Устройство для рециркуляции отработавших газов судового дизеля

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения и может быть использовано судовыми дизелями для повышения технико-экономических и экологических показателей. Поставленная задача решается путем использования на месте соединения рециркуляционного канала с впускным трубопроводом поворотной заслонки, которая в зависимости от нагрузки дизеля позволяет направить требуемую порцию отработавших газов (ОГ) во впускной трубопровод. Поворотная заслонка подключена к электрическому исполнительному механизму, который управляется от электронного блока управления. Рециркуляционный канал содержит термоэлектрический холодильник, выхлопной трубопровод - термоэлектрический генератор. Электрическая энергия, полученная в термоэлектрическом генераторе, поступает на зарядку аккумуляторной батареи и расходуется на работу термоэлектрического холодильника. При работе термоэлектрического холодильника происходит охлаждение отработавших газов, что позволяет получить «охлажденную» рециркуляцию ОГ. Таким образом, предлагаемое устройство для рециркуляции ОГ судового дизеля позволяет повысить температуру рабочего заряда на режимах холостого хода и частичных нагрузок, что приводит быстрому испарению и образованию смеси необходимого воспламенения, снизить максимальную температуру рабочего цикла, эмиссию оксидов азота NO_x и очистить цилиндры от токсичных компонентов. Это позволяет повысить технико-экономические и экологические показатели судового дизеля.

Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано судовыми дизелями для повышения технико-экономических и экологических показателей.

Известно устройство для рециркуляции отработавших газов (ОГ) ДВС (1). Устройство содержит клапаны рециркуляции и сажесборник. Между стаканом сажесборника и торцевой частью впускного патрубка помещена асбестовая уплотнительная прокладка. Во впускном патрубке клапана выполнено сквозное отверстие, сообщающее впускной и выпускной трубопроводы.

Недостатком данного устройства является невозможность точной рециркуляции отработавших газов на разных режимах и в связи с этим нарушаются экономические и экологические показатели работы дизеля.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для рециркуляции ОГ (2). Устройство содержит впускной и выпускной трубопроводы, которые сообщены рециркуляционным каналом. Впускной трубопровод в месте соединения его с рециркуляционным каналом имеет участок с выполненным внутри него технологическими выступами и установленным внутри него между выступами запорным органом. Запорный орган представляет втулку, установленную зазором с возможностью перекрытия рециркуляционного канала за счет ее перемещения между выступами под действием силы тяжести и разницы давления воздуха во впускном трубопроводе.

Недостатком этого устройства является то, что в процессе эксплуатации запорный клапан засоряется, перемещение втулки по заданному закону и рециркуляция ОГ нарушается. Кроме того, устройство является «горячим», т.е. отработавшие газы поступают во впускной

трубопровод без охлаждения, что негативно сказывается на организации рабочего процесса.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение точности перепуска на всех режимах и использование «холодной» рециркуляции отработавших газов.

Техническим результатом при этом является повышение температуры заряда для быстрого испарения и образования смеси необходимого воспламенения, снижение максимальной температуры рабочего цикла, снижение эмиссии оксидов азота NO _x и очистка цилиндров от токсичных компонентов.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем впускной, выхлопной трубопроводы и рециркуляционный канал, впускной трубопровод на месте соединения с рециркуляционным каналом дополнительно содержит заслонку, установленной с возможностью перепуска требуемой порции отработавших газов в зависимости от нагрузки во впускной трубопровод и связанной с электрическим исполнительным механизмом, подключенный к электронному блоку управления; аккумуляторную батарею; датчики расхода воздуха и нагрузки дизеля, связанные с электронным блоком управления; термоэлектрический холодильник, установленный на рециркуляционном канале, холодные спаи которого присоединены к горячей стенке рециркуляционного канала, горячие спаи через теплообменник подключены к забортной воде системы охлаждения; термоэлектрический генератор, установленный на выхлопном трубопроводе, горячие спаи которого сопрягаются с выхлопным трубопроводом, а холодные спаи через теплообменник связаны с системой охлаждения забортной воды, выход которого через аккумуляторную батарею и блок управления подключен к термоэлектрическому холодильнику

На приведенном чертеже (фиг.1) представлено заявляемое устройство для рециркуляции отработавших газов, которое содержит впускной трубопровод 1; выхлопной трубопровод 2; рециркуляционный канал 3;

электродвигатель 4; редуктор 5; механическую связь 6; заслонку 7; термоэлектрический генератор 8; термоэлектрический холодильник 9; теплообменники 10, 11; датчик 12 расхода воздуха через дизель, датчик нагрузки 13; электронный блок управления 14, аккумуляторную батарею 15, насос забортной воды 16; каналы забортной воды 17, 18, 19; каналы подачи сигналов 20, 21, 22; каналы подачи электроэнергии 23, 24.

Электрический исполнительный механизм при помощи электродвигателя 4, механической связи 6, редуктора 5 устанавливается на стыке рециркуляционного канала с впускным трубопроводом 1, вал редуктора 5 связан с заслонкой 7. При монтаже этого механизма должна быть выполнена герметичность впускного трубопровода 1. Электрический исполнительный механизм имеет ручное управление, заслонка 7 может быть установлена на любой требуемый угол , с помощью которого устанавливается величина перепускаемого ОГ во впускной трубопровод 1, его величина определяется для каждого двигателя опытным путем. Например, при =0° заслонка 7 полностью закрывает рециркуляционный канал 2, а при =мах величина количества перепускаемого количества ОГ во впускной трубопровод максимальна, что может быть использована на средних нагрузках работы дизеля. Следует учитывать, что при организации рециркуляции ОГ наблюдается снижение концентрации кислорода в ОГ, что может привести к ухудшению топливной экономичности и заметному росту концентрации в ОГ продуктов неполного сгорания топлива. Поэтому перепуск ОГ следует осуществлять на режимах с нагрузкой, не превышающей 75% от номинальной.

Термоэлектрический генератор 8 состоит из термобатарей теплоприемников «холодных» и «горячих» спаев. Для достижения наибольшего температурного интервала теплообменник «горячих» спаев включен в трубопровод 2 выпуска отработавших газов, а теплообменник холодных» спаев - во внутренний контур системы охлаждения дизеля каналами 18, 19.

Термоэлектрический холодильник 9 наоборот своими холодными спаями установлен к рециркуляционному каналу 3, а горячие спаи термоэлементов через теплообменник 11 подключены к забортной воде каналами 17, 18 системы охлаждения дизеля.

Расход воздуха через дизель определяется датчиком 12 расхода воздуха, сигнал нагрузки определяется датчиком 13, который может быть установлен на рейке топливного насоса высокого давления или на форсунке.

В электронном блоке 14 в запоминающем устройстве закладывается в зависимости от нагрузки дизеля воздуха и соответственно требуемое количество ОГ. Кроме того, электронный блок управления 14 служит для подачи электроэнергии на термоэлектрический холодильник 9 и в соответствии полученных сигналов от датчиков 12, 13 формирует сигнал управления работой электродвигателя 4. Аккумуляторная батарея 15 служит для накопления электроэнергии, полученной от термоэлектрического генератора 8 и для питания термоэлектрического холодильника 9 и других потребителей.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После запуска дизеля устройство для рециркуляции ОГ начинает работать. Одновременно начинает работать термоэлектрический холодильник 9 холодные спаи, которого через рециркуляционный канал поглощают теплоту ОГ, а горячие спаи охлаждаются в теплообменнике 11, куда насосом 17 по каналу 18 подается забортная вода системы охлаждения.

От датчиков 12, 13 сигналы по каналам 20, 21 поступают в блок управления 14. В соответствии с сигналами от указанных датчиков и заложенными в запоминающем устройстве электронного блока 14 оптимизированными характеристиками перепуска ОГ в электронном блоке 14 определяется требуемый расход воздуха и перепускаемых ОГ в зависимости от нагрузки дизеля. Величина требуемого расхода воздуха сравнивается с сигналом действительного расхода, поступающим в электронный блок 14 от датчиков 12, 13, и при наличии рассогласования

выдаются командные сигналы на электродвигатель 4, который приводится в действие и происходит перемещение заслонки, т.е. закрытие или открытие рециркуляционного канала 2. При этом требуемая охлажденная порция ОГ направляется во впускной трубопровод 1.

В то же время начинает работать термоэлектрический генератор 5. При работе дизеля на номинальных нагрузках поглощается теплота от ОГ, а с холодной стороны отводится теплота охлаждающей забортной водой за вычетом электроэнергии, полученной на внешней нагрузке. На внешней нагрузке термоэлектрический генератор создает напряжение, равное э.д.с., за вычетом падения напряжения и внутреннего сопротивления, электроэнергия подается в аккумуляторные батареи 15 и происходит накопление электроэнергии. Одновременно через электронный блок управления 14 электроэнергия поступает на термоэлектрический холодильник 6, где с помощью эффекта Пельтье происходит охлаждение перепускаемых ОГ.

При работе на режиме холостого хода угол между осью рециркуляционного канала и заслонкой наибольший и может перепускать до 70% отработанных газов во впускной трубопровод 1. При увеличении нагрузки дизеля расход воздуха, в результате чего заслонка уменьшает перепуск ОГ согласно расчетным данным, причем перекрытие рециркуляционного канала происходит пропорционально количеству поступаемого воздуха и при нагрузке свыше 75% от номинальной, заслонка полностью перекрывает рециркуляционный канал 2 и поступление ОГ во впускной трубопровод 1 практически прекращается.

При создании устройства для рециркуляции ОГ следует учитывать, что в форсированных дизелях с высоким наддувом давление воздуха на впуске превышает давление ОГ в выпускной системе, что затрудняет создание устройства рециркуляции ОГ. Поэтому в этом случае ОГ могут подаваться на вход компрессора.

Таким образом, предлагаемое устройство для рециркуляции ОГ позволяет повысить температуру рабочего заряда на режимах холостого хода

и частичных нагрузок, что приводит быстрому испарению и образованию смеси необходимого воспламенения, снизить максимальную температуру рабочего цикла, эмиссию оксидов азота NO_x и очистить цилиндры от токсичных компонентов. Это позволяет повысить технико-экономические и экологические показатели судового дизеля.

Источник информации

1. Патент РФ 2251616, МПК F02М 25/06, опубл. в бюл. №12 27.04.2005. Устройство для рециркуляции отработавших газов.

2. Патент РФ 2190774, F02М 25/07, опубл. в бюл. 10.10.2002. Устройство для рециркуляции отработавших газов.

Устройство для рециркуляции отработавших газов судового дизеля, содержащее всасывающий, выхлопной трубопроводы и рециркуляционный канал, связывающий трубопроводы, отличающееся тем, что в известном устройстве, содержащем впускной, выхлопной трубопроводы и рециркуляционный канал, впускной трубопровод на месте соединения с рециркуляционным каналом дополнительно содержит заслонку, установленную с возможностью перепуска требуемой порции отработавших газов в зависимости от нагрузки во впускной трубопровод и связанную с электрическим исполнительным механизмом, подключенным к электронному блоку управления; аккумуляторную батарею; датчики расхода воздуха и нагрузки дизеля, связанные с электронным блоком управления; термоэлектрический холодильник, установленный на рециркуляционном канале, холодные спаи которого присоединены к горячей стенке рециркуляционного канала, горячие спаи через теплообменник подключены к забортной воде системы охлаждения; термоэлектрический генератор, установленный на выхлопном трубопроводе, горячие спаи которого сопрягаются с выхлопным трубопроводом, а холодные спаи через теплообменник связаны с системой охлаждения забортной воды, выход которого через аккумуляторную батарею и блок управления подключен к термоэлектрическому холодильнику.