ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ТУРБОКОМПРЕССОРОМ Российский патент 2015 года по МПК F02M25/07 F02B37/18 

Изобретение относится к дизельным двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Оно касается дизельного двигателя, в котором применяется рециркуляция отработавших газов из выпускного клапана в цилиндр двигателя через впускной клапан.

Известны различные двигатели внутреннего сгорания, в которых для сокращения выбросов оксидов азота используется рециркуляция отработавших газов. Эти двигатели показаны в патентах №№1751380, 2231660, выданных в РФ, в патентах №№6470682, 8353275, выданных в США, в заявке №20080066459, опубликованной в США. В известных двигателях рециркулирующие газы отбирают либо из прямолинейных участков выпускного трубопровода, либо из его тупиковой зоны, где нет течения газов по направлению к турбине турбокомпрессора. Однако при таком отборе отработавших газов для их рециркуляции перепад давлений в рециркуляционным контуре получается недостаточно большим.

Задачей является повышение эффективности работы дизельного двигателя с турбокомпрессором, сокращение выбросов оксидов азота путем усиления рециркуляции отработавших газов.

Решение задачи повышения эффективности работы дизельного двигателя с турбокомпрессором, сокращения выбросов оксидов азота обеспечено тем, что в дизельном двигателе с турбокомпрессором, содержащем цилиндр с поршнем, впускной и выпускной клапаны, трубопровод подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора, трубопровод подачи наддувочного воздуха от компрессора турбокомпрессора через теплообменник охлаждения наддувочного воздуха к впускному клапану, рециркуляционный трубопровод, сообщающий трубопровод подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора с трубопроводом подачи наддувочного воздуха через теплообменник охлаждения рециркулирующих газов, в трубопроводе подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора выполнен коленчатый участок, с выпуклой стороной которого соединен рециркуляционный трубопровод.

При соединении рециркуляционного трубопровода с выпуклой стороной коленчатого участка трубопровода подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора рециркуляционный перепад давлений получается существенно больше вследствие использования не только разницы статических давлений отработавших газов и воздуха, но и скоростного напора отработавших газов и действующих на них центробежных сил. Вследствие более интенсивной циркуляции отработавших газов через рециркуляционный трубопровод повышается степень рециркуляции газов и выбросы оксидов азота понижаются.

В трубопроводе подачи наддувочного воздуха от компрессора турбокомпрессора к впускному клапану выполнен коленчатый участок, с вогнутой стороной которого соединен рециркуляционный трубопровод. При соединении рециркуляционного трубопровода с вогнутой стороной коленчатого участка трубопровода подачи наддувочного воздуха от компрессора турбокомпрессора к впускному клапану рециркуляционный перепад давлений получается еще больше вследствие наличия разрежения в месте соединения.

Созданный дизельный двигатель с турбокомпрессором содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и форсунку 3 для впрыскивания топлива в цилиндр двигателя. В головке цилиндра 1 расположены впускной клапан 4 для прохода воздуха в цилиндр 1 от компрессора 5 по впускному трубопроводу 6 и выпускной клапан 7 для выпуска отработавших газов из цилиндра 1 после рабочего хода поршня и их прохода по выпускному трубопроводу 8 к турбине 9, осуществляющей привод компрессора 5. На выпускном трубопроводе 8 подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора сделан коленчатый участок 10, с выпуклой стороной которого соединен рециркуляционный трубопровод 11. Другой конец рециркуляционного трубопровода 11 соединен с вогнутой стороной коленчатого участка 12, сделанного на впускном трубопроводе 6. Во впускном трубопроводе 6 подачи наддувочного воздуха от компрессора турбокомпрессора к впускному клапану расположены теплообменник 13 для охлаждения наддувочного воздуха и управляемый клапан 14. В рециркуляционном трубопроводе 11 расположены управляемый клапан 15 и теплообменник 16 для охлаждения рециркулирующих отработавших газов перед их поступлением во впускной трубопровод 6. Управление клапанами 14 и 15 производится с помощью электронных средств 17 и 18, подключенных к электронному блоку управления (не показан).

Во время работы двигателя воздух от компрессора 5 через теплообменник поступает к впускному клапану 4 и при его открытии проходит в цилиндр 1, где он затем сжимается на такте сжатия. После впрыскивания топлива в цилиндр 1 через форсунку 3 происходит рабочий ход поршня, во время которого поршень перемещается от верхней «мертвой» точки к нижней «мертвой» точке. После рабочего хода открывается выпускной клапан, и поршень вытесняет отработавшие газы через выпускной клапан 7 в выпускной трубопровод 8. На режимах работы, когда давление отработавших газов в выпускном трубопроводе 8 больше давления воздуха во впускном трубопроводе 6, часть отработавших газов по рециркуляционному трубопроводу 11 поступает во впускной трубопровод 6, примешиваясь к воздуху, направляющемуся в цилиндр 1. Так как вход в рециркуляционный трубопровод 11 расположен на выпуклой стороне коленчатого участка 10 выпускного трубопровода 8, то, вследствие инерционного напора, возникающего из-за действия центробежных сил при повороте потока отработавших газов и их скоростью напора, давление отработавших газов на входе в рециркуляционный трубопровод 11 становится существенно больше. При этом давление воздуха во впускном трубопроводе 6 у места сочленения с ним рециркуляционного трубопровода 11 получается пониженным из-за отсасывающего эффекта, возникающего у вогнутой стороны трубопровода 6 при повороте потока воздуха. Вследствие указанных обстоятельств разность давлений на входе в рециркуляционный трубопровод 11 и на выходе из него дополнительно возрастает для обеспечения надлежащего циркулирования отработавших газов через рециркуляционный трубопровод 11. Вследствие более интенсивной циркуляции отработавших газов через рециркуляционный трубопровод увеличивается степень рециркуляции газов, отчего и выбросы двигателем оксидов азота понижаются. Соответственно, уменьшается отравление атмосферы отработавшими газами, образующимися при работе дизельных двигателей.

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Дизельный двигатель с турбокомпрессором содержит цилиндр (1) с поршнем (2), впускной и выпускной клапаны (4) и (7), трубопровод (8) подачи отработавших газов от выпускного клапана (7) к турбине (9) турбокомпрессора, трубопровод (6) подачи наддувочного воздуха от компрессора (5) турбокомпрессора через теплообменник (13) к впускному клапану (4) и рециркуляционный трубопровод (11), сообщающий трубопровод подачи отработавших газов (8) от выпускного клапана (7) к турбине (9) турбокомпрессора с трубопроводом (6) подачи наддувочного воздуха. В трубопроводе (8) подачи отработавших газов от выпускного клапана (7) к турбине (9) турбокомпрессора выполнен коленчатый участок (10). Рециркуляционный трубопровод (11) соединен с выпуклой стороной упомянутого коленчатого участка (10) трубопровода (8) подачи отработавших газов от выпускного клапана (7) к турбине (9) турбокомпрессора. Другой конец рециркуляционного трубопровода (11) соединен с вогнутой стороной коленчатого участка (12), выполненного на трубопроводе (6) подачи наддувочного воздуха от компрессора (5) турбокомпрессора к впускному клапану (4). В рециркуляционном трубопроводе (11) расположен теплообменник (16). Технический результат заключается в сокращении выбросов двигателем оксидов азота за счет увеличения рециркуляции отработавших газов. 1 ил.

Дизельный двигатель с турбокомпрессором, содержащий цилиндр с поршнем, впускной и выпускной клапаны, трубопровод подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора, трубопровод подачи наддувочного воздуха от компрессора турбокомпрессора через теплообменник к впускному клапану, рециркуляционный трубопровод, сообщающий трубопровод подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора с трубопроводом подачи наддувочного воздуха, отличающийся тем, что в трубопроводе подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора выполнен коленчатый участок, рециркуляционный трубопровод соединен с выпуклой стороной упомянутого коленчатого участка трубопровода подачи отработавших газов от выпускного клапана к турбине турбокомпрессора, другой конец рециркуляционного трубопровода соединен с вогнутой стороной коленчатого участка, выполненного на трубопроводе подачи наддувочного воздуха от компрессора турбокомпрессора к впускному клапану, в рециркуляционном трубопроводе расположен теплообменник.