12 не подтверждает, что термостатический клапан 212 переходит из второго положения клапана в первое положение клапана, на шаге 412, наоборот, могут подтвердить, что термостатический клапан 212 переходит из первого положения клапана во второе положение клапана. Таким образом, если одно или несколько показаний одного или нескольких датчиков температуры хладагента находятся ниже узкого диапазона ниже пороговой температуры или внутри него и/или непрерывно повышаются, контроллер 12 может определить, что термостатический клапан 212 переходит из первого положения клапана во второе положение клапана. Или показания датчика положения термостатического клапана могут сообщить о том, что термостатический клапан 212 переходит из первого положения клапана во второе положение клапана.
Если подтверждается, что термостатический клапан 212 меняет положение с первого на второе, на шаге 414 могут спрогнозировать, что нагрузка хладагента на охладительный насос снижается, так как вторая охлаждающая петля 260 отличается меньшим сопротивлением потока хладагента, чем первая охлаждающая петля 250. Следовательно может потребоваться более низкий крутящий момент турбины для подачи требуемого потока хладагента. На шаге 416 контроллер 12 может, следовательно, повысить степень открытия перепускной заслонки 142 с помощью привода 144 для перевода его в открытое или почти открытое положение. В результате отработавшие газы могут направлять в обход турбины для обработки в устройстве 70 контроля выбросов.
Если термостатический клапан 212 не меняет положение с первого на второе на шаге 412, то на шаге 418 перепускная заслонка 142 не регулируется, и сигналы приводу 144 могут не направляться.
То есть по крайней мере однократное измерение температуры хладагента у термостатического клапана 212 или рядом с ним может спрогнозировать нагрузку хладагента на охладительный насос 140. Для того, чтобы компенсировать изменения нагрузки хладагента, могут применять регулировку положения клапана перепускной заслонки 142 для обеспечения потока соответствующего объема отработавших газов к турбине и сокращения вышеупомянутого сдвига силы вращения турбонагнетателя, запускающей охладительный насос. Таким образом, изменения (или ожидаемые изменения) положения термостатического клапана 212 могут использоваться для прогноза изменений нагрузки охладительного насоса и, соответственно, определения необходимой регулировки частоты вращения турбонагнетателя.
Кроме того, в других вариантах осуществления изобретения, ожидаемая нагрузка хладагента на охладительный насос 140 может также учитывать различные условия работы двигателя, определяемые на шаге 402, которые могут влиять на изменение объема отработавших газов, поступающих в турбонагнетатель, и объема наддувочного воздуха, вырабатываемого компрессором. Например, высокая скорость и нагрузка двигателя могут приводить к повышению частоты вращения турбины и, следовательно, к выработке повышенного объема наддувочного воздуха. Следовательно, расчетная нагрузка на охладительный насос может также быть высока, и привод 144 может получить сигнал к закрытию перепускной заслонки 142. Следует понимать, что измерения и оценку условий работы двигателя и/или показания одного или нескольких датчиков могут использовать по отдельности или в комбинации для оценки нагрузки хладагента и соответствующей активации клапана перепускной заслонки.
Технический эффект от функционального соединения охладительного насоса с турбонагнетателем с возможностью использования энергии при вращении турбонагнетателя турбины состоит в возможности контролировать температуру наддувочного воздуха, одновременно снижая потребление энергии расположенного ниже охлаждающего контура и, соответственно, в повышении эффективности использования топлива. В результате соединения импеллера охладительного насоса или другого механического компонента охладительного насоса, приспособленного для передачи силы вращения, с поворотным валом турбонагнетателя охладительный насос способен адекватно обеспечивать потребность в охлаждении наддувочного воздуха. В частности, так как расширенный объем отработавших газов, проходящих через выхлопной патрубок двигателя, в турбину турбонагнетателя, приводит в движение как компрессор турбонагнетателя, так и охладительный насос, потребность в охлаждении, возникающая в результате увеличения объема горячего наддувочного воздуха, может удовлетворяться одновременным увеличением силы, запускающей охладительный насос в охлаждающей петле наддувочного воздуха. Кроме того, регулировка перепускной заслонки в ответ на изменение нагрузки хладагента охладительного насоса обеспечивает получение прогнозных ответов, оценивающих требуемую частоту вращения вала турбонагнетателя для запуска охладительного насоса и обеспечения требуемого потока хладагента для охлаждения наддувочного воздуха. Таким образом, можно охлаждать наддувочный воздух быстрее и эффективнее без использования дополнительного электрического охладительного насоса или охладительного насоса с приводом от двигателя, обладающего сложными элементами управления.
Таким образом, в одном из примеров, способ, раскрытый в настоящем документе, обеспечивает регулирование движения хладагента через охладитель наддувочного воздуха с использованием единственного охладительного насоса, зависящего от частоты вращения турбонагнетателя. Этот единственный охладительный насос механически запускается силой вращения турбонагнетателя. Этот единственный охладительный насос может быть единственным охладительным насосом, запускаемым силой вращения турбонагнетателя, а в одном из примеров - может быть единственным насосом, соединенным с валом турбонагнетателя и единственным охладительным насосом, подающим хладагент через весь охлаждающий контур двигателя. В одном из примеров данный способ может включать в себя усиление движения хладагента в охладитель наддувочного воздуха при увеличении частоты вращения турбонагнетателя и уменьшение движения хладагента в охладитель наддувочного воздуха при снижении частоты вращения турбонагнетателя. В другом примере способ может обеспечивать увеличение расхода наддувочного воздуха из компрессора турбонагнетателя, расположенного выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха, при повышении частоты вращения турбонагнетателя и сокращение расхода наддувочного воздуха из компрессора при уменьшении частоты вращения турбонагнетателя, причем компрессор расположен выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха.
В варианте осуществления изобретения данный способ также содержит следующий этап: запускают импеллер единственного охладительного насоса для подачи хладагента через охлаждающий контур наддувочного воздуха посредством поворотного вала турбонагнетателя. В данном примере импеллер могут функционально соединять с поворотным валом. Кроме того, в другом варианте осуществления изобретения устанавливают термостатический клапан, имеющий первое положение и второе положение, ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха в охлаждающем контуре наддувочного воздуха, и указанный клапан может регулироваться в зависимости от температуры хладагента, проходящего по охлаждающему контуру наддувочного воздуха.
В частности, в одном из примеров, данный способ может содержать следующий этап: термостатический клапан переводят в первое положение, при котором хладагент поступает из выпускного отверстия охладителя наддувочного воздуха через низкотемпературный радиатор в единственный охладительный насос, а затем - через охладитель наддувочного воздуха, если температура хладагента выше пороговой температуры. В другом примере данный способ может также содержать следующий этап: термостатический клапан переводят во второе положение, при котором поток хладагента обходит охладитель наддувочного воздуха и поступает прямо из впускного отверстия охладителя наддувочного воздуха в единственный охладительный насос, минуя низкотемпературный радиатор и охладитель наддувочного воздуха, если температура хладагента ниже пороговой температуры.
Кроме того, термостатический клапан может включать в себя датчик температуры, таким образом, регулировка положения термостатического клапана зависит от температуры хладагента и может осуществляться автоматически без управления контроллером, когда температура хладагента превышает пороговую температуру или опускается ниже нее.
Способ может дополнительно содержать следующий этап: регулируют положение перепускной заслонки, расположенного в перепускном канале вокруг турбины турбонагнетателя в ответ на переход или переходы температуры хладагента выше или ниже пороговой температуры и изменение положения термостатического клапана между первым и вторым положениями.
В одном из вариантов осуществления изобретения система, представленная в настоящем документе, содержит турбонагнетатель с компрессором с приводом от турбины через поворотный вал, охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) с жидкостным охлаждением, расположенный ниже по потоку от компрессора, и охладительный насос, расположенный в охлаждающем контуре и подающий хладагент в ОНВ. Кроме того, охладительный насос может быть механически соединен с поворотным валом с приводом от поворотного вала. В примере охладительный насос представляет собой единственный охладительный насос в контуре и содержит импеллер, непосредственно соединенный с поворотным валом. В одном из вариантов осуществления изобретения импеллер непосредственно соединен с участком поворотного вала, выходящим в осевом направлении за пределы компрессора в противоположную сторону от турбины. В другом примере импеллер непосредственно соединен с поворотным валом между компрессором и турбиной. В другом примере импеллер не представлен. Вместо этого поворотный вал и охладительный насос могут быть каждый оснащены дополняющими и зацепляющимися шестернями, и вращение поворотного вала переходит во вращение охладительного насоса посредством данных дополняющих и зацепляющихся шестерен или другого варианта системы привода насоса.
Кроме того, в одном из вариантов осуществления изобретения система, раскрытая в настоящем документе, содержит низкотемпературный радиатор, устанавливаемый ниже по потоку от ОНВ и выше по потоку от охладительного насоса в охлаждающем контуре. В примере может также быть представлен термостатический клапан, устанавливаемый ниже по потоку от ОНВ и низкотемпературного радиатора в охлаждающем контуре. В другом примере термостатический клапан регулируют, переводя его в одно из двух положений: первое положение, при котором хладагент направляется через ОНВ, низкотемпературный радиатор и охладительный насос, и второе положение, при котором хладагент направляется по перепускному каналу в обход ОНВ и низкотемпературного радиатора к охладительному насосу. В другом варианте осуществления изобретения термостатический клапан может быть электронным пропорциональным клапаном контроля потока.
В другом варианте осуществления изобретения система может включать в себя перепускную заслонку, расположенную в перепускном канале вокруг турбины. Перепускная заслонка может управляться контроллером с машиночитаемыми инструкциями, уменьшающими степень открытия перепускной заслонки при первом условии, когда термостатический клапан переходит из второго положения. С другой стороны, при втором условии, когда термостатический клапан переходит из первого положения во второе, контроллер может направлять команду для увеличения степени открытия перепускной заслонки.
Кроме того, в настоящем документе представлен способ подачи хладагента через охладитель наддувочного воздуха с помощью охладительного насоса. В данном примере охладительный насос может механически приводиться в движение турбонагнетателем. Данный способ может также предусматривать регулировку положения перепускной заслонки, расположенной в перепускном канале вокруг турбины турбонагнетателя, в ответ на изменение нагрузки хладагента на охладительный насос.
В одном из вариантов осуществления изобретения охладитель наддувочного воздуха и охладительный насос могут располагать в охлаждающей петле наддувочного воздуха. Охлаждающая петля наддувочного воздуха может также включать в себя низкотемпературный радиатор и термостатический клапан с датчиком температуры, выполненным с возможностью измерения температуры хладагента. Кроме того, термостатический клапан может переводиться в первое положение, при котором хладагент направляется через охладитель наддувочного воздуха, низкотемпературный радиатор и охладительный насос в ответ на превышение температурой хладагента пороговой температуры. В другом примере термостатический клапан может переводиться во второе положение, при котором хладагент обходит охладитель наддувочного воздуха и низкотемпературный радиатор. Вместо этого хладагент может проходить по перепускному каналу в охладительный насос в ответ на уменьшение температуры хладагента ниже пороговой температуры.
Кроме того, данный способ может дополнительно содержать следующий этап: определяют изменение нагрузки хладагента на охладительный насос в зависимости от изменения положения термостатического клапана. В одном из примеров нагрузка хладагента возрастает в ответ на переход термостатического клапана из второго положения в первое положение. В другом примере нагрузка хладагента уменьшается в ответ на переход термостатического клапана из первого положения во второе положение. Кроме того, данный способ может дополнительно содержать следующий этап: уменьшают степень открытия перепускной заслонки в ответ на повышение нагрузки хладагента на охладительный насос и увеличивают степень открытия перепускной заслонки в ответ на снижение нагрузки хладагента на охладительный насос.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и последовательности управления, раскрытые в данном документе, могут сохраняться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться системой управления, включая контроллер совместно с различными датчиками, приводами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные последовательности, раскрываемые в настоящем документе, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут пропускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память накопителя машиночитаемых данных компьютера, где описанные действия выполняются посредством исполнения инструкций в системе, включая различные компоненты аппаратного обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны разнообразные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-3, I-6, V-8, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Изобретение относится к охлаждающему контуру охладителя наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания. Представлены способы и система запуска охладительного насоса для подачи хладагента в охладитель наддувочного воздуха посредством вращения турбонагнетателя, работающего на отработавших газах. В одном из примеров способ может включать в себя следующий этап: поток хладагента подают через охладитель наддувочного воздуха охладительным насосом, приводимым в действие механически силой вращения турбонагнетателя. Таким образом, поток хладагента может увеличиваться с увеличением частоты вращения турбонагнетателя, и данный способ может дополнительно включать в себя следующий этап: регулируют перепускную заслонку турбонагнетателя для регулировки энергии, сообщаемой охладительному насосу. Изобретение обеспечивает охлаждение для увеличивающегося расхода наддувочного воздуха по мере повышения частоты вращения турбонагнетателя. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Способ для двигателя, содержащий следующий этап:
регулируют поток хладагента через охладитель наддувочного воздуха с единственным охладительным насосом, исходя из частоты вращения турбонагнетателя, при этом единственный охладительный насос приводят в действие механически силой вращения турбонагнетателя; и
регулируют положение термостатического клапана, расположенного ниже по потоку от охладителя наддувочного воздуха в охлаждающем контуре наддувочного воздуха, в зависимости от температуры хладагента, проходящего по охлаждающему контуру наддувочного воздуха, при этом охлаждающий контур наддувочного воздуха содержит единственный охладительный насос, при этом регулирование положения термостатического клапана включает:
перевод термостатического клапана в первое положение, при котором хладагент поступает из выпускного отверстия охладителя наддувочного воздуха через низкотемпературный радиатор в единственный охладительный насос, а затем - через охладитель наддувочного воздуха, если температура хладагента, проходящего по охлаждающему контуру наддувочного воздуха, выше пороговой температуры; и
перевод термостатического клапана во второе положение, при котором поток хладагента обходит охладитель наддувочного воздуха и поступает прямо из впускного отверстия охладителя наддувочного воздуха в единственный охладительный насос, минуя низкотемпературный радиатор и охладитель наддувочного воздуха, если температура хладагента ниже пороговой температуры.
2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий следующие этапы:
увеличивают подачу хладагента в охладитель наддувочного воздуха при повышении частоты вращения турбонагнетателя; и
снижают подачу хладагента в охладитель наддувочного воздуха при снижении частоты вращения турбонагнетателя.
3. Способ по п. 2, дополнительно содержащий следующий этап: увеличивают расход наддувочного воздуха из компрессора турбонагнетателя при повышении частоты вращения турбонагнетателя и сокращают расход наддувочного воздуха из компрессора при уменьшении частоты вращения турбонагнетателя, причем компрессор расположен выше по потоку от охладителя наддувочного воздуха.
4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий следующий этап: запускают импеллер единственного охладительного насоса для подачи хладагента через охлаждающий контур наддувочного воздуха в охладитель наддувочного воздуха через поворотный вал турбонагнетателя, причем импеллер функционально соединен с поворотным валом.
5. Способ по п. 1, в котором термостатический клапан содержит датчик температуры, и при этом регулировка положения термостатического клапана в зависимости от температуры хладагента подразумевает автоматическую регулировку положения термостатического клапана без воздействия со стороны контроллера, когда температура хладагента выше пороговой температуры или ниже нее.
6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий следующий этап: регулируют перепускную заслонку, расположенную в перепускном канале вокруг турбины турбонагнетателя в ответ на одно или более из следующего: температура хладагента выше или ниже пороговой температуры и изменение положения термостатического клапана между первым и вторым положениями.
7. Система двигателя, содержащая:
турбонагнетатель, содержащий компрессор с приводом от турбины через поворотный вал;
охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) с жидкостным охлаждением, расположенный ниже по потоку от компрессора;
низкотемпературный радиатор, расположенный ниже по потоку от ОНВ для рассеивания тепла;
охладительный насос, расположенный в охлаждающем контуре и выполненный с возможностью подачи хладагента в ОНВ, причем охладительный насос механически соединен с поворотным валом и имеет возможность привода от поворотного вала;
причем низкотемпературный радиатор установлен ниже по потоку от ОНВ и выше по потоку от охладительного насоса в охлаждающем контуре; и
термостатический клапан, установленный ниже по потоку от ОНВ и низкотемпературного радиатора в охлаждающем контуре, при этом термостатический клапан выполнен с возможностью регулирования между первым положением, при котором есть возможность направления хладагента через ОНВ, низкотемпературный радиатор и охладительный насос, и вторым положением, при котором есть возможность направления хладагента по перепускному каналу в обход ОНВ и низкотемпературного радиатора к охладительному насосу.
8. Система по п. 7, дополнительно содержащая:
перепускную заслонку, расположенную в перепускном канале вокруг турбины; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями для:
уменьшения степени открытия перепускной заслонки при первом условии, когда термостатический клапан переходит из второго положения в первое; и
увеличения степени открытия перепускной заслонки при втором условии, когда термостатический клапан переходит из первого положения во второе.
9. Система по п. 7, в которой поворотный вал и охладительный насос каждый оснащены дополняющими и зацепляющимися шестернями, при этом есть возможность преобразования вращения поворотного вала во вращение охладительного насоса посредством данных дополняющих и зацепляющихся шестерен.
10. Система по п. 7, в которой охладительный насос содержит импеллер, непосредственно соединенный с поворотным валом, причем импеллер выполнен с возможностью вращения при вращении поворотного вала, и причем охладительный насос представляет собой единственный охладительный насос в охлаждающем контуре.
11. Система по п. 10, в которой импеллер непосредственно соединен с участком поворотного вала, выходящим в осевом направлении за пределы компрессора в противоположную сторону от турбины.
12. Система по п. 10, в которой импеллер непосредственно соединен с поворотным валом между компрессором и турбиной.
13. Способ для двигателя, содержащий следующие этапы:
подают хладагент через охладитель наддувочного воздуха с помощью охладительного насоса с механическим приводом от турбонагнетателя; и
регулируют положение перепускной заслонки, расположенной в перепускном канале вокруг турбины турбонагнетателя, в ответ на изменение нагрузки хладагента на охладительный насос, причем охладитель наддувочного воздуха и охладительный насос расположены в охлаждающей петле наддувочного воздуха, при этом охлаждающая петля наддувочного воздуха также содержит низкотемпературный радиатор и термостатический клапан с датчиком температуры, выполненным с возможностью измерения температуры хладагента, и при этом переводят термостатический клапан в первое положение, при котором хладагент течет через охладитель наддувочного воздуха, низкотемпературный радиатор и охладительный насос в ответ на превышение температурой хладагента пороговой температуры, и переводят термостатический клапан во второе положение, при котором хладагент обходит охладитель наддувочного воздуха и низкотемпературный радиатор и проходит по перепускному каналу в охладительный насос в ответ на уменьшение температуры хладагента ниже пороговой температуры.
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий следующий этап: определяют изменение нагрузки хладагента на охладительный насос в зависимости от изменения положения термостатического клапана, при этом нагрузка хладагента возрастает в ответ на переход термостатического клапана из второго положения в первое положение, и нагрузка хладагента падает в ответ на переход термостатического клапана из первого положения во второе положение.
15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий следующий этап: уменьшают степень открытия перепускной заслонки в ответ на повышение нагрузки хладагента на охладительный насос и увеличивают степень открытия перепускной заслонки в ответ на снижение нагрузки хладагента на охладительный насос.
| Многоступенчатая активно-реактивная турбина | 1924 |
|
SU2013A1 |
| US 2012180482 A1, 19.07.2012 | |||
| ОБЪЕДИНЕННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ЕГО НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА | 2005 |
|
RU2293190C1 |
| SU 4850876 A, 30.07.1981. | |||
