Сепаратор

Сепаратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение имеет отношение к сепаратору. В частности, настоящее изобретение имеет отношение к сепаратору для отделения загрязняющих веществ в виде твердых частиц, жидкости и аэрозоля от потока текучей среды. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения имеют отношение к сепаратору для отделения загрязняющих веществ в виде твердых частиц, жидкости и аэрозоля от потока картерных газов поршневого двигателя. Сепараторы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения содержат механизмы для регулирования давления в системе вентиляции картера. Варианты осуществления настоящего изобретения представляют собой снабженный насосом сепаратор, выполненный заодно с регулятором, пригодный для использования в системе вентиляции картера.

Картерные газы внутри поршневого двигателя образуются как побочные продукты процесса сгорания. Во время сгорания некоторая часть смеси этих газообразных продуктов сгорания прорывается через поршневые кольца или другие уплотнения и попадает в картер двигателя снаружи поршней. Термин ″картерные″ означает, что эти газы прорвались через уплотнения поршней в картер. Величина потока картерных газов зависит от нескольких факторов, например, рабочего объема цилиндров двигателя, эффективности уплотнений поршней в цилиндрах и выходной мощности двигателя. Картерные газы, как правило, содержат такие составляющие: масло (как в виде жидкости, так и в виде аэрозоля с размером капель аэрозоля в диапазоне 0,1-10 мкм), частицы сажи, оксиды азота (NOx), углеводороды (как газообразные углеводороды, так и газообразные альдегиды), оксид углерода, диоксид углерода, кислород, вода, а также газообразные составляющие воздуха.

Если картерные газы удерживаются внутри картера без выхода, то давление внутри картера растет до тех пор, пока оно не будет сброшено из-за утечки масла из картера где-нибудь в двигателе, например, в уплотнениях картера, уплотнениях щупа для измерения уровня масла или уплотнениях турбонагнетателя. Такая утечка может привести к повреждениям двигателя.

Известным техническим решением для предотвращения таких повреждений и чрезмерных потерь масла является применение выпускного клапана, который позволяет выпускать картерные газы в атмосферу. Однако с повышением внимания к вопросам окружающей среды в общем, и в моторостроении в частности, выпуск картерных газов в атмосферу становится неприемлемым из-за выброса масла и других загрязняющих веществ из полости картера. Кроме того, такой выпуск картерных газов увеличивает расход картерного масла.

Известно также фильтрование картерных газов. Отфильтрованные картерные газы затем могут быть выпущены в атмосферу как и ранее (в системе с разомкнутым контуром). Отделенное масло возвращают в поддон картера через сливной шланг. Картерные газы могут быть пропущены через фильтрующий материал или другой известный сепаратор для удаления масла, сажи и других загрязняющих веществ с целью защиты узлов двигателя от загрязнения и предотвращения любых возникающих вследствие этого ухудшений рабочих характеристик или неисправностей узлов. Для предотвращения неприемлемо высоких давлений в картере двигателя такой сепаратор не должен иметь перепада давления потока выше допустимого предела, который определяется изготовителем двигателя, для предотвращения утечек масла из уплотнений картера двигателя и других уплотнений. Как правило, устанавливают верхний предел от 5 мбар до 50 мбар (0,5-5 кПа).

Возвращением очищенных картерных газов в воздухозаборник двигателя (с образованием системы с замкнутым контуром) обеспечивают отсутствие выпуска в атмосферу аэрозолей масла, оставшихся после сепарации. Для таких систем (известных как замкнутые системы вентиляции картера) небольшое разрежение, создаваемое воздухозаборником двигателя, приводит к необходимости в отдельном регуляторе давления для предотвращения передачи отрицательных давлений в двигатель при некоторых неустановившихся режимах частоты вращения и нагрузки.

Если же очищенный картерный газ возвращают в воздухозаборник двигателя через турбонагнетатель, то необходимо удовлетворять условия эксплуатации, заданные изготовителем этого турбонагнетателя, по эффективности очистки воздуха. Например, как правило, максимальная скорость загрязнения маслом для турбонагнетателей составляет 0,2 г/ч. Это требование может дополнительно повысить необходимую эффективность сепарации.

Максимальная гравиметрическая эффективность сепарации для известных сепараторов, имеющих перепад давления в пределах, которые определены разомкнутой или замкнутой системой вентиляции картера, измерена и известна специалистам в данной области техники. Как правило, может быть удалено 70-80% аэрозолей масла по массе. Было установлено, что применение двух установленных последовательно сепараторов, каждый из которых использует часть рабочего перепада давления, не дает значительного повышения общей эффективности.

Потребность в повышении эффективности сепарации возрастает как в системах с разомкнутым, так и в системах с замкнутым контуром. Например, многие изготовители двигателей требуют общую измеренную по массе (гравиметрическую) эффективность сепарации масла выше чем 98% для частиц, собранных с использованием фильтра для абсолютных измерений. С использованием современного оборудования фракционная эффективность сепарации (то есть характеристика сепарации устройства для частиц любого заданного размера) может быть измерена для частиц, размеры которых больше чем приблизительно 0,03 мкм. Аналогично могут быть измерены характеристики требуемого фракционного состава частиц для двигателя (т.е. фракционный состав загрязняющих веществ). В некоторых случаях требования к эффективности сепарации задают для частиц заданных размеров порядка 0,2 мкм, причем эффективность сепарации может достигать 85%. Кроме того, нормативные документы по выбросам в Европе и США постепенно повышают требования к эффективности сепарации, так что скоро будет требоваться достижение 99% гравиметрической эффективности сепарации.

Сепарация с использованием фильтрующих материалов нежелательна, поскольку такие фильтры имеют ограниченный срок службы, до того как они засорятся и должны будут быть заменены. Изготовители двигателей и конечные пользователи, как правило, предпочитают использовать только те узлы двигателя, которые могут оставаться на своем месте на протяжении всего ресурса двигателя. Несмотря на то, что сепараторы, не требующие замены на протяжении всего срока службы, известны, среди них необходимых уровней эффективности сепарации до сих пор были способны достигать в общем только снабженные приводом центробежные сепараторы и электрофильтры. Такие сепараторы дороги в изготовлении, потребляют электрическую энергию или имеют движущиеся части, которые могут быть подвержены износу. Недорогие, не требующие замены на протяжении всего срока службы инерционные сепараторы (в которых сепарация происходит тогда, когда поток загрязненного газа сталкивается с отбойником инерционного сепаратора, установленным поперек газового потока), как правило, не обеспечивают достижения требуемой эффективности сепарации. В данной области техники инерционные сепараторы также называют инерционными газожидкостными сепараторами. Известно использование инерционных газожидкостных сепараторов как в разомкнутых, так и замкнутых системах вентиляции картера. Загрязняющие вещества удаляют из потока текучей среды путем ускорения этой текучей среды до высокой скорости через прорезь, форсунку, сопло или другое отверстие, и направления потока текучей среды на отбойник инерционного сепаратора для резкого изменения направления этого потока.

В WO-2009/037496-A2 на имя Parker Hannifin (UK) Ltd. описан сепаратор для отделения загрязняющих веществ от потока текучей среды. Этот сепаратор содержит: камеру, первый вход для впуска первого потока текучей среды, который имеет форсунку в виде суживающегося сопла для ускорения упомянутого первого потока текучей среды, и второй вход для впуска второго потока текучей среды, содержащего увлеченные им загрязняющие вещества, например, картерный газ. Второй вход расположен относительно первого входа так, что первый поток текучей среды может увлекать и ускорять второй поток текучей среды с образованием объединенного потока текучей среды внутри камеры. Упомянутая камера имеет поверхность, расположенную так, что она может вызвать отклонение направления упомянутого объединенного потока текучей среды, сталкивающегося с ней, так что загрязняющие вещества отделяются от этого объединенного потока текучей среды.

В сепараторе этого известного вида загрязняющие вещества могут быть удалены из потока текучей среды с высоким уровнем эффективности сепарации без потребности в приводимых в движение или движущихся частях. Такой сепаратор пригоден для отделения загрязняющих веществ от потока газов, такого как поток картерных газов, извлеченных из двигателя внутреннего сгорания. Первый поток текучей среды, который может быть отведен от турбокомпрессора или другого источника сжатого воздуха в двигателе транспортного средства, служит для извлечения картерных газов из картера двигателя. Первый поток текучей среды образует зону пониженного давления в упомянутой камере, в которую всасываются картерные газы. Такой сепаратор может представлять собой сепаратор, не требующий замены на протяжении всего срока службы вследствие отсутствия движущихся частей, которые могут отказать, или фильтрующих материалов, которые могут быть подвержены засорению и требуют частой замены.

Для сепараторов, имеющих поверхность отбойника, размещенную так, чтобы вызывать сепарацию отклонением направления потока текучей среды, эффективность сепарации может быть повышена путем установки форсунки, через которую проходит поток текучей среды. Эта форсунка вызывает ускорение потока текучей среды, так что он сталкивается с поверхностью отбойника с более высокой скоростью. Целесообразно выполнение форсунки с наименьшей возможной площадью поперечного сечения для достижения наивысших скорости и эффективности сепарации. Нежелательным следствием этого является более высокий перепад давления на сепараторе. Для предотвращения возрастания давления в картере до неприемлемого уровня минимальный размер форсунки, а следовательно и рабочие характеристики сепаратора, являются ограниченными. Для поддержания давления в картере в допустимых пределах также должен быть добавлен регулятор давления, расположенный выше или ниже по потоку относительно сепаратора.

Такие описанные выше инерционные сепараторы, имеющие форсунки с фиксированным сечением, создают воздушный поток, имеющий равномерную скорость по поверхности отбойника. Вследствие различий инерционных свойств частиц различных размеров существует характеристическая кривая фракционной эффективности сепарации, при этом наименьшие частицы имеют значительно меньшую вероятность успешной сепарации по сравнению с частицами, размеры и вес которых больше.

Одной из целей настоящего изобретения является частичное или полное устранение одного или более недостатков известных технических решений, упомянутых в этом описании или в другом источнике. В частности, одной из целей настоящего изобретения является повышение эффективности систем вентиляции картера, в частности, замкнутых систем вентиляции картера, не требующих замены на протяжении всего срока службы (известных как системы ″CCV″). Предложенные варианты осуществления настоящего изобретения не требуют электрической энергии или сложных вращающихся частей. Еще одной целью настоящего изобретения является создание сепаратора высокой эффективности, который предотвращает повышение давления на входе текучей среды до неприемлемых уровней.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен сепаратор для отделения загрязняющих веществ от потока текучей среды, содержащий: первый вход, предназначенный для впуска первого потока текучей среды, содержащего увлеченные им загрязняющие вещества; первую и вторую ступени сепарации, соединенные одна с другой последовательно и соединенные с первым входом для впуска первого потока текучей среды с первого входа, при этом каждая из них предназначена для отделения загрязняющих веществ от первого потока текучей среды; и насос, соединенный со второй ступенью сепарации и предназначенный для создания зон пониженного давления для всасывания первого потока текучей среды через первую и вторую ступени сепарации; причем одна из упомянутых ступеней сепарации содержит регулируемый инерционный сепаратор, содержащий: первую камеру, предназначенную для впуска первого потока текучей среды; вторую камеру, соединенную с первой камерой по меньшей мере одним отверстием, выполненным так, что первый поток текучей среды ускоряется при прохождении через упомянутое отверстие и сталкивается с поверхностью отбойника, так что загрязняющие вещества отделяются от первого потока текучей среды; и привод, выполненный так, чтобы регулировать площадь пропускного сечения упомянутого(-ых) отверстия, каждого отверстия или группы отверстий в соответствии с перепадом давления между давлением текучей среды в первой камере и эталонным избыточным давлением текучей среды в третьей камере; при этом другая из упомянутых ступеней сепарации содержит или второй регулируемый инерционный сепаратор, или фильтрующий материал.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что насос создает зону пониженного давления ниже по потоку относительно поверхности отбойника, которая обеспечивает возможность поддержания высокого перепада давления на ступенях сепаратора без повышения давления на входе до неприемлемых уровней. Кроме того, регулируемый инерционный сепаратор или по меньшей мере один из регулируемых инерционных сепараторов обеспечивает возможность поддержания входного давления на заданном уровне относительно эталонного избыточного давления. Предпочтительно эталонное избыточное давление представляет собой давление окружающей среды, что обеспечивает возможность точного регулирования давления в картере на уровне давления окружающей среды или около него, что снижает давление на уплотнениях двигателя.

Сепараторы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения в результате разделения рабочего перепада давления, создаваемого насосом, на две или более ступени(-ей) сепарации способны достигать значительно больших значений как гравиметрической, так и фракционной эффективности сепарации, по сравнению с рабочими характеристиками одноступенчатого сепаратора с тем же перепадом давления. Этот значительный результат недостижим без использования внешнего источника энергии в виде насоса. В то же время регулируемый инерционный сепаратор или каждая ступень сепарации регулируемого инерционного сепаратора обеспечивает возможность повышения эффективности сепарации до максимума с эффективным регулированием давления на сепараторе для предотвращения снижения давления в картере ниже или возрастания выше заданных пределов. Регулируемый инерционный сепаратор или каждый из них дополнительно обеспечивает регулирование площади пропускного сечения отверстия в соответствии с рабочим давлением насоса. Данное регулирование площади пропускного сечения отверстия уменьшает или полностью устраняет эффект пульсации давления или колебаний высоких и низких давлений, которые, как правило, возникают в нерегулируемых или плохо регулируемых снабженных насосным приводом сепараторах.

Для регулируемого инерционного сепаратора или по меньшей мере одного из регулируемых инерционных сепараторов поверхность отбойника может быть расположена во второй камере и выполнена так, чтобы отклонять первый поток текучей среды после поступления первого потока текучей среды во вторую камеру, так что загрязняющие вещества отделяются от первого потока текучей среды.

Для регулируемого инерционного сепаратора или по меньшей мере одного из регулируемых инерционных сепараторов форма упомянутого отверстия может быть выбрана так, что скорость изменения площади пропускного сечения отверстия имеет нелинейную зависимость от изменения перепада давления между первой и третьей камерами.

Для регулируемого инерционного сепаратора или по меньшей мере одного из регулируемых инерционных сепараторов привод может содержать мембрану, отделяющую первую камеру от третьей камеры.

Для регулируемого инерционного сепаратора или по меньшей мере одного из регулируемых инерционных сепараторов первая камера может быть образована внутренней трубой, предназначенной для впуска первого потока текучей среды с первого конца внутренней трубы, и вторая камера образована внешней трубой, окружающей первую камеру, при этом второй конец упомянутой внутренней трубы перекрыт упомянутой мембраной.

Для регулируемого инерционного сепаратора или по меньшей мере одного из регулируемых инерционных сепараторов мембрана может быть выполнена так, чтобы перемещаться вдоль продольной оси труб в зависимости от изменения перепада давления между давлением в первой камерой и эталонным избыточным давлением.

Для регулируемого инерционного сепаратора или по меньшей мере одного из регулируемых инерционных сепараторов упомянутое отверстие может представлять собой сквозную прорезь, выполненную в стенке внутренней трубы, и мембрана также имеет гибкую часть, предназначенную для постепенного перекрывания и открывания прорези с изменением размера открытой части упомянутого отверстия при перемещении мембраны. В альтернативных вариантах осуществления эта прорезь может быть заменена группой отдельных прорезей, окон или других отверстий, выполненных между камерами.

Сепаратор может также содержать слив, предназначенный для слива жидких загрязняющих веществ из сепаратора.

Первая ступень сепарации может содержать регулируемый инерционный сепаратор, и вторая ступень сепарации содержит фильтрующий материал, расположенный между первой ступенью сепарации и насосом, при этом упомянутый фильтрующий материал содержит проходной фильтрующий материал, предназначенный для улавливания части загрязняющих веществ, увлеченных первым потоком текучей среды.

Насос может содержать четвертую камеру, имеющую второй вход для впуска второго потока текучей среды в четвертую камеру, при этом во втором входе расположена форсунка в виде сужающегося сопла для ускорения второго потока текучей среды, и третий вход для впуска первого потока текучей среды, причем третий вход расположен относительно второго входа так, что второй поток текучей среды может увлекать и ускорять первый поток текучей среды. Альтернативно насос имеет электрический или гидравлический привод.

Сепаратор также может содержать циклонный сепаратор, присоединенный между первым входом и первой ступенью сепарации, при этом упомянутый циклонный сепаратор предназначен для ускорения текучей среды, поступающей с первого входа, по спиральной траектории для отделения загрязняющих веществ от первого потока текучей среды.

Первая ступень сепарации может содержать регулируемый инерционный сепаратор, и внутренняя труба, образующая первую камеру регулируемого инерционного сепаратора, простирается вниз в циклонный сепаратор с образованием завихрителя циклонного сепаратора.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложена система вентиляции картера, содержащая: канал для картерных газов, предназначенный для подачи картерных газов из картера; и сепаратор по любому из предшествующих пунктов, в котором первый вход соединен с упомянутым каналом для картерных газов.

Насос может быть выполнен так, чтобы его можно было соединять с системой впуска воздуха двигателя, с системой выпуска отработавших газов транспортного средства или с выпуском газов в окружающую среду.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий систему вентиляции картера, описанную выше, в которой второй вход предназначен для впуска потока газа под давлением, отводимого от турбонагнетателя, и сепаратор предназначен для отделения картерного масла от картерных газов.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предложен сепаратор для отделения загрязняющих веществ от потока текучей среды, содержащий: первый вход, предназначенный для впуска первого потока текучей среды, содержащего увлеченные им загрязняющие вещества; первую и вторую ступени сепарации, соединенные одна с другой последовательно и соединенные с первым входом для впуска первого потока текучей среды с первого входа, при этом каждая из них предназначена для отделения загрязняющих веществ от первого потока текучей среды; и насос, соединенный со второй ступенью сепарации и выполненный так, чтобы создавать зоны пониженного давления для всасывания первого потока текучей среды через первую и вторую ступени сепарации; при этом одна из упомянутых ступеней сепарации содержит регулируемый инерционный сепаратор, содержащий: первую камеру, предназначенную для впуска первого потока текучей среды; вторую камеру, соединенную с первой камерой отверстием, выполненным так, что первый поток текучей среды ускоряется при прохождении через упомянутое отверстие и сталкивается с поверхностью отбойника, так что загрязняющие вещества отделяются от первого потока текучей среды; и привод, предназначенный для регулирования площади пропускного сечения упомянутого отверстия в соответствии с перепадом давления между давлением текучей среды в первой камере и эталонным избыточным давлением текучей среды в третьей камере; и при этом другая из упомянутых ступеней сепарации содержит или второй регулируемый инерционный сепаратор, или фильтрующий материал, или циклонный фильтр, установленный между первым входом и регулируемым инерционным сепаратором.

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

на Фиг. 1 схематически показана система двигателя, содержащего замкнутую систему вентиляции картера;

на Фиг. 2 показан вид в разрезе замкнутой системы вентиляции картера, содержащей инерционный сепаратор, выполненный с переменной характеристикой зависимости от изменения давления в картере;

Фиг. 3 представляет собой увеличенный вид в разрезе инерционного сепаратора замкнутой системы вентиляции картера, показанного на Фиг. 2;

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе трубки инерционного сепаратора, показанной на Фиг. 2;

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе альтернативного инерционного сепаратора замкнутой системы вентиляции картера;

Фиг. 6 представляет собой увеличенный вид в разрезе мембранообразующей части инерционного сепаратора замкнутой системы вентиляции картера, показанного на Фиг. 5, в закрытом положении;

Фиг. 7 представляет собой увеличенный вид в разрезе мембранообразующей части инерционного сепаратора замкнутой системы вентиляции картера, показанного на Фиг. 5, в открытом положении;

на Фиг. 8 показан вид в разрезе сепаратора замкнутой системы вентиляции картера, выполненного в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения и содержащего инерционные сепараторы первой и второй ступени, каждый из которых выполнен с переменной характеристикой зависимости от изменения давления в картере;

на Фиг. 9 показан вид в разрезе сепаратора замкнутой системы вентиляции картера, выполненного в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения и содержащего инерционный сепаратор первой ступени, выполненный с переменной характеристикой зависимости от изменения давления в картере, и фильтр-сепаратор второй ступени;

Фиг. 10 иллюстрирует изменение общей гравиметрической эффективности сепарации для многоступенчатых сепараторов, содержащих два, три или четыре инерционных сепаратора, при этом показана гравиметрическая эффективность сепарации каждой ступени инерционного сепаратора;

Фиг. 11 иллюстрирует контрольный массовый фракционный состав аэрозоля для картерных газов, отведенных от дизельного двигателя 2010, полученный в диапазоне от 0,02 мкм до 8 мкм;

Фиг. 12 иллюстрирует взаимную зависимость между перепадом давления и фракционной эффективностью сепарации для одноступенчатого регулируемого инерционного сепаратора;

Фиг. 13 иллюстрирует фракционную эффективность сепарации для регулируемых инерционных сепараторов для перепада давления 120 мбар (12 кПа) и 60 мбар (6 кПа), а также требуемую фракционную эффективность сепарации каждого из двух регулируемых инерционных сепараторов для перепада давления 60 мбар (6 кПа) в двухступенчатом сепараторе;

Фиг. 14 иллюстрирует фракционную эффективность сепарации для регулируемых инерционных сепараторов для перепада давления 120 мбар (12 кПа) и 60 мбар (6 кПа), а также для двухступенчатого сепаратора, содержащего два регулируемых инерционных сепаратора для перепада давления 60 мбар (6 кПа), соединенных один с другим последовательно;

Фиг. 15 иллюстрирует фракционную эффективность сепарации для регулируемых инерционных сепараторов для перепада давления 100 мбар (10 кПа) и 50 мбар (5 кПа), а также для двухступенчатого сепаратора, содержащего два регулируемых инерционных сепаратора для перепада давления 50 мбар (5 кПа), соединенных друг с другом последовательно; и

Фиг. 16 иллюстрирует фракционную эффективность сепарации для не имеющего привода регулируемого инерционного сепаратора, снабженного насосным приводом регулируемого инерционного сепаратора, фильтрующего материала низкой плотности, а также комбинации регулируемого инерционного сепаратора с насосным приводом и фильтрующего материала низкой плотности, соединенных один с другим последовательно.

Обычная схема сепаратора для очистки картерных газов двигателя от масла, возвращающего очищенный газ в воздухозаборник двигателя, называется замкнутой системой вентиляции картера. Известные замкнутые системы вентиляции картера требуют применения регулятора давления в картере для предотвращения передачи избыточной части разрежения, образовавшегося в воздухозаборнике двигателя, через сепаратор замкнутой системы вентиляции картера в картер двигателя.

На Фиг. 1 показана конструкция традиционной замкнутой системы 2 вентиляции картера, установленной на дизельном двигателе 4. Картерные газы из картера двигателя поступают в замкнутую систему 2 вентиляции картера по всасывающему каналу 6. Замкнутая система 2 вентиляции картера содержит регулятор 8, присоединенный последовательно к всасывающему каналу 6 и сепаратору 10 загрязняющих веществ. Регулятор 8 и сепаратор 10 показаны на Фиг. 1 объединенными.

Для увеличения перепада давления на сепараторе 10, и тем самым повышения эффективности фильтрации, в закрытой замкнутой системе вентиляции картера (отдельно не показанной на Фиг. 1) факультативно может быть предусмотрен насос 12. Очищенные картерные газы выходят из замкнутой системы вентиляции картера через газоотводный патрубок 14 и возвращаются в систему впуска воздуха в двигатель. В частности, система впуска воздуха в двигатель засасывает воздух снаружи транспортного средства через воздухозаборник 16, затем воздух проходит через входной воздухоочиститель и глушитель шума всасывания 18, компрессор 20, приводимый в действие турбонагнетателем 22 (в свою очередь приводимым в действие выхлопными газами 24 двигателя) и вторичный охладитель 26 для охлаждения сжатого воздуха перед его подачей в двигатель 4. Очищенные картерные газы проходят из газоотводного патрубка 14 в компрессор 20. Масло и другие загрязняющие вещества, отделенные от картерных газов, возвращаются в картер двигателя через слив 28 масла.

В системе, показанной на Фиг. 1, некоторая часть разрежения, образованного между турбонагнетателем 22 и воздухоочистителем 18, теряется на сепараторе 10 картерных газов. Регулятор 8 регулирует любое оставшееся разрежение, которое в ином случае попало бы в картер двигателя. Как видно, перекрытием регулятора не обязательно ограничен весь воздушный поток, всасываемый турбокомпрессором 22, поскольку некоторая часть потока может всасываться через воздухоочиститель 18 двигателя.

На Фиг. 2 показан вид в разрезе замкнутой системы вентиляции картера для отделения загрязняющих веществ в виде жидкостей, аэрозолей и твердых частиц от потока картерных газов. Сепаратор содержит регулируемый инерционный сепаратор, в котором размер отверстия, через которое проходят картерные газы, автоматически регулируется для оптимизации эффективности сепарации и для обеспечения некоторой степени регулирования общего давления для предотвращения чрезмерного изменения давления внутри картера в результате того, что разрежение, создаваемое насосом, со временем изменяется. Обозначены соответствующие части системы, такие как отдельный регулятор давления 8, сепаратор 10 и насос 12.

Регулятор 8 содержит плавающую мембрану 30, которая выполнена так, чтобы открываться и закрываться для ограничения потока картерных газов и регулирования давления в картере по необходимости. Картерные газы попадают в первую камеру 32 регулятора через вход 6 газа замкнутой системы вентиляции картера. В камере 32 по существу такое же давление, как и в картере двигателя. Мембрана 30 по меньшей мере частично перекрывает зазор между первой камерой 32 и второй камерой 34 (в свою очередь соединенной с сепаратором 10). Первая сторона мембраны 30 находится под давлением картерных газов в камере 32. Вторая сторона мембраны 30 находится под давлением газа окружающей среды в камере 36, которая имеет отверстие, соединяющее ее с окружающей средой. Альтернативно третья камера 36 может быть соединена с отдельным источником эталонного избыточного давления.

Перемещение мембраны 30 регулируется первой и второй пружинами 38, 40. Пружина 38 расположена во второй камере и препятствует перемещению мембраны 30, перекрывающему зазор между первой и второй камерами 32, 34. Пружина 40 расположена в третьей камере 36 и препятствует перемещению мембраны 30, увеличивающему зазор между первой и второй камерами 32, 34. Регулировка чувствительности пружин 38, 40 и регулировка относительных размеров первой и второй сторон мембраны 30, на которую действуют давление картерных газов и давление газов окружающей среды, могут быть использованы для регулирования скорости и протяженности перемещения мембраны 30.

Встроенный насос 12 улучшает характеристики сепарации замкнутой системы 2 вентиляции картера путем создания разрежения для всасывания картерных газов через сепаратор 10, которое превышает разрежение, доступное от компрессора 20. Давление в первой камере 32 регулируют до требуемого давления в картере двигателя в соответствии с техническими характеристиками насоса по созданию необходимого разрежения, задавая усилия соответствующих пружин регулирования давлений в регуляторе 8 и задавая характеристику сепаратора 10 по давлению, как подробнее описано ниже. Давление во второй камере 34 определяется регулируемым перепадом давления на сепараторе (в соответствии с характеристикой сепаратора 10 по давлению) и разрежением, создаваемым насосом 12. Создаваемое разрежение определяется в соответствии с рабочей точкой на выбранной характеристической кривой зависимости подачи насоса от давления.

Очевидно, что для сепаратора снабженной насосом замкнутой системы вентиляции картера поток через этот насос может быть полностью ограничен положением мембраны регулятора. Для регулятора, показанного на Фиг. 2, если мембрана 30 приходит в контакт с торцом трубчатой стенки 42, разделяющей первую и вторую камеры 32, 34, то газовый поток между первой и второй камерами перекрывается. Перекрытие потока воздействует на насос 12 подобно явлению пульсации давления в насосе, при котором нерегулируемый поршневой насос может вызывать пульсации давления на выходе. Ограниченный поток вследствие большей частью или полностью закрытого регулятора смещает рабочую точку насоса в сторону соответственно низкого расхода и высокого разрежения. Повышенное разрежение, созданное во второй камере 34, дополнительно увеличивает усилие, действующее на регулирующие разрежение пружины 38, 40, и расход потока картерных газов ограничивается еще больше. Только большее усилие, действующее на мембрану 30 и созданное повышением положительного давления в картере двигателя, может снова открыть регулятор. Как рассмотрено выше, чрезмерное повышение давления в картере может привести к повреждению картера и утечке масла. Между упомянутыми регулятором и насосом возникает замкнутый цикл регулирования колебаний высоких и низких давлений, которые не могут регулироваться обычным регулятором с линейной характеристикой.

Проблемы колебаний высоких и низких давлений, характерные для снабженных насосом замкнутых систем вентиляции картера, могут встречаться также и в системах вентиляции картера других типов. В частности, колебания давлений могут возникать в разомкнутых системах вентиляции картера, не имеющих насоса замкнутых системах вентиляции картера и в снабженных отсасывающим насосом системах вентиляции. В более широком толковании проблемы, рассмотренные выше и связанные с известными регуляторами, могут возникать в любой системе, содержащей регулятор давления.

Усовершенствованный регулятор, предназначенный для решения проблем колебаний высоких и низких давлений и пульсаций давления в насосе, представляет собой предмет опубликованной патентной заявки на сепаратор (WO-2011/070341-А1 на имя Parker Hannifin (UK) Ltd.). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения замкнутая система вентиляции картера может содержать инерционный сепаратор, использующий способ регулирования давления, подобный описанному в WO-2011/070341-А1.

Насос 12 служит для создания зоны низкого давления газа для просасывания загрязненных картерных газов через сепаратор 10. Насос 12 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может быть выполнен как струйный насос одного из видов. Подобные струйные насосы в сочетании с сепараторами описаны в WO-2009/037496-A2. Первый вход 50 в насос 12 питается от источника газа под давлением, в данном описании названного ″наддувочный газ″. Наддувочный газ может подаваться турбонагнетателем 22 или любым другим источником находящегося под давлением газа, такого как выхлопные газы. Наддувочный газ не обязательно должен иметь высокую скорость на входе для наддувочного газа. Наддувочный газ может быть статическим, хотя и под давлением. Факультативно наддувочный газ может быть получен из источника выхлопных газов или турбонагнетателя и храниться в отдельной приемной камере или резервуаре перед подачей на вход наддувочного газа.

Наддувочный газ поступает в насос через вход 50 наддувочного газа. При использовании на двигателе с турбонаддувом наддувочный газ может быть получен из источника газа под давлением, такого как впускной коллектор. Альтернативно газ под давлением может быть получен непосредственно из турбонагнетателя, однако предпочтение отдается получению воздуха из впускного коллектора, поскольку на этой стадии газ от турбонагнетателя уже прошел через теплообменник (альтернативно называемый промежуточным охладителем), охладившись при этом от приблизительно 180-200°C до 50-60°C. Использование наддувочного газа из охладителя позволяет изготовление сепаратора из материалов более низкой стоимости, которые не должны быть стойкими к таким высоким температурам. Альтернативно в качестве наддувочного газа могут быть использованы выхлопные газы, полученные из точки отбора, расположенной перед турбонагнетателем или после него. Наддувочный газ, как правило, имеет абсолютное давление от 1 бар до 4 бар (100-400 кПа) (до 3 бар (300 кПа) выше атмосферного давления).

Наддувочный газ проходит через форсун