CN116025490A - 向发动机气缸均匀提供水的增压空气冷却器和水分配装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“向发动机气缸均匀提供水的增压空气冷却器和水分配装置”。一种发动机包括限定气缸的缸体、增压空气冷却器和进气歧管，所述进气歧管被配置为接收来自所述增压空气冷却器的空气并将所述空气输送到所述气缸。所述进气歧管包括与所述增压空气冷却器流体连通地连接的入口、各自与所述气缸中的一个相关联的多个流道和设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中的楔形件，其中所述楔形件的前缘面向所述入口。所述楔形件被配置为使在所述增压空气冷却器中冷凝的水偏转，以在所述流道之间分配所述水。

Description

向发动机气缸均匀提供水的增压空气冷却器和水分配装置

技术领域

本公开涉及强制进气式发动机，并且更具体地涉及具有水分配装置的进气歧管。

背景技术

涡轮增压和机械增压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。因为空气的压缩可能导致空气温度升高，因此，可以利用增压空气冷却器(有时称为中间冷却器)来冷却加热后的空气，从而增加空气的密度并且进一步增加发动机的潜在动力。

发明内容

根据一个实施例，一种发动机包括限定气缸的缸体、增压空气冷却器和进气歧管，所述进气歧管被配置为接收来自所述增压空气冷却器的空气并将所述空气输送到所述气缸。所述进气歧管包括与所述增压空气冷却器流体连通地连接的入口、各自与所述气缸中的一个相关联的多个流道和设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中的楔形件，其中所述楔形件的前缘面向所述入口。所述楔形件被配置为使在所述增压空气冷却器中冷凝的水偏转，以在所述流道之间分配所述水。

根据另一个实施例，一种发动机的进气歧管包括可连接到增压空气冷却器的入口、在所述入口下游的公共腔室和在所述公共腔室下游并被配置为将来自所述公共腔室的空气引导到相关联的发动机气缸的多个流道。导水器设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中的所述公共腔室中。所述导水器被布置成使形成在所述增压空气冷却器中的水偏转朝向所述流道中的至少一个并远离所述流道中的另一个。

根据又一个实施例，一种发动机包括限定气缸的缸体、增压空气冷却器和气缸盖，所述气缸盖限定与所述增压空气冷却器流体连通的进气歧管。所述进气歧管包括：公共腔室；多个流道，所述多个流道在所述公共腔室下游并且被配置为将来自所述公共腔室的空气引导到所述气缸中的相关联的气缸；以及导水器，所述导水器设置在所述公共腔室中并且被布置成使形成在所述增压空气冷却器中的水偏转朝向所述流道中的至少一个并远离所述流道中的另一个。

附图说明

图1是发动机系统的图解视图。

图2是具有导水器的进气歧管的示意图。

图3是具有可移动导水器的另一个进气歧管的示意图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。

如果环境空气的湿度高，空气是冷的，和/或发动机配备有排气再循环(EGR)，则可能在比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物(例如，水滴)。这种冷凝水可以聚集在储水器中。这种水(液体或蒸气)可能被抽吸到发动机中，从而导致例如发动机失火、扭矩和发动机转速损失、水封或燃料燃烧不完全。如下面将更详细描述的，发动机的进气歧管可以被设计成管理这种水并减轻与其相关联的负面影响。

参考图1，发动机系统10可以是柴油发动机、汽油发动机或利用根据本公开的各种部件的其他类型的发动机。系统10包括内燃发动机13，所述内燃发动机具有限定多个气缸11的缸体。发动机10由有时称为ECM或PCM的发动机控制器控制。发动机10包括定位在气缸11内并连接到曲轴20的活塞(未示出)。气缸11经由相应的进气门和排气门与进气歧管22和排气歧管24连通。进气歧管22可以集成在气缸盖(未示出)内，或者可以是独立部件。另外或替代地，排气歧管24可以集成在气缸盖内或者可以是独立部件。所示的发动机13是具有一对外气缸11a和一对内气缸11b的直列四缸柴油发动机。当然，设想了其他发动机配置。

进气歧管22经由节流板32与节气门体30连通。虽然节气门体30被描绘为在压缩机94的下游，但是应当理解，在其他设计中，节气门体30可以放置在压缩机94的上游。替代地或另外，节气门体30可以放置在压缩机上游的进气管中。

发动机系统10可以包括排气再循环(EGR)系统以帮助降低NOx和其他排放物。例如，发动机10可以包括高压EGR系统，其中排气通过高压EGR通道70输送到进气歧管22，所述高压EGR通道在压缩装置(例如，涡轮增压器)的涡轮90上游的位置处与排气歧管24连通并且在压缩机94下游的位置处与进气歧管22连通。高压EGR阀总成72可以位于高压EGR通道70中。然后，排气可以首先从排气歧管24行进通过高压EGR通道70，然后到达进气歧管22。在节气门体30上游和增压空气冷却器120下游提供给进气通道190的EGR量可以通过控制器经由EGR阀(诸如高压EGR阀72)来改变。EGR冷却器(未示出)可以包括在高压EGR管70中以在再循环的排气进入进气歧管之前对其进行冷却。可以使用发动机冷却剂或通过空气与排气热交换器进行冷却。

图1还示出了低压EGR系统，其中EGR通过低压EGR通道157从涡轮90的下游引导到压缩机94的上游。低压EGR阀155可以控制提供给进气通道190的EGR量。在一些实施例中，发动机可以包括高压EGR系统和低压EGR系统两者，如图1所示。在其他实施例中，发动机可以包括低压EGR系统、高压EGR系统，或者既不包括低压EGR系统，也不包括高压EGR系统。当可操作时，EGR系统可能会增加冷凝物的形成，因为其增加了增压空气中的水蒸气浓度，特别是当增压空气由增压空气冷却器冷却时。

压缩装置可以是涡轮增压器(如图所示)、机械增压器等。所描绘的压缩装置可以具有与排气歧管24联接的涡轮90和经由增压空气冷却器(中间冷却器)120与进气歧管22联接的压缩机94，所述增压空气冷却器可以是空气对空气热交换器，但是也可以是液体冷却的。涡轮90通常经由驱动轴92联接到压缩机94。涡轮90的转速可以由废气门26控制。可以使用顺序涡轮增压器布置、单个VGT、双VGT或涡轮增压器的任何其他布置，并且可以在压缩装置系统内(诸如在两个压缩级之间)包括冷却器。

进气通道190可以包括进气控制阀21。另外，进气通道190可以包括被配置为使进气在压缩机94周围转向的压缩机旁通或再循环阀(CRV)27。当期望较低的增压压力时，废气门26和/或CRV 27可以由控制器控制打开。例如，响应于压缩机喘振或潜在的压缩机喘振事件，控制器可以打开CRV 27以降低压缩机94的出口处的压力。另外或替代地，CRV 27和/或废气门26可以打开以降低增压空气冷却器120中的压力，并且因此减少增压空气冷却器中的冷凝物形成。

压缩机94可以在增压空气冷却器120的上游，以向增压空气冷却器120提供压缩的增压空气。增压空气冷却器120可以用于降低涡轮增压或机械增压的压缩气体混合物的温度。增压空气冷却器120可以是空气对空气冷却器或液体对空气冷却器。

如上面所解释的，冷凝物可能积聚在增压空气冷却器120并聚集在底部。这种水可能会被抽取到发动机中，在这里如果进水速率/量太高，则其可能会导致燃烧不稳定或水封。如下面将更详细描述的，进气歧管包括用于管理水的特征件。这允许自动排水，同时还避免了燃烧问题。

参考图2，作为进气歧管22的一个示例性实施例的进气歧管150被设计成向发动机的四个气缸提供空气和/或燃料。进气歧管150可以集成在气缸盖内，或者可以是独立部件。进气歧管150包括被配置为接收空气的进气开口152。开口152可以通过空气管道154联接到增压空气冷却器，例如增压空气冷却器120。歧管150包括外壳或主体156，所述外壳或主体限定歧管内的通道。歧管150包括进气流道158和流道158共有的腔室160。腔室160设置在入口152的下游和流道158的上游。流道158中的每一个与气缸中的一个相关联。在所示实施例中，歧管150包括四个流道。流道158中的每一个从其远端(位于进气道处或附近)延伸到腔室160。流道158被配置为当汽缸的进气门打开时使来自腔室160的空气和/或燃料循环到其相关联的气缸。

流道158a和158d是将增压空气供应到前气缸和后气缸的外流道，并且流道158c和158d将增压空气供应到内气缸。与外流道158a和158d相比，入口152的中心位置形成通向内流道158b和158c的更直接的路径。因此，如果有任何水从增压空气冷却器进入进气歧管，则进入内流道(158b和158c)的所述水多于外流道(158a和158d)。水的这种不相等分配可能会使内气缸过载，而外气缸仍然具有接收水的能力而不会出现问题。也就是说，如果在所有气缸之间更均匀地分配来自增压空气冷却器的水，则发动机可以毫无问题地执行。换句话说，在流道之间均匀地分配水增加了发动机的耐水性。

进气歧管150包括导水器162，所述导水器被配置为在流道158之间更均匀地分配水。导水器162设置在从入口152延伸到流道158的空气路径内的腔室160中。导水器162在内流道的前面，以将障碍物放置在入口152与内流道158b和158c之间，以使一些水偏转朝向外流道158a和158d中的一个或多个。导水器162切断从入口152到内流道的直接路径，以在流道之间更均匀地分配水。

导水器162具有相对于空气路径成角度的一个或多个偏转表面166，以使水偏转朝向外流道中的一个(例如，流道158a)。导水器162可以包括相对于空气路径成角度的第二偏转表面168，以使水偏转朝向外流道中的另一个(例如，流道158d)。可以增大或减小角度165以控制进气歧管内的流动特性。通常，增加角度使更多的水偏转朝向外流道，而减小角度允许更多的水流向内流道。在一个或多个实施例中，角度165小于90度，但这仅是示例。偏转表面166、168可以在前缘164处接合以形成楔形偏转器162(也称为楔形件)。在所示实施例中，楔形件具有空的背侧，然而，在其他实施例中，背侧可以是封闭的。可以调节背侧的形状以根据需要控制偏转器的背侧上的涡流。例如，偏转器162在前侧或下游侧可以是楔形的，并且在背侧也可以是楔形的或类似形状，以减少涡流并增加偏转器周围的流动。

导水器的放置取决于入口152相对于流道的位置。在所示的对称进气歧管中，导水器162可以定位在进气歧管150的中心线上，其中一个或多个偏转表面相对于中心线以斜角延伸。这将偏转表面横向于气流路径的至少一部分放置，从而导致水向外偏转朝向一个或多个外流道。但是，导水器可以放置在不对称进气歧管中的另一个位置。通常可能期望将导水器放置在具有通向入口的最直接路径的进气流道前面的位置处。在所示实施例中，即流道158b和158c。

导水器的形状不限于所示实施例。在所示的示例中，导水器162具有可以成形为楔形的一个或多个平坦的导流器表面。然而，在一些实施方式中也可以使用弯曲的偏转表面。例如，导水器162可以具有向外推动水的单个圆柱形前导表面。在其他实施例中，偏转器可以是角度垂直于流动方向的平板或角度相对于流动方向倾斜的平板。

导水器162可以刚性地固定在进气歧管内。例如，导水器162可以固定到主体156的表面，诸如底表面或顶表面。在其他实施例中，导水器可移动进入和离开气流路径，使得导水器仅当感测到或预期到水时存在。这里，致动器响应于水的存在超过阈值而选择性地将导水器移动到气流路径中。

图3示出了可移动的导水器的示例性实施例。在发动机的气缸盖202内可以限定另一个进气歧管200。气缸盖202限定进气歧管200的中心开口204。进气歧管200包括如上所述的多个流道206。导水器208设置在内流道206与中心入口204之间。导水器208被示出为楔形件，但是可以采用如上所述的其他形式。导水器208具有第一位置(示出为实线类型)，其中导水器设置在开口204与内流道206a之间的气流路径中。致动器(未示出)被配置为将导水器208移动到第二位置(以虚线类型示出)。在第二位置中，导水器208在气流路径外部。

致动器可以由车辆的控制器(诸如PCM)控制。导水器208通常可以处于其不挡路的第二位置。当控制器感测到水或指示可能存在水的状况时，控制器命令致动器将导水器208移动到第一位置。在一个示例中，通过跟踪踩加速踏板和负载状况来感测水。例如，如果在几个小时的轻负载状况之后发生大的踩加速器踏板，则这可能指示可能有水。当然，这仅是一个示例，并且车辆控制器可以以其他方式确定水的可能性。

尽管上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制词语，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施例的特征可进行组合以形成可能未明确描述或说明的本发明的其他实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来达成期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于强度、耐久性、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式所期望的实施例在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。

根据本发明，提供了一种发动机，其具有：限定气缸的缸体；增压空气冷却器；以及进气歧管，所述进气歧管被配置为接收来自所述增压空气冷却器的空气并将所述空气输送到所述气缸，所述进气歧管包括：与所述增压空气冷却器流体连通地连接的入口、各自与所述气缸中的一个相关联的多个流道和设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中的楔形件，其中所述楔形件的前缘面向所述入口，其中所述楔形件被配置为使在所述增压空气冷却器中冷凝的水偏转，以在所述流道之间分配所述水。

根据一个实施例，所述流道包括一对外流道和至少一个内流道，其中所述楔形件被配置为使所述水偏转朝向所述外流道。

根据一个实施例，所述楔形件包括从所述前缘朝向所述外流道中的一个延伸的第一偏转表面。

根据一个实施例，所述楔形件包括从所述前缘朝向所述外流道中的另一个延伸的第二偏转表面。

根据一个实施例，所述第一偏转表面与所述第二偏转表面之间的角度小于90度。

根据一个实施例，所述楔形件设置在所述至少一个内流道的前面。

根据一个实施例，本发明的特征还在于与所述增压空气冷却器流体连通的涡轮增压器。

根据一个实施例，在所述发动机的气缸盖内限定所述进气歧管。

根据一个实施例，所述楔形件可在其中所述楔形件设置在所述空气路径中的第一位置与其中所述楔形件不在所述空气路径中的第二位置之间移动。

根据本发明，提供了一种发动机的进气歧管，所述进气歧管具有：可连接到增压空气冷却器的入口；在所述入口下游的公共腔室；多个流道，所述多个流道在所述公共腔室下游并且被配置为将来自所述公共腔室的空气引导到相关联的发动机气缸；以及导水器，所述导水器设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中的所述公共腔室中，所述导水器被布置成使形成在所述增压空气冷却器中的水偏转朝向所述流道中的至少一个流道并远离所述流道中的另一个流道。

根据一个实施例，所述导水器被布置成使水偏转朝向所述流道中的两个流道并远离所述流道中的至少两个流道。

根据一个实施例，所述导水器包括相对于所述空气路径成角度的一对偏转表面。

根据一个实施例，所述偏转表面在前缘处接合。

根据一个实施例，所述流道包括一对外流道和至少一个内流道，并且其中所述导水器在所述空气路径中设置在所述至少一个内流道前面，以使水远离所述至少一个内流道偏转朝向所述外流道。

根据一个实施例，所述导水器是具有面向所述入口的前缘的楔形件。

根据一个实施例，所述导水器可在其中所述导水器设置在所述空气路径中的第一位置与其中所述导水器不在所述空气路径中的第二位置之间移动。

根据本发明，提供了一种发动机，所述发动机具有：限定气缸的缸体；增压空气冷却器；以及气缸盖，所述气缸盖限定与所述增压空气冷却器流体连通的进气歧管，所述进气歧管包括：公共腔室、在所述公共腔室下游并被配置为将来自所述公共腔室的空气引导到所述气缸中的相关联气缸的多个流道以及导水器，所述导水器设置在所述公共腔室中并且被布置成使形成在所述增压空气冷却器中的水偏转朝向所述流道中的至少一个流道并远离所述流道中的另一个流道。

根据一个实施例，所述导水器是楔形件。

根据一个实施例，所述流道包括一对外流道和至少一个内流道，并且其中所述导水器设置在所述至少一个内流道前面，以使水远离所述至少一个内流道偏转朝向所述外流道。

根据一个实施例，所述导水器可在其中所述导水器设置在所述公共腔室中的第一位置与其中所述导水器不在所述公共腔室中的第二位置之间移动。

Claims (15)

1.一种发动机，其包括：

限定气缸的缸体；

增压空气冷却器；以及

进气歧管，所述进气歧管被配置为接收来自所述增压空气冷却器的空气并将所述空气输送到所述气缸，所述进气歧管包括：

入口，所述入口与所述增压空气冷却器流体连通地连接，

多个流道，所述多个流道各自与所述气缸中的一个气缸相关联，以及

楔形件，所述楔形件设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中，其中所述楔形件的前缘面向所述入口，其中所述楔形件被配置为使在所述增压空气冷却器中冷凝的水偏转，以在所述流道之间分配所述水。

2.如权利要求1所述的发动机，其中所述流道包括一对外流道和至少一个内流道，其中所述楔形件被配置为使所述水偏转朝向所述外流道。

3.如权利要求2所述的发动机，其中所述楔形件包括从所述前缘朝向所述外流道中的一个延伸的第一偏转表面。

4.如权利要求3所述的发动机，其中所述楔形件包括从所述前缘朝向所述外流道中的另一个延伸的第二偏转表面。

5.如权利要求4所述的发动机，其中所述第一偏转表面与所述第二偏转表面之间的角度小于90度。

6.如权利要求2所述的发动机，其中所述楔形件设置在所述至少一个内流道的前面。

7.如权利要求1所述的发动机，其还包括与所述增压空气冷却器流体连通的涡轮增压器。

8.如权利要求1所述的发动机，其中在所述发动机的气缸盖内限定所述进气歧管。

9.如权利要求1所述的发动机，其中所述楔形件能够在其中所述楔形件设置在所述空气路径中的第一位置与其中所述楔形件不在所述空气路径中的第二位置之间移动。

10.一种发动机的进气歧管，其包括：

入口，所述入口能够连接到增压空气冷却器；

公共腔室，所述公共腔室在所述入口下游；

多个流道，所述多个流道在所述公共腔室下游并且被配置为将来自所述公共腔室的空气引导到相关联的发动机气缸；以及

导水器，所述导水器设置在所述入口与所述流道之间的空气路径中的所述公共腔室中，所述导水器被布置成使形成在所述增压空气冷却器中的水偏转朝向所述流道中的至少一个流道并远离所述流道中的另一个流道。

11.如权利要求10所述的进气歧管，其中所述导水器被布置成使水偏转朝向所述流道中的两个流道并远离所述流道中的至少两个流道。

12.如权利要求10所述的进气歧管，其中所述导水器包括相对于所述空气路径成角度的一对偏转表面，其中所述偏转表面在前缘处接合。

13.如权利要求10所述的进气歧管，其中所述流道包括一对外流道和至少一个内流道，并且其中所述导水器在所述空气路径中设置在所述至少一个内流道的前面，以使水远离所述至少一个内流道偏转朝向所述外流道，其中所述导水器是具有面向所述入口的前缘的楔形件。

14.如权利要求10所述的进气歧管，其中所述导水器能够在其中所述导水器设置在所述空气路径中的第一位置与其中所述导水器不在所述空气路径中的第二位置之间移动。

15.一种发动机，其包括：

限定气缸的缸体；

增压空气冷却器；以及

气缸盖，所述气缸盖限定与所述增压空气冷却器流体连通的进气歧管，所述进气歧管包括：

公共腔室，

多个流道，所述多个流道在所述公共腔室下游并且被配置为将来自所述公共腔室的空气引导到所述气缸中的相关联气缸，以及

导水器，所述导水器设置在所述公共腔室中并且被布置成使形成在所述增压空气冷却器中的水偏转朝向所述流道中的至少一个流道并远离所述流道中的另一个流道。

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