RU2734087C1

RU2734087C1 - Operating method of diesel engine at modes of low feed and idling and device for implementation thereof

Info

Publication number: RU2734087C1
Application number: RU2019135441A
Authority: RU
Inventors: Игорь Алексеевич Иванов
Original assignee: Игорь Алексеевич Иванов
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2020-10-12

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to engine building, particularly, to transport diesel engines operating at idling and variable loads for a considerable amount of time. Disclosed is a diesel comprising a combustion chamber, where air and fuel is supplied, and injector 5 with a hydraulic seal. Hydraulic seal of nozzle is formed by hydraulic locking channel 17 made in form of cavity on contactless surface of needle 9 located between precision contact surfaces 15, 16 of needle, wherein due to said hydraulic seal, fuel supply is increased by nozzle at low loads and idle operation conditions. Also disclosed is a method of operating said diesel engine.

EFFECT: technical result of proposed technical solution is higher efficiency, longer service life of engine and reduced content of harmful emissions during operation.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к транспортным дизелям, которые значительное количество времени работают на холостых оборотах и переменных нагрузках. На этих режимах при малых подачах топлива происходит резкое нарушения нормальной работы топливной аппаратуры, что приводит к неравномерной работе цилиндров, ухудшению процесса смесеобразования и сгорания топлива появлению недожога и уноса топлива из-за плохого распыливания, разжижению картерного масла, интенсивному нагарообразованию на поршне и в газоотводном тракте, в результате увеличивается расход топлива и снижается срок службы двигателя. Способ может быть в первую очередь применен в тепловозных, судовых и автомобильных дизелях.The invention relates to engine building, in particular to transport diesel engines, which operate for a considerable amount of time at idle speed and variable loads. In these modes, at low fuel supplies, there is a sharp disruption in the normal operation of the fuel equipment, which leads to uneven operation of the cylinders, deterioration of the mixture formation and combustion of fuel, the appearance of underburning and fuel carryover due to poor atomization, dilution of crankcase oil, intensive carbon formation on the piston and in the gas outlet. path, resulting in increased fuel consumption and reduced engine life. The method can be primarily applied in diesel locomotive, marine and automobile diesel engines.

Известен способ работы дизеля с процессом улучшения режима холостого за счет применения «Способа управления работой дизеля на режимах малых подач и минимально устойчивых оборотов под нагрузкой и холостого хода», заключающийся в создании автоматического колебательного воздействия на орган топливоподачи в котором при снижении нагрузки до значения, меньшего 30% от номинальной, по сигналу датчика на орган топливоподачи подается дополнительное воздействие от автоматического регулятора скорости сигнала от блока управления с формирователем частоты через генератор синусоидальных колебаний амплитуды и частоты электрического тока, синхронизированное при помощи датчика угла поворота коленчатого вала с его угловым положением (патент RU 2513529). Данный способ позволяет улучшить процесс работы двигателя на холостых оборотах, но сложен в реализации.There is a known method of operating a diesel engine with the process of improving the idle mode by using the "Method for controlling the operation of a diesel engine at low feed rates and minimum stable revolutions under load and idle", which consists in creating an automatic oscillatory effect on the fuel supply body in which, when the load is reduced to a value lower 30% of the nominal, according to the sensor signal, an additional effect is supplied to the fuel supply from the automatic signal speed regulator from the control unit with the frequency shaper through the generator of sinusoidal oscillations of the amplitude and frequency of the electric current, synchronized using the crankshaft angle sensor with its angular position (patent RU 2513529). This method allows to improve the process of engine idling, but is difficult to implement.

Известен также способ повышения экономичности дизеля с наддувом при работе на малых нагрузках и холостом ходу за счет рециркуляции воздуха от нагнетательной системы во всасывающую систему компрессора (см. В.Р. Ведрученко и др. «О выборе способа повышения экономичности дизеля с наддувом при работе на малых нагрузках и холостом ходу». Омский научный вестник, №8, 2016 г). Данный способ снижает расход топлива, но в ограниченных пределах и не при любой топливной аппаратуре.There is also known a method of increasing the efficiency of a supercharged diesel engine when operating at low loads and idling due to air recirculation from the injection system to the compressor suction system (see V.R. Vedruchenko et al. "On the choice of a method for increasing the efficiency of a supercharged diesel engine when operating on low loads and idling. ”Omsk Scientific Bulletin, No. 8, 2016). This method reduces fuel consumption, but to a limited extent and not with any fuel equipment.

Из известных способов наиболее близок к заявленному по технической сущности - способ повышения экономичности на режиме холостого хода за счет выключения пяти из 10 топливных насосов высокого давления у двигателя типа Д100 при достижении оборотов холостого хода, а также устройство пневмомеханизма (см. рис. 154) при подаче воздуха отключает часть цилиндров, а при переходе на другие обороты электропневматический вентиль прекращает подачу воздуха, и под действием пружины 6 рейка насоса высокого давления (орган топливоподачи) занимает прежнее положение.(см. кн. Гуревич А.Н., Сурженко З.И., Клепач П.Т. Топливная аппаратура тепловозных и судовых дизелей типа Д100 и Д50. Гос. научно-техническое изд-во машиностроительной литературы. М., 1963, с. 204). Недостаток предложенного способа и устройства заключается в усложнении топливной системы двигателя в виде дополнительных элементов (электропневматический вентиль, пневмомеханизм, тяги, дополнительный контакт реле скорости). Кроме того, выключению подлежат одни и те же цилиндры, что обусловливает их больший износ по сравнению с неотключаемыми цилиндрами. Не решается более значительная задача, связанная с обеспечением частичных режимов нагружения (от холостого хода и до ≈25-30% нагрузки). Не обеспечивается снижение частоты вращения холостого хода.Of the known methods, the closest to the one declared in technical essence is a method of increasing efficiency in idle mode by turning off five out of 10 high-pressure fuel pumps for a D100 engine when idling speed is reached, as well as a pneumatic mechanism (see Fig. 154) when air supply turns off part of the cylinders, and when switching to other revolutions, the electro-pneumatic valve stops air supply, and under the action of spring 6, the high-pressure pump rack (fuel supply element) takes the previous position. (see kn. Gurevich A.N., Surzhenko Z.I ., Klepach PT Fuel equipment of diesel and marine diesel engines of D100 and D50 types. State scientific and technical publishing house of machine-building literature. M., 1963, p. 204). The disadvantage of the proposed method and device lies in the complication of the engine fuel system in the form of additional elements (electro-pneumatic valve, pneumatic mechanism, thrust, additional contact of the speed relay). In addition, the same cylinders are subject to shutdown, which causes their greater wear compared to non-shutdown cylinders. A more significant problem associated with providing partial loading modes (from idle to ≈25-30% of the load) is not being solved. No reduction in idle speed is provided.

Технической задачей заявленного изобретения является улучшение распыла и воспламенения топлива, равномерная подача его по цилиндрам на режимах малых нагрузок и холостого хода и снижение частоты вращения холостого хода.The technical objective of the claimed invention is to improve the atomization and ignition of the fuel, its uniform supply through the cylinders at low loads and idling and a decrease in the idle speed.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение КПД, увеличение срока службы транспортного дизеля и снижение вредных выбросов в процессе его работы.The technical result of the proposed technical solution is to increase the efficiency, increase the service life of the transport diesel engine and reduce harmful emissions during its operation.

Поставленная задача решается тем, что на этом режиме увеличивают подачу топлива за счет гидравлического уплотнения в форсунке путем образования гидрозапирающего канала за счет уменьшения диаметра в средней части прецизионной поверхности иглы, а для двигателя с расходящимися поршнями кроме того топливо подается в виде параллельных струй, направленных в сторону верхнего поршня.The problem is solved by the fact that in this mode, the fuel supply is increased due to the hydraulic seal in the nozzle by the formation of a hydraulic locking channel due to a decrease in the diameter in the middle part of the precision surface of the needle, and for an engine with diverging pistons, in addition, fuel is supplied in the form of parallel jets directed to side of the upper piston.

В дизеле содержащем камеру сгорания, куда подается воздух и топливо гидрозапирающий канал форсунки выполнен в виде полости на бесконтактной поверхности иглы, расположенной между прецизионными контактными поверхностями иглы, а для дизеля с расходящимися поршнями в форсунке, работающей на режимах малых нагрузок и холостого хода каналы к сопловым отверстиям выполнены параллельными.In a diesel engine containing a combustion chamber, where air and fuel are supplied, the nozzle hydraulic closing channel is made in the form of a cavity on the contactless surface of the needle located between the precision contact surfaces of the needle, and for a diesel engine with diverging pistons in an injector operating at low loads and idling, the channels to the nozzle the holes are parallel.

Техническая сущность данного изобретения поясняется чертежами: (Рис. 1), где показана схема принципиальной конструкции камеры сгорания двигателя с расходящимися поршнями и (Рис. 2.), где показана схема форсунки с гидравлическим уплотнением для обеспечения предлагаемого способа работы дизеля.The technical essence of this invention is illustrated by drawings: (Fig. 1), which shows a schematic diagram of the combustion chamber of an engine with diverging pistons and (Fig. 2.), which shows a diagram of a nozzle with a hydraulic seal to ensure the proposed method of diesel operation.

Камера сгорания содержит: 1 - цилиндровую втулку, внутри которой расположены 2 - нижний и 3 - верхний поршни; 4 - продувочные окна для подачи воздуха; 5 - форсунку с гидравлическим уплотнением и с впрыском топлива в виде параллельных струй; 6 - стандартную форсунку.The combustion chamber contains: 1 - a cylinder sleeve, inside which there are 2 - lower and 3 - upper pistons; 4 - scavenging windows for air supply; 5 - nozzle with hydraulic seal and parallel jet fuel injection; 6 - standard nozzle.

Форсунка дизеля с гидравлическим уплотнением - 5 содержит: 7 - корпус; 8 - топливоподающий канал; 9 - запорная игла; 10 - внутренняя поверхность корпуса; 11 - зазор между внешней поверхностью иглы и внутренней поверхностью корпуса; 12 - подигольная полость; 13 - нижняя часть запорной иглы; 14 - дросселирующий канал; 15 - уплотняющий нижний поясок; 16 - уплотняющий верхний поясок; 17 - гидрозапирающий канал; 18 - пружина; 19 - отверстия для впрыска топлива.Diesel nozzle with hydraulic seal - 5 contains: 7 - body; 8 - fuel supply channel; 9 - locking needle; 10 - the inner surface of the body; 11 - the gap between the outer surface of the needle and the inner surface of the body; 12 - sub-needle cavity; 13 - the lower part of the locking needle; 14 - throttling channel; 15 - a sealing lower band; 16 - sealing upper band; 17 - hydro-locking channel; 18 - spring; 19 - holes for fuel injection.

Дизель работает следующим образом: воздух из атмосферы засасывается в компрессор (на чертеже не показан), где сжимается и подается через продувочные окна (4) в камеру сгорания, куда подается топливо через форсунку (5) с гидравлическим уплотнением (форсунка (6) на режимах малых подач и холостого хода не работает), которая работает следующим образом: топливо от насоса высокого давления (на чертеже не показан) поступает в подигольную полость 12 через топливопроводящий канал 8. В подигольной области 12 повышается давление. При этом часть топлива через дросселирующий канал 14 проникает в гидрозапирающий канал 17, который образуется за счет уменьшения диаметра в средней части прецизионной поверхности иглы и располагается между уплотняющими поясками 15 и 16 и в то же время при холостых оборотах не успевает перетекать через дросселирующий канал 11. В результате при работе двигателя в канале 17 постоянно находится топливо, которое является гидрозатвором Давление в подигольной области 12 повышается до тех пор, пока не превысит силу давления начальной затяжки пружины 18, воздействующей на запорную иглу 9. При этом игла приподнимается и через отверстия 19 происходит впрыск топлива в камеру сгорания. После этого за счет падения давления в подигольной полости 12 и воздействия пружины 18, запорная игла 9 опускается и закрывает проход топлива к отверстиям 19. При этом, за счет гидравлического уплотнения в форсунке (5) увеличивается подача топлива при неизменяемой подачи топливного насоса высокого давления, что улучшает процесс самовоспламенения и сгорания и способствует повышению КПД и снижение вредных выбросов в процессе его работы на режимах малых нагрузок и холостого хода. Кроме того, для двигателя с расходящимися поршнями на этом режиме топливо подается в виде параллельных струй, направленных в сторону верхнего поршня, что обеспечивает высокую концентрацию топлива при мелкодисперсном распыле и большую дальнобойность топливного факела, благодаря созданию вакуума на внутренней поверхности нескольких параллельных струй, движущихся с близкорасположенными осями.Diesel works as follows: air from the atmosphere is sucked into a compressor (not shown in the drawing), where it is compressed and supplied through the purge ports (4) to the combustion chamber, where fuel is supplied through a nozzle (5) with a hydraulic seal (nozzle (6) in modes low feed and idling does not work), which works as follows: the fuel from the high pressure pump (not shown in the drawing) enters the underneath cavity 12 through the fuel channel 8. In the underneed area 12, the pressure rises. In this case, part of the fuel through the throttling channel 14 penetrates into the hydraulic locking channel 17, which is formed by reducing the diameter in the middle part of the precision surface of the needle and is located between the sealing belts 15 and 16 and at the same time, at idle speed, does not have time to flow through the throttling channel 11. As a result, when the engine is operating, fuel is constantly present in the channel 17, which is a water seal. The pressure in the under-needle area 12 rises until the pressure force of the initial tightening of the spring 18, acting on the shut-off needle 9. At the same time, the needle rises and through the holes 19 occurs fuel injection into the combustion chamber. After that, due to the pressure drop in the underneed cavity 12 and the action of the spring 18, the shut-off needle 9 is lowered and closes the fuel passage to the holes 19. At the same time, due to the hydraulic seal in the nozzle (5), the fuel supply increases with a constant supply of the high-pressure fuel pump, which improves the process of self-ignition and combustion and contributes to an increase in efficiency and a decrease in harmful emissions during its operation at low loads and idling. In addition, for an engine with divergent pistons in this mode, fuel is supplied in the form of parallel jets directed towards the upper piston, which provides a high concentration of fuel with a fine atomization and a long range of the fuel flame, due to the creation of a vacuum on the inner surface of several parallel jets moving from closely spaced axes.

Claims

1. A method of diesel engine operation at low load and idle modes by supplying air and fuel to the combustion chamber, characterized in that in these modes, the fuel supply is increased due to hydraulic seal in the nozzle by forming a hydro-locking channel by reducing the diameter in the middle part of the precision surface needles.

2. The method according to claim 1, characterized in that in a diesel engine, which is an engine with diverging pistons, at low loads and idling, fuel is supplied in the form of parallel jets directed towards the upper piston.

3. Diesel, containing a combustion chamber, where air and fuel are supplied, and a nozzle with a hydraulic seal, characterized in that the hydraulic seal of the nozzle is formed by a hydraulic seal channel made in the form of a cavity on the non-contact surface of the needle located between the precision contact surfaces of the needle, while due to the specified hydraulic seal, the fuel supply by the nozzle is increased at low load and idle operation of the diesel engine.

4. Diesel engine according to claim 3, characterized in that the diesel engine is an engine with diverging pistons, and in the nozzle operating at low loads and idling, the channels to the nozzle openings are parallel.