Расходомер вентури с вакуумной изоляцией для системы рециркуляции отработавших газов
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к системам рециркуляции отработавших газов для двигателей внутреннего сгорания. Расходомер (70) Вентури для размещения в охлаждаемой системе рециркуляции отработавших газов (РОГ), которая включает трубопровод рециркуляции отработавших газов. Трубопровод рециркуляции отработавших газов подсоединен к выпускному трубопроводу двигателя внутреннего сгорания. Система рециркуляции отработавших газов включает охладитель системы РОГ, который соединен с трубопроводом рециркуляции отработавших газов. Расходомер (70) Вентури присоединен в трубопроводе рециркуляции отработавших газов для приема отработавших газов из охладителя системы РОГ. При этом расходомер (70) Вентури имеет внутреннюю стенку (72), которая формирует внутреннее пространство (74). Внутреннее пространство (74) включает суживающуюся входную часть (76), суженную часть (78) и расширяющуюся выходную часть (80). Внешняя стенка (90) окружает внутреннюю стенку (72) и прикреплена к ней. Причем внешняя стенка (90) разнесена от внутренней стенки (72) с формированием изолирующего пространства (92) между внутренней (72) и внешней (90) стенками. Также раскрыта система выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая расходомер Вентури. Технический результат заключается в снижении вероятности конденсации влаги в расходомере Вентури. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам рециркуляции отработавших газов (РОГ) для двигателей внутреннего сгорания и, более конкретно, к расходомеру Вентури с вакуумной изоляцией для системы РОГ.
Уровень техники
В двигателях внутреннего сгорания системы РОГ осуществляют рециркуляцию отработавших газов в систему впуска двигателя с целью снижения уровня выбрасываемых двигателем оксидов азота (NOx). Добавление отработавших газов к всасываемому воздуху снижает в нем уровень кислорода. Это приводит к снижению температуры сгорания смеси, и поскольку выработка оксидов NOx зависит от температуры, количество выбрасываемых оксидов NOx снижается.
В некоторых устройствах используется охлаждение потока рециркулируемых отработавших газов путем пропускания их через теплообменник. Температура охлажденных рециркулируемых газов может быть близка к точке росы. Дальнейшее охлаждение, например, в результате контакта с более холодными компонентами может приводить к значительной конденсации влаги. Выпадающий конденсат включает сажу и другие нежелательные составляющие компоненты, которые могут загрязнять части системы РОГ. Одной такой частью является расходомер Вентури, используемый для измерения потока рециркулируемых газов.
Обычные способы решения проблемы конденсации рециркулируемых газов в расходомере Вентури включают подачу охлаждающей жидкости двигателя в качестве теплоносителя для поддержания температуры стенок расходомера, что удорожает и усложняет систему. Другие решения включают использование фибергласовой изоляции, которую обматывают вокруг расходомера, однако она подвергается износу и требует дополнительных операций сборки.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается устройство изоляции расходомера Вентури для системы РОГ. В соответствии с изобретением расходомер Вентури содержит вакуумное пространство, окружающее корпус расходомера для обеспечения термоизоляции.
Предлагаемый в изобретении расходомер Вентури содержит корпус, имеющий внутреннюю стенку, формирующую входной конец, сужение и выходной конец. Внутренняя стенка окружена внешней стенкой, которая разнесена (отстоит на некотором расстоянии) от внутренней стенки для обеспечения изолирующего пространства между внутренней и внешней стенками. Внешняя стенка и внутренняя стенка соединены для формирования непроницаемого соединения для предотвращения поступления воздуха в изолирующее пространство или выхода из него.
В соответствии с предпочтительным вариантом из изолирующего пространства откачивают воздух для обеспечения вакуумного изолирующего пространства, окружающего внутреннюю стенку.
В соответствии с другим вариантом изолирующее пространство содержит воздух или другой газ, имеющий низкую теплопроводность.
Краткое описание чертежей
Изобретение можно будет лучше понять с помощью прилагаемых чертежей, на которых показано:
на фиг. 1 - схематический вид двигателя внутреннего сгорания и системы выпуска отработавших газов, содержащих систему РОГ;
на фиг. 2 - вид продольного сечения расходомера Вентури в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 приведен упрощенный схематический вид двигателя 10 внутреннего сгорания. Отработавшие газы двигателя направляются через выпускной коллектор 12 в выпускной трубопровод 14. Часть отработавших газов рециркулируют во впускную систему двигателя по трубопроводу 16 системы РОГ, как это будет описано ниже. Остальную часть отработавших газов направляют в турбину 22 турбонагнетателя 20. Поток отработавших газов, проходящий через турбину 22, приводит во вращение ее рабочее колесо (не показано) и вал 24, который вращает компрессор 26 турбонагнетателя 20. Из турбины отработавшие газы выбрасываются через трубу 28 в атмосферу, обычно после пропускания через систему последующей обработки отработавших газов (не показана). Компрессор 26 засасывает наружный воздух через впускной трубопровод 30 и сжимает этот воздух для получения воздуха турбонаддува. Воздух турбонаддува по трубопроводу 32 направляется в охладитель 34 для его охлаждения. Охлажденный воздух турбонаддува через трубопровод 36 подается в смеситель 40, где этот охлажденный воздух турбонаддува смешивается с рециркулируемыми отработавшими газами. Затем полученная смесь направляется во впускной коллектор 42 двигателя.
Рециркулируемые отработавшие газы проходят по трубопроводу 16 через клапан 52 в охладитель 50 системы РОГ. Управление работой клапана 52 осуществляет контроллер 54, который регулирует количество отработавших газов, рециркулируемых в систему впуска воздуха двигателя в соответствии с потребностью двигателя и требованиями по регулированию уровня выбрасываемых оксидов NOx. Отработавшие газы, выходящие из клапана 52, проходят через расходомер 60 Вентури, который измеряет количество отработавших газов, поступающих в систему впуска двигателя. Контроллер 54 присоединен для получения величин давления от дифференциального датчика давления, сообщающегося с каналами (фиг. 2) во входной части 62 расходомера Вентури и в суженной части 64. В других вариантах в каждом из каналов может быть обеспечен отдельный датчик давления. Разность давлений между входной частью 62 и суженной частью 64 используется контроллером 57 для вычисления массового потока, проходящего через расходомер 60 Вентури. Контроллер 54 сконфигурирован для использования вычисленной величины массового потока для управления клапаном 52.
Поток отработавшего газа проходит из расходомера 60 Вентури в смеситель 40 для смешивания с воздухом турбонаддува для подачи во впускной коллектор 42.
Поток газов системы РОГ содержит водяной пар, сажу и другие загрязняющие компоненты. Проблема с охлажденным газом в системе РОГ возникает, когда температура газа приближается к точке росы. Дальнейшее охлаждение может привести к конденсации и осаждению воды и твердых загрязняющих частиц в системе РОГ. Это может представлять проблему для расходомеров Вентури, когда конденсат загрязняет каналы датчика давления.
На фиг. 2 показан вид продольного сечения расходомера 70 Вентури по настоящему изобретению. Расходомер 70 Вентури имеет внутреннюю стенку 72, формирующую внутреннее пространство 74, имеющее входную часть 76 цилиндрической формы с переходной частью, имеющей форму усеченного конуса, который суживается в направлении потока (показан стрелкой А) к сужению 78, которое является самой узкой частью внутреннего пространства 74. Затем внутреннее пространство 74 расширяется, и его расходящаяся внутренняя стенка 72 формирует выходную часть 80, имеющую форму усеченного конуса.
Во внутренней стенке 72 во входной части 76 обеспечивается первый канал 82. Во внутренней стенке 72 в суженной части 78 обеспечивается второй канал 84. Первый канал 82 и второй канал 84 представляют собой проходы, сформированные для обеспечения сообщения для текучей среды между внутренним пространством 74 и датчиком (или датчиками) давления (не показаны).
Внутренняя стенка 72 окружена внешней стенкой 90, которая отстоит от внутренней стенки на некотором расстоянии для обеспечения изолирующего пространства 92 между ними. В рассматриваемом примере расходомер 70 Вентури имеет круговое поперечное сечение, и внешняя стенка 90 отделена радиально от внутренней стенки 72, формируя кольцевое пространство вокруг внутренней стенки. Внешняя стенка 90 и внутренняя стенка 72 соединяются на входном конце 94 и выходном конце 96 с формированием воздухонепроницаемых соединений, которые удерживают внутреннюю и внешнюю стенки на определенном расстоянии друг от друга. Внутренняя стенка 72 и внешняя стенка 90 могут быть соединены с использованием сварки или другого подходящего способа. Соединение внутренней стенки 72 и внешней стенки 90 на их концах 94, 96 обеспечивает формирование изолирующего пространства 92, проходящего от входного конца 94 до выходного конца 96. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения из изолирующего пространства 92 откачивают воздух для обеспечения вакуумного изолирующего пространства. В других вариантах изолирующее пространство 92 может содержать воздух или другой газ.
Внутренняя стенка 72 и внешняя стенка 90 могут быть сформированы из металла, такого как нержавеющая сталь. Однако в принципе может быть использован любой материал, который можно формовать и соединять с получением непроницаемого соединения.
Вышеприведенное описание изобретения должно рассматриваться как иллюстрация, не ограничивающая его объем. Специалисту будет понятно, что объем изобретения определяется прилагаемой формулой.
1. Расходомер Вентури для размещения в охлаждаемой системе рециркуляции отработавших газов (РОГ), включающей:
трубопровод рециркуляции отработавших газов, подсоединяемый к выпускному трубопроводу двигателя внутреннего сгорания;
охладитель системы РОГ, соединенный с трубопроводом рециркуляции отработавших газов; и
расходомер Вентури, присоединенный в трубопроводе рециркуляции отработавших газов, для приема отработавших газов из охладителя системы РОГ, причем расходомер Вентури имеет:
внутреннюю стенку, формирующую внутреннее пространство, включающее суживающуюся входную часть, суженную часть и расширяющуюся выходную часть; и
внешнюю стенку, окружающую внутреннюю стенку и прикрепленную к ней, причем внешняя стенка разнесена от внутренней стенки с формированием изолирующего пространства между внутренней и внешней стенками.
2. Расходомер по п. 1, в котором внутренняя и внешняя стенки герметично соединены, и из изолирующего пространства откачан воздух.
3. Расходомер по п. 1, в котором внутренняя и внешняя стенки герметично соединены, и изолирующее пространство содержит воздух.
4. Расходомер по п. 1, содержащий первый канал измерения давления, сообщающийся с внутренним пространством в его входной части, и второй канал измерения давления, сообщающийся с внутренним пространством в его суженной части.
5. Система выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая:
трубопровод выпуска отработавших газов, присоединяемый к выпускному коллектору двигателя;
трубопровод рециркуляции отработавших газов, соединенный с трубопроводом выпуска отработавших газов;
клапан на трубопроводе рециркуляции отработавших газов для регулирования потока отработавших газов, проходящего по трубопроводу рециркуляции отработавших газов;
охладитель потока рециркулируемых отработавших газов, соединенный с трубопроводом рециркуляции отработавших газов для их рециркуляции в двигатель; и
расходомер Вентури, соединенный с трубопроводом рециркуляции отработавших газов для приема охлажденных отработавших газов из охладителя рециркулируемых отработавших газов и имеющий: внутреннюю стенку, формирующую внутреннее пространство, включающее суживающуюся входную часть, суженную часть и расширяющуюся выходную часть; и внешнюю стенку, окружающую внутреннюю стенку и прикрепленную к ней, причем внешняя стенка разнесена от внутренней стенки с формированием изолирующего пространства между ними.
6. Система по п. 5, в которой расходомер Вентури содержит средство измерения давления, сообщающееся с внутренним пространством в его входной части и сообщающееся с внутренним пространством в его суженной части.
7. Система по п. 6, дополнительно содержащая контроллер, функционально соединенный с клапаном для управления его открытием и закрытием, и присоединенный для приема величин давления из средства измерения давления, причем контроллер сконфигурирован с возможностью вычисления массового расхода отработавших газов, проходящих через расходомер Вентури, по величинам давления и выработки соответствующих команд на управление работой клапана.
8. Система по п. 5, в которой из изолирующего пространства откачан воздух.
