RU2090774C1 - Turbocharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation - Google Patents
Turbocharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2090774C1 RU2090774C1 SU5035922A RU2090774C1 RU 2090774 C1 RU2090774 C1 RU 2090774C1 SU 5035922 A SU5035922 A SU 5035922A RU 2090774 C1 RU2090774 C1 RU 2090774C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ejector
- pipe
- exhaust
- gas
- engine
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а конкретно к двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и нейтрализации токсичности отработавших газов. The invention relates to the field of engineering, and in particular to internal combustion engines with gas turbine supercharging and neutralization of toxicity of exhaust gases.
Известен двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и системой рециркуляции отработавших газов, предназначенный для снижения выхода оксидов азота в цилиндрах двигателя. Known internal combustion engine with gas turbine supercharging and exhaust gas recirculation system, designed to reduce the output of nitrogen oxides in the cylinders of the engine.
Целью изобретения является повышение эффективности вихревой трубы и снижение токсичности отработавших газов двигателя с умеренным или низким турбонаддувом. The aim of the invention is to increase the efficiency of the vortex tube and reduce the toxicity of the exhaust gases of an engine with moderate or low turbocharging.
Указанная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с наддувом и рециркуляцией отработавших газов, содержащем турбокомпрессор, имеющий газовую турбину и компрессор, установленные на общем валу, соединенный с цилиндрами двигателя при помощи нагнетательного и выпускного трубопроводов и снабженный на входе в компрессор всасывающим патрубком, а на выходе турбины выхлопной трубой, кроме того, выполненном с обводным каналом, включающим перепускной клапан и вихревую трубу с "горячим" и "холодным" выпускными патрубками, причем "холодный" патрубок соединен линией рециркуляции с всасывающим патрубком компрессора, цилиндры двигателя дополнительно снабжены газоотборными клапанами сообщающими их с газовым ресивером, к которому подключен обводной канал с вихревой трубой, соединенной "горячим" патрубком с активным соплом эжектора, установленного на выпуске двигателя последовательно газовой турбине. This goal is achieved by the fact that in an internal combustion engine with pressurization and exhaust gas recirculation, comprising a turbocharger having a gas turbine and a compressor mounted on a common shaft, connected to the engine cylinders by means of discharge and exhaust pipelines and equipped with a suction pipe at the compressor inlet, and at the outlet of the turbine an exhaust pipe, in addition, made with a bypass channel including a bypass valve and a vortex tube with a "hot" and "cold" exhaust pipes, and a “cold” pipe is connected by a recirculation line to the compressor suction pipe, the engine cylinders are additionally equipped with gas sampling valves communicating with a gas receiver, to which a bypass channel is connected with a vortex pipe connected by a “hot” pipe to an active nozzle of an ejector installed in series with the gas turbine .
Эжектор установлен перед газовой турбиной и пассивным соплом, сообщен с выпускным трубопроводом, а обводной канал снабжен накопительной емкостью, установленной за перепускным клапаном параллельно вихревой трубе. The ejector is installed in front of the gas turbine and the passive nozzle, in communication with the exhaust pipe, and the bypass channel is equipped with a storage tank installed behind the bypass valve parallel to the vortex tube.
Также эжектор размещен на участке выхлопной трубы и пассивным соплом сообщен с этой трубой. Also, the ejector is located on the exhaust pipe and a passive nozzle is in communication with this pipe.
На фиг. 1 изображена схема двигателя с турбонаддувом, оборудованного вихревой трубой с эжектором на входе турбины, общий вид; на фиг. 2 то же, с эжектором на выхлопной трубе. In FIG. 1 shows a diagram of a turbocharged engine equipped with a vortex tube with an ejector at the turbine inlet, general view; in FIG. 2 the same with the ejector on the exhaust pipe.
Двигатель внутреннего сгорания с наддувом и рециркуляцией отработавших газов (фиг. 1) содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2, всасывающим клапаном 3, выпускным клапаном 4, окнами 5, снабженными автоматическими газоотборными клапанами 6, сообщающими полость цилиндра с газовым ресивером 7, и включает турбокомпрессор 6, состоящий из газовой турбины 9 и центробежного компрессора 10, установленных на общем валу. Газовая турбина на входе снабжена эжектором II и связана с цилиндрами двигателя выпускным трубопроводом 12, соединенным с пассивным соплом эжектора II, причем выпускной трубопровод 12 может быть выполнен раздельным, состоящим из двух или более ветвей. На входе газовой турбины установлена выхлопная труба 13. An internal combustion engine with pressurization and exhaust gas recirculation (Fig. 1) contains a working cylinder 1 with a
Центробежный компрессор 10 снабжен воздухоочистителем 14, всасывающим патрубком 15 и связан нагнетательным трубопроводом 16 с цилиндром 1. The centrifugal compressor 10 is equipped with an air cleaner 14, a suction pipe 15 and is connected by a discharge pipe 16 to the cylinder 1.
Кроме того, двигатель внутреннего сгорания оборудован обводным каналом 17 с перепускным клапаном 18, накопительной емкостью 19 и вихревой трубой 20, питаемой газами из ресивера 7 и емкости 19. Перепускной клапан 18 мембранного типа выполнен подпружиненным и управляется сжатым воздухом из нагнетательного трубопровода 16. Вихревая труба 20 имеет тангенциальный или спиральный сопловой ввод (не показан) в средней части корпуса, коническую рабочую часть, переходящую в "горячий" выпускной патрубок 21, соединенный с активным соплом эжектора II. "Холодный" выпускной патрубок 22 вихревой трубы выполнен цилиндрическим с диафрагмой на входе и переходит в змеевик 23, дополнительно охлаждаемый жидкостью из рубашки корпуса газовой турбины 9 или блока двигателя и соединенный линией рециркуляции 24 с всасывающим патрубком 15 компрессора 10. В свою очередь линия рециркуляции 24 снабжена регулятором расхода 25 мембранного типа, имеющего две рабочие полости, одна из которых (верхняя) сообщена с выпускным трубопроводом 12, другая (нижняя) с нагнетательным трубопроводом 16 через электромагнитный клапан управления 26. In addition, the internal combustion engine is equipped with a bypass channel 17 with a
Вариант двигателя внутреннего сгорания (фиг. 2) содержит эжектор 11, установленный на участке выхлопной трубы 13, причем пассивное сопло эжектора сообщено с полостью этой трубы, а на выходе эжектора размещен нейтрализатор токсичности или сажевый фильтр 27. A variant of the internal combustion engine (Fig. 2) comprises an
Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.
В период пуска двигателя (фиг. 1), работы на холостом ходу и в момент принятия нагрузки отработавшие газы движутся из цилиндра 1 через выпускной клапан 4 по выпускному трубопроводу 12 в пассивное сопло эжектора 11, из которого поступают в газовую турбину 9 уходят в выхлопную трубу 13. В течение разогрева двигателя перепускной клапан 18 перекрывает обводной канал 17, а регулятор расхода 25 линию рециркуляции 24, в свою очередь, при открытии вентиля емкости 19 газы высокого давления расширяются, проходят в рабочую часть вихревой трубы 20, ее "горячий" выпускной патрубок 21 и подводятся в активное сопло эжектора 11. Благодаря кратковременному увеличению расхода газа и действию эжектора облегчается разгон газовой турбины 9, то есть турбокомпрессора 6 как единого агрегата. During the start-up of the engine (Fig. 1), idling and at the time of taking the load, the exhaust gases move from the cylinder 1 through the exhaust valve 4 through the exhaust pipe 12 into the passive nozzle of the
С увеличением нагрузки и частоты вращения вала двигателя турбокомпрессор 8 повышает давление наддува в нагнетательном трубопроводе 16, которое передается через открытый клапан управления 26 в нижнюю рабочую полость мембранной камеры регулятора расхода 25. Вследствие возникшего обратного перепада давления мембрана перемещается вверх и открывает клапан регулятора расхода 25 на линии рециркуляции 24. Отработавшие газы под действием избыточного давления в полости эжектора 11 частично перетекают в обратном направлении, заполняют вихревую трубу 20, охлаждаются в змеевике 23 и по линии рециркуляции 24 направляются во всасывающий патрубок 15 компрессора 10, где смешиваются с воздушным потоком из воздухоочистителя 14. With increasing load and engine speed, the turbocharger 8 increases the boost pressure in the discharge pipe 16, which is transmitted through the open control valve 26 to the lower working cavity of the diaphragm chamber of the flow regulator 25. Due to the reverse pressure drop, the membrane moves up and opens the valve of the flow regulator 25 by
При работе двигателя на режиме максимального крутящего момента, дальнейшем росте мощности двигателя и давления наддува открывается перепускной клапан 18 и часть продуктов сгорания, расширяясь, движется из цилиндра 1 через открытые поршнем 2 окна 5, газоотборные клапаны 6 в обводной канал 17. Позднее, со смещением по фазе, открывается выпускной клапан 4 и основная масса газов относительно низкого давления выбрасывается в выпускной трубопровод 12. When the engine is operating at maximum torque, a further increase in engine power and boost pressure, the
Газы с высокими давлением и температурой, осредненными в ресивере 7, подводятся в сопловой ввод вихревой трубы 20, из которого истекают со звуковой или сверхзвуковой скоростью по касательной к стенке. В рабочей полости трубы 20 создается интенсивное вращательное движение газов и возникает температурная неравномерность с образованием двух потоков, движущихся противоточно, а именно: "горячего" на стенке трубы и "холодного" на ее оси. Одновременно в полости трубы 20 создается радиальная неравномерность давления, эффективно протекает сепарация механических частиц, таких как сажа, зола, капли масла, продукты износа, дожигаются углеводородом в "горячем" потоке, имеющем температуру свыше 1000K. Gases with high pressure and temperature averaged in the receiver 7 are fed into the nozzle inlet of the
Газы вместе с твердым остатком подводятся по "горячему" выпускному патрубку 21 в активное сопло эжектора 11, истекают из него с высокой скоростью и подсасывают газы из выпускного трубопровода 12, перемешиваются в эжекторе 11, который нагнетает смесь в газовую турбину 9. В двигателе с импульсной системой наддува, снабженном разветвленным выпускных трубопроводом 12, эжектор работает как преобразователь импульсов, осредняющий потоки и повышающий давление перед газовой турбиной. Gases together with the solid residue are fed through the “hot”
Осевой поток газов, очищенный от механических частиц, движется в диафрагму "холодного" выпускного патрубка 22, дополнительно охлаждается в змеевике 23 и по линии рециркуляции 24 направляется в компрессор 10. Состав и температура газовоздушной смеси во всасывающем патрубке 15 компрессора зависят в основном от нагрузки двигателя, расхода газов в линии рециркуляции 24, который в свою очередь, регламентируется геометрическими размерами вихревой трубы и более тонко положением клапана регулятора расхода 25. Газовоздушная смесь сжимается в компрессоре 10, подается в нагнетательный трубопровод 16, затем через всасывающий клапан 3 в рабочий цилиндр 1 для последующих процессов сжатия и сгорания. The axial gas flow, cleaned of mechanical particles, moves into the diaphragm of the “cold”
При номинальной нагрузке двигателя клапан управления 26 отключает связь с нагнетательным трубопроводом 16 и сообщает нижнюю полость мембранной камеры регулятора расхода 25 с атмосферой. Под воздействием изменившегося перепада давления на мембране происходит перемещение клапана регулятора расхода 25, который перекрывает линию рециркуляции 24 и выключает из работы "холодный" выпускной патрубок 22. На этом режиме вихревая труба 20 выполняет функцию дополнительного участка обводного канала 17, направляющего поток газов через "горячий" выпускной патрубок 21 в эжектор 11, действующий с повышенной эффективностью. Кроме того, часть газов используется для заполнения емкости 19. At rated engine load, the control valve 26 disconnects from the discharge pipe 16 and communicates the lower cavity of the membrane chamber of the flow regulator 25 with the atmosphere. Under the influence of the changed pressure drop across the membrane, the flow regulator valve 25 moves, which closes the
Отключение рециркуляции отработавших газов приводит к увеличению избытка воздуха и уменьшению недожога углеводородов в цилиндре 1, к ограничению максимальной температуры сгорания и стабилизации температуры стенок. Качество регулирования рециркуляции газов клапаном 26 может быть повышено с помощью электронной системы управления, содержащей датчики режимных параметров двигателя. Disabling exhaust gas recirculation leads to an increase in excess air and a reduction in the underburning of hydrocarbons in cylinder 1, to a limitation of the maximum combustion temperature and stabilization of the wall temperature. The quality of regulation of gas recirculation by the valve 26 can be improved by using an electronic control system containing sensors of operational parameters of the engine.
Вариант двигателя внутреннего сгорания (фиг. 2) с размещением эжектора на выхлопной трубе отличается повышенным перепуском отработавших газов мимо турбины и предпочтителен для работы на режиме максимального крутящего момента. При включенной вихревой трубе 20 газовый поток из "горячего" выпускного патрубка 21 направляется в активное сопло эжектора 11, отсасывающего газы из выхлопной трубы 13 и снижающего противодавление турбины 9. Эжектор 11 подает газовую смесь с повышенными давлением и температурой в нейтрализатор токсичности газов 27 для снижения содержания оксида углерода и углеводородов. A variant of the internal combustion engine (Fig. 2) with the ejector placed on the exhaust pipe is characterized by an increased exhaust gas bypass of the turbine and is preferred for operation at maximum torque. When the
"Холодный" выпускной патрубок 22 и линия рециркуляции 24 действуют так же, как описано выше, с перетеканием отработавших газов в цилиндры двигателя
для снижения выхода оксидов азота.The "cold"
to reduce the yield of nitrogen oxides.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает с умеренным и низким газотурбинным наддувом при наличии вихревой трубы в системе нейтрализации токсичности отработавших газов, обеспечивающий сепарацию и дожигание сажи, других горючих компонентов в газовом потоке на перепуске, охлаждение потока газов и рециркуляцию в рабочие цилиндры. Благодаря системе регулирования поддерживаются оптимальные условия для совместной эффективной работы вихревой трубы, эжектора и газовой турбины на переходных режимах работы двигателя. The proposed internal combustion engine operates with moderate and low gas turbine pressurization in the presence of a vortex tube in the exhaust gas toxicity neutralization system, which ensures separation and afterburning of soot and other combustible components in the gas stream at the bypass, cooling of the gas stream and recirculation to the working cylinders. Thanks to the control system, optimal conditions are maintained for the joint effective operation of the vortex tube, ejector and gas turbine in transient engine operation.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в условиях с повышенными требованиями к состоянию окружающей среды, а конкретно, рекомендуется в качестве силовой установки самоходных транспортных средств, работающих на глубоких карьерах и в шахтах. The proposed internal combustion engine is intended for use in conditions with increased environmental requirements, and specifically, it is recommended as a propulsion system of self-propelled vehicles operating in deep quarries and in mines.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5035922 RU2090774C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Turbocharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5035922 RU2090774C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Turbocharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2090774C1 true RU2090774C1 (en) | 1997-09-20 |
Family
ID=21601140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5035922 RU2090774C1 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Turbocharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2090774C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6895752B1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-24 | Caterpillar Inc | Method and apparatus for exhaust gas recirculation cooling using a vortex tube to cool recirculated exhaust gases |
US7628144B2 (en) * | 2005-01-02 | 2009-12-08 | Aqwest Llc | Supercharged internal combustion engine system |
-
1992
- 1992-02-24 RU SU5035922 patent/RU2090774C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SU, авторское свидетельство, 1671921, кл. F 02 B 37/02, 1991. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6895752B1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-24 | Caterpillar Inc | Method and apparatus for exhaust gas recirculation cooling using a vortex tube to cool recirculated exhaust gases |
US7628144B2 (en) * | 2005-01-02 | 2009-12-08 | Aqwest Llc | Supercharged internal combustion engine system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0793775B1 (en) | Arrangement for return of exhaust gases in supercharged engines with turbines in series | |
US6694736B2 (en) | Turbocharged internal combustion engine | |
EP0840847B1 (en) | Arrangement for return of exhaust gases in supercharged engines with parallel turbines | |
US6941755B2 (en) | Integrated bypass and variable geometry configuration for an exhaust gas turbocharger | |
US7444814B2 (en) | Internal combustion engine having a compressor in the induction system and method for this | |
US6955162B2 (en) | Internal combustion engine with pressure boosted exhaust gas recirculation | |
US7243495B2 (en) | Pressure boosted IC engine with exhaust gas recirculation | |
US5456240A (en) | Engine system | |
EP1221546B1 (en) | Two turbocharger exhaust gas re-circulation system having a first stage variable nozzle turbine | |
US20070267003A1 (en) | System for venting the crankcase of a turbo-charged internal combustion engine | |
CN1379172A (en) | Piston type explosive motor | |
SE517844C2 (en) | Combustion engine arrangement and procedure for reducing harmful emissions | |
KR20010024335A (en) | Charge air systems for four-cycle internal combustion engines | |
JP3322875B2 (en) | A device for supplying special air to the exhaust gas from a turbocharged Otto engine equipped with a catalytic converter | |
US20120227400A1 (en) | Method and system for improving efficiency of multistage turbocharger | |
RU2090774C1 (en) | Turbocharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation | |
FI125454B (en) | Arrangement for reducing fuel emissions to the atmosphere in a piston combustion engine, a method for reducing fuel emissions to the atmosphere in a piston combustion engine, and a cylinder head for a piston combustion engine | |
US6293102B1 (en) | Integral air brake compressor supply fitting | |
SU1487822A3 (en) | Gas-generator unit | |
RU2756831C1 (en) | Method for pressurizing internal combustion engines | |
WO2013068640A1 (en) | Arrangement for reducing fuel material slip to the atmosphere in an internal combustion piston engine and method of upgrading an internal combustion piston engine | |
RU1800083C (en) | Internal combustion engine with controlled supercharging | |
RU45468U1 (en) | SYSTEM OF CLEANING AND RECIRCULATION OF EXHAUST GASES OF THE DIESEL ENGINE | |
SU1666788A1 (en) | Internal combustion engine supercharger | |
RU2199077C2 (en) | Smoke-screening system |