ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОЙ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F04F13/00 F01M13/02 

Изобретение относится к газодинамическому волновому обменнику давления с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Взаимное центрирование отверстий каналов высокого давления, т.е. канала отходящего газа высокого давления и канала наддувочного воздуха высокого давления, является важной переменной величиной регулирования газодинамических волновых обменников давления. Из документа DE 69823039 T2 известно/ что для регулирования этого центрирования следует поворачивать корпус холодного воздуха, например, с помощью исполнительного двигателя или пневматических, механических или гидравлических средств. Для этой цели рассчитывается каждая точка характеристики двигателя внутреннего сгорания и с помощью электронной системы управления преобразуется в соответствующую команду управления для поворачивания корпуса.

Недостатком при этом виде регулирования сдвига перепускных кромок является то, что поворачивание корпуса холодного газа, включая помещенные на нем трубопроводы, с одной стороны, требует очень гибких трубопроводов и к тому же влечет за собой очень большую потребность в конструктивном пространстве. К тому же должны оказываться заметные усилия с помощью необходимых силовых приводов. По причине того факта, что должны перемещаться относительно большие массы, регулирующая система имеет неизбежную инерционность. Прежние решения отстают в регулировании от требуемых рабочих режимов двигателей и осуществляются с большими конструкционно-техническими издержками.

К уровню техники можно отнести, далее, DE-B-1052626 и DE-A-3040648. В этих публикациях раскрывается применение пластин или колец, которые снабжены отверстиями и установлены на входе каналов высокого давления. Пластины или кольца закрепляются на соответствующих корпусах, чтобы оказывать влияние на центрирование отверстий каналов высокого давления. При этом варианте перемещаемые массы меньше. Проблематичными при этом являются, разумеется, потери в зазоре между распределительным диском и вращающимся ячеистым ротором.

Аспектом, которым ни в коем случае нельзя пренебрегать в случае двигателей внутреннего сгорания, является так называемая вентиляция картера двигателя. Каждый двигатель внутреннего сгорания производит газы, образующиеся при сгорании топлива, которые не попадают лишь исключительно в выпуск, но также вследствие высокого давления проходят мимо поршня в картер. Если эти газы оттуда не отводить, то в картере сильно повысилось бы давление, в результате чего поршень должен был бы работать, преодолевая это давление в картере.

Из соображений защиты окружающей среды газы, содержащие масло, разумеется, не выпускаются в окружающую среду. К тому же было бы неблагоприятным вводить эти газы в тракт для отходящих газов, так как масляные туманы привели бы к повреждению катализатора отходящего газа, что опять же отражается негативно на предельных значениях параметров для отходящего газа, подлежащих выдерживанию. Поэтому газы вводятся во всасывающий канал.

Соотношения давления во всасывающем канале, таким образом, влияют на удаление воздуха из картера. Так как газы увлекаются во всасывающий канал общим воздушным потоком, то на удаление воздуха из картера не может оказываться никакого отдельного воздействия.

Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача, состоящая в том, чтобы создать газодинамический волновой обменник давления, с помощью которого можно повысить эффект удаления воздуха из двигателя.

Эта задача для волнового обменника давления согласно изобретению решается благодаря тому, что устройство вытяжной вентиляции картера подключено к корпусу холодного воздуха волнового обменника давления. Благодаря тому, что подсоединение устройства вытяжной вентиляции картера осуществляется непосредственно к холодному корпусу волнового обменника давления, можно сэкономить в местах подсоединения в других областях, не повышая заметно конструктивную сложность корпуса холодного воздуха волнового обменника давления, и без того обрабатываемого резанием. В целом получается преимущество в более умеренных затратах, которое устанавливается, в частности, в том случае/ если холодный воздух снабжен распределительным диском. Такой распределительный диск на конце ячеистого ротора имеет отверстия, причем положение отверстий может изменяться относительно отверстий корпуса горячего газа. Такой распределительный диск может иметь одно отверстие, которое соединяет всасывающую область ячеистого ротора с отверстием соответствующего трубопровода вытяжной вентиляции картера двигателя.

Благодаря отдельному каналу вытяжной вентиляции картера двигателя, который расположен у отверстия распределительного диска, предусмотренного, собственно, для этой цели, получается отделение общего потока всасываемого воздуха от газов, поступающих из канала вытяжной вентиляции картера двигателя. Вследствие этого на вытяжную вентиляцию картера двигателя можно оказывать влияние гораздо точнее, чем в случаях, когда канал вытяжной вентиляции картера двигателя впадает в общий всасывающий канал. Полное смешивание всасываемого воздуха с удаляемыми газами осуществляется лишь в том случае, если соответствующие газы устремляются в ячеистый ротор, т.е. в область низкого давления.

Вытяжная вентиляция рассчитана таким образом, что соотношения низкого давления в канале вытяжной вентиляции согласованы с требованиями к соответствующему двигателю.

Отверстия в распределительном диске, предусмотренные собственно для вытяжной вентиляции картера двигателя, разумеется, имеют такие размеры, что также при некотором повороте распределительного диска обеспечено удаление воздуха из двигателя. При повороте распределительного диска поперечное сечение всасывающих отверстий газодинамического волнового обменника давления может изменяться и тем самым оказывать влияние на удаление воздуха из двигателя. В любом случае случае отверстие вытяжной вентиляции двигателя остается проницаемым для газов, которые должны отводиться из картера.

При этом отверстие, предусмотренное в распределительном диске волнового обменника давления, ориентировано таким образом, что оно проходит в продольном направлении относительно продольной оси распределительного диска или ячеистого ротора. Это означает, что распределительный диск имеет не только отверстия, которые позволяют приток холодного газа в осевом направлении, но также отверстия, которые позволяют приток газа картера в радиальном направлении.

Для того чтобы предпринять дальнейшее разъединение соотношений давления устройства вытяжной вентиляции картера и газов во всасывающей области, трубопровод устройства вытяжной вентиляции картера, ведущий к волновому обменнику давления, может иметь дроссель. В трубопровод может быть встроен также обратный клапан, так чтобы газ всасывался лишь исключительно через устройство вытяжной вентиляции картера, но не мог протекать обратно через устройство вытяжной вентиляции картера к двигателю внутреннего сгорания.

В предпочтительном улучшенном варианте в корпусе с холодным газом расположена компенсационная камера, к которой подсоединен трубопровод устройства вытяжной вентиляции картера и которая через отверстие в распределительном диске связана с всасывающей областью ячеистого ротора. С помощью компенсационной камеры могут опять-таки выравниваться некоторые колебания давления. К тому же компенсационная камера имеет функцию, состоящую в том, чтобы отверстие оставалось газопроницаемым также в том случае, если распределительный диск поворачивается относительно корпуса холодного газа. Это приводит к тому, что отверстие при соответственно большой компенсационной камере, проходящей в окружном направлении распределительного диска, всегда было соединено с всасывающими областями газодинамического волнового обменника давления.

В общем, следует сказать, что преимущество при применении распределительных дисков состоит в том, что в пространстве двигателя не имеется никаких подвижных деталей, как, например, шланги, которые соединены с перемещаемым в целом корпусом. Благодаря этому можно упростить присоединения трубопроводов к газодинамическому волновому обменнику. К тому же сильно снижена масса подвижных частей, вследствие чего соответственно меньше нагружены силовые приводы. Монтажное пространство для газодинамического волнового обменника давления меньше по сравнению с частично вращающимися корпусами. Благодаря этому возможно осуществление компактной конструкции.

Другим преимуществом является то, что распределительный диск может использоваться одновременно для выравнивания допусков в зазоре между корпусом холодного или горячего газа и ячеистым ротором. Полностью отпадает дорогостоящее уплотнение в месте перехода между корпусом ротора и корпусом холодного газа, как это требуется при корпусах, установленных с возможностью вращения.

Наконец, можно уменьшить до минимума механические конструктивные узлы для регулирования положения распределительного диска. Благодаря небольшим усилиям регулирования является достаточным, если используется небольшой электрический силовой привод.

Изобретение поясняется далее на основе примеров выполнения изобретения, представленных в чертежах. Показывают:

фиг.1 - представленный схематически вид двигателя внутреннего сгорания с приданным ему газодинамическим волновым обменником давления;

фиг.2 - преобразованный газодинамический волновой обменник давления с распределительным диском и

фиг.3 - деталь нагнетателя волн давления с распределительным диском по фиг.2.

Фиг.1 показывает двигатель 1 внутреннего сгорания с трубопроводом 2 для отходящего газа высокого давления, который ведет к газодинамическому волновому обменнику 3 давления, из которого здесь примерно изображен ячеистый ротор 4. Находящийся под давлением отходящий газ из двигателя 1 внутреннего сгорания служит для того, чтобы сжимать воздух, всасываемый на другой стороне ячеистого ротора 4, и направлять в двигатель 1 внутреннего сгорания. Для этого предусмотрен трубопровод 6 для наддувочного воздуха высокого давления, ведущий от газодинамического волнового обменника 3 давления к двигателю 1 внутреннего сгорания. Далее, в области отходящего газа схематически показан перепускной клапан 7, который соединяет трубопровод 2 для отходящего газа высокого давления с трубопроводом 8 для отходящего газа низкого давления в качестве байпаса в обход газодинамического волнового обменника 3 давления. Во всасывающем трубопроводе 9 в области холодного газа находится дроссельный клапан 10 для регулирования поступающего количества воздуха. Далее, предусмотрено устройство 11 вытяжной вентиляции картера, которое включает в себя трубопровод 12, ведущий от картера 5 двигателя 1 внутреннего сгорания в область всасывания газодинамического волнового обменника 3 давления. В качестве примера показаны три различных трубопровода. В то время как трубопровод 12 имеет постоянное поперечное сечение, в трубопроводе 13 предусмотрен дроссель в форме места сужения. Трубопровод 15 имеет вместо дросселя обратный клапан 16. Обратный клапан 16 рассчитан таким образом, что газ из картера 5 двигателя 1 внутреннего сгорания может проходить во всасывающий трубопровод 9 или ячеистый ротор 4, но не от газодинамического волнового обменника 3 давления обратно в картер 5. Это достигается с помощью тела клапана, нагруженного пружиной, в этом случае в форме шара.

Вариант выполнения согласно фиг.2 отличается от такового согласно фиг.1 тем, что газодинамический волновой обменник 17 давления в области всасывания имеет распределительный диск 18, к которому присоединен трубопровод 12 вытяжного вентиляционного устройства 11 картера. Для всех остальных компонентов представленных установок используются обозначения, введенные в фиг.1. Ссылаемся также на пояснения, приведенные в отношении этой фигуры.

Фиг.3 показывает подробно, как осуществлено присоединение трубопровода 12 к газодинамическому волновому обменнику 17 давления. Из представленного разреза можно видеть, что распределительный диск 18 имеет отверстия 19, проходящие в осевом направлении, через которые всасываемый воздух может проходить в ячеистый ротор, расположенный в пространстве после них. Можно также видеть, что осевое отверстие, обозначенное цифрой 19, в перемычке, расположенной на стороне края, имеет дополнительно отверстие 20, проходящее в радиальном направлении. Отверстие 20 впадает в компенсационную камеру 21 в корпусе 22 холодного воздуха, к которой подсоединен трубопровод 12. При повороте распределительного диска 18 относительно корпуса 22 холодного газа отверстие 20 остается в положении, в котором компенсационная камера 21 связана с отверстием 19, и, таким образом, обеспечено удаление воздуха из корпуса.

Перечень ссылочных обозначений

1 - двигатель внутреннего сгорания

2 - трубопровод отходящего газа высокого давления

3 - газодинамический волновой обменник давления

4 - ячеистый ротор

5 - корпус картера

6 - трубопровод отходящего газа высокого давления

7 - перепускной клапан

8 - трубопровод отходящего газа низкого давления

9 - всасывающий трубопровод

10 - дроссельный клапан

11 - устройство вытяжной вентиляции корпуса картера

12 - трубопровод

13 - трубопровод

14 - дроссель

15 - трубопровод

16 - обратный клапан

17 - газодинамический волновой обменник давления

18 - распределительный диск

19 - отверстие

20 - отверстие

21 - компенсационная камера

22 - корпус холодного воздуха

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к нагнетателям двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности вентиляции картера двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что газодинамический волновой обменник давления для двигателя внутреннего сгорания имеет устройство (11) вытяжной вентиляции картера. Устройство (11) вытяжной вентиляции картера сообщается с всасывающей полостью ячеистого ротора (4) посредством отверстия в распределительном диске, расположенном на стороне холодного газа волнового обменника (3) давления. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газодинамический волновой обменник давления для двигателя внутреннего сгорания, причем двигатель (1) внутреннего сгорания имеет устройство (11) вытяжной вентиляции картера, причем устройство (11) вытяжной вентиляции картера подсоединено к корпусу (22) холодного газа волнового обменника (3, 17) давления, отличающийся тем, что на стороне холодного газа волнового обменника (3) давления расположен распределительный диск (18), имеющий отверстие (20), которое соединяет всасывающую область ячеистого ротора (4) с устройством (11) вытяжной вентиляции, причем отверстие (20) проходит в радиальном направлении относительно продольной оси распределительного диска (18).

2. Газодинамический волновой обменник давления по п.1, отличающийся тем, что в трубопровод (13) устройства (11) вытяжной вентиляции картера, ведущий к волновому обменнику (3, 17) давления, встроен дроссель (14).

3. Газодинамический волновой обменник давления по п.1, отличающийся тем, что в трубопровод (15), ведущий к волновому обменнику (3, 17) давления, встроен обратный клапан (16).

4. Газодинамический волновой обменник давления по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в корпусе (22) холодного газа расположена компенсационная камера (21), к которой подсоединен трубопровод (12) устройства (11) вытяжной вентиляции картера и которая через отверстие (20) в распределительном диске (18) сообщается с всасывающей областью ячеистого ротора (4).