УСТРОЙСТВО РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

2001106085
F 02 М 25/06
Устройство рециркуляции отработавших газов двигателя внутрениего сгораиия
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам рециркуляции отработавших газов.
Известны системы рециркуляции отработавших газов с подачей последних на мокрую очистку.
Известен способ снижения содержания оксидов азота в отработавших газах (описание изобретения к патенту СССР N 1839695 A3 МКИ 5 F 02 М 25/06) и выбранный нами в качестве прототипа. Данный способ основан на прохождении выпускных газов через мокрую очистку. Газы охлаждаются и часть их поступает на рециркуляцию, в объеме постоянном, относительно общего объема газов дизельного двигателя. Рециркуляция и увлажнение происходят на всех режимах, а именно: холостой ход, малых, средних и максимальных нагрузок. Устройство, обеспечивающее этот способ, содержит катализатор, блок мокрой очистки, выхлопную трубу, перепускной трубопровод, клапан рециркуляции, очиститель воздуха, впускной трубопровод.
Недостаток устройства заключается в том, что увлажнение происходит на всех режимах, включая режимы холостого хода и малых нагрузок. На этих режимах температура отработавших газов очень низкая(200-400°С) и дополнительное охлаждение их на этих режимах с применением рециркуляции приводят к неустойчивой работе двигателя, повышенному отложению смол в выпускном тракте и системе рециркуляции, на стенках цилиндров двигателя.
Рециркуляция отработавших газов на режиме максимальных нагрузок приводит к тому, что происходят сбои в работе двигателя, так как коэффициент избытка воздуха на данном режиме равен а 1,2-1,4 и двигатель не в состоянии принять рециркулируемые газы без потери мощности и увеличения расхода топлива. Кроме этого, пз-за воды, через которую проходят отработавшие газы, увеличивается сопротивление выхода газов в атмосферу, следовательно, увеличивается коэффициент остаточных газов при этом ухудшается очистка цилиндра, снижается мошность и увеличивается расход топлива.
$адачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности очистки отработавших газов.
Это достигается тем, что: 1 - увлажнение не будет проводртться на режимах холостого хода и малых нагрузок,
2-рециркуляция не будет проводиться на режиме максимальных нагрузок;
3-увлажнение и охлаждение будет происходить без прохода газов через воду. Для этого в устройство введены:
2-узел рециркуляции не позволяющий подавать на рециркуляцию газы в режиме максимальных нагрузок;
3-форсунка для впрыска воды в цилиндр двигателя;
Сущность изобретения поясняется схемой (фигЛ) с изображенным на ней устройством рециркуляции отработавших газов с впрыском воды в цилиндр.
Устройство содержит цилиндр ДВС 1; выпускной трубопровод 2; впускной трубопровод 3; перепускной трубопровод 4; узел рециркуляции 5 с приводом от ТНВД; водяную форсунку 6; водяной насос плунжерного типа 7 с приводом от коленчатого вала двигателя и рейки ТНВД; трубопровод низкого давления 8, трубопровод высокого давления 9; резервуар с водой 10; сливной трубопровод 11; электромагнитный клапан-отсекатель 12; датчик температуры рабочего процесса 13, установленный в камере сгорания двигателя; фильтр 14.
Устройство работает следующим образом,
При работе двигателя на холостом ходу и малых нагрузках узел рециркуляции 5 обеспечивает перепуск до 80% отработавших газов от общего объема выпуска, так как коэффициент  и двигатель способен принимать большой объем отработавших газов. На этом же режиме электромагнитный клапан-отсекатель 12 находится в закрытом положении и вода, поступающая от водяного насоса 7 к форсунке 6 по трубопроводу высокого давления 9 в полном объеме сливается по сливному трубопроводу 11 в резервуар с водой 10. Таким образом на рециркуляцию поступают не охлажденные и не увлажненные газы, что благоприятно сказывается на пусковых качествах двигателя.
При переходе двигателя на средние нагрузки температура рабочего процесса повышается, датчик температуры 13 подает сигнал электромагнитному клапану-отсекателю 12, клапан 12 открывается и происходит впрыск воды через форсунку 7 в цилиндр двигателя 1 в начале такта выпуска При этом происходит нагрев и испарение воды, так как на этом режиме температура отработавших газов составляет 500-700°С. Отработавшие газы охлаждаются и увлажняются, кроме этого происходят химические реакции продуктов не полного сгорания с водой, находящейся в парообразном состоянии при высокой температуре Таким образом на рециркуляцию поступают охлажденные и увлажненные отработавшие газы, это приводит к более значительному снижению температуры цикла, чем при рециркуляции не увлажненных и не охлажденных отработавших газов, а следовательно, к увеличению степени снижения образования оксидов азота и сажи. Кроме этого, вода, находящаяся в отработавших газах, смешиваясь с воздухом и попадая в цилиндр двигателя, испаряется и разрывает капли топлива. В результате микровзрывов период задержки воспламенения увеличивается и топливо успевает равномерно распределиться по объему камеры сгорания. Количество зон с недостатком кислорода уменьшается, что снижает интенсивность образования твердых частиц.
Гомогенизация заряда способствует также уменьшению числа локальных зон с пиковыми температурами и, как следствие, снижение выбросов оксидов азота.
Степень рециркуляции регулируется узлом рециркуляции 5 в зависимости от нагрузки двигателя.
С увеличением нагрузки узел рециркуляции 5 уменьшает количество газов поступающих на рециркуляцию, путем перекрытия канала рециркуляции.
11ри работе двигателя на максимальной нагрузке (коэффициент а 1,2 - 1,4), узел рециркуляции 5 прекращает перепуск отработавших газов в канал рециркуляции 4, чтобы не нарушать нормальное протекание процесса сгорания. Прекращение перепуска способствует тому, что двигатель не теряет мощность и не увеличивается расход топлива. Однако, за счет впрыска воды в цилиндр двигателя происходит увлажнение и охлаждение отработавших газов, а так как температура отработавших газов на данном режиме составляет более 800°С в цилиндре двигателя, вода испаряется и вступает в реакцию с углеродом:
C + H2O + Q CO2+H2
Это приводит к значительному снижению выброса твердых частиц.
Устройство может быть изготовлено следующим образом.
Конструкция трубопровода рециркуляции представляет собой трубу, вваренную одним концом во впускной трубопровод, а другим концом - в коробку узла рециркуляции.
Конструкция узла рециркуляции представляет собой двухтарельчатый клапан. Одна тарелка перекрывает вход в трубопровод рециркуляции, другая перекрывает выход отработавших газов в атмосферу Обе тарелки жестко связаны тягой, которая находится на вращающейся оси. Поворотом оси осуществляется рег)лировка количества газов, подаваемых на рециркуляцию. Резервуар с водой представляет собой бак для воды произвольной формы.
Трубопроводы высокого и низкого давления, сливной трубопровод - это резино-тканевые шлаги различного сечения.
Водяной фильтр аналогичен фильтру тонкой отчистки топлива.
Водяной насос плунжерного типа по устройству аналогичен ТНВД.
Форсунка штатная, однодырчатая, бесштифтовая.
Электромагнитньп клапан-отсекатель представляет собой трехканальный (нагнетательный, напорный., сливной) клапан с электромагнитом. Запорный элемент - шарик. В закрытом положении происходит постоянный слив.
Устройство рециркуляции отработавших газов с впрыском воды в цилиндр позволяет производить переиуск не охлажденных и не увлажнершых газов на режиме холостого хода и низких нагрузок и производить впрыск воды в цилиндр двигателя в начале такта выпуска на всех режимах, а также прекращать рециркуляцию отработавших газов на максимальных нагрузках. Таким образом на режиме холостого хода и малых нагрузок не будет увлажнения и охлаждения отработавших газов, что благоприятно скажется на работе двигателя, а на максимальном режиме не будет рециркуляции отработавших газов, что не повлечет за собой снижения мощности и повышения расхода топлива.
Кроме того на максимальном режиме, за счет впрыска воды и ее испарения, будут проходить химические реакции продуктов сгорания с водой, что способствует снижению количества сажи.
Рециркуляция отработавших газов на режимах холостого хода, малых и средних нагрузок приводит к снижению выбросов оксидов азота.
Предиолагается, что применение устройства рециркуляции отработавших газов с впрыском воды в цилиндр, позволит снизить выбросы оксидов азота на 70% и сажи на 80%.
Авторы изобретения:(- -Анисимов И.А.
Жернаков А. А.  Штайн Г.В