RU2543925C1 - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543925C1 RU2543925C1 RU2013149588/06A RU2013149588A RU2543925C1 RU 2543925 C1 RU2543925 C1 RU 2543925C1 RU 2013149588/06 A RU2013149588/06 A RU 2013149588/06A RU 2013149588 A RU2013149588 A RU 2013149588A RU 2543925 C1 RU2543925 C1 RU 2543925C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- valve
- compressor
- recirculation
- inlet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Оно касается двигателя внутреннего сгорания, в котором применяется рециркуляция выпускных газов из выпускного клапана в цилиндр двигателя через впускной клапан.The invention relates to internal combustion engines with gas turbine supercharging. It relates to an internal combustion engine that uses exhaust gas recirculation from the exhaust valve to the engine cylinder through the intake valve.
Известны различные двигатели внутреннего сгорания, в которых используется рециркуляция выпускных газов. В двигателях, показанных в патентах №№1751380, 2231660, выданных в РФ, в патенте №8353275, выданном в США, рециркуляцию выпускных газов осуществляют по внутреннему контуру между выпускным и впускным коллекторами, где давление газов при турбонаддуве значительно выше атмосферного. В двигателях, изображенных в патентах №№2006610, 2230212, выданных в РФ, рециркуляцию отработавших газов осуществляют по внешнему контуру, а именно из выпускной системы транспортного средства через впускной патрубок компрессора турбокомпрессора при давлении газов, близком к атмосферному. В качестве более близкого аналога принят двигатель внутреннего сгорания, показанный в патенте №6470682, выданном в США, МПК F02M 25/07, который содержит цилиндр с поршнем, впускной и выпускной клапаны, турбокомпрессор, канал для прохода воздуха от компрессора турбокомпрессора к впускному клапану, канал для прохода выпускных газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора. В этом двигателе внутреннего сгорания отработавшие газы, поступающие от турбины турбокомпрессора, подают либо на вход в компрессор либо во впускной коллектор с помощью компрессора, что требует дополнительного расхода энергии. Однако применение регулирования наддува в сочетании только с внешним контуром рециркуляции выпускных газов или только с внутренним контуром рециркулирующих выпускных газов сужает возможности и понижает эффективность использования двигателя.Various internal combustion engines are known in which exhaust gas recirculation is used. In engines shown in patents No. 1751380, 2231660 issued in the Russian Federation, in patent No. 8353275 issued in the USA, exhaust gas recirculation is carried out along the internal circuit between the exhaust and intake manifolds, where the gas pressure during turbocharging is much higher than atmospheric. In the engines depicted in patents No. 20066610, 2230212, issued in the Russian Federation, exhaust gas recirculation is carried out along the external circuit, namely from the exhaust system of the vehicle through the inlet pipe of the compressor of the turbocompressor at a gas pressure close to atmospheric. As a closer analogue, an internal combustion engine is shown, shown in US patent No. 6470682, issued to the USA, IPC F02M 25/07, which contains a cylinder with a piston, inlet and outlet valves, a turbocompressor, a channel for the passage of air from the compressor of the turbocompressor to the inlet valve, a channel for the passage of exhaust gases from the exhaust valve to the turbine of the turbocharger. In this internal combustion engine, the exhaust gases coming from the turbocharger turbine are either supplied to the compressor inlet or to the intake manifold using a compressor, which requires additional energy consumption. However, the use of boost control in combination only with the external exhaust gas recirculation circuit or only with the internal exhaust gas recirculation circuit reduces the possibilities and reduces the efficiency of engine use.
Задачей является повышение эффективности работы двигателя, сокращение выбросов оксидов азота, улучшение топливной экономичности путем сочетания внутреннего контура рециркуляции выпускных газов с выходом на внешний контур и контур регулирования компрессора турбокомпрессора.The objective is to increase engine efficiency, reduce nitrogen oxide emissions, improve fuel efficiency by combining the internal exhaust gas recirculation circuit with the external circuit and the control circuit of the turbocharger compressor.
Решение задачи повышения эффективности работы и улучшения топливной экономичности двигателя, сокращения выбросов оксидов азота обеспечено тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр с поршнем, впускной и выпускной клапаны, турбокомпрессор, канал для прохода воздуха от компрессора турбокомпрессора к впускному клапану, канал для прохода выпускных газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора, при этом он содержит многопозиционный распределитель, в одной из позиций сообщающий канал прохода выпускных газов через рециркуляционный канал с впускным клапаном, в другой позиции сообщающий канал прохода выпускных газов через рециркуляционный канал с входом в компрессор, в третьей позиции сообщающий канал прохода воздуха от компрессора с входом в компрессор и с рециркуляционным каналом. В рециркуляционном канале между каналом прохода выпускных газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора и многопозиционным распределителем установлен управляемый клапан.The solution to the problem of increasing operating efficiency and improving fuel efficiency of the engine, reducing emissions of nitrogen oxides is ensured by the fact that the internal combustion engine contains a cylinder with a piston, inlet and outlet valves, a turbocharger, a channel for air passage from the compressor of the turbocharger to the inlet valve, a channel for passage of exhaust gases from the exhaust valve to the turbine of the turbocompressor, while it contains a multi-position valve, in one of the positions communicating the passage of exhaust gases through p a recirculation channel with an inlet valve, in another position communicating the passage of exhaust gases through the recirculation channel with the compressor inlet, in a third position communicating the air passage from the compressor with the compressor inlet and with the recirculation channel. In the recirculation channel between the channel for the passage of exhaust gases from the exhaust valve to the turbine of the turbocharger and a multi-position valve, a controlled valve is installed.
При таком выполнении двигателя внутреннего сгорания, снабженного турбокомпрессором, обеспечена возможность регулирования наддува в сочетании и с внутренним, и с внешним контуром рециркуляции выпускных или отработавших газов, что расширяет возможности и повышает эффективность использования двигателя.With this embodiment of an internal combustion engine equipped with a turbocharger, it is possible to control boost in combination with both the internal and external recirculation circuits of exhaust or exhaust gases, which expands the possibilities and increases the efficiency of engine use.
Многопозиционный распределитель выполнен в виде тройникового узла, содержащего корпус круглого, эллиптического или прямоугольного сечения, соединенный с тремя патрубками такого же сечения, из которых два патрубка расположены соосно вдоль одной оси, а третий патрубок расположен под углом к указанной оси, равном 90°±40°, в корпусе распределителя расположена поворотная заслонка, в одном из своих положений сообщающая между собой все три патрубка, а в других положениях сообщающая между собой любые два несоосных патрубка.The multi-position distributor is made in the form of a tee assembly containing a body of round, elliptical or rectangular cross section, connected to three nozzles of the same cross section, of which two nozzles are located coaxially along one axis, and the third nozzle is located at an angle to the specified axis equal to 90 ° ± 40 °, a rotary damper is located in the distributor housing, in one of its positions communicating with each other all three nozzles, and in other positions communicating with each other any two misaligned nozzles.
На фигуре 1 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в первой позиции.The figure 1 shows the internal combustion engine with the location of its flaps in the first position.
На фигуре 2 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок во второй позиции.The figure 2 shows the internal combustion engine with the location of its flaps in the second position.
На фигуре 3 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в третьей позиции.The figure 3 shows the internal combustion engine with the location of its flaps in the third position.
На фигуре 4 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в четвертой позиции.The figure 4 shows the internal combustion engine with the location of its flaps in the fourth position.
На фигуре 5 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в пятой позиции.The figure 5 shows the internal combustion engine with the location of its flaps in the fifth position.
На фигуре 6 изображен многопозиционный распределитель.The figure 6 shows a multi-position valve.
Двигатель внутреннего сгорания, показанный на фигурах 1-5, содержит обычные поршни, расположенные в цилиндрах. Выпускной клапан 1, предназначенный для выпуска из цилиндра отработавших газов, соединен рециркуляционным каналом 2 с клапаном рециркуляции 3, далее через охладитель и другой участок 4 канала 2 - с многопозиционным распределителем 5, затем - через канал 6 с впускным клапаном 7 и с каналом 8 прохода воздуха из компрессора 9 турбокомпрессора 10. С другой стороны многопозиционный распределитель 5 соединен через канал 11 с входом 12 компрессора 9.The internal combustion engine shown in figures 1-5, contains conventional pistons located in the cylinders. The exhaust valve 1, designed to exhaust the exhaust gas from the cylinder, is connected by a
Сочетания положений клапана 3 и заслонки 13 распределителя 5 могут быть следующими.The combination of the positions of the
При сочетании, показанном на фигуре 1, клапан рециркуляции 3 открыт. Расположенная в распределителе 5 заслонка 13 закрывает канал 11 к входу 12 компрессора 9. Одновременно полностью открывается канал 6, соединенный с впускной трубой 14, и тем самым обеспечен доступ к впускному клапану 7.With the combination shown in figure 1, the
При сочетании, показанном на фигуре 2, клапан рециркуляции 3 открыт. Заслонка 13 в распределителе 5 закрывает канал 6. Одновременно полностью открывает канал 11 и доступ к входу 12 компрессора 9.With the combination shown in figure 2, the
При сочетании, показанном на фигуре 3, клапан рециркуляции 3 закрыт. Заслонка 13 в распределителе 5 соединяет канал 6 с выходом 8 компрессора 9 и с каналом 11, открывая доступ к входу 12 компрессора 9.With the combination shown in figure 3, the
При сочетании, показанном на фигуре 4, клапан рециркуляции 4 закрыт. Заслонка 13 перекрывает канал 6.With the combination shown in figure 4, the
При сочетании, показанном на фигуре 5, клапан рециркуляции 3 открыт. Заслонка 13 в многопозиционном распределителе 5 соединяет между собой каналы 2, 6, 11.With the combination shown in figure 5, the
Клапан рециркуляции 3 и заслонка 13 в распределителе 5 имеют электропневматические приводы, соответственно, 15 и 16, которые управляются электронным блоком управления 17 посредством электрических средств 19 и 20. Аналогичным образом осуществляют управление посредством электропневматического привода 18 впускным дросселем 21 в канале 8.The
Многопозиционный распределитель 5, содержащий заслонку 13, имеющую эллиптический или прямоугольный профиль, представляет собой тройниковый узел. Он содержит корпус 22 круглого, эллиптического или прямоугольного сечения с тремя патрубками 23, 24 и 25. Патрубки 23 и 24 расположены соосно вдоль одной оси, а третий патрубок 25 расположен поперек двух других патрубков под углом к указанной оси, равном 90°±40°. В патрубке 25 расположен рециркуляционный канал 2, в патрубке 24 расположен канал 6, сообщающий распределитель 5 с впускной трубой 14, в патрубке 23 расположен канал 11, предназначенный для прохода рециркуляционных газов на вход 12 в компрессор 9. Поворотная заслонка 13 расположена в корпусе распределителя 5 на поворотной оси 26 и имеет привод посредством рычага 27 и связанной с ним тяги. В одном из своих положений заслонка 13 сообщает между собой все три патрубка, а в других положениях сообщающая между собой любые два несоосных патрубка, а именно патрубки 23 и 25 либо патрубки 24 и 25.A
Взаимодействие клапанов в двигателе внутреннего сгорания, работающего на составах смеси, близких к стехиометрическим, осуществляют следующим образом. На большинстве режимов с нагрузками несколько ниже, чем максимальные, при снижении нагрузок клапан рециркуляции 3 приоткрывают в одном из позиционируемых положений, которое определяет уровень вращения коленчатого вала преимущественно выше средних, заслонкой 13 в распределителе 5 закрывают канал 11 и полностью открывают канал 6 для рециркулирующих газов прямо на вход во впускную трубу 14 и выпускной клапан 7 (фигура 1). В результате сокращаются выбросы оксидов азота и количество воздуха в составе горючей смеси до стехиометрического уровня соответственно снижению подачи топлива.The interaction of the valves in an internal combustion engine operating on mixtures close to stoichiometric is as follows. In most modes with loads, it is slightly lower than maximum, when the loads are reduced, the
В случае недостатка рециркуляционного перепада - разницы давлений газов в выпускном канале 4 и воздуха во впускной трубе 14, например, на средних частотах вращения вала двигателя или ниже средних, заслонкой 13 в распределителе 5 закрывают канал 6 и одновременно полностью открывают канал 11 для прохода регулирующих газов на вход 12 в компрессор 9 (фигура 2), и тогда рециркуляционный перепад возрастает на величину избыточного давления в компрессоре 9. При этом клапан рециркуляции 3 открыт. В результате эффект по сокращению выбросов оксидов азота и количества воздуха в составе горючей смеси на этом режиме более значителен, чем на первом режиме, что позволяет либо меньше открывать клапан рециркуляции 3, либо использовать этот режим при резком сокращении нагрузки.In the case of a lack of recirculation differential, the difference in gas pressures in the
При необходимости предотвращения детонации клапан рециркуляции 3 закрывают, а заслонку 13 в распределителе 5 открывают (фигура 3). При этом канал 6 соединяет выход 8 компрессора 9 каналом 11 с входом 12 компрессора 9, в который перепускают часть наддувочного воздуха. В этом случае снижается давление наддува без нагрева горючей смеси рециркулирующими газами во избежание детонации.If it is necessary to prevent detonation, the
На ряде режимов не требуется ни рециркуляция выпускных газов, ни перепуск наддувочного воздуха, например при пуске двигателя. На этих режимах клапан рециркуляции 3 закрывают. А заслонкой 13 в распределителе 5 закрывают канал 6 (фигура 4), что предотвращает перепуск наддувочного воздуха с выхода 8 компрессора 9. При этом дроссель 21 прикрывают.In a number of modes, neither exhaust gas recirculation nor charge air bypass, for example when starting the engine, is required. In these modes, the
Наконец, возможны режимы, когда требуется перепуск наддувочного воздуха для снижения нагрузки и рециркуляция выпускных газов для сокращения выбросов оксидов азота, если она возможна по условиям детонации. Тогда открывают клапан 3 и устанавливают заслонку 13 вдоль каналов 6 и 11, соединяя их с участком 4 канала 2. Давление во впускной трубе 14 получается не ниже, чем в выпускном канале 4. Потоки перепускаемого воздуха и рециркулирующих газов направляют в количествах, соответствующих разницам давлений в каналах 11 и 6, в каналах 11 и 4, в каналах 4 и 6.Finally, modes are possible where by-pass of a charge air is required to reduce the load and exhaust gas recirculation to reduce nitrogen oxide emissions, if it is possible under detonation conditions. Then open the
На всех режимах, кроме режима пуска, воздушный дроссель 21 полностью открывают при уменьшении нагрузки, поскольку требуемое сокращение количества воздуха в составе горючей смеси обеспечивается вытеснением воздуха потоками рециркулирующих газов и/или снижением давления наддува при перепуске наддувочного воздуха.In all modes, except for the start-up mode, the
Таким образом, во время управления двигателем внутреннего сгорания, снабженным турбокомпрессором 10, при частоте вращения вала двигателя выше средней величины подают выпускные газы к впускному клапану 7, при средней и меньшей частоте вращения вала двигателя подают выпускные газы на вход в компрессор 9 турбокомпрессора 10, при снижении нагрузки на двигатель подают выпускные газы и к впускному клапану 7, и на вход в компрессор 9. А при работе двигателя на режиме, при котором возможна детонация, прекращают рециркуляцию выпускных газов и направляют часть наддувочного воздуха на вход в компрессор 9.Thus, during the control of an internal combustion engine equipped with a
Позиционирование клапана 3 и заслонки 13, а также дросселя 21 отслеживают по сигналам с датчиков положения приводов 15, 16, 18 и осуществляют электронным блоком управления 17 в поле многопараметровой характеристики двигателя - карты двигателя - в зависимости от сигналов с датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузки, детонации, температуры охлаждающей жидкости, расхода воздуха, давления и температуры наддувочного воздуха.The positioning of the
В результате указанного объединения внутреннего контура рециркуляции выпускных газов с выходом на внешний контур и контур регулирования компрессора турбокомпрессора сокращаются согласно проведенным стендовым испытаниям выбросы оксидов азота, одновременно улучшается топливная экономичность благодаря устранению дроссельных потерь в воздушном дросселе, возрастает гибкость, быстродействие управления двигателем, что важно как в эксплуатации, так и при сертификации двигателя с быстропеременными режимами.As a result of this combination of the internal exhaust gas recirculation circuit with the output to the external circuit and the control circuit of the turbocompressor compressor, nitrogen oxide emissions are reduced according to bench tests, at the same time fuel efficiency is improved due to elimination of throttle losses in the air throttle, flexibility and speed of engine control are increased, which is important as in operation, and during certification of an engine with rapidly changing modes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013149588/06A RU2543925C1 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013149588/06A RU2543925C1 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2543925C1 true RU2543925C1 (en) | 2015-03-10 |
Family
ID=53290351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013149588/06A RU2543925C1 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2543925C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159340C1 (en) * | 1999-07-07 | 2000-11-20 | Южно-Уральский государственный университет | Device for bypass control of turbine and recirculation of exhaust gases in turbocharged diesel engine |
EP1420159A2 (en) * | 2002-11-15 | 2004-05-19 | Isuzu Motors Limited | EGR system for internal combustion engine provided with a turbo-charger |
US7444804B2 (en) * | 2004-07-09 | 2008-11-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine |
RU112280U1 (en) * | 2011-05-24 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет ГОУ ВПО "ЧГПУ" (ППИ) | SYSTEM OF MANAGEMENT OF WORK OF THE TRANSPORT DIESEL WITH GAS-TURBINE PRESSURE |
-
2013
- 2013-11-07 RU RU2013149588/06A patent/RU2543925C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2159340C1 (en) * | 1999-07-07 | 2000-11-20 | Южно-Уральский государственный университет | Device for bypass control of turbine and recirculation of exhaust gases in turbocharged diesel engine |
EP1420159A2 (en) * | 2002-11-15 | 2004-05-19 | Isuzu Motors Limited | EGR system for internal combustion engine provided with a turbo-charger |
US7444804B2 (en) * | 2004-07-09 | 2008-11-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine |
RU112280U1 (en) * | 2011-05-24 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет ГОУ ВПО "ЧГПУ" (ППИ) | SYSTEM OF MANAGEMENT OF WORK OF THE TRANSPORT DIESEL WITH GAS-TURBINE PRESSURE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8056340B2 (en) | EGR mixer for high-boost engine systems | |
US7500475B2 (en) | Engine and method for operating an engine | |
US9869258B2 (en) | EGR for a two-stroke cycle engine without a supercharger | |
US10094337B2 (en) | Dual path cooled exhaust gas recirculation for turbocharged gasoline engines | |
CN101939529B (en) | Controlling exhaust gas flow divided between turbocharging and exhaust gas recirculating | |
US20070028901A1 (en) | Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine having superchargers | |
US8297054B2 (en) | Exhaust system having turbo-assisted high-pressure EGR | |
US9206752B2 (en) | Air handling system for an opposed-piston engine in which a supercharger provides boost during engine startup and drives EGR during normal engine operation | |
US20070074513A1 (en) | Turbo charging in a variable displacement engine | |
US9121338B1 (en) | Two-stage turbocharger system for internal combustion engines featuring cylinder deactivation | |
WO2007136142A1 (en) | Exhaust gas recirculation system of internal combustion engine | |
US10704476B2 (en) | Device and method for controlling the injection of air and exhaust gas at the intake of a supercharged internal-combustion engine | |
US20190178173A1 (en) | Device and method for controlling the combined injection of air and exhaust gasses at the intake of a supercharged internal-combustion engine | |
WO2017100097A1 (en) | Air handling in a heavy-duty opposed-piston engine | |
KR20160137388A (en) | Internal combustion engine | |
US8938962B2 (en) | Exhaust system | |
US20130309106A1 (en) | Turbocharger | |
RU2537660C1 (en) | Method of ice adjustment | |
US20070089412A1 (en) | Method for controlling an exhaust gas recirculation system | |
CN109595085B (en) | Control device for internal combustion engine | |
RU2543925C1 (en) | Internal combustion engine | |
JP2010223077A (en) | Internal combustion engine | |
GB2535995A (en) | A geared valve system | |
WO2014010355A1 (en) | Control device and control method for internal combustion engine | |
JP2005054778A (en) | Exhaust gas recirculation device for multiple cylinder supercharged engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151108 |