Двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированным управлением подачей смесевого топлива Российский патент 2024 года по МПК F02M43/00 F02D19/06 F02D19/08 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в системах питания поршневых дизельных двигателей внутреннего сгорания, установленных в качестве силового агрегата на автотракторной технике.

Известна двухтопливная система питания автотракторного дизеля [Патент 2452864 РФ, МПК F02D 19/06, F02M 43/00. Система питания дизеля для работы на смесевом биоминеральном топливе / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Р.К. Сафаров, Д.С. Шеменев, В.В. Крюков; ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - №2010142007/06; Заявл. 13.10.2010; Опубл. 10.06.2012, Бюл. №16], содержащая бак растительного масла, бак минерального топлива, линию забора растительного масла, состоящую из фильтра-отстойника и электронасоса с обратным клапаном, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтров грубой и тонкой очистки и топливоподкачивающего насоса, смеситель растительного масла и минерального топлива, имеющий два входных канала с размещенными в них дроссельными заслонками, закрепленными на поворотных осях, и один выходной канал, линию слива смесевого топлива, топливный насос высокого давления, форсунки и орган управления подачей минерального топлива, выполненный в виде наружного рычага центробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля.

При работе дизеля на режимах полных нагрузок наружный рычаг центробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля всегда установлен в положение «Подача минерального топлива максимальная». Это приводит к тому, что дроссельная заслонка, регулирующая подачу растительного масла, полностью закрыта, а дроссельная заслонка, регулирующая подачу минерального топлива, полностью открыта. При этом дизель работает только на минеральном топливе, независимо от того, включен или выключен электронасос подачи растительного масла.

На смесевом топливе дизель может работать только на режимах частичных нагрузок, когда рычаг регулятора частоты вращения будет находиться в промежуточных положениях между максимальной и минимальной подачами минерального топлива. При этом дроссельная заслонка, регулирующая подачу растительного масла, открывается на такой же угол, на какой закрывается дроссельная заслонка, регулирующая подачу минерального топлива. В смесителе оба компонента смешиваются и полученное смесевое топливо топливным насосом высокого давления и форсунками впрыскивается в цилиндры дизеля.

Недостатком данной двухтопливной системы питания дизеля является ограниченное применение в условиях эксплуатации автотракторной техники, так как система питания обеспечивает работу дизеля на смесевом топливе только на режимах частичных нагрузок, а управление подачей смесевого топлива осуществляется вручную.

Известна двухтопливная система питания автотракторного дизеля [Патент 2484291 РФ, МПК F02M 43/00. Двухтопливная система питания дизеля / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, Е.Д. Година, Е.А. Хохлова. - №2012117807/06; Заявл. 27.04.2012; Опубл. 10.06.2013, Бюл. №16], содержащая бак минерального топлива, бак растительного масла, фильтры грубой очистки минерального топлива и растительного масла, топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки топлива, электрический насос подачи растительного масла с обратным клапаном, топливный насос высокого давления (ТНВД) в комплекте с центробежным регулятором частоты вращения коленчатого вала, форсунки, топливопроводы и смеситель, имеющий два входных и один выходной каналы, во входных каналах установлены электродозаторы, электрически соединенные через электронный блок управления с датчиком нагрузочно-скоростного режима дизеля и датчиком температуры растительного масла.

Пуск дизеля и его прогрев осуществляются на минеральном топливе. При этом электродозатор минерального топлива полностью открыт, а электродозатор растительного масла полностью закрыт. Минеральное топливо из бака минерального топлива, пройдя фильтр грубой очистки минерального топлива, электродозатор, смеситель, подается топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки топлива в ТНВД, и далее форсунками впрыскивается в цилиндры дизеля.

После прогрева дизеля на минеральном топливе включают электрический насос, обеспечивающий подачу растительного масла в смеситель. Минеральное топливо подается в смеситель аналогично работе дизеля в режиме пуска и прогрева. Минеральное топливо и растительное масло поступают в смеситель через входные каналы и электродозаторы. В смесителе минеральное топливо и растительное масло перемешиваются, образуя смесевое топливо, которое отводится через выходной канал. При этом электродозатор растительного масла с учетом его температуры и нагрузочно-скоростного режима дизеля открывается на соответствующую величину, а электродозатор минерального топлива на аналогичную величину прикрывается.

Недостатком данной двухтопливной системы питания дизеля является ограниченное применение в условиях эксплуатации автотракторной техники, так как управление подачей смесевого топлива осуществляется по электрическим сигналам только автоматически и при падении напряжения в бортовой сети электрооборудования или при замыкании электрических цепей системы произойдет сбой работы электронного блока управления, что приведет к невозможности подачи смесевого топлива в дизель (электродозаторы перекроют входные каналы смесителя) и невозможности перевода на минеральное топливо перед остановом дизеля, чтобы последующий его пуск осуществлять на минеральном топливе.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является двухтопливная система питания дизеля с ручным управлением подачей смесевого топлива [Патент 2698585 РФ, МПК F02D 19/06, F02M 43/00, F02M 37/00. Система питания тракторного дизеля с ручным управлением подачей смесевого топлива / А.П. Уханов, Д.А. Уханов, СВ. Горбачева, Н.А. Перова; ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ. - №2018138175/06; Заявл. 29.10.2018; Опубл. 28.08.2019, Бюл. №25], содержащая бак растительного масла, бак минерального топлива, линию забора растительного масла, состоящую из фильтра-отстойника и электронасоса с обратным клапаном, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтра грубой очистки топлива, смеситель растительного масла и минерального топлива, имеющего два входных канала с размещенными в них дроссельными заслонками, закрепленными на поворотных осях, и один выходной канал, топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки топлива, линию слива смесевого топлива, топливный насос высокого давления, форсунки и орган управления подачей минерального топлива, выполненный в виде наружного рычага центробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля, причем на осях дроссельных заслонок закреплены рычаги управления, которые совместно с поперечной тягой образуют шарнирный параллелограммный механизм, кинематически соединенный продольной тягой и компенсирующим звеном с органом управления ручной подачей смесевого топлива, выполненного в виде поворотного двуплечего рычага, установленного шарнирно на жестко закрепленной оси, нижний конец поворотного двуплечего рычага шарнирно соединен с компенсирующим звеном, а верхний конец поворотного двуплечего рычага имеет возможность под действием внешне прилагаемого усилия перемещаться в пазах жестко закрепленного сектора, имеющего указатель с нанесенными делениями, соответствующими числовым значениям объемного соотношения растительного масла и минерального топлива в смесевом топливе.

Недостатком данной двухтопливной системы питания дизеля является ограниченное применение в условиях эксплуатации автотракторной техники, так как управление подачей смесевого топлива на всех нагрузочных режимах осуществляется только вручную, что дополнительно повышает трудоемкость управления и утомляемость оператора.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков и от его применения получен следующий технический результат: за счет комбинированного (ручного и автоматического) управления подачей смесевого топлива расширены функциональные возможности двухтопливной системы питания дизелей, обеспечивающие надежную и бесперебойную работу автотракторной техники на двух видах моторного топлива (минеральном и смесевом) в ручном или автоматическом режимах.

Указанный технический результат достигается тем, что двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированным управлением подачей смесевого топлива, содержащая бак растительного масла, бак минерального топлива, линию забора растительного масла, состоящую из фильтра-отстойника и электронасоса с обратным клапаном, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтра грубой очистки топлива, смеситель минерального топлива и растительного масла, имеющего два входных канала с размещенными в них дроссельными заслонками, закрепленными на поворотных осях, и один выходной канал, топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки топлива, линию слива смесевого топлива, топливный насос высокого давления, форсунки и орган управления подачей минерального топлива, выполненный в виде наружного рычага центробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля, на осях дроссельных заслонок закреплены рычаги управления, которые совместно с поперечной тягой образуют шарнирный параллелограммный механизм, кинематически соединенный продольной тягой и компенсирующим звеном с органом управления ручной подачей смесевого топлива, выполненного в виде поворотного двуплечего рычага, установленного шарнирно на жестко закрепленной оси, нижний конец поворотного двуплечего рычага шарнирно соединен с компенсирующим звеном, а верхний конец поворотного двуплечего рычага имеет возможность под действием внешне прилагаемого усилия перемещаться в пазах жестко закрепленного сектора, имеющего указатель с нанесенными делениями, соответствующими числовым значениям объемного соотношения растительного масла и минерального топлива в смесевом топливе, согласно изобретению, во входных каналах смесителя перед дроссельными заслонками установлены тройники, в выходные отверстия которых ввернуты электродозаторы, электрически соединенные через электронный блок управления с индуктивным датчиком положения рейки топливного насоса высокого давления, индуктивным датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля и контактным датчиком температуры растительного масла, при этом электронный блок управления и электронасос через включатель подключены к источнику постоянного тока бортовой электросети автотракторной техники напряжением 12 В или 24 В.

На фиг. 1 изображена схема двухтопливной системы питания автотракторного дизеля с комбинированной подачей смесевого топлива; на фиг. 2 показана схема органа ручного управления подачей смесевого топлива.

Двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированной подачей смесевого топлива, содержащая бак растительного масла 1, бак минерального топлива 2, линию забора растительного масла 3, состоящую из фильтра-отстойника 4 и электронасоса 5 с обратным клапаном 6, линию забора минерального топлива 7, состоящую из фильтра грубой очистки топлива 8, смеситель 9 минерального топлива и растительного масла, имеющего два входных канала 10, 11 с размещенными в них дроссельными заслонками 12, 13, закрепленными на поворотных осях 14, 15, и один выходной канал 16, топливоподкачивающий насос 17, фильтр тонкой очистки топлива 18, линию слива смесевого топлива 19, топливный насос высокого давления 20, форсунки 21 и орган управления подачей минерального топлива, выполненный в виде наружного рычага 22 центробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля, на осях 14, 15 дроссельных заслонок 12, 13 закреплены рычаги управления 23, 24, которые совместно с поперечной тягой 25 образуют шарнирный параллелограммный механизм 23, 24, 25, кинематически соединенный продольной тягой 26 и компенсирующим звеном 27 с органом управления подачей смесевого топлива, выполненного в виде поворотного двуплечего рычага 28, установленного шарнирно на жестко закрепленной оси 29, нижний конец поворотного двуплечего рычага 28 шарнирно соединен с компенсирующим звеном 27, а верхний конец поворотного двуплечего рычага 28 имеет возможность под действием внешне прилагаемого усилия перемещаться в пазах жестко закрепленного сектора 30, имеющего указатель 31 с нанесенными делениями, соответствующими числовым значениям объемного соотношения минерального топлива и растительного масла в смесевом топливе, при этом во входных каналах 10,11 смесителя 9 перед дроссельными заслонками 12, 13 установлены тройники 32, 33 в выходные отверстия которых ввернуты электродозаторы минерального топлива 34 и растительного масла 35, электрически соединенные через электронный блок управления 36 с индуктивным датчиком положения рейки 37 топливного насоса высокого давления 20, индуктивным датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля 38 и контактным датчиком температуры растительного масла 39, при этом электронный блок управления 36 и электронасос 5 через включатель 40 подключены к источнику постоянного тока 41 бортовой электросети автотракторной техники напряжением 12 В или 24 В.

Работает двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированной подачей смесевого топлива следующим образом.

Пуск, прогрев и останов дизеля осуществляется на минеральном топливе. При этом электронный блок управления 36 и электронасос 5 отключены от источника питания 41, электродозаторы минерального топлива 34 и растительного масла 35 полностью открыты, а поворотный двуплечий рычаг 28 ручного управления подачей смесевого топлива находится в положении, при котором дроссельная заслонка 12, регулирующая подачу минерального топлива в смеситель 9, полностью открыта, а дроссельная заслонка 13, регулирующая подачу растительного масла, полностью закрыта. Минеральное топливо за счет разряжения, создаваемого топливоподкачивающим насосом 17, из бака 2 через фильтр грубой очистки 8 и смеситель 9 подается в фильтр тонкой очистки 18, и далее топливным насосом высокого давления 20 и форсунками 21 впрыскивается в цилиндры дизеля.

После прогрева дизеля на минеральном топливе включателем 40 подключают к источнику питания 41 электронасос 5, обеспечивающий подачу растительного масла через фильтр-отстойник 4 в смеситель 9.

Перемещением вручную поворотного двуплечего рычага 28 по сектору 30, оператор устанавливает необходимое объемное соотношение минерального топлива и растительного масла в зависимости от величины внешних сопротивлений движению автотракторной техники. В смесителе 9 минеральное топливо и растительное масло смешиваются. Полученное смесевое топливо через выходной канал 16 смесителя 9, фильтр тонкой очистки 18 подается в топливный насос высокого давления 20 и далее форсунками 21 впрыскивается в цилиндры дизеля.

При перемещении поворотного двуплечего рычага 28 ручного управления подачей смесевого топлива по пазам сектора 30 усилие с рычага 28 через компенсирующее звено 27, продольную тягу 26 и параллелограммный механизм 23, 24, 25, состоящим из рычагов управления 23, 24 дроссельными заслонками 12, 13 и поперечной тяги 25, передается на дроссельные заслонки 12, 13, причем таким образом, что при открытии на определенный угол дроссельной заслонки 12, регулирующей подачу минерального топлива, дроссельная заслонка 13, регулирующая подачу растительного масла, закрывается на такой же угол.

Перед остановом дизеля поворотный двуплечий рычаг 28 перемещают в одно из крайних положений, при котором дроссельная заслонка 13, регулирующая подачу растительного масла, полностью закрыта. По истечении 10-15 минут, после полной выработки из узлов и агрегатов системы питания смесевого топлива и когда система заполнится минеральным топливом, двигатель останавливают. Останов двигателя осуществляют традиционным способом, перемещая наружный рычаг 22 регулятора частоты вращения в положение «Подача топлива выключена (минимальная)». Последующий пуск дизеля будет осуществляться на минеральном топливе.

При работе дизеля в автоматическом режиме пуск двигателя и его прогрев также осуществляются на минеральном топливе. При этом обе дроссельные заслонки 12, 13 полностью открыты, электродозатор минерального топлива 34 полностью открыт, а электродозатор растительного масла 35 полностью закрыт. Минеральное топливо из бака минерального топлива 2, пройдя фильтр грубой очистки минерального топлива, электродозатор 34, смеситель 9, подается топливоподкачивающим насосом 17 через фильтр тонкой очистки топлива 18 в ТНВД 20, и далее форсунками 21 впрыскивается в цилиндры дизеля.

После прогрева дизеля на минеральном топливе с помощью включателя 40 к источнику питания 41 подключают электронный блок управления 36 и электрический насос 5, обеспечивающий подачу растительного масла в смеситель 9. Минеральное топливо подается в смеситель 9 аналогично работе дизеля в режиме пуска и прогрева. Минеральное топливо и растительное масло поступают в смеситель 9 через входные каналы 10, 11 и электродозаторы 34, 35. В смесителе 9 минеральное топливо и растительное масло смешиваются, образуя смесевое топливо, которое отводится через выходной канал 16. При этом электродозатор растительного масла 35, с учетом его температуры, нагрузочного и скоростного режима работы дизеля по информативным сигналам соответствующих датчиков 39, 37, 38, открывается на соответствующую величину, а электродозатор минерального топлива 34 на аналогичную величину прикрывается.

Перед остановом дизеля включателем 40 отключают электронный блок управления 36 и электронасос 5 от источника питания 41, электродозатор растительного масла 35 полностью перекрывает входной канал 11 смесителя 9, а электродозатор минерального топлива 34 полностью открывает входной канал 10 смесителя 9 и дизель переводится для работы на минеральном топливе. По истечении 10-15 минут, после полной выработки из узлов и агрегатов системы питания смесевого топлива и когда система заполнится минеральным топливом, двигатель останавливают. Останов двигателя осуществляют традиционным способом, перемещая наружный рычаг 22 регулятора частоты вращения в положение «Подача топлива выключена (минимальная)». Последующий пуск дизеля будет осуществляться на минеральном топливе.

Таким образом, двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированной подачей смесевого топлива обеспечивает работу двигателя на смесевом топливе с различным содержанием в нем минерального топлива и растительного масла в ручном или автоматическом режимах управления, что существенно расширяет функциональные возможности двухтопливной системы питания.

Заявляемая система питания автотракторного дизеля технически реализуема.

На фиг. 3 показана конструкция органа управления ручной подачей смесевого топлива, смонтированного в кабине колесного трактора и выполненного в виде поворотного двуплечего рычага 28, установленного на оси 29, нижний конец которого шарнирно соединен с компенсирующим звеном 27, соединенным с продольной тягой 26. Рычаг 28 имеет возможность перемещаться в пазах сектора 30 и фиксироваться в требуемых положениях, отмеченных на указателе 31 в виде делений, соответствующих вполне определенным объемным соотношениям растительного и минерального компонента 25:75, 50:50, 75:25, 90:10. Одно крайнее положение рычага 28 соответствует на указателе 31 делению 90:10, другое - переходу работы дизеля на минеральное топливо.

На фиг. 4 показан (вид сверху) электронный блок управления 36 (1 - переключатель вкл./выкл. электропитания; 2 - переключатель вкл./выкл. режима подачи минерального топлива; 3 - переключатель режима подачи смесевого топлива от 0 до 10% растительного масла; 4 - переключатель режима подачи смесевого топлива с содержанием растительного масла от 10% до 25%; 5 - переключатель режима подачи смесевого топлива с содержанием растительного масла от 25% до 50%; 6 - переключатель режима подачи смесевого топлива с содержанием растительного масла от 50% до 75%; 7 - кнопка фиксации состава смесевого топлива; 8 - дисплей; 9 - режим фиксации; 10 - цифровое отображение состава смесевого топлива).

На фиг. 5 показаны основные элементы органа управления с автоматической подачей смесевого топлива: а) электродозатор 34 (35); б) датчик нагрузочного режима (индуктивный датчик положения рейки ТНВД) 37; в) датчик скоростного режима (индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала дизеля) 38; г) контактный датчик температуры растительного масла 39.

В качестве электродозаторов используются выпускаемые отечественной промышленностью регуляторы холостого хода РХХ 2112-1148300, в качестве датчиков - датчик положения Д6/01000А, датчик частоты вращения ДПКВ 37.3847 и датчик температуры 301 3828.

Изобретение относится к области двигателестроения. Предложенная двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированным управлением подачей смесевого топлива содержит бак минерального топлива (2) и бак растительного масла (1), электронасос (5), смеситель (9) топлива, во входных каналах (10, 11) которого размещены дроссельные заслонки (12, 13) с закрепленными на их осях (14, 15) рычагами управления (23, 24), кинематически соединенные с поворотным двуплечим рычагом (28), посредством которого оператор имеет возможность устанавливать вручную необходимое объемное соотношение растительного и минерального компонентов смесевого топлива или при необходимости переводить работу дизеля на минеральное топливо. Для автоматического управления подачей смесевого топлива с различным соотношением в нем растительного и минерального компонентов во входных каналах (10, 11) смесителя (9) перед дроссельными заслонками (12, 13) установлены тройники (32, 33), во выходные отверстия которых ввернуты электродозаторы минерального топлива (34) и растительного масла (35), электрически соединенные через электронный блок управления (36) с датчиками положения рейки топливного насоса высокого давления (37), частоты вращения коленчатого вала дизеля (38) и температуры растительного масла (39), при этом электронный блок управления (36) и электронасос (5) через включатель (4) подключены к источнику постоянного тока (41). Технический результат: расширение функциональных возможностей управления двухтопливной системой питания автотракторного дизеля. 5 ил.

Двухтопливная система питания автотракторного дизеля с комбинированным управлением подачей смесевого топлива, содержащая бак растительного масла, бак минерального топлива, линию забора растительного масла, состоящую из фильтра-отстойника и электронасоса с обратным клапаном, линию забора минерального топлива, состоящую из фильтра грубой очистки топлива, смеситель минерального топлива и растительного масла, имеющего два входных канала с размещенными в них дроссельными заслонками, закрепленными на поворотных осях, и один выходной канал, топливоподкачивающий насос, фильтр тонкой очистки топлива, линию слива смесевого топлива, топливный насос высокого давления, форсунки и орган управления подачей минерального топлива, выполненный в виде наружного рычага центробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля, на осях дроссельных заслонок закреплены рычаги управления, которые совместно с поперечной тягой образуют шарнирный параллелограммный механизм, кинематически соединенный продольной тягой и компенсирующим звеном с органом управления ручной подачей смесевого топлива, выполненного в виде поворотного двуплечего рычага, установленного шарнирно на жестко закрепленной оси, нижний конец поворотного двуплечего рычага шарнирно соединен с компенсирующим звеном, а верхний конец поворотного двуплечего рычага имеет возможность под действием внешне прилагаемого усилия перемещаться в пазах жестко закрепленного сектора, имеющего указатель с нанесенными делениями, соответствующими числовым значениям объемного соотношения растительного масла и минерального топлива в смесевом топливе, отличающаяся тем, что во входных каналах смесителя перед дроссельными заслонками установлены тройники, в выходные отверстия которых ввернуты электродозаторы минерального топлива и растительного масла, электрически соединенные через электронный блок управления с индуктивным датчиком положения рейки топливного насоса высокого давления, индуктивным датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля и контактным датчиком температуры растительного масла, при этом электронный блок управления и электронасос через включатель подключены к источнику постоянного тока бортовой электросети автотракторной техники напряжением 12 В или 24 В.