CN101074639A - 进气空气加热系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种内燃机，其具有大致布置为V形结构的第一及第二组气缸孔。该内燃机包括第一及第二进气歧管，每一个进气歧管都具有集气室及至少一个进气流道。第一及第二进气歧管在外侧位置被安装至内燃机。进气空气导管将进气空气传送至第一及第二进气歧管中每一者。第一及第二进气空气加热器被布置大致邻近第一及第二进气歧管的各个集气室。第一及第二进气空气加热器工作以在进入第一及第二进气歧管的各个集气室之前选择性地加热进气空气。第一及第二进气空气加热器可包括驱动电路及诊断电路中至少一者。

Description

进气空气加热系统
技术领域
本发明涉及用于内燃机的进气空气加热系统。
背景技术
诸如柴油发动机的压缩点火内燃机作为高压缩比的结果是高效的。在工作温度，压缩点火发动机内的燃烧事件是受控自动点火。对进气空气及燃油混合物压缩产生的热能引发燃烧事件，而诸如火花点火发动机等其他发动机类型则需要火花或其他点火源来引发燃烧事件。在较低的大气空气温度环境下以低发动机负载工作的压缩点火发动机可产生“白烟”废气排放。因发动机内不发火或不完全燃烧造成的未燃烧碳氢化合物的释放会造成这种白烟。低温大气空气及低发动机负载会降低发动机内充气混合物的温度至燃烧事件变得不稳定的程度。
发明内容
提供了一种用于具有大致V形气缸结构的内燃机的进气空气加热系统。该进气空气加热系统包括第一及第二进气歧管，其分别具有第一及第二集气室以及与第一及第二集气室中每一者连通的至少一个进气流道。第一及第二进气歧管工作以将进气空气传送至内燃机。进气导管工作以将进气空气传送至第一及第二进气歧管中每一者的第一及第二集气室。各第一及第二进气空气加热器均以紧密接合关系被安装到第一及第二进气歧管中一者，并工作以在进气空气进入第一及第二集气室之前选择性地加热进气空气。第一及第二进气歧管在V形气缸结构的外侧被安装至内燃机。
进气空气加热系统可包括可工作以提供能量实现第一及第二进气空气加热器工作的驱动电路以及可工作以检测第一及第二进气空气加热器的工作中的故障的诊断电路。相对于第一及第二进气空气加热器中至少一者可安装有驱动电路及诊断电路中至少一者。或者，可以设置远程安装控制器，其具有驱动电路及诊断电路中至少一者。或者，可以相对于第一进气空气加热器以串联关系来对第二进气空气加热器供电。还提供了结合有上述进气空气加热系统的内燃机。
结合附图，通过以下对实施本发明的最佳实施例的详细描述，可以容易地理解本发明的上述特征及优点以及其他特征及优点。
附图说明
图1示意性地示出了具有根据本发明的进气空气加热系统的压缩点火内燃机。
具体实施方式
参考附图，其中在各个视图中相同的参考标号对应于相同或类似的部件，在图1中示出了内燃机，由10表示。为了这里的讨论，内燃机10优选地以工作的压缩点火或柴油机模式工作。内燃机10包括具有大致V型结构的气缸体12。在V型结构中，气缸体12的第一及第二组气缸孔14A及14B分别被布置为相对于彼此成小于180度的夹角。本领域的技术人员将理解，各个第一及第二组气缸孔14A及14B均可界定一个或多个各自的气缸孔16A及16B。第一及第二气缸盖18A及18B分别被安装至第一及第二组气缸孔14A及14B。
每个第一及第二气缸盖18A及18B均分别界定有排气端口20A及20B，燃烧产物或排气21通过排气端口被选择性地排放离开各个气缸孔16A及16B。排气端口20A及20B将排气21传送至各个第一及第二一体排气歧管22A及22B，每一个均分别界定在第一及第二气缸盖18A及18B中。因为一体的排气歧管22A及22B分别与气缸盖18A及18B一体形成，故减少了在内燃机10工作期间潜在的排气渗漏通路的数量。
第一及第二一体排气歧管22A及22B被布置在内燃机10上，由此它们在内侧结构中排放排气21，即第一及第二一体排气歧管22A及22B被布置大致邻近内侧区域或大致V形腔24。大致V形腔24至少部分地由第一及第二气缸盖18A及18B以及第一及第二组气缸孔14A及14B界定。内侧排气排放结构的优点在于可以减小发动机10所需的封装空间。一体排气歧管22A及22B可在由大致V形腔24界定的总区域内以任何取向进行排气，同时保持在本发明的范围内。各个第一及第二排气导管或管道26A及26B分别与第一及第二一体排气歧管22A及22B连通。
内燃机10还具有基本布置在大致V形腔24内的涡轮增压组件28。涡轮增压组件28具有涡轮机壳体30，第一及第二排气管道26A及26B将排气21传送进入涡轮机壳体30。本领域的技术人员将理解，通过分别将第一及第二排气管道26A及26B结合到涡轮机壳体30和第一及第二气缸盖18A及18B中一者内，可以除去第一及第二排气管道26A及26B。包含在排气21中的能量使得涡轮机叶片32在涡轮机壳体30内回转或旋转。涡轮机壳体30优选地具有可变几何形状。排气21随后被传送至排气管道34。排气管道34将排气21传送至柴油机微粒过滤器或DPF 36。DPF 36容纳有分离介质，其捕捉包含在排气21中的诸如碳烟的微粒。DPF排气管道38将排气21传送至未示出的排气系统的其余部分。
第一及第二一体排气歧管18A及18B的内侧结构允许第一及第二排气管道26A及26B的长度被最小化或除去。通过使第一及第二排气管道26A及26B的长度最小化，可以保持排气21的大部分热能，并将其传送至涡轮增压组件28。否则该热能将通过热传递损失至大气。本领域的技术人员将理解，本发明可包含例如28的单一涡轮增压组件、或双涡轮增压机、或分级涡轮增压机。
涡轮机叶片32通过轴40刚性地连接至压缩机叶片42以与其一同旋转。旋转的压缩机叶片42与压缩机壳体44配合以将进气空气46大致以大气压力引导通过压缩机引入导管48，并随后对进气空气46增压。增压进气空气46传送至压缩机出口导管50，压缩机出口导管50与热交换器52连通。热交换器52工作以传送来自增压进气空气46的热能以提高内燃机10在高发动机负载的工作效率。热交换器52随后将增压进气空气46经由进气导管56分别传送至第一及第二进气歧管54A及54B。第一及第二进气歧管54A及54B每都均包括与各个进气流道57A及57B连通的各个集气室55A及55B。节流叶片58被布置在进气导管56内，并工作以选择性地并可变地限制至第一及第二进气歧管54A及54B的进气空气46的流动。第一及第二进气歧管54A及54B将各个集气室55A及55B内的进气空气46经由进气流道57A及57B传送至由各个第一及第二气缸盖18A及18B界定的多个进气端口60A及60B中的每一者。进气端口60A及60B选择性地将进气空气46引导至各个气缸孔16A及16B，随后在这里进气空气46与燃油一起以已知的方式燃烧。燃油优选地通过未示出的共轨燃油喷射系统被直接喷射进入气缸孔16A及16B。在优选实施例中，进气歧管54A及54B安装在气缸盖18A及18B的外侧，即如图所示，进气歧管54A及54B被安装在与大致V形腔24相对的气缸盖18A及18B一侧。
第一及第二进气加热器62A及62B优选地以紧密接合关系安装到各个进气歧管54A及54B。即，进气加热器62A及62B接近各个集气室55A及55B安装以提高进气加热器62A及62B的效能。进气加热器62A及62B包括各个加热元件63A及63B。控制模块64优选地控制第一及第二进气加热器62A及62B。控制模块64包括驱动电路65，以选择性地并可变地通过电气串联连接66来向第一进气加热器62A及第二进气加热器62B供电。通过串联连接进气加热器62A及62B，可以减小进气加热器62A及62B工作所需能量。此外，串联连接66使得能够使用较小的限制性较少的加热元件63A及63B，由此减小进气加热器62A及62B对进气气流的限制。
第一及第二进气加热器62A及62B工作以在内燃机10于低负载低环境空气温度状态下工作期间加热进气空气46。通过加热进气空气46，可以稳定气缸16A及16B内的燃烧，由此减少因排气21内的未燃烧碳氢化合物导致的白烟的生成。此外，进气加热器62A及62B可在DPF 36再生期间工作以提高排气21的温度，由此促进DPF 36内积聚的微粒物质的燃烧。进气加热器62A及62B的紧密接合或邻近布置允许进气空气46在分别进入进气集气室55A及55B之前立即被加热，由此减小到进气加热器62A及62B的上游部件(例如进气导管56)的热能损失。通过将进气加热器62A及62B安装在紧密接合或邻近外侧位置中，相较于其他安装位置(例如在V形腔24内)，可以减小传施加至进气加热器62A及62B的振动及热能，由此提高进气加热器62A及62B的耐久性。
除了驱动电路65之外，控制模块64还可包括诊断电路68，其可工作以判断进气加热器62A及62B何时产生故障。此外，本领域技术人员将理解，可以相对于进气加热器62A及62B中一者或两者安装诊断电路68及驱动电路65中一者或两者。
虽然已经详细描述了实施本发明的最佳实施例，但熟知本发明相关领域的技术人员将理解落在所附权利要求范围内用于实施本发明的各种替代设计及实施例。

Claims (21)

1.一种进气空气加热系统，用于具有大致V形气缸结构的内燃机，所述进气空气加热系统包括：
第一进气歧管，其具有第一集气室以及与所述第一集气室连通的至少一个进气流道，其中所述第一进气歧管可工作以将进气空气传送至所述内燃机；
进气导管，其可工作以将所述进气空气传送至所述第一进气歧管的所述第一集气室；
第一进气空气加热器，其以紧密接合关系被安装到所述第一进气歧管，并可工作以在所述进气空气进入所述第一集气室之前选择性地加热所述进气空气；并且
其中，所述第一进气歧管在所述V形气缸结构的外侧被安装至所述内燃机。
2.如权利要求1所述的进气空气加热系统，还包括：
第二进气歧管，其具有第二集气室以及与所述第二集气室连通的至少一个进气流道，其中所述第二进气歧管可工作以将所述进气空气传送至所述内燃机；
其中，所述进气导管可工作以将所述进气空气传送至所述第二进气歧管的所述第二集气室；
第二进气空气加热器，其以紧密接合关系被安装到所述第二进气歧管，并可工作以在所述进气空气进入所述第二集气室之前选择性地加热所述进气空气；并且
其中，所述第二进气歧管在所述V形气缸结构的外侧被安装至所述内燃机。
3.如权利要求1所述的进气空气加热系统，还包括：
驱动电路，其可工作以提供能量以实现所述第一进气空气加热器的工作；以及
诊断电路，其可工作以检测所述第一进气空气加热器的工作中的故障。
4.如权利要求3所述的进气空气加热系统，其中，所述驱动电路与所述诊断电路中至少一者被安装至所述第一进气空气加热器。
5.如权利要求2所述的进气空气加热系统，还包括：
驱动电路，其可工作以提供能量以实现所述第二进气空气加热器的工作；以及
诊断电路，其可工作以检测所述第二进气空气加热器的工作中的故障。
6.如权利要求4所述的进气空气加热系统，其中，所述驱动电路与所述诊断电路中至少一者被安装至所述第二进气空气加热器。
7.如权利要求1所述的进气空气加热系统，还包括控制器，其具有远离所述第一进气空气加热器安装的驱动电路及诊断电路中至少一者。
8.如权利要求2所述的进气空气加热系统，还包括控制器，其具有远离所述第二进气空气加热器安装的驱动电路及诊断电路中至少一者。
9.如权利要求2所述的进气空气加热系统，其中，所述第二进气空气加热器相对于所述第一进气空气加热器以串联关系被供电。
10.一种内燃机，具有大致布置为V形结构的第一及第二组气缸孔，所述内燃机包括：
第一进气歧管，其具有集气室以及至少一个进气流道，所述第一进气歧管在位于所述第一组气缸孔外侧的情况下被安装至所述内燃机；
第二进气歧管，其具有集气室以及至少一个进气流道，所述第二进气歧管在位于所述第二组气缸孔外侧的情况下被安装至所述内燃机；
其中，所述第一及第二进气歧管被充分设置以将进气空气传送至所述内燃机；
进气空气导管，其可工作以将所述进气空气传送至所述第一及第二进气歧管中每一者；
第一进气空气加热器，其大致邻近所述第一进气歧管的所述集气室布置，所述第一进气空气加热器可工作以在进入所述第一进气歧管的所述集气室之前选择性地加热所述进气空气；以及
第二进气空气加热器，其大致邻近所述第二进气歧管的所述集气室布置，所述第二进气空气加热器可工作以在进入所述第二进气歧管的所述集气室之前选择性地加热所述进气空气。
11.如权利要求10所述的内燃机，还包括：
驱动电路，其可工作以提供能量以实现所述第一及第二进气空气加热器中至少一者的工作；以及
诊断电路，其可工作以检测所述第一及第二进气空气加热器中至少一者的工作中的故障。
12.如权利要求11所述的内燃机，其中，所述驱动电路与所述诊断电路中至少一者被安装至所述第一及第二进气空气加热器中至少一者。
13.如权利要求10所述的内燃机，还包括控制器，其具有远离所述第一进气空气加热器安装的驱动电路及诊断电路中至少一者。
14.如权利要求10所述的内燃机，其中，所述第二进气空气加热器相对于所述第一进气空气加热器以串联关系被供电。
15.如权利要求10所述的内燃机，其中，所述内燃机以压缩点火工作模式工作。
16.一种内燃机，具有大致布置为V形结构的第一及第二组气缸孔，所述内燃机包括：
第一气缸盖，其相对于所述第一组气缸孔安装；
第二气缸盖，其相对于所述第二组气缸孔安装；
第一进气歧管，其具有集气室以及至少一个进气流道，所述第一进气歧管在外侧位置被安装至所述第一气缸盖；
第二进气歧管，其具有集气室以及至少一个进气流道，所述第二进气歧管在外侧位置被安装至所述第二气缸盖；
其中，所述第一及第二进气歧管中的每个都被充分设置以将进气空气传送至各个第一及第二气缸盖；
进气空气导管，其可工作以将所述进气空气传送至所述第一及第二进气歧管中每一者；
第一进气空气加热器，其大致邻近所述第一进气歧管的所述集气室布置，所述第一进气空气加热器可工作以在进入所述第一进气歧管的所述集气室之前选择性地加热所述进气空气；以及
第二进气空气加热器，其大致邻近所述第二进气歧管的所述集气室布置，所述第二进气空气加热器可工作以在进入所述第二进气歧管的所述集气室之前选择性地加热所述进气空气。
17.如权利要求16所述的内燃机，还包括：
驱动电路，其可工作以提供能量以实现所述第一及第二进气空气加热器中至少一者的工作；以及
诊断电路，其可工作以检测所述第一及第二进气空气加热器中至少一者的工作中的故障。
18.如权利要求17所述的内燃机，其中，所述驱动电路与所述诊断电路中至少一者被安装至所述第一及第二进气空气加热器中至少一者。
19.如权利要求16所述的内燃机，还包括控制器，其具有远离所述第一进气空气加热器安装的驱动电路及诊断电路中至少一者。
20.如权利要求16所述的内燃机，其中，所述第二进气空气加热器相对于所述第一进气空气加热器以串联关系被供电。
21.如权利要求16所述的内燃机，其中，所述内燃机以压缩点火工作模式工作。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20071121