RU2576702C1 - Method of controlling exhaust gas recycling in internal combustion engine using pneumatic drive system of three-valve gas distributor with charging of pneumatic accumulator of system with atmospheric air - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to control recirculation of internal combustion engines (ICE). Invention consists in that the device comprises a control system which is defined according to the current capacity of the internal combustion engine determines the weight of the exhaust gas for combustion. When the piston of the engine bottom dead point on the exhaust stroke in the vicinity of the upper dead point in time when the cylinder will be determined weight management system for the exhaust of combustion fuel, the control system closes the exhaust valve. Part of the exhaust gas remains in the cylinder. In a subsequent intake stroke remaining in the cylinder exhaust gases are mixed with incoming air to the cylinder or mixture through open inlet valves and gas distribution. Valves are actuated with a pneumatic pressure reservoir charging gas from the combustion engine.

EFFECT: technical result is to increase the efficiency of the ICE.

1 cl, 1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший прототип заявленного изобретения - патент РФ 2537323 «Способ управления рециркуляцией выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания системой гидравлического привода газораспределительного клапана».The closest prototype of the claimed invention is RF patent 2537323 "Method for controlling exhaust gas recirculation in an internal combustion engine by a hydraulic valve of a gas distribution valve."

Реферат: «Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что включает систему управления гидравлического привода газораспределительного клапана, золотник управления потоком жидкости, гидроаккумулятор, поршень привода газораспределительного клапана и газораспределительный клапан. Система управления гидравлического привода газораспределительного клапана определяет массу топлива, массу выхлопных газов и момент времени закрытия газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания в соответствии с задаваемой текущей мощностью двигателя внутреннего сгорания. На такте выпуска отработавших продуктов сгорания из цилиндра двигателя внутреннего сгорания в определенный системой управления гидравлического привода газораспределительного клапана момент времени золотником управления потоком жидкости подается из гидроаккумулятора рабочая жидкость в объем под поршнем привода газораспределительного клапана. Поэтому давление рабочей жидкости поршнем привода газораспределительного клапана переводит соединенный с ним газораспределительный клапан в закрытое положение. В результате часть выхлопных газов остается в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, и на последующем цикле всасывания воздуха или топливной смеси в цилиндр двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы смешиваются там с всасываемым воздухом или топливной смесью».Summary: “The invention relates to the field of engine manufacturing. The technical result is to increase the efficiency of the engine. The essence of the invention lies in the fact that it includes a control system for a hydraulic drive of a gas distribution valve, a spool for controlling a fluid flow, a hydraulic accumulator, a piston of a drive of a gas distribution valve and a gas distribution valve. The control system of the hydraulic drive of the gas distribution valve determines the mass of fuel, the mass of exhaust gases and the timing of the closing of the gas distribution valve of the internal combustion engine in accordance with the set current power of the internal combustion engine. At the time of exhaust exhaust from the cylinder of the internal combustion engine at a time determined by the control system of the hydraulic drive of the gas distribution valve, the fluid flow control valve moves the working fluid from the hydraulic accumulator into the volume under the piston of the gas distribution valve. Therefore, the pressure of the working fluid by the piston of the gas distribution valve drive puts the gas distribution valve connected to it into the closed position. As a result, part of the exhaust gas remains in the cylinder of the internal combustion engine, and in the subsequent cycle of suction of air or fuel mixture into the cylinder of the internal combustion engine, the exhaust gas is mixed there with the intake air or fuel mixture. "

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Цель заявленного изобретения - обеспечить управление рециркуляцией выхлопных газов на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы.The purpose of the claimed invention is to provide control of exhaust gas recirculation in all modes of operation of an internal combustion engine (ICE) by a pneumatic drive system of a three-valve gas distributor with charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere.

В соответствии с пунктом 2 статьи 1350 Кодекса и п. 24.5.3.(4) Регламента, цитата: «Условию изобретательского уровня соответствуют, в частности: изобретения, основанные на дополнении известного средства какой-либо известной частью, при достижении неожиданного для такого дополнения технического результата, обусловленного взаимосвязью дополняемой части и известного средства».In accordance with clause 2 of Article 1350 of the Code and clause 24.5.3. (4) of the Regulation, the quotation: “The conditions of an inventive step correspond, in particular: inventions based on the addition of a known means by any known part, upon reaching an unexpected for such addition technical result due to the relationship of the supplemented part and the known means. "

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность заявленного изобретения поясняется описанием принципа действия привода трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы.The essence of the claimed invention is illustrated by a description of the principle of operation of a three-valve gas distributor of an internal combustion engine by a pneumatic drive system with charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere.

Зарядка пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы (далее - воздух) осуществляется следующим образом (см. чертеж). При пуске ДВС поршень ДВС 1 на такте сжатия сжимает воздух или топливную смесь в камере сгорания ДВС 2, которая давит на левую торцевую поверхность поршня привода компрессора 3, в результате чего он движется вправо (по чертежу). Находящийся в правой полости поршня компрессора 4 воздух через обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор системы привода 6 (далее - пневмоаккумулятор 6) и заряжает его. Зарядка пневмоаккумулятора 6 происходит при первом пуске ДВС, а дальнейшая подзарядка - на рабочих тактах. После того как давление воздуха в пневмоаккумуляторе 6 достигнет значения, обеспечивающего оптимальное функционирование трехклапанного газораспределителя в составе клапана впуска воздуха или топливной смеси 7 (далее - впускной клапан 7), газораспределительного клапана ДВС 8 (далее - газораспределительный клапан 8) и клапана выпуска отработавших продуктов сгорания 9 (далее - выпускной клапан 9), воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналу 10 поступает в нижнюю полость поршня стопора 11. В результате поршень стопора 11 перемещается в верхнее положение и соединенный с ним стопор 12 входит в выточку поршня компрессора 4, блокирует его движение, и поступление воздуха в пневмоаккумулятор 6 прекращается.Charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere (hereinafter referred to as air) is carried out as follows (see drawing). When starting the internal combustion engine, the piston of the internal combustion engine 1 compresses air or fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine 2 at the compression stroke, which presses on the left end surface of the piston of the compressor drive 3, as a result of which it moves to the right (according to the drawing). The air located in the right cavity of the piston of the compressor 4 through the check valve 5 enters the pneumatic accumulator of the drive system 6 (hereinafter - the pneumatic accumulator 6) and charges it. Charging the pneumatic accumulator 6 occurs at the first start of the internal combustion engine, and further recharging at working cycles. After the air pressure in the pneumatic accumulator 6 reaches a value that ensures the optimal functioning of the three-valve gas distributor as part of the air intake valve or fuel mixture 7 (hereinafter, the intake valve 7), the gas distribution valve ICE 8 (hereinafter the gas distribution valve 8) and the exhaust valve 9 (hereinafter, the exhaust valve 9), air from the pneumatic accumulator 6 passes through the channel 10 into the lower cavity of the stopper piston 11. As a result, the stopper piston 11 moves to the upper position s and coupled thereto stopper 12 enters into the recess 4 of the piston compressor, blocking its movement, and the air flow into the accumulator 6 is stopped.

В исходном положении впускной клапан 7 открыт, а газораспределительный клапан 8 и выпускной клапан 9 закрыт. Газообмен в ДВС осуществляется следующим образом. Для обеспечения такта всасывания система управления устанавливает газораспределительный клапан 8 в открытое положение. Для этого система управления устанавливает золотник 13 в положение, как показано на чертеже. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14, 15 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, соединенного штоком 17 с газораспределительным клапаном 8, в результате чего он занимает нижнее положение - открывается. Воздух или топливная смесь через канал впуска воздуха 18 и открытый газораспределительный клапан 8 поступает в камеру сгорания ДВС 2. Из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 отработавший воздух по каналам 19, 20 выбрасывается в атмосферу. При понижении давления воздуха в пневмоаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающей оптимальное функционирование клапанов трехклапанного газораспределителя, пружина стопора 21 переводит поршень стопора 11 и стопор 12 в нижнее положение. На одном из последующих тактов всасывания воздуха или топливной смеси в камеру сгорания ДВС 2 пружина поршня компрессора 22 переводит поршень привода компрессора 3 и поршень компрессора 4 в исходное, левое, для подзарядки пневмоаккумулятора 6, положение. Воздух из атмосферы через обратный клапан 23 подается в правую полость поршня компрессора 4. Компрессор готов к очередному циклу подзарядки пневмоаккумулятора 6. По прибытию поршня ДВС 1 в нижнюю мертвую точку система управления переводит золотник 13 в правое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14, 19 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, и газораспределительный клапан 8 закрывается. Отработавший воздух из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 по каналам 15, 24 выбрасывается в атмосферу. Начинается такт сжатия, а затем такт расширения продуктов сгорания. Для обеспечения такта выпуска отработавших продуктов сгорания система управления закрывает впускной клапан 7, открывает газораспределительный клапан 8 и выпускной клапан 9. Для закрытия впускного клапана 7 система управления переводит золотник 25 в левое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 26, 27 поступает в левую полость поршня привода впускного клапана 28 и перемещает соединенный с ним штоком 29 впускной клапан 7 вправо, и он закрывается. Воздух из правой полости поршня привода впускного клапана 28 по каналам 30, 31 выбрасывается в атмосферу. Для открытия выпускного клапана 9 система управления переводит золотник 32 в правое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 33, 34 поступает в правую полость поршня привода выпускного клапана 35 и перемещает соединенный с ним штоком 36 выпускной клапан 9 влево, и он открывается. Отработавший воздух из левой полости поршня привода выпускного клапана 35 по каналам 37, 38 выбрасывается в атмосферу. Открытие газораспределительного клапана 8 показано выше. В результате отработавшие продукты сгорания из камеры сгорания ДВС 2 через канал выпуска отработавших продуктов сгорания 39 выбрасываются в выхлопной коллектор.In the initial position, the intake valve 7 is open, and the gas distribution valve 8 and the exhaust valve 9 are closed. Gas exchange in the internal combustion engine is as follows. To ensure a suction stroke, the control system sets the gas distribution valve 8 in the open position. For this, the control system sets the spool 13 to the position as shown in the drawing. The air from the pneumatic accumulator 6 through the channels 10, 14, 15 enters the upper cavity of the piston of the valve of the gas distribution valve 16, connected by the rod 17 with the gas distribution valve 8, as a result of which it takes the lower position - opens. Air or fuel mixture through the air inlet channel 18 and the open gas distribution valve 8 enters the combustion chamber of the engine 2. From the lower cavity of the piston of the gas distribution valve 16, the exhaust air is discharged through the channels 19, 20 into the atmosphere. When lowering the air pressure in the pneumatic accumulator 6 below a value that ensures optimal functioning of the valves of the three-valve gas distributor, the spring of the stopper 21 puts the piston of the stopper 11 and the stopper 12 to the lower position. At one of the subsequent strokes of the intake of air or fuel mixture into the combustion chamber of the engine 2, the spring of the piston of the compressor 22 transfers the piston of the drive of the compressor 3 and the piston of the compressor 4 to the original, left, position for charging the pneumatic accumulator 6. Air from the atmosphere through the check valve 23 is supplied to the right cavity of the piston of the compressor 4. The compressor is ready for the next cycle of recharging the pneumatic accumulator 6. Upon the arrival of the piston of the internal combustion engine 1 to the bottom dead center, the control system puts the spool 13 into the right position. The air from the pneumatic accumulator 6 through the channels 10, 14, 19 enters the lower cavity of the piston of the drive of the gas distribution valve 16, and the gas distribution valve 8 closes. The exhaust air from the upper cavity of the piston of the valve 16 through the channels 15, 24 is discharged into the atmosphere. The compression cycle begins, and then the expansion cycle of the combustion products. To ensure the exhaust gas exhaust cycle, the control system closes the intake valve 7, opens the gas distribution valve 8 and exhaust valve 9. To close the intake valve 7, the control system moves the spool 25 to the left position. Air from the pneumatic accumulator 6 through the channels 10, 26, 27 enters the left cavity of the piston of the drive of the intake valve 28 and moves the intake valve 7 connected to it by the stem 29 to the right, and it closes. Air from the right cavity of the piston of the intake valve drive 28 is discharged into the atmosphere through channels 30, 31. To open the exhaust valve 9, the control system moves the spool 32 to the right position. Air from the pneumatic accumulator 6 through channels 10, 33, 34 enters the right cavity of the piston of the actuator of the exhaust valve 35 and moves the exhaust valve 9 connected to it by the stem 36 to the left, and it opens. Exhaust air from the left cavity of the piston of the actuator of the exhaust valve 35 through the channels 37, 38 is discharged into the atmosphere. The timing valve 8 opening is shown above. As a result, the exhaust products of combustion from the combustion chamber of the engine 2 through the exhaust exhaust channel 39 are thrown into the exhaust manifold.

Управление рециркуляцией выхлопных газов на всех режимах работы ДВС системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы осуществляется следующим образом. Система управления определяет соответствующую задаваемой текущей мощности двигателя массу топлива и массу выхлопных газов для обеспечения сгорания топлива. На такте выброса из цилиндра ДВС 2 отработавших продуктов сгорания при движении поршня ДВС 1 из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку в окрестностях верхней мертвой точки система управления закрывает выпускной клапан 9. Часть выхлопных газов остается в цилиндре. Поршень ДВС достигает верхней мертвой точки, и система управления открывает впускной клапан 7. На последующем такте всасывания оставшиеся в цилиндре выхлопные газы смешиваются с поступающим туда через газораспределительный клапан 8 воздухом или топливной смесью.Management of exhaust gas recirculation in all modes of operation of the internal combustion engine by the pneumatic drive system of a three-valve gas distributor with charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere is as follows. The control system determines the mass of fuel and the mass of exhaust gases corresponding to the set current engine power to ensure fuel combustion. At the stroke of the exhaust from the cylinder of the internal combustion engine 2 of the exhaust combustion products when the piston of the internal combustion engine 1 moves from the bottom dead center to the top dead center in the vicinity of the top dead center, the control system closes the exhaust valve 9. Some of the exhaust gases remain in the cylinder. The engine piston reaches top dead center, and the control system opens the intake valve 7. At a subsequent suction stroke, the exhaust gases remaining in the cylinder are mixed with the air or fuel mixture entering there through the gas distribution valve 8.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ управления рециркуляцией выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы, включающей систему управления и трехклапанный газораспределитель в составе выпускного клапана, газораспределительного клапана и впускного клапана, отличающийся тем, что система управления пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы в соответствии с задаваемой текущей мощностью двигателя внутреннего сгорания определяет массу выхлопных газов для обеспечения сгорания топлива и при движении поршня двигателя внутреннего сгорания из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку на такте выпуска отработавших продуктов сгорания из цилиндра двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда в цилиндре двигателя внутреннего сгорания окажется определенная системой управления масса выхлопных газов для обеспечения сгорания топлива, закрывает выпускной клапан, часть выхлопных газов остается в цилиндре и на последующем такте всасывания воздуха или топливной смеси оставшиеся в цилиндре двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы смешиваются с поступающим в цилиндр двигателя внутреннего сгорания через открытые впускной клапан и газораспределительный клапан воздухом или топливной смесью.A method of controlling exhaust gas recirculation in an internal combustion engine by a pneumatic drive system of a three-valve gas distributor with charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere, including a control system and a three-valve gas distributor as a part of an exhaust valve, a gas distribution valve and an intake valve, characterized in that the control system of the pneumatic three-valve gas drive charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere in accordance with a given current power of the internal combustion engine determines the mass of exhaust gases to ensure fuel combustion, and when the piston of the internal combustion engine moves from bottom dead center to top dead center on the cycle of exhaust exhaust products from the cylinder of the internal combustion engine in the vicinity of top dead center, when in the cylinder of the internal combustion engine there is an exhaust gas mass determined by the control system to ensure fuel combustion, it closes in final year at valve portion of exhaust gas remains in the cylinder and a subsequent suction stroke the air or the fuel mixture of the internal combustion engine remains in the cylinder exhaust gases are mixed with incoming in the internal combustion engine cylinder through the open inlet valve and the gas control valve or air fuel mixture.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном уровне развития систем автоматического управления создание системы управления для заявленного изобретения является вполне ординарной задачей.Materials and technology for the implementation of the claimed invention do not go beyond the scope of modern capabilities. At the current level of development of automatic control systems, the creation of a control system for the claimed invention is quite an ordinary task.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Чертеж. Принципиальная схема трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы.Drawing. Schematic diagram of the three-valve gas distributor of the internal combustion engine with a pneumatic drive system with charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания ДВС; 3 - поршень привода компрессора; 4 - поршень компрессора; 5, 23 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - впускной клапан; 8 - газораспределительный клапан; 9 - выпускной клапан; 10, 14, 15; 19, 20, 24, 26, 27, 30, 31, 33, 34, 37, 38 - канал; 11 - поршень стопора; 12 - стопор; 13, 25, 32 - золотник; 16 - поршень привода газораспределительного клапана; 17, 29, 36 - шток; 18 - канал впуска воздуха; 21 - пружина стопора; 22 - пружина поршня компрессора; 28 - поршень привода впускного клапана; 35 - поршень привода выпускного клапана; 39 - канал выпуска отработавших продуктов сгорания.1 - internal combustion engine piston; 2 - combustion chamber of the internal combustion engine; 3 - the piston of the compressor drive; 4 - compressor piston; 5, 23 - check valve; 6 - pneumatic accumulator; 7 - inlet valve; 8 - gas distribution valve; 9 - exhaust valve; 10, 14, 15; 19, 20, 24, 26, 27, 30, 31, 33, 34, 37, 38 - channel; 11 - stopper piston; 12 - stopper; 13, 25, 32 - spool; 16 - the piston of the valve timing; 17, 29, 36 - stock; 18 - channel air intake; 21 - a spring of a stopper; 22 - compressor piston spring; 28 - the piston of the intake valve actuator; 35 - the piston of the exhaust valve drive; 39 - channel exhaust exhaust products.

Claims (1)

Способ управления рециркуляцией выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы, включающей систему управления и трехклапанный газораспределитель в составе выпускного клапана, газораспределительного клапана и впускного клапана, отличающийся тем, что система управления пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы в соответствии с задаваемой текущей мощностью двигателя внутреннего сгорания определяет массу выхлопных газов для обеспечения сгорания топлива и при движении поршня двигателя внутреннего сгорания из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку на такте выпуска отработавших продуктов сгорания из цилиндра двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда в цилиндре двигателя внутреннего сгорания окажется определенная системой управления масса выхлопных газов для обеспечения сгорания топлива, закрывает выпускной клапан, часть выхлопных газов остается в цилиндре и на последующем такте всасывания воздуха или топливной смеси оставшиеся в цилиндре двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы смешиваются с поступающим в цилиндр двигателя внутреннего сгорания через открытые впускной клапан и газораспределительный клапан воздухом или топливной смесью. A method of controlling exhaust gas recirculation in an internal combustion engine by a pneumatic drive system of a three-valve gas distributor with charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere, including a control system and a three-valve gas distributor as a part of an exhaust valve, a gas distribution valve and an intake valve, characterized in that the control system of the pneumatic three-valve gas drive charging the pneumatic accumulator of the system with air from the atmosphere in accordance with a given current power of the internal combustion engine determines the mass of exhaust gases to ensure fuel combustion, and when the piston of the internal combustion engine moves from bottom dead center to top dead center on the cycle of exhaust exhaust products from the cylinder of the internal combustion engine in the vicinity of top dead center, when in the cylinder of the internal combustion engine there is an exhaust gas mass determined by the control system to ensure fuel combustion, it closes in final year at valve portion of exhaust gas remains in the cylinder and a subsequent suction stroke the air or the fuel mixture of the internal combustion engine remains in the cylinder exhaust gases are mixed with incoming in the internal combustion engine cylinder through the open inlet valve and the gas control valve or air fuel mixture.