CZ2013963A3

CZ2013963A3 - Jet separator

Info

Publication number: CZ2013963A3
Application number: CZ2013-963A
Authority: CZ
Inventors: Stanislav Bedřich
Original assignee: Ĺ koda Auto a. s.
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-17
Also published as: EP2881575A1; EP2881575A9

Abstract

Vynález se týká odlučování kapaliny z potrubí, v němž proudí heterogenní směs plynu a kapaliny pomocí tryskového odlučovače umístěného na stěně (2) sacího potrubí (1). Podstata spočívá v tom, že tryskový odlučovač sestává z potrubí (1), v jehož stěně (2) je otvor (3), k němuž těsně přiléhá sběrná komora (4) o šířce (5) maximálně do opsaného průměru (6) potrubí (1) a o tloušťce (7) do dvou opsaných průměrů (6) potrubí (1). Ke dnu (8) sběrné komory (4) je těsně připojena trubice (9), v jejímž konci (10) je tryska (11) vytvořená jako otvor o ploše menší, než je plocha průřezu trubice (9).BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the separation of liquid from a conduit in which a heterogeneous mixture of gas and liquid flows through a nozzle separator located on the wall (2) of the intake manifold (1). The principle is that the nozzle separator consists of a conduit (1) in whose wall (2) there is an opening (3), to which the collecting chamber (4) with a width (5) abuts a maximum circumscribed diameter (6) of the conduit ( 1) and a thickness (7) of two circumscribed diameters (6) of the pipe (1). A tube (9) is tightly connected to the bottom (8) of the collecting chamber (4), at the end (10) of which the nozzle (11) is formed as an opening having an area smaller than the cross-sectional area of the tube (9).

Description

Tryskový odlučovačJet separator

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká odlučování kapaliny z heterogenní směsi například vzduchu a vody nebo jiného plynu a jiné kapaliny, který lze použít například u spalovacích motorů při odstraňování nežádoucí vody v sacím potrubí při jízdě za deště, nebo v jiných průmyslových odvětvích, kde je třeba provést zmíněnou separaci.The invention relates to the separation of a liquid from a heterogeneous mixture, for example air and water or another gas and another liquid, which can be used, for example, in internal combustion engines when removing unwanted water in the intake manifold when driving in the rain, or in other industries where the said separation needs to be carried out .

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V technické praxi se velmi často vyskytuje potřeba oddělit kapalinu od proudícího plynu. Typickým případem je sací potrubí spalovacího motoru, pohánějícího automobil, motocykl, nebo je užit pro pohon průmyslového zařízení.In technical practice, the need to separate a liquid from a flowing gas very often occurs. A typical case is the intake pipe of an internal combustion engine, which drives a car, motorcycle, or is used to drive industrial equipment.

Spalovací motor pro svou funkci vyžaduje přívod vzduchu z vnějšího prostředí, neboť vzdušný kyslík je jednou z pohonných látek spalovacího motoru. Pokud se ve vnějším prostředí nacházejí například vodní kapky při dešti nebo v případě motorového vozidla dochází ke vzniku vodní tříště nad vozovkou následkem jízdy kol po smáčené vozovce, jsou tyto vodní částice spolu s vnějším vzduchem nasávány do sacího potrubí spalovacího motoru. Jejich vnik do válců motoru je nežádoucí a může silně ovlivnit spolehlivost a funkci motoru.An internal combustion engine requires an air supply from the outside environment for its function, as atmospheric oxygen is one of the propellants of an internal combustion engine. If there are, for example, water drops during rain in the external environment or in the case of a motor vehicle, there is a splash of water over the road as a result of the wheels driving on a wet road, these water particles are sucked into the intake pipe of the combustion engine together with the outside air. Their penetration into the engine cylinders is undesirable and can strongly affect the reliability and function of the engine.

Prvním nežádoucím účinkem vniku vody do sacího potrubí je možný proplach filtrační vložky ve filtru sání. Filtrační vložka během předchozího provozu motoru zachytila značné množství pevných mikročástic z nasávaného vzduchu, a to i křemičitá zrna z polétavého prachu. Pokud do filtrační vložky následně během jízdy například za deště přiveden vzduch s vodními kapkami, tak zpočátku jsou tyto kapky zachyceny filtrační vložkou, ale po jejím plném nasycení nebo i pouze lokálním nasycení začnou vodní kapky pronikat přes filtrační vložku dále do válců motoru, přičemž vymývají zmíněné křemičité mikročástice z filtrační vložky. Tyto mikročástice se dostanou do válců motoru, mohou být pohlceny do olejového filmu na stěnách válců a následně způsobit rychlé opotřebení vývrtu válců, případě i pístů a pístních kroužků. Taktéž mohou přes stěny válců nebo uložení ventilů vniknout do olejové náplně motoru a způsobit celkovou devastaci pohyblivých dílů motoru postupným vydíráním.The first adverse effect of water entering the intake pipe is possible flushing of the filter insert in the intake filter. During previous engine operation, the filter cartridge had captured a significant amount of solid microparticles from the intake air, including silica grains from airborne dust. If air with water droplets is subsequently introduced into the filter element during driving, for example in the rain, these drops are initially captured by the filter element, but after it is fully saturated or even only locally saturated, the water droplets begin to penetrate through the filter element further into the engine cylinders, washing out the aforementioned silicon microparticles from the filter cartridge. These microparticles get into the engine cylinders, they can be absorbed into the oil film on the cylinder walls and subsequently cause rapid wear of the cylinder bore, possibly also the pistons and piston rings. They can also enter the engine oil fill through the walls of the cylinders or the valve seats and cause total devastation of the moving parts of the engine by gradual extortion.

-2-··’ .:.·..·-2-··’ .:.·..·

Druhým nežádoucím účinkem vniku vody do sacího potrubí je možné poškození přesných elektronických čidel v sacím potrubí, a to především čidla měřiče hmotnosti nasávaného vzduchu. Toto čidlo je náchylné k elektrické poruše při smáčení vodními kapkami účinkem, jak byl výše popsan. V tomto případě při poškození zmíněného čidla dojde buď k zastavení motoru, nebo k přepnutí systému řízení do nouzového stavu s nepříjemnými následky pro uživatele.The second undesirable effect of water entering the intake manifold is possible damage to the precise electronic sensors in the intake manifold, especially the intake air mass meter sensor. This sensor is susceptible to electrical failure when wetted by water droplets as described above. In this case, damage to the mentioned sensor will either stop the engine or switch the control system to an emergency state with unpleasant consequences for the user.

Dalším nežádoucím účinkem je změna výkonu motoru, způsobená zvýšeným výskytem vody nebo vodních par ve válci během hoření. Vodní pára může ovlivnit termodynamiku oběhu motoru tak, že je například snížený výkon motoru, může se objevit detonační hoření s poškozujícím účinkem na motor, případně se mohou projevit kavitační účinky například na dně pístu.Another undesirable effect is a change in engine performance, caused by the increased occurrence of water or water vapor in the cylinder during combustion. Water vapor can affect the thermodynamics of the engine circulation so that, for example, the engine performance is reduced, detonation combustion can occur with a damaging effect on the engine, or cavitation effects can occur, for example, on the bottom of the piston.

Dosud se vniku vody do sacího potrubí čelí instalací odlučovačů, které se vyznačují odváděči trubkou, zaústěnou do místa výskytu vody v sacím potrubí nebo v komoře filtru sání, přičemž je tato trubka na svém konci opatřena mechanickou klapkou, předepnutou tak, že v okamžiku zvýšeného hydraulického tlaku se klapka otevře a částečně vypustí vodu do vnějšího prostředí. Nevýhodou je mechanická komplikovanost mechanické předepnuté klapky, což vede ke zvýšení její výrobní ceny a menší funkční spolehlivosti.Until now, the ingress of water into the suction pipe has been faced by installing separators, which are characterized by a discharge pipe, mouthed to the point of occurrence of water in the suction pipe or in the chamber of the suction filter, while this pipe is equipped at its end with a mechanical flap, pre-tensioned so that at the moment of increased hydraulic pressure pressure, the valve opens and partially releases the water to the outside environment. The disadvantage is the mechanical complexity of the mechanical pre-tensioned flap, which leads to an increase in its production price and less functional reliability.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nedostatky ve značné míře odstraňuje tryskový odlučovač podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tryskový odlučovač sestává z potrubí, v jehož stěně je otvor, k němuž těsně přiléhá sběrná komora o šířce maximálně do opsaného průměru potrubí a o tloušťce do dvou opsaných průměrů potrubí. Ke dnu sběrné komory je těsně připojena trubice, která má ve svém dně vytvořený otvor ve formě trysky o ploše menší, než je plocha průřezu trubice.The aforementioned shortcomings are largely eliminated by the jet separator according to the invention, the essence of which is that the jet separator consists of a pipe, in the wall of which there is an opening, to which a collecting chamber with a width of no more than the described diameter of the pipe and a thickness of up to two described diameters of the pipe closely adjoins . A tube is tightly connected to the bottom of the collection chamber, which has an opening in its bottom in the form of a nozzle with an area smaller than the cross-sectional area of the tube.

V alternativním provedení se tryskový odlučovač vyznačuje tím, že trubice je propojena přímo se stěnou potrubí.In an alternative embodiment, the jet separator is characterized by the fact that the tube is connected directly to the pipe wall.

V dalším alternativním provedení může být otvor vytvořen ve trubicové stěně.In another alternative embodiment, the hole may be formed in the tubular wall.

Konstrukční provedení tryskového odlučovače může být různé, tj. může být vytvořen jednoduše jako jeden celek s například sacím potrubím, případně může být sesazen z několika například plastových dílů, spojených prolisy, návleky, termickým účinkem nebo lepením. Taktéž sběrná komora může mít různý tvar, například její tvar můžeThe design of the jet separator can be different, i.e. it can be created simply as a single unit with, for example, a suction pipe, or it can be assembled from several, for example, plastic parts, connected by moldings, sleeves, thermal effect or gluing. Also, the collection chamber can have a different shape, for example its shape can

-3-.·’ .:.·..· být válcový, oválný nebo obecného tvaru, ale vždy tak, že její propojení se stěnou potrubí i trubicí je dostatečně těsné, může mít i prstencový tvar, obepínající po obvodu celé potrubí nebo jeho část. Trubice může mít průřez kruhový, obdélníkový nebo obecného tvaru.-3-.·' .:.·..· be cylindrical, oval or of a general shape, but always in such a way that its connection with the wall of the pipeline and the tube is tight enough, it can also have a ring shape, encircling the entire pipeline or its part. The tube can have a circular, rectangular or general cross-section.

Funkce tryskového odlučovače dle tohoto patentu je následující - při průtoku heterogenní směsi například vzduchu a vodních kapek sacím potrubím spalovacího motoru se zpravidla v některé části potrubí, zejména v místech zvýšeného odporu, například v ohybech, vodní mikročástice postupně spojí a vlivem gravitační nebo odstředivé síly nalehnou na stěnu potrubí, kde vytvoří spojitý vodní tok. Polohu tohoto spojitého vodního toku lze zjistit například při pohledu do potrubí, například užitím mikrokamery a příslušného osvitu. Poloha zjištěného spojitého vodního toku je potom určující pro umístění sběrné komory nebo případně přímo pro zaústění trubice do potrubí. Poloha i velikost sběrné komory je volena tak, aby svou šířkou a tloušťkou pokrývala místo v potrubí, v němž se pohybuje zjištěný vodní tok.The function of the jet separator according to this patent is as follows - during the flow of a heterogeneous mixture of e.g. air and water droplets through the intake pipe of an internal combustion engine, as a rule, in some part of the pipe, especially in places of increased resistance, for example in bends, water microparticles gradually come together and due to the influence of gravity or centrifugal force on the pipe wall, where it creates a continuous water flow. The position of this continuous water flow can be determined, for example, by looking into the pipe, for example by using a micro camera and appropriate illumination. The position of the detected continuous water flow is then decisive for the location of the collection chamber or, possibly, directly for the mouth of the tube into the pipeline. The location and size of the collection chamber is chosen so that its width and thickness cover the place in the pipe in which the detected water flow moves.

Během průtoku heterogenní směsi potrubím vtéká vodní tok do sběrné komory a následně gravitačním účinkem nebo vlivem jiného silového působení, jako například při nepopsané rotaci v potrubí kolem osy potrubí, do trubice. V sacím potrubí je podtlak, který způsobuje vtok malého množství vzduchu z vnějšího prostředí tryskou do trubice. Aby tento vtékající vzduch svým náfukovým účinkem nebránil vtoku vody do trubice je dosaženo volbou ploch průřezu trubice a trysky, kdy plocha průřezu trysky je výrazně menší, než plocha průřezu trubice. Rychlost vzduchu, nasávaného z trysky, se v trubici vlivem zmíněného poměru ploch výrazně sníží a nebrání vtoku vody do trubice. Voda se postupně hromadí ve spodní části trubice, vzduch, nasávaný tryskou proniká přes zvyšující se sloupec vody ve formě bublin.During the flow of the heterogeneous mixture through the pipeline, the water flow flows into the collection chamber and subsequently, due to the effect of gravity or the influence of other forces, such as, for example, during the undescribed rotation of the pipeline around the axis of the pipeline, into the tube. There is a vacuum in the intake manifold, which causes a small amount of air to flow from the outside through a nozzle into the tube. So that this inflowing air does not hinder the inflow of water into the tube by its blowing effect, it is achieved by choosing the cross-sectional areas of the tube and the nozzle, where the cross-sectional area of the nozzle is significantly smaller than the cross-sectional area of the tube. The speed of the air sucked in from the nozzle is significantly reduced in the tube due to the aforementioned ratio of surfaces and does not prevent the inflow of water into the tube. Water gradually accumulates in the lower part of the tube, the air sucked in by the nozzle penetrates through the rising column of water in the form of bubbles.

V okamžiku, kdy vodní sloupec v trubici dosáhne výšky, kdy hydraulický tlak u trysky přesáhne hodnotu podtlaku v sacím potrubí, vody z trubice se gravitačně protlačím přes trysku do vnějšího prostředí. Po poklesu hydraulického tlaku pod úroveň podtlaku v potrubí se proces odtoku vody zastaví, opět se postupně zvýší hladina vody v trubici a proces se cyklicky opakuje.At the moment when the water column in the tube reaches a height when the hydraulic pressure at the nozzle exceeds the value of the negative pressure in the suction pipe, the water from the tube is forced through the nozzle into the external environment by gravity. After the hydraulic pressure drops below the vacuum level in the pipeline, the water outflow process stops, the water level in the tube gradually increases again, and the process repeats itself cyclically.

Výhodou tryskového odlučovače dle tohoto vynálezu je jednoduchost jeho konstrukce bez pohyblivých dílů, což vede k nízkým výrobním nákladům a snížení možnosti poruch.The advantage of the jet separator according to this invention is the simplicity of its construction without moving parts, which leads to low production costs and a reduction in the possibility of malfunctions.

-4-·· .:...·-4-·· .:...·

Přehled obrázků na výkresechOverview of images on the drawings

Na obr. 1 je zobrazen tryskový odlučovač v bočním řezu a na obr. 2 je zobrazen tryskový odlučovač v čelním příčném řezu.Fig. 1 shows the jet separator in side section and Fig. 2 shows the jet separator in frontal cross section.

Příklad provedení vynálezuAn example of an embodiment of the invention

Příklad provedení podle vynálezu je zobrazen na obr. 1 a 2. Znázorňuje tryskový odlučovač podle tohoto vynálezu, který je umístěný na stěně 2 sacího potrubí 1 spalovacího motoru. Tryskový odlučovač je vytvořen na sacím potrubí 1, v jehož stěně 2 je otvor 3. K otvoru 3 těsně přiléhá sběrná komora 4 o šířce 5 maximálně do opsaného průměru 6 potrubí 1a o tloušťce 7 o velikosti do dvou opsaných průměrů 6 potrubí I. K trubicovému dnu 8 sběrné komory 4 je těsně připojena trubice 9, v jejímž trubicovém dně 10 je tryska 11 vytvořená jako otvor o ploše menší, než je plocha průřezu trubice 9.An example of the embodiment according to the invention is shown in Fig. 1 and 2. It shows the jet separator according to the invention, which is located on the wall 2 of the intake pipe 1 of the combustion engine. The jet separator is created on the suction pipe 1, in the wall 2 of which there is an opening 3. The collection chamber 4 with a width of 5, maximum up to the described diameter 6 of the pipe 1 and a thickness of 7, with a size of up to two described diameters 6 of the pipe I, fits closely to the opening 3. To the tubular a tube 9 is tightly connected to the bottom 8 of the collection chamber 4, in the tube bottom 10 of which there is a nozzle 11 created as an opening with an area smaller than the cross-sectional area of the tube 9.

Vynález není omezen pouze na popsaný příklad provedení tryskového odlučovače sacího potrubí (1) spalovacího motoru.The invention is not limited only to the described example of the design of the nozzle separator of the intake pipe (1) of the combustion engine.

-5Použitá označení potrubí stěna potrubí otvor ve stěně potrubí sběrná komora šířka sběrné komory opsaný průměr potrubí tloušťka sběrné komory dno sběrné komory trubice trubicové dno tryska trubicová stěna-5 Pipe designations used pipe wall hole in pipe wall collection chamber width of collection chamber described diameter of pipe collection chamber thickness collection chamber bottom tube tube bottom nozzle tube wall

Claims

PATENT CLAIMS

1. A nozzle separator located on the wall (2) of the suction pipe (1), characterized in that the nozzle separator is designed in such a way that there is an opening (3) in the wall (2) of the suction pipe (1) to which the collection chamber ( 4) with a width (5) of maximum up to the described diameter (6) of the pipe (1) and a thickness (7) of a size up to two described diameters (6) of the pipe (1), while the bottom (8) of the collection chamber (4) is tight a tube (9) is connected, in the tube bottom (10) of which there is a nozzle (11) formed as an opening with an area smaller than the cross-sectional area of the tube (9).

2. A jet separator according to claim 1, characterized in that the nozzle (11) is formed in the tubular wall (12).

3. Jet separator according to claim 1, characterized in that the tube (9) is connected directly to the wall (2) of the pipe (1).