RU2296869C2

RU2296869C2 - Device to deliver exhaust gases of internal combustion engine to turbine of turbocompressor

Info

Publication number: RU2296869C2
Application number: RU2003120751/06A
Authority: RU
Inventors: Эльмир Александрович Швец (RU); Эльмир Александрович Швец; Александр Дмитриевич Герасимов (RU); Александр Дмитриевич Герасимов; бцовских Иван Васильевич Р (RU); Иван Васильевич Рябцовских; Наталь Валентиновна Колесниченко (RU); Наталья Валентиновна Колесниченко
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2007-04-10
Also published as: RU2003120751A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention can be used in engine exhaust systems. Proposed device to deliver exhaust gases of internal combustion engine to turbine of turbocompressor has exhaust pipes connected with turbocompressor and mixing chamber. Gate is installed in mixing chamber being fitted on fixed axle. Position of gate is set by electromagnetic gate control system including rotary disk with permanent magnet, two hermetically sealed reed relays connected through current amplifier and wise with two solenoids.

EFFECT: improved cleaning of cylinders of internal combustion engines from exhaust gases, increased power and efficiency of turbocompressor.

1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах выпуска отработавших газов.The invention relates to engine building and can be used in exhaust systems.

Известно устройство (Патент Российской Федерации №2197623, МПК F02В 37/02, 2003 г.) для подвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к турбине турбокомпрессора, содержащее выхлопную трубу, соединенную с турбокомпрессором, причем в устройство включены смесительная камера и дополнительная выхлопная труба, соединенная с третьим и четвертым цилиндрами двигателя, а основная выхлопная труба соединена с первым и вторым цилиндрами, при этом смесительная камера выполнена двухканальной и расположена между выхлопными трубами и турбокомпрессором, а в их разделительной стенке выполнены каналы в виде усеченного конуса, расположенные под острым углом к оси смесительной камеры.A device is known (Patent of the Russian Federation No. 2197623, IPC F02B 37/02, 2003) for supplying exhaust gases of an internal combustion engine to a turbocharger turbine, comprising an exhaust pipe connected to a turbocompressor, the mixing chamber and an additional exhaust pipe connected to the device with the third and fourth cylinders of the engine, and the main exhaust pipe is connected to the first and second cylinders, while the mixing chamber is made of two channels and is located between the exhaust pipes and turbocompress Hur, and their separation wall channels made in the form of a truncated cone disposed at an acute angle to the axis of the mixing chamber.

Однако известное устройство не обеспечивает достаточную очистку цилиндров двигателя от отработавших газов, а следовательно, и наполнение их свежим зарядом. Кроме того, в смесительной камере не создается надежный затвор для исключения перетекания отработавших газов, движущихся по одной выхлопной трубе к турбокомпрессору в другую выхлопную трубу, что приводит к уменьшению импульса давления газов. При прохождении газов через конусные сужающиеся каналы происходит повышение скорости их истечения и увеличение трения их о стенки каналов, а при их выходе из каналов в смесительную камеру возникают местные турбулентные возмущения газов. Все вышеперечисленные факторы приводят к уменьшению энергии газового потока, к снижению мощности и коэффициента полезного действия турбокомпрессора.However, the known device does not provide sufficient cleaning of the engine cylinders from exhaust gases, and therefore, filling them with a fresh charge. In addition, a reliable shutter is not created in the mixing chamber to prevent the flow of exhaust gases moving along one exhaust pipe to the turbocharger into another exhaust pipe, which leads to a decrease in the gas pressure pulse. When gases pass through conical narrowing channels, their outflow rate increases and their friction against the channel walls increases, and when they exit the channels into the mixing chamber, local turbulent gas perturbations arise. All of the above factors lead to a decrease in the energy of the gas stream, to a decrease in the power and efficiency of the turbocompressor.

Технический результат направлен на улучшение очистки цилиндров двигателя от отработавших газов и в целом на повышение мощности и коэффициента полезного действия турбокомпрессора.The technical result is aimed at improving the cleaning of engine cylinders from exhaust gases and, in general, at increasing the power and efficiency of a turbocompressor.

Технический результат достигается тем, что устройство для подвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к турбине турбокомпрессора, содержащее выхлопные трубы, соединенные с турбокомпрессором, смесительную камеру, при этом в смесительной камере установлена заслонка, размещенная на неподвижной оси, причем положение заслонки задается электромагнитной системой управления, содержащей вращающийся диск с постоянным магнитом, два геркона, соединенных через усилитель и электрические проводники с двумя соленоидами.The technical result is achieved by the fact that the device for supplying exhaust gas of the internal combustion engine to the turbine of the turbocharger, comprising exhaust pipes connected to the turbocharger, a mixing chamber, wherein a shutter mounted on a fixed axis is installed in the mixing chamber, the shutter position being set by an electromagnetic control system, containing a rotating disk with a permanent magnet, two reed switches connected through an amplifier and electrical conductors with two solenoids.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в смесительной камере устанавливается заслонка, размещенная на неподвижной оси и ее положение задается электромагнитной системой управления заслонкой, содержащей вращающийся диск с постоянным магнитом, два геркона, соединенных через усилитель и электрические проводники с двумя соленоидами.Distinctive features of the prototype is that a shutter mounted on a fixed axis is installed in the mixing chamber and its position is set by an electromagnetic shutter control system containing a rotating disk with a permanent magnet, two reed switches connected through an amplifier and electrical conductors with two solenoids.

На чертеже представлено устройство для подвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к турбине турбокомпрессора.The drawing shows a device for supplying exhaust gas of an internal combustion engine to a turbocharger turbine.

Устройство содержит выхлопные трубы 1, 2 и 3, смесительную камеру 4, заслонку 5, турбокомпрессор 9 и электромагнитную систему управления заслонкой 5.The device comprises exhaust pipes 1, 2 and 3, a mixing chamber 4, a shutter 5, a turbocompressor 9 and an electromagnetic control system for the shutter 5.

Электромагнитная система управления заслонкой 5 состоит из вращающегося диска 6 с закрепленным на нем постоянным магнитом 7, герконов 8 и 18, соединенных через усилитель электрического тока 10 и электрические проводники 11 и 12 с соленоидами (катушки с сердечниками) 13 и 14. Вращающийся диск 6 имеет угловую скорость вращения, в два раза меньшую по сравнению со скоростью вращения коленчатого вала двигателя.The electromagnetic control system of the shutter 5 consists of a rotating disk 6 with a permanent magnet 7 fixed on it, reed switches 8 and 18 connected through an electric current amplifier 10 and electrical conductors 11 and 12 with solenoids (coils with cores) 13 and 14. The rotating disk 6 has angular rotation speed, half as much as compared with the rotation speed of the engine crankshaft.

На наружной поверхности вращающегося диска 6 закреплен постоянный магнит 7, выполненный в виде сегмента. Постоянный магнит 7 имеет переднюю А и заднюю Б кромки.On the outer surface of the rotating disk 6 is fixed to a permanent magnet 7, made in the form of a segment. The permanent magnet 7 has a front A and a rear B edge.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В момент открытия выпускного клапана цилиндра 16 двигателя внутреннего сгорания отработавшие газы поступают в выхлопную трубу 2. В этот момент передняя кромка А постоянного магнита 7 будет находиться напротив геркона 18. Под действием магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 7, контакты геркона 18 замыкаются, и электрический ток от положительного полюса источника постоянного тока через электрические проводники 11 и усилитель тока 10 поступает в катушку соленоида 13 и далее на отрицательный полюс источника тока. Под действием электромагнитной силы, возникающей в катушке соленоида 13, заслонка 5 повернется относительно неподвижной оси 15 и перекроет выхлопную трубу 1. При этом отработавшие газы из цилиндра 16 поступают по выхлопным трубам 2 и 3 к турбокомпрессору 9. Импульс давления отработавших газов, поступающих в турбокомпрессор 9, способствует наиболее полному использованию энергии отработавших газов и позволяет повысить при одинаковом расходе газов мощность и кпд турбокомпрессора 9.At the time of opening the exhaust valve of the cylinder 16 of the internal combustion engine, the exhaust gas enters the exhaust pipe 2. At this moment, the front edge A of the permanent magnet 7 will be opposite the reed switch 18. Under the influence of the magnetic field created by the permanent magnet 7, the contacts of the reed switch 18 are closed, and the electric the current from the positive pole of the DC source through the electrical conductors 11 and the current amplifier 10 enters the coil of the solenoid 13 and then to the negative pole of the current source. Under the action of electromagnetic force arising in the coil of the solenoid 13, the shutter 5 will rotate relative to the fixed axis 15 and block the exhaust pipe 1. In this case, the exhaust gases from the cylinder 16 are fed through the exhaust pipes 2 and 3 to the turbocharger 9. The pressure pulse of the exhaust gases entering the turbocharger 9, contributes to the fullest use of the energy of exhaust gases and allows to increase the power and efficiency of the turbocompressor 9 at the same gas consumption.

При перекрытии заслонкой 5 выхлопной трубы 1 в ней возникает колебательный процесс изменения давления, то есть давление в выхлопной трубе 1 цилиндра 17 будет то повышаться, то понижаться.When the shutter 5 closes the exhaust pipe 1, an oscillatory process of pressure change occurs in it, that is, the pressure in the exhaust pipe 1 of the cylinder 17 will either increase or decrease.

Длина трубопровода 1 должна быть подобрана таким образом, чтобы в момент открытия выпускного клапана цилиндра 17 в выпускном трубопроводе у цилиндра 17 создавалось разрежение. При этом перепад давлений между давлением газов в цилиндре 17 и давлением отработавших газов в выхлопной трубе 1 будет возрастать, а следовательно, и количество отработавших газов, выходящих из цилиндра, будет увеличиваться. При этом возрастет импульс давления и энергия отработавших газов, что позволит повысить мощность и кпд турбокомпрессора 9.The length of the pipe 1 must be selected so that at the time of opening the exhaust valve of the cylinder 17 in the exhaust pipe, a vacuum is created at the cylinder 17. In this case, the pressure difference between the gas pressure in the cylinder 17 and the pressure of the exhaust gases in the exhaust pipe 1 will increase, and therefore, the amount of exhaust gases leaving the cylinder will increase. This will increase the pressure pulse and the energy of the exhaust gases, which will increase the power and efficiency of the turbocharger 9.

Длина трубопровода 2 подбирается таким образом, чтобы в момент открытия выпускного клапана цилиндра 16 в выпускном трубопроводе у цилиндра 16 создавалось разряжение.The length of the pipe 2 is selected so that at the moment of opening the exhaust valve of the cylinder 16 in the exhaust pipe, a vacuum is created at the cylinder 16.

При вращении коленчатого вала происходит и поворот вращающегося диска 6. При совмещении кромки А постоянного магнита 7 с герконом 8 контакты его под действием магнитного поля замыкаются. При этом задняя кромка Б постоянного магнита 7 не будет находиться напротив геркона 18 и поэтому контакты его разомкнутся. Электрический ток от положительного полюса источника постоянного тока через контакты геркона 8, электрические проводники 11, усилитель тока 10 будет поступать в обмотку соленоида 14, а в обмотку соленоида 13 поступать не будет. Поэтому заслонка 5, поворачиваясь на неподвижной оси 15, перекроет выхлопную трубу 2, откроет выхлопную трубу 1, и отработавшие газы из цилиндра 17 будут в виде импульса давления поступать в турбокомпрессор 9.When the crankshaft rotates, the rotary disk 6 rotates. When the edge A of the permanent magnet 7 and the reed switch 8 are combined, its contacts are closed under the action of a magnetic field. In this case, the trailing edge B of the permanent magnet 7 will not be opposite the reed switch 18 and therefore its contacts will open. The electric current from the positive pole of the DC source through the contacts of the reed switch 8, the electrical conductors 11, the current amplifier 10 will be supplied to the coil of the solenoid 14, and will not enter the coil of the solenoid 13. Therefore, the shutter 5, turning on a fixed axis 15, will block the exhaust pipe 2, open the exhaust pipe 1, and the exhaust gases from the cylinder 17 will enter the turbocharger 9 in the form of a pressure pulse.

При дальнейшем вращении коленчатого вала проворачивается и вращающийся диск 6 и при совмещении кромки А постоянного магнита 7 с герконом 18 контакты последнего под действием магнитного поля замыкаются. При этом задняя кромка Б постоянного магнита 7 не будет находиться против геркона 8 и поэтому контакты его разомкнутся. Электрический ток от положительного полюса источника постоянного тока через контакты геркона 18, электрические проводники 12, усилитель тока 10 будет поступать в обмотку соленоида 13, а в обмотку соленоида 14 поступать не будет. При этом заслонка 5, поворачиваясь на неподвижной оси 15, перекроет выходную трубу 1, откроет выхлопную трубу 2, и отработавшие газы из цилиндра 16 через смесительную камеру 4, выхлопную трубу 3 будут в виде импульса давления поступать в турбокомпрессор 9.With further rotation of the crankshaft, the rotating disk 6 also rotates, and when the edge A of the permanent magnet 7 and the reed switch 18 are combined, the contacts of the latter are closed under the influence of a magnetic field. In this case, the trailing edge B of the permanent magnet 7 will not be against the reed switch 8 and therefore its contacts will open. The electric current from the positive pole of the DC source through the contacts of the reed switch 18, the electrical conductors 12, the current amplifier 10 will enter the coil of the solenoid 13, and will not enter the coil of the solenoid 14. At the same time, the shutter 5, turning on the fixed axis 15, will block the exhaust pipe 1, open the exhaust pipe 2, and the exhaust gases from the cylinder 16 through the mixing chamber 4, the exhaust pipe 3 will enter the turbocharger 9 in the form of a pressure pulse.

Из вышесказанного следует, что электромагнитная система управления положением заслонки 5 в смесительной камере 4 осуществляет выпуск отработавших газов из одного цилиндра и перекрытие выхлопной трубы другого цилиндра, что создает оптимальные условия для использования импульсов давления отработавших газов и, как следствие, обеспечивает повышение мощности и кпд турбокомпрессора 9. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает создание необходимых условий для обеспечения импульсного наддува (с переменным давлением газов в выпускном трубопроводе), что позволит увеличить мощность и кпд турбокомпрессора.From the above it follows that the electromagnetic control system of the position of the shutter 5 in the mixing chamber 4 exhausts the exhaust gases from one cylinder and closes the exhaust pipe of the other cylinder, which creates optimal conditions for the use of pressure pulses of exhaust gases and, as a result, provides increased power and efficiency of the turbocharger 9. Thus, the proposed device provides the necessary conditions for providing pulse boost (with variable gas pressure in the outlet pipeline), which will increase the power and efficiency of the turbocompressor.

Claims

A device for supplying exhaust gases of an internal combustion engine to a turbocharger turbine, comprising exhaust pipes connected to a turbocharger, a mixing chamber, characterized in that a shutter is mounted on the fixed axis in the mixing chamber, the shutter position being set by an electromagnetic control system of the shutter comprising a rotating disk with a permanent magnet, two reed switches connected through a current amplifier and electrical conductors with two solenoids.