RU2717471C2

RU2717471C2 - Система (варианты) и способ постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом

Info

Publication number: RU2717471C2
Application number: RU2016130672A
Authority: RU
Inventors: Кристофер Уильям НЬЮМАН; Клод Вестон БЕЙЛИ; Скотт МОРТОН
Original assignee: Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2020-03-23
Also published as: CN106437942B; RU2016130672A3; RU2016130672A; US20170037751A1; MX2016010198A; US9702281B2; DE102016114400A1; CN106437942A

Abstract

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система (10) постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом предназначена для двигателя (12) внутреннего сгорания, имеющего картер (14) и впускной коллектор (26) с воздухозаборником. Система содержит встроенный вакуумный привод (44), канал (46) привода, маслоотделитель (48), канал (52) маслоотделителя, клапан (54) маслоотделителя, перепускной канал (56) и перепускной клапан (58). Вакуумный привод (44) соединен с впускным коллектором (26). Канал (46) привода выполнен между приводом (44) и воздухозаборником. Маслоотделитель (48) соединен с картером (14). Канал (52) маслоотделителя и клапан (54) маслоотделителя выполнены между маслоотделителем (44) и впускным коллектором (26). Перепускной канал (56) и перепускной клапан (58) выполнены между каналом (52) маслоотделителя и каналом (46) привода. Раскрыты система постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом для двигателя внутреннего сгорания и способ обеспечения постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом для двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в обеспечении подачи постоянного и значительного количества атмосферного воздуха к картеру двигателя независимо от условий нагрузки двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники

[0001] Концепция раскрываемого изобретения относится, в основном, к вентиляции картера в двигателях внутреннего сгорания. В частности, концепция раскрываемого изобретения относится к способу и системе вентиляции картера, в котором встроенный вакуумный привод обеспечивает поступление постоянного и значительного количества атмосферного воздуха в картер двигателя независимо от условий нагрузки двигателя. В дополнение к встроенному вакуумному приводу, присоединенному к впускному коллектору двигателя, настоящий способ и система содержат маслоотделитель, несколько обратных клапанов, регулирующий клапан потока и связанные каналы для текучих сред.

Предпосылки к созданию изобретения

[0002] Во время стадии сгорания воздушно-топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания создаются отработавшие газы, выходящие из двигателя через выпускной коллектор во время работы двигателя. Однако не все газы покидают двигатель за это время. Часть этих газов вынужденно обходит поршень и попадает в картер из-за давления, создаваемого во время сгорания воздушно-топливной смеси.

[0003] Выпуск этих накопившихся газов необходим для предотвращения повреждения прокладок двигателя, вызванного дополнительным давлением в картере. Такое повреждение приводит к утечке масла. Существующее и непосредственное решение проблемы накопления отработавших газов в картере состоит в том, чтобы просто выпустить накопившиеся газы непосредственно в атмосферу через, например, трубку эжекционной вентиляции картера. Однако это - нежелательное решение относительно таких газов из-за отрицательного воздействия на окружающую среду, вызванного эмиссией несожженных углеводородов.

[0004] В качестве альтернативы эти газы могут быть повторно поданы в двигатель путем извлечения их из картера и добавления к воздушно-топливной смеси, поступающей в двигатель через впускной коллектор. Известно, что для этой цели используют маслоотделители.

[0005] Общее решение проблемы отделения масла от воздуха заключается в использовании сетчатого фильтра, в котором капли масла задерживаются в сетке (как правило, состоящей из микроволокна), а воздух проходит дальше. Другой простой подход к отделению масла от воздуха заключается в использовании трубки, через которую проходит рециркулирующий газ. Трубка имеет отверстия на боковой стороне. Воздух проходит через эти отверстия, и капли масла, будучи более тяжелыми, падают на дно резервуара. Для отделения масла от воздуха может также использоваться агрегат с движущимися частями, такой, как центрифуга. Отделенное масло направляют обратно в картер.

[0006] Очень часто используемое решение состоит в том, чтобы направить газы картера, вытекающие из картера, к впускному коллектору при помощи системы принудительной вентиляции картера ПВК (PCV), регулируемой клапаном, расположенным в тракте ПВК. Согласно одному примеру ПВК, путь для ПВК начинается с крышки камеры клапана и заканчивается во впускном коллекторе. Во время работы двигателя клапан ПВК увеличивает ограничение потока между впускной системой и картером в периоды более высокого вакуума во впускном коллекторе, и, таким образом, уменьшает ограничение потока между впускным коллектором и картером во время периодов более низкого вакуума во впускном коллекторе. Согласно этой системе, в картере двигателя сохраняется небольшое вакуум, позволяющее извлечь углеводороды из картера двигателя и направить их во впускную систему двигателя.

[0007] Проблема для современных бензиновых двигателей с системами ПВК заключается в подаче существенного количества атмосферного воздуха в картер при высоких нагрузках двигателя. Автомобильная промышленность переходит к выпуску двигателей все меньшего размера, поэтому в более тяжелых транспортных средствах двигатели работают больше времени при более высоких нагрузках двигателя, при скоростях, соответствующих сопротивлению движения, в течение значительного количества времени. При более высоких нагрузках двигателя система ПВК подает незначительное количество атмосферного воздуха в картер или не подает вовсе. Требуется определенное количество атмосферного воздуха, подаваемого к двигателю, для предотвращения ускоренного разложения моторного масла, что приводит к появлению осадка в моторном масле. Ускоренное разложение моторного масла уменьшает срок службы моторного масла, что требует более частой замены масла от владельца транспортного средства. Если рекомендованная изготовителем частота замены моторного масла не будет обеспечена, то в моторном масле образуется осадок, который наносит ущерб двигателю.

[0008] Соответственно, во многих областях технологий транспортных средств существует потребность в улучшении использования и работы системы принудительной вентиляции картера, связанной с двигателем внутреннего сгорания.

Краткое изложение сущности изобретения

[0009] Для устранения проблем, связанных с предшествующими разработками, концепция раскрываемого изобретения предлагает способ и устройство для обеспечения постоянной вентиляции картера двигателя атмосферным воздухом. При помощи постоянной вентиляции преодолены проблемы, связанные с известными подходами.

[0010] В частности, концепция раскрываемого изобретения предназначена для использования с двигателем внутреннего сгорания, содержащим картер, впускной коллектор и воздухозаборник, присоединенный к этому коллектору. Концепция раскрываемого изобретения содержит встроенный вакуумный привод, соединенный с впускным коллектором, канал привода, расположенный между вакуумным приводом и воздухозаборником, маслоотделитель, соединенный с картером, канал маслоотделителя и регулирующий клапан маслоотделителя, расположенный между маслоотделителем и впускным коллектором, а также перепускной канал и перепускной регулирующий клапан между каналом маслоотделителя и каналом привода.

[0011] Воздухозаборник содержит первичную впускную трубу и промежуточную впускную трубу, причем промежуточную впускную трубу располагают между первичной впускной трубой и впускным коллектором. Управляющую трубу атмосферного воздуха и блок регулятора присоединяют к промежуточной впускной трубе. Канал привода присоединяют к первичной впускной трубе воздухозаборника.

[0012] Перепускной канал присоединен к каналу маслоотделителя в месте между маслоотделителем и впускным коллектором. Регулирующий клапан канала маслоотделителя располагают между впускным коллектором и местом присоединения перепускного канала к каналу маслоотделителя.

[0013] Компрессор входного воздуха присоединен между первичной впускной трубой и промежуточной впускной трубой. Выпускной коллектор присоединен к двигателю, а выпускная труба присоединена к выпускному коллектору. Турбина присоединена к вышеупомянутому выпускному коллектору и компрессору.

[0014] При эксплуатации устанавливают режим низкой мощности при частично открытой дроссельной заслонке посредством переключения клапана маслоотделителя в его открытое положение и переключения перепускного клапана в его закрытое положение. И наоборот, режим нагнетания высокой мощности устанавливают посредством переключения клапана маслоотделителя в его закрытое положение и переключения перепускного клапана в его открытое положение.

[0015] Использование встроенного вакуумного привода в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения имеет важное функциональное отличие между представленным здесь решением и существующими системами вентиляции картера. Решение в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения обеспечивает подачу постоянного и значительного количества атмосферного воздуха к картеру двигателя независимо от условий нагрузки двигателя. Концепция раскрываемого изобретения позволяет уменьшить скорость разложения моторного масла, продлить срок службы моторного масла и уменьшить количество требуемых замен моторного масла, необходимых в течение срока службы автомобиля, что позволяет уменьшить эксплуатационные расходы, которые, в противном случае, понес бы владелец автомобиля. Кроме того, отпадает необходимость во втором маслоотделителе МО (AOS), что означает снижение стоимости производства двигателя.

[0016] Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и особенности будут легко понятны из следующего подробного описания предпочтительных конструкций в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

[0017] Для более полного понимания настоящего изобретения следует сделать ссылки на более подробную иллюстрацию конструкции на прилагаемых чертежах и раскрытую ниже при помощи примеров изобретения, где:

[0018] На фиг. 1 при помощи схематического рисунка показана система вентиляции картера атмосферным воздухом, присоединенная к двигателю внутреннего сгорания, имеющему двойную выпускную трубу в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения; и

[0019] На фиг. 2 при помощи схематического рисунка показана система вентиляции картера атмосферным воздухом, присоединенная к двигателю внутреннего сгорания, имеющему одиночный выпускной коллектор в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения.

Подробное описание предпочтительной конструкции

[0020] На чертежах для обозначения одних и тех же компонентов используются одинаковые ссылочные номера. В последующем раскрытии различные рабочие параметры и компоненты описаны для различных построенных конструкций. Эти конкретные параметры и компоненты использованы в качестве примеров и не должны интерпретироваться как ограничение.

[0021] В целом, концепция раскрываемого изобретения относится к способу и системе для обеспечения постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом для двигателя внутреннего сгорания. Система содержит встроенный вакуумный привод, подающий постоянное и значительное количество атмосферного воздуха к картеру двигателя независимо от условий нагрузки двигателя. В дополнение к встроенному вакуумному приводу, присоединенному к впускному коллектору двигателя, способ и система содержат маслоотделитель, несколько обратных клапанов, клапан регулирования потока и связанные каналы.

[0022] Система 10 вентиляции картера атмосферным воздухом в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения в основном показана на фиг. 1. Изображенная система 10 вентиляции картера атмосферным воздухом предназначена только для объяснения, и не может рассматриваться в ограничивающем смысле, поскольку могут существовать варианты системы без отступления от духа или объема данной системы.

[0023] Система 10 вентиляции картера атмосферным воздухом предназначена для использования с двигателем 12 внутреннего сгорания. Система 10 вентиляции картера атмосферным воздухом, соответствующая концепции раскрываемого изобретения, может быть встроена в двигатель внутреннего сгорания любого фактического размера, несмотря на то, что система 10 вентиляции картера лучше всего подходит для двигателей, имеющих небольшие размеры и небольшое число цилиндров.

[0024] Двигатель 12 внутреннего сгорания условно содержит картер 14 двигателя. Выпускной коллектор присоединяют к двигателю 12 внутреннего сгорания. Два выпускных коллектора 16 и 16' могут располагаться, как показано на фиг. 1, несмотря на то, что система 10 вентиляции картера, соответствующая концепции раскрываемого изобретения, может быть легко приспособлена для работы с двигателем, имеющим один выпускной коллектор, как показано на фиг. 2, и как обсуждается ниже в отношении этого варианта.

[0025] Промежуточная впускная труба 18 присоединена к выпускному коллектору 16. Турбина 20 присоединена к промежуточной впускной трубе 18. Выхлопная труба 22 присоединена к турбине 20. Промежуточная впускная труба 18' присоединена к выпускному коллектору 16'. Турбина 20' присоединена к промежуточной впускной трубе 18'. Выхлопная труба 22' присоединена к турбине 20'. Следует отметить, что, несмотря на то, что концепция раскрываемого изобретения проиллюстрирована с использованием турбины нагнетания, использование этой турбины в данном варианте реализации не является обязательным. Система в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения может использовать систему всасывания без турбонагнетателя.

[0026] Турбокомпрессор 24 функционально связан с турбиной 20. Турбокомпрессор 24' функционально связан с турбиной 20'.

[0027] Впускной коллектор 26 функционально связан с двигателем 12 внутреннего сгорания. Впускной коллектор 26 связан с корпусом 28 дросселя, содержащим подвижную дроссельную заслонку 30. Промежуточная впускная труба 32 присоединена между турбокомпрессором 24 и корпусом 28 дросселя. Промежуточная впускная труба 32' присоединена между турбокомпрессором 24' и корпусом 28 дросселя. Первичная впускная труба 34 присоединена между воздушным фильтром 36 и турбокомпрессором 24. Первичная впускная труба 34' присоединена между воздушным фильтром 36 и турбокомпрессором 24'. Управляющая впускная труба атмосферного воздуха и блок 38 регулятора имеют связь для обмена текучей средой с промежуточной впускной трубой 32.

[0028] Блок 40 встроенного вакуумного привода в целом присоединен к впускному коллектору 26 при помощи отверстия 42 привода. Блок 40 привода содержит встроенный вакуумный привод 44 и канал 46 привода. Канал 46 привода присоединен между встроенным вакуумным приводом 44 и первичной впускной трубой 34. Канал 46 привода обеспечивает вакуум, создаваемый встроенным вакуумным приводом 44 и первичной впускной трубой 34.

[0029] Маслоотделитель 48 имеет сторону 50 для присоединения к картеру. Сторона 50 для присоединения к картеру, в составе маслоотделителя 48, присоединена к картеру 14.

[0030] Канал 52 маслоотделителя находится между маслоотделителем 48 и впускным коллектором 26. Канал 52 маслоотделителя содержит обратный клапан 54. Перепускной канал 56 привода находится между каналом 52 маслоотделителя и каналом 46 привода. Перепускной канал 56 привода содержит обратный клапан 58.

[0031] Поскольку возможный вариант конфигурации системы 10 вентиляции картера атмосферным воздухом предназначен для использования с двигателем, имеющим двойной выпускной коллектор, как показано на фиг. 1, и обсуждается в соответствии с этим, на фиг. 2 показана система 60 вентиляции картера атмосферным воздухом, предназначенная для использования на небольшом двигателе, имеющем, например, один выпускной коллектор.

[0032] На фиг. 1 показана система 60 вентиляции картера атмосферным воздухом, предназначенная для использования с небольшим двигателем 62 внутреннего сгорания имеющим, например, четыре цилиндра. Двигатель 62 внутреннего сгорания условно содержит картер 64 двигателя.

[0033] Единственный выпускной коллектор 66 присоединен к двигателю 62 внутреннего сгорания. Промежуточная впускная труба 68 присоединена к выпускному коллектору 66. Турбина 70 присоединена к промежуточной впускной трубе 68. Выхлопная труба 72 присоединена к турбине 70. Турбокомпрессор 74 функционально связан с турбиной 70.

[0034] Впускной коллектор присоединен к двигателю 62 внутреннего сгорания. Впускной коллектор связан с корпусом 78 дросселя, содержащим подвижную дроссельную заслонку 80. Промежуточная впускная труба 82 присоединена между турбокомпрессором 74 и корпусом 78 дросселя. Впускная труба 84 присоединена между воздушным фильтром 86 и турбокомпрессором 74. Управляющая впускная труба атмосферного воздуха и блок регулятора 88 имеют связь для обмена текучей средой с промежуточной впускной трубой 82.

[0035] Блок 90 встроенного вакуумного привода полностью присоединен к впускному коллектору при помощи отверстия 92 привода. Блок 90 привода содержит встроенный вакуумный привод 94 и канал 96 привода. Канал 96 привода присоединен между встроенным вакуумным приводом 94 и впускной трубой 84. Канал 96 привода обеспечивает вакуум, создаваемый встроенным вакуумным приводом 94 и впускной трубой 84.

[0036] Маслоотделитель 98 имеет сторону 100 для присоединения к картеру. Сторона 100 для присоединения к картеру, в составе маслоотделителя 98, присоединена к картеру 64.

[0037] Канал 102 между маслоотделителем и впускным коллектором находится между маслоотделителем 98 и впускным коллектором. Канал 102 между маслоотделителем и впускным коллектором содержит обратный клапан 104. Перепускной канал 106 привода находится между каналом 102, расположенным между маслоотделителем и впускным коллектором, и каналом 96 привода. Перепускной канал 106 привода содержит обратный клапан 108.

[0038] Работа системы вентиляции картера атмосферным воздухом в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения происходит одинаково как для двигателя с двойным выпускным коллектором, так и для двигателя с единственным выпускным коллектором. Независимо от конструкции, к картеру двигателя поступает постоянное и значительное количество атмосферного воздуха при любых условиях нагрузки двигателя.

[0039] В частности, когда обратный клапан 54 (104) канала 52 (102) маслоотделителя открыт, а обратный клапан 58 (108) перепускного канала 56 (106) привода закрыт, существует режим низкой мощности при частично открытой дроссельной заслонке. При этих условиях газы картера засасываются из картера 14 (64) двигателя через маслоотделитель 48 (98) в канал 52 (102) маслоотделителя и во впускной коллектор 26 благодаря вакууму во впускной системе.

[0040] И наоборот, когда обратный клапан 54 (104) канала 52 (102) маслоотделителя закрыт, а обратный клапан 58 (108) перепускного канала 56 (106) привода открыт, существует режим высокой мощности с нагнетанием. При этих условиях газы картера засасываются из картера 14 (64) двигателя через маслоотделитель 48 (98) в перепускной канал 56 (106) привода и в канал 46 (96) привода блока 40 (90) привода.

[0041] Таким образом, в соответствии с концепцией раскрываемого изобретения, постоянное и значительное количество атмосферного воздуха подается к картеру двигателя независимо от режима работы. В этом случае концепция раскрываемого изобретения преодолевает проблемы, стоящие перед известными системами ПВК, и сводит к минимуму риск преждевременного разложения моторного масла и, как следствие, отказа двигателя. Концепция раскрываемого изобретения не только находит применение в автомобильной промышленности, но может также быть полезна в индустрии морских двигателей, где суда обычно движутся в течение многих часов в холодной воде, что создает возможности для появления осадка в моторном масле, что, в свою очередь, требует скорейшего возврата в док. В таких условиях эксплуатации известные системы ПВК работают с большой нагрузкой.

[0042] Концепция раскрываемого изобретения, изложенная выше, преодолевает проблемы, стоящие перед известными вариантами реализации систем ПВК, в разнообразных двигателях внутреннего сгорания. Соответственно, специалисты в данной области легко согласятся с тем, что на основе данного обсуждения и прилагаемых чертежей могут быть сделаны различные изменения, модификации и вариации без отступления от сущности и справедливого объема настоящего изобретения, как определено нижеследующей формулой изобретения.

Claims

1. Система постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом для двигателя внутреннего сгорания, имеющего картер и впускной коллектор с воздухозаборником, при этом система содержит:

встроенный вакуумный привод, соединенный с впускным коллектором;

канал привода между указанным приводом и воздухозаборником;

маслоотделитель, соединенный с картером;

канал маслоотделителя и клапан маслоотделителя между указанным маслоотделителем и впускным коллектором; и

перепускной канал, и перепускной клапан между указанным каналом маслоотделителя и указанным каналом привода.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанные клапаны являются обратными клапанами.

3. Система по п. 1, дополнительно содержащая управляющую трубу атмосферного воздуха и блок регулятора, присоединенный к воздухозаборнику.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный перепускной канал соединен с указанным каналом маслоотделителя в месте между указанным маслоотделителем и впускным коллектором.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что указанный клапан канала маслоотделителя расположен между впускным коллектором и местом соединения указанного перепускного канала с указанным каналом маслоотделителя.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что указанный канал привода является каналом вакуума, выполненным с возможностью создания в нем вакуума от воздухозаборника к указанному приводу.

7. Система постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом для двигателя внутреннего сгорания, имеющего картер, впускной коллектор и воздухозаборник, присоединенный к указанному впускному коллектору, содержащая:

встроенный вакуумный привод, присоединенный к указанному впускному коллектору;

канал привода между указанным приводом и указанным воздухозаборником;

маслоотделитель, соединенный с указанным картером;

канал маслоотделителя и регулирующий клапан между указанным маслоотделителем и указанным впускным коллектором; и

перепускной канал, и регулирующий клапан между указанным каналом маслоотделителя и указанным каналом привода.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что указанный воздухозаборник содержит первичную впускную трубу и промежуточную впускную трубу, причем указанная промежуточная впускная труба расположена между указанной первичной впускной трубой и указанным впускным коллектором.

9. Система по п. 8, дополнительно содержащая управляющую трубу атмосферного воздуха и блок регулятора, присоединенный к указанной промежуточной впускной трубе.

10. Система по п. 8, отличающаяся тем, что указанный канал привода присоединен к указанной первичной впускной трубе указанного воздухозаборника.

11. Система по п. 8, дополнительно содержащая компрессор, присоединенный между указанной первичной впускной трубой и указанной промежуточной впускной трубой.

12. Система по п. 11, дополнительно содержащая выпускной коллектор, присоединенный к указанному двигателю, выпускную трубу, присоединенную к указанному выпускному коллектору, и турбину, присоединенную к указанной выпускной трубе и указанному компрессору.

13. Система по п. 7, отличающаяся тем, что указанный перепускной канал соединен с указанным каналом маслоотделителя в месте между указанным маслоотделителем и указанным впускным коллектором.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что указанный регулирующий клапан канала маслоотделителя расположен между указанным впускным коллектором и местом соединения указанного перепускного канала с указанным каналом маслоотделителя.

15. Система по п. 7, отличающаяся тем, что указанный канал привода является каналом вакуума, выполненным с возможностью создания в нем вакуума от указанного воздухозаборника к указанному приводу.

16. Способ обеспечения постоянной вентиляции картера атмосферным воздухом для двигателя внутреннего сгорания, при этом способ содержит следующие шаги:

формируют двигатель, имеющий картер и впускной коллектор с воздухозаборником, встроенный вакуумный привод, соединенный с указанным впускным коллектором, канал привода между указанным приводом и указанным воздухозаборником, маслоотделитель, соединенный с указанным картером, канал маслоотделителя и клапан маслоотделителя между указанным маслоотделителем и указанным впускным коллектором, а также перепускной канал и перепускной клапан между указанным каналом маслоотделителя и указанным каналом привода;

устанавливают режим низкой мощности при частично открытой дроссельной заслонке посредством переключения указанного клапана маслоотделителя в его открытое положение и переключения указанного перепускного клапана в его закрытое положение; и

устанавливают режим нагнетания высокой мощности посредством переключения указанного клапана маслоотделителя в его закрытое положение и переключения указанного перепускного клапана в его открытое положение.

17. Способ по п. 16, содержащий шаг обеспечения управляющей трубы атмосферного воздуха и блока регулятора, присоединенного к воздухозаборнику.

18. Способ по п. 16, содержащий шаг обеспечения впускного нагнетателя с указанным воздухозаборником.

19. Способ по п. 16, содержащий шаг размещения указанного клапана канала маслоотделителя между указанным впускным коллектором и местом соединения указанного перепускного канала с указанным каналом маслоотделителя.

20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанный канал привода является каналом вакуума, в котором вакуум создают от указанного воздухозаборника к указанному приводу.