Устройство для подогрева топлива перед пуском и в процессе работы двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК F02M31/10 F02N19/04 

Настоящее изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для разогрева автотракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в условиях межсменного, безгаражного хранения при отрицательных температурах окружающего воздуха.

В условиях российского климата эксплуатация автотракторных двигателей весьма специфична ввиду продолжительного периода холодного времени года. При низких температурах воздуха качество процесса образования топливо-воздушной смеси в цилиндрах двигателя резко ухудшается, что ведет к снижению его эксплуатационных характеристик, увеличению износа цилиндро-поршневой группы вследствие неполного испарения топлива и его последующего попадания на стенки цилиндра, что нарушает защитный слой масляной пленки. Вследствие неполноты сгорания топливо-воздушной смеси наблюдается повышенная концентрация токсичных компонентов и сажи в составе отработавших газов.

Для улучшения качества смешивания поступившего в цилиндр двигателя топлива и воздуха необходимо увеличивать температуру процесса. Теоретически для этого возможно выполнить следующие условия: 1) увеличить давление в процессе такта сжатия, 2) увеличить температуру поступающего в цилиндр воздуха, 3) увеличить температуру поступающего в цилиндр топлива. Конструкция двигателей внутреннего сгорания имеет строго заданную степень сжатия, поэтому увеличить давление в конце такта сжатия не представляется возможным. Подогрев поступающего в цилиндры воздуха требует больших энергозатрат, что весьма проблематично ввиду ограниченности электрической мощности штатной системы тракторов и автомобилей, при этом система турбулизаторов, необходимых для интенсификации завихрения потока воздуха во впускном коллекторе, создаст значительное сопротивление и снижение коэффициента наполнения цилиндров. Самым обоснованным решением для обеспечения повышения температуры топливо-воздушной смеси является подогрев топлива. Подогретое топливо лучше распыляется форсунками и гораздо быстрее испаряется. При этом теплоемкость топлива значительно выше теплоемкости воздуха, что говорит о высокой эффективности подогрева именно топлива.

Из предшествующего уровня техники известно устройство для подогрева топлива в системе высокого давления дизельного двигателя в предпусковой и пусковой периоды RU2731505C1 МПК F02M31/125 F02N19/00, 20.09.2020. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в нагреве топлива путем внедрения в часть топливопровода змеевика, заключенного в теплоизолированный корпус, внутри которого установлен электронагревательный элемент и датчик температуры, предназначенный для управления температурой процесса нагрева.

Известно устройство подогрева топлива дизельного двигателя RU2719532С1 МПК F02M 31/00 F02M 31/02, 21.04.2020. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в нагреве топлива путем установки в напорный топливный трубопровод нагревательного электрического элемента и вискозиметра для оптимизации температуры нагрева топлива. В системе имеется смеситель для ускорения процесса корректировки температуры топлива в случае его перегрева нагревательным элементом. Процессы контролируются датчиками температуры и вискозиметром посредством процессора.

Общим недостатком представленных устройств является необходимость наличия внешнего источника энергии и тепловые потери в нагнетательном топливном трубопроводе и форсунках в процессе пуска и прогрева двигателя.

Наиболее близкое к конструкции предлагаемого изобретения является устройство предпускового подогрева топлива двигателя внутреннего сгорания с терморегулятором RU195328U1 МПК F02M 31/12 F02M 31/125, 23.01.2020. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в нагреве топлива путем прогрева топливной рампы электрическими нагревательными элементами, установленными на внешней поверхности корпуса рампы. Процесс нагрева топлива регулируется процессором, отслеживающим сигналы с датчиков температуры.

Недостатком данного устройства является необходимость наличия внешнего источника питания, тепловая инерционность системы и потери тепловой энергии во внешнюю среду в процессе подогрева топлива.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, достигается за счет того, что система для подогрева топлива является автономным модулем, не требующим для своего функционирования внешних источников энергии, который возможно установить совместно с любой инжекторной топливной системой двигателя внутреннего сгорания не изменяя ее конструкции и представляет собой последовательно соединенные: электромагнитный клапан, камеру с охлаждающей жидкостью, в которую встроен топливный теплообменник, электрический топливный насос, датчики температуры и топливную рампу. Электромагнитный клапан предназначен для распределения топлива по элементам устройства подогрева. Тепловой аккумулятор служит источником тепловой энергии охлаждающей жидкости двигателя, запасенной с предыдущего цикла работы или накапливаемой в процессе работы двигателя для передачи ее топливу, подогрев которого происходит посредством теплообменника, встроенного в корпус теплового аккумулятора. Электрический топливный насос предназначен для создания циркуляции топлива в устройстве подогрева. Датчики температуры передают сигналы на процессор, который выдает управляющие команды на заслонку электромагнитного клапана. Электрические компоненты устройства питаются от бортовой сети машины.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение гарантированного процесса пуска двигателя, улучшение его эксплуатационных параметров и уменьшение износа деталей и узлов.

Устройство системы подогрева поясняется фиг.1 (процессор не указан). Система состоит из электромагнитного распределительного клапана 1, теплового аккумулятора 2, топливопровода из топливного бака 3, топливопроводов 4, 5, 6, соединяющие между собой конструктивные элементы системы. Тепловой аккумулятор 2 (патент на полезную модель 182409) предназначен для накопления тепловой энергии охлаждающей жидкости, моторного масла и топлива в процессе работы двигателя и ее сохранения в период межсменной стоянки техники. За 1-2 минуты перед очередным запуском двигателя по команде оператора из кабины или с дистанционного пульта управления производится команда на включение устройства. Открываются запорные электромагнитные клапаны топливного теплообменника теплового аккумулятора 2 и включается электрический топливный насос 8, работающие от питания бортовой сети машины. Начинается процесс циркуляции топлива в системе «топливная рампа - тепловой аккумулятор - топливная рампа». Электромагнитный распределительный клапан 1 при этом перекрывает топливную магистраль из топливного бака. Таким образом происходит процесс смешивания холодного топлива из топливной рампы и горячего топлива из топливного теплообменника теплового аккумулятора.

Топливопровод 5 соединяется с топливной рампой через ее штатный штуцер отбора давления.

Непосредственно перед пуском двигателя одновременно с включением «зажигания» запускается штатный топливный насос системы питания и электромагнитный клапан 1 открывает проход топлива из топливного бака через топливопровод 3 в тепловой аккумулятор и топливную рампу посредством топливопроводов 5 и 6. Таким образом в процессе пуска и последующей работы двигателя поддерживается необходимое давление топлива в рампе.

Датчики температуры 7 подают информацию на процессор, который управляет положением заслонок электромагнитного клапана 1. В случае высокой температуры топлива, поступающего в процессе работы двигателя из теплового аккумулятора в топливную рампу, электромагнитный клапан частично перепускает холодное топливо из топливного бака в топливную рампу напрямую через топливопровод 4. При этом в топливной рампе холодное топливо из бака смешивается с горячим топливом из теплового аккумулятора и конечная его температура оптимизируется для обеспечения нормальной работы форсунок и обеспечения их заданного ресурса. Датчик температуры 7 топливной рампы постоянно передает сигнал на процессор который управляет положением заслонки электромагнитного клапана с целью коррекции соотношения поступающего в рампу горячего и холодного топлива.

Конструктивно в любой инжекторной топливной системе для оптимизации давления топлива в рампе заложен регулятор давления, к которому присоединена обратная топливная магистраль, возвращающая излишки топлива в бак. Поэтому в процессе работы двигателя с предлагаемой системой подогрева топливо в баке будет постоянно подогреваться путем поступления теплой фракции из топливной рампы через регулятор давления и обратную магистраль.

Литература

1. Патент RU2731505C1 МПК F02M31/125 F02N19/00 от 20.09.2020.

2. Патент RU2719532С1 МПК F02M 31/00 F02M 31/02 от 21.04.2020.

3. Патент RU192358U1 МПК F02M 31/12 F02M 31/125 от 23.01.2020.

Изобретение может быть использовано в устройствах для подогрева топлива автотракторных двигателей внутреннего сгорания. Устройство для подогрева топлива перед пуском и в процессе работы двигателя внутреннего сгорания при низких температурах состоит из последовательно соединенных теплового аккумулятора (2) с топливным теплообменником, запорных электромагнитных клапанов топливного теплообменника, электрического топливного насоса (8), топливопроводов и топливной рампы. Устройство снабжено процессором, электромагнитным распределительным клапаном (1) и датчиком (7) температуры. Датчик (7) температуры выполнен с возможностью передачи сигнала на процессор, управляющий положением заслонки электромагнитного распределительного клапана (1). Устройство выполнено с возможностью перед пуском открывать запорные электромагнитные клапаны топливного теплообменника теплового аккумулятора (2), включать электрический топливный насос (8), перекрывать топливную магистраль из топливного бака (3) электромагнитным распределительным клапаном (1). При этом обеспечивается циркуляция топлива в системе топливная рампа - тепловой аккумулятор (2) - топливная рампа. Непосредственно перед пуском двигателя одновременно с включением зажигания запускается штатный топливный насос системы питания и открывается электромагнитный распределительный клапан (1), обеспечивая проход топлива из топливного бака (3) в тепловой аккумулятор (2) и топливную рампу. Технический результат заключается в обеспечении гарантированного процесса пуска двигателя и в уменьшении износа деталей и узлов при низких температурах. 1 ил.

Устройство для подогрева топлива перед пуском и в процессе работы двигателя внутреннего сгорания при низких температурах, состоящее из последовательно соединенных теплового аккумулятора с топливным теплообменником, запорных электромагнитных клапанов топливного теплообменника, электрического топливного насоса, топливопроводов и топливной рампы, отличающееся тем, что устройство снабжено процессором, электромагнитным распределительным клапаном и датчиком температуры, выполненным с возможностью передачи сигнала на процессор, управляющий положением заслонки электромагнитного распределительного клапана, причем устройство выполнено с возможностью перед пуском открывать запорные электромагнитные клапаны топливного теплообменника теплового аккумулятора, включать электрический топливный насос, перекрывать топливную магистраль из топливного бака электромагнитным распределительным клапаном, обеспечивая циркуляцию топлива в системе топливная рампа - тепловой аккумулятор - топливная рампа, а непосредственно перед пуском двигателя одновременно с включением зажигания запускать штатный топливный насос системы питания и открывать электромагнитный распределительный клапан, обеспечивая проход топлива из топливного бака в тепловой аккумулятор и топливную рампу.