Способ работы дизеля на режимах малых подач и холостого хода и устройство для его осуществления
OPERATING METHOD OF DIESEL ENGINE AT MODES OF LOW FEED AND IDLING AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к транспортным дизелям, которые значительное количество времени работают на холостых оборотах и переменных нагрузках. На этих режимах при малых подачах топлива происходит резкое нарушения нормальной работы топливной аппаратуры, что приводит к неравномерной работе цилиндров, ухудшению процесса смесеобразования и сгорания топлива появлению недожога и уноса топлива из-за плохого распыливания, разжижению картерного масла, интенсивному нагарообразованию на поршне и в газоотводном тракте, в результате увеличивается расход топлива и снижается срок службы двигателя. Способ может быть в первую очередь применен в тепловозных, судовых и автомобильных дизелях.
Известен способ работы дизеля с процессом улучшения режима холостого за счет применения «Способа управления работой дизеля на режимах малых подач и минимально устойчивых оборотов под нагрузкой и холостого хода», заключающийся в создании автоматического колебательного воздействия на орган топливоподачи в котором при снижении нагрузки до значения, меньшего 30% от номинальной, по сигналу датчика на орган топливоподачи подается дополнительное воздействие от автоматического регулятора скорости сигнала от блока управления с формирователем частоты через генератор синусоидальных колебаний амплитуды и частоты электрического тока, синхронизированное при помощи датчика угла поворота коленчатого вала с его угловым положением (патент RU 2513529). Данный способ позволяет улучшить процесс работы двигателя на холостых оборотах, но сложен в реализации.
Известен также способ повышения экономичности дизеля с наддувом при работе на малых нагрузках и холостом ходу за счет рециркуляции воздуха от нагнетательной системы во всасывающую систему компрессора (см. В.Р. Ведрученко и др. «О выборе способа повышения экономичности дизеля с наддувом при работе на малых нагрузках и холостом ходу». Омский научный вестник, №8, 2016 г). Данный способ снижает расход топлива, но в ограниченных пределах и не при любой топливной аппаратуре.
Из известных способов наиболее близок к заявленному по технической сущности - способ повышения экономичности на режиме холостого хода за счет выключения пяти из 10 топливных насосов высокого давления у двигателя типа Д100 при достижении оборотов холостого хода, а также устройство пневмомеханизма (см. рис. 154) при подаче воздуха отключает часть цилиндров, а при переходе на другие обороты электропневматический вентиль прекращает подачу воздуха, и под действием пружины 6 рейка насоса высокого давления (орган топливоподачи) занимает прежнее положение.(см. кн. Гуревич А.Н., Сурженко З.И., Клепач П.Т. Топливная аппаратура тепловозных и судовых дизелей типа Д100 и Д50. Гос. научно-техническое изд-во машиностроительной литературы. М., 1963, с. 204). Недостаток предложенного способа и устройства заключается в усложнении топливной системы двигателя в виде дополнительных элементов (электропневматический вентиль, пневмомеханизм, тяги, дополнительный контакт реле скорости). Кроме того, выключению подлежат одни и те же цилиндры, что обусловливает их больший износ по сравнению с неотключаемыми цилиндрами. Не решается более значительная задача, связанная с обеспечением частичных режимов нагружения (от холостого хода и до ≈25-30% нагрузки). Не обеспечивается снижение частоты вращения холостого хода.
Технической задачей заявленного изобретения является улучшение распыла и воспламенения топлива, равномерная подача его по цилиндрам на режимах малых нагрузок и холостого хода и снижение частоты вращения холостого хода.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение КПД, увеличение срока службы транспортного дизеля и снижение вредных выбросов в процессе его работы.
Поставленная задача решается тем, что на этом режиме увеличивают подачу топлива за счет гидравлического уплотнения в форсунке путем образования гидрозапирающего канала за счет уменьшения диаметра в средней части прецизионной поверхности иглы, а для двигателя с расходящимися поршнями кроме того топливо подается в виде параллельных струй, направленных в сторону верхнего поршня.
В дизеле содержащем камеру сгорания, куда подается воздух и топливо гидрозапирающий канал форсунки выполнен в виде полости на бесконтактной поверхности иглы, расположенной между прецизионными контактными поверхностями иглы, а для дизеля с расходящимися поршнями в форсунке, работающей на режимах малых нагрузок и холостого хода каналы к сопловым отверстиям выполнены параллельными.
Техническая сущность данного изобретения поясняется чертежами: (Рис. 1), где показана схема принципиальной конструкции камеры сгорания двигателя с расходящимися поршнями и (Рис. 2.), где показана схема форсунки с гидравлическим уплотнением для обеспечения предлагаемого способа работы дизеля.
Камера сгорания содержит: 1 - цилиндровую втулку, внутри которой расположены 2 - нижний и 3 - верхний поршни; 4 - продувочные окна для подачи воздуха; 5 - форсунку с гидравлическим уплотнением и с впрыском топлива в виде параллельных струй; 6 - стандартную форсунку.
Форсунка дизеля с гидравлическим уплотнением - 5 содержит: 7 - корпус; 8 - топливоподающий канал; 9 - запорная игла; 10 - внутренняя поверхность корпуса; 11 - зазор между внешней поверхностью иглы и внутренней поверхностью корпуса; 12 - подигольная полость; 13 - нижняя часть запорной иглы; 14 - дросселирующий канал; 15 - уплотняющий нижний поясок; 16 - уплотняющий верхний поясок; 17 - гидрозапирающий канал; 18 - пружина; 19 - отверстия для впрыска топлива.
Дизель работает следующим образом: воздух из атмосферы засасывается в компрессор (на чертеже не показан), где сжимается и подается через продувочные окна (4) в камеру сгорания, куда подается топливо через форсунку (5) с гидравлическим уплотнением (форсунка (6) на режимах малых подач и холостого хода не работает), которая работает следующим образом: топливо от насоса высокого давления (на чертеже не показан) поступает в подигольную полость 12 через топливопроводящий канал 8. В подигольной области 12 повышается давление. При этом часть топлива через дросселирующий канал 14 проникает в гидрозапирающий канал 17, который образуется за счет уменьшения диаметра в средней части прецизионной поверхности иглы и располагается между уплотняющими поясками 15 и 16 и в то же время при холостых оборотах не успевает перетекать через дросселирующий канал 11. В результате при работе двигателя в канале 17 постоянно находится топливо, которое является гидрозатвором Давление в подигольной области 12 повышается до тех пор, пока не превысит силу давления начальной затяжки пружины 18, воздействующей на запорную иглу 9. При этом игла приподнимается и через отверстия 19 происходит впрыск топлива в камеру сгорания. После этого за счет падения давления в подигольной полости 12 и воздействия пружины 18, запорная игла 9 опускается и закрывает проход топлива к отверстиям 19. При этом, за счет гидравлического уплотнения в форсунке (5) увеличивается подача топлива при неизменяемой подачи топливного насоса высокого давления, что улучшает процесс самовоспламенения и сгорания и способствует повышению КПД и снижение вредных выбросов в процессе его работы на режимах малых нагрузок и холостого хода. Кроме того, для двигателя с расходящимися поршнями на этом режиме топливо подается в виде параллельных струй, направленных в сторону верхнего поршня, что обеспечивает высокую концентрацию топлива при мелкодисперсном распыле и большую дальнобойность топливного факела, благодаря созданию вакуума на внутренней поверхности нескольких параллельных струй, движущихся с близкорасположенными осями.