CN115715349A - 增压空气冷却器排水系统 - Google Patents

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R·阿驰
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Abstract

一种内燃发动机，其具有进气歧管；压缩机，其与进气歧管流体连通；增压空气冷却器，其与压缩机和进气歧管流体连通并且在压缩机和进气歧管之间；节流阀，其控制增压空气冷却器和进气歧管之间的流体连通；以及冷凝液收集储液罐，其从增压空气冷却器收集冷凝液并与围绕节流阀的旁通环路中文丘里设备的吸入端口流体连通。文丘里设备的动力入口与节流阀的上游流体连通，并且排放出口与节流阀的下游流体连通，并且在文丘里设备两端提供足够压降的操作条件下，吸入端口将冷凝液从冷凝液收集储液罐抽出并将冷凝液作为雾引入到进气歧管中。

Description

增压空气冷却器排水系统
相关申请
本申请要求于2020年6月25日提交的美国临时专利申请号63/043876的优先权，其整体公开通过引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及增压空气冷却器排水系统，尤其涉及将水从增压空气冷却器引入到内燃发动机作为来自文丘里设备的雾(mist)的系统。
背景技术
很多内燃发动机包括涡轮增压器或超级增压器。涡轮增压器和超级增压器使用对空气进行压缩的压缩机迫使更多空气质量(“加压空气”)进入发动机的进气歧管和燃烧室。对进气空气的这种压缩往往使空气加热。增压空气冷却器典型地存在于发动机系统中，以在加热的空气进入进气歧管之前将其冷却到适于从发动机内的燃烧过程最大化动力的温度。空气进气温度的降低为发动机提供了更密集的进气增压并且允许每个发动机周期更多的待燃烧空气和燃料，由此增加了发动机的输出。这一冷却过程能够从加热的空气产生湿气(冷凝液)。
取决于发动机条件和运行时间，由发动机产生的冷凝液的量能够变化。根据美国专利9,181,852，在潮湿天气下，当以70mph行驶60min时，增压空气冷却器中的水坑(puddle)能够以120cc/60min的速率累积。如果大的水坑或水“段(slug)”在猛加速期间被摄入到发动机中，发动机会点火失败或者遭受发动机水封(hydro-lock)。例如，已经显示由于水摄入速率大于20cc/sec而发生点火失败。
存在防止水摄入速率足够高到导致点火失败的需求，但还要寻求将冷凝液减少到引入发动机可接受的少量和/或小液滴的高效、具有成本效益、节省空间的设备或系统。
发明内容
在一个方面中，公开了一种内燃发动机系统，其具有进气歧管；压缩机，其提供加压空气、与进气歧管流体连通；增压空气冷却器，其具有冷凝液收集储液罐、与压缩机和进气歧管流体连通并且在压缩机和进气歧管之间；节流阀，其控制增压空气冷却器和进气歧管之间的流体连通；以及文丘里设备，其在围绕节流阀的旁通环路中。文丘里设备的动力入口与节流阀的上游流体连通，并且文丘里设备的排放出口与节流阀的下游流体连通，并且文丘里设备的吸入端口与增压空气冷却器的冷凝液收集储液罐流体连通。在启动文丘里设备的操作条件下，吸入端口将冷凝液从冷凝液收集储液罐抽出并将冷凝液作为雾引入到进气歧管中。压缩机是涡轮增压器、超级增压器、或类似物的部分。
在所有方面中，冷凝液收集储液罐包括第一阀，其控制增压空气冷却器和冷凝液收集储液罐之间的流体流。冷凝液收集储液罐与压缩机上游的空气流流体连通，并且止回阀控制冷凝液收集储液罐与压缩机上游的空气流之间的流体连通。
在所有方面中，该系统能够具有第二阀，其在围绕压缩机的泄压环路中。第二阀控制从压缩机的下游到压缩机的上游的流体流。泄压环路开始于节流阀上游。
附图说明
图1是涡轮增压发动机的示意图，其具有与文丘里设备流体连通的增压空气冷却器排水系统。
具体实施方式
以下描述和附图是示意性的且并非解释为限制性的。在附图中，类似的附图标记表示相同或功能相似的元件。描述了很多具体细节以提供本公开的彻底理解。
如本文中所使用的，“流体”表示任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体、或其组合。
图1是内燃发动机系统100的发动机示意图，其具有在系统中的涡轮增压器或超级增压器111。内燃发动机系统100被配置成用于燃烧在其至少一个部件中累积的燃料蒸汽，并且包括多气缸内燃发动机110。系统100从空气进气部112接收空气，其可以包括空气过滤器113(也称为空气滤清器)，空气向下游流动通过主导管102到达进气歧管120。涡轮增压器111的压缩机114从空气进气部112接收空气，在涡轮机壳体115内的涡轮机作用下将空气压缩，并将压缩空气(或由图1中双箭头代表的加压空气)的流向下游引导通过增压空气冷却器或中间冷却器116并且之后到达节流阀118。节流阀118控制压缩机114和增压空气冷却器116与发动机110的进气歧管120之间的流体连通。节流阀118可使用已知技术操作，以变化提供至进气歧管120和发动机的气缸的进气空气的量。在图1中，BP表示大气压力(barometric pressure)，CIP表示压缩机输入压力，TIP表示节流阀输入压力，并且MAP表示歧管绝对压力。
进气歧管120被配置成将进气空气或空气-燃料混合物供应至定位在发动机组122内的发动机110的多个燃烧室。燃烧室典型地设置在润滑剂填充的曲轴箱124上方，从而使得燃烧室的往复式活塞转动位于曲轴箱124中的曲轴(未示出)。
仍参考图1，增压空气冷却器116与压缩机114和进气歧管120流体连通并在压缩机114和进气歧管120之间，并且具有冷凝液收集储液罐126。冷凝液收集储液罐126包括第一阀128，其控制从增压空气冷却器116到冷凝液收集储液罐126的流体流。这一流体连通可以经由排水导管130或可以内置在增压空气冷却器116中。冷凝液收集储液罐126(如其名称所隐含的)收集从经过增压空气中间冷却器116的加压空气移除的冷凝液(水)并经由第一阀128将所述冷凝液保持在储液罐126中，由此防止冷凝液经过下游通过主导管102到达进气歧管。
冷凝液收集储液罐126与压缩机上游的空气流通过入口导管132流体连通。入口导管132内或冷凝液收集储液罐的入口端口136中的止回阀134控制主导管102和冷凝液收集储液罐126之间的流体连通。冷凝液收集储液罐126具有出口导管139，其与定位在围绕节流阀118的旁通环路140中的文丘里设备150的吸入端口流体连通。文丘里设备150具有在节流阀118上游与主导管102流体连通的动力入口152、在节流阀118下游与主导管102流体连通的排放出口154、以及与冷凝液收集储液罐126的出口端口138流体连通的吸入端口156。文丘里设备可以如美国专利9,827,963或申请人的任何其他共有专利中所公开的那样构造，或者可以构造成其他市面上可获得的文丘里设备。
仍参考图1，内燃发动机系统100还可以包括围绕压缩机114的泄压环路160。泄压环路160包括第二阀162。第二阀162控制从压缩机114的下游(但在节流阀118的上游)到压缩机114的上游的流体流。系统100可以包括任意数量的传感器，例如在压缩机114的上游的监控主导管102内的压力的压力传感器170。
在操作中，任何时候在节流阀两端存在足够压力差时，主导管102中的压力启动文丘里设备150，即，在动力入口152处为高压力且在排放出口152处为低压力。在这种条件下，经由吸入端口156产生抽吸，以从冷凝液收集储液罐126抽出冷凝液，文丘里设备将冷凝液作为雾引入进气歧管120。雾具有液滴尺寸，其能够被引入进气歧管中而没有对发动机的损坏风险。系统将冷凝液从增压空气冷却器116移除，从而允许发动机以峰值性能操作，而不会摄入水“段”。系统100允许在增压空气冷却器中实现子相对露点温度(sub relative dewpoint temperatures)，而没有增压空气冷却器116中冷凝液“积存(pooling)”的风险。
应当注意的是，实施例的应用或使用不限于附图和说明书中所示部件和步骤的构造和设置详情。说明性实施例的特征、构造和变体可以在其他实施例、构造、变体和修改中得以实现或进行合并，并且可以以各种方式进行实践或实施。此外，除非另有说明，本文中使用的术语和表述是为了方便读者而选择的，其目的是描述本发明的说明性实施例，而非限制本发明。
在详细描述了本发明并参考其各种实施例之后，可以在不偏离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下进行修改和变更，这是显而易见的。

Claims (7)

1.一种内燃发动机系统，所述内燃发动机系统包括：
内燃发动机，所述内燃发动机具有进气歧管；
压缩机，所述压缩机与所述进气歧管流体连通，所述压缩机向所述进气歧管提供加压空气；
增压空气冷却器，所述增压空气冷却器与所述压缩机和所述进气歧管流体连通并且在所述压缩机和所述进气歧管之间，所述增压空气冷却器具有冷凝液收集储液罐；
节流阀，所述节流阀控制所述增压空气冷却器和所述进气歧管之间的流体连通；以及
文丘里设备，所述文丘里设备在围绕所述节流阀的旁通环路中，其中所述文丘里设备的动力入口与所述节流阀的上游流体连通，所述文丘里设备的排放出口与所述节流阀的下游流体连通，并且所述文丘里设备的吸入端口与所述增压空气冷却器的所述冷凝液收集储液罐流体连通；
其中，在启动所述文丘里设备的操作条件下，所述吸入端口将冷凝液从所述冷凝液收集储液罐抽出并将所述冷凝液作为雾引入到所述进气歧管中。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述冷凝液收集储液罐包括第一阀，所述第一阀控制所述增压空气冷却器和所述冷凝液收集储液罐之间的流体流。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述冷凝液收集储液罐与所述压缩机的上游的空气流流体连通，并且止回阀控制所述冷凝液收集储液罐与所述压缩机的上游的空气流之间的流体连通。
4.如权利要求1所述的系统，所述系统包括第二阀，所述第二阀在围绕所述压缩机的泄压环路中，所述第二阀控制从所述压缩机的下游到所述压缩机的上游的流体流。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述泄压环路开始于所述节流阀的上游。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述压缩机是涡轮增压器或超级增压器的部分。
7.如权利要求1所述的系统，所述系统包括压力传感器，所述压力传感器被定位以感测所述压缩机的上游的主导管中的压力。
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