ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ТОПЛИВА Российский патент 1995 года по МПК F02M31/00 

Изобретение относится к эксплуатации автотранспортных средств, в частности при их тепловой подготовке к запуску и последующей эксплуатации при низких температурах.

Известно устройство для подогрева дизельного топлива (заявка Франции N 2612568, кл. F 02 M 31/12, опублик. 1988), основным элементом которого является трубчатый теплообменник, к которому подводится жидкость из системы охлаждения дизеля. Теплообменник установлен внутри топливного бака, а расход жидкости через него регулируется с помощью электромагнитного клапана в зависимости от температуры топлива в баке. Для снижения интенсивности отвода теплоты от топлива в окружающую среду предусмотрена теплоизоляция стенок бака.

Недостатком этого устройства также является невозможность тепловой подготовки системы топливоподачи без предварительной тепловой подготовки системы охлаждения дизеля. Кроме этого, необходимость трассировки теплоносителя из системы охлаждения к топливному баку, удорожает и усложняет конструкцию подогревателя, разогрев всего объема топлива, находящегося в топливном баке ведет к неоправданно большой продолжительности тепловой подготовки системы топливоподачи, когда для запуска необходима сравнительно незначительная часть топлива. А при работе двигателя производится подогрев топлива в баке возвращающимся от форсунок топливом, что существенно уменьшает необходимость в его дополнительном подогреве. Кроме этого, топливная магистраль от бака до фильтра остается незащищенной от теплопотерь.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, для подогрева дизельного топлива, поступающего в дизельный двигатель. Устройство обеспечивает подогрев дизельного топлива, поступающего из бака до подачи на фильтр. Устройство состоит из корпуса, через который проходит медный топливопровод в форме спирали. Внутри корпуса расположен резистивный нагревательный элемент, установленный в центре корпуса и спирали неподвижно. Подогреватель снабжен аквастатом для регулирования температуры. Через корпус подогревателя пропускается нагретая охлаждающая жидкость, которая разогревает медный топливопровод и топливо, проходящее через него. Подогреватель приводится в действие не только с помощью системы охлаждения двигателя, но и путем перекрытия данной системы с помощью крана и/или только с использованием резистивного нагревательного элемента.

Недостатком прототипа является необходимость дополнительной трассировки теплоносителя из системы охлаждения к участку топливопровода "бак-фильтр", при этом отсутствует координация между механическим перемешиванием и тепловой обработкой топлива, разогрев топлива перед запуском невозможен без предварительного разогрева теплоносителя. При этом замена резистивных нагревательных элементов на широко известные нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления, позволит исключить из конструкции аквастат для регулирования температуры.

Целью изобретения является повышение эффективности тепловой подготовки топлива.

Указанная цель достигается тем, что у топливного бака на выходном патрубке закреплена емкость с запасом топлива для гарантированного запуска, покрытая теплоизоляционным материалом и соединенная с металлическим топливопроводом. В емкости расположено устройство для механического перемешивания, выполненное в виде миниатюрного электродвигателя с крыльчаткой и нагревательными элементами с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позистором), которые электрически подсоединены последовательно с электродвигателем, а сами позисторы - параллельно. Таким образом, при низкой температуре топлива и включении подогревателя в электрическую цепь, начинает вращаться крыльчатка электродвигателя и одновременно нагреваются позисторы, обеспечивается быстрый прогрев топлива. При подогреве топлива в емкости до заданной температуры, которая является характеристикой позисторов, позистор "запирается" и отключает электродвигатель. Таким образом, за короткий промежуток времени представляется возможным обеспечить разогрев необходимого для запуска количества топлива. При отказе электродвигателя перемешивание топлива можно производить вручную. Дополнительным существенным признаком является то, что с целью повышения теплопередачи от нагревательных элементов (позисторов) к топливу, позисторы расположены на крыльчатке электродвигателя и соединены с плюсовой и минусовой клеммой якоря электродвигателя последовательно в электрической цепи, состоящей из параллельно соединенных позисторов, сигнальной лампы и источника тока (бортовая электрическая система и/или любой внешний источник тока).

На чертеже изображен предлагаемый подогреватель топлива. Подогреватель топлива содержит закрепленную между теплоизолированным топливопроводом 1 и баком 2 (показан частично), емкость 3, термоизолированную материалом 4, например, пенополиуретаном. Размер емкости 3 определяется необходимым запасом жидкотекучего топлива, обеспечивающего гарантированный запуск. На емкости 3 закреплен миниатюрный электродвигатель 5, вал 6, который содержит крыльчатку 7. Электродвигатель 5 электрически соединен последовательно с нагревательными элементами с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторами) 8, установленными, например, на полую цилиндрическую кассету 9, изготовленную из диэлектрика, внутри которой при помощи перемычки 10, соединенной с положительными контактами 11, плотно прилегающими к одному из электродов нагревательных элементов 8, а другой электрод нагревательных элементов 8 соединен с отрицательными контактами 12, связанными перемычкой 13, выходящей через пробку 14 на клемму 15, соединенную электропроводом 16 с плюсовой клеммой электродвигателя 5. А перемычка 10 выходит через пробку 14 на клемму 17, соединенную электропроводом 18 с плюсовой клеммой (не показана) источника тока 19, а другая минусовая клемма (не показана) соединяется с металлическим корпусом контактом 20 емкости 3, связанной с металлическим топливопроводом 1. Отрицательная клемма электродвигателя 5 электропроводом 21 соединена контактом 22 с металлическим топливопроводом 1. Положительные 11 и отрицательные 12 контакты разъединяются между собой диэлектрической прокладкой 23, а отрицательный контакт 24 отделен от металлической стенки емкости 3 дополнительной диэлектрической прокладкой 25. Таким образом, электрическое соединение нагревательных элементов (позисторов) выполнено параллельно, а электродвигателя с позисторами последовательно, что позволяет при низкой температуре топлива и включении позисторов, осуществлять перемешивание топлива устройством механического перемешивания, выполненного в виде электродвигателя, нагрев до заданной температуры, т.е. при отключении, "запирание" позисторов, автоматически отключать также и электродвигатель с крыльчаткой, так как перемешивать топливо при достижении им заданной температуры, а следовательно и требуемой жидкотекучести, нецелесообразно. При понижении температуры топлива, например, при вынужденной стоянке или при понижении температуры окружающей среды, происходит автоматическое включение нагрева позисторов и электродвигателя с крыльчаткой. Таким образом, осуществляется скорректированная механическая и тепловая обработка топлива до достижения жидкотекучести, необходимой для гарантированного запуска.

Кроме этого, позисторы 8 могут располагаться на крыльчатке 7 и электрически подсоединяться, например, к щеткам якоря электродвигателя (не показано). При этом форма позисторов совпадает по форме с рабочими элементами крыльчатки, что существенно упрощает устройство.

Подогреватель топлива работает следующим образом. Перед запуском двигателя автотранспортного средства при низких температурах включается источник тока 19 (см. фиг.1). Это может быть как бортовая электрическая система автотранспортного средства, так и любой внешний источник тока. При прохождении тока через нагревательные элементы (позисторы) 8, они нагреваются и нагревают окружающие их парафинированное топливо. Электрический ток, проходя через позисторы 8, приводит в действие устройство механического перемешивания, например, электродвигатель 5 с мешалкой 7, которая, вращаясь, перемешивает топливо в емкости 3, обеспечивая таким образом конвективный теплообмен между движущимся топливом и позисторами 8, что существенно уменьшает период тепловой подготовки системы топливоподачи к запуску. При нагреве топлива до заданной температуры и обеспечении требуемой жидкотекучести, которая является характеристикой позисторов 8, они отключаются ("запираются"), т. е. сопротивление позисторов 8 возрастает, как минимум, в тысячу раз, что снижает силу тока после позисторов 8 до такой степени, что электродвигатель 5 отключается и перемешивание топлива не происходит. При этом также отключается сигнальная лампочка (не показана), что свидетельствует о готовности системы топливоподачи к запуску. После этого, производится запуск двигателя автотранспортного средства на необходимом для запуска количестве подогретого в емкости 3 топливе.

При снижении температуры топлива уменьшается сопротивление позисторов 8, они пропускают электрический ток, которых их нагревает и приводит в действие электродвигатель 5 с крыльчаткой 7 для перемешивания и ускорения прогрева топлива. Таким образом, кроме тепловой подготовки топлива непосредственно перед пуском, подогреватель автоматически поддерживает температуру топлива при работе двигателя автотранспортного средства. При этом целесообразно подключать подогреватель топлива к бортовой электрической системе, а при запуске, особенно при разряженной аккумуляторной батарее целесообразно подогреватель подключать к внешнему источнику тока. При замерзании топлива и отказе электродвигателя его перемешивание производится вручную, рукояткой (не показана), соединенной с валом 6 крыльчатки 7. Термоизоляция емкости 3 и топливопровода 1 позволяет экономить расход электроэнергии и уменьшить потери тепла.

Предлагаемый подогреватель позволяет обеспечить быстрый прогрев необходимого запаса топлива для гарантированного запуска двигателя. Включение электродвигателя с мешалкой последовательно после позисторов позволяет не только перемешивать топливо, но главное позволяет обеспечить автоматизацию процесса тепловой подготовки топлива без электронных элементов как, например, подогреватели на базе полевых транзисторов, которые очень сложны и дорогостоящи. Стоимость изготовления предлагаемого подогревателя в 12-15 раз меньше транзисторного. Кроме этого, применение в качестве нагревательных элементов позисторов позволяет обеспечить пожароопасность подогревателя. Применение в практике зимней эксплуатации подобных подогревателей, позволяет по экспериментальным данным уменьшить на 10-15% расход топлива, снизить токсичность отработанных газов на 15-20%, снизить простои по техническим причинам. При этом существенно сокращается продолжительность и трудоемкость тепловой подготовки двигателя при низких температурах.

Использование: двигателестроение, в частности, тепловая подготовка к запуску двигателя и последующая эксплуатация при низких температурах. Сущность изобретения: подогреватель топлива содержит теплоизолированную емкость 3, закрепленную на выходном патрубке топливного бака 2, в которой закреплены керамические нагревательные саморегулирующиеся элементы (позисторы) 8. Новым в подогревателе является наличие в емкости миниатюрного электродвигателя 5 с крыльчаткой 7, подключенного последовательно с позисторами 8. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ТОПЛИВА, содержащий соединенную с топливным блоком и топливной магистралью теплоизолированную емкость, в которой установлены электрические нагревательные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тепловой подготовки топлива, подогреватель снабжен размещенными в теплоизолированной емкости устройством механического перемешивания топлива и приводом последнего, выполненным в виде электродвигателя, последовательно соединенного с нагревательными элементами, причем нагревательные элементы соединены параллельно. 2. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления закреплены непосредственно на рабочем органе устройства механического перемешивания топлива. 3. Подогреватель по п.2, отличающийся тем, что нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления выполнены по форме, соответствующей рабочему органу устройства перемешивания топлива.