ВНУТРЕННЯЯ ПОДАЧА ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ИНТЕГРИРОВАННЫЕ В КЛАПАННУЮ КРЫШКУ ВПУСКНЫЕ ЖЕЛОБА Российский патент 2019 года по МПК F01M13/04 F16N13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам контроля над выбросами двигателя, в частности, к конструкциям замкнутой вентиляции картера для двигателей внутреннего сгорания. В частности, настоящее изобретение относится к системе для двигателя внутреннего сгорания, имеющей впуск и клапанную крышку с сопряженным блоком сепаратора масла замкнутой вентиляции картера, повышающим скорость потока масла посредством внутренней подачи воздуха, проходящего из впуска через впускные желоба, интегрированные в клапанную крышку.

Уровень техники

В процессе сгорания топливовоздушной смеси внутри двигателя внутреннего сгорания образуются отработавшие газы, которые в процессе эксплуатации двигателя выводятся из двигателя через выпускной коллектор. Однако не все газы выходят из двигателя в этот момент. Из-за давления, создаваемого в процессе сгорания топливовоздушной смеси, некоторое количество газов вынужденно поступает в обход поршня в картер.

Высвобождение этих скопившихся газов необходимо для предотвращения повреждения прокладок двигателя, вызванного повышенным давлением в картере. Такое повреждение приводит к утечкам масла. Первоначальным непосредственным решением проблемы накапливания в картере отработавших газов был выпуск собранных газов прямо в атмосферу, например, через эжекционную трубку. Однако такое решение является нежелательным из-за негативного влияния на окружающую среду, оказываемого указанными выбросами несгоревших углеводородов.

В качестве альтернативы, указанные газы могут быть снова поданы в двигатель посредством удаления их из картера и добавления их в топливовоздушную смесь, поступающую в двигатель через впускной коллектор. Для этой цели используют сепараторы масла.

Обычное решение по отделению масла от воды предусматривает использование сетчатого фильтра, в котором капли масла задерживаются сеткой (обычно выполненной из микрофибры), а воздух может проходить сквозь нее. Другой простой подход к отделению масла от воздуха предусматривает использование трубки, через которую пропускают рециркулируемый газ. На боковой поверхности указанной трубки предусмотрены отверстия. Воздух проходит через эти отверстия, а более тяжелые капли масла падают на дно резервуара. Кроме того, для отделения масла от воздуха может быть использована подвижная установка, такая как центрифуга. Отделенное масло возвращают обратно в картер.

Очень частым решением является обеспечение потока газов из картера во впускной коллектор посредством принудительной вентиляции картера ПВК (PCV), регулируемой клапаном, расположенным вдоль канала ПВК. В соответствии с одним из примеров ПВК, указанный канал ПВК начинается от клапанной крышки и заканчивается во впускном коллекторе. В процессе работы двигателя клапан ПВК увеличивает ограничение между впускной системой и картером в периоды повышенного вакуума во впускном коллекторе, при этом уменьшая ограничение между впускным коллектором и картером в периоды пониженного вакуума во впускном коллекторе. В соответствии с указанной системой в картере двигателя поддерживается незначительный вакуум, который обеспечивает вывод углеводородов из картера двигателя и направляет их во впускную систему двигателя.

Некоторые известные системы полагаются на клапан ПВК, прикрепленный, обычно, к клапанной крышке. Между сепаратором воздух/масло и впускным коллектором устанавливают наружный шланг ПВК. При этом шланговые соединения могут включать шланговое соединение с кулачковой крышкой и одно соединение с впускным коллектором. Для каждого соединения требуются узлы сопряжения. Хотя таким образом и обеспечивается экологически безопасный способ вывода собранных газов, ставка на резиновые шланги связана с риском сбоя системы в следствие износа шлангов или протечек, вызванных случайным отсоединением шланга от указанного клапана.

Во избежание необходимости шланговых соединений сепаратор масла может быть соединен с клапанной крышкой посредством болтового соединения для гравитационно-индуцированного дренажа. Однако при такой конструкции отделенное масло не стекает в дренаж из-за большой разности давлений между отверстием дренажа и давлением в картере по другую сторону от клапанной крышки.

Таким образом, как и во многих областях транспортных технологий, существуют возможности для усовершенствования использования и эксплуатации систем сепарации масла, связанных с двигателем внутреннего сгорания.

Раскрытие изобретения

Во избежание недостатков, характерных для существующего уровня техники, настоящее изобретение предлагает внутреннюю подачу воздуха в однонаправленный сепаратор масла, содержащий ускоритель потока масла (например насос Вентури или струйный насос), через интегрированные в клапанную крышку впускные желоба без использования каких-либо внешних трубок или шлангов. Указанный ускоритель потока масла обеспечивает подачу воздуха высокого давления в ускоритель потока масла, что приводит к вынужденному выводу масла через выходное отверстие сепаратора масла в картер двигателя. Поскольку указанная клапанная крышка имеет интегрированные впускные желоба, требуемая подача воздуха при этом может быть интегрирована в указанную клапанную крышку, что позволяет избежать необходимости использования внешних труб.

В частности, настоящее изобретение предлагает конструкцию для подачи воздуха высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащую клапанную крышку, имеющую канал потока воздуха высокого давления и впуск, сообщающийся с указанным каналом по текучей среде для обеспечения подачи в канал воздуха высокого давления. Указанный канал потока в клапанной крышке является впускным желобом. Кроме того, предусмотрен сепаратор масла и газа, содержащий ускоритель потока. Указанный канал сообщается по текучей среде с указанным ускорителем.

Указанный ускоритель потока имеет входную сторону для масла и выходную сторону для масла. Указанный канал потока воздуха высокого давления соединяет между собой входную сторону для масла и выходную сторону для масла ускорителя. Выходная сторона ускорителя потока является высокоскоростной стороной.

Указанный сепаратор масла и газа состоит из верхней камеры и нижней камеры. Верхняя камера и нижняя камера разделены перегородкой. В перегородке предусмотрен диффузор масла и газа. Входная сторона для масла ускорителя и нижняя камера соединены по текучей среде, в то время как выходная сторона для масла соединена по текучей среде с линией возврата масла в картер.

Указанным ускорителем потока может быть любой ускоритель текучей среды, в том числе, но не ограничиваясь этим, насос Вентури или струйный насос. Ускоритель масла направляет масло, скопившееся в нижней камере после отделения от газов, в картер. Отделенный воздух направляется из сепаратора масла и газа во впуск для сгорания.

Описанные выше и другие преимущества и признаки станут очевидными из последующего детального описания предпочтительных вариантов осуществления, при рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания данного изобретения необходимо рассмотреть варианты осуществления, детально проиллюстрированные на соответствующих чертежах и описанные ниже в качестве примеров изобретения, среди которых:

на фиг. 1 представлен вид в аксонометрии клапанной крышки двигателя внутреннего сгорания, используемой для системы подачи воздуха в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 представлен вид сверху клапанной крышки, проиллюстрированной на фиг. 1, в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 3 представлен вид в аксонометрии системы, содержащей впускной блок и клапанную крышку, представленные на фиг. 1 и фиг. 2, с сопряженным блоком сепаратора масла замкнутой вентиляции со встроенной внутренней подачей воздуха через желоба, интегрированные в указанную клапанную крышку, в соответствии с настоящим изобретением; и

на фиг. 4 представлен вид блока сепаратора масла и клапанной крышки в разрезе, иллюстрирующий канал потока воздуха в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

На следующих чертежах одинаковые ссылочные номера будут использованы для обозначения одинаковых компонентов. В последующем описании для различных вариантов осуществления раскрыты различные параметры работы и компоненты. Эти конкретные параметры и компоненты приведены в качестве примеров и не являются ограничивающими.

В целом, настоящее изобретение связано с направлением картерных газов из картера двигателя внутреннего сгорания во впускной коллектор для сгорания посредством использования внутренней подачи воздуха, осуществляемой от впуска через впускные желоба, интегрированные в клапанную крышку. Указанный внутренний заряд воздуха поступает в ускоритель потока масла, расположенный в сепараторе масла, и вызывает высокоскоростной ток масла со стороны его впуска. Отделенное масло возвращается в картер, в то время как отделенный воздух возвращается во впускной коллектор для сгорания.

Фиг. 1 и 2 иллюстрируют клапанную крышку 10 двигателя внутреннего сгорания, используемую совместно с системой внутренней подачи воздуха в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 1 иллюстрирует вид клапанной крышки 10 в аксонометрии, в то время как фиг. 2 иллюстрирует вид клапанной крышки сверху. Клапанная крышка 10, показанная на фиг. 1 и 2, является примером и не должна рассматриваться как ограничение, поскольку возможны другие конфигурации клапанной крышки 10, не выходящие за пределы цели и объема настоящего изобретения.

Клапанная крышка 10 содержит впускной порт 12. Впускной порт 12 выполнен с возможностью соединения по текучей среде с впускным блоком, как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 3. Клапанная крышка 10 содержит несколько впускных желобов клапанной крышки 14, 14', 14'', 14'''. Может быть предусмотрено большее или меньшее количество впускных желобов, нежели показано.

Клапанная крышка 10 предусмотрена для использования совместно с впускным блоком и блоком сепаратора масла замкнутой вентиляции картера. Такая конструкция проиллюстрирована на фиг. 3, где представлен вид в аксонометрии системы по настоящему изобретению, содержащей впуск и клапанную крышку с сопряженным блоком сепаратора масла замкнутой вентиляции картера, которая предусматривает внутреннюю подачу воздуха через желоба, интегрированные в клапанную крышку, в соответствии настоящим изобретением.

В частности, показаны верхний впуск 18 и нижний впуск 20. Следует понимать, что ссылка на «верхний» и «нижний» при описании верхнего впуска 18 и нижнего впуска 20 сделана исключительно для удобства и не является ограничивающей. В частности, в то время как обычно впускные коллекторы в современных транспортных средствах расположены горизонтально над двигателем, в соответствии с настоящим изобретением возможно альтернативное вертикальное расположение в стороне от двигателя.

Между верхней оболочкой 12 и нижней оболочкой 14 образована полость 16. Впускной коллектор 10 также содержит монтажный фланец 18 корпуса дроссельной заслонки. Несколько впускных желобов 20 образованы как часть верхней оболочки 12. Следует понимать, что общая конфигурация впускного коллектора, представленная на фиг. 1, является примером и не должна рассматриваться как ограничивающая, поскольку возможны другие конфигурации, не выходящие за пределы цели и объема настоящего изобретения.

Верхний впуск 18 соединен с впускным портом 12 клапанной крышки 12. Блок 22 сепаратора масла замкнутой вентиляции также соединен с клапанной крышкой 12. Блок 22 сепаратора масла соединен с нижним впуском 20 трубкой возврата воздуха 23. Блок 22 сепаратора масла представляет собой однонаправленную систему, отделяющую масло от выходящих из картера паров, прежде чем они возвращаются в нижний впуск 20 по трубке возврата воздуха 23. Блок 24 турбокомпрессора соединен с нижним впуском 20.

Блок 24 турбокомпрессора вырабатывает поток воздуха высокого давления. Поток воздуха высокого давления выходит из верхнего впуска 18 по направлению 26 потока и выталкивается во впускные желоба 14, 14', 14'' и 14''' клапанной крышки. Некоторое количество воздуха высокого давления направляется в блок 22 сепаратора масла замкнутой вентиляции картера, как показано на фиг. 4, которая представляет собой вид блока 22 сепаратора масла и клапанной крышки 10 в разрезе.

Как видно на фиг. 4, блок 22 сепаратора масла замкнутой вентиляции картера содержит нижнюю часть 28 сепаратора масла и верхнюю часть 30 сепаратора масла. Следует понимать, что ссылка на «верхнюю» и «нижнюю» часть при описании нижней части 28 сепаратора масла и верхней части 30 сепаратора масла сделана только для удобства и не должна рассматриваться как ограничение. Между нижней частью 28 и верхней частью 30 выполнена перегородка 32. Перегородка 32 определяет нижнюю камеру 34 сепаратора масла и верхнюю камеру 36 сепаратора масла.

Входное отверстие 38 для газо-масляной смеси выполнено в соединении по текучей среде с верхней частью 30 блока 22 сепаратора масла. Входное отверстие 38 для газомасляной смеси соединено по текучей среде с картером (не показан). Выпускное отверстие 40 для воздуха выполнено в соединении по текучей среде с нижней частью 28 блока 22 сепаратора масла. Выпускное отверстие 40 для воздуха соединено с нижнем впуском 20 трубкой 23 для возврата воздуха, показанной на фиг. 3.

В перегородке 32 выполнен диффузор 42, в который попадает газо-масляная смесь, поступающая в верхнюю камеру 36 сепаратора масла. Диффузор 42 отделяет газы от масла известным способом. Газы направляют из нижней камеры 34 сепаратора масла в нижний впуск 20 через трубку 23 возврата воздуха.

Быстрый поток или высокая скорость потока отделенного масла из блока 22 сепаратора масла обеспечивается ускорителем 44 потока масла. Возможны различные конструкции ускорителя 44 потока масла, в том числе, но не ограничиваясь этим, насос Вентури или струйный насос. Скорость движения масла зависит от поступления воздуха высокого давления из впускного желоба. В частности, канал 46 высокого давления со стороны входного конца соединен по текучей среде с впускным желобом, например, с впускным желобом 14". Канал 46 высокого давления с выходного конца соединен по текучей среде с входом 48. Вызванный воздухом под высоким давлением, поступающим в ускоритель 44 потока масла из канала 46 высокого давления, поток масла через ускоритель 44 потока масла значительно увеличивается, причем собранное масло выводится из нижней камеры 34 сепаратора масла и из блока 22 сепаратора масла через выход 50 возврата масла. Выход 50 возврата масла соединен с указанным картером (не показан).

За счет подачи в указанный сепаратор масла воздуха высокого давления масло вынуждено поступает из выхода сепаратора масла обратно в картер двигателя. Конструкция, описанная выше и показанная на прилагаемых чертежах, обеспечивает возможность присоединения сепаратора масла непосредственно к клапанной крышке без необходимости во внешнем трубопроводе для соединения этих компонентов, таком как шланг. Такая конструкция обеспечивает возможность использования непосредственно присоединенного, высокоэффективного сепаратора масла для дренажа отделенного масла обратно в картер во время работы двигателя.

Настоящее изобретение, описанное выше, позволяет устранить недостатки известных устройств для отделения газов от масла. Соответственно, специалисту в уровне техники из приведенного выше описания и прилагаемых чертежей и формулы изобретения будет очевидно, что в настоящем изобретении могут быть сделаны различные изменения, модификации и отклонения без отступления от цели и объема изобретения, определенного в последующей формуле изобретения.

Изобретение относится к системам контроля над выбросами двигателя. Раскрыта конструкция для подачи воздуха высокого давления для двигателя внутреннего сгорания. Указанная конструкция предусматривает впуск, имеющий выход высокого давления, клапанную крышку с впускным желобом, определяющим канал потока воздуха высокого давления, и сепаратор газа и масла с ускорителем потока с входной и выходной сторонами. Указанный выход высокого давления указанного впуска соединен с одним концом указанного канала, с другим концом указанного канала соединен указанный ускоритель. Входная и выходная стороны ускорителя соединены с указанным каналом. Указанный сепаратор содержит верхнюю и нижнюю камеры, разделенные перегородкой, содержащей газомасляный диффузор. Указанная входная сторона соединена с нижней камерой, а указанная выходная сторона соединена с линией возврата масла в картер. Указанный ускоритель потока может быть ускорителем текучей среды любого типа, в том числе, но не ограничиваясь этим, насосом Вентури или струйным насосом. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Конструкция для подачи воздуха высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащая:

клапанную крышку с по меньшей мере одним впускным желобом, образованным в указанной клапанной крышке, причем указанный впускной желоб образует первый канал для потока воздуха высокого давления;

сепаратор масла, имеющий входное отверстие для газомасляной смеси, верхнюю камеру сепаратора, нижнюю камеру сепаратора, перегородку, разделяющую указанные камеры сепаратора, причем указанная перегородка имеет образованный в ней сепарирующий масло диффузор, и выходное отверстие в указанной нижней камере сепаратора;

ускоритель потока масла, имеющий входной конец, выходной конец, расположенный напротив указанного входного конца, и боковой вход, образованный между указанным входным концом и выходным концом, причем указанный входной конец связан по текучей среде с указанным выходным отверстием нижней камеры сепаратора;

канал высокого давления, образующий второй канал для потока воздуха высокого давления, образованный внутри указанного сепаратора масла, причем указанный второй канал имеет входной конец и выходной конец, причем указанный входной конец непосредственно соединен с указанным первым каналом и связан с ним по текучей среде, а указанный выходной конец непосредственно соединен с указанным боковым входом ускорителя потока масла и связан с ним по текучей среде;

выход возврата масла, связанный по текучей среде с указанным выходным концом ускорителя.

2. Конструкция для подачи воздуха высокого давления по п. 1, в которой указанная выходная сторона для масла соединена по текучей среде с линией возврата масла в картер.

3. Конструкция для подачи воздуха высокого давления по п. 1, в которой указанный ускоритель потока масла является насосом Вентури.

4. Конструкция для подачи воздуха высокого давления по п. 1, в которой указанный ускоритель потока масла является струйным насосом.

5. Система двигателя, содержащая:

клапанную крышку;

впускной порт, интегрированный в указанную клапанную крышку;

впускной желоб, образованный в указанной клапанной крышке и соединенный с возможностью связи с указанным впускным портом;

сепаратор газа и масла, прикрепленный к указанной клапанной крышке, причем указанный сепаратор имеет верхнюю камеру сепаратора, нижнюю камеру сепаратора и газомасляный диффузор, размещенный между указанными камерами, причем указанная нижняя камера сепаратора имеет выходное отверстие для масла;

ускоритель потока масла, соединенный с возможностью связи с указанным сепаратором газа и масла, причем указанный ускоритель имеет входное отверстие для масла, связанное по текучей среде с указанным выходным отверстием для масла нижней камеры сепаратора, причем указанный ускоритель также имеет выходное отверстие для масла, и указанный ускоритель по меньшей мере частично размещен в указанной нижней камере сепаратора; и

канал высокого давления, выполненный проходящим через указанную нижнюю камеру сепаратора, между указанным впускным желобом и указанным ускорителем масла, причем указанный канал высокого давления образует канал, имеющий входной конец и выходной конец, причем указанный входной конец непосредственно соединен с и связан по текучей среде с указанным впускным желобом, а указанный выходной конец непосредственно соединен с и связан по текучей среде с указанным ускорителем.

6. Система двигателя по п. 5, в которой указанный ускоритель потока масла является насосом Вентури.

7. Система двигателя по п. 5, в которой указанный ускоритель потока масла является струйным насосом.

8. Система для разделения картерного масла и газов в двигателе внутреннего сгорания, содержащая:

клапанную крышку, имеющую образованный в ней впускной желоб, причем указанный впускной желоб имеет входной конец и выходной конец;

впуск для воздуха, соединенный по текучей среде с указанным входным концом указанного впускного желоба;

сепаратор газа и масла, имеющий верхнюю камеру сепаратора, нижнюю камеру сепаратора, перегородку, разделяющую указанные камеры сепаратора, и газомасляный диффузор, размещенный в указанной перегородке для образования прохода между указанной верхней и нижней камерами сепаратора, причем указанная верхняя камера сепаратора имеет входное отверстие для газомасляной смеси, а указанная нижняя камера сепаратора имеет выходное отверстие для воздуха и выходное отверстие для масла;

трубка Вентури для потока масла, имеющая входной конец и выходной конец, причем указанный входной конец трубки Вентури для потока масла соединена по текучей среде с указанным выходным отверстием для масла нижней камеры сепаратора;

канал высокого давления, образующий канал, имеющий входной конец и выходной конец, причем указанный входной конец канала непосредственно соединен с и связан по текучей среде с указанным впускным желобом, а указанный выходной конец канала непосредственно соединен с и связан по текучей среде с указанной трубкой Вентури для потока масла между указанным входным концом и выходным концом трубки Вентури.