Бак системы топливоподачи дизельного двигателя

 

Использование: машиностроение, в системе топливоподачи дизельных двигателей различного типа. Сущность изобретения: бак содержит корпус 1 с заливной горловиной 2, сообщенный с помощью фильтра с отводным трубопроводом 3. В полости корпуса бака размещен электронагреватель 6, провода 7 которого выведены через горловину 2 корпуса наружу и подсоединены к источнику тока. Диаметр электронагревателя выполнен меньше, чем диаметр горловины бака. Электронагреватель может быть выполнен в виде цилиндрической трубки, преимущественно из стеклопластика, внутри которой до длине и окружности размещен токопроводящий элемент, подсоединенный к проводам, концентрично относительно цилиндрической трубки электронагревателя может быть установлен ряд аналогичных трубок, скрепленных между собой перемычками, смещенными относительно друг друга по диаметру трубок; электронагреватель может быть снабжен грузом в виде колец, закрепленных на торцах трубки электронагревателя; к отводному трубопроводу бака может быть подсоединен дополнительный бак меньшей емкости, а в месте подсоединения бака к трубопроводу вмонтирован клапан, причем в дополнительный бак помещен дополнительный электронагреватель. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к элементам системы питания двигателей внутреннего сгорания на дизельном топливе.

Дизельные топлива, различающиеся фракционным составом и предназначенные для применения в зависимости от температуры окружающей среды, не полностью отвечают требованию обеспечения нормального режима функционирования систем топливоподачи дизельных двигателей при низких температурах, особенно при использовании топлив утяжеленного состава, для которых в этих условиях эксплуатации свойственен интенсивный процесс кристаллизации, характеризующийся выпаданием парафинов, забивающих фильтры и ухудшающих работу форсунок.

Нарушению топливоподачи способствует также повышенная вязкость топлива в зимних условиях, приводящая часто к полной потере текучести, вследствие чего либо невозможно осуществить запуск двигателя, либо после пуска он не способен развить полную мощность и глохнет из-за отсутствия нормальной подачи, смесеобразования и сгорания топлива (см.например Карницкий В.В. и др. Современные дизельные двигатели средней грузоподъемности, НИИавтопром. М. 1981, с.32-31).

Поэтому в системах топливоподачи дизельных двигателей нашли применение устройства, в той или иной мере позволяющие обеспечить функционирование в условиях низких температур элементов системы топливоподачи, зависящих от физических параметров топлива.

Известны системы топливоподачи дизельного двигателя с использованием подогревателя, предназначенного для нагрева топлива, подаваемого к форcунке, (см. например, Бpаун В.Н. Азаматов Р.А. и др. Автомобили КАМАЗ, М. Транспорт, 1987, с.93,94, рис.101, 102), теплообменника-смесителя (патент США N 4231342, кл. F 02 M 53/00, 1980), газодинамического излучателя, в камере которого разрушается кристаллическая решетка топлива в результате ультразвукового облучения (авт.св. N 1740748, 1989).

К существенному недостатку перечисленных, а также других известных топливных установок следует отнести тот факт, что в них не предусмотрено предотвращения процесса кристаллизации дизельного топлива, находящегося непосредственно в баке и, таким образом, фильтры, расположенные в отводном трубопроводе, остаются подверженными воздействию парафинов при отрицательных температурах окружающей среды, что приводит к ухудшению функционально-эксплуатационных характеристик двигателя.

Данная проблема особенно значительна для дизельных двигателей, не имеющих в своем составе на этот случай каких-либо специальных устройств, но достаточно широко применяемых (см. например Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Л. Машиностроение, 1990, с.104, рис.2.1), а также тогда, когда вынуждено приходится использовать летние дизельные топлива в условиях действия отрицательных температур окружающей среды.

В практике эксплуатации транспортных средств с дизельными двигателями при низких температурах наибольшее распространение получило применение открытого огня для разогрева топлива, непосредственно находящегося в баке. Это приводит к достижению конечного результата запуску двигателя с последующей его достаточно надежной работой на определенный промежуток времени с выходом на полную мощность через 10-20 мин, но крайне пожароопасно, требует значительных затрат времени и физических усилий.

Известен также бак системы топливоподачи дизельного двигателя, содержащий корпус с заливной горловиной и отводным трубопроводом, электронагреватель, образованный цилиндрической трубкой и токопроводящим элементом, соединенным электрическими проводами с источником электрического тока (заявка ФРГ N 3600017, кл. F 02 M 31/12, 1986). Данному устройству присущи те же самые недостатки, которые отмечены выше.

Целью изобретения является улучшение функционально-эксплуатационных характеристик бака системы топливоподачи дизельного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что цилиндрическая трубка выполнена из стеклопластика и снабжена грузами в виде колец, закрепленных на ее торцах, токопроводящий элемент изготовлен из углепластика и размещен внутри стенки трубки по ее длине и окружности, электрические провода расположены в заливной горловине, а электронагреватель выполнен диаметром, меньшим диаметра горловины.

Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают достижение положительного эффекта, заключающегося в улучшении функционально-эксплуатационных характеристик бака за счет обеспечения постоянного подогрева дизельного топлива, находящегося в нем, в результате чего предотвращается образование парафинов или происходит их разрушение, а следовательно, создаются условия по улучшению его функциональных характеристик. Бак в данном случае используется не только как резервуар для хранения и транспортировки запаса топлива, но и как теплообменник, при этом обеспечивается также возможность использования любого типа дизельного топлива, даже летнего, при отрицательных температурах окружающей среды.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема бака системы топливоподачи дизельного двигателя; на фиг. 2 бак с электронагревателем и устройством крепления электронагревателя; на фиг.3 конструкция электронагревателя бака системы топливоподачи дизельного двигателя; на фиг.4 бак системы топливоподачи дизельного двигателя с дополнительным баком меньшей емкости.

Бак системы топливоподачи дизельного двигателя (фиг.1) имеет корпус 1 с заливной горловиной 2. К корпусу бака подсоединен отводной топливный трубопровод 3, на входе которого установлен приемный фильтр 4. В полости 5 корпуcа бака размещен электронагреватель 6, для чего его диаметр выполнен меньше диаметра горловины бака.

Провода 7 электронагревателя выведены через горловину корпуса бака наружу и подсоединены к источнику тока (не показан).

Для питания электронагревателя возможно как использование бортовой электросети транспортного средства, особенно в пути, так и автономного источника тока. В зависимости от конкретного конструктивного выполнения горловины вывод проводов наружу бака выполнить достаточно просто с помощью, например, загерметизированного отверстия, штепсельного разъема располагаемых в том месте, где наиболее удобно обеспечить свободный доступ к проводам. В случае необходимости провода могут быть заключены в защитную оболочку.

Предлагается также бак выполнить (фиг.2) с электронагревателем в виде цилиндрической трубки 8, выполненной из композиционного материала, преимущественно из стеклопластика. Во внутрь трубки по ее длине и окружности вмотан токопроводящий элемент 9, например, из углеродной ткани подсоединенный к проводам 7. Трубка снабжена кольцевыми выступами 10, обеспечивающими циркуляцию топлива между стенкой трубки, находящейся на дне бака, и самой стенкой бака. Такая конструкция бака, при всех отмеченных выше преимуществах, придает ему новое свойство, касающееся повышения надежности и безопасности нагрева дизельного топлива в баке за счет изоляции токопроводящего элемента от топлива, чему в немалой степени способствует именно вмотка элемента в стеклопластик, чем создается монолитная непроницаемая для топлива конструкция, обладающая надежными изоляционными свойствами. В то же время теплофизические свойства стеклопластика позволяют иметь температуру его прогрева от токопроводящего элемента в диапазоне 120-150 град, что создает достаточно эффективный подогрев топлива в баке, особенно в сочетании с развитой цилиндрической поверхностью трубки электронагревателя, подающей тепло к топливу одновременно по нескольким направлениям.

Для создания более интенсивного теплового потока предлагается (фиг.3) концентрично относительно цилиндрической трубки 8 электронагревателя установить одну или ряд аналогичных трубок 11, скрепленных между собой перемычками 12, смещенными относительно друг друга по диаметру трубок.

Предложенная конструкция обладает более развитой поверхностью теплоотдачи и повышает эффективность работы бака по сокращению времени прогрева топлива. Смещение перемычек относительно друг друга по диаметру трубок споcобствует более активному перемешиванию прилегающих к трубкам пристеночных слоев топлива, усиливая процесс теплообмена, особенно при движении транспортного средства, когда топливо совершает колебательные движения в баке.

Немаловажным фактором, влияющим на процесс прогрева топлива, является положение электронагревателя в баке и наиболее предпочтительным является тот случай, когда электронагреватель находится на максимальной глубине топлива, что определяет его положение на дне бака горизонтальное. Теплопередача будет происходить от придонных слоев к поверхности топлива, захватывая таким образом весь объем топлива и исключая возможные отдельные очаги кристаллизации. В горизонтальном положении на дне бака электронагреватель в случае его подключения к питанию на все время пути транспортного средства будет находиться полностью или частично в топливной массе, а следовательно, и эффективно осуществлять подогрев топлива.

Для обеспечения положения электронагревателя на дне бака предусмотрено размещение на его торцах и в пределах установленного габарита по диаметру специальных кольцевых грузов, причем для укладки нагревателя в горизонтальное положение на дно бака они имеют различную массу для создания опрокидывающего момента.

Другим средством более надежного горизонтального расположения электронагревателя на дне бака, кроме применения различных по массе торцевых кольцевых грузов, является неравномерное распределение массы большего по весу груза, или обoих грузов по периметру их колец со смещением их к одной и той же стороне трубки электронагревателя, что однозначно приведет к смещению центра масс электронагревателя от продольной оси его симметрии с созданием гарантированного опрокидывающего момента.

Для конструкции бака, когда по каким-либо причинам нежелательно наличие электронагревателя на дне бака, предусмотрена его установка (фиг.2) с помощью быстросъемного стержня. Для этого в горловине бака проделывается отверстие, в которое герметично вставлен полый стержень.

Трубка электронагревателя закреплена на стержне и выполнена с поперечной перфорированной отверстиями 16 перегородкой 17, образующей со стенками трубки и стержня заглушенную полость 18. Провода 7 от токопроводящего элемента трубки через заглушенную полость выведены наружу бака. Несмотря на использование в конструкции бака дополнительного элемента-стержня, он стал более надежным в работе благодаря тому, что удалось создать с помощью стержня изоляцию для самих проводов от контакта с топливом.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации, обеспечения удобства сборки бака стержень может быть изготовлен из гибкого материала, в том числе и металла.

В тех случаях когда имеет место наличие в баке достаточно большого объема топлива, а время для прогрева топлива ограничено, или необходимо оперативно включить в работу двигатель с обычым баком при отрицательной температуре окружающего воздуха, предусмотрено (фиг.4) подсоединение к отводному топливопроводу дополнительного бака 19 меньшей емкости, в котором размещен электронагреватель 6, а в месте подсоединения бака 19 в трубопровод вмонтирован клапан 20.

Конструкция клапана в данном случае не требует описания, так как может быть применена любая из широко известных конструкций, обеспечивающих одновременное перекрытие и открытие соответствующих проходных сечений.

Бак системы топливоподачи дизельного двигателя работает следующим образом.

При эксплуатации дизельного двигателя, преимущественно транспортного средства, провода электронагревателя заблаговременно подключаются к источнику тока и только после прогрева топлива до температуры, когда отсутствуют условия для процесса кристаллизации, о чем можно судить, например, по термореле, устанавливаемому в баке и сигнализирующему на пульт управления транспортного средства о температурной готовности топлива, производят запуск дизельного двигателя. Такой режим работы бака как теплообменника осуществляют при отрицательных температурах окружающей среды, улучшая тем самым его функционально эксплуатационные характеристики, с одной стороны обеспечивая более качественные условия функционирования системы топливоподачи уменьшением вязкости топлива, а с другой стороны исключая выпадение парафинов, что в свою очередь повышает качество эксплуатации фильтров, форсуночных устройств и способствует достижению оптимального смесеобразования. Все это вместе взятое, полностью исключает зависимость эксплуатационных характеристик дизельного двигателя от типа имеющегося в наличии дизельного топлива, допуская даже использование летнего топлива при отрицательных температурах окружающей среды.

Что касается предложенной конструкции бака (фиг.4), то до начала работы дизельного двигателя ток подается одновременно на электронагреватели, расположенные в обоих баках, но забор топлива первоначально производят из дополнительного бака, в котором благодаря меньшей массе топлива, разогрев топлива до необходимой температуры происходит быстрее. Расход топлива из бака большей емкости осуществляется после опорожнения дополнительного бака, за время которого температура массы топлива в первом баке достигнет требуемой величины.

Такой режим работы обеспечивается клапаном, открывающим доступ топлива в отводной трубопровод сначала из бака меньшей, а затем из бака большей емкости, при этом в последнем случае тем же клапаном перекрывается проходное сечение бака меньшей емкости.

Для экономии электроэнергии в предложенном объекте целесообразно периодически включать или выключать электронагреватель или электронагреватели в зависимости от достигнутой температуры массы топлива, что достаточно просто реализуется в автоматическом режиме путем размыкания электроцепи по показателю температуры топлива. Таким образом, использование предложенного бака системы топливоподачи дизельного двигателя позволяет без какой-либо сложной доработки системы топливоподачи улучшить его функционально эксплуатационные характеристики с обеспечением надежного функционирования двигателя в условиях работы при низких температурах окружающей среды вне зависимости от состава дизельного топлива.

Формула изобретения

1. БАК СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий корпус с заливной горловиной и отводным трубопроводом, электронагреватель, образованный цилиндрической трубкой и токопроводящим элементом, соединенным электрическими проводами с источником электрического тока, отличающийся тем, что цилиндрическая трубка выполнена из стеклопластика и снабжена грузами в виде колец, закрепленных на ее торцах, токопроводящий элемент размещен внутри стенки трубки по ее длине и окружности, электрические провода расположены в заливной горловине, а электронагреватель выполнен диаметром, меньшим диаметра горловины бака.

2. Бак по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одной дополнительной цилиндрической трубкой с токопроводящим элементом, установленной концентрично цилиндрической трубке, трубки соединены между собой при помощи перемычек, причем перемычки смещены одна относительно другой по диаметру.

3. Бак по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным баком с дополнительным отводным трубопроводом, дополнительным электронагревателем и клапаном, причем дополнительный отводной трубопровод сообщен с отводным трубопроводом через клапан.

4. Бак по пп.1 3, отличающийся тем, что токопроводящий элемент выполнен из углепластика.

РИСУНКИ

Рисунок 1