ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С СИСТЕМОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к системам рециркуляции отработавших газов в двигателях внутреннего сгорания.
Известен двигатель с послойным смесеобразованием и рециркуляцией отработавших газов, содержащий цилиндр, поршень, впускной канал с впускным клапаном, выпускной канал с выпускным клапаном, дополнительно снабжен перепускным каналом, соединяющим нижний срез рабочего объема цилиндра с выпускным каналом, при этом перепускной канал входит в цилиндр по касательной (см. RU 81770, МПК F02B 47/04 (2006.01), опубликовано 27.03.2009).
Известно устройство для рециркуляции отработавших газов, содержащее впускной и выпускной трубопроводы, сообщенные рециркуляционным каналом, запорный орган, при этом впускной трубопровод в месте соединения его с рециркуляционным каналом имеет участок с выполненными внутри него технологическими выступами и установленным внутри него между выступами запорным органом, где запорный орган представляет собой втулку, установленную с зазором с возможностью перекрытия рециркуляционного канала за счет ее перемещения между выступами под действием силы тяжести и разницы давления воздуха во впускном трубопроводе (см. RU 2190774, МПК F02M 25/07, опубликовано 10.10.2002).
Известна система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащая выпускной коллектор, трубку рециркуляции, гофрированную в местах изгиба, промежуточную опору, клапан рециркуляции, закрепленный на нагнетательном патрубке впускного коллектора, соединенного воздуховодом с турбокомпрессором, охладитель газов с входным патрубком, соединенным с трубкой рециркуляции и выходным патрубком, жестко закрепленным на корпусе клапана рециркуляции, причем корпус охладителя газов с помощью охватывающей металлической ленты крепится к промежуточной опоре, при этом промежуточная опора закреплена на крышке маслоотделителя двигателя (см. RU 73401, МПК F02M 25/06 (2006.01), опубликовано 20.05.2008).
Известна система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащая один или более выпускных коллекторов, одну или более трубку рециркуляции, гофрированную в местах изгиба, клапан рециркуляции, теплообменник охлаждения газов, патрубки охлаждающей жидкости, смеситель отработавших газов, выполненный в виде трубки, на выходе которой срезана половина цилиндра, а оставшаяся половина имеет перфорацию в виде одного или более рядов отверстий (см. RU 142536, МПК F02M 25/07 (2006.01), опубликовано 27.06.2014).
Прототипом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является система рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащая выпускной коллектор, трубку рециркуляции отработавших газов, пневматический клапан рециркуляции отработавших газов и воздуховод, соединяющий турбокомпрессор с впускным коллектором, имеющим симметричный подвод смеси отработавших газов и наддувочного воздуха через нагнетательный патрубок, выполненный с горизонтальным цилиндрическим, торовым и вертикальным цилиндрическим участками в виде единой детали с впускным коллектором с размещением клапана рециркуляции отработавших газов на торовом участке, причем оси внутренних каналов каждого участка нагнетательного патрубка расположены в вертикальной плоскости симметрии впускного коллектора, перпендикулярной к оси коленчатого вала двигателя (см. RU 43597, МПК F02M 25/06, F02B 27/04, F02B 33/44, F02B 37/00, опубликовано 27.01.2005).
Известные решения имеют низкую эффективность работы системы рециркуляции отработавших газов, недостаточную эксплуатационную надежность и небольшую степень рециркуляции отработавших газов, не поддерживают достаточную точность степени рециркуляции, системы рециркуляции отработавших газов предназначены только для определенного класса автомобилей, возможны неисправности системы в связи со сбоями в работе пневмоклапана.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снизить токсичность отработавших газов при работе двигателя внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов за счет повышения эффективности системы рециркуляции отработавших газов и поддержания точности степени рециркуляции.
Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов, содержащий выпускной коллектор, трубку рециркуляции отработавших газов, воздуховод, соединяющий турбокомпрессор с впускным коллектором, дополнительно содержит смеситель отработавших газов, связанный воздуховодом с турбокомпрессором, а трубкой рециркуляции отработавших газов - с одним из цилиндров двигателя, и теплообменник наддувочного воздуха, установленный за смесителем отработавших газов, при этом радиатор системы охлаждения установлен перед теплообменником наддувочного воздуха.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что двигатель внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов дополнительно содержит смеситель отработавших газов, связанный воздуховодом с турбокомпрессором, а трубкой рециркуляции отработавших газов - с одним из цилиндров двигателя, и теплообменник наддувочного воздуха, установленный за смесителем отработавших газов, при этом радиатор системы охлаждения установлен перед теплообменником наддувочного воздуха, позволяет снизить токсичность отработавших газов при работе двигателя внутреннего сгорания, повысить эффективность системы рециркуляции отработавших газов и точность поддержания степени рециркуляции.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, она соответствует условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена схема двигателя внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов.
Двигатель внутреннего сгорания 1 с системой рециркуляции отработавших газов с турбокомпрессором 2 содержит трубку рециркуляции 3 отработавших газов, подключенную к выпускному каналу одного из цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1, смеситель отработавших газов 4, воздуховод 5. Смеситель отработавших газов 4 связан воздуховодом 5 с турбокомпрессором 2, а трубкой рециркуляции 3 отработавших газов - с одним из цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1. Воздуховод 5 соединяет турбокомпрессор 2 с впускным коллектором 6 подвода смеси отработавших газов и наддувочного воздуха через теплообменник наддувочного воздуха 7. Теплообменник наддувочного воздуха 7 установлен за смесителем отработавших газов 4. В системе рециркуляции отработавших газов дополнительно на трубке рециркуляции 3 установлен датчик температуры 8 отработавших газов, направляемых от цилиндра двигателя внутреннего сгорания 1 на рециркуляцию. Датчик температуры 8 отработавших газов связан с электронной системой управления 9 двигателя внутреннего сгорания 1 для диагностики работы цилиндра. В двигателе внутреннего сгорания 1 с системой рециркуляции отработавших газов для повышения эффективности системы охлаждения двигателя перед теплообменником наддувочного воздуха 7 установлен радиатор 10.
Двигатель внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов работает следующим образом.
1
2
Отработавшие газы из выпускного канала цилиндра двигателя внутреннего сгорания 1 напрямую поступают в трубопровод системы впуска на участке между компрессорной ступенью турбокомпрессора 2 и теплообменником наддувочного воздуха 7. Атмосферный воздух из системы фильтрации воздуха с температурой окружающей среды t сжимается в компрессорной ступени турбокомпрессора 2 нагреваясь до температуры t, затем сжатый и нагретый воздух по воздуховоду 5 направляется к смесителю отработавших газов 4, в котором происходит его смешивание с отработавшими газами, подаваемыми от одного из цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1 по трубке рециркуляции 3.
Датчик температуры 8 отработавших газов измеряет температуру отработавших газов цилиндра двигателя внутреннего сгорания 1, из которого поступает отработавший газ в систему рециркуляции, и своевременно информирует электронную систему управления 9 двигателя внутреннего сгорания 1 о возможной неисправности в работе цилиндра двигателя. При необходимости электронная система управления 9 автоматически вводит ограничения в работу цилиндра двигателя внутреннего сгорания 1, задействованного в системе рециркуляции.
После процесса смешивания наддувочного воздуха и отработавших газов в смесителе отработавших газов 4 полученная смесь направляется для охлаждения в штатный теплообменник наддувочного воздуха 7.
При этом теплообменник наддувочного воздуха 7 работает в качестве ресивера, который выравнивает концентрацию отработавших газов в наддувочном воздухе для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1. Такой способ рециркуляции отработавших газов позволяет обеспечить постоянную степень рециркуляции отработавших газов, равную 1/8 – для восьмицилиндрового газового двигателя, 1/6 - для шестицилиндрового двигателя и так далее, также позволяет за счет увеличения перепада температур на теплообменнике наддувочного воздуха 7 повысить эффективность отвода тепла в окружающий воздух и снизить общую тепловую нагрузку на двигатель.
3
Пройдя через теплообменник надувочного воздуха 7, образовавшаяся смесь охлаждается до температуры t, и направляется в цилиндры двигателя внутреннего сгорания 1 через впускные коллекторы 6. В процессе работы двигателя внутреннего сгорания 1 отработавшие газы из остальных цилиндров двигателя, незадействованных в процессе рециркуляции, направляются по выпускным коллекторам 11 системы газопроводов в турбинную ступень турбокомпрессора 2, после которого через систему выпуска направляются в атмосферу.
Заявляемое техническое решение позволяет снизить токсичность отработавших газов при работе двигателя внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов, повысить эффективность системы рециркуляции и точность поддержания степени рециркуляции отработавших газов.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.