RU2173400C2

RU2173400C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2173400C2
Application number: RU99118813A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Золотухин; А.П. Паламарчук; Б.А. Терентьев
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: invention relates to engines operating with partial bypassing of exhaust gases into intake system. Proposed internal combustion furnished with exhaust gas recirculation system has intake pipe 2 in assembly with receiver 3 secured on cylinder head 1 and channel 4 to let out exhaust gases made in cylinder head 1. Space of channel 4 communicates through gas duct with receiver space 7. Recirculation valve 5 with shutoff element is installed in gas duct. Intake pipe 2 in its joint 8 with cylinder head 1, and receiver 3 are provided with flanges 9 and 10, respectively. Flanges are rigidly and hermetically connected to each other. Gas duct is formed by mated channels 11 in cylinder head 1 and channel 12 in flange 9 of intake pipe 2, channels 13 and 14 in flange 10 of receiver 3. Recirculation valve 5 is mounted on flange 10 of receiver 3 in geodesically upper point of gas duct. EFFECT: provision of simple and compart design of exhaust gas recirculation system, optimum arrangement of recirculation system elements in internal combustion engine. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (далее ДВС), работающих с частичным перепуском отработавших газов во впускную систему. The invention relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and can be used in internal combustion engines (hereinafter ICE), working with a partial bypass of exhaust gases into the intake system.

Известны двигатели внутреннего сгорания, снабженные системой рециркуляции отработавших газов (далее ОГ), см. авторские свидетельства СССР N 1108231, БИ 30/84; N 1208290, БИ 4/86; N 1420224, БИ 32/88; N 1035265, БИ 30/83 - все по классу МКИ F 02 M 25/06. Системы рециркуляции ОГ в описанных ДВС содержат трубопровод, соединяющий полости выхлопного и впускного тракта двигателя, и установленный в трубопроводе регулирующий элемент (клапан рециркуляции ОГ), посредством которого осуществляется дозированная подача ОГ из выхлопного во впускной тракт, в зависимости от разницы величины давления (или режима работы двигателя) во впускном и выхлопном трактах. Known internal combustion engines equipped with an exhaust gas recirculation system (hereinafter referred to as exhaust gas), see USSR copyright certificates N 1108231, BI 30/84; N 1208290, BI 4/86; N 1420224, BI 32/88; N 1035265, BI 30/83 - all in the class MKI F 02 M 25/06. Exhaust gas recirculation systems in the described internal combustion engines contain a pipeline connecting the cavities of the exhaust and intake tracts of the engine and a control element (exhaust gas recirculation valve) installed in the piping through which the exhaust gas is dosed from the exhaust to the intake duct depending on the difference in pressure (or mode engine operation) in the intake and exhaust tracts.

Такая общепринятая концепция конструктивного построения системы рециркуляции ОГ ДВС имеет ряд недостатков. В частности, в полости тонкостенного трубопровода, особенно на участках его перегибов, а так же в полости клапана рециркуляции, в процессе работы системы рециркуляции, при периодическом прогреве и быстром охлаждении стенок трубопровода внутри него происходит осаждение конденсата ОГ и сгоревших углеводородов, что постепенно приводит к засмолению и закоксовыванию отдельных участков трубопровода и "залипанию" рабочего органа клапана рециркуляции ОГ, что в конечном итоге снижает эффективность работы системы рециркуляции ОГ в целом. This generally accepted concept of constructive design of the exhaust gas recirculation system of the internal combustion engine has several disadvantages. In particular, in the cavity of a thin-walled pipeline, especially in areas of its bends, as well as in the cavity of the recirculation valve, during operation of the recirculation system, with periodic heating and rapid cooling of the walls of the pipeline, the condensate of exhaust gas and burnt hydrocarbons precipitates, which gradually leads to grinding and coking of individual sections of the pipeline and "sticking" of the working body of the exhaust gas recirculation valve, which ultimately reduces the overall efficiency of the exhaust gas recirculation system.

В качестве прототипа выбран двигатель внутреннего сгорания, снабженный системой рециркуляции отработавших газов, описанный в заявке ФРГ (DE) 3916466, МПК F 02 M 25/06, опубл. 22.11.90, БИ 47. ДВС содержит закрепленные на головке цилиндров выхлопной коллектор и сходящиеся в воздушном ресивере впускные трубы. Регулируемый отвод части выхлопных газов из тракта выхлопа в тракт впуска воздуха осуществляется посредством трубчатого газовода, в котором установлен регулирующий орган - клапан рециркуляции ОГ. В зависимости от режима работы ДВС в тракте выхлопа создается избыточное давление, а в тракте впуска - разрежение. Под воздействием разницы величины этих давлений запорный орган клапана рециркуляции приоткрывает канал газовода системы рециркуляции в большей или меньшей степени, что и обуславливает дозированный перепуск части выхлопных газов из тракта выхлопа в тракт впуска, где эта часть выхлопных газов смешивается с топливо-воздушной смесью и дожигается в цилиндрах двигателя, чем и достигается снижение токсичности отработавших газов. As a prototype, an internal combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation system described in the application of Germany (DE) 3916466, IPC F 02 M 25/06, publ. 11.22.90, BI 47. The internal combustion engine contains an exhaust manifold fixed to the cylinder head and intake pipes converging in the air receiver. The adjustable exhaust gas part from the exhaust duct to the air intake duct is carried out by means of a tubular gas duct, in which a regulating body, an exhaust gas recirculation valve, is installed. Depending on the operating mode of the internal combustion engine, excess pressure is created in the exhaust tract, and vacuum is created in the intake tract. Under the influence of the difference in the magnitude of these pressures, the shutoff valve of the recirculation valve opens the gas channel of the recirculation system to a greater or lesser extent, which determines the metered bypass of a portion of the exhaust gases from the exhaust duct to the intake duct, where this part of the exhaust gas is mixed with the fuel-air mixture and burned to engine cylinders, which is achieved by reducing exhaust emissions.

Описанному ДВС присущи те же недостатки, которые уже были отмечены выше. Дополнительно следует отметить и то, что трубчатый газовод системы рециркуляции представляет собой достаточно сложную конструкцию, требующую обеспечения надежной герметизации мест крепления как к элементам тракта выхлопа, так и к элементам впускного тракта, а так же в местах присоединения к клапану рециркуляции. Сами трубки, из которых составлен газовод, выполняются из дорогостоящего цветного или легированного нержавеющего металла, стойкого к высоким температурам и агрессивной среде. Достаточно проблематична и компоновка такой системы в стесненном пространстве моторного отсека, поскольку приходится трубки, составляющие газовод, выполнять изогнутыми и удлиненными. The described ICE has the same disadvantages that have already been noted above. In addition, it should be noted that the tubular gas duct of the recirculation system is a rather complicated design, requiring reliable sealing of the attachment points to both the elements of the exhaust path and the elements of the inlet tract, as well as at the points of attachment to the recirculation valve. The tubes themselves, of which the gas duct is composed, are made of expensive non-ferrous or alloyed stainless metal that is resistant to high temperatures and aggressive environments. The layout of such a system in the cramped space of the engine compartment is quite problematic, since the tubes that make up the gas duct have to be bent and elongated.

Решение технической задачи заключается в создании компактной и более простой конструкции газовода системы рециркуляции ОГ и оптимальном размещении элементов системы рециркуляции ОГ ДВС. The solution to the technical problem is to create a compact and simpler design of the gas duct of the exhaust gas recirculation system and optimal placement of elements of the exhaust gas recirculation system of the internal combustion engine.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном двигателе внутреннего сгорания, снабженном системой рециркуляции отработавших газов, содержащем закрепленную на головке цилиндров впускную трубу в сборе с ресивером и выполненный в головке цилиндров канал для отвода выхлопных газов, полость которого посредством газовода, в котором установлен клапан рециркуляции с запорным элементом, сообщается с полостью ресивера, впускная труба, в стыке ее крепления к головке цилиндров и ресивер снабжены дополнительными, жестко и герметично сопряженными между собой фланцами, газовод образован сопряженными между собой каналами, выполненными в головке цилиндров и названных фланцах, при этом клапан рециркуляции смонтирован на фланце ресивера в геодезически верхней точке газовода. Дополнительно в выходном участке газовода в фланце ресивера может быть смонтирован штуцер, расположенный в полости ресивера с наклоном вниз относительно горизонта. The essence of the invention lies in the fact that in a known internal combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation system comprising an inlet pipe assembled with a receiver fixed to the cylinder head and a channel for exhaust gas exhaust made in the cylinder head, the cavity of which is provided through a gas duct in which the valve is installed recirculation with a locking element, communicates with the cavity of the receiver, the inlet pipe, at the junction of its attachment to the cylinder head and the receiver are equipped with additional, rigidly and hermetically connected interconnected by flanges, the gas duct is formed by interconnected channels made in the cylinder head and the said flanges, while the recirculation valve is mounted on the receiver flange at the geodetic upper point of the gas duct. Additionally, a fitting located in the receiver cavity with a downward inclination relative to the horizon can be mounted in the outlet section of the gas duct in the receiver flange.

При таком конструктивном исполнении отпадает необходимость применения специальных трубок, элементов их крепления и герметизации, а трасса газовода не имеет застойных зон, в которых может скапливаться конденсат. Это относится и к полости клапана рециркуляции, в которой так же невозможно накопление конденсата, поскольку он смонтирован в геодезически самой верхней точки газовода. With this design, there is no need to use special tubes, their fastening and sealing elements, and the gas duct does not have stagnant zones in which condensate can accumulate. This applies to the cavity of the recirculation valve, in which the accumulation of condensate is also impossible, since it is mounted in the geodesic of the highest point of the gas duct.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 показан двигатель внутреннего сгорания; на фиг. 2 показана полость клапана рециркуляции ОГ. The invention is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 shows an internal combustion engine; in FIG. 2 shows the exhaust gas recirculation valve cavity.

Двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1), снабженный системой рециркуляции отработавших газов, содержит закрепленную на головке цилиндров 1 впускную трубу 2 в сборе с ресивером 3 и выполненный в головке цилиндров 1 канал 4 для отвода выхлопных газов, полость которого посредством газовода, в котором установлен клапан рециркуляции 5 с запорным элементом 6 (фиг. 2), сообщается с полостью 7 (фиг. 1) ресивера 3. Впускная труба 2 в стыке 8 ее крепления к головке цилиндров 1 и ресивер 3 снабжены дополнительными, жестко и герметично сопряженными между собой фланцами, соответственно 9 и 10. Газовод образован сопряженными между собой каналами 11 - в головке цилиндров 1, каналами 12 - во фланце 9 впускной трубы 2, каналами 13 и 14 - во фланце 10 ресивера 3. Клапан рециркуляции 5 смонтирован на фланце 10 ресивера 3 в геодезически верхней точке газовода. Дополнительно в выходном участке газовода (канал 14) в фланце 10 ресивера 3 смонтирован штуцер 15, расположенный в полости 7 ресивера 3 с наклоном вниз относительно горизонта, предпочтительно в диапазоне 30 -75^o.The internal combustion engine (Fig. 1), equipped with an exhaust gas recirculation system, comprises an inlet pipe 2 assembled on the cylinder head 1 with a receiver 3 and a channel 4 for exhaust gas, made in the cylinder head 1, with a cavity through the gas duct in which it is installed the recirculation valve 5 with a locking element 6 (Fig. 2), communicates with the cavity 7 (Fig. 1) of the receiver 3. The inlet pipe 2 in the joint 8 of its attachment to the cylinder head 1 and the receiver 3 are equipped with additional, rigidly and tightly interconnected fl nets, respectively 9 and 10. The gas duct is formed by interconnected channels 11 in the cylinder head 1, channels 12 in the flange 9 of the inlet pipe 2, channels 13 and 14 in the flange 10 of the receiver 3. The recirculation valve 5 is mounted on the flange 10 of the receiver 3 at the geodetic upper point of the gas duct. Additionally, in the outlet section of the gas duct (channel 14), a fitting 15 is mounted in the flange 10 of the receiver 3, located in the cavity 7 of the receiver 3 with a downward inclination relative to the horizon, preferably in the range of 30 -75 ^o .

Работает ДВС, снабженный системой рециркуляции ОГ, обычным образом. An internal combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation system operates in the usual way.

Отработавшие выхлопные газы под давлением поступают в канал 4 и далее через систему выхлопа выводятся в атмосферу. Одновременно с этим в полости 7 ресивера 3 создается разрежение. Под воздействием разницы величины давлений в полостях 7 ресивера 3 и канала 4 запорный элемент 6 клапана 5 приоткрывается и часть выхлопных газов по газоводу - каналы 11, 12, 13 и 14 из тракта выхлопа поступают в тракт впуска, где впоследствие смешиваются с топливовоздушной смесью и дожигаются в цилиндрах ДВС. В системе рециркуляции может быть применен и клапан рециркуляции электромагнитного типа, который управляется сигналами электронной системы управления двигателем (ЭСУД) в зависимости от режимов движения автомобиля. Exhaust exhaust gases under pressure enter channel 4 and then through the exhaust system are discharged into the atmosphere. At the same time, a vacuum is created in the cavity 7 of the receiver 3. Under the influence of the pressure difference in the cavities 7 of the receiver 3 and channel 4, the locking element 6 of the valve 5 opens and part of the exhaust gases through the gas duct - channels 11, 12, 13 and 14 from the exhaust path enter the intake path, where they are subsequently mixed with the air-fuel mixture and burned in the cylinders of the engine. In the recirculation system, an electromagnetic type recirculation valve can also be used, which is controlled by the signals of the electronic engine management system (ECM), depending on the vehicle's driving conditions.

При этом из фиг.1 наглядно видно, что образующийся на стенках газовода конденсат (при соприкосновении горячих выхлопных газов с холодными стенками газовода) свободно имеет возможность стекать или в канал 4, или в полость 7 ресивера 3, откуда он легко удаляется впоследствии потоками воздуха или выхлопных газов. Происходит это в силу того, что на протяжении всей своей длины газовод от клапана рециркуляции 5 до своих выходных свободных срезов не имеет застойных зон, а сам клапан 5 находится в верхней геодезической точке газовода. At the same time, it can be clearly seen from FIG. 1 that the condensate formed on the walls of the gas duct (when hot exhaust gases come into contact with the cold walls of the gas duct) freely has the ability to drain either into channel 4 or into cavity 7 of receiver 3, from where it is easily subsequently removed by air flows or exhaust gases. This happens due to the fact that throughout its entire length the gas duct from the recirculation valve 5 to its output free sections does not have stagnant zones, and the valve 5 itself is located at the upper geodetic point of the gas duct.

Наличие штуцера 15 позволяет оптимизировать поступление выхлопных газов в полость 7 ресивера 3 с точки зрения их интенсивной турбулизации в потоке встречного воздушного потока и более эффективного перемешивания с этим потоком, что обеспечивает их более полное дожигание в цилиндрах двигателя. The presence of the nozzle 15 allows you to optimize the flow of exhaust gases into the cavity 7 of the receiver 3 from the point of view of their intensive turbulization in the oncoming air stream and more efficient mixing with this stream, which ensures their more complete afterburning in the engine cylinders.

Дополнительный эффект обеспечивается еще и тем, что при таком конструктивном исполнении (в сравнении с прототипом) появляется возможность максимально сместить центр тяжести системы впускная труба - ресивер - клапан ближе к двигателю, а это позволяет выполнить впускные трубы более длинными, что обеспечивает повышение крутящего момента ДВС. An additional effect is ensured by the fact that with such a design (in comparison with the prototype), it becomes possible to shift the center of gravity of the intake pipe - receiver - valve system closer to the engine, and this allows the intake pipes to be made longer, which increases the engine torque .

Claims

1. An internal combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation system, comprising an inlet pipe assembled with a receiver fixed to the cylinder head and a channel for exhaust gas exhaust made in the cylinder head, the cavity of which, by means of a gas duct in which a recirculation valve with a shut-off element is installed, is communicated with the cavity of the receiver, characterized in that the inlet pipe at the junction of its attachment to the cylinder head and the receiver is equipped with additional flanges rigidly and tightly interconnected, ha the duct is formed by interconnected channels made in the cylinder head and the named flanges, while the recirculation valve is mounted on the receiver flange at the geodetic upper point of the gas duct.

2. The engine according to claim 1, characterized in that in the outlet section of the gas duct, in the receiver flange, a fitting is mounted located in the receiver cavity with a downward inclination relative to the horizon.