[RU]

Предложена система контроля загрязнения окружающей среды от выбросов для дизельных двигателей, содержащая клапан принудительной вентиляции картера и масляный фильтр, расположенные вместе в одном контейнере. Открытое и закрытое состояния клапана принудительной вентиляции картера регулируются контроллером предпочтительно с помощью беспроводной связи, в соответствии с измеряемыми параметрами картерных газов, такими как давление, температура, состав и/или скорость истечения картерных газов. Для управления клапаном принудительной вентиляции картера контроллер по беспроводной связи получает данные, полученные путем измерений от датчика картерных газов. Масляный фильтр отделяет от картерных газов твердые частицы и конденсирует масло для возвращения его в двигатель. Контроллер регулирует количество картерных газов, проходящих через систему.

(57) Реферат / Формула:

Предложена система контроля загрязнения окружающей среды от выбросов для дизельных двигателей, содержащая клапан принудительной вентиляции картера и масляный фильтр, расположенные вместе в одном контейнере. Открытое и закрытое состояния клапана принудительной вентиляции картера регулируются контроллером предпочтительно с помощью беспроводной связи, в соответствии с измеряемыми параметрами картерных газов, такими как давление, температура, состав и/или скорость истечения картерных газов. Для управления клапаном принудительной вентиляции картера контроллер по беспроводной связи получает данные, полученные путем измерений от датчика картерных газов. Масляный фильтр отделяет от картерных газов твердые частицы и конденсирует масло для возвращения его в двигатель. Контроллер регулирует количество картерных газов, проходящих через систему.

---

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201890372 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.08.31
(22) Дата подачи заявки 2015.10.07
(51) Int. Cl.
F01M 13/00 (2006.01) F01M13/02 (2006.01) F01M13/04 (2006.01)
(54) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТ ВЫБРОСОВ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
(31) 14/808,544
(32) 2015.07.24
(33) US
(86) PCT/US2015/054495
(87) WO 2017/019112 2017.02.02 (71)(72) Заявитель и изобретатель:
МОНРОЗ СЕРЖ В. (US)
(74) Представитель:
Вашина Г.М. (RU)
(57) Предложена система контроля загрязнения окружающей среды от выбросов для дизельных двигателей, содержащая клапан принудительной вентиляции картера и масляный фильтр, расположенные вместе в одном контейнере. Открытое и закрытое состояния клапана принудительной вентиляции картера регулируются контроллером предпочтительно с помощью беспроводной связи, в соответствии с измеряемыми параметрами картер-ных газов, такими как давление, температура, состав и/или скорость истечения картерных газов. Для управления клапаном принудительной вентиляции картера контроллер по беспроводной связи получает данные, полученные путем измерений от датчика картерных газов. Масляный фильтр отделяет от картерных газов твердые частицы и конденсирует масло для возвращения его в двигатель. Контроллер регулирует количество картерных газов, проходящих через систему.
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТ ВЫБРОСОВ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[01] Предлагаемое изобретение в целом относится к системе контроля загрязнения от выбросов. В частности, предлагаемое изобретение относится к системе, обеспечивающей фильтрование побочных топливных продуктов в двигателе для их рециркуляции с помощью блока клапанов принудительной венти-1 0 ляции картера с целью снижения выбросов и повышения коэффициента полезного действия двигателя.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 5
[02] Известные двигатели внутреннего сгорания различаются по типу протекания процесса сгорания топлива, количеству цилиндров и режиму эксплуатации / работы. Например, в традиционном двухтактном двигателе внутреннего сгорания перед поступлением в картер предварительно осуществляется пере-
20 мешивание масла с топливом и воздухом. Полученная масляно-топливно-
воздушная смесь всасывается в картер под действием разрежения, создаваемого поршнем во время такта всасывания. Эта масляно-топливно-воздушная смесь обеспечивает смазку для стенок цилиндров, коленчатого вала и подшипников шатуна в картере. В стандартном бензиновом двигателе топливо затем
25 подвергается в камере сгорания сжатию и воспламенению с помощью свечи зажигания, в результате чего происходит его сгорание. В дизельном двигателе не используются свечи зажигания, и воспламенение топлива осуществляется только под действием высокой температуры и сжатия его в камере сгорания. Затем поршень толкается книзу, и при открывании им выпускного канала для
30 выхлопных газов обеспечивается возможность выхода из цилиндра. При перемещении поршня оставшаяся масляно-топливная смесь сжимается в картере, в результате чего обеспечивается возможность поступления в цилиндр дополнительной масляно-топливно-воздушной смеси с обеспечением, тем самым, одновременного выталкивания оставшихся выхлопных газов через выпускной ка-
35 нал. Под действием крутящего момента поршень снова приводится в такт сжатия, и процесс повторяется.
[03] В отличие от этого, в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания смазывание коленчатого вала и подшипника шатуна осуществляется маслом отдельно от топливно-воздушной смеси. В данном случае картер заполнен в основном воздухом и маслом. Топливо и воздух поступают из отдельных источ-5 ников во впускной коллектор, где и перемешиваются. Полученная топливно-воздушная смесь из впускного коллектора всасывается в камеру сгорания, где поджигается с помощью искровой свечи зажигания (в стандартном бензиновом двигателе) и сгорает. В дизельном двигателе топливно-воздушная смесь воспламеняется под действием высоких температуры и давления в камере сгора-
1 0 ния. Камера сгорания в основном герметично изолирована от картера набором поршневых колец, расположенных по внешней периферии каждого поршня внутри цилиндра. Благодаря такому решению масло удерживается в картере, и не допускается его сгорания во время рабочего хода поршня, как это имеет место в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. К сожалению, упомянутые
1 5 поршневые кольца не обеспечивают полной герметизации цилиндра. В результате этого картерное масло, предназначенное для смазки цилиндра, вместо этого всасывается в камеру сгорания и сгорает в процессе работы двигателя. Кроме того, отработанные газы, содержащие несгоревшее топливо, и выхлопные газы в цилиндре одновременно просачиваются через поршневые кольца в
20 картер. Отработанные газы, попадающие в картер, далее называются картер-ными газами.
[04] Картерные газы состоят в основном из загрязнителей окружающей среды, таких как углеводороды (несгоревшее топливо), диоксид углерода (углекис-
25 лый газ) или водяной пар, которые все оказывают вредное действие на картер двигателя. Содержание картерных газов в картере может в несколько раз превышать концентрацию углеводородов во впускном коллекторе. Если просто выпускать эти газы в атмосферу, то это будет увеличивать загрязнение воздуха. Улавливание картерных газов в картере обеспечивает возможность конденса-
30 ции и постепенного накопления их там с течением времени, однако конденсированные загрязнители образуют агрессивные кислоты и продукты окисления и эмульгирования смазки внутри картера, разбавляя смазочное масло. При этом понижается способность масла смазывать цилиндр и коленчатый вал. Дегради
ровавшее масло, которое потеряло свойство смазывать компоненты картера (например, коленчатого вала и шатунов), может стать причиной понижения кпд двигателя. Ненадлежащее смазывание картера становится одной из причин ненормального износа поршневых колец, что одновременно приводит к пони-5 жению качества герметизации между камерой сгорания и картером. С течением времени, по мере эксплуатации двигателя, зазоры между поршневыми кольцами и стенками цилиндра увеличиваются, результатом чего становится увеличение количества картерных газов, проникающих в картер. Слишком большое количество этих газов в картере может привести к потере мощности двигателя и 1 0 даже к его отказу. Кроме того, водный конденсат может привести к коррозии частей двигателя.
[05] Особо острый характер эти проблемы принимают в дизельных двигателях. В дизельных двигателях используется дизельное топливо, которое являет-
1 5 ся более маслянистым и тяжелым, чем бензин. При сгорании дизельного топ-
лива образуются канцерогены, твердые частицы (ультрадисперсный порошок), взвешенные в газообразной среде (копоть), и оксиды азота (также загрязнители окружающей среды). Поэтому дизельные двигатели ассоциируется в большинстве случаев с образом большого грузовика с прицепом, извергающего из вы-20 хлопных труб клубы черного дыма. Что касается картерных газов, образующихся в картере дизельного двигателя, то они тоже являются более масляными и тяжелыми, чем картерные газы бензинового двигателя. Поэтому для решения проблемы картерных газов были разработаны системы вентиляции картера для дизельных двигателей. В целом упомянутые системы вентиляции картера вы-
2 5 пускают картерные газы через клапан принудительной вентиляции картера во
впускной коллектор для сгорания в порядке рециркуляции. В дизельном двигателе картерные газы намного более маслянисты и тяжелы по сравнению с кар-терными газами бензинового двигателя. Картерные газы дизельного двигателя как таковые перед их поступлением во впускной коллектор для последующего 30 сгорания в порядке рециркуляции должны быть подвергнуты фильтрованию.
[06] Через клапаны принудительной вентиляции картера картерные газы выпускаются из картера обратно во впускной коллектор для сгорания вместе со свежей порцией топливно-воздушной смеси при работе двигателя. Такое реше
ние представляется особо желательным, так как вредные картерные газы не выпускаются в атмосферу. Система вентиляции картера должна также обеспечивать ограничение, в идеальном случае - полное устранение картерных газов в картере, поддерживая последний по возможности в чистоте. Первоначально 5 клапаны принудительной вентиляции картера представляли собой простые односторонние обратные клапаны. Правильная работа этих клапанов принудительной вентиляции картера определялась только разностью давлений в картере и впускном коллекторе. Когда поршень на такте впуска следует книзу, давление воздуха во впускном коллекторе становится ниже, чем давление окружа-1 0 ющего воздуха (атмосферное давление). В результате имеет место так называемое разрежение в двигателе. Под действием этого разрежения во впускной коллектор всасывается воздух. Соответственно, через клапан принудительной вентиляции картера становится возможным всасывание воздуха из картера во впускной коллектор по соединяющему их трубопроводу. Клапан принудитель-
1 5 ной вентиляции картера в базовом режиме обеспечивает для картерных газов
прохождение в одну сторону - на выход из картера во впускной коллектор. В случае, если разность давлений меняет знак (то есть, давление во впускном коллекторе становится выше, чем давление в картере), клапан принудительной вентиляции картера закрывается, не допуская выхода газов из впускного кол-20 лектора и попадания их в картер. Поэтому вентиляция картера по такому принципу и названа принудительной, так как для газов обеспечена возможность протекания только в одном направлении - из картера во впускной коллектор. Односторонние обратные клапаны в основе своей работают по принципу "всё или ничего". То есть, в течение периодов времени, когда давление во впускном
2 5 коллекторе ниже давления в картере, клапан полностью открыт. И клапан пол-
ностью закрыт, когда давление в картере ниже, чем давление во впускном коллекторе. Клапаны принудительной вентиляции картера, построенные на основе одностороннего обратного клапана, не способны учитывать изменения в количестве картерных газов, присутствующих в картере в любой данный момент 30 времени. Количество картерных газов, присутствующих в картере, варьирует в зависимости от режима езды, а также в зависимости от марки и модели двигателя.
[07] Впоследствии клапаны принудительной вентиляции картера совершенствовались относительно клапанов, построенных на основе одностороннего обратного клапана, и стали лучше регулировать количество картерных газов, выпускаемых из картера во впускной коллектор. В одной из конструкций клапана 5 принудительной вентиляции картера используется упругий элемент, задающий положение внутреннего ограничительного элемента, который может иметь форму, например, конуса или диска, относительно канала, через который картерные газы протекают из картера во впускной коллектор. Упомянутый внутренний ограничительный элемент расположен вблизи упомянутого канала на 1 0 расстоянии, которое зависит от уровня разрежения в двигателе относительно натяжения упомянутого упругого элемента. Назначение упругого элемента состоит в том, чтобы реагировать на вариации разности давлений в картере и впускном коллекторе. Такое решение призвано внести усовершенствование относительно одностороннего обратного клапана, работающего по принципу "всё
1 5 или ничего". Например, в режиме холостого хода разрежение в двигателе яв-
ляется глубоким. Подпружиненный внутренний ограничительный элемент установлен на пропускание большого количества картерных газов ввиду большой разности давления, хотя двигатель производит относительно небольшое количество картерных газов. Упругий элемент устанавливает внутренний ограничи-20 тельный элемент в такое положение, при котором по существу обеспечена возможность протекания воздуха из картера во впускной коллектор. При увеличении скорости езды ввиду увеличения нагрузки на двигатель разрежение в двигателе становится менее глубоким. Следовательно, упругий элемент может толкать внутренний ограничительный элемент в обратном направлении, умень-
2 5 шая поток воздуха из картера во впускной коллектор, хотя двигатель произво-
дит картерные газы в большем количестве. Затем, по мере уменьшения величины ускорения езды (то есть, при уменьшении нагрузки на двигатель) и выхода транспортного средства на постоянную крейсерскую скорость, глубина разрежения увеличивается. В этом случае, опять же, упругий элемент оттягивает 30 внутренний ограничительный элемент назад от канала в положение, при котором по существу обеспечена возможность протекания потока из картера во впускной коллектор. В этой ситуации, основываясь на разности давлений, желательно увеличить поток из картера во впускной коллектор, потому что двигатель при крейсерской скорости транспортного средства производит картерные
газы в большем количестве по причине большей частоты вращения двигателя (обычно это называется "обороты двигателя"). Следовательно, такой усовершенствованный клапан принудительной вентиляции картера, работа которого основывается только на разрежении в двигателе и подпружиненном внутрен-5 нем ограничительным элементе, не обеспечивает оптимальной вентиляции картера путем выпускания из него картерных газов во впускной коллектор, особенно в ситуациях, когда транспортное средство постоянно изменяет свою скорость (например, при езде в городе или по шоссе с большим движением в режиме частых остановок).
[08] Один из ключевых аспектов вентиляции картера состоит в том, что разрежение в двигателе изменяется в зависимости от нагрузки на двигатель, а не от скорости вращения двигателя ("оборотов двигателя"), а количество картерных газов частично является функцией частоты вращения двигателя, а не
1 5 нагрузки на двигатель. Например, разрежение в двигателе является более глубоким, когда частота вращения двигателя является относительно постоянной (например, в режиме холостого хода или при езде с постоянной скоростью). Таким образом, глубина разрежения в двигателе в режиме холостого хода (при этом частота вращения двигателя может составлять, например, 900 оборотов в
20 минуту) по существу та же, что и при следовании транспортного средства с постоянной скоростью по шоссе (когда частота вращения двигателя составляет величину, например, в пределах от 2500 до 2800 оборотов в минуту). При этом образование картерных газов при частоте вращения двигателя 2800 оборотов в минуту намного больше, чем при 900 оборотах в минуту. Однако подпружинен-
25 ный клапан принудительной вентиляции картера не способен учитывать эту разницу в образовании картерных газов при 2500 и 900 оборотах в минуту, потому что при этих разных частотах вращения двигателя на подпружиненный клапан принудительной вентиляции картера действует сходная разность давлений во впускном коллекторе и в картере. Упругий элемент чувствителен толь-
30 ко к изменениям давления, которое является функцией нагрузки на двигатель, а не частоты вращения двигателя. В типичном случае нагрузка на двигатель повышается при ускорении или, например, при подъеме в гору. При ускорении движения транспортного средства увеличивается образование картерных газов, но разрежение в двигателе при увеличенной нагрузке на двигатель стано
вится менее глубоким. Таким образом, при ускорении транспортного средства подпружиненный клапан принудительной вентиляции картера может выпускать из картера неадекватное количество картерных газов. Такая система вентиляции картера, основанная на использовании подпружиненного клапана принуди-5 тельной вентиляции картера, не способна выпускать картерные газы в соответствии со скоростью их образования, потому что упругий элемент является чувствительным только к разрежению в двигателе.
[09] В патенте США № 5.228.424, выданном на имя Коллинза (Collins), содер-
1 0 жание которого включается в настоящую заявку по ссылке, раскрывается двухступенчатый подпружиненный клапан принудительной вентиляции картера, обеспечивающий выпускание картерных газов из картера во впускной коллектор. В частности, раскрывается клапан принудительной вентиляции картера, содержащий два диска для регулирования потока между картером и впускным
1 5 коллектором. В первом диске выполнен набор отверстий, и он расположен
между выпускным портом и вторым диском. Размеры упомянутого второго диска таковы, что он покрывает отверстия в первом диске. Когда разрежение в двигателе мало или отсутствует, второй диск удерживается напротив первого диска, результатом чего является удержание обоих дисков напротив выпускного
20 порта. Новый результат состоит в том, что через клапан принудительной вентиляции картера разрешен газовый поток малой интенсивности. При возрастании глубины разрежения в двигателе на диски действует сила, толкающая их к упругому элементу и прочь от выпускного порта, обеспечивая, тем самым, условия для прохождения картерных газов через клапан принудительной вен-
25 тиляции картера из картера во впускной коллектор в большем количестве. Просто при наличии разрежения в двигателе имеет место смещение по меньшей мере второго диска относительно первого диска, так что малые количества картерных газов выходят из картера двигателя через упоминавшиеся выше отверстия, имеющиеся в первом диске. Обычно первый диск по существу закрывает
30 выпускной порт всякий раз, когда положение дросселя указывает, что двигатель работает на низких постоянных оборотах (например, в режиме холостого хода). При ускорении движения транспортного средства первый диск может переместиться прочь от выпускного порта для увеличения пропускной способности для картерных газов, выходящих из картера. Первый диск может смещаться отно
сительно выпускного порта также в том случае, когда положение дросселя указывает, что двигатель работает в режиме ускорения или работает при постоянной, но более высокой скорости транспортного средства. Позиционирование первого диска зависит по большей части от положения дросселя, а позициони-5 рование второго диска зависит по большей части от разницы давлений во впускном коллекторе и в картере. Однако образование картерных газов не находится в зависимости только от глубины разрежения, положения дросселя, или их комбинации. Образование картерных газов определяется совокупностью разных факторов, в числе которых нагрузка на двигатель. Таким образом, кла-
1 0 пан принудительной вентиляции картера, раскрываемый в патенте Коллинза,
тоже не обеспечивает адекватной вентиляции картера путем выпускания картерных газов из картера во впускной коллектор при изменении нагрузки на двигатель при одинаковых положениях дросселя.
15 [10] Обслуживание системы вентиляции картера, основанной на клапане принудительной вентиляции картера, имеет важное значение и осуществляется относительно просто. Следует периодически менять смазочное масло для удаления вредных загрязнителей, которые в нем накапливаются со временем. Несоблюдение этого требования (адекватные интервалы, через которые следует
20 менять смазочное масло - обычно через каждые 3-6 тысяч миль (приблизительно 5-10 тысяч километров)) может привести к загрязнению клапана. Заклинивший клапан принудительной вентиляции картера со временем может стать причиной поломки двигателя. При условии смены смазочного масла с адекватной периодичностью система вентиляции картера, основанная на клапане при-
2 5 нудительной вентиляции картера, должна оставаться чистой на всем протяже-
нии срока службы двигателя.
[11] Таким образом, существует проблема, состоящая в отсутствии системы вентиляции картера, пригодной для дизельного двигателя, которая обеспечи-30 вала бы фильтрование картерных газов и управляла бы выпусканием картерных газов для рециркуляции через впускной коллектор дизельного двигателя. Предлагаемое изобретение удовлетворяет потребность в такой системе вентиляции картера и обеспечивает другие связанные с этим преимущества.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[12] Предлагаемое изобретение направлено на создание системы контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя. Предлагаемая система 5 содержит клапан принудительной вентиляции картера, имеющий впускной порт и выпускной порт и выполненный с возможностью отводить картерные газы из картера дизельного двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, предлагаемая система содержит также маслоотделитель, имеющий впускной порт и верхний и нижний выпускные порты. Упомянутый впускной порт сообщен с картером.
1 0 Упомянутый нижний выпускной порт сообщен с возвратным каналом на картере, а упомянутый верхний выпускной порт сообщен с клапаном принудительной вентиляции картера. Линия картерных газов обеспечивает сообщение (то есть, соединение с возможностью переноса текучей среды) выпускного порта клапана принудительной вентиляции картера с впускным коллектором на дизельном
1 5 двигателе внутреннего сгорания. Предусмотрен также датчик картерных газов, который находится в линии с впускным портом на маслоотделителе, или же с верхним выпускным портом на маслоотделителе, или же в линии картерных газов. Упомянутый датчик картерных газов выполнен с возможностью в реальном времени измерять параметры картерных газов, в частности, давление картер-
20 ных газов, температуру картерных газов, анализировать состав картерных газов или измерять скорость истечения картерных газов. Предусмотрено также автоматическое регулирующее устройство (далее "контроллер"), имеющее электрическое соединение с клапаном принудительной вентиляции картера. Этот контроллер выполнен с возможностью по выбору регулировать открытое и за-
25 крытое состояния клапана принудительной вентиляции картера таким образом, чтобы регулируемым образом увеличивать или уменьшать скорость истечения картерных газов из картера.
[13] Представляется предпочтительным такое решение, при котором масло-30 отделитель содержит некоторую совокупность проницаемых сетчатых слоев, выполненных с возможностью разделять картерные газы на пары топлива и капельки масла. Представляется предпочтительным такое решение, при котором упомянутые проницаемые сетчатые слои имеют разные размеры ячеек и выполнены из металла. Представляется предпочтительным такое решение, при 3 5 котором в качестве материала сеток использована сталь, нержавеющая сталь,
алюминий, медь, латунь или бронза. Сетчатые слои могут быть все выполнены из одного материала, или же они могут быть все выполнены из разных материалов.
5 [14] Представляется предпочтительным такое решение, при котором упомянутое электрическое соединение между контроллером с одной стороны и датчиком картерных газов и клапаном принудительной вентиляции картера с другой стороны является беспроводным. Такое беспроводное соединение может быть реализовано посредством технологий вай-фай, радио, ультразвука, ин-1 0 фракрасного излучения или SMS-связи.
[15] Клапан принудительной вентиляции картера и маслоотделитель могут быть выполнены как отдельные блоки, или же они могут быть выполнены в виде цельного модуля, так что верхний выпускной порт маслоотделителя совме-
1 5 щен с впускным портом клапана принудительной вентиляции картера. Представляется предпочтительным такое решение, при котором между нижним выпускным портом маслоотделителя и возвратным каналом на картере установлен и сообщен с ними масляный фильтр. В системе может быть предусмотрено несколько маслоотделителей, включенных параллельно или последовательно.
20 Упомянутая линия картерных газов может быть сообщена с главным топливопроводом дизельного двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, может быть предусмотрен масляный аккумулятор, который расположен между масляным фильтром и возвратным каналом на картере и сообщен с ними.
25 [16] Регулирование открытого и закрытого состояния клапана принудительной вентиляции картера может быть выполнено различными способами дроссельного регулирования (то есть, регулирования проходного сечения). Вместо соленоидного механизма в клапане принудительной вентиляции картера может быть использован электромагнитный механизм дроссельного регулирования,
30 индукционный механизм дроссельного регулирования или оптоволоконный механизм дроссельного регулирования. Кроме того, в контроллере и датчике картерных газов вместо проводников и наборов микросхем могут быть использованы сверхпроводники.
[17] Способ контроля загрязнения окружающей среды для дизельного двигателя внутреннего сгорания содержит следующие стадии: выпускание картерных газов из картера дизельного двигателя, измерение в реальном времени параметров картерных газов, включая давление, температуру, состав или скорость 5 истечения картерных газов, регулирование открытого и закрытого состояния клапана принудительной вентиляции картера в качестве реакции на измеряемые в реальном времени параметры картерных газов, регулирование скорости истечения картерных газов из картера, разделение картерных газов на масляную жидкую фазу и пары топлива и рециркуляция упомянутых паров топлива во 1 0 впускной коллектор дизельного двигателя. Данный способ может дополнительно включать стадию фильтрования масляной жидкой фазы до стадии возвращения. Кроме того, этот способ может содержать стадию смешивания паров топлива с альтернативным топливом до стадии рециркуляции.
15 [18] Другие признаки и преимущества предлагаемого изобретения станут ясны из последующего более подробного описания со ссылками на прилагаемые графические материалы, иллюстрирующие принципы предлагаемого изобретения на примерах его осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[19] Прилагаемые графические материалы иллюстрируют предлагаемое изобретение.
[20] На фиг. 1 схематично изображено устройство для контроля загрязнения от выбросов дизельного двигателя, снабженное контроллером, который в процессе работы соединен с рядом датчиков и клапаном принудительной вентиляции картера.
[21] На фиг. 2 схематично в общем виде проиллюстрирована работа клапана принудительной вентиляции картера с дизельным двигателемю
[22] На фиг. 2А схематично в общем виде проиллюстрирована работа клапа-35 на принудительной вентиляции картера с дизельным двигателем с установленным в линии датчиком.
[23] На фиг. 3 в аксонометрии изображен клапан принудительной вентиляции картера, используемый с предлагаемой системой контроля загрязнения окружающей среды для дизельного двигателя.
[24] На фиг. 4 клапан принудительной вентиляции картера, изображенный на фиг. 3, изображен в аксонометрии с разнесением деталей.
[25] На фиг. 4А в аксонометрии с разнесением деталей изображен альтерна-1 0 тивный вариант выполнения клапана принудительной вентиляции картера, в котором применен альтернативный способ дроссельного регулирования.
[26] На фиг. 5 в аксонометрии с частичным разнесением деталей изображен клапан принудительной вентиляции картера, изображенный на фиг. 4, при этом 1 5 изображен узел пневматического дросселя.
[27] На фиг. 6 в аксонометрии с частичным разнесением деталей изображен клапан принудительной вентиляции картера, изображенный на фиг. 4, при этом узел пневматического дросселя изображен в состоянии частичного сжатия.
[28] На фиг. 7 клапан принудительной вентиляции картера изображен в продольном разрезе по сечению 7-7 (обозначено на фиг. 3) в состоянии полного запирания потока.
25 [29] На фиг. 8 клапан принудительной вентиляции картера изображен в продольном разрезе по сечению 8-8 (обозначено на фиг. 3) в состоянии частичного ограничения потока.
[30] На фиг. 9 клапан принудительной вентиляции картера изображен еще в 30 одном продольном разрезе (по сечению 8-8, обозначено на фиг. 3) в состоянии полного пропускания потока.
[31] На фиг. 10 схематично изображены клапаны принудительной вентиляции картера и масляные фильтры в серии контейнеров.
[32] На фиг. 11 изображен контейнер, содержащий клапан принудительной вентиляции картера и масляный фильтр.
[33] На фиг. 12 в увеличенном масштабе изображена верхняя часть контейнера, видны отверстие отводной линии, клапан принудительной вентиляции картера и выпускной канал.
[34] На фиг. 13 в увеличенном масштабе изображена нижняя часть контейнера, видны возвратный маслопровод, нижняя крышка и боковые зажимы.
[35] На фиг. 13А нижняя часть контейнера изображена с частичным разнесе-1 0 нием деталей, видны возвратный маслопровод, нижняя крышка, уплотняющая прокладка и боковые зажимы.
[36] На фиг. 14 с частичным продольным разрезом изображен контейнер, видны клапан принудительной вентиляции картера и слои сетчатых фильтров
1 5 внутри контейнера.
[37] На фиг. 15 с частичным продольным разрезом изображен контейнер, внутри которого видны слои сетчатых фильтров в альтернативном варианте реализации.
[38] На фиг. 16 схематично изображена система контроля загрязнения от выхлопа для дизельного двигателя согласно альтернативному варианту ее осуществления и проиллюстрирована ее работа.
2 5 [39] На фиг. 17 схематично изображена система контроля загрязнения для
дизельного двигателя согласно альтернативному варианту ее осуществления.
[40] На фиг. 17А схематично изображена система контроля загрязнения для дизельного двигателя согласно альтернативному варианту ее осуществления, 30 снабженная датчиком, установленным в линии перед впускным портом на маслоотделителе.
[41] На фиг. 17В схематично изображена система контроля загрязнения для дизельного двигателя согласно альтернативному варианту ее осуществления, 35 снабженная датчиком, установленным в линии после верхнего выпускного порта на маслоотделителе.
[42] На фиг. 18 в аксонометрии изображен маслоотделитель согласно альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения.
[43] На фиг. 19 маслоотделитель, изображенный на фиг. 18, показан с разне-5 сением деталей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[44] На прилагаемых чертежах, используемых в иллюстративных целях, система контроля загрязнения окружающей среды для дизельного двигателя внутреннего сгорания согласно предлагаемому изобретению в целом обозначена позицией 10. Иллюстрируемая на фиг. 1 система 10 контроля загрязнения
1 5 от выхлопа для дизельного двигателя имеет контроллер 12, который предпочтительно установлен под капотом 14 автомобиля 16. Контроллер 12 имеет электрическое соединение с одним или большим числом датчиков, выполненных с возможностью осуществлять текущий контроль и измерение в реальном времени рабочих параметров и характеристик двигателя автомобиля 16. Кон-
20 троллер 12 выполнен с возможностью регулировать скорость истечения картерных газов путем регулирования разрежения в двигателе путем цифрового управления клапаном 18 принудительной вентиляции картера. Контроллер 12 принимает в реальном времени входной сигнал, поступающий от датчиков, в число которых могут входить датчик 20 температуры двигателя, датчик 24 акку-
25 муляторной батареи, датчик 26 клапана принудительной вентиляции картера, датчик 28 скорости вращения двигателя, датчик 30 акселерометра и датчик 32 выхлопа. Информация, получаемая контроллером 12 от упомянутых датчиков 20 - 32, используется для регулирования клапана 18 принудительной вентиляции картера и масляного фильтра / маслоотделителя 19, как более подробно
30 будет описано ниже.
[45] В альтернативном варианте контроллер 12 может получать входной сигнал от проходных датчиков 192, установленных в той или иной соединительной трубке, например, в вентиляционной линии 74 перед маслоотделителем либо 35 после него, или же в линии 41 картерных газов (см. фиг. 2А, фиг. 17А и
фиг. 17В). При размещении проходных датчиков 192 в соединительной трубке,
а не у картера, впускного коллектора или другой части двигателя, контроллер 12 получает более точную и непосредственную информацию, результатом чего является повышенная чувствительность для функции переключения в клапане 18 принудительной вентиляции картера, как более подробно будет описано ни-5 же. Проходные датчики 192 могут включать в себя датчики давления, датчики температуры, анализаторы состава картерных газов и (или) датчики расхода текучей среды.
[46] Кроме того, контроллер 12 выполнен с возможностью управлять другими
1 0 устройствами в двигателе транспортного средства. Контроллер 12 может
управлять потоком масла из масляного фильтра или маслоотделителя 19. Кроме того, контроллер 12 выполнен также с возможностью регулировать температуру двигателя и аэрируемой камеры кондиционирования, которая предназначена для кондиционирования топлива, возвращающегося в топливопровод или
1 5 в вакуумный коллектор, путем аэрирования и перемешивания перед возвращением. Кроме того, контроллер 12 выполнен с возможностью регулировать систему продувки в случае возникновения неисправности системы 10 контроля загрязнения окружающей среды, - система продувки побуждает двигатель к возвращению к состоянию как от первоначального производителя, обычно от-
20 крытая вытяжная труба. Кроме того, контроллер 12 обеспечивает предупредительные сигналы для оператора двигателя. Эти предупредительные сигналы могут быть выполнены в виде мигающей светодиодной индикации, сообщающей информацию о соответствующем параметре двигателя и выдающей аварийный сигнал в случае отказа. Предупредительные сигналы в виде звуковой
25 или световой сигнализации могут сообщать о воспринимаемых параметрах. Контроллер 12 является полностью расширяемым, например, он может быть снабжен флеш-памятью или подобными устройствами. Это значит, что одни и те же контроллер 12 и система 10 могли бы работать на двигателе любого типа с любым видом топлива. Рассматриваемая система 10 контроля загрязнения
30 окружающей среды может быть приспособлена для двигателя внутреннего сгорания любого типа. Например, эта система 10 контроля загрязнения окружающей среды может быть использована с двигателями, работающими на бензине, метаноле, дизельном топливе, этаноле, сжатом природном газе, жидком пропане, водороде, спирте и потенциально - с любыми другими двигателями, ра
ботающими на других горючих газах и (или) парах. Это могут быть как двухтактные, так и четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, предназначенные для малотоннажных, средних и большегрузных автомобилей.
5 [47] Контроллер может быть фиксированно соединён проводами с другими компонентами системы, но возможно и такое решение, при котором он использует беспроводную связь с ними, например, по технологии вай-фай с использованием широтно-импульсной модуляции, с помощью радиоволн, ультразвука, инфракрасного излучения, SMS-связи или подобной технологии телеуправле-
1 0 ния или телеметрического приема и передачи сигналов. (На фиг. 1 можно видеть антенны на контроллере 12 и клапане 18 принудительной вентиляции картера). Такая замена проводных соединений между контроллером 12 и другими компонентами системы 10 контроля загрязнения окружающей среды облегчает монтаж системы 10 на двигателе любого размера и в отсеке любого размера.
1 5 Беспроводное соединение обеспечивает возможность установки различных компонентов системы 10 без необходимости проводить проводку через двигатель или через двигательный отсек.
[48] На фиг. 2 схематично проиллюстрирована работа системы 10 контроля 20 загрязнения окружающей среды для дизельного двигателя 36. Как можно видеть на фиг. 2, клапан 18 принудительной вентиляции картера и маслоотделитель 19 расположены между картером 35 двигателя 36 и впускным коллектором 38. Во время работы во впускной коллектор 38 через воздухопровод 42 поступает воздух. Между воздухопроводом 42 и всасывающим трубопроводом 46 25 может быть установлен воздушный фильтр 44, предназначенный для фильтрования свежего воздуха, поступающего в систему 10 контроля загрязнения окружающей среды. Присутствующий во впускном коллекторе 38 воздух поступает в поршневой цилиндр 48, когда поршень 50 внутри упомянутого цилиндра 48 из верхней мертвой точки движется книзу. При движении поршня 50 книзу в каме-30 ре сгорания 52 возникает разрежение. Соответственно, предусмотрен распределительный вал 54 впуска, скорость вращения которого составляет половину от скорости вращения коленчатого вала 34 и который предназначен для открывания впускного клапана 56 с обеспечением, тем самым, сообщения впускного
коллектора 38 с разрежением в двигателе. Таким образом происходит всасывание воздуха из впускного коллектора 38 в камеру сгорания 52.
[49] Как только поршень 50 оказывается в нижней точке поршневого цилин-5 дра 48, разрежение прекращается, и воздух больше не всасывается из впускного коллектора в камеру сгорания 52. От этой точки поршень 50 в поршневом цилиндре 48 начинает обратное движение, и воздух в камере сгорания 52 начинает сжиматься. На следующей стадии в камеру сгорания 52 осуществляется прямой впрыск топлива из топливной магистрали 40. Этот впрыск сопро-
1 0 вождается поступлением сжатого воздуха из линии 58 сжатого воздуха. В камере сгорания 52 происходит нагревание сжатого воздуха. Это значит, что впрыснутое в нагретый сжатый воздух топливо воспламеняется. В этом состоит главная разница между дизельным и бензиновым двигателями внутреннего сгорания. В бензиновом двигателе воспламенение топлива обеспечивается свечами
1 5 зажигания, в то время как в дизельном двигателе топливо в цилиндрах воспламеняется за счет нагревания и сжатия воздуха.
[50] Быстрое расширение воспламененной топливно-воздушной смеси в камере сгорания 52 воздействует на поршень 50 внутри цилиндра 48. По завер-
20 шении сгорания топлива распределительный вал 60 выпуска открывает выпускной клапан 62, обеспечивая выпуск газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания 52 в выхлопную систему 64. Обычно в течение цикла двигателя внутреннего сгорания некоторая порция выхлопных газов ("картерные газы") преодолевает препятствие в виде пары уплотнительных колец 66, уста-
25 новленных на поршне 50.
[51] Эти картерные газы попадают в картер 35 как газы, находящиеся под высоким давлением и имеющие высокую температуру. С течением времени содержащиеся в составе этих картерных газов вредные компоненты, такие как уг-
30 леводородные газы, монооксид углерода (угарный газ), оксид одновалентного азота (веселящий газ) и диоксид углерода (углекислый газ), а также твердые частицы могут конденсироваться из газообразного состояния или осесть и покрыть внутренние части картера 35 и смешаться с маслом 70, предназначенным для смазки механических частей внутри картера 35. Система 10 контроля
35 загрязнения окружающей среды предназначена для рециркуляции компонентов
этих картерных газов из картера 35 обратно в систему забора воздуха для горения, чтобы они были сожжены в двигателе 36. Это осуществляется за счет разности давлений в картере 35 и во впускном коллекторе 38. Во время работы двигателя картерные газы из картера 35, давление в котором является относи-5 тельно высоким, выходят через отверстие 72 и следуют по вентиляционной линии 74, через маслоотделитель 19 и клапан 18 принудительной вентиляции картера, после чего снова возвращаются в двигатель 36 по топливной магистрали 40 или по линии 41 картерных газов. В топливную магистраль 40 поступают более чистые пары топлива, в то время как менее чистые картерные газы из кар-1 0 тера 35 по линии 41 картерных газов поступают во впускной коллектор 38. Как можно видеть на фиг. 1, этот процесс в цифровом формате регулируется контроллером 12. Прежде чем подаваемые в топливную магистраль 40 пары топлива попадут в двигатель 36, они могут быть пропущены через топливный фильтр.
1 5
[52] Изображенный на фиг. 3 клапан 18 принудительной вентиляции картера имеет электрическое соединение с контроллером 12 через пару электрических проводов 78. По этим электрическим проводам 78 контроллер 12 осуществляет по меньшей мере частичное регулирование количества катерных газов, прохо-20 дящих через клапан 18 принудительной вентиляции картера. Изображенный на фиг. 3 клапан 18 принудительной вентиляции картера имеет резиновый кожух 80, охватывающий часть жесткого наружного корпуса 82. Соединительные провода 78 выведены из упомянутого жесткого наружного корпуса 82 через выполненное в нем отверстие (не показано). Представляется предпочтительным та-
2 5 кое решение, при котором жесткий наружный корпус 82 является цельным и
имеет впускное отверстие 84 и выпускное отверстие 86. Вообще говоря, контроллер 12 управляет находящимся внутри жесткого наружного корпуса 82 дроссельным устройством, регулируя, тем самым, расход картерных газов, входящих через впускное отверстие 84 и выходящих через выпускное отвер-30 стие 86.
[53] На фиг. 4 клапан 18 принудительной вентиляции картера изображен в аксонометрии с разнесением деталей. Резиновый кожух 80 покрывает концевой колпак 88, который практически герметично закрывает жесткий наружный кор
пус 82, тем самым запечатывая соленоидный механизм 90 и выполненное с возможностью ограничивать поток дроссельное устройство 92. Соленоидный механизм 90 включает в себя толкатель 94, расположенный внутри соленоида 96. Питание соленоида 96 осуществлено через соединительные провода 78, 5 которые пропущены через отверстие 98, выполненное в концевом колпаке 88. В резиновом кожухе 80 тоже выполнено отверстие (не показано), через которое пропущены соединительные провода 78, соединенные с контроллером 12 (см. фиг. 2).
1 0 [54] Вместо соленоидного механизма 90 в клапане 18 принудительной вентиляции картера может быть использован электромагнитный механизм дроссельного регулирования, индукционный механизм дроссельного регулирования или оптоволоконный механизм дроссельного регулирования. Такие альтернативные устройства 194 дроссельного регулирования (см. фиг. 4А) могут обеспечить от-
1 5 крывание и закрывание клапана 18 принудительной вентиляции картера с большей точностью, что улучшает работу системы 10 контроля загрязнения окружающей среды.
[55] В общих чертах, разрежение двигателя, имеющее место во впускном 20 коллекторе 38 (см. фиг. 2), высасывает картерные газы из картера 35 через
впускное отверстие 84 и из выпускного отверстия 86 в клапане 18 принудительной вентиляции картера (см. фиг. 4). Дроссельное устройство 92, изображенное на фиг. 4, представляет собой один механизм, выполненный с возможностью регулировать количество картерных газов, выходящих из картера 35 во впуск-25 ной коллектор 38. Возможность регулирования расхода картерных газов представляет особое преимущество, так как система 10 контроля загрязнения выхлопом имеет возможность увеличивать расход картерных газов, выходящих из картера 35 в периоды, когда они образуются в больших количествах, и уменьшать расход картерных газов, выходящих из картера 35 в периоды, когда они 30 образуются в меньших количествах. Контроллер 12 соединен с датчиками 20 -32 для осуществления текущего контроля общей эффективности и работы автомобиля 16 и управляет работой клапана 18 принудительной вентиляции картера в реальном времени с целью максимизировать рециркуляцию картерных газов на основе параметров, полученных от датчиков 20 - 32.
[56] Рабочие характеристики и образование картерных газов уникальны для каждого двигателя и для каждого автомобиля, в котором конкретный двигатель установлен. Система 10 контроля загрязнения окружающей среды выполнена с 5 возможностью быть установленной как на заводе в процессе изготовления автомобиля, так и после его изготовления, при этом имеются в виду следующие цели: максимизировать топливную экономичность двигателя, уменьшить вредные выбросы, повторно использовать масло и горючие газы и устранить загрязняющие вещества из картера. Назначение системы 10 контроля загрязнения
1 0 окружающей среды состоит в том, чтобы стратегически выпускать картерные газы из картера 35 в зависимости от интенсивности образования этих картерных газов, фильтровать картерные газы и повторно использовать масло и топливо, которые могут выходить в составе картерных газов. Соответственно, контроллер 12 осуществляет в цифровом формате регулирование и управляет
1 5 клапаном 18 принудительной вентиляции картера на основе частоты вращения двигателя и других рабочих параметров, получаемых в реальном времени от датчиков 20 - 32. Система 10 контроля загрязнения окружающей среды может быть установлена также на стационарных двигателях, используемых для производства энергии или для промышленных целей.
[57] В частности, выпускание картерных газов в зависимости от частоты вращения двигателя и других рабочих параметров автомобильного двигателя уменьшает общее количество выбрасываемых углеводородов, монооксида углерода, оксида одновалентного азота, диоксида углерода и твердых частиц.
25 Система 10 контроля загрязнения окружающей среды обеспечивает рециркуляцию этих газов и частиц, направляя их на сжигание в цикле сгорания. И теперь из двигателя через выхлопную трубу больше не выбрасывается большое количество загрязняющих веществ. Следовательно, предлагаемая система 10 контроля загрязнения окружающей среды обеспечивают возможность умень-
30 шить выбросы веществ - загрязнителей окружающей среды каждым автомобилем при повышении пробега на единицу объема топлива, при повышении мощности, при уменьшении износа двигателя (благодаря малому удержанию углерода в нем) и при уменьшении частоты смены масла приблизительно в десять раз. Учитывая, что в США потребляется приблизительно 870 миллионов галло
нов (приблизительно 3,293 миллиарда литров; для перевода здесь и далее использовано соотношение 1 американский галлон = 3,78 л) нефти в день, уменьшение потребления нефти благодаря только рециркуляции картерных газов с использованием предлагаемой системы 10 контроля загрязнения окружа-5 ющей среды на 15% выливается в экономию нефти приблизительно 130 миллионов галлонов (приблизительно 490 миллионов литров) нефти в день только в США. Во всем мире потребление нефти составляет приблизительно 3,3 миллиарда галлонов (приблизительно 12,490 миллиарда литров) нефти в день, что выливается в экономию приблизительно 500 миллионов галлонов (приблизи-1 0 тельно 1,89 миллиарда литров) в день.
[58] Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, регулирование количества картерных газов, поступающих во впускное отверстие 84 клапана 18 принудительной вентиляции картера, осуществляется с
1 5 помощью дроссельного устройства 92, которое в целом можно видеть на фиг. 4. Это дроссельное устройство 92 включает в себя шток 100, имеющий задний участок 102, промежуточный участок 104 и передний участок 106. Диаметр переднего участка 106 несколько меньше диаметра заднего участка 102 и промежуточного участка 104. На промежуточный участок 104 и передний учас-
20 ток 106 надета передняя пружина 108, расположенная соосно упомянутым
участкам штока 100, покрывая его переднюю поверхность 110. Представляется предпочтительным такое решение, при котором передняя пружина 108 представляет собой винтовую пружину, диаметр которой уменьшается в направлении от впускного отверстия 84 к передней поверхности 110. Задний участок 102
25 штока отделен от его промежуточного участка 104 бороздкой 112, задающей позицию, в которой на штоке 100 установлена задняя утопленная шайба 114. Диаметр передней пружины 108 должен быть приблизительно равен диаметру этой задней утопленной шайбы 114 или быть несколько меньше его. Задняя утопленная шайба 114 одной стороной взаимодействует с передней пружиной
30 108, а другой стороной - с задней пружиной 116, которая выполнена сужающейся: ее диаметр у соленоида 96 больше, чем ее диаметр у задней утопленной шайбы 114, который приблизительно равен диаметру задней утопленной шайбы 114 или несколько меньше его. Представляется предпочтительным такое решение, при котором задняя пружина 116 является винтовой пружиной, за
ключенной между передней поверхностью 118 соленоида 96 и задней утопленной шайбой 114. Передний участок 106 штока снабжен бороздкой 120, обеспечивающей позицию установки передней утопленной шайбы 122. Диаметр этой передней утопленной шайбы 122 меньше диаметра сужающейся передней пру-5 жины 108. Передняя утопленная шайба 122 удерживает в фиксированном положении передний диск 124 на переднем участке 106 штока 100. Таким образом, этот передний диск 124 фиксированным образом зажат между передней утопленной шайбой 122 и передней поверхностью 110. Передний диск 124 имеет внутренний диаметр, величина которого обеспечивает возможность сколь-1 0 жения относительно переднего участка 106 штока 100. Размеры передней пружины 108 обеспечивают возможность взаимодействия с задним диском 126, о чем будет сказано ниже.
[59] Упомянутые диски 124 и 126 являются элементами, регулирующими ко-
1 5 личество картерных газов, поступающих через впускное отверстие 84 и выходящих через выпускное отверстие 86. На фиг. 5 и фиг. 6 дроссельное устройство 92 изображено в соединении с соленоидным механизмом 90 и вне резинового кожуха 80 и жесткого наружного корпуса 82. При этом толкатель 94 находится внутри соленоида 96. Соединительные провода 78 соединены с соленои-
20 дом 96 и при их посредстве осуществляется управление положением толкателя 94 внутри соленоида 96 путем регулирования электрического тока, протекающего через соленоид 96. Увеличивая или уменьшая силу электрического тока, протекающего через соленоид 96, соответствующим образом увеличивают или уменьшают напряженность создаваемого им магнитного поля. Намагниченный
25 толкатель 94 реагирует на изменение напряженности магнитного поля тем, что втягивается внутрь соленоида 96 или выдвигается из него. При увеличении силы электрического тока, протекающего по соединительным проводам 78 и через соленоид 96, напряженность магнитного поля, создаваемого соленоидом 96, увеличивается и действует на намагниченный толкатель 94, втягивая его
30 дальше внутрь соленоида 96. При уменьшении силы электрического тока, протекающего по соединительным проводам 78 и через соленоид 96, напряженность магнитного поля, создаваемого соленоидом 96, уменьшается и действует на намагниченный толкатель 94, выталкивая его из соленоида 96. Как будет здесь описано подробно, от положения толкателя 94 внутри соленоида 96 по
меньшей мере частично зависит количество картерных газов, которые могут в данное время поступать через впускное отверстие 84. Эта зависимость реализуется взаимодействием толкателя 94 и штока 100 с закрепленным на нем передним диском 124.
[60] На фиг. 5 дроссельное устройство 92 изображено в закрытом положении. Наружный диаметр заднего участка 102 штока 100 приблизительно равен внутреннему диаметру соленоида 96. Таким образом, для штока 100 обеспечена возможность перемещаться со скольжением внутри соленоида 96. Положение 1 0 штока 100 в жестком наружном корпусе 82 зависит от положения толкателя 94, что обусловлено взаимодействием заднего участка 106 штока с толкателем 94, как можно конкретно видеть на фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9. Как можно видеть на фиг. 5, задняя пружина 116 находится в сжатом состоянии между передней поверхностью 118 соленоида 96 и задней утопленной шайбой 114. В результате
1 5 задний диск 126 оказывается прижатым к переднему диску 124. Сходным обра-
зом передняя пружина находится в сжатом состоянии между задней утопленной шайбой 114 и задним диском 126. Такое состояние позволяет заднему диску 126 быть отделенным от переднего диска 124, как это показано на фиг. 6.
20 [61] Как можно лучше видеть на фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9, на которых изображены продольные сечения по 7 - 7, 8 - 8 и 9 - 9, соответственно (см. фиг. 3), передний диск 124 имеет утолщение 130, диаметр которого меньше, чем диаметр его основания 132. Диаметр основания 132 заднего диска 126 приблизительно равен диаметру сужающейся передней пружины 108. При таком решении перед-
2 5 няя пружина 108 охватывает утолщение 130 заднего диска 126 и взаимодей-
ствует с плоской поверхностью его основания 132, имеющего больший диаметр. Внутренний диаметр заднего диска 126 приблизительно равен наружному диаметру промежуточного участка 104 штока 100, этот диаметр меньше, чем диаметр промежуточного участка 104 или заднего участка 102. При таком ре-30 шении передний диск 124 блокируется на месте на переднем участке 106 штока 100 между передней поверхностью 110 и передней утопленной шайбой 122. Таким образом, положение переднего диска 124 зависит от положения штока 100, соединенного с толкателем 94. Втягивание толкателя 94 внутрь соленоида 96 и
выталкивание толкателя 94 из соленоида 96 зависит от силы тока в соединительных проводах 78, как описывалось выше.
[62] На фиг. 6 изображен клапан 18 принудительной вентиляции картера, в 5 котором углубленное разрежение, созданное между картером 35 и впускным коллектором 38, вызывает оттягивание заднего диска 126 от впускного отверстия 84, обеспечивая, тем самым, возможность протекания через него воздуха. В этом состоянии пониженное давление двигателя, воздействующее на задний диск 126, должно преодолеть противодействующую силу, развиваемую перед-1 0 ней пружиной 108. При этом малые количества картерных газов могут протекать через клапан 18 принудительной вентиляции картера через пару отверстий 134, выполненных в переднем диске 124.
[63] Работа клапана 18 принудительной вентиляции картера в составе пред-1 5 лагаемой системы 10 контроля загрязнения окружающей среды более конкретно проиллюстрирована на фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9. В состоянии, изображенном на фиг. 7, клапан 18 принудительной вентиляции картера находится в закрытом состоянии. При этом исключено поступление картерных газов через впускное отверстие 84. Как можно видеть, передний диск 124 упирается в полку 136, вы-20 полненную во впускном отверстии 84. Диаметр основания 132 заднего диска 126 таков, что оно перекрывает отверстия 134 в переднем диске 124, исключая, тем самым, всякое протекание через впускное отверстие 84. В этом состоянии толкатель 94 находится внутри соленоида 96, прижимая шток 100 к впускному отверстию 84. Задняя пружина 116 при этом находится в сжатом состоянии 25 между передней поверхностью 118 соленоида 96 и задней утопленной шайбой 114. Сходным образом передняя пружина 108 находится в сжатом состоянии между задней утопленной шайбой 114 и основанием 132 заднего диска 126.
[64] В состоянии, изображенном на фиг. 8, пониженное относительно картера 30 давление во впускном коллекторе больше, чем давление, оказываемое передней пружиной 108 для обеспечения положения заднего диска 126 с упором в передний диск 124. В этом случае для заднего диска 126 обеспечена возможность скольжения по наружной поверхности штока 100, с разблокированием, тем самым, отверстий 134 в переднем диске 124. В этом состоянии обеспе-35 чена возможность для поступления в клапан 18 принудительной вентиляции
картера через впускное отверстие 84 ограниченного количества картерных газов, как показано стрелками. Конечно, картерные газы выходят из клапана 18 принудительной вентиляции картера через впускное отверстие 84, как показано стрелками. В состоянии, изображенном на фиг. 8, поток картерных газов все 5 еще ограничен, так как передний диск 124 остается в своем положении на полке 136. Таким образом, через отверстия 134 может протекать только ограниченный поток картерных газов. Таким образом, углубление разрежения в двигателе приводит к увеличению давления, оказываемого на задний диск 126. Соответственно, передняя пружина 108 сжимается еще больше, так что задний 1 0 диск 126 продолжает перемещаться прочь от переднего диска 124, создавая, тем самым, больший проход для протекания потока, обеспечивая возможность выхода для дополнительного количества картерных газов. Кроме того, толкатель 94 в соленоиде 96 может придавать штоку 100 в клапане 18 принудительной вентиляции картера такое положение, чтобы он оказывал большее или
1 5 меньшее давление на пружины 108 и 116 для уменьшения или увеличения по-
тока через впускное отверстие 84, как определено контроллером 12.
[65] На фиг. 9 изображено состояние, в котором благодаря выталкиванию толкателя 94 из соленоида 96 при изменении электрического тока, протекающе-20 го по соединительным проводам 78, обеспечена возможность дополнительного протекания потока через впускное отверстие 84. При уменьшении силы электрического тока, протекающего через соленоид 96, соответственно уменьшается напряженность создаваемого им магнитного поля, в результате чего создаются условия для выталкивания намагниченного толкателя 94 из соленоида. В
2 5 результате шток 100 оттягивается толкателем 94 от впускного отверстия 84.
Это делает возможным отхождение переднего диска 124 от полки 136, благодаря чему создаются условия для поступления во впускное отверстие 84 дополнительного потока через кольцевой зазор вокруг переднего диска 124. Разумеется, увеличение потока, поступающего через впускное отверстие 84 и вы-30 ходящего через выпускное отверстие 86, обеспечивает возможность выпускания большего количества картерных газов из картера 35 во впускной коллектор 38. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, толкатель 94 обеспечивает для штока 100 возможность выходить из жесткого наружного корпуса 82 настолько, что передний диск 124 и задний диск 126
больше не ограничивают поток через впускное отверстие 84 и выпускное отверстие 86. Такое состояние представляется особенно желательным при высокой частоте вращения двигателя и высоких нагрузках на двигатель, когда картерные газы в двигателе образуются в больших количествах. Нагрузка на дви-5 гатель является более надежным показателем количества образующихся картерных газов, чем частота его вращения. Кроме того, стационарные двигатели, например, используемые в составе дизель-генераторов, или же двигатели, не имеющие сцепления с трансмиссией, имеют постоянную частоту вращения. Таким образом, представляется предпочтительным такое решение, при котором
1 0 управление системой 10 или клапаном 18 принудительной вентиляции картера осуществляется на основе измеренных параметров нагрузки или на основе цикла периодического включения-выключения, например, на две минуты включение - на две минуты выключение. Разумеется, пружины 108 и 116 могут быть откалиброваны по разному в соответствии с конкретным автомобилем, на кото-
1 5 ром должен быть установлен клапан 18 принудительной вентиляции картера в составе системы 10 контроля загрязнения окружающей среды.
[66] Контроллер 12 эффективно управляет положением толкателя 94 внутри соленоида 96 путем увеличения или уменьшения силы электрического тока в
20 соленоиде 96, поступающего по соединительным проводам 78. Сам контроллер 12 может содержать любую из множества электронных схем, включающих в себя переключатели, таймеры, интервальные таймеры, реле времени или другие управляющие модули для транспортных средств, известные в отрасли. Контроллер 12 управляет работой клапана 18 принудительной вентиляции картера
25 в качестве реакции на работу одного или большего числа этих управляющих модулей. Например, контроллер 12 мог бы включать в себя модуль переключения по диапазону частоты вращения двигателя, поставляемый на рынок компанией "Бейкер электронике" (Baker Electronix), город Бекли (Beckly), штат Западная Виргиния. Модуль переключения по диапазону частоты вращения двигате-
30 ля представляет собой электрический переключатель, который включается при частоте вращения двигателя выше некоторого предварительно заданного значения частоты вращения двигателя и выключается при частоте вращения двигателя выше некоторого предварительно заданного более высокого значения частоты вращения двигателя. Модуль переключения по диапазону частоты
вращения двигателя считается "диапазонным переключателем", так как выход находится во включенном состоянии в некотором диапазоне частоты вращения двигателя. Модуль переключения по диапазону частоты вращения двигателя мог бы работать, например, совместно с датчиком 28 частоты вращения двига-5 теля, обеспечивая регулирование потока картерных газов, выпускаемых из картера 35.
[67] Представляется предпочтительным такое решение, при котором при установке положения толкателя 94 внутри соленоида 96 модуль переключения 1 0 по диапазону частоты вращения двигателя работает со стандартным сигналом катушки, используемым в большинстве тахометров. Автомобильный тахометр представляет собой устройство для измерения частоты вращения двигателя в реальном времени. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, модуль переключения по диапазону частоты вращения дви-
1 5 гателя может приводить в действие толкатель 94 внутри соленоида 96 при низ-
кой частоте вращения двигателя, когда картерные газы образуются в минимальной степени. При этом толкатель 94 толкает шток 100 по направлению к впускному отверстию 84, так что передний диск 124 упирается в полку 136, как в общем виде показано на фиг. 7. При таком решении клапан 18 принудительной 20 вентиляции картера пропускает малые количества картерных газов из картера во впускной коллектор через отверстия 134, выполненные в переднем диске 124, даже при глубоком разрежении в двигателе. Под действием глубокого разрежения в двигателе картерные газы проходят через отверстия 134, отталкивая при этом задний диск 126 от переднего диска 124, который сжимает переднюю
2 5 пружину 108. В режиме холостого хода модуль переключения по диапазону час-
тоты вращения двигателя приводит в действие соленоид 96, чтобы предотвратить отрывание переднего диска 124 от полки 136, предотвращая, тем самым, возможность прохождения больших потоков между картером двигателя и впускным коллектором. Это представляется особенно желательным при низкой 30 частоте вращения двигателя, так как количество картерных газов, образующихся в двигателе, относительно невелико, даже если разрежение в двигателе относительно глубоко. Очевидно, с целью задания расхода картерных газов, выпускаемых из картера 35, контроллер 12 может регулировать клапан 18 прину
дительной вентиляции картера одновременно с другими компонентами системы 10 контроля загрязнения окружающей среды.
[68] Образование картерных газов увеличивается при ускорении, при повы-5 шенной нагрузке на двигатель и при более высокой частоте вращения двигателя. Соответственно, модуль переключения по диапазону частоты вращения двигателя может выключать или уменьшать электрический ток, протекающий по соленоиду 96, так что толкатель 94 выходит из соленоида 96, тем самым отрывая передний диск 124 от полки 136 (см. фиг. 9) и обеспечивая возможность
1 0 для выпускания из картера 35 во впускной коллектор 38 большего количества картерных газов. Эти функциональные возможности могут быть реализованы при выбранном значении частоты вращения двигателя или в выбранном диапазоне частоты вращения двигателя, предварительно запрограммированном для модуля переключения по диапазону частоты вращения двигателя. Модуль пе-
1 5 реключения по диапазону частоты вращения двигателя повторно вступает в действие, когда автомобиль войдет в фазу другой предварительно выбранной частоты вращения двигателя, например, более высокой, при этом снова задей-ствуется толкатель 94 внутри соленоида 96. Согласно альтернативному варианту осуществления предлагаемого изобретения, для избирательного шагового
20 перемещения толкателя 94 внутрь соленоида 96 или из него может быть использован шаговый режим работы модуля переключения по диапазону частоты вращения двигателя. Например, электрический ток, протекающий по соленоиду 96, сначала может заставить толкатель 94 ввести передний диск 124 в контакт с полкой 136 впускного отверстия 84 при частоте вращения двигателя 900 оборо-
25 тов в минуту. При частоте вращения двигателя 1700 оборотов в минуту модуль переключения по диапазону частоты вращения двигателя может активировать первую ступень, на которой электрический ток, протекающий через соленоид 96, уменьшается наполовину. В этом случае толкатель 94 выходит из соленоида 96 на половину хода, частично открывая впускное отверстие 84 для протека-
30 ния картерных газов. Когда частота вращения двигателя достигает значения, например, 2500 оборотов в минуту, модуль переключения по диапазону частоты вращения двигателя может прекратить протекание электрического тока через соленоид 96, в результате чего толкатель 94 полностью выходит из соленоида 96 и впускное отверстие 84 открывается полностью. Представляется осо
бо предпочтительным, чтобы в этом состоянии передний диск 124 и задний диск 126 больше не ограничивали поток между впускным отверстием 84 и выпускным отверстием 86. Эти ступени могут регулироваться по частоте вращения двигателя или по другому параметру и в соответствии с расчетами, выпол-5 няемыми контроллером 12, и на основе показаний, поступающих от датчиков 20 - 32.
[69] Контроллер 12 может быть запрограммирован, предварительно запрограммирован после установки, или же иным образом приспособлен (перепро-1 0 граммирован или снабжен флеш-памятью), чтобы соответствовать рабочим характеристикам конкретного автомобиля или системы бортовой диагностики. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, контроллер 12 снабжен самообучающейся системой искусственного интеллекта, так что переключатель (в данном случае модуль переключения по диапазону
1 5 частоты вращения двигателя) приспосабливается к наилучшему времени для
приведения в действие и отключения соленоида 96 или для фиксации положения толкателя 94 в соленоиде 96, обеспечивая оптимальное повышение эффективности использования топлива и уменьшение загрязнения воздуха. Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предла-20 гаемого изобретения, контроллер 12 оптимизирует выпускание картерных газов на основе показаний, получаемых в реальном времени от датчиков 20 - 32. Например, по показаниям датчика 32 выхлопов контроллер 12 может определить, что автомобиль 16 выбрасывает вредные выхлопы в повышенных количествах. В этом случае контроллер 12 может дать команду на выведение толка-
2 5 теля 94 из соленоида 36, чтобы выпустить из картера дополнительное количе-
ство картерных газов с целью уменьшить количество загрязняющих веществ, выходящих через выхлопную трубу автомобиля 16 и замеряемых датчиком 32 выхлопа.
30 [70] Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, контроллер 12 снабжен световым индикатором на светоизлучающих диодах, который миганием сигнализирует о мощности и о том, что контроллер 12 находится в ожидании получения импульсов, сигнализирующих о частоте вращения двигателя. Светодиодный индикатор может быть использован также для
проверки правильности работы контроллера 12. Мигание светодиодного индикатора продолжается до тех пор, пока автомобиль не достигнет заданного значения частоты вращения двигателя, при котором контроллер 12 надлежащим образом изменяет силу электрического тока, протекающего по соединительным 5 проводам 78 и через соленоид 96. Согласно одному из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, контроллер 12 поддерживает это значение силы электрического тока, протекающего через соленоид 96 до тех пор, пока частота вращения двигателя не упадет на десять процентов относительно той точки, когда это значение силы электрического тока
1 0 было установлено. Этот принцип назван гистерезисом. Гистерезис введен в систему 10 контроля загрязнения окружающей среды для того, чтобы устранить частое включение и выключение данного режима - явление, известное как дребезг контактов, при скачках частоты вращения двигателя - в течение короткого периода времени - то выше, то ниже точки срабатывания. Гистерезис может
1 5 быть введен также в описывавшуюся выше электронную систему ступенчатого регулирования.
[71] Кроме того, контроллер 12 может быть оснащен таймером задержки включения, например, таймером марки "КН1 Analog Series On Delay timer" про-
20 изводства компании "Инструментейшн & Контрол Системз, Инк." (Instrumentation & Control Systems, Inc.) из города Аддисон (Addison), штат Иллинойс. Особенно предпочтительным представляется использование таймера задержки во время первоначального запуска. При низкой частоте вращения двигателя образуется мало картерных газов. Соответственно, таймер задержки может быть
25 введен в контроллер 12, чтобы обеспечить задержку включения соленоида 96 и соответствующего воздействия на толкатель 94. Представляется предпочтительным такое решение, при котором время задержки обеспечивает такое положение толкателя 94, в котором он остается полностью введенным в соленоид 96, так что передний диск 124 остается в примыкании к полке 136, ограничивая,
30 тем самым, количество картерных газов, поступающих через впускное отверстие 84. Таймер задержки может быть установлен на оттягивание любого из дисков 124, 126 от впускного отверстия 84 по истечении заданного временного интервала (например, одной минуты). В альтернативном варианте время задержки может устанавливаться контроллером 12 в зависимости от температуры дви
гателя, измеренной датчиком 20 температуры двигателя, от частоты вращения двигателя, измеренной датчиком 28, или же от показаний датчика 30 акселерометра, датчика 24 аккумуляторной батареи датчика 32 выхлопа. Время задержки может находиться в изменяемом диапазоне в зависимости от показаний вы-5 шеупомянутых датчиков. Таймер с изменяющейся задержкой может быть встроен также в модуль переключения по диапазону частоты вращения двигателя.
[72] Представляется предпочтительным такое решение, при котором контроллер 12 установлен под капотом 14 двигателя автомобиля 16, как это можно ви-
1 0 деть на фиг. 1. Чтобы пользователь мог установить контроллер 12 как показано на фиг. 1, последний может быть снабжен комплектом монтажных деталей. Электрическое питание контроллера 12 осуществляется напряжением 12 В через надлежащий автомат-выключатель. Монтажный комплект, в состав которого входит контроллер 12, может содержать устройство автоматического регули-
1 5 рования, и при этом один двенадцативольтовый автомат-выключатель может быть удален со щитка автоматов защиты сети и заменен устройством автоматического регулирования (не показано), которое обеспечивает одностороннее соединение с соединительными проводами 78 клапана 18 принудительной вентиляции картера, так чтобы пользователь, устанавливающий систему 10 кон-
20 троля загрязнения окружающей среды, не мог перепутать провода контроллера 12 и клапана 18 принудительной вентиляции картера. Кроме того, может быть обеспечен беспроводный доступ к контроллеру 12 с помощью пульта дистанционного управления или портативного устройства, чтобы получить доступ к вычисленным и измеренным в реальном времени параметрам, хранимой инфор-
25 мации или другим данным, считанным, хранимым или рассчитанным контроллером 12.
[73] Согласно еще одному аспекту осуществления системы 10 контроля загрязнения окружающей среды, контроллер 12 осуществляет управление клапа-30 ном 18 принудительной вентиляции картера на основе рабочей частоты двигателя. Например, контроллер 12 может приводить толкатель 94 в действие или в нерабочее состояние при переходе двигателя через резонансную частоту. Представляется предпочтительным такое решение, при котором контроллер 12 блокирует всякий поток из картера 35 во впускной коллектор 38 до тех пор, пока
двигатель не пройдет через резонансную частоту. Кроме того, контроллер 12 может быть запрограммирован на управление клапаном 18 принудительной вентиляции картера на основе воспринимаемых частот вращения двигателя в разных условиях эксплуатации, как описано выше.
[74] Предлагаемая система 10 контроля загрязнения окружающей среды может быть использована с широкой линейкой двигателей, в том числе с автомобильными дизельными двигателями. Кроме того, она может быть использована также с более крупными стационарными двигателями, с судовыми двигателями
1 0 или с другой тяжелой техникой. В составе предлагаемой системы 10 контроля загрязнения окружающей среды может использоваться один или большее число контроллеров 12 и один или большее число клапанов 18 принудительной вентиляции картера в сочетании с группой датчиков, измеряющих рабочие параметры двигателя или транспортного средства. Использование системы 10
1 5 контроля загрязнения окружающей среды в связи с автомобилем, как это подробно описывалось выше, это всего лишь предпочтительный вариант. Разумеется, предлагаемая система 10 контроля загрязнения окружающей среды применима в широком диапазоне отраслей техники, в которых используются горючие материалы и образуются газообразные продукты сгорания, которые
20 могли бы быть отправлены на рециркуляцию и использованы повторно.
[75] Согласно еще одному аспекту осуществления предлагаемой системы 10 контроля загрязнения окружающей среды, контроллер 12 выполнен с возможностью изменять управление клапаном 18 принудительной вентиляции картера 25 Основное назначение клапана 18 принудительной вентиляции картера состоит в том, чтобы регулировать глубину разрежения в двигателе, обеспечивающую разность давлений в картере 35 и во впускном коллекторе 38. Задание положения толкателя 94 внутри соленоида 96 во многом определят расход картерных газов, перетекающих из картера 35 во впускной коллектор 38. В некоторых си-30 стемах клапан 18 принудительной вентиляции картера может регулировать поток таким образом, чтобы разность давлений между картером 35 и впускным коллектором 38 не опускалась ниже некоторого порогового уровня, предусмотренного изготовителем оборудования. В случае отказа контроллера 12 система 10 контроля загрязнения окружающей среды восстанавливает первоначальные
характеристики, установленные изготовителем, при этом клапан 18 принудительной вентиляции картера работает как двухступенчатый обратный клапан. Один из особо предпочтительных аспектов осуществления системы 10 контроля загрязнения окружающей среды состоит в совместимости с текущими и 5 будущими стандартами бортовой диагностики благодаря включению в ее состав контроллера 12, снабженного функцией флеш-обновления. Кроме того, работа системы 10 контроля загрязнения окружающей среды не влияет на рабочие условия текущей системы бортовой диагностики и второй версии системы бортовой диагностики. Доступ к контроллеру 12 и снятие с него данных мо-
1 0 жет осуществляться по стандартным OBD-протоколам (OBD - аббревиатура от on-board diagnostics - бортовая диагностика), а флеш-обновления могут изменять базовую систему ввода-вывода таким образом, что контроллер 12 остается совместимым со стандартами бортовой диагностики. Представляется предпочтительным такое решение, при котором контроллер 12 управляет работой
1 5 клапана 18 принудительной вентиляции картера по регулированию разрежения в двигателе, определяющего разность давлений между картером 35 и впускным коллектором 38, управляя, таким образом, потоком между ними с целью оптимального выпускания картерных газов в пределах системы 10.
20 [76] Согласно еще одному аспекту осуществления предлагаемой системы 10 контроля загрязнения окружающей среды, контроллер 12 выполнен с возможностью изменять режим приведения в действие и (или) переведения в нерабочее состояние компонентов системы, как подробно описано выше, в частности, в отношении клапана 18 принудительной вентиляции картера. Такое изменение
25 может осуществляться, например, в цифровом формате с помощью упоминавшихся выше модуля переключения по диапазону частоты вращения двигателя, таймера задержки включения или других электронных устройств путем приведения упомянутых компонентов системы в действие, перевода их в нерабочее состояние или избирательного придания им промежуточного состояния.
30 Например, контроллер 12 может избирательно приводить в действие клапан 18 принудительной вентиляции картера на период времени в одну-две минуты, после чего избирательно переводит его в нерабочее состояние на десять минут. Эти последовательности приведения в действие и переведения в нерабочее состояние могут быть установлены заранее, или же выработаны путем са
мообучения, например, на основе стиля вождения. Предварительно запрограммированные последовательности могут быть изменены при флеш-обновлениях контроллера 12.
5 [77] На фиг. 10 проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления предлагаемого изобретения в серии. Клапан 18 принудительной вентиляции картера и маслоотделитель 19 могут быть скомбинированы в одном контейнере 134 с целью максимизировать эффективность использования топлива и масла в дизельном двигателе. Как можно видеть на фиг. 10, контейнеры 134
1 0 образуют серию. Такое решение обеспечивает особое преимущество в случае использования с большими промышленными двигателями, при работе которых может иметь место образование картерных газов в больших количествах. Двигательный отсек дизельного двигателя может оказаться недостаточно объемным, чтобы вместить один очень большой контейнер 134. Поэтому фильтрова-
1 5 ние и выпускание картерных газов может быть выполнено с помощью серии менее крупных контейнеров 134, как показано на фиг. 10.
[78] На фиг. 11, фиг. 12, фиг. 13, фиг. 13Аи фиг. 14 проиллюстрированы клапан 18 принудительной вентиляции картера и маслоотделитель 19, скомбини-
20 рованные в одном контейнере 134. На фиг. 11 представлен внешний вид контейнера 134. Как можно видеть, в верхней области контейнера 134 имеется порт 144 вентиляционной линии и выпускное отверстие 146. Верхняя часть клапана 18 принудительной вентиляции картера тоже находится в верхней области контейнера 134, при этом наружу выходит электрический соединитель 78 (см.
25 фиг. 12). Нижняя часть контейнера 134 снабжена дренажной трубкой 138 для рециркуляции масла. Дно контейнера 134 снабжено донной крышкой 142 и двумя боковыми зажимами 140 (см. фиг. 13). Эта донная крышка 142 контейнера 134 является съемной, что обеспечивает возможность периодической чистки фильтра, находящегося внутри (см. фиг. 13А).
[79] Открытый конец 148 донной части контейнера 134 можно видеть на фиг. 13А вместе с прокладкой 150 и съемной донной крышкой 142. Прокладка 150 установлена между открытым концом 148 контейнера 134 и съемной крышкой 142. Прокладка 150 выполнена из сжимаемого материала, который, к тому 35 же, является теплостойким и непроницаемым как для воздуха, так и для жидко
сти. В качестве такого сжимаемого материала могут быть использованы пластмасса, резина или другой материал, обладающий необходимыми свойствами. Назначением прокладки 150 в этом месте является создание герметичного уплотнения между контейнером 134 и съемной донной крышкой 143 для 5 предотвращения протекания масла или других загрязняющих веществ. Это может иметь важное значение, потому что содержимое контейнера 134 находится под высоким давлением и имеет высокую температуру. Для обеспечения возможности чистки и замены прокладка 150 может быть выполнена съемной.
1 0 [80] Порт 144 вентиляционной линии, относящийся к контейнеру 134, соединен с вентиляционной линией 74 (см. фиг. 2) для приема картерных газов из картера 35. Как можно видеть на фиг. 14, попадая в контейнер 134, картерные газы проходят через серию сетчатых слоев 136. Эти сетчатые слои 136 служат для отделения топливных паров от тяжелого масла, содержащегося в картер-
1 5 ных газах. Будучи более тяжелыми, частицы масла опускаются на дно контейнера 134, откуда они возвращаются в картер 35 через дренажную трубку 138 для рециркуляции масла. Что же касается топливных паров, то они, будучи более легкими, отсасываются из контейнера 134 через впускное отверстие 84 клапана 18 принудительной вентиляции картера. Клапан 18 принудительной вен-
20 тиляции картера находится под управлением контроллера 12, как описано выше. Затем топливные пары возвращаются в топливную магистраль 40 или во впускной коллектор 38 через выпускное отверстие 146. В процессе работы маслоотделитель 19 выполняет две главных функции. Во-первых, благодаря увеличенному объему внутреннего пространства контейнера 134 для частиц масла
25 обеспечены условия их конденсации с выходом из газообразного состояния. Во-вторых, сетчатые слои 136, расположенные во внутреннем пространстве контейнера 134, обеспечивают поверхность для конденсации масла и улавливания загрязнителей, выполняя, тем самым, предварительное фильтрование проходящего сквозь них масла.
[81] Упомянутые сетчатые слои 136 могут представлять собой известные масляные фильтры, обеспечивающие возможность фильтрования жидкого масла. В рассматриваемом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг. 11, фиг. 12, фиг. 13,
фиг. 13А и фиг. 14, эти сетчатые слои 136 выполнены из стальной или медной ваты и обеспечивают большую площадь поверхности, с которой контактируют картерные газы при прохождении. Кроме того, в качестве материала для сетчатых слоев 136 могут быть использованы нержавеющая сталь, алюминий, ла-5 тунь или бронза, которые могут быть в виде проволок разного калибра.
[82] На фиг. 15 изображен контейнер 134 в альтернативном варианте исполнения, в частности, в нем использованы металлические сетчатые слои 136 из металлической ваты разного типа и разной формы.
[83] Представляется предпочтительном такое решение, при котором в контейнере 134 уложены металлические сетчатые слои 136 из проволок разного калибра. Эти металлические сетчатые слои 136 введены в контейнер 134 через его открытый конец 148. Металлические сетчатые слои 136 могут быть выпол-
1 5 нены из одного и того же металла, или же из разных металлов. В качестве подходящих металлов могут быть названы (но не только) сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь, латунь или бронза. В процессе работы двигателя нефильтрованные картерные газы поступают через порт 144 вентиляционной линии контейнера 134. Картерные газы начинают циркуляцию через металли-
20 ческие сетчатые слои 136. Каждым слоем металлической ваты улавливаются разные примеси и загрязнители в зависимости от калибра металлических проволок и типа металла. Более крупные частицы загрязняющих веществ улавливаются более крупным калибром металлических проволок. Подобным же образом, определенные примеси могут улавливаться определенным типом металла.
[84] По мере того как картерные газы проходят сквозь фильтрующий контейнер 134, загрязнители, твердые частицы и примеси задерживаются и остаются два главных побочных продукта: очищенное моторное масло 152 и очищенные топливные пары. Очищенное моторное масло 152 в конечном счете попадает
30 на дно контейнера 134 и отводится через дренажную трубку 138 обратно в картер 35 двигателя 36. Что касается очищенных топливных паров, то они отводятся через выпускное отверстие 146 в контейнере 134 к клапану 18 принудительной вентиляции картера, который в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения отделен от маслоотделителя 19, для рециркуляции
3 5 через впускной коллектор 38 двигателя 36.
[85] Представляется предпочтительным такое решение, при котором в месте соединения дренажной трубки 138 с картером 35 система 10 снабжена обратным клапаном 190. Этот обратный клапан 190 предназначен для предотвраще-5 ния вытекания масла в обратном направлении из картера 35. Большое число дизельных двигателей имеют систему с разомкнутым контуром, что значит, что такое масло и картерные газы выпускаются в окружающую среду, а не направляются в коллектор с пониженным давлением. Это может быть особенно вредно при эксплуатации больших дизельных двигателей, таких как двигатели, уста-
1 0 новленные на морских судах, где выхлопные и другие отработанные газы сбрасываются в океан, причиняя вред коралловым рифам и другим формам морской жизни. Предлагаемая система 10 замыкает контур, "запечатывая" дизельный двигатель, предотвращая выброс в окружающую среду львиной доли картерных газов, в составе которых несгоревшее топливо, теряемые углеводород-
1 5 ные соединения и твердые частицы. В более мощных двигателях могут быть параллельно установлены несколько обратных клапанов 190, или же одному обратному клапану 190 может быть придан гораздо больший размер.
[86] После того как маслоотделитель 19 пробудет в эксплуатации определен-20 ный срок, содержащиеся в нем сетчатые слои 136 должны быть подвергнуты чистке. Для этого нужно отстегнуть боковые зажимы 140 в донной части контейнера 134 и снять донную крышку 142. Затем следует извлечь сетчатые слои 136 и почистить их. Перед установкой сетчатых слоев 136 обратно в контейнер 134 их следует окунуть в чистое масло.
[87] На фиг. 16 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления предлагаемой системы 10 контроля загрязнения окружающей среды, установленной на двигателе 36, при этом клапан 18 принудительной вентиляции картера и маслоотделитель 19 выполнены как отдельные компоненты. Работа си-30 стемы 10 протекает также, как и в ранее описанных вариантах осуществления. Преимущество выполнения клапана 18 принудительной вентиляции картера отдельно от маслоотделителя 19 состоит в том, что любой один из этих компонентов может быть заменен независимо от другого, благодаря чему удается сократить эксплуатационные расходы.
[88] На фиг. 17 проиллюстрирован еще один альтернативный вариант осуществления предлагаемого изобретения, в котором выпускной порт маслоотделителя 19 сообщен с масляным фильтром 154. Масляный фильтр 154 имеет ту же конструкцию и выполняет те же функции, что и обычный масляный фильтр, 5 известный специалистам в данной отрасли. Выпускной порт масляного фильтра 154 сообщен с масляным аккумулятором 156, который выполнен с возможностью накапливать определенное количество масла, прежде чем оно будет отправлено в картер 35. Этот масляный аккумулятор 156 может содержать обратный клапан 190, о котором говорилось выше. В рассматриваемом варианте осу-
1 0 ществления предлагаемого изобретения выпускной порт масляного аккумулятора 156 соединен со впускным портом 158 картера 35. Этот впускной порт 158 может быть сопряжен с каналом 160 стержневого указателя уровня, или же он может быть соединен с картером 35 непосредственно. Специалисту соответствующего профиля должно быть понятно, что любой из упомянутых выше до-
1 5 полнительных компонентов - масляный фильтр 154, масляный аккумулятор 156 и впускной порт 158, как сопряженный с каналом 160 стержневого указателя уровня, так и соединенный с картером 35 непосредственно - могут быть индивидуально или коллективно включены в состав предлагаемой системы 10 контроля загрязнения окружающей среды.
[89] Выпускное отверстие 146 маслоотделителя 19 соединено с впускным портом клапана 18 принудительной вентиляции картера. Выпускной порт клапана 18 принудительной вентиляции картера сообщен с топливной магистралью 40. В линии, сообщающей выпускной порт клапана 18 принудительной вен-
25 тиляции с топливной магистралью 40, установлен топливный смеситель 162, выполненный с возможностью вводить в поток картерных газов дополнительный или альтернативный источник топлива 164. Как и в случае других компонентов описанного выше альтернативного варианта системы, топливный смеситель 162 и источник топлива 164 могут быть выполнены как в виде самостоя-
30 тельных компонентов, так и в комбинации с каким-нибудь из других компонентов системы.
[90] На фиг. 18 и фиг. 19 иллюстрируется альтернативный вариант выполнения маслоотделителя 19. В этом варианте маслоотделитель 19 имеет в ка
честве корпуса контейнер 134 с верхней частью 166 и донной частью 168. Контейнер 134 снабжен ручкой 170, а также имеет впускной порт 172 и выпускной порт 174.
5 [91] На фиг. 19 маслоотделитель 19 в этом варианте осуществления изображен с разнесением деталей в положении, перевернутом относительно его положения на фиг. 18 (то есть, кверху дном). Можно видеть, что ручка 170 прикреплена к верхней части 166 контейнера 134 с помощью винта 176 или другого подобного крепежного элемента. Внутреннее пространство верхней части 166
1 0 контейнера 134 разделено на впускную камеру 178 и выпускную камеру 180. Поперек проемов впускной камеры 178 и выпускной камеры 180 установлена металлическая решетка 182. Представляется предпочтительным такое решение, при котором эта металлическая решетка 182 закреплена с помощью винтов 184. Представляется предпочтительным такое решение, при котором внут-
1 5 реннее пространство донной части 168 контейнера 134 образует открытую камеру (не показана), выполненную с возможностью задерживать масло, конденсирующееся из картерных газов. Донная часть 168 может содержать стальную вату 186 или другой подобный волокнистый материал из тех, которые упоминались ранее в связи с сетчатыми слоями. Снизу донная часть 168 снабжена дре-
20 нажной трубкой 138 для рециркуляции масла, аналогичной описанной в ранее рассмотренных вариантах.
[92] Маслоотделитель 19 содержит также уплотнительное кольцо или прокладку 188, расположенную между верхней частью 166 контейнера 134 и его
25 донной частью 168. Это уплотнительное кольцо 188 герметизирует маслоотделитель 19, предотвращая протекание при работе под давлением. Представляется предпочтительным такое решение, при котором верхняя часть 166 контейнера 134 и его нижняя часть 168 скреплены вместе надежно, но с возможностью разъединения. Они могут быть соединены, например, с помощью резьбово-
30 го соединения, с помощью быстроразъёмного соединения с накидной крыльча-той гайкой или с помощью зажимных винтов. Средний специалист в данной отрасли знает о различных средствах, с помощью которых верхняя часть 166 контейнера 134 и его нижняя часть 168 могут быть скреплены вместе.
[93] В полностью собранном состоянии маслоотделитель 19, выполненный в соответствии с данным вариантом осуществления, обеспечивает поступление картерных газов во впускную камеру 178 через впускной порт 172. Затем картерные газы проходят в донную часть 168 контейнера 134 через решетку 182. 5 По мере того как картерные газы проходят через решетку 182, происходит конденсация некоторой части содержащегося в них масла, которое стекает на дно внутренней камеры. Затем картерные газы проходят через слои стальной ваты 186, где тоже конденсируется содержащееся в картерных газах масло, которое остается на дне внутренней камеры. Разрежение, обусловленное разностью
1 0 давлений в картере и во впускном коллекторе, всасывает картерные газы через решетку 182 кверху в выпускную камеру 180. При этом втором прохождении через решетку 182 продолжается конденсация масла, содержащегося в картерных газах. Решетка 182 и слои стальной ваты 186 способствуют также отделению от картерных газов твердых частиц и других загрязнителей. Всосанные в
1 5 выпускную камеру 180 картерные газы выходят из нее через выпускной порт 174 и проходят к клапану 18 принудительной вентиляции картера, как описывалось выше при рассмотрении других вариантов.
[94] В свете вышеизложенного специалистам соответствующего профиля 20 должно быть понятно, что являющаяся предметом предлагаемого изобретения система контроля загрязнения окружающей среды для дизельных двигателей содержит масляный фильтр и клапан принудительной вентиляции картера, используемые во взаимодействии с дизельным двигателем. В кратком изложении, при ускорении и при буксировке тяжелых грузов дизельный двигатель произво-25 дит картерные газы, в составе которых содержатся топливные пары, масло и другие примеси. Эти картерные газы направляются из картера к масляному фильтру. В рассматриваемом случае картерные газы проходят через серию сетчатых фильтров, где масло и другие примеси отфильтровываются, отделяясь от топливных паров. Эти примеси улавливаются сетчатыми фильтрами, а 30 масло конденсируется и стекает на дно масляного фильтра, откуда сконденсировавшееся масло возвращается в картер.
[95] Очищенные топливные пары отсасываются из масляного фильтра через клапан принудительной вентиляции картера для возвращения в двигатель для
использования в составе горючего. Клапан принудительной вентиляции картера соединен с контроллером, что обеспечивает возможность пропускать через клапан принудительной вентиляции картера картерные газы в разных количествах в зависимости от текущего состояния двигателя. После прохождения че-5 рез клапан принудительной вентиляции картера топливные пары возвращаются в двигатель по топливной линии или через впускной коллектор.
[96] В целях дальнейшего совершенствования провода и наборы интегральных схем, используемые в датчиках и устройствах управления сигналами,
1 0 например, в контроллере 12, могут быть заменены сверхпроводниками. В конкретном плане, в системе 10 могут быть использованы датчики и (или) технологии обработки сигналов на работающих при комнатной температуре и высокотемпературных сверхпроводниках. Представляется предпочтительным такое решение, при котором используемые в системе 10 работающие при комнатной
1 5 температуре сверхпроводники проявляют свою сверхпроводимость при температурах несколько выше обычной комнатной температуры, например, при температуре двигательного отсека автомобиля.
[97] В иллюстративных целях выше было подробно описано несколько вари-20 антов осуществления предлагаемого изобретения. Однако каждый из этих вариантов может быть подвергнут различным модификациям без выхода за пределы объема предлагаемого изобретения и нарушения его духа. Соответственно, предлагаемое изобретение не должно быть ограничено ничем иным, кроме прилагаемой формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система контроля загрязнения для дизельного двигателя, содержащая
- клапан принудительной вентиляции картера, имеющий впускной порт и 5 выпускной порт, выполненный с возможностью выпускать картерные газы из
картера дизельного двигателя внутреннего сгорания,
- маслоотделитель, имеющий входной порт и верхний и нижний выходные порты, в котором упомянутый впускной порт сообщен с картером, упомянутый нижний выпускной порт сообщен с возвратным каналом на картере, а упо-
1 0 мянутый верхний выпускной порт сообщен с клапаном принудительной вентиляции картера,
- линию картерных газов, сообщающую выпускной порт клапана принудительной вентиляции картера с впускным коллектором на дизельном двигателе, и
1 5 - контроллер, соединенный с клапаном принудительной вентиляции кар-
тера для избирательного регулирования открытого и закрытого состояния клапана принудительной вентиляции картера в соответствии с состоянием картерных газов в реальном времени для регулирования глубины разрежения в двигателе и увеличения или уменьшения скорости истечения картерных газов из
20 картера.
2. Система по п.1, в которой соединение контроллера с клапаном принудительной вентиляции картера выполнено беспроводным.
25 3. Система по п.1, дополнительно содержащая датчик картерных газов,
соединенный с контроллером и установленный в линии с одним из следующего перечня: с входным портом на маслоотделителе, с верхним выпускным портом на маслоотделителе или с линией картерных газов для измерения в реальном времени параметров картерных газов, таких как давление картерных газов,
30 температура картерных газов, состав картерных газов или скорость истечения картерных газов.
4. Система по п.З, в которой соединение контроллера с упомянутым датчиком картерных газов является беспроводным.
5. Система по п.З, в которой вместо проводов и набора интегральных
схем в контроллере и датчике картерных газов использованы сверхпроводники.
6. Система по любому из пп.2 или 4, в которой упомянутое беспроводное
5 соединение выполнено через вай-фай, по радио, с помощью инфракрасного
излучения, ультразвуком или посредством SMS-связи.
7. Система по любому из пп.1 - 5, в которой клапан принудительной вен-
тиляции картера выполнен с возможностью регулировать поток текучей среды
1 0 между его впускным портом и его выпускным портом с помощью соленоидного механизма дроссельного регулирования, электромагнитного механизма дроссельного регулирования, индукционного механизма дроссельного регулирования или оптоволоконного механизма дроссельного регулирования.
1 5 8. Система по п.З, в которой маслоотделитель содержит совокупность
проницаемых сетчатых слоев, имеющих разный калибр проволок и выполненных с возможностью разделения картерных газов на топливные пары и капельки масла.
20 9. Система по п.8, в которой упомянутые проницаемые сетчатые слои
выполнены из металла или сплава металлов, таких как сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь, латунь или бронза.
10. Система по п.З, дополнительно содержащая масляный фильтр, рас-
25 положенный между нижним выпускным портом маслоотделителя и возвратным
каналом на картере и сообщающийся с ними.
11. Система по п. 10, дополнительно содержащая масляный аккумулятор, расположенный между масляным фильтром и возвратным каналом на картере
30 и сообщающихся с ними.
12. Система по п.З, в которой линия картерных газов соединена с главной топливной линией, ведущей в дизельный двигатель внутреннего сгорания.
35 13. Способ контроля загрязнения от выхлопов в дизельном двигателе
внутреннего сгорания, содержащий следующие стадии:
- выпуск картерных газов из картера дизельного двигателя внутреннего сгорания с помощью пониженного давления с использованием клапана принудительной вентиляции картера,
- измерение в реальном времени параметров картерных газов, таких как 5 давление картерных газов, температура картерных газов, состав картерных газов или скорость истечения картерных газов,
- регулирование открытого и закрытого состояния клапана принудительной вентиляции картера в соответствии с состоянием картерных газов в реальном времени,
1 0 - регулирование скорости истечения картерных газов из картера,
- разделение картерных газов на жидкое масло и топливные пары,
- возвращение жидкого масла в картер и
- рециркуляция топливных паров во впускной коллектор дизельного двигателя внутреннего сгорания.
1 5
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий стадию фильтрования
жидкого масла перед стадией его возвращения.
15. Способ по п. 13, дополнительно содержащий стадию перемешивания
20 топливных паров с альтернативным топливом перед стадией рециркуляции.
1/20
2/20
3/20
4/20
Контроллер
5/20
¦82
6/20
7/20
9/20
5?"
р Ш
О Н
3-8
00 20
S со
3 I
0 X S
го сг
о о о от
11/20
13/20
14/20
15/20
16/20
18/20
19/20
20/20
- 4 -
- 3 -
-11-
- 10 -
- 13 -
- 13 -
-15-
-16 -
- 18 -
- 18 -
-29-
- 28 -
- 31 -
- 31 -
-37 -
- 36 -
- 39 -
- 39 -
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Фиг. 3
Фиг. 3
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
86-
¦84
Фиг. 4
86-
¦84
Фиг. 4
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Фиг. 9
Фиг. 9
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Фиг. 16
Фиг. 16
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Фиг. 17
Фиг. 17
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Фиг. 17а
Фиг. 17а
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Фиг. 17Ь
Фиг. 17Ь
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя
Система контроля загрязнения от выбросов для дизельного двигателя