СПОСОБ РАБОТЫ ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B47/04 F02N17/08 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам работы транспортных дизелей со струйным смесеобразованием, а именно к способам работы дизелей в высокогорных условиях (ВГУ).

Известен способ обеспечения работы дизельного двигателя, заключающийся в подержании на постоянном уровне или изменении по заданному закону давления и плотности воздуха на впуске дизеля. (Авиационные двигатели: Сб.статей/Под ред. М.А.Левина. Машгиз, 1951, с. 3 5).

Недостатками такого способа работы дизельного двигателя являются ограниченность использования только для дизелей с наддувом, сложность системы обеспечения изменения по заданному закону давления и плотность воздуха на впуске дизеля.

Для дизелей без газотурбинного наддува наиболее близким по достигаемому результату является способ работы транспортного дизеля, заключающийся в подаче в цилиндры последнего дизельного топлива с присадкой-активатором самовоспламенения (авт. св. СССР N 1083687, кл. F 02 N 17/08, 1982) - прототип.

Добавление в дизельное топливо присадки повышает цетановое число (ЦЧ) смеси, что позволяет существенно облегчить самовоспламенение и последующее сгорание топлива при изменении параметров окружающей среды (P_в:T_в).

Недостатками работы дизеля по этому способу являются:
отсутствие оптимизации расхода дорогостоящей базовой присадки (циклогексилнитрат) в зависимости от изменения параметров окружающей среды;
трудность обеспечения оптимального ЦЧ смеси при использовании присадок, отличных от базовой присадки;
в связи с этими недостатками повышение вероятности эрозионного разрушения ("выгорания") поверхностей деталей, образующих огневую поверхность камеры сгорания.

Задача изобретения оптимизация ЦЧ смеси топлива и расхода присадки к топливу в зависимости от изменения параметров окружающего воздуха (P_в, Т_в, повышение надежности работы деталей, образующих поверхность камеры сгорания.

Решение задачи осуществляется за счет того, что в способе работы транспортного дизеля, заключающемся в подаче в цилиндры последнего дизельного топлива с присадкой-активатором самовоспламенения, согласно изобретению в условиях высокогорья присадку к топливу подают в количестве, определяемом соотношением

где q_пр количество подаваемой присадки, от расхода топлива;
A (1,4 2,1) безразмерный эмпирический коэффициент, учитывающий влияние высоты над уровнем моря, при этом нижний предел диапазона относится и высотам (0 2000 м над уровнем моря), а верхний к 2500 4500 м над уровнем моря;
q_т расход дизельного топлива;
H высота над уровнем моря, м;
n (2,2 2,5) показатель степени, учитывающий влияние высоты над уровнем моря (т.е. P_в и T_в), при этом нижний предел указанного диапазона относится к высотам 0 2000 м над уровнем моря, а верхний к высотам 2500 4500 м над уровнем моря;

увеличение ЦЧ смеси при добавлении к ней присадки;
Э₀ увеличение ЦЧ смеси при добавлении 1%-ной базовой (ЦГН) присадки;
Э_х увеличение ЦЧ смеси при добавлении к ней рабочей присадки.

Новые существенные признаки предлагаемого способа не присущи другим известным способам работы транспортного дизеля. Совокупность существенных признаков изобретения достаточны и необходимы для достижения технического результата и поставленной задачи.

Предлагаемый способ работы транспортного дизеля поясняется чертежом, где дан график изменения количества присадки, добавляемой к топливу, при работе дизеля в ВГУ.

При работе транспортного дизеля в ВГУ главной задачей является, с одной стороны, обеспечение приемлемых параметров рабочего процесса на режимах нагрузки, главным образом по допустимым потерям эффективной мощности, показателям динамики цикла (dP/d Φ ), другой стороной, в обеспечении стабильного самовоспламенения топлива на режимах малых нагрузок, холостого хода и пуска.

Опыты эксплуатации дизелей транспортного назначения в ВГУ показывают, что при снижении давления и температуры окружающего воздуха (при увеличении высоты над уровнем моря) сгорание топлива в цилиндрах приобретает детонационный характер. В камере сгорания дизеля возникают высокочастотные (ВЧ) колебания давления с большой амплитудой (так называемое квазидетонационные сгорания), что приводит к эрозионному повреждению и разрушению (выгоранию) огневых поверхностей камеры сгорания (головки цилиндров и днища поршня). Это связано, в первую очередь, со значительным увеличением периода задержки воспламенения t_i при работе дизеля в ВГУ, т.е. смещение начала воспламенением далеко за ВМТ, а также с мгновенным воспламенением значительного количества топлива, поданного за период воспламенения. В результате этого происходит увеличение максимального давления сгорания P_z и возникновение вышеупомянутых высокочастотных колебаний давления с большой амплитудой.

Обычно с целью исключения этого явления уменьшают угол начала подачи топлива, что в свою очередь, проводит к дополнительному уменьшению мощности и увеличению расхода топлива. Однако не решает задачи обеспечения устойчивой работы дизеля на режимах малых нагрузок и холостого хода и пуска.

Работа транспортного дизеля в ВГУ, на котором реализуется заявляемый способ работы, осуществляется следующим образом.

Для обеспечения высокой надежности и стабильности работы при работе в ВГУ к топливу в специальную камеру добавляют присадку-активатор самовоспламенения, увеличивающую цетановое число смеси. Образованную смесь подают в цилиндры дизеля, где она воспламеняется и сгорает при значениях τ_i равных работе дизеля в нормальных условиях, т.е. вблизи ВМТ. Подачу присадки-активатора к топливу осуществляют в количестве, определяемом соотношением

где q_пр количество подаваемой присадки, от расхода топлива;
A (1,4 2,1) безразмерный эмпирический коэффициент, учитывающий влияние высоты над уровнем моря, при этом нижний предел диапазона относится к высотам (0 2000) м над уровнем моря), а верхний 2500 4500 м над уровнем моря;
q_т расход дизельного топлива:
H высота над уровнем моря, м;
n (2,2 2,5) показатель степени, учитывающий влияние высоты над уровнем моря (т.е. P_в и T_в, при этом нижний предел указанного диапазона относится к высотам 0 2000 м над уровнем моря, а верхний к высотам 2500 4500 м над уровнем моря;

увеличение ЦЧ смеси при добавлении к ней присадки;
Э₀ увеличение ЦЧ смеси при добавлении 1% базовой (СГН) присадки;
Э_х увеличение ЦЧ смеси при добавлении к ней рабочей присадки.

Добавка к дизельному топливу присадки-активатора (ЦГН) способствует более быстрому возникновению первичных очагов воспламенения и тем самым сокращению периода задержки воспламенения τ_i а следовательно и уменьшению доли топлива, сгорающего за период задержки воспламенения (dP/d Φ) снижается. Сокращение t_i приводит к улучшению параметров рабочего процесса и его стабильности при работе дизеля по внешней характеристике в ВГУ, при этом обеспечивается устойчивая работа двигателя и на режимах частичных нагрузок и пуска, снижается температура выхлопных газов. Уменьшение динамики цикла (dP/d Φ) устраняет возможность возникновения детонационного сгорания, что повышает надежность работы деталей, образующих огневую поверхность камеры сгорания, так как не происходит эрозионного разрушения материала этих деталей. Повышается надежность и долговечность работы дизеля.

Реализация способа работы дизеля транспортного назначения в условиях высокогорья позволяет повысить стабильность работы дизеля и устраняет возможность эрозионного разрушения материала головки и днища поршня.

Использование: в двигателестроении, а именно в способах работы дизелей в высокогорных условиях (ВГУ). Сущность изобретения: способ работы транспортного дизеля заключается в подаче в цилиндры дизеля топлива с присадкой-активаторов самовоспламенения с количеством присадки, определяемом соотношением

где q_пр - количество подаваемой присадки, % от расхода топлива; A = (1,4 - 2,1) - безразмерный эмпирический коэффициент, учитывающий влияние высоты над уровнем моря, при этом нижний предел диапазона относится к высотам (0 - 2000 м над уровнем моря), а верхний - к 2500 - 4500 м над уровнем моря; q_т - расход дизельного топлива; H - высота над уровнем моря, м; n = (2,2 - 2,5) - показатель степени, учитывающий влияние высоты над уровнем моря (т.е. P_в и T_в), при этом нижний предел указанного диапазона относится к высотам 0 - 2000 м над уровнем моря, а верхний - к высотам 2500 - 4500 м над уровнем моря; = Э₀/Э_х; - увеличение цетанового числа (ЦЧ) смеси при добавлении к ней присадки; Э₀ - увеличение ЦЧ смеси при добавлении 1%-ной базовой (ЦГН) присадки; Э_х - увеличение ЦЧ смеси при добавлении к ней рабочей присадки. Изобретение обеспечивает: оптимизацию цетанового числа смеси топлива и расхода присадки к топливу, в зависимости от изменения параметров окружающего воздуха (P,T), повышение надежности работы деталей, образующих поверхность камеры сгорания. 1 ил.

Способ работы транспортного дизеля, заключающийся в подаче в цилиндры последнего топлива с присадкой-активатором самовоспламенения, отличающийся тем, что в условиях высокогорья присадку к топливу подают в количестве, определяемом соотношением

где q_пр количество подаваемой присадки, от расхода топлива;
А (1,4 2,1) безразмерный эмпирический коэффициент, учитывающий влияние высоты над уровнем моря, при этом нижний предел диапазона относится к высотам (0 2000 м над уровнем моря), а верхний к 2500 4500 м над уровнем моря;
расход дизельного топлива;
Н высота над уровнем моря, м;
n (2,2 2,5) показатель степени, учитывающий влияние высоты над уровнем моря (т.е. Р_в и Т_в) при этом нижний предел указанного диапазона относится к высотам 0 2000 м над уровнем моря, а верхний к высотам 2500 4500 м над уровнем моря;
увеличение цетанового числа смеси при добавлении к ней присадки;
Э_о увеличение цетанового числа смеси при добавлении 1%-ной базовой (ЦНГ) присадки;
Э_х увеличение цетанового числа смеси при добавлении к ней рабочей присадки.