Способ снижения задержки воспламенения топлива в дизельном двигателе

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно двигателестроения. Предложен способ снижения задержки воспламенения топлива в дизельном двигателе, в котором к порции топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания двигателя с помощью форсунки, посредством генератора высокочастотных колебаний, установленного на топливопроводе высокого давления на входе в форсунку, подводится теплота, равная энергии активации окисления порции топлива. Применение предложенного способа позволяет расширить предел форсирования двигателя по среднему эффективному давлению, при этом увеличивается мощность и экономичность работы двигателя.

 

Изобретение относиться к области машиностроения, преимущественно, двигателестроения.

Известен способ воспламенения впрыскиваемого топлива при быстром нагреве воздуха от сжатия в камере сгорания поршневого двигателя. В процессе сжатия воздух нагревается и впрыскиваемое топливо самовоспламеняется [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016].

Недостатком известного способа воспламенения топлива является наличие первой фазы процесса сгорания - периода задержки воспламенения. Наличие данной фазы приводит к резкому повышению давления в цилиндре при сгорании топлива, к жесткой работе дизельного двигателя и невозможности форсировать двигатель по среднему эффективному давлению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемому способу является способ предварительного подогрева топлива в системе топливоподачи [Универсальный подогреватель биотоплива. Патент РФ №91381, МПК F02M 31/02, заявка №2009131913/22, 24.08.2009].

Недостатком известного способа является невозможность подведения достаточного количества теплоты к топливу, впрыскиваемому в камеру сгорания, что приводит к жесткой работе дизельного двигателя и невозможности форсировать двигатель по среднему эффективному давлению.

Существенным отличием предлагаемого способа от всех ранее известных решений является возможность снизить или практически исключить период задержки воспламенения (первую фазу процесса сгорания) за счет подвода к порциям впрыскиваемого топлива теплоты, равной энергии активации ее окисления.

Подвод теплоты, затрачиваемой на активацию окисления порции впрыскиваемого в камеру сгорания двигателя топлива непосредственно перед ее впрыскиванием, осуществляется посредством генератора высокочастотных колебаний установленного на топливопровод высокого давления на входе в форсунку.

Известно, что поступающая в камеру сгорания двигателя порция топлива, первоначально нагревается, испаряется лишь через какое-то время самовоспламеняется в результате быстрого нагрева воздуха от сжатия в камере сгорания. При этом в течение времени задержки самовоспламенения топливо продолжает поступать в цилиндр. Давление газов в цилиндре резко повышается, что приводит к жесткой работе двигателя.

Применение генератора высокочастотных колебаний установленного на топливопроводе высокого давления на входе в форсунку позволит исключить период нагрева и испарения впрыснутой в камеру сгорания двигателя порции топлива, дополнительно поляризовать образующиеся радикалы, что означает активацию процесса его окисления.

При подводе к порции впрыскиваемого топлива теплоты, равной энергии активации окисления, самовоспламенение начинается практически без задержки. Нарастание давления газов в цилиндре происходит медленнее, что позволяет увеличить и интенсифицировать подачу топлива, тем самым дополнительно форсировать дизельный двигатель по среднему эффективному давлению.

Равенство подведенной теплоты и энергии активации окисления порции топлива достигается расчетным путем. Зная массу впрыскиваемого топлива и численное значение энергии активации начала химической реакции окисления единицы массы топлива можно определить количество подводимой теплоты. Количество подводимой теплоты определяется регулированием мощности генератора высокочастотных колебаний. Масса впрыскиваемого топлива определяется по скоростной характеристике топливного насоса высокого давления. Численное значение энергии активации начала химической реакции окисления единицы массы топлива принимается из справочной литературы [Браткова А.А. Теоретические основы химмотологии / Браткова А.А. М.: Химия, 1985. - 320 с., ил.; Артименко А.И. Практикум по органической химии / Артименко А.И., Тикунова И.В., Ануфриева Е.К. Учеб. пособие для студентов строит, спец. - М.: Высш. шк., 1983. - 208 с., ил.; Бурдынь Т.А. Химия нефти, газа и пластовых вод / Бурдынь Т.А., Закс Ю.Б. Изд. 2-е, перераб. и доп. учебник. - М.: Недра, 1978. - 277 с.].

Технико-экономическое обоснование предлагаемого изобретения заключается в возможности расширения предела форсирования двигателя по среднему эффективному давлению, при этом увеличивается мощность и экономичность работы двигателя.

Промышленная применимость данного способа заключается в подводе тепла к порциям впрыскиваемого в дизельный двигатель топлива посредствам генератора высокочастотных колебаний, установленного на топливопроводе высокого давления на входе в форсунку. Двигатель, в котором применен данный способ снижения задержки воспламенения, конструктивно незначительно отличается от серийных дизельных двигателей, поэтому при минимальных конструктивных доработках, связанных с подводом теплоты, затрачиваемой на активацию окисления порции впрыскиваемого топлива, может быть промышленно применен во всех ДВС, с любой степенью сжатия и с использованием любых углеводородных топлив.

Способ снижения периода задержки воспламенения топлива в дизельном двигателе, имеющем в составе топливной аппаратуры топливопроводы высокого давления и форсунки, характеризующийся тем, что к порции топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания двигателя, посредством генератора высокочастотных колебаний, установленного на топливопроводе высокого давления на входе в форсунку, подводится теплота, равная энергии активации окисления порции топлива.