МАСЛООТДЕЛИТЕЛЬ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

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 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 B01D, 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.
Также известен маслоотделитель, в корпусе которого сформирована подвижная спиральная стенка, образующая канал для течения газов между входом и выходом, со стенкой соединена подвижная часть диафрагмы, образующей замкнутый объем, который открыт в сторону впускного коллектора (патент US №7140358, F02M 25/06, опубл. 28.11.2006).
В результате изменения давления происходит соответствующее смещение стенки, которое влечет за собой изменение высоты канала. Недостатком такого устройства является то, что при резких скачках давления спиральная стенка не успевает сформировать канал нужной высоты, что отрицательно сказывается на качестве маслоотделения.
Известен маслоотделитель, выбранный в качестве ближайшего аналога, содержащий корпус, имеющий вход для приема газомасляной смеси от двигателя и выход для выпуска отсепарированных газов, а также выпускной патрубок для масла, установленную в корпусе спиральную стенку, которая направляет газы от входа корпуса к его выходу, при этом спиральный маршрут для газов постоянно уменьшается между входом и выходом (патент US №7246612, МПК F02M 25/06, опубл. 24.07.07).
Недостатком известного устройства является то, что при увеличении количества масла в газе на выходе из узла наблюдается значительное повышение гидравлического сопротивления, что приводит к снижению эффективности процесса маслоосаждения.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является улучшение эксплутационных характеристик устройства за счет повышения эффективности маслоотделения.
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 сливной патрубок для масла, установленную в корпусе спиральную стенку, направляющую поток от входа к выходу, образуемый спиральной стенкой канал выполнен увеличивающимся по ширине между входом и выходом, вход расположен в нижней части тангенциально к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, кроме того, устройство снабжено маслоосадительной сеткой, а корпус может быть выполнен из двух частей. По второму варианту исполнения в верхней части корпуса размещен следящий клапан, соединенный с отводящим патрубком отсепарированных газов.
Выполнение входа для приема газомасляной смеси в нижней части тангенциально к внутренней поверхности цилиндрического корпуса позволяет преобразовать движение потока газомасляной смеси из поступательного во вращательное уже на входе в устройство, снизить гидравлическое сопротивление, а выполнение канала, образуемого спиральной стенкой, увеличивающимся по ширине между входом и выходом, позволяет обеспечить снижение скорости потока, что в совокупности положительно сказывается на эффективности маслоотделения.
Применение маслоосадительной сетки также позволяет снизить гидравлическое сопротивление потока, увеличить эффект коалесценции.
В совокупности все существенные признаки позволяют осуществить работу устройства с высокими показателями эффективности маслоотделения, улучшенными эксплутационными характеристиками.
Выполнение корпуса из двух частей, а также размещение следящего клапана, соединенного с отводящим патрубком отсепарированных газов, в верхней части корпуса 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, общий вид;
фиг.2 - маслоотделитель в разрезе, вариант 1 исполнения;
фиг.3 - разрез А-А на фиг.1;
фиг.4 - маслоотделитель в разрезе, вариант 2 исполнения;
фиг.5 - то же, вид сверху.
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 сливной патрубок 4 для масла. Корпус состоит из двух частей 5 и 6, соответственно нижней и верхней, и закрыт сверху крышкой 7. Для направления потока внутри корпуса 1 установлена спиральная стенка 8, направляющая поток от входа к выходу. Образуемый спиральной стенкой 8 и внутренней поверхностью корпуса канал выполнен увеличивающимся по ширине между входом и выходом. Расширяющийся канал обеспечивает снижение скорости потока поступающей в маслоотделитель газомасляной смеси. Вход 2 выполнен в виде патрубка, расположенного в нижней части тангенциально к внутренней поверхности цилиндрического корпуса маслоотделителя. Устройство снабжено маслоосадительной сеткой 9, размещенной вдоль внутренней поверхности корпуса 1 и спиральной стенки 8 (на пути следования потока), а также в центре корпуса (непосредственно в потоке). Такое размещение маслоосадительной сетки 9 способствует увеличению эффективности осаждения масла, а также снижению гидравлического сопротивления движущегося потока.
По второму варианту исполнения в верхней части 6 корпуса размещают следящий клапан 10, соединенный с отводящим патрубком 3 отсепарированных газов. Предлагаемый маслоотделитель системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания позволяет обеспечить следящее действие по давлению картерных газов и разряжению на впуске в двигатель, что позволяет использовать данное устройство в закрытой системе вентиляции картера.
Ориентация маслоотделителя при установке такова, что продольная его ось располагается вертикально, тангенциальный вход 2 выполнен ниже выхода 3 из маслоотделителя.
Устройство работает следующим образом.
Условно в маслоотделителе можно выделить следующие зоны:
- зона I входа в маслоотделитель и движения потока внутри патрубка 2;
- зона II непосредственного осаждения масла;
- зона III расширения и выхода картерных газов;
- зона IV накопления и слива масла (зона слива связывается с картерным пространством через лепестковый клапан или гидрозатвор, для исключения сопротивления сливу масла, вызванного давлением картерных газов).
На входе в маслоотделитель поток смеси газа и жидкости движется в горизонтальной плоскости через сужение входного патрубка 2, вследствие этого скорость потока увеличивается. Характер движения потока внутри патрубка является ламинарным, а у стенок преобладает турбулентное движение.
Внутри маслоотделителя (в центральной основной части узла, зона II) поток проходит по расширяющемуся каналу, образованному внутренней стенкой корпуса 1 маслоотделителя и направляющей спиральной стенкой 8. Для активизации процесса маслоосаждения на поверхность внутренней стенки корпуса маслоотделителя с переходом на направляющую стенку 8 устанавливается сетка 9. Поток после разгона во входном патрубке, попадая в данную зону, направляется на внутреннюю стенку корпуса маслоотделителя. Частицы масла за счет взаимодействия между собой, взаимодействия с поверхностью стенки и сетки. Происходит укрупнение частиц и осаждение на поверхностях за счет сил поверхностного натяжения и межмолекулярного взаимодействия. Таким образом, осуществляется сепарация двухфазного потока смеси газа и жидкости. Здесь происходит интенсивное и наибольшее осаждение частичек масла (что связано с явлениями коалесценции и коагуляции) с образованием капель. Осажденные и укрупненные частички масла удерживаются от обратного проникновения в поток, при этом перемещаются частично как под воздействием потока в направлении его движения, так и силы тяжести. В конечном результате осажденное масло перемещается вниз, которое впоследствии направляется на слив. При движении по каналу поток снижает скорость за счет постоянного расширения (увеличения поперечного сечения канала вдоль его средней линии) и поворота потока, что способствует процессу маслоотделения. Направление потока в данной зоне из горизонтальной плоскости переводится в вертикальную плоскость, при этом поток направляется в зону расширения и выхода (становится восходящим). При прохождении через сетку 9 в конце этой зоны происходит окончательное маслоосаждение частичек масла на сетке по всей высоте корпуса маслоотделителя.
При движении потока в зоне III в сторону выхода происходит снижение скорости потока с изменением его направления, поток направляется к выходу из маслоотделителя.
Для создания закрытой системы вентиляции картера в этой зоне маслоотделителя устанавливается следящий клапан 10, который находится под воздействием давления картерных газов, разряжения на входе в компрессорную ступень турбокомпрессора и усилия возвратной пружины 11. Величина разряжения на входе в компрессорную ступень турбокомпрессора и усилие возвратной пружины связаны между собой напрямую.
В зоне IV 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 (не показано), 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.