СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ТОПЛИВА В СИСТЕМЕ ТОПЛИВОПОДАЧИ МНОГОТОПЛИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F02M43/00 F02M31/00 F02D19/08 F02D41/00 

Описание патента на изобретение RU2546909C2

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в стационарных установках при работе двигателя на различных сортах топлива, в частности на нефти.

Известна топливная система, обеспечивающая работу двигателя в многотопливном режиме: на дизельном топливе (при пуске и на малых оборотах двигателя) и на вязком топливе (на основных рабочих режимах работы). Переход с дизельного топлива на вязкое осуществляется автоматически при увеличении частоты вращения двигателя. Логическое устройство в зависимости от режимных параметров управляет опережением подачи топлива в цилиндры двигателя, по заданному оптимальному закону. При работе на вязком топливе (тяжелом топливе) логическое устройство по сигналу датчика температуры распылителя форсунки включает термоэлектрический охладитель, холодные спаи которого охлаждают при помощи конвективного теплообмена распылитель форсунки (см. Патент РФ №2131536 F02M 43/00, опубликован 10.06.1999 г.).

Данная топливная система обладает определенными ограничениями в части управления параметрами топлива на входе в двигатель.

Известна многотопливная система судового двигателя, применение которой позволяет уменьшить объем попадающего легкого топлива в емкость тяжелого топлива в период перехода с одного вида топлива на другой (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №744140, F02M 31/16 от 10.07.1980 г.).

Недостатком этой системы является то, что система не управляет параметрами топлива на входе в двигатель, является очень сложной и не предоставлена как автоматизированная.

Известна система подготовки нештатного топлива, имеющая четыре емкости: отстойную нештатного топлива, снабженную сигнализатором уровня его в емкости, бак модуля центробежной очистки нештатного топлива с приборами контроля уровня, расходный бак нештатного топлива с приборами контроля уровня и бак штатного дизельного топлива. В системе осуществляется многоступенчатая фильтрация топлива и подогрев его до заданных значений температур от постороннего теплоносителя. Система регулирования параметров топлива на выходе из установки отрабатывает в пределах заданных установок (см. Патент RU №2215176, С2 F02Μ 43/00, F02D 19/18, опубликован 27.10.2003 г.).

Недостатком данной системы является наличие большого количества крупных емкостей и отсутствие возможности их использования в автоматизированной системе управления параметрами топлива на входе в двигатель.

Наиболее близкой к предложенному решению является система топливоподачи, позволяющая работать двигателю на тяжелом или на дизельном топливе. Система служит для подачи топлива из расходной цистерны к топливоподкачивающему насосу и топливным насосам высокого давления (ТНВД) двигателей. В данной системе топливо подается:

- под определенным давлением, регулирование которого осуществляется за счет подпитывающего насоса, при этом одновременно должен регулироваться подпор топлива в системе слива с двигателя избытков топлива из ТНВД;

- при определенной температуре, причем регулирование температуры осуществляется в расходной цистерне и трубопроводах (подогрев), а также в топливоподогревателе (см. Интернет сайт .ru/motoristy/1.3-4.html Эксплуатация судовых пропульсивных установок, система топливоподачи).

Регулируемыми параметрами топлива являются его давление и температура на входе в двигатель.

Недостатком данной системы является необходимость применения дополнительной цистерны возвратного топлива, возможность смешения штатного и нештатного топлива в момент переключения подпитывающей магистрали с одного вида топлива на другое, необходимость дополнительного регулирования давления в системе слива с двигателя избытков топлива из ТНВД, большой объем прокачиваемого по системе топлива, отсутствие возможности автоматизации процесса регулирования параметров топлива.

Задачей предлагаемого способа управления параметрами топлива является оптимизация параметров топлива при работе двигателя на топливах широкого диапазона изменения вязкости.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности регулирования параметров топлива путем изменения его давления и температуры при работе двигателя на топливах широкого диапазона изменения вязкости, исключение возможности смешения штатного и нештатного топлива в момент переключения подпиточной магистрали с одного вида топлива на другое, сокращение объема прокачиваемого по системе топлива за счет уменьшения размеров трубопроводов, фильтров, нагревателей, мощностей ТПН (за счет исключения необходимости использования дополнительных нагревательных систем), уменьшение величин возможных утечек топлива в случае аварии, уменьшение пожарной опасности системы.

Технический результат согласно первому варианту осуществления способа управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя достигается благодаря тому, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход ТПН.

Кроме того, измеряют вязкость нештатного топлива и по ней определяют требуемую температуру нештатного топлива для подачи в ТПН.

Технический результат согласно второму варианту осуществления способа управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя достигается благодаря тому, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН, и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход НН.

Кроме того, измеряют вязкость нештатного топлива и по ней определяют требуемую температуру нештатного топлива для подачи в ТПН.

Изобретение поясняется чертежами, на фиг. 1 которого показана схема подключения двухтопливной системы для реализации первого способа; на фиг. 2 показано то же, для реализации второго способа.

На фиг. 1 показана система топливоподачи многотопливного двигателя, на примере которой можно просмотреть реализацию способа управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя согласно первому варианту его осуществления. Так, первый способ управления параметрами топлива заключается в следующем. Пуск и остановка двигателя 3 (дизель-генератора) производится на штатном топливе (маловязком топливе), подаваемом из емкости 13 через обратный клапан 9 с помощью топливоподкачивающего насоса 10 двигателя 3. Полость емкости 13 сообщена с полостью всасывания топливоподкачивающего насоса 10. При срабатывании в определенный момент разрешительного сигнала (момент задается либо автоматически по данным от датчиков частоты вращения двигателя или таймера либо по команде оператора) с помощью системы управления 4 открывается ранее закрытый электроуправляемый кран 8 и включается нагнетательный насос 6 (электронасосный агрегат) перекачки нештатного топлива (вязкое топливо) с заданной частотой вращения. Частота вращения насоса 6 определяется требуемой производительностью насоса 6, необходимой для создания во всасывающей магистрали топливоподкачивающего насоса 10 давления, обеспечивающего закрытие обратного клапана 9. Таким образом, обеспечивается отключение емкости 13 штатного топлива от топливной системы двигателя 3, и он переходит в режим работы на нештатном топливе, подаваемом из емкости 5. С помощью микропроцессорной системы управления 4 по сигналу от датчика 2 давления осуществляется регулировка давления перед топливными насосами высокого давления (ТНВД, не показаны) двигателя 3. Оптимальное давление достигается за счет изменения производительности насоса 6 перекачки нештатного топлива путем воздействия на частоту вращения электродвигателя насоса 6. Чем выше обороты электродвигателя насоса 6, тем выше давление топлива перед ТНВД двигателя 3 и наоборот.

Отвод избытков топлива от ТНВД направляется через обратный клапан 12 на вход топливоподкачивающего насоса 10 двигателя 3, подающего топливо на ТНВД. В случае подключения сливной трубы на вход в топливоподкачивающий насос 10 получается замкнутый контур сливной магистрали. В этом случае изменение давления топлива в подпиточной магистрали приводит к адекватному изменению давления топлива в топливной системе двигателя. Необходимость регулирования давления, прежде всего, целесообразна при работе двигателя на тяжелом и высоковязком топливе. В этом случае одним из средств снижения вязкости топлива является его подогрев, который при повышении температуры увеличивает процесс парообразования, а в случае достижения температуры насыщения - к вскипанию топлива со всеми отрицательными последствиями. Повышением давления топлива увеличивается температура насыщения и снижается процесс парообразования. Подъем давления топлива в случае реализации предлагаемого способа ограничен порогом конструктивной надежности системы.

За счет подключения слива избытков топлива из ТНВД, на вход топливоподкачивающего насоса 10 через обратный клапан 12, обеспечивается возможность максимального использования тепла, полученного топливом при прохождении через топливную систему двигателя 3. Регулирование температуры топлива на входе в топливоподкачивающий насос 10 осуществляется за счет тепла, полученного топливом от охлаждения ТНВД и форсунок. Регулирование температуры нештатного топлива, имеющего температуру на выходе из ТНВД больше, чем на входе в ТНВД, осуществляется в системе избыточного топлива (сливной магистрали) с помощью теплообменника 11 для подогрева/охлаждения топлива.

Для регулирования (подогрева/охлаждения) температуры нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос 10, измеряют вязкость нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос 10 и с учетом значения допустимой вязкости топлива определяют требуемую температуру нештатного топлива, до которой его следует подогреть или охладить для подачи в топливоподкачивающий насос 10.

С помощью постороннего источника, например, подогревателя 7 нештатного топлива, установленного в подпиточной магистрали, осуществляется подогрев топлива перед входом в топливоподкачивающий насос 10.

Температура топлива на входе в ТНВД зависит от баланса тепла между избыточным топливом, возвращаемым на всасывание в штатный топливоподкачивающий насос 10 двигателя 3, и подпиточным топливом, подаваемым из емкости 5 нештатного топлива. Регулирование температуры осуществляется в системе избыточного топлива путем установки теплообменника 11 либо, что менее предпочтительно, в системе подпиточной магистрали. В случае регулирования в системе избыточного топлива хладагентом может использоваться вода холодного контура охлаждения двигателя, а теплоагентом - вода горячего контура охлаждения двигателя или от внешнего источника, как дополнение к подводу тепла от ТНВД.

Регулирование температуры топлива перед ТНВД осуществляется системой управления 4 по сигналу измерителя температуры топлива, полученного от датчика 1 температуры.

При остановке двигателя 3 с помощью системы управления 4 закрывается электроуправляемый кран 8 и останавливается насос 6 перекачки нештатного топлива (или переводится на холостой ход). При этом давление во всасывающей магистрали топливоподкачивающего насоса 10 двигателя 3 (дизель-генератора) падает, открывается обратный клапан 9 и двигатель 3 переходит на работу на штатном топливе из емкости 13. Остановку двигателя 3 осуществляют в штатном режиме. Описанный первый способ наиболее эффективен при работе на нештатном топливе одиночных дизель-генераторов без использования дополнительных модулей подготовки нештатного топлива.

На фиг. 2 можно просмотреть реализацию второго способа. Принцип работы практически идентичен схеме по варианту 1. Отличие от варианта 1 заключается в подаче избытков топлива, сливаемого с двигателя, во всасывающую магистраль насоса 6 перекачки нештатного топлива. Применение варианта 2 может определяться конструктивными и технологическими преимуществами, связанными с компоновкой системы в эксплуатации и применением отдельно стоящего модуля подготовки нештатного топлива для нескольких двигателей.

Похожие патенты RU2546909C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПРЕССОРА ПНЕВМОСИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ 2018
  • Савельев Максим Анатольевич
  • Рассохин Андрей Евгеньевич
  • Елистратов Василий Васильевич
  • Меркушов Юрий Николаевич
  • Васильченков Василий Федорович
  • Бугаев Сергей Васильевич
RU2694265C1
Способ диагностики контура низкого давления автомобильного дизельного ДВС 2020
  • Звеков Алексей Николаевич
RU2730690C1
Система питания многотопливного двигателя 1987
  • Манохин Владимир Иванович
  • Гольцов Владимир Никифорович
  • Мочалов Василий Михайлович
SU1437557A1
СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ЦИЛИНДР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1991
  • Легошин Г.М.
  • Карякин К.Б.
  • Бичахчян А.В.
  • Абрамов С.С.
  • Иванской Ю.Н.
RU2015399C1
Двухтопливная система питания дизеля автотранспортного средства 2018
  • Уханов Александр Петрович
  • Уханова Дина Александровна
  • Уханов Денис Александрович
  • Теплова Светлана Владимировна
RU2680641C1
СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ НЕШТАТНОГО ТОПЛИВА 2002
  • Грайфер В.И.
  • Волков В.М.
  • Гольцов В.И.
  • Улановский Э.А.
  • Самусенко А.П.
  • Ткачев В.Т.
  • Балахнин А.В.
RU2215176C2
СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ НА СМЕСЕВОМ БИОМИНЕРАЛЬНОМ ТОПЛИВЕ 2010
  • Уханов Александр Петрович
  • Уханов Денис Александрович
  • Сафаров Рамис Камильевич
  • Шеменев Дмитрий Сергеевич
  • Крюков Владимир Владимирович
RU2452864C1
СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ 1990
  • Легошин Г.М.
  • Федорин С.Е.
  • Иванской Ю.Н.
  • Кобешавидзе Г.С.
RU2044917C1
СИСТЕМА РАЗДЕЛЕННОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЯ 1999
  • Цыпцын В.И.
  • Легошин Г.М.
  • Гусаков А.А.
  • Истомин С.В.
RU2158845C2
Двухтопливная система питания автотракторного дизеля 2016
  • Уханов Александр Петрович
  • Уханов Александр Денисович
  • Уханова Юлия Владимировна
RU2615880C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 546 909 C2

Реферат патента 2015 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ТОПЛИВА В СИСТЕМЕ ТОПЛИВОПОДАЧИ МНОГОТОПЛИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в стационарных установках при работе двигателя на различных сортах топлива, в частности на нефти. Предложен способ управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя, заключающийся в том, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН) (6), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН) (10), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход ТПН (10) или НН (6). Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности регулирования параметров топлива путем изменения его давления и температуры при работе двигателя на топливах широкого диапазона вязкостей, исключение возможности смешения штатного и нештатного топлива в момент переключения подпиточной магистрали с одного вида топлива на другое и упрощение системы топливоподачи. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 546 909 C2

1. Способ управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя, заключающийся в том, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход ТПН.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют вязкость нештатного топлива и по ней определяют требуемую температуру нештатного топлива для подачи в ТПН.

3. Способ управления параметрами топлива в системе топливоподачи многотопливного двигателя, заключающийся в том, что пуск двигателя производят на штатном топливе, затем в двигатель подают нештатное топливо посредством нагнетательного насоса (НН), регулируют давление нештатного топлива в подпиточной магистрали двигателя путем изменения частоты вращения НН и регулируют температуру нештатного топлива на входе в топливоподкачивающий насос (ТПН), расположенный на входе в топливный насос высокого давления (ТНВД) двигателя, путем подогрева или охлаждения избытков нештатного топлива, которое подают из ТНВД на вход НН.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что измеряют вязкость нештатного топлива и по ней определяют требуемую температуру нештатного топлива для подачи в ТПН.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2546909C2

DE 10042698 A1, 14.03.2002
СИСТЕМА ПИТАНИЯ МНОГОТОПЛИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1991
  • Калашник В.Т.
  • Холявко В.Н.
RU2008505C1
US 5586539 A, 24.12.1996
US 7836867 B2, 23.11.2010
EP 984157 A1, 08.03.2000
ДВУХТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ 2008
  • Уханов Александр Петрович
  • Уханов Денис Александрович
  • Рачкин Валерий Анатольевич
  • Иванов Василий Александрович
RU2387867C1
СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ НЕШТАТНОГО ТОПЛИВА 2002
  • Грайфер В.И.
  • Волков В.М.
  • Гольцов В.И.
  • Улановский Э.А.
  • Самусенко А.П.
  • Ткачев В.Т.
  • Балахнин А.В.
RU2215176C2
DE 3929115 A, 07.03.1991

RU 2 546 909 C2

Авторы

Улановский Эдуард Александрович

Балахнин Андрей Валентинович

Гаврилей Роман Васильевич

Полищук Иван Станиславович

Даты

2015-04-10Публикация

2013-05-30Подача