УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2003 года по МПК F02M31/125 F02M37/14 

Изобретение относится к подогревателям дизельного топлива, сконструированных на нагревательных элементах с применением электронной системы управления и предназначены для уменьшения вязкости дизельного топлива, разжижения кристаллов парафина и растворения водного конденсата, образующихся в дизельном топливе при эксплуатации дизельной техники в зимнее время, когда в результате повышения вязкости топлива ухудшается его прокачиваемость и наблюдается закупорка фильтров тонкой и грубой очистки.

Известно устройство для подогрева топлива двигателей внутреннего сгорания с системой его питания топливом, включающее топливо заборный патрубок, фильтры и топливный бак, содержащее связанные с источником питания и электронной системой транспортного средства подогреватели с нагревательными элементами, один из которых установлен на топливозаборном патрубке, а другой на топливных фильтрах (1).

Недостаток известного устройства проявляется в низкой его эффективности из-за невозможности обеспечить надежную работу двигателя при любых морозах.

Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа является нагревательная система для топливных фильтров, преимущественно дизельных двигателей внутреннего сгорания, содержащая нагреватель топлива с рабочей теплообменной камерой и нагреватель с нагревательным элементом для фильтра тонкой очистки, датчик температуры, электронный блок управления, переключатель рода работ и блок питания. Нагреватели снабжены нагревательным полупроводниковым позисторным элементом, имеющим форму таблетки, смонтированным на крышке фильтра тонкой очистки топливной системы и в бензиновом баке; в качестве электронного блока управления нагревательным полупроводниковым элементом использована электрическая схема автомобиля (2).

При подаче тока на нагревательный полупроводниковый позисторный элемент он нагревается до расчетной температуры (точка переключения), после которой резко растет сопротивление полупроводниковой структуры и нагреватель "запирается". По мере увеличения потерь тепла в полупроводниковом элементе, температура в нем становится ниже точки переключения, генерирование тепла возрастает, компенсируя потери тепла, что обусловливает эффект саморегулирования во всей массе полупроводниковой структуры.

Известное устройство исключает в зависимости от температуры воздуха вероятность перегрева топлива в системе.

Недостаток известного технического решения проявляется в значительной инерционности нагревательного элемента и в локальном тепловом воздействии на фильтрующий элемент, что выражается в прогреве только верхней части фильтра, в то время как интенсивность теплового воздействия на среднюю и придонную зоны фильтра, заполненные парафином и водным конденсатом, является недостаточной.

Работа известной системы основана на увеличении времени разогрева для достижения необходимой фильтруемости при запуске двигателя и не обеспечивает температуру прогрева фильтра, превышающую температуру кристаллообразования парафинов и воды как на стоянке, так и при обдуве фильтра потоком холодного воздуха при движении автомобиля. Все это снижает эксплуатационные возможности системы и увеличивает энергетические затраты аккумуляторной батареи. В связи с чем возникает недогрев топлива, проходящего через рабочую зону фильтра из-за низкой полезной теплоотдачи нагревательного элемента в единицу времени. Все это снижает технологические возможности нагревательной системы и ухудшает запуск двигателя.

В основу заявленного изобретения поставлена задача расширения технологических возможностей путем увеличения надежности запуска двигателя, автоматическом подогреве топлива в зависимости от температуры окружающей среды и повышения быстродействия за счет увеличения теплоотдачи нагревательного элемента в единицу времени на единицу площади фильтра.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для подогрева топлива дизельных двигателей, содержащем нагреватель топлива с рабочей теплообменной камерой и нагреватель с нагревательным элементом для фильтра тонкой очистки, датчик температуры, электронный блок управления, переключатель рода работ и блок питания, согласно изобретения нагреватель топлива включен в систему подачи топлива перед фильтром тонкой очистки и выполнен проточным, а нагреватель для фильтра выполнен в виде разрезного хомута с возможностью изменения своего диаметра и размещен коаксиально фильтра тонкой очистки топлива;
проточный нагреватель выполнен трехкамерным, нагнетательная и выводная камеры из которых снабжены радиаторами в форме однонаправленных спиралей Архимеда, а промежуточная камера снабжена нагревательным элементом;
входной и выводной патрубки проточного нагревателя соединены с каналом, образованным началом витка спирали Архимеда радиатора нагнетательной камеры и каналом, образованным началом спирали Архимеда радиатора выводной камеры, а сами камеры сообщены одна с другой посредством промежуточной камеры, связывающей канал, образованный концом спирали Архимеда нагнетательной камеры, и канал, образованный концом спирали Архимеда выводной камеры;
в устройстве один из входов электронного блока управления соединен с блоком питания, а другой вход соединен с переключателем рода работ, а один из входов-выходов электронного блока управления связан с входом-выходом проточного нагревателя, а другой вход-выход связан с входом-выходом нагревателя для фильтра;
в устройстве электронный блок управления выполнен в виде электрически связанных между собой центрального процессора, светодиодного индикатора режима работ, стабилизатора напряжения, датчика температуры, двух электронных ключей и схемы контроля напряжения, причем входы центрального процессора соединены с выходами стабилизатора напряжения, датчика температуры и схемы контроля напряжения соответственно, а выходы центрального процессора подсоединены к входам двух электронных ключей, включенных к входам-выходам проточного нагревателя и нагревателя фильтра, соответственно входу-выходу светодиодного индикатора режима работ центрального процессора
Устройство поясняется чертежом, где
на фиг.1 приведена общая блок-схема устройства;
на фиг.2 - блок-схема электронного блока управления;
на фиг. 3 - общий вид конструкции проточного нагревателя, встроенного в нагревательную систему;
на фиг.4 - вид А по фиг.4.

Устройство для подогрева топлива дизельных двигателей содержит проточный нагреватель 1.

Корпус 2 проточного нагревателя 1 выполнен составным и по линии разъема скреплен винтовым соединением 3. Устройство содержит также предпусковой нагреватель 4 с нагревательным элементом 5 для фильтра 6 тонкой очистки, датчик температуры 7, электронный блок 8 управления и блок 9 питания. Проточный нагреватель 1 включен в систему подачи топлива перед фильтром 6 тонкой очистки, а предпусковой нагреватель 4 с нагревательным элементом 5 в форме регулируемого хомута размещен коаксиально фильтра 6 тонкой очистки топлива.

Один из входов 10 электронного блока 8 управления соединен с блоком питания 9, а другой вход 11 соединен с переключателем рода работ, в качестве которого может быть использован замок зажигания 12 (или автономный переключатель, на чертеже условно не показан), а один из входов-выходов 13 электронного блока 8 управления связан с входом-выходом 13 предпускового проточного нагревателя 1, а другой вход-выход 14 связан с входом-выходом 15 нагревателя 4 для фильтра 6.

Электронный блок 8 управления выполнен в виде электрически связанных между собой центрального процессора 16 с светодиодным индикатором 17 режима работ центрального процессора 16, стабилизатора 18 напряжения, датчика 7 температуры двух электронных ключей 19, 20 и схемы 21 контроля напряжения, причем входы 22 центрального процессора 16 соединены с выходами 23 стабилизатора 18 напряжения, датчика 7 температуры и схемы 21 контроля напряжения, а выходы 24 центрального процессора 16 подсоединены к входам 25 двух электронных ключей 19, 20, включенных к входам-выходам 26 проточного нагревателя 2, нагревателя 4 фильтра 6 и светодиодного индикатора 17 режима работ центрального процессора соответственно.

Проточный нагреватель 1 выполнен трехкамерным, нагнетательная камера 27 и выводная камера 28 из которых снабжены радиаторами 29, 30 в форме однонаправленных спиралей Архимеда, а промежуточная камера 31 снабжена нагревательным элементом 32.

Входной патрубок 33 и выводной патрубок 34 проточного нагревателя 1 соединены с каналом 35, образованным началом витка спирали Архимеда радиатора 29 нагнетательной камеры 27 и каналом 36, образованным началом спирали Архимеда радиатора 30 выводной камеры 28, а сами камеры 27, 28 сообщены одна с другой посредством промежуточной камеры 31, связывающей канал 37, образованный концом спирали 30 Архимеда нагнетательной камеры 27 и канал 38, образованный концом спирали Архимеда выводной камеры 28.

Устройство для подогрева топлива дизельных двигателей работает по следующему запрограммированному технологическому циклу поворотом ключа замка 12 зажигания устройство вводят в режим предпускового положения - режим ожидания при подключенном аккумуляторе. Зеленый цвет светодиода индикатора 17 указывает на то, что температура окружающей среды более 5^oС, или на то, что с момента остановки двигателя прошло не более 30 мин.

При понижении температуры ниже +5^oС светодиод индикатора 17 загорается красным цветом. Это означает, что система подогрева готова к запуску. После поворота ключа в замке 12 зажигания через 15-20 с включают предпусковой нагреватель 4 (задержка предусмотрена для срабатывания свечей накала). Время работы предпускового нагревателя 4 3-5 мин в зависимости от температуры окружающей среды.

На протяжении работы нагревателя 4 светодиод индикатора 17 горит красным мигающим цветом. Об окончании работы предпускового нагревателя 4 свидетельствует смена цвета индикации индикатора 17 на мигающий зеленый.

За время работы предпускового нагревателя 4 свечи накаливания остывают. Поэтому необходимо повторно повернуть ключ в замке 12 зажигания из положения "выкл. " в I-е положение и после срабатывания свечей накала запустить двигатель. Изменение цвета светодиода индикатора 17 на постоянный зеленый свидетельствует о включении проточного нагревателя 1. Проточный нагреватель 5 включают с временем перекрытия работы предпускового нагревателя на 3...5 с для исключения перегрузки АКБ.

После отработки процессором 16 команды времени задержки процессор 16 подает команду постоянного включения проточного нагревателя 1.

Весь цикл предпускового подогрева занимает до 4 до 6 мин в зависимости от температуры окружающей среды.

При остановке двигателя на время до 30 мин запуск двигателя осуществляют в обычном режиме после прогрева свечей. В этом случае включают только проточный нагреватель 1 (зеленый цвет светодиода индикатора 17). Более длительная стоянка (свыше 30 мин) сопровождается охлаждением двигателя до температуры окружающей среды, в связи с чем необходимо осуществить предпусковой прогрев. О необходимости такого прогрева система сигнализирует красным цветом светодиода индикатора 17. Порядок запуска двигателя в этом случае такой же, как было указано выше.

Устройство для подогрева используется при температуре окружающей среды от +5^oС до -35^oС и обеспечивает:
быстрый запуск дизельного двигателя, повышение его надежности и долговечности;
бесперебойную подачу топлива к насосу высокого давления в процессе эксплуатации автомобиля;
повышение мощности двигателя и снижение расхода топлива на 5-10% за счет более качественного распыления топлива;
исключает необходимость использования дорогостоящих топливных присадок.

Режим работы устройства - автоматический.

Технические характеристики нагревателей, входящих в устройство, приведены в табл.1.

Устройство укомплектовано нагревателями мощностью 110, 130 и 140 Вт.

Температурный градиент - это разница между температурой до и после нагрева.

Предпусковой обогреватель надевается на фильтр тонкой очистки и крепится винтами.

Как показывают сравнительные испытания, при температуре воздуха -20^oС... -25^oС заявленное изобретение имеет более высокую надежность по сравнению с аналогами.

Проточный нагреватель устанавливается в разрез топливной магистрали перед фильтром тонкой очистки и закрепляется хомутами и винтами. Светодиодный индикатор установлен в салоне автомобиля таким образом, чтобы он был виден с места водителя.

Электронный блок управления крепят к любой плоской поверхности под капотом или в салоне. Подключение нагревателей осуществляют согласно схеме.

Данные испытания сведены в табл.2.

Промышленное использование изобретения значительно улучшает комфортабельность запуска двигателя и, следовательно, уменьшает износ двигателя. Устройство проходит промышленные испытания на предприятиях Беларуси.

Источники информации
1. Заявка Великобритании 2099321,F 02 D 17/04, 1982 г.

2. Патент РФ 2093373, МПК В 60 К 15/077 от 20.10.1997 г.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к подогревателям дизельного топлива. Изобретение направлено на расширение технологических возможностей путем увеличения надежности запуска двигателя, автоматического подогрева топлива в зависимости от температуры окружающей среды и повышения быстродействия за счет увеличения теплоотдачи нагревательного элемента в единицу времени на единицу площади фильтра. Устройство для подогрева топлива дизельных двигателей содержит нагреватель топлива с рабочей теплообменной камерой и нагреватель с нагревательным элементом для фильтра тонкой очистки, датчик температуры, электронный блок управления, переключатель рода работ и блок питания. Нагреватель топлива включен в систему подачи топлива перед фильтром тонкой очистки и выполнен проточным, а нагреватель для фильтра выполнен в виде разрезного хомута с возможностью изменения своего диаметра и размещен коаксиально фильтру тонкой очистки топлива. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.

1. Устройство для подогрева топлива дизельных двигателей, содержащее нагреватель топлива с рабочей теплообменной камерой и нагреватель с нагревательным элементом для фильтра тонкой очистки, датчик температуры, электронный блок управления, переключатель рода работ и блок питания, отличающееся тем, что нагреватель топлива включен в систему подачи топлива перед фильтром тонкой очистки и выполнен проточным, а нагреватель для фильтра выполнен в виде разрезного хомута с возможностью изменения своего диаметра и размещен коаксиально фильтру тонкой очистки топлива. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что проточный нагреватель выполнен трехкамерным, нагнетательная и выводная из которых снабжены радиаторами в форме однонаправленных спиралей Архимеда, а промежуточная камера снабжена нагревательным элементом. 3. Устройство по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что входной и выводной патрубки проточного нагревателя соединены с каналом, образованным началом витка спирали Архимеда радиатора нагнетательной камеры, и каналом, образованным началом спирали Архимеда радиатора выводной камеры, а сами камеры сообщены одна с другой посредством промежуточной камеры, связывающей канал, образованный концом спирали Архимеда нагнетательной камеры, и канал, образованный концом спирали Архимеда выводной камеры. 4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что один из входов электронного блока управления соединен с блоком питания, а другой вход соединен с переключателем рода работ, а один из входов-выходов электронного блока управления связан с входом-выходом проточного нагревателя, а другой вход-выход связан с входом-выходом нагревателя для фильтра. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что электронный блок управления выполнен в виде электрически связанных между собой центрального процессора, светодиодного индикатора режима работ, стабилизатора напряжения, датчика температуры, двух электронных ключей и схемы контроля напряжения, причем входы центрального процессора соединены с выходами стабилизатора напряжения, датчика температуры и схемы контроля напряжения соответственно, а выходы центрального процессора подсоединены к входам двух электронных ключей, включенных к входам-выходам проточного нагревателя и нагревателя фильтра соответственно входу-выходу светодиодного индикатора режима работ центрального процессора.