RU2787830C1 - Способ сокращения периода замедленного горения в дизеле - Google Patents
Способ сокращения периода замедленного горения в дизеле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787830C1 RU2787830C1 RU2021139033A RU2021139033A RU2787830C1 RU 2787830 C1 RU2787830 C1 RU 2787830C1 RU 2021139033 A RU2021139033 A RU 2021139033A RU 2021139033 A RU2021139033 A RU 2021139033A RU 2787830 C1 RU2787830 C1 RU 2787830C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- diesel
- period
- supply system
- diesel engine
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003111 delayed Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 230000037098 T max Effects 0.000 description 3
- 230000035852 Tmax Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N oxygen atom Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ сокращения периода замедленного горения осуществляется в дизеле с системой питания, включающей топливный бак, топливопроводы, топливные фильтры, основную систему топливоподачи, впускной коллектор и камеры сгорания. Способ заключается в том, что в топливный бак совместно с топливом подают низшие спирты с получением единой смеси. Либо низшие спирты подают в камеры сгорания дизеля при помощи двойной системы топливоподачи, работающей параллельно основной системе топливоподачи. Либо низшие спирты подают во впускной трубопровод путём распыливания. Технический результат заключается в сокращении периода замедленного горения в дизеле. 3 табл.
Description
Изобретение относиться к области машиностроения, в частности, к двигателестроению.
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, с. 41].
Недостатком известного способа является наличие значительного периода замедленного горения [Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990, с. 19]. Это приводит к ухудшению топливной экономичности дизеля.
Известно, что поступающее в цилиндры дизеля основное топливо в виде струй посредством форсунок, первоначально деструктурирует до образования каплей, далее идёт процесс фракционирования в результате тепло- и массобмена со свежим воздушным зарядом. После чего впрыснутое основное топливо подвергается нагреву от 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, с. 307]. На самовоспламеняемость основного топлива также оказывают влияние его химические свойства, определяющие скорость предпламенных цепных реакций [Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Пер. с англ. Г.Л. Агафонова. Под ред. П.А. Власова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003, с. 252]. Химический состав основного топлива определяет скорость сгорания топливовоздушной смеси и характер протекания процесса тепловыделения, оказывающего влияние на продолжительность периода замедленного горения в дизеле [2, 3].
Период замедленного горения в дизеле определяется как период или угол поворота коленчатого вала дизеля от момента достижения максимальной температуры цикла в цилиндрах до практического окончания горения (тепловыделения) [Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990, с. 19]. Этот период наблюдается после окончания основной фазы горения топлива и распространяется на значительную часть такта расширения. Наличие данного периода в значительной степени ухудшает экономические показатели дизеля, так как, теплота, выделяющаяся в этот период, превращается в механическую работу не во время нахождения поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ), а во время такта расширения.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в сокращении периода замедленного горения в дизеле.
Данный технический результат достигается путём подачи в топливный бак дизеля с системой питания, включающей топливный бак, топливопроводы, топливные фильтры, основную систему топливоподачи, впускной коллектор, камеры сгорания, низших спиртов совместно с топливом с получением в итоге единой смеси, подачи низших спиртов в камеры сгорания дизеля при помощи двойной системы топливоподачи, работающей параллельно основной системе топливоподачи, и подачи низших спиртов во впускной трубопровод путём распыливания.
Процесс замедленного горения носит диффузионный характер, и для завершения догорания необходимо обеспечить ускорение тепловыделения в зоне нахождения поршня в ВМТ, а также сохранить в цилиндрах дизеля процессы переноса и смешивания продуктов неполного окисления топлива с кислородом воздуха [Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990, с. 27]. Выполнение этого условия возможно при совместной подаче с основным топливом низших спиртов, добавлением их в топливный бак к основному топливу с получением единой смеси, в камеры сгорания дизеля при помощи двойной системы топливоподачи, работающей параллельно с основной и во впускной трубопровод путём распыливания.
Низшие спирты характеризуются более высокой активностью при горении по сравнению с основным нефтяным топливом. Связано это с тем, что в условиях высоких температур происходит диссоциация низших спиртов с образованием двух активных радикалов - гидроксильной группы и углеводородов, ускоряющих начало цепных реакций и активирующих весь процесс горения топливовоздушной смеси, а также ускоряющий тепловыделение. Благодаря этому горение протекает более устойчиво и быстро, а предел воспламенения топливовоздушной смеси смещается в сторону обеднённой области. Кроме того, вследствие более простой структуры молекул низших спиртов и наличия в них атомарного кислорода препятствует возникновению условий для крекинга и способствует сохранению в цилиндрах дизеля процессов переноса и смешивания продуктов неполного окисления топлива с кислородом, что в свою очередь приводит к повышению топливной экономичности дизеля [Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Пер. с англ. Г.Л. Агафонова. Под ред. П.А. Власова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003, с. 268].
При проведении комплекса экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения четырехтактного дизельного двигателя с турбонаддувом и охладителем наддувочного воздуха с непосредственным впрыском топлива и камерой сгорания типа ЦНИДИ, размерностью 4ЧН 11,0/12,5 с добавками низшего спирта (этанола) C2H5OH (Э) в количестве 20% и 40% по массе производили путём его предварительного смешивания с дизельным топливом (ДТ) до получения единой смеси и последующей заправки в топливный бак.
Результаты экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения на смеси дизельного топлива и этанола представлены в таблице 1.
Анализ таблицы 1 показал, что при добавлении низшего спирта в данном случае этанола от 20% до 40% привело к сокращению продолжительности периода замедленного горения с 26 до 20 градусов.
В проведенных исследованиях по определению периода замедленного горения на дизеле размерностью 2Ч 10,5/12,0 (Д-21А1) воздушного охлаждения, с полусферической КС в поршне опыт производился с подачей метанола при помощи двойной системы топливоподачи (ДСТ), работающей параллельно основной системе топливоподачи.
Результаты экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения при работе дизеля с ДСТ с добавкой метанола до 93% представлены в таблице 2.
Анализ таблицы 2 показал, что при добавлении метанола до 93 % при помощи ДСТ, работающей параллельно основной системе топливоподачи, привело к сокращению продолжительности периода замедленного горения с 16 до 13 градусов.
Исследования, проведенные по определению периода замедленного горения на дизеле размерностью 6ЧН 13/11,5 (СМД-62) жидкостного охлаждения, с тороидальной камерой сгорания в поршне при работе на дизельном топливе с дополнительной подачей низшего спирта метанола CH3OH во впускной трубопровод путём распыливания в количестве 20% по массе.
Результаты экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения при работе дизеля с добавкой 20% метанола во впускной трубопровод путём распыливания представлены в таблице 3.
Из таблицы 3 видно, что при добавлении метанола до 20 % во впускной трубопровод путем распыливания привело к сокращению продолжительности периода замедленного горения с 40 до 35 градусов.
Способ осуществляется следующим образом. Предварительно взятые по массе количества дизельного топлива и низшего спирта смешиваются в специальной таре до получения единой смеси и после этого производится заправка топливного бака дизеля. Также низшие спирты можно подавать в камеры сгорания дизеля при помощи двойной системы топливоподачи, состоящей из двух систем топливоподачи основной для подачи дизельного топлива и вспомогательной для подачи низших спиртов. Обе эти системы работают параллельно друг другу, т.е. основная система топливоподачи осуществляет подачу запальной порции дизельного топлива, а вспомогательная подачу низших спиртов. Также можно подавать низшие спирты во впускной трубопровод путём распыливания или карбюрации, параллельно с основной подачей дизельного топлива при помощи штатной системы топливоподачи.
Низшие спирты попадая в камеры сгорания дизеля при помощи единой смеси с дизельным топливом или в виде отдельно впрыснутой порции при помощи ДСТ или в виде пара, предварительно полученного во впускном трубопроводе при помощи распыливания или карбюрации в условиях высоких температур проходят диссоциацию с образованием двух активных радикалов - гид-роксильной группы и углеводородов, ускоряющих начало цепных реакций и активирующих весь процесс горения топливовоздушной смеси, а также ускоряющий её тепловыделение. В результате нахождения низших спиртов в камерах сгорания дизеля вместе с дизельным топливом приводит к более устойчивому и быстрому сгоранию, а также наличия в них атомарного кислорода приводит к возникновению условий для крекинга и сохранения в цилиндрах дизеля процессов переноса и смешивания продуктов неполного окисления топлива с кислородом что ускоряет начало практического окончания горения (тепловыделения). Выше перечисленные обстоятельства приводят к сокращению периода замедленного горения в дизеле и как следствие возможности улучшения топливной экономичности дизеля.
Технико-экономическое обоснование предлагаемого изобретения заключается в возможности улучшения топливной экономичности дизеля. В результате снижается удельный эффективный расход топлива и увеличивается эффективный КПД.
Дизель, в котором применён данный способ сокращения периода замедленного горения конструктивно не отличается от серийных дизелей, поэтому при конструктивных доработках, связанных с совместной подачей с основным топливом низших спиртов, может быть промышленно применен во всех конструкциях дизельных двигателей с использованием любых углеводородных топлив.
| Таблица 1. Результаты экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения на смеси дизельного топлива и этанола | |||
| Параметр | Значение | ||
| Дизельное топливо 100% |
Дизельное топливо 80% и 20% этанола |
Дизельное топливо 60% и 40% этанола |
|
| Максимальная температура цикла Tmax, К | 2200 | 2180 | 2110 |
| Угол поворота коленчатого вала дизеля после верхней мертвой точки (ВМТ) при которой достигается максимальная температура цикла, ϕTmax, градусов | 34 | 33 | 32 |
| Угол поворота коленчатого вала дизеля после ВМТ, соответствующий концу тепловыделения, ϕχ, градусов | 60 | 56 | 52 |
| Период замедленного горения, ϕпзг | 26 | 23 | 20 |
| Таблица 2. Результаты экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения при работе дизеля с ДСТ с добавкой метанола до 93% представлены в таблице 2. | ||
| Параметр | Значение | |
| Дизельное топливо 100% |
93% метанола | |
| Максимальная температура цикла Tmax, К | 2000 | 1800 |
| Угол поворота коленчатого вала дизеля после верхней мертвой точки (ВМТ) при которой достигается максимальная температура цикла, ϕTmax, градусов | 24 | 22 |
| Угол поворота коленчатого вала дизеля после ВМТ, соответствующий концу тепловыделения, ϕχ, градусов | 40 | 35 |
| Период замедленного горения, ϕпзг | 16 | 13 |
| Таблица 3. Результаты экспериментальных исследований по определению периода замедленного горения при работе дизеля с добавкой 20% метанола во впускной трубопровод путём распыливания | ||
| Параметр | Значение | |
| Дизельное топливо 100% |
20% метанола | |
| Максимальная температура цикла Tmax, К | 2280 | 2100 |
| Угол поворота коленчатого вала дизеля после верхней мертвой точки (ВМТ) при которой достигается максимальная температура цикла, ϕTmax, градусов | 18 | 16 |
| Угол поворота коленчатого вала дизеля после ВМТ, соответствующий концу тепловыделения, ϕχ, градусов | 40 | 35 |
| Период замедленного горения, ϕпзг | 22 | 19 |
Claims (1)
- Способ сокращения периода замедленного горения в дизеле с системой питания, включающей топливный бак, топливопроводы, топливные фильтры, основную систему топливоподачи, впускной коллектор, камеры сгорания, отличающийся тем, что в топливный бак совместно с топливом подают низшие спирты с получением единой смеси, либо низшие спирты подают в камеры сгорания дизеля при помощи двойной системы топливоподачи, работающей параллельно основной системе топливоподачи, либо низшие спирты подают во впускной трубопровод путём распыливания.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787830C1 true RU2787830C1 (ru) | 2023-01-12 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1146825A (en) * | 1980-10-03 | 1983-05-24 | Eric W. Simmons | Diesel/alcohol fuel proportioning system for diesel engine |
| US4499861A (en) * | 1982-11-23 | 1985-02-19 | Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Method and apparatus for the injection of alcohol fuels, more particularly for direct injection diesel engines |
| SU1413259A1 (ru) * | 1984-04-21 | 1988-07-30 | Университет дружбы народов им.Патриса Лумумбы | Система впрыска спиртового и запального дизельного топлива |
| US20090277432A1 (en) * | 2008-05-07 | 2009-11-12 | David Ling-Shun Hung | Multi-fuel multi-injection system for an internal combustion engine |
| RU2575675C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-02-20 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Способ управления впрыском топлива для двухтопливного двигателя |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1146825A (en) * | 1980-10-03 | 1983-05-24 | Eric W. Simmons | Diesel/alcohol fuel proportioning system for diesel engine |
| US4499861A (en) * | 1982-11-23 | 1985-02-19 | Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Method and apparatus for the injection of alcohol fuels, more particularly for direct injection diesel engines |
| SU1413259A1 (ru) * | 1984-04-21 | 1988-07-30 | Университет дружбы народов им.Патриса Лумумбы | Система впрыска спиртового и запального дизельного топлива |
| US20090277432A1 (en) * | 2008-05-07 | 2009-11-12 | David Ling-Shun Hung | Multi-fuel multi-injection system for an internal combustion engine |
| RU2575675C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-02-20 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Способ управления впрыском топлива для двухтопливного двигателя |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Toulson et al. | A review of pre-chamber initiated jet ignition combustion systems | |
| US9863372B2 (en) | Control apparatus of premixed charge compression ignition engine | |
| Pucher et al. | Alternative combustion systems for piston engines involving homogeneous charge compression ignition concepts-a review of studies using methanol, gasoline and diesel fuel | |
| US8893687B2 (en) | Fuel injection strategy for internal combustion engine having dedicated EGR cylinders | |
| US10641190B2 (en) | Method for operating a spark ignited engine | |
| CN104712445B (zh) | 单燃料压燃与点燃混合的燃烧控制方法及内燃机 | |
| CN103748334A (zh) | 内燃式两冲程发动机、运转内燃式两冲程发动机的方法以及转换两冲程发动机的方法 | |
| KR19990064146A (ko) | 다단식 연소엔진 | |
| US20120174881A1 (en) | Full expansion internal combustion engine | |
| US20170022923A1 (en) | Control apparatus of premixed charge compression ignition engine | |
| DK180798B1 (en) | Internal combustion engine | |
| JP2013053625A (ja) | 往復動ピストン内燃機関及び往復動ピストン内燃機関を運転する方法 | |
| Elkelawy et al. | Challenging and future of homogeneous charge compression ignition engines; an advanced and novel concepts review | |
| US6668790B2 (en) | Method of operating an internal combustion engine operated on gasoline type fuels | |
| RU2787830C1 (ru) | Способ сокращения периода замедленного горения в дизеле | |
| JP2010532441A (ja) | 往復ピストン式内燃機関用の燃焼方法 | |
| US4126106A (en) | Mixed cycle internal combustion engine | |
| WO2020062738A1 (zh) | 发动机及燃料缸内分层压燃方法 | |
| JP2017155735A (ja) | クロスヘッド式内燃機関 | |
| Ogawa et al. | Smokeless and low NOx combustion in a dual-fuel diesel engine with induced natural gas as the main fuel | |
| CN211343162U (zh) | 低速运行大型发动机 | |
| Wang et al. | New gasoline homogeneous charge compression ignition combustion system using two-state direct injection and assisted spark ignition | |
| Liu et al. | Engine Performance and Emissions for a Heavy-Duty Diesel Engine Converted to Stoichiometric Natural Gas Operation | |
| Peng et al. | Effects of EGR on combustion process of DI diesel engine during cold start | |
| RU2800197C1 (ru) | Свободнопоршневой генератор газа и способ его работы в режиме термодинамического цикла сгорания гомогенной топливно-воздушной смеси с воспламенением от сжатия |