RU2410560C2

RU2410560C2 - Method of exhaust gases recirculation and device for its implementation

Info

Publication number: RU2410560C2
Application number: RU2008101246/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Алексеевич Иванов (RU); Игорь Алексеевич Иванов
Original assignee: Игорь Алексеевич Иванов; Иванов Алексей Игоревич
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2011-01-27
Also published as: RU2008101246A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention refers namely to thermal engines with combustion products recirculation. Method of exhaust gases (EG) recirculation consists in the fact that EG are sent tangentially to the inner surface of cylindrical case with the possibility of movement in a form of swirled air, the air is sucked from the atmosphere through the pipe ensured by the negative pressure in the intermediate part of swirled air, the pipe is installed coaxially the inner surface of the case. The air is mixed with the part of EG to form cooled flow that is supplied to the recirculation, and the air sucked from the atmosphere is formed by screw-line. Note that along the pipe axis there installed is swirler that is charged by positive charge, and pipe case is charged by negative charge. There provided is the structure of device for EG recirculation.

EFFECT: such design allows reduction of fuel consumption and exhaust emissions at all engine operating modes.

2 dwg

Description

Изобретение относится к преимущественно тепловым двигателям с регенерацией продуктов сгорания и может найти применение в тех областях теплотехники, где используется утилизация продуктов сгорания.The invention relates mainly to heat engines with the regeneration of combustion products and may find application in those areas of heat engineering where the utilization of combustion products is used.

Известен способ рециркуляции отработанных газов, заключающийся в частичной рециркуляции очищенных отработавших газов с регулированием их расхода и влагосодержания за счет использования водотопливной эмульсии, полученной путем пропускания топлива через каталитический фильтр, и смешивания его с озонированным католитом. (См. Патент RU 112262615, F02М 25/06, F01N 3/04).A known method of recirculation of exhaust gases, which consists in partial recirculation of the purified exhaust gases with the regulation of their flow rate and moisture content through the use of water-fuel emulsion obtained by passing fuel through a catalytic filter, and mixing it with ozonized catholyte. (See Patent RU 112262615, F02M 25/06, F01N 3/04).

Данный способ повышает экологические и экономические показатели энергетических установок, но сложен и трудно реализуем. Это обусловлено тем, что озонированный католит не обеспечивает устойчивости водотопливной эмульсии как прямого, так и обратного вида. Поэтому трудно обеспечить устойчивую работу двигателя с установленным содержанием воды и топлива.This method improves the environmental and economic indicators of power plants, but is complex and difficult to implement. This is due to the fact that the ozonized catholyte does not ensure the stability of the water-fuel emulsion, both direct and reverse. Therefore, it is difficult to ensure stable operation of the engine with a fixed water and fuel content.

Известен способ внутренней очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания путем введения регулируемой дополнительной воздушной струи во впускной тракт из атмосферы, ионизации топлива и озонирования воздуха сильным электрическим полем напряженностью не менее 1 кВ/см. (См. Патент RU 112165031, F02В 75/10, F02Р 3/06, F02М 23/12).There is a method of internal cleaning of exhaust gases of an internal combustion engine by introducing a controlled additional air stream into the intake tract from the atmosphere, ionizing the fuel and ozonizing the air with a strong electric field of at least 1 kV / cm. (See Patent RU 112165031, F02B 75/10, F02P 3/06, F02M 23/12).

Данный способ обеспечивает повышение экономичности и снижение токсичности, но сложен в реализации и требует значительных дополнительных энергетических затрат.This method provides increased efficiency and reduced toxicity, but is difficult to implement and requires significant additional energy costs.

Из известных способов наиболее близким к заявленному по технической сущности является способ рециркуляции отработавших газов, заключающийся в том, что отработавшие газы направляют тангенциально внутренней поверхности цилиндрического корпуса с возможностью движения газов в виде вихревого потока, всасывают из атмосферы воздух за счет разрежения в средней части вихревого потока по трубе, установленной коаксиально внутренней поверхности корпуса, воздух смешивают с частью отработавших газов для образования охлажденного потока, который подают на рециркуляцию. (См. Патент RU №35131, F02М 25/06, F02C 3/34), Данный способ недостаточно эффективно работает при большой нагрузки двигателя.Of the known methods, the closest to the claimed technical essence is the method of exhaust gas recirculation, which consists in the fact that the exhaust gases are directed tangentially to the inner surface of the cylindrical body with the possibility of gas movement in the form of a vortex stream, they suck in air from the atmosphere due to rarefaction in the middle part of the vortex stream through a pipe mounted coaxially to the inner surface of the housing, the air is mixed with a portion of the exhaust gases to form a cooled stream, which served for recycling. (See Patent RU No. 35131, F02M 25/06, F02C 3/34). This method does not work effectively with a large engine load.

Известно устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее воздухоочиститель, воздухонаправляющий цилиндр с воздушной заслонкой, газоприемную трубу, цилиндрическую насадку, щелевую насадку и управляющее устройство в виде регулируемого по длине плеч двухплечего рычага, один конец которого связан с воздушной заслонкой, а другой - с педалью акселератора (см. Патент РФ №2084680, F02М 25/06, F02В 47/08).A device for exhaust gas recirculation and recirculation of an internal combustion engine comprising an air purifier, an air guide cylinder with an air damper, a gas intake pipe, a cylindrical nozzle, a slot nozzle and a control device in the form of a two-arm lever adjustable in length along the shoulders, one end of which is connected to the air damper, and the other with an accelerator pedal (see RF Patent No. 2084680, F02M 25/06, F02B 47/08).

Данная система работает недостаточно эффективно, т.к. количество добавляемого воздуха в выхлопные газы, подаваемые на рециркуляцию в зависимости от мощности двигателя, частично производится автоматически, а частично с помощью воздушной заслонки, связанной с педалью акселератора, что не обеспечивает оптимального соотношения этих компонентов.This system does not work well, because the amount of added air to the exhaust gases fed to the recirculation depending on the engine power is partially made automatically, and partially with the help of an air damper connected to the accelerator pedal, which does not provide the optimal ratio of these components.

Известно устройство для рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее перепускной клапан с регулируемым гидравлическим приводом, который кинематически связан с плунжером, установленным в гидравлическом цилиндре. При этом количество перепускаемых отработавших газов определяется фазами открытия и закрытия перепускного клапана. (См. Патент РФ №2008487, F02D 21/08, F02М 25/06). Данное устройство имеет сложную конструкцию и поэтому практически не реализуемое.A device is known for recirculating exhaust gases of an internal combustion engine, comprising a bypass valve with an adjustable hydraulic actuator, which is kinematically connected with a plunger installed in the hydraulic cylinder. The amount of exhaust gas bypass is determined by the phases of opening and closing the bypass valve. (See RF Patent No. 2008487, F02D 21/08, F02M 25/06). This device has a complex structure and therefore is practically not feasible.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (прототипом) является «Устройство для отвода и рециркуляции отработавших газов теплового двигателя», которое содержит цилиндрический корпус, в центре которого коаксиально внутренней поверхности установлена труба для всасывания воздуха из атмосферы, а выход трубопровода для впуска отработавших газов направлен тангенциально внутренней поверхности цилиндрического корпуса в полость, образованную этой поверхностью, наружной поверхностью трубы для всасывания воздуха из атмосферы и торцевой перегородки, соединяющей эти поверхности. (См. Патент РФ №35131, F02М 25/06, F02C 3/34), Данное устройство недостаточно эффективно работает при большой нагрузке двигателя.The closest in technical essence to the proposed device (prototype) is a "Device for exhaust and recirculation of exhaust gases of a heat engine", which contains a cylindrical body, in the center of which is coaxial to the inner surface of the pipe for suction of air from the atmosphere, and the outlet of the pipe for intake of exhaust gases directed tangentially to the inner surface of the cylindrical body into the cavity formed by this surface, the outer surface of the pipe for air intake of atmospheric and end walls connecting these surfaces. (See RF Patent No. 35131, F02M 25/06, F02C 3/34). This device does not work efficiently under heavy engine load.

Изобретение направлено на повышение экономичности, надежности и снижение токсичности тепловых двигателей. Для решения указанной цели в способе рециркуляции отработавших газов, заключающемся в том, что отработавшие газы направляют тангенциально внутренней поверхности цилиндрического корпуса с возможностью движения газов в виде вихревого потока, всасывают из атмосферы воздух за счет разрежения в средней части вихревого потока по трубе, установленной коаксиально внутренней поверхности корпуса, воздух смешивают с частью отработавших газов для образования охлажденного потока, который подают на рециркуляцию, всасываемый из атмосферы воздух формируют по винтовой линии, при этом устанавливают вдоль оси трубы завихритель, который заряжают положительным зарядом, а корпус трубы отрицательным. В результате всасываемый из атмосферы воздух будет содержать увеличенное количество отрицательных ионов кислорода, которые обеспечивают улучшение процесса сгорания, что обеспечит одновременное снижение расхода топлива и вредных выбросов на всех режимах работы двигателя.The invention is aimed at improving efficiency, reliability and reducing the toxicity of heat engines. To solve this goal, in the method of exhaust gas recirculation, which consists in the fact that the exhaust gases are directed tangentially to the inner surface of the cylindrical body with the possibility of gas movement in the form of a vortex stream, air is sucked from the atmosphere due to rarefaction in the middle part of the vortex stream through a pipe installed coaxially inside the surface of the housing, the air is mixed with part of the exhaust gases to form a cooled stream, which is fed to recirculation, the air drawn in from the atmosphere ormiruyut along a helical line, the tube is positioned along the axis of the swirl, which is charged positive charge and negative tube body. As a result, air drawn in from the atmosphere will contain an increased amount of negative oxygen ions, which provide an improvement in the combustion process, which will simultaneously reduce fuel consumption and harmful emissions at all engine operating modes.

В устройстве для осуществления заявляемого способа рециркуляции отработавших газов, содержащем цилиндрический корпус, в центре которого коаксиально внутренней поверхности установлена труба для всасывания воздуха из атмосферы и выход трубопровода для впуска отработавших газов направлен тангенциально внутренней поверхности цилиндрического корпуса в полость, образованную этой поверхностью, наружной поверхностью трубы для всасывания воздуха из атмосферы и торцевой перегородки, соединяющей эти поверхности, содержится завихритель, установленный вдоль оси трубы для всасывания воздуха из атмосферы, к которому подключен положительный электрод, а к корпусу этой трубы подключен отрицательный электрод.In the device for implementing the inventive method for exhaust gas recirculation, comprising a cylindrical body, in the center of which a pipe for sucking air from the atmosphere is installed coaxially to the inner surface and the outlet of the exhaust gas inlet pipe is directed tangentially to the inner surface of the cylindrical body into the cavity formed by this surface, the outer surface of the pipe for the absorption of air from the atmosphere and the end wall connecting these surfaces contains a swirl, mounted along the axis of the pipe to suck in air from the atmosphere to which a positive electrode is connected, and a negative electrode is connected to the casing of this pipe.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:The technical nature of the claimed invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - продольный разрез устройства;figure 1 is a longitudinal section of a device;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.figure 2 is a section aa in figure 1.

Устройство для рециркуляции отработавших газов содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней полостью, являющейся вихревой камерой 2, в которой расположен впускной патрубок 3 для выпуска рециркулируемых отработавших газов во впускной коллектор 4 двигателя и отверстие 5 для выпуска отработавших газов в выхлопную трубу, или фильтр, или глушитель, трубу 6 для всасывания воздуха из атмосферы в вихревую камеру 2, причем выходной участок 7 этой трубы расположен коаксиально внутренней поверхности вихревой камеры 2, трубопровод 8 для впуска отработавших газов тангенциально внутренней поверхностью вихревой камеры 2 в полость 9, образованную внутренней поверхностью вихревой камеры 2, наружной поверхностью выходного участка 7 трубы 6 для всасывания воздуха из атмосферы и торцевой перегородкой 10, соединяющей эти поверхности. При этом входной конец 11 трубы 6 для всасывания воздуха из атмосферы установлен по направлению движения транспортного средства, на котором стоит двигатель. В трубе 6 для всасывания воздуха из атмосферы, вдоль ее оси установлен завихритель 12 с направляющими лопатками, на изолированной вставке 13 с подключением источника тока 14 положительным электродом 15 к завихрителю, а отрицательным электродом 16 к трубе 6 для всасывания воздуха из атмосферы.The exhaust gas recirculation device comprises a housing 1 with a cylindrical internal cavity, which is a vortex chamber 2, in which an inlet pipe 3 is located for discharging recirculated exhaust gases into the engine intake manifold 4 and an exhaust port 5 for discharging exhaust gases into the exhaust pipe, or a filter or silencer pipe 6 for sucking air from the atmosphere into the vortex chamber 2, and the output section 7 of this pipe is coaxial to the inner surface of the vortex chamber 2, the pipe 8 for inlet avshih gases tangentially inner surface of the swirl chamber 2 in a cavity 9 formed by the inner surface of the swirl chamber 2, the outer pipe 6, the outlet portion 7 to the surface of the suction air from the atmosphere and an end wall 10 joining these surfaces. In this case, the inlet end 11 of the pipe 6 for sucking air from the atmosphere is installed in the direction of movement of the vehicle on which the engine stands. In a pipe 6 for sucking air from the atmosphere, a swirler 12 with guide vanes is installed along its axis, on an insulated insert 13 with a current source 14 connected by a positive electrode 15 to the swirl, and a negative electrode 16 to a pipe 6 for sucking air from the atmosphere.

Устройство для рециркуляции отработавших газов работает следующим образом.A device for recirculating exhaust gas is as follows.

Отработавшие газы из выхлопного коллектора поступают через трубопровод 8 тангенциально внутренней поверхности вихревой камеры 2 в полость 9, образованную внутренней поверхностью вихревой камеры 2, наружной поверхностью выходного участка 7 трубы 6 для всасывания воздуха из атмосферы и торцевой перегородкой 10, соединяющей эти поверхности, образуя на внутренней поверхности вихревой камеры 2 плотный газовый поток. При этом вследствие тангенциально направленного подвода отработавшие газы движутся в полости 9 в виде вихревого потока, в центральной зоне которого создается разрежение, обеспечивающее подсос воздуха из атмосферы, который смешивается с частью отработавших газов в полости вихревой камеры 2, для образования охлажденного потока, который подают на рециркуляцию. При этом всасываемый из атмосферы воздух за счет завихрителя 12, установленного вдоль оси трубы 6, формируется по винтовой линии. При помощи источника 14 постоянного тока с подключением положительного электрода 15 к завихрителю 12, а отрицательного электрода 16 к трубе 6 для всасывания воздуха из атмосферы 6 создается электростатическое поле. При этом в воздухе всегда имеется определенное количество положительных и отрицательных ионов. При вращательном движении воздуха на завихрителе 12 молекулы воздуха за счет центробежных сил будут постоянно ударяться о внутреннюю поверхность воздухоподводящей трубы 6, имеющей отрицательный заряд. При этом отрицательные ионы будут отталкиваться от коллектора, а положительные ионы либо нейтрализоваться, либо принимать отрицательный заряд, в результате этого в трубе 6 для всасывания воздуха из атмосферы будет постоянно расти количество отрицательных ионов кислорода, которые обеспечивают улучшение процесса сгорания. Таким образом, положительный эффект достигается за счет совместного воздействия вращательного движения воздуха и электростатического поля указанной полярности. В результате достигается одновременное снижение расхода топлива и вредных выбросов на всех режимах работы двигателя.The exhaust gases from the exhaust manifold enter through a conduit 8 tangentially to the inner surface of the vortex chamber 2 into the cavity 9, formed by the inner surface of the vortex chamber 2, the outer surface of the outlet section 7 of the pipe 6 for drawing air from the atmosphere and the end wall 10 connecting these surfaces, forming on the inner the surface of the vortex chamber 2 dense gas flow. In this case, due to the tangentially directed supply, the exhaust gases move in the cavity 9 in the form of a vortex stream, in the central zone of which a vacuum is created, which ensures air intake from the atmosphere, which is mixed with part of the exhaust gases in the cavity of the vortex chamber 2, to form a cooled stream, which is fed to recirculation. At the same time, the air drawn in from the atmosphere due to the swirler 12 installed along the axis of the pipe 6 is formed along a helical line. Using a direct current source 14 with the positive electrode 15 connected to the swirler 12, and the negative electrode 16 to the pipe 6 to draw air from the atmosphere 6, an electrostatic field is created. Moreover, in the air there is always a certain amount of positive and negative ions. With the rotational movement of air on the swirl 12, air molecules due to centrifugal forces will constantly hit the inner surface of the air supply pipe 6, which has a negative charge. In this case, negative ions will repulse from the collector, and positive ions will either neutralize or take a negative charge, as a result, the number of negative oxygen ions in the pipe 6 for suctioning air from the atmosphere will constantly increase, which will improve the combustion process. Thus, a positive effect is achieved due to the combined effect of the rotational movement of air and the electrostatic field of the indicated polarity. The result is a simultaneous reduction in fuel consumption and harmful emissions at all engine operating modes.

Claims

1. The method of recirculation of exhaust gases, which consists in the fact that the exhaust gases are directed tangentially to the inner surface of the cylindrical body with the possibility of gas movement in the form of a vortex stream, they suck in air from the atmosphere due to rarefaction in the middle part of the vortex stream through a pipe mounted coaxially to the inner surface of the body, air is mixed with a part of the exhaust gases to form a cooled stream, which is fed to recirculation, characterized in that the air drawn from the atmosphere forms dissolved in a helical line, wherein the tube is positioned along the axis of the swirl, which is charged positive charge, and the tube body - negative.

2. A device for exhaust gas recirculation, comprising a cylindrical body, in the center of which a pipe for sucking air from the atmosphere is installed coaxially to the inner surface, and the outlet of the exhaust gas inlet pipe is directed tangentially to the inner surface of the cylindrical body into the cavity formed by this surface, the outer surface of the pipe for air suction and end walls connecting these surfaces, characterized in that it contains a swirl mounted along the axis tr loss for air intake from the atmosphere to which the positive electrode is connected, and a negative electrode is connected to the casing of this pipe.