Переменный диффузор рециркуляции отработавших газов
Заявленная группа изобретений относится к двигателестроению, а именно к диффузорам рециркуляции отработавших газов. Система рециркуляции отработавших газов (РОГ) для двигателя (10) внутреннего сгорания содержит воздухозаборный канал (46), выполненный с возможностью подачи впускного воздуха в двигатель (10) внутреннего сгорания. Диффузор (50) РОГ, выполненный с возможностью подачи рециркулированных отработавших газов из двигателя (10) внутреннего сгорания в воздухозаборный канал (46) через выходной канал. Причем диффузор (50) РОГ содержит корпусную часть, подвижный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно корпусной части. Подвижный элемент выполнен с возможностью изменения размеров выходного канала. Подвижный элемент содержит напорную поверхность, установленную так, что, по меньшей мере, впускной воздух или рециркулированные отработавшие газы воздействуют на напорную поверхность, вызывая перемещение подвижного элемента в первом направлении и изменение размеров выходного канала. Причем подвижный элемент выполнен с возможностью смещения во втором направлении. Также раскрыто транспортное средство. Технический результат заключается в обеспечении возможности более однородного смешивания рециркулированных отработавших газов в широком диапазоне условий работы двигателя. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области диффузоров рециркуляции отработавших газов (РОГ), а более конкретно, но не исключительно, касается диффузора РОГ с изменяемой геометрией.
Уровень техники
В механическом транспортном средстве может быть предусмотрена система рециркуляции отработавших газов (РОГ), выполненная с возможностью рециркуляции части отработавших газов двигателя обратно во впускной канал двигателя. Замена части впускного воздуха, богатого кислородом, сгоревшими отработавшими газами уменьшает долю газов, пригодных для сгорания, в каждом из цилиндров двигателя. Это приводит к снижению пиковой температуры в цилиндре и, таким образом, ограничивает образование оксидов азота (NOx).
Для обеспечения возможности продолжения эффективной работы двигателя желательно обеспечить смешивание повторно вводимых газов РОГ с впускным воздухом с образованием однородной смеси. Для облегчения смешивания газов РОГ с впускным воздухом в воздухозаборном канале может быть предусмотрен диффузор РОГ. Геометрия диффузора РОГ может быть подобрана так, чтобы обеспечить оптимальное смешивание газов РОГ с впускным воздухом при определенных условиях работы двигателя.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается система рециркуляции отработавших газов (РОГ) для двигателя внутреннего сгорания, причем система РОГ содержит: воздухозаборный канал, выполненный с возможностью подачи впускного воздуха в двигатель внутреннего сгорания; диффузор РОГ, выполненный с возможностью подачи рециркулированных отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания в воздухозаборный канал через выходной канал, причем диффузор РОГ содержит: корпусную часть; подвижный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно корпусной части, причем подвижный элемент выполнен с возможностью изменения размеров выходного канала, причем подвижный элемент содержит напорную поверхность, установленную так, что по меньшей мере впускной воздух или рециркулированные отработавшие газы воздействуют на напорную поверхность, вызывая перемещение подвижного элемента в первом направлении и изменение размеров выходного канала; причем подвижный элемент выполнен с возможностью смещения во втором направлении.
Размеры выходного канала диффузора РОГ могут изменяться в результате изменений расхода потока рециркулированных отработавших газов и/или впускного воздуха, например, в результате изменения давления рециркулированных отработавших газов и/или впускного воздуха. Обеспечение возможности изменения размеров выходного канала диффузора РОГ может обеспечить возможность ввода диффузором РОГ требуемого количества рециркулированных отработавших газов в соответствии с текущими условиями работы двигателя. Кроме того, такое изменение геометрии диффузора РОГ дополнительно или альтернативно может обеспечить возможность более однородного смешивания рециркулированных отработавших газов в широком диапазоне условий работы двигателя.
Корпусная часть диффузора РОГ может содержать часть канала РОГ, выполненного с возможностью подачи рециркулированных отработавших газов. Выходной канал может быть образован между корпусной частью и подвижной частью.
Система РОГ может дополнительно содержать упругий элемент, выполненный с возможностью противодействия перемещению подвижного элемента. Упругий элемент может быть расположен между подвижным элементом и корпусной частью диффузора РОГ.
Подвижный элемент может быть расположен в воздухозаборном канале и может быть выполнен с возможностью ограничения потока воздуха в воздухозаборном канале, например, путем обеспечения падения давления впускного воздуха. Перемещение подвижного элемента может изменять ограничение потока воздуха в воздухозаборном канале.
Подвижный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением. Первое положение может соответствовать большей площади поперечного сечения потока в выходном канале, по сравнению со вторым положением.
Подвижный элемент может быть выполнен с возможностью наименьшего ограничения потока воздуха в воздухозаборном канале при нахождении подвижного элемента в первом положении, например, путем образования в первом положении площади проекции на поперечное сечение потока впускного воздуха, меньшей, чем во втором положении.
Перемещение подвижного элемента между первым и вторым положениями может вызывать линейное изменение поперечного сечения потока через выходной канал. В альтернативном варианте перемещение подвижного элемента между первым и вторым положениями может вызывать нелинейное изменение поперечного сечения потока через выходной канал. Скорость изменения поперечного сечения потока через выходной канал при перемещении подвижного элемента может возрастать в случае перемещения подвижного элемента из первого положения во второе положение. В альтернативном варианте скорость изменения поперечного сечения потока через выходной канал при перемещении подвижного элемента может падать в случае перемещения подвижного элемента из первого положения во второе положение.
Подвижный элемент может содержать гильзу. Гильза может быть установлена коаксиально с корпусной частью диффузора РОГ. Гильза может быть расположена вне корпусной части в радиальном направлении. В альтернативном варианте гильза может быть расположена внутри корпусной части в радиальном направлении. Корпусная часть и гильза могут содержать соответствующие отверстия, причем выходной канал может быть по меньшей мере частично образован перекрытием соответствующих отверстий.
Каждое из отверстий может содержать два по существу прямых края. Прямые края могут быть или не быть параллельны совпадающим осям корпусной части и гильзы. Отверстия могут содержать полукруглые концевые профили. В альтернативном варианте отверстия могут иметь по существу треугольную форму. Отверстия, предусмотренные в корпусной части и в гильзе могут быть ориентированы в противоположных направлениях; например, вершины треугольных отверстий в корпусной части и в гильзе могут быть направлены в противоположные стороны.
Упругий элемент может содержать кольцевую пружину, расположенную между корпусной частью и гильзой.
На торцевой крышке гильзы может быть предусмотрена напорная поверхность.
Подвижный элемент может содержать пластину, выполненную с возможностью закрытия отверстия, предусмотренного в корпусной части. Выходной канал может быть по меньшей мере отчасти образован зазором между пластиной и корпусной частью. Напорная поверхность может содержать поверхность пластины.
Между пластиной и корпусной частью может быть предусмотрен упругий элемент.
Пластина расположена может быть внутри воздухозаборного канала и может ограничивать поток впускного воздуха.
Пластина может содержать одно или несколько ребер, на которые воздействует поток впускного воздуха. Напорная поверхность содержит поверхность пластины и поверхность таких одного или нескольких ребер.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается транспортное средство, содержащее систему РОГ в соответствии с вышеупомянутым аспектом изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения и более наглядной демонстрации возможных вариантов его осуществления ниже приведено подробное описание примера осуществления изобретения, содержащее ссылки на прилагаемые чертежи. На чертежах:
На фиг. 1 представлена схема воздухозаборного и выпускного каналов двигателя, содержащего систему РОГ по настоящему изобретению;
На фиг. 2а и 2b представлены в аксонометрии диффузоры РОГ по ранее известным технологиям;
На фиг. 3а и 3b представлен в аксонометрии диффузор РОГ по первому варианту осуществления настоящего изобретения, соответственно, в открытой и замкнутой конфигурации;
На фиг. 4а и 4b представлен в аксонометрии диффузор РОГ по второму варианту осуществления настоящего изобретения, соответственно, в замкнутой и открытой конфигурации; и
На фиг. 5а и 5b представлен в аксонометрии диффузор РОГ по третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже следует описание типичной конструкции воздухозаборного канала двигателя 10 внутреннего сгорания механического транспортного средства, приведенное со ссылками на фиг. 1. Воздух может входить через воздухозаборник 12 и проходить через воздушный фильтр 13 и впускной канал 46. Перед прохождением воздуха через компрессор 14а системы 14 турбонаддува может быть предусмотрено его дросселирование клапаном 36. Система 14 турбонаддува может обеспечивать увеличение выходной мощности двигателя и сокращение выбросов. Как правило, в системе 14 турбонаддува предусмотрена турбина 14b, приводимая в движение отработавшими газами и приводящая в движение компрессор 14а, установленный на одном с нею валу. Охладитель 16 наддувочного воздуха может обеспечивать дальнейшее увеличение плотности воздуха, поступающего в двигатель 10 внутреннего сгорания, что увеличивает к.п.д. двигателя. Затем воздух может поступать в двигатель 10 внутреннего сгорания через дроссельную заслонку 18, выполненную с возможностью регулирования массового расхода потока воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания.
В конкретной конструкции по настоящему изобретению двигатель 10 внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель, однако следует понимать, что двигатель 10 также может представлять собой двигатель с искровым. зажиганием. Как показано на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания может содержать несколько цилиндров 10а-d, причем воздух может поступать в каждый из этих цилиндров в соответствующие моменты рабочего цикла двигателя, определяемые одним или несколькими клапанами (не представлены).
Отработавшие газы, выходящие из двигателя 10 внутреннего сгорания, могут проходить через турбину 14b турбонаддува. Ниже по потоку от турбины 14b могут быть предусмотрены один или несколько модулей 20 снижения токсичности отработавших газов, предназначенных, например, для снижения содержания выбросов в отработавших газах двигателя. В число модулей 20 снижения токсичности отработавших газов могут входить один или несколько из модулей окислительного катализатора, например, дизельного окислительного катализатора, и фильтра твердых частиц, например, дизельного сажевого фильтра. Также может быть предусмотрен дополнительный модуль 21 снижения токсичности отработавших газов, например, расположенный ниже по потоку от модуля 20 снижения токсичности отработавших газов.
Также может быть предусмотрен первый контур 22 РОГ, выполненный с возможностью выборочной рециркуляции отработавших газов, поступающих из двигателя 10 внутреннего сгорания, обратно в двигатель внутреннего сгорания по первому каналу 42 РОГ. Первый контур 22 РОГ может быть проведен вокруг системы 14 турбонаддува так, чтобы обеспечить возможность подачи отработавших газов, выходящих из турбины 14b, на вход компрессора 14а. Для оптимизации смешивания отработавших газов с впускным воздухом может быть предусмотрен диффузор 50 РОГ. Первый контур 22 РОГ может быть отведен от основного выпускного канала, например, выше или ниже по потоку от модуля 20 снижения токсичности отработавших газов. Первый контур 22 РОГ может содержать первый рециркуляционный клапан 24, который может регулировать уровень рециркуляции через первый контур 22 РОГ.
Также может быть предусмотрен второй контур 32 РОГ, выполненный с возможностью выборочной рециркуляции отработавших газов, поступающих из двигателя 10 внутреннего сгорания, обратно в двигатель внутреннего сгорания по второму каналу 44 РОГ. Второй контур 32 РОГ может быть проведен вокруг двигателя 10 для рециркуляции отработавших газов, выходящих из двигателя 10, в воздухозаборный канал двигателя 10. Для оптимизации смешивания отработавших газов с впускным воздухом может быть предусмотрен диффузор 50 РОГ. Второй контур 32 РОГ может быть отведен от основного выпускного канала, например, в некоторой точке, расположенной между двигателем 10 и турбиной 14b турбонаддува. В связи с этим давление отработавших газов во втором контуре 32 РОГ может быть выше, чем давление отработавших газов в первом контуре 22 РОГ. Второй контур 32 РОГ может содержать второй рециркуляционный клапан 34, который может регулировать уровень рециркуляции через второй контур 32 РОГ.
Как показано на фиг. 2а, диффузор 50 РОГ по ранее известным технологиям может быть установлен внутри впускного канала 46 и принимать рециркулированные отработавшие газы через каналы 42, 44 РОГ. Диффузор 50 РОГ может содержать корпус 52 диффузора, установленный внутри впускного канала 46. Как показано на фиг. 2а, корпус диффузора может иметь цилиндрическую форму. На корпусе диффузора может быть предусмотрена торцевая крышка 56, предотвращающая выход рециркулированных отработавших газов в аксиальном направлении корпуса 52 диффузора. В корпусе диффузора может быть предусмотрено несколько радиальных отверстий 54, например, распределенных по окружности корпуса, обеспечивающих возможность выхода рециркулированных отработавших газов из корпуса 52 диффузора в радиальном направлении (и, следовательно, в аксиальном направлении впускного канала 46). Такие отверстия могут образовывать один или несколько рядов отверстий, распределенных в аксиальном направлении по длине корпуса 52 диффузора. Размер отверстий 54 может быть подобран так, чтобы обеспечить оптимизацию количества и уровня смешивания вводимых рециркулированных отработавших газов при определенных условиях работы транспортного средства.
На фиг. 2b представлен альтернативный вариант осуществления диффузора 50 РОГ по ранее известным технологиям, который может содержать одно или несколько аксиальных отверстий 58, предусмотренных в торцевой крышке 56 корпуса 52 диффузора, вместо радиальных отверстий 54. Как показано на фиг. 2b, диффузор может дополнительно содержать пластину 60 диффузора, установленную на корпусе 52 диффузора на одной или нескольких несущих стойках 62. Несущие стойки 62 могут быть присоединены к торцевой крышке 56 корпуса 52 диффузора и могут быть распределены по внешнему периметру торцевой крышки 56. Длина разных несущих стоек 62 может быть разной и может быть подобрана так, чтобы обеспечить наклон пластины 60 диффузора под некоторым углом относительно направления течения потока впускного воздуха и/или рециркулированных отработавших газов. Пластина 60 диффузора также может быть дополнительно или альтернативно прикреплена непосредственно к корпусу диффузора в одной или нескольких точках. Пластина 60 диффузора может быть выполнена с возможностью оптимизации рециркулированных отработавших газов с впускным воздухом. Размеры аксиальных отверстий 58 и/или положение и угол наклона пластины 60 диффузора могут быть подобраны для обеспечения оптимизации количества и уровня смешивания вводимых рециркулированных отработавших газов при определенных условиях работы транспортного средства.
Ниже следует описание переменного диффузора 100 РОГ по первому варианту осуществления настоящего изобретения, приведенное со ссылками на фиг. 3а и 3d. Переменный диффузор 100 РОГ может быть установлен внутри впускного канала 46 и может принимать рециркулированные отработавшие газы из канала 42, 44 РОГ.
Переменный диффузор 100 РОГ может содержать корпус 102 диффузора. Корпус 102 диффузора может содержать участок канала 42, 44 РОГ, выходящий внутрь впускного канала 46. В альтернативном варианте, проиллюстрированном на фиг. 3а и 3d, корпус 102 диффузора может представлять собой отдельный элемент, присоединенный к каналу 42, 44 РОГ. Корпус 102 диффузора может быть соединен со стенкой впускного канала 56. Корпус 102 диффузора может иметь по существу цилиндрическую форму с круглым поперечным сечением по существу постоянным по его длине. Продольная ось цилиндра может образовывать ось переменного диффузора 100 РОГ. Корпус 102 диффузора также может дополнительно или альтернативно содержать один или несколько участков в форме призмы или конуса, основание которых может иметь форму любого правильного или неправильного многоугольника. Корпус 102 диффузора может иметь обтекаемую аэродинамическую форму для минимизации возмущений потока впускного воздуха во впускном канале 46.
Переменный диффузор 100 РОГ может дополнительно содержать гильзу 104. Гильза 104 может быть соединена с корпусом 102 диффузора с возможностью продольного сдвига. Как показано на фиг. 3а и 3b, гильза 104 может быть расположена внутри корпуса 102 диффузора, однако также может быть предусмотрен вариант, в котором гильза 104 расположена снаружи корпуса 102 диффузора. В любом из этих случаев гильза 104 может быть плотно подогнана к корпусу 102 диффузора для ограничения течения отработавших газов между этими двумя элементами.
Корпус 102 диффузора может содержать одно или несколько отверстий 102а. Отверстия могут проходить внутрь корпуса 102 диффузора в по существу радиальном направлении, например, относительно продольной оси диффузора РОГ. Отверстия могут быть расположены, например, по всей окружности корпуса диффузора или по ее части. Отверстия могут быть распределены по окружности корпуса диффузора через равные или неравные промежутки. Например, отверстия могут быть расположены так, чтобы на верхней, т.е. расположенной выше по потоку впускного воздуха во впускном канале 46, стороне переменного диффузора 100 РОГ было расположено больше отверстий, чем на его нижней стороне, или наоборот.
В гильзе 104 могут быть предусмотрены соответствующие отверстия 104а. Соответствующие отверстия 104а могут быть выполнены с возможностью перекрытия с отверстиями 102а для образования одного или нескольких выходных каналов переменного диффузора 100 РОГ. Как показано на фиг. 3а, при установке гильзы 104 в определенном положении относительно корпуса 102 каждое из соответствующих отверстий 104а, предусмотренных в гильзе 104, может совпадать, например, с по существу полным перекрытием, с отверстиями 102а, предусмотренными в корпусе 102. В таком положении размер выходных каналов переменного диффузора 100 РОГ может быть максимальным, т.е. такие выходные каналы могут быть по существу полностью открыты.
Гильза 104 может содержать торцевую крышку 104b, перекрывающую дистальный конец гильзы 104. Торцевая крышка 104b может быть установлена так, чтобы обеспечить столкновение рециркулированных отработавших газов, выходящих из канала 42, 44 РОГ, с напорной стороной 104с, предусмотренной на внутренней поверхности торцевой крышки 104b.
Как показано на фиг. 3а и 3b, корпус 102 диффузора может содержать торцевую крышку 102b для предотвращения выхода рециркулированных отработавших газов из корпуса диффузора в аксиальном направлении. Однако если гильза 104 расположена снаружи корпуса 102 диффузора, корпус диффузора может не содержать торцевой крышки для обеспечения возможности выхода рециркулированных отработавших газов из корпуса диффузора в аксиальном направлении и их столкновения с напорной стороной 104с гильзы 104.
Сила давления, возникающая в результате столкновения рециркулированных отработавших газов с напорной стороной 104с, может влиять на положение гильзы относительно корпуса диффузора; например, такая сила давления может вызывать смещение гильзы относительно корпуса диффузора в аксиальном направлении. Как показано на фиг. 3b, смещение гильзы 102 относительно корпуса 104 диффузора может приводить к относительному смещению отверстий 102а и соответствующих отверстий 104а и, следовательно, к изменению площади поперечного сечения выходных каналов переменного диффузора 100 РОГ. В соответствии с одним из частных вариантов осуществления данной конструкции смещение гильзы 102 относительно корпуса 104 диффузора может привести к нарушению совпадения отверстий 102а и соответствующих отверстий 104а, в результате чего площадь поперечного сечения выходных каналов переменного диффузора 100 РОГ может быть уменьшена.
Переменный диффузор 100 РОГ может дополнительно содержать упругий элемент, например, в виде спиральной пружины 106, который может быть выполнен с возможностью противодействия смещению гильзы 104 относительно корпуса 102 диффузора. Упругий элемент может быть выполнен с возможностью возвращения переменного диффузора 100 РОГ в положение, соответствующее наибольшей площади поперечного сечения выходных каналов, при наименьшей силе давления, воздействующей на напорную поверхность 104с. Спиральная пружина 106 может быть предусмотрена между торцевой крышкой 102b корпуса диффузора и торцевой крышкой 104b гильзы.
Жесткость пружины 106 может быть подобрана так, чтобы обеспечить возможность управления воздействием изменений давления потока РОГ на размеры выходных каналов переменного диффузора 100 РОГ. Кроме того, жесткость пружины 106 может быть дополнительно или альтернативно подобрана так, чтобы максимальное давление, испытываемое напорной стороной 104с, приводило к перемещению гильзы 104 в (полностью или частично) закрытое положение, в котором размер выходных каналов диффузора РОГ минимален, как показано на фиг. 3b. Кроме того, длина пружины может быть дополнительно или альтернативно подобрана так, чтобы при перемещении гильзы 104 в (полностью или частично) закрытое положение пружина была сжата до минимальной длины. Кроме того, корпус 102 диффузора или гильза 104 могут дополнительно или альтернативно содержать выступ и соответствующую ему упорную поверхность (не представлены), которые могут предотвращать смещение гильзы 104 дальше закрытого положения независимо от увеличения силы давления и возможности дальнейшего сжатия пружины 106.
Кроме того, гильза 104 может быть утяжелена альтернативно или дополнительно к снабжению ее упругим элементом, например, в виде спиральной пружины 106. Таким образом может быть обеспечен самопроизвольный возврат гильзы 104 в положение, соответствующее максимальному размеру выходных каналов, при уменьшении силы давления, воздействующей на напорную поверхность 104с.
При смещении гильзы 104 относительно корпуса 102 диффузора изменение площади поперечного сечения выходных каналов переменного диффузора РОГ может быть линейным по меньшей мере на некотором участке перемещения гильзы. Для обеспечения такого линейного изменения могут быть предусмотрены отверстия 102а, 104а, содержащие прямолинейные, параллельные стороны, ориентированные в направлении перемещения гильзы 104. Например, как показано на фиг. 3а и 3b, отверстия 102а, 104а могут иметь по существу прямоугольную форму и могут содержать профилированные концы, например, представленные на чертеже полукруглые концы. Полукруглые концы отверстий могут образовывать выходные каналы по существу круглой формы при полностью закрытых выходных каналах, как показано на фиг. 3b.
В соответствии с одним из альтернативных вариантов осуществления, не представленном на чертежах, отверстия 102а, 104а могут иметь треугольную форму, причем отверстия 104а, предусмотренные в гильзе 104, расположены под углом в 180° к отверстиям 102а, предусмотренным в корпусе 102 диффузора. При использовании отверстий разной формы и/или ориентации может быть получена переменная скорость изменения размеров выходных каналов при смещении гильзы 104. Например, скорость изменения размеров выходных каналов может возрастать или убывать с перемещением гильзы 104 линейно или квадратично.
Ниже следует описание переменного диффузора 200 РОГ по второму варианту осуществления настоящего изобретения, приведенное со ссылками на фиг. 4а и 4b. Переменный диффузор 200 РОГ может быть присоединен первым концом 200а к стенке впускного канала 46. Переменный диффузор 200 РОГ может выступать вторым концом 200b внутрь впускного канала 46. Переменный диффузор 100 РОГ может принимать рециркулированные отработавшие газы из канала 42, 44 РОГ.
Диффузор 200 РОГ может содержать корпус 202 диффузора, который может быть сходным с вышеописанным корпусом 102 диффузора, однако корпус 202 диффузора может не содержать радиальных отверстий. Корпус 202 диффузора может содержать торцевую крышку 202b, в которой могут быть предусмотрены одно или несколько отверстий 202а. Отверстия 202а могут быть ориентированы в аксиальном направлении корпуса 202 диффузора для обеспечения возможности выхода рециркулированных отработавших газов из корпуса диффузора в аксиальном направлении. В альтернативном варианте осуществления торцевая крышка 202b может отсутствовать, а отверстие 202а может быть образовано открытым вторым концом корпуса 202 диффузора.
Диффузор 200 РОГ может содержать пластину 208 диффузора. Пластина 208 диффузора может быть установлена на втором конце 200b диффузора 200 РОГ или вблизи него. Пластина 208 диффузора может быть установлена на корпусе 202 с использованием одного или нескольких упругих несущих элементов 206. Упругие несущие элементы 206 могут быть продолговатыми и могут вытянуты от корпуса 202 диффузора к пластине 208 диффузора. Пластина 208 диффузора может быть выполнена с возможностью поворота относительно корпуса 202 диффузора. Например, упругие несущие элементы 206 могут быть упруго деформируемы для обеспечения возможности изменения наклона пластины 208 диффузора. В частности, упругие несущие элементы 206 могут представлять собой плоские пружины или естественные пружины другого типа. В альтернативном варианте осуществления упругие несущие элементы могут представлять собой, в частности, шарниры, гибкие подшипники или иные подвижные сочленения, обеспечивающие возможность поворота пластины 208 диффузора относительно корпуса 202 диффузора. Зазор между корпусом 202 диффузора и пластиной 208 диффузора может определять выходной канал 201 переменного диффузора 200 РОГ.
Упругие несущие элементы 206 могут быть расположены на краю торцевой крышки 202b или вблизи него. В конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 3а и 3b, упругие несущие элементы 206 расположены с верхней стороны относительно потока впускного воздуха. Однако также могут быть предусмотрены упругие несущие элементы, расположенные с нижней стороны относительно потока впускного воздуха или в любых других точках торцевой крышки 202b.
Как показано на фиг. 4а, пластина 208 диффузора может быть наклонена относительно потока рециркулированных отработавших газов, выходящего из диффузора РОГ через отверстия 202а, и относительно потока впускного воздуха во впускном канале 46. В нейтральном положении пластины 208 диффузора, в котором деформация упругих несущих элементов 206 по существу отсутствует, эта пластина может быть расположена таким образом, что верхний относительно направления течения потока край пластины диффузора находится дальше от торцевой крышки 202b, чем нижний относительно направления течения потока край пластины диффузора; например, пластина диффузора может быть наклонена вниз по потоку впускного воздуха.
Наклон пластины диффузора в нейтральном положении может быть обеспечен благодаря жесткости упругих несущих элементов. Кроме того, например, если упругий несущий элемент 206 содержит шарнир, гибкий подшипник или другое подвижное сочленение, дополнительно или альтернативно может быть предусмотрена пружина, наклоняющая пластину 208 диффузора в нейтральном положении. Кроме того, пластина 208 диффузора дополнительно или альтернативно может быть утяжелена так, чтобы обеспечить наклон пластины диффузора в нейтральном положении.
В конфигурации, представленной на фиг. 4а, пластина диффузора расположена внутри потока впускного воздуха во впускном канале 46, 48. Пластина диффузора может ограничивать поток впускного воздуха и вызывать падение давления впускного воздуха. Пластина диффузора может быть выполнена с возможностью оптимизации смешивания рециркулированных отработавших газов со впускном воздухом при определенных условиях работы транспортного средства.
Пластина 208 диффузора может содержать нижнюю сторону 208а, расположенную ближе к корпусу 202 диффузора, и верхнюю сторону 208b, противоположную нижней стороне пластины. Рециркулированные отработавшие газы, выходящие из корпуса 202 диффузора, могут соударяться с нижней стороной 208а пластины 208 диффузора. Впускной воздух, протекающий по впускному каналу 46, также может соударяться с нижней стороной 208а. Соударяющиеся газы могут увеличивать давление на нижнюю сторону пластины диффузора, что может создавать суммарный перепад давления между нижней и верхней сторонами пластины диффузора. Кроме того, впускной воздух, отклоняемый пластиной 208 диффузора может дополнительно образовывать область низкого давления, прилегающую к верхней стороне 208b пластины диффузора, что может увеличивать суммарный перепад давления. Наличие суммарного перепада давления может приводить к возникновению силы давления, вызывающей отклонение упругих несущих элементов 206, например, искривляя упругие несущие элементы. Как показано на фиг. 4b, отклонение упругих несущих элементов 206 может приводить к изменению угла наклона пластины 208 диффузора относительно потоков рециркулированных отработавших газов и впускного воздуха.
В конфигурации, представленной на фиг. 4b, поперечное сечение потока через выходной канал 201 переменного диффузора 200 РОГ, ограниченного корпусом 202 диффузора и пластиной 208 диффузора, может быть больше, чем в конфигурации, представленной на фиг. 4а. Конфигурацию по фиг. 4а можно считать первой конфигурацией, а конфигурацию по фиг. 4b - второй конфигурацией, в которой выходной канал 201 более открыт, чем в первой конфигурации.
Во второй конфигурации площадь проекции пластины диффузора на поперечное сечение потока впускного воздуха может быть уменьшена по сравнению с первой конфигурацией. Таким образом, пластина 208 диффузора может ограничивать поток впускного воздуха в меньшей степени, и перепад давления потока впускного воздуха, вызванный пластиной диффузора, также может быть уменьшен. Такая конфигурация может быть предпочтительной при наличии потребности в высоком к.п.д. воздухозаборной системы.
В другом варианте осуществления, не представленном на чертежах, пластина 208 диффузора и/или упругие несущие элементы 206 могут быть выполнены с возможностью уменьшения размеров выходного канала 201, образованного между корпусом 202 диффузора и пластиной 208 диффузора, воздействием сил давления, порожденных рециркулированными отработавшими газами и впускном воздухом. Например, пластина 208 диффузора и/или упругие несущие элементы 206 могут быть выполнены с возможностью соударения впускного воздуха с верхней стороной 208b пластины 208 диффузора. Для этого пластина 208 диффузора может быть ориентирована в направлении, противоположном представленному на фиг. 4а, например, так, чтобы при нахождении пластины 206 диффузора в нейтральном положении нижний по направлению потока край пластины 206 диффузора был расположен на большем удалении от торцевой крышки 202b, чем ее верхний по направлению потока край. Кроме того, пластина 208 диффузора и/или упругие несущие элементы 206 дополнительно или альтернативно могут быть выполнены с возможностью минимизации площади проекции пластины диффузора на поперечное сечение потока впускного воздуха в первой конфигурации пластины диффузора.
Как было описано выше, площадь поперечного сечения выходного канала 201 диффузора 201 РОГ и воздействие пластины 208 диффузора на падение давления потока впускного воздуха могут зависеть от угла наклона пластины диффузора. В некоторых конфигурациях впускной системы и/или системы РОГ может быть желательным усиление воздействия потока впускного воздуха на угол наклона пластины диффузора без изменения воздействия потока рециркулированных отработавших газов. В таком случае на пластине 208 диффузора могут быть предусмотрены одно или несколько ребер 210. Ребра 210 могут быть расположены на краю пластины 208 диффузора и могут выступать от пластины диффузора вовне в радиальном направлении. Ребра 210 могут быть расположены в плоскости, параллельной пластине 208 диффузора. В альтернативном варианте ребра 210 могут быть наклонены относительно пластины 208 диффузора. Угол наклона ребер 210 относительно пластины 208 диффузора может быть переменным по мере удаления от пластины 208 диффузора; например, ребра могут быть искривлены и/или изогнуты от плоскости пластины 208 диффузора. Впускной воздух, протекающий во впускном канале 46, может соударяться с верхней и/или нижней поверхностью ребер 210 диффузора, что может приводить к изменению силы давления на пластину 208 диффузора, воздействие которой вызывает отклонение упругих несущих элементов 206. Угол наклона ребер 210 диффузора относительно пластины 208 диффузора может быть подобран так, чтобы исключить соударение потока отработавших газов, выходящего из корпуса 202 диффузора, с ребрами 210 диффузора.
Ниже следует описание переменного диффузора 300 РОГ по третьему варианту осуществления настоящего изобретения, приведенное со ссылками на фиг. 5а и 5b. Переменный диффузор 300 РОГ может быть присоединен первым концом 300а к стенке впускного канала 46. Переменный диффузор 300 РОГ может выступать вторым концом 300b внутрь впускного канала 46. Переменный диффузор 300 РОГ может принимать рециркулированные отработавшие газы из канала 42, 44 РОГ.
Переменный диффузор 300 РОГ может содержать корпус 302 диффузора и гильзу 304. Корпус 302 диффузора может иметь конфигурацию, аналогичную конфигурации корпуса 102 диффузора, и содержать одно или несколько радиальных отверстий 302а. Гильза 304 может иметь конфигурацию, аналогичную конфигурации гильзы 104, и содержать одно или несколько соответствующих отверстий 304а, совпадающих с отверстиями 302а, когда гильза находится в открытом положении, как показано на фиг. 5а.
Гильза 304 может дополнительно содержать торцевую крышку 304b. Внутренняя поверхность торцевой крышки 304b может представлять собой напорную сторону 304с гильзы 304. Рециркулированные отработавшие газы могут соударяться с напорной стороной 304с, как описано выше в приложении к гильзе 104, что может вызывать смещение гильзы 304 относительно корпуса 302 диффузора.
Как было описано выше со ссылками на фиг. 3а и 3b, один или несколько выходных каналов переменного диффузора 300 РОГ могут быть образованы перекрытием отверстий 302а и соответствующих отверстий 304а. Как описано выше, форма и/или ориентация отверстий 302а и/или соответствующих отверстий 304а могут быть подобраны так, чтобы определять размеры и форму выходных каналов переменного диффузора 300 РОГ, а также скорость изменения размеров и формы выходных каналов по мере перемещения гильзы 304 относительно корпуса 302 диффузора.
Переменный диффузор 300 РОГ может дополнительно содержать упругий элемент 306а, выполненный с возможностью противодействия перемещению гильзы 304 относительно корпуса 302 диффузора. Этот упругий элемент может представлять собой, в частности, спиральную пружину и может иметь конфигурацию, аналогичную конфигурации упругого элемента 106, описанного выше.
Корпус 302 диффузора может содержать торцевую крышку 302b, расположенную на втором конце 300а переменного диффузора РОГ или вблизи него. Торцевая крышка 302b может иметь конфигурацию, аналогичную конфигурации торцевой крышки 202b и может содержать одной или несколько аксиальных отверстий 302с. Как было описано выше со ссылками на фиг. 4а и 4b, корпус 302 диффузора может не содержать торцевой крышки 302b, а аксиальное отверстие 302с может быть образовано открытым вторым концом корпуса 302 диффузора.
Переменный диффузор 300 РОГ может дополнительно содержать пластину 308 диффузора и упругий несущий элемент 306b, конфигурация которых может быть аналогична конфигурации пластины 208 диффузора и упругого несущего элемента 206, описанных выше. Таким образом, переменный диффузор 300 РОГ может дополнительно содержать выходной канал 301, образованный между корпусом 302 диффузора и пластиной 308 диффузора.
Пластина 308 диффузора может содержать нижнюю поверхность 308а, расположенную ближе к корпусу 302 диффузора, и верхнюю поверхность 308b, расположенную на противоположной стороне пластины 308 диффузора. Как было описано выше в применении к пластине 208 диффузора, рециркулированные отработавшие газы и впускной воздух могут соударяться с нижней поверхностью 308а и создавать перепад давления между нижней поверхностью 308а и верхней поверхностью 308b.
Такой перепад давления может порождать силу давления, которая деформирует упругий несущий элемент 306b и изменяет угол наклона пластины 308 диффузора относительно потоков впускного воздуха и рециркулированных отработавших газов. Угол наклона пластины 308 диффузора может влиять на размеры выходного канала 301 переменного диффузора 300 РОГ, ограниченного корпусом 302 диффузора и пластиной 308 диффузора. Угол наклона пластины диффузора также может влиять на ограничение потока впускного воздуха во впускном канале и/или на падение давления впускного воздуха, вызванное пластиной 308 диффузора. Когда пластина диффузора находится в открытом положении, как показано на фиг. 5b, размер выходного канала 301 может быть наибольшим, а ограничение потока впускного воздуха и вызванное им падение давления - наименьшими.
Для обеспечения возможности соударения рециркулированных отработавших газов с нижней поверхностью 308а пластины 308 диффузора торцевая крышка 304а гильзы 304 может содержать одно или несколько аксиальных отверстий (не представлены), позволяющих потоку рециркулированных отработавших газов проходить сквозь переменный диффузор 300 РОГ.
Наличие аксиальных отверстий может ослабить воздействие рециркулированных отработавших газов на перемещение гильзы 304 относительно корпуса 302 диффузора. В связи с этим жесткость упругого элемента 306а может быть уменьшена по сравнению с жесткостью упругого элемента 106, описанного выше.
На пластине 308 диффузора могут быть предусмотрены одно или несколько необязательных ребер 310 диффузора, которые могут обеспечивать возможность регулировки воздействия впускного воздуха на угол наклона пластины 308 диффузора независимо от воздействия рециркулированных отработавших газов, как было описано выше в применении к ребрам 210 диффузора.
Как показано на фиг. 5а, при низком давлении рециркулированных отработавших газов и низком потоке впускного воздуха выходные каналы, образованные перекрытием отверстий 302а и соответствующих отверстий 304а, могут находиться в полностью открытом состоянии, а выходной канал 301, образованный между корпусом 302 диффузора и пластиной 308 диффузора, может находиться в по существу полностью или частично закрытом состоянии.
Как показано на фиг. 5b, при высоком давлении рециркулированных отработавших газов и высоком потоке впускного воздуха выходные каналы, образованные перекрытием отверстий 302а и соответствующих отверстий 304а, могут находиться в полностью или частично закрытом состоянии, а выходной канал 301, образованный между корпусом 302 диффузора и пластиной 308 диффузора, может находиться в по существу полностью открытом состоянии.
В конфигурации переменного диффузора 300 РОГ, представленной на фиг. 5а и 5b, при низком давлении рециркулированных отработавших газов и высоком потоке впускного воздуха как выходные каналы, образованные перекрытием отверстий 302а и соответствующих отверстий 304а, так и выходной канал 301, образованный между корпусом 302 диффузора и пластиной 308 диффузора, могут одновременно находиться в по существу полностью открытом состоянии. Аналогичным образом, переменный диффузор 300 РОГ может быть выполнен с возможностью обеспечения нахождения обоих выходных каналов при определенных условиях в по существу полностью или частично закрытом состоянии.
Специалистам в данной области должно быть ясно, что, хотя настоящее изобретение было описано выше на примерах одного или нескольких вариантов его осуществления, оно не ограничено описанными вариантами осуществления, и могут быть предусмотрены альтернативные варианты его осуществления, не выходящие за пределы сущности изобретения, определенной прилагаемой формулой изобретения.
1. Система рециркуляции отработавших газов (РОГ) для двигателя внутреннего сгорания, которая содержит:
воздухозаборный канал, выполненный с возможностью подачи впускного воздуха в двигатель внутреннего сгорания;
диффузор РОГ, выполненный с возможностью подачи рециркулированных отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания в воздухозаборный канал через выходной канал, причем диффузор РОГ содержит:
корпусную часть и
подвижный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно корпусной части, причем подвижный элемент выполнен с возможностью изменения размеров выходного канала, подвижный элемент содержит напорную поверхность, установленную так, что, по меньшей мере, впускной воздух или рециркулированные отработавшие газы воздействуют на напорную поверхность, вызывая перемещение подвижного элемента в первом направлении и изменение размеров выходного канала;
причем подвижный элемент выполнен с возможностью смещения во втором направлении.
2. Система РОГ по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит упругий элемент, выполненный с возможностью противодействия перемещению подвижного элемента.
3. Система РОГ по п. 2, отличающаяся тем, что упругий элемент расположен между подвижным элементом и корпусной частью диффузора РОГ.
4. Система РОГ по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что подвижный элемент расположен в воздухозаборном канале и выполнен с возможностью ограничения потока воздуха в воздухозаборном канале; причем перемещение подвижного элемента изменяет ограничение потока воздуха в воздухозаборном канале.
5. Система РОГ по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что подвижный элемент выполнен с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, причем первое положение соответствует большей площади поперечного сечения потока через выходной канал.
6. Система РОГ по п. 4, отличающаяся тем, что подвижный элемент выполнен с возможностью наименьшего ограничения потока воздуха в воздухозаборном канале при нахождении подвижного элемента в первом положении.
7. Система РОГ по п. 5, отличающаяся тем, что перемещение подвижного элемента между первым и вторым положениями вызывает нелинейное изменение поперечного сечения потока через выходной канал.
8. Система РОГ по п. 5, отличающаяся тем, что скорость изменения поперечного сечения потока через выходной канал при перемещении подвижного элемента возрастает в случае перемещения подвижного элемента из первого положения во второе положение.
9. Система РОГ по п. 5, отличающаяся тем, что перемещение подвижного элемента между первым и вторым положениями вызывает линейное изменение поперечного сечения потока через выходной канал.
10. Система РОГ по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что подвижный элемент содержит гильзу, установленную коаксиально с корпусной частью диффузора РОГ, причем корпусная часть и гильза содержат соответствующие отверстия; причем выходной канал по меньшей мере частично образован перекрытием соответствующих отверстий.
11. Система РОГ по п. 10, отличающаяся тем, что гильза расположена вне корпусной части в радиальном направлении.
12. Система РОГ по п. 10, отличающаяся тем, что гильза расположена внутри корпусной части в радиальном направлении.
13. Система РОГ по п. 10, отличающаяся тем, что каждое из отверстий содержит два, по существу, прямых края, параллельных совпадающим осям корпусной части и гильзы.
14. Система РОГ по п. 10, отличающаяся тем, что отверстия содержат полукруглые концевые профили.
15. Система РОГ по п. 10, отличающаяся тем, что отверстия имеют, по существу, треугольную форму.
16. Система РОГ по п. 10, отличающаяся тем, что напорная поверхность расположена на торцевой крышке гильзы.
17. Система РОГ по п. 10 в случае зависимости от п. 2, отличающаяся тем, что упругий элемент содержит спиральную пружину, расположенную между корпусной частью и гильзой.
18. Система РОГ по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что подвижный элемент содержит пластину, выполненную с возможностью закрытия отверстия, предусмотренного в корпусной части, причем выходной канал по меньшей мере отчасти образован зазором между пластиной и корпусной частью.
19. Система РОГ по п. 18 в случае зависимости от п. 2, отличающаяся тем, что между пластиной и корпусной частью предусмотрен упругий элемент.
20. Система РОГ по п. 17, отличающаяся тем, что содержит дополнительный подвижный элемент, содержащий пластину, выполненную с возможностью закрытия отверстия, предусмотренного в корпусной части, причем выходной канал по меньшей мере отчасти образован зазором между пластиной и корпусной частью, причем система РОГ содержит дополнительный упругий элемент, расположенный между пластиной и корпусной частью.
21. Система РОГ по п. 18, отличающаяся тем, что пластина расположена внутри воздухозаборного канала и ограничивает поток впускного воздуха.
22. Система РОГ по п. 18, отличающаяся тем, что пластина дополнительно содержит одно или несколько ребер, на которые воздействует поток впускного воздуха, причем напорная поверхность содержит поверхность пластины и поверхность ребра.
23. Транспортное средство, содержащее систему РОГ по любому из предшествующих пунктов.
