СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ С ВИХРЕВЫМ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОМ

Предложение относится к области транспортного двигателестроения, а в частности к устройствам для нейтрализации отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей внутреннего сгорания.
Известна система выпуска отработавших газов поршневого ДВС, содержащая впускной и выпускной коллекторы, каталитический нейтрализатор, клапан рециркуляции отработавших газов с электроприводом и электронным блоком управления (Двигатели внутреннего сгорания. 1 кн. Теория рабочих процессов: учеб. для вузов / под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2005. - Рис. 8.17, с. 344). Система обеспечивает снижение содержания вредных веществ в выбрасываемых ОГ за счет рециркуляции ОГ.
Недостатком известной системы является отсутствие возможности обеспечения промежуточного охлаждения рециркулируемых газов с целью повышения коэффициента наполнения цилиндров.
Известны системы в которых с целью повышения коэффициента наполнения цилиндров применяют промежуточное охлаждение рециркулируемых газов в специальных теплообменниках, обычно жидкостных (Использование вихревых труб в поршневых двигателях внутреннего сгорания: монография / Д.В. Шабалин и др. - СПб.: ВУНЦ СВ «ВА МТО», 2015. - Рис. 1.7, с. 14). Вместе с тем схема двигателя с жидкостным охлаждением рециркулируемых газов имеет ряд недостатков, а именно:
затраты энергии для охлаждения рециркулируемых газов (в случае использования жидкостных охладителей), что приводит к снижению мощности и экономичности двигателя;
сложная и дорогостоящая конструкция теплообменника, предназначенного для охлаждения рециркулируемых газов.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленной, является система воздухоснабжения танкового дизеля с эжекционным охлаждением наддувочного воздуха (Патент на полезную модель РФ №187543 / Д.В. Шабалин, Р.В. Якимушкин, Т.А. Ивахненко и др. Опубл. 12.03.2019) содержащая: дизель с впускным и выпускным коллекторами, промежуточный охладитель наддувочного воздуха, турбокомпресор, двухкаскадный воздухоочиститель, патрубки, устройство управления газообменом, вихревой эжектор, рециркуляционный трубопровод с вихревой трубой и распределительным клапаном, электрически связанным с электронным блоком управления и датчиками температуры наддувочного воздуха и рециркулируемого газа.
Основным недостатком указанной конструкции, является недостаточно эффективное количественное и качественное регулирование рециркулируемых газов в следствие замкнутой конструкции трубопроводов для отвода подогретого и охлажденного потока газа на выходе из вихревой трубы. Перекрытие трубопровода подогретого (охлажденного) потока распределительным клапаном приведет к нарушению термодинамических процессов энергоразделения в вихревой трубе и, следовательно, к снижению эффективности ее работы.
Техническим результатом заявляемой системы является повышение эффективности процесса количественного и качественного регулирования рециркулируемых газов.
Технический результат достигается за счет системы рециркуляции отработавших газов дизеля с вихревым терморегулятором, содержащей дизель с впускным и выпускным коллекторами, промежуточный охладитель наддувочного воздуха, турбокомпресор, воздухоочиститель, патрубки, трубопроводы, устройство управления газообменом, выпускное устройство, вихревой эжектор, вихревую трубу с распределительным клапаном, электронный блок управления с датчиками температуры наддувочного воздуха и рециркулируемого газа, при этом установлен перепускной трубопровод соединяющий трубопроводы для отвода охлажденного и подогретого газа на выходе из вихревой трубы с каналом выпускного устройства.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема системы рециркуляции отработавших газов дизеля с вихревым терморегулятором, на фиг. 2 изображена работа распределительного клапана, распределяющего потоки охлажденного и подогретого газа на выходе из вихревой трубы между впускным коллектором и перепускным трубопроводом.
Заявленная система рециркуляции отработавших газов дизеля с вихревым терморегулятором содержит: дизель 1 соединенный впускным коллектором 2 через промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха с компрессором 4 турбокомпрессора и воздухоочиститель 5. Компрессор 4 соединен общим валом 6 с турбиной 7 турбокомпрессора. Выпускной коллектор 8, соединяющий турбину турбокомпрессора с дизелем 1, перед входом в турбину 7 разделен на два патрубка 9, 10. Патрубок 9 соединяет выпускной коллектор 8 с корпусом турбины 7. Патрубок 10 соединяет выпускной коллектор 8 с устройством управления газообменом 12, которое направляет движение газовых потоков, истекающих из патрубка 10 и патрубка 11 турбины 7. Устройство управления газообменом 12 содержащее золотник с двумя поршнями 13 и 14, соединенными штоком 15. Золотник от свободного перемещения в корпусе удерживается пружиной 16. Устройство управления газообменом имеет фланцы 17-21 для соединения с подводящими трубопроводами и отводящими патрубками. Фланец 20 соединен с тангенциальным сопловым вводом 23 вихревого эжектора 22. Воздуховод 29, соединяющийся с соплом пассивного потока 24 вихревого эжектора 22, матрицей промежуточного охладителя 3 наддувочного воздуха, смесительной камерой 25, каналом 26, выпускным устройством 27 и выпускным патрубком 28. Фланец 21 отводящего патрубка соединен с рециркуляционным трубопроводом 30. Рециркуляционный трубопровод 30 соединен с тангенциальным входом 32 вихревой трубы 31, от которой отходят трубопроводы подогретого 33 и охлажденного 34 потока газа и сходятся у распределительного клапана 35 образуя перекрестие с впускным коллектором 2 и перепускным трубопроводом 39.
Управление распределительным клапаном 35 осуществляется от блока управления 36, данные в блок управления 36 по электрическим проводам передаются от датчика температуры наддувочного воздуха 37 установленного на выходе из промежуточного охладителя 3 и датчика температуры рециркулируемого газа 38 установленного в трубопроводе после распределительного клапана 35.
Предлагаемая система рециркуляции отработавших газов дизеля с вихревым терморегулятором работает следующим образом: после пуска дизеля 1 на режимах холостого хода и малых нагрузок воздушный поток из атмосферы поступает в воздухоочиститель 5, под действием разряжения, создаваемого компрессором 4, где очищается от загрязнений. В компрессоре 4 воздушный поток сжимается, при этом его давление и температура возрастают, и направляется в промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха, где происходит теплообмен между наддувочным воздухом и холодным теплоносителем, циркулирующим через промежуточный охладитель 3 наддувочного воздуха. Прокачку холодного теплоносителя к промежуточному охладителю 3 наддувочного воздуха осуществляется за счет эжекционного эффекта, создаваемого истечением части отработавших газов через сопло ввода 23 вихревого эжектора 22. После теплообмена в промежуточном охладителе 3 воздушный поток направляется во впускной коллектор 2 и далее в цилиндры дизеля. При этом поток отработавших газов, вышедший из цилиндров дизеля 1, поступает в выпускной коллектор 8 и разделяется, осуществляя байпасное регулирование турбины, на две неравные части, большая из которых поступает в канал 9 и далее в корпус турбины 7 турбокомпрессора, а меньшая - в патрубок 10. На режимах холостого хода и малых нагрузок давление наддувочного воздуха мало', шток 15 с поршнями 13 и 14 находится в нижнем положении, при котором часть потока отработавших газов поступает в отводящий фланец 21 соединенный с рециркуляционным трубопроводом 30.
Из рециркуляционного трубопровода 30 часть потока отработавших газов через тангенциальный вход 32 вихревой трубы 31 и далее через трубопроводы подогретого 33 и охлажденного 34 потока газа попадает в перекрестие трубопроводов в котором с помощью распределительного клапана 35 производится количественное и качественное регулирование рециркулируемого газа. Потребная, для качественного протекания процесса снижения содержания вредных веществ в выхлопных газах дизеля, доля ОГ с требуемой температурой поступает через впускной коллектор 2 в дизель 1, а излишки подогретых (охлажденных) ОГ через перепускной трубопровод 39, канал 26 выпускного устройства 27 и выпускной патрубок 28 выводятся в окружающую среду.
Изменение температуры рециркулируемых газов производится за счет способности вихревой трубы 31 обеспечивать разделение входящего в нее потока газа на подогретый и охлажденный (эффект Ранка-Хилша). В зависимости от отклонения температуры рециркулируемого газа от оптимального, производится регулирование в пользу подогретого либо охлажденного потока газов в распределительном клапане 35. Управление распределительным клапаном 35 производится по данным полученным с датчиков температуры свежего заряда воздуха 37 установленного на выходе из промежуточного охладителя 3 наддувочного воздуха и датчика температуры рециркулируемого газа 38 установленного после распределительного клапана 35 обработанным в электронном блоке управления 36.
С ростом нагрузки (режимы средних и номинальных нагрузок) дизеля 1 давление наддувочного воздуха во впускном коллекторе 2 возрастает.Растет давление в полости под штоком 15 с поршнями 13 и 14. Под действием этого давления, шток 15 с поршнями 13 и 14 перемещается вверх, перекрывая рециркуляционный трубопровод 30. Рециркуляция ОГ прекращается.
По сравнению с прототипом предлагаемая система воздухоснабжения танкового дизеля с эжекционным охлаждением наддувочного воздуха позволяет повысить эффективность системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха, уменьшить ее массогабаритные показатели, а также обеспечить рациональную температуру рециркулируемых газов.