RU2691237C1 - Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging - Google Patents

Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging Download PDF

Info

Publication number
RU2691237C1
RU2691237C1 RU2018130811A RU2018130811A RU2691237C1 RU 2691237 C1 RU2691237 C1 RU 2691237C1 RU 2018130811 A RU2018130811 A RU 2018130811A RU 2018130811 A RU2018130811 A RU 2018130811A RU 2691237 C1 RU2691237 C1 RU 2691237C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
recirculation
exhaust gas
exhaust
gas
engine
Prior art date
Application number
RU2018130811A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Константинович Ванин
Денис Владимирович Свирин
Алексей Станиславович Теренченко
Константин Оттович Азаров
Владислав Анатольевич Лукшо
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ")
Priority to RU2018130811A priority Critical patent/RU2691237C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2691237C1 publication Critical patent/RU2691237C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F02M26/10—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine having means to increase the pressure difference between the exhaust and intake system, e.g. venturis, variable geometry turbines, check valves using pressure pulsations or throttles in the air intake or exhaust system

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: invention can be used in internal combustion engines equipped with exhaust gas (EG) recirculation systems. Double-circuit gas recirculation system of internal combustion engine with gas-turbine supercharging includes pipelines connected with gas ICE and ICE exhaust gases control devices and air supplied to engine, electronic control unit (1) with gas exchange control devices, turbo compressor (2), exhaust gas processing unit (3) and two exhaust gas recirculation circuits (5, 6). Exhaust gas treatment unit is located in exhaust path (4) after the turbo-compressor. Two EG recirculation circuits are communicated with recirculating gas cooling heat exchanger (7). System is equipped with gas exchange control devices in the form of three multi-position (8, 9 and 10) and two two-position (11, 12) dampers. Two multi-position dampers (8, 9) are arranged on the outlet path, and third (10) is arranged in the main recirculation channel (16). Input (13) of primary circuit (5) of exhaust gas recirculation is located after the exhaust gas processing unit to the second multi-position dampers (9). Output (15) of primary circuit of recirculation of exhaust gases is communicated with main recirculation channel with possibility of control by the first two-position damper (11). Inlet (17) of secondary circuit (6) of the EGR is located after turbine (14) of the turbo-compressor to the first multi-position damper (8) and to the EG processing unit. Output (18) of secondary circuit of recirculation of exhaust gases is interconnected with main recirculation channel with possibility of its control by the second two-position damper (12). Main recirculation channel is communicated with inlet path (19) with possibility of control of the third multi-position damper (10).EFFECT: technical result consists in reduction of emissions of nitrogen oxides, hydrocarbons, suspended particles and improvement of fuel efficiency by enlarging capabilities of range of use of recirculation of exhaust gas by external circuit in all operating modes of engine.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности системе рециркуляции части отработавших газов (ОГ) по двухконтурной схеме, которая используется в соответствии с предполагаемым изобретением, а также к системе регулирования рециркуляции дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с газотурбинным наддувом, где рециркулирующие газы отводятся из выпускной системы (ДВС) транспортного средства через двухконтурную систему рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом во впускной патрубок турбокомпрессора.The invention relates to engine construction, in particular, the exhaust gas part (Exhaust gas) recirculation system according to a two-circuit scheme, which is used in accordance with the proposed invention, as well as to a gas turbine supercharged diesel engine recirculation control system, where the recirculated gases are discharged from the exhaust system (ICE) of a vehicle through a dual-circuit exhaust gas recirculation system (EG) of a gas turbine supercharged internal combustion engine in the intake manifold turbocharger cuts.

Турбонаддув является основным средством увеличения крутящего момента и мощности двигателя внутреннего сгорания. Рециркуляция выхлопных газов является распространенным средством для повышения качества отработавших газов, т.е. снижения содержания оксидов азота и других вредных веществ в отработавших газах. При комбинировании рециркуляции отработавших газов по внешнему контуру, т.е. при направлении некоторой части выпускных газов из выпускного коллектора двигателя во впускной коллектор двигателя с турбонаддувом, необходимо увеличивать давление выпускных газов, рециркулирующих во впускной коллектор, до уровня давления, который, по меньшей мере, является таким же, как уровень давления наддувочного воздуха во впускном коллекторе.Turbocharging is the primary means of increasing the torque and power of an internal combustion engine. Exhaust gas recirculation is a common means for improving the quality of exhaust gases, i.e. reducing the content of nitrogen oxides and other harmful substances in the exhaust gases. When combining exhaust gas recirculation along an external circuit, i.e. when directing some of the exhaust gases from the engine exhaust manifold to the engine intake manifold with a turbocharger, it is necessary to increase the pressure of the exhaust gases recirculated to the intake manifold to a pressure level that is at least the same as the charge air pressure in the intake manifold .

В обычных системах, реализующих регулирование заданных параметров содержания оксидов азота в дизельном двигателе, осуществляют рециркуляцию части отработавших газов из выпускной системы транспортного средства на вход компрессора турбокомпрессора и регулируют подачу свежего воздуха и рециркулирующих отработавших газов в дизельный двигатель посредством конструкции двухконтурной системы рециркуляции отработавших газов, работа которой регулируется согласованной работой двухпозиционных и многопозиционных заслонок, управляемых электронным блоком управления.In conventional systems that regulate the specified parameters of nitrogen oxides in a diesel engine, part of the exhaust gases are recirculated from the vehicle exhaust system to the compressor inlet of the turbocharger and regulate the flow of fresh air and recirculated exhaust gases to the diesel engine through the design of a double-circuit exhaust gas recirculation system, operation which is regulated by the coordinated work of two-position and multi-position dampers controlled by ktronnym control unit.

Для того чтобы уменьшить содержание выбросов вредных веществ отработавших газов, в особенности, оксидов азота (NOx), системы рециркуляции отработавших газов используются в течение многих лет во многих типах двигателей внутреннего сгорания. Такие системы дают возможность осуществить рециркуляцию части отработавших газов в систему впуска двигателя, где они смешиваются со впускаемым воздухом и подаются далее в камеру сгорания двигателя. Рециркулирующие отработавшие газы замещают часть впускаемого воздуха и снижают содержание NOx в отработавших газах автомобиля.In order to reduce the content of emissions of harmful substances from exhaust gases, especially nitrogen oxides (NO x ), exhaust gas recirculation systems have been used for many years in many types of internal combustion engines. Such systems make it possible to recirculate part of the exhaust gases into the engine intake system, where they mix with the intake air and are fed further into the engine's combustion chamber. Recirculating exhaust gases replace part of the intake air and reduce the content of NO x in the exhaust gases of the car.

В управляющее устройство подают информацию с датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя и датчика нагрузки двигателя для того, чтобы регулировать соотношение воздух/топливо в двигателе внутреннего сгорания.Information is fed to the control device from the engine crankshaft speed sensor and the engine load sensor in order to adjust the air / fuel ratio in the internal combustion engine.

Известна система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, представленная в патенте США US 7979196 В2, заявитель CATERPILLAR INC, опубл. 12.07.2011 г.„ где рециркуляцию отработавших газов осуществляют по внешнему контуру, с отбором рециркулирующих газов после сажевого фильтра и системы обработки отработавших газов, подвод рециркулирующих газов осуществляется через теплообменник на вход компрессора турбокомпрессора. Такая одноконтурная схема сужает возможности и понижает эффективность использования системы двигателя из-за недостаточности рециркуляционных перепадов и высоких температур газов при рециркуляции газов по рециркуляционному контуру. Одноконтурная система эффективна только на режиме полной нагрузки, когда велик рециркуляционный перепад давлений на режимах высоких нагрузок и частот вращения. При режимах работы двигателя на малой нагрузке и на малых частотах вращения, из-за недостаточности рециркуляционных перепадов и высоких температур рециркулирующих газов, особенно в газовых двигателях, эффективность работы системы рециркуляции отработавших газов крайне низка.Known exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine, presented in US patent US 7979196 B2, applicant CATERPILLAR INC, publ. 12.07.2011, where exhaust gas is recirculated through an external circuit, with recirculating gases taken from the diesel particulate filter and the exhaust gas treatment system, recirculating gases are supplied through a heat exchanger to the inlet of the turbocharger compressor. Such a single-circuit scheme reduces the possibilities and lowers the efficiency of the use of the engine system due to the insufficiency of recirculation drops and high gas temperatures when recirculating gases along the recirculation circuit. The single-circuit system is effective only at full load, when the recirculation pressure drop is high at high loads and speeds. When the engine is operating at low load and at low speeds, due to insufficient recirculation drops and high temperatures of recirculating gases, especially in gas engines, the efficiency of the exhaust gas recirculation system is extremely low.

Аналогом представленного технического решения системы рециркуляции отработавших газов двигателя является патент США № US 6899090 В2, заявители ARNOLD STEVEN DON, HONEYWELL INTERNATIONAL, INC, опубл. 31.05.2005 г., где рециркуляцию отработавших газов осуществляют по внешнему контуру, с отбором рециркулирующих газов после сажевого фильтра и других компонентов системы последующей обработки отработавших газов. Такая схема сужает возможности и понижает эффективность использования системы двигателя из-за недостаточности рециркуляционных перепадов на режимах низких и средних нагрузок и частот вращения. Одноконтурная система эффективна только на режимах полной нагрузки и высоких частот вращения двигателя, когда велик рециркуляционный перепад давлений. На других режимах работы двигателя система рециркуляции отработавших газов, представленная в данном патенте, малоэффективна.The analogue of the presented technical solution of the engine exhaust gas recirculation system is US patent number US6899090 B2, applicants ARNOLD STEVEN DON, HONEYWELL INTERNATIONAL, INC., Publ. 05/31/2005, where exhaust gas is recirculated through an external circuit, with recirculating gases taken after the diesel particulate filter and other components of the exhaust after-treatment system. Such a scheme reduces the possibilities and lowers the efficiency of use of the engine system due to the insufficiency of recirculation drops in low and medium load modes and rotational frequencies. The single-circuit system is effective only at full load and high engine speeds when the recirculation pressure drop is high. In other engine operating modes, the exhaust gas recirculation system presented in this patent is ineffective.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с двумя контурами рециркуляции газов, представленный в патенте США № US 9624874 В2, заявитель DOOSAN INFRACORE CO., LTD опубл. 18.04.2017 г., где рециркуляцию отработавших газов осуществляют по внешнему контуру, но с отбором рециркулирующих газов после выхода турбины турбокомпрессора и до системы последующей обработки отработавших газов. При работе двигателя на частичных нагрузках (низкие частоты вращения и малые и средние нагрузки) эффективность системы рециркуляции крайне низка из-за ограниченного расхода наддувочного воздуха. Внутренний межколлекторный канал системы рециркуляции выпускных газов с собственным теплообменником охлаждения используется на режимах низких частотах вращения и малых и средних нагрузок, когда нагнетание воздуха во впускной коллектор двигателя с помощью турбокомпрессора незначительно.Closest to the invention to the technical essence and the achieved result is the exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine with two gas recirculation circuits, presented in US patent No. US 9624874 B2, the applicant DOOSAN INFRACORE CO., LTD publ. 04/18/2017, where the exhaust gas recirculation is carried out on the external circuit, but with the selection of recirculating gases after the turbine compressor output and to the exhaust gas after-treatment system. When the engine operates at partial loads (low speeds and low and medium loads), the efficiency of the recirculation system is extremely low due to the limited charge air consumption. The internal intercollector channel of the exhaust gas recirculation system with its own cooling heat exchanger is used at low speeds and low and medium loads, when air is forced into the engine intake manifold using a turbocharger slightly.

Высоконагруженные ДВС транспортных средств ТС, использующие природный газ в виде топлива работают на всех эксплуатационных режимах при значениях коэффициента избытка воздуха в 1,5…5 раз меньших по сравнению с таковыми у дизельных двигателей. В результате температура отработавших газов у первых на 150°…300 выше, чем у вторых. В изобретении, принятым за прототип, схема прохождения рециркулирующих газов, состоящая из внешнего и внутреннего межколлекторного контуров прохождения рециркулирующих газов с собственными средствами их охлаждения на каждом из контуров и общей системой охлаждения для основного рециркуляционного канала, описанная в прототипе, бессмысленна в случае применения высоконагруженных ТС, т.к. эффективность работы внутреннего межколлекторного контура близка к нулю из-за низкого рециркуляционного перепада, а внешний контур рециркуляции выполняет функцию подачи охлажденных выпускных газов во впускной коллектор двигателя только на режимах полной нагрузки и высоких оборотов двигателя, что является причиной невозможности эффективной работы системы на всех режимах работы двигателя.High-charged internal combustion engines of vehicles of the CU, using natural gas as fuel, operate under all operating conditions with the values of the coefficient of excess air 1.5 ... 5 times smaller compared with those of diesel engines. As a result, the exhaust temperature of the first by 150 ° ... 300 higher than that of the second. In the invention, adopted for the prototype, the scheme of passage of recirculating gases, consisting of external and internal intercollector circuits of passage of recirculating gases with their own means of cooling on each of the circuits and the general cooling system for the main recirculation channel, described in the prototype, is meaningless in the case of high-loaded vehicles because the efficiency of the internal intercollector circuit is close to zero due to a low recirculation differential, and the external recirculation circuit performs the function of supplying cooled exhaust gases to the engine intake manifold only at full load and high engine speeds, which makes it impossible for the system to work effectively in all operating modes engine

Система двигателя внутреннего сгорания с выпускной системой транспортного средства и рециркуляцией по контуру образуют систему рециркуляции двигателя. Система рециркуляции отработавших газов по внешнему контуру, возвращает часть отработавших газов в цилиндры дизельного двигателя внутреннего сгорания. Увеличение доли трехатомных газов (СО2, Н2О) повышает теплоемкость заряда, что приводит к снижению температуры сгорания и снижению количества оксидов азота NOx в отработавших газах.An internal combustion engine system with a vehicle exhaust system and loop recirculation form an engine recirculation system. The exhaust gas recirculation system on the external circuit returns part of the exhaust gases to the cylinders of a diesel internal combustion engine. An increase in the share of triatomic gases (CO 2 , H 2 O) increases the charge heat capacity, which leads to a decrease in the combustion temperature and a decrease in the amount of nitrogen oxides NO x in the exhaust gases.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение эффективной работы системы рециркуляции отработавших газов на всех режимах работы двигателя, при этом достигаются следующие технические результаты: сокращение выбросов оксидов азота, углеводородов, взвешенных частиц и улучшение топливной экономичности путем расширения возможностей диапазона использования рециркуляции отработавших газов по внешнему контуру на всех режимах работы двигателя, при этом повышается эффективность работы системы двигателя, ее компактность, долговечность теплообменника рециркулирующих газов.The objective of the proposed invention is to increase the efficient operation of the exhaust gas recirculation system in all engine operating modes, while achieving the following technical results: reducing emissions of nitrogen oxides, hydrocarbons, suspended particles and improving fuel efficiency by expanding the capabilities of the range of use of exhaust gas recirculation around the outside operating modes of the engine, this increases the efficiency of the engine system, its compactness, durability awn exchanger recirculated gases.

Указанная техническая задача решается тем, что двухконтурная система рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, содержит связанные трубопроводами средства регулирования газообмена отработавших газов ДВС и поступающего в двигатель воздуха, электронный блок управления средствами регулирования газообмена, турбокомпрессор, блок обработки ОГ, расположенный в выпускном тракте после турбокомпрессора, и два контура рециркуляции отработавших газов, сообщенные с теплообменником охлаждения рециркулирующих газов, причем система снабжена средствами регулирования газообмена в виде, по меньшей мере, трех многопозиционных и двух двухпозиционных заслонок, две многопозиционных заслонки размещены на выпускном тракте, а третья - в основном рециркуляционном канале, вход первичного контура рециркуляции ОГ расположен после блока обработки ОГ, до второй многопозиционной заслонки, а выход первичного контура рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом с возможностью регулирования первой двухпозиционной заслонкой, вход вторичного контура рециркуляции ОГ расположен после турбины турбокомпрессора до первой многопозиционной заслонки и до блока обработки ОГ, а выход вторичного контура рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом с возможностью регулирования его второй двухпозиционной заслонкой, причем основной рециркуляционный канал сообщен с впускным трактом с возможностью регулирования третьей многопозиционной заслонкой.This technical problem is solved by the fact that a dual-circuit exhaust gas recirculation system (EG) of a gas turbine supercharged internal combustion engine contains pipeline-controlled means for controlling gas exchange of exhaust gases of the internal combustion engine and air entering the engine, an electronic control unit for gas exchange control means, a turbo compressor, an exhaust gas processing unit, located in the exhaust pipe after the turbocharger, and two exhaust gas recirculation circuits communicated with a cooling exchanger recirculating gases, and the system is equipped with means for regulating gas exchange in the form of at least three multi-position and two two-position dampers, two multi-position dampers are located on the exhaust path, and the third is mainly the recirculation channel, the primary exhaust gas recirculation loop is located after the exhaust gas treatment unit, to the second multi-position valve, and the output of the primary exhaust gas recirculation circuit is communicated with the main recirculation channel with the possibility of controlling the first two-position valve, in The secondary exhaust gas recirculation loop is located after the turbine of the turbocompressor before the first multi-position valve and to the exhaust gas treatment unit, and the secondary exhaust gas recirculation circuit output is connected to the main recirculation channel with the ability to control its second two-position valve, the main recirculation channel is connected to the intake tract with third adjustable multi-position damper.

Технический результат достигается в результате создания двухконтурной многорежимной системы рециркуляции отработавших газов по каждому контуру, путем совмещения участков контуров рециркуляции для обеспечения возможности прохождения рециркулирующих газов через общий для всех контуров рециркуляции теплообменник охлаждения рециркулирующих газов.The technical result is achieved as a result of creating a dual-circuit multi-mode exhaust gas recirculation system for each circuit, by combining sections of the recirculation circuits to ensure that recirculating gases can pass through the heat exchanger for recirculating gases common to all recirculation circuits.

При неработающем двигателе или пуске газового двигателя на режимах холостого хода оба контура рециркуляции газов блокируются, все двухпозиционные и третья многопозиционная заслонки закрыты.When the engine is not running or the gas engine is started at idle, both gas recirculation circuits are blocked, all two-position and third multi-position dampers are closed.

На режимах малых и средних нагрузок при малых и средних частотах вращения газового и дизельного двигателей работает второй малый контур рециркуляции газов с отбором рециркулирующих газов до блока обработки ОГ системы очистки отработавших газов. Рециркулирующие газы на этих режимах при повышенных, относительно первого контура, рециркуляционных перепадах, поступают с выхода турбины через второй малый контур рециркуляции газов на вход компрессора и далее в ДВС. Повышенные перепады давления рециркулирующих газов достигаются путем соответствующего промежуточного положения многопоозиционных заслонок, которое задается с помощью сигнала, поступающего с электронного блока управления.At low and medium loads at low and medium frequencies of rotation of the gas and diesel engines, a second small gas recirculation circuit operates with the selection of recirculating gases to the exhaust gas treatment unit of the exhaust gas cleaning system. Recirculating gases in these modes at elevated, relative to the first circuit, recirculation drops come from the turbine outlet through the second small gas recirculation loop to the compressor inlet and further to the internal combustion engine. Increased pressure drops of recirculating gases are achieved by a corresponding intermediate position of the multi-position dampers, which is set using a signal from the electronic control unit.

На режимах высоких нагрузок при высоких частотах вращения дизельного и газового двигателей, т.е. при высоких расходах воздуха, работает первый, большой контур рециркуляции газов, что позволяет обеспечивать подачу достаточного объема рециркуляционных газов с высокой эффективностью при большом расходе топливо-воздушной смеси.При этом с выхода блока обработки ОГ системы последующей обработки рециркулирующих отработавших газов отбираются полностью очищенные рециркулирующие газы, что позволяет достичь дополнительного технического результата, который заключается в том, что продлевается срок службы и эффективной работы общего для двух контуров теплообменника охлаждения рециркулирующих газов, расположенного на основном рециркуляционном канале.At high loads at high speeds of diesel and gas engines, i.e. At high air flow rates, the first large gas recirculation circuit works, which allows for supplying a sufficient volume of recirculation gases with high efficiency with a high flow rate of the fuel-air mixture. At the same time, completely purified recirculated gases are taken from the output of the exhaust gas treatment unit of the post-treatment system. , which allows to achieve an additional technical result, which lies in the fact that extends the service life and efficient operation of the total for Vuh contours of the heat exchanger cooling recirculating gases, located on the main recirculation channel.

Описание поясняется чертежами.The description is illustrated by drawings.

На фигуре 1 показана система двигателя с расположением ее заслонок в первой позиции.The figure 1 shows the engine system with the location of its valves in the first position.

На фигуре 2 показана система двигателя с расположением ее заслонок во второй позиции.The figure 2 shows the engine system with the location of its valves in the second position.

На фигуре 3 показана система двигателя с расположением ее заслонок в третьей позиции.The figure 3 shows the engine system with the location of its valves in the third position.

На фигуре 4 показаны схематически электрические связи устройств управления, задающих режим работы электронного блока управления и всех заслонок.The figure 4 shows schematically the electrical connection of the control devices that set the mode of operation of the electronic control unit and all valves.

Двухконтурная система рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом содержит связанные трубопроводами средства регулирования газообмена отработавших газов ДВС и поступающего в двигатель воздуха, электронный блок 1 управления средствами регулирования газообмена, турбокомпрессор 2, блок 3 обработки ОГ, расположенный в выпускном тракте 4 после турбокомпрессора 2, и два контура рециркуляции отработавших газов, первичный контур 5 рециркуляции отработавших газов и вторичный контур 6 рециркуляции отработавших газов, сообщенные с теплообменником 7 охлаждения рециркулирующих газов.The two-circuit exhaust gas recirculation system (exhaust gas) of a gas turbine supercharged internal combustion engine contains pipeline-connected means for controlling the gas exchange of exhaust gases of the internal combustion engine and air entering the engine, the electronic unit 1 for controlling the gas exchange control means, the turbocharger 2, the exhaust gas treatment unit 3 located in the exhaust duct 4 after the turbocharger 2, and two exhaust gas recirculation circuits, primary exhaust gas recirculation circuit 5 and secondary circuit 6 recirculation and exhaust gases communicated with the heat exchanger 7 cooling recirculating gases.

Причем система снабжена средствами регулирования газообмена в виде, по меньшей мере, трех многопозиционных 8, 9 и 10 и двух 11 и 12 двухпозиционных заслонок, две многопозиционных заслонки первая 8 и вторая 9 размещены на выпускном тракте 4, а третья 10 в основном рециркуляционном канале 16. Вход 13 первичного контура 5 рециркуляции ОГ расположен после турбины 14 турбокомпрессора 2 и после блока 3 обработки ОГ, до второй многопозиционной заслонки 9, а выход 15 первичного контура 5 рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом 16 с возможностью регулирования его первой двухпозиционной заслонкой 11, вход 17 вторичного контура 6 рециркуляции ОГ расположен после турбины 14 турбокомпрессора 2 до первой многопозиционной заслонки 8 и до блока 3 обработки ОГ, а выход 18 вторичного контура 6 рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом 16 с возможностью регулирования второй двухпозиционной заслонкой 12 причем основной рециркуляционный канал сообщен с впускным трактом 19 с возможностью регулирования третьей многопозиционной заслонкой 10.Moreover, the system is equipped with means of regulating gas exchange in the form of at least three multi-position 8, 9 and 10 and two 11 and 12 two-position dampers, two multi-position dampers, the first 8 and second 9 are placed on the exhaust path 4, and the third 10 mainly recirculation channel 16 The inlet 13 of the primary exhaust gas recirculation loop 5 is located after the turbine 14 of the turbocharger 2 and after the exhaust gas treatment unit 3, before the second multiple flap 9, and the outlet 15 of the primary exhaust gas recirculation loop 5 is connected to the main recirculation channel 16 Regulating it with the first two-way valve 11, the inlet 17 of the secondary exhaust gas recirculation loop 6 is located after the turbine 14 of the turbocharger 2 before the first multi-position damper 8 and before the exhaust gas treatment unit 3, and the output 18 of the secondary exhaust gas recirculation loop 6 communicates with the main recirculation channel 16 with controllability the second two-way valve 12 and the main recirculation channel is connected with the intake tract 19 with the possibility of regulating the third multi-position valve 10.

Взаимодействие и порядок работы заслонок в системе рециркуляции отработавших газов двигателя осуществляется следующим образом.The interaction and the order of operation of the dampers in the engine exhaust gas recirculation system is as follows.

Следует отметить, что работа всех заслонок на всех режимах регулируется электронным блоком 1 управления и зависимость положения многопозиционных заслонок, обеспечивающих оптимальную подачу ОГ на рециркуляцию не является предметом защиты в данном предложении и не входит в объем данной заявки, а представляется как ноу-хау и предмет другой заявки на способ контроля и работы двухконтурной системы рециркуляции отработавших газов.It should be noted that the operation of all dampers in all modes is governed by the electronic control unit 1 and the dependence of the position of multi-position dampers ensuring optimal exhaust gas for recycling is not a subject of protection in this proposal and is not included in the scope of this application, but is presented as a know-how and subject another application for the method of control and operation of a dual-circuit exhaust gas recirculation system.

Газовый ДВС может иметь во впускном тракте четвертую многопозиционную заслонку для регулирования поступающего воздуха.A gas engine may have a fourth multi-position damper in the intake path to regulate the incoming air.

На ряде режимов, например, при неработающем двигателе или при пуске газового двигателя оба контура рециркуляции газов блокируются, для этого многопозиционная заслонка 10, двухпозиционные заслонки 11 и 12 становятся положение закрыто (см. Фиг. 1). Первая 8 и вторая 9 многопозиционные заслонки, установленные в системе для создания усиленных перепадов давления для рециркуляции, либо полностью обе открыты, либо заслонка 8 или 9, позиционируется в промежуточном положении в зависимости от условий пуска (Фиг. 1).On a number of modes, for example, when the engine is not running or when starting the gas engine, both gas recirculation circuits are blocked; for this purpose, the multi-position valve 10, the two-position valves 11 and 12 become closed (see Fig. 1). The first 8 and second 9 multi-position dampers, installed in the system to create enhanced pressure drops for recirculation, are either fully open or the shutter 8 or 9 is positioned in an intermediate position depending on the start conditions (Fig. 1).

На режимах пуска и прогрева газового или дизельного двигателей первая двухпозиционная заслонка 11 полностью закрыта, а вторая двухпозиционная заслонка 12 и вторая многопозиционная заслонка 9 полностью открыты. Соответственно многопозиционные заслонки первая 8 и третья 10 находятся в одном из средних позиционируемых положений в зависимости от условий пуска и прогрева двигателя (Фиг. 2).In the starting and heating modes of a gas or diesel engine, the first two-position valve 11 is fully closed, and the second two-position valve 12 and the second multi-position valve 9 are fully open. Accordingly, the multi-position dampers of the first 8 and third 10 are in one of the middle positionable positions depending on the conditions of the engine start and warm-up (Fig. 2).

На режимах малых и средних нагрузок при малых и средних частотах вращения газового или дизельного двигателей работает вторичный малый контур 6 рециркуляции газов (Фиг. 2). Вторая двухпозиционная заслонка 12 и вторая многопозиционная заслонка 9 полностью открыты, а первая двухпозиционная заслонка 11 полностью закрыта. Многопозиционные заслонки третья 10 и первая 8 для усиления рециркуляционного перепада находятся в одном из необходимых средних позиционируемых положений. При этом рециркулирующие газы с повышенным содержанием углеводородов на этих режимах поступают с выхода турбины 14 на вход компрессора 20 через вторую двухпозиционную заслонку 12, основной рециркуляционный канал 16, третью многопозиционную заслонку 10, теплообменник охлаждения 7 рециркулирующих газов во впускной тракт 19 при повышенных относительно первичного контура 5 рециркуляционных перепадах и снижении выбросов оксидов азота.On the modes of small and medium loads at low and medium frequencies of rotation of the gas or diesel engines, a secondary small circuit 6 of gas recirculation operates (Fig. 2). The second two-position valve 12 and the second multi-position valve 9 are fully open, and the first two-position valve 11 is fully closed. The multi-position dampers of the third 10 and first 8 to enhance the recirculation differential are in one of the necessary middle positionable positions. When this recirculating gases with a high content of hydrocarbons in these modes come from the output of the turbine 14 to the input of the compressor 20 through the second two-position valve 12, the main recirculation channel 16, the third multi-position valve 10, the heat exchanger cooling 7 recirculating gases in the intake tract 19 with elevated relative to the primary circuit 5 recirculation drops and reduction of nitrogen oxides.

На режимах высоких нагрузок при высоких частотах вращения газового или дизельного двигателей, т.е. при высоких расходах воздуха работает первый, большой контур 6 рециркуляции газов (фигура 3). Первая двухпозиционная заслонка 11 и первая многопозиционная заслонка 8 полностью открыты, при этом вторая двухпозиционная заслонка 12 полностью закрыта. Третья многопозиционная заслонка 10 и вторая многопозиционная 9 находятся в одном из позиционируемых положений в зависимости от условий работы двигателя. При этом со входа 13 первичного контура 5 рециркуляции ОГ после блока 3 обработки ОГ системы последующей обработки отработавших газов отбираются полностью очищенные рециркулирующие газы, что продлевает срок службы эффективной работы теплообменника 7 охлаждения рециркулирующих газов.At high loads at high speeds of gas or diesel engines, i.e. At high air flow rates, the first large gas recirculation loop 6 operates (Figure 3). The first two-position valve 11 and the first multi-position valve 8 are fully open, while the second two-position valve 12 is fully closed. The third multi-position damper 10 and the second multi-position 9 are in one of the positioned positions depending on the engine operating conditions. At the same time, completely purified recirculated gases are taken from the inlet 13 of the primary exhaust gas recirculation loop 5 after the exhaust gas treatment unit 3 of the after-treatment system, which prolongs the effective service life of the heat exchanger 7 of the recirculating gas cooling.

Позиционирование всех заслонок отслеживают по сигналам с датчиков положения их электропневматических приводов и осуществляют электронным блоком управления 1, в зависимости от сигналов с датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузки, детонации, температуры охлаждающей жидкости, расхода воздуха, давления и температуры наддувочного воздуха, которые широко известны и обычно входят в современную комплектацию двигателя, а на чертежах условно не показаны.The positioning of all dampers is monitored by signals from the position sensors of their electropneumatic actuators and carried out by the electronic control unit 1, depending on the signals from the crankshaft speed sensors of the engine, load, detonation, coolant temperature, air flow, pressure and charge air temperature, which are widely known and usually included in the modern engine equipment, and the drawings are conventionally not shown.

Таким образом, создание двухконтурной системы рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, которая содержит связанные трубопроводами средства регулирования газообмена отработавших газов ДВС и поступающего в двигатель воздуха, электронный блок управления средствами регулирования газообмена, турбокомпрессор, блок обработки ОГ, расположенный в выпускном тракте после турбокомпрессора, и два контура рециркуляции отработавших газов, сообщенные с теплообменником охлаждения рециркулирующих газов, причем система снабжена средствами регулирования газообмена в виде, по меньшей мере, трех многопозиционных и двух двухпозиционных заслонок, две многопозиционных заслонки размещены в выпускном тракте, а третья - в основном рециркуляционном канале, вход первичного контура рециркуляции ОГ расположен после блока обработки ОГ, до второй многопозиционной заслонки, а выход первичного контура рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом с возможностью регулирования первой двухпозиционной заслонкой, вход вторичного контура рециркуляции ОГ расположен после турбины турбокомпрессора до первой многопозиционной заслонки и до блока обработки ОГ, а выход вторичного контура рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом с возможностью регулирования его второй двухпозиционной заслонкой, причем основной рециркуляционный канал сообщен с впускным трактом с возможностью регулирования третьей многопозиционной заслонкой, позволяет достичь новых технических результатов, описанных ниже.Thus, the creation of a two-circuit exhaust gas recirculation system (EG) of an internal combustion engine with gas turbine supercharging, which contains piping-related means for controlling gas exchange of exhaust gases of the internal combustion engine and air entering the engine, an electronic control unit for means for regulating gas exchange, a turbocharger, an exhaust gas treatment unit located in exhaust manifold after the turbocharger, and two exhaust gas recirculation circuits communicating with the cooling exchanger recirculating their gases, and the system is equipped with means for regulating gas exchange in the form of at least three multi-position and two two-position dampers, two multi-position dampers are located in the exhaust path, and the third is mainly the recirculation channel, the input of the primary exhaust gas recirculation loop is located after the exhaust gas treatment unit, to the second multi-position damper, and the output of the primary exhaust gas recirculation circuit is communicated with the main recirculation channel with the ability to control the first two-position damper, the secondary input to The exhaust gas recirculation circuit is located downstream of the turbocompressor turbine up to the first multi-position valve and to the exhaust gas treatment unit, and the output of the secondary exhaust gas recirculation circuit is connected to the main recirculation channel with adjustable second bi-directional valve, the main recirculation channel is connected to the inlet tract with adjustable third multi-position valve , allows to achieve new technical results described below.

Снабжение двухконтурной системы рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом многопозиционной заслонкой, распложенной в одном первичном рециркуляционном канале перед двухпозиционной заслонкой и после блока обработки ОГ основной системы последующей обработки ОГ, и - двухпозиционной заслонкой в другом вторичном рециркуляционном канале, двумя многопозиционными заслонками - усилителями рециркуляционных перепадов до необходимых оптимальных пределов в обоих контурах рециркуляции после каждого места отбора рециркулирующих газов, обеспечивает повышение эффективности использования энергии рециркулирующих газов в каждом из двух контуров рециркуляции, а совмещение участков контуров рециркуляции при прохождении рециркулирующих газов через общий для всех контуров рециркуляции теплообменник охлаждения рециркулирующих газов, обеспечивает их эффективное охлаждение, повышающее массовое наполнение рабочих объемов, что позволяет повысить эффективность системы рециркуляции на всех режимах работы и компактность взаимного расположения частей системы рециркуляции.Purchasing dual-EGR (exhaust gas) of the internal combustion engine turbocharged multiposition valve, bred in a primary recirculation channel before on-off valve and after the exhaust gas processing unit main system subsequent exhaust gas processing, and - on-off valve in the other secondary recirculation passage, two multiposition dampers - amplifiers recirculation drops to the required optimal limits in both recirculation circuits after to Each place of recirculating gases, provides increased energy efficiency of recirculating gases in each of the two recirculation circuits, and combining sections of recirculation circuits when recirculating gases pass through the heat exchanger for recirculating gases common to all recirculation circuits, ensures their efficient cooling, increasing the mass filling of working volumes , which allows to increase the efficiency of the recycling system in all modes of operation and the compactness of the mutual p position of parts of the recycling system.

В результате такого усовершенствования повышается эффективность работы двухконтурной системы рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, ее компактность, долговечность теплообменника охлаждения рециркулирующих газов, сокращаются выбросы оксидов азота и взвешенных частиц углеводородов в атмосферу и улучшается топливная экономичность двигателя.As a result of this improvement, the efficiency of the dual-circuit exhaust gas recirculation system (EG) of an internal combustion engine with gas turbine supercharging, its compactness, durability of the heat exchanger of recirculating gases cooling is reduced, emissions of nitrogen oxides and suspended hydrocarbon particles into the atmosphere are reduced and the fuel efficiency of the engine is improved.

При неработающем двигателе или пуске газового двигателя и на режимах холостого хода оба контура рециркуляции газов блокируются, все заслонки закрыты.When the engine is not running or the gas engine is starting up and at idle speeds, both gas recirculation circuits are blocked, all dampers are closed.

На режимах малых и средних нагрузок при малых и средних частотах вращения газового и дизельного двигателей работает второй малый контур рециркуляции газов с отбором рециркулирующих газов до блока обработки ОГ. Рециркулирующие газы на этих режимах при повышенных, относительно первого контура, рециркуляционных перепадах, поступают с выхода турбины и далее через второй малый контур рециркуляции газов на вход компрессора. Повышенные перепады давления рециркуляционных газов достигаются путем соответствующего промежуточного положения многопозиционных заслонок, которое задается с помощью сигнала, поступающего с электронного блока управления.At low and medium loads at low and medium frequencies of rotation of the gas and diesel engines, a second small gas recirculation circuit with recirculating gases to the exhaust gas treatment unit is operating. Recirculating gases in these modes at elevated, relative to the primary circuit, recirculation drops come from the turbine outlet and then through the second small gas recirculation loop to the compressor inlet. Increased pressure drops of the recirculation gases are achieved by the corresponding intermediate position of the multi-position dampers, which is set using a signal from the electronic control unit.

На режимах высоких нагрузок и при высоких частотах вращения дизельных и газовых двигателей, т.е. при высоких расходах воздуха работает первый, большой контур рециркуляции газов, что позволяет обеспечивать подачу достаточного объема рециркуляционных газов с высокой эффективностью при большом расходе топливо-воздушной смеси. При этом дополнительно с выхода блока обработки ОГ системы последующей обработки отработавших газов отбираются полностью очищенные рециркулирующие газы в увеличенном количестве, которые выносят накопившиеся в теплообменнике охлаждения рециркулирующих газов загрязнения, что позволяет достичь дополнительного технического результата, который заключается в том, что продлевается срок службы и эффективной работы общего для двух контуров теплообменника охлаждения рециркулирующих газов, расположенного на основном рециркуляционном канале.At high loads and at high speeds of diesel and gas engines, i.e. at high air flow rates, the first, large gas recirculation circuit works, which allows to supply a sufficient volume of recirculation gases with high efficiency with a high flow rate of the fuel-air mixture. In addition, completely purified recirculating gases are extracted from the output of the exhaust gas treatment unit of the exhaust gas aftertreatment system, which carry the pollution accumulated in the heat exchanger of the recirculating gases, which makes it possible to achieve an additional technical result that extends the service life and efficient the work of the common for the two circuits of the heat exchanger cooling recirculating gases, located on the main recirculation duct le.

Claims (1)

Двухконтурная система рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, содержащая связанные трубопроводами средства регулирования газообмена отработавших газов ДВС и поступающего в двигатель воздуха, электронный блок управления средствами регулирования газообмена, турбокомпрессор, блок обработки ОГ, расположенный в выпускном тракте после турбокомпрессора, и два контура рециркуляции отработавших газов, сообщенные с теплообменником охлаждения рециркулирующих газов, отличающаяся тем, что система снабжена средствами регулирования газообмена в виде, по меньшей мере, трех многопозиционных и двух двухпозиционных заслонок, две многопозиционные заслонки размещены на выпускном тракте, а третья - в основном рециркуляционном канале, вход первичного контура рециркуляции ОГ расположен после блока обработки ОГ, до второй многопозиционной заслонки, а выход первичного контура рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом с возможностью регулирования первой двухпозиционной заслонкой, вход вторичного контура рециркуляции ОГ расположен после турбины турбокомпрессора до первой многопозиционной заслонки и до блока обработки ОГ, а выход вторичного контура рециркуляции ОГ сообщен с основным рециркуляционным каналом с возможностью регулирования его второй двухпозиционной заслонкой, причем основной рециркуляционный канал сообщен с впускным трактом с возможностью регулирования третьей многопозиционной заслонкой.Exhaust gas recirculation system (exhaust gas) of a gas turbine supercharged internal combustion engine, containing pipeline-connected means for controlling gas exchange of exhaust gases of the internal combustion engine and air entering the engine, electronic control unit for gas exchange control means, a turbocharger, an exhaust gas treatment unit located in the exhaust line after the turbocharger, and two exhaust gas recirculation circuits in communication with a heat exchanger for recirculating gas cooling, characterized in The system is equipped with gas exchange control means in the form of at least three multi-position and two two-position dampers, two multi-position dampers are located on the exhaust path, and the third is in the main recirculation channel, the input of the primary exhaust gas recirculation loop is located after the exhaust gas treatment unit, up to the second multi-position damper , and the output of the primary exhaust gas recirculation circuit is in communication with the main recirculation channel with the possibility of regulating the first two-way valve, the input of the secondary circuit recirculate lyatsii exhaust gas is disposed downstream of the turbine of the turbocharger to a first multiposition valve and to the exhaust gas processing unit, and the output of the secondary EGR loop communicates with the main recirculation conduit adjustably its second on-off valve, the main recirculation channel is connected to the inlet path with the possibility of regulation of a third multiposition valve.
RU2018130811A 2018-08-27 2018-08-27 Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging RU2691237C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130811A RU2691237C1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130811A RU2691237C1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691237C1 true RU2691237C1 (en) 2019-06-11

Family

ID=66947459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018130811A RU2691237C1 (en) 2018-08-27 2018-08-27 Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691237C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6945236B2 (en) * 2003-07-02 2005-09-20 Mazda Motor Corporation EGR control apparatus for engine
US20150176536A1 (en) * 2012-06-11 2015-06-25 Veleo Systèmes de Contrôle Moteur Assembly comprising a heat engine and an electric compressor
US20170022939A1 (en) * 2013-12-20 2017-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine (as amended)
RU2647181C2 (en) * 2013-06-05 2018-03-14 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Method of engine operation with exhaust gases recirculation system
RU2659427C2 (en) * 2014-05-21 2018-07-02 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Egr control device and egr control method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6945236B2 (en) * 2003-07-02 2005-09-20 Mazda Motor Corporation EGR control apparatus for engine
US20150176536A1 (en) * 2012-06-11 2015-06-25 Veleo Systèmes de Contrôle Moteur Assembly comprising a heat engine and an electric compressor
RU2647181C2 (en) * 2013-06-05 2018-03-14 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Method of engine operation with exhaust gases recirculation system
US20170022939A1 (en) * 2013-12-20 2017-01-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine (as amended)
RU2659427C2 (en) * 2014-05-21 2018-07-02 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Egr control device and egr control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11067014B2 (en) System and method for reducing engine knock
RU122448U1 (en) EXHAUST GAS RECIRCULATION MIXER AND VEHICLE ENGINE SYSTEM (OPTIONS)
US5927075A (en) Method and apparatus for exhaust gas recirculation control and power augmentation in an internal combustion engine
KR101886090B1 (en) Engine system
US5806308A (en) Exhaust gas recirculation system for simultaneously reducing NOx and particulate matter
US6286312B1 (en) Arrangement for a combustion engine
US20040244782A1 (en) Charged air intake system for an internal combustion engine
JP2005090509A (en) Turbo charged internal combustion engine using egr flow
GB2418012A (en) Working fluid circuit for a turbocharged engine having exhaust gas recirculation
JP2008546946A (en) Supercharged diesel engine
GB2422209A (en) Controlling air/fuel ratio in supercharged or turbocharged i.c. engines
US20060196484A1 (en) Capture and burn air heater
JP2011069305A (en) Internal combustion engine and method for controlling the same
KR20170139926A (en) Engine systme having exahust gas recirculation apparatus and control mehtod using the same
EP1186767A2 (en) Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine
KR101683495B1 (en) Engine system having turbo charger
RU2691237C1 (en) Double-circuit gas recirculation system of an internal combustion engine with gas turbine supercharging
CN107842448A (en) Engine system and the control method using the engine system
KR101896327B1 (en) Engine system and method using the same
JPS6088821A (en) Suction air cooling device for supercharged engine
JP4206934B2 (en) Supercharging system for internal combustion engines
KR20170128714A (en) Exhaust gas recirculation system
KR102518588B1 (en) Engine system for exhausting water and method using the same
US20180238274A1 (en) Device for controlling the amount of fluid fed to the intake of a supercharged internal-combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation circuit and method using same
WO2013010923A1 (en) Exhaust gas recirculation for an i.c. engine

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200709

Effective date: 20200709