RU2755536C1

RU2755536C1 - Method for increasing period of controlled combustion in diesel engine

Info

Publication number: RU2755536C1
Application number: RU2021110541A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Плотников; Шамиль Викторович Бузиков; Анатолий Николаевич Карташевич
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2021-09-17

Abstract

FIELD: diesel engines.

SUBSTANCE: invention can be used in diesel engines. The method for increasing the period of controlled combustion is carried out in a diesel engine, which has high pressure fuel lines and nozzles as part of the fuel equipment. An increase in the period of controlled combustion is achieved by heating a cyclic portion of fuel injected into the combustion chambers of a diesel engine to a temperature equal to the boil-off of its 50% fraction by installing electrodes with a high voltage potential. The electrodes create an electric spark discharge to the walls of the fuel line at the inlet to the nozzle.

EFFECT: reducing emissions of toxic substances into the atmospheric air with exhaust gases.

2 cl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular engine building.

Известен способ работы дизельного двигателя с воспламенением топлива от нагретого свежего воздушного заряда в результате адиабатного сжатия [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016].A known method of operating a diesel engine with fuel ignition from a heated fresh air charge as a result of adiabatic compression [R.Z. Kavtaradze. The theory of piston engines. Special chapters, 2nd edition, Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, Moscow, 2016].

Недостатком известного способа является наличие короткого периода управляемого горения [И.Ш. Аднан, Г.М. Камфер, В.Н. Луканин. Расчет периода задержки воспламенения в дизеле в условиях двухфазного смесеобразования. Совершенствование автотракторных двигателей внутреннего сгорания: Тр. МАДИ. - Москва, 1985. С.10-19]. Это приводит к ухудшению экологических показателей дизельного двигателя.The disadvantage of this method is the presence of a short period of controlled combustion [I.Sh. Adnan, G.M. Kamfer, V.N. Lukanin. Calculation of the ignition delay period in a diesel engine under conditions of two-phase mixture formation. Improvement of autotractor internal combustion engines: Tr. MADI. - Moscow, 1985. P.10-19]. This leads to a deterioration in the environmental performance of the diesel engine.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемому способу является способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле [Способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле. Плотников С.А., Бузиков Ш.В., Мотовилова М.В. Патент на изобретение RU 2708484 C1, 09.12.2019. Заявка №2018147777 от 29.12.2018].The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method is a method for reducing the phase of rapid combustion of fuel in a diesel engine [Method for reducing the phase of rapid combustion of fuel in a diesel engine. Plotnikov S.A., Buzikov Sh.V., Motovilova M.V. Invention patent RU 2708484 C1, 09.12.2019. Application No. 2018147777 dated December 29, 2018].

Недостатком известного способа является ухудшение экологических показателей дизельного двигателя.The disadvantage of this method is the deterioration of the environmental performance of the diesel engine.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение экологических показателей дизельного двигателя, а именно снижение выбросов токсичных веществ в атмосферный воздух с отработавшими газами.The problem to be solved by the present invention is to improve the environmental performance of a diesel engine, namely to reduce emissions of toxic substances into the atmospheric air with exhaust gases.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность увеличения периода управляемого горения путем нагрева впрыскиваемого в камеры сгорания дизельного двигателя цикловой порции топлива до температуры, равной выкипанию ее 50% фракции при помощи установки электродов, имеющих высокий потенциал напряжения, создающих электроискровой разряд, к стенкам топливопровода на входе в форсунку.The technical result of the proposed method is the possibility of increasing the period of controlled combustion by heating a cyclic portion of fuel injected into the combustion chambers of a diesel engine to a temperature equal to the boiling off of its 50% fraction by installing electrodes having a high voltage potential, creating an electric spark discharge, to the walls of the fuel line at the entrance to nozzle.

Известно, что поступающая в камеры сгорания дизельного двигателя цикловая порция топлива в виде струй посредством форсунок, первоначально разрушается до образования каплей, далее идет процесс фракционирования в результате тепло- и массобмена с воздухом [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016]. После чего впрыснутая цикловая порция топлива нагревается за счет адиабатного сжатия, затем испаряется, далее диффундирует со свежим зарядом и лишь через какое-то время самовоспламеняется [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016]. Как правило, на самовоспламеняемость топлива оказывает влияние его фракционный состав, определяющий скорость его испарения и образования смеси с воздухом после впрыскивания порции топлива [Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы 2-е изд., перераб. - М.: Недра. 1979 г.344 с.]. Температура фракционной разгонки топлива, соответствующая выкипанию ее 50% фракции, напрямую определяет начало процесса управляемого горения [Богомолов А.И., Гайле А.А., Громова В.В. и др. Химия нефти и газа 3-е издание, дополненное и исправленное. - Под ред. Проскурякова В.А. - СПб: Химия, 1995. - 446 с.]. Период времени от конца фазы быстрого горения топлива впрыснутого за период задержки воспламенения и до окончания впрыскивания цикловой порции составляет период управляемого горения [И.Ш. Аднан, Г.М. Камфер, В.Н. Луканин. Расчет периода задержки воспламенения в дизеле в условиях двухфазного смесеобразования. Совершенствование автотракторных двигателей внутреннего сгорания: Тр. МАДИ. - Москва, 1985. С. 10-19]. Продолжительность данного периода определяется количеством испарившейся цикловой порции топлива впрыснутого в камеры сгорания дизельного двигателя за период задержки воспламенения и сгоревшей за период фазы быстрого горения [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016]. Для улучшения экологических показателей дизельного двигателя необходимо чтобы тепловыделение происходило согласно закону топливоподачи (ввода теплоты) то есть скорость сгорания была равна скорости топливоподачи. Наличие короткого периода управляемого горения приводит к ухудшению экологических показателей дизельного двигателя.It is known that the cyclic portion of fuel entering the combustion chambers of a diesel engine in the form of jets by means of nozzles is initially destroyed to form a drop, then the fractionation process takes place as a result of heat and mass exchange with air [R.Z. Kavtaradze. The theory of piston engines. Special chapters, 2nd edition, Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, Moscow, 2016]. After that, the injected cyclic portion of fuel heats up due to adiabatic compression, then evaporates, then diffuses with a fresh charge and only after some time ignites spontaneously [R.Z. Kavtaradze. The theory of piston engines. Special chapters, 2nd edition, Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, Moscow, 2016]. As a rule, the fuel spontaneity is influenced by its fractional composition, which determines the rate of its evaporation and the formation of a mixture with air after injection of a portion of fuel [Isakovich R.Ya. Technological measurements and devices 2nd ed., Rev. - M .: Nedra. 1979 344 s.]. The temperature of the fractional distillation of the fuel, corresponding to the boiling off of its 50% fraction, directly determines the beginning of the controlled combustion process [AI Bogomolov, AA Gaile, VV Gromov. et al. Chemistry of Oil and Gas 3rd edition, revised and updated. - Ed. Proskuryakova V.A. - SPb: Chemistry, 1995. - 446 p.]. The time period from the end of the rapid combustion phase of the fuel injected during the ignition delay period and until the end of the injection of the cyclic portion is the period of controlled combustion [I.Sh. Adnan, G.M. Kamfer, V.N. Lukanin. Calculation of the ignition delay period in a diesel engine under conditions of two-phase mixture formation. Improvement of autotractor internal combustion engines: Tr. MADI. - Moscow, 1985. S. 10-19]. The duration of this period is determined by the amount of the evaporated cyclic portion of the fuel injected into the combustion chambers of the diesel engine during the ignition delay period and burned during the period of the rapid combustion phase [R.Z. Kavtaradze. The theory of piston engines. Special chapters, 2nd edition, Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, Moscow, 2016]. To improve the environmental performance of a diesel engine, it is necessary that the heat release occurs in accordance with the law of fuel supply (heat input), that is, the combustion rate is equal to the fuel supply rate. The presence of a short period of controlled combustion leads to a deterioration in the environmental performance of the diesel engine.

Применение электродов, имеющих высокий потенциал напряжения, создающих электроискровой разряд, к стенкам топливопровода на входе в форсунку, позволит, в результате явления электромагнитной индукции, нагреть топливопроводы высокого давления, в которых протекает впрыскиваемое в камеры сгорания дизельного двигателя цикловая порция топлива до температуры равной выкипанию ее 50% фракции. Данный нагрев цикловой порции топлива от стенок топливопроводов высокого давления приведет к ее полному испарению в камерах сгорания дизельного двигателя и полностью исключит период задержки воспламенения и как следствие фазу быстрого горения, что в свою очередь ускорит начало периода управляемого горения и увеличит его продолжительность.The use of electrodes with a high voltage potential, creating an electric spark discharge, to the walls of the fuel line at the inlet to the nozzle, will allow, as a result of the phenomenon of electromagnetic induction, to heat the high pressure fuel lines, in which a cyclic portion of fuel injected into the combustion chambers of a diesel engine flows to a temperature equal to its boiling off. 50% of the fraction. This heating of the cyclic portion of fuel from the walls of the high-pressure fuel lines will lead to its complete evaporation in the combustion chambers of the diesel engine and completely exclude the ignition delay period and, as a consequence, the rapid combustion phase, which in turn will accelerate the beginning of the controlled combustion period and increase its duration.

При нагреве впрыскиваемого в камеры сгорания дизельного двигателя цикловой порции топлива до температуры равной выкипанию ее 50% фракции, горение начинается практически сразу без задержки в результате исключения времени на нагрев, далее испарение топлива и значительного ускорения их диффузионного перемешивания со свежим зарядом за счет значительного тепло- и массопереноса [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016]. Следовательно, период управляемого горения значительно увеличивается. В результате тепловыделение происходит согласно закону топливоподачи (ввода теплоты) то есть скорость сгорания топлива становится равной скорости топливоподачи, что в свою очередь приводит к улучшению экологических показателей дизельного двигателя.When a cyclic portion of fuel injected into the combustion chambers of a diesel engine is heated to a temperature equal to the boiling point of its 50% fraction, combustion begins almost immediately without delay as a result of the elimination of heating time, then fuel evaporation and a significant acceleration of their diffusion mixing with a fresh charge due to significant heat and mass transfer [R.Z. Kavtaradze. The theory of piston engines. Special chapters, 2nd edition, Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, Moscow, 2016]. Consequently, the controlled burning period is significantly increased. As a result, heat release occurs according to the law of fuel supply (heat input), that is, the fuel combustion rate becomes equal to the fuel supply rate, which in turn leads to an improvement in the environmental performance of the diesel engine.

Определение температуры топлива, равной выкипанию ее 50% фракции определяется согласно методике [ГОСТ 2177-99 Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава; ГОСТ Р ЕН ИСО 3405-2007 Нефтепродукты. Метод определения фракционного состава при атмосферном давлении (с Поправкой)]. Температуру нагрева топлива равную выкипанию ее 50% фракции контролируют при помощи регулирования напряжения тока на концах электродов, установленных на стенках топливопроводов на входе в форсунку.Determination of the fuel temperature equal to the boil-off of its 50% fraction is determined according to the methodology [GOST 2177-99 Petroleum products. Fractional composition determination methods; GOST R EN ISO 3405-2007 Petroleum products. Method for determining fractional composition at atmospheric pressure (with Amendment)]. The fuel heating temperature equal to the boiling point of its 50% fraction is controlled by adjusting the voltage at the ends of the electrodes installed on the walls of the fuel lines at the inlet to the nozzle.

Промышленная применимость данного способа заключается в возможности нагрева впрыскиваемого в камеры сгорания дизельного двигателя топлива до температуры равной выкипанию ее 50% фракции при помощи установки электродов, имеющих высокий потенциал напряжения, создающих электроискровой разряд, к стенкам топливопровода на входе в форсунку. Дизельный двигатель, в котором применен данный способ увеличения периода управляемого горения топлива конструктивно не отличается от серийных дизельных двигателей, поэтому при конструктивных доработках, связанных с нагревом впрыскиваемого в камеры сгорания топлива до температуры равной выкипанию ее 50% фракции, может быть промышленно применен во всех конструкциях дизельных двигателей с использованием любых углеводородных топлив.The industrial applicability of this method lies in the possibility of heating the fuel injected into the combustion chambers of a diesel engine to a temperature equal to the boil-off of its 50% fraction by installing electrodes with a high voltage potential, creating an electric spark discharge, to the walls of the fuel line at the inlet to the nozzle. A diesel engine, in which this method of increasing the period of controlled fuel combustion is applied, does not structurally differ from serial diesel engines, therefore, with structural modifications associated with heating the fuel injected into the combustion chambers to a temperature equal to the boiling off of its 50% fraction, it can be industrially applied in all designs diesel engines using any hydrocarbon fuels.

Claims

1. A method of increasing the period of controlled combustion in a diesel engine that has high-pressure fuel lines and nozzles in the fuel equipment, characterized in that an increase in the period of controlled combustion is achieved by heating a cyclic portion of fuel injected into the combustion chambers of a diesel engine to a temperature equal to its boiling-off of 50% fractions, due to the installation of electrodes having a high voltage potential and creating an electric spark discharge, to the walls of the fuel line at the inlet to the nozzle.

2. The method of increasing the period of controlled combustion in a diesel engine according to claim 1, characterized in that the heating temperature of the fuel, equal to the boil-off of its 50% fraction, is controlled by regulating the voltage at the ends of the electrodes installed on the walls of the fuel lines at the inlet to the nozzle.