СПОСОБ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПРЕССОРА ПНЕВМОСИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ
METHOD OF HEATING FUEL IN LOW TEMPERATURE CONDITIONS USING AN AUTOMOBILE PNEUMATIC SYSTEM COMPRESSOR

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции дополнительного оборудования дизельного двигателя.
Известен способ охлаждения компрессора, принятый за прототип (патент RU 2515583 C1, F01P 3/00, F01P 7/14 от 22.11.2012), заключающийся в том, что полость охлаждения компрессора подключена к полости тройника дренажных трубок топливных форсунок, отводящих излишки топлива, а с помощью трубки отвода полость охлаждения компрессора соединена с топливным баком [1].
Недостатком прототипа является то, что топливо поступает в полость охлаждения компрессора из полости тройника дренажных трубок топливных форсунок, отводящих излишки топлива, а с помощью трубки отвода полость охлаждения компрессора соединена с топливным баком. При такой конструкции количество топлива, протекающего через полости охлаждения компрессора очень мало, что снижает теплоотвод и может привести к его перегреву, а за тем к заклиниванию и выходу из строя. Кроме того, переданная топливу теплота рассеивается в атмосферу через поверхность топливного бака, что в условиях низких температур является нерациональным.
Технический результат направлен на рациональное использование теплоты, выделяемой при работе компрессора для подогрева дизельного топлива, поступающего к форсункам дизельного двигателя в целях улучшения параметров впрыскивания и смесеобразования в условиях низких температур.
Технический результат достигается тем, что тепло, выделяемое при работе компрессора, частично передается протекающему по его полости охлаждения топливу, которое за счет этого подогревается и подается к топливному насосу высокого давления (ТНВД), при этом излишки топлива из ТНВД и форсунок не сливаются в топливный бак, а возвращаются через фильтр грубой очистки топлива во всасывающую магистраль топливоподкачивающего насоса (ТПН), что обеспечивает подогрев фильтра грубой очистки топлива (ФГОТ) и повышение средней температуры топлива, поступающего из бака. Кроме того, улучшаются условия охлаждения компрессора за счет большей производительности ТПН.
Отличительными признаками от прототипа является то, что полость охлаждения компрессора включена последовательно во всасывающую магистраль между ФГОТ и ТПН и слив излишков топлива от ТНВД и форсунок производится во всасывающую магистраль перед ФГОТ.
На фиг. 1 приведена схема подключения системы питания топливом для подогрева с помощью компрессора автомобиля.
Система питания (Фиг. 1) включает в себя ТПН 1, закачивающий топливо из топливного бака через ФГОТ 2 и полость охлаждения компрессора 3, и подающий его через фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ) 4 в ТНВД и далее к форсункам, при этом излишки топлива из ТНВД и форсунок подводятся обратно в полость охлаждения компрессора 3 через ФГОТ 2, а компрессор 3, в свою очередь, всасывает воздух через воздушный фильтр из атмосферы и нагнетает его в ресиверы пневматической системы.
Способ подогрева топлива в условиях низких температур с использованием компрессора пневмосистемы автомобиля реализуется следующим образом.
При сжатии воздуха в компрессоре 3 его температура повышается, при этом в полость охлаждения передается теплота, поглощаемая находящимся в ней топливом, поступающим туда от ФГОТ 2 под действием ТПН 1. Далее подогретое в результате теплообмена топливо подается топливоподкачивающим насосом 1 из полости охлаждения компрессора 3 через ФТОТ 4 к ТНВД.
Излишки топлива из ТНВД и форсунок возвращаются во всасывающую магистраль ТПН 1 через фильтр грубой очистки топлива 2, что обеспечивает его подогрев и повышение средней температуры топлива, поступающего из бака.
Расчетными методами и экспериментальными исследованиями установлены и подтверждены оптимальные значения температуры топлива на каждом этапе его подачи из бака в камеру сгорания двигателя. Температура топлива на входе в топливозаборник должна быть минимум на 3-5°С выше температуры помутнения и при этом не менее 273 К, когда вода, растворенная в топливе, не подвержена кристаллизации. На выходе из ФГО она может подниматься вплоть до максимально допустимой температуры 343 К [2].
Оптимальная температура дизельного топлива на входе в ТНВД по разным данным принимает различные значения. Например, при испытаниях двигателей температура дизельного топлива при приведении к стандартным условиям должна быть от 20 и 25°С [3]. Лабораторные испытания противоизносных свойств топлива проводятся строго при температуре топлива плюс 40°С. Испытания и регулировка форсунок и ТНВД проводится на дизельном топливе по ГОСТ 305 [4] при температуре плюс 40°С [5, 6]. Исследования проведенные в ГОСНИТИ показали, при испытании и регулировке насоса целесообразно поддерживать температуру топлива от 30 до 40°С, а вязкость - от 3,2 до 3,6 сСт [7].
Максимальная допустимая температура топлива, поступающего в насосные секции высокого давления плюс 70°С. При превышении этой температуры снижаются вязкость и смазывающие его свойства и, как следствие, повышается износ прецизионных пар, что может привести к возникновению преждевременной необходимости в ремонте ТНВД и форсунок [8].
Кроме того, изменение плотности топлива при его чрезмерном перегреве приводит к уменьшению массы впрыскиваемого топлива по скоростной характеристике топливоподачи и, следовательно, пропорциональному снижению тепловыделения, а также изменению параметров характеристики впрыскивания. Таким образом, перегрев топлива обуславливает снижение его вязкости и плотности и, как следствие, повышение износа деталей и некоторое уменьшение энергетических и экономических показателей работы двигателя.
Таким образом, отталкиваясь от требований руководящих документов на испытания двигателя и топливной аппаратуры и исследования ведущих научных школ и научно-исследовательских институтов оптимальной температурой поступающего в ТНВД дизельного топлива можно считать интервал от плюс 25 до плюс 40°С. Для обеспечения этого условия в условиях низких температур подогрев топлива целесообразно осуществлять в соответствии с предлагаемым способом.
Источники информации:
1. Пат. 2515583 РФ, F01P 3/00, F01P 7/14. Способ охлаждения компрессора дизеля / Ю.В. Иванщиков, В.Б. Скворцов, Ю.Н. Доброхотов (Россия). №2012149892/06; Заявлено 22.11.2012; Опубл. 10.05.2014, Бюл. №13.
2. Халтурин Д.В. Подогрев и очистка топлива в условиях низких температур с целью повышения работоспособности сельскохозяйственных дизельных тракторов: Автореф. дисс. … канд. техн. наук: 05.20.03. - Новосибирск, 2015. - 18 с.
3. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 42 с.
4. ГОСТ 305-82. Топливо дизельное. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 7 с.
5. ГОСТ 10578-96. Насосы топливные дизельные. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 22 с.
6. ГОСТ 10579-88. Форсунки дизелей. Общие технические условия. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 23 с.
7. Саенко М.М. Анализ существующих методов испытаний приборов топливных систем дизелей при техническом обслуживании в процессе эксплуатации / Вестник СибАДИ. - Омск: 2015. - Вып. 2 (42). - С. 40-46.
8. Грехов Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов / Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков. - М: Легион-Автодата, 2004. - 344 с.