МАСЛООТДЕЛИТЕЛЬ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройствам сепарирования газов от жидкости из дисперсного двухфазного потока, и может быть использована для отделения масла от картерных газов в системе вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания.
Известен дистанционный маслоотделитель, боковые стенки корпуса которого образуют внутреннюю камеру, направленную вдоль оси основания корпуса к открытому торцу со съемной крышкой, при этом корпус содержит вход для приема масляновоздушной смеси от двигателя и выход для выпуска воздуха, очищенного от масла, а во внутренней камере находится съемный коалесцирующий фильтр, расположенный между входом и выходом (патент US 6422224, МПК F02M 25/06, опубл. 23.07.02).
Недостатком известного устройства является то, что для создания определенного разряжения в камере между входом и выходом в составе маслоотделителя или за его пределами должно быть предусмотрено специальное устройство.
Также известен маслоотделитель двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, расположенные по его оси входной патрубок, конусный снабженный вырезами сепарирующий элемент и выпускные патрубки для масла и отсепарированного газа, при этом сепарирующий элемент выполнен в виде перегородки, разделяющей корпус на входную и выходную полости, соединенные одна с другой треугольными вырезами, а выпускной патрубок для газа размещен по оси конусного элемента (а.с. СССР №266726, МПК В01D, F02F, опубл. 01.06.1970).
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает достаточную сепарацию газомасляной смеси, масло свободно проходит через треугольные вырезы и увлекается газом в выпускной патрубок на выход из устройства.
Известен маслоуловитель для очистки картерных газов двигателя внутреннего сгорания, выбранный в качестве ближайшего аналога, принцип работы которого основан на изменении направления потока газов внутри узла, содержащий корпус, имеющий вход для приема газов от двигателя, соединенный с полостью картера коленчатого вала, и выход для выпуска отсепарированных газов, соединенный с впускным трактом двигателя, а также выпускной патрубок для масла, соединенный с масляной ванной, сепарирующий элемент, выполненный в виде расположенных тангенциально четырех мультициклонов, стенки которого являются частью корпуса, установленные внутри каждого из циклонов разделители потока, имеющие вид воронки, расширяющейся в сторону выхода отсепарированных газов (патент DE №19912271, МПК F01M 13/04, опубл. 28.09.00).
Недостатком известного устройства является то, что при увеличении количества масла в газе на входе в узел наблюдается значительное повышение гидравлического сопротивления, что приводит к снижению эффективности процесса маслоосаждения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание устройства, имеющего более широкий диапазон работы узла с высокими показателями эффективности.
Для решения поставленной задачи в маслоотделителе системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус, имеющий вход для приема газомасляной смеси от двигателя и выход для выпуска отсепарированных газов, а также выпускной патрубок для масла, установленные в корпусе сепарирующий элемент и разделитель потока, сепарирующий элемент выполнен в виде двух, установленных соосно втулок и торцевой крышки, при этом обе втулки имеют ступенчатую боковую поверхность, центральная втулка одним концом связана с входом для приема газомасляной смеси, размещенным в нижней части корпуса, а другой, внутренний конец, имеет вид соплового аппарата, разделяющие и направляющие поток окна которого расположены тангенциально к внутренней полости втулки, кроме того, устройство снабжено маслоосадительной сеткой, а корпус состоит из двух частей.
По второму варианту исполнения в маслоотделителе системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус, имеющий вход для приема газомасляной смеси от двигателя и выход для выпуска отсепарированных газов, а также выпускной патрубок для масла, установленные в корпусе сепарирующий элемент и разделитель потока, сепарирующий элемент выполнен в виде двух, установленных соосно втулок и торцевой крышки, при этом обе втулки имеют ступенчатую боковую поверхность, центральная втулка одним концом связана с входом для приема газомасляной смеси, размещенным в нижней части корпуса, а другой, внутренний конец, имеет вид соплового аппарата, разделяющие и направляющие поток окна которого расположены тангенциально к внутренней полости втулки, кроме того, устройство снабжено маслоосадительной сеткой и клапаном, соединенным с отводящим патрубком отсепарированных газов.
Выполнение разделяющих и направляющих поток окон соплового аппарата тангенциально к внутренней полости центральной втулки позволяет преобразовать движение потока газомасляной смеси из поступательного во вращательное, снизить гидравлическое сопротивление, и, как следствие, расширить диапазон работы узла.
Выполнение сепарирующего элемента в виде двух, установленных соосно втулок, имеющих ступенчатую боковую поверхность, и торцевой крышки, позволяет организовать ступенчатый внутри узла вихревой поток по винтовой линии, что положительно сказывается на эффективности маслоотделения.
Применение маслоосадительной сетки также позволяет увеличить эффект коалесценции.
В совокупности все существенные признаки позволяют осуществить работу устройства, добиться более широкого диапазона работы узла с высокими показателями эффективности маслоотделения.
Выполнение корпуса из двух частей, а также размещение в верхней части корпуса клапана, соединенного с отводящим патрубком отсепарированных газов, обеспечивает дополнительную возможность применения данного устройства для закрытой системы вентиляции картера.
Заявителю не известны маслоотделители системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания с указанной совокупностью существенных признаков, и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - маслоотделитель в разрезе, вариант 1 исполнения;
фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
фиг.3 - маслоотделитель в разрезе, вариант 2 исполнения.
Маслоотделитель системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1, имеющий вход 2 для приема газомасляной смеси от двигателя и выход 3 для выпуска отсепарированных газов, а также выпускной патрубок 4 для масла. Корпус состоит из двух частей 5 и 6, соответственно нижней и верхней, и закрыт сверху крышкой 7. Внутри корпуса 1 установлен сепарирующий элемент, выполненный в виде двух установленных соосно втулок центральной 8 и направляющей 9 и торцевой крышки 10. Втулки 8 и 9 имеют ступенчатую боковую поверхность, что организует в процессе работы внутри узла ступенчатый вихревой поток по винтовой линии. Центральная втулка 8 одним концом связана с входом 2 для приема газомасляной смеси, размещенным в нижней части 5 корпуса, а другой, внутренний конец, выполненный с утолщением (ступенькой) 11, имеет вид соплового аппарата. Сопловой аппарат, являющийся основой сепарирующего элемента, выполнен с окнами 12 прямоугольного сечения расположенными тангенциально к внутренней полости втулки 8. Окна 12 выполняют сразу несколько функций: разделяют поток, направляют и ускоряют его. Такое расположение окон позволяет преобразовать движение потока из поступательного во вращательное. Устройство снабжено маслоосадительной сеткой 13 и успокоителем 14, выполненным над дном маслоотделителя в виде выступающих стенок. Маслоосадительная сетка в совокупности с сопловым аппаратом позволяет увеличить эффект коалесценции.
По второму варианту исполнения, кроме того, в верхней части 6 корпуса размещают клапан 15, соединенный с отводящим патрубком 16 отсепарированных газов. Клапан 15 отслеживает воздействие на него сил от разряжения во впускной системе, сжатия возвратной пружины и давления картерных газов, таким образом, клапан при работе может быть как приоткрытым, так и постоянно открываться и закрываться (колебаться). Маслоотделитель системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания предлагаемой конструкции может быть использован в закрытой системе вентиляции картера.
Устройство работает следующим образом.
Условно в маслоотделителе можно выделить следующие зоны:
- зона входа в маслоотделитель и движения потока внутри центральной втулки 8 (зона I);
-зона направляющих окон 12 (составляющих вместе сопловой аппарат) центральной втулки маслоотделителя (зона II);
-зона непосредственного осаждения масла в маслоотделителе (зона III);
-зона расширения и выхода картерных газов (зона IV);
-зона накопления и слива масла (зона слива связывается с картерным пространством через лепестковый клапан или гидрозатвор, для исключения сопротивления сливу масла вызванного давлением картерных газов - зона V).
Процесс маслоосаждения основан на создании условий и механизмов, связанных с коалесценцией, а также воздействия на частицы масла в потоке центробежной силы и силы тяжести.
На входе в маслоотделитель поток движется вертикально вверх по направлению к направляющим окнам 12 центральной втулки. Характер движения потока внутри втулки 8 (в зоне I) является условно послойно ламинарным, у стенок втулки преобладает турбулентное движение.
Далее поток, прежде чем попасть в окна 12 соплового аппарата, набегает фронтально на торцевую крышку 10, при этом одновременно поворачивается относительно первоначального направления на 90° и направляется на вход соплового аппарата 11 в направляющие окна 12 (зона II). Здесь поток значительно увеличивает свою скорость за счет сужения, давление в потоке падает. Радиус округления кромок на входе в сопловой аппарат позволяет потоку огибать края и тем самым уменьшить местное гидравлическое сопротивление. На выходе из соплового аппарата поток направляется на стенку втулки 9 и на маслоосадительную сетку 13. Направляющие окна 12 предназначены как для увеличения скорости потока картерных газов, так и для направления разделенного потока касательно к внутренней поверхности направляющей втулки 9 (необходимо для последующей организации внутри маслоотделителя вращающегося ступенчатого винтового потока картерных газов).
Зону III непосредственного осаждения масла в маслоотделителе условно можно разделить на три составных (см. фиг.1):
- зона выхода из направляющих окон (на внутренней поверхности направляющей втулки и металлической маслоосадительной сетки);
- зона маслоосаждения в районе днища маслоотделителя;
- зона маслоосаждения вдоль стенки маслоотделителя. Все эти зоны важны для маслоосаждения и каждая выполняет свою функцию. В первой зоне при выходе из направляющих окон 12 поток, вращаясь и перемещаясь по винтовой линии, попадает на сетку 13, где и происходит интенсивное и наибольшее осаждение частичек масла (сопровождается явлениями коалесценции и коагуляции) с образованием капель и дальнейшее их движение вниз под действием силы тяжести и винтового движения потока. Во второй зоне за нижней кромкой направляющей втулки 9 за счет центробежной силы вращающегося потока происходит процесс осаждения масла на металлическую сетку 13 вдоль корпуса 1 маслоотделителя. Над дном маслоотделителя, на котором имеются выступающие стенки успокоителя 14, происходит накопление осажденного масла. Впоследствии осажденное масло направляется на слив. В третьей зоне поток движется вдоль стенки вертикально вверх со снижением интенсивности вращения, скорость потока увеличивается, происходит дальнейшее маслоосаждение масла из мелкодисперсной смеси частичек масла с газами на сетке вдоль всего корпуса маслоотделителя.
В зоне расширения и выхода (зона IV) происходит падение скорости потока, поток направляется к выходу из маслоотделителя.
Для создания закрытой системы вентиляции картера в этой зоне маслоотделителя устанавливается клапан 15. Клапан работает под воздействием на него давления отсепарированных картерных газов, усилия пружины и разряжения в системе впуска двигателя (куда собственно и направляются отсепарированные картерные газы). Величина разряжения на входе в компрессорную ступень турбокомпрессора и усилие возвратной пружины при ее подборе связаны между собой.
В зоне накопления и слива масла (зона V) осажденное масло накапливается и сливается в картер двигателя. Движение потока картерных газов здесь отсутствует. Давление картерных газов со стороны картерного пространства не воздействует на процесс слива за счет применения лепесткового клапана или гидрозатвора, установленного на расстоянии около 300 мм от маслоотделителя в картерной части блока цилиндров или в самом сливном трубопроводе.
Предлагаемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.