УСТРОЙСТВО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОСНАБЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2019 года по МПК B60K15/00 F02M31/02 

Изобретение относится к устройству кондиционирования для системы топливоснабжения автомобиля, в частности коммерческого автомобиля, а также к автомобилю с таким устройством кондиционирования.

Кондиционирование топлив известно, например, в случае дизельного топлива, поскольку при низких температурах оно склонно к загустеванию. Чтобы зимой избежать проблем с запуском работающих на дизельном топливе автомобилей, обычно устанавливаются так называемые дизельные подогреватели. Они выполнены зачастую в виде электроподогревателей, которые нагревают дизельное топливо посредством нагревательной спирали и т.п.

Из DE 3502251 А1 далее известно, что измеренную входную температуру топлива сравнивают с его данной входной температурой и в зависимости от сравнения температуру топлива приводят в соответствие с его заданной температурой, причем топливо нагревается посредством теплообменника, в который подается отводимое от двигателя тепло или тепло другого источника тепла (например, электронагреватель). Недостаток в том, что при слишком сильном нагреве топлива отсутствует возможность его активного охлаждения до заданной температуры. Однако к проблемам в системе топливоснабжения может привести не только слишком холодное топливо, но и теплое или слишком теплое топливо. Например, дизельное топливо нагревается на своем пути от бака до входа в камеру сгорания, причем тепло идет от окружающей среды, в частности в странах с жарким климатом, или от двигателя. Другое возрастание температуры обусловлено внутренним трением в насосной системе. Непосредственным следствием возросшей температуры дизельного топлива является нагрев также деталей системы топливоснабжения, которые находятся в термическом контакте с дизельным топливом и расширяются за счет повышения температуры, что может вызвать ухудшение функционирования соответствующих узлов или их выход из строя.

Для решения этой проблемы в DE 102007005876 А1 предложен модуль кондиционирования для системы топливоснабжения автомобиля, содержащий тракт кондиционирования между впуском и выпуском для топлива, причем тракт кондиционирования термически связан с устройством Пельтье. Последний может использоваться, в принципе, в зависимости от направления подачи напряжения как для его охлаждения, так и для его нагрева. Чтобы, однако, отрегулировать колеблющуюся вокруг заданного значения температуру топлива на ее заданное значение, может потребоваться в зависимости от знака отклонения от заданного значения быстрое переключение с охлаждения топлива на его нагрев и наоборот. Правда, работу устройства Пельтье за счет переполюсовки можно быстро переключать с режима охлаждения на режим нагрева и наоборот, однако пройдет сравнительно длительное время, пока сторона охлаждения после переполюсовки снова достаточно сильно не нагреется температурой топлива. Таким образом, раскрытый в DE 102007005876 А1 модуль кондиционирования непригоден, если в короткий промежуток времени для кондиционирования топлива потребуется как холодо-, так и теплопроизводительность.

Задачей изобретения является усовершенствование устройства кондиционирования для системы топливоснабжения автомобиля, с помощью которого можно было бы избежать недостатков традиционной техники. В частности, задачей изобретения является создание устройства кондиционирования, с помощью которого топливо можно было бы эффективно охлаждать и нагревать, чтобы отрегулировать его на заданную температуру.

Эти задачи решаются посредством устройства кондиционирования с признаками основного пункта формулы. Предпочтительные варианты осуществления и применения изобретения являются объектом зависимых пунктов и более подробно поясняются в нижеследующем описании с частичной ссылкой на чертежи.

Согласно изобретению, предложено устройство кондиционирования для системы топливоснабжения автомобиля, включающее в себя впуск и выпуск для топлива. Согласно общим аспектам изобретения, устройство кондиционирования включает в себя первый тракт кондиционирования между впуском и выпуском для топлива, термически связанный с устройством Пельтье, и второй тракт кондиционирования между впуском и выпуском для топлива, термически связанный с контуром охлаждения ДВС автомобиля. Устройство кондиционирования включает в себя далее переключаемый управляющий клапан, который со стороны входа соединен с впуском для топлива и в первом положении включения соединяет впуск для топлива с первым трактом кондиционирования, а во втором положении включения – со вторым трактом кондиционирования.

Устройство кондиционирования содержит, тем самым, первую ветвь течения топлива, которая содержит первый тракт кондиционирования и соединяет первый выход управляющего клапана с выпуском для топлива, и вторую ветвь течения топлива, которая содержит второй тракт кондиционирования и соединяет второй выход управляющего клапана с выпуском для топлива. Таким образом, в зависимости от положения включения управляющего клапана топливо может направляться на выбор по первой ветви течения или к первому тракту кондиционирования для его охлаждения (или, при необходимости, также для нагрева) с помощью устройства Пельтье или по второй ветви течения или ко второму тракту кондиционирования для его нагрева посредством контура охлаждения двигателя, в который подается отводимое от двигателя тепло. За счет этого можно быстро переключаться между режимами охлаждения и нагрева.

Согласно одному предпочтительному варианту, устройство кондиционирования включает в себя далее блок управления переключаемым управляющим клапаном и устройством Пельтье для регулирования температуры топлива до заданного значения и/или до заданного диапазона. При этом блок управления при прогретом двигателе и для снижения температуры топлива переключает управляющий клапан в первое положение включения и подает напряжение на устройство Пельтье в качестве охлаждающего устройства или, если окружающая температура ниже заданного порогового значения, прекращают подачу напряжения на него. Согласно этому варианту, блок управления при прогретом двигателе и для повышения температуры топлива переключает управляющий клапан во второе положение включения. Другими словами, при прогретом двигателе топливо при прохождении по первому тракту кондиционирования охлаждается, а при прохождении по второму тракту кондиционирования нагревается, так что слишком теплое и слишком холодное топливо можно быстро отрегулировать до заданного значения.

Регулирование или блок управления выполнены преимущественно так, что интенсивность подачи напряжения на устройство Пельтье возрастает по мере увеличения отклонения температуры топлива от заданного значения, так что холодо- или теплопроизводительность согласуется с отклонением от заданного значения. Кроме того, существует возможность задавать для регулирования также несколько заданных значений температуры топлива, требуемых вследствие различных эксплуатационных/нагрузочных состояний двигателя.

Согласно другому варианту, блок управления может быть выполнен так, что он при холодном двигателе и для повышения температуры топлива переключает управляющий клапан в первое положение включения или оставляет в первом положении включения и подает напряжение на устройство Пельтье в качестве нагревательного агрегата с реверсированием тока, т.е. за счет переполюсовки приложенного напряжения. Это обеспечивает быстрый нагрев топлива, если на фазах холодного запуска и прогрева двигателя в его контуре охлаждения еще нет или есть еще недостаточно отводимого тепла, чтобы нагреть топливо посредством второго тракта кондиционирования.

В одном предпочтительном примере на теплой в режиме охлаждения стороне устройства Пельтье расположено кондиционирующее тело, термически связанное с низкотемпературным контуром охлаждения, через который протекает охлаждающая жидкость. Это обеспечивает эффективный отвод вырабатываемого в процессе охлаждения тепла. В режиме охлаждения устройства Пельтье на него подает напряжение так, что его холодная сторона обращена к первому тракту кондиционирования, а теплая сторона находится на обращенной от первого тракта кондиционирования стороне устройства Пельтье.

В одном предпочтительном варианте этого примера низкотемпературный контур охлаждения включает в себя канал, по которому может циркулировать охлаждающая среда, насос для ее циркуляции в низкотемпературном контуре охлаждения и низкотемпературный охладитель.

При этом проходящий в кондиционирующем теле участок канала для охлаждающей жидкости может быть выполнен преимущественно в форме меандра, змейки и/или зигзага, так что участок канала для охлаждающей жидкости внутри кондиционирующего тела искусственно удлинен в противоположность прямой или линейной форме.

Переключаемым управляющим клапаном может быть электромагнитный 3/2-клапан с электроуправлением, в частности, электромагнитный 3/2-клапан низкого давления. Переключаемый управляющий клапан может быть выполнен также в виде пропорционального 3/2-клапана низкого давления, обеспечивая непрерывное и более точное регулирование. При использовании пропорционального регулирующего клапана можно вследствие непрерывных частичных потоков соблюдать очень узкие пределы регулирования.

Далее предпочтительно выполнить первый тракт кондиционирования так, чтобы он проходил в кондиционирующем теле из теплопроводящего, преимущественно сильно теплопроводящего материала, например в алюминиевом блоке, который расположен на холодной в режиме охлаждения стороне или на теплой в режиме нагрева стороне устройства Пельтье. Далее также предпочтительно выполнить первый тракт кондиционирования в форме ромба, змейки и/или зигзага.

В рамках изобретения существует возможность того, чтобы устройство кондиционирования полностью или, по меньшей мере, частично было окружено термоизоляцией, чтобы достичь заданной температуры с более высоким к.п.д. и без внешних температурных воздействий.

Для защиты от вибраций автомобиля и/или двигателя устройство Пельтье может быть установлено с их гашением.

Изобретение относится также к автомобилю, в частности коммерческому автомобилю, как он раскрыт выше. Предпочтительно расположить устройство кондиционирования вверх по потоку перед и преимущественно вблизи топливного насоса высокого давления (ТНВД) аккумуляторной топливной системой (Сommon Rail), чтобы максимально ограничить температурные воздействия, обусловленные излучением тепла двигателя.

В рамках изобретения было установлено, что особенно предпочтительно расположить устройство кондиционирования непосредственно вверх по потоку перед зоной высокого давления топлива. Например, устройство кондиционирования может быть расположено так, чтобы расстояние от его выпуска для топлива до зоны высокого давления топлива было меньше 20 см и/или чтобы расстояние от выпуска для топлива устройства кондиционирования до ТНВД аккумуляторной топливной системы (Сommon Rail) было меньше 20 см. Этим можно надежно избежать названных температурных воздействий двигателя.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения могут комбинироваться между собой произвольно. Другие подробности и преимущества изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:

- фиг. 1: блок-схему устройства кондиционирования в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

- фиг. 2: разрез кондиционирующего тела, в котором проходит первый тракт кондиционирования, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

- фиг. 3А-3Е: регулирование температуры топлива до заданной температуры с помощью предложенного устройства кондиционирования для различных эксплуатационных состояний;

- фиг. 4А-4С: схематично соединение отдельных элементов Пельтье в устройство Пельтье.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства кондиционирования 1. Оно может быть выполнено в виде самостоятельного, готового к монтажу блока для монтажа в системе топливоснабжения или в виде неотъемлемой составной части более крупного узла.

Устройство 1 расположено ниже по потоку за топливным насосом, топливным фильтром и, при необходимости, регулятором давления в зоне низкого давления системы топливоснабжения и вблизи ТНВД аккумуляторной топливной системы (Common Rail). Устройство 1 служит как для охлаждения, так и для нагрева топлива. Для этого устройство 1 имеет впуск 2 для топлива, который соединен, например, с топливным баком или преднасосом (не показано), и выпуск 3 для топлива, который гидравлически соединен со стороной всасывания ТНВД аккумуляторной топливной системы (Common Rail) (не показано).

Устройство 1 включает в себя далее электромагнитный 3/2-клапан 12 низкого давления с электроуправлением, который со стороны входа соединен с впуском 2 для топлива. Клапан 12 имеет далее первый выход 12а, который гидравлически соединен с первой ветвью 4, 5, 6 течения для направления топлива, и второй выход 12b, который гидравлически соединен со второй ветвью 8, 9, 10 течения для направления топлива. Обе ветви течения гидравлически соединены на концах с челночным клапаном 21, который в зависимости от положения включения соединяет ветви течения с выпуском 3 для топлива. В первом положении включения клапан 12 соединяет впуск 2 для топлива с ветвью 4, 5, 6, а во втором положении включения – с ветвью 8, 9, 10.

Выше уже упоминалось, что вместо электромагнитного 3/2-клапана 12 низкого давления может использоваться также пропорциональный клапан, который обеспечивает бесступенчатый переход выходов в первую и вторую ветви течения. В этом варианте отпали бы тактирование и относительно частое переключение традиционного электромагнитного переключаемого клапана 12, который не обеспечивает дозированный переход течения обоих выходов.

Ветвь 4, 5, 6 содержит тракт кондиционирования 5 топлива, термически связанный с устройством Пельтье 7. Лишь схематично обозначенный на фиг. 1 тракт кондиционирования 5 более подробно изображен на фиг. 2. Он выполнен в виде направляющего канала в кондиционирующем теле 19, например в виде металлического блока, причем кондиционирующее тело выполнено из термически высокопроводящего материала, например алюминия, и одновременно химически стойким к используемому топливу. Чтобы достичь максимально эффективного охлаждения топлива, тракт кондиционирования 5 выполнен в кондиционирующем теле 19 в форме меандра.

Кондиционирующее тело 19 своей нижней стороной термически связано с устройством Пельтье 7, которое в нормальном режиме, т.е. при прогретом двигателе, что ниже более подробно поясняется со ссылкой на фиг. 3, запитан так, что холодная сторона 7а устройства Пельтье 7 термически контактирует с кондиционирующим телом 19 при непосредственном прилегании друг к другу. В качестве опции между холодной стороной 7а и кондиционирующим телом 19 может быть помещена также теплопроводящая паста.

Теплая сторона 7b устройства Пельтье 7 в целях отвода тепла также соединена с кондиционирующим телом 14, которое также выполнено из термически высокопроводящего материала. Чтобы способствовать теплоотводу, теплая сторона 7b устройства Пельтье 7 или кондиционирующего тела 14 термически связана с низкотемпературным контуром охлаждения 15, через который протекает охлаждающая жидкость. Контур 15 включает в себя канал 18, 18а для охлаждающей жидкости, по которому она может циркулировать, насос 16 ее для циркуляции в контуре 15 и низкотемпературный охладитель 17. Последний может иметь обтекаемые воздухом ребра, а в качестве опции может быть снабжен вентилятором 17а для усиления теплоотвода. Проходящий в кондиционирующем теле 14 участок 18а канала 18 для охлаждающей жидкости выполнен также в форме меандра (на фиг. 1 не показан).

Чтобы защитить устройство Пельтье 7 от вибраций двигателя и автомобиля, оно может быть установлено с их гашением, например в резиновых блоках. Кроме того, устройство кондиционирования 1 полностью или, по меньшей мере, частично может быть окружено термоизоляцией 20, что на фиг. 1 лишь обозначено. При этом изолированным может быть также трубопровод до насоса высокого давления.

Ветвь 8, 9, 10 также содержит тракт кондиционирования 9 топлива, термически связанный с контуром охлаждения 11 двигателя. Поз. 11 обозначен участок контура охлаждения, на котором размещен тракт кондиционирования 9. Последний является, тем самым, отрезком 9 топливопровода, который нагревается охлаждающей жидкостью, нагретой при прогретом двигателе отводимым от него теплом. В качестве опции отрезок 9 топливопровода может дополнительно иметь оребренные участки 22 для более быстрого нагрева топлива.

В зависимости от положения включения управляющего клапана 12 топливо может, тем самым, направляться на выбор по ветви 4, 5, 6 или к тракту кондиционирования 5 для своего охлаждения (или, при необходимости, также нагрева) с помощью устройства Пельтье или по ветви 8, 9, 10 или к тракту кондиционирования 9 для своего нагрева посредством контура охлаждения двигателя, в который (контур) подается отводимое от двигателя тепло. За счет этого можно осуществлять быстрое переключение между режимами охлаждения и нагрева.

Длина тракта нагрева выбрана так, при прогретом двигателе в режиме длительной зимней эксплуатации больше не требуется дополнительного, потребляющего много тока устройства нагрева посредством устройства Пельтье 7. К тому же теплообменный эффект, определяемый за счет длины тракта кондиционирования 9 видом и числом оребренных участков 22 топливопровода, следует согласовать или ограничить так, чтобы при постоянной нагрузке на двигатель диапазон заданных температур топлива можно было максимально часто соблюдать также без тактирования переключаемого клапана.

Для управления устройством кондиционирования 1 оно содержит блок управления 13, который выполнен, например, в виде микропроцессора и посредством управляющих проводов (на фиг. 1 обозначены тонкими штриховыми линиями) соединен с устройством Пельтье 7 и управляющим клапаном 12. Гидравлически последующий челночный клапан 21 при разрыве трубопровода в одной ветви течения удерживает герметичным другую ветвь. Однако для принципиального функционирования устройства кондиционирования 1 челночный клапан 21 необязателен. Блок управления 13 переключает управляющий клапан 12 в первое или второе положение и управляет подачей напряжения на устройство Пельтье 7. В соответствии с положением включения управляющего клапана 12 челночный клапан 21 перемещается в первое или второе положение. Блок управления 13 управляет далее насосом 16 и вентилятором 17а, что обозначено также тонкими штриховыми линиями.

Блок управления 1 обеспечивает два разных эксплуатационных режима: первый эксплуатационный режим, выполняемый при прогретом двигателе, и второй эксплуатационный режим, выполняемый при холодном или прогреваемом двигателе.

При холодном или прогреваемом двигателе его охлаждающая жидкость не имеет достаточного отводимого от него тепла, чтобы нагреть или, по меньшей мере, достаточно быстро нагреть топливо. Прогрет ли двигатель, можно определить, например, известным сам по себе образом, измерив температуру его охлаждающей жидкости. Если эта температура превышает заданное пороговое значение, то двигатель прогрет.

Блок управления 13 непрерывно сравнивает текущую, господствующую перед ТНВД температуру топлива с ее заданным значением, которое может быть установлено целесообразно в соответствии с типом автомобиля. Текущая температура топлива измеряется датчиком, который может быть расположен, например, в топливном баке. Кроме того, определяется текущая окружающая температура, которая, например, указывает, насколько окружающий воздух может способствовать охлаждению топлива.

Фиг. 3А-3Е иллюстрируют в случае прогретого двигателя, например, регулирование температуры топлива до заданной температуры с помощью различных эксплуатационных состояний. Временны´е характеристики одинаковой величины обозначены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями и отдельно не описываются. Ось абсцисс указывает ось времени, а ось ординат – температуру. Кривая 31 указывает временнýю характеристику температуры охлаждающей жидкости двигателя. Блок управления 13 предназначен для регулирования температуры топлива (КТ) до заданного значения 33, например 30°С, причем должны соблюдаться нижнее 34 и верхнее 35 предельные значения температуры топлива.

Температура топлива 32 должна лежать, тем самым, ниже предельных значений 34, 35 и как можно ближе к заданному значению 33. На правой оси ординат можно видеть значения временнóй характеристики подачи напряжения на устройство Пельтье 7 (кривая 36) и положение включения электромагнитного клапана 12 (кривая 37).

Фиг. 3А-3С иллюстрируют в случае прогретого двигателя, например, регулирование температуры топлива до заданной температуры с помощью различных эксплуатационных состояний.

Фиг. 3А иллюстрирует эксплуатационное состояние при окружающей температуре 23°С. Текущая измеренная температура топлива 32 лежит чуть выше окружающей температуры и почти соответствует заданному значению 33 или лежит в определенном заданном диапазоне регулирования 34, 35. Таким образом, реально регулирующего вмешательства не требуется. Все электрические компоненты устройства кондиционирования остаются без напряжения, в частности электромагнитный клапан 12 обесточен в положении 1, что обозначено значением 1 на правой оси ординат. Устройство Пельтье 7 также обесточено (значение 0 на правой оси ординат), так что не проявляется никакого охлаждающего действия.

Фиг. 3В иллюстрирует эксплуатационное состояние при окружающей температуре 50°С. Измеренная температура топлива 32 вначале слишком высокая и лежит выше верхнего заданного предельного значения 35. Блок управления 13 переключил электромагнитный клапан 12 в положение 1. На устройство Пельтье 7 в качестве охлаждающего устройства подается сильное напряжение. При этом кривая 36 также указывает подачу напряжения на устройство Пельтье, интенсивность которого указана на правой оси ординат. При этом значения на правой оси ординат, будучи умножены на 10, указывают текущую подачу напряжения в % от максимального номинального напряжения устройства Пельтье 7. Вначале на него подается напряжение на 70%, так что температура топлива 32 условно уменьшается за счет эффекта Пельтье. В момент 4 температура топлива 32 снова упала ниже верхнего заданного предела 35. Вслед за этим подача напряжения на устройство Пельтье медленно уменьшается до 30%. Одновременно с началом подачи напряжения на устройство Пельтье 7 блок управления 13 подает напряжение на насос 16 низкотемпературного контура охлаждения 15, который нагревается за счет отходящего тепла устройства Пельтье 7, что обозначено кривой 38. Далее блок управления 13 включает вентилятор 17а. Его работа обозначена кривой 39а, причем значения на правой оси ординат, будучи умножены на 10, указывают текущую мощность вентилятора в % от общей мощности. На диаграмме 3В автомобиль трогается с места, а охлаждающий низкотемпературный охладитель 17 встречный воздух возрастает по мере увеличения скорости движения 39, в результате чего вентилятор 17а все больше и больше отключается. Значения на правой оси ординат, соответствующие кривой 39, будучи умножены на 10, указывают скорость движения в км/ч.

Фиг. 3С иллюстрирует эксплуатационное состояние при окружающей температуре 0°С. Измеренная температура топлива 32 вначале слишком низкая и лежит ниже нижнего заданного предельного значения 34 близко к 0°С. Следовательно, электромагнитный клапан 12 переключается в положение 2, обозначенное кривой 36. Значения 1 и 2 на правой оси ординат указывают положение включения. В положении 2 протекающее по второй ветви 8, 9, 10 топливо нагружается на тракте кондиционирования 9 отводимым от двигателя теплом из контура его охлаждения и за счет этого нагревается. Устройство Пельтье 7 обесточено. То же относится к насосу 16.

Как только температура топлива 32 достигнет верхнего заданного предельного значения 35, электромагнитный клапан 12 будет переключен в положение 1 без напряжения, в результате чего топливо будет направлено в первую ветвь. Вследствие низкой окружающей температуры нет необходимости в охлаждении с помощью устройства Пельтье 7. Топливо в первой ветви охлаждается за счет окружающей температуры. Если температура топлива 32 снова упадет ниже нижнего заданного предельного значения 34, то электромагнитный клапан 12 снова будет переключен в положение 2 и т.д.

Если блок управления 13 установит, что двигатель холодный или прогревается, то осуществляется второй эксплуатационный режим.

Для охлаждения топлива можно осуществить аналогичным образом те же этапы, что и в первом режиме, т.е. управляющий клапан 12 переключается в первое положение, а на устройство Пельтье 7 подается такое напряжение, что сторона 7а является холодной стороной.

Если же температура топлива ниже заданного значения, то управляющий клапан 12 остается в первом положении. Блок управления 13 управляет устройством Пельтье 7 с реверсированием тока, т.е. за счет переполюсовки приложенного напряжения, так что на него в качестве нагревательного агрегата подается напряжение. Это означает, что сторона 7а является теплой стороной, посредством которой может нагреваться протекающее по тракту кондиционирования 5 топливо. Это обеспечивает его быстрый нагрев, если на фазах холодного запуска и прогрева двигателя в контуре охлаждения двигателя еще нет или недостаточно отводимого от него тепла, чтобы нагреть топливо на втором тракте кондиционирования.

Фиг. 3D, 3Е иллюстрируют в случае холодного двигателя, например, второй эксплуатационный режим с помощью различных эксплуатационных состояний.

На фиг. 3D изображено регулирование температуры на примере холодного двигателя и окружающей температуры 0°С. Температура в контуре охлаждения двигателя (кривая 31) составляет вначале также 0°С и после его запуска повышается лишь медленно.

Измеренная температура топлива 32 составляет вначале также примерно 0°С и слишком низкая. Однако поскольку контур охлаждения двигателя слишком холодный, чтобы нагреть топливо, электромагнитный клапан 12 остается в положении 1. На устройство Пельтье 7 с реверсированием тока сначала подают сильное напряжение, и оно служит в качестве нагревательного устройства, как это описано выше. Кривая 36а указывает при значении 3 на правой оси ординат реверсирование тока. Как только температура топлива 32 снова достигнет заданного диапазона 34, 35, подача напряжения на устройство Пельтье 7 уменьшится настолько, что можно поддерживать заданную температуру 33.

Поскольку фаза холодного запуска занимает лишь очень малую долю общей продолжительности работы двигателя, на элементы Пельтье может подаваться напряжение немного сильнее, например до 80% номинального напряжения вместо 70%.

Лишь в более поздний момент времени, например через 5-10 минут, температура в контуре охлаждения двигателя возрастет настолько, что топливо можно будет нагреть за счет теплообменника, положение 2 электромагнитного клапана (на фиг. 3D не показано). Тогда регулирование соответствует регулированию при прогретом двигателе.

На фиг. 3Е изображен эксплуатационный режим, аналогичный фиг. 3D. Его особенность заключается в том, что измеренная температура топлива 32 вначале слишком низкая и лежит ниже -20°С. Для лучшей наглядности временнáя характеристика показана с использованием нелинейной оси времени. Для нагрева топлива электромагнитный клапан снова переключается в положение 1, и подается напряжение на устройство Пельтье 7 в качестве нагревательного устройства за счет реверсирования тока. Из-за более длительной требуемой фазы нагрева устройством Пельтье 7 подачу на него самого сильного напряжения следует ограничить по времени, чтобы надежно избежать его преждевременного старения. Как видно на фиг. 3Е, на устройство Пельтье 7 (кривая 36) сначала подается 80% номинального напряжения, после чего подача напряжения постепенно уменьшается.

В момент t=400 температура топлива достигает нижнего заданного предельного значения 34. В этот момент температура в контуре охлаждения двигателя уже возросла настолько, что топливо может быть нагрето посредством второго тракта кондиционирования 18а. Следовательно, электромагнитный клапан переключается в положение 2, и топливо направляется во вторую ветвь течения. На устройство Пельтье 7 перестают подавать напряжение.

Фиг. 4А-4С схематично иллюстрируют соединение отдельных элементов Пельтье в одно устройство Пельтье 7.

Устройство Пельтье 7 работает с использованием эффекта Пельтье, причем за счет приложения электрического напряжения к нему оно может использоваться в качестве охлаждающего агрегата или при переполюсовке электрического напряжения – также в качестве нагревательного агрегата. Таким образом, возможно легко реализуемое кондиционирование топлива, если его температура лежит выше или ниже заданной температуры.

Устройство Пельтье 7 может быть выполнено из отдельных стандартных элементов Пельтье 40, которые обычно имеют прямоугольную форму и для расчетного тракта охлаждения устанавливаются геометрически рядом друг с другом и соединяются. Теплопереход к кондиционирующему телу 19 обеспечивается за счет подходящего удельного давления и, при необходимости, за счет нанесения теплопроводящей пасты.

Отдельные элементы Пельтье 40 включаются последовательно и/или параллельно так, что вырабатываемое бортовой сетью автомобиля напряжение, как правило, 12 или 24 В, лежит в нужном рабочем диапазоне устройства Пельтье 7.

На фиг. 4А изображен упрощенный пример, в котором два элемента Пельтье 40 включены последовательно. Если бы напряжение бортовой сети было 12 В, то отдельный элемент Пельтье 40 в случае его расчета на 8 В перегорел бы. На два последовательно включенных элемента Пельтье 40 может, однако, подаваться напряжение до 16 В.

На фиг. 4В в качестве примера изображено параллельное включение двух элементов Пельтье 40.

На фиг. 4С изображен пример устройства Пельтье 7, состоящего из 20 элементов Пельтье 40, причем каждые 10 элементов Пельтье объединены в блок 41 из параллельно включенных элементов Пельтье. Оба блока 41 включены тогда последовательно. При расчете отдельных конструктивно одинаковых элементов Пельтье 40 максимум на 8 В. Тем самым, за счет параллельной схемы на все устройство может подаваться номинальное напряжение 16 В. При напряжении бортовой сети 12 В степень использования каждого отдельного элемента Пельтье 40 составляет 75% (12 В/16 В=75%). При номинальном напряжении 8 В каждый элемент Пельтье эксплуатируется, тем самым, с напряжением максимум 8*0,75=6 В.

В зависимости от отклонения текущей температуры топлива от заданной температуры напряжение на отдельных элементах Пельтье может регулироваться тогда, при необходимости, до меньших значений, например 5, 4, 3, … В, например за счет схемы ШИМ (широтно-модульная модуляция).

Хотя изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры его осуществления, для специалиста очевидно, что могут быть реализованы различные изменения и использованы эквиваленты в качестве замены, не выходящие за рамки изобретения. Дополнительно может быть реализовано большое число модификаций, не выходящих за рамки изобретения. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами его осуществления, а должно включать в себя все примеры, которые подпадают под приложенную формулу. В частности, заявлена также охрана объекта изобретения и признаков зависимых пунктов формулы.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 – устройство кондиционирования

2 – впуск для топлива

3 – выпуск для топлива

4, 5, 6 – топливопроводы первой ветви течения

7 – устройство Пельтье

7а – холодная сторона в нормальном режиме работы устройства Пельтье

7b – теплая сторона в нормальном режиме работы устройства Пельтье

8, 9, 10 – топливопроводы второй ветви течения

11 – участок контура охлаждения двигателя

12 – электромагнитный 3/2-клапан

12а – первый выход

12b – второй выход

13 – блок управления

14 – кондиционирующее тело

15 – низкотемпературный контур охлаждения

16 – насос

17 – низкотемпературный охладитель

17а – вентилятор

18, 18а – канал для охлаждающей жидкости

19 – кондиционирующее тело

20 – изоляция

22 – оребрение

31 – температура охлаждения

32 – температура топлива

33 – заданная температура топлива

34 – нижняя заданная предельная температура

35 – верхняя заданная предельная температура

36 – подача напряжения на устройство Пельтье

36а – направление подачи напряжения на устройство Пельтье

37 – положение включения электромагнитного клапана

38 – температура низкотемпературного контура охлаждения

39 – скорость движения

39а – мощность вентилятора

40 – элементы Пельтье

41 – параллельное расположение элементов Пельтье

Изобретение относится к устройству кондиционирования для системы топливоснабжения автомобиля, в частности коммерческого автомобиля, а также к автомобилю с таким устройством кондиционирования. Устройство (1) включает в себя впуск (2) для топлива, выпуск (3) для топлива и первый тракт кондиционирования (5) между впуском (2) и выпуском (3) для топлива, термически связанный с устройством Пельтье (7). Устройство (1) включает в себя далее второй тракт кондиционирования (9) между впуском (2) и выпуском (3) для топлива, термически связанный с контуром охлаждения (11) двигателя внутреннего сгорания автомобиля, и переключаемый управляющий клапан (12), который со стороны входа соединен с впуском (2) для топлива и соединяет его в первом положении включения с первым трактом кондиционирования (5), а во втором положении включения – со вторым трактом кондиционирования (9). Достигается усовершенствование устройства кондиционирования для системы топливоснабжения автомобиля. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство кондиционирования (1) для системы топливоснабжения автомобиля, включающее в себя впуск (2) для топлива, выпуск (3) для топлива и первый тракт кондиционирования (5) между впуском (2) и выпуском (3) для топлива, термически связанный с устройством Пельтье (7), отличающееся тем, что оно содержит

второй тракт кондиционирования (9) между впуском (2) и выпуском (3) для топлива, термически связанный с контуром охлаждения (11) двигателя внутреннего сгорания автомобиля, и

переключаемый управляющий клапан (12), который со стороны входа соединен с впуском (2) для топлива и соединяет впуск (2) для топлива в первом положении включения с первым трактом кондиционирования (5), а во втором положении включения – со вторым трактом кондиционирования (9).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит блок управления (13), выполненный с возможностью управления переключаемым управляющим клапаном (12) и устройством Пельтье (7) для регулирования температуры топлива до заданного значения и/или диапазона заданных значений, причем блок управления (13) выполнен с возможностью при прогретом двигателе

а) для уменьшения температуры топлива переключать управляющий клапан (12) в первое положение включения и подавать напряжение на устройство Пельтье (7) в качестве охлаждающего устройства или в случае, если окружающая температура ниже заданного порогового значения, прекращать подачу напряжения на него и

б) для повышения температуры топлива переключать управляющий клапан (12) во второе положение включения.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что блок управления (13) выполнен с возможностью при холодном двигателе для повышения температуры топлива переключать управляющий клапан (12) в первое положение включения и подавать напряжение на устройство Пельтье (7) с реверсированием тока в качестве нагревательного агрегата.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на теплой в режиме охлаждения стороне (7b) устройства Пельтье (7) расположено кондиционирующее тело (14), термически связанное с низкотемпературным контуром охлаждения (15), через который протекает охлаждающая жидкость.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что низкотемпературный контур охлаждения (15) содержит насос (16), низкотемпературный охладитель (17) и направляющий канал (18) для охлаждающей жидкости, причем проходящий в кондиционирующем теле (14) участок (18а) направляющего канала (18) выполнен преимущественно в форме меандра, змейки и/или зигзага.

6. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что

а) переключаемым управляющим клапаном (12) является электромагнитный 3/2-клапан низкого давления с электроуправлением или электромагнитный пропорциональный 3/2-клапан низкого давления и/или

б) интенсивность подачи напряжения на устройство Пельтье (7) возрастает по мере увеличения отклонения температуры топлива от заданного значения.

7. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что

а) первый тракт кондиционирования (5) проходит в кондиционирующем теле (19) из теплопроводящего материала, которое расположено на холодной в режиме охлаждения стороне (7а) устройства Пельтье (7), и/или

б) первый тракт кондиционирования (5) выполнен в форме меандра, змейки и/или зигзага.

8. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что

а) оно, по меньшей мере, частично окружено термоизоляцией (20) и/или

б) для защиты от вибраций автомобиля и/или двигателя устройство Пельтье (7) установлено с гашением вибраций.

9. Автомобиль, в частности коммерческий автомобиль, с устройством кондиционирования (1) по любому из предыдущих пунктов, расположенным в зоне низкого давления ниже по потоку за топливным насосом.

10. Автомобиль по п. 9, отличающийся тем, что

а) расстояние от выпуска для топлива устройства кондиционирования до зоны высокого давления топлива составляет менее 20 см и/или

б) расстояние от выпуска для топлива устройства кондиционирования до топливного насоса высокого давления аккумуляторной топливной системы составляет менее 20 см.