RU2301899C1 - Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine - Google Patents

Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine Download PDF

Info

Publication number
RU2301899C1
RU2301899C1 RU2006100153/06A RU2006100153A RU2301899C1 RU 2301899 C1 RU2301899 C1 RU 2301899C1 RU 2006100153/06 A RU2006100153/06 A RU 2006100153/06A RU 2006100153 A RU2006100153 A RU 2006100153A RU 2301899 C1 RU2301899 C1 RU 2301899C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
housing
axis
channels
diesel engine
Prior art date
Application number
RU2006100153/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Анатольевич Лазарев (RU)
Евгений Анатольевич Лазарев
Андрей Адиевич Малоземов (RU)
Андрей Адиевич Малоземов
Владимир Николаевич Бондарь (RU)
Владимир Николаевич Бондарь
Михаил Анатольевич Казанцев (RU)
Михаил Анатольевич Казанцев
Владислав Евгеньевич Лазарев (RU)
Владислав Евгеньевич Лазарев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Федеральный учебный межвузовский научный производственный центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Федеральный учебный межвузовский научный производственный центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Федеральный учебный межвузовский научный производственный центр"
Priority to RU2006100153/06A priority Critical patent/RU2301899C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2301899C1 publication Critical patent/RU2301899C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

FIELD: mechanical engineering; turbocharged diesel engines.
SUBSTANCE: proposed method to control gas exchange in turbocharged diesel engine includes bypass control of turbine of turbocompressor, cooling of supercharging air, recirculation into cylinder and ejection of exhaust gases. Smaller part is separated from full flow full flow of exhaust gases at outlet of exhaust manifold and is directed, bypassing the turbine at idling and low load, into cylinders for recirculation, and at mean and rated loads, into atmosphere, and at overloads, together with larger part of exhaust gases, into turbine. At mean and rated loads smaller part of flow is directed to ejector. At overloads, full flow of exhaust gases after turbine of turbocompressor is directed to ejector. Device to control gas exchange in turbocharged diesel engine contains spool mechanism with cylindrical housing in which three channels are, two of which are arranged opposite to third one, and axis of the latter is between axes of two first channels, and control member with two pistons connected by rod. Two channels are made additionally in housing, one being arranged in end face of housing and its axis coincides with axis of housing, and other channel being arranged on generatrices of housing and its axis is square to axis of housing.
EFFECT: provision of combination of functions of ejection cooling of supercharging air and bypass control of turbine of turbocompressor.
5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для использования в дизеле с газотурбинным наддувом, содержащем охлаждение наддувочного воздуха, байпасное регулирование турбины, рециркуляцию в цилиндр и эжектирование отработавших газов.The invention relates to the field of engine building and is intended for use in a gas turbine diesel engine containing charge air cooling, bypass regulation of the turbine, recirculation to the cylinder and ejection of exhaust gases.

Известен способ работы дизеля с газотурбинным наддувом и автономным использованием байпасного регулирования турбины турбокомпрессора и рециркуляции части потока отработавших газов в цилиндр (Dieselradialkolben-Verteilerinspritzpumpen VR. Technische Unterrichtung. 2. Ausgabe. U.Reuter, F.Eichhom, J.Mossinger und anderen. Stuttgart: Robert Bosch GmbH. - 1998. - 25 s.). При этом использованы автономные устройства, каждое из которых решает одну из задач: осуществление рециркуляции отработавших газов или байпасного регулирования турбины. Использование двух автономных устройств существенно усложняет систему их привода. При этом требуется иметь раздельный привод к каждому устройству.A known method of operation of a diesel engine with gas turbine pressurization and autonomous use of bypass control of a turbine of a turbocharger and recirculation of a part of the exhaust gas stream into a cylinder (Dieselradialkolben-Verteilerinspritzpumpen VR. Technische Unterrichtung. 2. Ausgabe. U. Reuter, F. Eichhom, J. Mossinger and. : Robert Bosch GmbH. - 1998. - 25 s.). At the same time, autonomous devices were used, each of which solves one of the problems: exhaust gas recirculation or bypass regulation of the turbine. The use of two stand-alone devices significantly complicates their drive system. In this case, it is required to have a separate drive to each device.

Известен способ работы дизеля без наддува путем использования эжектирования отработавших газов для циркуляции окружающего воздуха через радиатор системы жидкостного охлаждения (Трактор ДЭТ-250 и его модификации. Под ред. А.С.Писаревского. Изд.2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение. - 1975.- 424 с.). Известно также устройство для осуществления данного способа работы, содержащее эжектор, смесительную камеру и систему газо- и воздухопроводов. Основным недостатком такого способа и устройства его реализации является использование полного потока отработавших газов для осуществления процесса эжектирования, в том числе и на режимах холостого хода, малых и средних нагрузок. Указанное затрудняет обеспечение оптимального теплообмена и теплового состояния деталей дизеля на частичных режимах работы.A known method of operating a naturally aspirated diesel engine by using ejection of exhaust gases to circulate ambient air through a radiator of a liquid cooling system (DET-250 tractor and its modifications. Edited by A.S. Pisarevsky. Ed.2-e, revised and additional - M .: Engineering. - 1975 .- 424 p.). It is also known a device for implementing this method of operation, containing an ejector, a mixing chamber and a system of gas and air pipes. The main disadvantage of this method and device for its implementation is the use of a full stream of exhaust gases for the implementation of the ejection process, including at idle, low and medium loads. The above makes it difficult to ensure optimal heat transfer and thermal condition of diesel parts in partial operating modes.

Наиболее близким к заявляемому способу работы дизеля является способ работы устройства с совмещением функций байпасного регулирования турбины и рециркуляции отработавших газов (Устройство для байпасного регулирования турбины и рециркуляции отработавших газов в дизеле с турбонаддувом. Патент РФ № 2159340 С1, 7 F02В 37/12, 37/18. Петухов Е.В., Лазарев Е.А., Лаврик А.Н., Павлов А.Н., Мицын Г.П., Редько И.Я. Опубл. 20.11.2000, Бюл. № 32). Упрощение системы привода устройства достигается использованием единого регулирующего органа, управляемого по заданной программе и осуществляющего рециркуляцию отработавших газов и байпасное регулирование турбины в определенной последовательности.Closest to the claimed method of operation of a diesel engine is a method of operating the device with combining the functions of bypass regulation of a turbine and exhaust gas recirculation (Device for bypass regulation of a turbine and exhaust gas recirculation in a turbocharged diesel. RF patent No. 2159340 C1, 7 F02B 37/12, 37 / 18. Petukhov E.V., Lazarev E.A., Lavrik A.N., Pavlov A.N., Mitsyn G.P., Redko I.Y. Publ. 20.11.2000, Bull. No. 32). Simplification of the drive system of the device is achieved by using a single regulatory body, controlled by a given program and performing exhaust gas recirculation and bypass regulation of the turbine in a certain sequence.

При этом на режимах холостого хода и малых нагрузок в цилиндр рециркулирует часть отработавших газов, направляемая помимо турбины в процессе байпасного регулирования. С увеличением нагрузки дизеля, когда рециркуляция отработавших газов в цилиндр становится экономически нецелесообразной, эта часть потока отработавших газов выбрасывается в атмосферу. Последнее является существенным недостатком рассматриваемого способа и устройства для его осуществления. Энергия части потока отработавших газов, выбрасываемой в атмосферу, еще достаточна высока, но в этом случае полезно не используется при работе дизеля на режимах средних и номинальных нагрузок. Недостатком рассмотренного устройства является также пониженная работоспособность возвратной пружины, расположенной в горячей зоне золотникового механизма со стороны подвода отработавших газов.At the same time, at idle and low loads, a part of the exhaust gas recirculates to the cylinder, which is sent, in addition to the turbine, in the bypass control process. As the diesel load increases, when exhaust gas recirculation into the cylinder becomes economically inexpedient, this part of the exhaust gas stream is emitted into the atmosphere. The latter is a significant drawback of the considered method and device for its implementation. The energy of the part of the exhaust gas stream emitted into the atmosphere is still quite high, but in this case it is useful not used when the diesel engine is operating at medium and nominal loads. The disadvantage of the considered device is also the reduced performance of the return spring located in the hot zone of the spool mechanism from the side of the exhaust gas supply.

В основу предлагаемого изобретения положена техническая задача последовательного совмещения функций байпасного регулирования турбины турбокомпрессора и эжекционного охлаждения наддувочного воздуха за счет использования энергии потока отработавших газов, истекающего из байпасного патрубка при прекращении рециркуляции отработавших газов в цилиндр дизеля.The basis of the invention is the technical task of sequentially combining the functions of the bypass control of the turbine of the turbocharger and the ejection cooling of the charge air by using the energy of the exhaust stream flowing out of the bypass pipe when the exhaust gas recirculation to the diesel cylinder is stopped.

Указанная задача решается тем, что в способе управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом, включающем байпасное регулирование турбины турбокомпрессора, охлаждение наддувочного воздуха, рециркуляцию в цилиндр и эжектирование отработавших газов, при котором из полного потока отработавших газов на выходе из выпускного коллектора выделяют меньшую часть и направляют, минуя турбину, на режимах холостого хода и малых нагрузок в цилиндры для рециркуляции, на режимах средних и номинальных нагрузок - в атмосферу, а на режимах перегрузок, объединяя с большей частью, - в турбину, согласно изобретению, на режимах средних и номинальных нагрузок меньшую часть потока направляют в эжектор, а на режимах перегрузок в эжектор направляют полный поток отработавших газов после турбины турбокомпрессора.This problem is solved by the fact that in the method of controlling gas exchange in a diesel engine with gas turbine supercharging, which includes bypass regulation of the turbine of the turbocharger, cooling of the charge air, recirculation into the cylinder and ejection of exhaust gases, in which a smaller part is extracted from the total exhaust gas stream at the outlet of the exhaust manifold and direct, bypassing the turbine, at idle and low loads into cylinders for recirculation, at medium and nominal loads - into the atmosphere, and at overload modes straps, combining with the greater part, - the turbine according to the invention for medium and modes nominal loads smaller part stream fed to the ejector, and the ejector overload conditions directed full exhaust gas stream downstream of the turbocharger turbine.

Другим отличием является, то что при значении отношения давления воздуха после компрессора к давлению отработавших газов перед турбиной меньше единицы осуществляют рециркуляцию меньшей части потока, а при значении этого отношения равным и больше единицы осуществляют эжектирование окружающего воздуха через охладитель.Another difference is that when the ratio of the air pressure after the compressor to the exhaust gas pressure in front of the turbine is less than one, a smaller part of the flow is recirculated, and if this ratio is equal to or greater than one, the air is ejected through the cooler.

Предлагаемый способ позволяет использовать энергию части потока отработавших газов для осуществления циркуляции окружающего воздуха через промежуточный охладитель наддувочного воздуха совмещением функций байпасного регулирования турбины турбокомпрессора и эжекционного охлаждения при прекращении рециркуляции отработавших газов в цилиндр. При последующем прекращении байпасного регулирования турбины данный способ управления позволяет использовать энергию полного потока отработавших газов после турбины для осуществления циркуляции окружающего воздуха через промежуточный охладитель наддувочного воздуха в процессе его эжекционного охлаждения.The proposed method allows the use of the energy of a portion of the exhaust gas stream to circulate ambient air through an intercooler of charge air by combining the bypass control functions of the turbocharger turbine and ejection cooling when the exhaust gas recirculation to the cylinder is stopped. With the subsequent termination of the bypass regulation of the turbine, this control method allows the use of the energy of the full exhaust gas stream after the turbine to circulate ambient air through the intercooler of charge air during its ejection cooling.

Для осуществления способа предлагается устройство управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом, содержащее золотниковый механизм с цилиндрическим корпусом, в котором выполнены три канала, два из которых расположены противоположно третьему, а ось последнего находится между осями первых двух каналов, и регулирующий орган с двумя поршнями, соединенными штоком. Согласно изобретению, в корпусе выполнены дополнительно два канала, один из которых расположен в торце корпуса и его ось совпадает с осью корпуса, а другой канал расположен на образующей корпуса и его ось перпендикулярна оси корпуса.To implement the method, there is provided a gas exchange control device in a gas turbine diesel engine comprising a spool mechanism with a cylindrical body in which three channels are made, two of which are located opposite the third, and the axis of the latter is between the axes of the first two channels, and a regulating body with two pistons, connected by stock. According to the invention, two additional channels are made in the housing, one of which is located at the end of the housing and its axis coincides with the axis of the housing, and the other channel is located on the generatrix of the housing and its axis is perpendicular to the axis of the housing.

Кроме того, в устройстве управления газообменом торец корпуса золотникового механизма соединен с торцем расположенного также в корпусе золотникового механизма корпуса управляющего цилиндра, в котором размещена рабочая полость, соединенная с впускным коллектором. Регулирующий орган устройства снабжен дополнительным штоком с торцевым упором и возвратной пружиной, которая одним концом оперта в торцевой упор штока, а другим - в ограничительную перегородку.In addition, in the gas exchange control device, the end face of the spool mechanism housing is connected to the end face of the control cylinder housing located also in the spool mechanism housing, in which the working cavity is connected, connected to the intake manifold. The regulatory body of the device is equipped with an additional rod with an end stop and a return spring, which is supported at one end by the end stop of the rod, and the other into the restrictive partition.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дана общая схема системы газообмена дизеля; на фиг.2 изображено устройство управления газообменом в положении рециркуляции отработавших газов в цилиндр дизеля; на фиг.3 - то же, в положении байпасного перепуска и эжектирования меньшей части потока отработавших газов; на фиг.4 - то же, в положении эжектирования полного потока отработавших газов.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General diagram of a gas exchange system of a diesel engine; figure 2 shows a gas exchange control device in the exhaust gas recirculation position in the diesel cylinder; figure 3 is the same, in the bypass bypass and ejection position of a smaller part of the exhaust gas stream; figure 4 is the same in the position of the ejection of the full flow of exhaust gases.

Устройство управления встроено в систему газообмена (Фиг.1). Дизель 1 соединен впускным коллектором 2 через промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха с компрессором 4 турбокомпресора. Перед входным устройством компрессора 4 установлен двухкаскадный воздухоочиститель 5, через который окружающий воздух поступает в компрессор. Компрессор 4 соединен общим валом 6 с турбиной 7 турбокомпрессора. Выпускной коллектор 8, соединяющий турбину турбокомпрессора с дизелем 1, перед входом в турбину 7 разделен на два патрубка. Патрубок 9 соединяет выпускной коллектор 8 с корпусом турбины 7. Патрубок 10 соединяет выпускной коллектор 8 с устройством управления газообменом, которое направляет движение газовых потоков, истекающих из патрубка 10 и патрубка 11 турбины. Устройство управления газообменом содержит золотник с двумя поршнями 12 и 13, соединенными штоком 14. Золотник от перемещения в корпусе удерживается пружиной 15. Корпус золотникового механизма имеет пять фланцев для соединения с подводящими трубопроводами и отводящими патрубками. На фланце одного из отводящих патрубков установлено сопло 16, образующее вместе со смесительной камерой 17 и воздуховодом 18 воздушный эжектор, в котором рабочим телом является поток отработавших газов, а окружающей средой - атмосферный воздух. Воздуховод 18, соединяющий смесительную камеру 17 эжектора с матрицей промежуточного охладителя 3 наддувочного воздуха, на входе в последнюю имеет входное устройство 19. Фланец другого отводящего патрубка соединен с рециркуляционным каналом 20.The control device is integrated into the gas exchange system (Figure 1). Diesel 1 is connected to the intake manifold 2 through an intercooler 3 of charge air air with the compressor 4 of the turbocharger. In front of the compressor inlet 4, a two-stage air purifier 5 is installed, through which ambient air enters the compressor. The compressor 4 is connected by a common shaft 6 with the turbine 7 of the turbocompressor. The exhaust manifold 8, connecting the turbine of the turbocompressor with the diesel 1, is divided into two pipes before entering the turbine 7. The pipe 9 connects the exhaust manifold 8 to the turbine body 7. The pipe 10 connects the exhaust manifold 8 to a gas exchange control device that directs the movement of gas flows flowing from the pipe 10 and the turbine pipe 11. The gas exchange control device comprises a spool with two pistons 12 and 13 connected by a rod 14. The spool is prevented from moving in the housing by a spring 15. The housing of the spool mechanism has five flanges for connection with supply pipelines and outlet pipes. A nozzle 16 is installed on the flange of one of the outlet pipes, forming, together with the mixing chamber 17 and the duct 18, an air ejector, in which the working fluid is the exhaust gas stream, and the surrounding atmosphere is atmospheric air. The duct 18 connecting the mixing chamber 17 of the ejector with the matrix of the intercooler 3 charge air, at the entrance to the latter has an input device 19. The flange of the other outlet pipe is connected to the recirculation channel 20.

Последовательность соединения подводящих патрубков 10 и 11 с отводящими патрубками такова, что сначала подводящий патрубок 10 сообщается с рециркуляционным каналом 20, при этом подводящий патрубок 11 сообщается с отводящим патрубком сопла 16 эжектора и отводящим патрубком 21. Затем подводящий патрубок 10 сообщается с отводящим патрубком сопла 16 эжектора, а подводящий патрубок 11 - с отводящим патрубком 21. Наконец далее осуществляется перекрытие подводящего патрубка 10 и отводящего патрубка 21. При этом подводящий патрубок 11 сообщается с отводящим патрубком сопла 16 эжектора.The sequence of connection of the inlet pipes 10 and 11 with the outlet pipes is such that the inlet pipe 10 first communicates with the recirculation channel 20, while the inlet pipe 11 communicates with the outlet pipe of the ejector nozzle 16 and the outlet pipe 21. Then, the inlet pipe 10 is in communication with the outlet pipe of the nozzle 16 ejector, and the inlet pipe 11 with the outlet pipe 21. Finally, further, the inlet pipe 10 and the outlet pipe 21 are closed. In this case, the inlet pipe 11 communicates with the outlet nozzle nozzle 16 of the ejector.

Сущность способа управления газообменом в дизеле заключается в следующем. После запуска дизеля на режимах холостого хода и малых нагрузок воздушный поток из атмосферы поступает в двухкаскадный воздухоочиститель 5, где очищается от загрязнений, а затем под действием разряжения, создаваемого вращающимся рабочим колесом, поступает во входное устройство компрессора 4. В компрессоре воздушный поток сжимается, при этом его давление и температура возрастают, и направляется в промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха, где происходит теплообмен между наддувочным воздухом и окружающим воздухом, циркулирующим через охладитель, поступая в его входное устройство 19. Циркуляция окружающего воздуха осуществляется за счет эжекционного эффекта, создаваемого истечением части отработавших газов через сопло 16 эжектора. После охлаждения в промежуточном охладителе 3 воздушный поток направляется во впускной коллектор 2 и далее в цилиндры дизеля. При этом поток отработавших газов, вышедший из цилиндров дизеля, поступает в выпускной коллектор 8 и разделяется, осуществляя байпасное регулирование турбины, на две неравные части, большая из которых поступает в канал 9 и далее в корпус турбины 7 турбокомпрессора, а меньшая - в подводящий патрубок 10 устройства, регулирующего направление движения частей потока отработавших газов. В связи с малым давлением наддувочного воздуха на режимах холостого хода и малых нагрузок шток 14 с поршнями 12 и 13 находится в нижнем положении, при котором меньшая часть потока отработавших газов поступает в отводящий патрубок, соединенный с рециркуляционным каналом 20, и далее через впускной коллектор 2 эта часть потока отработавших газов поступает в цилиндры дизеля, осуществляя, таким образом, процесс рециркуляции рабочего тела.The essence of the method of controlling gas exchange in a diesel engine is as follows. After starting the diesel engine at idle and light loads, the air stream from the atmosphere enters a two-stage air purifier 5, where it is cleaned of contaminants, and then under the action of the vacuum created by the rotating impeller, enters the compressor inlet 4. The air stream is compressed in the compressor, when In this case, its pressure and temperature increase, and is sent to the intercooler 3 of charge air, where heat exchange occurs between the charge air and the surrounding air circulating through cut cooler entering its input device 19. The circulation of ambient air is due to the ejection effect created by the outflow of part of the exhaust gases through the nozzle 16 of the ejector. After cooling in the intercooler 3, the air flow is directed to the intake manifold 2 and then to the diesel cylinders. In this case, the exhaust gas stream leaving the diesel cylinders enters the exhaust manifold 8 and is divided, bypassing the turbine, into two unequal parts, the larger of which enters the channel 9 and then into the turbine housing 7 of the turbocharger, and the smaller one into the inlet pipe 10 device for regulating the direction of movement of parts of the exhaust gas stream. Due to the low pressure of the charge air at idle and low loads, the rod 14 with the pistons 12 and 13 is in the lower position, in which a smaller part of the exhaust gas stream enters the exhaust pipe connected to the recirculation channel 20, and then through the intake manifold 2 this part of the exhaust gas stream enters the diesel cylinders, thus performing the process of recirculation of the working fluid.

С ростом нагрузки (режимы средних и номинальных нагрузок) дизеля давление наддувочного воздуха во впускном коллекторе возрастает. Растет давление в полости 22 управляющего цилиндра, соединенной с впускным коллектором. Под действием этого давления шток 14 с поршнями 12 и 13 перемещается вверх, перекрывая рециркуляционный канал 20 и соединяя подводящий патрубок 10 с отводящим патрубком сопла 16 эжектора. Подводящий патрубок 11 устройства при этом соединяется с отводящим патрубком 21 и большая часть потока отработавших газов после турбины направляется в выпускное устройство 23, а циркуляция окружающего воздуха, согласно изобретению, осуществляется за счет эжекционного эффекта, создаваемого истечением части потока отработавших газов из подводящего патрубка 10, осуществляя одновременно и байпасное регулирование турбины, через сопло 16, смесительную камеру 17 эжектора, канал 24 в выпускное устройство 25.With increasing load (average and nominal load modes) of a diesel engine, the charge air pressure in the intake manifold increases. The pressure rises in the cavity 22 of the control cylinder connected to the intake manifold. Under the influence of this pressure, the rod 14 with the pistons 12 and 13 moves upward, blocking the recirculation channel 20 and connecting the inlet pipe 10 to the outlet pipe of the ejector nozzle 16. The inlet pipe 11 of the device is connected to the exhaust pipe 21 and most of the exhaust gas stream after the turbine is directed to the exhaust device 23, and the ambient air circulation, according to the invention, is due to the ejection effect created by the outflow of part of the exhaust gas stream from the inlet pipe 10, performing at the same time and bypass regulation of the turbine, through the nozzle 16, the mixing chamber 17 of the ejector, channel 24 into the exhaust device 25.

Изменение направления движения меньшей части потока отработавших газов, согласно изобретению, осуществляется в зависимости от отношения давления воздуха после компрессора к давлению отработавших газов перед турбиной. При значении этого отношения меньше единицы осуществляется рециркуляция меньшей части потока, а при значении этого отношения равным и больше единицы - эжектирование окружающего воздуха через охладитель.The change in the direction of movement of a smaller part of the exhaust gas stream, according to the invention, is carried out depending on the ratio of the air pressure after the compressor to the pressure of the exhaust gases in front of the turbine. With a value of this ratio less than unity, a smaller part of the flow is recycled, and with a value of this ratio equal to and greater than one, ejection of ambient air through the cooler is performed.

При дальнейшем увеличении нагрузки (режим перегрузок) дизеля увеличение давления наддувочного воздуха перемещает шток 14 с поршнями 12 и 13 таким образом, что поршень 13 перекрывает подводящий патрубок 10, прекращая, таким образом, процесс байпасного регулирования турбины, а поршень 12 перекрывает отводящий патрубок 21, направляя таким образом, согласно изобретению, полный поток отработавших газов после турбины через отводящий патрубок сопла 16, смесительную камеру 17 эжектора, канал 24 в выпускное устройство 25. При этом интенсифицируется охлаждение наддувочного воздуха за счет увеличения расхода окружающего воздуха через промежуточный охладитель.With a further increase in the load (overload mode) of the diesel engine, an increase in the charge air pressure moves the rod 14 with the pistons 12 and 13 in such a way that the piston 13 closes the inlet pipe 10, thus stopping the bypass regulation of the turbine, and the piston 12 blocks the outlet pipe 21, thus directing, according to the invention, the full flow of exhaust gases after the turbine through the outlet pipe of the nozzle 16, the mixing chamber 17 of the ejector, the channel 24 to the exhaust device 25. In this case, the cooling is intensified charge air by increasing the flow of ambient air through the intercooler.

Реализация рассматриваемого способа работы дизеля с газотурбинным наддувом обеспечивается устройством 26 управления газообменом золотникового типа, которое направляет движение газовых потоков.The implementation of the considered method of operation of a diesel engine with gas turbine pressurization is provided by a spool type gas exchange control device 26, which directs the movement of gas flows.

Сущность конструкции этого устройства поясняется чертежами на фиг.2, 3, 4. Устройство управления газообменом состоит из двух основных элементов: золотникового механизма 27 и, согласно изобретению, управляющего цилиндра 28.The essence of the design of this device is illustrated by the drawings in figures 2, 3, 4. The gas exchange control device consists of two main elements: the spool mechanism 27 and, according to the invention, the control cylinder 28.

Корпус 29 золотникового механизма 27 содержит три канала 30, 31 и 32, два из которых 31 и 32 расположены противоположно третьему байпасному каналу 30, а ось последнего находится между осями первых двух каналов 31 и 32 и регулирующим органом с двумя поршнями 12 и 13, соединенными штоком 14, согласно изобретению, снабжен еще двумя каналами 33 и 34. Ось канала 34, расположенного в торце корпуса, совпадает с его осью, а ось канала 33, расположенного на образующей корпуса 29, перпендикулярна оси корпуса.The housing 29 of the spool mechanism 27 contains three channels 30, 31 and 32, two of which 31 and 32 are located opposite the third bypass channel 30, and the axis of the latter is between the axes of the first two channels 31 and 32 and the regulatory body with two pistons 12 and 13 connected the rod 14, according to the invention, is equipped with two more channels 33 and 34. The axis of the channel 34 located at the end of the housing coincides with its axis, and the axis of the channel 33 located on the generatrix of the housing 29 is perpendicular to the axis of the housing.

Для подвода наддувочного воздуха в управляющий цилиндр 28 в крышке 36 установлен штуцер 35. Управляющий цилиндр 28 содержит дополнительный шток 37 с торцевым упором 38 и возвратную пружину 15. Под действием давления наддувочного воздуха с одной стороны и возвратной пружины 15 с другой в цилиндре перемещается дополнительный шток 37 с торцевым упором 38, соединенный с поршнем 13, основным штоком 14 и поршнем 12. Противоположный конец возвратной пружины 15 упирается в ограничительную перегородку 39, служащую одновременно днищем управляющего цилиндра 28. Размещение возвратной пружины 15 в относительно холодной рабочей полости 40 управляющего цилиндра 28 обусловлено стремлением повысить ее работоспособность.To supply charge air to the control cylinder 28, a fitting 35 is installed in the cover 36. The control cylinder 28 contains an additional rod 37 with an end stop 38 and a return spring 15. An additional rod moves in the cylinder under the influence of pressure of the charge air on one side and return spring 15 on the other. 37 with an end stop 38 connected to the piston 13, the main rod 14 and the piston 12. The opposite end of the return spring 15 abuts against the restrictive partition 39, which serves simultaneously as the bottom of the control cylinder 28. Ra the displacement of the return spring 15 in the relatively cold working cavity 40 of the control cylinder 28 is due to the desire to increase its performance.

Устройство работает следующим образом. Перед пуском дизеля и при работе его на режимах холостого хода и малых нагрузок регулирующий орган, включающий поршни 12 и 13, соединенные штоком 14, дополнительный шток 37 с торцевым упором 38, удерживается в положении I (Фиг.2) под действием усилия, создаваемого возвратной пружиной 15, поскольку в полости 40 управляющего цилиндра 28 давление наддувочного воздуха невелико. В этом положении байпасный канал 30 сообщается с каналом 32 и меньшая часть отработавших газов, ограниченная проходным сечением и перепадом давления между впускным и выпускным коллекторами, рециркулирует в цилиндры дизеля. Отношение давления наддувочного воздуха к давлению отработавших газов при этом меньше единицы. При этом канал 33 сообщается с каналами 34 и 31, что дает возможность большей части отработавших газов направляться через канал 34 в выпускное устройство 25, а через канал 31 - в сопло 16 эжектора на эжектирование окружающего воздуха через промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха.The device operates as follows. Before starting the diesel engine and when it is operating at idle and light loads, the regulatory body, including pistons 12 and 13 connected by a rod 14, an additional rod 37 with an end stop 38, is held in position I (Figure 2) under the action of the force generated by the return spring 15, because in the cavity 40 of the control cylinder 28, the pressure of the charge air is low. In this position, the bypass channel 30 is in communication with the channel 32 and a smaller part of the exhaust gas, limited by the flow area and the pressure drop between the intake and exhaust manifolds, is recycled to the diesel cylinders. The ratio of charge air pressure to exhaust pressure is less than unity. In this case, the channel 33 communicates with the channels 34 and 31, which allows most of the exhaust gases to be directed through the channel 34 to the exhaust device 25, and through the channel 31 to the ejector nozzle 16 to eject the ambient air through the intercooler 3 of charge air.

При увеличении нагрузки дизеля (режимы средних и номинальных нагрузок) растет температура газов перед турбиной и мощность турбины, что приводит к повышению частоты вращения ротора турбокомпрессора и давления наддувочного воздуха, создаваемого компрессором. Повышение давления наддувочного воздуха в полости 40 управляющего цилиндра 28 заставляет перемещаться регулирующий орган, преодолевая сопротивление пружины 15. Отношение давления наддувочного воздуха к давлению отработавших газов становится равным, а затем и превышает единицу. При этом поршень 13 начнет перекрывать канал 32, а поршень 12 открывать канал 31. По завершении этого процесса регулирующий орган перейдет в положение II (Фиг.3), при котором байпасный канал 30 сообщается с каналом 31, а канал 33 - с каналом 34. Сообщение каналов 30 и 31 позволяет меньшей части отработавших газов направляться в сопло 16 эжектора на эжектирование окружающего воздуха через промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха, а сообщение каналов 33 и 34 дает возможность большей части отработавших газов направляться в выпускное устройство 25.With an increase in the diesel load (medium and nominal load modes), the temperature of the gases in front of the turbine and the turbine power increase, which leads to an increase in the rotor speed of the turbocompressor and the pressure of the charge air created by the compressor. An increase in the pressure of the charge air in the cavity 40 of the control cylinder 28 causes the regulating body to move, overcoming the resistance of the spring 15. The ratio of the pressure of the charge air to the pressure of the exhaust gases becomes equal, and then exceeds unity. In this case, the piston 13 will start to block the channel 32, and the piston 12 will open the channel 31. Upon completion of this process, the regulatory body will switch to position II (Figure 3), in which the bypass channel 30 communicates with the channel 31, and the channel 33 - with the channel 34. The communication of the channels 30 and 31 allows a smaller part of the exhaust gas to be directed into the nozzle 16 of the ejector to eject the ambient air through an intercooler 3 of charge air, and the communication of the channels 33 and 34 allows most of the exhaust gas to be directed to the exhaust device 25.

При дальнейшем увеличении нагрузки (режим перегрузки) дизеля продолжает расти мощность турбины и, соответственно, давление наддувочного воздуха, создаваемого компрессором. Продолжает повышаться давление наддувочного воздуха в полости 40 управляющего цилиндра 28, что заставляет регулирующий орган, преодолевая сопротивление пружины 15, перемещаться далее. Отношение давления наддувочного воздуха к давлению отработавших газов существенно превышает единицу. При этом поршень 13 начнет перекрывать байпасный канал 30, поршень 12 - перекрывать канал 34, а канал 33 - сообщаться с каналом 31. По завершении этого процесса регулирующий орган перейдет в положение III (Фиг.4). Таким образом, прекращается процесс байпасного регулирования и полный поток отработавших газов направляется на турбину турбокомпрессора, существенно повышая при этом мощность турбины. После турбины полный поток отработавших газов через каналы 33 и 31 направляется в сопло 16 эжектора на эжектирование окружающего воздуха через промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха.With a further increase in the load (overload mode) of the diesel engine, the turbine power continues to increase and, accordingly, the pressure of the charge air created by the compressor. The charge air pressure continues to increase in the cavity 40 of the control cylinder 28, which causes the regulatory body, overcoming the resistance of the spring 15, to move further. The ratio of charge air pressure to exhaust gas pressure is significantly greater than one. In this case, the piston 13 will begin to block the bypass channel 30, the piston 12 will block the channel 34, and the channel 33 will communicate with the channel 31. Upon completion of this process, the regulatory body will switch to position III (Figure 4). Thus, the bypass control process is stopped and the full flow of exhaust gases is directed to the turbocharger turbine, significantly increasing the turbine power. After the turbine, the full flow of exhaust gases through the channels 33 and 31 is directed into the nozzle 16 of the ejector to eject the ambient air through the intercooler 3 charge air.

Claims (5)

1. Способ управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом, включающий байпасное регулирование турбины турбокомпрессора, охлаждение наддувочного воздуха, рециркуляцию в цилиндр и эжектирование отработавших газов, при котором из полного потока отработавших газов на выходе из выпускного коллектора выделяют меньшую часть и направляют, минуя турбину, на режимах холостого хода и малых нагрузок в цилиндры для рециркуляции, на режимах средних и номинальных нагрузок - в атмосферу, а на режимах перегрузок, объединяя с большей частью, - в турбину, отличающийся тем, что на режимах средних и номинальных нагрузок меньшую часть потока направляют в эжектор, а на режимах перегрузок в эжектор направляют полный поток отработавших газов после турбины турбокомпрессора.1. A method of controlling gas exchange in a diesel engine with gas turbine supercharging, including bypass regulation of the turbine of the turbocharger, cooling of the charge air, recirculation into the cylinder and ejection of exhaust gases, in which a smaller part is extracted from the total exhaust gas stream at the outlet of the exhaust manifold and directed, bypassing the turbine, at idle and low loads in the cylinders for recirculation, at medium and nominal loads - into the atmosphere, and at overload modes, combining with most of them - in Urbino, characterized in that on the secondary modes and nominal loads smaller part stream fed to the ejector, and the ejector overload conditions directed full exhaust gas stream downstream of the turbocharger turbine. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при значении отношения давления воздуха после компрессора к давлению отработавших газов перед турбиной меньше единицы осуществляют рециркуляцию меньшей части потока, а при значении этого отношения равным и больше единицы осуществляют эжектирование окружающего воздуха через охладитель.2. The method according to claim 1, characterized in that when the ratio of the air pressure after the compressor to the exhaust gas pressure in front of the turbine is less than one, a smaller part of the flow is recirculated, and if this ratio is equal to or greater than one, the surrounding air is ejected through the cooler. 3. Устройство управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом, содержащее золотниковый механизм с цилиндрическим корпусом, в котором выполнены три канала, два из которых расположены противоположно третьему, а ось последнего находится между осями первых двух каналов, и регулирующий орган с двумя поршнями, соединенными штоком, отличающееся тем, что в корпусе выполнены дополнительно два канала, один из которых расположен в торце корпуса и его ось совпадает с осью корпуса, а другой канал расположен на образующей корпуса и его ось перпендикулярна оси корпуса.3. A gas exchange control device in a gas turbine diesel engine, comprising a spool mechanism with a cylindrical body in which three channels are made, two of which are located opposite the third, and the axis of the latter is between the axes of the first two channels, and a regulatory body with two pistons connected by a rod , characterized in that the housing has two additional channels, one of which is located in the end of the housing and its axis coincides with the axis of the housing, and the other channel is located on the generatrix of the housing and its axis perpendicular to the axis of the housing. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что торец корпуса золотникового механизма соединен с торцом расположенного также в корпусе золотникового механизма корпуса управляющего цилиндра, в котором размещена рабочая полость, соединенная с впускным коллектором.4. The device according to claim 3, characterized in that the end face of the spool mechanism housing is connected to the end face of the control cylinder body located also in the spool mechanism housing, in which the working cavity is connected, connected to the intake manifold. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регулирующий орган снабжен дополнительным штоком с торцевым упором и возвратной пружиной, которая одним концом уперта в торцевой упор штока, а другим - в ограничительную перегородку.5. The device according to claim 3, characterized in that the regulatory body is equipped with an additional rod with an end stop and a return spring, which is abutted by one end to the end stop of the rod, and the other into a restrictive partition.
RU2006100153/06A 2006-01-10 2006-01-10 Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine RU2301899C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100153/06A RU2301899C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100153/06A RU2301899C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2301899C1 true RU2301899C1 (en) 2007-06-27

Family

ID=38315554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100153/06A RU2301899C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2301899C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2564743C1 (en) * 2014-06-25 2015-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" Diesel with turbo compressor
RU187543U1 (en) * 2018-06-05 2019-03-12 Денис Викторович Шабалин TANK DIESEL AIR-SUPPLY SYSTEM WITH EJECTION COOLING AIR COOLING
RU2687388C2 (en) * 2014-04-09 2019-05-13 Ман Трак Унд Бас Аг Exhaust collector for internal combustion engine, in particular in transport vehicles
RU190875U1 (en) * 2019-05-13 2019-07-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации RECIRCULATING SYSTEM OF DIESEL DIESEL GASES WITH VORTEX THERMAL REGULATOR
RU196360U1 (en) * 2019-12-09 2020-02-26 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации AIR START SYSTEM OF THE ENGINE WITH VORTEX HEATER

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687388C2 (en) * 2014-04-09 2019-05-13 Ман Трак Унд Бас Аг Exhaust collector for internal combustion engine, in particular in transport vehicles
RU2564743C1 (en) * 2014-06-25 2015-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" Diesel with turbo compressor
RU187543U1 (en) * 2018-06-05 2019-03-12 Денис Викторович Шабалин TANK DIESEL AIR-SUPPLY SYSTEM WITH EJECTION COOLING AIR COOLING
RU190875U1 (en) * 2019-05-13 2019-07-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации RECIRCULATING SYSTEM OF DIESEL DIESEL GASES WITH VORTEX THERMAL REGULATOR
RU196360U1 (en) * 2019-12-09 2020-02-26 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации AIR START SYSTEM OF THE ENGINE WITH VORTEX HEATER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4918923A (en) Internal combustion engine turbosystem and method
US6009709A (en) System and method of controlling exhaust gas recirculation
US6328003B1 (en) Internal combustion engine with a separately operable additional valve in the cylinder head and method of operating same
US6883314B2 (en) Cooling of engine combustion air
US6347619B1 (en) Exhaust gas recirculation system for a turbocharged engine
US4885911A (en) Internal combustion engine turbosystem and method
CN103026024B (en) For the piston-engined egr of opposed type
US5201285A (en) Controlled cooling system for a turbocharged internal combustion engine
US7100584B1 (en) Method and apparatus for controlling an internal combustion engine
US8096124B2 (en) Exhaust system having parallel asymmetric turbochargers and EGR
EP1221546B1 (en) Two turbocharger exhaust gas re-circulation system having a first stage variable nozzle turbine
US4258550A (en) Engine charging system with dual function charge supplying and charge cooling blower
EP1217188A2 (en) A system for controlling the temperature of an intake air
RU2301899C1 (en) Method of and device to control gas exchange in turbocharged diesel engine
WO2015116570A1 (en) Air control system for an opposed-piston engine in which a supercharger provides boost during engine startup and drives egr during normal engine operation
CN102777257A (en) Turbocharged engine with separate exhaust manifolds and method for operating such an engine
US9726121B2 (en) Engine system having reduced pressure EGR system
RU187543U1 (en) TANK DIESEL AIR-SUPPLY SYSTEM WITH EJECTION COOLING AIR COOLING
US6293262B1 (en) Intake air temperature control system
EP2148061A1 (en) A two-stage turbocharged combustion engine
RU2159340C1 (en) Device for bypass control of turbine and recirculation of exhaust gases in turbocharged diesel engine
KR20210000299A (en) Method for operating an internal combustion engine, internal combustion engine and motor vehicle
GB2463641A (en) Making use of the waste heat from an internal combustion engine
RU2807850C1 (en) Ejection-type charge air thermal control device
SU1714172A1 (en) Turbocompound internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080111