Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. Техническим результатом является повышение эффективности работы и улучшение топливной экономичности двигателя, снабженного турбокомпрессором, сокращение выбросов оксидов азота. Сущность изобретения заключается в том, что во время регулирования двигателя при частоте вращения его вала выше средней величины подают выпускные газы к впускному клапану 7. При средней и меньшей частоте вращения вала двигателя подают выпускные газы на вход в компрессор 9 турбокомпрессора 10. При снижении нагрузки на двигатель подают выпускные газы и к клапану 7, и на вход в компрессор 9. А при работе двигателя на режиме, при котором возможна детонация, прекращают рециркуляцию выпускных газов и направляют часть наддувочного воздуха на вход в компрессор 9. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

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

Известны различные способы регулирования двигателя внутреннего сгорания с использованием рециркуляции выпускных газов. В двигателях, показанных в патентах №№1751380, 2231660, выданных в РФ, в патенте №8353275, выданном в США, рециркуляцию выпускных газов осуществляют по внутреннему контуру двигателя между выпускным и впускным коллекторами, где давление газов при турбонаддуве значительно выше атмосферного. В двигателях, изображенных в патентах №№2006610, 2230212, выданных в РФ, рециркуляцию отработавших газов реализуют по внешнему контуру, а именно из выпускной системы транспортного средства через впускной патрубок компрессора турбокомпрессора при давлении газов, близком к атмосферному.

В качестве более близкого аналога принят способ регулирования двигателя внутреннего сгорания, изложенный в патенте №6470682, выданном в США, МПК F02M 25/07. При этом способе регулирования двигателя внутреннего сгорания, снабженного турбокомпрессором, подают отработавшие газы, поступающие от турбины турбокомпрессора, либо на вход в компрессор, либо во впускной коллектор с помощью компрессора, что требует дополнительного расхода энергии. Однако применение регулирования наддува в сочетании только с внешним контуром рециркуляции выпускных газов или только с внутренним контуром рециркулирующих выпускных газов сужает возможности и понижает эффективность использования двигателя.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы двигателя, сокращение выбросов оксидов азота, улучшение топливной экономичности путем объединения внутреннего контура рециркуляции выпускных газов с выходом на внешний контур и контур регулирования компрессора турбокомпрессора.

Решение задачи повышения эффективности работы и улучшения топливной экономичности двигателя, сокращения выбросов оксидов азота обеспечено тем, что при регулировании двигателя внутреннего сгорания, снабженного турбокомпрессором, при частоте вращения вала двигателя выше средней величины подают выпускные газы к впускному клапану, при средней и меньшей частоте вращения вала двигателя подают выпускные газы на вход в компрессор, при снижении нагрузки на двигатель подают выпускные газы и к впускному клапану, и на вход в компрессор. А при работе двигателя на режиме, при котором возможна детонация, прекращают рециркуляцию выпускных газов и направляют часть наддувочного воздуха на вход в компрессор.

При таком способе регулирования двигателя обеспечена возможность регулирования наддува в сочетании и с внутренним, и с внешним контуром рециркуляции выпускных или отработавших газов, что повышает эффективность использования двигателя.

Соотношение объемов выпускных газов и перепускаемого наддувочного воздуха, подаваемых к впускному клапану и на вход в компрессор, регулируют посредством электронного блока управления.

На фигуре 1 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в первой позиции.

На фигуре 2 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок во второй позиции.

На фигуре 3 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в третьей позиции.

На фигуре 4 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в четвертой позиции.

На фигуре 5 показан двигатель внутреннего сгорания с расположением его заслонок в пятой позиции.

В двигателе внутреннего сгорания, показанном на фигурах 1-5, выпускной клапан 1 соединен рециркуляционным каналом 2 с клапаном рециркуляции 3, далее через охладитель и другой участок 4 канала 2 с многопозиционным распределителем 5, затем через канал 6 с впускным клапаном 7 и с каналом 8 прохода воздуха из компрессора 9 турбокомпрессора 10. С другой стороны многопозиционный распределитель 5 соединен через канал 11 с входом 12 компрессора 9.

Сочетания положений клапана 3 и заслонки 13 распределителя 5 могут быть следующими.

При сочетании, показанном на фигуре 1, клапан рециркуляции 3 открыт. Расположенная в распределителе 5 заслонка 13 закрывает канал 11 к входу 12 компрессора 9. Одновременно полностью открывается канал 6, соединенный с впускной трубой 14, и тем самым обеспечен доступ к впускному клапану 7.

При сочетании, показанном на фигуре 2, клапан рециркуляции 3 открыт. Заслонка 13 в распределителе 5 закрывает канал 6. Одновременно полностью открывает канал 11 и доступ к входу 12 компрессора 9.

При сочетании, показанном на фигуре 3, клапан рециркуляции 3 закрыт. Заслонка 13 в распределителе 5 соединяет канал 6 с выходом 8 компрессора 9 и с каналом 11, открывая доступ к входу 12 компрессора 9.

При сочетании, показанном на фигуре 4, клапан рециркуляции 4 закрыт. Заслонка 13 перекрывает канал 6.

При сочетании, показанном на фигуре 5, клапан рециркуляции 3 открыт. Заслонка 13 в многопозиционном распределителе 5 соединяет между собой каналы 2, 6, 11.

Клапан рециркуляции 3 и заслонку 13 в распределителе 5 приводят в действие электропневматическими приводами соответственно 15 и 16, которые управляются электронным блоком управления 17 посредством электрических средств 19 и 20. Аналогичным образом осуществляют управление посредством электропневматического привода 18 впускным дросселем 21 в канале 8.

Взаимодействие клапанов в двигателе внутреннего сгорания, работающего на составах смеси, близких к стехиометрическим, осуществляют следующим образом.

На большинстве режимов с нагрузками несколько ниже, чем максимальные, при снижении нагрузок клапан рециркуляции 3 приоткрывают в одном из позиционируемых положений, которое определяет уровень вращения коленчатого вала преимущественно выше средних, заслонкой 13 в распределителе 5 закрывают канал 11 и полностью открывают канал 6 для рециркулирующих газов прямо на вход во впускную трубу 14 и выпускной клапан 7 (фигура 1). В результате сокращаются выбросы оксидов азота и количество воздуха в составе горючей смеси до стехиометрического уровня, соответственно, снижаются подачи топлива.

В случае недостатка рециркуляционного перепада - разницы давлений газов в выпускном канале 4 и воздуха во впускной трубе 14, например, на средних частотах вращения или ниже средних, заслонкой 13 в распределителе 5 закрывают канал 6 и одновременно полностью открывают канал 11 для прохода регулирующих газов на вход 12 в компрессор 9 (фигура 2), и тогда рециркуляционный перепад возрастает на величину избыточного давления в компрессоре 9. При этом клапан рециркуляции 3 открыт. В результате эффект по сокращению выбросов оксидов азота и количества воздуха в составе горючей смеси на этом режиме более значителен, чем на первом режиме, что позволяет либо меньше открывать клапан рециркуляции 3, либо использовать этот режим при резком сокращении нагрузки.

При необходимости предотвращения детонации клапан рециркуляции 3 закрывают, а заслонку 13 в распределителе 5 открывают (фигура 3). При этом канал 6 соединяет выход 8 компрессора 9 каналом 11 с входом 12 компрессора 9, в который перепускают часть наддувочного воздуха. В этом случае снижается давление наддува без нагрева горючей смеси рециркулирующими газами во избежание детонации.

На ряде режимов не требуется ни рециркуляция выпускных газов, ни перепуск наддувочного воздуха, например при пуске двигателя. На этих режимах клапан рециркуляции 3 закрывают. А заслонкой 13 в распределителе 5 закрывают канал 6 (фигура 4), что предотвращает перепуск наддувочного воздуха с выхода 8 компрессора 9. При этом дроссель 21 прикрывают.

Наконец, возможны режимы, когда требуется перепуск наддувочного воздуха для снижения нагрузки и рециркуляция выпускных газов для сокращения выбросов оксидов азота, если она возможна по условиям детонации. Тогда открывают клапан 3 и устанавливают заслонку 13 вдоль каналов 6 и 11, соединяя их с участком 4 канала 2. Давление во впускной трубе 14 получается не ниже, чем в выпускном канале 4. Потоки перепускаемого воздуха и рециркулирующих газов направляют в количествах, соответствующих разницам давлений в каналах 11 и 6, в каналах 11 и 4, в каналах 4 и 6.

На всех режимах, кроме режима пуска, воздушный дроссель 21 полностью открывают при уменьшении нагрузки, поскольку требуемое сокращение количества воздуха в составе горючей смеси обеспечивается вытеснением воздуха потоками рецикулирующих газов и/или снижением давления наддува при перепуске наддувочного воздуха.

Таким образом, во время регулирования двигателя внутреннего сгорания, снабженного турбокомпрессором 10, при частоте вращения вала двигателя выше средней величины подают выпускные газы к впускному клапану 7, при средней и меньшей частоте вращения вала двигателя подают выпускные газы на вход в компрессор 9 турбокомпрессора 10, при снижении нагрузки на двигатель подают выпускные газы и к впускному клапану 7, и на вход в компрессор 9. А при работе двигателя на режиме, при котором возможна детонация, прекращают рециркуляцию выпускных газов и направляют часть наддувочного воздуха на вход в компрессор 9.

Позиционирование клапана 3 и заслонки 13, а также дросселя 21 отслеживают по сигналам с датчиков положения приводов 15, 16, 18 и осуществляют электронным блоком управления 17 в поле многопараметровой характеристики двигателя - карты двигателя - в зависимости от сигналов с датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузки, детонации, температуры охлаждающей жидкости, расхода воздуха, давления и температуры наддувочного воздуха.

В результате указанного объединения внутреннего контура рециркуляции выпускных газов с выходом на внешний контур и контур регулирования компрессора турбокомпрессора сокращаются согласно проведенным стендовым испытаниям выбросы оксидов азота, одновременно улучшается топливная экономичность благодаря устранению дроссельных потерь в воздушном дросселе, возрастает гибкость, быстродействие управления двигателем, что важно как в эксплуатации, так и при сертификации двигателя с быстропеременными режимами.

1. Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания, снабженного турбокомпрессором, отличающийся тем, что при частоте вращения вала двигателя выше средней величины подают выпускные газы к впускному клапану, при средней и меньшей частоте вращения вала двигателя подают выпускные газы на вход в компрессор, при снижении нагрузки на двигатель подают выпускные газы и к впускному клапану, и на вход в компрессор, а при работе двигателя на режиме, при котором возможна детонация, прекращают рециркуляцию выпускных газов и направляют часть наддувочного воздуха на вход в компрессор.

2. Способ регулирования двигателя по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов выпускных газов и перепускаемого наддувочного воздуха, подаваемых к впускному клапану и на вход в компрессор, регулируют посредством электронного блока управления.