RU2251016C2

RU2251016C2 - Exhaust gas recirculating device

Info

Publication number: RU2251016C2
Application number: RU2003118926/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Цыпцын (RU); В.И. Цыпцын; С.В. Истомин (RU); С.В. Истомин; А.А. Петров (RU); А.А. Петров
Original assignee: Цыпцын Валерий Иванович; Истомин Сергей Викторович; Петров Алексей Александрович
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-04-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention can be used for cleaning exhaust gases of internal combustion engines from toxic components. Proposed device includes recirculating valve with soot collector in form of ceramic microfiber maze limited from one side by metal cap and from other side, by perforated cylinder. Asbestos sealing gasket is placed between soot collector and end face part of intake branch pipe. Swirler is installed in intake branch pipe of valve. Through hole made in valve housing is used to communicate intake and outlet pipelines.

EFFECT: reduced toxicity and smoke content in exhaust gases, increased service life of recirculating valve.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, в частности двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) от токсичных компонентов.The proposed device relates to the field of engineering, in particular engine manufacturing, and can be used to clean the exhaust gases (exhaust) of internal combustion engines (ICE) from toxic components.

Известно устройство для рециркуляции отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (см. патент РФ №1769778 от 15.10.92), содержащее клапан рециркуляции, установленный в рециркуляционном канале, сообщающем впускной и выпускной трубопроводы двигателя. Клапан рециркуляции позволяет перепускать отработавшие газы на средних нагрузках работы ДВС.A device for recirculating exhaust gases of internal combustion engines (see RF patent No. 1769778 of 15.10.92), containing a recirculation valve installed in the recirculation channel communicating the intake and exhaust pipelines of the engine. The recirculation valve allows you to bypass the exhaust gases at medium loads of the internal combustion engine.

Недостатком аналога является работа устройства только на средних нагрузках ДВС.The disadvantage of this analogue is the operation of the device only at medium loads of the internal combustion engine.

Прототипом предлагаемого устройства является устройство для рециркуляции отработавших газов ДВС (патент РФ №2169855 от 27.06.01), содержащее рециркуляционный клапан, который содержит корпус с седлом, направляющую втулку, полости, сообщающие впускную и выпускную системы ДВС, и запорным клапаном со штоком, перемещающимся внутри направляющей втулки, снабженным диафрагменным механизмом, прикрепленным к корпусу клапана.The prototype of the proposed device is a device for exhaust gas recirculation ICE (RF patent No. 2169855 dated 06/27/01), containing a recirculation valve that includes a housing with a seat, a guide sleeve, cavities communicating the intake and exhaust systems of the internal combustion engine, and a shut-off valve with a rod moving inside a guide sleeve provided with a diaphragm mechanism attached to the valve body.

Недостатками этого устройства являются значительный перепуск отработавших газов на максимальных нагрузках работы двигателя, что приводит к ухудшению его экологических показателей и топливной экономичности, а также низкий ресурс работы клапана и цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) из-за присутствия большого количества твердых сажевых частиц в потоке перепускаемых ОГ.The disadvantages of this device are a significant exhaust gas bypass at maximum engine operating loads, which leads to a deterioration in its environmental performance and fuel economy, as well as a low valve and cylinder-piston group (CPG) service life due to the presence of a large amount of solid soot particles in the stream bypass exhaust gas.

Технической задачей изобретения является снижение токсичности ОГ за счет перепуска части отработавших газов по рециркуляционному каналу, сообщающему впускной и выпускной трубопроводы ДВС, а также снижение количества твердых сажевых частиц в перепускаемом потоке отработавших газов ДВС, посредством сажесборника, размещенного в корпусе клапана, что приводит к уменьшению износов ЦПГ двигателя.An object of the invention is to reduce exhaust toxicity due to the passage of part of the exhaust gas through a recirculation channel communicating the intake and exhaust pipes of the internal combustion engine, as well as the reduction of the amount of solid soot particles in the bypass exhaust gas flow of the internal combustion engine, by means of a carbon black located in the valve body, which reduces CPG engine wear.

Эта задача достигается в устройстве для рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем клапан рециркуляции, который имеет корпус с седлом, направляющей втулкой, полостями, сообщенными с впускной и выпускной системами двигателя внутреннего сгорания, и запорным клапаном со штоком, перемещающимся внутри направляющей втулки, диафрагменный механизм, прикрепленный к корпусу, где согласно изобретению клапан рециркуляции размещен в рециркуляционном канале, соединяющим впускной и выпускной трубопроводы двигателя внутреннего сгорания, а в корпусе клапана установлен сажесборник, выполненный из керамической путанки, ограниченной с одной стороны металлическим стаканом, а с другой перфорированным цилиндром, а между сажесборником и торцевой частью впускного патрубка клапана установлена асбестовая уплотнительная прокладка, кроме того, во впускном патрубке клапана установлен завихритель, а в полости клапана выполнено сквозное отверстие, сообщающее впускной и выпускной трубопроводы двигателя внутреннего сгорания.This task is achieved in an apparatus for recirculating exhaust gases of an internal combustion engine, comprising a recirculation valve, which has a housing with a seat, a guide sleeve, cavities in communication with the intake and exhaust systems of the internal combustion engine, and a shut-off valve with a rod moving inside the guide sleeve, a diaphragm a mechanism attached to the housing, where according to the invention the recirculation valve is placed in the recirculation channel connecting the inlet and outlet pipelines of the engine internal combustion, and in the valve body there is a soot collector made of ceramic trowel bounded on one side by a metal cup and on the other with a perforated cylinder, and an asbestos sealing gasket is installed between the soot collector and the end part of the valve inlet pipe, in addition, a valve is installed in the valve inlet pipe a swirler, and a through hole is made in the cavity of the valve, communicating the inlet and outlet pipelines of the internal combustion engine.

В отличие от прототипа в корпусе клапана установлен сажесборник, позволяющий производить предварительное очищение потока перепускаемых ОГ посредством улавливания твердых сажевых частиц, находящихся в ОГ ДВС. Улавливание твердых сажевых частиц сажесборником происходит за счет завихрения потока перепускаемых ОГ под действием центробежных сил, осуществляемого посредством завихрителя, установленного во впускном патрубке клапана. В полости клапана выполнено сквозное отверстие, сообщающее впускной и выпускной трубопроводы двигателя внутреннего сгорания, позволяющее перепускать часть отработавших газов на всех режимах работы ДВС, тем самым снижая количество токсичных компонентов в объеме ОГ, выходящих в атмосферу. В системе рециркуляции применяется обратный клапан, сообщающий посредством штуцера и патрубка поддиафрагменную полость клапана с выпускным трубопроводом. При возрастании давления в выпускном трубопроводе (до 75-80% от номинальной нагрузки) открывается обратный клапан и под действием разряжения клапан рециркуляции закрывается, уменьшая объем перепускаемого количества ОГ ДВС до 5%.In contrast to the prototype, a soot collector is installed in the valve body, which allows preliminary purification of the flow of bypassed exhaust gases by trapping solid soot particles located in the exhaust gas of the internal combustion engine. The capture of solid soot particles by the soot collector occurs due to the turbulence of the flow of bypassed exhaust gases under the action of centrifugal forces, carried out by means of a swirler installed in the inlet pipe of the valve. A through hole is made in the valve cavity, which communicates with the intake and exhaust pipelines of the internal combustion engine, which allows bypassing part of the exhaust gases at all internal combustion engine operating modes, thereby reducing the amount of toxic components in the exhaust gas volume that escape into the atmosphere. In the recirculation system, a non-return valve is used, which communicates through the nozzle and nozzle the sub-diaphragm cavity of the valve with the exhaust pipe. With increasing pressure in the exhaust pipe (up to 75-80% of the rated load), the check valve opens and, under the action of vacuum, the recirculation valve closes, reducing the volume of the bypassed amount of exhaust gas of the internal combustion engine to 5%.

Техническое решение поясняется чертежами.The technical solution is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен общий вид системы рециркуляции ОГ дизеля.Figure 1 shows a General view of the exhaust gas recirculation system of a diesel engine.

На фиг.2 изображено сечение устройства для рециркуляции ОГ.Figure 2 shows a cross section of a device for recirculation of exhaust gas.

Устройство для рециркуляции отработавших газов содержит двигатель 1, впускной 2 и выпускной 3 трубопроводы, соединенные рециркуляционным каналом 4, в котором установлен клапан рециркуляции 5. Во внутренней полости клапана размещен сажесборник 6, представляющий собой путанку из керамических микроволокон диаметром 10 мкм, ограниченную с одной стороны металлическим стаканом 7, а с другой перфорированным цилиндром 8. Для предотвращения прорыва ОГ наружу между стаканом сажесборника 6 и торцевой частью впускного патрубка клапана 5 помещена асбестовая уплотнительная прокладка 9. Во впускном патрубке клапана 5 установлен завихритель 10 для закручивания перепускаемого потока отработавших газов. Клапан рециркуляции ОГ дизеля содержит корпус 11 с седлом 12, направляющей втулкой 13 и полостями 14 и 15, сообщенными с впускным 2 и выпускным 3 трубопроводами двигателя внутреннего сгорания. Внутри направляющей втулки перемещается шток 16 клапана рециркуляции 5, установленного свободно на втулке 17, соединенной со штоком 16 посредством резьбы, обеспечивающей возможность регулирования длины штока 16. При заворачивании или отворачивании втулки 17 изменяется длина штока 16 и, соответственно, предварительное поджатие пружины 18, чем и обеспечивается возможность регулирования клапана 5. К корпусу 8 прикреплен диафрагменный механизм, включающий проставку 20 со штуцером 21 подвода разряжений в поддиафрагменную полость от выпускного 3 трубопровода через патрубок 22 и обратный клапан 23, отражательную чашку 24, крышку 25 со штуцером 26 подвода разрежений в наддиафрагменную полость от впускного 2 трубопровода через патрубок 27 и пружиной 18, диафрагму 28 с тарелкой 29 и чашкой 30, зажатую между отражательной чашкой 24 и крышкой 25 и соединенную со штоком 16 клапана рециркуляции 5. Между тарелкой диафрагмы 29 и направляющей втулкой 13 расположена манжета 31, предотвращающая попадание отработавших газов в поддиафрагменную полость и атмосферу, которая по внутреннему диаметру крепится с натягом в кольцевом пазе направляющей втулки 13, а по наружному зажимается между тарелкой диафрагмы 29 и чашкой 30. В корпусе 11 клапана 5 выполнено сквозное отверстие 32, сообщающее впускной 2 и выпускной 3 трубопроводы.The exhaust gas recirculation device comprises an engine 1, inlet 2 and exhaust 3 pipelines connected by a recirculation channel 4, in which a recirculation valve 5 is installed. In the inner cavity of the valve there is a carbon black 6, which is a tangle of ceramic microfibers with a diameter of 10 μm, limited on one side metal cup 7, and with another perforated cylinder 8. To prevent exhaust gas from escaping outward, asbeses are placed between the carbon black cup 6 and the end part of the valve inlet 5. commercial gasket 9. A swirler 10 is installed in the inlet pipe of the valve 5 to swirl the bypassed exhaust gas stream. The exhaust gas recirculation valve of the diesel exhaust contains a housing 11 with a seat 12, a guide sleeve 13 and cavities 14 and 15 in communication with the intake 2 and exhaust 3 pipelines of the internal combustion engine. The rod 16 of the recirculation valve 5, mounted loosely on the sleeve 17, connected to the rod 16 by means of a thread, which enables the regulation of the length of the rod 16, moves inside the guide sleeve. When screwing the sleeve 17 in or out, the length of the rod 16 changes and, accordingly, the preload of the spring 18 and it is possible to control the valve 5. A diaphragm mechanism is attached to the housing 8, including a spacer 20 with a fitting 21 for supplying discharges into the sub-diaphragm cavity from the outlet 3 pipes through the pipe 22 and the non-return valve 23, the reflection cup 24, the cover 25 with the nozzle 26 for supplying rarefaction into the supra-diaphragm cavity from the inlet 2 of the pipe through the pipe 27 and the spring 18, the diaphragm 28 with the plate 29 and the cup 30, sandwiched between the reflective cup 24 and the cover 25 and connected to the stem 16 of the recirculation valve 5. Between the plate of the diaphragm 29 and the guide sleeve 13 there is a cuff 31, which prevents the exhaust gases from entering the sub-diaphragm cavity and the atmosphere, which is tightened with an internal diameter the annular groove of the guide sleeve 13 and on the outer plate is clamped between the diaphragm 29 and cup 30. In the housing 11 of the valve 5 has a through hole 32, informing the inlet 2 and outlet conduits 3.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При запуске двигателя или его работе на холостых оборотах часть отработавших газов (до 2%) подается из выпускного трубопровода 3 через рециркуляционный канал 4, а именно через сквозное отверстие 33 во впускной трубопровод 2. При этом осуществляется закручивание потока перепускаемых отработавших газов с помощью завихрителя 10, установленного во впускном патрубке клапана. Под действием центробежных сил происходит осаживание частиц сажи в сажесборнике 6.When the engine is started or idled, part of the exhaust gas (up to 2%) is supplied from the exhaust pipe 3 through the recirculation channel 4, namely through the hole 33 into the intake pipe 2. At the same time, the bypassed exhaust gas is swirled using a swirler 10 installed in the valve inlet. Under the action of centrifugal forces, the soot particles are deposited in the carbon black 6.

При средних нагрузках двигателя возрастает давление во впускном 2 трубопроводе, при этом под действием разрежения, поступающего в наддиафрагменную полость через штуцер 26 и патрубок 27, диафрагма 28, преодолевая действие пружины 18, перемещается вверх вместе со штоком 16 и клапаном рециркуляции 5. Клапан рециркуляции 5 открывается, сообщая полости впускного 2 и выпускного 3 трубопроводов (открывая канал 4 рециркуляции ОГ). Объем перепускаемого количества ОГ увеличивается до 20%.At medium engine loads, the pressure in the intake pipe 2 increases, while under the influence of the vacuum entering the supra-diaphragm cavity through the nozzle 26 and the pipe 27, the diaphragm 28, overcoming the action of the spring 18, moves up together with the rod 16 and the recirculation valve 5. Recirculation valve 5 opens by informing the inlet 2 and outlet 3 pipe cavities (opening the exhaust gas recirculation channel 4). The volume of bypassed exhaust gas increases to 20%.

При полных нагрузках (75-80% от номинальной) двигателя возрастает давление в выпускном 3 трубопроводе, при этом под действием разряжения открывается обратный клапан, сообщающий поддиафрагменную полость с выпускным 3 трубопроводом через штуцер 22 и патрубок 23. Под действием разности давлений диафрагма 28 перемещается вниз вместе со штоком 16 и клапаном рециркуляции 5, который закрывается, уменьшая перепускаемое количество ОГ до 5%.At full loads (75-80% of the nominal) of the engine, the pressure in the exhaust pipe 3 increases, while under the action of vacuum, a check valve opens, communicating the sub-diaphragm cavity with the exhaust pipe 3 through the fitting 22 and pipe 23. Under the action of the pressure difference, the diaphragm 28 moves down together with the stem 16 and the recirculation valve 5, which closes, reducing the bypassed amount of exhaust gas to 5%.

Использование изобретения позволит снизить содержание и оксидов азота в отработавших газах ДВС на всех режимах его работы, увеличить ресурс работы клапана рециркуляции, ЦПГ ДВС (за счет установки в устройстве для рециркуляции ОГ сажесборника).The use of the invention will allow to reduce the content of nitrogen oxides in the exhaust gases of the internal combustion engine in all modes of operation, to increase the service life of the recirculation valve, the central combustion engine of the internal combustion engine (due to the installation of a carbon black in the exhaust gas recirculation device).

Claims

An exhaust gas recirculation device comprising a recirculation valve that has a housing with a seat, a guide sleeve, cavities communicated with the intake and exhaust systems of the internal combustion engine, and a shut-off valve with a rod moving inside the guide sleeve, a diaphragm mechanism attached to the body, characterized the fact that a soot collector is installed in the valve body, made of ceramic trowel, limited on one side by a metal cup and on the other by a perforated cylinder, and m An asbestos gasket is installed between the carbon black collector and the end part of the inlet pipe of the valve, in addition, a swirler is installed in the inlet pipe of the valve, and a through hole is made in the valve cavity, which communicates with the inlet and outlet pipes of the internal combustion engine.