CN108119228B - 冷凝物分散组件 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮增压车辆发动机的冷凝分散装置包括阀体、可移动阀和偏压装置。可移动阀和偏压装置设置在阀体内。阀体在阀体内限定阀座，并且包括入口和出口。可移动阀限定了可操作地配置成当可移动阀处于第一位置时与阀座接合的接合特征部。偏压装置可操作地配置成当进气歧管中的压力等于或大于大气压力时将可移动阀推动到第二位置。

Description

冷凝物分散组件

技术领域

本发明总体上涉及车辆发动机，并且更具体地涉及涡轮增压式或增压式车辆发动机。

背景技术

涡轮增压式发动机和增压式发动机可以被配置为压缩进入发动机的环境空气以增加功率。由于空气的压缩可导致空气温度升高，所以可以使用增压空气冷却器来冷却加热的空气，从而增加其密度并进一步增加发动机的潜在功率。然而，如果环境空气的湿度高，则可以在比压缩空气的露点更冷的增压空气冷却器的任何内表面上形成冷凝(例如，水滴)。在诸如硬车辆加速的瞬态条件下，这些水滴可以从增压空气冷却器吹出并进入发动机的燃烧室，例如导致发动机失火、扭矩和发动机转速丧失以及不完全燃烧的可能性增加。

在美国专利申请公开2011/0094219 A1中公开了一种减少进入燃烧室的冷凝物量的方法。在所引用的参考文献中，公开了一种用于减少冷凝进入发动机的燃烧室的速率的增压空气冷却器的冷凝物捕集器。冷凝物捕集器包括用于收集冷凝物的储存器和用于将冷凝物释放回出口导管的管。

本发明人已经认识到上述系统的各种问题。特别地，冷凝物捕集器位于增压空气冷却器的下游，因此只能从增压空气冷却器的出口下游收集冷凝物。这种配置可能无法充分解决在增压空气冷却器内捕获的冷凝水。此外，冷凝物捕集器需要额外的组分，这可能增加增压空气冷却器的成本和包装空间。

因此，解决上述问题的一个示例性方法包括增压空气冷却器，其包括允许增压空气的入口、用于从增压空气除去热量的多个热交换通道、配置成将增压空气从到发动机的进气歧管的进气通道上游的热交换通道，以及至少部分地延伸穿过出口延伸的分散元件。

以这种方式，积聚在增压空气冷却器中的冷凝物可以通过增压空气的运动被驱出冷却器。然而，在空转条件下进入发动机的冷凝水可能是有问题的，因为在这些条件下发动机可能失火。

当单独使用或与随附的相关联时，本说明书的上述优点和其它优点以及特征将从以下详细描述中显而易见。

发明内容

因此，本公开提供了一种使用涡轮增压器的车辆发动机的冷凝分散装置。冷凝分散装置包括阀体、可移动阀和偏压装置。可移动阀和偏压装置设置在阀体内。阀体限定了阀座，该阀座具有阀体内的上/下表面，并且包括入口端和出口。可移动阀限定了可操作地配置成当可移动阀处于第一关闭位置时与阀座接合的接合特征部。偏压装置可操作地配置成当进气歧管中的压力等于或大于指定的工作压力时将可移动阀推动到第二打开位置。

在本公开的另一个实施例中，使用涡轮增压器的用于车辆发动机的冷凝物分散组件包括进气歧管、节流阀体、分散装置和增压空气冷却器。进气歧管可以可操作地配置成将空气从进气通道传送到燃烧室。节流阀体可由节流阀致动器致动。节流阀体可以在进气歧管的进气口处固定到进气歧管。分散装置可以固定到进气歧管，使得分散装置的出口设置在进气歧管内，并且入口设置在进气歧管外。增压空气冷却器可以经由进气通道联接到节流阀体，并且经由冷凝水软管和分散装置联接到进气歧管。

冷凝物分散装置可以但不一定包括将分散装置的入口联接到软管出口的快速连接件。分散装置可以可操作地配置成打开和关闭冷凝物进入进气歧管的气流。分散装置还可以包括容纳偏压装置的阀体和可移动阀。偏压装置可以可操作地配置成将可移动阀从第一位置推动到第二位置。可移动阀可以可操作地配置成滑动到第一位置，并且偏压装置可操作地配置成当进气歧管内部的压力降到大气压以下时被压缩。

当进气歧管的内部压力等于或高于大气压时，可移动阀可以被偏压装置推动到第二位置。偏压装置可以但不一定是具有超过大气压力的弹簧刚度的弹簧的形式。还可以理解，可移动阀可以包括凸缘，当可移动阀处于第一位置时，凸缘与限定在阀体中的阀座接合。此外，可移动阀可以但不一定包括可操作地配置成将可移动阀的轴向位置保持在阀体内的多个径向肋部。

从以下参见附图考虑的详细描述中，本公开及其特征和优点将变得更加明显。

附图说明

本公开的这些和其它特征和优点将从以下详细描述、最佳模式、权利要求和附图中变得显而易见，其中：

图1是车辆发动机系统的示意图。

图2A是当阀关闭时非限制性示例性分散装置的侧视图。

图2B是沿着A-A线的图1中的阀座的横截面图。

图2C是图2A的过滤器的俯视图。

图2D是在图2A中的分散装置中实现的过滤器和阀座的侧视图。

图3是非限制性示例性分散装置的示意图，其示出了当阀打开时冷凝物流体的路径。

图4是非限制性示例的透视图，其具有固定到进气歧管的非限制性示例性分散装置。

图5是根据本公开的各种实施例的冷凝物分散组件的透视图。

图6是非限制性示例的透视图，其具有固定到进气歧管的非限制性示例性分散装置。

在附图的几个视图的描述中，相同的附图标记表示相同的部分。

具体实施方式

现在将详细参见本公开的目前优选的组合物、实施例和方法，其构成本发明人目前已知的本发明的最佳实施方式。所述附图并不是按比例尺绘制的。然而，应当理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，且本发明可以用各种且可替代的形式实施。因此,本文公开的具体细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求的基础，和作为教导本领域技术人员变化地应用本发明的代表性基础。

在本说明书中的所有数值量，其中包括物质的用量或者反应和/或使用条件要理解为在描述本发明的最宽范围内用措辞“约”来修饰。在所述数值限值范围内的实践通常是优选的。此外，除非明确指出相反：百分比、“份数”和比率值均以重量计；对于与本公开有关的给定目的合适或优选的一组或多类材料的描述意味着该组或类的任何两个或多个成分的混合物同样适合或优选；首字母缩略词或其他缩写的第一个定义适用于本文中相同缩写的所有后续用途，并且比照适用于初始定义的缩写的正常语法变体；以及除非明显声明相反意思，否则属性的测量是通过与之前或之后引用的相同技术相同的技术来确定的。

还应该理解的是，本发明不局限于以下所述的具体实施方案和方法，因为具体的组分和/或条件当然可以加以改变。此外，本文使用的术语仅用于描述本公开的具体实施例的目的，并不旨在以任何方式进行限制。

还必须注意的是，如说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文明确另外地指出。例如，以单数形式表示的部件旨在包括多个部件。

术语“包含”与“包括”、“具有”、“含有”或“由...表征”同义。这些术语是包容性的并且是开放式的，并且不排除额外的、未被引用的元素或方法步骤。

短语“由...组成”排除了权利要求中未指定的任何元素、步骤或成分。当这个短语出现在权利要求的一个条款中，而不是紧接在序言之后，它只限制该条款中规定的要素；而其他要素未被排除在作为整体的权利要求之外。

短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制于指定的材料或步骤，以及不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新颖特征的那些。

可以替代地使用术语“包含”、“由...组成”和“基本上由...组成”。如果使用这三个术语中的一个，则目前公开和要求保护的主题可以包括使用其他两个术语之一。

为了更充分地阐述本发明所属的技术领域，申请文件中引用了与本发明相关的公开文献，这些公开文献揭示了与本发明相关的技术内容。

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开或本公开的应用和用途。此外，不意图受前面背景或以下详细描述中呈现的任何理论的束缚。

现在参见图1，示出了车辆发动机10系统的示意图，其中车辆发动机系统实现增压空气冷却器。

图1是示出可以包括在汽车的推进系统中的示例性发动机10的示意图。发动机10示出为具有四个汽缸30。然而，根据本公开可以使用其它数量的汽缸。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130从车辆操作器132输入来控制。在该示例中，输入装置130包括用于产生比例踏板位置信号PP的加速器踏板和踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可以包括具有定位在其中的活塞(未示出)的燃烧室壁。活塞可以联接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间传动系统(未示出)联接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动电动机可以经由飞轮联接到曲轴40，以实现发动机10的启动操作。

燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气歧管46将燃烧气体排放到排气通道48。进气歧管44和排气歧管46可以经由相应的进气阀和排气阀(未示出)选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或多个进气阀和/或两个或多个排气阀。此外，进气和排气阀可以是可变阀正时系统的一部分，其被配置为根据操作条件在不同的定时打开和关闭阀。

示出了燃料喷射器50直接连接到燃烧室30，用于直接在其中喷射燃料，与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例。以这种方式，燃料喷射器50提供所谓的直接将燃料喷射到燃烧室30中；然而，应当理解，端口注入也是可能的。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)被输送到燃料喷射器50。

进气通道42可以包括具有节流板22的节流阀21，以调节到进气歧管的气流。在该特定示例中，节流板22的位置可以由控制器12改变以使电子节流阀21控制(ETC)。以这种方式，可以操作节流阀21以改变其他发动机汽缸中提供给燃烧室30的进气。在一些实施例中，附加的节流阀可以存在于进气通道42中。

此外，在所公开的实施例中，废气再循环(EGR)系统可以将废气的期望部分从排气通道48经由EGR通道140引导到进气通道42。控制器12可经由EGR阀142改变提供至进气通道42的EGR量。在一些条件下，EGR系统可用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出了高压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮机的上游引导到涡轮增压器的压缩机的下游。在其他实施例中，发动机10可以另外地或可选地包括低压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的下游引导到涡轮增压器的压缩机的上游。当可操作时，EGR系统可以引起来自压缩空气的冷凝物的形成，特别是当压缩空气被增压空气冷却器冷却时，如下面更详细地描述的。

发动机10还可以包括诸如涡轮增压器或增压器的压缩装置，其包括至少沿进气歧管44布置的压缩机60。对于涡轮增压器，压缩机60可以至少部分地由涡轮机62经由例如轴或其它联接装置驱动。涡轮机62可以沿着排气通道48布置。可以提供各种布置来驱动压缩机。对于增压器，压缩机60可以至少部分地由发动机10和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮机。因此，经由涡轮增压器或增压器提供给发动机10的一个或多个汽缸的压缩量可以由控制器12改变。在一些情况下，涡轮机62可以驱动例如发电机64，以经由涡轮驱动器68向电池66供电。然后可以使用来自电池66的电力经由电动机70驱动压缩机60。

此外，排气通道48可以包括废气门阀26，用于将排气转移离开涡轮机62。此外，进气通道42可以包括被配置成将进气转向压缩机60周围的压缩机再循环阀(CRV)27。例如，当需要较低的增压压力时，废气门阀26和/或CRV 27可由控制器12控制打开。

进气通道42还可以包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中间冷却器)，以降低涡轮增压或增压进气的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可以是空气-空气热交换器。在其它实施例中，增压空气冷却器80可以是空气对液体热交换器。如下面更详细地描述的，增压空气冷却器80和进气歧管44可以包括分散元件，以将累积的冷凝物分散成可被移动的增压空气蒸发并被引导到发动机10的进气歧管的液滴。

控制器12在图1中示出为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序的电子存储介质和在该特定示例中被示出为只读存储器芯片106的校准值、随机存取存储器108、保持存储器110和数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，用于执行各种功能以操作发动机10，包括来自质量气流传感器120的感应质量气流(MAF)的测量；来自温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)，示意性地示出在发动机10内的一个位置；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的成形点火检波信号(PIP)；如所讨论的来自节流阀位置传感器的节流阀位置(TP)；和如所讨论的来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机速度信号RPM可由控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管44中的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，诸如没有MAP传感器的MAF传感器，反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器以及检测到的发动机转速可以提供引入汽缸的电荷(包括空气)的估量。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的传感器118可以在曲轴40的每转一周产生预定数量的等间隔的脉冲。

如图所示，图2A示出了当阀34是第一(关闭)位置时非限制性示例性分散装置16的侧视图。分散装置16可以固定在O形环14处的进气歧管44(如图4-6所示)，使得分散装置16被容纳在限定在进气歧管中的孔口中，使得出口18和出口侧32设置在进气歧管44的腔室20内，同时分散装置16的入口24和入口侧28设置在进气歧管的腔室20外。图2A还示出了设置在阀室94内的可移动提升阀34。提升阀34在第一(闭合位置(图2A所示)和第二(打开)位置(图3所示)之间移动。如图所示，阀室94从入口24经过阀体56延伸到出口18。可移动提升阀34可以包括凸缘36、圆柱体72和至少一个径向导引肋部52，如图2A-2D所示。凸缘36可操作地配置成与形成在阀体56中的阀座54接合，以防止冷凝物流58从入口24行进到出口18。如图所示，圆形凸缘36的下侧的至少一部分邻接阀座54的顶面，以阻止冷凝物流58从分散装置16的入口侧28行进到分散装置16的出口侧32。

如图2B所示，非限制性示例性提升阀34包括远离圆柱体72延伸的多个肋部(或至少一个肋部)52。如图所示，肋部52限定至少一个通道74，以使冷凝物流58通过。给定图2B示出了多个肋部52，如图所示，在每个肋部52之间限定通道74，以允许冷凝物流58绕过阀34的凸缘36的实质圆周。如图所示，径向导引肋部52保持圆柱体72在阀室94内的轴向位置。如图2A和2C所示，过滤器78可以可选地设置在分散装置16内，其中过滤器78固定在提升阀34上方的分散装置16的本体内。提升阀34的圆柱体72和径向肋部引导件52设置在阀体56的第一内径76内。提升阀34的凸缘36具有可以大于第一内径76的直径，使得凸缘的下侧的至少一部分与阀座54接合以阻止冷凝物流58从分散装置16的入口侧到出口侧。如图所示，凸缘36设置在具有芯腔138的阀室94的一部分内。应当理解，沿芯腔138的任何部分的宽度139大于第一内径76。

如图所示，过滤器78可以固定在阀室94内。过滤器78可以包括类似筛网的材料82，以防止固体颗粒流过分散装置16并进入进气歧管44。类似筛网的材料82可以是柔性的并且可以由框架84支撑。参见图2D所示，还应理解，提升阀34可包括圆形凸台86，其可操作地配置成抵靠过滤器78或限定在过滤器78的框架84中的突出/突出部88。当分散装置16的出口侧32上的压力相对于分散装置16的入口侧28上上午压力变化时，提升阀34的圆形凸台86由于提升阀34在第一和第二位置之间移动而防止提升阀34粘附到过滤器78。应当理解，分散装置16的入口侧28上的压力通常保持在大气压或接近大气压，同时分散装置16的出口侧32上的压力将变化到低于大气压的水平，从而在分散装置16的出口侧32上产生真空。

现在参见图3，非限制性示例性分散装置16的示意图示出了处于第二(打开)位置的分散装置16。在第二位置，围绕凸缘(在凸缘和阀座54之间)形成间隙144，这允许冷凝物流58从入口侧28行进到出口侧32。为了将提升阀从第一位置移动到第二位置，存在于分散装置(和进气歧管内)的出口侧的真空被消除，因为进气歧管(和分散装置的出口侧)内的压力增加。应当理解，当存在真空条件时，真空可以克服偏压装置98或弹簧96，从而压缩弹簧96并将提升阀保持在第一位置(如图1所示)。因此，当消除真空并且出口侧和进气歧管上的压力增加时，弹簧96或偏压装置98可以促使提升阀34朝向入口24和过滤器78移动，从而打开阀34并且在凸缘36和阀座54之间产生间隙144，用于冷凝物流58从入口24到出口18。应当理解，当车辆操作者按压加速器时，进气歧管中的压力增加(从真空状态)，从而触发节流阀体21打开节流板22，以允许空气流入进气歧管，这增加进气歧管内的压力。

返回参见图2A，非限制性示例性分散装置16的侧视图示出了处于第一(关闭)位置的分散装置16。在这些条件下，进气歧管(在分散装置16的出口侧32)上的压力低于大气压，使得在进气歧管内存在真空。当操作者将他或她的脚离开加速器导致节流阀21关闭时，存在这种较低的压力/真空。当节流阀21关闭并且发动机10的燃烧室从进气歧管吸入空气时，进气歧管中存在真空，使得进气歧管内(在分散装置16的出口侧32上)的压力为低于分散装置16的入口侧28的压力(大气压)。因此，真空克服偏压装置98并且使得提升阀34行进到防止冷凝物流58朝向进气歧管行进的第一关闭位置。如前所述，在怠速发动机条件下，当冷凝物进入燃烧室时，车辆发动机10遭受失火。因此，可以包括分散装置16、节流阀21、进气歧管和增压空气冷却器的冷凝物分散组件8防止冷凝在空转发动机状态期间经由分散装置16中的被动阀92流入燃烧室。

因此，图2A和图3示出了分散装置16的组件。如图所示，用于涡轮增压车辆发动机10的冷凝分散装置16包括阀体56、可移动阀34和偏压装置98。可移动阀34和偏压装置98设置在阀体56内。阀体56在阀体56内限定阀座54，并限定从入口24和出口18延伸的阀室94。可移动阀34限定了可操作地配置成当可移动阀34处于如图2A所示的第一位置时与阀座54接合的接合特征部或凸缘36。。偏压装置98可操作地配置成当进气歧管44中的压力等于或大于大气压力时将可移动阀推动到第二打开位置。

参见图4，分散装置16设置在进气歧管中的孔口内，使得分散装置16的出口18设置在进气歧管的内部。分散装置16的入口24设置在进气歧管外。分散装置16的出口18可以可操作地配置成将冷凝物喷射到进气歧管中，使得流体可以在流体颗粒行进通过进入燃烧室的歧管通道之前被分散。现在参见图4和图6，分散装置16的入口24可以通过快速连接件从增压空气冷却器联接到输送软管100。

现在参见图1。如图5所示，示出了示例性车辆发动机10系统，其包括附接到发动机10的涡轮增压器126。来自发动机10的废气驱动涡轮增压器126的涡轮机，该涡轮机反过来又旋转压缩机的叶轮。压缩机的叶轮吸入并压缩由于涡轮增压器的压缩导致的温度升高的新鲜空气。然后，热/压缩空气经由排气通道48被送到增压空气冷却器80。如图所示，排气通道48将涡轮增压器126联接到增压空气冷却器80。一旦加热的空气行进通过增压空气冷却器80，就可能产生空气的温度下降和冷凝。冷却的空气经由进气通道42从增压空气冷却器80传送到进气歧管44。然而，应当理解，节流阀体21设置在进气通道42和进气歧管44之间。节流阀体21在加速踏板130处(图1所示)由车辆操作者触发。因此，当车辆操作者致动加速器踏板130时，节流阀体21打开并允许空气从进气通道42流到进气歧管44，从而增加进气歧管44内的压力。当节流阀体21关闭时，车辆发动机10的燃烧室30从进气歧管44吸入任何剩余的空气时，进气歧管44内的压力下降。

因此，图5示出了使用涡轮增压器的车辆发动机的冷凝物分散组件8，其中冷凝物分散组件8包括进气歧管44、节流阀体体21、分散装置16和增压空气冷却器80。进气歧管44可以可操作地配置成将空气从进气通道42传送到燃烧室30。节流阀体21可由节流阀致动器130致动。节流阀体21可以在进气歧管44的进气口136处固定到进气歧管44。分散装置16可以固定到进气歧管44，使得分散装置16的出口18设置在进气歧管33内，并且入口24设置在进气歧管44外。增压空气冷却器80可以经由进气通道42联接到节流阀体21，并且经由冷凝水软管100和分散装置16联接到进气歧管44。

如前所述，进气歧管(阀体的出口侧)内的压力相对于大气压力(在阀体的入口侧)的变化使得分散装置16中的被动提升阀34在打开和关闭位置之间移动，使得冷凝物不能从分离装置16的入口侧28流到出口侧32并进入进气歧管。如图所示，软管100将增压空气冷却器连接到进气歧管，并且软管100通过快速连接件附接到分散装置16。

虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量变化。还应当认识到，示例性的一个或多个实施例仅作为示例，而不期望以任何方式限制本公开的范围、性能或配置。前述详细描述可向本领域技术人员提供方便的路线图来实现这些示例性实施例。应当理解，在不脱离所附权利要求及其法定等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (7)

1.一种冷凝物分散组件，包括：

进气歧管，其可操作地配置成将空气从进气通道传送到燃烧室；

由节流阀致动器致动的节流阀体，所述节流阀体固定到所述进气歧管的进气口处的所述进气歧管；

分散装置，其固定到所述进气歧管，并且在所述进气歧管内设置出口，并且在所述进气歧管外设置入口；以及

增压空气冷却器，其经由所述进气通道联接到所述节流阀体，并且经由软管和所述分散装置联接到所述进气歧管；

其中所述分散装置可操作地配置成打开和关闭所述冷凝物流进入所述进气歧管；

其中所述分散装置包括容纳偏压装置和可移动阀的阀体，所述偏压装置可操作地配置成将所述可移动阀从关闭位置推动到打开位置；

其中所述可移动阀可操作地配置成滑动到所述关闭位置，并且所述偏压装置被可操作地配置成当所述进气歧管内部的压力下降到大气压以下时被压缩。

2.根据权利要求1所述的冷凝物分散组件，还包括将所述分散装置的所述入口快速连接到软管出口的快速连接件。

3.根据权利要求1所述的冷凝物分散组件，其中当所述进气歧管内部的压力处于或大于大气压时，所述可移动阀被所述偏压装置推动到所述打开位置。

4.根据权利要求1所述的冷凝物分散组件，其中所述偏压装置是具有超过大气压力的弹簧刚度的弹簧。

5.根据权利要求1所述的冷凝物分散组件，其中当所述可移动阀处于所述关闭位置时，所述可移动阀包括与限定在所述阀体中的阀座接合的凸缘。

6.根据权利要求1所述的冷凝物分散组件，其中所述可移动阀包括多个径向肋部，所述径向肋部可操作地配置成将所述可移动阀的轴向位置保持在所述阀体内。

7.一种分散装置，包括：

具有入口和出口并限定阀座的阀体；

设置在所述阀体内的可移动阀，所述可移动阀具有可操作地配置成当所述可移动阀处于关闭位置时与所述阀座接合的接合特征部；以及

设置在所述阀体内的偏压装置，所述偏压装置将所述可移动阀推动到打开位置。

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