RU2575509C2 - Thermal machine - Google Patents
Thermal machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575509C2 RU2575509C2 RU2013124042/06A RU2013124042A RU2575509C2 RU 2575509 C2 RU2575509 C2 RU 2575509C2 RU 2013124042/06 A RU2013124042/06 A RU 2013124042/06A RU 2013124042 A RU2013124042 A RU 2013124042A RU 2575509 C2 RU2575509 C2 RU 2575509C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- pressure
- low
- stage
- exhaust gas
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 80
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 69
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010807 litter Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение касается тепловой машины, имеющей: двигатель внутреннего сгорания со стороной выпуска отработавших газов и стороной наддувочной текучей среды; систему наддува, включающую в себя турбонагнетатель отработавших газов для наддува двигателя внутреннего сгорания, снабженный компрессорной системой на стороне наддувочной текучей среды и турбинной системой на стороне выпуска отработавших газов, и компрессор, первичная сторона которого подключена к стороне наддувочной текучей среды, а вторичная сторона которого - к стороне выпуска отработавших газов. Изобретение касается также транспортного средства, снабженного тепловой машиной.The invention relates to a heat engine, having: an internal combustion engine with an exhaust side and a side of a charge fluid; a pressurization system including an exhaust gas turbocharger for pressurizing an internal combustion engine equipped with a compressor system on a charge-side fluid side and a turbine system on a discharge side of the exhaust gas, and a compressor, the primary side of which is connected to the charge-side fluid side, and the secondary side of which is to the exhaust side. The invention also relates to a vehicle equipped with a heat engine.
Из DE 19837978 A1 известна тепловая машина, снабженная турбонагнетателем отработавших газов для двухступенчатого наддува двигателя внутреннего сгорания и системой рециркуляции отработавших газов, при этом предусмотрен рециркуляционный трубопровод отработавших газов к вторичной стороне высоконапорного компрессора.A heat engine is known from DE 19837978 A1, equipped with an exhaust gas turbocharger for a two-stage pressurization of an internal combustion engine and an exhaust gas recirculation system, wherein an exhaust gas recirculation pipe is provided to the secondary side of the high-pressure compressor.
Из GB 2121474 A известна тепловая машина, снабженная турбонагнетателем отработавших газов для двухступенчатого наддува двигателя внутреннего сгорания. При этом предусмотрен компрессор, который может обеспечивать сжатый воздух в воздушном ресивере, который при активировании педали может предоставляться турбонагнетателю отработавших газов.A heat engine is known from GB 2121474 A, equipped with an exhaust gas turbocharger for a two-stage pressurization of an internal combustion engine. At the same time, a compressor is provided that can provide compressed air in the air receiver, which, when the pedal is activated, can be provided to the exhaust turbocharger.
Вышеназванная тепловая машина известна из DE 10315148 A1. Эта машина имеет турбонагнетатель отработавших газов, снабженный компрессором и турбиной, а также дополнительно компрессором для сжатия воздуха из окружающей среды. Клапан для включения пути течения на вторичной стороне компрессора в первом положении служит для того, чтобы соединять вторичную сторону компрессора с первичной стороной турбины. Для этого предусмотрен надлежащий соединительный трубопровод, по которому нагнетаемый компрессором воздух подается к первичной стороне турбины, и благодаря этому частота вращения турбины может повышаться. Вследствие повышенной таким образом частоты вращения турбонагнетателя отработавших газов повышается давление наддувочного воздуха, забираемого из окружающей среды и затем сжимаемого. При превышении некоторого предельного значения во втором положении клапана сжатый компрессором воздух может нагнетаться к вторичной стороне турбины и таким образом выпускаться.The above heat engine is known from DE 10315148 A1. This machine has an exhaust gas turbocharger equipped with a compressor and a turbine, as well as an additional compressor for compressing air from the environment. A valve for activating the flow path on the secondary side of the compressor in the first position serves to connect the secondary side of the compressor to the primary side of the turbine. For this, an appropriate connecting pipe is provided through which the air pumped by the compressor is supplied to the primary side of the turbine, and due to this, the turbine speed can increase. Due to the thus increased speed of the exhaust turbocharger, the pressure of the charge air taken from the environment and then compressed is increased. If a certain limit value is exceeded in the second position of the valve, the compressed air from the compressor can be pumped to the secondary side of the turbine and thus released.
Оказалось, что такая силовая машина еще может быть усовершенствована.It turned out that such a power machine could still be improved.
Здесь применяется это изобретение, задачей которого является предложить тепловую машину, которая имеет усовершенствованную систему наддува, в частности, усовершенствованную систему наддува, у которой компрессор подключен усовершенствованным образом. В частности, тепловая машина должна иметь улучшенное давление наддува.Here, this invention is applied, the task of which is to propose a heat engine that has an improved pressurization system, in particular, an improved pressurization system, in which the compressor is connected in an improved way. In particular, the heat engine should have improved boost pressure.
Задача касательно тепловой машины решается изобретением с помощью тепловой машины вышеназванного рода, у которой в соответствии с изобретением предусмотрено, что система наддува включает в себя также: систему рециркуляции отработавших газов, снабженную рециркуляционным трубопроводом для отработавших газов от стороны выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к стороне наддувочной текучей среды двигателя внутреннего сгорания, при этом турбонагнетатель отработавших газов для двухступенчатого надува двигателя внутреннего сгорания имеет ступень низкого давления и ступень высокого давления. В соответствии с изобретением также предусмотрено, что ступень низкого давления имеет низконапорный компрессор компрессорной системы, привод которого осуществляется низконапорной турбиной турбинной системы, а ступень высокого давления имеет высоконапорный компрессор компрессорной системы, привод которого осуществляется высоконапорной турбиной турбинной системы. Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено, что компрессор выполнен для сжатия наддувочной текучей среды из ступени низкого давления и подачи сжатой наддувочной текучей среды в ступень высокого давления, при этом первичная сторона компрессора подключена к вторичной стороне низконапорного компрессора, а вторичная сторона компрессора - к первичной стороне высоконапорной турбины.The problem regarding the heat engine is solved by the invention with the heat engine of the above kind, which according to the invention provides that the pressurization system also includes: an exhaust gas recirculation system provided with an exhaust gas recirculation pipe from the exhaust side of the internal combustion engine to the side the charge fluid of the internal combustion engine, wherein the exhaust gas turbocharger for the two-stage pressurization of the internal combustion engine combustion chamber has a low pressure stage and a high pressure stage. In accordance with the invention, it is also provided that the low-pressure stage has a low-pressure compressor of the compressor system driven by a low-pressure turbine of the turbine system, and the high-pressure stage has a high-pressure compressor of the compressor system driven by a high-pressure turbine of the turbine system. In addition, in accordance with the invention, it is provided that the compressor is configured to compress the charge fluid from the low pressure stage and supply compressed compressed charge fluid to the high pressure stage, wherein the primary side of the compressor is connected to the secondary side of the low pressure compressor and the secondary side of the compressor to primary side of a high-pressure turbine.
В общем, под компрессором следует понимать конструктивный элемент для сжатия наддувочной текучей среды. В частности, под компрессором следует понимать конструктивный элемент для сжатия наддувочной текучей среды, привод которого осуществляется с помощью механического привода. Компрессор может также приводиться посредством привода турбины. В частности, предпочтительным оказался компрессор, выполненный в виде винтового компрессора.In general, a compressor should be understood to be a structural element for compressing a charge fluid. In particular, a compressor should be understood as a structural element for compressing a charge-air fluid, the drive of which is carried out by means of a mechanical drive. The compressor may also be driven by a turbine drive. In particular, a compressor made in the form of a screw compressor turned out to be preferable.
Изобретение исходит из рассуждения о том, что система наддува у тепловой машины вышеназванного рода, в частности, для улучшенного внутри двигателя восстановления NOx, может предпочтительным образом дополняться системой рециркуляции отработавших газов. Изобретение предусматривает рециркуляционный трубопровод для отработавших газов от стороны выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к стороне наддувочной текучей среды двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, изобретение обнаружило также, что тепловые машины, в частности дизельные двигатели, могут еще совершенствоваться с помощью системы рециркуляции отработавших газов и системы турбонаддува отработавших газов, в частности, при сравнительно небольших частотах вращения. При небольших частотах вращения было обнаружено, что, во-первых, сравнительно высокие скорости рециркуляции отработавших газов - для соблюдения предельных значений NOx - не всегда реализуемы желательным образом. Во-вторых было обнаружено, что - в случае высоких скоростей рециркуляции отработавших газов - может наступить определенный недостаток свежего воздуха в наддувочном воздухе. Недостаток свежего воздуха может неблагоприятно сказываться на свойствах ускорения оснащенного тепловой машиной транспортного средства. В результате этих противоположных проблем может возникнуть ситуация, в которой предельные значения эмиссий NOx не достигаются или достигаются только недостаточно, и/или реализуется недостаток динамики движения транспортного средства.The invention proceeds from the argument that the pressurization system of a heat engine of the aforementioned kind, in particular for improved NOx reduction inside the engine, can advantageously be supplemented by an exhaust gas recirculation system. The invention provides an exhaust gas recirculation pipe from an exhaust side of an internal combustion engine to a side of a charge fluid of an internal combustion engine. In addition, the invention also found that heat engines, in particular diesel engines, can still be improved with an exhaust gas recirculation system and an exhaust gas turbocharger system, in particular at relatively low rotational speeds. At low rotational speeds, it was found that, firstly, the relatively high exhaust gas recirculation rates - to meet the NOx limit values - are not always feasible in a desirable way. Secondly, it was found that - in the case of high exhaust gas recirculation rates - there may be a certain lack of fresh air in the charge air. A lack of fresh air can adversely affect the acceleration properties of a vehicle equipped with a heat engine. As a result of these opposing problems, a situation may arise in which the limit values of NOx emissions are not reached or are only insufficiently achieved, and / or a lack of vehicle dynamics is realized.
Изобретение решает эти проблемы посредством применения турбонагнетателя отработавших газов для двухступенчатого надува двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя ступень низкого давления и ступень высокого давления в соответствии с отличительной частью п.1 формулы изобретения. При этом изобретение обнаружило, что компрессор для сжатия наддувочной текучей среды может интегрироваться особенно предпочтительным образом, при этом он должен быть выполнен в меньшей степени для сжатия воздуха из окружающей среды, чем, напротив, для сжатия наддувочной текучей среды из ступени низкого давления и для подачи сжатой наддувочной текучей среды в ступень высокого давления. В соответствии с изобретением предусмотрено, что первичная сторона компрессора подключена к вторичной стороне низконапорного компрессора, а вторичная сторона компрессора - к первичной стороне высоконапорной турбины. Изобретение делает возможным особенно предпочтительным образом дополнительное и особенно высокое увеличение давления посредством компрессора при двухступенчатом турбонагнетателе отработавших газов перед высоконапорной турбиной турбинной системы, которая благодаря этому дополнительно и достаточно сильно обдувается. Предпочтительным образом изобретение обнаружило, что благодаря этому, во-первых, может достигаться такой сильный отрицательный перепад давления продувки - а именно, отрицательная разность давления между давлением на стороне наддувочной текучей среды и давлением на стороне выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания - что он достаточен даже при сравнительно небольших частотах вращения двигателя внутреннего сгорания для сравнительно высоких скоростей рециркуляции отработавших газов. Во-вторых, благодаря сравнительно повышенного дополнительного увеличения давления перед высоконапорной турбиной посредством компрессора высоконапорный турбонагнетатель при эксплуатации остается скорее на высоких частотах вращения, так что даже в стационарном или переходном режиме двигателя внутреннего сгорания имеется в распоряжении достаточное давление наддува наддувочной текучей среды и вместе с тем свежий воздух. Это приводит к сравнительно низкому уровню дыма. В целом концепция изобретения приводит, во-первых, к улучшенным свойствам срабатывания тепловой машины, в частности, при частичной нагрузке, при все еще хороших скоростях рециркуляции отработавших газов даже при частичной нагрузке.The invention solves these problems by using an exhaust gas turbocharger for a two-stage inflation of an internal combustion engine including a low pressure stage and a high pressure stage in accordance with the characterizing part of claim 1. Moreover, the invention found that a compressor for compressing the charge-in fluid can be integrated in a particularly preferred way, while it should be made to a lesser extent for compressing air from the environment than, on the contrary, for compressing the charge-fluid from the low pressure stage and for supplying compressed pressurized fluid into the high pressure stage. According to the invention, it is provided that the primary side of the compressor is connected to the secondary side of the low-pressure compressor, and the secondary side of the compressor is connected to the primary side of the high-pressure turbine. The invention makes it possible in a particularly preferable manner to provide an additional and especially high pressure increase by means of a compressor with a two-stage exhaust turbocharger in front of the high-pressure turbine of the turbine system, which thereby additionally and sufficiently strongly blows. Advantageously, the invention has found that, firstly, such a strong negative purge pressure drop can be achieved — namely, the negative pressure difference between the pressure on the charge side of the fluid and the pressure on the exhaust side of the internal combustion engine — that it is sufficient even at relatively low speeds of the internal combustion engine for relatively high exhaust gas recirculation rates. Secondly, due to the comparatively increased additional increase in pressure in front of the high-pressure turbine by means of the compressor, the high-pressure turbocharger remains at high speeds rather during operation, so that even in stationary or transitional mode of the internal combustion engine, there is sufficient boost pressure of the supercharged fluid and at the same time Fresh air. This results in a relatively low smoke level. In General, the concept of the invention leads, firstly, to improved properties of the operation of the heat engine, in particular, at partial load, with still good exhaust gas recirculation speeds even at partial load.
Фундаментальная проблема тепловых машин, снабженных системой рециркуляции отработавших газов в соответствии с поясненными выше противоположными проблемами между скоростями рециркуляции отработавших газов, с одной стороны, и возможностью использования свежего воздуха, с другой стороны, таким образом, решается. Оказалось, что концепция изобретения является достаточной, чтобы удовлетворять даже завышенным предельным значениям NOx, без необходимости предусматривать у тепловой машины дополнительную последующую обработку отработавших газов. Несмотря на это, тепловая машина в соответствии с концепцией изобретения даже при высоких скоростях рециркуляции отработавших газов проявила сравнительно высокую динамику движения.The fundamental problem of heat engines equipped with an exhaust gas recirculation system in accordance with the opposite problems explained above between exhaust gas recirculation rates, on the one hand, and the possibility of using fresh air, on the other hand, is thus solved. It turned out that the concept of the invention is sufficient to satisfy even the overestimated limit values of NOx, without the need to provide for an additional after-treatment of exhaust gases in the heat engine. Despite this, the heat engine in accordance with the concept of the invention even at high exhaust gas recirculation speeds showed a relatively high dynamics of movement.
В частности, концепция изобретения приводит к тепловой машине, снабженной двигателем внутреннего сгорания в виде рядного двигателя - будь то рядный четырехцилиндровый или рядный шестицилиндровый двигатель. Эта концепция также является предпочтительной для V-образного двигателя. В частности, двигатель выполнен в виде среднеоборотного или высокооборотного двигателя, так что при сравнительно низких частотах вращения могут реализовываться сравнительно высокие средние давления. Так, оказалось, что у высокооборотного двигателя с частотами вращения в диапазоне от 500 до 2300 об/мин, в частности у высокооборотного двигателя с частотами вращения в диапазоне от 900 до 2000 об/мин может обеспечиваться значительный подъем средних давлений, достигающий 40%.In particular, the concept of the invention leads to a heat engine equipped with an internal combustion engine in the form of an in-line engine - whether it is an in-line four-cylinder or in-line six-cylinder engine. This concept is also preferred for the V-engine. In particular, the engine is designed as a medium speed or high speed engine, so that relatively high average pressures can be realized at relatively low speeds. So, it turned out that a high-speed engine with speeds in the range from 500 to 2300 rpm, in particular a high-speed engine with speeds in the range from 900 to 2000 rpm, can provide a significant increase in average pressure, reaching 40%.
Концепция изобретения приводит также к транспортному средству, в частности, транспортному средству промышленного назначения, снабженному тепловой машиной в соответствии с концепцией изобретения. В частности, предпочтительным оказалось применение тепловой машины в соответствии с концепцией изобретения на тракторе, строительном транспортном средстве или перевозочном транспортном средстве.The concept of the invention also leads to a vehicle, in particular an industrial vehicle equipped with a heat engine in accordance with the concept of the invention. In particular, it was preferable to use a heat engine in accordance with the concept of the invention on a tractor, a construction vehicle or a conveyance vehicle.
Другие предпочтительные усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения и указывают, в частности, предпочтительные возможности реализации поясненной выше концепции в рамках поставленной задачи, а также в отношении других преимуществ.Other preferred improvements of the invention are contained in the dependent claims and indicate, in particular, preferred possibilities for implementing the above concept as part of the task, as well as with respect to other advantages.
В принципе, система рециркуляции отработавших газов может быть выполнена в виде по меньшей мере одноступенчатой низкотемпературной системы рециркуляции отработавших газов и, иметь для этого по меньшей мере один теплообменник. Система рециркуляции отработавших газов может предпочтительно иметь по меньшей мере один, в частности, регулируемый дроссель. Дроссель может быть выполнен, например, в виде дроссельной заслонки или тому подобного закрывающего трубу и/или сужающего средства. В отношении выполненного двухступенчатого турбонагнетателя отработавших газов особенно предпочтительной оказалась система рециркуляции отработавших газов в виде двухступенчатой низкотемпературной системы рециркуляции отработавших газов. Низкотемпературная система рециркуляции отработавших газов имеет предпочтительно в первой ступени первый, а во второй ступени второй теплообменник. Посредством двухступенчатой низкотемпературной системы рециркуляции отработавших газов может особенно предпочтительным образом подгоняться температура, в частности, плотность, рециркулирующих отработавших газов в зависимости от рабочего состояния тепловой машины, например, состояния пуска, или же стационарного или переходного состояния. В частности, предпочтительным оказалось, чтобы вторая ступень системы рециркуляции отработавших газов имела основной трубопровод - предпочтительно рециркуляционный трубопровод - снабженный вторым теплообменником, и отдельный от него байпасный трубопровод. Байпасный трубопровод подключен ко второму теплообменнику с первичной стороны и вторичной стороны и обеспечивает, таким образом, путь в обход второго теплообменника для течения отработавших газов. Эта мера в итоге приводит к тому, что вторая ступень низкотемпературной системы рециркуляции отработавших газов может активироваться и деактивироваться по потребности. В случае активации отработавшие газы протекают через второй теплообменник. В случае деактивации отработавшие газы направляются в обход второго теплообменника через байпасный трубопровод.In principle, the exhaust gas recirculation system can be made in the form of at least a single-stage low-temperature exhaust gas recirculation system and have at least one heat exchanger for this. The exhaust gas recirculation system may preferably have at least one, in particular an adjustable throttle. The throttle can be made, for example, in the form of a throttle valve or the like, closing the pipe and / or constricting means. With respect to the completed two-stage exhaust turbocharger, the exhaust gas recirculation system in the form of a two-stage low-temperature exhaust gas recirculation system has been particularly preferred. The low temperature exhaust gas recirculation system preferably has a first heat exchanger in the first stage and a second heat exchanger in the second stage. By means of a two-stage low-temperature exhaust gas recirculation system, it is particularly advantageous to adjust the temperature, in particular the density, of the recirculated exhaust gas depending on the operating state of the heat engine, for example, the start-up state, or the stationary or transient state. In particular, it turned out to be preferable that the second stage of the exhaust gas recirculation system has a main pipe — preferably a recirculation pipe — provided with a second heat exchanger, and a separate bypass pipe. The bypass line is connected to the second heat exchanger on the primary side and the secondary side, and thus provides a bypass path for the second exhaust heat exchanger. This measure ultimately leads to the fact that the second stage of the low-temperature exhaust gas recirculation system can be activated and deactivated as needed. If activated, the exhaust gases flow through a second heat exchanger. In case of deactivation, the exhaust gases are bypassed by a second heat exchanger through the bypass pipe.
Для достижения достаточной компрессии наддувочной текучей среды - в частности, наддувочного воздуха, или, соответственно, при необходимости смеси наддувочного воздуха и отработавших газов - оказалось особенно предпочтительно, снабдить ступень низкого давления турбонагнетателя отработавших газов на стороне наддувочной текучей среды низконапорным теплообменником. Низконапорный теплообменник предпочтительно расположен между низконапорным компрессором и высоконапорным компрессором. Оказалось также предпочтительно, снабдить ступень высокого давления турбонагнетателя отработавших газов на стороне наддувочной текучей среды высоконапорным теплообменником. Высоконапорный теплообменник оказался предпочтительным для того, чтобы подавать наддувочную текучую среду, подаваемую в двигатель внутреннего сгорания, при как можно более низкой температуре. В общем, в этом усовершенствовании было открыто подключение после сжатия наддувочной текучей среды охлаждения наддувочной текучей среды. Это приводит к предпочтительно повышенной плотности наддувочной текучей среды, так что может выбираться особенно высокое соотношение воздуха и топлива в наддувочной текучей среде, т.е. возможна подача сравнительно большого количества свежего воздуха. Это приводит к сравнительно низкой эмиссии NOx, а также к предпочтительно низкому уровню дыма.In order to achieve sufficient compression of the charge-fluid, in particular charge-air, or, accordingly, a mixture of charge-air and exhaust gases, if necessary, it has proven to be particularly preferable to provide the low-pressure stage of the exhaust gas turbocharger on the side of the charge-fluid with a low-pressure heat exchanger. The low-pressure heat exchanger is preferably located between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor. It also turned out to be preferable to equip the high-pressure stage of the exhaust turbocharger on the side of the charge-fluid with a high-pressure heat exchanger. A high-pressure heat exchanger has proven to be advantageous in order to supply charge-air fluid supplied to the internal combustion engine at the lowest possible temperature. In general, in this improvement, a connection has been discovered after compression of the charge fluid to cool the charge fluid. This results in a preferably increased density of the charge fluid, so that a particularly high ratio of air to fuel in the charge fluid, i.e. a relatively large amount of fresh air can be supplied. This results in a relatively low NOx emission as well as a preferably low smoke level.
Эти преимущества в усиленной мере достигаются с помощью предусмотренного в соответствии с концепцией изобретения компрессора для сжатия наддувочной текучей среды из ступени низкого давления и подачи сжатой наддувочной текучей среды к ступени высокого давления, там в высоконапорную турбину. Дополнительно вышеупомянутым образом повышается отрицательный перепад давления продувки, что приводит к сравнительно высоким скоростям рециркуляции отработавших газов практически во всем диапазоне частот вращения, и в рамках вышеназванной повышенной динамики движения к лучшим свойствам срабатывания двигателя внутреннего сгорания, даже при частичной нагрузке. В зависимости от потребности, первичная сторона компрессора может быть подключена между низконапорным теплообменником и высоконапорным компрессором. Эта мера подключения первичной стороны компрессора к вторичной стороне низконапорного теплообменника оказалась особенно предпочтительной для эффективного и наилучшего возможного сжатия наддувочной текучей среды. Тем не менее - например, при согласовании с выбранными размерами теплообменника, в частности, низконапорного теплообменника и/или высоконапорного теплообменника - первичная сторона компрессора может быть также подключена непосредственно между низконапорным компрессором и низконапорным теплообменником. Можно также, например, выполнить ступень низкого давления турбонагнетателя отработавших газов на стороне наддувочной текучей среды без теплообменника. При необходимости турбонагнетатель отработавших газов даже при двухступенчатом исполнении может быть снабжен только одним единственным теплообменником соответствующих размеров. Первичная сторона компрессора может быть в этом случае подключена непосредственно между низконапорным и высоконапорным компрессором.These advantages are achieved to a greater extent by means of a compressor provided in accordance with the concept of the invention for compressing the charge fluid from the low pressure stage and supplying the compressed charge fluid to the high pressure stage there into a high-pressure turbine. Additionally, in the aforementioned manner, the negative purge pressure drop increases, which leads to relatively high exhaust gas recirculation speeds in almost the entire range of rotational speeds, and within the aforementioned increased driving dynamics to better response properties of the internal combustion engine, even at partial load. Depending on the need, the primary side of the compressor can be connected between the low-pressure heat exchanger and the high-pressure compressor. This measure of connecting the primary side of the compressor to the secondary side of the low-pressure heat exchanger has been found to be particularly preferred for efficient and best possible compression of the charge fluid. Nevertheless - for example, in coordination with the selected dimensions of the heat exchanger, in particular the low-pressure heat exchanger and / or high-pressure heat exchanger - the primary side of the compressor can also be connected directly between the low-pressure compressor and the low-pressure heat exchanger. It is also possible, for example, to perform a low pressure stage of an exhaust gas turbocharger on a charge-side fluid side without a heat exchanger. If necessary, the exhaust gas turbocharger, even with a two-stage design, can be equipped with only one single heat exchanger of the appropriate size. In this case, the primary side of the compressor can be connected directly between the low-pressure and high-pressure compressors.
Следует также понимать, что под наддувочной текучей средой в принципе надо понимать наддувочный воздух. Тем не менее, рециркуляционный трубопровод системы рециркуляции отработавших газов может быть подключен к стороне наддувочной текучей среды двигателя внутреннего сгорания так, что рециркулирующие отработавшие газы по необходимости могут подаваться к различным местам стороны наддувочной текучей среды. Например, отработавшие газы могут подаваться к стороне наддувочной текучей среды на вторичной стороне высоконапорного компрессора и/или высоконапорного теплообменника - в частности, практически непосредственно в отвод наддувочной текучей среды двигателя внутреннего сгорания. Тем не менее, возможны также усовершенствования, при которых рециркуляционный трубопровод для отработавших газов от стороны выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к стороне наддувочной текучей среды двигателя внутреннего сгорания выполняется со стороны наддувочной текучей среды в ступени высокого давления и/или со стороны наддувочной текучей среды в ступени низкого давления турбонагнетателя отработавших газов - то есть, например, подключен на первичной стороне высоконапорного компрессора или на первичной стороне низконапорного компрессора. В частности, при этом могут приниматься меры против забивки теплообменника.It should also be understood that, in principle, pressurized fluid should be understood as charged air. However, the recirculation pipe of the exhaust gas recirculation system can be connected to the charge side of the internal combustion engine so that the recycle exhaust gases can be supplied to various places on the side of the charge side of the fluid. For example, exhaust gas can be supplied to the side of the charge-fluid on the secondary side of the high-pressure compressor and / or high-pressure heat exchanger — in particular, almost directly to the charge of the charge-fluid of the internal combustion engine. However, improvements are also possible in which the exhaust gas recirculation pipe from the exhaust side of the internal combustion engine to the side of the charge fluid of the internal combustion engine is performed from the side of the charge fluid in the high pressure stage and / or from the side of the charge fluid in exhaust gas turbocharger low pressure stage - that is, for example, connected on the primary side of a high-pressure compressor or on the primary side low-pressure compressor. In particular, measures can be taken against clogging the heat exchanger.
В рамках одного из особенно предпочтительных усовершенствований привод компрессора осуществляется коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. В альтернативном или дополнительном к этому усовершенствовании привод компрессора может также осуществляться отдельным от двигателя внутреннего сгорания приводом. В принципе, в качестве приводного средства компрессора пригодны муфта и/или передача между двигателем внутреннего сгорания или, соответственно, отдельным приводом и компрессором. Приводное средство компрессора может также иметь ремень, цепь, зубчатое колесо или тому подобное соединение с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания или с отдельным приводом. Соединительный трубопровод на первичной стороне компрессора может иметь клапан, в частности, регулируемый клапан. Возможен также регулируемый дроссель. Также возможны принципиально другие средства сужения трубы или закрытия трубы. Клапан или дроссель предпочтительным образом пригоден для того, чтобы полностью или частично подавать наддувочную текучую среду, подаваемую в компрессор, из ступени низкого давления.As part of one particularly preferred improvement, the compressor is driven by a crankshaft of an internal combustion engine. In an alternative or complementary to this improvement, the compressor drive may also be driven separately from the internal combustion engine. In principle, a clutch and / or transmission between an internal combustion engine or, respectively, a separate drive and a compressor are suitable as compressor drive means. The compressor drive means may also have a belt, chain, gear or the like connected to the crankshaft of the internal combustion engine or with a separate drive. The connecting pipe on the primary side of the compressor may have a valve, in particular an adjustable valve. An adjustable choke is also possible. Fundamentally different means of narrowing the pipe or closing the pipe are also possible. The valve or throttle is preferably suitable for supplying, in whole or in part, the supercharged fluid supplied to the compressor from the low pressure stage.
Следует понимать, что - даже если это детально не описано - концепция изобретения распространяется также на усовершенствования, при которых первичная сторона компрессора расположена на вторичной стороне низконапорного компрессора, однако наддувочная текучая среда подается в компрессор не непосредственно из ступени низкого давления. Например, дополнительно наддувочная текучая среда может также из ступени высокого давления подаваться в компрессор, или наддувочная текучая среда может подаваться с промежуточным включением других компонентов или направляющих частей турбонагнетателя отработавших газов.It should be understood that - even if this is not described in detail - the concept of the invention also extends to improvements in which the primary side of the compressor is located on the secondary side of the low-pressure compressor, however, the charge fluid is not directly supplied to the compressor from the low pressure stage. For example, additionally the charging fluid may also be supplied from the high pressure stage to the compressor, or the charging fluid may be supplied with the intermediate inclusion of other components or guide parts of the exhaust turbocharger.
Далее примеры осуществления изобретения описываются ниже с помощью чертежей. На этих чертежах примеры осуществления не обязательно изображаются в масштабе, напротив, чертежи, где это необходимо для пояснения, выполнены в схематизированной и/или слегка искаженной форме. В отношении дополнений к непосредственно узнаваемым на чертежах системам ссылаемся на соответствующий уровень техники. При этом следует учитывать, что могут предприниматься разнообразные модификации и изменения, касающиеся формы и деталей варианта осуществления, без отклонения от общей идеи изобретения. Раскрытые в описании, на чертежах, а также в пунктах формулы изобретения признаки изобретения могут как по отдельности, так и в произвольной комбинации быть существенными для усовершенствования изобретения. Кроме того, в рамки изобретения попадают все комбинации по меньшей мере из двух признаков, раскрытых в описании, на чертежах, и/или в пунктах формулы изобретения. Общая идея изобретения не ограничена точной формой или деталями показанного и описанного ниже предпочтительного варианта осуществления или не ограничена предметом, который был бы ограничен по сравнению с предметом, заявленным в пунктах формулы изобретения. В случае указания диапазонов размеров лежащие в вышеназванных пределах значения также должны быть раскрыты как предельные значения и быть применимы произвольным образом и являться предметом заявки. Простоты ради ниже для идентичных или аналогичных частей или частей с идентичной или аналогичной функцией применяются одинаковые ссылочные обозначения.Further, embodiments of the invention are described below using the drawings. In these drawings, exemplary embodiments are not necessarily shown to scale, on the contrary, the drawings, where necessary for explanation, are made in a schematized and / or slightly distorted form. Regarding additions to systems directly recognizable in the drawings, we refer to the corresponding prior art. It should be borne in mind that various modifications and changes may be made regarding the form and details of the embodiment, without deviating from the general idea of the invention. Disclosed in the description, in the drawings, as well as in the claims, the features of the invention may, individually or in any combination, be essential for improving the invention. In addition, all combinations of at least two features disclosed in the description, in the drawings, and / or in the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or details of the preferred embodiment shown and described below, or is not limited to an object that would be limited in comparison with the subject matter claimed in the claims. In the case of specifying ranges of sizes, the values lying within the above-mentioned limits should also be disclosed as limit values and be applicable arbitrarily and be the subject of an application. For simplicity's sake, the same reference numbers apply to identical or similar parts or parts with identical or similar function.
Другие преимущества, признаки и подробности изобретения содержатся в последующем описании предпочтительных примеров осуществления, а также на чертежах; на которых показано:Other advantages, features and details of the invention are contained in the following description of preferred embodiments, as well as in the drawings; which shows:
фиг.1: первый вариант осуществления тепловой машины, снабженной компрессором для сжатия наддувочной текучей среды из ступени низкого давления и подачи сжатой наддувочной текучей среды в ступень высокого давления, там в высоконапорную турбину двухступенчатого турбонагнетателя отработавших газов, при этом первичная сторона компрессора подключена между низконапорным теплообменником и высоконапорным компрессором;figure 1: the first embodiment of a heat engine equipped with a compressor for compressing the charge fluid from the low pressure stage and supplying the compressed charge fluid to the high pressure stage, there into the high-pressure turbine of a two-stage exhaust turbocharger, the primary side of the compressor being connected between the low-pressure heat exchanger and high-pressure compressor;
фиг.2: первый вариант осуществления тепловой машины, снабженной компрессором для сжатия наддувочной текучей среды из ступени низкого давления и подачи сжатой наддувочной текучей среды в ступень высокого давления, там в высоконапорную турбину двухступенчатого турбонагнетателя отработавших газов, при этом первичная сторона компрессора подключена между низконапорным компрессором и низконапорным теплообменником.FIG. 2: a first embodiment of a heat engine equipped with a compressor for compressing a charge-fluid fluid from a low-pressure stage and supplying compressed pressurized fluid to a high-pressure stage, there to a high-pressure turbine of a two-stage exhaust turbocharger, wherein the primary side of the compressor is connected between the low-pressure compressor and low pressure heat exchanger.
На фиг.1 показана тепловая машина 100, включающая в себя двигатель 10 внутреннего сгорания и систему наддува, которая имеет турбонагнетатель 20 отработавших газов и систему 30 рециркуляции отработавших газов. Двигатель 10 внутреннего сгорания в настоящем случае выполнен в виде четырехцилиндрового рядного двигателя, представляющего собой высокооборотный двигатель с частотами вращения в диапазоне от 600 до 2500 об/мин. Двигатель 10 внутреннего сгорания имеет сторону AG выпуска отработавших газов для отвода отработавших газов из отвода (коллектора) 1 для отработавших газов двигателя 10 внутреннего сгорания в ведущий к турбонагнетателю 20 отработавших газов трубопровод 1.2, а также в ведущий к системе 30 рециркуляции отработавших газов трубопровод 1.3. Двигатель 10 внутреннего сгорания имеет сторону LL наддувочной текучей среды для наддува двигателя 10 внутреннего сгорания наддувочной текучей средой через отвод (коллектор) 2 для наддувочной текучей среды. Надувочная текучая среда в отводе 2 для наддувочной текучей среды в настоящем случае представляет собой надлежащую предусмотренную в зависимости от рабочего состояния двигателя 10 внутреннего сгорания смесь из подаваемых из трубопровода 2.2 наддувочного воздуха из турбонагнетателя 20 отработавших газов, а также из подаваемых из трубопровода 2.3 отработавших газов из системы 30 рециркуляции отработавших газов. Наддувочный воздух и отработавшие газы в смесителе 3 для образования смеси из наддувочного воздуха и отработавших газов, а также в другом трубопроводе 2.1 подаются в отвод 2 для наддувочной текучей среды. Указанные на фиг.1 стрелки обозначают в каждом случае направление течения наддувочной текучей среды на стороне LL наддувочной текучей среды или, соответственно, отработавших газов на стороне AG выпуска отработавших газов или, соответственно, в области двигателя 10 внутреннего сгорания.1 shows a heat engine 100 including an
В настоящем случае KS обозначает сторону отдачи мощности двигателя 10 внутреннего сгорания, т.е. сторона двигателя 10 внутреннего сгорания для установки передачи, а также возможной, например, показанной на фиг.2 муфты для привязки другой приводной системы к коленчатому валу двигателя 10 внутреннего сгорания. Соответственно KGS обозначает противоположную стороне отдачи мощности сторону двигателя 10 внутреннего сгорания.In the present case, KS denotes the power delivery side of the
Система наддува двигателя 10 внутреннего сгорания в настоящем случае усовершенствована системой 30 рециркуляции отработавших газов в виде двухступенчатой низкотемпературной системы рециркуляции отработавших газов. Система 30 рециркуляции отработавших газов имеет для этого первую ступень 31, а также вторую ступень 32. Первая ступень имеет высокотемпературный теплообменник 33, а также расположенный перед высокотемпературным теплообменником 33 на первичной стороне дроссель 34.The boost system of the
Ниже под первичной стороной компонента понимается в принципе входная сторона компонента, а под вторичной стороной компонента понимается в принципе выходная сторона компонента, для случая нормальной эксплуатации тепловой машины 10, т.е. для показанного на фиг.1 направления течения наддувочной текучей среды или, соответственно, отработавших газов.Below, the primary side of the component is understood, in principle, as the input side of the component, and the secondary side of the component is as a principle understood as the output side of the component, for normal operation of the
Система 30 рециркуляции отработавших газов снабжена примыкающим от трубопровода 1.3 к трубопроводу 2.3 рециркуляционным трубопроводом 39 для рециркуляции отработавших газов от стороны AG выпуска отработавших газов двигателя 10 внутреннего сгорания к стороне LL наддувочной текучей среды двигателя внутреннего сгорания. Служащий основным трубопроводом рециркуляционный трубопровод 39 примыкает с первичной стороны ко второму теплообменнику 35 второй ступени 32 системы 30 рециркуляции отработавших газов. Перед вторым теплообменником 35, в свою очередь, на первичной стороне расположен клапан 36. Наряду с расположенным в основном трубопроводе вторым теплообменником 35 вторая ступень 32 системы 30 рециркуляции отработавших газов имеет отдельный от него байпасный трубопровод 38, который примыкает ко второму теплообменнику 35 в обход течения на первичной стороне и на вторичной стороне. Направляемые из трубопровода 1.3 к рециркуляционному трубопроводу 39 отработавшие газы могут, таким образом, в количестве, определяемом первым дросселем 34, посредством высокотемпературного теплообменника 33 предварительно охлаждаться и затем - в зависимости от рабочего состояния тепловой машины - подаваться через клапан 36 во второй низкотемпературный теплообменник 35 для дальнейшего охлаждения и/или в байпасный трубопровод 38. Затем по необходимости охлажденные таким образом отработавшие газы из основного трубопровода для отработавших газов и/или байпасного трубопровода 38 подаются в трубопровод 2.3 на стороне LL наддувочной текучей среды двигателя 10 внутреннего сгорания, чтобы в смесителе 3 смешиваться с подаваемым из трубопровода 2.2 наддувочным воздухом и подаваться в вышеназванный отвод 2 для наддувочной текучей среды.The exhaust
Турбонагнетатель 20 отработавших газов выполнен в настоящем случае для двухступенчатого наддува двигателя 10 внутреннего сгорания, включающего в себя ступень ND низкого давления и ступень HD высокого давления. Ступень ND низкого давления имеет низконапорный компрессор 22, привод которого осуществляется низконапорной турбиной 21. Ступень HD высокого давления имеет высоконапорный компрессор 24, привод которого осуществляется высоконапорной турбиной 23. Компоненты ступени ND низкого давления на стороне LL наддувочной текучей среды расположены в соединяющем окружающую среду U и смеситель 3 трубопроводе 28 наддувочного воздуха.An
В собственно известном рабочем состоянии тепловая машина 100 может эксплуатироваться следующим образом. Свежий воздух для получения наддувочного воздуха всасывается в трубопровод 2.2 из окружающей среды U и с помощью низконапорного компрессора 22 сжимается до ступени ND низкого давления турбонагнетателя отработавших газов, предварительно охлаждается в подключенном на вторичной стороне низконапорного компрессора 22 низконапорном теплообменнике 25, а также дополнительно сжимается в высоконапорном компрессоре 24 ступени HD высокого давления, и затем в подключенном на вторичной стороне высоконапорного компрессора 24 высоконапорном теплообменнике 26 охлаждается до температуры подачи, пригодной для выпуска в двигатель 10 внутреннего сгорания. Всосанный из окружающей среды воздух находится при этом в находящейся между низконапорным компрессором 22 и высоконапорным компрессором 24 части трубопровода 28 наддувочного воздуха на первом лежащем выше атмосферного давления уровне PND давления и в находящейся между высоконапорным компрессором 24 и смесителем 3 части трубопровода 28 наддувочного воздуха на втором лежащем выше уровня PND низкого давления уровне PHD высокого давления. Посредством дополнительного дросселя 27 определяется количество наддувочного воздуха в другом трубопроводе 2.2, то есть доля свежего воздуха в наддувочной текучей среде. Как пояснено выше, с другой стороны, дроссель 34 определяет долю отработавших газов в трубопроводе 2.3, то есть долю отработавших газов в наддувочной текучей среде трубопровода 2.1. В итоге путем надлежащей регулировки дросселей 34 или 27 доля наддувочного воздуха приводится в соответствие с рабочим состоянием двигателя 10 внутреннего сгорания, предусмотренным частотой вращения двигателя, т.е. соотношение воздуха и топлива λg устанавливается таким образом, чтобы оно было как можно выше. Поэтому необходимо наличие как можно более высокой доли свежего воздуха, чтобы обеспечивать как можно более эффективное сжигание топлива в двигателе 10 внутреннего сгорания при наиболее низком возможном уровне дыма. Кроме того, регулировка турбонагнетателя 20 отработавших газов и регулировка системы 30 рециркуляции отработавших газов может осуществляться таким образом, чтобы сравнительно высокий отрицательный перепад давления в продувочном трубопроводе - а именно, разность давлений P5-P7 между стороной LL наддувочной текучей среды и стороной AG выпуска отработавших газов попадал как можно дальше в отрицательный диапазон. Целью такой регулировки является достижение сравнительно высоких скоростей рециркуляции отработавших газов в части, как можно более полно покрывающей диапазон частот вращения двигателя 10 внутреннего сгорания. У показанной на фиг.1 тепловой машины 100 обеспечивается, к тому же, соблюдение предельных значений NOx за счет сравнительно высоких скоростей рециркуляции отработавших газов. Кроме того, на снабжение свежим воздухом для сжигания наддувочной текучей среды, подаваемой через трубопровод 2.1 и отвод 2 для наддувочной текучей среды, уже положительно влияет исполнение турбонагнетателя 20 отработавших газов с одной ступенью ND низкого давления и одной ступенью HD высокого давления. Результатом этого являются уже заложенные в основу хорошие свойства ускорения тепловой машины 100 при применении в транспортном средстве, которое здесь подробно не описывалось. При сжигании впрыскиваемого топлива с надувочной текучей средой в двигателе 10 внутреннего сгорания образующиеся отработавшие газы подаются в отвод 1 для отработавших газов на стороне AG выпуска отработавших газов и там в другой трубопровод 1.2.In the generally known operating state, the heat engine 100 can be operated as follows. Fresh air for charging charge air is sucked into the pipe 2.2 from the environment U and with the help of a low-
Для отвода отработавших газов посредством высоконапорной турбины 23 ступени HD высокого давления, а также низконапорной турбины 21 ступени ND низкого давления служит тогда отводящий трубопровод 29 отработавших газов.For exhaust gas through a high-
В одном из усовершенствований тепловой машины 100, следующих концепции изобретения, с целью дополнительного улучшения вышеназванной высокой доли λg воздуха в топливе, как для достижения наиболее возможного отрицательного перепада давления P5-P7 продувки, так и для улучшения свойств срабатывания тепловой машины 10 даже при частичной нагрузке турбонагнетатель 20 отработавших газов имеет в настоящем случае дополнительно компрессорную систему 40 в ведущем от трубопровода 28 наддувочного воздуха к отводящему трубопроводу 29 отработавших газов в трубопроводе 49 компрессора. Компрессор 41 выполнен для сжатия наддувочного воздуха из ступени ND низкого давления на стороне LL наддувочной текучей среды - т.е. начиная от уровня PND низкого давления - и подачи дополнительно сжатого наддувочного воздуха к высоконапорной турбине 23 ступени HD высокого давления на стороне AG выпуска отработавших газов. Для этого первичная сторона 41.1 компрессора 41 подключена к вторичной стороне 22.1 низконапорного компрессора 22, а вторичная сторона 41.2 компрессора 41 к первичной стороне 23.1 высоконапорной турбины 23. Для этого трубопровод 40 компрессора подключен к трубопроводу 28 наддувочного воздуха и трубопроводу 29 отработавших газов. К компрессору 41, как уже указано, подводится наддувочный воздух на уровне PND низкого давления, который определяемым низконапорным компрессором 22 образом лежит выше атмосферного давления. Клапан 42 в трубопроводе 49 компрессора на первичной стороне 41.1 компрессора 41 служит для подключения/отключения воздушного потока через компрессор 41. В настоящем случае клапан 42 для этого выполнен в виде так называемого черно-белого клапана, который либо открыт, либо закрыт.In one of the improvements of the heat engine 100, the following concept of the invention, in order to further improve the above-mentioned high proportion of λg of air in the fuel, both to achieve the most possible negative pressure drop P5-P7 purge, and to improve the actuation properties of the
Привод самого компрессора 41 в настоящем случае осуществляется посредством отдельного привода 44, например электропривода или тому подобного.The drive of the
В силу описанного таким образом совершенствующего варианта осуществления тепловой машины 100 компрессор 41 предусмотрен в качестве дополнительного механического нагнетателя и после ступени ND низкого давления или, соответственно, из ступени ND низкого давления забирает наддувочный воздух на уровне давления PND, дополнительно сжимает его и при этом обдувает высоконапорную турбину 23. Благодаря этому вышеназванный перепад давлений P5-P7 продувки еще более перемещается в отрицательную область посредством создания дополнительного давления на первичной стороне 23.1 высоконапорной турбины 23 вследствие действия компрессора 41, еще более сжимающего наддувочный воздух. При этом сохраняется или, соответственно, устанавливается частота вращения высоконапорной турбины 23 и вместе с тем высоконапорного турбонагнетателя или, соответственно, ступени HD высокого давления турбонагнетателя 20 отработавших газов, так что в стационарном, а также в переходном рабочем состоянии двигателя 10 внутреннего сгорания обеспечивается достаточное давление наддува на стороне LL наддувочной текучей среды - чтобы, таким образом, достаточное количество свежего воздуха подавалось по трубопроводу 28 наддувочного воздуха в смеситель 3. Эта мера служит, таким образом, для дополнительного улучшения доли λg воздуха в топливе. Кроме того, это положительное действие компрессорной системы 40 проявилось при всех частотах вращения двигателя 10 внутреннего сгорания, то есть во всем вышеназванном диапазоне частот вращения от 900 до 2000 об/мин. В частности, при сравнительно небольших частотах вращения, в отличие от известных до сих пор тепловых машин, достигаются предпочтительно высокие средние давления, которые превышают обычные средние давления сравнимых тепловых машин на величину, доходящую по меньшей мере до 25%. В результате возможна эксплуатация двигателя 10 внутреннего сгорания с максимальными скоростями рециркуляции отработавших газов через систему 30 рециркуляции отработавших газов с получением все же высокой динамики движения, даже при меньших частотах вращения. Последнее является результатом лучших свойств срабатывания двигателя 10 внутреннего сгорания даже при эксплуатации с частичной нагрузкой.By virtue of the improved embodiment of the heat engine 100 described in this way, the
На фиг.2 показан слегка измененный относительно фиг.1 вариант осуществления тепловой машины 200, поэтому ради простоты и наглядности для идентичных или аналогичных частей с идентичной или аналогичной функцией применены одни и те же ссылочные обозначения. Ниже делается ссылка только на отличия от тепловой машины 100. В отличие от тепловой машины 100, где трубопровод 49 компрессора примыкает в расположенной после низконапорного компрессора 22 области трубопровода 28 наддувочного воздуха между низконапорным теплообменником 25 и высоконапорным компрессором 24, трубопровод 49 компрессора у тепловой машины 200 примыкает в области трубопровода 28 наддувочной текучей среды между низконапорным компрессором 22 и низконапорным теплообменником 25. То есть, в отличие от тепловой машины 100, трубопровод 49 компрессора примыкает на первичной стороне низконапорного теплообменника 25, в то время как у тепловой машины 100 трубопровод 49 компрессора примыкает на вторичной стороне низконапорного теплообменника 25. В обоих случаях трубопровод 49 компрессора, т.е. первичная сторона 41.1 компрессора 41, примыкает к первичной стороне 22.1 низконапорного компрессора 22. Измененный таким образом вариант осуществления тепловой машины 200 подходит предпочтительно также и в частности для рабочих состояний, в которых уровень температуры сжатого наддувочного воздуха в ступени ND низкого давления еще достаточно низок, чтобы дополнительно эффективно сжиматься компрессором 41. В одном из сравнительно компактных не показанных здесь других вариантов, преимущественно по конструктивным причинам, также оказалось предпочтительным, предусмотреть только высоконапорный теплообменник 26 и турбонагнетатель 20 отработавших газов без низкотемпературного теплообменника 25. В этом случае, как на фиг.1, первичная сторона 41.1 компрессора примыкает на участке трубопровода 20 наддувочного воздуха между низконапорным компрессором 22 и высоконапорным компрессором 24.FIG. 2 shows a slightly modified embodiment of the
В качестве другого отличия от тепловой машины 100 тепловая машина 200 предусматривает компрессор 41, у которого привод 44 через муфту 45 и приводное средство 46, такое как ремень, цепь, зубчатое колесо или т.п. соединение с коленчатым валом, подключен к стороне KS отдачи мощности двигателя внутреннего сгорания, при этом привод осуществляется механически.As another difference from the heat engine 100, the
Подводя итог сказанному, изобретение касается тепловой машины 100, 200, имеющей:To summarize, the invention relates to a
двигатель 10 внутреннего сгорания со стороной AG выпуска отработавших газов и стороной LL наддувочной текучей среды; систему наддува, включающую в себя:an
- турбонагнетатель 20 отработавших газов для наддува двигателя 10 внутреннего сгорания, снабженный компрессорной системой на стороне LL наддувочной текучей среды и турбинной системой на стороне AG выпуска отработавших газов,an
- компрессор 41, первичная сторона 41.1 которого подключена к стороне LL наддувочной текучей среды, а вторичная сторона 42.2 которого к стороне AG выпуска отработавших газов. При этом в соответствии с изобретением предусмотрено, что система наддува включает в себя также:a
- систему 30 рециркуляции отработавших газов, снабженную рециркуляционным трубопроводом 39 для отработавших газов от стороны AG выпуска отработавших газов двигателя 10 внутреннего сгорания к стороне LL наддувочной текучей среды двигателя 10 внутреннего сгорания; и- an exhaust
турбонагнетатель 20 отработавших газов для двухступенчатого надува двигателя 10 внутреннего сгорания имеет одну ступень ND низкого давления и одну ступень HD высокого давления, при этомthe
ступень ND низкого давления имеет низконапорный компрессор 22 компрессорной системы, привод которого осуществляется низконапорной турбиной 21 турбинной системы, аthe low pressure stage ND has a low-
ступень HD высокого давления имеет высоконапорный компрессор 24 компрессорной системы, привод которого осуществляется высоконапорной турбиной 23 турбинной системы, и при этомthe high-pressure stage HD has a high-
компрессор 41 выполнен для сжатия наддувочной текучей среды из ступени ND низкого давления и подачи сжатой наддувочной текучей среды в ступень HD высокого давления, при этом его первичная сторона 41.1 подключена к вторичной стороне 22.1 низконапорного компрессора 22, а его вторичная сторона 41.2 к первичной стороне 23.1 высоконапорной турбины 23.the
Список ссылочных обозначенийReference List
1 Отвод для отработавших газов1 Exhaust
1.2 Трубопровод (трубопровод, ведущий к турбонагнетателю 20 отработавших газов)1.2 Pipeline (pipeline leading to the exhaust turbocharger 20)
1.3 Трубопровод (трубопровод, ведущий к системе 30 рециркуляции отработавших газов)1.3 Pipeline (pipeline leading to exhaust gas recirculation system 30)
2 Отвод для наддувочной текучей среды2 Charge fluid
2.1, 2.2, 2.3 Трубопровод2.1, 2.2, 2.3 Pipeline
3 Смеситель3 mixer
10 Двигатель внутреннего сгорания10 Internal combustion engine
20 Турбонагнетатель отработавших газов20 exhaust gas turbocharger
21 Низконапорная турбина21 Low-pressure turbine
22 Низконапорный компрессор22 low-pressure compressor
22.1 Вторичная сторона низконапорного компрессора 2222.1 Secondary side of the low-
23 Высоконапорная турбина23 High-pressure turbine
23.1 Первичная сторона высоконапорной турбины 2323.1 The primary side of the high-
24 Высоконапорный компрессор24 High-pressure compressor
25 Низконапорный теплообменник25 Low pressure heat exchanger
26 Высоконапорный теплообменник26 High-pressure heat exchanger
27 Дополнительный дроссель27 Additional throttle
28 Трубопровод наддувочного воздуха28 charge air pipe
29 Отводящий трубопровод отработавших газов29 exhaust pipe
30 Система рециркуляции отработавших газов30 Exhaust Gas Recirculation System
31 Первая ступень31 first stage
32 Вторая ступень32 Second stage
33 Первый теплообменник/высокотемпературный теплообменник33 First heat exchanger / high temperature heat exchanger
34 Дроссель (дроссель, расположенный на первичной стороне)34 Throttle (throttle located on the primary side)
35 Второй теплообменник/низкотемпературный теплообменник35 Second heat exchanger / low temperature heat exchanger
36 Клапан36 valve
38 Байпасный трубопровод38 Bypass line
39 Рециркуляционный трубопровод39 Recirculation pipe
40 Компрессорная система40 Compressor system
41 Компрессор41 Compressor
41.1 Первичная сторона компрессора 4141.1 Primary side of the
41.2 Вторичная сторона компрессора 4141.2 Secondary side of the
42 Клапан42 valve
43 Отдельный привод43 Separate drive
44 Привод через коленчатый вал44 Drive through crankshaft
45 Муфта45 Coupling
46 Приводное средство46 Drive tool
49 Трубопровод компрессора49 Compressor line
100, 200 Тепловая машина100, 200 Heat engine
AG Сторона выпуска отработавших газовAG Exhaust Side
HD Ступень высокого давленияHD high pressure stage
KGS Сторона, противоположная стороне отдачи мощностиKGS Side opposite the power output side
KS Сторона отдачи мощностиKS Power Distribution Side
LL Сторона наддувочной текучей средыLL Side charge-fluid
ND Ступень низкого давленияND Low Pressure Stage
PND Уровень низкого давленияP ND Low pressure level
PHD Уровень высокого давленияP HD High Pressure Level
U Окружающая средаU Environment
Claims (16)
двигатель (10) внутреннего сгорания со стороной (AG) выпуска отработавших газов и стороной (LL) наддувочной текучей среды; систему наддува, включающую в себя:
- турбонагнетатель (20) отработавших газов для наддува двигателя (10) внутреннего сгорания, снабженный компрессорной системой на стороне (LL) наддувочной текучей среды и турбинной системой на стороне (AG) выпуска отработавших газов,
- компрессор (41), первичная сторона (41.1) которого подключена к стороне (LL) наддувочной текучей среды, а вторичная сторона (41.2) которого - к стороне (AG) выпуска отработавших газов,
отличающаяся тем, что
система наддува включает в себя также:
- систему (30) рециркуляции отработавших газов, снабженную рециркуляционным трубопроводом (39) для отработавших газов от стороны (AG) выпуска отработавших газов двигателя (10) внутреннего сгорания к стороне (LL) наддувочной текучей среды двигателя (10) внутреннего сгорания; и
- турбонагнетатель (20) отработавших газов для двухступенчатого наддува двигателя (10) внутреннего сгорания имеет одну ступень (ND) низкого давления и одну ступень (HD) высокого давления, при этом
ступень (ND) низкого давления имеет низконапорный компрессор (22) компрессорной системы, привод которого осуществляется низконапорной турбиной (21) турбинной системы, а
ступень (HD) высокого давления имеет высоконапорный компрессор (24) компрессорной системы, привод которого осуществляется высоконапорной турбиной (23) турбинной системы, и при этом
- компрессор (41) выполнен для сжатия наддувочной текучей среды из ступени (ND) низкого давления и подачи сжатой наддувочной текучей среды к ступени (HD) высокого давления, при этом его первичная сторона (41.1) подключена к вторичной стороне (22.1) низконапорного компрессора (22), а его вторичная сторона (41.2) - к первичной стороне (23.1) высоконапорной турбины (23).1. A heat engine (100, 200) having:
an internal combustion engine (10) with an exhaust side (AG) and a charge fluid side (LL); boost system, including:
- a turbocharger (20) of exhaust gases for boosting an internal combustion engine (10), equipped with a compressor system on the side (LL) of the charge fluid and a turbine system on the side (AG) of the exhaust
- a compressor (41), the primary side (41.1) of which is connected to the side (LL) of the charge fluid, and the secondary side (41.2) of which is to the side (AG) of the exhaust gas,
characterized in that
The boost system also includes:
- an exhaust gas recirculation system (30) provided with an exhaust gas recirculation pipe (39) from the exhaust gas side (AG) of the internal combustion engine (10) to the side (LL) of the pressurized fluid of the internal combustion engine (10); and
- the exhaust turbocharger (20) for a two-stage boost of the internal combustion engine (10) has one low pressure stage (ND) and one high pressure stage (HD), while
the low pressure stage (ND) has a low-pressure compressor (22) of the compressor system, which is driven by a low-pressure turbine (21) of the turbine system, and
the high-pressure stage (HD) has a high-pressure compressor (24) of the compressor system, which is driven by a high-pressure turbine (23) of the turbine system, and
- a compressor (41) is configured to compress the charge fluid from the low pressure stage (ND) and supply compressed compressed charge fluid to the high pressure stage (HD), while its primary side (41.1) is connected to the secondary side (22.1) of the low pressure compressor ( 22), and its secondary side (41.2) - to the primary side (23.1) of the high-pressure turbine (23).
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010043027.7A DE102010043027B4 (en) | 2010-10-27 | 2010-10-27 | Internal combustion engine |
| DE102010043027.7 | 2010-10-27 | ||
| PCT/EP2011/005310 WO2012055514A1 (en) | 2010-10-27 | 2011-10-21 | Internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013124042A RU2013124042A (en) | 2014-12-10 |
| RU2575509C2 true RU2575509C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3807372A1 (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-21 | Asea Brown Boveri | Internal combustion engine with two-stage exhaust turbocharger and power output turbine |
| US6324846B1 (en) * | 1999-03-31 | 2001-12-04 | Caterpillar Inc. | Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine |
| FR2895454A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-29 | Renault Sas | Internal combustion engine multi-stage supercharging system has by-pass duct connecting inlet circuit downstream of smallest compressor to exhaust circuit |
| RU2333375C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-09-10 | Ман Нутцфарцойге Эстеррайх Аг | Supercharged internal combustion engine |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3807372A1 (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-21 | Asea Brown Boveri | Internal combustion engine with two-stage exhaust turbocharger and power output turbine |
| US6324846B1 (en) * | 1999-03-31 | 2001-12-04 | Caterpillar Inc. | Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine |
| RU2333375C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-09-10 | Ман Нутцфарцойге Эстеррайх Аг | Supercharged internal combustion engine |
| FR2895454A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-29 | Renault Sas | Internal combustion engine multi-stage supercharging system has by-pass duct connecting inlet circuit downstream of smallest compressor to exhaust circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5887353B2 (en) | Internal combustion engine | |
| CN106065809B (en) | Engine with two-stage supercharging and exhaust gas aftertreatment and method for operating the same | |
| US5937651A (en) | Internal combustion engine with exhaust gas turbocharger | |
| CA2342404C (en) | Turbocharged engine with exhaust gas recirculation | |
| US6955162B2 (en) | Internal combustion engine with pressure boosted exhaust gas recirculation | |
| US7810329B2 (en) | Dual-charged internal combustion engine and method for operating the same | |
| CN102257258A (en) | An exhaust arrangement for an internal combustion engine | |
| CN112918460B (en) | Hybrid vehicle | |
| US10344688B2 (en) | Apparatus and method for engine control | |
| CN108368770A (en) | Air-treatment in heavily loaded opposed-piston engine | |
| CN109891069B (en) | Boosting system and method for improving engine braking and transient performance | |
| CN105840355A (en) | All-working-condition EGR rate adjustable two-stage booster system of internal combustion engine and control method thereof | |
| WO2008013157A1 (en) | Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine | |
| JP6060492B2 (en) | Internal combustion engine and control method thereof | |
| JP3674254B2 (en) | EGR device for supercharged engine | |
| US6158217A (en) | Low operating-temperature supercharged engines | |
| US10174650B2 (en) | Vehicle with integrated turbocharger oil control restriction | |
| CN109339938A (en) | Three condition two-stage consecutive pressurization system and its control method | |
| RU2575509C2 (en) | Thermal machine | |
| EP3306049A1 (en) | Engine system | |
| CN102080596B (en) | Explosive motor equipped with plenum chamber of variable capacitance and operating method therefor | |
| CN205618263U (en) | Adjustable two stage supercharging system is rateed to full operating mode EGR of internal -combustion engine | |
| JP6537271B2 (en) | Internal combustion engine | |
| KR20120140100A (en) | Low pressure egr system | |
| CN205936822U (en) | Engine pack and have vehicle of this engine pack |