СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к системам рециркуляции отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Известна система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной и выпускной патрубки двигателя, сообщенные между собой трубопроводом рециркуляции, причем в выпускном патрубке размещены каталитический и жидкостный газоочистители, при этом для повышения эффективности очистки отработавших газов на всех режимах работы двигателя установлен дополнительный трубопровод рециркуляции с переключающим органом с двумя калиброванными диафрагмами (а.с. СССР №1236138, F02M 25/06, 1984). В известной схеме обеспечивается повышение эффективности отработавших газов на всех режимах двигателя за счет переключения каналов рециркуляции при изменении нагрузки двигателя, когда с повышением нагрузки может до 20-50% от общего количества отработавших газов проходить в канал рециркуляции. При этом во впускной патрубок из трубопровода рециркуляции поступает большое количество перепускаемых газов, очищенных от оксидов азота, но с низким содержанием кислорода. Недостатком такой системы рециркуляции отработавших газов является снижение кислорода во впускном патрубке двигателя внутреннего сгорания, что приводит к значительному снижению эксплуатационных характеристик двигателя (снижение мощности в результате недостатка кислорода для процессов горения топливовоздушной смеси в камере сгорания) и росту удельного расхода топлива. Кроме того, известная система сложна в конструктивном исполнении и управлении, так как содержит очень много управляющих элементов.
Известна и принята за прототип система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной и выпускной патрубки двигателя, перепускной трубопровод с регулируемым запорным элементом, вход которого соединен с выпускным патрубком, а выход - с впускным патрубком двигателя, при этом перепускной трубопровод снабжен теплоотводной трубой и сепаратором для отвода влаги (патент РФ на изобретение №2509906, F02D 9/00, F02D 9/07, 2012). Данная схема проще предыдущей в конструктивном исполнении и управлении. Однако такая схема может эффективно работать только при условии малой доли возвращаемого количества газов через канал рециркуляции во впускной патрубок двигателя (до 7-10% отработавших газов). Недостатком такой системы рециркуляции отработавших газов также является снижение кислорода во впускном патрубке двигателя внутреннего сгорания при возрастании доли возвращаемого количества газов через канал рециркуляции во впускной патрубок двигателя (до 30% отработавших газов), что приводит к значительному снижению эксплуатационных характеристик двигателя (снижение мощности в результате недостатка кислорода для процессов горения топливовоздушной смеси в камере сгорания) и росту удельного расхода топлива.
Решаемая предполагаемой полезной моделью задача - повышение эксплуатационных характеристик двигателя и снижение удельного расхода топлива при увеличении степени рециркуляции отработавших газов до 30%.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, - повышение количества кислорода во впускном патрубке двигателя внутреннего сгорания при возрастании доли возвращаемого количества газов через канал рециркуляции во впускной патрубок.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата известная система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной и выпускной патрубки двигателя, перепускной трубопровод с регулируемым запорным элементом, вход которого соединен с выпускным патрубком, а выход - с впускным патрубком двигателя, согласно предполагаемой полезной модели она снабжена смесителем рециркулируемого газа и кислорода, установленным на перепускном трубопроводе, и смесителем воздуха и обогащенного кислородом рециркулируемого газа, установленного на впускном патрубке.
Указанные преимущества, а также особенности предполагаемой полезной модели поясняются чертежом.
Система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания 1 содержит впускной 2 и выпускной 3 патрубки двигателя, перепускной трубопровод 4 с регулируемым запорным элементом 5 (например, шиберная заслонка). Вход перепускного трубопровода 4 соединен с выпускным патрубком 3, а выход - с впускным патрубком 2. Система снабжена смесителем 6 рециркулируемого газа и кислорода, трубопроводом 7 для подачи кислорода в смеситель 6, а также смесителем 8 воздуха и обогащенного кислородом рециркулируемого газа. Система также включает жидкостный газоочиститель 9.
Система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Отработавшие газы из двигателя внутреннего сгорания 1 поступают по выпускному патрубку 3 в жидкостный газоочиститель 9, где происходит их очистка, увлажнение и охлаждение. Далее поток отработавших газов разделяется запорным элементом 5, и часть его - рециркулируемая часть отработавших газов (около 30% отработавших газов) - поступает в перепускной трубопровод 4, а другая часть (около 70% отработавших газов) выбрасывается в атмосферу. Рециркулируемая часть отработавших газов по перепускному трубопроводу 4 поступает в смеситель 6, где отработавшие газы обогащаются кислородом, поступающим в смеситель по трубопроводу 7, до концентрации кислорода в атмосферном воздухе - около 21%. Далее обогащенный кислородом рециркулируемый отработавший газ по перепускному трубопроводу 4 поступает в смеситель 8, установленный на впускном патрубке 2, где он смешивается с воздухом, поступающим во впускной патрубок 2 из атмосферы. Таким образом, в смесителе 8, установленном на впускном патрубке 2, формируется искусственный газовый заряд, состоящий из атмосферного воздуха и рециркулируемого отработавшего газа, очищенного и увлажненного в жидкостном газоочистителе 9 и обогащенного кислородом в смесителе 6. Искусственный газовый заряд поступает по впускному патрубку 2 в камеру сгорания двигателя 1.
По трубопроводу 7 кислород может поступать в смеситель 6, например, из баллона или нескольких баллонов со сжатым кислородом, или, например, из адсорбционной установки получения кислорода из окружающего воздуха по патенту РФ на полезную модель №160225 (баллоны со сжатым кислородом и адсорбционная установка на схеме условно не показаны).
Сформированный в смесителе 8 искусственный газовый заряд, состоящий из атмосферного воздуха и рециркулируемого отработавшего газа, очищенного и увлажненного в жидкостном газоочистителе 9 и обогащенного кислородом в смесителе 6, обеспечивает полное сгорание топлива в цилиндре двигателя на всех режимах его эксплуатации, что повышает мощность двигателя и снижает удельный расход топлива по сравнению с системой рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, где отсутствуют смесители 6 и 8. Проведенные экспериментальные работы подтвердили преимущества предлагаемой системы рециркуляции.
2
Увлажнение и охлаждение рециркулируемого отработавшего газа в жидкостном газоочистителе 9 (повышенное содержание паров воды, СО, CO) снижает пиковую температуру рабочего цикла двигателя, делая процесс горения топливовоздушной смеси в камере сгорания более плавным, что приводит к снижению образования оксидов азота.