Способ сокращения фазы быстрого горения топлива в дизеле

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно, двигателестроения.

Известен способ воспламенения впрыскиваемого топлива в камеру сгорания поршневого двигателя от нагретого в результате сжатия свежего воздушного заряда [Р.З. Кавтарадзе. Теория поршневых двигателей. Специальные главы, 2-е издание, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2016].

Недостатком известного способа воспламенения впрыскиваемого топлива является наличие фазы быстрого 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]. Наличие данной фазы приводит к увеличению скорости тепловыделения при сгорании топлива и как следствие повышает теплонапряженность и снижает надежность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность сократить фазу быстрого горения, которая достигается путем нагрева впрыскиваемого в камеры сгорания дизеля топлива до температуры равной выкипанию его 10% фракции при помощи электронагревательных нихромовых нитей, намотанных вдоль оси топливопроводов высокого давления.

Известно, что поступающее в камеры сгорания дизеля топливо в виде струй посредством форсунок, первоначально деструктурирует на капли, далее фракционирует, в результате теплообмена с воздухом за счет адиабатного сжатия нагревается, затем испаряется, после чего 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]. На самовоспламеняемость топлив оказывает существенное влияние его фракционный состав, определяющий скорость его испарения и образования смеси с воздухом после впрыскивания [Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы 2-е изд., перераб. - М.: Недра. 1979 г. 344 с]. Температура фракционной разгонки топлива, соответствующая выкипанию 10% топлива, определяет начало процесса самовоспламенения легких фракций топлива [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 начала процесса самовоспламенения топлива до достижения максимального давления газов в цилиндрах дизеля составляет фазу быстрого 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 данной фазы определяется количеством испарившихся легких фракций топлива впрыснутых в камеры сгорания дизеля. Наличие фазы быстрого горения приводит к росту скорости тепловыделения при сгорании топлива и как следствие повышает теплонапряженность и снижает надежность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя.

Применение электронагревательных нихромовых нитей, намотанных вдоль оси топливопроводов высокого давления, позволит нагреть впрыскиваемое в камеры сгорания дизеля топливо до температуры равной выкипанию его 10% фракции. Это приведет к увеличению количества испарившихся легких фракций топлива впрыснутых в камеры сгорания дизеля, ускорит их диффузионное перемешивание со свежим зарядом и как следствие сократит продолжительность фазы быстрого горения.

При нагреве впрыскиваемого в камеры сгорания дизеля топлива до температуры равной выкипанию его 10% фракции, самовоспламенение начинается практически без задержки в результате сокращения времени на испарение легких фракций топлива и ускорения их диффузионного перемешивания со свежим зарядом. Следовательно, фаза быстрого горения значительно сокращается при этом уменьшается скорость тепловыделения. Это дает возможность снизить теплонапряженность и повысить надежность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя.

Определение температуры топлива равной выкипанию его 10% фракции определяется согласно методике [ГОСТ 2177-99. Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава]. Температуру нагрева топлива равную температуре выкипания 10% фракции контролируют при помощи регулирования силы тока на концах электронагревательных нихромовых нитей, намотанных вдоль оси топливопроводов высокого давления.

Технико-экономическое обоснование предлагаемого изобретения заключается в возможности снижения скорости тепловыделения при сгорании топлива и как следствие снижения теплонапряженности и повышения надежности цилиндропоршневой группы дизельного двигателя.

Промышленная применимость данного способа заключается в нагреве впрыскиваемого в камеры сгорания дизеля топлива до температуры равной выкипанию его 10% фракции при помощи электронагревательных нихромовых нитей, намотанных вдоль оси топливопроводов высокого давления. Двигатель, в котором применен данный способ сокращения фазы быстрого горения топлива конструктивно не отличается от серийных дизелей, поэтому при конструктивных доработках, связанных с нагревом впрыскиваемого в камеры сгорания топлива до температуры равной выкипанию его 10% фракции, может быть промышленно применен во всех конструкциях дизелей с использованием любых углеводородных топлив.