РАБОТАЮЩИЙ НА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ, ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО С ТАКИМ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕМ И АВТОМОБИЛЬ
WORKING ON EXHAUST GASES TURBOSUPERCHARGER FOR VEHICLE, DRIVE DEVICE WITH SUCH TURBOSUPERCHARGER AND VEHICLE

Изобретение касается работающего на отработавших газах турбонагнетателя (далее - газотурбонагнетатель) для автомобиля, имеющего двигатель внутреннего сгорания с наддувом и охладитель наддувочного воздуха.
Чтобы достичь повышения мощности двигателя внутреннего сгорания, воздух, который должен подводиться для сжигания, прежде чем он подводится в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, может, например, сжиматься с помощью турбонагнетателя. Однако сжатие воздуха одновременно приводит к его нагреву, который нежелателен для оптимального протекания процесса сгорания. Например, это может вызывать раннее зажигание или повышенный выброс окислов азота. Во избежание нежелательных последствий сгорания подведенного перегретого воздуха известно подключение к турбонагнетателю теплообменника, выполненного в виде охладителя наддувочного воздуха, с помощью которого сжатый воздух перед его сжиганием может охлаждаться до допустимой температуры.
У таких двигателей с охлаждением наддувочного воздуха при определенных обстоятельствах, например, при особенно низкой нагрузке или низких наружных температурах, образуется конденсат, напр., конденсационная вода. Такой конденсат, начиная с определенного количества, когда он остается внутри частей, направляющих наддувочный воздух, может приводить к повреждениям двигателя, например, вследствие образования льда, гидравлического удара или коррозии. Поэтому этот конденсат необходимо отводить без возникновения повреждений. Из уровня техники для этого известны методы, которые позволяют отводить конденсат из охладителя наддувочного воздуха. Такой метод раскрыт, например, в выложенной заявке DE 102 38 839 A1. Недостатком этого метода является, что при концепции двигателя, при которой подвод наддувочного воздуха между охладителем наддувочного воздуха и турбонагнетателем выполнен непрерывно нисходящим, тем не менее, может возникать сбор конденсата вне охладителя наддувочного воздуха.
Поэтому задачей изобретения является предоставить улучшенную возможность обеспечения отвода конденсата у двигателя с охлаждением наддувочного воздуха, которая позволит избежать недостатков традиционных технологий. В частности, в основе изобретения лежит задача простого, экономичного и надежного отвода конденсата при концепции двигателя, при которой подвод наддувочного воздуха от охладителя наддувочного воздуха к компрессору турбонагнетателя выполнен непрерывно нисходящим, соответственно, от компрессора турбонагнетателя к охладителю наддувочного воздуха непрерывно восходящим.
Эти задачи решаются с помощью устройств с признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и применения изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются подробнее в последующем описании с частичной ссылкой на фигуры.
По общим аспектам изобретения предоставляется работающий на отработавших газах турбонагнетатель (газотурбонагнетатель) для автомобиля, в частности, автомобиля промышленного назначения, при этом компрессор упомянутого турбонагнетателя имеет отверстие для слива конденсата, которое расположено в крайней нижней области пути потока наддувочного воздуха компрессора. Это отверстие ниже называется отверстием для слива конденсата. Крайняя нижняя область пути потока наддувочного воздуха компрессора соответствует геодезически самому глубокому месту пути потока. Крайняя нижняя область, соответственно, геодезически самое глубокое место относится к ориентации газотурбонагнетателя, которую он принимает в смонтированном состоянии на автомобиле. Таким образом, это то место, которое в смонтированном состоянии газотурбонагнетателя находится на наименьшем расстоянии от дорожного полотна.
Отверстие для слива конденсата может быть предусмотрено на корпусе компрессора газотурбонагнетателя, в частности, в крайнем нижнем месте или геодезически самом глубоком месте корпуса компрессора. Отверстие для слива конденсата может быть расположено, например, в геодезически самом глубоком месте напорной спирали компрессора.
Такой газотурбонагнетатель особенно предпочтителен для концепций двигателя, соответственно, транспортного средства, у которых подвод наддувочного воздуха между охладителем наддувочного воздуха и турбонагнетателем выполнен непрерывно нисходящим, т.е. подвод наддувочного воздуха, начиная от выхода наддувочного воздуха компрессора в направлении входа наддувочного воздуха охладителя наддувочного воздуха выполнен постоянно восходящим. При таком подводе наддувочного воздуха образующийся конденсат, который собирается в самой глубокой точке подвода наддувочного воздуха, может простым и надежным образом отводиться через предлагаемое изобретением отверстие для слива конденсата.
Предпочтительно диаметр отверстия для слива конденсата мал по сравнению с диаметром наддувочного воздуховода, чтобы не вызывать или по меньшей мере вызывать только очень небольшое ухудшение коэффициента полезного действия газотурбонагнетателя. Особенно предпочтительно выполнить отверстие для слива конденсата в виде подключения для трубопровода для отвода конденсата. Для этого отверстие для слива конденсата может иметь резьбу и/или быть выполнено в виде шлангового штуцера.
За исключением предлагаемого изобретением отверстия для слива конденсата, в остальном газотурбонагнетатель может быть выполнен собственно известным образом. Газотурбонагнетатель может включать в себя работающую на отработавших газах турбину, компрессор и приводной вал, при этом работающая на отработавших газах турбина и компрессор подвижно сцеплены посредством приводного вала.
По другому аспекту изобретения предлагается приводное устройство для автомобиля, в частности, для автомобиля промышленного назначения, которое включает в себя газотурбонагнетатель, который описан в этом документе. Приводное устройство включает в себя также двигатель внутреннего сгорания с наддувом посредством газотурбонагнетателя, охладитель наддувочного воздуха для охлаждения наддувочного воздуха, сжатого компрессором газотурбонагнетателя, и первый подвод наддувочного воздуха, например, в виде первого наддувочного воздуховода, который соединяет выход наддувочного воздуха компрессора с входом наддувочного воздуха охладителя наддувочного воздуха. Первый наддувочный воздуховод, начиная от выхода наддувочного воздуха компрессора в направлении входа наддувочного воздуха охладителя наддувочного воздуха, может быть выполнен постоянно восходящим. Другими словами, наддувочный воздух, перемещаемый в первом наддувочном воздуховоде, всегда движется вверх, т.е. против силы тяжести, так что геодезически самая глубокая точка первого наддувочного воздуховода является местом присоединения этого наддувочного воздуховода к компрессору.
Приводное устройство может включать в себя трубопровод, который одним концом присоединен к отверстию для слива конденсата, а другим концом впадает во второй наддувочный воздуховод, который подводит наддувочный воздух, охлажденный охладителем наддувочного воздуха, к двигателю внутреннего сгорания. Этот трубопровод называется ниже трубопроводом для отвода конденсата. Особое преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что отведенный конденсат автоматически подводится к двигателю внутреннего сгорания и там одновременно сжигается. При этом следует заметить, что в компрессоре газотурбонагнетателя, в частности, на выходе напорной спирали компрессора, как правило, действует более высокое давление газа, чем во втором наддувочном воздуховоде после охладителя наддувочного воздуха и перед впуском в двигатель внутреннего сгорания. Вследствие этой разности давлений получается непрерывный поток внутри трубопровода для отвода конденсата в направлении двигателя внутреннего сгорания, так что отведенный конденсат, как правило, не течет снова обратно в компрессор, а надежно перемещается в двигатель внутреннего сгорания.
При этом трубопровод для отвода конденсата может впадать во второй наддувочный воздуховод прямо у входа наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания или опосредствованно перед входом наддувочного воздуха.
По другому предпочтительному варианту осуществления трубопровод для отвода конденсата может иметь резервуар для приема конденсата. Этот резервуар может быть выполнен, например, в виде углубления в трубопроводе для отвода конденсата или в виде сборной емкости. Этот вариант осуществления дает то преимущество, что даже в определенных рабочих состояниях, в которых не может гарантироваться, что отведенный конденсат будет непрерывно перемещаться по трубопроводу для отвода конденсата в направлении двигателя внутреннего сгорания, предотвращается обратное течение отведенного конденсата в компрессор.
По другому предпочтительному варианту осуществления в трубопроводе для отвода конденсата может быть расположен обратный запорный клапан, который препятствует обратному течению конденсата, выходящего из отверстия для слива конденсата, или воздуха в компрессор. Таким образом, этот вариант тоже предотвращает нежелательное обратное течение отведенного конденсата назад в компрессор.
Особенно предпочтительно, если в трубопроводе для отвода конденсата расположен как резервуар для приема конденсата, так и обратный запорный клапан. Предпочтительно в этом случае резервуар расположен между отверстием для слива конденсата и обратным запорным клапаном.
Другая возможность реализации изобретения предусматривает, что трубопровод для отвода конденсата выполнен обогреваемым. Тем самым предотвращается замерзание конденсата, что, например, было бы возможно при температурах ниже 0°C. Из практики известны, например, трубопроводы для перепуска воздуха, соответственно, трубопроводы для выпуска воздуха из кривошипной камеры, являющиеся обогреваемыми. Аналогичным образом в соответствии с изобретением может также обогреваться трубопровод для отвода конденсата.
По другому аспекту предлагается автомобиль, имеющий газотурбонагнетатель, который описан в этом документе, или имеющий приводное устройство, которое описано в этом документе. Автомобиль может представлять собой автомобиль промышленного назначения.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения могут комбинироваться друг с другом любым образом. Другие подробности и преимущества изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Показано:
фиг.1: схематичное изображение приводного устройства по одному из вариантов осуществления изобретения;
фиг.2а: увеличенный местный вид этого варианта осуществления; и
фиг.2b: увеличенный местный вид другого варианта осуществления изобретения.
Одинаковые или функционально эквивалентные элементы на всех фигурах снабжены одними и теми же ссылочными обозначениями.
На фиг.1 показано сильно увеличенное изображение приводного устройства 1 для автомобиля промышленного назначения. Приводное устройство 1 включает в себя двигатель 20 внутреннего сгорания, у которого для повышения мощности производится наддув с помощью работающего на отработавших газах турбонагнетателя (= газотурбонагнетателя) 2.
Газотурбонагнетатель 2 включает в себя ротор, состоящий из турбины 4, компрессора 3 и приводного вала 5. Турбина 4 и компрессор 3 подвижно сцеплены посредством приводного вала 5. Привод турбины 4 осуществляется отработавшим газом двигателя 20 внутреннего сгорания, который подается к турбине 4 по трубопроводу 15 для отработавшего газа. К компрессору 3 по подводящему трубопроводу 14 подводится свежий воздух. Компрессор 3 сжимает наддувочный воздух, предназначенный для подвода к двигателю 20 внутреннего сгорания, и таким образом повышает мощность двигателя 20 внутреннего сгорания в нормальном режиме сгорания.
Сжатый компрессором 3 наддувочный воздух по первому наддувочному воздуховоду 7 подводится к охладителю 8 наддувочного воздуха, который выполняет функцию теплообменника и охлаждает наддувочный воздух. После этого охлажденный наддувочный воздух по второму наддувочному воздуховоду 9 запитывается в двигатель 20 внутреннего сгорания. Первый наддувочный воздуховод 7, начиная от выхода 3a компрессора 3 в направлении входа 8a наддувочного воздуха охладителя 8 наддувочного воздуха, выполнен постоянно восходящим. Это не изображено на схематичном изображении фиг.1, однако изображено на увеличенном местном виде фиг.2A.
На фиг.2A показан двигатель 20 внутреннего сгорания на виде с торца. Ссылочной позицией 21 показана кривошипная камера двигателя 20 внутреннего сгорания, а ссылочной позицией 24 - средняя линия коленчатого вала. Под кривошипной камерой 21 находится масляная ванна 22. В верхней области двигателя 20 внутреннего сгорания находится область 23 головки блока цилиндров, в которой труба 9 для наддувочного воздуха впадает в двигатель внутреннего сгорания. Вход наддувочного воздуха двигателя 20 внутреннего сгорания обозначен ссылочной позицией 20a.
Компрессор 3 газотурбонагнетателя 2 в крайней нижней области пути потока наддувочного воздуха компрессора 3 имеет отверстие для слива конденсата (отверстие 6 для слива конденсата). Отверстие 6 для слива конденсата расположено в геодезически самом глубоком месте корпуса компрессора, в частности, в геодезически самом глубоком месте напорной спирали компрессора 3. Отверстие 6 для слива конденсата выполнено в виде подключения для трубопровода 10, ниже называемого трубопроводом 10 для отвода конденсата. Это подключение может быть выполнено, например, в виде резьбы или в виде шлангового штуцера.
При этом трубопровод 10 для отвода конденсата присоединен одним концом к отверстию 6 для слива конденсата, а своим другим концом он впадает во второй наддувочный воздуховод 9, который соединяет выход наддувочного воздуха охладителя 8 наддувочного воздуха со входом 20a наддувочного воздуха двигателя 20 внутреннего сгорания.
Как изображено также на фиг.2A, в напорной спирали компрессора 3 действует более высокое давление P1, чем во втором наддувочном воздуховоде 9, т.е. в области после охладителя 8 наддувочного воздуха и перед впуском в двигатель 20 внутреннего сгорания. Вследствие разности давлений P1-P2 получается непрерывный поток через трубопровод 10 для отвода конденсата от отверстия 6 для слива конденсата в направлении подключения 12 ко второму наддувочному воздуховоду.
Таким образом конденсат, отведенный из компрессора 3, непрерывно перемещается по трубопроводу 10 для отвода конденсата к двигателю 20 внутреннего сгорания и там сжигается. Вследствие непрерывно ниспадающего хода первого наддувочного воздуховода 7 от охладителя наддувочного воздуха к компрессору 3 образующийся конденсат собирается в геодезически самом глубоком месте в компрессоре 3 и там может надежно отводиться через предусмотренное отверстие 6 для слива конденсата.
На фиг.2B показан другой вариант осуществления изобретения. При этом компоненты, имеющие одинаковые ссылочные обозначения, соответствуют компонентам фиг.1 и фиг.2A и отдельно не описываются.
Особенность варианта осуществления, показанного на фиг.2B, заключается в том, что в трубопроводе 10 для отвода конденсата в области отверстия 6 для слива конденсата предусмотрен резервуар 11 для приема и для сбора конденсата. Выше уже было констатировано, что в нормальных рабочих состояниях обычно давление P1 на выходе напорной спирали компрессора 3 больше, чем давление P2 во втором наддувочном воздуховоде. Однако при возникновении рабочих состояний, при которых это не так, резервуар 11 может предотвращать обратное течение конденсата, уже отведенного через отверстие 6 для слива конденсата из компрессора 3, снова в компрессор. Вместо этого конденсат собирался бы в резервуаре 11.
Альтернативно или дополнительно это может обеспечиваться с помощью обратного запорного клапана 16, который предусмотрен в трубопроводе 10 для отвода конденсата. Обратный запорный клапан 16 может быть предусмотрен, например, непосредственно в области присоединения трубопровода 10 для отвода конденсата к отверстию 6 для слива конденсата или, как показано на фиг.2B, непосредственно после резервуара 11, при этом резервуар 11 расположен между отверстием 6 для слива конденсата и обратным запорным клапаном 16.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры осуществления, специалисту очевидно, что могут выполняться разные изменения и в качестве замены использоваться эквиваленты без выхода из области изобретения. Дополнительно могут выполняться многие модификации без выхода из соответствующей области. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами осуществления, а должно включать в себя все примеры осуществления, которые попадают в область прилагаемых пунктов формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на охрану предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от пунктов формулы изобретения, на которые делалась ссылка.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Приводное устройство
2 Работающий на отработавших газах турбонагнетатель
3 Компрессор
3a Выход наддувочного воздуха компрессора
4 Турбина
5 Приводной вал
6 Отверстие для слива конденсата
7 Наддувочный воздуховод
8 Охладитель наддувочного воздуха
8a Вход наддувочного воздуха охладителя наддувочного воздуха
9 Наддувочный воздуховод
10 Трубопровод для отвода конденсата
11 Резервуар
12 Подключение трубопровода
13 Воздушный фильтр
14 Подвод воздуха
15 Выхлопной трубопровод
16 Обратный запорный клапан
20 Двигатель внутреннего сгорания
20a Вход наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания
21 Кривошипная камера
22 Масляная ванна
23 Область головки блока цилиндров
24 Средняя линия коленчатого вала