CS264314B2

CS264314B2 - Method and device for fuel treatment in a fuel supply system of an internal combustion engine

Info

Publication number: CS264314B2
Application number: CS835631A
Authority: CS
Inventors: Jean E A Redele
Original assignee: Scoma Energie
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1989-07-12
Also published as: FR2531144B1; CA1207198A; PL243201A1; EP0100725B1; CS563183A2; US4823757A; DE3382134D1; EP0100725A1; ATE60408T1; FR2531144A1; JPS5941653A

Description

Vynález se týká způsobu úpravy paliva v přívodním systému paliva do spalovacího motoru se vstřikováním paliva, zejména do dieselová motoru, a zařízení к jeho provádění.

Bylo již navrženo ohřívat motorovou naftu pro usnadnění spouštění studeného motoru, pro zmenšení výfukových zplodin, to znamená pro snížení bílého kouření při spouštění, pro vyloučení krystalisačních jevů parafinových složek, to je jehlových krystalů a kysličníku dusíku, jakož i pro případné snížení spotřeby. Z praktických důvodů byla nafta ohřívána vždy před svým vstupem do vstřikovacího čerpadla. Požadovaná teplota se všeobecně pohybovala kolem 40 °C. Různé způsoby a zařízení popsaná v souvislosti s tímto předmětem ukazují, že prostředky pro ohřívání paliva jsou umístěny vně okruhu přivádějícího*palivo do vstřikovacího čerpadla, přičemž v nich palivo získává při průchodu výše uvedenou teplotu. Většina ohřívacích systémů využívá bu3 elektrických odporů, které jsou odpojeny jakmile se dosáhne požadované teploty, nebo chladicí kapaliny, jejíž teplota v žádném případě nemá přestoupit zhruba 80 °C. Proto ani ohřev nemůže prakticky překročit tuto hodnotu. Některé prameny uvádějí, že nadměrné ohřívání přináší nevýhodu a má být potlačeno, viz například patentový spis US č. 3 913 543. Pokud někteří autoři uvádějí, že ohřev paliva umožňuje snížit cestovní spotřebu vozidla, je třeba konstatovat, že pokusy prokázaly, že to bylo působením jiných vlivů a že specifická spotřeba paliva zůstává v podstatě beze změny.

Vynález si klade za úkol odstranit do značné míry výše uvedené nedostatky a vytvořit takový způsob a zařízení к jeho provádění, které by zajistily podstatné úspory paliva i při jeho jednoduchém ohřevu.

Vytčený úkol se řeší a uvedené nedostatky se odstraňují způsobem úpravy paliva v přívodním systému paliva do spalovacího motoru se vstřikováním paliva podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že palivo se před vstřikováním zahřívá na teplotu vyšší než je atmosférická vstřikovací teplota, přičemž hmotný obsah vstřikovaného paliva se zachovává přizpůsobením tepelnému roztažení paliva pro zachování předepsaného hmotového množství paliva i při teplotě zvolené pro vstřikování. S výhodou se palivo zahřívá na vstřikovací teplotu 70 až 120 °C, přičemž se toto zahřívání uskutečňuje bud mezi vstřikovacím čerpadlem a vstřikovaČem nebo ve vstřikovači paliva. Podle dalšího výhodného vytvoření se palivo zahřívá ve směru proti proudu před vstřikovacím čerpadlem a ve vstřikovacím čerpadle se zajišťuje předepsané hmotové množství paliva při zvolené vstřikovací teplotě s ohledem na tepelnou roztažnost a tekutost ohřátého paliva. Další výhodné vytvoření způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se palivo zahřívá tepelnou výměnou s olejem pro mazání motoru.

Podstata zařízení к provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že zařízení je opatřeno prostředky pro ohřívání paliva a prostředky pro zvýšení vstřikovaného objemu paliva, přičemž je dodrženo přiváděné hmotové množství paliva. Výhodné vytvoření zařízení podle vynálezu spočívá jednak v tom, že prostředky pro ohřívání paliva jsou upraveny mezi vstřikovacím čerpadlem a spalovací komorou, a jednak v tom, že je zařízení opatřeno vstřikovacím čerpadlem, jehož kapacita a těsnost jsou přizpůsobeny teplotě a tekutosti paliva.

Hlavní výhody způsobu a zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že je možné realisovat podstatné úspory paliva ohříváním paliva na vyšší hodnotu, to je na teplotu vyšší než je obvyklá teplota užití, zejména z praktických důvodů na teplotu s výhodou mezi 70 až 120 °C, pokud se současně mění obsah vstřikovaného paliva tak, aby se udržel jeho hmotný obsah, a to se zřetelem na roztažnost paliva při jeho nové teplotě a s ohledem na objemové ztráty paliva vstřikovaného s danou tekutostí. Tento výsledek lze získat ohřevem paliva před vstřikovacím čerpadlem, což vyžaduje jeho úpravu nebo jednodušeji ohřevem paliva mezi vstřikovacím čerpadlem a vstřikovaČem, což umožňuje ponechat vstřikovací Čerpadlo beze změny. V takovém případě nemá teplota ohřevu žádný vliv na činnost čerpadla. Výhody ohřívání paliva olejem pro mazání motoru spočívají v tom, že teplota oleje může být bez potíží podstatně vyšší něž teplota chladicí kapaliny a může dokonce přestoupit 100 °C. Ohřívání paliva olejem umožňuje získat vyšší teploty, než jaké se získají chladicí vodou a je podstatně snadnější uskutečnit a ovládat ohřev než pokud se ohřev provádí výfukovými plyny. Pro případ, že palivo je zahříváno za vstřikovacím čerpadlem, vynález předpokládá motor opatřený prostředky pro ohřívání paliva mezi vstřikovacím čerpadlem a spalovací komorou. V tom případě, že se palivo ohřívá před vstřikovacím čerpadlem, ohřívání paliva vyvolává bezprostředně dva základní důsledky: palivo se tepelně roztahuje a jeho tekutost vzrůstá. V důsledku toho při daném objemu paliva přiváděného do válce celkový kalorický obsah klesá se zvyšující se teplotou paliva. Mimoto vzrůstají ztráty čerpadla únikem paliva. Ztráty paliva v čerpadle jsou·zpravidla zajištěny využitím pro mazání. Je jasné, že se změnou tekutosti se bude Liěnit vliv úniku. To jsou důvody, pro které až dosud bylo vždy dobrovolně omezeno ohřívání paliva s konstatováním, že vyšší teploty by zmenšovaly účinnost. Při pokusech však bylo zjištěno, že tlak na píst se zmenšuje, pokud se zvyšuje teplota ohřevu paliva, a proto se využila myšlenka zachovat hmotný obsah vstřikovaného paliva zachováním tlaku na píst, to znamená zachovat hmotové množství.

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen ve spojení s připojenými výkresy.

Na výkresech jsou znázorněny grafy v závislosti na otáčkách motoru, které jsou vyneseny na souřadnici v hodnotě ot./min. Na obr. 1 je znázorněna spotřeba paliva v gramech na kilowatt za hodinu. Na obr. 2 je znázorněn výkon v kilowattech. Na obr. 3 je znázorněno průtočné množství vstřikovacího čerpadla v mm^/zdvih. Obr. 4 znázorňuje kroutící moment motoru v dekanewtonmetrech. Obr. 5 představuje¹ maximální tlak ve válci v barech.

Zkoušky a měření byly provedeny na motoru Diesel RVI Renault Véhicules Industriels, o celkovém obsahu 11,4 1, to je šestiválcový motor s obsahem každého válce 1,9 1, který byl opatřen turbokompresorem pro přeplňování a přímé vstřikování, přičemž jeho maximální výkon byl 220 kW. Výkony byly měřeny na hydraulické brzdě Schenck o výkonu 440 kW. Palivo bylo ohříváno před vstřikovacím čerpadlem. Toto čerpadlo mělo šest válců v řadě s průměrem pístu u standardního Čerpadla o hodnotě 12 mm a u čerpadla upraveného pro ohřívané palivo o hodnotě 13 mm. Těsnicí kroužky byly vyměněny.

Podle výhodné varianty je možné upravit vačku pro změnu zdvihu. Pokud se uskuteční ohřev paliva za čerpadlem, mezi čerpadlem a vstřikovačem nebo dokonce ve vstřikovači, není třeba čerpadlo upravovat.

Křivky I až V se vztahují ke standardní funkci, křivky i' až V' se vztahují к činnosti podle vynálezu.

Dále uvedená tabulka udává teplotu chladicí kapaliny, oleje a paliva ve vstřikovači pro standardní podmínky a při činnosti upravené podle vynálezu v závislosti na velikosti otáček motoru v ot./min.

motor ot./min teploty ve

Standard teploty ve °C

Úprava °c

	voda	olej	palivo	voda	olej	palivo
1 300	90	70	36	88	93	72
1 500	90	82	36	89	100	75
1 800	87	80	36	82	97	72
2 000	86	72	37	87	101	76
2 200	86	75	38	87	105	77
Z obr. 1	je zcela jasně	patrno,	že spotřeba	paliva	v gramech na kilowatt a hodinu
je menší o 5	až 10 % ve všech	oblastech rychlostí	od 1	250 až	do 2 250 ot./min a to pro
ohřev paliva,	který zůstává v	rozmezí	od 72 do 77	°c.

Křivky na obr. 2 znázorňují přírůstek výkonu.

Křivky na obr. 3 zobrazují vzrůst průtočného množství ve vstřikovacím čerpadle v mm² na jeden zdvih. Obr. 4 zobrazuje vzrůst kroutícího mementu v ďekanewtonmetrech. Křivky na obr. 5 udávají maximální tlaky ve válci.

Rozhodující pro uskutečnění způsobu podle předloženého vynálezu, pokud se má ohřívat palivo před vstřikovacím čerpadlem, je zvětšení průtočného množství čerpadlem v mm^/zdvih. Získá se tak nejen snížení spotřeby paliva pro stejný poskytovaný výkon, avšak i ostatní charakteristiky motoru jsou příznivé: je možné získat vyšší výkon motoru a větší kroutící moment. Při 80 °C činí rozpínání paliva zhruba 4 %. Je snadné jej změřit pro jakoukoli jinou zvolenou teplotu ohřívání paliva a přizpůsobit nebo vytvořit vstřikovací čerpadlo tak, aby zajišťovalo přesnou hmotu průtočného množství paliva.

Účinnost motoru lze podle vynálezu ještě dále zvýšit tím, že se použijí nejjemnější vstřikovací trysky, zajišťující dokonalejší rozprášení a v důsledku toho i rychlejší a úplnější spalování, které je umožněno větší tekutostí, to je snížením viskozity ohřívaného paliva. Ohřívání paliva vytváří pozorovatelné účinky již od teplot v rozmezí 72 až 77 °C, jak to vyplývá ze zkoušek popsaných výše, a to ve srovnání s teplotami paliva již použitými o hodnotách řádové 35 až 40 °C. Lze očekávat ještě příznivější výsledky při použití teplot mezi 80 až 120 °C, které budou vyžadovat další úpravy vstřikovacího čerpadla vzhledem к rozpínání použitého paliva při předpokládaných teplotých pro trvalý chod. Protože je třeba vzít zřetel na zvětšení tekutosti paliva při těchto teplotách, bude také nutné zvýšit těsnost těsnění vstřikovacího čerpadla.

Lze se domnívat, že zvýšení účinnosti se dosahuje tím, že spalování paliva se uskutečňuje rychleji a že se dosahuje úplnějšího spalování. Vznícení paliva a prudký nárůst tlaku, které z toho vyplývají, se vytváří velmi brzy a velmi rychle. Tím narůstá plocha vyjadřující práci PxV v Carnotově cyklu. To má žádoucí vliv na účinnost. Z toho důvodu, že se dosahuje úplnějšího spalování, jsou sníženy i výfukové zplodiny. Při vstřikování paliva do komory, protože palivo má značně zvýšenou teplotu, se stlačený vzduch, ve kterém se palivo rozprašuje, mnohem méně chladí. Zisky jsou ještě mnohem vyšší, pokud se srovná způsob podle vynálezu s obvyklým vstřikováním paliva při teplotách nižších než 35 až 40 °C.

Jak je to patrno z obr. 2, je třeba konstatovat, že způsobem podle vynálezu se získá stejný výkon pro podstatně nižší rychlost otáčení motoru. U znázorněného příkladu provedení dosahoval klasický motor o výkonu 190 kW při rychlosti otáčení kolem 2 200 ot./min stejný výkon jako motor upravený podle vynálezu pro rychlost otáčení zhruba 1 500 ot./min. Je známé, že výkon spotřebovaný vnitřním třením v motoru je velmi značný a že tato tření jsou úměrná čtverci rychlosti. Proto se v souladu s vynálezem získává značná úspora ve spotřebě paliva jako výsledek energie spotřebované vnitřním třením, protože může být využita pro dosažení stejného požadovaného výkonu podstatně nižší rychlost otáčení motoru. Pro daný motor se zpravidla nevyžaduje vzrůst výkonu, který je omezen strukturou motoru, u kterého není vhodné příliš zvyšovat vnitřní tlaky. Zpravidla se tedy spokojujeme získáním stejného výkonu. Ten však lze získat při podstatně nižších otáčkách motoru, z čehož vyplývá podstatná úspora spotřebované energie.

Vynález se tedy vztahuje na motory s vnitřním spalováním a vstřikováním paliva, které využívají způsobu podle vynálezu, zejména na dieselový motory, které jsou opatřeny prostředky pro ohřívání paliva, zatímco předepsané hmotové množství paliva se zachovává i při teplotě zvolené pro vstřikování. Vynález se týká zejména motorů opatřených ústrojím pro ohřívání paliva, umístěným mezi vstřikovacím čerpadlem a spalovací komorou. Je možné ohřívat bud vstřikovač nebo potrubí všemi vhodnými prostředky, například elektrickým odporem, chladicí kapalinou motoru, výfukovými plyny, nebo, jak bylo uvedeno výše, mazacím olejem, který umožňuje teploty ohřevu kolem 100 °C a výše, kdy je úspora paliva nejvýhodnějŠÍ. Vstřikovací tryska nebo potrubí mohou také procházet vhodným výměníkem. Předmětem vynálezu je rovněž motor opatřený vstřikovacím čerpadlem, jehož kapacita a těsnost jsou přizpůsobeny teplotě a tekutosti paliva.

Je samozřejmé, že popsané způsoby realizace jsou toliko příklady provedení a že je možné je upravit, zejména prostřednictvím náhrady technických ekvivalentů, aniž by tím byl přestoupen rozsah vynálezu.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob úpravy paliva v přívodním systému paliva do spalovacího motoru se vstřikováním paliva, zejména do dieselová motoru, vyznačený tím, že palivo se před vstřikováním zahřívá na teplotu vyšší než je atmosférická vstřikovací teplota, přičemž hmotný obsah vstřikovaného paliva se zachovává přizpůsobením tepelnému roztažení paliva pro zachování předepsaného hmotového množství paliva i při teplotě svolené pro vstřikování.
2. Způsob podle

70 až 120 °C.

bodu

1, vyznačený tím, že palivo se nahřívá na vstřikovací teplotu
3. Způsob podle a vstřikovačem.

bodu

1, vyznačený tím, že palivo se ‘zahřívá mezi vstřikovacím čerpadlem
4. Způsob podle bodu

1, vyznačený tím, že palivo se zahřívá ve vstřikovači paliva.
5. Způsob podle bodu

1, vyznačený tím, že palivo se zahřívá ve směru proti proudu před vstřikovacím čerpadlem a že ve vstřikovacím čerpadle se zajišťuje předepsané hmotové množství paliva při zvolené vstřikovací teplotě s ohledem na tepelnou roztažnost a tekutost ohřátého paliva.
6. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že palivo se zahřívá tepelnou výměnou s olejem pro mazání motoru.
7. Zařízení к provádění způsobu podle bodu 1, u kterého je přívodního systému paliva mezi nádrží paliva a spalovacím motorem se vstřikováním paliva, zejména dieselovým motorem, vloženo vstřikovací čerpadlo a alespoň jeden vstřikovač, jakož i čerpadlo pro dopravu paliva, vyznačené tím, že je opatřeno prostředky pro ohřívání paliva a prostředky pro zvýšení vstřikovaného objemu paliva, přičemž je dodrženo přiváděné hmotové množství paliva.
8. Zařízení podle bodu 7, vyznačené tím, že prostředky pro ohřívání paliva jsou upraveny mezi vstřikovacím čerpadlem a spalovací komorou.
9. Zařízení podle bodu 7, vyznačené tím, že . je opatřeno vstřikovacím čerpadlem, jehož kapacita a těsnost jsou přizpůsobeny teplotě a tekutosti paliva.