發動機進氣組件、發動機系統及防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方法與流程

2023-11-30 16:10:56 2

本發明涉及一種氣體輸送設備，尤其涉及一種用於發動機的氣體輸送設備。

背景技術：

汽車內燃機的燃燒過程會導致一些氣體(包括燃燒產物和汽化的潤滑油，統稱為吹漏氣)由旁路通過柱塞環而進入至曲軸箱內。這些氣體最終會通過曲軸箱強制通風系統(Positive Crankcase Ventilation，PVC)從發動機的上部區域排放至進氣系統中。該吹漏氣與通過發動機的常規空氣混合後，在隨後的燃燒過程中燃燒，以確保吹漏氣中殘留的、未燃盡的碳氫化合物充分燃燒，從而減少發動機的有害汙染物。該吹漏氣包括大量的水蒸氣，其是燃燒所產生的主要副產物。

渦輪增壓發動機的曲軸箱強制通風系統通常包括兩個曲軸箱強制通風路徑。其中，第一路徑從發動機(通常從凸輪軸蓋)到進氣歧管，當進氣歧管中的壓力低於發動機的曲軸箱中的壓力時，使用該第一路徑；第二路徑從發動機到設置於渦輪增壓器前的進氣導管，當進氣升壓來自於渦輪增壓器且當進氣歧管中的壓力高於發動機的曲軸箱中的壓力時，使用該第二路徑。在上述情況下，設置於渦輪增壓器前的進氣導管中的壓力低於曲軸箱中的壓力。因此，在低溫情況下，發動機進氣管內往往會積存由吹漏氣冷凝形成的大冰塊，這些大冰塊會對相關部件的正常工作造成不利影響。

圖1和圖2分別顯示了在低溫情況下吹漏氣在發動機進氣管中冷凝結成大冰塊的示意圖，而圖3和圖4則分別顯示了圖1和圖2所示的大冰塊離開進氣管道時的狀態示意圖。

如圖1和圖2所示，在極端寒冷的情況下，從進氣管道21通過的吹漏氣a往往冷凝形成小冰粒，這些小冰粒最終積聚在進氣管道21的底部，進一步形成大冰塊b。如圖3和圖4所示，一旦這些大冰塊b在氣流的帶動下從進 氣管道21中離開時，就會對其他相關部件造成不利影響，例如，很可能會阻斷節流閥。更嚴重的是，某些體積較大的大冰塊b會鎖定節流閥板，使得節流閥板不能開啟，甚至影響汽車的駕駛性能，並妨礙汽車的安全行駛。

對於渦輪增壓發動機的曲軸箱強制通風系統來說，該通風系統的次要路徑使得吹漏氣通過主進氣系統，該主進氣系統包括增壓空氣冷卻器(中間冷卻器)及進氣導管的各個部分。由於這些吹漏氣的存在，使得在節流閥板前可能會有大量的水分，並隨後會冷凝凍結成冰塊。另外，這些水分也可以通過主空氣入口進入進氣系統，從而也會影響汽車的駕駛性能，並造成汽車安全行駛的問題。

因此，需要設計一種技術方案以避免大量冰塊(尤其是體積較大的冰塊)凍結積聚於發動機進氣管道內。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種發動機進氣組件，該進氣組件能夠有效地捕獲在進氣管底部凍結的冰塊，並使得所捕獲的冰塊的體積變小，從而不僅能夠有效地避免冰塊積聚而成大冰塊，並且還能有利地防止這些冰塊在離開進氣管時不會妨礙發動機的其他部件的正常工作，進而保障了發動機工作狀態的穩定和安全。

根據本發明的上述目的，本發明提出了一種發動機進氣組件，該發動機進氣組件包括發動機進氣管，另外，該發動機進氣管底部設有冰塊捕集結構，在冰塊捕集結構上具有若干冰塊捕集槽；此外，發動機進氣組件還包括振動裝置，其與冰塊捕集結構連接，以對其進行振動。

在上述技術方案中，在進氣管底部設置有若干冰塊捕集槽，該冰塊捕集槽將位於進氣管底部的一整片較大空間分成若干個較小的空間，即將進氣管底部分隔成若干較小的冰塊捕集空間，以防止氣體在進氣管底部凍結積聚成一整塊體積較大的冰塊，取而代之的是，使得氣體在進氣管底部凍結成若干體積較小(例如，細長條形狀)的冰塊，這些體積較小的冰塊較之於體積較大的冰塊更容易被振動裝置破碎，另外，體積較小的冰塊也更容易融化，由此，這些體積較小的冰塊可以隨著進氣管內的氣流被帶出進氣管外，而不會干擾相關部件的正常工作，例如不會阻斷節流閥。

由於在本發明技術方案中設置了若干冰塊捕集槽，當氣體冷凝成液體後，液體會流到各冰塊捕集槽中，並在各冰塊捕集槽中冷凝凍結成冰塊，因此在進氣管底部不會形成一整塊大冰塊，凍結於各冰塊捕集槽內的冰塊體積相對較小。為此，較之於不設置冰塊捕集槽的技術方案，本發明的發動機進氣組件中的振動裝置在振動過程中，能夠更容易地使得這些冰塊在振動作用下破碎成體積更小的冰塊(或冰粒)而離開冰塊捕集槽。與此同時，在振動過程中，這些冰塊與各冰塊捕集槽之間的接觸程度會降低，也就是說，冰塊不容易粘附在冰塊捕集槽的內壁(即冰塊捕集槽的底部或內側壁)上，由此，降低了冰塊積聚於冰塊捕集槽內的可能性。

在某些實施方式中，本發明所述的發動機進氣組件中的上述振動裝置連接於冰塊捕集結構的底部。

基於上述實施方式，較為寬敞的冰塊捕集槽底部空間能夠為振動裝置提供較大的安裝空間。不同上述實施方式，還可以將振動裝置連接於冰塊捕集結構的外側壁上。

在一些實施方式中，本發明所述的發動機進氣組件中的上述各冰塊捕集槽在發動機進氣管的長度方向上縱向延伸。

在這種實施方式下，在由各冰塊捕集槽構成的冰塊捕集空間內所形成的冰塊的長度方向與發動機進氣管的長度方向基本相同，即由各冰塊捕集槽構成的冰塊捕集空間內所形成的冰塊的長度方向與發動機進氣管內氣體流動的方向基本保持一致，這種設置方式使得各冰塊捕集槽對進氣管內氣體流通的影響較小。

如果將上述各冰塊捕集槽與發動機進氣管內氣體流動的方向基本一致的設置方式稱為豎向設置，那麼根據需要，在其他的一些實施方式中，也可以將冰塊捕集槽設置為橫向(即冰塊捕集槽的長度方向垂直於氣體流動的方向)或者斜向(即冰塊捕集槽的長度方向與氣體流動的方向具有銳角夾角)，當然，橫向或斜向的設置方式較之於豎向設置的冰塊捕集槽，會對進氣管內的氣體流通產生較大的影響。

在一種實施方式下，本發明所述的發動機進氣組件中的上述冰塊捕集槽為矩形槽。

在上述實施方式中，各冰塊捕集槽的頂部開口面積與底部面積沒有差別， 從而使得冰塊捕集結構的構造更為簡單，更容易生產製造。

在另一實施方式下，本發明所述的發動機進氣組件中的上述冰塊捕集槽為正梯形槽。

在以上實施方式中，各冰塊捕集槽的頂部開口面積與底部面積具有差別，即頂部開口面積小於底部面積，一旦液體凍結成冰塊而被捕獲於冰塊捕集槽內後，冰塊不容易從這樣的冰塊捕集槽中離開，只有經振動裝置振動後冰塊體積變小後才能夠從冰塊捕集槽中離開。

在其他實施方式下，本發明所述的發動機進氣組件中的冰塊捕集槽為倒梯形槽或倒三角槽。

不同於採用正梯形結構的冰塊捕集槽，採用倒梯形或倒三角結構的冰塊捕集槽的頂部開口面積大於底部面積，這樣，可以有利地降低冰塊與冰塊捕集槽內壁之間的附著程度。

在有些實施方式中，本發明所述的發動機進氣組件中的上述若干冰塊捕集槽在橫向方向上均布地設置。

在上述技術方案中，若干冰塊捕集槽是橫向(即是沿著與氣體流動的方向基本垂直的方向)地均勻排布的，以確保由氣體冷凝成的液體最大程度地集中於冰塊捕集結構內。

在此，在橫向方向上均布的若干冰塊捕集槽可以採用統一設置，也就是說，所有的冰塊捕集槽的結構都是相同的，均為矩形槽，或是正梯形槽，倒梯形槽或倒三角槽的其中任意一種，也可以採用非統一設置，也就是說，各冰塊捕集槽的結構都是不相同的，有的是矩形槽，有的是正梯形槽或倒梯形槽。由此，冰塊捕集結構中的這些冰塊捕集槽可以根據實際情況(例如，由氣體冷凝成的液體在進氣管底部的冰塊捕集結構上分布情況)來進行設置。

在某些實施方式中，本發明所述的發動機進氣組件中的上述振動裝置包括電磁振動器或電動振動器。

電動振動器的製造成本低，價格相對較為經濟，並且使用時只需與電源連接即可，即插即用。

較之於電動振動器，電磁振動器能夠產生高頻振動，且振動強度可以通過控制裝置進行調節，使用靈活方便，工作效率較高。

進一步地，在本發明所述的發動機進氣組件中，上述振動裝置與供電裝 置連接；供電裝置與控制裝置連接，供電裝置根據控制裝置的控制信號向振動裝置供電。

基於上述技術方案，上述供電裝置可以是外設的，也可以是車輛自身的供電設備。

更進一步地，本發明所述的發動機進氣組件還包括設於發動機進氣管內的溫度傳感器，其與控制裝置連接。

上述溫度傳感器可以檢測進氣管內的溫度變化，當氣體冷凝並最終凍結成冰塊後，進氣管內的溫度會下降，一旦溫度降低到超過一閾值範圍(例如，零攝氏度以下)時，控制裝置會接收來自於溫度傳感器所檢測的結果向供電裝置發出控制信號，以向振動裝置供電。

更進一步地，上述控制裝置為車輛引擎管理系統。

在此，車輛引擎管理系統(Engine Management System，簡稱EMS)是在發動機電子點火和電控汽油噴射系統的基礎上發展起來的集電子控制噴射、排放控制、電子點火、起動、防盜、診斷、發動機組件控制等多功能於一體的集成電路系統，其能夠對於車輛的發動機的運行和工作狀態進行優化控制，從而使得發動機始終處於最佳工況，進而達到提高性能和安全性，降低廢氣排放及節能環保的目的。

需要說明的是，在本發明的技術方案中，上文所提到的對於各個技術特徵的進一步限定或描述，彼此之間是可以相互組合的，且各種組合方案均包括在本發明所要保護的範圍內，除非組合之間出現了無法實施的矛盾。例如，振動裝置連接於冰塊捕集結構的底部可以與各冰塊捕集槽在發動機進氣管的長度方向上縱向延伸設置以及各冰塊捕集槽為矩形槽組合。

本發明的另一目的在於提供一種發動機系統。該發動機系統中通過進氣管的氣體不會在進氣管底部積聚形成的一整塊大冰塊，並且凍結後的冰塊在振動作用下被排出進氣管外，一方面體積較大的冰塊不會滯留於進氣管內，另一方面冰塊離開時不會影響發動機及其他部件的運行，從而保證了發動機系統運行的穩定性和安全性。

基於本技術方案的另一目的，本發明所提供的發動機系統具有如上文所提及的任意一種發動機進氣組件。

本發明的又一目的在於提供一種防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方 法。採用該方法後能夠捕集凍結於進氣管內的冰塊，避免在進氣管底部積聚形成大冰塊，並在一定條件下在振動作用下將體積較小的冰塊排出於進氣管外，以有效地防止體積較大的冰塊積聚於進氣管內或直接離開進氣管時對於發動機內的其他部件的運行造成影響，從而保障發動機系統的穩定運行。

為了達到上述發明目的，本發明提出了一種防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方法，其包括：在發動機進氣管底部設置冰塊捕集結構，該冰塊捕集結構上具有若干用於捕集冰塊的冰塊捕集槽；設置振動裝置並控制振動裝置在發動機進氣管內可能積聚大冰塊的條件下啟動，以對冰塊捕集結構進行振動。

在振動裝置的振動作用下，凍結於冰塊捕集槽中的冰塊與冰塊捕集槽的內壁發生分離，此時，部分冰塊破會隨著氣流離開進氣管，隨著振動的持續進行，未破碎的冰塊則會逐漸融化變小成體積更小的冰塊或冰粒，並隨著進氣管內的氣流而被帶出進氣管。

在一些實施方式下，本發明所述的方法採用車輛引擎管理系統控制振動裝置的啟動。

通常在車輛引擎管理系統中會設置有進氣管溫度傳感器用以檢測進氣管內的溫度，並將檢測到的結果反饋到車輛引擎管理系統，由車輛引擎管理系統根據檢測結果發出相應的控制信號，以開啟振動裝置。由此，通過車輛引擎管理系統來控制振動裝置的啟動可以優化車輛電源的使用，最大程度地減少了不必要的能源浪費。

在一種實施方式下，上述發動機進氣管內可能積聚大冰塊的條件為：檢測到發動機進氣管內的溫度低於預設的溫度閾值。

當由氣體冷凝而成的液體凍結成冰塊時，會不斷地吸收進氣管內空氣中的熱量，使得進氣管內的溫度持續降低，一旦發動機進氣管內的溫度被檢測到低於預設的溫度閾值時，就判斷進氣管內可能會積聚大冰塊，因此，需要啟動振動裝置，冰塊在振動作用下破碎或融化變小後被氣流從進氣管中帶出。

在另外一種實施方式下，上述發動機進氣管內可能積聚大冰塊的條件為：檢測到發動機進氣管內的溫度低於預設的溫度閾值，且引擎的工作時間超過了預設的時間閾值。

在發動機工作進程中，雖然進氣管內的溫度已經低於預設的溫度閾值， 但是也存在著液體尚未完全凍結成大冰塊的情況。考慮到存在著這樣的情況，不同於僅檢測溫度是否低於溫度閾值的實施方式，本實施方式還將引擎的工作時間作為判斷發動機進氣管內可能積聚大冰塊情況的另一因素。通常，發動機工作一段時間後，會有包括吹漏氣在內的大量氣體經過發動機進氣管，這些氣體在低溫狀態下就會冷凝並最終凍結成冰塊，引擎工作時間越長，進氣管內積聚大冰塊的可能性就越高。

在上述兩種實施方式下，都需要滿足發動機進氣管內可能積聚大冰塊的條件才會啟動振動裝置。在未滿足條件的情況下，振動裝置是不開啟的，由此，不僅避免了振動裝置一直處於工作狀態，還避免了振動裝置的誤開啟，從而節省了大量的電能。

在其他一種實施方式下，本發明所述的方法採用設置於發動機進氣管內的溫度傳感器檢測發動機進氣管內的溫度。

本技術方案中採用的溫度傳感器可以是現有的車輛引擎管理系統本身具有的溫度傳感器，也可以是另外設置的溫度傳感器。該溫度傳感器對進氣管內的溫度進行檢測，並將檢測到的結果反饋至控制裝置(例如，車輛引擎管理系統)，由控制裝置根據檢測結果發出相應的控制信號，以開啟振動裝置。

本發明所述的發動機進氣組件能夠有效地捕獲在進氣管底部冷凝積聚成的冰塊，並將所捕獲的冰塊在振動作用下破碎或融化變小，從而避免冰塊大量積聚於進氣管底部，或是在離開進氣管時妨礙發動機的其他部件的正常工作，進而有利地保障發動機運行的平穩性和安全性。

另外，本發明所述的發動機進氣組件的結構簡單，加工製造方便，易於實現在進氣管內部的改造。

此外，本發明所述的發動機進氣組件可以通過集電系統實現自動化控制。

對於本發明所述的發動機系統來說，由於氣體冷凝凍結形成的冰塊的體積小，並且還可以在振動作用下破碎或融化變小後排出於進氣管外，不會對發動機內的其他部件的運行造成影響，(例如，不會影響節流閥板的開啟而阻斷節流閥)，因此該發動機系統的運行穩定性好、安全係數高且使用壽命長。

本發明所述的防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方法可以有效地避免經過進氣管內的氣體冷凝凍結成體積較大的冰塊，從而避免此類冰塊滯留於進氣管內或在離開進氣管時妨礙發動機的其他部件的正常工作，進而有利地保 障發動機運行的穩定性和安全性。

附圖說明

圖1顯示了在低溫情況下吹漏氣在進氣管道內冷凝積聚形成大冰塊的狀態示意圖。

圖2為圖1中的進氣管道在A-A處的剖視圖。

圖3顯示了圖1所示的吹漏氣冷凝積聚成的大冰塊離開進氣管道時的狀態示意圖。

圖4為圖3中的進氣管道在A』-A』處的剖視圖。

圖5為本發明所述的發動機進氣組件在一種實施方式下的結構示意圖。

圖6為圖5所示的發動機進氣組件在B-B處的剖視圖。

圖7為對應圖5示意性地顯示了冰塊在振動作用下離開進氣管的狀態圖。

圖8為圖7所示的發動機進氣組件在B』-B』處的剖視圖。

圖9為本發明所述的發動機進氣組件中的冰塊捕集結構在一種實施方式下的結構示意圖。

圖10為本發明所述的發動機進氣組件中的冰塊捕集結構在另一種實施方式下的結構示意圖。

圖11為本發明所述的發動機進氣組件中的冰塊捕集結構在又一種實施方式下的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合說明書附圖和具體的實施例來對本發明所述的發動機進氣組件、發動機系統及防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方法進行進一步地詳細說明，但是該詳細說明不構成對本發明技術方案的限制。

圖5至圖8分別顯示了本發明所述的發動機進氣組件在一種實施方式下的結構和狀態。

如圖5至圖8所示，在上述實施方式下，該發動機進氣組件包括發動機進氣管10和振動裝置40，其中，沿著發動機進氣管10的氣體a流動方向X，該發動機進氣管10具有進氣埠11和出氣埠12，在發動機進氣管10底部設有冰塊捕集結構13，此外，在冰塊捕集結構13上設置有若干冰塊捕集 槽14，振動裝置40連接於冰塊捕集結構13的底部，以對各冰塊捕集槽14進行振動，從而在振動作用下將凍結於各冰塊捕集槽14內的冰塊b破碎。

如圖5和圖7所示，各冰塊捕集槽14在發動機進氣管10的長度方向(發動機進氣管10的長度方向與發動機進氣管10的氣體a流動方向X一致)上縱向延伸，以使得冷凝的氣體a在各冰塊捕集槽14內形成長細條形狀的冰塊b。

如圖6和圖8所示，若干冰塊捕集槽14沿發動機進氣管10的寬度方向Y上均勻分布設置。需要說明的是，雖然圖6和圖8示出的冰塊捕集槽14的數目是六條，但其只是示意性的描繪，並非表示冰塊捕集槽14隻設置有六條，本領域內的技術人員可以根據需要設置冰塊捕集槽的數量。

繼續參閱圖5至圖8，經過發動機進氣管10的氣體a在低溫下冷凝成液體後，並在溫度進一步地下降時，在進氣管10的底部凍結成冰塊b，由於設置了若干冰塊捕集槽14，因此在進氣管10底部不會形成一整塊大冰塊，凍結於各冰塊捕集槽14內的冰塊b體積相對較小。振動裝置40啟動後，在振動裝置40的振動作用下，凍結於冰塊捕集槽中的冰塊b與冰塊捕集槽14的內壁發生分離，此時，部分冰塊b』破碎後會隨著氣流a離開進氣管10，隨著振動裝置40在發動機進氣管10的寬度方向Y上的振動的持續進行，未破碎的冰塊b則會逐漸融化變小成體積更小的冰塊b』，並隨著進氣管10內的氣流a而被帶出進氣管10。

圖9至圖11分別示出了本發明所述的發動機進氣組件中的冰塊捕集結構在不同實施方式下的結構。

如圖9所示，在冰塊捕集結構13中，六條冰塊捕集槽14沿發動機進氣管的寬度方向上均勻分布設置，各冰塊捕集槽14均為矩形槽。

如圖10所示，在冰塊捕集結構13中，五條冰塊捕集槽14沿發動機進氣管的寬度方向上均勻分布設置，各冰塊捕集槽14都是倒梯形槽。

如圖11所示，在冰塊捕集結構13中，五條冰塊捕集槽14沿發動機進氣管的寬度方向上均勻分布設置，其中，除了第一和第四條冰塊捕集槽14為倒三角槽，其他冰塊捕集槽14則為倒梯形槽。

此外，從圖9至圖11中還可以看出，各冰塊捕集槽14可以為矩形槽、倒梯形槽或倒三角槽。但是各冰塊捕集槽所採用的形狀結構並不限定於此， 本領域內的技術人員根據需要也可以將冰塊捕集槽設置為其他結構，例如，採用正梯形結構的冰塊捕集槽。

基於本發明的技術方案，在上述各實施例下的發動機進氣組件的結構特徵都可以進行自由的組合，並不局限於上文描述的幾種具體實施方式。

此外，在上述實施方式中的發動機進氣組件中的振動裝置由供電裝置供電，該供電裝置與控制裝置(例如，車輛引擎管理系統)連接。由於車輛引擎管理系統通常會在發動機進氣管或發動機的主進氣通道中的某些位置處檢測這些管路中的溫度，因此，可以根據車輛引擎管理系統所檢測到的結果發出控制信號，從而向振動裝置供電。

在某些情況下，還可以在發動機進氣管內設置溫度傳感器，其與控制裝置連接，以將在進氣管內所檢測的結果反饋給控制裝置，控制裝置基於檢測結果發出控制信號，以向振動裝置供電。

本發明所述的發動機系統可以包括本發明所述的任意一種發動機進氣組件。由於本技術方案僅對發動機進氣組件的結構進行了改進，而對發動機系統的其他部分均沒有進行改進，故在此不再通過附圖對發動機系統進行詳細描述。

在實際操作過程中，採用本發明所述的防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方法，其包括步驟為：

1)在發動機進氣管底部設置冰塊捕集結構，並在該冰塊捕集結構上設置若干用於捕集冰塊的冰塊捕集槽；

2)設置振動裝置並採用控制裝置控制振動裝置在滿足發動機進氣管內可能積聚大冰塊的以下條件(i)-(ii)中的其中一項時啟動，以對冰塊捕集結構進行振動：

(i)檢測到發動機進氣管內的溫度低於預設的溫度閾值(例如，低於零攝氏度)，

(ii)檢測到發動機進氣管內的溫度低於預設的溫度閾值，且引擎的工作時間超過了預設的時間閾值(例如，超過15分鐘)；

3)振動裝置啟動後，在振動作用下，凍結於冰塊捕集槽中的冰塊與冰塊捕集槽的內壁發生分離，冰塊破碎或融化變小後會隨著進氣管內的氣流而被帶出進氣管。

另外，上述控制裝置可以是車輛引擎管理系統。

此外，在上述步驟2)中可以採用設置於發動機進氣管內的溫度傳感器來檢測發動機進氣管內的溫度，以此來判斷發動機進氣管內的溫度是否低於預設的溫度閾值。

需要說明的是，必要時，上述防止發動機進氣管內積聚大冰塊的方法中所涉及的相關部件可以參閱圖5至圖8。

需要注意的是，以上列舉的僅為本發明的具體實施例，顯然本發明不限於以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應屬於本發明的保護範圍。