СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE CRANKCASE VENTILATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нагреваемой системе вентиляции картера двигателя и способу вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания от прорывающихся в него газов в соответствии с преамбулой независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
При прорыве (просачивании) из камеры сгорания газы проходят через поршневые кольца в картер двигателя. Прорывающиеся газы, включающие среди прочего воздух, топливо, пары и другие токсичные побочные продукты сгорания, увеличивают давление в блоке двигателя. Если эти прорывающиеся газы будут оставаться в картере двигателя, то характеристики работы двигателя будут ухудшаться. Если прорывающиеся газы не будут выпускаться из картера двигателя, то они будут вытеснять масло из двигателя через трубку щупа для измерения уровня масла и/или через сальники и, таким образом, будет нарушаться процесс смазки двигателя.
Прорывающиеся газы содержат некоторое количество воды/влаги, которая может замерзать при минусовых температурах, в результате может быть заблокирован выход газов из картера двигателя через систему вентиляции картера. Замерзание с формированием льда может происходить во время стоянки транспортного средства, когда двигатель выключен, или же в очень холодную погоду формирование льда может происходить даже при работающем двигателе.
Для предотвращения замерзания системы вентиляции картера двигателя предлагались различные технические решения. Так, например, в патенте US 4768493 раскрывается система, в которой вокруг клапана принудительной вентиляции картера двигателя размещается рубашка, в которой циркулирует нагретая жидкость охлаждения двигателя. Однако эта система и другие подобные ей системы, в которых используется жидкость охлаждения двигателя, имеют несколько недостатков. Такие системы слишком инертны, чтобы обеспечивать надлежащую работу при холодном запуске двигателя, поскольку они не нагреваются достаточно быстро, чтобы предотвратить замерзание. Кроме того, такие системы снижают эффективность работы системы охлаждения двигателя, которая тщательно рассчитывается для каждого двигателя. Наконец, такие системы сравнительно дороги и сложны, а также увеличивают вес транспортного средства.
В патенте US 5970962 раскрывается использование электрических нагревателей для нагрева системы принудительной вентиляции картера двигателя. Однако электрические нагреватели отбирают энергию у системы электроснабжения транспортного средства. Кроме того, такие нагреватели сравнительно дороги и требуют больших затрат труда в процессе изготовления и установки.
Необходимо также отметить, что вышеуказанные и другие решения недостаточно эффективны в условиях переохлаждения под действием ветра, которое зависит от температуры окружающего воздуха, его влажности и скорости воздуха, окружающего систему вентиляции картера двигателя.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание устройства с более эффективным управлением нагревом системы вентиляции картера двигателя, которое минимизирует или исключает один или несколько из вышеупомянутых недостатков.
Достижение указанной цели обеспечивается посредством признаков, указанных в независимых пунктах формулы изобретения. Остальные пункты формулы и описание изобретения раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.
В изобретении предлагается система (100) вентиляции картера двигателя для вентиляции газов, прорывающихся из двигателя (106) внутреннего сгорания. Система (100) содержит трубку (104) вентиляции картера двигателя, выполненную с возможностью подсоединения ее первого конца (130) к двигателю (106) внутреннего сгорания для поступления в нее газов, прорывающихся из этого двигателя. Второй конец (140) трубки (104) вентиляции картера двигателя подсоединяется к впускному воздухопроводу турбокомпрессора (110) и/или нагнетателя наддува. Этот второй конец трубки (104) вентиляции картера двигателя обеспечивает подачу прорывающихся газов в указанный впускной воздухопровод. Внутри трубки (104) вентиляции картера двигателя размещается по меньшей мере часть по меньшей мере одной нагревательной трубы (114). Указанная по меньшей мере одна нагревательная трубка (114) обеспечивает подачу сжатого воздуха на выход турбокомпрессора (110) и/или нагнетателя наддува.
Достоинством настоящего изобретения является использование тепла, выделяющегося при получении сжатого воздуха, для нагрева системы вентиляции картера двигателя.
В другом варианте указанный сжатый воздух подается в нагревательную трубку из турбокомпрессора или из нагнетателя наддува. Еще в одном варианте сжатый воздух получают в отдельном воздушном компрессоре с электрическим или механическим приводом, используемом для создания давления в тормозной или другой системе транспортного средства. Еще в одном варианте сжатый воздух получают с помощью компрессора с ременным приводом или нагнетателя наддува, обеспечивающего сжатие воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания.
В другом варианте первый конец нагревательной трубки может быть подсоединен между турбокомпрессором и охладителем воздуха наддува для поступления в нее сжатого воздуха под давлением Р1, а второй конец может быть подсоединен в точке между турбокомпрессором и охладителем (112) воздуха наддува, давление в которой ниже величины Р1.
Первый конец нагревательной трубки подсоединяется между турбокомпрессором или нагнетателем наддува и охладителем воздуха наддува для поступления в нее сжатого воздуха, а второй конец подсоединяется в точке между охладителем (112) воздуха наддува и головкой блока цилиндров.
Первый конец нагревательной трубки подсоединяется между турбокомпрессором или нагнетателем наддува и охладителем воздуха наддува для приема сжатого воздуха, а второй конец подсоединяется к охладителю (112) воздуха наддува.
Второй конец вентиляционной трубки картера двигателя подсоединяется к воздушному фильтру (108).
В изобретении предлагается также способ вентиляции прорывающихся газов из картера двигателя внутреннего сгорания, включающий шаги, на которых: обеспечивают трубку вентиляции картера двигателя для поступления в нее газов, прорывающихся из двигателя внутреннего сгорания; обеспечивают подачу прорывающихся газов из картера двигателя внутреннего сгорания на вход двигателя внутреннего сгорания, обеспечиваемый на входе турбокомпрессора и/или нагнетателя наддува. Этот способ дополнительно включает обеспечение по меньшей мере части одной нагревательной трубки внутри трубки вентиляции картера двигателя, причем эта по меньшей мере одна нагревательная трубка обеспечивается для передачи сжатого воздуха на выход турбокомпрессора и/или нагнетателя наддува.
Краткое описание чертежа
Ниже приведено более подробное описание возможных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемый чертеж.
На чертеже показана схема первого варианта системы вентиляции картера двигателя по настоящему изобретению.
Чертеж представляет собой всего лишь схематическую иллюстрацию, не отражающую конкретных характеристик конструкции и способа, предлагаемых в изобретении. Необходимо также отметить, что на чертеже представлен лишь предпочтительный вариант осуществления изобретения и поэтому он не должен рассматриваться как ограничивающий объем изобретения.
Осуществление изобретения
На чертеже представлен первый вариант предлагаемой в изобретении системы 100 вентиляции картера двигателя, которая предназначена для вентиляции газов, прорывающихся из двигателя 106 внутреннего сгорания и которая содержит: вентиляционную трубку 104 картера двигателя, первый конец 130 которой может соединяться с двигателем 106 внутреннего сгорания для поступления газов, прорывающихся из двигателя, а второй конец 140 может соединяться с впускным воздухопроводом на входе (выше по потоку) турбокомпрессора 110; воздушный фильтр 108; охладитель 112 воздуха наддува и нагревательную трубку 114.
Прорыв газов происходит, когда газообразные смеси несгоревшего топлива, воздуха и других продуктов сгорания проходят через кольца на поршнях 150, расположенных внутри цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Воздух подается в двигатель внутреннего сгорания через воздушный фильтр 108, установленный на входе турбокомпрессора 110. Воздушный фильтр 108 может быть подсоединен к турбокомпрессору 110 с помощью трубопровода 120. В турбокомпрессоре 110 воздух сжимается и подается в головку 122 блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания через охладитель 112 воздуха наддува. Этот охладитель 112 может подсоединяться к головке 122 блока цилиндров по трубопроводу 116 и к турбокомпрессору по трубопроводу 118. Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания проходят через коллектор 124 системы выпуска отработавших газов и дальше в глушитель (не показан).
Турбокомпрессор 110 может иметь одну или две ступени. В первом варианте осуществления изобретения может использоваться нагревательная трубка 114, первый конец которой находится между турбокомпрессором и охладителем 112 воздуха наддува, и второй конец находится между охладителем 112 воздуха наддува и головкой 122 блока цилиндров. Во втором варианте осуществления изобретения может использоваться нагревательная трубка 114, первый конец которой находится между турбокомпрессором и охладителем 112 воздуха наддува, где давление Р1, а второй конец находится между охладителем 112 воздуха наддува и головкой 110 блока цилиндров, где давление ниже Р1. Давление на входе нагревательной трубки выше давления на ее выходе, поскольку на ней происходит падение давления. Поэтому второй конец нагревательной трубки, который обеспечивает возврат сжатого воздуха в систему впуска воздуха после турбокомпрессора, должен находиться в точке, в которой давление ниже, чем давление, подаваемое в нагревательную трубку 114, в данном случае давление Р1. Если давление на втором конце будет выше или примерно равно давлению Р1, то сжатый воздух не будет поступать в нагревательную трубку, и, соответственно, она не будет передавать необходимое тепло. На чертеже давление между турбокомпрессором 110 и охладителем 112 воздуха наддува, обозначенное Р1, выше давления Р2 сразу после охладителя 112 воздуха наддува, которое, в свою очередь превышает давление перед головкой блока цилиндров, которое обозначено РЗ. В другом варианте первый конец нагревательной трубки может быть расположен между турбокомпрессором 110 и охладителем 112 воздуха наддува, а второй конец нагревательной трубки может быть расположен в любой точке охладителя.
Нагревательная трубка может быть изготовлена из металла или из любой термостойкой пластмассы. Нагревательная трубка может быть снабжена ребрами охлаждения или другими средствами охлаждения для улучшения передачи тепла прорывающимся газам в трубке 104 вентиляции картера двигателя. Такие ребра охлаждения могут быть расположены в непосредственной близости от первого конца 130 трубки 104 вентиляции картера двигателя или в другом варианте только в тех местах нагревательной трубки 114, которые расположены внутри трубки 104 вентиляции картера.
Трубка вентиляции картера двигателя может быть изготовлена из стали или из любой термостойкой пластмассы. Трубка 104 вентиляции картера двигателя может быть также снабжена теплоизоляцией. Такая теплоизоляция может представлять собой двухслойную конструкцию или же для этой цели может использоваться трубка вентиляции картера двигателя, то есть трубка большего диаметра, окружающая трубку меньшего диаметра, между которыми находится воздух или любой другой изоляционный материал. В другом варианте теплоизоляцию обеспечивают путем обертывания трубки вентиляции картера двигателя теплоизоляционным материалом.
В варианте, представленном на чертеже, второй конец трубки 104 вентиляции картера двигателя подсоединяется к воздушному фильтру. В других вариантах второй конец трубки 104 вентиляции картера двигателя может быть подсоединен в любой точке впускного воздухопровода турбокомпрессора 110 или нагнетателя наддува (не показан). Такой нагнетатель наддува может иметь ременной привод или непосредственный механический привод от распределительного вала или от коленчатого вала или же может иметь электрический привод. Также возможно одновременное использование турбокомпрессора и нагнетателя наддува, и тогда второй конец трубки вентиляции картера двигателя должен быть расположен на входе узла турбокомпрессор-нагнетатель воздуха.
При возврате сжатого воздуха из нагревательной трубки в выпускной (ниже расположенный по потоку) трубопровод турбокомпрессора 110 потери давления наддува будут меньше по сравнению с вариантом возврата сжатого воздуха во впускной трубопровод турбокомпрессора. Возврат сжатого воздуха из нагревательной трубки во впускной трубопровод турбокомпрессора 110 будет практически равен выбросу сжатого воздуха из нагревательной трубки 114 в окружающую атмосферу, в результате чего будет снижаться КПД двигателя внутреннего сгорания, причем в гораздо большей степени, чем в случае предлагаемого в настоящем изобретении возврата сжатого воздуха из нагревательной трубки в выпускной трубопровод турбокомпрессора 110.
Как показано на чертеже, нагревательная трубка не только расположена внутри трубки 104 вентиляции картера двигателя, но и проходит внутри воздушного фильтра 108. Достоинством варианта, в котором трубка вентиляции картера двигателя расположена на воздушном фильтре, является то, что при этом осуществляется нагрев фильтра. В некоторых случаях влага в прорывающихся газах может начинать замерзать с образованием ледяной корки на воздушном фильтре, если не обеспечивается достаточный подогрев фильтра.
Как показано на чертеже, первый конец трубки 114 вентиляции картера двигателя подсоединяется к картеру двигателя или к поддону картера. Аналогичным образом трубка 114 вентиляции картера двигателя может быть установлена на блоке цилиндров и/или на головке блока цилиндров и/или на крышке головки блока цилиндров, если обеспечиваются достаточные каналы для прорывающихся газов внутри картера двигателя и/или блока цилиндров и/или головки блока цилиндров.
Изобретение может применяться на дизельных двигателях, бензиновых двигателях или на двигателях, которые могут работать на различных топливах, с рядным, V-образным или оппозитным расположением цилиндров.
В рассматриваемом варианте часть только одной нагревательной трубки 114 проходит внутри трубки 104 вентиляции картера двигателя. В других вариантах могут использоваться две или большее количество нагревательных трубок. В этом случае сжатый воздух может подаваться в первую нагревательную трубку из нагнетателя наддува, во вторую нагревательную трубку - из турбокомпрессора и в третью нагревательную трубку - из компрессора с электрическим приводом, обеспечивающего сжатый воздух для тормозной системы. Достоинство использования нескольких нагревательных трубок, которые запитываются из разных систем получения сжатого воздуха, заключается в том, что минимизируется время нагрева трубки вентиляции картера двигателя.
Необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами его осуществления; напротив, специалистам в данной области техники будет ясно, что в пределах объема охраны, определяемого формулой изобретения, могут быть выполнены различные изменения вариантов и их модификации.