СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК F02M31/10 F02M31/16 F02M31/20 

Предложение относится к области транспортного двигателестроения, а именно к системам питания двигателя топливом и может быть использовано для обеспечения требуемой температуры поступающего в двигатель внутреннего сгорания топлива, в зависимости от режимов его работы.

В настоящий момент существует множество способов и устройств, обеспечивающих подогрев (охлаждение) топлива поступающего в двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим наиболее актуальные аналоги в проекции применимости к предлагаемому техническому решению.

В известной штатной системе питания двигателя топливом танкового двигателя, содержащей: дизель, топливные баки, топливный центробежный насос, топливные фильтры грубой и тонкой очистки, топливный насос высокого давления (Объект 172М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга вторая. М., Воениздат, 1975, 584 с), отсутствует система терморегулирования подаваемого в двигатель топлива, что является недостатком известной конструкции, заключающимся в недостаточной эффективности протекания рабочего цикла и как следствие снижение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания.

Известна система регулирования температуры топлива поршневого двигателя с жидкостным теплообменником и электромагнитным клапаном (Патент № 211170 МПК F02M 31/02, F02M 31/16, опубл. 24.05.2022), содержащая: форсунку, электронный блок управления, вихревую трубу со сливным трубопроводом, жидкостной теплообменник с электромагнитным клапаном, топливный бак, фильтр грубой очистки топлива, электрический топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки топлива, обводной канал, электрический клапан обводного канала, дроссель, электрический привод дросселя, датчик температуры топлива, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления, топливный насос высокого давления, трубопровод охлаждающей жидкости.

Недостатками данной конструкции являются низкая эффективность работы вихревой трубы в случае, когда рабочим телом является жидкость и сложность конструкции канала перепуска охлажденного потока топлива из вихревой трубы обратно в бак через теплообменник системы охлаждения двигателя.

Так, проводимые автором экспериментальные исследования, а также данные, размещенные в открытой печати, свидетельствую о том, что эффективность работы вихревой трубы на жидких средах является весьма низкой, из-за меньшей сжимаемости жидкости и ее большей теплоёмкости. (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%85%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82).

Таким образом, аналогичного газам разделения температур на жидкостях добиться не удается. В ходе эксперимента топливо с обоих концов вихревой трубки выходило практически одной температуры.

Известна система регулирования температуры топлива поршневого двигателя с вихревым терморегулятором (Патент № 194780 МПК F02M 31/00, F02M 31/02, опубл. 23.12.2019), содержащая: форсунку, электронный блок управления, вихревую трубу, топливный бак, фильтр грубой очистки топлива, электрический топливоподкачивающий насос; фильтр тонкой очистки топлива, сливной трубопровод; обводной канал, электрический клапан обводного канала, дроссель, электрический привод дросселя, датчик температуры топлива, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления и топливный насос высокого давления.

Недостатком данной конструкции также является низкая эффективность работы вихревой трубы, обусловленная использованием жидкости (топлива) в качестве рабочей среды.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному техническому решению является система автоматического регулирования температуры топлива танкового двигателя В-92С2 с вихревым терморегулятором и воздушно-жидкостным теплообменником (Патент № 214721 МПК F02M 31/06, F02M 31/068, опубл. 11.11.2022), содержащая: форсунку, электронный блок управления, вихревой терморегулятор, дроссель, электрический привод дросселя, трубопровод горячего потока воздуха, трубопровод холодного потока воздуха, трубопровод выхода горячего потока воздуха, трубопровод выхода холодного потока воздуха, регулировочная заслонка холодного потока воздуха, регулировочная заслонка горячего потока воздуха, термоизоляционный кожух, воздушный трубопровод, компрессор, топливный бак, топливопровод, топливный фильтр грубой очистки, электрический топливоподкачивающий насос, топливный фильтр тонкой очистки, воздушно-жидкостной теплообменник, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления, топливный насос высокого давления, датчик температуры топлива, трубопровод с топливом, электромотор, патрубок выхода использованного теплоносителя, трубку с топливом.

Недостатком данной конструкции является значительные затраты мощности двигателя, необходимые для привода воздушного компрессора обеспечивающего работу вихревой трубы в режиме подогрева поступающего в цилиндры двигателя топлива.

Техническим результатом предложения является уменьшение затрат мощности двигателя на привод агрегатов обеспечивающих работу системы регулирования температуры топлива.

Технический результат достигается тем, что регулирование температуры поступающего топлива в двигатель внутреннего сгорания осуществляется посредством охлаждения его холодными потоком воздуха, выходящим из вихревой трубы, а нагрев – посредством теплоотдачи от нагретой охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, согласно изобретению, реализация указанного способа осуществляется при помощи устройства регулирования температуры топлива танкового двигателя, состоящего из воздушно-жидкостного теплообменника, расположенного на магистрали топлива от топливного бака к двигателю, состоящего из трех изолированных полостей для прохождения по ним воздуха и топлива и циркуляции нагретой охлаждающей жидкости, при этом магистраль подачи нагретой жидкости к внешней полости воздушно-жидкостного теплообменника содержит дроссель с электрическим шаговым двигателем, управляемый электронным блоком управления.

Способ и устройство регулирования температуры топлива танкового двигателя поясняется чертежами, где изображены

на фиг. 1 - принципиальная схема устройства регулирования температуры топлива танкового двигателя;

на фиг. 2 - поперченное сечение воздушно-жидкостного теплообменника;

на фиг. 3 - работа устройства регулирования температуры топлива танкового двигателя, при работе на режимах малых нагрузок и холостого хода;

на фиг. 4 - работа устройства регулирования температуры топлива танкового двигателя, при работе на режиме максимальной мощности.

Устройство регулирования температуры топлива танкового двигателя, содержит: форсунку 1, электронный блок управления 2, вихревую трубу 3, дроссель 4, электрический привод 5 дросселя 4, полость отвода холодного потока воздуха 6, полость отвода горячего потока воздуха 7, компрессор 8, топливный бак 9, топливопровод 10, топливный фильтр грубой очистки 11, электрический топливоподкачивающий насос 12, топливный фильтр тонкой очистки 13, воздушно-жидкостной теплообменник термоизолированный специальным материалом 17 с тремя изолированными полостями для прохода и циркуляции воздуха 14, топлива 15 и нагретой жидкости 16, датчик 18 частоты вращения коленчатого вала, датчик 19 положения рейки топливного насоса высокого давления, топливный насос высокого давления 20, датчик 21 температуры топлива, при этом магистраль 22 подачи нагретой жидкости к внешней полости воздушно-жидкостного теплообменника 16 содержит дроссель 23 с электрическим шаговым двигателем 24, управляемый электронным блоком управления 2.

Регулирование температуры топлива танкового двигателя осуществляется следующим образом.

Известно, что охлаждение топлива, необходимо лишь на режимах, характеризуемых малыми нагрузками на двигатель, а подогрев топлива необходим на режимах близких к максимальной мощности. Поэтому заявленное техническое решение обеспечивает регулирование температуры топлива на режимах работы двигателя характеризуемых малыми нагрузками или режиме максимальной мощности.

На фиг. 3 представлен вариант работы двигателя на режиме малых нагрузок и холостого хода (охлаждение топлива) об изменении режима работы двигателя сигнализируют датчики частоты вращения коленчатого вала 18 и положения рейки топливного насоса высокого давления 19, которые, в свою очередь, соединены с электронным блоком управления 2. Топливо из топливного бака 9, подается по топливопроводу 10, который, в свою очередь, соединен с помощью пайки с одной стороны с нижней частью топливного бака 9, а с другой стороны - с топливным фильтром 11 грубой очистки, прокачка топлива из топливного бака 9 осуществляется под действием электрического топливоподкачивающего насоса 12, который установлен в топливопровод 10 и соединен с помощью пайки с одной стороны с топливным фильтром 11 грубой очистки, а с другой стороны - с электрическим топливоподкачивающим насосом 12, далее топливо поступает в топливный фильтр 13 тонкой очистки, который, в свою очередь, установлен в топливопроводе 10 и соединен с одной стороны с электрическим топливоподкачивающим насосом 12, с другой стороны - с топливным фильтром 13 тонкой очистки с помощью пайки, далее после прохождения топлива через фильтр 13 тонкой очистки поступает в топливопровод 10, который соединен с одной стороны с помощью пайки с топливным фильтром 13 тонкой очистки, с другой стороны - путем свинчивания с полостью пропуская топлива 15 воздушно-жидкостного теплообменника, для сохранения энергии теплоносителем на воздушно-жидкостной теплообменник путем склеивания установлен термоизоляционный кожух 17. Электронный блок управления 2 в соответствии с режимом работы двигателя принимает решение об оптимальном значении температуры топлива, подаваемого в цилиндр двигателя, по каналу связи отправляет сигнал на шаговый двигатель 24 управления дросселем 23, перекрывая магистраль подачи 22 нагретой охлаждающей жидкости к внешней полости 16, при этом электронный блок управления 2 по каналу связи отправляет сигнал на включение компрессора 8, воздух из компрессора 8 по воздушному трубопроводу поступает на вход в вихревую трубу 3. Поступивший в вихревую трубу воздух, реализует эффект «Ранка-Хилша» (Гупол А.Ф. Эффект Ранка / А.Ф. Гупол // Успехи физических наук. - Т. 167. - №8. - С. 665-687), разделяясь на потоки - горячий и холодный. Электронный блок управления 2 по каналу связи отправляет сигнал на электрический привод 5 дросселя 4, который переводит сам дроссель 4 верхнее положение для более глубокого охлаждения воздуха. Холодный воздух из вихревой трубы 3 устремляется в воздушную полость 14 воздушно-жидкостного теплообменника, где посредством теплообмена происходит охлаждение стенок полости для прохода топлива 15, при этом горячий поток воздуха из вихревой трубы 3 выходит в атмосферу. После прохождения топлива через полость 15 воздушно-жидкостного теплообменника и его охлаждения, топливо поступает в топливный насос высокого давления 20, датчик температуры топлива 21 по каналу связи передает информацию на электронный блок управления 2, который, в свою очередь, передает информацию по каналу связи на электрический привод 5 дросселя 4 для регулировки глубины охлаждения воздуха, поступающего из вихревой трубы 3. После прохождения топлива через топливный насос высокого давления 20 топливо поступает по трубопроводу к форсунке 1 и впрыскивается в цилиндр двигателя.

На фиг. 4 представлен вариант работы двигателя на режиме максимальной мощности (подогрев топлива) об изменении режима работы двигателя сигнализируют датчики частоты вращения коленчатого вала 18 и положения рейки топливного насоса высокого давления 19, которые, в свою очередь, соединены с электронным блоком управления 2. Топливо из топливного бака 9, подается по топливопроводу 10, который, в свою очередь, соединен с помощью пайки с одной стороны с нижней частью топливного бака 9, а с другой стороны - с топливным фильтром 11 грубой очистки, прокачка топлива из топливного бака 9 осуществляется под действием электрического топливоподкачивающего насоса 12, который установлен в топливопровод 10 и соединен с помощью пайки с одной стороны с топливным фильтром 11 грубой очистки, а с другой стороны - с электрическим топливоподкачивающим насосом 12, далее топливо поступает в топливный фильтр 13 тонкой очистки, который, в свою очередь, установлен в топливопроводе 10 и соединен с одной стороны с электрическим топливоподкачивающим насосом 12, с другой стороны - с топливным фильтром 13 тонкой очистки с помощью пайки, далее после прохождения топлива через фильтр 13 тонкой очистки поступает в топливопровод 10, который соединен с одной стороны с помощью пайки с топливным фильтром 13 тонкой очистки, с другой стороны - путем свинчивания с полостью пропуская топлива 15 воздушно-жидкостного теплообменника, для сохранения энергии теплоносителем на воздушно-жидкостной теплообменник путем склеивания установлен термоизоляционный кожух 17. Электронный блок управления 2 в соответствии с установленной работой двигателя принимает решение об оптимальном значении температуры топлива, подаваемого в цилиндр двигателя, электронный блок управления 2 по каналу связи отправляет сигнал на шаговый двигатель 24 управления дросселя 23, открывая магистраль подачи 22 нагретой жидкости к внешней полости циркуляции нагретой жидкости 16, при этом электронный блок управления 2 по каналу связи отправляет сигнал на выключение компрессора 8. Подогретая жидкость из магистрали 22 заполняет внешнюю полость 16 воздушно-жидкостного теплообменника где происходит подогрев стенок полости прохода топлива 15, при этом магистраль 22 закольцована с системой охлаждения двигателя и после прохождения воздушно-жидкостного теплообменника возвращается в рубашки охлаждения двигателя.

После прохождения топлива через полость прохода топлива 15 воздушно-жидкостного теплообменника и его подогрева, топливо поступает в топливный насос высокого давления 20, датчик температуры топлива 21 по каналу связи передает информацию на электронный блок управления 2, который, в свою очередь, передает информацию по каналу связи на шаговый двигатель 24 дросселя 23 для регулировки глубины подогрева топлива. После прохождения топлива через топливный насос высокого давления 20 топливо поступает по трубопроводу к форсунке 1 и впрыскивается в цилиндр двигателя.

Изобретение может быть использовано в системах питания топливом двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат - уменьшение сопутствующих затрат мощности ДВС на привод агрегатов, обеспечивающих регулирование температуры топлива. Регулирование температуры топлива осуществляется с помощью воздушно-жидкостного теплообменника, расположенного на магистрали 10 подачи топлива от топливного бака 9 к ДВС, состоящего из трех изолированных полостей 14-16 для прохождения воздуха, топлива и циркуляции нагретой жидкости системы охлаждения ДВС. Охлаждение топлива, проходящего через полость 15 теплообменника, осуществляется за счет теплообмена с холодным потоком воздуха, выходящим из вихревой трубы 3 и проходящим через полость 14 теплообменника. Нагрев топлива, проходящего через полость 15 теплообменника, осуществляется посредством теплообмена с нагретой жидкостью системы охлаждения ДВС, проходящей через полость 16 теплообменника. Магистраль 22 подачи нагретой жидкости системы охлаждения ДВС к внешней полости 16 воздушно-жидкостного теплообменника содержит дроссель 23 с электрическим шаговым двигателем 24, управляемый электронным блоком управления 2. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ регулирования температуры топлива танкового двигателя включающий циркуляцию топлива через воздушно-жидкостной теплообменник, в котором охлаждение осуществляется посредством холодного потока воздуха, выходящего из вихревой трубы, отличающийся тем, что нагрев проходящего через воздушно-жидкостной теплообменник топлива осуществляется посредством теплоотдачи от охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя, циркулирующей в полости теплообменника, при этом управление нагревом топлива осуществляется электронным блоком управления посредством дросселя с электрическим шаговым двигателем, установленного в магистрали подачи нагретой охлаждающей жидкости к воздушно-жидкостному теплообменнику.

2. Устройство регулирования температуры топлива танкового двигателя, содержащее форсунку, электронный блок управления, вихревую трубу, дроссель, электрический привод дросселя, компрессор, топливный бак, топливопровод, топливный фильтр грубой очистки, электрический топливоподкачивающий насос, топливный фильтр тонкой очистки, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления, топливный насос высокого давления, датчик температуры топлива, трубопровод с топливом, воздушно-жидкостной теплообменник с термоизоляционным кожухом, отличающийся тем, что воздушно-жидкостной теплообменник состоит из трех изолированных полостей для прохождения воздуха, топлива и циркуляции нагретой охлаждающей жидкости двигателя и при этом магистраль подачи нагретой охлаждающей жидкости к внешней полости воздушно-жидкостного теплообменника содержит дроссель с электрическим шаговым двигателем, управляемый электронным блоком управления.