RU2763302C1 - Способ интенсификации периода основного горения в дизеле - Google Patents
Способ интенсификации периода основного горения в дизеле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763302C1 RU2763302C1 RU2021125052A RU2021125052A RU2763302C1 RU 2763302 C1 RU2763302 C1 RU 2763302C1 RU 2021125052 A RU2021125052 A RU 2021125052A RU 2021125052 A RU2021125052 A RU 2021125052A RU 2763302 C1 RU2763302 C1 RU 2763302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- diesel engine
- temperature
- diesel
- heating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
- F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
- F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
- F02M31/06—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air
- F02M31/08—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air the gases being exhaust gases
- F02M31/087—Heat-exchange arrangements between the air intake and exhaust gas passages, e.g. by means of contact between the passages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
- F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
- F02M53/06—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ интенсификации периода основного горения осуществляется в дизеле, имеющем в составе топливной аппаратуры топливопроводы высокого давления и форсунки. Способ заключается в нагреве впрыскиваемого в камеры сгорания топлива до температуры, соответствующей концу её кипения. Нагрев осуществляется в теплообменнике, установленном на топливопроводах высокого давления на входе в форсунку. Через теплообменник проходят отработавшие газы дизеля. Температуру нагрева топлива, равную температуре конца её кипения, изначально определяют путем фракционной разгонки применяемого топлива с использованием аппарата для разгонки нефтепродуктов. На дизеле температуру нагрева поддерживают при помощи изменения количества отработавших газов, прошедших через теплообменник посредством регулировочного клапана с использованием электронной системы управления. Технический результат заключается в обеспечении полного испарения в камерах сгорания дизеля и исключении периода задержки воспламенения. 2 ил.
Description
Изобретение относиться к области машиностроения, преимущественно, двигателестроения.
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].
Недостатком известного способа является наличие малого периода основного горения. Это приводит к снижению экономичности рабочего цикла дизеля [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].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемому способу является способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле [Патент RU 2708484 C1, МПК F02M 31/00, F02M 31/02, F02M 31/12. Способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле: заявка №2018147777: заявл. 29.12.2018: опубл. 09.12.2019 / С.А. Плотников, Ш.В. Бузиков, М.В. Мотовилова; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ).].
Недостатком известного способа является пониженная экономичность рабочего цикла дизеля.
Цель данного изобретения состоит в возможности увеличения экономичности рабочего цикла дизеля, что в результате приводит к снижению удельного эффективного и эксплуатационного расхода топлива.
Техническим результатом заявляемого изобретения является интенсификация периода основного горения в дизеле.
Технический результат достигается путем нагрева, впрыскиваемого в камеры сгорания топлива до температуры, соответствующей концу ее кипения, и осуществляемого в теплообменнике, установленном на топливопроводах высокого давления на входе в форсунку, через который проходят отработавшие газы дизеля. При этом температуру нагрева топлива равную температуре конца ее кипения изначально определяют путем фракционной разгонки применяемого топлива с использованием аппарата для разгонки нефтепродуктов, а на дизеле эту температуру поддерживают при помощи изменения количества отработавших газов, прошедших через теплообменник посредством регулировочного клапана с использованием электронной системы управления.
Раскрытие изобретения
Известно, что поступающее в камеры сгорания дизеля топливо в виде струй посредством форсунок, первоначально деструктурирует до образования каплей, далее идет процесс фракционирования в результате тепло- и массобмена со свежим воздушным зарядом [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016]. После чего впрыснутое топливо нагревается за счет адиабатного сжатия свежего воздушного заряда, затем испаряется, далее диффундирует в свежий заряд и лишь через некоторое 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 свежим воздушным зарядом после впрыскивания топлива [Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы 2-е изд., перераб. - М.: Недра. 1979 г. 344 с.]. Температура фракционной разгонки топлива, соответствующая концу ее кипения, напрямую определяет степень интенсивности периода основного 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.; Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. Л. «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1974. - 264 с.]. Отрезок времени от конца периода управляемого горения, при котором достигается момент максимального давления цикла и до момента, при котором отмечается наибольшая температура цикла составляет период основного горения. Этот период характеризуется распространением пламени из образовавшихся зон горения по всему пространству камеры сгорания с достижением высокой объемной скорости протекания процессов, в связи с этим температура смеси при этом достигает максимального значения. Интенсивность протекания реакций определяется скоростью взаимной диффузии молекул топлива и окислителя и процессами переноса и смешения вещества. Степень интенсивности данного периода определяется количеством испарившегося топлива впрыснутого в камеры сгорания дизеля за период задержки воспламенения, сгоревшей за период фазы быстрого горения и период управляемого горения.
Для увеличения экономичности рабочего цикла дизеля необходимо чтобы динамическую напряженность цикла определяло не изменение давления основного горения, а более раннее выделение тепла. Поэтому более интенсивный период основного горения и достижение наибольшей температуры в момент, как можно более близкий к нахождению поршня в верхней мертвой точке (далее - ВМТ) обеспечит увеличение экономичности рабочего цикла дизеля [Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. Л. «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1974. - 264 с.].
Применение теплообменника, установленного на топливопроводы высокого давления на входе в форсунку, через который проходят отработавшие газы дизеля, позволит, в результате теплообмена нагреть топливопроводы высокого давления, в которых протекает впрыскиваемое в камеры сгорания дизеля топливо до температуры, соответствующей концу ее кипения. Данный нагрев топлива от стенок топливопроводов высокого давления приведет к ее полному испарению в камерах сгорания дизеля, полностью исключит период задержки воспламенения, фазу быстрого горения и увеличит период управляемого горения, что в свою очередь интенсифицирует период основного горения.
При нагреве впрыскиваемого в камеры сгорания дизеля топлива до температуры, соответствующей концу ее кипения, горение начинается 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 основного горения интенсифицируется. В результате достижение наибольшей температуры происходит в момент более близкий к нахождению поршня в ВМТ что в свою очередь приводит к увеличению экономичности рабочего цикла дизеля.
Определение температуры топлива, соответствующей концу ее кипения, 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 температуре конца ее кипения изначально определяют путем фракционной разгонки применяемого топлива с использованием аппарата для разгонки нефтепродуктов, а на дизеле эту температуру поддерживают при помощи изменения количества отработавших газов, прошедших через теплообменник посредством регулировочного клапана с использованием электронной системы управления. Данная электронная система поддерживает заданную температуру впрыскиваемого топлива посредством управления проходным сечением регулировочного клапана, обеспечивающего изменение количества отработавших газов, прошедших через теплообменник.
Дизель, в котором применен данный способ интенсификации периода основного горения, конструктивно не отличается от серийных дизелей, поэтому при конструктивных доработках, связанных с нагревом впрыскиваемого в камеры сгорания топлива до температуры, соответствующей концу ее кипения, может быть промышленно применен во всех конструкциях дизельных двигателей с использованием любых углеводородных топлив таких как легкое и тяжелое дизельное топливо.
На фигуре 1 показаны индикаторные диаграммы дизеля Д-245.5S2 при его работе в номинальном режиме при подаче не нагретого и нагретого топлива, впрыскиваемого в камеры сгорания, до температуры, соответствующей концу ее кипения. Линия 1 характеризует изменение давления в цилиндре работающего дизеля при подаче дизельного топлива без нагрева, линия 2 - при работе на дизельном топливе, нагретом до температуры, соответствующей концу ее кипения. Точка А характеризует момент начала впрыскивания топлива, точка В - момент его самовоспламенения, точка Pz - максимальное значение давления в цилиндре дизеля в процессе сгорания.
При подаче дизельного топлива (точка А) через какое-то время происходит его самовоспламенение (точка В), давление в цилиндре повышается до максимального значения в точке Pz.
Анализ индикаторных диаграмм показал, что работа дизеля с нагретым впрыскиваемым в камеры сгорания топливом до температуры, соответствующей концу ее кипения сопровождается понижением максимального давления цикла Pz. Значение Pz1 = 10,704 МПа соответствует работе дизеля без нагрева топлива, а при работе на нагретом топливе составляет Pz2 = 10,126 МПа соответственно. Максимальное значение давления цикла Pz достигается при 12 градусах угла поворота коленчатого вала (пкв) после верхней мертвой точки (ВМТ), а при нагреве топлива 9,0 градусов угла пкв после ВМТ. Видно, что точка Pz сдвигается по абсциссе влево на 4 градуса угла пкв.
На фигуре 2 показана характеристика тепловыделения дизеля Д-245.5S2 при его работе в номинальном режиме при подаче не нагретого и нагретого топлива, впрыскиваемого в камеры сгорания, до температуры, соответствующей концу ее кипения, полученная путем обработки индикаторных диаграмм. Линия Tmax характеризует изменение среднеобъемной температуры цикла, линии χi и χ - активное и полное тепловыделение, соответственно, а линия dχ/dϕ - скорость тепловыделения.
При анализе характеристик полного χ и активного χi выделения теплоты при работе дизельного двигателя на номинальном режиме можно сделать вывод, что процесс сгорания начинается раньше. В ВМТ доля активного тепловыделения составляет χi = 0,282, а при нагреве топлива до температуры, соответствующей концу ее кипения она имеет значения 0,351 соответственно. Скорость тепловыделения (dχ/dϕ)max в кинетической фазе резко возрастает и в максимуме имеет значение при работе дизеля без нагрева (dχ/dϕ)max = 0,1239, а при нагреве (dχ/dϕ)max = 0,0878, соответственно. Скорость тепловыделения в диффузионной фазе составила при работе дизеля без нагреве (dχ/dϕ)max = 0,0549, а при нагреве топлива она равнялась (dχ/dϕ)max = 0,0355, соответственно. При работе дизеля без нагрева топлива среднеобъемная температура в камере сгорания составляет Tmax = 2561 K и достигается при 34 градусах угла пкв после ВМТ, а при нагреве температура равна Tmax = 2409 K и достигается при 24 градусах угла пкв после ВМТ, соответственно. Видно, что точка Tmax сдвигается по абсциссе влево на 10 градусов угла пкв.
За период основного горения принимается отрезок времени, в данном случае угол пкв, от момента максимального давления цикла и до момента максимального значения среднеобъемной температуры цикла. Очевидно, что без нагрева топлива период основного горения составляет 22 градуса угла пкв, а при нагреве топлива до температуры, соответствующей концу ее кипения - 15 градусов угла пкв. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что при нагреве топлива до температуры, соответствующей концу ее кипения при помощи теплообменника, установленного на топливопроводы высокого давления на входе в форсунку, через который проходят отработавшие газы дизеля, приводит к интенсификации периода основного горения на 7 градусов угла пкв.
Claims (1)
- Способ интенсификации периода основного горения в дизеле, имеющего в составе топливной аппаратуры топливопроводы высокого давления и форсунки, заключающийся в нагреве впрыскиваемого в камеры сгорания топлива до температуры, соответствующей концу её кипения, осуществляемом в теплообменнике, установленном на топливопроводах высокого давления на входе в форсунку, через который проходят отработавшие газы дизеля, причем температуру нагрева топлива, равную температуре конца её кипения, изначально определяют путем фракционной разгонки применяемого топлива с использованием аппарата для разгонки нефтепродуктов, а на дизеле температуру нагрева поддерживают при помощи изменения количества отработавших газов, прошедших через теплообменник посредством регулировочного клапана с использованием электронной системы управления.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021125052A RU2763302C1 (ru) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Способ интенсификации периода основного горения в дизеле |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021125052A RU2763302C1 (ru) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Способ интенсификации периода основного горения в дизеле |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2763302C1 true RU2763302C1 (ru) | 2021-12-28 |
Family
ID=80039821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021125052A RU2763302C1 (ru) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Способ интенсификации периода основного горения в дизеле |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2763302C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2229534Y (zh) * | 1994-09-01 | 1996-06-19 | 石力果 | 内燃机用燃料汽化装置 |
US6889671B2 (en) * | 2001-06-01 | 2005-05-10 | Vaporate Pty Ltd | Fuel delivery system |
RU2495276C1 (ru) * | 2012-04-19 | 2013-10-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) | Система питания автотракторного дизеля |
RU2681867C1 (ru) * | 2018-05-18 | 2019-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Способ снижения задержки воспламенения топлива в дизельном двигателе |
RU2708484C1 (ru) * | 2018-12-29 | 2019-12-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле |
-
2021
- 2021-08-24 RU RU2021125052A patent/RU2763302C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2229534Y (zh) * | 1994-09-01 | 1996-06-19 | 石力果 | 内燃机用燃料汽化装置 |
US6889671B2 (en) * | 2001-06-01 | 2005-05-10 | Vaporate Pty Ltd | Fuel delivery system |
RU2495276C1 (ru) * | 2012-04-19 | 2013-10-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) | Система питания автотракторного дизеля |
RU2681867C1 (ru) * | 2018-05-18 | 2019-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Способ снижения задержки воспламенения топлива в дизельном двигателе |
RU2708484C1 (ru) * | 2018-12-29 | 2019-12-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) | Способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Putrasari et al. | An investigation on the DME HCCI autoignition under EGR and boosted operation | |
US7370629B2 (en) | Method for operating an internal combustion engine with direct fuel injection during a post-start phase | |
US9863372B2 (en) | Control apparatus of premixed charge compression ignition engine | |
Peng et al. | Effects of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion and emissions during cold start of direct injection (DI) diesel engine | |
US10024274B2 (en) | Control apparatus of engine | |
Wang et al. | Combustion process decoupling of a diesel/natural gas dual-fuel engine at low loads | |
Srinivasan et al. | Improving low load combustion, stability, and emissions in pilot-ignited natural gas engines | |
Li et al. | Experimental investigation the impacts of injection strategies coupled with gasoline/ethanol blend on combustion, performance and emissions characteristics of a GDI spark-ignition engine | |
JP6369409B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
Boretti | Stoichiometric H2ICEs with water injection | |
Henein et al. | Correlation of air charge temperature and ignition delay for several fuels in a diesel engine | |
Yoon et al. | Study on optimal combustion strategy to improve combustion performance in a single-cylinder PCCI diesel engine with different combustion chamber geometry | |
CN109983213A (zh) | 在气体模式下操作活塞发动机的方法和活塞发动机 | |
US20170022923A1 (en) | Control apparatus of premixed charge compression ignition engine | |
Hwang et al. | Improvement of diesel combustion with multiple injections at cold condition in a constant volume combustion chamber | |
De Boer et al. | Transonic combustion-a novel injection-ignition system for improved gasoline engine efficiency | |
Yu et al. | The effect of cooled EGR on combustion and load extension in a kerosene spark-ignition engine | |
Schumacher et al. | A gasoline fuelled pre-chamber ignition system for homogeneous lean combustion processes | |
Kale et al. | Investigations on load range extension of a homogeneous charge compression ignited light-duty diesel engine operated with diisopropyl ether and gasoline blends | |
US7650879B2 (en) | Two-stroke internal combustion engine | |
RU2763302C1 (ru) | Способ интенсификации периода основного горения в дизеле | |
Ling et al. | One-dimensional simulation using port water injection for a spark ignition engine | |
Henein et al. | Emissions Trade-Off and Combustion Characteristics of a High-Speed Direct Injection Diesel Engine | |
Farag et al. | Effects of intake and exhaust manifold water injection on combustion and emission characteristics of a DI diesel engine | |
Aziz et al. | Influence of injection timing on equivalence ratio stratification of methanol and isooctane in a heavy-duty compression ignition engine |