RU2634343C2 - Method of operating internal combustion engine - Google Patents
Method of operating internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634343C2 RU2634343C2 RU2015154881A RU2015154881A RU2634343C2 RU 2634343 C2 RU2634343 C2 RU 2634343C2 RU 2015154881 A RU2015154881 A RU 2015154881A RU 2015154881 A RU2015154881 A RU 2015154881A RU 2634343 C2 RU2634343 C2 RU 2634343C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- maximum
- injection
- phase
- combustion
- rate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
- F02B3/10—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition with intermittent fuel introduction
- F02B3/12—Methods of operating
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам организации рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива и воспламенением от сжатия.The invention relates to engine building, in particular to methods for organizing the working process of internal combustion engines with direct fuel injection and compression ignition.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (патент RU 2164300 С2, кл. F02B 03/12), включающий двухфазную подачу топлива, при которой количество топлива первой фазы достаточно для воспламенения топлива второй фазы, осуществляемой при рабочем ходе поршня, при этом ввод второй порции топлива обеспечивает максимальную скорость горения с момента, соответствующего 10-15° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку, а завершается процесс сгорания не позднее 40-50° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку в зависимости от цикловой подачи топлива. Способ работы направлен на снижение вредных выбросов с отработавшими газами без ухудшения расхода топлива. Данный способ по технической сущности является наиболее близким к заявленному способу работы.A known method of operation of an internal combustion engine (patent RU 2164300 C2, class F02B 03/12), comprising a two-phase fuel supply, in which the amount of fuel of the first phase is sufficient to ignite the fuel of the second phase, carried out during the working stroke of the piston, while introducing a second portion of fuel provides the maximum burning speed from the moment corresponding to 10-15 ° crankshaft rotation for top dead center, and the combustion process is completed no later than 40-50 ° crankshaft rotation for top dead center, depending on the cycle Fuel supply. The method of work is aimed at reducing harmful emissions with exhaust gases without compromising fuel consumption. This method by technical nature is the closest to the claimed method of operation.
Способ-прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что с повышением нагрузки (цикловой подачи топлива) увеличивается количество тепла от сгорания топлива в первой фазе, то есть на линии сжатия до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, что увеличивает отрицательную работу газов и снижает эффективность работы двигателя.The prototype method has a significant drawback, which is that with increasing load (cyclic fuel supply), the amount of heat from the combustion of fuel in the first phase increases, that is, on the compression line until the piston arrives at top dead center, which increases the negative work of gases and reduces engine efficiency.
Экспериментальные исследования показывают, что количество выбросов оксидов азота зависит от величин средней и локальных температур, являющихся следствием термохимических реакций в фазе рабочего процесса. Чем выше эти температуры, тем больше количество образуемых оксидов азота. Способы снижения средних и локальных температур известны, однако установлено, что наибольший эффект можно реализовать путем организации смесеобразования и сгорания в фазе, при которой максимальная скорость тепловыделения соответствует максимальной скорости увеличения объема цилиндра на такте рабочего хода, которая, в свою очередь, зависит лишь от углового расположения шатуна и кривошипа и остается практически постоянной в диапазоне 22-25° поворота коленчатого вала за ВМТ.Experimental studies show that the amount of nitrogen oxide emissions depends on the average and local temperatures, which are the result of thermochemical reactions in the phase of the working process. The higher these temperatures, the greater the amount of nitrogen oxides formed. Ways to reduce average and local temperatures are known, but it has been found that the greatest effect can be realized by organizing mixture formation and combustion in a phase at which the maximum heat release rate corresponds to the maximum rate of increase in cylinder volume at the stroke of the stroke, which, in turn, depends only on the angular the location of the connecting rod and crank and remains almost constant in the range of 22-25 ° of crankshaft rotation behind TDC.
Что же касается фазы тепловыделения, то она зависит от многих факторов и, главным образом, от параметров топливоподачи.As for the heat release phase, it depends on many factors and, mainly, on the fuel supply parameters.
Целью настоящего изобретения является максимальное снижение выбросов оксидов азота при заданном расходе топлива за счет более эффективного снижения скорости нарастания давления при сгорании посредством совмещения фазы максимальной скорости тепловыделения с моментом достижения максимальной скорости отвода тепла от газов.The aim of the present invention is to maximize the reduction of nitrogen oxide emissions at a given fuel consumption due to a more effective reduction in the rate of increase in pressure during combustion by combining the phase of the maximum rate of heat generation with the moment of reaching the maximum rate of heat removal from gases.
Поставленная цель достигается путем корректировки угла начала впрыска топлива, которая в сочетании с цикловой подачей обеспечивает начало горения при рабочем ходе поршня, а достижение максимальной скорости тепловыделения обеспечивается в фазе 22-25° поворота коленчатого вала за верхнюю мертвую точку, соответствующей по фазе положению максимума относительной скорости увеличения объема цилиндра, когда происходит быстрый отвод тепла от газов. При таких условиях процесс сгорания, преимущественно в диффузионной фазе, смещается на линию расширения, а максимум скорости тепловыделения будет приходиться на фазу быстрого расширения объема цилиндра. Благодаря быстрому отводу части тепла (внутренней энергии) от газов максимальные температуры в цилиндре будут снижены. При этом снижение максимального давления сгорания компенсируют повышением геометрической степени сжатия. Такое протекание процесса сгорания повышает эффективность работы и обеспечивает минимальный выброс оксидов азота.The goal is achieved by adjusting the start angle of the fuel injection, which, in combination with a cyclic feed, provides the start of combustion during the working stroke of the piston, and the achievement of the maximum heat release rate is ensured in the crankshaft rotation phase 22-25 ° beyond the top dead center, corresponding in phase to the position of the maximum relative the rate of increase in cylinder volume when rapid heat removal from gases occurs. Under such conditions, the combustion process, mainly in the diffusion phase, shifts to the expansion line, and the maximum heat release rate will fall on the phase of rapid expansion of the cylinder volume. Due to the rapid removal of part of the heat (internal energy) from the gases, the maximum temperatures in the cylinder will be reduced. In this case, a decrease in the maximum combustion pressure is compensated by an increase in the geometric degree of compression. Such a flow of the combustion process increases the efficiency and ensures a minimum emission of nitrogen oxides.
В соответствии с предлагаемым способом применяют один основной или многоразовый интенсивный впрыск топлива с целью сокращения длительности сгорания. Интенсификация впрыска, например, за счет увеличения давления впрыска приводит к снижению расхода топлива и эмиссии продуктов неполного сгорания, таких как оксид углерода СО и сажа.In accordance with the proposed method, one main or multiple intensive injection of fuel is used to reduce the duration of combustion. Intensification of the injection, for example, by increasing the injection pressure leads to a decrease in fuel consumption and the emission of products of incomplete combustion, such as carbon monoxide CO and soot.
Скорость нарастания давления и максимальная температура газов снижаются в результате активного отвода теплоты от газов. Малый расход топлива и высокий к.п.д. обеспечиваются при скоростях тепловыделения, достаточных для малой продолжительности сгорания и оптимально согласованных с ходом поршня. Максимальная скорость тепловыделения должна наступать через 22-25° угла поворота коленчатого вала после ВМТ, в момент максимального изменения объема цилиндра. Если большая часть теплоты высвобождается слишком рано, возрастают потери теплоты в стенки камеры сгорания. Позднее выделение теплоты приводит к ухудшению термического к.п.д., высоким температурам отработавших газов и выбросу продуктов неполного сгорания топлива.The pressure rise rate and the maximum temperature of the gases decrease as a result of the active removal of heat from the gases. Low fuel consumption and high efficiency provided at heat release rates sufficient for a short duration of combustion and optimally matched to the stroke of the piston. The maximum heat release rate should occur through 22-25 ° of the crankshaft rotation angle after TDC, at the time of the maximum change in the cylinder volume. If most of the heat is released too early, heat loss increases in the walls of the combustion chamber. Late heat generation leads to deterioration in thermal efficiency, high exhaust gas temperatures and the release of products of incomplete combustion of fuel.
Фиг. 1 - примеры графиков изменения скорости нарастания давления в цилиндре двигателя dΡ/dα (МПа/°п.к.в.) в зависимости от угла поворота коленчатого вала α (°п.к.в.).FIG. 1 - examples of graphs of changes in the rate of increase of pressure in the engine cylinder dΡ / dα (MPa / ° p.c.) depending on the angle of rotation of the crankshaft α (° p.c.).
Фиг. 2а - примеры графиков относительной скорости изменения объема цилиндра (dV/dα)/V (1/°п.к.в.) в зависимости от угла поворота коленчатого вала и геометрической степени сжатия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.FIG. 2a are examples of graphs of the relative rate of change of cylinder volume (dV / dα) / V (1 / ° c.c.) depending on the angle of rotation of the crankshaft and the geometric compression ratio of a four-stroke internal combustion engine.
Фиг. 2б - примеры графиков относительной скорости изменения объема цилиндра (dV/dα)/V в зависимости от угла поворота коленчатого вала на участке рабочего хода поршня.FIG. 2b are examples of graphs of the relative rate of change of cylinder volume (dV / dα) / V depending on the angle of rotation of the crankshaft in the piston stroke section.
Область работы двигателя в смысле настоящего изобретения включает диапазон нагрузок 35-100% от полной мощности.The scope of the engine in the sense of the present invention includes a load range of 35-100% of full power.
На фиг. 1 приведены графики изменения скорости нарастания давления газа в цилиндре двигателя Д49 (12ЧН26/26) на режиме полной мощности (Ре=1470 кВт, n=750 об/мин) при двух значениях угла начала впрыска топлива. Штриховой линией показан график скорости нарастания давления при угле начала впрыска 15° п.к.в. до ВМТ. Сплошной линией показан график скорости нарастания давления при угле начала впрыска 5° п.к.в. до ВМТ. Как видно на графиках, в первом случае (штриховая линия) начало горения сопровождается резким скачком нарастания давления в фазе около 10° п.к.в. до ВМТ, позиция 1. Поздний впрыск топлива, обеспечивающий начало горения в фазе 0° п.к.в. (ВМТ), приводит к значительному снижению скорости нарастания давления, позиция 2. В диапазоне углов 22-25° п.к.в. после ВМТ наблюдается минимум скорости нарастания давления, позиция 3, что свидетельствует о потере внутренней энергии газов при быстром расширении объема.In FIG. Figure 1 shows the graphs of the change in the rate of increase in gas pressure in the cylinder of the D49 engine (12CHN26 / 26) at full power (Pe = 1470 kW, n = 750 rpm) for two values of the fuel injection start angle. The dashed line shows a graph of the rate of increase in pressure at an injection start angle of 15 ° p.c. to TDC. The solid line shows the graph of the pressure rise rate at an injection start angle of 5 ° r.p. to TDC. As can be seen in the graphs, in the first case (dashed line), the onset of combustion is accompanied by a sharp jump in the pressure increase in the phase at about 10 ° p.p. to TDC,
На фиг. 2а приведены графики скорости изменения объема цилиндра dV/dα, отнесенной к полному объему цилиндра V в данный момент времени (по углу поворота коленчатого вала). Функция изменения объема цилиндра определяется зависимостьюIn FIG. Figure 2a shows the graphs of the rate of change in the volume of the cylinder dV / dα, referred to the total volume of the cylinder V at a given time (by the angle of rotation of the crankshaft). The function of changing the volume of the cylinder is determined by the dependence
(dV/dα)/V=(π/360)(γк/(1/(ε-1)+σκ/2)),(dV / dα) / V = (π / 360) (γ to / (1 / (ε-1) + σ κ / 2)),
где γк, σк - кинематические функции скорости и перемещения поршня, для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом γк=sin(α)(1+λcos(α)), σк=1-cos(α)+0,5λsin2(α); α - угол поворота коленчатого вала, отсчитываемый в направлении его вращения от положения кривошипа, при котором поршень находится в ВМТ;where γ k , σ k are the kinematic functions of the speed and displacement of the piston, for an engine with a central crank mechanism γ k = sin (α) (1 + λcos (α)), σ k = 1-cos (α) +0, 5λsin 2 (α); α is the angle of rotation of the crankshaft, counted in the direction of its rotation from the position of the crank, at which the piston is located at TDC;
λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; ε - степень сжатия двигателя. Функция (dV/dα)/V, как следует из приведенной выше зависимости, связана только с конструктивными параметрами двигателя (λ, ε). Численные расчеты показали, что величина λ в пределах ее реальных значений 0,2-0,32 оказывает незначительное влияние на функцию (dV/dα)/V. При этом отклонение углового положения экстремальных значений функции не более ±0,5° п.к.в. Существенное влияние на функцию изменения объема оказывает степень сжатия двигателя. На графике сплошной линией показано изменение функции для двигателя со степенью сжатия ε=15:1, позиция 4. Штриховой линией показан график для предельного значения степени сжатия ε=20:1, позиция 5.λ is the ratio of the radius of the crank to the length of the connecting rod; ε is the compression ratio of the engine. The function (dV / dα) / V, as follows from the above dependence, is associated only with the design parameters of the engine (λ, ε). Numerical calculations showed that the value of λ within its real values of 0.2-0.32 has a slight effect on the function (dV / dα) / V. Moreover, the deviation of the angular position of the extreme values of the function is not more than ± 0.5 ° p.c. The degree of compression of the engine has a significant effect on the volume change function. The solid line in the graph shows the change in function for the engine with compression ratio ε = 15: 1,
На фиг. 2б приведены графики относительной скорости изменения объема цилиндра дизеля типа Д49 (ЧН26/26) в зависимости от угла поворота коленчатого вала и степени сжатия. Положение максимума функции изменения объема цилиндра (dV/dα)/V находится в диапазоне углов 22-25° п.к.в. после ВМТ (позиции 6 и 7 соответственно), в частности в диапазоне 22-25° п.к.в. после ВМТ для двигателя Д49 в зависимости от степени сжатия. Испарение и выгорание топлива ускоряется за счет турбулизации заряда в пристеночных зонах, вызванной движением поршня. Интенсивность этой турбулентности зависит от относительной скорости изменения объема цилиндра (dV/dα)/V (см. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков, Изд-во «Вища школа». 1980). Согласно изобретению фаза максимальной скорости тепловыделения должна обеспечиваться в диапазоне углов, соответствующем положению максимума приведенной выше функции изменения объема цилиндра.In FIG. Figure 2b shows graphs of the relative rate of change in the volume of a cylinder of a D49 diesel engine (ChN26 / 26) depending on the angle of rotation of the crankshaft and the degree of compression. The maximum position of the cylinder volume change function (dV / dα) / V is in the range of angles 22–25 ° p.c. after TDC (
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154881A RU2634343C2 (en) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Method of operating internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154881A RU2634343C2 (en) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Method of operating internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015154881A RU2015154881A (en) | 2017-06-23 |
RU2634343C2 true RU2634343C2 (en) | 2017-10-25 |
Family
ID=59240440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154881A RU2634343C2 (en) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Method of operating internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634343C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164300C2 (en) * | 1999-02-23 | 2001-03-20 | Открытое акционерное общество "Коломенский завод" | Method of operation of internal combustion engine |
US20030070650A1 (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-17 | Naoya Ishikawa | Compression-ignition internal combustion engine |
RU2377423C1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество холдинговая компания "Коломенский завод" | Method of internal combustion engine operation |
US20110276255A1 (en) * | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method of multiple injection timing control |
RU2474818C2 (en) * | 2006-03-28 | 2013-02-10 | Дрессер, Инк. | Analysis of fuel combustion characteristics |
US20140172277A1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Caterpillar Inc. | Engine diagnostic system and method |
-
2015
- 2015-12-22 RU RU2015154881A patent/RU2634343C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164300C2 (en) * | 1999-02-23 | 2001-03-20 | Открытое акционерное общество "Коломенский завод" | Method of operation of internal combustion engine |
US20030070650A1 (en) * | 2001-10-12 | 2003-04-17 | Naoya Ishikawa | Compression-ignition internal combustion engine |
RU2474818C2 (en) * | 2006-03-28 | 2013-02-10 | Дрессер, Инк. | Analysis of fuel combustion characteristics |
RU2377423C1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество холдинговая компания "Коломенский завод" | Method of internal combustion engine operation |
US20110276255A1 (en) * | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method of multiple injection timing control |
US20140172277A1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Caterpillar Inc. | Engine diagnostic system and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015154881A (en) | 2017-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3232040B1 (en) | Control system of internal combustion engine | |
US8051830B2 (en) | Two-stroke uniflow turbo-compound internal combustion engine | |
US9567896B2 (en) | Method for modifying combustion chamber in a reciprocating piston internal combustion engine and resulting engine | |
JP6337912B2 (en) | Internal combustion engine | |
US20120330534A1 (en) | Enhanced efficiency and pollutant control by multi-variable engine operation control | |
KR20130038228A (en) | Multi-mode high efficiency internal combustion engine | |
RU2011861C1 (en) | Internal combustion engine and compression ignition internal combustion engine | |
US20140182549A1 (en) | Piston shrouding of sleeve valve-controlled ports | |
WO2008148256A1 (en) | Two-stroke engine | |
JP2013510261A (en) | Two-stroke internal combustion engine with variable compression ratio and exhaust port shutter and method of operating such an engine | |
JP2021102962A (en) | Low-load operation method for operating reciprocating piston internal combustion engine, computer program product, and reciprocating piston internal combustion engine | |
WO2012048314A1 (en) | Sound attenuation device and method for a combustion engine | |
JP2006316777A (en) | Internal combustion engine | |
RU2634343C2 (en) | Method of operating internal combustion engine | |
JP2016109111A (en) | Opposite mating piston internal combustion engine of rapid combustion | |
RU2164300C2 (en) | Method of operation of internal combustion engine | |
RU99103574A (en) | WAY OF WORK OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
JP2022521580A (en) | How to reduce pre-ignition of internal combustion engines | |
RU2468221C1 (en) | Method for improving engine efficiency by increasing compression and contraction degree of ignition advance angle | |
Ghazal et al. | Effect of Water Injection on SI Engine Performance and Emissions | |
JP2014098321A (en) | Hcci engine capable of self-ignition control, and method for controlling self-ignition | |
RU2802248C1 (en) | Method for detonation operation of a dual-mode piston engine | |
US8251041B2 (en) | Accelerated compression ignition engine for HCCI | |
Sindhu et al. | Effective mitigation of NOx emissions from diesel engines with split injections | |
RU2435975C2 (en) | Menshov internal combustion engine |