способ впрыска топлива

Формула изобретения

Способ впрыска топлива в цилиндр дизельного двигателя методом соударяющихся струй, отличающийся тем, что геометрия факела изменяется за период впрыска от 0 до 180^o при вершине конуса факела, обеспечивая равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания, причем "раскрытие" и "схлопывание" конуса факела достигается изменением диаметра и скорости истечения струй по заданной характеристике.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и в газотурбинных двигателях.

Известны способы впрыска топлива в камеру сгорания путем механического распыливания с использованием стройных форсунок.

Впрыск топлива в цилиндр дизеля с использованием цилиндрических сопел является наиболее распространенным в современном дизелестроении. Стремление равномерно распределить впрыскнутое топливо по объему камеры сгорания ведет к увеличению числа сопловых отверстий и повышает требования к геометрии камеры сгорания и топливных факелов. Однако, во-первых, за счет неполного соответствия формы камеры сгорания форме и направлению развития топливных факелов, в камере сгорания образуются "мертвые зоны" с пониженной концентрацией топлива. Во-вторых, неравномерная концентрация топлива по объему факела [1] увеличивает время диффузионного горения топлива и ухудшает экономические и экологические характеристики двигателя.

Известен также способ впрыска топлива путем соударения струи жидкости с жесткой стенкой [2] Образующаяся при этом жидкая пленка стекает со стенки, и происходит ее распад под действием температуры и движущегося воздуха. Недостатки такого способа впрыска выражаются в сложной организации процесса пуска двигателя, увеличении времени диффузионного горения, снижении экологических качеств двигателя.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ впрыска топлива методом соударения струй [2] в котором распыливание жидкости происходит за счет энергии соударения двух струй, направленных в общем случае под углом друг к другу. Факел топлива после соударения представляет собой тонкую пленку, которая распространяется и разрушается по поверхности близкой в поверхности полого конуса. Недостатками такого способа впрыска топлива является высокая неравномерность распределения топлива по камере сгорания, высокие требования к форме камеры сгорания, направлению и развитию топливного факела. Эти недостатки снижают экономические качества двигателя.

Настоящее изобретение направлено на улучшение качества распыливания топлива в камере сгорания двигателя.

Решение поставленной задачи достигается изменением геометрии топливного факела за период впрыска от 0^o до 180^o при вершине конуса факела, причем "раскрытие" и "схлопывание" конуса факела достигается изменением диаметра и (или) скорости истечения струй по заданной характеристике.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемые мероприятия решают проблему ориентации струй сгорания. При этом, дизель становится менее чувствителен к уменьшению плотности заряда перед впускными органами и к вариациям надпоршневого зазора; равномерное распределение капель топлива по объему камеры сгорания дает максимальные скорости последующего диффузионного горения, улучшают пусковые качества дизеля, что способствует выбору оптимальной степени сжатия и повышает индикаторный КПД.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что геометрия топливного факела представляет собой полый конус, угол при вершине которого изменяется за время впрыска от 0^o до 180^o по заданной характеристике. Таким образом, отличия, связанные с изменением геометрии факела в период впрыска топлива, проявляющимся в "раскрытии" или "схлопывании" полого конуса факела, позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена схема соударения двух струй имеющих скорости V₁ и V₂, радиусы r₁ и r₂ соответственно; на фиг. 2 изображена геометрия впрыска топлива, показаны предельные углы + а также текущий угол

При прямом кумулятивном столкновении двух струй, движущихся со скоростями V₁ и V₂, имеющих диаметры d₁ и d₂ соответственно, образуется тонкая пленка, в общем случае представляющая собой полый конус с вершиной в точке соударения. Частным случаем распространения факела может быть струя направленная вверх (d₁=0 или V₁=0) или вниз (d₂=0 или V₂=0), а также пленка, расходящаяся радиально из точки соударения (d₁=d₂ и V₁=V₂). Без учета вязкости жидкости, используя закон сохранения импульса, угол раскрытия топливной пленки можно представить простым выражением:



где V₂/V₁.

Таким образом, угол раскрытия конуса b зависит от величин d₁, d₂, V₁, V₂. В соответствии с выражением для b можно подобрать такое изменение вышеуказанных величин в течении времени впрыска, что угол b будет изменяться в диапазоне 0<<180 Вследствие конструктивных особенностей 0 и 180 Оптимизируя изменение вышеуказанных параметров получим равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания.

Впрыск топлива указанных способом приводит к равномерным концентрациям топлива и воздуха в объеме камеры сгорания, быстрому испарению капель топлива, увеличению скорости диффузионного горения, снижая время воздействия высоких температур на топливо и замедляя процесс его разложения, а также увеличению коэффициента полноты сгорания топлива. Выбором определенного закона изменения угла при вершине конуса факела можно получать закон тепловыделения, соответствующий оптимальным параметрам рабочего процесса двигателя.

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить экономические, экологические, мощностные и пусковые характеристики дизеля.