Способ очистки картерных газов и устройство для его осуществления
Изобретение относится к двигателестроению. При очистке картерных газов, генерируемых при работе ДВС в его картере, используют центробежный сепаратор, включающий в себя ротор, выполненный с возможностью вращения при помощи приводного электродвигателя и всасывания, в результате его вращения, картерных газов из картера через канал в центробежный сепаратор. При работе двигателя внутреннего сгорания измеряют параметр, например значение нагрузки на двигатель внутреннего сгорания, причем величина указанного параметра связана с количеством картерных газов, генерируемых за единицу времени в картере. В зависимости от измеренного изменения измеренного параметра изменяют частоту вращения ротора центробежного сепаратора таким образом, что давление газа в картере поддерживается на заданном уровне или в заданном диапазоне давлений при работе двигателя внутреннего сгорания. Приведен пример устройства для реализации способа. Такое выполнение позволяет осуществить эффективную очистку картерных газов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к способу очистки картерных газов, которые генерируются при работе двигателя внутреннего сгорания в его картере, и к устройству для его осуществления. Двигатели внутреннего сгорания используются с различными целями, например для сообщения движения транспортному средству на земле, на море или в воздухе, для выполнения механической работы или на стационарных или передвижных электростанциях для производства электроэнергии.
Очистка картерных газов требует использования очищающего устройства, которое может эффективно извлекать малоразмерные твердые и/или жидкие частицы, взвешенные в картерных газах. Были предложены несколько разных типов очищающих устройств, таких как традиционные фильтры, циклоны или центробежные сепараторы разных типов, имеющие вращающиеся элементы. За последнее время для такой очистки были разработаны усовершенствованные центробежные сепараторы и были предложены разные способы для приведения в действие центробежных сепараторов этих типов. Центробежный сепаратор такого назначения приводится в действие механическим способом при помощи вала двигателя внутреннего сгорания, например коленчатого вала или кулачкового вала (см., например, патент США №5954035). Согласно другому варианту центробежный сепаратор следует приводить в действие при помощи электродвигателя (см., например, публикацию WO 01/36103).
Согласно еще одному варианту при помощи двигателя внутреннего сгорания создавали давление в текучей среде, такой как газ или жидкость, и использовали ее для приведения в действие турбины одного или другого типа, соединенной с центробежным ротором для очистки картерных газов (см., например, публикацию WO 99/56883).
Независимо от типа устройства, используемого для очистки картерных газов двигателя внутреннего сгорания, трудно исключить влияние работы очищающего устройства на давление картерных газов, превалирующее в картере двигателя внутреннего сгорания. Либо очищающее устройство создает противодавление для подлежащих очистке картерных газов, что может приводить к нежелательному избыточному давлению в картере, либо очищающее устройство вызывает некоторое пониженное давление на его входе для подлежащих очистке картерных газов, которое может распространяться в картер двигателя внутреннего сгорания и создавать в нем нежелательное разрежение. Во многих случаях существует требование, состоящее в том, что давление в картере должно поддерживаться в пределах определенного диапазона, то есть оно не должно повышаться выше определенного первого значения и не должно падать ниже определенного второго значения при работе двигателя внутреннего сгорания.
Указанная проблема теоретически может быть решена, например, посредством использования клапанов регулирования давления различных типов. Однако к чувствительности по давлению таких клапанов предъявляются высокие требования, и этим требованиям бывает трудно удовлетворять в условиях окружающей среды, в которой должны работать клапаны.
Задачей настоящего изобретения является получение способа и устройства для очистки картерных газов, генерируемых при работе двигателя внутреннего сгорания в его картере, при помощи которых в картере двигателя внутреннего сгорания поддерживается заданное давление газов или давление газов в заданном диапазоне давлений.
Для решения этой задачи в настоящем изобретении предлагается использовать центробежный сепаратор, который включает центробежный ротор, приспособленный для вращения при помощи приводного электродвигателя и приспособленный для всасывания за счет его вращения картерных газов из картера в центробежный сепаратор; производить измерение параметра, величина которого относится к количеству картерных газов, генерируемых за единицу времени в картере, и изменять скорость вращения центробежного ротора в качестве реакции на измеренное изменение указанного параметра таким образом, чтобы поддерживать давление газа в картере на заданном уровне или в пределах заданного диапазона давлений при работе двигателя внутреннего сгорания. Изменение частоты вращения центробежного ротора может осуществляться ступенчато или непрерывно.
Благодаря изобретению можно осуществлять удовлетворительную очистку картерных газов, поступающих из двигателя внутреннего сгорания, даже когда нагрузка на него изменяется при одновременном поддержании необходимого давления газа в картере двигателя внутреннего сгорания. Согласно изобретению используемый центробежный сепаратор необязательно должен с одинаковой эффективностью извлекать загрязняющие частицы в ходе всего времени работы двигателя внутреннего сгорания, и эффективность очистки и эффективность всасывания центробежным сепаратором можно регулировать посредством изменения частоты вращения центробежного ротора. Таким образом, когда за единицу времени генерируется относительно небольшое количество картерных газов, эффективная очистка картерных газов может осуществляться при сравнительно меньшей частоте вращения центробежного ротора, чем та, которая требуется при генерировании относительно большого количества картерных газов за единицу времени.
Благодаря использованию центробежного сепаратора, в котором центробежный ротор при его вращении приспособлен для всасывания картерных газов из картера, устраняется необходимость в дополнительном насосе или вентиляторе для подачи картерных газов из картера и через центробежный сепаратор.
При использовании двигателя внутреннего сгорания для сообщения движения транспортному средству часто превалирует заданное соотношение между скоростью, с которой движется транспортное средство, и количеством картерных газов, генерируемых в картере двигателя внутреннего сгорания. Однако данное положение не применимо, когда двигатель внутреннего сгорания используется, например, для производства электроэнергии. Таким образом, в картере генерируется больше картерных газов, когда двигатель внутреннего сгорания работает под большей нагрузкой, независимо от того, вращается ли коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания с увеличивающейся или с по существу постоянной частотой вращения. В связи с производством электроэнергии, то есть когда двигатель внутреннего сгорания приспособлен для вращения электрогенератора, двигатель внутреннего сгорания может постоянно работать с по существу неизменной частотой вращения при изменениях производимой электроэнергии. В этом случае электрогенератор регулируют в ходе работы для того, чтобы он мог генерировать при постоянной частоте вращения двигателя внутреннего сгорания разные количества электроэнергии в соответствии с изменениями потребности в такой энергии.
Выявление изменения количества картерных газов, генерируемых за единицу времени в картере двигателя внутреннего сгорания, можно осуществлять разными путями. Например, можно измерять давление в картере или в соединении между картером и центробежным сепаратором. В альтернативном варианте можно измерять расход потока картерных газов в указанном соединении.
В альтернативном варианте указанный измеренный параметр может быть параметром такого типа, который отображает превалирующую или непосредственно воздействующую нагрузку на двигатель внутреннего сгорания. В связи с производством электроэнергии при помощи электрогенератора с приводом от двигателя внутреннего сгорания, таким образом, после подготовительных эмпирических испытаний управление скоростью центробежного ротора можно осуществлять на основе непрерывного считывания изменяющихся потребностей в электроэнергии, которые удовлетворяет электрогенератор. На основе знания того, как такая изменяющаяся потребность влияет на нагрузку, на двигатель внутреннего сгорания и, таким образом, на количество картерных газов, производимых за единицу времени, можно соответствующим образом регулировать частоту вращения центробежного ротора. Например, производительность электрогенератора может быть измерена, что может вызывать генерирование сигнала управления, который изменяется с изменениями этой производительности. Величину сигнала управления можно рассматривать как меру нагрузки на двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие электрогенератор, и, таким образом, как величину, представляющую количество картерных газов, генерируемых в картере двигателя внутреннего сгорания. В практическом случае сигнал управления может колебаться в диапазоне 4-20 мА в зависимости от нагрузки, создаваемой электрогенератором на двигатель, и соответствующий диапазон скоростей вращения центробежного ротора может быть таким, чтобы давление газов в картере двигателя внутреннего сгорания поддерживалось в диапазоне давлений, составляющем 0-4 мбар.
Как отмечалось выше, центробежный ротор для очистки картерных газов может приводиться в действие разными путями. Изобретение может применяться независимо от того, какой тип устройства выбран для приведения в действие центробежного ротора. Предпочтительно для приведения в действие центробежного ротора используют электродвигатель, и в этом случае предпочитают использовать преобразователь частоты для изменения частоты вращения электродвигателя.
На современных транспортных средствах из категории больших грузовиков и на производственных установках обычно устанавливают компьютерные сети. Одну известную компьютерную сеть такого типа называют протоколом CAN. В этой компьютерной сети, которая предпочтительно включает бортовой компьютер транспортного средства и соединена с множеством разных датчиков, расположенных в разных частях транспортного средства и в двигателе внутреннего сгорания, доступно множество данных, касающихся различных функций и условий, превалирующих на транспортном средстве. Примерами доступных данных являются:
- частота вращения двигателя в данный момент;
- нагрузка на двигатель в данный момент;
- нагрузка на двигатель, выбираемая водителем транспортного средства (нажим на педаль акселератора транспортного средства в данный момент);
- температура двигателя;
- температура атмосферного воздуха;
- скорость транспортного средства;
- суммарная продолжительность эксплуатации двигателя с момента начала его эксплуатации;
- пробег транспортного средства с начала его эксплуатации;
- продолжительность эксплуатации с момента последнего запуска двигателя.
В сети этого типа доступно много других данных в зависимости от того, какие компоненты присутствуют на транспортном средстве. При помощи бортового компьютера транспортного средства, соединенного с сетью, различные данные могут быть скомбинированы и преобразованы в сигналы управления разных типов для управления разными функциями на борту транспортного средства, например сигналы управления очисткой картерных газов согласно изобретению.
В предпочтительном варианте выполнения устройства, соответствующего изобретению, его оснащение для изменения частоты вращения центробежного сепаратора может содержать устройство декодирования или выборки, которое приспособлено для приема или выбора только некоторых из нескольких данных, доступных в источнике информации этого типа, причем указанное устройство управления приспособлено для приведения в действие такими принятыми или выбранными данными и, в свою очередь, для изменения частоты вращения электродвигателя в соответствии с ними. Независимо от того, имеется ли в наличии компьютерная сеть указанного выше типа или нет, очищающее устройство в предпочтительном варианте осуществления изобретения предпочтительно может быть соединено с датчиком, который предназначен для измерения фактического изменения количества картерных газов, производимых двигателем внутреннего сгорания.
Таким образом, согласно одному варианту настоящего изобретения обеспечивают способ очистки картерных газов, генерируемых при работе двигателя внутреннего сгорания в картере, в котором используют центробежный сепаратор, который включает в себя центробежный ротор, выполненный с возможностью вращения приводным электродвигателем и всасывания при его вращении картерных газов из картера в центробежный сепаратор, при этом измеряют параметр, величина которого связана с количеством картерных газов, генерируемых за единицу времени в картере, и изменяют частоту вращения центробежного ротора в качестве реакции на измеренное изменение указанного параметра таким образом, чтобы поддерживать давление газа в картере на заданном уровне или в заданном диапазоне давлений при работе двигателя внутреннего сгорания.
Предпочтительно частоту вращения центробежного ротора изменяют от первого значения до второго значения, причем оба значения больше нуля.
Предпочтительно частоту вращения центробежного ротора изменяют ступенчато, более чем двумя ступенями.
Предпочтительно частоту вращения центробежного ротора изменяют непрерывно.
Предпочтительно частоту вращения центробежного ротора изменяют в качестве реакции на выявленное изменение потока картерных газов, который генерируется вследствие выработки картерных газов двигателем внутреннего сгорания.
Предпочтительно частоту вращения центробежного ротора изменяют в качестве реакции на выявленное изменение избыточного давления картерных газов, которое возрастает вследствие выработки картерных газов двигателем внутреннего сгорания.
Предпочтительно выполняют измерение параметра, изменяющегося с изменением нагрузки на двигатель внутреннего сгорания.
Предпочтительно используют приводной электродвигатель для вращения центробежного ротора и используют преобразователь частоты для изменения частоты вращения приводного электродвигателя и, соответственно, частоты вращения центробежного ротора.
Согласно другому варианту настоящего изобретения обеспечивают устройство для очистки картерных газов, генерируемых в картере при работе двигателя внутреннего сгорания, содержащее центробежный сепаратор, имеющий центробежный ротор, выполненный с возможностью вращения при помощи приводного электродвигателя и обеспечивающий при его вращении всасывание картерных газов из картера в центробежный сепаратор, при этом приводной электродвигатель обеспечивает вращение центробежного ротора с разными скоростями, измерительное средство выполнено с возможностью измерения параметра, величина которого связана с количеством картерных газов, генерируемых в единицу времени в картере, указанное измерительное средство в рабочем состоянии соединено с приводным электродвигателем, который выполнен с возможностью изменения частоты вращения центробежного ротора в качестве реакции на измеренное изменение указанного параметра таким образом, что давление газа в картере поддерживается на заданном уровне или в заданном диапазоне давлений при работе двигателя внутреннего сгорания.
Предпочтительно приводной двигатель является электрическим, и между измерительным средством и приводным двигателем подключен преобразователь частоты.
Предпочтительно измерительное средство выполнено с возможностью измерения параметра, который связан с нагрузкой, воздействию которой подвергается двигатель внутреннего сгорания при работе.
Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых:
фиг.1 изображает пример выполнения приводимого в действие электродвигателем центробежного сепаратора типа, который может быть включен в устройство, соответствующее изобретению;
фиг.2 - вид сечения, выполненного по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 - схематический вид транспортного средства, снабженного устройством, соответствующим изобретению; и
фиг.4 - схематический вид установки для производства электроэнергии, включающей наряду с другими компонентами двигатель внутреннего сгорания и устройство, соответствующее изобретению.
На фиг.1 показан вид сечения центробежного сепаратора, который может быть установлен на транспортном средстве и предназначен для очистки картерных газов от взвешенных в них частиц, которые имеют большую плотность, чем газ. Центробежный сепаратор включает в себя корпус 1, ограничивающий камеру 2. Корпус имеет впускное отверстие 3, проходящее в камеру 2 для впуска газов, которые необходимо очищать, и выпускное отверстие 4 для выпуска чистого газа из камеры 2. Корпус также имеет выпускное отверстие 5 для частиц, выходящих из камеры 2 для частиц, извлеченных из газа.
Корпус 1 включает в себя две части, которые соединены друг с другом при помощи ряда винтов 6. Винты 6 также предназначены для прикрепления корпуса к подвесочным элементам 7 из эластичного материала, при помощи которых корпус может удерживаться на указанном транспортном средстве (не показано).
Внутри камеры 2 расположен ротор 8, вращающийся вокруг вертикальной оси R вращения. Для вращения ротора 8 применен электродвигатель 9. Ротор 8 включает в себя установленный вертикально центральный вал 10, который его верхним концом закреплен в корпусе 1 при помощи подшипника 11 и несущего корпуса 12 подшипника, а нижним концом закреплен в корпусе 1 при помощи подшипника 13 и несущего корпуса 14 подшипника. Несущий корпус 14 подшипника расположен во впускном отверстии 3 корпуса и, таким образом, снабжен сквозными отверстиями 15 для поступающего газа, который требуется очистить в камере 2.
Ротор 8 также включает в себя верхнюю торцевую стенку 16 и нижнюю торцевую стенку 17, причем указанные две торцевые стенки соединены с центральным валом 10. Нижняя торцевая стенка 17 снабжена расположенными в ее центральной части сквозными отверстиями 18, благодаря чему внутреннее пространство ротора может сообщаться с впускным отверстием 3 для газа. Кроме того, нижняя торцевая стенка 17 снабжена кольцевым фланцем 19, который взаимодействует с подобным кольцевым фланцем 20 несущего корпуса 14 подшипника таким образом, что газ, поступающий через впускное отверстие 3, проходит во внутреннее пространство ротора 8 через отверстия 18. Фланцы 19 и 20 могут быть приспособлены для полного уплотнения относительно друг друга, но в полном уплотнении между ними нет необходимости.
Нижняя торцевая стенка 17 выполнена как единое целое с полой стойкой 21, которая проходит в осевом направлении вверх от торцевой стенки 17 и плотно охватывает центральный вал 10. Стойка проходит до верхней торцевой стенки 16. В районе стойки 21 центральный вал 10 имеет цилиндрическую форму, предпочтительно, для снижения стоимости, круговую цилиндрическую форму, и внутренняя поверхность стойки 21 сформирована аналогично внешней поверхности вала. Внешняя поверхность стойки 21 имеет некруглую форму поперечного сечения, как можно видеть на фиг.2.
Между торцевыми стенками 16 и 17 расположен пакет конических сепарационных дисков 22. Каждый из них имеет одну часть, сформированную в конфигурации усеченного конуса, и одну плоскую часть 23, сформированную как единое целое с ней и расположенную ближе к стойке 21. Как показано на фиг.2, плоская часть сформирована так, что она может входить в зацепление с некруглой стойкой 21 таким образом, что сепарационный диск не сможет вращаться относительно стойки 21. Кроме того, плоская часть 23 снабжена несколькими сквозными отверстиями 24. Независимо от того, совмещены ли отверстия 24 разных сепарационных дисков 22 в осевом направлении или нет, они совместно с промежуточными пространствами между центральными частями сепарационных дисков 22 формируют центральное входное пространство 25 внутри ротора (см. фиг.1), которое сообщается с впускным отверстием 3 для газа.
Для ясности на чертеже показаны только несколько сепарационных дисков 22 и большие промежуточные пространства. На практике между торцевыми стенками 16 и 17 будет расположено значительно больше сепарационных дисков, при этом между ними будут сформированы относительно узкие промежуточные пространства.
На фиг.2 показана сторона сепарационного диска 22, которая обращена вверх на фиг.1. Эта сторона далее называется внутренней стороной сепарационного диска, поскольку она обращена внутрь, в направлении оси вращения ротора. Сепарационный диск снабжен расположенными на его внутренней стороне несколькими удлиненными ребрами 26, формирующими распорные элементы между этим сепарационным диском и самым ближайшим верхним сепарационным диском в пакете дисков. Между соседними ребрами 26 в пространстве между двумя сепарационными дисками сформированы каналы 27 для потока газов, которые необходимо очистить. Эти ребра 26 проходят, как показано на фиг.2, вдоль изогнутых линий и формируют, по меньшей мере, на радиально-внешних кольцевых частях дисков угол относительно образующих сепарационных дисков. Вследствие изогнутой формы ребер 26 каналы 27 для потока газов, которые необходимо очистить, также проходят вдоль линий, которые изогнуты соответствующим образом. Ребра 26 предпочтительно проходят по всей конической части каждого сепарационного диска и заканчиваются вблизи радиально-внешней окружающей кромки сепарационного диска.
Ротор 8 окружен кольцевым пространством 28 в корпусе 1, составляющим часть камеры 2.
Описанный выше центробежный сепаратор известен, и его работа подробно описана в документе WO 01/36103. Эту работу можно кратко описать следующим образом.
При помощи электродвигателя 9 ротору 8 сообщается вращение вокруг вертикальной оси R. Картерные газы, которые генерируются двигателем внутреннего сгорания (не показан) и которые необходимо очистить от взвешенных в них частиц масла и, возможно, также от твердых частиц, поступают через входное отверстие 3 для газа и проходят вверх, в центральное пространство 25 ротора 8. Оттуда картерные газы проходят в промежуточные пространства между коническими частями сепарационных дисков 22, куда они увлекаются при вращении ротора. Вследствие вращения частицы, взвешенные в газе, извлекаются из него, будучи отбрасываемыми центробежной силой на внутренние поверхности сепарационных дисков, по которым они затем скользят или текут в жидкой форме радиально наружу, в направлении окружающих кромок сепарационных дисков. С этих окружающих кромок частицы в агломерированной форме отбрасываются наружу, к окружающей стенке неподвижного корпуса 1, вдоль которой они движутся вниз и далее наружу через выпускное отверстие 5 для частиц.
Картерные газы, очищенные от частиц, проходят наружу из промежуточных пространств между сепарационными дисками 22 в кольцевое пространство 28, из которого они выходят через выпускное отверстие 4 для газов.
Эффективность извлечения или очистки центробежным сепаратором в большой степени зависит от частоты вращения центробежного ротора 8. Чем выше эта частота, тем выше становится эффективность извлечения. Посредством регулирования частоты вращения электродвигателя 9 можно изменять эффективность очистки центробежным сепаратором. Даже в невращающемся состоянии центробежный ротор создает некоторый, хотя и небольшой, очищающий эффект вследствие того, что картерные газы принудительно несколько раз изменяют направление движения и проходят по узким каналам при движении через центробежный ротор.
Благодаря его конструкции описанный центробежный сепаратор приспособлен для всасывания в него загрязненных картерных газов через его впускное отверстие 3 для газа и для откачивания, благодаря определенному избыточному давлению, очищенных картерных газов наружу через его выпускное отверстие 4 для газа. Причина этого состоит в том, что поступающие картерные газы, которые не вращаются, проходят в центральное впускное пространство 25 центробежного ротора и после этого им сообщается вращение, и при этом они очищаются при движении между сепарационными дисками 22 наружу, в направлении кольцевого пространства 28 вокруг ротора 8 в корпусе 1. Таким образом, картерные газы в кольцевом пространстве 28 имеют более высокое давление, чем картерные газы в центральном пространстве 25. В этой связи важно то, что выпускное отверстие 4 для газа расположено на большем расстоянии от оси R вращения центробежного ротора, чем центральное впускное отверстие 3 для газа.
На фиг.3 показано транспортное средство 30 и двигатель 31 внутреннего сгорания, удерживаемый на нем и предназначенный для сообщения движения транспортному средству. Двигатель 31 внутреннего сгорания предназначен также для приведения в действие электрогенератора 32, который соединен с электрическим аккумулятором 33. Транспортное средство 30 также оснащено центробежным сепаратором 34 типа, показанного на фиг.1 и 2. Для проведения картерных газов из картера двигателя 31 во впускное отверстие для газа центробежного сепаратора применен канал 35, и для проведения очищенных картерных газов и частиц, и масла, извлеченных из картерных газов, назад в двигатель внутреннего сгорания применены каналы 36 и 37 соответственно. Очищенный газ проходит в воздухозаборник двигателя внутреннего сгорания, а извлеченные частицы проходят совместно с извлеченным маслом назад, в так называемый масляный поддон двигателя внутреннего сгорания. В альтернативном варианте очищенный газ мог бы выпускаться в окружающую атмосферу, тогда как извлеченные частицы и масло могли бы накапливаться в отдельном резервуаре.
На фиг.3 также показан электродвигатель 9, который можно видеть на фиг.1 и который предназначен для приведения в действие ротора 8 центробежного сепаратора. В сочетании с электродвигателем 9 расположена аппаратура 38 управления, которая приспособлена для приведения в действие электродвигателя с изменяемыми скоростями. Аппаратура 38 управления для питания ее самой и для питания электродвигателя соединена с электрогенератором 32 и с электрическим аккумулятором 33.
Кроме того, на транспортном средстве 30 установлена компьютерная сеть, включающая в себя бортовой компьютер 39 транспортного средства и так называемую шину 40 данных. С компьютерной сетью соединено большое количество датчиков разных типов для сбора данных, касающихся разных функций транспортного средства. Кроме того, с указанной компьютерной сетью соединена аппаратура 38 управления, которая может получать информацию из сети для подключения и отключения электрического двигателя 9 или для изменения частоты вращения электродвигателя при помощи аппаратуры управления. Благодаря соединению с компьютерной сетью, в нее также может передаваться информация, например, о текущем и рабочем состоянии электродвигателя и центробежного сепаратора и о количестве загрязняющих веществ в загрязненных и очищенных картерных газах.
Электродвигатель 9 может быть электродвигателем постоянного тока или электродвигателем переменного тока; либо синхронным электродвигателем, либо асинхронным электродвигателем. В зависимости от типа электродвигателя аппаратура 38 управления может быть скомпонована многими разными путями, очевидными для специалиста в области электродвигателей.
Если аппаратура 38 управления соединена с компьютерной сетью указанного выше типа, она может не быть особенно сложной в отношении ее способности обрабатывать сигналы, поступающие от разных датчиков, расположенных на транспортном средстве. В таком случае именно указанный выше бортовой компьютер транспортного средства обеспечивает требуемую обработку такого сигнала и выработку сигнала управления для приведения в действие электродвигателя. Аппаратура 38 управления в этом случае должна включать декодирующее средство (интерфейс), при помощи которого она может выбирать надлежащий сигнал из компьютерной сети, после чего сигнал может быть использован для управления частотой вращения электродвигателя.
В простейшем случае аппаратура управления может включать в себя электрическое реле, которое предназначено для начала или прекращения работы электродвигателя при помощи принятого сигнала управления. Реле этого типа может иметь входную схему, на которую воздействуют данные, предназначенные для регулирования эффективности извлечения центробежным сепаратором 34, и выходную схему, предназначенную для изменения частоты вращения электродвигателя 9 в зависимости от этих данных.
Однако аппаратура управления предпочтительно включает в себя устройство для приведения в действие электродвигателя 9 с разными скоростями; либо с возможностью получения ограниченного количества скоростей, либо с возможностью непрерывного изменения скорости электродвигателя. Разные типы устройств для регулирования скорости электродвигателей (и электродвигателей постоянного тока, и электродвигателей переменного тока) хорошо известны и не требуют более подробного описания. Для электродвигателя постоянного тока можно использовать простое устройство для регулирования напряжения. Для электродвигателя переменного тока можно использовать различные типы устройств для регулирования частоты. Устройство этого типа пригодно для получения переменного тока изменяемой частоты или при помощи постоянного тока, или при помощи переменного тока.
Независимо от сложности аппаратуры управления она должна обеспечивать прерывание работы электродвигателя, когда двигатель внутреннего сгорания еще продолжает работать, например в холостом режиме или при работе двигателя внутреннего сгорания со скоростью, которая ниже определенного значения. В случае необходимости работа электродвигателя может быть прервана вручную и/или начата автоматически на определенный период времени после того, как двигатель внутреннего сгорания запущен, или после того, как достигнута определенная частота вращения двигателя внутреннего сгорания. Электродвигатель должен быть приспособлен для работы под напряжением 48 В или менее, например 14, 28 или 42 В.
Что касается сигнала, при помощи которого можно регулировать или корректировать скорость электродвигателя, он может быть функцией многих разных переменных факторов. Таким образом, может быть задействован один или более из следующих факторов, например:
- давление газов в картере двигателя внутреннего сгорания;
- давление газов в воздухоприемнике двигателя внутреннего сгорания;
- частота вращения двигателя внутреннего сгорания;
- нагрузка на двигатель внутреннего сгорания;
- температура окружающей среды;
- температура смазочного масла в двигателе внутреннего сгорания;
- суммарная продолжительность эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.
При отсутствии компьютерной сети типа, описанного выше, частоту вращения электродвигателя можно корректировать или регулировать при помощи данных, передаваемых аппаратуре 38 управления непосредственно от датчика определенного пригодного типа. Например, датчик может быть расположен так или иначе для измерения количества картерных газов, производимых в каждый момент двигателем внутреннего сгорания. Измеренное количество производимых картерных газов может быть представлено давлением, превалирующим в картере двигателя внутреннего сгорания или в канале для картерных газов между картером и указанным центробежным сепаратором. Другой измеренный показатель количества производимых картерных газов может быть представлен величиной превалирующего расхода газа в указанном канале.
Если количество производимых картерных газов изменяется при неизменной частоте вращения центробежного ротора 8, давление картерных газов во впускном отверстии 3 центробежного сепаратора изменяется. Таким образом, если выработка картерных газов уменьшается, ротор 8 при сохраняющейся частоте вращения будет более эффективно, чем ранее, всасывать картерные газы из двигателя внутреннего сгорания, посредством чего давление во впускном отверстии 3 для газа будет падать. Это означает, что давление газа в картере двигателя 31 внутреннего сгорания также будет падать. Однако падение давления такого типа исключается описанной выше аппаратурой 38 управления, вызывающей снижение частоты вращения электродвигателя 9 и, таким образом, частоты вращения центробежного ротора 8.
Даже при снижении частоты вращения центробежный ротор 8 будет эффективно очищать проходящие через него картерные газы. Это возможно, поскольку на этом этапе двигателем 31 внутреннего сгорания производится уменьшенное количество загрязненных картерных газов за единицу времени, и эти картерные газы будут, таким образом, более длительное время проходить обработку в центробежном роторе при движении между сепарационными дисками 22. Таким образом, для них будет достаточно времени для эффективной очистки от масла и взвешенных частиц, несмотря на то что центробежный ротор 8 вращается с уменьшенной скоростью.
Когда аппаратура 38 управления получает сигнал о том, что выработка картерных газов вновь возрастает, частота вращения центробежного ротора 8 будет повышена.
На фиг.4 схематически показана установка для производства электроэнергии. Установка может быть стационарной и находящейся на суше или может быть передвижной и смонтированной, например, на борту судна. Установка включает двигатель 41 внутреннего сгорания, предназначенный для приведения в действие через трансмиссию 42 электрогенератора 43. Электрогенератор предназначен для подачи электроэнергии по линиям 44, через устройство 45 для измерения производительности и соединения 46 к оборудованию (не показано), потребляющему электроэнергию.
Частота вращения двигателя 41 внутреннего сгорания может изменяться, но предпочтительно сохраняется по существу постоянной в ходе работы установки. Электрогенератор является генератором типа, который может иметь изменяемую производительность при, по существу, постоянной скорости двигателя внутреннего сгорания. Изменение производительности электрогенератора 43 на его выходе приводит к соответствующему изменению нагрузки электрогенератора на двигатель 41 внутреннего сгорания, частота вращения которого, несмотря на это, сохраняется неизменной.
При наличии производительности электрогенератора 43 на выходе, которая измеряется при помощи устройства 45 для измерения производительности, создается слабый управляющий ток, проходящий по соединениям 47 в преобразователь 48 частоты. Величина управляющего тока изменяется с изменением величины производительности на выходе, то есть с величиной нагрузки на двигатель 41 внутреннего сгорания. Преобразователь частоты соединен с электродвигателем 49, предназначенным для приведения в действие центробежного ротора центробежного сепаратора 50 с изменяемой скоростью. Центробежный сепаратор 50 является центробежным сепаратором типа, аналогичного показанному на фиг.1 и 3.
Картерные газы поступают из картера двигателя 41 внутреннего сгорания по каналу 51 в центробежный сепаратор 50, при этом центробежный ротор 8 всасывает картерные газы через его впускное отверстие (см. фиг.1). Очищенные картерные газы возвращаются по каналу 52 из выпускного отверстия 4 центробежного сепаратора в двигатель 41 внутреннего сгорания. Масло и часть твердых частиц, извлеченных из картерных газов, возвращаются по каналу 53 из выпускного отверстия 5 для частиц центробежного сепаратора в двигатель 41 внутреннего сгорания.
Когда двигатель 41 внутреннего сгорания подвергается воздействию относительно высокой нагрузки со стороны электрогенератора 42, в картере генерируется относительно большое количество картерных газов за единицу времени. Картерные газы очищаются в центробежном сепараторе 50, центробежный ротор которого на этом этапе вращается электродвигателем 49 с относительно высокой частотой вращения. Эта частота вращения, которую задает определенное значение сигнала управления в соединениях 47 и сигнала регулирования частоты от преобразователя 48 частоты для электродвигателя 49, генерируемого управляющим током, достаточно высока для того, чтобы центробежный сепаратор был способен принять и очистить все количество генерируемых картерных газов, при этом давление в картере двигателя внутреннего сгорания поддерживается на приемлемом уровне.
На другом этапе, когда двигатель внутреннего сгорания подвергается воздействию относительно небольшой нагрузки со стороны электрогенератора 43, в картере двигателя внутреннего сгорания генерируется относительно небольшое количество картерных газов за единицу времени. В этом случае в соединениях 47 проходит сигнал управления, имеющий значение, отличающееся от значения при более высокой нагрузке на двигатель внутреннего сгорания, в результате чего преобразователь 48 частоты снижает в соответствующей степени частоту вращения ротора центробежного сепаратора 50. Таким образом, всасывающее действие центробежного ротора в канале 51 для картерных газов приспосабливается к количеству картерных газов, генерируемых в картере на этом новом этапе, в результате чего исключается создание сильного разрежения в картере, и в нем поддерживается давление газа, находящееся в необходимом диапазоне давлений.
1. Способ очистки картерных газов, генерируемых при работе двигателя внутреннего сгорания в картере, отличающийся тем, что используют центробежный сепаратор, который включает в себя центробежный ротор, выполненный с возможностью вращения приводным электродвигателем и всасывания при его вращении картерных газов из картера в центробежный сепаратор, при этом измеряют параметр, величина которого связана с количеством картерных газов, генерируемых за единицу времени в картере, и изменяют частоту вращения центробежного ротора в качестве реакции на измеренное изменение указанного параметра таким образом, чтобы поддерживать давление газа в картере на заданном уровне или в заданном диапазоне давлений при работе двигателя внутреннего сгорания.
2. Способ по п.1, согласно которому частоту вращения центробежного ротора изменяют от первого значения до второго значения, причем оба значения больше нуля.
3. Способ по п.1, согласно которому частоту вращения центробежного ротора изменяют ступенчато, более чем двумя ступенями.
4. Способ по п.1, согласно которому частоту вращения центробежного ротора изменяют непрерывно.
5. Способ по п.1, согласно которому частоту вращения центробежного ротора изменяют в качестве реакции на выявленное изменение потока картерных газов, который генерируется вследствие выработки картерных газов двигателем внутреннего сгорания.
6. Способ по п.1, согласно которому частоту вращения центробежного ротора изменяют в качестве реакции на выявленное изменение избыточного давления картерных газов, которое возрастает вследствие выработки картерных газов двигателем внутреннего сгорания.
7. Способ по п.1, согласно которому выполняют измерение параметра, изменяющегося с изменением нагрузки на двигатель внутреннего сгорания.
8. Способ по любому из пп.1-7, согласно которому используют приводной электродвигатель для вращения центробежного ротора и используют преобразователь частоты для изменения частоты вращения приводного электродвигателя и соответственно частоты вращения центробежного ротора.
9. Устройство для очистки картерных газов, генерируемых в картере при работе двигателя внутреннего сгорания, содержащее центробежный сепаратор, имеющий центробежный ротор, выполненный с возможностью вращения при помощи приводного электродвигателя и обеспечивающий при его вращении всасывание картерных газов из картера в центробежный сепаратор, отличающееся тем, что приводной электродвигатель обеспечивает вращение центробежного ротора с разными скоростями, измерительное средство выполнено с возможностью измерения параметра, величина которого связана с количеством картерных газов, генерируемых в единицу времени в картере, причем указанное измерительное средство в рабочем состоянии соединено с приводным электродвигателем, который выполнен с возможностью изменения частоты вращения центробежного ротора в качестве реакции на измеренное изменение указанного параметра таким образом, что давление газа в картере поддерживается на заданном уровне или в заданном диапазоне давлений при работе двигателя внутреннего сгорания.
10. Устройство по п.9, в котором приводной двигатель является электрическим и между измерительным средством и приводным двигателем подключен преобразователь частоты.
11. Устройство по любому из пп.9 или 10, в котором измерительное средство выполнено с возможностью измерения параметра, который связан с нагрузкой, воздействию которой подвергается двигатель внутреннего сгорания при работе.
