УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ КАРТЕРНЫХ ГАЗОВ
CRANKCASE GAS PURIFYING DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение в основном относится к очистке картерных газов из двигателя внутреннего сгорания, например больших двигателей внутреннего сгорания для судов и стационарных установок, таких как двигатели внутреннего сгорания для генераторов, и двигателей внутреннего сгорания для транспортных средств, таких как грузовые автомобили.
В частности, настоящее изобретение относится к устройству для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания, содержащему впускной трубопровод, присоединяемый к картеру двигателя внутреннего сгорания, центрифугу, принимающую поток картерных газов из картера через впускной трубопровод и содержащую вращающийся ротор центрифуги для центрифугирования картерных газов, приводное устройство, приводящее в движение ротор центрифуги, и выпускной трубопровод, выпускающий очищенные картерные газы из центрифуги.
Изобретение также относится к устройству согласно преамбуле пункта 19 формулы изобретения и устройству согласно преамбуле пункта 24 формулы изобретения. Более того, изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему устройство для очистки картерных газов.
Уровень техники
Одна из задач в связи с очисткой картерных газов таким образом заключается в том, чтобы поддерживать требуемое давление газа в картере. Есть риск, что слишком много картерного газа откачивается из картера посредством центрифуги, при этом давление газа в картере может уменьшаться до недопустимо низкого уровня и, например, может быть значительно ниже окружающего атмосферного давления. Такое слишком низкое давление газа в картере также может возникать, когда двигатель внутреннего сгорания работает при оборотах холостого хода и может оказывать нежелательное влияние на прокладки, уплотняющие картер. Дополнительно, загрязненный воздух может всасываться в картер и вызывать повреждения. В некоторых ситуациях также есть опасность, что центрифуга неспособна откачивать достаточное количество картерных газов, так что давление газа в картере повышается до недопустимо высокого уровня, значительно превышающего окружающее атмосферное давление. Это также может оказывать отрицательное влияние на прокладки и, в наихудшем случае, приводить к утечке картерного газа из картера двигателя внутреннего сгорания. Следует отметить, что двигатели внутреннего сгорания различных типов и от разных производителей приводятся в действие при разных давлениях газа в картере. В некоторых двигателях внутреннего сгорания желательно поддерживать в картере избыточное давление, то есть давление газа, которое несколько превышает окружающее атмосферное давление, тогда как в других двигателях внутреннего сгорания желательно поддерживать недостаточное давление в картере, то есть давление газа, которое несколько ниже окружающего атмосферного давления. Требуемый уровень давления газа в картере зависит от различных факторов, например конструкции вышеупомянутых прокладок картера.
В публикации WO 99/56883 раскрыто устройство для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит впускной трубопровод, который присоединен к картеру двигателя внутреннего сгорания, центрифугу, которая принимает картерные газы из картера через впускной трубопровод и которая содержит ротор центрифуги для центрифугирования картерных газов, приводное устройство, которое приводит в движение ротор центрифуги, и выпускной трубопровод для выпуска очищенных картерных газов из центрифуги. Известное приводное устройство является управляемым посредством любого носителя под давлением, например, воздуха, масла, охлаждающей воды или топлива. Кроме того, определены другие примеры привода. Этот документ также раскрывает различные варианты осуществления подходящего ротора центрифуги. Известное устройство также выполнено с возможностью выпуска очищенных картерных газов из центрифуги в окружающую среду или в воздухозаборник двигателя внутреннего сгорания.
В публикации SE 522473 раскрыто другое устройство для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит впускной трубопровод, который присоединен к картеру двигателя внутреннего сгорания, центрифугу, которая принимает картерные газы из картера через впускной трубопровод и которая содержит ротор центрифуги для центрифугирования картерных газов, приводное устройство, которое приводит в действие ротор центрифуги, и выпускной трубопровод для выпуска очищенных картерных газов из центрифуги. Это устройство также содержит управляющее оборудование для регулирования скорости вращения электродвигателя и, соответственно, ротора центрифуги. Назначение этого регулирования, в первую очередь, состоит в том, чтобы обеспечить эффективную очистку картерных газов. Известное управляющее оборудование выполнено с возможностью управления и изменения скорости вращения электродвигателя в зависимости от множества различных параметров.
В публикации WO 2004/001200 раскрыто дополнительное устройство для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания. Устройство подобно устройству, раскрытому в публикации SE 522473, и содержит управляющее оборудование для регулирования скорости вращения электродвигателя и, соответственно, ротора центрифуги. Назначение этого регулирования, в первую очередь, состоит в том, чтобы обеспечить эффективную очистку картерных газов. Известное управляющее оборудование регулирует скорость вращения электродвигателя в зависимости от многообразия разных параметров таким образом, что давление газа в картере поддерживается на требуемом уровне.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является устранения указанной выше проблемы и создание устройства, которое надежным и безопасным образом обеспечивает поддержание требуемого давления газа в картере.
Еще одной целью является создание устройства, которое надежным и безопасным образом обеспечивает поддержание требуемого давления газа в картере как в случае, когда требуемое давление газа ниже окружающего атмосферного давления, так и в случае, когда требуемое давление газа выше окружающего атмосферного давления.
Указанная цель достигается посредством создания устройства, определенного вначале, которое характеризуется тем, что скорость вращения приводного устройства и, соответственно, скорость вращения ротора центрифуги регулируются в зависимости от давления газа в картере, при этом устройство содержит трубопровод оттока, который присоединен к впускному трубопроводу и выполнен с возможностью выпуска потока картерных газов из картера в обход центрифуги в зависимости от давления газа в картере.
Посредством этого сочетания признаков обеспечивается то, что требуемое давление газа поддерживается в картере при работе устройства и двигателя внутреннего сгорания. Возможно надежным образом предотвратить то, что давление газа падает ниже заданного минимального уровня или возрастает выше заданного максимального уровня. Благодаря тому обстоятельству, что устройство имеет две возможности компенсирования изменяемого давления газа, устройство может быть использовано во всех разновидностях двигателей внутреннего сгорания, а более точно, как в тех двигателях, которые приводятся в действие при недостаточном давлении в картере, так и в тех двигателях, которые приводятся в действие при избыточном давлении в картере. Более точно, посредством описанного трубопровода оттока можно предотвратить превышение давления газа в картере слишком высокого недопустимого уровня, который мог бы повредить, например, прокладке картера. Посредством описанного регулирования скорости вращения также может предотвращаться то, что давление газа в картере становится ниже слишком низкого недопустимого уровня, посредством снижения скорости вращения приводного устройства.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения трубопровод оттока содержит проточный клапан, обеспечивающий выпуск картерных газов и предотвращающий поток в обратном направлении. Благодаря такому проточному клапану устройство может преимущественно использоваться в двигателях внутреннего сгорания, работающих при недостаточном давлении в картере. Преимущественно проточный клапан может открываться для выпуска картерных газов, когда при работе давление выше по потоку проточного клапана превышает заданное давление открывания, которое зависит от давления газа в картере. Таким образом, может обеспечиваться то, что выпуск картерных газов инициируется прежде всего тогда, когда давление газа в картере превышает заданный критический уровень. Кроме того, проточный клапан может содержать элемент настройки для настройки давления открывания. Такая настройка может выполняться, например, вручную, до запуска двигателя внутреннего сгорания и устройства.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения устройство содержит управляющее оборудование для управления устройством и датчик, который присоединен к управляющему оборудованию и выполнен с возможностью обеспечения значения параметра, зависящего от давления газа в картере. Преимущественно управляющее оборудование выполнено с возможностью управления и изменения скорости вращения приводного устройства при работе устройства в ответ на упомянутое значение. Таким образом, достигается быстрое и эффективное регулирование, которое может, по существу немедленно, компенсировать быстрое повышение или понижение давления газа в картере.
Согласно дополнительному варианту осуществления впускной трубопровод содержит первый элемент дросселирования, выполненный между картером и трубопроводом оттока, для дросселирования потока картерных газов из картера. Преимущественно первый элемент дросселирования может содержать элемент настройки для настройки величины дросселирования. Кроме того, впускной трубопровод может содержать второй элемент дросселирования, выполненный между трубопроводом оттока и центрифугой, для дросселирования потока в центрифугу. Второй элемент дросселирования также может содержать элемент настройки для настройки величины дросселирования. Эти элементы дросселирования преимущественно регулируются, когда двигатель внутреннего сгорания работает при полной нагрузке.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения устройство содержит трубопровод притока, который присоединен к впускному трубопроводу, для обеспечения подачи потока воздуха из окружающей среды в центрифугу в зависимости от давления газа во впускном трубопроводе. Посредством такого трубопровода притока можно надежным образом предотвращать понижение давления газа в картере ниже слишком низкого недопустимого уровня, при котором могли бы повредиться прокладки картера.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения первый элемент дросселирования выполнен между картером и трубопроводом притока. Кроме того, второй элемент дросселирования может быть выполнен между трубопроводом притока и центрифугой.
Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения трубопровод притока содержит проточный клапан, обеспечивающий подачу воздуха во впускной трубопровод и предотвращающий поток в обратном направлении. Преимущественно проточный клапан может открываться для подачи воздуха во впускной трубопровод, когда при работе давление ниже по потоку проточного клапана ниже заданного давления открывания, которое зависит от давления газа во впускном трубопроводе. Таким образом, может обеспечиваться то, что подача воздуха инициируется до того, как давление газа в картере станет ниже заданного критического уровня. Кроме того, проточный клапан может содержать элемент настройки для настройки давления открывания. Такая настройка может выполняться, например, вручную, до запуска двигателя внутреннего сгорания и устройства.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения выпускной трубопровод выполнен с возможностью выпуска очищенных картерных газов в окружающую атмосферу. Также впускной трубопровод может выпускать очищенные картерные газы во всасывающий трубопровод для всасывания воздуха для горения в двигатель внутреннего сгорания.
Указанная цель также достигается посредством создания устройства, раскрытого ранее, которое характеризуется тем, что оно содержит трубопровод оттока, который присоединен к впускному трубопроводу и выполнен с возможностью выпуска потока картерных газов из картера в обход центрифуги в зависимости от давления газа в картере, и трубопровод притока, который присоединен ко впускному трубопроводу и выполнен с возможностью подачи потока воздуха из окружающей среды в центрифугу в зависимости от давления газа во впускном трубопроводе.
Этим сочетанием признаков может обеспечиваться то, что требуемое давление газа поддерживается в картере при работе устройства и двигателя внутреннего сгорания. Можно надежным образом предотвращать падение давления газа ниже заданного минимального уровня или увеличение давления газа выше заданного максимального уровня. Благодаря тому обстоятельству, что устройство имеет две возможности компенсирования изменяемого давления газа, устройство может быть использовано во всех разновидностях двигателей внутреннего сгорания, а более точно, как в тех двигателях, которые приводятся в действие при недостаточном давлении в картере, так и в тех двигателях, которые приводятся в действие при избыточном давлении в картере. Посредством описанного трубопровода оттока можно предотвращать превышение давления газа в картере слишком высокого недопустимого уровня. Посредством описанного трубопровода притока возможно надежным образом предотвращать то, что давление газа в картере становится ниже слишком низкого недопустимого уровня.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления этого устройства указаны в зависимых пунктах 20-23 формулы изобретения.
Цель также достигается посредством создания устройства, раскрытого ранее, которое характеризуется тем, что скорость вращения приводного устройства и, соответственно, скорость вращения ротора центрифуги регулируются в зависимости от давления газа в картере, при этом устройство содержит трубопровод притока, который присоединен к впускному трубопроводу и выполнен с возможностью подачи потока воздуха из окружающей среды в центрифугу в зависимости от давления газа во впускном трубопроводе.
Кроме того, посредством этого сочетания признаков может обеспечиваться то, что требуемое давление газа поддерживается в картере при работе устройства и двигателя внутреннего сгорания. Возможно надежным образом предотвращать падение давления газа ниже заданного минимального уровня или повышение давления газа выше заданного максимального уровня. Благодаря тому, что устройство имеет две возможности компенсирования изменения давления газа, устройство может быть использовано во всех разновидностях двигателей внутреннего сгорания, а более точно, как в тех двигателях, которые приводятся в действие при недостаточном давлении в картере, так и в тех двигателях, которые приводятся в действие при избыточном давлении в картере. Посредством описанного регулирования скорости вращения также может предотвращаться то, что давление газа в картере превышает слишком высокий недопустимый уровень повышением скорости вращения приводного устройства. Посредством описанного трубопровода притока можно надежным образом предотвращать то, что давление газа в картере окажется ниже слишком низкого недопустимого уровня.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления этого устройства указаны в зависимых пунктах 25-28 формулы изобретения.
Указанная цель также достигается посредством создания двигателя внутреннего сгорания, который содержит устройство для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания, раскрытое в любом из пунктов 1-28 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение далее будет описано более подробно на примерах вариантов его осуществления и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания, содержащего устройство согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания, содержащего устройство согласно второму варианту осуществления изобретения;
фиг.3 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания, содержащего устройство согласно третьему варианту осуществления изобретения, и
фиг.4 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания, содержащего устройство согласно четвертому варианту осуществления изобретения.
Подробное описание различных вариантов осуществления изобретения
На фиг.1-4 схематично показан двигатель 1 внутреннего сгорания, содержащий блок 2 цилиндров с некоторым количеством цилиндров (не показаны) и картер 3, установленный с нижней стороны блока 2 цилиндров. Картер 3 образует внутреннее пространство для коленчатого вала (не показан) и масляный поддон в нижней части внутреннего пространства. Внутреннее пространство картера 3 герметизировано по отношению к окружающей среде посредством прокладки 4, по сути, известным образом. Во внутреннем пространстве картера 3 преобладает давление газа, которое может быть выше или ниже окружающего атмосферного давления. Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания содержит всасывающий трубопровод 5 для всасывания воздуха для горения/топлива и выхлопной трубопровод 6 для выпуска газообразных продуктов сгорания из двигателя 1 внутреннего сгорания. В раскрытых вариантах осуществления двигатель 1 внутреннего сгорания также содержит элемент 7 турбонаддува, который, по сути, известным образом повышает давление воздуха для горения посредством компрессора, приводимого в движение выхлопными газами через турбину.
Двигатель 1 внутреннего сгорания имеет или присоединен к устройству для очистки картерных газов, которые присутствуют во внутреннем пространстве картера 3. Это устройство содержит центрифугу 10, которая может быть любой известной центрифугой. Примеры полезных центрифуг 10 раскрыты в упомянутых вначале патентных документах. Соответственно, центрифуга 10 содержит ротор 11 центрифуги, который установлен с возможностью вращения в по существу неподвижном кожухе 12. Ротор 11 центрифуги приводится в движение раздельным приводным устройством 13.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1, 2 и 4, приводное устройство 13 содержит электродвигатель, обладающий регулируемой скоростью вращения. Электродвигатель может представлять собой, например, асинхронный электродвигатель, скорость вращения которого может регулироваться посредством управляющего оборудования, содержащего преобразователь 14 частоты и блок 15 управления. Блок 15 управления может принимать входные сигналы с множества разных датчиков. В раскрытых вариантах осуществления устройство содержит один или несколько датчиков 16, которые измеряют параметры, имеющие отношение к давлению газа в картере 3. Такой датчик 16, например, может быть датчиком давления, который непосредственно измеряет давление газа во внутреннем пространстве картера 3. Датчики 16 также могут быть датчиками расхода, измеряющими поток картерных газов из внутреннего пространства картера 3.
Устройство также содержит впускной трубопровод 20, присоединяемый к картеру 3 и впускному отверстию центрифуги 10. Кроме того, устройство содержит выпускной трубопровод 21, который присоединен к выпускному отверстию из внутреннего пространства центрифуги 10. При работе двигателя 1 внутреннего сгорания и устройства картерные газы, таким образом, будут передаваться из внутреннего пространства картера 3 через впускной трубопровод 20 в центрифугу 10, где картерные газы приводятся во вращение при высокой скорости посредством ротора 10 центрифуги; при этом жидкостные компоненты, главным образом масло, могут отделяться от картерных газов. Очищенные картерные газы передаются из центрифуги через выпускной трубопровод 21. Отделенная жидкость (масло) может возвращаться в двигатель внутреннего сгорания через возвратный трубопровод 22.
Очищенные картерные газы могут выпускаться в окружающую атмосферу через выпускной трубопровод 21. Также можно обеспечить рециркуляцию очищенных картерных газов во всасывающем трубопроводе 5 двигателя 1 внутреннего сгорания, в частности, на впускную сторону элемента 7 турбонаддува, который показан очерченным пунктиром трубопроводом 23 рециркуляции. Выпуск очищенных картерных газов в атмосферу может происходить непосредственно в окружающую атмосферу через выпускной трубопровод 21 или через соединительный трубопровод 24 (см. фиг.1-3) и трубопровод 25 оттока, который далее будет описан более подробно.
Трубопровод 25 оттока (см. фиг.1-3) может быть включен в качестве части устройства. Трубопровод 25 оттока присоединен ко впускному трубопроводу 20 и выполнен с возможностью выпуска потока картерных газов из картера 3 в обход центрифуги 10 в зависимости от давления газа в картере 3. Трубопровод 25 оттока содержит проточный клапан 26, обеспечивающий выпуск картерных газов и предотвращающий поток в обратном направлении. Проточный клапан 26 выполнен с возможностью открытия для выпуска картерных газов, когда при работе давление выше по потоку проточного клапана 26 превышает заданное давление открывания, которое зависит от давления газа в картере 3, то есть давления выше по потоку проточного клапана 26, между проточным клапаном 26 и картером 3. Проточный клапан 26 преимущественно может содержать элемент 27 настройки для настройки давления открывания.
Устройство также может содержать трубопровод 30 притока (см. фиг.2-4), который присоединен к впускному трубопроводу 20 и выполнен с возможностью подачи потока воздуха из окружающей среды в центрифугу 10 в зависимости от давления газа во впускном трубопроводе 20. Трубопровод 30 притока содержит проточный клапан 31, обеспечивающий подачу воздуха во впускной трубопровод 20 и предотвращающий поток в обратном направлении. Проточный клапан 31 выполнен с возможностью открытия для подачи воздуха во впускной трубопровод 20, когда при работе давление ниже по потоку проточного клапана 31 становится ниже заданного давления открывания, которое зависит от давления газа во впускном трубопроводе 20. Кроме того, проточный клапан 31 может содержать элемент 32 настройки для настройки давления открывания.
Впускной трубопровод содержит первый элемент 41 дросселирования для дросселирования потока картерных газов из картера 3. Первый элемент 41 дросселирования выполнен во впускном трубопроводе 20 между картером 3 и трубопроводом 25, 30 оттока/притока. Кроме того, впускной трубопровод 20 содержит второй элемент 42 дросселирования, дросселирующий поток в центрифугу 10. Второй элемент 42 дросселирования выполнен во впускном трубопроводе 20 между трубопроводом 25, 30 оттока/притока и центрифугой 10. Первый элемент 41 дросселирования содержит элемент 43 настройки для настройки величины дросселирования. Второй элемент 42 дросселирования также содержит элемент 44 настройки для настройки величины дросселирования.
На фиг.1 показан первый вариант осуществления изобретения, согласно которому устройство содержит электродвигатель 13, имеющий регулируемую скорость вращения для быстрого регулирования скорости вращения ротора 11 центрифуги, и описанный выше трубопровод 25 оттока.
На фиг.2 показан второй вариант осуществления изобретения, согласно которому устройство, в дополнение к электродвигателю 13 и трубопроводу 25 оттока, также содержит описанный выше трубопровод 30 притока.
На фиг.3 показан третий вариант осуществления изобретения, согласно которому устройство содержит описанный выше трубопровод 25 оттока и описанный выше трубопровод 30 притока. Однако в третьем варианте осуществления используется более простой вариант устройства 13 для приведения в движение ротора 11 центрифуги, в частности приводное устройство 13 с нерегулируемой скоростью вращения. Такое устройство 13 может быть реализовано посредством электродвигателя подходящей разновидности или двигателя, приводимого в движение текучей средой, например маслом из масляной системы для двигателя 1 внутреннего сгорания. Примеры различных вариантов приводных устройств 13 и способов приведения в движение устройства 13 раскрыты в упомянутой публикации WO 99/56883.
На фиг.4 показан четвертый вариант осуществления изобретения, согласно которому устройство содержит описанный выше трубопровод 30 притока и электродвигатель 13, обеспеченный регулированием скорости вращения.
Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами его осуществления, при этом возможны любые изменения и модификации в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.