РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ РЕЗЕРВУАР
EXPANSION TANK

Область техники, к которой относится изобретение, и известный уровень техники
Настоящее изобретение относится к расширительному резервуару в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.
Количество воздуха, которое может подаваться в двигатель внутреннего сгорания с наддувом, зависит от давления воздуха, а также от температуры воздуха. Подача настолько большого количества воздуха в двигатель внутреннего сгорания, насколько возможно, обеспечивает эффективное охлаждение воздуха перед тем, как он направляется в двигатель внутреннего сгорания. Эффективное охлаждение наддувочного воздуха может быть достигнуто посредством подвергания его двум этапам охлаждения. Наддувочный воздух может быть подвергнут первому этапу охлаждения в первом охладителе наддувочного воздуха с помощью хладагента из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Этот первый этап может обеспечить охлаждение наддувочного воздуха до температуры, близкой к температуре хладагента. После этого наддувочный воздух может быть подвергнут второму этапу охлаждения во втором охладителе наддувочного воздуха с помощью хладагента из системы охлаждения из низкотемпературной системы охлаждения. Таким образом, наддувочный воздух может быть охлажден до температуры, близкой к температуре окружающей среды.
x
Технология, известная как EGR (рециркуляция отработавших газов), представляет собой известный способ рециркуляции части отработавших газов из процесса внутреннего сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Рециркулирующие отработавшие газы смешиваются с наддувочным воздухом перед тем, как он направляется в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Добавление отработавших газов к воздуху обуславливает более низкую температуру сгорания, приводя, в частности, к пониженному содержанию оксидов азота NO в отработавших газах. Эта технология применяется как для двигателей, работающих по циклу Отто, так и для дизельных двигателей. Подача большого количества отработавших газов в двигатель внутреннего сгорания опять же приводит здесь к эффективному охлаждению отработавших газов перед тем, как они направляются в двигатель внутреннего сгорания. Отработавшие газы могут подобным образом быть охлаждены в два этапа. Они могут подвергнуться первому этапу охлаждения в первом охладителе рециркуляции отработавших газов с помощью хладагента из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания и второму этапу охлаждения во втором охладителе рециркуляции отработавших газов с помощью хладагента из низкотемпературной системы охлаждения. Таким образом, отработавшие газы также могут быть охлаждены до температуры, близкой к температуре окружающей среды.
Охлаждение наддувочного воздуха и рециркулирование отработавших газов в два этапа, как описано выше, приводит к использованию двух отдельных систем охлаждения. Хладагенты в соответствующих системах охлаждения являются одинаковыми по типу, но имеют различные рабочие температуры при функционировании. Поэтому смешивание хладагентов не целесообразно. Хладагенты нагреваются во время работы в соответствующих системах охлаждения, что означает, что они занимают больший объем. Для того чтобы учесть изменение объема хладагента, каждая система охлаждения имеет свой собственный расширительный резервуар. В случае технического обслуживания уровни хладагента в соответствующих расширительных резервуарах в системах охлаждения проверяются и пополняются по мере необходимости.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание расширительного резервуара, который может быть использован для технического обслуживания и жидкостного наполнения двух отдельных систем.
Эта цель достигается посредством конструкции такого типа, которая упоминалась во вводной части, которая отличается признаками, отмеченными в отличительной части п.1 формулы изобретения. Предполагается, что в обеих системах используется один и тот же тип жидкости. Расширительный резервуар содержит две расширительные камеры, которые используются для вмещения хладагента в двух раздельных системах. Расширительный резервуар содержит канал с входным отверстием для жидкостного наполнения соответствующих расширительных камер. Канал преимущественно имеет наклон вниз от входного отверстия для того, чтобы жидкость перемещалась через канал под действием силы гравитации. Жидкость сначала проходит через общий участок канала. На расстоянии от входного отверстия канал делится на первый проход, который направляет жидкость в первую расширительную камеру, и второй проход, который направляет жидкость во вторую расширительную камеру. Такой канал обеспечивает возможность наполнения расширительных камер двух различных систем жидкостью одновременно из одной точки.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения расширительный резервуар содержит стенку, которая образует разделительную стенку между первой расширительной камерой и второй расширительной камерой. Такая разделительная стенка выполняет простое и функциональное разделение пространства, имеющегося в расширительном резервуаре, на первую расширительную камеру и вторую расширительную камеру. Расширительный резервуар может содержать участок стенки, который выступает внутрь канала для того, чтобы первый проход был образован на одной стороне участка стенки и второй проход был образован на противоположной стороне участка стенки. В случаях, когда канал выполнен в виде, например, наливной трубки, простое разделение канала достигается посредством такого соответственно конфигурированного участка стенки, который выступает внутрь на нижнем конце наливной трубки. В данном документе наливная трубка имеет протяженность от верхнего конца на входном отверстии до нижнего конца. Преимущественно, участок стенки, который делит канал на первый проход и второй проход, образует часть упомянутого участка стенки. Участок стенки, который образует разделительную стенку между расширительными камерами, в данном документе может иметь соответственно конфигурированный верхний участок, который продолжается внутрь наливной трубки. Таким образом, разделение канала достигается несложным образом.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения канал разделяется на первый проход и второй проход на уровне высоты, который соответствует максимальному уровню для жидкости в первой расширительной камере и максимальному уровню для жидкости во второй расширительной камере. При добавлении жидкости через общее входное отверстие в одной из расширительных камер максимальный уровень жидкости обычно достигается раньше, чем в другой. Вышеупомянутое размещение данного разделения в точке, которая находится на одинаковом уровне с максимальными уровнями для жидкости в соответствующих расширительных камерах, приводит к образованию прохода, который направляет жидкость в уже достаточно наполненную расширительную камеру, будучи также полностью наполненным жидкостью. Поэтому жидкость может только продолжать поступать через второй проход в еще не достаточно наполненную вторую расширительную камеру. Процесс жидкостного наполнения продолжается до тех пор, пока уровень жидкости во второй расширительной камере не достигнет также максимального уровня.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения крышка содержит закрывающий элемент, выполненный с возможностью закрывания первого прохода и/или второго прохода, когда крышка находится во вставленном состоянии. Поскольку крышка во вставленном состоянии закрывает, по меньшей мере, один из упомянутых проходов, в этом случае не может быть перемещения жидкости ни между двумя проходами, ни, следовательно, между двумя расширительными камерами, когда система находится в действии. Две системы таким образом полностью отделены друг от друга, когда крышка находится во вставленном состоянии. Закрывающий элемент может содержать контактную поверхность, выполненную с возможностью контактирования, по меньшей мере, с контактной поверхностью, которая определяет входное отверстие во второй проход, когда крышка находится во вставленном состоянии. Подходящая конфигурация упомянутых контактных поверхностей будет приводить к надежному закупориванию первого прохода и/или второго прохода, когда крышка находится во вставленном состоянии. Расширительный резервуар содержит преимущественно, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, который определяет, по меньшей мере, одну из упомянутых контактных поверхностей. Такой уплотнительный элемент может быть выполнен из эластичного материала, например каучукового материала. Таким образом, может быть достигнуто очень надежное закрывание первого прохода и/или второго прохода.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения закрывающий элемент выполнен с возможностью закрывания первого прохода и/или второго прохода посредством упругой силы. Для этой цели можно использовать пружинное средство, используемое таким образом, что оно прижимает закрывающий элемент вплотную к контактной поверхности с силой сжатия пружины, когда крышка находится во вставленном состоянии. Если давление в какой-либо из расширительных камер возрастает до уровня выше максимально допустимой величины, закрывающий элемент может подняться, преодолевая действие пружинного средства для того, чтобы давление в пределах расширительной камеры уменьшилось. Когда давление в расширительной камере уменьшается до приемлемого уровня, пружинное средство будет снова закрывать закрывающий элемент.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, жидкость представляет собой хладагент, предназначенный для циркулирования по двум раздельным системам охлаждения, в которых хладагенты в соответствующих системах охлаждения, предусмотрены для функционирования при различных рабочих температурах во время работы. Одна система охлаждения может быть системой охлаждения, которая охлаждает двигатель внутреннего сгорания, и другая система охлаждения может быть низкотемпературной системой охлаждения, в которой хладагент будет иметь значительно более низкую рабочую температуру, чем хладагент в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Краткое описание чертежей
Ниже в качестве примера описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает транспортное средство с двумя охлаждающими системами и расширительным резервуаром согласно настоящему изобретению,
фиг.2 изображает расширительный резервуар, показанный на фиг.1, с крышкой в невставленном состоянии,
фиг.3 изображает вид в разрезе расширительного резервуара, показанного на фиг.2, в плоскости С-С, и
фиг.4 изображает расширительный резервуар, показанный на фиг.2, с крышкой во вставленном состоянии.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Фиг.1 схематично изображает транспортное средство 1, приводимое в действие двигателем 2 внутреннего сгорания с наддувом. Предпочтительно, транспортное средство 1 представляет собой автомобиль большой грузоподъемности. В данном документе двигатель внутреннего сгорания проиллюстрирован на примере дизельного двигателя 2. Отработавшие газы из цилиндров дизельного двигателя 2 направляются через выпускную трубу 3 в линию 4 выпуска. Дизельный двигатель 2 снабжен устройством с турбонаддувом, которое содержит турбину 5 и компрессор 6. Отработавшие газы в линии 4 выпуска, которые будут находиться под давлением выше атмосферного, направляются сначала в турбину 5. Тем самым турбина 5 обеспечивается движущей силой, которая передается, посредством соединения, к компрессору 6. Компрессор 6 посредством этого сжимает воздух, который втягивается в линию 8 впуска для воздуха через фильтр 7 для воздуха. Воздух в линии 8 впуска подвергается первому этапу охлаждения в первом охладителе 9 наддувочного воздуха посредством хладагента из системы А охлаждения двигателя внутреннего сгорания. После этого сжатый воздух подвергается второму этапу охлаждения в охладителе 10 наддувочного воздуха посредством хладагента из низкотемпературной системы В охлаждения.
Возвратная линия 11 для осуществления рециркуляции части отработавших газов в линии 4 выпуска имеет протяженность между линией 4 выпуска и линией 8 впуска. Возвратная линия 11 содержит клапан 12 рециркуляции отработавших газов, с помощью которого может управляться поток отработавших газов в возвратной линии 11. Устройство 13 управления выполнено с возможностью управления клапаном 12 рециркуляции отработавших газов на основе информации о текущем состоянии работы двигателя 2 внутреннего сгорания. Возвратная линия 11 содержит охладитель 14 рециркуляции отработавших газов для того, чтобы подвергнуть отработавшие газы первому этапу охлаждения. Отработавшие газы охлаждаются в охладителе 14 рециркуляции отработавших газов посредством хладагента из системы А охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Отработавшие газы подвергаются второму этапу охлаждения во втором охладителе 15 рециркуляции отработавших газов посредством хладагента из низкотемпературной системы В охлаждения. Охлажденные рециркулирующие отработавшие газы и охлажденный воздух смешиваются в смесительном устройстве 16 перед тем, как смесь направляется в соответствующие цилиндры двигателя 2 внутреннего сгорания через коллектор 17.
Двигатель 2 внутреннего сгорания охлаждается посредством хладагента, который циркулирует в системе А охлаждения. Насос 18 для охлаждения прокачивает по замкнутой системе хладагент в системе А охлаждения. Основной поток хладагента направляется через двигатель 2 внутреннего сгорания. После того, как хладагент охладил двигатель 2 внутреннего сгорания, он направляется в линию 21 в термостат 19 в системе охлаждения. Когда хладагент достиг нормальной рабочей температуры, термостат 19 выполнен с возможностью направления хладагента в радиатор 20, установленный в передней части транспортного средства для того, чтобы подлежать охлаждению. Меньшая часть хладагента в системе охлаждения не направляется в двигатель 2 внутреннего сгорания, но прокачивается по замкнутой системе через линию контура 22, который направляет хладагент в первый охладитель 9 наддувочного воздуха, в котором он подвергает сжатый воздух первому этапу охлаждения, и в первый охладитель 14 рециркуляции отработавших газов, в котором он подвергает рециркулирующие отработавшие газы первому этапу охлаждения.
Низкотемпературная система В охлаждения содержит радиаторный элемент 24, установленный перед радиатором 20 в периферийной зоне транспортного средства 1. В этом случае периферийная область размещена в передней части транспортного средства 1. Вентилятор 25 радиатора выполнен с возможностью образования потока окружающего воздуха через радиаторный элемент 24 и радиатор 20. Поскольку радиаторный элемент 24 размещен перед радиатором 20, хладагент в радиаторном элементе 24 охлаждается с посредством воздуха при температуре окружающей среды. Таким образом, хладагент в радиаторном элементе 24 может быть охлажден до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Холодный хладагент из радиаторного элемента 24 прокачивается по замкнутой системе в низкотемпературной системе В охлаждения в линии контура 26 с помощью насоса 27. Линия контура 26 направляет хладагент во второй охладитель 10 наддувочного воздуха, в котором он подвергает сжатый воздух второму этапу охлаждения, и во второй охладитель 15 наддувочного воздуха, в котором он подвергает рециркулирующие отработавшие газы второму этапу охлаждения.
Во время работы дизельного двигателя 2 хладагент в системе А охлаждения двигателя внутреннего сгорания будет иметь рабочую температуру около 80-90°С. Следовательно, хладагент в системе А охлаждения двигателя внутреннего сгорания охлаждает как наддувочный воздух двигателя 2 внутреннего сгорания в первом охладителе 9 наддувочного воздуха, так и рециркулирующие отработавшие газы в первом охладителе 14 рециркуляции отработавших газов. Хладагент в низкотемпературной системе В охлаждения может иметь рабочую температуру около 30-50°С. Температура хладагента в низкотемпературной системе В охлаждения будет изменяться в зависимости от температуры окружающего воздуха, но по существу будет всегда при значительно более низкой температуре, чем температура хладагента в системе А охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, хладагент в низкотемпературной системе В охлаждения охлаждает воздух во втором охладителе 10 наддувочного воздуха и рециркулирующие отработавшие газы во втором охладителе 15 рециркуляции отработавших газов.
Объем хладагентов в системах А, В охлаждения будет увеличиваться по мере того, как они нагреваются. Настоящее изобретение использует общий расширительный резервуар 28 для поглощения изменяющегося объема хладагентов в соответствующих системах А, В охлаждения. Расширительный резервуар 28 содержит первую расширительную камеру 29 для хладагента в системе А охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Первая расширительная камера 29 подсоединена к системе А охлаждения двигателя внутреннего сгорания посредством линии 29а. Расширительный резервуар 28 содержит вторую расширительную камеру 30 для хладагента в низкотемпературной системе В охлаждения. Вторая расширительная камера 30 подсоединена к низкотемпературной системе В охлаждения посредством линии 30а. Разделительная стенка 31 внутри расширительного резервуара 28 отделяет расширительные камеры 29, 30 друг от друга. Расширительный резервуар 28 содержит на верхнем участке съемную крышку 32 для обеспечения наполнения хладагента систем А, В охлаждения.
Фиг.2 изображает расширительный резервуар 28 более подробно. Линии 29а, 30а соединены с соответствующими расширительными камерами 29, 30 на нижнем участке стенки расширительного резервуара 28, когда он находится в установленном состоянии в транспортном средстве 1. Наливная трубка 33 предусмотрена на верхнем участке стенки расширительного резервуара 28. Наливная трубка 33 определяет внутренний канал 34 для наполнения хладагента расширительного резервуара 28. Крышка 32 снабжена внутренней резьбой 32а, выполненной с возможностью взаимодействия с внешней резьбой 33а наливной трубки 33 для того, чтобы крышка 32 могла быть навинчена и отвинчена от наливной трубки 33. Канал 34 содержит входное отверстие 34а, которое остается открытым, когда крышка 32 отвинчена с наливной трубки 33. Стенка 31 имеет основную протяженность в плоскости D, которая продолжается через канал 34. Верхний участок 31а стенки 31 несколько выступает внутрь наливной трубки 33. Форма верхнего участка 31а стенки является такой, что он делит нижний участок канала 34 на первый проход 34b и второй проход 34с. Верхний участок 31а стенки имеет краевую поверхность 31а', размещенную между входным отверстием 34b' для первого прохода 34b, и входным отверстием 34с' для второго прохода 34с. Первый проход 34b соединен с первой расширительной камерой 29 и второй проход 34с соединен со второй расширительной камерой 30.
Расширительные камеры 29, 30 снабжены указателями, которые указывают максимальные уровни 38, 39 для хладагента в соответствующих расширительных камерах 29, 30 и минимальные уровни 40, 41 для хладагента в соответствующих расширительных камерах 29, 30. Максимальный уровень 38 для хладагента в первой расширительной камере 29 и максимальный уровень 39 для хладагента во второй расширительной камере 30 расположены на одинаковом уровне в расширительном резервуаре 28. Максимальные уровни 38, 39 для хладагента в расширительных камерах 29, 30 расположены на одном и том же уровне 37 высоты, что и краевая поверхность 31а' верхнего участка стенки. Крышка 32 содержит закрывающий элемент в виде уплотнительного элемента 44. Уплотнительный элемент 44 преимущественно выполнен из материала с эластичными характеристиками, например, из каучукового материала. Уплотнительный элемент 44 имеет в этом случае по существу плоскую контактную поверхность 42, выполненную с возможностью контактирования с краевой поверхностью 31а' верхнего участка стенки и контактной поверхностью 43 наливной трубки 33, когда крышка 32 находится во вставленном состоянии. Контактная поверхность 43 наливной трубки ограничена участком 33b, направленным радиально внутрь и размещенным на нижнем конце наливной трубки 33. Крышка 32 содержит основной участок 32b и передний участок 32с, который выполнен с возможность перемещения относительно основного участка 32b. Пружинное средство 45 вставлено в пространство между основным участком 32b и передним участком 32с для того, чтобы поддерживать передний участок 32с в определенном положении относительно основного участка 32b с помощью силы сжатия пружины. Уплотнительный элемент 44 образует часть переднего участка 32с.
Фиг.2 изображает расширительный резервуар 28 в положении при техническом обслуживании. Уровень хладагента в первой расширительной камере 29 в этот момент ниже минимального уровня 40. Поэтому система А охлаждения двигателя внутреннего сгорания нуждается в пополнении хладагента. В отличие от этого, уровень хладагента во второй расширительной камере 30 является приемлемым, поскольку он находится между максимальным уровнем 39 и минимальным уровнем 41. В этом случае крышка 32 находится в невставленном состоянии для того, чтобы расширительный резервуар 28 мог быть наполнен хладагентом. Фиг.3 изображает вид в разрезе, выполненном вдоль плоскости С-С, указанной на фиг.2. Плоскость С-С расположена на уровне 37 высоты. Чертеж показывает, что входное отверстие 34b' в первый проход 34b и входное отверстие 34c' во второй проход 34с ограничены краевой поверхностью 31а' верхнего участка стенки и контактной поверхностью 43 наливной трубки 33. Хладагент, введенный в наливную трубку 33, направляется вниз в канал 34 под действием силы гравитации. В этом случае наливная трубка 33 имеет полностью вертикальную протяженность, но может, в качестве альтернативы, иметь более наклонное продолжение. Когда хладагент достигает уровня 37 высоты, он вводится или в первый проход 34b и, следовательно, в первую расширительную камеру 29, или во второй проход 34с и таким образом во вторую расширительную камеру 30.
Во время процесса наполнения хладагента максимальные уровни 40, 41 в расширительных камерах 29, 30 обычно не достигаются одновременно. Когда, например, максимальный уровень 41 достигается во второй расширительной камере 30, второй проход 34с будет также наполняться хладагентом до входного отверстия 34с'. Дальнейшее наполнение хладагентом второго прохода 34с таким образом невозможно, поэтому весь хладагент будет далее направляться в первый проход 34b и, следовательно, в первую расширительную камеру 29. Процесс наполнения хладагента продолжается таким образом до тех пор, пока хладагент не достигнет также максимального уровня 38 в первой расширительной камере 29. Такой расширительный резервуар 28 обеспечивает возможность наполнения хладагента из общей точки для двух раздельных систем А, В охлаждения. То, что входные отверстия 34b', 34c' для соответствующих проходов 34b, 34с размещены на одном и том же уровне 37 высоты, что и максимальные уровни 38, 39 для хладагента в расширительных камерах 29, 30, обеспечивает гарантию того, что уровень хладагента в одной расширительной камере 29, 30 не может превышать максимальный уровень 38, 39 до того, как уровень хладагента в другой расширительной камере 29, 30 не достигнет максимального уровня 38, 39.
Фиг.4 изображает расширительный резервуар 28 во время работы двигателя 2 внутреннего сгорания. Когда крышка 32 находится во вставленном состоянии, уплотнительный элемент 44 упирается посредством силы давления в краевую поверхность 31а' верхнего участка стенки и в контактную поверхность 43. В результате имеет место плотное соединение между уплотнительным элементом 44 и контактными поверхностями 31а', 43, которые определяют входные отверстия 34b', 34c' для проходов 34b, 34с. Таким образом, уплотнительный элемент 44 закрывает входные отверстия 33b', 33c' для проходов 33b, 33с, когда крышка 32 находится во вставленном состоянии. Когда крышка 32 находится во вставленном состоянии, хладагент таким образом предохранен от выхода из расширительных камер 29, 30. В то же время, уплотнительный элемент 44 предотвращает перемещение хладагента между расширительными камерами 29, 30. Поскольку хладагенты в двух системах А, В охлаждения имеют различные рабочие температуры, нежелательное смешивание хладагента между различными системами А, В охлаждения таким образом предотвращено. Две системы А, В охлаждения образуют две полностью разделенные системы охлаждения во время работы. Контактная поверхность 42 уплотнительного элемента 44 упирается в контактную поверхность 43 посредством силы давления при помощи пружинного средства 45. Таким образом, может поддерживаться максимально допустимое давление в соответствующих расширительных камерах 29, 30. Если давление в одной расширительной камере 29, 30 возрастает до более высокого давления, чем максимально допустимое давление, уплотнительный элемент 44 будет подниматься от контактной поверхности 43 против действия пружинного средства 45. Поэтому небольшое количество воздуха и возможно хладагента может выходить из расширительных камер 29, 30. Воздух направляется вверх в периферийный канал между крышкой 32 и наливной трубкой 33 перед тем, как выйти наружу через каналы, имеющиеся между резьбой 32а крышки и резьбой 33а наливной трубки 33. Когда избыток давления в расширительной камере 29, 30 устранен, пружинное средство 45 будет снова прижимать уплотнительный элемент 44 к контактной поверхности 31a', 43.
Настоящее изобретение ни в коей мере не ограничивается вариантом осуществления, для которого приведены чертежи, но может быть изменено без ограничения в пределах объема формулы изобретения. В качестве альтернативы, уплотнительный элемент может быть размещен в наливной трубке и определять последнюю контактную поверхность с крышкой.