БАК К ТРАНСПОРТНОМУ СРЕДСТВУ С ДИЗЕЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к емкостям для хранения жидкости, а именно к топливным бакам транспортных средств с дизельными двигателями, для работы которых в зимних условиях требуется подогрев топлива, подаваемого из бака в двигатель.
Известно устройство для подогрева дизельного топлива (Патент RU №69166, опубликовано 10.12.2007 г.), содержащее топливную трубку с фланцем для крепления устройства на топливном баке. Трубка соединена со штуцером забора топлива. Цилиндрический электронагревательный элемент с нитью накаливания установлен коаксиально с зазором внутри топливной трубки с возможностью извлечения.
Недостатком данного топливного бака является то, что при низких температурах окружающего воздуха его использования не наблюдается эффективное уменьшение вязкости дизельного топлива в баке в зимнее время, т.е. действие обусловлено размерами цилиндрического нагревательного элемента. В результате топливо в баке при низких температурах имеет высокую вязкость, что затрудняет выкачивание топлива через топливопровод.
Известно устройство для подогрева и подачи дизельного топлива (Патент RU №85953, опубликовано 20.08.2009 г.), состоящее из баков топлива с топливозаборными трубками, размещенными в баках, нагревателя, трубопроводов подвода и отвода топлива, соединенных с баками топлива через топливозаборные трубки. Трубопроводы подвода топлива соединены с баками вязкого и основного топлива. Устройство снабжено крыльчаткой, трубопроводами подвода и отвода отработавших газов. Нагреватель выполнен в виде двух коаксиально установленных полых цилиндров, внешний из которых соединен с трубопроводами подвода и отвода отработавших газов, а внутренний - с трубопроводами подвода и отвода топлива. Во внутреннем цилиндре нагревателя на оси установлен спиральный винт, а с другой стороны оси в корпусе установлена крыльчатка. Корпус связан с трубопроводами подвода и отвода отработавших газов. Повышается надежность работы топливной системы дизельного двигателя в различных температурных условиях при использовании топлив с разной вязкостью.
Область использования такого бака весьма ограничена из-за его сложности.
Наиболее близким из известных устройств к заявляемому является бак транспортного средства с дизельным двигателем (Патент RU №174225, опубликовано 09.10.2017 г.), содержащий корпус с дном, фильтр грубой очистки, электрический нагреватель, выполненный из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и размещенные на внешних боковых образующих цилиндрических углублений днища топливного бака высотой не менее 5 диаметров основания цилиндрических углублений, с децентрализовано расположенными нагревательными элементами электрического нагревателя, а поверх корпуса бака нанесено теплоизолирующее покрытие, причем число его слоев на верхней половине корпуса в 3-5 раз больше, чем на нижней его половине.
Недостатками известного устройства является малая теплопроизводительностью и низкой эффективностью работы нагревательных элементов в случае полностью заправленным баком при низких температурах окружающей среды, что может привести к неполному прогреванию бака с топливом по высоте.
Задачей предполагаемой полезной модели является обеспечение низкой вязкости топлива в топливном баке с прогревом его по высоте в зависимости от наполняемости топливом и температуры окружающей среды.
Технический результат - снижение парафинизации дизельного топлива и поддержание заданной вязкости топлива в топливном баке в холодное время при низких температурах окружающей среды.
Поставленная задача решается тем, что в бак транспортного средства с дизельным двигателем, содержащий корпус с дном, фильтр грубой очистки, электрический нагреватель, выполненный из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и, размещенные на внешних боковых образующих цилиндрических углублений днища топливного бака высотой не менее 5 диаметров, основания цилиндрических углублений, с децентрализовано расположенными нагревательными элементами электрического нагревателя, а поверх корпуса бака нанесено теплоизолирующее покрытие, причем число его слоев на верхней половине корпуса в 3-5 раз больше, чем на нижней его половине, введены дополнительно размещенные на боковых поверхностях бака нагревательные элементы, с возможностью зонального ступенчатого подключения в зависимости от уровня топлива в баке и температуры наружного воздуха.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид бака к транспортному средству с дизельным двигателем, на фиг. 2 показано размещение электрических нагревателей на боковых поверхностях бака.
Бак к транспортному средству с дизельным двигателем содержит корпус 1 с дном 2, фильтр грубой очистки 3, электрический нагреватель 4, состоящий из нагревательных элементов 5 подогрева дизельного топлива, выполненных из лавсановых нитей 6 с резистивным напылением серебра и размещенных на внешних боковых образующих цилиндрических углублений 7 днища 2 топливного бака высотой не менее пяти диаметров основания цилиндрических углублений, с децентрализовано расположенными нагревательными элементами 5, а поверх корпуса 1 нанесено теплоизолирующее покрытие 7, причем число его слоев на верхней половине корпуса 1 в 3-5 раз больше, чем на нижней его половине.
Фильтр грубой очистки 3 установлен с зазором от нижней половины корпуса 1 топливного бака.
На внешней стороне цилиндрических углублений 7 закреплен нагревательный элемент 5 подогрева дизельного топлива выполнены из лавсановых нитей 6, образованный намоткой лавсановой нити с резистивным напылением серебра. Подключение источника питания к нагревательному элементу 5 осуществляется через изолированные от "массы" клеммы (на рисунке не показаны). Таким образом, каждая из клемм изолирована от "массы" и не зависит одна от другой, т.е. каждый блок (группа) нагревательных элементов 5 получает электропитание только через свою, предназначенную только для него клемму, не зависимую от клеммы другого нагревательного элемента 5.
Нагревательные элементы 5 могут подключаться непосредственно к бортовой сети транспортного агрегата или посредством кабеля с вилкой может быть подключен к одному из источников электропитания: либо к сети 220 В, либо к бензогенератору 220 В, либо к штатному электрогенератору дизеля через инвертор 220 В (на рисунке возможные схемы подключения не показаны).
С наружной поверхности нагревательные элементы 5 закрыты термоизоляционным кожухом 8, который жестко прикреплен с помощью болтов 9 к корпусу 1 бака, выполнен из плотного материала и покрыт изнутри теплоизолятором, причем число его слоев на верхней половине корпуса 1 в 3-5 раз больше, чем на нижней его половине (на рисунке не показано).
На боковых поверхностях бака размещены нагревательные элементы 10, выполненные в виде гибкой силиконовой ленты, внутри которой размещены нагревательные элементы с возможностью зонального ступенчатого прогрева бака 1 в зависимости от уровня топлива в баке и температуры наружного воздуха. Гибкая силиконовая лента с нагревательными элементами 10 накладывается на боковые поверхности бака 1 и закрепляется хомутами (условно не показаны). Нагревательные элементы 10 могут подключаться непосредственно к бортовой сети транспортного агрегата или посредством кабеля 11 с вилкой может быть подключен к одному из источников электропитания: либо к сети 220 В, либо к бензогенератору 220 В, либо к штатному электрогенератору дизеля через инвертор 220 В (на рисунке возможные схемы подключения не показаны).
Поверхность нагревательного элемента 10 водонепроницаема, устойчива по отношению к различным агрессивным средам и сохраняет эластичность до температуры минус 60°С.
При работающем двигателе и движении автомобиля рекомендуется выключать нагревательные элементы 5 и 10 с целью снижения потребления электроэнергии из бортовой сети автомобиля при условии, что это не приводит к ухудшению прокачиваемое™ топлива и снижению мощности двигателя.
Устройство бака к транспортному средству с дизельным двигателем работает следующим образом.
В условиях низких температур перед запуском дизеля при подаче напряжения на изолированные от "массы" клеммы (на рисунке не показаны) электрический ток проходит через лавсановые нити 6 с резистивным напылением серебра и они нагреваются до расчетной температуры, тем самым нагревательный элемент 5 выделяет тепло для нагрева дизельного топлива в цилиндрических углублениях 7 высотой не менее пяти диаметров оснований цилиндрических углублений, размещенных на днище 2 топливного бака.
Дизельное топливо, находящееся в цилиндрических углублениях 7 высотой не менее пяти диаметров основания цилиндрических углублений 7 днища 2 топливного бака нагревается и под действием гравитационных сил выбрасывается из цилиндрических углублений 7, вновь поступающее холодное дизельное топливо опускается в углубление 7, где нагревается и поднимается вверх, так повторяется цикл нагрева дизельного топлива. Подогретое в цилиндрических углублениях 7 нагревательным элементом 5 дизельное топливо порциями поступает в в верхнюю часть корпуса бака 1, обеспечивая поддержание постоянной температуры дизельного топлива.
Децентрализованное размещение нагревательных элементов 5 по всей поверхности днища 2 топливного бака снижает до минимума температурную и вязкостную неравномерность прогрева дизельного топлива. При этом каждый нагревательный элемент 5 обеспечивает изменение температуры дизельного топлива в своей зоне размещения. Благодаря перемешиванию дизельного топлива под действием гравитационных сил (теплового напора) вероятность перегрева дизельного топлива полностью исключается. Кроме того, применение цилиндрических углублений 7 в днища 2 топливного бака увеличивает эффективность их использования за счет увеличения площади тепловоспринимающей поверхности.
Благодаря тому, что нагревательные элементы 5, выполнены из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, размещены под дном 2 бака и закрыты термоизоляционным кожухом 8, и не соприкасаются с топливом, обеспечивается безопасная эксплуатация топливного бака.
После нагрева и разжижения дизельного топлива внутри цилиндрических углублений 7 происходит нагрев боковых граней, а от них нагрев топлива и плавление парафинов с внутренней стороны цилиндрических углублений 7. Разогретое жидкое топливо, имея меньшую вязкость и плотность, беспрепятственно выходит из цилиндрических углублений 7, где оно нагревалось и поднимается в верхнюю часть бака. Тем самым поддерживается энергоэффективный нагрев топлива, обеспечивается саморегулирование температуры топлива в цилиндрических углублениях 7, исключается перегрев и закипание топлива в случае длительной задержки пуска двигателя.
Это обеспечивает более эффективный прогрев дизельного топлива в баке, при этом дизельное топливо, нагреваемое в цилиндрических углублениях 7 днища бака 2, благодаря большей поверхности контакта с нагревательными элементами, прогревается быстрее. Максимальная температура нагревательного элемента 5, выполненного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра не превышает 140°С, а в случае перегорания лавсановая нить оплавляется, но не возгорается, что повышает пожаро- и взрывобезопасность.
Для эффективного прогрева топлива по высоте в зависимости от наполняемости бака и температуры наружного воздуха в блоке управления (условно не показан) формируется сигнал на подключение необходимого количества нагревательных элементов 10 от датчика уровня топлива в баке (условно не показан).
Полезная модель обеспечивает предпусковой подогрева дизельного топлива в баке с постоянным перемешивание (барботажем) топлива в баке без принудительной его прокачки электрическим насосом, работающим от бортовой сети автомобиля, обеспечивая равномерный прогрев топлива в баке в зависимости от наполняемости бака и температуры наружного воздуха.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить температурную и вязкостную неравномерность прогрева дизельного топлива и повысить эффективность использования нагревательных элементов 5, 10 за счет эффективной теплоотдачи от них и изменения теплообменной поверхности.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что применение теплообменного аппарата такой конструкции бака с топливом позволяет обеспечить лучший термический контакт между двумя средами и соответственно повысить коэффициент полезного действия обогрева дизельного топлива.
Повышение КПД устройства для предпускового подогрева дизельного топлива ДВС достигается тем, что в конструкции теплообменника для создания компактной поверхности теплообмена применены дополнительные вторичные поверхности дна топливного бака двигателя, что позволяет существенно увеличить площадь соприкосновения дизельного топлива с нагревательными элементами 5, обеспечивая более быстрый нагрев дизельного топлива в баке двигателя, с интенсивным его перемешиванием, что сокращает время подготовки двигателя к пуску, а обогрев боковых поверхностей позволяет эффективно подогревать топливо по высоте бака. Достигается более полное и эффективное использование теплоты выделяемой нагревательными элементами 5, 10 улучшаются экономические и экологические характеристики предпускового подогрева двигателя в целом.
Применение предлагаемого топливного бака для работы дизеля зимой на дизельном топливе способно компенсировать такие недостатки, как высокая кинематическая вязкость, высокая температура помутнения и застывания, которые присущи дизельному топливу и ограничивают его использование зимой.
Технический результат: быстрый и надежный пуск самого двигателя, а также более полное и эффективное использование теплоты выделяемой нагревательными элементами, повышается коэффициент полезного действия предпускового подогрева дизельного топлива ДВС и обеспечивает стабильную подачу и очистку топлива, как в предпусковой период, так и при работающем двигателе, существенно облегчается эксплуатация дизельного автомобиля в условиях низких температур.