Дизель

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может использоваться при проектировании и изготовлении судовых дизелей.
Известна полезная модель дизеля, каждый цилиндровый узел которого включает цилиндр с поршнем и форсункой, а также топливный насос высокого давления, соединенный с входом форсунки (см., например, книгу «Судовые двигатели внутреннего сгорания», изд. «Судостроение», А.Б. Кане, 303 с., стр. 123). На вход топливного насоса высокого давления подается топливо из расходной цистерны.
x
При применении данной полезной модели проявляются следующие недостатки (см., например, Ю.П. Пахомов, Ю.П. Коробков, Д.В. Дмитриевский, Г.Л. Васильев Топливо и топливные системы судовых дизелей. Изд «РК консульт», 2003 г., 496 с., ил. стр. 266-271, а также «Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование». Л. «Судостроение», 1973. 392 с., стр. 161-165). Здесь не обеспечивается равномерное перемешивание топлива с воздухом, в результате в цилиндр необходимо вводить существенно больше воздуха, чем это требуется теоретически. Это ведет к образованию областей в камере сгорания, где преимущественно и сгорает топливо. Положение этих областей определяется расположением топливных струй топливной форсунки. Локализованный характер горения топлива ведет к перегреву участков камеры сгорания, расположенных в районах областей горения и к их необратимым изменениям, ведущих в конечном итоге к выходу из строя дизеля. Неравномерность перемешивания топлива также приводит к повышенному сажеобразованию. Для рассматриваемой полезной модели характерны также высокое содержание в отработанных газах NO, обусловленное высокой температурой, развиваемой при горении топлива.
x
Для устранения недостатков, обусловленных неравномерностью смесеобразования, часто применяют дизеля со специальной камерой сгорания: вихревая камера, предкамера, камера сгорания ЦНИДИ и др. (см., например, «Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование». Л.: «Судостроение», 1973. 392 с., стр. 161-165). Однако и для них также наблюдается высокое содержание в отработанных газах NO, обусловленное высокой температурой, развиваемой при горении топлива.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель дизеля, применяющего в качестве топлива водотопливную эмульсию (см., например, Ю.П. Пахомов, Ю.П. Коробков, Д.В. Дмитриевский, Г.Л. Васильев Топливо и топливные системы судовых дизелей. Изд «РК консульт», 2003 г., 496 с., ил. стр. 223-240, а также Сомов В.А., Ищук Ю.Г. Судовые многотопливные двигатели.: - Л.: Судостроение, 1984 - 240 с., ил. стр. 160-167). Дизель содержит цилиндровые узлы по числу цилиндров, каждый из которых включает цилиндр с поршнем, топливную форсунку и выпускной клапан, а также газоход и газоанализатор, входы, которых соединены с выпускным клапаном цилиндра, и топливный насос высокого давления, выход которого подключен к выходу топливного насоса высокого давления. Здесь на вход топливного насоса высокого давления подается топливо или водотопливная эмульсия.
При применении дизеля с установкой водотопливной эмульсии проявляются следующие положительные эффекты (см,, например, Сомов В.А., Ищук Ю.Г. Судовые многотопливные двигатели.: - Л.: Судостроение, 1984 - 240 с., ил. стр. 160-167).
x
Так как часть выделившейся при сгорании топлива теплоты идет на нагрев воды в составе водотопливной эмульсии до кипения и ее испарение, то происходит снижение температуры в камере сгорания. В результате снижается теплонапряженность цилиндро-поршневой группы, а также снижается содержание в отработанных газах дизеля NO, При этом улучшается смесеобразование, так как пары воды обеспечивают лучшее перемешивание топлива. Наличие воды также улучшает процесс сгорания углеводородов в составе топлива, что ведет к снижению нагарообразования.
Однако наличие установки водотопливной эмульсии в дизеле ведет к его существенному усложнению и удорожанию. Кроме того, поскольку для приготовления водотопливной эмульсии необходимы эмульгаторы, то она приготавливается в основном на основе тяжелых сортов топлива, в которых имеются природные эмульгаторы. В легких сортах топлива эмульгаторы практически отсутствуют и для приготовления водотопливной эмульсии на их основе необходимо применять искусственные эмульгаторы. При этом возможно расслоение водотопливной эмульсии, что может привести к выходу из строя топливной аппаратуры дизеля. Кроме того, здесь необходимы существенные энергетические затраты на приготовление водотопливной эмульсии (см., например, Ю.П. Пахомов, Ю.П. Коробков, Д.В. Дмитриевский, Г.Л. Васильев Топливо и топливные системы судовых дизелей. Изд «РК консульт», 2003 г., 496 с., ил. стр. 52-60 и 223-240, а также Сомов В.А., Ищук Ю.Г. Судовые многотопливные двигатели.: - Л.: Судостроение, 1984 - 240 с., ил. стр. 156-1179).
Указанные выше факторы ведут к тому, что введение в дизель установки водотопливной эмульсии ведет к повышению стоимости дизеля и увеличению затрат на его обслуживание и эксплуатацию.
Задачей полезной модели является снижение стоимости дизеля путем организации впрыска в камеру сгорания дизеля одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что известной полезной модели дизеля, каждый цилиндровый узел которого включает цилиндр с поршнем и выпускным клапаном, а также газоход и газоанализатор, входы, которых соединены с выпускным клапаном цилиндра, и топливный насос высокого давления, дополнительно введены в каждый цилиндровый узел последовательно соединенные дозирующий клапан и регулируемый клапан, а также переключатель, вход которого соединен с управляющим выходом топливного насоса высокого давления, а выход подключен к управляемому входу дозирующего клапана, а в цилиндр введена двухканальная форсунка, первый канал которой подключен к выходу топливного насоса высокого давления, а второй к выходу дозирующего клапана, кроме того в дизель введены последовательно соединенные цистерна дисцилированной воды и насос, выход которого подключен к входу регулируемого клапана в каждом цилиндровом узле.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем. При применении предложенной полезной модели, на духканальную форсунку на первый канал подается топливо из топливного насоса высокого давления. Топливо распыливается соплами форсунки по камере сгорания. После того, как дизель прогреется, на второй канал двухканальной форсунки, в моменты подачи топлива, начинает подаваться дисцилированная вода, которая также распыливается в камере сгорания. Причем конусы распыла топлива и воды накладываются друг на друга. Количество впрыскиваемой воды, также как и при применении водотопливной эмульсии не должно превышать 15-20% и регулируется на основе данных газоанализатора по температуре и составу отработанных газов дизеля. В результате впрыснутая в камеру сгорания вода нагревается и испаряется и здесь происходят все те же процессы, что и при применении водотопливной эмульсии. То есть достигается тот же положительный эффект, что и при применении водотопливной эмульсии.
Однако здесь отсутствует сама установка водотопливной эмульсии, что ведет к существенному упрощению и удешевлению дизеля, снижаются эксплуатационные расходы дизеля, так как отсутствуют затраты на приготовление водотопливной эмульсии. Здесь отсутствует эффект расслоения ВТЭ, что ведет к снижению вероятности выхода из строя топливной аппаратуры дизеля. Кроме того, предлагаемая полезная модель может применяться не только при использовании тяжелых, но и легких сортов топлива, так как здесь отсутствует необходимость в эмульгаторах.
Таким образом, у заявляемой полезной модели при отсутствии установка водотопливной эмульсии достигается практически тот же положительный эффект, что и при применении водотопливной эмульсии. Указанные выше факторы ведут к снижению стоимости дизеля и уменьшению затрат на обслуживание и эксплуатацию дизеля.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в организации впрыска в камеру сгорания дизеля одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - снижение стоимости дизеля. Кроме того, при применении данной полезной модели проявляется дополнительный положительный эффект - уменьшаются затраты на обслуживание и эксплуатацию дизеля.
Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 приведена схема дизеля.
Здесь показан дизель 1, каждый цилиндровый узел которого 2 включает цилиндр 3 с поршнем 4 и выпускным клапаном 6, а также газоход 14 и газоанализатор 13, входы, которых соединены с выпускным клапаном 6 цилиндра 3, и топливный насос высокого давления 11, кроме того содержит в каждом цилиндровом узеле 2 последовательно соединенные дозирующий клапан 7 и регулируемый клапан 8, а также переключатель 12, вход которого соединен с управляющим выходом топливного насоса высокого давления 11, а выход подключен к управляемому входу дозирующего клапана 7, а в цилиндре 3 имеется двухканальная форсунка 5, первый канал которой подключен к выходу топливного насоса высокого давления 11, а второй к выходу дозирующего клапана 7, кроме того дизель 1 содержит последовательно соединенные цистерну дисцилированной воды 10 и насос 9, выход которого подключен к входу регулируемого клапана 8 в каждом цилиндровом узле 2.
Осуществление полезной модели.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом. Рассмотрим работу полезной модели применительно к одному цилиндровому узлу 2 дизеля 1. Вначале переключатель 12 ставится в положение «А» и полезная модель работает на штатном топливе. При этом на духканальную форсунку 5 на первый канал подается топливо из топливного насоса высокого давления 11. Топливо распыливается соплами форсунки 5 по камере сгорания цилиндра 3. После того, как дизель 1 прогреется, переключатель 12 ставится в положение «В». В моменты выдачи топлива топливным насосом высокого давления 11 на его управляющем выходе будет управляющий сигнал, который через переключатель 12 поступает на управляемый входу дозирующего клапана 7. В результате, дозирующий клапана 7 будет открыт во время выдачи топлива топливным насосом высокого давления 11. Насос 9 забирает дисцилированную воду из цистерны дисцилированной воды 10 и через регулируемый клапан 8, дозирующий клапан 7 подает на второй канал двухканальной форсунки 5. В результате на двухканальную форсунку 5 будет одновременно поступать на один канал штатное топливо, а на другой дисцилированная вода. Топливо и вода распыливаются соплами двухканальной форсунки 5 в камере сгорания цилиндра 3. Причем конусы распыла топлива и воды накладываются друг на друга. Количество впрыскиваемой воды, также как и при применении водотопливной эмульсии не должно превышать 15-20% и регулируется на основе данных газоанализатора 13 по температуре и составе отработанных газов дизеля. В результате впрыснутая в камеру сгорания вода нагревается и испаряется и здесь происходят все те же процессы, что и при применении водотопливной эмульсии. То есть достигается тот же положительный эффект, что и при применении водотопливной эмульсии.
Однако здесь отсутствует сама установка водотопливной эмульсии, что ведет к существенному упрощению и удешевлению дизеля 1, снижаются эксплуатационные расходы дизеля, так как отсутствуют затраты на приготовление водотопливной эмульсии. Здесь также отсутствует эффект расслоения ВТЭ, что ведет к снижению вероятности выхода из строя топливной аппаратуры дизеля 1. Кроме того предлагаемая полезная модель может применяться не только при использовании тяжелых но и легких сортов топлива, так как здесь отсутствует необходимость в эмульгаторах.
Таким образом, у заявляемой полезной модели при отсутствии установки водотопливной эмульсии достигается практически тот же положительный эффект, что и при применении водотопливной эмульсии. Указанные выше факторы при применении предложенной полезной модели ведут к снижению стоимости дизеля по сравнению с дизелем, имеющим в своем составе установку водотопливной эмульсии и к уменьшению затрат на обслуживание и эксплуатацию дизеля.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в организации впрыска в камеру сгорания дизеля одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - снижению стоимости дизеля. Кроме того, при применении данной полезной модели проявляется дополнительный положительный эффект - уменьшаются затраты на обслуживание и эксплуатацию дизеля.